Anwendung von mehreren Empfangsantennen in drahtlosen Kommunikationssystemen

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit werden für drahtlose Kommunikationssysteme Verfahren der räumlich-zeitlichen Signalverarbeitung dargestellt. Die Anwendung von mehreren Empfangsantennen steht dabei im Vordergrund. Für die Untersuchung und Simulation von räumlich-zeitlichen Empfangsalgorithmen werden Kanalmodelle benötigt, die eine räumliche Ausbreitung der Sendesignale möglichst genau wiedergeben. Dazu wird für die Berechnung der Funksignalausbreitung ein physikalisch deterministisches 3D-Raytracing-Verfahren vorgestellt. Eine klassische Methode, die räumliche Komponente für Übertragungen zu nutzen, liegt bei SDMA (Space Division Multiple Access) vor. Um eine räumliche Separation der Übertragungskanäle zu erreichen, werden Beamforming- / Nullsteering-Verfahren eingesetzt. Für verschiedene Verfahren zur Optimierung der Blickrichtung und der Anpassung des Antennendiagramms werden die Grundlagen vorgestellt. Als theoretische Basis wird anschließend die Erweiterung einer skalaren Übertragung zu einer allgemeinen, vektorwertigen Beschreibung einer Mehrnutzer- / Multisubkanal-Übertragung über einen MIMO- (Multiple-Input Multiple-Output) Kanal eingeführt. Eine weitere Verbesserung kann durch eine Verallgemeinerung erreicht werden, die über den aktuellen Stand der Technik hinausgeht und den Kern dieser Arbeit darstellt. Sie ist gekennzeichnet durch eine breitbandige, vektorwertige Übertragung mit mehreren Teilnehmern, die im Empfänger detektiert werden. Gleichzeitig soll der Einfluss von mehreren räumlich lokalisierten Störern (nicht-isotrope Störungen) minimiert werden. Diese Störungen können aus benachbarten Kommunikationszellen oder aber auch von anderen Funkdiensten in dem gleichen Frequenzbereich stammen. Es werden abschließend theoretische Betrachtungen für einfache Szenarien sowie Simulationen in einer Umgebung mit Mehrwegeausbreitung vorgestellt. Dabei wird das neuartige Empfangskonzept zur Minimierung der Störungen den klassischen Verfahren gegenübergestellt.