DE602004013462T2 - Broadcast-übertragung mit räumlicher spreizung in einem mehrantennen-kommunikationssystem - Google Patents

Broadcast-übertragung mit räumlicher spreizung in einem mehrantennen-kommunikationssystem Download PDF

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    • H04W52/42—TPC being performed in particular situations in systems with time, space, frequency or polarisation diversity

Description

  • I. Beanspruchung der Priorität gemäß 35 U.S.C. 119
  • Die vorliegende Erfindung beansprucht für das Patent die Priorität der provisorischen Anmeldung mit Seriennummer 60/530, 860, benannt „Broadcast Transmission with Pseudo-Random Transmit Steering in a Multi-Antenna Communikation System", angemeldet am 17. Dezember 2003, und dem Bevollmächtigten hiervon zugeordnet.
  • Hintergrund
  • II. Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Kommunikation, und insbesondere Techniken zum Ausstrahlen bzw. Broadcasten von Daten in einem Multiantennenkommunikationssystem.
  • III. Hintergrund
  • Ein Multiantennenkommunikationssystem verwendet mehrere Sendeantennen bei einer Sendeeinheit und eine oder mehrere Empfangsantennen bei einer Empfangseinheit zur Datenübertragung. Das Multiantennenkommunikationssystem kann somit ein Multi-Eingabe Multi-Ausgabe(MIMO = multiple-input multiple-Output)-System oder ein Multi-Eingabe Einfach-Ausgabe(MISO = multiple-input single-Output)-System sein. Ein MIMO-System verwendet mehrere (NT) Sendeantennen und mehrere (NR) Empfangsantennen zur Datenübertragung. Ein MIMO-Kanal, welcher durch die Sendeantennen und die NR Empfangsantennen ausgebildet wird, kann in NS räumliche Kanäle zerlegt werden, wobei NS ≤ min {NT, NR} ist. Die NS räumlichen Kanäle können zum Senden von Daten auf eine Art und Weise zum Erreichen von größerer Zuverlässigkeit und/oder höherem Gesamtdurchsatz verwendet werden. Ein MISO-System verwendet mehrere (NT) Sendeantennen und eine einzige Empfangsantenne zur Datenübertragung. Ein MISO-Kanal, welcher durch die NT Sendeantennen und die einzige Empfangsantenne ausgebildet wird besteht aus einem einzigen räumlichen Kanal.
  • Ein Zugriffspunkt in einem MIMO-System kann Daten zu einer Anzahl von Multiantennenbenutzerterminals aussenden, welche durch das Abdeckgebiet des Zugriffspunkts verräumlicht sein können. Ein unterschiedlicher MIMO-Kanal wird zwischen dem Zugriffspunkt und jedem der Benutzerterminals ausgebildet. Jeder MIMO-Kanal kann unterschiedliche Kanalzustände erfahren (zum Beispiel unterschiedlicher Schwund, Multipfad-, und Interferenzeffekte). Konsequenterweise können die räumlichen Kanäle von jedem MIMO-Kanal unterschiedliche Signal-zu-Rausch-und-Interferenz-Verhältnisse (SNRs = signal-to-noise-and-interference-ratios) erreichen. Das SNR eines räumlichen Kanals bestimmt seine Übertragungskapazität, welche typischerweise durch eine bestimmte Datenrate quantifiziert wird, welche zuverlässig auf dem räumlichen Kanal übertragen werden kann. Für einen zeitvarianten MIMO-Kanal verändern sich die Kanalzustände mit der Zeit, und das SNR von jedem räumlichen Kanal verändert sich auch mit der Zeit. US-A-6198775 beschreibt ein Multiantennensystem zur Datenübertragung unter Verwendung von Verwürfelungsdiversität mit Generatormatrizen.
  • Eine Aussende- bzw. Broadcast-Übertragung ist eine Datenübertragung, von welcher beabsichtigt wird, dass sie durch jegliche Zahl von Benutzerterminals in dem System empfangen wird, anstatt eines spezifischen Benutzerterminals. Eine Aussendeübertragung wird typischerweise codiert und auf eine Weise übertragen, dass eine spezifische Dienstqualität (QoS = quality of service) erreicht wird. Diese Dienstqualität kann quantifiziert werden, zum Beispiel durch fehlerfreien Empfang der Aussendeübertragung durch eine bestimmte Prozentzahl (zum Beispiel 99,9%) der Benutzerterminals innerhalb eines gegebenen Aussendeabdeckgebiets zu jedem gegebenen Moment. Äquivalent kann die Dienstqualität durch eine „Ausfall"-Wahrscheinlichkeit quantifiziert werden, welche die Prozentzahl ist (zum Beispiel 0,1%) der Benutzerterminals innerhalb des Aussendeabdeckgebiets, welche die Aussendeübertragung nicht korrekt decodieren können.
  • Die Aussendeübertragung sieht ein Ensemble von MIMO-Kanälen für ein Ensemble von Benutzerterminals in dem Aussendeabdeckgebiet. Der MIMO-Kanal für jedes Benutzerterminal kann zufällig sein, und zwar mit Bezug auf die MIMO-Kanäle für andere Benutzerterminals. Ferner können die MIMO-Kanäle für die Benutzerterminals mit der Zeit variieren. Zum Sicherstellen, dass die Aussendeübertragung spezifische Dienstqualität erreichen kann, wird die Datenrate für die Aussendeübertragung typischerweise derart ausgewählt, dass sie ausreichend gering ist, so dass die Aussendeübertragung zuverlässig auch durch das Benutzerterminal mit dem schlechtesten Kanalzustand decodiert werden kann (das heißt das Benutzerterminal des schlechtesten Falls). Die Aussendeperformance für ein solches System würde dann durch den erwarteten schlechtest möglichen Kanalzustand für all die Benutzerterminals in dem System vorgegeben werden. Ein ähnliches Phänomen tritt für ein MISO-System auf.
  • Es gibt deshalb einen Bedarf im Stand der Technik für Techniken zum effizienteren Aussenden von Daten in einem Multiantennenkommunikationssystem.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • In einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Aussenden von Daten in einem drahtlosen Multiantennenkommunikationssystem beschrieben, in welchem mindestens ein Datenblock verarbeitet wird zum Erhalten von mindestens einem Block von Datensymbolen. Räumlichverarbeitung wird an dem mindestens einen Block von Datensymbolen mit einer Vielzahl von Steuerungsmatrizen (steering matrices) durchgeführt, um eine Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen zu erhalten. Die Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen wird von einer Vielzahl von Sendeantennen zu einer Vielzahl von Empfangseinheiten in dem System ausgesendet, wobei die Vielzahl von Steuerungsmatrizen einen effektiven Kanal zufällig ausgestaltet, welcher von jeder der Vielzahl von Empfangseinheiten für mindestens einen Block von Datensymbolen gesehen wird.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung in einem drahtlosen Multiantennenkommunikationssystem beschrieben, welche einen Datenprozessor zum Verarbeiten von mindestens einem Block von Daten zum Erhalten von mindestens einem Block von Datensymbolen; einen Räumlichprozessor zum Durchführen von Räumlichverarbeitung an dem mindestens einen Block von Datensymbolen mit einer Vielzahl von Steuerungsmatrizen zum Erhalten einer Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen; und eine Vielzahl von Sendereinheiten zum Aussenden der Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen von einer Vielzahl von Sendeantennen zu einer Vielzahl von Empfangeeinheiten in dem System beinhaltet, wobei die Vielzahl von Steuerungsmatrizen einen effektiven Kanal zufällig ausgestaltet, welcher von jeder der Empfangseinheiten für den mindestens einen Block von Datensymbolen gesehen wird.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel wird eine Vorrichtung in einem drahtlosen Multiantennenkommunikationssystem beschrieben, welche Mittel zum Verarbeiten von mindestens einem Block von Daten zum Erhalten von mindestens einem Block von Datensymbolen; Mittel zum Durchführen von Räumlichverarbeitung an dem mindestens einen Block von Datensymbolen mit einer Vielzahl von Steuerungsmatrizen zum Erhalten einer Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen; und Mittel zum Aussenden der Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen von einer Vielzahl von Sendeantennen zu einer Vielzahl von Empfangsantennen in dem System beinhaltet, wobei die Vielzahl von Steuerungsmatrizen einen effektiven Kanal zufällig ausgestaltet, welcher von jeder der Empfangseinheiten für den mindestens einen Block von Datensymbolen gesehen wird.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Aussenden von Daten in einem drahtlosen Multiantennenkommunikationssystem beschreiben, in welchem eine Vielzahl von Datenströmen zum Erhalten einer Vielzahl von Blöcken von Datensymbolen verarbeitet wird, wobei jeder Block von Datensymbolen zu einem Block von codierten Daten korrespondiert. Räumlichverarbeitung wird an der Vielzahl von Blöcken von Datensymbolen mit einer Vielzahl von Steuerungsmatrizen durchgeführt, um eine Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen zu erhalten. Die Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen wird von der Vielzahl von Sendeantennen zu einer Vielzahl von Empfangsantennen in dem System ausgesendet, wobei die Vielzahl von Steuerungsmatrizen einen effektiven Kanal zufällig ausgestaltet, welcher durch jeden der Vielzahl von Empfangseinheiten für die Vielzahl von Blöcken von Datensymbolen gesehen wird.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Empfangen einer Aussendeübertragung in einem drahtlosen Multiantennenkommunikationssystem beschrieben, in welchem über eine Vielzahl von Empfangsantennen empfangene Datensymbole für mindestens einen Datensymbolblock erhalten werden, und zwar teilweise verarbeitet mit einer Vielzahl von Steuerungsmatrizen vor der Aussendung von einer Vielzahl von Sendeantennen zu einer Vielzahl von Empfangseinheiten. Eine Kanalabschätzung wird für einen effektiven Multi-Eingabe Multi-Ausgabe (MIMO) Kanal erhalten, welcher durch die Vielzahl von Steuerungsmatrizen ausgebildet wird, und einen MIMO-Kanal zwischen der Vielzahl von Sendeantennen und der Vielzahl von Empfangsantennen. Empfängerseitige räumliche Verarbeitung wird an den empfangenen Datensymbolen mit der Kanalabschätzung zum Erhalten von Datensymbolabschätzungen für den mindestens einen Datensymbolblock durchgeführt.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel wird eine Vorrichtung in einem drahtlosen Multiantennenkommunikationssystem beschrieben, welches eine Vielzahl von Empfängereinheiten beinhaltet, um über eine Vielzahl von Empfangsantennen empfangene Datensymbole für mindestens einen Datensymbolblock zu erhalten, welcher räumlich mit einer Vielzahl von Steuerungsmatrizen vor der Aussendung von einer Vielzahl von Sendeantennen verarbeitet wird, und zwar zu einer Vielzahl von Empfangseinheiten; einen Kanalab schätzer zum Erhalten einer Kanalabschätzung für einen effektiven Multi-Eingabe Multi-Ausgabe (MIMO) Kanal, welcher durch die Vielzahl von Steuerungsmatrizen ausgebildet wird, und einen MIMO-Kanal zwischen der Vielzahl von Sendeantennen und der Vielzahl von Empfangsantennen; und einen räumlichen Prozessor zum Durchführen von empfängerseitiger räumlicher Verarbeitung an den empfangenen Datensymbolen mit der Kanalabschätzung zum Erhalten von Datensymbolabschätzungen für den mindestens einen Datensymbolblock.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel wird eine Vorrichtung in einem drahtlosen Multiantennenkommunikationssystem beschrieben, welches Mittel zum Erhalten über eine Vielzahl von Empfangantennen von empfangenen Datensymbolen für mindestens einen Datensymbolblock beinhaltet, welcher räumlich verarbeitet wird, und zwar mit einer Vielzahl von Steuerungsmatrizen vor der Aussendung von der Vielzahl von Sendeantennen zu einer Vielzahl von Empfangseinheiten; Mittel zum Erhalten einer Kanalabschätzung für einen effektiven Mehrfach-Eingabe Mehrfach-Ausgabe (MIMO)-Kanal, welcher durch die Vielzahl von Steuerungsmatrizen ausgebildet wird, und einen MIMO–Kanal zwischen der Vielzahl von Sendeantennen und der Vielzahl von Empfangsantennen; und Mittel zum Durchführen von empfängerseitiger räumlicher Verarbeitung der empfangenen Datensymbole mit der Kanalabschätzung zum Erhalten von Datensymbolabschätzungen für den mindestens einen Datensymbolblock.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Empfangen einer Aussendeübertragung in einem drahtlosen Multiantennenkommunikationssystem beschrieben, in welchem über eine einzige Empfangsantenne empfangene Datensymbole für einen Datensymbolblock erhalten werden, welcher räumlich verarbeitet wird, und zwar mit einer Vielzahl von Steuerungsvektoren vor der Aussendung von einer Vielzahl von Sendeantennen zu einer Vielzahl von empfangenden Einheiten. Eine Kanalabschätzung wird für einen effektiven Mehrfach-Eingabe Einzel-Ausgabe (MISO)-Kanal erhalten, welcher durch die Vielzahl von Steuerungsvektoren ausgebildet wird, und einen MISO-Kanal zwischen der Vielzahl von Sendeantennen und der einzigen Empfangsantenne. Die Detektion an den empfangenden Datensymbolen wird mit der Kanalabschätzung zum Erhalten von Datensymbolabschätzungen für den Datensymbolblock durchgeführt.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel wird eine Vorrichtung in einem drahtlosen Multiantennenkommunikationssystem beschrieben, welches eine Empfängereinheit beinhaltet, und zwar um über eine einzige Empfangsantenne empfangene Datensymbole für einen Datensymbolblock zu erhalten, welcher räumlich verarbeitet wird, und zwar mit einer Vielzahl von Steuerungsvektoren vor der Aussendung von einer Vielzahl von Sendeantennen zu einer Vielzahl von Empfangsantennen; einen Kanalabschätzer zum Erhalten einer Kanalabschätzung für einen effektiven Mehrfach-Eingabe Einzel-Ausgabe (MISO)-Kanal, welcher durch die Vielzahl von Steuerungsvektoren ausgebildet wird, und einen MISO-Kanal zwischen der Vielzahl von Sendeantennen und der einzigen Empfangsantenne; und einen Detektor zum Durchführen von Detektion an den empfangenen Datensymbolen mit der Kanalabschätzung zum Erhalten von Datensymbolabschätzungen für den Datensymbolblock.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung in einem drahtlosen Multiantennenkommunikationssystem beschrieben, welche Mittel zum Erhalten, über eine einzige Empfangsantenne, von empfangenen Datensymbolen für einen Datensymbolblock beinhaltet, welcher räumlich verarbeitet wird, und zwar mit einer Vielzahl von Steuerungsvektoren vor dem Aussenden von einer Vielzahl von Sendeantennen zu einer Vielzahl von empfangenden Einheiten; Mittel zum Erhalten einer Kanalabschätzung für einen effektiven Mehrfach-Eingabe Einzel-Ausgabe MISO-Kanal, welcher durch die Vielzahl von Steuerungsvektoren ausgebildet wird, und einen MISO-Kanal zwischen der Vielzahl von Sendeantennen und der einzigen Empfangsantenne; und Mittel zum Durchführen von Detektion an den empfangenden Datensymbolen mit der Kanalabschätzung zum Erhalten von Datensymbolabschätzungen für den Datensymbolblock.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein MIMO-System mit einem Zugriffspunkt und Multiantennenbenutzerterminals.
  • 2 zeigt einen Prozess zum Aussenden von Daten mit räumlicher Spreizung.
  • 3 zeigt einen Prozess zum Empfangen einer Aussendeübertragung.
  • 4 zeigt ein Blockdiagramm des Zugriffspunkts und ein Multiantennenbenutzerterminal.
  • 5A und B zeigen zwei Ausführungsbeispiele eines Sende-(TX)Datenprozessors und eines TX-räumlichen Prozessors an dem Zugriffspunkt.
  • 6A und 6B zeigen zwei Ausführungsbeispiele eines Empfangs-(RX) räumlichen Prozessors und eines RX-Datenprozessors in einem Multiantennenbenutzerterminal.
  • 7 zeigt ein MISO-System mit einem Zugriffspunkt und Einzelantennenbenutzerterminals.
  • 8 zeigt ein Blockdiagramm des Zugriffspunkts und ein Einzelantennenbenutzerterminal.
  • 9 zeigt ein hybrides Multiantennensystem mit einem Zugriffspunkt und Einzelantennen- und Multiantennenbenutzerterminals.
  • 10A und 10B zeigen Graphen von gesamter spektraler Effizienz, welche für ein 4 × 4 MIMO-System und ein 4 × 1 MISO-System jeweils erreicht werden.
  • DETAILIERTE BESCHREIBUNG
  • Das Wort „exemplarisch" wird hierin verwendet, um „als ein Beispiel" Fall oder Illustration dienend; zu bedeuten. Jegliches hierin als „exemplarisch" beschriebene Ausführungsbeispiel soll nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsbeispielen angesehen werden.
  • Techniken zum Aussenden bzw. Broadcasten von Daten unter Verwendung von räumlicher Spreizung in einem Multiantennenkommunikationssystem sind hierin beschrieben. Räumliche Spreizung bezieht sich auf die Übertragung eines Datensymbols (mit einem Modulationssymbol für Daten) von mehreren Sendeantennen gleichzeitig, möglicherweise mit unterschiedlichen Amplituden und/oder Phasen, welche durch einen Steuerungsvektor (steering vector) bestimmt werden, welcher für das Datensymbol verwendet wird. Räumliche Spreizung kann auch als Sendesteuerung, Pseudo-Zufallssendesteuerung, Steuerungsdiversität, Matrix-Pseudo-Zufalls-Steuerung, Vektor-Pseudo-Zufalls-Steuerung, und so weiter bezeichnet werden. Wie hierin verwendet bezieht sich „Aussendung" bzw. „Broadcast" auf Datenübertragung zu entweder (1) einer unspezifischen Gruppe von Benutzerterminals, zum Beispiel alle Benutzerterminals innerhalb eines Aussendeabdeckgebiet (welches im Allgemeinen als eine Aussendung bezeichnet wird) oder (2) eine spezifische Gruppe von Benutzerterminals (welches im Allgemeinen als Multi-Cast bezeichnet wird). Diese Aussendeübertragungstechniken können einen „effektiven" Kanal zufällig ausgestalten, welcher von jedem Benutzerterminal für jeden Block von Datensymbolaussendung durch einen Zugriffspunkt gesehen wird, so dass Systemperformance durch den erwarteten schlechtest möglichen Kanalzustand vorgegeben wird.
  • In einem Ausführungsbeispiel zum Aussenden von Daten mit räumlicher Spreizung werden Daten für ND Datenströme verarbeitet (zum Beispiel codiert, verschachtelt und moduliert), um ND Datensymbolblöcke zu erhalten, welche in NM Übertragungsspannen ausgesendet werden sollen, wobei ND ≥ 1 und NM > 1 ist. Eine „Übertragungsspanne" kann Zeit und/oder Frequenzdimensionen abdecken, wie unten stehend beschrieben. Jeder Datensymbolblock wird von einem Block von codierten Daten erzeugt, welcher als ein „Codeblock" oder codiertes Datenpaket bezeichnet werden kann. Jeder Codeblock wird separat bei dem Zugriffspunkt codiert und separat bei einem Benutzerterminal decodiert. Die ND Datensymbolblöcke werden in NM Datensymbolunterblöcke unterteilt, ein Unterblock für jede Übertragungsspanne. Eine Steuerungsmatrix wird ausgewählt (zum Beispiel auf eine deterministische oder pseudo-zufällige Art und Weise aus einem Satz von L Steuerungsmatrizen) für jeden der NM Datensymbolunterblöcke. Jeder Datensymbolunterblock wird räumlich verarbeitet mit der Steuerungsmatrix ausgewählt für diesen Unterblock zum Erhalten von Sendesymbolen. Die Sendesymbole für jeden Unterblock werden weiter verarbeitet und über NT Sendeantennen in einer Übertragungsspanne zu Benutzerterminals innerhalb des Aussendeabdeckgebiets ausgesendet.
  • Für eine MIMO-Aussendung beinhaltet jede Steuerungsmatrix NT Zeilen und NS Spalten, wobei NS > 1 ist. Die ND Datensymbolblöcke werden dann über NS räumliche Kanäle eines effektiven MIMO-Kanals ausgesendet. Zum Beispiel wenn ND = NS ist, dann können die ND Datensymbolblöcke multiplexiert werden, so dass ein Datensymbolblock auf jedem der NS räumlichen Kanäle ausgesendet werden kann. Für eine MISO-Aussendung beinhaltet jede Steuerungsmatrix NT Zeilen und eine einzige Spalte, und kann als eine degenerative Matrix oder ein Vektor betrachtet werden. Die ND Datensymbolblöcke werden dann über einen einzigen räumlichen Kanal eines effektiven MISO-Kanals ausgesendet. Für sowohl MIMO- wie auch MISO-Aussendungen werden die ND Datensymbolblöcke räumlich mit NM Steuerungsmatrizen verarbeitet und sehen ein Ensemble von effektiven Kanälen bei jedem Benutzerterminal vor.
  • Verschiedene Aspekte und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in weiterer Detailliertheit unten stehend beschrieben werden.
  • Die Aussendungsübertragungstechniken, welche hierin beschrieben wurden, können für ein Multiantennenkommunikationssystem verwendet werden, welches ein MIMO-System oder ein MISO-System sein kann. Wie hierin verwendet bezeichnet „MIMO-Aussendung" Aussendeübertragung auf mehreren räumlichen Kanälen, und „MISO-Aussendung" bezeichnet eine Aussendeü bertragung auf einem einzigen räumlichen Kanal. Die Anzahl von räumlichen Kanälen, welche zur Übertragung verfügbar sind, wird durch die Anzahl von Sendeantennen, die Anzahl von Empfangsantennen und die drahtlose Verbindung oder den Kanal bestimmt. Die Aussendeübertragungstechniken können auch für Einfach-Träger und Mehrfach-Träger-Systeme verwendet werden. Mehrere Träger können durch orthogonale Frequenzmultiplex-Multiplexierung (OFDM = orthogonal frequency division multiplexing) oder einige andere Konstrukte vorgesehen werden. OFDM teilt effektiv die gesamte Systembandbreite in mehrere (NF) orthogonale Frequenzunterbänder ein, welche auch als Töne, Unterträger, Bins, und Frequenzkanäle bezeichnet werden. Mit OFDM ist jedem Unterband ein jeweiliger Unterträger zugeordnet, welcher mit Daten moduliert werden kann.
  • Die Aussendeübertragungstechniken, welche hierin beschrieben wurden, können für verschiedene Typen von Aussendedaten verwendet werden. Zum Beispiel können diese Techniken für Aussendedienste verwendet werden, welche Daten kontinuierlich aussenden (zum Beispiel Video, Audio, Nachrichten usw.), und zwar zu Benutzerterminals. Diese Techniken können auch für Overhead-Kanäle verwendet werden (zum Beispiel Aussendung, Paging und Steuerungskanäle), in einem drahtlosen Kommunikationssystem.
  • 1. MIMO-Aussendung bzw. Broadcast
  • 1 zeigt ein MIMO-System 100 mit einem Zugriffspunkt (AP) 110 und Benutzerterminals (UTs) 120. Ein Zugriffspunkt ist im Allgemeinen eine feststehende Station, welche mit den Benutzerterminals kommuniziert und kann auch als eine Basisstation oder irgendeine andere Terminologie bezeichnet werden. Ein Benutzerterminal kann fest oder mobil sein, und kann auch als eine Mobilstation, eine drahtlose Einrichtung oder irgendeine andere Terminologie bezeichnet werden. Der Zugriffspunkt 110 ist mit mehreren (Nap) Antennen zur Datenübertragung ausgerüstet. Dieses Benutzerterminal 120 ist mit mehreren (Nut) Antennen zum Datenempfang ausgerüstet. Im Allgemeinen können die Benutzerterminals in dem System mit den gleichen oder un terschiedlichen Anzahlen von Antennen ausgerüstet sein. Zur Einfachheit nimmt die folgende Beschreibung an, dass die Benutzerterminals in dem MIMO-System mit der gleichen Anzahl von Antennen ausgerüstet sind. Für eine zentralisierte Architektur sieht das Systemsteuerelement 130 Koordination und Steuerung für die Zugriffspunkte vor.
  • Für ein Einfach-Träger MIMO-System kann ein MIMO-Kanal, welcher durch die Nap Antennen bei dem Zugriffspunkt und die Nut Antennen bei einem gegebenen Benutzerterminal u ausgebildet wird, durch eine Nut × Nap Kanalantwortmatrix H u charakterisiert werden, welche folgendermaßen ausgedrückt werden kann.
    Figure 00120001
    wobei der Eintrag hi,j für i = 1 ... Nut und j = 1 ... Nap die Kopplung oder die komplexe Verstärkung bzw. den komplexen Gewinn zwischen der Zugriffspunktantenne j und der Benutzerterminalantenne i bezeichnet. Wie in 1 gezeigt ist, können die Benutzerterminals durch das Abdeckgebiet des Zugriffspunkts verteilt sein. Ein unterschiedlicher MIMO-Kanal wird durch die Nap Antennen bei dem Zugriffspunkt und die Nut Antennen bei jedem Benutzerterminal ausgebildet.
  • Daten können auf verschiedene Arten und Weisen in dem Einfach-Träger MIMO-System übertragen werden. In einem einfachen Übertragungsschema wird ein Datensymbolstrom von jeder Zugriffspunktantenne übertragen, und NS Datensymbolströme werden gleichzeitig von NS der Nap Zugriffspunktantennen übertragen, wobei NS die Anzahl von räumlichen Kanälen ist und NS ≤ min {Nap, Nut}. Die empfangenen Symbole bei dem Benutzerterminal U für dieses Übertragungsschema können folgendermaßen ausgedrückt werden: r u = H u s + n u, (2)wobei s ein Nap × 1 Vektor mit NS Einträgen ist, welche nicht null sind, und zwar für NS Datensymbole, welche gleichzeitig durch die Zugriffspunkte übertragen werden sollen;
    r u ist ein Nut × 1 Vektor mit Einträgen für Nut empfangene Symbole, welche über die Nut Antennen bei dem Benutzerterminal u erhalten werden; und
    n u ist ein Rauschvektor, welcher bei einem Benutzerterminal u gesehen wird.
  • Zur Einfachheit wird das Rauschen derart angenommen, dass es additiv ist mit weissem Gauss'schen Rauschen (AWGN = additive White Gaussian noise) mit einem nullwertigen Mittelvektor und einer Covarianzmatrix von Λ u = σ2u I , wobei σ 2 / u die Varianz des Rauschens ist, welches durch das Benutzerterminal u gesehen wird, und I ist die Einheitsmatrix.
  • Die NS Datensymbolströme, welche von den NAP Zugriffspunktantennen übertragen werden, interferieren miteinander bei dem Benutzerterminal u. Ein gegebener Datensymbolstrom, welcher von einer Zugriffspunktantenne übertragen wird, kann durch alle Nut Benutzerterminalantennen bei unterschiedlichen Amplituden und Phasen empfangen werden. Jeder empfangene Symbolstrom beinhaltet eine Komponente von jedem der NS übertragenen Datensymbolströme. Die Nut empfangenen Symbolströme würden kollektiv all die NS Datensymbolströme beinhalten. Jedoch sind diese NS Datensymbolströme auf die Nut empfangenen Symbolströmen verteilt. Das Benutzerterminal u führt empfängerseitige räumliche Verarbeitung an den Nut empfangenen Symbolströmen durch, um die NS Datensymbolströme wieder herzustellen, welche durch den Zugriffspunkt übertragen wurden.
  • Die Performance, welche für ein Benutzerterminal u erreicht werden kann, ist abhängig (zu einem großen Grad) von seiner Kanalantwortmatrix H u. Wenn ein hoher Grad von Korrelation innerhalb H u existiert, dann würde jeder Datensymbolstrom eine große Menge von Interferenz von den anderen Strömen sehen, welche nicht durch die empfängerseitige räumliche Verarbeitung bei dem Benutzerterminal entfernt werden kann. Der hohe Grad von Interference degradiert das SNR von jedem betroffenen Datensymbolstrom, möglicherweise zu einem Punkt, wo der Datensymbolstrom nicht korrekt durch das Benutzerterminal decodiert werden kann.
  • Für eine Datenübertragung zu einem spezifischen Benutzerterminal über einen gegebenen MIMO-Kanal kann die Systemkapazität erreicht werden, wenn der Zugriffspunkt mit ausreichender Kanalzustandsinformation betreffend dem MIMO-Kanal beliefert wird. Der Zugriffspunkt kann dann diese Information zum Verarbeiten von Daten auf eine Art und Weise zum Maximieren des Durchsatzes für das Benutzerterminal verwenden (zum Beispiel Auswählen der geeigneten Rate für jeden Datenstrom). Weil unterschiedliche Benutzerterminals unterschiedliche MIMO-Kanäle sehen, würde der Zugriffspunkt typischerweise Daten unterschiedlich für jedes Benutzerterminal zum Maximieren des Durchsatzes für dieses Benutzerterminal verarbeiten müssen.
  • Für eine Aussendeübertragung sendet der Zugriffspunkt die gleichen Daten zu einer Anzahl von Benutzerterminals innerhalb des Aussendeabdeckgebiets. Zum Aussenden hat der Zugriffspunkt typischerweise keine Kanalszustandsinformation für die Benutzerterminals. Ferner ist es typischerweise nicht praktikabel, Daten zu verarbeiten, welche für mehrere Benutzerterminals bestimmt sind, basierend auf Kanalzustandsinformation für ein spezifisches Benutzerterminal.
  • Die Aussendeübertragung von dem Zugriffspunkt sieht ein Ensemble von MIMO-Kanälen für unterschiedliche Benutzerterminals in dem Aussendeabdeckgebiet vor. Eine bestimmte Prozentzahl der MIMO-Kanäle kann als „schlecht” betrachtet werden. Zum Beispiel kann ein schlechter Kanal auftreten, wenn die Kanalantwortmatrix H einen hohen Grad von Korrelation aufweist, oder wenn es nicht ausreichende Streuung, Multipfad (große Kohärrenzbandbreite), oder temporären Schwund (große Kohärrenzzeit) in dem Kanal gibt. Das Auftreten von „schlechten" Kanälen ist zufällig, und es ist wünschenswert, die Prozentzahl von Zeit zu minimieren, in welcher dies für jedes Benutzerterminal auftreten kann.
  • Zum Aussenden muß der Zugriffspunkt jeden Datensymbolstrom mit einer ausreichend niedrigen Rate derart übertragen, dass der Strom durch die Benutzerterminals auch unter dem schlechtest denkbaren Kanalzustand wieder hergestellt werden kann. Aussendeperformance wird dann durch den erwarteten schlechtest möglichen Kanalzustand für all die Benutzerterminals in dem Abdeckgebiet vorgegeben.
  • A. MIMO-Aussendeübertragung
  • Räumliches Spreizen kann verwendet werden zum zufälligen Ausgestalten eines effektiven MIMO-Kanals, welcher durch jedes Benutzerterminal gesehen wird, so dass Aussendeperformance nicht durch eine einzige Kanalrealisierung über einen Codeblock vorgegeben wird. Mit räumlicher Kanalspreizung führt der Zugriffspunkt räumliche Verarbeitung an jedem Codeblock mit mehreren Steuerungsmatrizen durch, um effektiv den MIMO Kanal für jedes Benutzerterminal zufällig auszugestalten. Folglich sieht jedes Benutzerterminal ein Ensemble von Kanälen über jeden Codeblock und ist nicht an einen einzigen Kanal für einen erweiterten Teil des Codeblocks gebunden.
  • Die räumliche Verarbeitung bei dem Zugriffspunkt zum räumlichen Spreizen in dem MIMO-System kann folgendermaßen ausgedrückt werden: X mimo(m) = V(m)·s(m), (3) wobei s(m) ein NS × 1 Vektor mit NS Datensymbolen ist, welcher in der Übertragungsspanne m gesendet werden soll;
    V(m) ist eine Nap × NS Steuerungsmatrix für die Übertragungsspanne m; und
    x mimo(m) ist ein Nap × 1 Vektor mit Nap Sendesymbolen, welche von den Nap Zugriffspunktantennen in der Übertragungsspanne m gesendet werden sollen.
  • Eine Übertragungsspanne kann Zeit und/oder Frequenzdimensionen abdecken. Zum Beispiel kann in einem Einfach-Träger MIMO-System eine Übertragungsspanne zu einer Symbolperiode korrespondieren, welche die Zeitdauer zum Senden von einem Datensymbol ist. Als ein anderes Beispiel kann in einem Mehrfach-Träger MIMO-System, wie einem MIMO-System, welches OFDM verwendet, eine Übertragungsspanne zu einem Unterband in einer OFDM-Symbolperiode korrespondieren. Eine Übertragungsspanne kann auch mehrere Symbolperioden und/oder mehrere Unterbänder abdecken. Somit kann m ein Index für Zeit und/oder Frequenz sein. Eine Übertragungsspanne kann auch als ein Übertragungsintervall, ein Signalisierungsintervall, ein Schlitz usw. bezeichnet werden.
  • Ein Satz von L Steuerungsmatrizen kann wie unten stehend beschrieben, erzeugt werden und zum räumlichen Spreizen verwendet werden. Die Steuerungsmatrix wird als {V} bezeichnet werden, oder V(i) für i = 1 ... L, wobei L eine Ganzzahl größer als eins sein kann. Eine Steuerungsmatrix in dem Satz kann für jede Übertragungsspanne m ausgewählt werden und zur räumlichen Verarbeitung durch den Zugriffspunkt für diese Übertragungsspanne verwendet werden. Die Ergebnisse der räumlichen Verarbeitung sind Nap Sendesymbolströme zum Aussenden von den Nap Zugriffspunktantennen.
  • Die empfangenen Symbole bei jedem Benutzerterminal mit räumlicher Spreizung können folgendermaßen ausgedrückt werden: r(m) = H(m)·V(m)·s(m) + n(m) = H eff(m)·s(m) + n(m), (4) wobei r(m) ein Nut × 1 Vektor mit Nut empfangenen Symbolen für die Übertragungsspanne m ist;
    H(m) ist eine Nut × Nap Kanalantwortmatrix für die Übertragungsspanne m;
    H eff(m) ist eine Nut × NS effektive Kanalantwortmatrix für den Übertragungsvektor für die Übertragungsspanne m, welche H eff(m) = H(m)·V(m) ist; und
    n(m) ist ein Rauschvektor für die Übertragungsspanne m.
  • Zur Einfachheit wird es angenommen, dass die Kanalantwort H(m) konstant über die gesamte Übertragungsspanne ist. Die Werte H(m), H eff(m), r(m) und n(m) sind unterschiedlich für unterschiedliche Benutzerterminals, wobei die Mengen V(m) und s(m) die Gleichen sind für alle Benutzerterminals. Zur einfachen Notation wird der Index „u" für das Benutzerterminal u ausgelassen, von den benutzerspezifischen Werten in Gleichung (4) und in der folgenden Beschreibung.
  • Wie in Gleichung (4) gezeigt ist, sehen aufgrund des räumlichen Spreizens, welches durch den Zugriffspunkt durchgeführt wird, die NS Datensymbolströme die effektive Kanalantwort H eff(m) anstatt der tatsächlichen Kanalantwort H(m) für jedes Benutzerterminal. Wenn mehrere Steuerungsmatrizen zur Aussendeübertragung verwendet werden, dann sieht jeder Datensymbolstrom effektiv ein Ensemble von räumlichen Kanälen von H(m). Wenn ferner mehrere Steuerungsmatrizen über einen Codeblock verwendet werden, dann würden die Datensymbole in dem Codeblock unterschiedliche Kanäle über den Codeblock sehen.
  • Im Allgemeinen kann der Zugriffspunkt jegliche Anzahl von (ND) Datenströmen gleichzeitig zu dem Benutzerterminal aussenden, wobei NS ≥ ND ≥ 1 ist. Wenn zum Beispiel ND = NS ist, dann kann der Zugriffspunkt einen Datenstrom auf jedem räumlichen Kanal von H eff(m) aussenden. Die maximale Anzahl von Datenströmen, welche gleichzeitig ausgesendet werden kann, wird durch die Anzahl von räumlichen Kanälen für all die Benutzerterminals bestimmt, welche wiederum durch (1) die Anzahl von Antennen bei dem Zugriffspunkt und (2) die minimale Anzahl von Antennen bei all den Benut zerterminals bestimmt wird. Wenn alle Benutzerterminals durch die gleiche Anzahl von Antennen ausgerüstet sind, dann ist min{Nap, Nut} ≥ NS ≥ ND. Wenn ND = 1 ist, dann kann der Zugriffspunkt einen Datenstrom von seinen Nap Antennen aussenden.
  • 2 zeigt einen Prozess 200 zum Aussenden von Daten mit räumlicher Spreizung. Anfänglich verarbeitet der Zugriffspunkt Daten für die ND Datenströme zum Erhalten eines Satzes von ND Datensymbolblöcken, einen Block für jeden Datenstrom (Block 212). Jeder Datensymbolblock beinhaltet Datensymbole, welche von einem Block von codierten Daten erzeugt werden, welche ein Codeblock oder ein codiertes Datenpaket genannt werden können. Die Datenverarbeitung kann wie unten stehend beschrieben durchgeführt werden. Der Zugriffspunkt teilt dann die ND Datensymbolblöcke in NM Datensymbolunterblöcke ein, welche in NM Übertragungsspannen ausgesendet werden sollen, und zwar ein Unterblock in jede Übertragungsspanne (Block 214). NM wird auch als die Blocklänge bezeichnet und ist größer als eins, oder NM > 1. Jeder Unterblock kann eines oder mehrere Datensymbole von jedem der ND Blöcke beinhalten. Wenn zum Beispiel ND = NS ist, dann kann jeder Unterblock NS Datensymbole von NS Block für NS Datenstrom beinhalten. Als ein weiteres Beispiel, wenn ND = 1 ist, dann kann jeder Unterblock NS Datensymbole von einem Block für einen Datenstrom enthalten. Der Index m, welcher verwendet wird zum Bezeichnen der Übertragungsspanne für den derzeitigen Satz von Datensymbolblöcken wird auf 1 eingestellt (Block 216).
  • Für jede Übertragungsspanne m wählt der Zugriffspunkt eine Steuerungsmatrix aus, welche als V(m) bezeichnet wird, zum Beispiel aus dem Satz von L Steuerungsmatrizen (Block 218). Der Zugriffspunkt führt dann räumliche Verarbeitung an dem Datensymbolunterblock m mit der Steuerungsmatrix V(m) aus, um Sendesymbole zu erhalten (Block 220). Wenn die Übertragungsspanne m einen Datensymbolvektor abdeckt, dann bildet der Zugriffspunkt einen Vektor s(m) mit bis zu NS Datensymbolen von dem Datensymbolunterblock m und verarbeitet räumlich den Vektor s(m) mit der Matrix V(m) zum Erhalten des Sendesymbolvektors x mimo(m), wie in Gleichung (3) gezeigt ist. Wenn die Übertragungsspanne m mehrere (NV) Datensymbolvektoren abdeckt, dann bildet der Zugriffspunkt NV Vektoren s I(m) für I = 1 ... NV, von dem Datensymbolunterblock m und verarbeitet räumlich jeden Vektor s I(m) mit der gleichen Steuerungsmatrix V(m) zum Erhalten eines korrespondierenden Sendesymbolvektors x mimo,l(m). In jedem Fall verwendet der Zugriffspunkt die gleiche Steuerungsmatrix V(m), zum räumlichen Verarbeiten für alle Datensymbolvektoren in der Übertragungsspanne m. Der Zugriffspunkt verarbeitet ferner die resultierenden Sendesymbolvektoren, und sendet diese über die Nap Sendeantennen in der Übertragungsspanne m aus (Block 222).
  • Eine Bestimmung wird dann durchgeführt, ob alle MN Datensymbolunterblöcke verarbeitet und übertragen wurden (das heißt ob m = Nm ist) (Block 224). Wenn die Antwort 'nein' ist, dann wird der Index m für den nächsten Unterblock-/Übertragungsspanne erhöht (Block 226), und der Prozess kehrt zu Block 218 zurück. Wenn die Antwort 'ja' ist für Block 224, dann wird eine Bestimmung durchgeführt, ob es mehr Daten zum Aussenden gibt (Block 228). Wenn die Antwort 'ja' ist, dann kehrt der Prozess zu Block 212 zurück, um die Verarbeitung für den nächsten Satz von Datensymbolblöcken zu beginnen. Anderenfalls bricht der Prozess ab.
  • Jeder Satz von Datensymbolblöcken wird somit räumlich mit NM Steuerungsmatrizen verarbeitet, um NAP Übertragungs- bzw. Sendesymbolsequenzen zu erhalten. Jede Sendesymbolsequenz wird von einer Antenne in NM Übertragungsspannen ausgesendet. Die NM Steuerungsmatrizen gestalten den effektiven MIMO-Kanal zufällig, welcher von jedem Benutzerterminal für die ND Datensymbolblöcke gesehen wird. Das zufällige Gestalten des MIMO-Kanals resultiert aus der Verwendung von unterschiedlichen Steuerungsmatrizen und nicht notwendigerweise von der Zufälligkeit der Elemente der Steuerungsmatrizen.
  • Wie oben stehend erwähnt kann eine Übertragungsspanne definiert werden, um eine oder mehrere Symbolperioden und/oder eines oder mehrere Unter bänder abzudecken. Für verbesserte Performance ist es wünschenswert, die Übertragungsspanne derart auszuwählen, dass sie so klein wie möglich ist, so dass (1) mehr Steuerungsmatrizen für jeden Datensymbolblock verwendet werden können, und (2) jedes Benutzerterminal so viele „Ansichten" auf dem MIMO-Kanal wie möglich für jeden Datensymbolblock erhalten kann. Die Übertragungsspanne soll auch kürzer sein als die Kohärenzzeit des MIMO-Kanals, welche die Zeitdauer ist, über welche angenommen werden kann, dass der MIMO-Kanal ungefähr statisch ist. Ebenso soll die Übertragungsspanne kleiner sein als die Kohärrenzbandbreite des MIMO-Kanals für ein Breitbandsystem (zum Beispiel ein OFDM-System).
  • B. MIMO-Aussendeempfang
  • 3 zeigt einen Prozess 300 zum Empfangen einer Aussendeübertragung mit räumlicher Spreizung durch ein gegebenes Benutzerterminal. Anfänglich wird der Index m, welcher verwendet wird zum Bezeichnen der Übertragungsspanne für den derzeitigen Satz von Datensymbolblöcken, auf 1 eingestellt (Block 312). Das Benutzerterminal erhält empfangene Datensymbole von den Nut Empfangsantennen für den Datensymbolunterblock m (Block 314). Das Benutzerterminal bestimmt die Steuerungsmatrix V(m), welche durch den Zugriffspunkt für den Unterblock m verwendet wird (Block 316) und verwendet V(m) zum Ableiten von
    Figure 00200001
    eff(m), was eine Abschätzung der Kanalantwort des effektiven MIMO-Kanals ist, welcher durch das Benutzerterminal für den Unterblock m gesehen wird (Block 318). In der folgenden Beschreibung bezeichnet „^" über einer Matrix, einem Vektor oder einem Skalar eine Abschätzung der tatsächlichen Matrix, des Vektors, oder des Skalars. Das Benutzerterminal führt dann empfängerseitige räumliche Verarbeitung an den empfangenen Datensymbolen mit der effektiven Kanalantwortabschätzung
    Figure 00200002
    eff(m) aus, und erhält detektierte Symbole (oder Datensymbolabschätzungen) für den Unterblock m (Block 320).
  • Eine Bestimmung wird dann durchgeführt, ob alle NM Datensymbolunterblöcke für den derzeitigen Datensymbolblocksatz, welcher eingestellt ist empfangen wurden (das heißt, ob m = NM ist) (Block 322). Wenn die Antwort 'nein' ist, dann wird der Index m für die nächsten Unterblock-/Übertragungs-Spanne erhöht (Block 324), und der Prozess kehrt zu Block 314 zurück. Wenn die Antwort 'ja' ist für Block 322, dann verarbeitet das Benutzerterminal (zum Beispiel demoduliert, entschachtelt und decodiert) die detektierten Symbole für alle NM Unterblöcke zum Erhalten von decodierten Daten für den derzeitigen Datensymbolblocksatz (Block 326). Eine Bestimmung wird dann durchgeführt, ob es mehr Daten zum Empfangen gibt (Block 328). Wenn die Antwort 'ja' ist, dann kehrt der Prozess zu Block 312 zurück, um den Empfang des nächsten Satzes von Datensymbolblöcken zu beginnen. Anderenfalls bricht der Prozess ab.
  • Jedes Benutzerterminal kann Abschätzungen der übertragenen Datensymbole unter Verwendung von verschiedenen Empfängerverarbeitungstechniken ableiten. Diese Technik beinhalten eine Kanalkorrelationsmatrixinversion (CCMI = channel correlation matrix inversion)-Technik, (welche auch allgemein als Nullerzwingungstechnik bezeichnet wird), eine minimaler mittlerer quadratischer Fehler (MMSE = minimum means square error)-Technik, eine aufeinander folgende Interferenzauslösch (SIC = successive interference cancellation)-Technik, und so weiter. In der folgenden Beschreibung wird ein Datensymbolstrom auf jedem räumlichen Kanal von H eff(m) ausgesendet.
  • Für die CCMI-Technik leitet das Benutzerterminal eine räumliche Filtermatrix M ccmi(m) für jede Übertragungsspanne m basierend auf der effektiven Kanalantwortabschätzung
    Figure 00210001
    eff(m) wie folgt ab:
    Figure 00210002
    wobei „H" die konjugiert Transponierte bezeichnet. Das Benutzerterminal kann die Kanalantwortmatrix abschätzen, zum Beispiel basierend auf emp fangenen Pilotsymbolen. Ein Pilotsymbol ist ein Modulationssymbol für Pilot, welches Daten sind, welche vorab durch sowohl dem Zugriffspunkt wie auch den Benutzerterminals bekannt sind. Das Benutzerterminal kann dann die abgeschätzte effektive Kanalantwortmatrix als
    Figure 00220001
    berechnen. Alternativ kann das Benutzerterminal direkt die effektive Kanalantwortmatrix abschätzen, zum Beispiel basierend auf empfangenen Pilotsymbolen, welche unter Verwendung von V(m) übertragen wurden.
  • Das Benutzerterminal führt CCMI-räumliche Verarbeitung wie folgt durch:
    Figure 00220002
    wobei
    Figure 00220003
    ccmi(m) ein NS × 1 Vektor ist, mit detektierten Symbolen für die Übertragungsspanne m; und
    n ccmi(m) = M ccmi(m)·n(m) ist das CCMI-gefilterte Rauschen für die Übertragungsspanne m.
  • Das SNR für die CCMI-Technik kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
    Figure 00220004
    wobei PI(m) die Sendeleistung für den Datensymbolstrom {sI} in der Übertragungsspanne m ist;
    rll(m) ist das l-te Diagonalelement von R –1(m);
    σ2n ist die Varianz des Rauschens des Benutzerterminals; und
    γccmi,l(m) ist das SNR des Datensymbolstroms {sI} in der Übertragungsspanne m.
  • Die Menge PI(m)/σ2n ist das SNR des Datensymbolstroms {sI} bei dem Benutzerterminal vor der empfängerseitigen räumlichen Verarbeitung und wird üblicherweise als das empfangene SNR, das Betriebs-SNR oder der Verbindungsabstand bezeichnet. Die Menge γccmi,l(m) ist das SNR des Datensymbolstroms {sI} nach der empfängerseitigen räumlichen Verarbeitung, und wird auch als das SNR nach der Detektion bezeichnet. In der folgenden Beschreibung bezeichnet „SNR" das SNR nach der Detektion, wenn nicht anderweitig erwähnt. Aufgrund der Struktur von R(m) kann die CCMI-Technik das Rauschen verstärken.
  • Für die MMSE-Technik leitet das Benutzerterminal eine räumliche Filtermatrix M mmse(m) für jede Übertragungsspanne m basierend auf der effektiven Kanalantwortabschätzung
    Figure 00230001
    eff(m) wie folgt ab:
    Figure 00230002
    wobei
    Figure 00230003
    (m) eine Autocovarianzmatrix des Rauschvektors n(m) ist, welche
    Figure 00230004
    ist, wobei E[x] der Erwartungswert von x ist. Die zweite Gleichheit in Gleichung (8) nimmt an, dass der Rauschvektor n(m) AWGN ist, mit nullwertigen Mittelwert und Varianz von σ2n . Die räumliche Filtermatrix M mmse(m) minimiert den mittleren quadratischen Fehler zwischen den Symbolabschätzungen von dem räumlichen Filter und den Datensymbolen.
  • Das Benutzerterminal führt MMSE-räumliche Verarbeitung wie folgt aus:
    Figure 00240001
    wobei
    Figure 00240002
    mmse(m) ein NS × 1-Vektor mit detektierten Symbolen für die Übertragungsspanne m ist; Q(m) = M mmse(m)·H eff(m);
    D Q(m) ist eine Diagonalmatrix deren Diagonalelemente die Diagonalelemente von Q –1(m) sind, oder D Q(m) = [diag [Q(m)]]–1; und n mmse(m) = D Q(m)·Mmmse(m)·n(m) ist das MMSE-gefilterte Rauschen.
  • Die Symbolabschätzungen von dem räumlichen Filter sind nicht normalisierte Abschätzungen der Datensymbole. Die Multiplikation mit der Skalierungsmatrix D Q(m) liefert normalisierte Abschätzungen der Datensymbole.
  • Das SNR der MMSE-Technik kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
    Figure 00240003
    wobei qll(m) das l-te Diagonalelement von Q(m) ist; und
    γ nmmse,l(m) ist das SNR für den Datensymbolstrom {sI} in der Übertragungsspanne m.
  • Für die SIC-Technik verarbeitet das Benutzerterminal die Nut empfangenen Symbolströme in ND aufeinander folgenden Stufen für die ND Datenströme. Für jede Stufe führt das Benutzerterminal räumliche Verarbeitung auf entweder den Nut empfangenen Symbolströmen oder Nut modifizierten Symbolströmen von der vorhergehenden Stufe aus (zum Beispiel unter Verwendung des CCMI, MMSE oder irgendeiner anderen Technik), und zwar zum Erhal ten von einem detektierten Symbolstrom. Das Benutzerterminal verarbeitet dann (zum Beispiel demoduliert, entschachtelt und decodiert) diesen detektierten Symbolstrom zum Erhalten eines korrespondierenden decodierten Datenstroms. Das Benutzerterminal schätzt als nächstes die Interferenz aufgrund dieses Stroms ab, und löscht diese, und erhält Nut modifizierte Symbolströme für die nächste Stufe. Das Benutzerterminal wiederholt dann die gleiche Verarbeitung auf den Nut modifizierten Symbolströmen zum Wiederherstellen von einem anderen Datenstrom. Wenn die Interferenz aufgrund von jedem Datenstrom korrekt abgeschätzt und gelöscht werden kann, dann erfahren später wiederhergestellte Datenströme weniger Interferenz und sind im Wesentlichen dazu in der Lage, höhere SNRs im Durchschnitt zu erhalten. Dies erlaubt der MIMO-Aussendung, höhere Datenraten bei denjenigen Strömen zu verwenden, welche später detektiert werden, wodurch effektiv der Durchsatz der Aussendung verbessert wird. Wenn unterschiedliche Datenraten an unterschiedlichen übertragenen Datenströmen verwendet werden, dann können die Benutzerterminals diese Ströme in einer vorbestimmten Reihenfolge decodieren, und zwar von dem Strom mit niedrigster Datenrate zu dem Strom mit höchster Datenrate.
  • Für die SIC-Technik kann verbesserte Performance durch Abschätzung der Interferenz unter Verwendung von decodierten Daten anstatt der detektierten Symbole erreicht werden. In diesem Fall werden ND Datensymbolblöcke für jede Blocklänge wiedergewonnen, und zwar ein Block zu jedem Zeitpunkt. Jeder Datensymbolblock wird detektiert und in einer Stufe decodiert, und die decodierten Daten werden zum Abschätzen und Löschen der Interferenz aufgrund des Datensymbolblocks verwendet.
  • Zur Klarheit nimmt die folgende Beschreibung an, dass (1) ND = NS ist, und dass jeder Datensymbolblock/Strom als ein Eintrag des Datensymbolvektors s(m) übertragen wird, und (2) dass die ND Datensymbolströme in sequentieller Reihenfolge derart wiederhergestellt werden, dass der Datensymbolstrom {sI} in Stufe I wieder hergestellt wird, für I = 1 ... NS. Für die SIC-Technik kön nen die eingegeben (empfangenen oder modifizierten) Symbolströme für die Stufe I, wobei I = 1 ... NS ist, folgendermaßen ausgedrückt werden: r lsic (m) = H leff (m)·sl(m) + n l(m), (11)
  • Wobei r l / sic(m) ein Vektor von Nut modifizierten Symbolen für die Übertragungsspanne m in Stufe I ist, und wobei r l / sic(m) = r(m) für die erste Stufe ist;
    s I(m) ein Vektor von NS – I + 1 Datensymbolen ist, welcher bzw. welche noch nicht für die Übertragungsspanne m in Stufe I wiederhergestellt wurden;
    H l / eff(m) ist eine Nut × (Nap – I + 1) reduzierte effektive Kanalantwortmatrix für die Übertragungsspanne m in Stufe I; und
    n I(m) ist ein reduzierter Vektor von n(m).
  • Gleichung (11) nimmt an, dass die Datensymbolströme, welche in den I – 1 vorhergehenden Stufen wiederhergestellt wurden, gelöscht sind. Die Dimension der Matrix H eff(m) wird sukzessiv um eine Spalte für jede Stufe verringert, wenn ein Datensymbolstrom wiederhergestellt und gelöscht wird. Für Stufe I wird die reduzierte effektive Kanalantwortmatrix H leff (m) durch Entfernen von I – 1 Spalten in der ursprünglichen Matrix H eff(m) korrespondierend zu den I – 1 Datensymbolströmen, welche eben wiederhergestellt wurden, erhalten, oder
    Figure 00260001
    wobei h eff,I(m) ein Nut × 1 Vektor für eine effektive Kanalantwort ist, welche durch den Datensymbolstrom {sI} in der Übertragungsspanne m gesehen wird.
  • Für Stufe I leitet das Benutzerterminal eine räumliche Filtermatrix M lsic (m) basierend auf der reduzierten effektiven Kanalantwortschätzung
    Figure 00260002
    (m) ab (anstatt der ursprünglichen effektiven Kanalantwortschätzung
    Figure 00260003
    eff(m)) unter Verwendung der CMI-Technik, wie in Gleichung (5) gezeigt ist, der MMSE-Technik, wie in Gleichung (8) gezeigt ist, oder irgendeiner anderen Technik.
  • Die räumliche Filtermatrix M lsic (m) hat die Dimension von (NS – I + 1) × Nut.
  • Weil
    Figure 00270001
    (m) unterschiedlich ist für jede Stufe, ist auch die Matrix M lsic (m) unterschiedlich für jede Stufe.
  • Das Benutzerterminal führt räumliche Verarbeitung für die Stufe I wie folgt aus:
    Figure 00270002
  • Wobei
    Figure 00270003
    (m) ein Vektor mit NS – I + 1 detektierten Symbolen für die Übertragungsspanne m in Stufe I ist; Q lsic (m) = M lsic (m) H leff (m); D lsic (m) ist eine Matrix von Diagonalelementen von [Q l / sic(m)]–1; und
    n lsic (m) ist das gefilterte Rauschen für die Übertragungsspanne m in Stufe I.
  • Das Benutzerterminal wählt einen der detektierten Symbolströme zum Wiederherstellen aus.
  • Weil nur ein Datensymbolstrom in jeder Stufe wiederhergestellt wird, kann das Benutzerterminal einfach einen 1 × Nut räumlichen Filterzeilenvektor m I(m) für den Datensymbolstrom {sI} ableiten, welcher in Stufe I wiederhergestellt werden soll. Der Zeilenvektor m I(m) ist eine Zeile der Matrix M lsic (m). In diesem Fall kann die räumliche Verarbeitung für Stufe I folgendermaßen ausgedrückt werden: s ^(m) = αl·m l(m)·r lsic (m) = αl·q l(m)·s l(m) + nl(m) (13)
  • Wobei q l(k) die Zeile von Q lsic (m) korrespondierend zu dem Datensymbolstrom {sI} ist, und αl ist ein Skalierungsfaktor für den Datensymbolstrom {sI}.
  • In jedem Fall verarbeitet das Benutzerterminal (zum Beispiel demoduliert, entschachtelt und decodiert) den detektierten Symbolstrom {s ^l}, zum Erhalten eines decodierten Datenstroms {d ^l}. Das Benutzerterminal führt auch eine Abschätzung für die Interferenz aus, welche dieser Strom bei anderen Datensymbolströmen verursacht, welche noch nicht wiederhergestellt wurden. Zum Abschätzen der Interferenz codiert das Benutzerterminal erneut, verschachtelt und symbolabbildet den decodierten Datenstrom {dI} auf die gleiche Art und Weise wie bei dem Zugriffspunkt durchgeführt, und erhält einen Strom von „erneut modulierten" Symbolen
    Figure 00280001
    , welcher eine Abschätzung des Datensymbolstroms {sI} ist, welcher gerade wiederhergestellt wurde. Das Benutzerterminal faltet dann den erneut modulierten Symbolstrom
    Figure 00280002
    mit jedem der Nut Elementen in den effektiven Kanalantwortvektor h eff,I(m) für den Strom {sI} zum Erhalten von Nut Interferenzkomponenten i I(m), welche durch diesen Strom verursacht werden. Die Nut Interferenzkomponenten werden dann von den Nut modifizierten Symbolströmen r lsic (m) für die Stufe I zum Erhalten von Nut modifizierten Symbolströmen r l+Isic,u (m) für die nächste Stufe subtrahiert, oder r l+Isic (m) = r lsic (m) – i I(m).
  • Die modifizierten Symbolströme r l+Isic,u (m) repräsentieren die Ströme, welche empfangen worden wären, wenn der Datensymbolstrom {sI} nicht übertragen worden wäre, unter der Annahme, dass eine Interferenzauslöschung effektiv durchgeführt worden wäre.
  • Für die SIC-Technik hängt das SNR von jedem Datensymbolstrom von (1) der räumlichen Verarbeitungstechnik (zum Beispiel CCMI oder MMSE) ab, welche für jede Stufe verwendet wurde (2) der räumlichen Stufe, in welcher der Datensymbolstrom wiederhergestellt wird, und (3) dem Betrag von Interferenz aufgrund der Datensymbolströme, welche in späteren Stufen wiederhergestellt werden. Das SNR für die SIC-Technik mit CCMI kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
    Figure 00290001
    wobei rl(m) das Diagonalelement von [Rl(m)]–1 für den Datensymbolstrom {sI} ist, und R l(m) = [H leff (m)]H·H leff (m).
  • Das SNR der SIC-Technik mit MMSE kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
    Figure 00290002
  • Wobei ql(m) das Diagonalelement von Q lsic (m) für den Datensymbolstrom {sI} ist, wobei Q lsic (m) abgeleitet ist, wie für Gleichung (9) gezeigt, aber basierend auf der verringerten effektiven Kanalantwortmatrix
    Figure 00290003
    (m) der ursprünglichen effektiven Kanalantwortmatrix
    Figure 00290004
    eff(m).
  • Im Allgemeinen verbessert sich das SNR progressiv für Datensymbolströme, welche in späteren Stufen wiederhergestellt werden, und zwar aufgrund dessen, dass Interferenz von Datensymbolströmen, welche in vorhergehenden Stufen wiederhergestellt wurden, gelöscht wird. Dies erlaubt dann, dass hö here Raten für Datensymbolströme verwendet werden, welche später wiederhergestellt werden.
  • Die obige Beschreibung der SIC-Technik nimmt an, dass jeder Datensymbolblock als ein Eintrag von s(m) gesendet wird. Im Allgemeinen decodiert jede Stufe einen Datensymbolblock, und stellt diesen wieder her, welcher in irgendeiner Anzahl von Einträgen von s(m) demultiplexiert und gesendet worden sein kann. Die obige Beschreibung nimmt auch an, dass die Datenströme in einer sequentiellen Reihenfolge wiederhergestellt werden, welche durch den Stromindex I bestimmt wird. Besserer Performance kann durch Wiederherstellen der Datenströme in sequentieller Reihenfolge erreicht werden, welche durch ihre benötigten SNRs bestimmt wird. Zum Beispiel kann der Datenstrom, welcher das geringste SNR benötigt (zum Beispiel der Datenstrom, welcher mit der niedrigsten Datenrate und/oder höchsten Sendeleistung gesendet wird zuerst wiederhergestellt werden, gefolgt von dem Datenstrom mit dem nächst niedrigsten benötigten SNR, usw.
  • C. Steuerungsmatrixauswahl (Steering Matrix Selection)
  • Wie oben stehend erwähnt kann ein Satz von L Steuerungsmatrizen erzeugt werden und für räumliche Spreizung verwendet werden. Die Steuerungsmatrizen in dem Satz können zur Verwendung auf verschieden Arten und Weisen ausgewählt werden. In einem Ausführungsbeispiel werden die Steuerungsmatrizen aus dem Satz auf eine deterministische Art und Weise ausgewählt. Zum Beispiel können die L Steuerungsmatrizen durchgegangen und in sequentieller Reihenfolge ausgewählt werden, beginnend mit der ersten Steuerungsmatrix V(1), dann die zweite Steuerungsmatrix V(2), usw., und dann die letzte Steuerungsmatrix V(L). In einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Steuerungsmatrizen aus dem Satz auf eine pseudozufällige Art und Weise ausgewählt. Zum Beispiel kann die Steuerungsmatrix zur Verwendung für jede Übertragungsspanne m basierend auf einer Funktion f(m) ausgewählt werden, welche pseudozufällig eine der L Steuerungsmatrizen auswählt, oder die Steuerungsmatrix V(f(m)). In einem noch anderen Ausführungsbeispiel werden die Steuerungsmatrizen aus dem Satz auf eine „permutierte" Art und Weise ausgewählt. Zum Beispiel können die L Steuerungsmatrizen durchgegangen und zur Verwendung in sequentieller Reihenfolge ausgewählt werden. Jedoch kann die beginnende Steuerungsmatrix für jeden Zyklus auf eine pseudozufällige Art und Weise ausgewählt werden, anstatt dass dies immer die erste Steuerungsmatrix V(1) ist. Die L Steuerungsmatrizen können auch auf andere Arten und Weisen ausgewählt werden, und dies ist innerhalb des Umfangs der Erfindung.
  • Die Steuerungsmatrixauswahl kann auch von der Anzahl von Steuerungsmatrizen (L) in dem Satz und der Blocklänge (NM) abhängen. Im Allgemeinen kann die Anzahl von Steuerungsmatrizen größer als, gleich zu oder kleiner als die Blocklänge sein. Steuerungsmatrixauswahl für diese drei Fälle kann wie unten stehend beschrieben durchgeführt werden.
  • Wenn L = NM ist, dann passt die Anzahl von Steuerungsmatrizen zu der Blocklänge. In diesem Fall kann eine unterschiedliche Steuerungsmatrix für jede der NM Übertragungsspannen ausgewählt werden, welche zum Übertragen eines Satzes von Datensymbolblöcken verwendet wird. Die NM Steuerungsmatrizen für die NM Übertragungsspannen können auf eine deterministische, pseudo-zufällige oder permutierte Art und Weise ausgewählt werden, wie unten stehend beschrieben ist.
  • Wenn L < NM ist, dann ist die Blocklänge länger als die Anzahl von Steuerungsmatrizen in dem Satz. In diesem Fall werden die Steuerungsmatrizen für jeden Datensymbolblocksatz erneut verwendet und können wie oben stehend beschrieben ausgewählt werden.
  • Wenn L > NM ist, dann wird ein Untersatz für die Steuerungsmatrizen für jeden Datensymbolblocksatz verwendet. Die Auswahl des spezifischen Untersatzes zur Verwendung für jeden Datensymbolblocksatz kann deterministisch oder pseudo-zufällig sein. Zum Beispiel kann die erste Steuerungsmatrix zur Verwendung für den derzeitigen Datensymbolblocksatz die Steue rungsmatrix nach der letzten sein, welche für einen vorhergehenden Datensymbolblocksatz verwendet wurde.
  • D. MIMO-System
  • 4 zeigt ein Blockdiagramm des Zugriffspunkts 110 und des Benutzerterminals 120 in dem MIMO-System 100. Das Benutzerterminal 120 ist eines der Benutzerterminals in 1. Bei dem Zugriffspunkt 110 empfängt ein TX-Datenprozessor 420 und verarbeitet (zum Beispiel codiert, verschachtelt und moduliert) Daten für ND Datenströme und liefert NS Datensymbolströme, wobei NS ≥ ND ≥ 1 ist. Ein TX-räumlicher Prozessor 430 empfängt und verarbeitet räumlich die NS Datensymbolströme für räumliches Spreizen, multiplexiert in Pilotsymbole, und liefert Nap Sendesymbolströme zu Nap Sendeeinheiten (TMTR) 432a bis 432ap. Die Verarbeitung durch den TX-Datenprozessor 420 ist unten stehend beschrieben, und die räumliche Verarbeitung durch den TX-räumlichen Prozessor 430 ist oben stehend beschrieben. Jede Sendeeinheit 432 konditioniert (zum Beispiel konvertiert in analog, filtert, verstärkt und frequenzheraufkonvertiert) einen jeweiligen Sendesymbolstrom zum Erzeugen eines modulierten Signals. Nap Sendereinheiten 432a bis 432ap liefern jeweils Nap modulierte Signale zur Übertragung von Nap Antennen 434a bis 434ap.
  • Bei dem Benutzerterminal 120 empfangen Nut Antennen 452a bis 452ut die Nap gesendeten Signale, und jede Antenne 452 liefert ein empfangenes Signal zu einer jeweiligen Empfängereinheit (RCVR) 454. Jede Empfängereinheit 454 liefert Verarbeitung komplementär zu derjenigen, welche durch die Sendereinheit 432 durchgeführt wird, und liefert (1) empfangene Datensymbole zu einem RX-räumlichen Prozessor 460 und (2) empfangene Pilotsymbole zu einem Kanalabschätzer 484 innerhalb eines Steuerelements 480.
  • Der empfängerseitige räumliche Prozessor 460 führt räumliche Verarbeitung an Nut empfangenen Symbolströmen von Nut Empfängereinheiten 454a bis 454ut mit räumlichen Filtermatrizen von dem Steuerelement 480 durch, und liefert NS detektierte Symbolströme, welche Abschätzungen der NS Datensymbolströme sind, welche durch den Zugriffspunkt 110 ausgesendet wurden. Ein RX-Datenprozessor 470 verarbeitet dann (zum Beispiel rückabbildet, entschachtelt und decodiert) die NS detektierten Symbolströme und liefert ND decodierte Datenströme, welche Abschätzungen der ND Datenströme sind.
  • Die Steuerelemente 440 und 480 steuern jeweils den Betrieb von verschiedenen Verarbeitungseinheiten bei dem Zugriffspunkt 110 und dem Benutzerzterminal 120. Speichereinheiten 442 und 482 speichern Daten und/oder Programmcodes, welche durch Steuerelemente 440 und 480 jeweils verwendet werden.
  • 5A zeigt ein Blockdiagramm eines TX-Datenprozessors 420a und eines TX-räumlichen Prozessors 430a, welche ein Ausführungsbeispiel des TX-Datenprozessors 420 und des TX-räumlichen Prozessors 430 bei dem Zugriffspunkt 110 sind. Für dieses Ausführungsbeispiel beinhaltet der TX-Datenprozessor 420a ND TX-Datenstromprozessoren 520a bis 520nd für ND Datenströme, {dI} für I = 1 ... ND.
  • Mit jedem TX-Datenstromprozessor 520 empfängt ein Codierer 522 und codiert den Datenstrom {dI} basierend auf einem Codierschema und liefert Codebits. Der Datenstrom kann eines oder mehrere Datenpakete tragen, und jedes Datenpaket wird typischerweise separat codiert werden, um einen Codeblock oder ein codiertes Datenpaket zu erhalten. Das Codieren erhöht die Zuverlässigkeit der Datenübertragung. Das Codierschema kann zyklische Redundanzüberprüfung (CRC = cyclic redundancy check) Erzeugung, Faltungscodierung, Turbo-Codierung, Paritätsüberprüfungscodierung mit niedriger Dichte (LDPC = low density parity check), Blockcodierung, andere Codierung oder eine Kombination davon beinhalten. Mit räumlicher Spreizung kann das SNR über einen Codeblock auch dann variieren, wenn der MIMO-Kanal statisch über den Codeblock ist. Ein ausreichend leistungsfähiges Codierschema kann zum Bekämpfen der SNR-Variation über den Codeblock ver wendet werden, so dass codierte Performance proportional zu dem durchschnittlichen SNR über den Codeblock ist. Einige exemplarische Codierschemata, welche gute Performance für räumliche Spreizung liefern können, beinhalten Turbocode (zum Beispiel derjenige, welcher durch IS-856 definiert ist), LDPC-Code, und Faltungscode.
  • Ein Kanalverschachtler 524 verschachtelt (das heißt umordnet) die Codebits basierend auf einem Verschachtlungsschema zum Erreichen von frequenzmäßiger, zeitlicher und/oder räumlicher Diversität. Die Verschachtlung kann über einen Codeblock, einen Teil eines Codeblocks, mehrere Codeblöcke einen oder mehrere Übertragungsspannen, usw. durchgeführt werden. Eine Symbolabbildungseinheit 526 bildet die verschachtelten Bits basierend auf einem Modulationsschema ab und liefert einen Strom von Datensymbolen {sI}. Die Einheit 526 gruppiert jeden Satz von B verschachtelten Bits zum Ausbilden eines B-Bitwerts, wobei B ≥ 1 ist, und bildet ferner jeden B-Bitwert auf ein spezifisches Modulationssymbol basierend auf dem Modulationsschema ab (zum Beispiel QPSK, M-PSK oder M-QAM, wobei M = 2B ist). Die Einheit 526 liefert einen Block von Datensymbolen für jeden Codeblock.
  • In 5A verarbeiten ND TX-Datenstromprozessoren 520a bis 520nd die ND Datenströme und liefern ND Datensymbolblöcke für jede Blocklänge von NM Übertragungsspannen. Ein TX-Datenstromprozessor 520 kann auch die ND Datenströme verarbeiten, zum Beispiel auf die Art und Weise von Zeitmultiplex-Multiplexierung (TDM = time division multiplex). Die gleichen oder unterschiedliche Codier- und Modulationsschemata können für die ND Datenströme verwendet werden. Ferner können die gleichen oder unterschiedlichen Datenraten für die ND Datenströme verwendet werden. Die Datenrate für jeden Datenstrom wird durch die Codier- und Modulationsschemata bestimmt, welche für diesen Strom verwendet werden.
  • Ein Multiplexierer/Demultiplexierer (Mux/Demux) 528 empfängt und multiplexiert/demultiplexiert die Datensymbole für die ND Datenströme in NS Datensymbolströme. Wenn ND = NS ist, dann kann Mux/Demux 528 einfach die Datensymbole für jeden Datenstrom wie einen jeweiligen Datensymbolstrom liefern. Wenn ND gleich 1 ist, dann demultiplexiert Mux/Demux 528 die Datensymbole für den einen Datenstrom in NS Datensymbolströme.
  • Der TX-räumliche Prozessor 430a empfängt ND Datensymbolblöcke von dem TX-Datenprozessor 420a und NM Steuerungsmatrizen V(m) von dem Steuerelement 440 für jede Blocklänge von NM Übertragungsspannen. Die Steuerungsmatrizen können von einem Steuerungsmatrix (SM = steering matrix) – Speicher 542 innerhalb der Speichereinheit 442 empfangen werden, oder durch die Steuerung 440 erzeugt werden, wie sie benötigt werden. Innerhalb des TX-räumlichen Prozessors 430a führt eine Matrizenmultipliziereinheit 532 räumliche Verarbeitung an den Datensymbolen für jede Übertragungsspanne m mit der Steuerungsmatrix V(m) aus, und liefert Sendesymbole für diese Übertragungsspanne. Ein Multiplexierer 534 multiplexiert die Sendesymbole mit Pilotsymbolen, zum Beispiel auf die Art und Weise der Zeitmultiplex-Multiplexierung. Für jede Übertragungsspanne liefert der TX-räumliche Prozessor 430a Nap Sendesymbolsequenzen zum Aussenden von den Nap Zugriffspunktantennen in einer oder mehreren Symbolperioden und/oder auf einem oder mehreren Unterbändern für diese Übertragungsspanne. Der TX-räumliche Prozessor 430a multiplexiert ferner die Nap Sendesymbolsequenzen für unterschiedliche Übertragungsspannen und liefert Nap Sendesymbolströme {xj} für j = 1 ... Nap für die Nap Zugriffspunktantennen.
  • 5b zeigt ein Blockdiagramm eines TX-Datenprozessor 420b und eines TX-räumlichen Prozessors 430b, welche ein anderes Ausführungsbeispiel des TX-Datenprozessors 420 und des TX-räumlichen Prozessors 430 bei dem Zugriffspunkt 110 sind. Für dieses Ausführungsbeispiel beinhaltet der TX-Datenprozessor 420b einen TX-Datenstromprozessor 520 für einen Datenstrom {d}. Der TX-Datenstromprozessor 520 verarbeitet den Datenstrom {d} wie oben für 5A beschrieben, und liefert Datensymbole. Ein Demultiplexierer 529 demultiplexiert die Datensymbole von dem Prozessor 520 in NS Datensymbolströme {sI} für I = 1 ... NS, so dass jeder Datensymbolblock auf NS räumlichen Kanälen von H(m) ausgesendet wird.
  • Innerhalb des TX-räumlichen Prozessors 430b empfängt ein Multiplexierer 530 die NS Datensymbolströme von dem TX-Datenprozessor 420b, multiplexiert in Pilotsymbole, und liefert NS Ströme von Daten-/Pilot-Symbolen. Die Matrizenmultipliziereinheit 532 führt räumliche Verarbeitung an den Daten-/Pilotsymbolen für jede Übertragungsspanne m mit der Steuerungsmatrix V(m) aus, und liefert Sendesymbole für diese Übertragungsspanne. Der TX-räumliche Prozessor 430b liefert Nap Sendesymbolströme {xj} für j = 1 ... Nap für die Nap Zugriffspunktantennen. Der TX-räumliche Prozessor 430b führt räumliches Spreizen an sowohl den Pilot- wie auch den Datensymbolen durch, wohingegen der TX-räumliche Prozessor 430a räumliches Spreizen. an Datensymbolen aber nicht an Pilotsymbolen durchführt.
  • 5A und 5B zeigen exemplarische Ausführungsbeispiele des TX-Datenprozessors 420 und des TX-räumlichen Prozessors 430 bei dem Zugriffspunkt 110. Die Prozessoren 420 und 430 können auch auf andere Arten und Weisen implementiert sein, und dies ist innerhalb des Umfangs der Erfindung.
  • 6A zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Verarbeitungseinheiten bei dem Benutzerzterminal 120, welches zusammen mit dem Ausführungsbeispiel des Zugriffspunkts verwendet werden kann und welches in 5A gezeigt ist. Nut Empfängereinheiten 454a bis 454ut liefern empfangene Pilotsymbole, {rPi } für I = 1 ... Nut zu dem Kanalabschätzer 484. Wenn der Zugriffspunkt 110 Pilotsymbole ohne räumliche Spreizung überträgt (wie in 5A gezeigt ist), dann leitet der Kanalabschätzer 484
    Figure 00360001
    (m) ab, welches eine Abschätzung der Kanalantwortmatrix H(m) ist, und zwar basierend auf den empfangenen Pilotsymbolen. Der Kanalabschätzer 484 erhält dann die Steuerungsmatrix V(m) für jede Übertragungsspanne m und leitet
    Figure 00360002
    eff(m) ab, welches eine Abschätzung der effektiven Kanalantwortmatrix ist, wie
    Figure 00360003
    Das Benutzerterminal 120 ist mit dem Zugriffspunkt 110 derart synchronisiert, dass beide Einheiten die gleiche Steuerungsmatrix V(m) für jede Übertragungsspanne m verwenden. Wenn der Zugriffspunkt 110 Pilotsymbole mit räumlicher Spreizung überträgt (wie in 5B gezeigt ist), dann schätzt der Kanalabschätzer 484 direkt die effektive Kanalantwortmatrix basierend auf den empfangenen Pilotsymbolen ab. In jedem Fall liefert der Kanalabschätzer 484 die abgeschätzte effektive Kanalantwortmatrix
    Figure 00370001
    eff(m) für jede Übertragungsspanne.
  • Das Steuerelement 480 leitet eine räumliche Filtermatrix M(m) ab, und möglicherweise eine diagonale Matrix D(m) für jede Übertragungsspanne basierend auf der abgeschätzten effektiven Kanalantwortmatrix
    Figure 00370002
    eff(m) und unter Verwendung der CCMI-, MMSE- oder irgendeiner anderen Technik. Der RX-räumliche Prozessor 460 erhält empfangene Datensymbole {rdi } für i = 1 ... Nut, und zwar von den Empfängereinheiten 454a bis 454ut und die Matrizen M(m) und D(m) von dem Steuerelement 480. Der RX-räumliche Prozessor 460 führt empfängerseitige räumliche Verarbeitung an den empfangenen Datensymbolen für jede Übertragungsspanne mit den Matrizen M(m) und D(m) durch, und liefert detektierte Symbole zu dem RX-Datenprozessor 470.
  • Für das in 6A gezeigte Ausführungsbeispiel beinhaltet der RX-Datenprozessor 470a einen Multiplexierer/Demultiplexierer 668 und ND RX-Datenstromprozessoren 670a bis 670nd für die ND Datenströme. Der Mux/Demux 668 empfängt und multiplexiert/demultiplexiert die NS detektierten Symbolströme für die NS räumlichen Kanäle in ND detektierte Symbolströme für die ND Datenströme. Innerhalb von jedem RX-Datenstromprozessors 670 demoduliert eine Symbolendabbildungseinheit 672 die detektierten Symbole für den zugeordneten Datenstrom gemäß dem Modulationsschema, welches für diesen Strom verwendet wird, und liefert demodulierte Daten. Ein Kanalentschachtler 674 entschachtelt die demodulierten Daten auf eine Art und Weise komplementär zu der Verschachtelung, welche an diesem Strom durch den Zugriffspunkt 110 durchgeführt wurde. Ein Decodierer 676 deco diert die entschachtelten Daten auf eine Art und Weise komplementär zu der Codierung, welche durch den Zugriffspunkt 110 an diesem Strom durchgeführt wurde. Zum Beispiel kann ein Turbo-Decodierer oder ein Viterby-Decodierer als Decodierer 676 verwendet werden, wenn Turbo- oder Faltungscodierung jeweils durch den Zugriffspunkt 110 durchgeführt wird. Der Decodierer 676 liefert einen decodierten Datenstrom, welcher ein decodiertes Datenpaket für jeden Datensymbolblock beinhaltet.
  • 6B zeigt ein Blockdiagramm eines RX-räumlichen Prozessors 670b und eines RX-Datenprozessors 470b, welcher die SIC-Technik für das Benutzerterminal 120 implementiert. Der RX-räumliche Prozessor 460b und der RX-Datenprozessor 470b implementiert ND kaskadierte Empfängerverarbeitungsstufen für die ND Datenströme. Zur Einfachheit ist ND = NS, und jeder Datensymbolstrom korrespondiert zu einem jeweiligen Datenstrom. Jede der Stufen 1 bis ND – 1 beinhaltet einen räumlichen Prozessor 660, einen Interferenzauslöscher 662, einen RX-Datenstromprozessor 670, und einen TX-Datenstromprozessor 680. Die letzte Stufe beinhaltet nur einen räumlichen Prozessor 660 ND und einen RX-Datenstromprozessor 670nd. Jeder RX-Datenstromprozessor 670 beinhaltet eine Symbolendabbildungseinheit, einen Kanalverschachtler und einen Decodierer, wie in 6A gezeigt ist. Jeder TX-Datenstromprozessor 680 beinhaltet einen Codierer, einen Kanalverschachtler und eine Symbolabbildungseinheit, wie in 5B gezeigt ist.
  • Für Stufe 1 führt der räumliche Prozessor 660a räumliche Verarbeitung an den Nut empfangenen Symbolströmen durch, und liefert einen detektierten Symbolstrom {s ^1}. Der RX-Datenstromprozessor 670a demoduliert, entschachtelt und decodiert die detektierten Symbolströme {s ^1} und liefert einen korrespondierenden decodierten Datenstrom {d ^1}. Der TX-Datenstromprozessor 680a codiert, verschachtelt und moduliert den decodierten Datenstrom {s ^1} auf die gleiche Art und Weise, welche durch den Zugriffspunkt 110 für diesen Strom durchgeführt wurde, und liefert einen er neut modulierten Symbolstrom
    Figure 00390001
    . Der Interferenzauslöscher 662a verarbeitet den erneut modulierten Symbolstrom
    Figure 00390002
    mit der abgeschätzten effektiven Kanalantwortmatrix
    Figure 00390003
    eff(m) zum Erhalten von Nut Interferenzkomponenten aufgrund des Datensymbolstroms {s1}. Die Nut Interferenzkomponenten werden von den Nut empfangenen Symbolströmen subtrahiert, um Nut modifizierte Symbolströme zu erhalten, welche zu Stufe 2 geliefert werden.
  • Jede der Stufen 2 bis ND – 1 führt die gleiche Verarbeitung wie Stufe 1 durch, obwohl auf den Nut modifizierten Symbolströmen für die vorhergehende Stufe anstatt für die Nut empfangenen Symbolströme. Die letzte Stufe führt räumliche Verarbeitung und Decodierung an den Nut modifizierten Symbolströmen von der Stufe ND – 1 aus, und führt keine Interferenzabschätzung und Auslöschung aus.
  • Die räumlichen Prozessoren 660a bis 660nd können jeweils die CCMI-, MMSE- oder irgendeine andere Technik implementieren. Jeder räumliche Prozessor 660 multipliziert einen eingegebenen (empfangenen oder modifizierten) Symbolvektor r lsic (m) mit einer räumlichen Filtermatrix M lsic (m) zum Erhalten eines detektierten Symbolvektors
    Figure 00390004
    (m) und liefert den detektierten Symbolstrom für diese Stufe. Die Matrix M lsic (m) wird basierend auf der effektiven Kanalantwortabschätzung
    Figure 00390005
    (m) für die Stufe abgeleitet.
  • 2. MISO-Aussendung
  • 7 zeigt ein MISO-System 700 mit einem Zugriffspunkt 710 und Benutzerterminals 720. Der Zugriffspunkt 710 ist mit mehreren (Nap) Antennen zur Datenübertragung ausgerüstet. Jedes Benutzerterminal 720 ist mit einer einzigen Antenne zum Datenempfang ausgerüstet. Die Benutzerterminals können durch das Abdeckgebiet des Zugriffspunkt 710 verteilt sein. Ein unterschiedlicher MISO-Kanal wird durch die Nap Antennen bei dem Zugriffspunkt und die einzige Antenne bei jedem Benutzerterminal ausgebildet. Der MISO- Kanal für ein gegebenes Benutzerterminal kann durch einen 1 × Nap Kanalantwortzeilenvektor h charakterisiert werden, wobei
    Figure 00400001
    ist, wobei der Eintrag hj, für j = 1 ... Nap die Kopplung zwischen der Zugriffspunktantenne j und der Benutzerterminalantenne bezeichnet.
  • Die räumliche Spreizung kann verwendet werden zum zufällig ausgestalten des effektiven MISO-Kanals, welcher durch jedes Benutzerterminal mit Einzelantenne gesehen wird, so dass die Übertragungsperformance nicht durch den erwarteten schlechtest möglichen Kanalzustand vorgegeben wird. Für das MISO-System führt der Zugriffspunkt räumliche Verarbeitung mit Steuerungsvektoren durch, welche degenerierte Steuerungsmatrizen sind, welche gerade eine Spalte enthalten.
  • Die räumliche Verarbeitung bei dem Zugriffspunkt für die räumliche Spreizung in dem MISO-System kann folgendermaßen ausgedrückt werden: x miso(m) = v(m)·s(m), (16)wobei s(m) ein Datensymbol ist, welches in der Übertragungsspanne m gesendet werden soll;
    v(m) ist ein Nap × 1 Steuerungsvektor für die Übertragungsspanne m; und
    x miso(m) ist ein Nap × 1 Vektor mit Nap Sendesymbolen, welche von den Nap Zugriffspunktantennen in der Übertragungsspanne m gesendet werden sollen.
  • Ein Satz von L Steuerungsvektoren kann erzeugt werden, und wird als {v} bezeichnet, oder v(i) für i = 1 ... L. Ein Steuerungsvektor in dem Satz wird für jede Übertragungsspanne m ausgewählt, und zur räumlichen Verarbeitung durch den Zugriffspunkt für diese Übertragungsspanne verwendet.
  • Die empfangenen Symbole bei jedem Benutzerterminal mit Einzelantenne mit räumlicher Verarbeitung können folgendermaßen ausgedrückt werden: r(m) = h(m)·v(m)·s(m) + n(m) = heff(m)·s(m) + n(m), (17)wobei r(m) ein empfangenes Symbol für die Übertragungsspanne m ist;
    heff(m) ist eine effektive Kanalantwort für die Übertragungsspanne m, welche heff(m) = h(m)·v(m); und
    n(m) ist das Rauschen für die Übertragungsspanne m.
  • Wie in der Gleichung (17) gezeigt ist, aufgrund der räumlichen Spreizung, welche durch den Zugriffspunkt durchgeführt wird, sieht die Datensymbolstromaussendung durch den Zugriffspunkt die effektive Kanalantwort heff(m), welche die tatsächliche Kanalantwort h(m) und den Steuerungsvektor v(m) beinhaltet. Das Benutzerterminal kann
    Figure 00410001
    (m) ableiten, welches eine Abschätzung des Kanalantwortvektors H(m) ist (zum Beispiel basierend auf den empfangenen Pilotsymbolen). Das Benutzerterminal kann dann
    Figure 00410002
    eff(m) berechnen, welches eine effektive Kanalantwortabschätzung ist, wie
    Figure 00410003
    . Alternativ kann das Benutzerterminal direkt die effektive Kanalantwort abschätzen, zum Beispiel basierend auf empfangenen Pilotsymbolen, welche unter Verwendung von v(m) übertragen wurden. In jedem Fall kann das Benutzerterminal Detektion (zum Beispiel angepasste Filterung und/oder Angleichung) an den empfangenen Symbolen r(m) durchführen, und zwar mit der effektiven Kanalantwortabschätzung
    Figure 00410004
    eff(m), um detektierte Symbole
    Figure 00410005
    (m) zu erhalten.
  • Aussendeinformation und Empfang für das MISO-System können ähnlich zu demjenigen wie oben in 2 und 3 beschrieben durchgeführt werden. Jedoch ist nur der räumliche Kanal verfügbar, und wird zur Aussendeübertragung in dem MISO-System verwendet. Unter Bezugnahme auf 2 wird zur Aussendeübertragung in dem MISO-System ein Datensymbolblock erzeugt, (Block 212) und in NM Unterblöcke aufgeteilt, welche in NM Übertra gungsspannen ausgesendet werden (Block 214). Ein Steuerungsvektor wird für jeden Unterblock/jede Übertragungsspanne ausgewählt (Block 218) und wird zur räumlichen Verarbeitung für die Datensymbole in dem Unterblock verwendet (Block 220). Die Sendesymbole für jeden Unterblock werden über die Nap Zugriffspunktantennen in der zugeordneten Übertragungsspanne ausgesendet (Block 222).
  • Unter Bezugnahme auf 3 werden zum Aussendungsempfang in dem MISO-System eine oder mehrere empfangene Datensymbole von einer einzigen Antenne bei dem Benutzerterminal für jeden Unterblock erhalten (Block 314). Der Steuerungsvektor, welcher durch den Zugriffspunkt für jeden Unterblock verwendet wird, wird bestimmt (Block. 316) und zum Ableiten der effektiven Kanalantwortabschätzung
    Figure 00420001
    eff(m) bestimmt (Block 318), welche dann zur Detektion des empfangenen Datensymbols/der empfangenen Datensymbole für den Unterblock verwendet wird (Block 320). Nachdem alle NM Unterblöcke für den derzeitigen Datensymbolblock empfangen wurden, werden die detektierten Symbole für den Block verarbeitet (demoduliert, entschachtelt und decodiert), und zwar zum Erhalten der decodierten Daten für den Block (Block 326).
  • 8 zeigt ein Blockdiagramm des Zugriffspunkts 710 und des Benutzerterminals 720 in dem MISO-System 700. Das Benutzerterminal 720 ist eines der Benutzerterminals in 7. Bei dem Zugriffspunkt 710 führt ein TX-Datenprozessor 820 Datenverarbeitung an einem Datenstrom {d} zum Erhalten eines korrespondierenden Datensymbolstroms {s} durch. Der TX-Datenprozessor 820 kann mit dem TX-Datenstromprozessor 520 in 5B implementiert sein. Ein TX-räumlicher Prozessor 830 führt räumliche Spreizung an dem Datensymbolstrom mit den Steuerungsvektren aus (zum Beispiel wie in Gleichung (16) gezeigt ist), multiplexiert in Pilotsymbole und liefert Nap Sendesymbolströme. Nap Übertragungseinheiten 832a bis 832ap konditionieren die Nap Sendesymbolströme zum Erzeugen von Nap modulier ten Signalen, welche von Nap Antennen 834a bis 834ap jeweils gesendet werden.
  • Bei dem Benutzerterminal 720 werden die Nap gesendeten Signale durch eine Antenne 852 empfangen, und das empfangene Signal von der Antenne wird durch eine Empfängereinheit 854 konditioniert, um empfangene Symbole zu erhalten. Ein Kanalabschätzer 884 leitet die effektive Kanalantwortabschatzung
    Figure 00430001
    eff(m) basierend auf den empfangenen Pilotsymbolen und dem Steuerungsvektor v(m), welcher für jede Übertragungsspanne verwendet wird, ab. Ein Detektor 860 führt Detektion aus (zum Beispiel angepasste Filterung bzw. Optimalfilterung und/oder Equalisierung), und zwar an den empfangenen Datensymbolen mit der effektiven Kanalantwortabschätzung
    Figure 00430002
    eff(m), und liefert einen Strom von detektierten Symbolen {s ^}. Ein RX-Datenprozessor 870 verarbeitet (zum Beispiel endabbildet, entschachtelt und decodiert) den decodierten Symbolstrom und liefert einen decodierten Datenstrom {d ^}. Der RX-Datenprozessor 870 kann mit dem RX-Datenstromprozessor 670a in 6A implementiert sein.
  • Die Steuerelemente 840 und 880 steuern jeweils den Betrieb von verschiedenen Verarbeitungseinheiten bei dem Zugriffspunkt 710 und dem Benutzerterminal 720. Speichereinheiten 842 und 882 speichern Daten und/oder Programmcodes, welche durch die Steuerelemente 840 und 880 jeweils verwendet werden.
  • 3. OFDM-basierende Systeme
  • Die Aussendeübertragungstechniken, welche hierin beschrieben werden, können für Einfach-Träger- wie auch für Mehrfach-Trägersysteme verwendet werden. Mehrere Träger können mit OFDM oder irgendeinem anderen Konstrukt verwendet werden. Für ein OFDM-basierendes System kann räumliche Spreizung an jedem der Unterbänder, welches für die Aussendung verwendet wird, durchgeführt werden.
  • Für ein MIMO-System, welches OFDM verwendet (das heißt ein MIMO-OFDM-System) kann ein Datensymbolvektor s(k, n) für jedes Unterband k in jeder OFDM-Symbolperiode m ausgebildet werden. Der Vektor s(k, n) beinhaltet bis zu NS Datensymbole zum Aussenden über die NS räumlichen Kanäle des Unterbands k in der OFDM-Symbolperiode n. Der Index m für die Übertragungsspanne wird durch k, n für das Unterband k und die OFDM-Symbolperiode n ersetzt. Bis zu NF Vektoren, s(k, n) für k = 1 ... NF können gleichzeitig auf den NF Unterbändern in einer OFDM-Symbolperiode ausgesendet werden. Eine Übertragungsspanne kann eines oder mehrere Unterbänder in einer oder mehreren OFDM-Symbolperioden abdecken.
  • Die ND Datensymbolblöcke können auf verschiedene Arten und Weisen in dem MIMO-OFDM-System ausgesendet werden. Zum Beispiel kann jeder Datensymbolblock als der Eintrag des Vektors s(k, n) für jedes der NF Unterbänder ausgesendet werden. In diesem Fall wird jeder Datensymbolblock an allen NF Unterbändern ausgesendet, und erreicht Frequenzdiversität. Jeder Datensymbolblock kann ferner eine oder mehrere OFDM-Symbolperioden umspannen. Jeder Datensymbolblock kann somit Frequenz- und/oder Zeitdimensionen umspannen (durch Systemdesign), zuzüglich räumlicher Dimension (mit räumlicher Spreizung).
  • Die Steuerungsmatrizen können auch auf verschiedene Arten und Weisen für das MIMO-OFDM-System ausgewählt werden. Die Steuerungsmatrizen für die Unterbänder können in einer deterministischen, pseudo-zufälligen oder permutierten Art und Weise wie oben stehend beschrieben ausgewählt werden. Zum Beispiel können die L Steuerungsmatrizen in dem Satz durchgefahren werden und in sequentieller Reihenfolge für die Unterbänder 1 bis NF in OFDM-Symbolperiode n ausgewählt werden, dann Unterbänder 1 bis NF in der OFDM-Symbolperiode n + 1, usw. Die Anzahl von Steuerungsmatrizen in dem Satz kann kleiner als, gleich zu oder größer als die Anzahl der Unterbänder sein. Die drei Fälle wie oben stehend beschrieben für L = NM, L < NM und L > NM können auch für die Unterbänder angewandt werden, wobei NM durch NF ersetzt wird.
  • Für ein MISO-System, welches OFDM verwendet (das heißt ein MISO-OFDM-System) kann ein Datensymbol s(k, n) auf jedem Unterband k in der OFDM-Symbolperiode n ausgesendet werden. Bis zu NF Datensymbole, s(k, n) für k = 1 ... NF, können gleichzeitig auf den NF Unterbändern in der OFDM-Symbolperiode ausgesendet werden. Jeder Datensymbolblock kann an einem oder mehreren Unterbändern und/oder in einer oder mehreren OFDM-Symbolperioden ausgesendet werden. Die Steuerungsvektoren können auf eine Art und Weise ähnlich zu derjenigen wie die Steuerungsmatrizen in dem MIMO-OFDM-System ausgewählt werden.
  • Für ein OFDM-basiertes System führen jede Sendereinheit 432 in 4 und jede Sendereinheit 832 in 8 OFDM-Modulation an den Sendesymbolen für alle NF Unterbänder der zugeordneten Sendeantenne aus. Für OFDM-Modulation werden die NF Sendesymbole, welche auf den NF Unterbändern in jeder OFDM-Symbolperiode ausgesendet werden sollen, in die Zeitdomäne unter Verwendung von NF-punktiger invertierter schneller Fouriertransformation (IFFT = inverse fast Fourier transform) zum Erhalten eines „transformierten" Symbols transformiert, welches NF Chips enthält. Zum Verhindern von Intersymbolinterferenz (ISI = intersymbol interference), welche durch Frequenz selektiven Schwund verursacht wird, wird ein Teil (oder Ncp Chips) von jedem transformierten Symbol typischerweise wiederholt, um ein korrespondierendes OFDM-Symbol auszubilden. Jedes OFDM-Symbol wird in einer OFDM-Symbolperiode ausgesendet, welche NF + Ncp Chipperioden ist, wobei Ncp die zyklische Präfixlänge ist. Jede Sendereinheit erzeugt einen Strom von OFDM-Symbolen und konditioniert ferner den OFDM-Symbolstrom zum Erzeugen eines modulierten Signals zur Aussendung von der zugeordneten Antenne. Jede Empfängereinheit 454 in 4 und jede Empfängereinheit 854 in 8 führt die komplementäre OFDM-Demodulation an seinem empfangenen Signal zum Erhalten von empfangenen Datensymbolen und empfangenen Pilotsymbolen durch.
  • 4. Übertragungsdiversität
  • Räumliche Spreizung kann in Kombination mit verschiedenen Übertragungsdiversitätsschemata wie Raum-Zeit Übertragungsdiversität (STTD = spacetime transmit diversity), Raum-Frequenzübertragungsdiversität (SFTD = space-frequency transmit diversity), orthogonale Übertragungsdiversität (OTD = orthogonal transmit diversity), usw. STTD überträgt jedes Paar von Datensymbolen von zwei Antennen in zwei Symbolperioden zum Erreichen von räumlicher und zeitlicher Diversität. SFTD überträgt jedes Paar von Datensymbolen von zwei Antennen in zwei Unterbändern zum Erreichen von Raum- und Frequenzdiversität. OTD überträgt zwei Datensymbole gleichzeitig von zwei Antennen in zwei Symbolperioden unter Verwendung von zwei orthogonalen Codes zum Erreichen, von räumlicher und zeitlicher Diversität. Räumliche Spreizung kann verbesserte Performance für diese Übertragungsdiversitätsschemata vorsehen.
  • Für das STTD-Schema erzeugt der Zugriffspunkt zwei codierte Symbolvektoren, zum Beispiel s 1(m) = [sa(m) sb(m)]T und s 2(m) = [s*b (m) –s*a (m)]T, für jedes Paar von Datensymbolen sa(m) und sb(m), welche in der Übertragungsspanne m übertragen werden sollen, wobei „*" das komplex konjugierte bezeichnet, und „T" bezeichnet die Transponierte. Jeder Vektor beinhaltet zwei codierte Symbole, welche von den Nap Zugriffspunktantennen in einer Symbolperiode ausgesendet werden sollen. Der Vektor s 1(m) wird in der ersten Symbolperiode ausgesendet, und der Vektor des s 2(m) wird in der nächsten Symbolperiode ausgesendet. Jedes Datensymbol ist in beiden Vektoren beinhaltet, und wird somit über die zwei Symbolperioden ausgesendet.
  • Der Zugriffspunkt führt räumliche Spreizung an den zwei Vektoren S 1(m) und s 2(m) unter Verwendung der gleichen Steuerungsmatrix wie folgt durch: x sttd,i(m) = V sttd(m)·s i(m), for i = 1, 2, (18) wobei v sttd(m) eine Nap × 2 Steuerungsmatrix für die Übertragungsspanne m ist; und
    x sttd,i(m) ist ein Nap × 1-Vektor mit Nap Sendesymbolen, welche von den Nap Zugriffspunktantennen in Symbolperiode i für die Übertragungsspanne m gesendet werden sollen.
  • Wenn das Benutzerterminal mit einer einzigen Antenne ausgerüstet ist, dann können die empfangenen Symbole folgendermaßen ausgedrückt werden: ri(m) = h(m)·V sttd(m)·s i(m) + ni(m) = h eff,sttd(m)·s i(m) + ni(m), (19)wobei ri(m) ein empfangenes Symbol für die Symbolperiode i der Übertragungsspanne m ist;
    h(m) ist ein 1 × Nap Kanalantwort-Zeilenvektor für die Übertragungsspanne m;
    h eff,sttd(m) ist ein 1 × 2 effektiver Kanalantwort-Zeilenvektor für die Übertragungsspanne m, welcher h eff,sttd(m) = h(m)·V sttd(m) = [heff,1(m) heff,2(m)] ist; und
    ni(m) ist das Rauschen für die Symbolperiode i der Übertragungsspanne m.
  • Es wird von der Kanalantwort h(m) angenommen, dass sie über die zwei Symbolperioden für die Übertragungsspanne m konstant ist.
  • Das Ein-Antennen-Benutzerterminal kann Abschätzungen für die zwei Datensymbole, sa(m) und sb(m) wie folgt ableiten:
    Figure 00470001
    wobei heff,i(m) eine Abschätzung von heff,i(m) ist, für i = 1, 2; β'(m) = |h ^eff,1(m)|2 + |h ^eff,2(m)|2; undn'a(m) und n'b(m) sind jeweils nachverarbeitetes Rauschen für detektierte Symbole s ^a(m) und s ^b(m).
  • Wenn das Benutzerterminal mit mehreren Antennen ausgerüstet ist, dann können die empfangenen Symbole folgendermaßen ausgedrückt werden: r i(m) = H(m)·V sttd(m)·s i(m) + n i(m) = H eff,sttd(m)·s i(m) + n i(m), (21)wobei r i(m) ein Nut × 1 Vektor mit Nut empfangenen Symbolen für die Symbolperiode i der Übertragungsspanne m ist;
    H(m) ist eine Nut × Nap Kanalantwortmatrix für die Übertragungsspanne m;
    H eff,sttd(m) ist eine Nut × 2 effektive Kanalantwortmatrix für die Übertragungsspanne m, welche H eff,sttd(m) = H(m)·V sttd(m) = [heff,1(m) heff,2(m)] ist;
    n i(m) ist ein Rauschvektor für die Symbolperiode i der Übertragungspanne m. Von der Kanalantwortmatrix H(m) wird angenommen, dass sie konstant ist über die zwei Symbolperioden der Übertragungsspanne m.
  • Das Multi-Antennen-Benutzerterminal kann Schätzungen der zwei Datensymbole sa(m) und sb(m) wie folgt ableiten:
    Figure 00480001
    wobei
    Figure 00480002
    eff,i(m) eine Abschätzung von h eff,i(m) ist, für i = 1, 2;
    Figure 00490001
    n''a (m) und n''b (m) sind jeweils nachverarbeitetes Rauschen für detektierte Symbole s ^a(m) und s ^b(m).
  • Für das SFTD-Schema werden die zwei Vektoren s 1(m) und s 2(m) auf zwei unterschiedlichen Unterbändern in der gleichen Symbolperiode ausgesendet. Die gleiche Sende- und Empfangsverarbeitung, welche oben stehend beschrieben wurde, kann für das SFTD-Schema durchgeführt werden, wobei der Index i nun Unterband anstatt der Symbolperiode bezeichnet. Weil von der Kanalantwort angenommen wird, dass sie ungefähr konstant ist, über die Übertragungsspanne, können zwei benachbarte Unterbänder k und k + 1 zum Aussenden der zwei Vektoren s 1(m) und s 2(m) verwendet werden.
  • 5. Hybrides Multi-Antennen-System
  • 9 zeigt ein Multi-Antennen-System 900 mit einem Zugriffspunkt 910 und Benutzerterminals 920. Der Zugriffspunkt 910 ist mit mehreren (Nap) Antennen zur Datenübertragung ausgestattet. Jedes Benutzerterminal 920 kann mit einer einzigen Antenne oder mehreren (Nut) Antennen zum Datenempfang ausgerüstet sein. Jedes Multi-Antennen-Benutzerterminal hat einen jeweiligen MIMO-Kanal mit dem Zugriffspunkt, und ist dazu in der Lage, MIMO- und MISO-Aussendeinformationen von dem Zugriffspunkt zu empfangen. Jedes Einfach-Antennen-Benutzerterminal hat einen jeweiligen MISO-Kanal mit dem Zugriffspunkt, und ist zum Empfangen einer MISO-Aussendeübertragung und möglicherweise eines Teils einer MIMO-Aussendeübertragung von dem Zugriffspunkt in der Lage, wie unten stehend beschrieben.
  • Der Zugriffspunkt 910 kann Daten auf verschieden Arten und Weisen in dem System 900 aussenden. In einem Ausführungsbeispiel sendet der Zugriffspunkt 910 (1) eine MIMO-Aussende-Übertragung, welche durch Multi- Antennen-Benutzerterminals empfangen werden kann, und (2) eine MISO-Aussende-Übertragung, welche durch sowohl Einfach-Antennen- wie auch Multi-Antennen-Benutzerterminals empfangen werden kann. Die MIMO- und MISO-Aussendeübertragungen können gesendet werden (1) in unterschiedlichen Zeitintervallen unter Verwendung von Zeitmultiplex-Multiplexing (TDM), (2) in unterschiedlichen nicht zusammenhängenden Sätzen von Unterbändern unter Verwendung von Frequenzmultiplex-Multiplexing (FDM), (3) auf unterschiedlichen Codekanälen unter Verwendung von Codemultiplex-Multiplexing (CDM), oder irgendeinem anderen Multiplexierschema, oder irgendeiner Kombination davon. In einem anderen Ausführungsbeispiel sendet der Zugriffspunkt 910 eine MIMO-Aussendeübertragung in einer Art und Weise derart, dass die Einzel-Antennen-Benutzerterminals einen Teil der Aussendeübertragung wiederherstellen können (zum Beispiel für grundlegenden Aussendedienst), und Multi-Antennen-Benutzerterminals können all die Aussendeübertragungen wiederherstellen (wenn sie ausreichenden Verbindungsabstand haben). In einem noch anderen Ausführungsbeispiel kann der Zugriffspunkt 910 die Aussendeübertragung einstellen (zum Beispiel zwischen MIMO- und MISO-Aussendung), und zwar basierend auf den erwarteten Kanalzuständen für die Benutzerterminals.
  • 6. Aussendeübertragungsschemata
  • Ein Multi-Antennen-System kann MIMO-Aussendung auf verschiedene Arten und Weisen ausführen. In einem ersten MIMO-Aussendeschema sendet der Zugriffspunkt mehrere (ND) Datenströme gleichzeitig aus, und verwendet die gleiche Datenrate und die gleiche Sendeleistung für alle Datenströme, wobei NS ≥ ND > 1 ist. Die Datenrate kann beispielsweise basierend auf dem erwarteten schlechtest möglichen effektiven Kanal für die Multi-Antennen-Benutzerterminals ausgewählt werden, welcher besser sein soll als der erwartete schlechtest mögliche tatsächliche Kanal für diese Benutzerterminals. Die meisten Multi-Antennen-Benutzerterminals innerhalb des Aussendeabdeckungsgebiets können dann die ND Datenströme wiederherstellen.
  • In einem zweiten MIMO-Aussendeschema sendet der Zugriffspunkt ND Datenströme gleichzeitig aus, und verwendet unterschiedliche Datenraten, aber die gleiche Sendeleistung für diese Ströme. Dieses Aussendeschema kann zum Vorsehen von „abgestuften" Aussendediensten über das Aussendeabdeckgebiet verwendet werden. Jeder Datenstrom hat ein unterschiedliches Aussendeabdeckgebiet, welches durch seine Datenrate bestimmt wird. Der Datenstrom mit der niedrigsten Datenrate hat das größte Aussendeabdeckgebiet, und der Datenstrom mit der höchsten Rate hat das kleinste Aussendeabdeckgebiet. Jedes Benutzerterminal kann dazu in der Lage sein, einen, einige oder alle der Datenströme wiederherzustellen, und zwar abhängig von (1) seinem Ort und Kanalzustand und (2) der Technik zur empfängerseitigen räumlichen Verarbeitung, welche verwendet wird. Wenn ein Benutzerterminal eine lineare empfängerseitige Verarbeitungstechnik verwendet (zum Beispiel die CCMI- oder MMSE-Technik), dann kann es die Datenströme mit höheren Datenraten wiederherstellen, wenn es ausreichend hohen Verbindungsabstand hat. Das Benutzerterminal kann dazu in der Lage sein, nur Datenströme mit niedrigeren Datenraten wiederherzustellen, wenn es niedrigen Verbindungsabstand hat (zum Beispiel es ist an der Kante des Abdeckgebiets angeordnet). Wenn das Benutzerterminal die SIC-Technik verwendet, dann kann es zum Wiederherstellen von Datenströmen mit höheren Datenraten wie auch von Datenströmen mit niedrigeren Datenraten in der Lage sein, auch wenn es an der Kante des Abdeckgebiets angeordnet ist. Das Benutzerterminal kann die Ströme mit niedrigeren Datenraten zuerst wiederherstellen, und Interferenzauslöschung erreichen, um höhere SNRs zu erreichen, welche zum Wiederherstellen der Ströme mit höherer Datenrate benötigt werden.
  • In einem dritten MIMO-Aussendeschema sendet der Zugriffspunkt ND Datenströme gleichzeitig aus und verwendet die gleiche Datenrate aber unterschiedliche Sendeleistungen für diese Ströme. Unterschiedliche Sendeleistungen können durch Multiplizieren der Datensymbole für jeden Datenstrom mit einem Skalierfaktor erhalten werden, welcher den Betrag von Sendeleistung für diesen Datenstrom bestimmt. Abgestufte Aussendedienste können auch mit dem Aussendeschema erreicht werden. Die Datenströme mit der höchsten Sendeleistung haben das größte Aussendeabdeckgebiet und können durch die meisten Benutzerterminals wiederhergestellt werden. Umgekehrt haben die Datenströme mit der niedrigsten Sendeleistung das kleinste Aussendeabdeckgebiet. Die Datenströme mit niedrigerer Leistung können auch durch Benutzerterminals mit niedrigerem Verbindungsabstand wiederhergestellt werden, wenn sie die SIC-Technik verwenden.
  • Die zweiten und dritten MIMO-Aussendeschemata können verwendet werden zum Unterstützen von sowohl Multi-Antennen-Benutzerterminals wie auch Einfach-Antennen-Benutzerterminals. Die Einfach-Antennen-Benutzerterminals können die Datenströme mit der niedrigsten Datenrate oder der höchsten Sendeleistung wiederherstellen. Die verbleibenden Datenströme würden sich als Interferenz zu diesem Datenstrom verhalten. Die Multi-Antennen-Benutzerterminals können mehr Datenströme unter Verwendung der zusätzlichen Antennen wiederherstellen. Wenn ein Multi-Antennen-Benutzerterminal die SIC-Techniken verwendet, welche oben beschrieben sind, dann können die Datenströme in einer sequentiellen Reihenfolge wiederhergestellt werden, welche durch ihre benötigten SNRs bestimmt sind. Der Datenstrom mit der niedrigsten Datenrate oder der höchsten Sendeleistung wird zuerst wiederhergestellt, gefolgt von dem Datenstrom mit der nächst niedrigsten Datenrate oder der nächst höchsten Sendeleistung, usw.
  • In einem vierten MIMO-Aussendeschema sendet der Zugriffspunkt unterschiedliche Anzahlen von Datenströmen abhängig von der erwarteten Kapazität für die drahtlosen Kanäle für die Benutzerterminals. Die Kanalkapazität ist eine Funktion des operativen SNR, wie auch der Kanalcharakteristika (zum Beispiel ob die Kanalverstärkungen für unterschiedliche Sende-/Empfangs-Antennenpaare korreliert sind). Wenn die erwartete Kanalkapazität niedrig ist, kann der Zugriffspunkt weniger Datenströme aussenden und die verfügbare Sendeleistung über diese wenigeren Datenströme derart verteilen, dass jeder Strom ein höheres SNR erreichen kann. Umgekehrt, wenn die erwartete Kanalkapazität höher ist, kann der Zugriffspunkt mehr Datenströme aussenden.
  • Für sowohl MIMO- wie auch MISO-Aussendungen kann der Zugriffspunkt die Datenrate für jeden Datenstrom einstellen, und zwar basierend auf verschiedenen Faktoren wie Kanalkapazität, Dienstanforderungen, usw. Andere Aussendeschemata können auch mit räumlicher Spreizung implementiert werden, und dies ist innerhalb des Umfangs der Erfindung.
  • 7. Aussendeperformance
  • Die Performance von jedem Datensymbolstrom ist abhängig von der Diversitätsordnung, welche für diesen Strom erreicht wird. Die Diversitätsordnung für jeden Datensymbolstrom ist wiederum abhängig von der Anzahl von Sendeantennen, der Anzahl von Empfangsantennen, der empfängerseitigen räumlichen Verarbeitungstechnik, und ob räumliche Spreizung verwendet wurde. Im Allgemeinen verbessert sich die Performance, wenn sich die Diversitätsordnung erhöht.
  • Ohne räumliche Spreizung sieht jeder der NS Datensymbolströme die gleiche Diversitätsordnung, wenn eine lineare empfängerseitige räumliche Verarbeitungstechnik verwendet wird (zum Beispiel die CCMI- oder MMSE-Technik), um die Datensymbolströme zu detektieren. Wenn Nut ≥ Nap ist, und ein Datensymbolstrom auf jedem räumlichen Kanal von H eff(m) ausgesendet wird, so dass ND = NS = Nap ist, dann sieht jeder Datensymbolstrom eine Diversitätsordnung von Nut – Nap + 1. Für einen symmetrischen MIMO-Kanal mit Nap = Nut hat jeder detektierte Symbolstrom eine Diversitätsordnung von eins und eine Rayleigh-Distribution für sein SNR. Die gesamten Datensymbolströme haben die gleiche SNR-Verteilung.
  • Ohne räumliche Spreizung sieht jeder Datensymbolstrom eine unterschiedliche Diversitätsordnung, wenn die SIC-Technik zum Detektieren der NS Datensymbolströme verwendet wird. Wiederum, wenn Nut ≥ Nap ist, und ein Da tensymbolstrom auf jedem räumlichen Kanal von H eff(m) ausgesendet wird, dann ist die Diversitätsordnung für jeden Datensymbolstrom Nut – Nap + I, wobei 1 die Stufennummer ist, in welcher der Strom detektiert wird. Somit haben Datensymbolströme, welche später detektiert werden, größere Diversitätsordnung und tendieren dazu, bessere SNRs zu haben, welche erlauben, dass höhere Datenraten für diese Ströme verwendet werden.
  • Mit räumlicher Spreizung wird die Diversitätsordnung für jeden Datensymbolstrom effektiv verbessert, und zwar durch Verwendung der mehreren unterschiedlichen Steuerungsmatrizen für jeden Codeblock innerhalb des Stroms. Jede unterschiedliche Steuerungsmatrix erlaubt, dass der Codeblock ein unterschiedliches „look" bzw. „Ansicht" des MIMO-Kanals erhält, was dazu gleichgesetzt werden kann, dass eine unterschiedliche Sende- oder Empfangsantenne vorhanden ist. Die Diversitätsordnung für jeden Datensymbolstrom kann dann zu der Anzahl von unterschiedlichen Steuerungsmatrizen in Bezug gesetzt werden, welche für den Codeblock verwendet werden, welche wesentlich größer sein kann als die Anzahl von Zugriffspunktantennen und die Anzahl von Benutzerterminalantennen. Räumliche Spreizung liefert typischerweise größere Verbesserung für Datensymbolströme mit niedrigeren Diversitätsordnungen.
  • Räumliche Spreizung kann verwendet werden, um den Durchsatz und/oder das Abdeckgebiet für eine Aussendeübertragung zu verbessern. Konventionelle MIMO- und MISO-Systeme (ohne räumliche Spreizung) wählen typischerweise eine Datenrate zur Aussendeübertragung basierend auf dem erwarteten schlechtest möglichen Kanalzustand für alle Benutzerterminals in dem Aussendeabdeckgebiet aus. Dieser schlechtest mögliche Kanalzustand korrespondiert typischerweise zu einem „schlechten" Kanal, welcher nicht schwindet/sich über den gesamten Codeblock verändert. Mit räumlicher Spreizung wird der effektive MIMO- oder MISO-Kanal zufällig ausgestaltet, und zwar über jeden Codeblock, und die Wahrscheinlichkeit, dass irgendein Benutzerterminal einen schlechten Kanal für den gesamten Codeblock sieht, wird erheblich verringert. Dies erlaubt dann, dass eine höhere Datenrate zur Aussendeübertragung verwendet wird. Äquivalent dazu kann für eine gegebene Datenrate räumliche Spreizung ein größeres Aussendeabdeckgebiet vorsehen. Im Allgemeinen korrespondiert eine höhere Datenrate für eine Aussendeübertragung zu einem kleineren Aussendeabdeckgebiet. Ferner korrespondiert eine striktere Ausfallanforderung (oder eine niedrigere Ausfallwahrscheinlichkeit) zu einem kleinerem Aussendeabdeckgebiet. Räumliche Spreizung kann verbesserte Performance vorsehen (zum Beispiel höhere Datenrate, höheres Aussendeabdeckgebiet, und/oder niedrigere Ausfallwahrscheinlichkeit) über die konventionellen MIMO- und MISO-Systeme. 10A zeigt Graphen der kumulativen Verteilungsfunktion (CDF = cumulative distribution function) der gesamten spektralen Effizienz, welche für ein beispielhaftes MIMO-System erreicht wird. Für dieses MIMO-System ist der Zugriffspunkt mit vier Antennen (Nap = 4) ausgerüstet, die Benutzerterminals sind zufällig durch das Abdeckgebiet verteilt, und dieses Benutzerterminal ist mit vier Antennen (Nut = 4) ausgerüstet. Es wird angenommen, dass die MIMO-Kanäle für die Benutzerterminals wie oben für Gleichung (1) beschrieben sind, und dass das betriebsmäßige SNR pro Empfangsantenne 20 dB für Benutzerterminals ist, welche in dem Abdeckgebiet sind. Die Benutzerterminals verwenden die MMSE-Technik.
  • Plot 1010 zeigt die CDF der gesamten spektralen Effizienz für den Fall, in welchem räumliche Spreizung nicht zur Aussendeübertragung durchgeführt wird, was äquivalent zum Durchführen von Aussendesteuerung mit einer einzigen Steuerungsmatrix ist (L = 1) zu jeder Zeit. Spektrale Effizienz ist in Einheiten von Bits pro Sekunde in Hertz (bps/Hz) angegeben. Für eine gegebene spektrale Effizienz x zeigt die CDF die Prozentzahl von Benutzerterminals an, welche eine gesamte spektrale Effizienz schlechter als x erreichen. Zum Beispiel zeigt Punkt 1012 an, dass ein Prozent (10–2) der Benutzerterminal gesamte spektrale Effizient schlechter als 9 bps/Hz erreichen. Wenn der Zugriffspunkt Daten mit einer gesamten Rate von 9 bps/Hz aussendet, dann wird ein Prozent der Benutzerterminals nicht dazu in der Lage sein, die Aussendeübertragung korrekt zu decodieren. Diese Prozentzahl wird auch als die Ausfallwahrscheinlichkeit bezeichnet.
  • Die Plots 1020, 1030 und 1040 zeigen die CDFs der gesamten spektralen Effizienz, welche mit räumlicher Spreizung und Verwendung von 4, 16 und 64 Steuerungsmatrizen jeweils erreicht wird. Die Punkte 1022, 1032 und 1042 zeigen an, dass für eine Ausfallwahrscheinlichkeit von einem Prozent die gesamte spektrale Effizienz 12,5, 14,6 und 15,8 bps/Hz jeweils ist, und zwar mit 4, 16 und 64 Steuerungsmatrizen. Für eine Ausfallwahrscheinlichkeit von einem Prozent verbessert die Verwendung von räumlicher Spreizung die gesamte spektrale Effizienz von 9 bps/Hz auf ungefähr 15,8 bps/Hz (mit 64 Steuerungsmatrizen) für das beispielhafte MIMO-System. Die Linie 1050 ist für 50% Ausfallwahrscheinlichkeit, und kann referenziert werden, um die durchschnittliche gesamte spektrale Effizienz für die vier Fälle zu bestimmen.
  • 10B zeigt Plots der CDF der gesamten spektralen Effizienz, welche für das exemplarische MIMO-System erreicht wird. Für dieses MIMO-System ist der Zugriffspunkt mit vier Antennen (Nap = 4) ausgestattet, die Benutzerterminals sind zufällig durch das Abdeckgebiet verteilt, und jedes Benutzerterminal ist mit einer einzigen Antenne ausgestattet (Nut = 1). Es wird angenommen, dass die MISO-Kanäle für die Benutzerterminals wie oben stehend beschrieben ausgerüstet sind, und dass das betriebsmäßige SNR/Rx 10 dB für Benutzerterminals ist, welche an der Kante der Abdeckung angeordnet sind.
  • Der Plot 1060 zeigt die CDF der gesamten spektralen Effizienz für den Fall, in welchem räumliche Spreizung nicht durchgeführt wird (L = 1), und zwar zur Aussendeübertragung. Die Plots 1070, 1080 und 1090 zeigen die CDFs der gesamten spektralen Effizienz, welche mit räumlicher Spreizung unter Verwendung von 4, 16 und 64 Steuerungsmatrizen jeweils erreicht wird. Die Punkte 1062, 1072, 1082 und 1092 zeigen an, dass für eine Ausfallwahrscheinlichkeit von einem Prozent die gesamte spektrale Effizienz 0,1, 0,8, 1,7 und 2,2 Bps/Hz ist, und zwar jeweils mit 1, 4, 16 und 64 Steuerungsmatrizen. Wiederum wird wesentliche Verstärkung durch die Verwendung von räumlicher Spreizung zur Aussendeübertragung erreicht.
  • Die 10A und 10B zeigen die Performance für beispielhafte MIMO- und MISO-Systeme mit einigen spezifischen Annahmen. Im Allgemeinen kann die Menge von Verbesserung von verschiedenen Faktoren wie beispielsweise die Charakteristika der drahtlosen Kanäle, die Anzahl von Sende- und Empfangsantennen, die räumliche Verarbeitungstechnik, welche durch die Benutzerterminals verwendet wird, die Codier- und Modulations-Schemata, welche zur Datenübertragung verwendet werden, und so weiter abhängen.
  • 8. Steuerungsmatrizen und Vektorerzeugung.
  • Die Steuerungsmatrizen, welche zur räumlichen Spreizung in dem MIMO-System verwendet werden, und die Steuerungsvektoren, welche für das MISO-System verwendet werden, können auf verschiedene Arten und Weisen erzeugt werden. Einige exemplarische Schemata zum Erzeugen diese Steuerungsmatrizen und Vektoren sind unten stehend beschrieben. Der Satz von Steuerungsmatrizen/Vektoren kann vorab berechnet werden und bei dem Zugriffspunkt und Benutzerterminals gespeichert werden, und danach zur Verwendung wie sie benötigt werden abgerufen werden. Alternativ können diese Steuerungsmatrizen/Vektoren in Echtzeit berechnet werden, wenn sie benötigt werden.
  • A. Steuerungsmatrixerzeugung
  • Die Steuerungsmatrizen sollen unitäre Matrizen sein und die folgende Gleichung erfüllen: V H(i)·V(i) = I, for i = 1 ... L. (23)
  • Gleichung (23) zeigt an, dass jede Spalte von V(i) Einheitsenergie hat, und dass die Spalten von V(i) orthogonal zueinander sind. Dieser Zustand stellt sicher, dass die NS Datensymbole, welche gleichzeitig unter Verwendung der Steuerungsmatrix V(i) ausgesendet werden, die gleiche Leistung haben und orthogonal zueinander sind, und zwar vor der Übertragung.
  • Einige der Steuerungsmatrizen können auch unkorreliert sein, so dass die Korrelation zwischen irgend zwei unkorrelierten Steuerungsmatrizen null oder ein niedriger Wert ist. Der Zustand kann folgendermaßen ausgedrückt werden: C(ij) = V H(i)·V(j) ≈ 0, for i = 1 ... L, j = 1 L und i ≠ j, (24)wobei C(ij) die Korrelationsmatrix für V(i) und V(j) ist und 0 ist eine Nullmatrix. Die Bedingung in Gleichung (24) kann die Performance für einige Anwendungen verbessern, aber ist für die meisten Anwendungen nicht notwendig.
  • Ein Satz von L Steuerungsmatrizen {V} kann unter Verwendung von verschiedenen Schemata erzeugt werden. In einem ersten Schema werden die L Steuerungsmatrizen basierend auf Matrizen von Zufallsvariablen erzeugt. Eine NS × Nap – Matrix G mit Elementen, welche unabhängig identisch verteilte (IID = independent identically distributed) komplexe Gauss'sche Zufallsvariablen sind, welche jeweils einen Mittelwert von Null und Einheitsvarianz haben, wird anfänglich erzeugt, Eine Nap × Nap Korrelationsmatrix von G wird berechnet mit R = G H·G, und wird unter Verwendung der Eigenwertzerlegung wie folgt zerlegt: R = E·D·E H, (25)wobei E eine Nap × NS Einheitsmatrix von Eigenvektoren von R ist; und D ist eine NS × NS – Diagonalmatrix von Eigenwerten von R.
  • Die Diagonalmatrix D enthält Eigenwerte von R, welche die Leistungsgewinne für die NS Eigenmodi von G sind. Die Matrix E wird als Steuerungsmatrix V(i) verwendet und zu dem Satz hinzuaddiert. Die Steuerungsmatrix V(i) ist eine unitäre Matrix, weil die Matrix E durch Eigenwertzerlegung erhalten wird. Der Prozess wird wiederholt, bis alle L Steuerungsmatrizen generiert sind.
  • In einem zweiten Schema werden die L Steuerungsmatrizen basierend auf einem Satz von (log2L) + 1 unabhängigen isotrop verteilten unitären Matrizen erzeugt. Eine unitäre Zustandsmatrix ist isotrop verteilt, wenn ihre Wahrscheinlichkeitsdichte durch Vormultiplikation durch irgendeine deterministische Nap × Nap unitäre Matrix nicht verändert wird. Der Index i für die Steuerungsmatrizen in dem Satz kann folgendermaßen ausgedrückt werden: i = I1I2 ... IQ, wobei Q = log2L ist, I1 ist das erste Bit von Index i, IQ ist das letzte Bit von Index i, und jedes Bit kann einen Wert von entweder 0 oder 1 annehmen. Die L Steuerungsmatrizen können dann folgendermaßen erzeugt werden:
    Figure 00590001
    wobei V 0 eine Nap × NS unabhängig isotrop verteilte unitäre Matrix ist; und
    Figure 00590002
    für j = 1 ... Q ist eine Nap × Nap unabhängig isotrop verteilte unitäre Matrix.
  • Die Matrix V 0 kann beispielsweise als V T0 = [I NS 0] definiert sein, wobei
    Figure 00590003
    eine NS × NS Einheitsmatrix ist. Das zweite Schema wird durch T. L. Marzetta et al. In „Structured Unitary Space-Time Autocoding Constellations", IEEE Transactions an Information Theory, Vol. 48, Nummer 4, April 2002, beschrieben.
  • In einem dritten Schema werden die L Steuerungsmatrizen durch aufeinander folgendes Rotieren einer anfänglichen unitären Steuerungsmatrix V(1) in einem Nap-dimensionalen komplexen Raum wie folgt definiert: V(i + 1) = Θ i·V(1), for i = 1 ... L – 1, (27) wobei Θ i eine Nap × Nap diagonale unitäre Matrix ist, welche folgendermaßen definiert sein kann:
    Figure 00600001
    und u1, u2, ...
    Figure 00600002
    sind Nap unterschiedliche Werte, jeweils innerhalb des Bereichs von 0 bis L – 1, welche derart ausgewählt sind, dass zum Beispiel die Korrelation zwischen den resultierenden Steuerungsmatrizen, welche mit der Matrix Θ i erzeugt werden, so niedrig wie möglich ist. Die Nap Diagonalelemente von Θ i sind L-te Wurzeln des Einheitswerts. Die ursprüngliche unitäre Steuerungsmatrix V(1) kann mit NS unterschiedlichen Spalten einer Nap × Nap Fouriermatrix ausgebildet sein, wobei der (n, m)-te Eintrag wn,m folgendermaßen gegeben ist:
    Figure 00600003
    wobei n ein Zeilenindex und m ein Spaltenindex ist. Das dritte Schema ist durch B. M. Hochwald et al. In „Systematic Design of Unitary Space-Time Constellations", IEEE Transaction an Information Theory, Vol. 46, Nummer 6, September 2000, beschrieben.
  • In einem vierten Schema werden die L Steuerungsmatrizen mit einer Basismatrix B und unterschiedlichen Skalaren erzeugt. Die Basismatrix kann eine Walshmatrix, eine Fouriermatrix, oder irgendeine andere Matrix sein. Eine 2 × 2 Walshmatrix kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
    Figure 00600004
    Eine Walshmatrix W 2N×2N von großer Größe kann von einer kleineren Walshmatrix W N×N wie folgt ausgebildet werden:
    Figure 00610001
  • Walshmatrizen haben Dimensionen, welche Potenzen von zwei sind. Eine Nap × Nap Fouriermatrix F kann mit Elementen ausgebildet werden, welche in Gleichung (29) gezeigt sind.
  • Eine Nap × Nap Walshmatrix W, Fouriermatrix F oder irgendeine andere Matrix kann als die Basismatrix B verwendet werden, um andere Steuerungsmatrizen zu bilden. Jede der Zeilen 2 bis Nap der Basismatrix kann unabhängig mit einem von M unterschiedlichen möglichen Skalaren multipliziert werden, wobei M > 1 ist.
    Figure 00610002
    unterschiedliche Steuerungsmatrizen können aus
    Figure 00610003
    unterschiedlichen Permutationen der M Skalare für die Nap-1 Zeilen erhalten werden. Zum Beispiel kann jede der Zeilen 2 bis Nap unabhängig mit einem Skalar von +1, –1, +j oder –j multipliziert werden, wobei j =√–1 . Für Nap = 4 und M = 4, können 64 unterschiedliche Steuerungsmatrizen von der Basismatrix B mit den vier unterschiedlichen Skalaren erzeugt werden. Zusätzliche Steuerungsmatrizen können mit anderen Skalaren, zum Beispiel e±j3π/4 e±jΠ/4, e±jπ/8, und so weiter erzeugt werden. Im Allgemeinen kann jede Zeile der Basismatrix mit irgendeinem Skalar multipliziert werden, welcher die Form ejΘ wobei Θ irgendein Phasenwert ist. Nap × Nap Steuerungsmatrizen können als
    Figure 00610004
    generiert werden, wobei
    Figure 00610005
    und B(i) ist die i-te Matrix, welche mit der Basismatrix B erzeugt wurde. Die Skalierung mit
    Figure 00610006
    stellt sicher, dass jede Spalte von V(i) auf eine Einheitsleistung normiert ist.
  • Andere Schemata können auch zum Erzeugen des Satzes von L Steuerungsmatrizen verwendet werden, und dies ist innerhalb des Umfangs der Erfindung. Im Allgemeinen können die Steuerungsmatrizen in einer pseudozufälligen Art und Weise erzeugt werden (zum Beispiel wie das erste Schema), oder in einer deterministischen Art und Weise (zum Beispiel wie die zweiten, dritten und vierten Schemata).
  • D. Steuerungsvektorerzeugung
  • Die Steuerungsvektoren, welche zur räumlichen Spreizung in einem MISO-System verwendet werden, sollen Einheitsenergie haben, welche ||v(i)||2 = v H(i)·v(i) = 1 ist, für i = 1 ... L, so dass die Sendeleistung, welche für die Datensymbole verwendet wird, nicht durch die räumliche Spreizung verändert wird. Die Elemente von jedem Steuerungsvektor v(i) können derart definiert werden, dass sie die gleiche Größe haben, so dass die volle Sendeleistung von jeder Antenne eines Zugriffspunkts zur Aussendung verwendet werden kann. Dieser Zustand kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
    Figure 00620001
    , wobei
    Figure 00620002
    ist. Einige der Steuerungsvektoren können auch unkorreliert sein, so dass die Korrelation zwischen irgend zwei unkorrelierten Steuerungsvektoren null oder bei einem niedrigen Wert ist. Dieser Zustand kann folgendermaßen ausgedrückt werden: c(ij) = v H(i)·v(j) = 0, for i = 1 ... L, j = 1 ... L, und i ≠ j, (31)wobei c(ij) die Korrelation zwischen Steuerungsvektoren v(i) und v(j) ist.
  • Der Satz von L Steuerungsvektoren {v} kann unter Verwendung von verschiedenen Schemata erzeugt werden. In einem ersten Schema werden die L Steuerungsvektoren basierend auf Nap × Nap Matrizen G' aus Zufallsvariablen erzeugt. Eine Nap × Nap Korellationsmatrix von jeder Matrix G' wird folgendermaßen berechnet: R' = G' H·G', und wie in Gleichung (25) zerlegt, um eine Nap × Nap unitäre Matrix E' zu erhalten. Jede Spalte von E' kann als ein Steuerungsvektor v(i) verwendet werden.
  • In einem zweiten Schema werden L Steuerungsvektoren durch aufeinander folgendes Rotieren eines anfänglichen unitären Steuerungsvektors v(1) wie folgt erzeugt: v(i + 1) = ej2π/L·v(i), for i = 2 ... L, (32)wobei L ≥ Nap ist.
  • In einem dritten Schema werden die L Steuerungsvektoren derart erzeugt, dass die Elemente dieser Vektoren die gleiche Größe haben, aber unterschiedliche Phasen. Für einen gegebenen Steuerungsvektor
    Figure 00630001
    , kann ein normalisierter Steuerungsvektor
    Figure 00630002
    (i) folgendermaßen ausgebildet werden:
    Figure 00630003
  • Wobei A eine Konstante ist (zum Beispiel
    Figure 00630004
    und θj(i) ist die Phase des j-ten Elements von v(i) welches folgendermaßen definiert ist:
    Figure 00630005
  • Der normalisierte Steuerungsvektor
    Figure 00630006
    (i) erlaubt, dass die volle Sendeleistung zur Aussendeübertragung verwendet wird, welche für jede Antenne verfügbar ist.
  • Die Spalten der Steuerungsmatrizen, welche wie oben stehend beschrieben erzeugt werden, können auch als Steuerungsvektoren für räumliche Spreizung verwendet werden. Andere Schemata können auch verwendet werden, um den Satz von Steuerungsvektoren zu erzeugen, und dies ist innerhalb des Umfangs der Erfindung.
  • Die Aussendeübertragungstechniken, welche hierin beschrieben wurden, können durch verschiedene Mittel implementiert werden. Zum Beispiel können diese Techniken in Hardware, Software oder einer Kombination davon implementiert werden. Für eine Hardwareimplementierung können die Verarbeitungseinheiten, welche zum Durchführen oder Unterstützen der Aussendeübertragung mit räumlicher Spreizung bei dem Zugriffspunkt verwendet werden, und das Benutzerterminal, innerhalb einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASICs = application specific integrated circuits), digitalen Signalprozessoren (DSPs = digital signal processors), digitalen Signalverarbeitungseinrichtungen (DSPDs = digital signal processing devices), programmierbaren logischen Einrichtungen (PLDs = programmable logic devices), feldprogrammierbaren Gate Arrays (FPGAs = field programmable gate arrays), Prozessoren, Controllern, Mikro-Controllern, Mikroprozessoren, anderen elektronischen Einheiten zum Durchführen der hierin beschriebenen Funktionen, oder einer Kombination davon implementiert werden.
  • Für eine Softwareimplementierung können die Aussendeübertragungstechniken mit Modulen implementiert werden (zum Beispiel Prozeduren, Funktionen, usw.), welche die hierin beschriebenen Funktionen ausführen. Die Softwarecodes können in Speichereinheiten gespeichert sein (zum Beispiel Speichereinheiten 442 und 482 in 4 und Speichereinheiten 842 und 882 in 8), und durch einen Prozessor ausgeführt werden (zum Beispiel Controller 440 und 480 in 4 und Controller 840 und 880 in 8). Die Speichereinheit kann innerhalb des Prozessors oder extern gegenüber dem Prozessor implementiert sein, wobei in diesem Fall sie kommunikativ mit dem Prozessor über verschiedene Mittel, welche im Stand der Technik bekannt sind, verbunden sein kann.
  • Überschriften sind hierin zur Referenz beinhaltet und zum Helfen im Auffinden von bestimmten Abschnitten. Es ist nicht beabsichtigt, dass diese Überschriften den Umfang der unter diesen beschriebenen Konzepten einschränken, und diese Konzepte können Anwendbarkeit in anderen Abschnitten durchgängig in der gesamten Spezifikation haben.
  • Die vorgehende Beschreibung der offenbarten Ausführungsbeispiele wird geliefert, um jedem Fachmann zu ermöglichen, die vorliegende Erfindung auszuführen oder zu benutzen. Verschiedene Modifikationen an diesen Ausführungsbeispielen werden dem Fachmann offensichtlich sein, und die hierin definierten generischen Prinzipien können auf andere Ausführungsbeispiele ohne Abweichung von der Erfindung angewandt werden. Somit ist es nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung auf die hierin gezeigten Ausführungsbeispiele einzuschränken, sondern ihr soll der weiteste Umfang zugestanden werden, welcher mit den hierin offenbarten Prinzipien und neuen Merkmalen konsistent ist. 25462

Claims (33)

  1. Ein Verfahren zum Broadcasten bzw. Abstrahlen von Daten in einem Drahtlosmultiantennenkommunikationssystem (100), wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Verarbeiten von mindestens einem Block von Daten um mindestens einen Block von Datensymbolen (ND) zu erhalten; Ausführen einer räumlichen Verarbeitung auf den mindestens einen Block von Datensymbolen mit einer Vielzahl von Steering- bzw. Steuermatritzen (NM), um eine Vielzahl (Nap) von Sequenzen von Sendesymbolen zu erhalten; und Broadcasten der Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen von einer Vielzahl (Nap) der Sendeantennen (434) zu einer Vielzahl von Empfangseinheiten bzw. empfangenden Einheiten (120) in dem System, wobei die Vielzahl von Steuermatritzen einen effektiven Kanal wahrgenommen bzw. beobachtet durch eine jede der Vielzahl von Empfangseinheiten für den mindestens einen Block von Datensymbolen zufällig gestaltet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes aufweist: Partitionieren des mindestens einen Blocks von Datensymbolen in eine Vielzahl (NM) von Unterblöcken (m) von Datensymbolen; und Auswählen einer Steuermatrix (V(m)) für jeden der Vielzahl von Unterblöcken von Datensymbolen, und wobei jeder der Vielzahl von Unterblöcken von Datensymbolen räumlich verarbeitet wird mit der Steuermatrix ausgewählt für den Unterblock.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Broadcasten von der Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen Folgendes aufweist: Broadcasten der Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen für die Vielzahl von Unterblöcken von Datensymbolen in eine Vielzahl (NM) von Übertragungsspannen, und zwar ein Unterblock in jeder Übertragungsspanne (m).
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Broadcasten der Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen Folgendes aufweist: Broadcasten der Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen für die Vielzahl von Unterblöcken von Datensymbolen in eine Vielzahl von Symbolperioden, und zwar einen Unterblock in jeder Symbolperiode (n).
  5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Broadcasten der Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen Folgendes aufweist. Broadcasten der Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen für die Vielzahl von Unterblöcken von Datensymbolen in eine Vielzahl von Übertragungsspannen, wobei jede Übertragungsspanne einem Unterband in einer Symbolperiode entspricht.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verarbeiten des mindestens einen Blocks von Daten für jeden Datenblock Folgendes aufweist: Codieren des Datenblocks gemäß einem Codierschema, um einen Block von codierten Daten zu erhalten, Verschachteln des Blocks von codierten Daten, um einen Block von verschachtelten Daten zu erhalten, und Symbolabbilden des Blocks von verschachtelten Daten gemäß einem Modulationsschema, um den Block von Datensymbolen zu erhalten.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Codieren des Datenblocks Folgendes aufweist: Codieren des Datenblocks gemäß einem Turbocode, um den Block von codierten Daten zu erhalten.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Codieren des Datenblocks Folgendes aufweist: Codieren des Datenblocks gemäß einem Faltungscode, um den Block von codierten Daten zu erhalten.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Codieren des Datenblocks Folgendes aufweist: Codieren des Datenblocks gemäß einem niedrigdichten Paritätsprüfcode bzw. LDPC-Code (LDPC = low density parity check), um den Block von codierten Daten zu erhalten.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes aufweist: Bestimmen einer Datenrate für jeden der mindestens einen Blöcke von Daten basierend auf erwarteten Kanalbedingungen für die Vielzahl von Empfangseinheiten (120).
  11. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes aufweist: Demultiplexen des mindestens einen Blocks von Datensymbolen in eine Vielzahl von Sequenzen von Datensymbolen für die Übertragung über eine Vielzahl von räumlichen Kanälen des effektiven bzw. Effektivkanals für jede empfangene Einheit.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Demulitplexen des mindestens einen Blocks von Datensymbolen das Vorsehen eines jeden Blocks von Datensymbolen als eine Sequenz von Datensymbolen aufweist.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes aufweist: Multiplexen des mindestens einen Blocks von Datensymbolen in eine Sequenz von Datensymbolen für die Übertragung über einen einzelnen räumlichen Kanal des Effektivkanals für jede empfangene Einheit.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes aufweist: Verarbeiten des mindestens einen Blocks von Datensymbolen für Sendediversität bzw. -vielseitigkeit (transmit diversity), um codierte Symbole zu erhalten, und wobei das Ausführen von räumlicher Verarbeitung auf den mindestens einen Block von Datensymbolen Folgendes aufweist: Ausführen von räumlicher Verarbeitung auf die codierten Symbole mit der Vielzahl von Steuermatritzen, um die Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen zu erhalten.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Verarbeiten des mindestens einen Blocks von Datensymbolen für die Sendediversity Folgendes aufweist: Ausführen einer Raum-Zeit-Sendediversity-Verarbeitung bzw. STTD-Verarbeitung (STTD = space time transmit diversity) auf den mindestens einen Block von Datensymbolen, so dass jedes Datensymbol über zwei räumliche Kanäle des effektiven Kanals für jede empfangende Einheit in zwei Symbolperioden abgestrahlt bzw. gebroadcastet wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Verarbeiten des mindestens einen Blocks von Datensymbolen für Sendediversity Folgendes aufweist: Ausführen einer Raum-Frequenz-Sendediversity-Verarbeitung bzw. SFTD-Verarbeitung (SFTD = space frequency transmit diversity) auf dem mindestens einen Block von Datensymbolen, so dass jedes Datensymbol über zwei räumliche Kanäle des effektiven Kanals für jede empfangende Einheit auf zwei Unterbändern gebroadcastet wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes aufweist: Auswählen der Vielzahl von Steuermatritzen aus einem Satz von L-Steuermatritzen, wobei L ein Integer bzw. ganze Zahl größer als 1 ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes aufweist: Generieren der Vielzahl von Steuermatritzen als unitäre Matritzen mit orthogonalen Spalten.
  19. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes aufweist: Partitionieren des mindestens einen Blocks von Datensymbolen in einer Vielzahl von Unterblöcken von Datensymbolen, und zwar ein Unterblock für jedes einer Vielzahl von Frequenzunterbändern, und wobei das Ausführen der räumlichen Verarbeitung (spatial processing) auf dem mindestens einen Block von Datensymbolen das Ausführen einer räumlichen Verarbeitung auf jeden Unterblock von Datensymbolen mit einer der Vielzahl von Steuermatritzen aufweist.
  20. Eine Vorrichtung (110) in einem drahtlosen Multiantennenkommunikationssystem (100), wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: Mittel (420) zum Verarbeiten von mindestens einen Datenblock um mindestens einen Block von Datensymbolen zu erhalten; Mittel (430) zum Ausführen einer räumlichen Verarbeitung des mindestens einen Blocks von Datensymbolen mit einer Vielzahl von Steuermatritzen um eine Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen zu erhalten; und Mittel (432) zum Verarbeiten der Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen von einer Vielzahl von Sendeantennen (434) zu einer Vielzahl von empfangenden Einheiten (120) in dem System, wobei die Vielzahl von Steuermatritzen einen effektiven bzw. Effektivkanal wahrgenommen von jedem der empfangenen Einheiten für den mindestens einen Block von Datensymbolen zufällig gestaltet.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, die weiterhin Folgendes aufweist: Mittel (430) zum Partitionieren des mindestens einen Blocks von Datensymbolen in eine Vielzahl von Unterblöcken von Datensymbolen; und Mittel (440) zum Auswählen einer Steuermatrix für jeden der Vielzahl von Unterblöcken von Datensymbolen, und wobei jede der Vielzahl von Unterblöcken von Datensymbolen räumlich verarbeitet wird mit der Steuermatrix ausgewählt für den Unterblock.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 20, die weiterhin Folgendes aufweist: Mittel (430) zum Ausführen einer Sendediversityverarbeitung auf den mindestens einen Block von Datensymbolen, um codierte Symbole zu erhalten, und wobei die Mittel (430) zum Ausführen von räumlicher Verarbeitung Mittel (430) aufweisen zum Ausführen von räumlicher Verarbeitung auf den codierten Symbolen mit der Vielzahl von Steuermatritzen, um die Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen zu erhalten.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei jede der Vielzahl von Steuermatritzen eine Vielzahl von Spalten beinhaltet, und wobei die Vielzahl von Blöcken von Datensymbolen über eine Vielzahl von räumlichen Kanälen abgestrahlt bzw. gebroadcastet wird.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei jede der Vielzahl von Steuermatritzen eine einzelne Spalte beinhaltet und wobei der mindestens eine Block von Datensymbolen über einen einzelnen räumlichen Kanal gebroadcastet wird.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Mittel zum Verarbeiten ein Datenprozessor (420) sind.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Mittel zum Verarbeiten ein räumlicher Prozessor (430) sind.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der räumliche Prozessor (430) den mindestens einen Block von Datensymbolen in eine Vielzahl von Unterblöcken von Datensymbolen partitioniert und räumliche Verarbeitung auf jeden der Vielzahl von Unterblöcken von Datensymbolen mit einer der Vielzahl von Steuermatritzen ausführt.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei der räumliche Prozessor (430) eine Sendediversityverarbeitung auf den mindestens einen Block von Datensymbolen ausführt, um codierte Symbole zu generieren und räumliche Verarbeitung auf den codierten Symbolen mit der Vielzahl von Steuermatritzen ausführt, um die Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen zu erhalten.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Mittel (432) zum Broadcasten eine Vielzahl von Sendereinheiten (432a bis 432ap ) sind.
  30. Vorrichtung nach Anspruch 20, die weiterhin Folgendes aufweist: ein Controller bzw. Steuerelement (440) zum Auswählen einer Steuermatrix aus einem Satz von L Steuermatritzen für jede der Vielzahl von Unterblöcken von Datensymbolen, wobei L ein Integer ist, der größer ist als 1.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Vielzahl von Steuermatritzen unitäre Matritzen mit orthogonalen Spalten sind.
  32. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Drahtlosmultiantennenkommunikationssystem (100) Orthogonal-Frequenz-Multiplexing bzw. orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) verwendet.
  33. Ein Computerprogrammprodukt, das Folgendes aufweist: ein computerlesbares Medium, das Folgendes aufweist: Code zum Bewirken, das ein Computer mindestens einen Block von Daten verarbeitet, um mindestens einen Block von Datensymbolen zu erhalten; Code, um zu bewirken, dass der Computer räumliche Verarbeitung des mindestens einen Blocks von Datensymbolen mit einer Vielzahl von Steuermatritzen ausführt, um eine Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen zu erhalten; und Code, um zu bewirken, dass der Computer die Vielzahl von Sequenzen von Sendesymbolen von einer Vielzahl von Sendeantennen zu einer Vielzahl von empfangenden Einheiten in dem System broadcastet, wobei die Vielzahl von Steuermatritzen einen effektiven Kanal wahrgenommen von einem jeden der Vielzahl von empfangenden Einheiten für den mindestens einen Block von Datensymbolen zufällig gestaltet.
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