Empfängerorientierte Mehrteilnehmer-Übertragungsverfahren für die Abwärtsstrecke zellularer Mobilfunksysteme

Receiveroriented multi-user transmission techniques for the downlink of cellular mobile radio systems

  • Empfängerorientierte Übertragungsverfahren sind dadurch gekennzeichnet, daß der im Sender zu verwendende Signalverarbeitungsalgorithmus an den im Empfänger verwendeten Signalverarbeitungsalgorithmus angepaßt ist. Dies geschieht meist mit zusätzlicher Kanalinformation, die nur am Sender und nicht am Empfänger verfügbar ist. In empfängerorientierten Systemen kann man besonders einfache Algorithmen in den Empfängern realisieren, die im Falle einer Abwärtsstreckenübertragung eines Mobilfunksystems, in den Mobilstationen sind. Dies ist mit geringen Produktionskosten und geringem Energieverbrauch der Mobilstationen verbunden. Um dennoch eine gewisse Güte der Datenübertragung zu gewährleisten, wird bei der Empfängerorientierung mehr Aufwand in der Feststation des Mobilfunksystems betrieben. Die derzeit verwendeten und für die dritte Mobilfunkgeneration (UMTS) vorgesehenen Übertragungsverfahren sind senderorientiert. Das bedeutet, daß der Signalverarbeitungsalgorithmus im Empfänger an den Signalverarbeitungsalgorithmus des Senders angepaßt ist. Auch bei der Senderorientierung wird meist die Kanalinformation in den Anpassungsprozeß im Empfänger einbezogen. Zum Gewinnen der Kanalinformation sind Testsignale notwendig, anhand der die Kanalinformation geschätzt werden kann. Solche Testsignale können in der Abwärtsstrecke eines empfängerorientierten Mobilfunksystems entfallen. Anstelle der Testsignale kann man Daten übertragen und somit die Datenrate im Vergleich zu senderorientierten Systemen erhöhen. Um die Performanz von Übertragungsverfahren beurteilen zu können, sind geeignete Kriterien notwendig. Meist werden zur Beurteilung Bitfehlerwahrscheinlichkeiten oder Signal-Stör-Verhältnisse verwendet. Da die Höhe der aufzuwendenden Sendeenergie nicht nur technisch, sondern auch gesellschaftlich ein wichtiger Aspekt zukünftiger Mobilfunksysteme ist, wird vom Verfasser das Kriterium der Energieeffizienz vorgeschlagen. Die Energieeffizienz beurteilt das Zusammenspiel von Signalverarbeitungsalgorithmen des Senders und des Empfängers unter Berücksichtigung der Kanaleigenschaften. Dabei wird die nutzbare Empfangsenergie auf die investierte Sendeenergie bezogen. Anhand der ermittelten energieeffizienzen und analytischen Betrachtungen in der vorliegenden Arbeit kann man den Schluß ziehen, daß empfängerorientierte Übertragungsverfahren für die Abwärtsstreckenübertragung in Mobilfunksystemen den senderorientierten vorzuziehen sind, wenn an der Feststation relativ viele und an den Mobilstationen relativ wenige Antennen zur Verfügung stehen. Dies ist bereits heute der Fall und auch in zukünftigen Mobilfunksystemen zu erwarten. Ferner eröffnet das am Rande untersuchte kanalorientierte Übertragungsverfahren, bei dem die Signalverarbeitungsalgorithmen des Sender und des Empfängers an die Kanalinformation angepaßt werden, ein weites Feld für zukünftige Forschungsvorhaben.
  • In receiver oriented systems, the signal processing algorithm of the transmitter is adapted to the algorithm of the receiver. In the majority of cases this adaption is done with additional knowledge of channel state information, which is available at the transmitter only. Very simple receiver structures are achievable in receiver oriented systems. Considering the downlink of a mobile radio system, the receivers are in the mobile stations. That is why receiver orientation leads to low production costs and low battery consumption of mobile stations. Otherwise, to attain a certain quality of data transmission, the signal processing at the transmitter is of higher complexity. The presently operated mobile radio systems and the mobile systems standardized for UMTS are transmitter oriented. This means that, the receiver algorithm is adapted to the transmitter algorithm. Also in transmitter oriented systems, the adaption is mostly done with additional channel state information. To obtain this channel state information at the receivers, training sequences need to be transmitted in the downlink. In the downlink of receiver oriented systems, no training sequences are required, which allows an increase of the offered useful data rate compared to transmitter oriented systems. For the assessment of transmission schemes appropriate criteria are required. Mostly bit error probabilities or signal-to-noise-plus-interference ratios are used. However, due to the fact that the radiated energy is an important technical and even social issue, the author proposes a criterion called energy efficiency. This criterion evaluates the interaction between the transmitter algorithm, the channel, and the receiver algorithm by relating the useful received energy to the invested transmit energy. With the ascertained energy efficiencies and performed analytical investigations, the following conclusion can be drawn: Receiver oriented concepts outperform transmitter oriented concepts, if the base station is equipped with more antennas than the mobile station. This is already the case in present and will presumably be the case in future mobile radio systems. In addition, the marginally investigated channel oriented transmission system, where both the transmitter and the receiver algorithms are adapted to the channel, opens a wide field of future research activities.

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Metadaten
Author:Hendrik Tröger
URN (permanent link):urn:nbn:de:bsz:386-kluedo-16258
Advisor:P. W. Baier
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2003
Year of Publication:2003
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2003/07/22
Tag:Sendesignalvorverarbeitung
Joint Transmission; mobile radio
GND-Keyword:Zellulares Mobilfunksystem
Source:Kaiserslautern : Univ., 2003 (Forschungsberichte Mobilkommunikation ; Bd. 13) Zugl.: Kaiserslautern, Univ., Diss. 2003, ISBN 3-936890-22-6
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
DDC-Cassification:620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten

$Rev: 12793 $