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1. WO2003005606 - ADAPTIVE SIGNAL PROCESSING METHOD IN A MIMO SYSTEM

Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

[ DE ]

Patentansprüche

1. Adaptives Signalverarbeitungsverfahren für eine bidirektionale Funkübertragung von digitalen Datenströmen in Auf- und Abwärtssenderichtung über einen MIMO-Kanal mit n Antennen auf der einen und m Antennen auf der anderen Kanalseite und mit einer sendeseitigen Signalvorverarbeitung der Sendesignale x und einer empfangsseitigen Signalnachbearbeitung der Empfangssignale y, die beide auf einer Schätzung der komplexwertigen Kanalmatrix basieren,
wobei
• die sendeseitige Signalvorverarbeitung aus einer Multiplikation der zu sendenden Datensignale mit einer Sendematrix und die empfangsseitige Signalnachverarbeitung aus einer Multiplikation der Empfangs- Signale mit einer Empfangsmatrix besteht, wobei die Signalnachverarbeitung ausschließlich in der Aufwärtssenderichtung erfolgt und Sende- und Empfangsmatrix aus einer linearen Zerlegung der geschätzten Kanalmatrix H gewonnen werden,
• in Aufwärtssenderichtung (n -→ m) auf der Empfangsseite mindestens eine Antenne mehr verwendet wird als auf der Sendeseite und in

Abwärtssenderichtung (m → n) auf der Sendeseite mindestens eine Antenne mehr verwendet wird als auf der Empfangsseite (n<m) und dass
• die Schätzung für die Kanalmatrix H bei einer in Abhängigkeit von den Kanaleigenschaften gewählten Symbolrate von mindestens 100 kSymbole/s ermittelt wird, wobei unter Ausnutzen der Reziprozität des MIMO-Kanals bei gleicher Übertragungsfrequenz in Auf- und Abwärtssenderichtung und in Abwesenheit von Gleichkanalstörungen die Kanalmatrix in Abwärtssenderichtung durch Transponieren der Kanalmatrix aus der Schätzung in Aufwärtssenderichtung gewonnen wird und umgekehrt.

2. Adaptives Signalverarbeitungsverfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Aufwärtssenderichtung die Sendematrix für die Multiplikation mit den Sendesignalen x auf der Basis der Singulärwertzerlegung der Kanalmatrix H mit n<m bestimmt wird, welche gegeben ist durch

(I) H = U D • V

mit U, V = (mxn)-, (nxn)-spaltenorthonormale Matrizen (Exponent H : hermite-sche Matrix), D = (nxn)-Diagonalmatrix mit den Singulärwerten der Kanalmatrix H, sodass modifizierte Sendesignale x* bestimmt werden durch eine lineare Matrix-Vektormultiplikation gemäß

(II) x*= V D"1 VH x oder x* = V D"1 x

und dass die empfangsseitige Nachbearbeitung der Empfangssignale y in der Aufwärtssenderichtung durch eine lineare Matrix-Vektormultiplikation gemäß

(III) x' = V • UH • y oder x' = V • UH • y

zur Bestimmung rekonstruierter Sendesignale x' erfolgt und dass
in der Abwärtssenderichtung die modifizierten Sendesignale x* aus der Multiplikation der Sendesignale x mit einer generalisierten Inversen der transponierten Kanalmatrix Hτ unter Ausnutzung der Reziprozität des Übertragungskanals bestimmt werden durch eine lineare Matrix-Vektormultiplikation gemäß

(IV) x*= (H"1)τ • x .

3. Adaptives Signalverarbeitungsverfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die generalisierte Inverse die Moore-Penrose-Pseudoinverse ist.

4. Adaptives Signalverarbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
zur möglichst genauen Schätzung der Kanalmatrix spezielle, leicht generier-und erkennbare Pilotsignale intermittierend oder überlagert gleichzeitig zu den Sendesignalen ausgesendet werden, die jede Antenne eindeutig charakterisieren.

δ.Adaptives Signalverarbeitungsverfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Pilotsignale aus orthogonalen Sequenzen, insbesondere nach Gold oder Hadamard, mit einer Länge von mehr als 100 Symbolen generiert werden.

β.Adaptives Signalverarbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Funkübertragung im Zeitduplex-Verfahren erfolgt.

7.Adaptives Signalverarbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Übertragung im Frequenzduplex-Verfahren erfolgt, wobei die Pilotsignale stets auf derselben Trägerfrequenz ausgestrahlt und detektiert werden, bei der auch die Sendesignale gesendet werden.

8. Adaptives Signalverarbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Leistungen von auftretenden Gleichkanalstörungen in jedem im MIMO-Kanal auftretenden Datensignalpfad nach der Rekonstruktion der Sendesignale auf der Empfangsseite gemessen und über einen Rückkanal regelmäßig an die Sendeseite zurück übertragen werden.

9. Adaptives Signalverarbeitungsverfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leistung in jedem im MIMO-Kanal auftretenden Datensignalpfad vor der sendeseitigen Signalvorverarbeitung an die auf der Empfangsseite jeweils nach der Signalnachbearbeitung gemessene Gleichkanalstörung so angepasst wird, dass das Signal-zu-Stör-plus-Rausch-Leistungsverhältnis in allen Datensignalpfaden gleich groß ist.

10. MIMO-System mit zumindest einer Aufwärtssendestation mit n Antennen, einer Abwärtssendestation mit m Antennen, einer Signalverarbeitungseinheit zumindest in der mit m Antennen ausgerüsteten Abwärtssendestation sowie Mitteln für die Ermittlung einer Schätzung der komplexwertigen Kanalmatrix zur Durchführung des adaptiven Signalverarbeitungsverfahrens für eine bidirektionale Funkübertragung von digitalen Datenströmen in Auf- und Abwärtssenderichtung über einen MIMO-Kanal mit n Antennen auf der einen und m Antennen auf der anderen Kanalseite und mit einer sendeseitigen Signalvorverarbeitung der Sendesignale x und einer empfangsseitigen Signalnachbearbeitung der Empfangssignale y, die beide auf einer Schätzung der komplexwertigen Kanalmatrix basieren, nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei bei Verwendung von mindestens einer Antenne mehr auf der Empfangsseite als auf der Sendeseite in Aufwärtssenderichtung und von mindestens einer Antenne mehr auf der Sendeseite in Abwärtssenderichtung als auf der Empfangsseite (n<m) eine
• Signalverarbeitungseinheit zur linearen Matrix-Vektormultiplikation in der Abwärtssendestation zur Signalvorverarbeitung in der Abwärtssenderichtung und zur Signalnachverarbeitung in der Aufwärtssenderichtung oder eine • Signalverarbeitungseinheit zur linearen Matrix-Vektormultiplikation in der zumindest einen Aufwärtssendestation zur Signalvorverarbeitung in der Aufwärtssenderichtung und eine Signalverarbeitungseinheit zur linearen Matrix-Vektor-Multiplikation in der Abwärtssendestation zur Signalnach- bearbeitung in der Aufwärtssenderichtung und zur Signalvorverarbeitung in der Abwärtssenderichtung eingesetzt werden.

11. MIMO-System nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die n Antennen auf mehrere Aufwärtssendestationen aufgeteilt sind, die ohne Signalvorverarbeitung in der Aufwärtssenderichtung arbeiten und dass alle n Antennen auf derselben Frequenzen senden oder empfangen.

12. MIMO-System nach Anspruch 10 oder 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Aufwärtssendestation als ortsveränderliche Mobilstation und die Abwärtssendestation als ortsfeste Basisstation oder umgekehrt ausgebildet ist.