Beschreibung
Verfahren zur Datenübertragung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung von einer zentralen Funkkommunikationseinrichtung zu einem Teilnehmer eines UMTS-FDD-Funkkommunikationssystems .
Bei einem UMTS-FDD-Funkkommunikationssystem, Release '99, ist derzeit eine Verwendung von zwei Sendeantennen, die seitens einer zentralen Funkkommunikationseinrichtung (NodeB) angeordnet sind und eine Space-Diversity-Antenneneinrichtung bilden, standardisiert. Mit Hilfe der beiden Sendeantennen, über die ein Teilnehmersignal im Downlink von einer zentralen Funkkommunikationseinrichtung zum Teilnehmer gleichzeitig abgestrahlt wird, wird ein Diversity-Gewinn erzielt, der zu einer Erhöhung einer Funkübertragungskapazität führt.
Eine Verwendung von mehr als zwei Sendeantennen, bzw. eine Verwendung eines sendeseitig angeordneten Antehnenarrays bzw. einer sendeseitig angeordneten Smart-Antenna-Anordnung, sowie Signalverarbeitungsalgorithmen für eine durchzuführende Strahlungsdiagrammformung (Bea forming) werden derzeit auf ihre Einsatzmöglichkeit bei einer zentralen Funkkommunikati- onseinrichtung eines UMTS-FDD-Funkkommunikationssystem untersucht .
Dabei sind einerseits sogenannte „Feedback-Information* basierte Verfahren („Closed-Loop -Verfahren) und andererseits sogenannte „Uplink-InformationXλ basierte Verfahren zur Datenübertragung von der zentralen Funkkommunikationseinrichtung (NodeB) zum Teilnehmer bekannt.
Beim „Closed- oop"*-Verfahren werden seitens des NodeB als zentraler Funkkommunikationseinrichtung zwei Sendeantennen zur Datenübertragung bzw. zur Abstrahlung von Teilnehmersignalen im Downlink verwendet. Mit Hilfe des Diversity-Gewinns wird eine Erhöhung der Funkübertragungskapazität erreicht. Eine bei diesem Verfahren einzuführende Signalisierung von Feedback-Informationen zwischen Teilnehmer und NodeB verursacht lediglich geringen zusätzlichen Signalisierungsaufwand.
Zu den „Uplink-Information* basierten Verfahren ist beispielsweise ein sogenanntes "Grid-of-BeairT -Verfahren zuorden- bar, bei dem beim NodeB sendeseitig eine Strahlungsdiagramm- formung zur Gewinnerhöhung durchgeführt wird. Bei diesem Verfahren wird eine beträchtlichen Erhöhung der Funkübertra- gungskapazität innerhalb des Funkkommunikationssystems erreicht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Datenübertragung von einer zentralen Funkkommunikationsein- richtung zu einem Teilnehmer derart zu verbessern, dass in einem FDD-UMTS-Funkkommunikationssystem eine Erhöhung der Funkübertragungskapazität erzielt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei der vorliegenden Erfindung werden das „Closed-Loop*- Verfahren und das „Grid-of-Beam* -Verfahren miteinander kombi- niert. Dabei wird einerseits eine Erhöhung der Funkübertragungskapazität dadurch erreicht, dass mit Hilfe der Strahlungsdiagrammformung eine Gewinnerhöhung erzielt wird, und andererseits wird die Funkübertragungskapazität dadurch er-
höht, dass mit Hilfe des sendeseitigen Antennendiversity ein
Diversity-Gewinn erzielt wird. Das sendeseitige Antennendi- versity wird dabei mit Hilfe einer Space-Diversity- Antennenanordnung oder mit Hilfe einer Polarisations- Diversity-Antennenanordnung realisiert.
Besonders bevorzugt werden bei der vorliegenden Erfindung sogenannte „Dual-Polarisierte*-Sendeantennen bei der Polarisa- tions-Diversity-Antennenanordnung verwendet. Diese weisen in einem Antennengehäuse platzsparend üblicherweise zwei getrennt anzusteuernde Polarisationen auf. Mit derartigen Sendeantennen sind Antennen-Arrays bzw. Smart-Antennas mit geringen mechanischen Abmessungen realisierbar.
Besonders vorteilhaft werden bei der vorliegenden Erfindung entweder horizontal-vertikal-polarisierte Antennen oder X- polarisierte Antennen, die eine +45°Polarisation und eine - 45°Polarisation aufweisen, verwendet.
Besonders bei einer Funkversorgung innerhalb von Städten mit einer hohen Teilnehmerdichte ist das erfindungsgemäße Verfahren aufgrund der erzielbaren Erhöhung der Funkübertragungskapazität besonders vorteilhaft einsetzbar.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
FIG 1 ein Blockschaltbild zur Datenübertragung mit Hilfe ei- nes „Closed-Loop* -Verfahrens, gemäß dem Stand der Technik,
FIG 2 ein Blockschaltbild zur Datenübertragung mit Hilfe eines „Grid-of-Beam* -Verfahrens, gemäß dem Stand der Technik, und FIG 3 ein Blockschaltbild zur Datenübertragung gemäß der vor- liegenden Erfindung.
FIG 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Datenübertragung mit Hilfe eines „Closed-Loop*-Verfahrens, gemäß dem Stand der Technik.
Bei einem FDD-UMTS-Funkkommunikationssystem, Release '99, werden Steuerungsdaten eines sogenannten „Dedicated Physical Control Channel* (DPCCH) , der einen teilnehmerspezifischen physikalischen Kontrollübertragungskanal bildet, mit Daten eines sogenannten „Uplink Dedicated Physical Data Channel*
(DPDCH) , der einen teilnehmerspezifischen physikalischen Datenübertragungskanal bildet, mit Hilfe eines Multiplexverfahrens zu einem Informationssignal I eines sogenannten „Dedicated Physical Channel* (DPCH) zusammengefasst, der einen teil- nehmerspezifischen physikalischen Übertragungskanal bildet.
Das Informationssignal I wird mit Hilfe eines Spreizcodes SPC („spreading code* ) und mit Hilfe eines Verwürfelungscodes SCC („scrambling code*) gespreizt, verwürfelt und dadurch ein Eingangssignal El für eine nachfolgende Verarbeitung gebildet.
Seitens einer als NodeB ausgestalteten zentralen Funkkommunikationseinrichtung sind zwei Sendeantennen Antl bzw. Ant2 in einer Space-Diversity-Antennenanordnung vorgesehen. Für jede dieser Sendeantennen Antl bzw. Ant2 wird das Eingangssignal El jeweils mit teilnehmerspezifischen Wichtungsfaktoren wl bzw. w2 multipliziert, wodurch für die Sendeantenne Antl ein
gewichtetes Antennensignal AI bzw. für die Sendeantenne Ant2 ein gewichtetes Antenennsignal A2 gebildet wird.
Die Bildung bzw. Generierung der teilnehmerspezifischen Wich- tungsfaktoren wl und w2 erfolgt mit Hilfe einer Einrichtung WGEN und basiert auf Feedback-Informationen FBI, die mit Hilfe einer Einrichtung FBI-GEN gewonnen werden. Die Feedback- Informationen FBI werden aus einer Uplink-Verbindung gewonnen, die mit Hilfe des „Uplink Dedicated Physical Data Chan- nel* (DPDCH) , also des teilnehmerspezifischen physikalischen Datenübertragungskanals, durchgeführt wird.
Das gewichtete Antennensignal AI wird mit einem Pilotsignal CPICHi eines sogenannten „Common Pilot Channel* CPICH addiert und der Sendeantenne Antl zur Abstrahlung zugeführt, während das gewichtete Antennensignal A2 mit einem Pilotsignal CPICH2 des „Common Pilot Channel* CPICH addiert und der Sendeantenne Ant2 zur Abstrahlung zugeführt wird. Der „Common Pilot Channel* CPICH bildet dabei einen gemeinsamen Pilotübertragungs- kanal.
Dieses Verfahren ist im UMTS-FDD-Standardisierungs-Dokument TS 25.214, Kapitel 7, ausführlich dargestellt. Weitere Informationen sind zusätzlich den Standardisierungs- dokumenten TS 25.211 bis TS 25.215 entnehmbar.
FIG 2 zeigt ein Blockschaltbild zur Datenübertragung mit Hilfe eines „Grid-of-Beam* -Verfahrens, gemäß dem Stand der Technik.
Vergleichend zu FIG 1 wird das Informationssignal I des „Dedicated Physical Channel* DPCH mit Hilfe des Spreizcodes SPC gespreizt, mit Hilfe des Verwürflungscodes SCC verwürfelt und
ein Eingangssignal E2 gebildet. Das Eingangssignal E2 wird nachfolgend mit einem Pilotsignal S-CPICHi eines sogenannten
„Secondary Common Pilot Channel* S-CPICH zur Bildung eines
Antennensignals A3 addiert. Der „Secondary Common Pilot Chan- nel* S-CPICH ist für UMTS-FDD standardisiert und ist strah- lungsdiagrammspezifisch einem Teilnehmer bzw. einer Gruppe von Teilnehmern zuordenbar.
Das durch Addition gebildete Antennensignal A3 wird mit Wich- tungsfaktoren W0 ,I bis w0Lr4 multipliziert und ein derart gebildetes gewichtetes Antennensignal A4 gelangt an insgesamt vier Antennen Antl bis Ant4 eines Antennenarrays zur Abstrahlung. Die Wichtungsfaktoren W0L,I bis W0L,4 bilden einen Vektor *
WQL •
Die Wichtungsfaktoren w0L,ι bis W0,4 werden mit Hilfe einer Einrichtung BFW-GEN strahlungsdiagrammspezifisch und basierend auf einer Schätzung einer Uplink-Verbindung vom Teilnehmer zum NodeB gewonnen.
Das hier gezeigt Verfahren ist in der Druckschrift "DOWNLINK BEAMFORMING FOR FREQUENCY DIVISION DUPLEX SYSTEMS", K.Hugl, J.Laurila, E.Bonek, Proceedings of Global Telecommunications Conference (GLOBECOM) , Rio de Janeiro, December 1999 bzw. in der Druckschrift "The Spectrum Efficiency of a Basestation Antennas Array System for Spatially Selective Transmission", P. Zetterberg, B.Ottersten, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 44, pp. 651-660, Aug. 1995 bzw. in der Druckschrift "Frequency Transformation Based Downlink Beam- forming", K. Hugl, Proceedings COST259/260 Joint Workshop Spatial Channel Models and Adaptive Antennas, pp. 111-118, April 1999, Vienna, Austria, näher beschrieben.
FIG 3 zeigt ein Blockschaltbild zur Datenübertragung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei einem FDD-UMTS-Funkkommunikationssystem, Release '99, werden vergleichend mit FIG 1 Steuerungsdaten eines „Dedicated Physical Control Channel* (DPCCH) , der einen teilnehmerspezifischen physikalischen Kontrollübertragungskanal bildet, mit Daten eines „Uplink Dedicated Physical Data Channel* (DPDCH) , der einen teilnehmerspezifischen physikalischen Da- tenübertragungskanal bildet, mit Hilfe eines Multiplexverfahrens zu einem Informationssignal IS eines „Dedicated Physical Channel* (DPCH) zusammengefasst, der einen teilnehmerspezifischen physikalischen Übertragungskanal bildet.
Das Informationssignal IS wird mit Hilfe eines Spreizcodes
SPC („spreading code*) und mit Hilfe eines Verwürfelungscodes SCC („scrambling code*) gespreizt, verwürfelt und dadurch ein Eingangsdatensignal EDS für eine nachfolgende Verarbeitung gebildet.
Seitens einer als NodeB ausgestalteten zentralen Funkkommunikationseinrichtung ist eine Antenneneinrichtung AE mit Antennenelementen Antl bis Ant8 vorgesehen, wobei die Antennenelemente Antl bis Ant4 einer ersten Gruppe mit einer ersten Po- larisation POL1 und die Antennenelemente Ant5 bis Antδ einer zweiten Gruppe mit einer zweiten Polarisation POL2 zugeordnet sind. Dabei sind die Antennenelemente Antl bis Ant4 der ersten Gruppe +45°polarisiert, während die Antennenelemente Ant5 bis Ant8 der zweiten Gruppe -45°polarisiert sind.
Hier nicht dargestellt ist eine erste horizontale Polarisation Poll und eine zweite vertikale Polarisation Pol2, die e- benfalls erfindungsgemäß zuordenbar sind. Eine Verwendung von
dual-polarisierten Antennen zur Bildung der Antenneneinrichtung AE ist wegen geringer mechanischer Abmessungen bei der Antennenanordnung AE besonders bevorzugt.
Besonders vorteilhaft sind die Antennenelemente Antl bis Ant4 und die Antennenelemente Ant5 bis Ant8 zu einer Dualpolari- sierten Antennenanordnung zusammengefasst, die mit besonders geringem mechanischen Platzbedarf realisierbar ist.
Hier nicht dargestellt ist jedoch auch eine Space-Diversity- Antennenanordnung als Antenneneinrichtung AE einsetzbar. Dabei wären die Antennenelemente Antl bis Ant8 jeweils gleich polarisiert, jedoch wären die Antennenelemente Antl bis Ant4 der ersten Gruppe räumlich von den Antennenelementen Ant5 bis Ant8 der zweiten Gruppe getrennt.
Jeder Antennengruppe bzw. jeder Polarisation POL1, POL2 wird jeweils ein Signalpfad SPl, SP2 zugeordnet. So wird der ersten Gruppe mit der ersten Polarisation POL1 ein erster Sig- nalpfad SPl und der zweiten Polarisation POL2 ein zweiter Signalpfad SP2 zugeordnet.
Das Eingangsdatensignal EDS gelangt sowohl an den ersten Signalpfad SPl als auch an den zweiten Signalpfad SP2. Innerhalb des ersten Signalpfads SPl bzw. des zweiten Signalpfads SP2 wird das Eingangsdatensignal EDS mit einem teilnehmerspezifischen Wichtungsfaktor WC,I bzw. WC ,2 zur Bildung eines gewichteten Datensignals GDS1 bzw. GDS2 multipliziert. Das gewichtete Datensignal GDS1 bzw. GDS2 wird in jedem einzelnen Sig- nalpfad SPl bzw. SP2 mit einem strahlungsdiagrammspezifisch zuordenbaren Pilotsignal S-CPICHi bzw. S-CPICH2 eines SCPICH- Kanals, der einen „Secondary Common Pilot Channel* bildet, zur Bildung eines Antennensignals ASl bzw. AS2 addiert.
Das Antennensignal ASl bzw. AS2 wird innerhalb jedes einzelnen Signalpfads SPl bzw. SP2 mit strahlungsdiagrammspezifischen Wichtungsfaktoren W0L,I bis W0L, . zur Bildung von gewich- teten Antennensignalen GAS1 bzw. GAS2 multipliziert, wobei die Wichtungsfaktoren w0L,ι bis W0,4 einen Vektor W0L* bilden.
Ein erstes gewichtetes Antennensignal GASl gelangt zur Abstrahlung an die erste Gruppe mit den Antennenelementen Antl bis Ant4, die die erste Polarisation POL1 aufweisen, während ein zweites gewichtetes Antennensignal GAS2 an die zweite Gruppe mit den Antennenelementen Ant5 bis Antδ zur Abstrahlung gelangt, die die zweite Polarisation POL2 aufweisen.
Das Pilotsignal S-CPICHi und das Pilotsignal S-CPICH2 unterscheiden sich im Spreizcode um seitens des Teilnehmers eine Detektion bzw. Zuordnung vornehmen zu können.
Die Bildung bzw. Generierung der teilnehmerspezifischen Wich- tungsfaktoren WCL,ι bzw. WCL,2 erfolgt mit Hilfe einer Einrichtung WGEN1 und basiert auf Feedback-Informationen FBI, die mit Hilfe einer Einrichtung FBI-GEN1 gewonnen werden. Die Feedback-Informationen FBI werden aus einer Uplink-Verbind- ung, die mit Hilfe des „Uplink Dedicated Physical Data Chan- nel* (DPDCH) , also des teilnehmerspezifischen physikalischen Datenübertragungskanals, durchgeführt wird, gewonnen und ist beispielsweise im Standardisierungs-Dokument TS 25.214 näher beschrieben.
Die strahlungsdiagrammspezifischen Wichtungsfaktoren W0L,I bis 0L,4 werden mit Hilfe einer Einrichtung BFW-GEN1 strahlungsdiagrammspezifisch und basierend auf einer Schätzung einer
Uplink-Verbindung vom Teilnehmer zum NodeB gewonnen. Näheres dazu ist den unter FIG 2 genannten Druckschriften entnehmbar.
Von den Antennenelementen Antl bis Ant4 wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einen Teilnehmer TN bzw. auf eine Gruppe mehrerer Teilnehmer ein +45° polarisiertes Strahlungsdiagramm gerichtet, während von den Antennenelementen Ant5 bis Ant8 ein -45° polarisiertes Strahlungsdiagramm auf den Teilnehmer bzw. auf die Gruppe der Teilnehmer gerichtet wird.
Das in FIG 3 beschriebene Informationssignal IS wird teilnehmerspezifisch gebildet. Für den hier nicht dargestellten Fall, dass das Informations- signal IS aus teilnehmerspezifischen Daten eines PDSCH-Über- tragungskanals oder eines HS-PDSCH-Übertragungskanals oder aus teilnehmerspezifischen Kontrolldaten eines HS-SCCH- Kontrollübertragungskanals gebildet wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls anwendbar. Die Bildung dieser In- formationssignale IS ist den Standardisierungs-Dokumenten TS 25.211 bis TS 25.215 entnehmbar.