Details

Abstrakt in Englisch

For future mobile radio communication systems with high data rates, the use of antenna arrays, together with large bandwidths, form the determining technologies in accessing the air interface. It has to be considered that the propagation characteristics of the electromagnetic wave changes over frequency, time, and space. The resulting diversity can be used by the appropriate algorithms to improve the transmission quality. Of particular importance for broadband transmission over multi-antenna systems are spatial and frequency diversity. The source and the available degrees of diversity are dependent on the propagation scenario. Realistic propagation scenarios must be used for assessing the practical applicability of multi-antenna methods and the corresponding receivers. For this thesis, three combinations of mobile radio systems and realistic channel models were selected, which differ in the source and the degrees of diversity. All the considered systems make use of efficient multi-carrier methods. In the literature, various transmission and reception methods are known for the development of diversity to improve the transmission quality and increase the transfer rate. As part of this thesis the transmission methods Single Stream, Multi Stream-V-BLAST, and Multi Stratum are presented and compared with each other. The procedure of Mixed Transmission is introduced as a compromise between reasonable complexity and good performance. The linear detector and algorithms with successive interference cancelation (SIC) are chosen as receiver implementations. Channel state information (CSI) is not feed back to the transmitter. Linear receivers offer good performance at low complexity in scenarios with a very high degree of diversity, since the diversity is accessed by the encoding. However, they are not adjusted when degradation occurs in the spatial diversity. The quality of the interference calculation is crucial to the performance of the SIC receiver. Efficiently incorporating the decoding into the SIC loop proves to be advantageous, albeit complex. If it is possible to access the diversity by encoding, nearly perfect interference suppression can be achieved. Transmission systems with rate matching allow the adaptation to varying propagation scenarios, particularly in case of degradation in spatial diversity. Determination of the rates influences the performance of the overall system. In reality the selection is often limited by a discrete set. Multi Stratum approaches exhibit good performance in different diversity scenarios by the additional use of transmit diversity. Multi Stream- and Mixed Transmission methods with rate matching are dependent on the accessibility of coding gain during interference reduction. Their efficiency increases with the degree of frequency diversity.

Abstrakt in Deutsch

Für zukünftige Mobilfunksysteme mit hohen Datenraten bilden der Einsatz von Antennenfeldern und die Nutzung großer Bandbreiten die bestimmenden Technologien beim Zugriff auf die Luftschnittstelle. Bei der drahtlosen Übertragung verändern sich die Ausbreitungseigenschaften der elektromagnetischen Wellen über Frequenz, Zeit und Raum. Diese Diversität lässt sich durch entsprechende Verfahren zur Verbesserung der Übertragungsqualität nutzen. Vor allem Frequenz- und Raumdiversität sind bei breitbandigen Übertragungen über Mehrantennensysteme von Bedeutung. Die Quelle und der verfügbare Grad der Diversität sind vom Ausbreitungsszenario abhängig. Für die Beurteilung der praktischen Umsetzbarkeit von Mehrantennenverfahren und entsprechenden Empfängern müssen realistische Ausbreitungsszenarien herangezogen werden. Für die vorliegende Arbeit wurden drei Kombinationen aus Mobilfunkstandard und realistischem Kanalmodell ausgewählt, die sich in Quelle und Grad der Diversität unterscheiden. Alle betrachteten Mobilfunksysteme setzen für breitbandige Übertragungen effiziente Mehrträgerverfahren ein. Für die Erschließung der Diversität zur Verbesserung der Übertragung und Erhöhung der Übertragungsrate existieren in der Literatur verschiedene Sende- und Empfangsverfahren. In dieser Arbeit werden die Sendeverfahren Single Stream, Multi Stream-VBLAST und Multi Stratum vorgestellt und miteinander verglichen. Das Mixed Transmission- Verfahren wird als Kompromiss aus vertretbarer Komplexität und guter Leistungsfähigkeit eingeführt. Als Empfänger kommen der lineare Detektor und Verfahren mit sukzessiver Interferenzunterdrückung (SIC) zum Einsatz. Informationen über Art und Güte des Übertragungskanals (CSI) stehen am Sender nicht zur Verfügung. Lineare Empfänger bieten in Szenarien mit sehr hohem Diversitätsgrad eine gute Leistungsfähigkeit bei geringer Komplexität, da die Diversität über die Kodierung erschlossen wird. Auf eine Degradation der räumlichen Diversität sind sie jedoch nicht angepasst. Für die Leistungsfähigkeit der SIC-Empfänger ist die Güte der Interferenzberechnung entscheidend. Als vorteilhaft, wenn auch komplex, zeigt sich die effektive Einbindung der Dekodierung in die SIC-Schleife. Kann Diversität über den Kodegewinn realisiert werden, wird annähernd vollständige Interferenzunterdrückung erreicht. Die Sendeverfahren mit Ratenanpassung erlauben eine Einstellung auf verschiedene Übertragungsszenarien, vor allem bei Degradation der räumlichen Diversität. Die Bestimmung der Raten hat Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems. In realen Systemen ist die Auswahl häufig durch ein diskretes Set beschränkt. Die Multi Stratum-Verfahren bieten durch die zusätzliche Ausnutzung der Sendediversität eine gute Leistungsfähigkeit in verschiedenen Diversitätsszenarien. Multi Streamund Mixed Transmission-Verfahren sind vom Kodegewinn während der Interferenzreduktion abhängig. Ihre Leistungsfähigkeit steigt mit dem Grad der Frequenzdiversität.