Aufwandsgünstige Realisierung von hochperformanten OFDM-Systemen mit partieller Kanalkenntnis. Differentielle Multi-Antennen-Algorithmen für ein OFDM basiertes zellulares Datenfunknetz
Final Report Abstract
Künftige Datenfunknetze der vierten Generation werden, verglichen mit heutigen Standards, deutlich höhere Anforderungen an die Datenraten auch in mobilen Szenarien stellen. Für kohärente Übertragungssysteme sind leistungsstarke Kanalschätzverfahren erforderlich, die einen erheblichen Teil der Bandbreite für diese Messaufgabe benötigen. Daher wurden in diesem Teilvorhaben Übertragungstechniken untersucht, die keinerlei Kanalkenntnis erfordern und gleichzeitig hohe Datenraten erlauben. Das Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Übertragungsverfahren erweist sich, insbesondere in Mehrwegeausbreitungssituationen, als eine sehr robuste Technik. Mehrantennensysteme (Multiple Input Multiple Output = MIMO) erhöhen ebenfalls die Robustheit eines Übertragungssystems. Der hier verfolgte Ansatz basiert auf Differentiellen Space-Time Block Codes (DSTBC), die in MIMO-OFDM Systemen eingesetzt werden. DSTBC Techniken wurden zunächst für zwei Sendeantenne entworfen und nutzen die räumliche Diversität des MIMO-OFDM Systems, um die Systemzuverlässigkeit zu erhöhen. Für eine zuverlässige und robuste Übertragung in OFDM basierten Systemen sind Verfahren der Kanalcodierung unabdingbar. Kanalcodierung und die Ausnutzung von räumlicher Diversität verfolgen demgemäß dieselbe Zielsetzung. Daher wurde in diesem Projekt der Frage nachgegangen, inwieweit sich die Kanalcodierung und die Diversitätseffekte gegenseitig beeinflussen. Hierfür wurden die Diversitätseffekte unterteilt in Empfangs- und Sendediversität. Der Vergleich von Empfangs- bzw. Sendediversität zeigt, dass höhere Gewinne mit einer Empfangsdiversität erzielt werden. Eine geeignete Kombination von mindestens zwei unabhängigen Empfangssignalen führt zu einem höheren Signal-zu-Rauschabstand (SNR) als eine Übertragung der Sendesignale über zwei oder mehrere getrennte Kanäle. Ganz allgemein und unabhängig von der spezifischen Art der Diversität kann man beobachten, dass die Steigung der Codiergewinnkurve mit wachsender Diversität geringer ausfällt. Dies ist anhand der resultierenden Übertragungsfunktion zu erklären. Mit steigender Diversität nimmt die Frequenzselektivität der resultierenden Übertragungsfunktion immer weiter ab und der Kanal nähert sich einem AWGN-Kanal. Damit wird die Anzahl der Fehler bereits in den uncodierten Systemen stark reduziert und der Kanalcodierer erweist sich als nicht mehr so effizient wie in einem Rayleigh-Fading Kanal. Zusammengefasst ergaben sich die folgenden Ergebnisse: • Sowohl Sende- als auch Empfangsdiversität erzielen deutliche Gewinne. • Empfangsdiversität erzielt höhere Gewinne als die Sendediversität • Je größer die durch Sende- bzw. Empfangsdiversität erzielten Gewinne, desto geringer fallen die Gewinne hinsichtlich der Kanalcodierung aus. Ziel dieses Projektes ist die detaillierte Entwicklung eines Systemkonzepts basierend auf einem differentiellen STBC Verfahren. Von großem Interesse ist hierbei die Leistungsfähigkeit dieses Verfahrens bei unterschiedlichen Modulationswertigkeiten. Daher wurden bereits bekannte differentielle Modulationsverfahren für Einantennensysteme mit neuen effizienten differentiellen STBC Verfahren verglichen. Für ein Übertragungssystem mit Kanalcodierung wurden folgende Resultate erzielt: • Übertragungssysteme, welche ausschließlich eine Empfangsdiversität verwenden, erzielen nur geringfügig geringere Gewinne im Vergleich zu Übertragungssystemen mit Sende- als auch Empfangsdiversität. • Je höher die Modulationswertigkeit desto geringer fallen die Gewinne hinsichtlich der Diversität aus.
