DE60316477T2

DE60316477T2 - Vorrichtung und verfahren zur vorkodierung eines mehrträgersignals

Info

Publication number: DE60316477T2
Application number: DE60316477T
Authority: DE
Inventors: Katsutoshi Kusume
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2023-10-25
Also published as: AU2003276178A1; JP2007515834A; DE60316477D1; EP1629649A1; EP1629649B1; JP4299302B2; WO2005043851A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Telekommunikation und insbesondere auf das Gebiet von Mehrträgerübertragungstechniken.
Zukünftige drahtlose Kommunikationssysteme erzielen vermutlich hohe Datenraten, die zu übertragenden Breitbandsignalen zugeordnet sind. Mehrträgersysteme, wie z. B. Orthogonal-Frequenzmultiplexen (OFDM; OFDM = orthogonal frequency division multiplexing) oder Mehrträger-Codemultiplexzugriff (MC-CDMA; MC-CDMA = multicarrier code division multiplex access), sind viel versprechende Projekte für zukünftige Mobilkommunikationen, wie beschrieben ist in J. A. C. Bingham, „Multicarrier for Data Transmission: An Idea Whose Time Has Come", IEEE Communications Magazine, Bd. 28, Nr. 5, Seiten 5 bis 14, Mai 1990 und in S. Abeta, H. Atarashi und M. Sawahashi, „Forward link Capacity of Coherent DS-CDMA and MC-CDMA Broadband Packet Wireless Access in a Multi-cell Environment", in Proc. IEEE Vehicular Technology Conference (VTC'2000-Fall), Boston, USA, September 2000. Die Mehrträgersysteme handhaben die strenge Frequenzselektivität, die aus den Breitbandsignalen resultiert, durch Verwenden von Fourier-Transformation und einer zyklischen Präfixerweiterung als Schutzintervall. Sobald die maximale Verzögerung eines Kommunikationskanals jedoch das Schutzintervall überschreitet, kann eine starke Leistungsverschlechterung beobachtet werden.
16 zeigt ein herkömmliches OFDM-Übertragungsschema. An einem Sender wird ein Frequenzbereichssignal als ein Mehrträgersignal an einen Invers-Fourier-Transformator 1601 geliefert. In dem Fall einer OFDM-Übertragung ist das Frequenzbereichssignal orthogonal. Der Invers-Fourier-Transformator 1601 führt eine Invers-Fourier-Transformation durch und stellt ein Zeitbereichssignal bereit. Um das zu übertragende Signal von Intersymbolinterferenzen bzw. -störungen (ISI) zu schützen, wird ein Schutzintervall durch einen Block 1603 eingeführt. Insbesondere ist das Schutzintervall eine exakte Kopie einer Anzahl letzter zu übertragender Werte, wobei die Anzahl von Werten, d. h. eine Länge des Schutzintervalls, einer angenommenen maximalen Kanallänge, d. h. maximalen Kanalverzögerung, entspricht. Deshalb ist das Schutzintervall in dem Fall der OFDM-Übertragung eine zyklische Erweiterung des zu übertragenden Signals und wird oft als zyklisches Präfix (CP; CP = cyclic prefix) bezeichnet. Das (zyklische) Sendesignal wird dann durch den Kommunikationskanal 1605 übertragen, der durch eine Kanalimpulsantwort gekennzeichnet ist.
Um ein Verhalten eines digitalen Kommunikationssystems zu beschreiben, kann der Kommunikationskanal 1605 in dem digitalen Bereich durch eine diskrete Kanalimpulsantwort mit diskreten Abzweigungen gekennzeichnet sein, wobei jede Abzweigung bzw. jeder Tap einem Ausbreitungsweg, der einer Wegverzögerung zugeordnet ist, als ein Langzeitkanalzustand in dem Fall eines Mehrwegekommunikationskanals entspricht.
In 16 ist ein Beispiel einer Kanalimpulsantwort dargestellt. Die Kanalimpulsantwort weist eine Mehrzahl diskreter Abzweigungen auf, wobei z. B. die ersten drei Abzweigungen einer Kanalverzögerung zugeordnet sind, die kleiner oder gleich dem Schutzintervall ist. In anderen Worten, die Intersymbolstörungen, die durch diesen Teil der Kanalimpulsantwort bewirkt werden, werden vollständig durch das Schutzintervall abgedeckt. Im Gegensatz dazu stellen die letzten beiden Kanalimpulsantwortkoeffizienten die ISI dar, die einen Teil des Kommunikationskanals bewirkt, da die Versionen des übertragenen Signals, das durch Ausbreitungswege übertragen wird, die den letzten beiden Kanalabzweigungen zugeordnet sind, wesentlich verspätet sind und innerhalb des Signalteils erscheinen, der durch das Schutzintervall nicht abgedeckt ist. Deshalb weist an einem Ausgang des Kommunikationskanals 1605 das übertragene Signal Intersymbolstörungen auf, die innerhalb eines in 16 gezeigten Signalrahmens dargestellt sind. Insbesondere erscheint aufgrund der Kanalimpulsantwort des Kommunikationskanals eine bestimmte Menge an Energie, die einem zuvor übertragenen Symbol entspricht, innerhalb des Schutzintervalls des gerade betrachteten Symbols. Zusätzlich erscheint eine weitere Menge an Energie, die dem zuvor übertragenen Symbol zugeordnet ist, innerhalb eines Signalteils nach dem Schutzintervall. Diese weitere Menge an Energie bewirkt Intersymbolstörungen und als eine Folge einen Verlust an Orthogonalität eines empfangenen Frequenzbereichssignals.
In einem Empfänger wird das zyklische Präfix durch den Block 1607 entfernt und ein resultierendes Empfangssignal wird unter Verwendung des Fourier-Transformators 1609 in einen Frequenzbereich transformiert.
Da das empfangene Frequenzbereichssignal nicht mehr orthogonal ist, können die übertragenen Informationen nicht ordnungsgemäß erfasst werden, was zu einer erhöhten Bitfehlerrate führt.
Trotzdem ist das OFDM ein wirksames Übertragungsschema für Kommunikationssysteme mit hoher Datenrate. Das OFDM führt die Redundanz (Schutzintervall) ein, die als so lange wie oder länger als die maximale Verzögerung des Kommunikationskanals zwischen dem Sender und dem Empfänger verstanden wird. Dies ermöglicht eine einfache Signalverarbeitung an dem Empfänger. Die Verwendung des Schutzintervalls führt jedoch zu einem Verlust bei der Datenrate, da das Schutzintervall die Redundanz ist, die an dem Empfänger verworfen wird, um die Intersymbolstörungen zu entfernen. Ferner verschlechtert sich die Leistung des Systems stark, wenn das Schutzintervall in Bezug auf die maximale Verzögerung des Kommunikationskanals nicht ausreichend lange ist, oder anders ausgedrückt, wenn die maximale Verzögerung des Kanals das Schutzintervall überschreitet. Dieses Problem tritt in mehreren Ausbreitungsszenarien auf, wie z. B. bei Drahtloskommunikationen oder bei verdrahteten Kommunikationen.
Um die Leistungsverschlechterung für eine lange Kanalverzögerung, die das Schutzintervall überschreitet, zu bekämpfen, gibt es mehrere herkömmliche Ansätze, bei denen allgemein eine zusätzliche Signalverarbeitung an dem Empfänger eingeführt wird, wie z. B. ein Entzerrer. In H. Schmidt und K. D. Kammeyer, „Impulse truncation for wireless OFDM systems", in 5^th International OFDM-Workshop, Hamburg, Deutschland, September 2000, wird ein Kanalimpulsabschneiden durch ein Linearfilter vorgeschlagen, um die Kanalimpulsantwort zu verkürzen. In N. Al-Dhahir und J. M. Cioffi, „Optimum Finite-Length Equalization for Multicarrier Transceivers", IEEE Transactions an Communications, Bd. 44, Nr. 1, Seiten 55–64, Januar 1996 wird ein Entzerrer in dem Zeitbereich an dem Empfänger vorgeschlagen. In S. Trautmann, T. Karp und N. J. Fliege, „Frequency Domain Equalization of DMT/OFDM Systems with Insufficient Guard Interval", in Proc. IEEE Int. Conference an Communications (ICC 2002), Bd. 3, April/Mai 2002, Seiten 1.646–1.650 ist ein Entzerrer im Frequenzbereich offenbart. In Y. Sun, „Bandwidth-Efficient Wireless OFDM", IEEE Journal of Selected Areas in Communications, Bd. 19, Nr. 11, Seiten 2.267–2.278, November 2001 ist ein nichlinearer Entscheidungsrückkopplungsentzerrer beschrieben. In Z. Whang und G. B. Giannakis, „Wireless Multicarrier Communications", IEEE Signal Processing Magazine, Bd. 17, Nr. 3, Seiten 29–48, Mai 2000 ist ein linearer Entzerrer zum Auffüllen mit Nullen für OFDM-Systeme offenbart. M. Budsabathon, Y. Hara und S. Hara, „On a Pre-FFT OFDM Adaptive Antenna Array for Delayed Signal Suppression", in Proc. the 7-th International OFDM-Workshop, Hamburg, Deutschland, September 2002 offenbaren eine Verzögerungsunterdrückung mittels Strahlformen.
Die Ansätze des Stands der Technik, die oben angezeigt sind, leiden an dem Nachteil, dass ein zusätzliches Signalverarbeitungsschema an dem Empfänger nötig ist, was den Empfänger komplexer macht. Ferner kann die ISI nicht vollständig beseitigt werden, da das tatsächlich verzerrte Signal an dem Empfänger verarbeitet wird.
Ein weiterer Nachteil der Schemata des Stands der Technik besteht darin, dass mit zunehmender Länge eines Schutzintervalls, das die angenommene maximale Kanallänge widerspiegelt, die Bandbreiteneffizienz reduziert wird. Dieses Problem kann zusätzlich durch ein Verwenden umfassenderer Fehlercodierungsschemata überwunden werden. Mit ansteigender Codierkomplexität jedoch nimmt die Bandbreiteneffizienz ab, da eine Redundanz eingeführt werden muss, was ein häufiger Ansatz in bekannten Fehlerkorrekturschemata ist.
Ein alternativer Ansatz, der offenbart ist in K. Kusume, „Linear Space-Time Precoding for OFDM Systems based an Channel State Information", Proceedings IEEE, International Symposium an Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications (PIMRC 2003), Peking, China, September 2003, Bd. 1, Seiten 231–235, wendet ein lineares Übertragungsvorcodierungsschema basierend auf perfekten Kanalzustandsinformationen (CSI; CSI = channel state information) zum Vorcodieren des zu übertragenden Signals an. Eine CP-Erweiterung von OFDM-Systemen wird durch das Vorcodierungsfilter ersetzt, das das Signal in dem Zeitbereich streut. Der obige Ansatz nimmt jedoch die perfekte Kenntnis der Kanalzustandsinformationen für einen Entwurf der Digitalverarbeitung an dem Sender an. Deshalb kann er nicht für Frequenzduplexsysteme mit hoher Mobilität unter Einführung einer Zeitvarianz des Kommunikationskanals angewendet werden. Insbesondere wird der Kommunikationskanal mit zunehmender Geschwindigkeit eines Mobilendgeräts immer zeitvariabler, so dass die Kanalimpulsantwort und insbesondere die Kanalimpulsantwortkoeffizienten des Kommunikationskanals sich innerhalb eines übertragenen Symbols sehr schnell verändern. Deshalb kann keine perfekte Kenntnis der Kurzzeitkanalzustandsinformationen erhalten werden, die eine perfekte Kenntnis momentaner Größen der Kanalimpulsantwortkoeffizienten und von momentanen Phasen aufweisen. Deshalb leidet der oben angezeigte Stand der Technik in Mobilübertragungsszenarien unter einer erhöhten Bitfehlerrate.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein effizientes Schema zum Vorcodieren von Mehrträgersignalen in einem Mehrträgerübertragungsszenario bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung zum Vorcodieren eines Mehrträgersignals gemäß Anspruch 1 oder durch eine Mehrträgerübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 18 oder durch ein Verfahren zum Bereitstellen eines Mehrträgersignals gemäß Anspruch 19 oder durch ein Verfahren zum Bereitstellen eines vorcodierten Signals gemäß Anspruch 20 oder durch ein Computerprogramm gemäß Anspruch 21 gelöst.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass Intersymbolstörungen vermieden werden können, wenn ein durch einen Mehrwegekommunikationskanal zu übertragendes Mehrträgersignal vorcodiert wird, indem nur Langzustandskanalinformationen genutzt werden und indem die Kurzzustandskanalinformationen verworfen werden. Insbesondere hat man herausgefunden, dass das zu übertragende Mehrträgersignal effizient vorcodiert werden kann, wenn nur eine Information über die Kanalverzögerungen, die den Ausbreitungswegen des Mehrwegekommunikationskanals zugeordnet ist, als Langzeitkanalzustandsinformation explizit berücksichtigt wird. Dies ist aufgrund der weiteren Erkenntnis so, dass die Langzeitkanalzustandsinformation eine Charakteristik des Mehrwegekommunikationssignals in Bezug auf zu unterdrückende Intersymbolstörungen beschreibt. Im Gegensatz dazu beschreibt die Kurzzeitkanalzustandsinformation im Grunde eine Zeitvariation der Kanalkoeffizienten aufgrund der Geschwindigkeit von z. B. dem mobilen Endgerät. Solange eine Länge eines Ausbreitungswegs, der einer bestimmten Wegverzögerung zuge ordnet ist, als innerhalb eines Zeitintervalls, das durch die Symboldauer bestimmt ist, konstant betrachtet werden kann, führen die stark zeitveränderlichen Kanalkoeffizienten keine zusätzliche Verzögerung ein. Deshalb nutzt die vorliegende Erfindung nur eine Kenntnis der Mehrzahl von Wegverzögerungen, wobei jede Wegverzögerung einem entsprechenden Ausbreitungsweg zugeordnet ist, anstatt zeitveränderliche Charakteristika des Kommunikationskanals in dem Kurzzeitsinn zu nutzen.
Basierend auf der Kanalverzögerungscharakteristik, die die Wegverzögerungen aufweist, kann das Mehrträgersignal effizient unter Verwendung einer Invers-Wegverzögerung-Charakteristik vorcodiert werden, so dass an dem Empfänger der Kanaleinfluss in Bezug auf die Kanalverzögerungscharakteristik reduziert ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der erfindungsgemäße Ansatz auf ein Übertragen von Informationen innerhalb eines beliebigen herkömmlichen Übertragungsszenarios angewendet werden kann. Insbesondere stellt das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema ein Modulationsschema bereit, durch das ein vorcodiertes Mehrträgersignal aus einem Mehrträgersignal bereitgestellt wird, indem das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema angewendet wird, wobei das Vorcodierungsschema explizit beide Elemente betrachtet, nämlich die Charakteristik des Kommunikationskanals in Bezug auf die Kanalverzögerungen, die Intersymbolstörungen bewirken, und in Bezug auf ein Mehrträgerdemodulationsschema, das an einem Empfänger zur Demodulation angewendet wird. Das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema kann z. B. auf ein Modulieren eines Mehrträgersignals angewendet werden, um ein an einen OFDM-Empfänger zu übertragendes vorcodiertes Signal zu erhalten. Da die Kanalverzögerungscharakteristik explizit berücksichtigt wird, beinhaltet ein empfangenes Signal die ISI-Energie innerhalb des Schutzintervalls, das beim Verwenden eines OFDM-Empfängers entfernt wird.
Ferner ist das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema flexibel in Bezug auf den Entwurf eines Systems. Das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema kann z. B. auf eine Übertragung von Informationen in einem Mehr-Eingänge-Ein-Ausgang-Szenario (MISO-Szenario; MISO = multiple input single Output) angewendet werden (MISO-Kanäle). Zusätzlich kann das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema auch für Ein-Eingang-Ein-Ausgang-Kanäle (SISO-Kanäle; SISO = single input single Output) angewendet werden. Ein MISO-Szenario bedeutet, dass mehrere Antennenelemente an dem Sender bzw. der Übertragungsvorrichtung und eine einzelne Antenne an dem Empfänger verwendet werden, so dass ein MISO-Kanal gebildet wird. Das SISO-Szenario wird gebildet, wenn eine einzelne Antenne an dem Sender und an dem Empfänger verwendet werden.
Im Gegensatz zu den oben angezeigten Entzerrer- bzw. Equalizer-Ansätzen des Stands der Technik bleibt die Signalverarbeitung an dem Empfänger bei Anwendung des erfindungsgemäßen Vorcodierungsschemas unverändert. Eine einfache OFDM-Demodulation kann z. B. an einem mobilen Endgerät durchgeführt werden, da sich das erfindungsgemäße Verarbeitungsschema z. B. in einer Basisstation für die Abwärtsverbindung befindet. Im Gegensatz zu dem zuvor erwähnten Stand der Technik benötigt das erfindungsgemäße Schema nur Langzeitkanalzustandsinformationen anstelle von Sofortkanalzustandsinformationen.
Wie oben erwähnt wurde, werden die Kurzzeitkanalzustandsinformationen als Schwundkoeffizienten bzw. Fading-Koeffizienten bezeichnet, die abhängig von der Mobilität sehr schnell variieren können. Im Gegensatz dazu kennzeichnen die Langzeitkanalzustandsinformationen eine Anzahl von Mehrwegen, Verzögerungen und Richtungen eines Abgangs, die durch geometrische Charakteristika bestimmt werden. Diese Charakteristika verändern sich in Bezug auf die Mobilität der mobilen Endgeräte ziemlich langsam. Wie oben erwähnt wurde, ist es nicht immer möglich oder machbar anzunehmen, dass die Sofort-CSI an dem Sender bekannt sind.
Zusätzlich ist der erfindungsgemäße Ansatz stabil, da die erforderlichen Langzeitkanalzustandsinformationen als innerhalb eines übertragenen Symbols nicht zeitvariabel betrachtet werden können. Deshalb kann das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema selbst in Übertragungsszenarien, die durch große Mobilität gekennzeichnet sind, auf ein Reduzieren einer ISI angewendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Vorcodierungsschema als ein Vorcodierungsfilter mit Filterkoeffizienten verstanden werden. Diese Filterkoeffizienten können durch Beginnen bei dem bekannten Kriterium eines minimalen mittleren quadratischen Fehlers (MMSE-Kriterium; MMSE = minimum mean squared error) hergeleitet werden. Deshalb kann eine optimale Lösung in dem MMSE-Sinn erzielt werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema nur an dem Sender (Basisstation) zusätzliche Komplexität einführt. Insbesondere führt das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema an dem Empfänger (mobiles Endgerät) keine Komplexität ein. Dieser Vorteil spiegelt den Bedarf nach kompakten Endgeräten mit geringem Leistungsverbrauch wieder, um batteriebetriebene Endgeräte mit kleiner Leistung zu erhalten. Da die zusätzliche Signalverarbeitung auf die Basisstation übertragen wird, sind die erhöhte Raumanforderung und der erhöhte Leistungsverbrauch akzeptabel, da diese bei dem Entwerfen einer Basisstation kein wesentliches Problem sind. Deshalb ist das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema kosteneffektiv, da ein Verhalten des Übertragungssystems verbessert wird, während eine Anzahl mobiler Endgeräte aufgrund des geringen Leistungsverbrauchs einfach und kompakt gehalten werden kann. So stellt das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema mobile Endgeräte, die durch eine erhöhte Systemleistung bei gleichen Kosten gekennzeichnet sind, bereit, so dass die effektiv billigeren mobilen Endgeräte auch für Kunden attraktiver sind.
Ferner ist das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema für eine Vielzahl von Ausbreitungsszenarien anpassbar, wobei herkömmliche mobile Endgeräte verwendet werden können. Die OFDM-Übertragungstechnik kann z. B. in drahtlosen lokalen Netzen (LAN) verwendet werden, die oft in Innenumgebungen eingesetzt werden, wo eine maximale Verzögerung des Kommunikationskanals aufgrund des eingeschränkten Ausbreitungsraums eingeschränkt ist. Wenn jedoch das OFDM-System zur Übertragung innerhalb eines Zellularsystems in Außenumgebungen verwendet wird, gibt es viele Ausbreitungsszenarien mit unterschiedlichen Verzögerungen. Da das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema die Leistung in dem Fall langer Verzögerungen, die die Schutzintervalle überschreiten, vertretbar hält, kann eine Systemanpassung bei einer Vielzahl von Szenarien durchgeführt werden.
Ferner ist das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema für eine Ausbreitungsumgebung in Bezug auf Kanalrauschen anpassbar, da das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema optimiert werden kann, indem eine Kanalrauschleistung in einer momentanen Übertragungsumgebung explizit berücksichtigt wird. Deshalb kann eine Systemoptimierung in Bezug auf das Kanalrauschen bei Verwendung des erfindungsgemäßen Vorcodierungsschemas erzielt werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema sich der Dienstgüteanforderung für die Kommunikationsverbindung bewusst ist, da eine Optimierung des erfindungsgemäßen Ansatzes von einer Mehrzahl von Parametern, wie z. B. einer Übertragungsleistung, abhängig sein kann. Die Übertragungsleistung kann gemäß der Dienstgüteanforderung ausgewählt werden, z. B. eine höhere Übertragungsleistung für einen Benutzer, der eine höhere Übertragungsqualität benötigt. Deshalb können die zu übertragenden Signale in Bezug auf die verfügbare Übertragungsleistung angepasst oder optimiert werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema höhere Datenraten eines resultierenden Übertragungssystems verglichen mit den standardmäßigen OFDM-Übertragungssystemen ermöglicht. Bei einigen Übertragungsszenarien z. B. erfordern längere Verzögerungen des Kommunikationskanals längere Schutzintervalle, was eine größere Redundanz einführt, wie oben beschrieben wurde. Dies schränkt die Übertragungsdatenrate ein. Gemäß der vorliegenden Erfindung können noch kürzere Schutzintervalle verwendet werden, so dass höhere Datenraten erzielt werden können. In anderen Worten, die vorliegende Erfindung ermöglicht eine effiziente Ausnutzung der verfügbaren Kommunikationsressourcen, wie z. B. der verfügbaren Kommunikationsbandbreite.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die gleiche Luftschnittstelle in unterschiedlichen Szenarien oder sogar in unterschiedlichen Zellen verwendet werden kann. Wenn sich eine Mobilstation z. B. von drinnen (innen) nach draußen (außen) oder umgekehrt bewegt, verändern sich die auflösbaren Wegverzögerungen des Kanals. In solchen Fällen sollte ein Weiterreichen bzw. Handover stattfinden, um die Bewegung der Mobilstation zu berücksichtigen. Da das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema die gleiche Luftschnittstelle verwendet, kann eine Bemühung zur Umsetzung eines übergangslosen Weiterreichens vereinfacht werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der erfindungsgemäße Vorcodierungsansatz einen flexiblen Zellentwurf für Zellularsysteme ermöglicht. Da der Zellenentwurf eine maximale Verzögerung eines Kommunikationskanals, die der Zellgröße zugeordnet ist, berücksichtigt, ist der Zellentwurf stark auf die maximale Verzögerung bezogen. Diese enge Beziehung zwischen der Verzöge rung und dem Zellentwurf kann bei Verwendung des erfindungsgemäßen Vorcodierungsschemas gelockert werden, da eine vernünftige Leistung behalten werden kann, wenn lange Verzögerungen des Kanals (aus der größeren Zelle resultierend) das Schutzintervall, das an dem OFDM-Empfänger verwendet wird, überschreiten. In einem Fall der zuvor erwähnten Luftschnittstelle z. B. kann die Größe (die Länge) des Schutzintervalls, das für städtische Bereiche entworfen ist, verkürzt werden. In diesem Fall entspricht die Zellgröße einer Mikrozelle, was zu einer Reduzierung einer Anzahl von Basisstationen, die in einem bestimmten Bereich nötig sind, führt. Ferner ist es sogar möglich, in einem ländlichen Bereich weniger Basisstationen zu platzieren, der durch eine größere Zellgröße gekennzeichnet ist, ohne die Qualität oder die Datenrate der Kommunikationsverbindung zu beeinträchtigen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema eine weniger häufige Aktualisierung von Filterkoeffizienten erfordert. Die Langzeit-CSI werden in dem Langzeitsinn betrachtet und verändern sich nicht so häufig wie z. B. die Kanalimpulsantworten. Deshalb kann das erfindungsgemäße Vorcodierungsfilter weniger häufig als ein beliebiges anderes Vorcodierungsschema, das auf perfekten Kanalzustandsinformationen basiert, aktualisiert/neu berechnet werden.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines Mehrträgersignals gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Zerlegung einer Kanalimpulsantwort bezüglich der Wegverzögerungen;
3 ein lineares Modell eines OFDM-Systems;
4 parallele Kanäle in dem Fall einer OFDM-Übertragung;
5 einen Strahlformungsansatz;
6 ein Verhalten des Strahlformens an einem Sender;
7 parallele Kanäle ohne Rauschen;
8 eine Trennung von Kurzzeit-CSI und Langzeit-CSI in dem Fall von SISO-Kanälen;
9 ein Blockdiagramm eines Systemmodells gemäß der vorliegenden Erfindung;
10 ein Blockdiagramm eines Kommunikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 Bedingungen für eine Orthogonalität im Langzeitsinn;
12 ein Blockdiagramm eines Kommunikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
13 ein Blockdiagramm eines Kommunikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
14 einen Unterschied zwischen dem herkömmlichen Ansatz und dem erfindungsgemäßen Ansatz in Bezug auf eine Struktur übertragener Signale;
15 ein Verhalten des erfindungsgemäßen Ansatzes; und
16 ein herkömmliches OFDM-Schemas.
1 zeigt eine Vorrichtung zum Vorcodieren eines Mehrträgersignals gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung zum Vorcodieren des Mehrträgersignals wirksam für die Bereitstellung eines vorcodierten Signals aus einem Mehrträgersignal. Das Mehrträgersignal weist einen Satz von Werten auf, wobei jeder Wert des Satzes von Werten einer Trägerfrequenz einer Anzahl von Trägerfrequenzen eines Mehrträgermodulationsschemas zugeordnet ist, das dem betrachteten Übertragungsszenario zugeordnet ist.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung weist eine Einrichtung 103 zum Gewichten des Mehrträgersignals auf, wobei die Einrichtung 103 zum Gewichten eine Anzahl von Eingängen 105 und einen Ausgang 107 aufweist. Zusätzlich weist die Einrichtung 103 zum Gewichten einen weiteren Eingang 109 auf, mit dem eine Einrichtung 111 zum Bereitstellen von Informationen über eine erste Wegverzögerung und über eine zweite Wegverzögerung gekoppelt ist.
Der Ausgang 107 der Einrichtung 103 zum Gewichten ist mit einem Kommunikationskanal 113 gekoppelt, da in 1 ein prinzipielles Modell eines Kommunikationssystems gezeigt ist. Der Kommunikationskanal 113 weist einen Ausgang 115 auf, der mit einem Mehrträgerempfänger 117 gekoppelt ist, der z. B. ein OFDM-Empfänger sein kann. Der Mehrträgerempfänger 117 weist einen Block 119 auf, der wirksam zum Entfernen eines Schutzintervalls ist, wobei der Block 119 einen Ausgang 121 aufweist, der mit einem Mehrträgerdemodulator 123 gekoppelt ist. Der Mehrträgerdemodulator weist eine Anzahl von Ausgängen 125 zum Bereitstellen einer empfangenen Version des zu übertragenden Mehrträgersignals auf.
Wie oben erwähnt wurde, zeigt 1 ein prinzipielles Diagramm eines Kommunikationssystems, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vorcodieren des Mehrträgersignals eingebettet ist. Der Kommunikationskanal 113 umfasst z. B. ein Sendefilter, einen Digital/Analog-Wandler, einen Verstärker, eine oder mehrere Sendeantennen usw. Es wird angenommen, dass der Kommunikationskanal 113 ein Mehrwegekommunikationskanal ist. Deshalb ist der Kommunikationskanal 113 durch eine Mehrzahl von Ausbreitungswegen gekennzeichnet, wobei jeder Weg einer Wegverzögerung zugeordnet ist. Insbesondere weist der Kommunikationskanal 113 einen ersten Ausbreitungsweg, der einer ersten Wegverzögerung zugeordnet ist, und einen zweiten Ausbreitungsweg, der einer zweiten Wegverzögerung zugeordnet ist, auf. Ein vorcodiertes Signal, das durch die Einrichtung 103 zum Gewichten aus dem Mehrträgersignal bereitgestellt wird, soll deshalb durch den Mehrwegekommunikationskanal 113 über die Mehrzahl von Ausbreitungswegen übertragen werden, und insbesondere über den ersten Kommunikationsweg und den zweiten Kommunikationsweg des Kommunikationskanals 113.
An dem Empfänger weist der Kommunikationskanal 113 eine Empfangsantenne, ein Empfangsfilter, einen Analog/Digital-Wandler usw. auf. Ein Signal, das durch den Mehrträgerempfänger empfangbar ist, wird über den Ausgang 115 des Kommunikationskanals 113 zu dem Block 119 geliefert, der zum Entfernen des Schutzintervalls wirksam ist. Nachfolgend liefert der Block 119 ein Zeitbereichssignal an den herkömmlichen Mehrträgerdemodulator 123, der ein Fourier-Transformator sein kann, der zum Transformieren des Zeitbereichssignals, das über den Ausgang 121 bereitgestellt wird, in einen Frequenzbereich wirksam ist, um ein empfangenes Mehrträgersignal zu erhalten.
Wie oben erwähnt wurde, kann der Mehrträgerempfänger 117 ein herkömmlicher OFDM-Empfänger sein. Deshalb entfernt der Block 119 das Schutzintervall mit einer Länge, die einer maximalen Kanallänge zugeordnet ist, wie in 1 darge stellt ist. Das verbleibende Signal (Zeitbereichssignal) mit einer Länge, die einer Länge des Mehrträgersignals entspricht, wird dann über den Ausgang 121 an den Mehrträgerdemodulator 123 geliefert. Wenn eine maximale Verzögerung des Kommunikationskanals kürzer als oder gleich dem Schutzintervall ist, ist das empfangene Mehrträgersignal orthogonal, da keine ISI eingeführt wird. Wenn jedoch die maximale Kanalverzögerung die Länge des Schutzintervalls überschreitet, wird ISI eingeführt, so dass das empfangene Mehrträgersignal nicht mehr orthogonal ist, was, wie oben erwähnt wurde, zu einem erhöhten Bitfehlerverhältnis führt. In diesem Fall ist die erste Wegverzögerung, die dem ersten Ausbreitungsweg des Kommunikationskanals zugeordnet ist, größer als die Länge des vorbestimmten zu entfernenden Schutzintervalls in dem Mehrträgerempfänger 117 zur weiteren Verarbeitung. Insbesondere überschreitet zumindest eine Wegverzögerung eine Dauer des vorbestimmten Schutzintervalls.
Um die Intersymbolstörungen zu reduzieren, ist die erfindungsgemäße Einrichtung 103 zum Gewichten zum Gewichten des Mehrträgersignals, das über den Eingang 105 bereitgestellt wird, unter Verwendung der Informationen über die erste Wegverzögerung und der Informationen über die zweite Wegverzögerung, die durch die Einrichtung 111 zum Bereitstellen der Informationen bereitgestellt werden, wirksam. Insbesondere ist die Einrichtung 103 zum Gewichten zum Gewichten des Mehrträgersignals in einer derartigen Weise wirksam, dass ein zeitlich gestreutes vorcodiertes Signal erhalten wird, wobei eine zeitliche Streuung nötig ist, um das zu übertragende vorcodierte Signal vor Intersymbolstörungen zu schützen. Die erfindungsgemäße Einrichtung 103 zum Gewichten jedoch ist zum zeitlichen Streuen wirksam, derart, dass eine Länge des zeitlich gestreuten vorcodierten Signals einer Summe einer Länge des Mehrträgersignals und der Länge des vorbestimmten Schutzintervalls entspricht, wie in 1 dargestellt ist. Das zeitlich gestreute vorcodierte Signal wird über den Ausgang 107 als das vorcodierte Signal zur Übertragung an den Kommunikationskanal 113 geliefert.
Üblicherweise ist das Mehrträgersignal, das über den Eingang 105 bereitgestellt wird, ein digitales Signal, das einen Satz von Mehrträgerwerten aufweist, die den Trägerfrequenzen zugeordnet sind, die auf die Übertragung von Informationen angewendet werden. In diesem Fall kann die Einrichtung 103 zum Gewichten zum Gewichten des Satzes von Mehrträgerwerten unter Verwendung eines Satzes von Gewichtungskoeffizienten wirksam sein, derart, dass an dem Empfänger die Intersymbolstörungen reduziert werden. Vorzugsweise führt die Einrichtung 103 zum Gewichten eine Filteroperation durch, wobei das Mehrträgersignal, das über den Eingang 105 bereitgestellt wird, unter Verwendung des Satzes von Gewichtungskoeffizienten gefiltert wird. Die Einrichtung 103 zum Gewichten kann deshalb einen Multiplizierer zum Multiplizieren jedes Mehrträgerwertes mit einem Gewichtungskoeffizienten aufweisen. Ferner kann die Einrichtung 103 zum Gewichten einen Addierer zum Addieren eines Ergebnisses der Multiplikationen aufweisen, um das vorcodierte Signal als ein Ergebnis einer Faltungsoperation bereitzustellen, die dem Filtern zugeordnet ist.
Wie oben erwähnt wurde, beruht der erfindungsgemäße Ansatz nur auf der Ausnutzung einer Kenntnis der unterschiedlichen Ausbreitungswegverzögerungen (Wegverzögerungen), die der Mehrwegausbreitungscharakteristik des Kommunikationskanals 113 zugeordnet sind. 2 zeigt lediglich beispielhaft ein Ausführungsbeispiel einer Ausbreitungscharakteristik des Kommunikationskanals 113 aufgrund der Mehrwegeübertragung (Mehrwegeverzögerungscharakteristik). Wie in 2 dargestellt ist, kann der Kommunikationskanal 113 durch eine Kanalimpulsantwort dargestellt sein, die zwei Kanalabzweigungen aufweist, wie in dem oberen Diagramm in 2 dargestellt ist. Jede Kanalabzweigung ist einem Abzweigungswert zugeordnet, der komplex sein kann, was die momen tane Dämpfung des entsprechenden Weges und ihren Einfluss auf eine Phase eines empfangenen Signals darstellt.
Zur Vereinfachung der Beschreibung zeigt 2 nur zwei Kanalabzweigungen, die dem ersten Weg und dem zweiten Weg entsprechen. Wie oben erwähnt wurde, sind die Amplituden- und Phaseninformationen für den erfindungsgemäßen Vorcodierungsansatz irrelevant. Insbesondere sind nur die Informationen über die erste Wegverzögerung, dargestellt in dem mittleren Diagramm in 2, und über die zweite Wegverzögerung, dargestellt in dem unteren Diagramm in 2, von Interesse. In anderen Worten, die einzigen Informationen über den Kommunikationskanal, die zur Durchführung der erfindungsgemäßen Vorcodierungsoperation erforderlich sind, sind die Informationen über die erste Wegverzögerung und über die zweite Wegverzögerung, unabhängig von einer Amplituden- oder Phasenvariation der entsprechenden Kanalabzweigungen, die dem ersten Ausbreitungsweg und dem zweiten Ausbreitungsweg zugeordnet sind. Um diese Anforderung hervorzuheben, zeigt 2 eine Zerlegung der Kanalimpulsantwort in Bezug auf die Mehrwegeverzögerungscharakteristik.
Eine Version des vorcodierten Signals, die über den ersten Weg übertragen wird, erfährt die erste Wegverzögerung, wobei eine Version des vorcodierten Signals, die über den zweiten Weg übertragen wird, die zweite Wegverzögerung erfährt. An einem Empfänger wird eine Überlagerung der empfangenen Versionen, die übertragenen Versionen des vorcodierten Signals entsprechen, empfangen, wobei aufgrund der Mehrwegeverzögerungscharakteristik des Kommunikationskanals Intersymbolstörungen auftreten.
Um die Intersymbolstörungen an dem Empfänger zu reduzieren, weist der Satz von Gewichtungskoeffizienten, der durch die Einrichtung 103 verwendet wird, die Mehrwegeverzögerungscharakteristik des Kommunikationskanals 113 auf. Insbesondere kann der Satz von Gewichtungskoeffizienten direkt die erste Wegverzögerung und die zweite Wegverzögerung oder geeignete Informationen darüber aufweisen. Der Satz von Gewichtungskoeffizienten z. B. kann die erste Wegverzögerung und die zweite Wegverzögerung als genormten Wert in Bezug auf z. B. die erste Wegverzögerung aufweisen, so dass einheitslose Werte erhalten werden. Unter Verwendung des Satzes von Gewichtungskoeffizienten soll das vorcodierte Signal derart zeitlich gestreut werden, dass die Intersymbolstörungen innerhalb des durch den Mehrträgerempfänger 117 zu entfernenden Schutzintervallen unabhängig von der maximalen Kanalverzögerung angesammelt werden. Um eine Energie der Intersymbolstörungen innerhalb des Schutzintervalls zu konzentrieren, kann der Satz von Gewichtungskoeffizienten, der durch die Einrichtung 103 zum Gewichten verwendet wird, ferner eine Information über die Länge des vorbestimmten Schutzintervalls oder alternativ direkt die Länge des vorbestimmten Schutzintervalls aufweisen. Außerdem kann in diesem Fall die Länge des vorbestimmten Schutzintervalls, das die Gewichtungskoeffizienten umfasst, auf einen geeigneten Wert genormt werden, so dass einheitslose Koeffizienten verwendet werden.
Ferner können die Gewichtungskoeffizienten, die die Einrichtung 103 zum Gewichten umfasst, ferner Fourier-Koeffizienten aufweisen, die einer Fourier-Transformation zugeordnet sind, und/oder Fourier-Koeffizienten, die einer inversen Fourier-Transformation zugeordnet sind, um das gegenwärtig verwendete Mehrträgermodulationsschema zu berücksichtigen. Vorzugsweise soll das vorcodierte Signal an den Mehrträgerempfänger 117, der ein OFDM-Empfänger ist, übertragen werden. In diesem Fall soll das Mehrträgersignal, das über den Eingang 105 an die Einrichtung 103 zum Gewichten geliefert wird, in einen Zeitbereich transformiert werden, so dass das vorcodierte Signal, das über den Ausgang 107 der Einrichtung 103 zum Gewichten bereitgestellt wird, als ein Zeitbereichssignal betrachtet werden kann, das an den OFDM-Mehrträgerempfänger 117 übertragen werden soll. In anderen Worten, die Einrichtung 103 zum Gewichten führt eine Vorcodierungs- und eine Modulationsoperation durch. Insbesondere ersetzt die Einrichtung 103 zum Gewichten in diesem Fall einen OFDM-Modulator. Gleichzeitig wird das Mehrträgersignal, das über die Eingänge 105 bereitgestellt wird, in das vorcodierte Signal transformiert, indem eine optimale Übertragungsstrategie in Bezug auf ISI-Reduzierung und das angewendete Mehrträger-Modulations-/Demodulations-Schema berücksichtigt wird.
Gleichzeitig kann sogar das Kanalrauschen explizit berücksichtigt werden, so dass das vorcodierte Signal in Bezug auf das Kanalrauschen robuster ist. Hierfür kann der Satz von Gewichtungskoeffizienten, der durch die Einrichtung 103 zum Gewichten verwendet wird, eine Information über das Kanalrauschen oder insbesondere über die Kanalrauschleistung aufweisen. Um die Kanalrauschleistung zu berücksichtigen, kann die Einrichtung 111 zum Bereitstellen der Informationen ferner zum Bereitstellen einer Information über die Kanalrauschleistung wirksam sein, so dass diese explizit innerhalb des Satzes von Gewichtungskoeffizienten berücksichtigt werden kann. Das Kanalrauschen beeinflusst jedoch das empfangene Signal an dem Ausgang des Kommunikationskanals. Um die Informationen über das Kanalrauschen an die Einrichtung 103 zum Gewichten zu liefern, kann die Information über das Kanalrauschen durch den Mehrträgerempfänger aus dem empfangenen Signal extrahiert werden, was eine übliche Technik ist. Dann kann der Mehrträgerempfänger 117 die Information über das Kanalrauschen an die Einrichtung 111 zum Bereitstellen der Informationen übertragen. Die Informationen über das Kanalrauschen können z. B. über einen unbenutzten Abschnitt eines Signalrahmens, der einem Übertragungsstandard, wie z. B. dem HiperLAN-Standard, zugeordnet ist, übertragen werden.
Wenn das vorcodierte Signal über ein abwärts gerichtetes Frequenzband, das sich von dem aufwärts gerichteten Frequenzband unterscheidet, das durch den Mehrträgerempfänger 117 zum Kommunizieren mit dem Sender verwendet wird, an den Mehrträgerempfänger 117 übertragen werden soll, können die Informationen über die erste Wegverzögerung und über die zweite Wegverzögerung, die für die Einrichtung 103 zum Gewichten erforderlich sind, nur an dem Empfänger extrahiert werden. Diese Aufgabe jedoch ist keiner erhöhten Komplexität des Empfängers zugeordnet, da herkömmliche Mehrträgerempfänger immer ein Kanalschätzschema anwenden, um z. B. ein Entzerrungsschema auf die momentane Kanalbedingung anzupassen. Diese Informationen können über ein unbenutztes Signalsegment an die Einrichtung 111 zum Bereitstellen der Informationen übertragen werden, wie oben beschrieben wurde. Die Einrichtung 111 zum Bereitstellen der Informationen ist dann zum Empfangen der Informationen über die erste Wegverzögerung und über die zweite Wegverzögerung von dem Mehrträgerempfänger wirksam. Der Mehrträgerempfänger 117 überträgt z. B. die gesamte Kanalimpulsantwort an die Einrichtung 111 zum Bereitstellen der Informationen. In diesem Fall ist die Einrichtung 111 zum Bereitstellen der Informationen zum Extrahieren der Informationen über die erste Wegverzögerung und über die zweite Wegverzögerung aus den empfangenen Informationen über den Kommunikationskanal wirksam.
Es wäre jedoch von Interesse, dass die Einrichtung 111 zum Bereitstellen der Informationen direkt die Informationen über die erste Wegverzögerung und über die zweite Wegverzögerung empfängt. Um eine derartige Kommunikation zu ermöglichen, stellt die vorliegende Erfindung ferner einen Mehrträgerempfänger mit einer derartigen Funktionalität bereit. Dieses Problem wird später erläutert.
Alternativ kann die erfindungsgemäße Einrichtung 111 zum Bereitstellen ein Speicherelement zum Speichern einer Mehrzahl von Kanalverzögerungsprofilen aufweisen, wobei jedes Kanalverzögerungsprofil einem bestimmten Übertragungsszenario zugeordnet ist. Abhängig von dem bestimmten Übertragungsszenario, z. B. städtischer Bereich oder ländlicher Bereich, ist die Einrichtung zum Bereitstellen der Informationen zum Auswählen eines momentanen Kanalverzögerungsprofils, das dem momentanen Übertragungsszenario entspricht, wirksam, sowie zur Bereitstellung der entsprechenden Informationen über die erste Wegverzögerung und über die zweite Wegverzögerung, wobei diese Informationen durch das momentane Kanalverzögerungsprofil beinhaltet sind, an die Einrichtung 103 zum Gewichten.
Es ist jedoch auch möglich, dass der Sender und der Empfänger Informationen innerhalb des gleichen Übertragungsfrequenzbandes übertragen. In diesem Fall ist die Einrichtung 111 zum Bereitstellen der Informationen zum Schätzen der ersten Wegverzögerung und der zweiten Wegverzögerung aus einem Signal, das durch den Mehrträgerempfänger 117 z. B. während einer anfänglichen Sitzung übertragen wird, wirksam. Um die erste Wegverzögerung und die zweite Wegverzögerung zu schätzen, kann die Einrichtung 111 zum Bereitstellen der Informationen zum Bestimmen einer Autokorrelationsfunktion des empfangenen Signals wirksam sein, da die Autokorrelationsfunktion direkt eine Information über die Kanalverzögerungscharakteristik bereitstellt.
Die Informationen über die erste Wegverzögerung und über die zweite Wegverzögerung könnten für die Einrichtung 103 zum Gewichten erforderlich sein, wenn diese zum Bestimmen der Gewichtungskoeffizienten, die zum Gewichten des Mehrträgersignals verwendet werden sollen, wirksam ist, um das vorcodierte Signal bereitzustellen. In diesem Fall kann die erfindungsgemäße Einrichtung 103 zum Gewichten eine Einrichtung zum Bestimmen der Gewichtungskoeffizienten aufweisen. Die Einrichtung zum Bestimmen der Gewichtungskoeffizienten ist z. B. zum Empfangen der Informationen über die erste Wegverzögerung und über die zweite Wegverzögerung von der Einrichtung 111 zum Bereitstellen der Informationen wirksam, sowie durch explizites Berücksichtigen der Informationen über die erste Wegverzögerung und über die zweite Wegverzögerung zur Bestimmung der Gewichtungskoeffizienten.
Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung wird später erläutert.
Im Folgenden ist der erfindungsgemäße Ansatz detaillierter beschrieben.
In 3 ist eine Struktur eines OFDM-Übertragungssystems zusammengefasst. Das OFDM-Übertragungssystem weist einen Invers-Fourier-Transformator 303 zum Transformieren des Mehrträgersignals, das N_c Werte aufweist, in den Zeitbereich auf. Nachfolgend führt der Block 305 ein Schutzintervall ein. Das resultierende Signal wird durch einen Kommunikationskanal 307 übertragen, wobei an einem Ausgang des Kommunikationskanals 307 Kanalrauschen hinzugefügt wird. An einem Empfänger entfernt ein Block 309 das Schutzintervall und das so verarbeitete Signal wird an einen Fourier-Transformator 311 zum Bereitstellen einer empfangenen Version des Mehrträgersignals bereitgestellt. Es soll angemerkt werden, dass das übertragene Signal nach der Schutzintervalleinführung eine Länge von N aufweist. Zur Vereinfachung zeigt 3 eine Kanal-Codierung/Decodierung und -Verschachtelung/Entschachtelung nicht explizit.
Nach einer Kanalcodierung und -verschachtelung werden die Informationsbits in komplexwertige Basisbandsymbole moduliert, die in dem Vektor
des n-ten OFDM-Symbols angeordnet sind, wobei N_c und (•)^T die Anzahl von Unterträgern bzw. die Transponierte einer Matrix sind. Die modulierten Signale werden von dem Frequenzbereich durch die Invers-Fourier-Transformationsmatrix F^H in den Zeitbereich transformiert, wobei (•)^H die Hermitische Transponierte einer Matrix ist. Die N_c-Punkt-Fourier-Transformationsmatrix F ist folgendermaßen definiert:
wobei [A]_l,m der (l, m)-te Eintrag einer Matrix A ist und 1 ≤ l, m ≤ N_c gilt. Da die Matrix F unitär ist, ist die inverse Fourier-Transformation gegeben durch F^H = F^–1. Bevor das Signal übertragen wird, wird ein Zeitbereichssignal zyklisch um ein zyklisches Präfix (CP) der Größe N_g als Schutzintervall (GI; GI = guard interval) erweitert. Dies wird durch die GI-Einführungsmatrix wie folgt ausgedrückt:
wobei 1N_c und B eine Identitätsmatrix der Größe N_c bzw. die letzten N_g Zeilen von
sind. Aus Bequemlichkeitsgründen ist außerdem Folgendes definiert: N = Nc + Ng.
Zwei Kanalmodelle werden im Folgenden betrachtet: ein Ein-Eingang-Ein-Ausgang-Kanal (SISO) und ein Mehr-Eingänge-Ein-Ausgang-Kanal (MISO). Der SISO-Kanal kann als ein Spezialfall eines MISO-Kanals betrachtet werden. Im Folgenden ist die nilpotente Verschiebungsmatrix definiert:
Dann kann die Kanalfaltungsmatrix einer Block-Toeplitz-Struktur des OFDM-Symbols zu einer Zeit n folgendermaßen ausgedrückt werden:
wobei ,⊗' und a₁ ∊ von C^M das Kronecker-Produkt bzw. den Array-Lenkvektor bezeichnen. M ist die Anzahl von Antennenelementen an dem Sender. Es wird angenommen, dass die Ordnung-L-Kanalzweigungen h_l, l = 0, ..., L, unkorrelierte komplexe Gaußsche zufällige Variablen sind. So kann die Kanalmatrix für das OFDM-Symbol zu einer Zeit n – 1 folgendermaßen ausgedrückt werden:
Die obige Kanalmatrix führt eine Intersymbolstörung (ISI) von dem Symbol s[n – 1] zu s[n] ein. Im Folgenden wird angenommen, dass eine Symboldauer lang ist, so dass nur das vorher gesendete Symbol die ISI an dem momentanen Symbol bewirkt. So reduzieren die obigen Kanalmatrizen sich auf einfache Faltungsmatrizen für SISO-Kanäle, da für M = 1 a₁ = 1, ∀l, gilt.
An dem Empfänger wird das CP durch die GI-Entfernungsmatrix aus dem empfangenen Signal entfernt.
und das Signal wird von dem Zeitbereich durch F in den Frequenzbereich transformiert, um die Unterträgersignale wiederzugewinnen.
Die geschätzten Signale können folgendermaßen ausgedrückt werden: [n] = FGRH0GIFHs[n] + FGRH1GIFHs[n – 1] + η ~[n],wobei das Rauschen η ~[n] in dem Frequenzbereich folgendermaßen definiert ist:
und η[n] ∊ C^N ein Rauschfaktor in dem Zeitbereich ist.
Eine grundlegende Eigenschaft von OFDM-Systemen besteht darin, dass in dem Frequenzbereich der Kommunikationskanal in eine Anzahl paralleler Kanäle transformiert wird, wenn das CP auf einen größeren Wert als die maximale Verzögerung des Kommunikationskanals gesetzt ist, um eine ISI zu vermeiden. Eine Bedingung zum Reduzieren der ISI ist: G_RH₁ = 0 für N_g ≥ L, deshalb gilt: ŝ[n] = FGRH0GIFHs[n] + η ~[n]. da, wenn das CP größer ist als die maximale Verzögerung des Kanals, die Kanalfaltungsmatrix H₀ zirkular wird und durch die Fourier-Transformation diagonalisiert wird. Durch ein Definieren von Hc = GRH0GI folgt
wobei h die erste Spalte von H₀ ist. Deshalb kann der obige Ausdruck auf Folgendes vereinfacht werden: [n] = Λs[n] + η ~[n].
Es gibt keine Interträgerstörung bzw. -interferenz (ICI; ICI = intercarrier interference) und so kann ein Unterträger ohne weiteres unabhängig voneinander wiedergewonnen werden. Die parallelen Kanäle unabhängiger Unterträger sind in 4 dargestellt. Insbesondere zeigt 4 ein Parallelkanäle-Äquivalent, wenn das CP größer ist als die maximale Verzögerung des Kommunikationskanals.
Im Folgenden wird durch ein Beispiel erläutert, wie OFDM-Systeme in dem Frequenzbereich von einem Mehrwege-SISO-Kanal Verschiedenheit bzw. Diversity gewinnen. Im Folgenden ist der Abwärtsschieb- bzw. Downshiftoperator folgendermaßen definiert:
wobei e_k, k = {1, ..., N_c} die k-te Spalte der Identitätsmatrix mit N_c mal N_c ist. Wenn N_g ≥ L erfüllt ist, kann gezeigt werden, dass die folgende Beziehung zutrifft: GRΓlN GI = S1.
Und aus
folgt
deren Diagonalenelemente die (l + 1)mod N_c-te Spalte der Fourier-Transformationsmatrix sind, wie in der obigen Gleichung gezeigt, multipliziert mit dem Normierungsfaktor
So kann die Diagonalmatrix Λ folgendermaßen geschrieben werden:
wobei die obigen Gleichungen für den letzten Schritt angewendet werden. Das obige Ergebnis zeigt, dass die diagonale Matrix Λ eine Überlagerung der Diagonalmatrizen h_lΩ^l, (0 ≤ l ≤ L) ist. Da die Diagonalelemente von Λ Frequenzantworten des Kommunikationskanals darstellen, gilt, dass je größer die Anzahl von Wegen L ist, desto mehr Verschiedenheit im Frequenzbereich erhalten wird, was zu einer zuverlässigeren Kommunikation führt, wenn Kanalcodierungsschemata in der Frequenzrichtung angewendet werden. Wenn z. B. keine Verzögerung vorliegt (L = 0), werden die Kanalfrequenzantworten durch A = h₀Ω⁰ = h₀1 dargestellt, was bedeutet, dass der Kanal über alle Unterträger flach ist und keine Verschiedenheit verfügbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Gewichtungsmatrix, wie sie in 1 gezeigt ist, zum Strahlformen wirksam sein.
Strahlformen bzw. Beamforming ist ein herkömmlicher Ansatz, der mehrere Antennen zum Übertragen von Übertragungsstrahlen ausnutzt, die in unterschiedliche Richtungen mit Leistung versorgt werden. In M. Budsabathon, Y. Hara und S. Hara, „On a Pre-FFT OFDM Adaptive Antenna Array for Delayed Signal Suppression", in Proc. the 7-th International OFDM-Workshop, Hamburg, Deutschland, September 2002 ist ein Strahlformen an dem Empfänger beschrieben, bei dem ein Problem, das durch lange Kanalverzögerungen bewirkt wird, die das Schutzintervall der OFDM-Systeme überschreiten, gelöst wird. Der Ansatz des Stands der Technik unterdrückt die Signale, die von den Richtungen mit den Verzögerungen, die das Schutzintervall überschreiten, auftreffen, um die ISI und ICI zu vermeiden. Dieses Schema setzt mehrere Antennen voraus, die an dem Empfänger eingesetzt werden, was einen bestimmten Raum zur Anbringung mehrerer Antennen und zusätzliche Rechenleistung erfordert. Deshalb ist der oben angemerkte Ansatz des Stands der Technik nicht geeignet für kompakte mobile Endgeräte mit einem geringen Batterieverbrauch.
Üblicherweise wird zur Durchführung eines Strahlformens das zu übertragende Signal durch einen Strahlformungsvektor (Lenkvektor) gewichtet, um die Übertragungsrichtung zu berücksichtigen. Ferner wurde herausgefunden, dass der Strahlformungsvektor so gebildet sein könnte, dass das übertragene Signal sich nicht mit Verzögerungen, die das Schutzintervall überschreiten, in den Richtungen ausbreitet. Dies würde die effektive Anzahl von Wegverzögerungen, die an dem Empfänger zu beobachten sind, reduzieren und die ISI und ICI lindern. Es könnte jedoch ein Nachteil für Kanalcodierungsschemata sein, da der Mehrweg eine Verschiedenheitsquelle ist, wie oben erläutert wurde, während das Strahlformen die effektive Zahl von Wegverzögerungen an dem Empfänger reduziert.
5 zeigt ein Blockdiagramm eines Strahlformungsansatzes. Das Mehrträgersignal wird zuerst über den Invers-Fourier-Transformator 303 in den Zeitbereich transformiert. Dann fügt der Block 305 ein Schutzintervall ein, das äquivalent zu einer Signalstreuung in dem Zeitbereich ist (CP-Erweiterung). Das resultierende Zeitbereichssignal wird dann durch einen Strahlformer 501 in einem Raumbereich gestreut, was oft als Streuung im Raum bezeichnet wird.
Die Matrix W führt das Strahlformen durch, das das Signal in dem Raumbereich streut. Ein Blickrichtungsstrahlformen wird betrachtet, um einen Strahlformungsvektor zu berechnen. Deshalb ist die Matrix W:
wobei N_b die Anzahl von Strahlen zur Berechnung des Gewichtungsfaktors ist.
Um die Leistung eines Systems, die dem Strahlformungsansatz zugeordnet ist, zu verifizieren, wurden bisher Computersimulationen durchgeführt.
6 zeigt das resultierende Systemverhalten ausgedrückt in einer Fehlerbitrate (BER; BER = bit error rate) gegenüber einem Verhältnis von Bitenergie zu Rauschen (E_b/N₀) für den Fall eines Strahls, zweier Strahlen und vier Strahlen. Die Simulationsparameter für das Strahlformungsschema an dem Sender sind in der oben dargestellten Tabelle zusammengefasst. Die Schutzintervallgröße ist als ein Extremfall des unzureichenden Schutzintervalls auf Null gesetzt. So überschreiten alle Kanalverzögerungen das Schutzintervall. Die Richtungen eines Abgangs (DODS; DODS = directions of departure) für die Strahlformungsvektoren werden gemäß der entsprechenden Wegverzögerung ausgewählt, wobei die DODS mit den kürzesten Wegverzögerungen ausgewählt werden. Die Ergebnisse zeigen die erhöhte Leistung für die geringere Zahl von Strahlen in der Region mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR; SNR = signal to noise ratio), da die ISI und ICI unterdrückt werden. In dem Fall eines niedrigeren SNR jedoch ist die Verwendung einer größeren Zahl von Strahlen von Vorteil, da um so mehr Frequenzverschiedenheit verfügbar ist, die die Leistung verbessert, und zwar aufgrund einer Kanalcodierung. Wie in 6 zu sehen ist, liegt ein Kompromiss zwischen der Frequenzverschiedenheitsverstärkung und der Störungslinderung in Bezug auf die Zahl von Wegverzögerungen vor. Um die Leistung, die dem herkömm lichen Strahlformungsschema zugeordnet ist, zu verbessern, stellt die vorliegende Erfindung ferner ein Konzept zum effizienten Strahlformen bereit, wobei die Einrichtung zum Gewichten ferner zum Strahlformen wirksam ist, da die Lenkvektoren (Strahlformungsvektoren) explizit beim Entwerfen des Satzes von Gewichtungskoeffizienten berücksichtigt werden können.
Im Folgenden wird ein Unterschied zwischen Kurzzeitkanalzustandsinformationen und Langzeitkanalzustandsinformationen erläutert.
Lineare Übertragungsverarbeitungsschemata, die annehmen, dass der Sender vollständige Kenntnis des Kommunikationskanals besitzt, sind offenbart in K. Kusume, „Linear Space-Time Precoding for OFDM Systems based an Channel State Information", Proceedings IEEE, International Symposium an Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications (PIMRC 2003), Peking, China, September 2003, Bd. 1, Seiten 231–235, gemäß dem Ansatz, der in dem oben genannten Dokument des Stands der Technik offenbart ist, wobei angenommen wird, dass die CSI von dem Empfänger rückgekoppelt werden oder von der alternativen Verbindung des Zeitduplexsystems geschätzt werden. Die Annahme der vollständigen Kanalkenntnis jedoch ist für einige Systeme unter Umständen nicht machbar. In Frequenzduplexsystemen z. B. können die CSI, die von der Aufwärtsverbindung geschätzt werden, nicht für die Abwärtsverbindung angewendet werden, da sich die Aufwärtsverbindung und die Abwärtsverbindung in unterschiedlichen Trägerfrequenzen befinden.
Um eine neue Signalverarbeitungstechnik an dem Sender zu entwerfen, werden bestimmten CSI ausgenutzt, die sich nicht zu schnell verändern, wie z. B. Wegverzögerungen und DODS. Dies ist so, da man davon ausgeht, dass diese geometrischen Informationen sich in Bezug auf eine Bewegung des Mobilgeräts relativ langsam verändern.
Im Folgenden ist eine Trennung von Kurz- und Langzeit-CSI in Bezug auf den SISO-Kanal erläutert, wobei spezielle Eigenschaften von MISO-Kanalmodellen später erläutert werden. Wie zuvor angemerkt wurde, zerlegt die OFDM-Modulation den Mehrwegekanal in parallele Kanäle. In Abwesenheit von Rauschen kann der Kanal zwischen dem Sender und dem Empfänger in dem Fall eines ausreichenden gewählten Schutzintervalls beschrieben werden, wie in 7 dargestellt ist. Die Diagonalmatrix Λ beinhaltet die Kanalfrequenzantworten aller Unterträger in ihrer Hauptdiagonalen. Diese Einträge verändern sich sehr schnell und können an dem Sender nicht ausgenutzt werden. Diese Diagonalmatrix jedoch ist eine Überlagerung diagonaler Matrizen, die jeweils einer unterschiedlichen Wegverzögerung entsprechen.
8 zeigt eine Trennung von Kurzzeit-CSI und Langzeit-CSI auf SISO-Kanälen, wobei eine Frequenzbereichsdarstellung ausgewählt ist. Der Kommunikationskanal weist L + 1 Ausbreitungswege auf, die komplexwertigen Kanalabzweigungen h_l für den Weg l, (0 ≤ l ≤ L) zugeordnet sind. Die komplexwertigen Kanalabzweigungen variieren schnell und werden als Kurzzeit-CSI betrachtet, während die Diagonalmatrix Ω^l der Wegverzögerung entspricht, die sich nicht so schnell wie die Kanalkoeffizienten verändert. Deshalb stellt die Diagonalmatrix die Langzeitkanalzustandsinformationen dar. Es wird angenommen, dass die Langzeit-CSI an dem erfindungsgemäßen Sender ausgenutzt werden, um die Signalverarbeitung zu entwerfen.
Aus Gründen der Vollständigkeit ist es von Interesse, die Bedingungen zur Orthogonalität in einem Langzeitsinn zu untersuchen. Im Folgenden werden diese Bedingungen erläutert, um das Optimierungsproblem zu formulieren, das einem Entwurf der erfindungsgemäßen Gewichtungskoeffizienten zugeordnet ist, was später erläutert werden wird.
9 zeigt ein Blockdiagramm eines Systemmodells, das einem SISO-Kommunikationskanal zugeordnet ist.
Im Gegensatz zu dem Kommunikationssystem aus 3 weist das in 9 gezeigte Systemmodell L + 1 Verzögerungsblöcke 901 auf, wobei jeder Verzögerungsblock 901 einem entsprechenden Ausbreitungsweg zugeordnet ist. In anderen Worten, die Kanalverzögerungsblöcke 901 stellen die Kanalverzögerungen in dem Zeitbereich als die Langzeitcharakteristik des Kanals als die Mehrwegeverzögerungscharakteristik des Kommunikationskanals dar. Um die Kurzzeit-CSI zu berücksichtigen, ist jeder Kommunikationsweg einem Multiplizierer 903 zugeordnet. An dem Empfänger werden die empfangenen Versionen überlagert, wobei die Überlagerung durch den Addierer 905 dargestellt ist. Aus Gründen einer Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, dass ein ausreichendes Schutzintervall ausgewählt ist, so dass es keine ISI und ICI gibt. Ferner wird ein Kanalrauschen bei dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel wegen der Kürze nicht explizit berücksichtigt. Das Ziel besteht nun darin, Bedingungen für den Signalverarbeitungsentwurf an dem Sender zu finden, die nicht nur die Langzeitkanalzustandsinformationen berücksichtigen, sondern auch die Signalverarbeitung an dem Empfänger. Hierfür wird das in 9 gezeigte Systemmodell in ein in 10 gezeigtes äquivalentes Systemmodell umgewandelt.
Das in 10 gezeigte Systemmodell spiegelt die Linearität des Systems wieder, so dass jeder Kommunikationsweg separat betrachtet werden kann. Ferner können aufgrund der Linearität die Kanalabzweigungen, die den Kurzzeit-CSI zugeordnet sind, auf die rechte Seite verschoben werden.
Bei einem nächsten Umwandlungsschritt kann das in 10 gezeigte Systemmodell in ein in 11 gezeigtes äquivalentes Systemmodell umgewandelt werden.
Das in 11 gezeigte Systemmodell weist L + 1 Blöcke 1101 auf, wobei jeder Block 1101 einem bestimmen Ausbreitungsweg von L + 1 Ausbreitungswegen zugeordnet ist. Verglichen mit dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel stellen die Blöcke 1101 eine Operation der jeweiligen verketteten Blöcke 303, 305, 901, 309 und 311 dar. In anderen Worten, die Blöcke 1101 stellen eine zusammengesetzte Operation in Bezug auf die zuvor erwähnten Operationsblöcke dar.
Um das Verhalten des Systems zu beschreiben, ist ein Teil einer Gleichung von Interesse aus Bequemlichkeit geschrieben. FGRΓlN GIFH = Ωl, ∀l
Nun ist zu erkennen, dass es L + 1 Bedingungen gibt, wobei die Kurzzeit-CSI explizit ausgeschlossen ist.
Die OFDM-Modulation transformiert jede Wegverzögerung in die Diagonalmatrix mit einer Potenz von Fourier-Koeffizienten als Diagonalelemente.
Es wird angemerkt, dass die obige Transformation des Systemmodells auf der Annahme basiert, dass das Schutzintervall größer ist als die maximale Verzögerung des Kommunikationskanals. Diese Annahme ist jedoch nicht immer erfüllt, was später erläutert werden wird. Die obigen Betrachtungen stellen eine analytische Basis für eine weitere Analyse bereit, um durch die erfindungsgemäße Einrichtung zum Gewichten zu verwendende Gewichtungskoeffizienten bereitzustellen, um die Orthogonalität des empfangenen Mehrträgersignals unabhängig von den Kurzzeitkanalzustandsinformationen zu behalten.
Bei Vorliegen von Langkanalverzögerungen, die die Schutzintervalle überschreiten, liegen ISI und ICI vor. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dies durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden, wobei ein SISO-Kommunikationskanal aus Gründen einer Vereinfachung der Beschreibung betrachtet wird.
wobei der Rauschterm zur Vereinfachung nicht beinhaltet ist. Der erste Term auf der rechten Seite der obigen Gleichung ist den Verzögerungskomponenten innerhalb des Schutzintervalls zugeordnet. So kann dieser Term in Folgendes transformiert werden:
was eine Diagonalstruktur besitzt. Die Orthogonalität hält und die Verschiedenheit der N_g-ten Ordnung kann erzielt werden. Der mittlere Term der obigen Gleichung weist die Wegverzögerungen auf, die das Schutzintervall überschreiten, und er durchläuft nicht die Diagonalstruktur. Da die Diagonalstruktur nicht behalten wird, wird dies als die ICI betrachtet, die idealerweise gelindert sein sollte. Diese Komponenten können jedoch eine potentielle zusätzliche (L – N_g)-te Verschiedenheit aufgrund des Mehrwegekanals einführen, die zum Verbessern der Leistung des Systems ausgenutzt werden kann. Im Gegensatz dazu stellt der letzte Term auf der rechten Seite der obigen Gleichung die ISI aufgrund des zuvor übertragenen Signals s[n – 1] dar und muss deshalb unterdrückt werden.
Beginnend bei der obigen Herleitung wird der erfindungsgemäße Vorcodierungsansatz analytisch erklärt. Wie oben erwähnt wurde, basierten die vorherigen Beschreibungen aus Gründen einer Vereinfachung der Erläuterung auf dem SISO-Kanalmodell. Es wird angemerkt, dass das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema auf sowohl ein SISO-Schema als auch ein MISO-Schema angewendet werden kann, wie bereits erwähnt wurde. Deshalb wird im Folgenden das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema für den Fall eines MISO-Szenarios erläutert, wobei das SISO-Szenario als ein Spezialfall des MISO-Szenarios betrachtet werden kann.
Wie oben erwähnt wurde, kann das erfindungsgemäße Vorcodierungsschema auch auf ein Strahlformen angewendet werden, wenn die erfindungsgemäße Einrichtung zum Gewichten explizit die zuvor erwähnten Lenkvektoren berücksichtigt, um den Mehrträger derart zu gewichten, dass die Übertragungsstrahlen vorzugsweise in Richtung von Ausbreitungswegen gerichtet werden, die den kürzesten Kanalverzögerungen zugeordnet sind.
12 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Vorcodieren eines Mehrträgersignals gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Das in 12 gezeigte Systemmodell weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vorcodieren 1201 innerhalb eines Systemmodells auf MISO-Kanälen zum Entwerfen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Vorcodieren auf, die ein durch T bezeichnetes erfindungsgemäßes Vorcodierungsfilter aufweist.
In 12 sind L + 1 Kommunikationswege explizit dargestellt. Jeder Kanalweg ist mit einem Index l versehen und ist durch einen komplexwertigen Kanalabzweigungskoeffizienten h_l gekennzeichnet. Ferner ist jeder Ausbreitungsweg einer Wegverzögerung ΓlN zugeordnet, wie zuvor erwähnt wurde.
Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen weist das in 12 gezeigte Systemmodell L + 1 Lenkblöcke 1203 auf, wobei jeder Ausbreitungsweg einem Lenkblock 1203 zugeordnet ist. Ferner sind die Lenkblöcke 1203 zwischen dem erfindungsgemäßen Vorcodierungsfilter 1201 und dem entsprechenden Ausbreitungsverzögerungsblock 901 angeordnet.
Die Lenkblöcke 1203 drücken die Natur des Kanals aus, wenn mehrere Antennen angewendet werden. Dies bedeutet, dass die übertragenen Signale räumlich in bestimmten Richtungen (aufgrund räumlicher Korrelationen) aufgrund der Schmalbandannahme und Fernfeldannahme (führt zu planaren Wellen) kombiniert werden. Der mathematische transponierte Operator der Arraylenkvektoren aTl erklärt das räumliche Kombinieren als Natur des Kanals.
Da das erfindungsgemäße Vorcodierungsfilter 1201, das in 12 gezeigt ist, nur die Langzeit-CSI als Kanalinformationen berücksichtigt, können aufgrund der Linearität des Systems die Kanalabzweigungen, die durch die Multiplizierer 903 dargestellt sind, in Richtung der Empfängerseite bewegt werden, wie oben beschrieben wurde.
13 zeigt ein linear transformiertes Systemmodell in dem Fall eines MISO-Kanals, das im Folgenden zum Entwerfen des erfindungsgemäßen Vorcodierungsfilters T verwendet werden soll.
13 zeigt außerdem die Bedingungen für das Vorcodierungsfilter, um die ICI-Reduzierungsanforderungen für jede Wegverzögerung zu erfüllen. Diese Bedingungen können durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: GR(ΓlN ⊗ aTl )Ts[n] = FHΩls[n] 0 ≤ l ≤ L.
Es wird angemerkt, dass die Invers-Fourier-Transformation F^H von links multipliziert wird, um das Ziel der Gleichung zu erhalten. Das Optimierungsziel besteht darin, eine vollständige Verschiedenheit von dem verfügbaren Mehrweg der Ordnung L zu erhalten und gleichzeitig die ICI für 1 > N_g zu vermeiden und deshalb die Orthogonalität unter Unterträgern zu behalten. Um die ISI zu vermeiden, sollten die Wegverzögerungen, die das Schutzintervall überschreiten, explizit berücksichtigt werden. Die Bedingungen zum Vermeiden der ISI können folgendermaßen geschrieben werden:
wobei
von links multipliziert wird, so dass nur (l – N_g) Bedingungen für (N_g + 1 ≤ l ≤ L) verbleiben, da nur das Signal, das das Schutzintervall überschreitet, zum Vermeiden der ISI von Interesse ist.
Idealerweise müssen die obigen Bedingungen durch das Vorcodierungsfilter T erfüllt sein. Sobald jedoch die maximale Verzögerung des Kanals das Schutzintervall überschreitet, (N_g < L), widersprechen die resultierenden Störungen und die Verschiedenheitsverstärkung aus dem Weg unter Überschreitung des Schutzintervalls einander. Deshalb muss ein optimaler Kompromiss unter einem bestimmten Kriterium gefunden werden. Beispielhaft wird im Folgenden ein Kriterium eines minimalen mittleren quadratischen Fehlers (MMSE-Kriterium) angewendet, um die optimale Lösung für das Vorcodierungsfilter T zu finden, was im Folgenden erläutert werden wird.
Zuerst werden die obigen Bedingungen in ein Gleichungssystem gesammelt. Dann wird das geschätzte Signal û[n] in dem Langzeitsinn gebildet:
wobei der Weißrauschterm
mit einer Varianz σ2η ebenso explizit berücksichtigt wird. In diesem Kontext ist die Matrix Φ:
Die Dimension von Φ ist p × MN, wobei p folgendermaßen ist: p = Nc(L + 1) + 12 (L – Ng)(L – Ng + 1).
Das erwünschte Signal in dem Langzeitsinn ist:
Aus der obigen Gleichung kann das Optimierungsproblem folgendermaßen geschrieben werden:
mit der Einschränkung auf der Übertragungsleistung von E_Tx. Dieses Optimierungsproblem kann z. B. unter Verwendung der Lagrange-Funktion gelöst werden.
Die optimale Lösung für die Koeffizienten des Vorcodierungsfilters (Gewichtungskoeffizienten) ist:
wobei der optimale Gewichtungsfaktor β–1opt folgendermaßen ist:
wobei ,tr' den Spuroperator bezeichnet. Das durch die obige Gleichung bereitgestellte Vorcodierungsfilter kann aufgrund seines Optimierungskriteriums auch als ein Übertragungs-Wiener-Filter betrachtet werden.
Es wird angemerkt, dass die Gewichtungskoeffizienten auch aus einer Lösung eines Optimierungsansatzes, der sich von dem MMSE-Ansatz unterscheidet, erhalten werden können. Die Gewichtungskoeffizienten können außerdem z. B. durch Anwenden von z. B. einem Maximale-Wahrscheinlichkeit-Kriterium zum Lösen des obigen Optimierungsproblems bereitgestellt werden. In Simon Haykin, Adaptive Filter Theory, 4-te Ausgabe, Prentice Hall, 2002 ist eine Mehrzahl von Optimierungsansätzen beschrieben, die geeignet zur Bereitstellung der erfindungsgemäßen Gewichtungskoeffizienten sind.
Wie oben erwähnt wurde, stellen die obigen Berechnungen eine Lösung für einen möglichen Satz von Gewichtungskoeffizienten bereit, die durch das erfindungsgemäße Gewichtungsfilter für den Fall einer Strahlformung, die durch die Lenkvektoren dargestellt ist, verwendet werden sollen. Für das SISO-Szenario ist der Lenkvektor gleich Eins. Die obigen Überlegungen sind deshalb auch für das SISO-Szenario gültig.
Wie aus den obigen Formulierungen zu sehen ist, streut das erfindungsgemäße Vorcodierungsfilter das Signal gleichzeitig in Raum und Zeit, während der Strahlformungsansatz das Signal zeitlich streut (CP-Erweiterung) und dann im Raum, durch Verwenden der Strahlformungsvektoren (Lenkvektoren).
14 zeigt einen Unterschied zwischen dem herkömmlichen Mehrträgermodulationsschema und einem Anwenden von Strahlformung und dem erfindungsgemäßen Vorcodierungsansatz für den Fall des Strahlformens.
In dem linken Diagramm in 14 wird zuerst ein Mehrträgersignal in den Zeitbereich transformiert. Danach wird ein Schutzintervall eingeführt, das eine Kopie einer Zahl letzter in der Zeitrichtung zu übertragender Koeffizienten ist. Danach wird das zu übertragende Symbol räumlich gestreut, indem eine Phase für jede Antenne verschoben wird, so dass die Energie des übertragenen Signals in bestimmten Richtungen konzentriert ist, die z. B. den Ausbreitungswegen zugeordnet sind.
Im Gegensatz dazu transformiert das erfindungsgemäße Vorcodierungsfilter gleichzeitig das Mehrträgersignal in das vorcodierte Signal, das zeitlich und räumlich gestreut ist. Zusätzlich weist das erfindungsgemäße Übertragungs-Wiener-Filter gleichzeitig und explizit Kanalverzögerungen auf, wie oben dargestellt ist.
15 stellt eine Leistung des erfindungsgemäßen Übertragungs-Wiener-Filters verglichen mit einem herkömmlichen Strahlformen in Bezug auf das Bitfehlerverhältnis dar, wobei eine unterschiedliche Zahl von Strahlen berücksichtigt wird. Die Simulationsparameter sind in der oben dargestellten Tabelle zusammengefasst. Die Schutzintervallgröße ist als ein Extremfall des unzureichenden Schutzintervalls auf Null gesetzt, so dass alle Kanalverzögerungen das Schutzintervall überschreiten. Die anfänglichen Simulationsergebnisse, die in 15 gezeigt sind, zeigen, dass unter einer unterschiedlichen Zahl von Strahlen für den Strahlformungsansatz ein Überkreuzungspunkt vorliegt, wie zuvor erläutert wurde. Das erfindungsgemäße Vorcodierungsfilter (das Übertragungs-Wiener-Filter) für den MISO-Fall jedoch übertrifft klar den Strahlformungsansatz.
Das oben beschriebene erfindungsgemäße Vorcodierungsfilter weist einen Satz von Gewichtungskoeffizienten auf, die in einer Gewichtungsmatrix angeordnet sind. Wie oben beschrieben wurde, kann die Gewichtungsmatrix eine Verkettung einer ersten Matrix und einer zweiten Matrix aufweisen. Die erste Matrix weist z. B. die Wegverzögerungen auf. Die zweite Matrix weist Fourier-Koeffizienten auf. Ferner kann die zweite Matrix inverse Fourier-Koeffizienten aufweisen. Die erste Matrix kann z. B. die Matrix Φ, die oben beschrieben wurde, aufweisen. Entsprechend kann die zweite Matrix die Matrix Ψ sein.
Unter Verwendung dieser Matrizen ist die Einrichtung zum Gewichten dann zum Multiplizieren des Satzes von Mehrträgerwerten, die das Mehrträgersignal umfasst, mit der Gewichtungsmatrix wirksam. In anderen Worten, die Einrichtung zum Gewichten führt eine Multiplikation von Matrix mal Vektor durch.
Entsprechend kann die erste Matrix eine Verkettung einer ersten Untermatrix und einer zweiten Untermatrix aufweisen. In diesem Fall weist die erste Untermatrix z. B. die zuvor erwähnten L-Weg-Verzögerungen auf. In anderen Worten, die erste Untermatrix kann die Matrix Φ^H sein.
Die zweite Untermatrix kann z. B. eine Umkehr einer Multiplikation der ersten Untermatrix mit der ersten Untermatrix in einer konjugierten und transponierten Form aufweisen, wie zuvor in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Ansatz zum Beschreiben der Gewichtungskoeffizienten des erfindungsgemäßen Vorcodierungsfilters beschrieben wurde. Zusätzlich kann die zweite Untermatrix ferner die Kanalrauschleistung aufweisen. Zum Beispiel ist die zweite Untermatrix die folgende oben beschriebene Matrix:
Wie oben beschrieben wurde, kann die erfindungsgemäße Einrichtung zum Gewichten ferner zum derartigen Gewichten des Mehrträgersignals wirksam sein, dass das zeitlich gestreute vorcodierte Signal ferner räumlich gestreut ist. In diesem Fall weist der Satz von Gewichtungskoeffizienten einen Satz von Lenkvektoren auf, wobei der Satz von Lenkvektoren einen ersten Lenkvektor, der dem ersten Verzögerungsweg zugeordnet ist, aufweist, und wobei ein zweiter Lenkvektor dem zweiten Verzögerungsweg zugeordnet ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Gewichten kann zum Gewichten des Mehrträgersignals durch die Gewichtungsmatrix, die ein Matrixfilter sein kann, wirksam sein. Da jeder Gewichtungsvektor (oder jede Spalte der Matrix) sich für jedes Element des Vektors unterscheidet, das mit dem Matrixfilter multipliziert wird, kann das Matrixfilter als eine Mehrratenfilterbank betrachtet werden. Im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Vorcodieren unter Verwendung von Lenkvektoren werden bei dem herkömmlichen Strahlformungsansatz alle Elemente eines Vektors mit dem gleichen Vektor multipliziert:
Dies bedeutet, dass die gleiche räumliche Streuung für alle Zeitbereichssignale, die in dem Vektor angeordnet sind, durchgeführt wird, während das Matrixfilter dies anders tut. In anderen Worten, ein herkömmliches Strahlformen führt keinen Einfluss unter Zeitbereichssignalen ein, die in dem Vektor angeordnet sind, was der Fall ist, wenn das erfindungsgemäße Matrixfilter verwendet wird. Zusätzlich streut das erfindungsgemäße Matrixfilter das Signal im Zeitbereich und im räumlichen Bereich gleichzeitig.
Allgemein kann der Kommunikationskanal L + 1 Ausbreitungswege aufweisen, die L + 1 Wegverzögerungen zugeordnet sind, die kürzer oder länger als die Länge des vorbestimmten Schutzintervalls sind. Ferner kann der Kommunikationskanal eine weitere Zahl von Ausbreitungswegen aufweisen, die Wegverzögerungen zugeordnet sind, die die Länge des Schutzintervalls überschreiten. Nun ist die Einrichtung zum Gewichten zum Multiplizieren des Satzes von Mehrträgerkoeffizienten mit der oben beschriebenen Gewichtungsmatrix wirksam, z. B. mit der Gewichtungsmatrix, die durch das oben beschriebene erfindungsgemäße Optimierungsschema bestimmt ist. Vorzugsweise weist die Gewichtungsmatrix außerdem Lenkvektoren auf, so dass das vorcodierte Signal sowohl zeitlich als auch räumlich gestreut wird. Hierfür ist der Übertragungs- Punkt z. B. zum Übertragen zu steuernder Übertragungsstrahlen wirksam, so dass das vorcodierte Signal übertragen wird, vorzugsweise über die L + 1 Übertragungswege. Wenn der erfindungsgemäße Vorcodierungsansatz nicht durchgeführt werden soll, kann der Lenkvektor auf Eins gesetzt sein, so dass die erfindungsgemäße Einrichtung zum Gewichten nur für ein zeitliches Streuen wirksam ist, so dass das vorcodierte Signal eine Länge von N aufweist, wie oben beschrieben wurde.
Um den Satz von Gewichtungskoeffizienten zu bestimmen, der zum Gewichten des Mehrträgersignals verwendet werden soll, kann die Einrichtung zum Gewichten die zuvor erwähnte Einrichtung zum Bestimmen der Gewichtungskoeffizienten aufweisen. Vorzugsweise ist die Einrichtung zum Bestimmen der Gewichtungskoeffizienten zum Lösen der Optimierungsfunktion, die oben in einem Sinn eines minimalen mittleren quadratischen Fehlers beschrieben wurde, wirksam. Wie oben beschrieben wurde, kann die Einrichtung zum Bestimmen die Lösung auf der Basis eines erwünschten Signals ohne ISI und auf der Basis eines geschätzten Signals erhalten, das durch ISI und ICI verfälscht ist, wobei das geschätzte Signal den Kanaleinfluss nur in Bezug auf die Wegverzögerungen widerspiegelt.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung eine erfindungsgemäße Mehrträgerübertragungsvorrichtung zum Bereitstellen eines vorcodierten Signals, das durch einen Mehrwegekommunikationskanal übertragen werden soll, bereit, wobei die Mehrträgerübertragungsvorrichtung eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Informationssignals mit einer Anzahl von Werten und einen Zuweiser zum Zuweisen der Anzahl von Werten zu diskreten Trägerfrequenzen, die einem Mehrträgermodulationsschema zugeordnet sind, um ein Mehrträgersignal bereitzustellen, aufweist. Der Zuweiser führt z. B. eine Blockverschachtelungsoperation durch. Zusätzlich weist die Mehrträgerübertragungsvorrichtung die Vorrichtung gemäß den obigen Beschreibungen zum Bereitstellen des vorcodierten Signals aus dem Mehrträgersignal auf. Wenn die erfindungsgemäße Mehrträgerübertragungsvorrichtung innerhalb eines OFDM-Szenarios verwendet werden soll, wird die herkömmliche OFDM-Modulationsstruktur, die einen IFFT-Transformator und einen Zyklisches-Präfix-Einfüger umfasst, gemäß der vorliegenden Erfindung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bereitstellen des vorcodierten Signals ersetzt.
Die erfindungsgemäße Mehrträgerübertragungsvorrichtung kann ferner zum Kommunizieren mit einem OFDM-Empfänger wirksam sein. Die Mehrträgerübertragungsvorrichtung ist z. B. zum Übertragen von Schutzintervallinformationen an den Empfänger wirksam, so dass eine Länge des Schutzintervalls adaptiv bestimmt wird, wodurch die Langzeitkanalcharakteristik explizit berücksichtigt wird.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung außerdem einen Mehrträgerempfänger zum Bereitstellen eines empfangenen Informationssignals aus einer empfangenen Version eines vorcodierten Signals, das durch die zuvor erwähnte erfindungsgemäße Mehrträgerübertragungsvorrichtung übertragen wird, bereit. Der Mehrträgerempfänger weist einen OFDM-Demodulator zum Demodulieren der empfangenen Version des vorcodierten Signals auf, um das empfangene Informationssignal bereitzustellen. Der OFDM-Demodulator kann z. B. ein herkömmlicher OFDM-Demodulator sein, der zum Entfernen des Schutzintervalls und zum Transformieren des Zeitbereichssignals zurück in einen Frequenzbereich wirksam ist. Vorzugsweise weist der OFDM-Demodulator ferner eine Einrichtung zum Empfangen der Signalisierungsinformationen auf, so dass eine Einrichtung zum Entfernen des Schutzintervalls gesteuert werden kann, um adaptiv die Länge des zu entfernenden Schutzintervalls abhängig von einer Länge eines Schutzintervalls, die durch die Mehrträgerübertragungsvorrichtung ausgewählt wird, anzupassen.
Zusätzlich weist der erfindungsgemäße Mehrträgerempfänger eine Einrichtung zum Bestimmen der ersten Wegverzögerung und der zweiten Wegverzögerung aus der empfangenen Version des vorcodierten Signals auf. Da der Mehrträgersender bzw. die Mehrträgerübertragungsvorrichtung die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bereitstellen des vorcodierten Signals aufweist, wobei die Einrichtung zum Geweichten zum expliziten Berücksichtigen der Wegverzögerungen wirksam ist, kann der erfindungsgemäße Mehrträgerempfänger ferner eine Einrichtung zum Übertragen der geschätzten ersten Wegverzögerung und der zweiten Wegverzögerung an den Mehrträgersender aufweisen. Die Einrichtung zum Bestimmen der ersten Wegverzögerung und der zweiten Wegverzögerung ist z. B. zum Bestimmen einer Autokorrelationsfunktion der empfangenen Version des vorcodierten Signals und zum Extrahieren der ersten Wegverzögerung und der zweiten Wegverzögerung aus der Autokorrelationsmatrix wirksam, wie oben beschrieben wurde.
Um die Kanalparameter zu erhalten, kann die Übertragungsvorrichtung ferner zum Schätzen der Kanalparameter aus den Aufwärtsverbindungssignalen (Mobilgerät zu Basis) wirksam sein. Dies basiert auf der Reziprozität des Kanals für die Aufwärtsverbindung (eine Transponierte einer Kanalmatrix für die Aufwärtsverbindung ist für die Abwärtsverbindung gültig). Zusätzlich zu den Verzögerungen kann die Richtung eines Abgangs auch aus der Aufwärtsverbindung geschätzt werden (tatsächlich geschätzte Werte werden für den Aufwärtsverbindungssignalempfang einer Ankunftsrichtung bezeichnet). In diesem Fall könnte die Kalibrierung aufgrund der Frequenzdifferenz zwischen der Aufwärtsverbindung und der Abwärtsverbindung nötig sein.
Abhängig von bestimmten Implementierungsanforderungen der erfindungsgemäßen Verfahren können die erfindungsgemäßen Verfahren in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums durchgeführt werden, insbesondere einer Diskette oder einer CD mit elektronisch lesbaren Steuersignalen, die auf derselben gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenarbeiten können, dass die erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt werden. Allgemein ist die vorliegende Erfindung deshalb ein Computerprogrammprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode, wobei der Programmcode die erfindungsgemäßen Verfahren durchführt, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer läuft. In anderen Worten, die erfindungsgemäßen Verfahren sind deshalb ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Durchführen der erfindungsgemäßen Verfahren, wenn das Computerprogramm auf einem Computer läuft.

Claims

Vorrichtung zum Vorcodieren eines Mehrträgersignals zur Bereitstellung eines vorcodierten Signals, wobei das Mehrträgersignal einen Satz von Mehrträgerwerten aufweist, wobei jeder Wert des Satzes von Werten einer Trägerfrequenz einer Anzahl von Trägerfrequenzen eines Mehrträgermodulationsschemas zugeordnet ist, wobei das vorcodierte Signal durch einen Mehrwegekommunikationskanal übertragen werden soll, der einen ersten Weg, der einer ersten Wegverzögerung zugeordnet ist, und einen zweiten Weg, der einer zweiten Wegverzögerung zugeordnet ist, aufweist, wobei die erste Wegverzögerung größer ist als eine Länge eines zu entfernenden vorbestimmten Schutzintervalls in einem Mehrträgerempfänger, wobei der Mehrwegekommunikationskanal Langzeitkanalzustandsinformationen und Kurzzeitkanalzustandsinformationen aufweist, wobei die Langzeitkanalzustandsinformationen Wegverzögerungen kennzeichnen, und wobei die Kurzzeitkanalzustandsinformationen sich auf Schwundkoeffizienten beziehen, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtung (111) zum Bereitstellen von Informationen über die erste Wegverzögerung und über die zweite Wegverzögerung; eine Einrichtung (103) zum Gewichten des Mehrträgersignals unter Verwendung eines Satzes von Gewichtungskoeffizienten, wobei die Gewichtungskoeffizienten auf den Langzeitkanalzustandsinformationen basieren und nicht auf den Kurzzeitkanalzustandsinformationen basieren, wobei die Einrichtung (103) zum Gewichten zum derartigen Gewichten des Mehrträgersignals wirksam ist, dass ein zeitlich gestreutes Signal als das vor codierte Signal erhalten wird, wobei eine Länge des zeitlich gestreuten Signals einer Summe einer Länge des Mehrträgersignals und der Länge des vorbestimmten Schutzintervalls entspricht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Mehrwegekommunikationskanal eine Mehrwegeverzögerungscharakteristik aufweist, die die erste Wegverzögerung und die zweite Wegverzögerung aufweist, wobei aufgrund der Mehrwegeverzögerungscharakteristik Intersymbolstörungen auftreten, und wobei der Satz von Gewichtungskoeffizienten auf der Mehrwegeverzögerungscharakteristik basiert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der der Satz von Gewichtungskoeffizienten auf der ersten Wegverzögerung und der zweiten Wegverzögerung basiert.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Satz von Gewichtungskoeffizienten auf der Länge des vorbestimmten Schutzintervalls basiert.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Satz von Gewichtungskoeffizienten auf Fourier-Koeffizienten, die einer Fourier-Transformation zugeordnet sind, und/oder Fourier-Koeffizienten, die einer inversen Fourier-Transformation zugeordnet sind, basiert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der der Satz von Gewichtungskoeffizienten in einer Gewichtungsmatrix angeordnet ist, die eine Verkettung einer ersten Matrix und einer zweiten Matrix aufweist, wobei die erste Matrix die Wegverzögerungen (Γ) aufweist, und wobei die zweite Matrix die Fourier-Koeffizienten (F) und/oder die inversen Fourier-Koeffizienten (F^R) aufweist, und wobei die Einrichtung (103) zum Gewichten zum Multiplizieren des Satzes von Mehrträgerwerten mit der Gewichtungsmatrix wirksam ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der die zweite Matrix eine Verkettung einer Invers-Fourier-Transformationsmatrix, die Koeffizienten aufweist, die einer inversen Fourier-Transformation zugeordnet sind, und einer Matrix (Ω), die Koeffizienten in der Diagonalen aufweist, die einer Fourier-Transformation der Wegverzögerungen zugeordnet sind, aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, bei der die erste Matrix eine Verkettung einer ersten Untermatrix und einer zweiten Untermatrix aufweist, wobei die erste Untermatrix die L Wegverzögerungen (Γ) aufweist, und wobei die zweite Untermatrix ein Inverses einer Multiplikation der ersten Untermatrix mit der ersten Untermatrix in einer konjugierten und transponierten Form aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Einrichtung (111) zum Bereitstellen der Informationen ferner zum Bereitstellen von Informationen über Kanalrauschleistung wirksam ist, und wobei der Satz von Gewichtungskoeffizienten auf der Kanalrauschleistung basiert.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der eine Mehrzahl von Antennen zur Übertragung verwendet wird, wobei die Einrichtung (111) zum Gewichten ferner zum derartigen Gewichten des Mehrträgersignals wirksam ist, dass das zeitlich gestreute Signal ferner unter Verwendung des Satzes von Gewichtungskoeffizienten, der auf einem Satz von Steuervektoren basiert, im Raum gestreut wird, wobei der Satz von Steuervektoren einen ersten Steuervektor, der dem ersten Ausbreitungsweg zugeordnet ist, und einen zweiten Steuervektor, der dem zweiten Ausbreitungsweg zugeordnet ist, aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der der Kommunikationskanal L + 1 Ausbreitungswege aufweist, die L + 1 Wegverzögerungen zugeordnet sind, die kleiner oder größer als die Länge des Schutzintervalls sind, und wobei eine weitere Anzahl von Ausbreitungswegen Wegverzögerungen zugeordnet ist, die die Länge des Schutzintervalls überschreiten, wobei das Mehrträgersignal einen Satz von Mehrträgerwerten aufweist, die N Trägerfrequenzen zugeordnet sind, wobei die Einrichtung (103) zum Gewichten einen Satz von Gewichtungskoeffizienten aufweist, die in einer Gewichtungsmatrix angeordnet sind, wobei die Einrichtung zum Gewichten zum Multiplizieren des Satzes von Mehrträgerkoeffizienten mit der Gewichtungsmatrix wirksam ist, wobei die Gewichtungsmatrix die folgende ist:
wobei Φ eine Matrix bezeichnet, die die Wegverzögerungen aufweist,
wobei Γ eine Verschiebungsmatrix bezeichnet, die die Wegverzögerung eines l-ten Ausbreitungswegs beinhaltet, wobei G_R eine Matrix ist, die eine Operation darstellt, die einem Entfernen des Schutzintervalls zugeordnet ist, wobei Ψ folgende Matrix bezeichnet:
wobei F^H eine Invers-Fourier-Transformationsmatrix bezeichnet, wobei Ω^l folgende Diagonalmatrix bezeichnet:
die dem l-ten Ausbreitungsweg zugeordnet ist, wobei σ2η eine Kanalrauschleistung bezeichnet, wobei E_Tx eine Übertragungsleistung bezeichnet, wobei p ein Skalar ist, wobei β–1opt folgender Gewichtungsfaktor ist:
wobei tr() einen Spuroperator bezeichnet, und wobei das vorcodierte Signal durch einen Übertragungspunkt übertragen werden soll, wobei N_g die Schutzintervalllänge ist, L eine Verzögerung bezeichnet, und N = Nc + Ng wobei aTl einen transponierten Steuervektor bezeichnet, der einem Strahlformen in Richtung des l-ten Ausbreitungswegs zugeordnet ist, wobei aTl 1 beträgt, wenn die Gewichtungsmatrix nur für ein zeitliches Streuen wirksam ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der die Einrichtung (111) zum Bereitstellen der Informationen über die erste Wegverzögerung und über die zweite Wegverzögerung zum Empfangen der Informationen über die erste Wegverzögerung und über die zweite Wegverzögerung von dem Mehrträgerempfänger wirksam ist, sowie um die Informationen an die Einrichtung (103) zum Gewichten zu liefern.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Einrichtung (111) zum Bereitstellen der Informationen ein Speicherelement zum Speichern einer Mehrzahl von Kanalverzögerungsprofilen aufweist, wobei jedes Kanalverzögerungsprofil einem bestimmten Übertragungsszenario zugeordnet ist, und wobei die Einrichtung (111) zum Bereitstellen der Informationen zum Auswählen eines gegenwärtigen Kanalverzögerungsprofils, das einem gegenwärtigen Übertragungsszenario entspricht, wirksam ist, sowie zum Bereitstellen einer entsprechenden Information über die erste Wegverzögerung und über die zweite Wegverzögerung, wobei die entsprechende Information durch das gegenwärtige Kanalverzögerungsprofil beinhaltet ist, an die Einrichtung (103) zum Gewichten.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Einrichtung (111) zum Bereitstellen der Informationen zum Schätzen der ersten Wegverzögerung und der zweiten Wegverzögerung aus einer empfangenen Version eines Signals, das durch den Mehrträgerempfänger übertragen wird, wirksam ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der das Mehrträgersignal einen Satz von Mehrträgerwerten aufweist, wobei die Einrichtung (103) zum Gewichten zum Gewichten des Satzes von Mehrträgerwerten unter Verwendung eines Satzes von Gewichtungskoeffizien ten wirksam ist, wobei die Vorrichtung zum Vorcodieren ferner eine Einrichtung zum Bestimmen der Gewichtungskoeffizienten aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15, bei der die Einrichtung zum Bestimmen zum Empfangen der Informationen über die erste Wegverzögerung und über die zweite Wegverzögerung als die einzige Kanalinformation und zum Bestimmen der Gewichtungskoeffizienten durch ausdrückliches Berücksichtigen der Informationen über die erste Wegverzögerung und über die zweite Wegverzögerung wirksam ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15 oder 16, bei der der Satz von Gewichtungskoeffizienten in einer Gewichtungsmatrix angeordnet ist, wobei die Einrichtung zum Bestimmen der Gewichtungskoeffizienten zum Lösen folgender Optimierungsfunktion:
in einem Sinn eines kleinsten mittleren quadratischen Fehlers wirksam ist, wobei T die Gewichtungsmatrix bezeichnet, β ein Gewichtungsfaktor ist, u(n) ein erwünschtes Signal ohne Intersymbolstörungen und ohne Interträgerstörungen bezeichnet, û(n) ein geschätztes Signal, das durch Intersymbolstörungen verfälscht ist, und ohne Interträgerstörungen bezeichnet, wobei das geschätzte Signal nur die Wegverzögerungen als den Kanaleinfluss widerspiegelt.
Mehrträgerübertragungsvorrichtung zum Bereitstellen eines vorcodierten Signals, das durch einen Mehrwegekommunikationskanal übertragen werden soll, die folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Informationssignals, das eine Anzahl von Werten aufweist, wobei das Informationssignal Informationen aufweist, die durch den Mehrwegekommunikationskanal übertragen werden sollen; einen Zuweiser zum Zuweisen der Anzahl von Werten zu diskreten Trägerfrequenzen, die einem Mehrträgermodulationsschema zugeordnet sind, um ein Mehrträgersignal bereitzustellen; die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 zum Bereitstellen des vorcodierten Signals aus dem Mehrträgersignal.
Verfahren zum Vorcodieren eines Mehrträgersignals zur Bereitstellung eines vorcodierten Signals, wobei das Mehrträgersignal einen Satz von Werten aufweist, wobei jeder Wert des Satzes von Werten einer Trägerfrequenz einer Anzahl von Trägerfrequenzen eines Mehrträgermodulationsschemas zugeordnet ist, wobei das vorcodierte Signal an einen Mehrwegekommunikationskanal übertragen werden soll, der einen ersten Weg, der einer ersten Wegverzögerung zugeordnet ist, und einen zweiten Weg, der einer zweiten Wegverzögerung zugeordnet ist, aufweist, wobei die erste Wegverzögerung größer ist als eine Länge eines zu entfernenden vorbestimmten Schutzintervalls in einem Mehrträgerempfänger, wobei der Mehrwegekommunikationskanal Langzeitkanalzustandsinformationen und Kurzzeitkanalzustandsinformationen aufweist, wobei die Langzeitkanalzustandsinformationen Wegverzögerungen kennzeichnen, und wobei die Kurzzeitkanalzustandsinformationen sich auf Schwundkoeffizienten beziehen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer Information über die erste Wegverzögerung und über die zweite Wegverzögerung; und Gewichten des Mehrträgersignals unter Verwendung eines Satzes von Gewichtungskoeffizienten, wobei die Gewichtungskoeffizienten auf den Langzeitkanalzustandsinformationen basieren und nicht auf den Kurzzeitkanalzustandsinformationen basieren, wobei das Mehrträgersignal derart gewichtet wird, dass ein zeitlich gestreutes Signal als das vorcodierte Signal erhalten wird, wobei eine Länge des zeitlich gestreuten vorcodierten Signals einer Summe einer Länge des Mehrträgersignals und der Länge des vorbestimmten Schutzintervalls entspricht.
Verfahren zum Bereitstellen eines vorcodierten Signals, das durch einen Mehrwegekommunikationskanal übertragen werden soll, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Informationssignals, das eine Anzahl von Werten aufweist, wobei das Informationssignal Informationen aufweist, die durch den Mehrwegekommunikationskanal übertragen werden sollen; Zuweisen der Anzahl von Werten zu diskreten Trägerfrequenzen, die dem Mehrträgermodulationsschemas zugeordnet sind, um ein Mehrträgersignal bereitzustellen; Durchführen des Verfahrens zum Vorcodieren des Mehrträgersignals gemäß Anspruch 19, um das vorcodierte Signal bereitzustellen.
Computerprogramm mit einem Programmcode, der zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 19 oder 20 angepasst ist, wenn das Programm auf einem Computer läuft.