Reziprozität in drahtlosen Übertragungssystemen

Der wesentliche Vorteil von TDD- gegenüber FDD-Systemen besteht in der Ausnutzung der so genannten Kanalreziprozität. Bei Erfüllung der Reziprozität entsprechen sich beide Übertragungsrichtungen exakt, so dass der im Sender aus dem Uplink geschätzte Kanal direkt für die adaptive Anpassung an den Downlink verwendet werden kann.

Da sich jedoch die Schaltungskomponenten der Transceiver im Sender- und Empfängerzweig unterscheiden, beispielsweise aufgrund von Fertigungstoleranzen oder notwendigen unterschiedlichen Verstärkern in der analogen Signalverarbeitungskette, gilt die auf dem physikalischen Kanal erfüllte Reziprozität im Allgemeinen nicht mehr für den Übertragungskanal an den Schnittstellen zum digitalen Basisband. 

Ziele:

  • Beurteilung und Verbesserung von Hardwarestrukturen
  • Adaptive Korrekturmaßnahmen zur Verbesserung der Link-Äquivalenz
  • Einflussanalyse und -kompensation bei adaptiven Übertragungskonzepten

 

Arbeitsprogramm:

  • Klassifizierung und Beurteilung von Hardware-Komponenten
  • Bewertung der Auswirkungen auf adaptive Systemkonzepte
  • Entwurf von und Komplexitätsreduktion in Kalibrierungskonzepten

 

Detaillierte Beschreibung: 

Für die Erfüllung der Anforderungen an zukünftige mobile Übertragungssysteme hinsichtlich hoher Datenrate und Quality of Service (QoS) ist die Anwendung adaptiver Sendestrategien von essentieller Bedeutung. Daher stellt die geschickte Ausnutzung und Verteilung der Ressour­cen Zeit, Frequenz und Raum einen besonders wichtigen Bestandteil laufender Forschungs- und Standardisierungsaktivitäten dar. Die Optimierung der dabei entwickelten Algorithmen ist stark abhängig vom Grad der Kanalkenntnis am Sender. Eine Möglichkeit zur Gewinnung der Kanalkenntnis am Sender besteht in der Übertragung der Kanalzustandsinfor­mation vom Empfänger zum Sender über einen Feedback-Kanal, die jedoch in einer Verringerung der Nutzdatenrate resultiert. Da insbe­son­dere bei Mehrantennen- und Mehrträger­systemen die Menge des benötigten Feedbacks mit der Anzahl an Sendeantennen und Unterträgern stark ansteigt, sind effizientere Ansätze zur Gewinnung der Kanalinfor­mation am Sender von großem Interesse.

Im Allgemeinen werden die Übertragungsrichtungen in Mobilfunksystemen mittels Zeit- oder Frequenzduplex voneinander getrennt. Da bei Time Division Duplex (TDD) der gleiche physikalische Übertragungskanal für den Forward Link (zu betrachtende Übert­ragungsstrecke von Sender zu Empfänger) als auch für den Reverse Link (Datenübertragung an den Sender) genutzt wird, stellt sich die Frage, in wie weit deren physikalische Äquivalenz gewinnbringend für die Nutzung der Kanalkenntnis am Sender verwendet werden kann. Bei Erfüllung der so genannten Reziprozität entsprechen sich Forward und Reverse Link exakt, so dass der im Sender aus dem Reverse Link geschätzte Kanal direkt für die adaptive Signalverarbeitung verwendet werden kann. Da sich jedoch die Schaltungskomponenten der Transceiver in Sender und Empfänger unter­scheiden, gilt die auf dem physikalischen Kanal erfüllte Reziprozität im Allgemeinen nicht mehr für den Übertragungskanal an den Schnittstellen zum digitalen Basisband. Um dennoch eine möglichst gute Link-Äquivalenz (Ähnlichkeit der Übertragungsfunktionen von Forward und Reverse Link) zu erzielen, ist beispielsweise die Kalibrierung der Frontends mittels zusätz­licher oder modifizierter Schaltungen und Signalverarbeitung denkbar.

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Das Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens besteht in der systematischen Untersuchung der Link-Äquivalenz und in der Beantwortung der Frage, in welcher Form der Sender bei der Nutzung adaptiver Strategien von dem Reverse Link profitieren kann. Hierzu ist eine gemeinsame Analyse und Optimierung auf Seiten der Algorithmen und der Hardware erforderlich, um so in effizienter Form eine Steigerung der Übertragungs­qualität zu erzielen. Ausgehend von einer detaillierten Modellierung und messtechnischen Verifikation der Systemkomponenten (Schaltungskomponenten des Frontends, Charakteristika der Antennen­, usw.) wird die Verbesserung sowohl der Hardwarestruktur als auch der digitalen Basisband­verarbeitung angestrebt. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen sind sende- und empfangsseitige Schaltungs- und Signalverarbeitungsstrategien zu entwickeln, welche die nicht-perfekte Link-Äquivalenz im Entwurf berücksichtigen bzw. sich robust hinsichtlich linearer und nicht-linearer Effekte verhalten. In Abhängigkeit vom Grad der erzielten Link-Äquivalenz und der genutzten Feedbackrate sind verschiedene Systemkonzepte (Ein- und Mehrantennensystem, Mehrnutzerszenarien, usw.) auch in Hinblick auf den Grad der Kanalkenntnis (instantane Kanalkenntnis, Langzeitkanalkenntnis, usw.) zu untersuchen und im Einzelnen zu bewerten.

Details

Laufzeit: 07/2008 - 05/2012
Förderung:Deutsche Forschungsgemeinschaft
Partner:Institut für Theoretische Elektrotechnik und Mikroelektronik (ITEM), Universität Bremen
Arbeitsgruppe HF-Technik (HFT), Universität Bremen

Publikationen

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Beteiligte Mitarbeiter

Zuletzt aktualisiert am 20.07.2012 von Admin
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