Channel model and capacity for broadband indoor MIMO-WLAN systems based on measurements at 2.4 GHz

摘要

Der vorliegende Artikel stellt ein Kanalmodell vor, das speziell zur Beschreibung von breitbandigen WLAN (wireless local area network)-Anwendungen in geschlossenen Gebäuden (indoor) geeignet ist. Insbesondere steht hierbei die Kommunikation innerhalb eines umschlossenen Raumes im Blickpunkt. Gerade dieses Szenario wird durch ruhende oder nur langsam bewegte Sende- und Empfangseinheiten bei gleichzeitig große Bandbreiten erfordernden hohen Ansprüchen an die verfügbare Datenrate charakterisiert. Hier sind bereits Datenraten von 108 Mbit/s üblich, und weitere Steigerungen sind durch Mehrantennensysteme (MIMO-Systeme), die sich bereits nahe der Marktreife befinden, zu erwarten. Damit dürfte auch die Notwendigkeit höherer Bandbreiteneffizienz heute schon sicher sein. Einer der ersten und wichtigsten Schritte auf dem Weg dahin ist das vollständige Verständnis des zugrunde liegenden Funkkanals. Im Zuge dessen zeigt dieser Artikel, dass der Kanal hervorragend anhand eines deterministischen Modells, zu dessen Beschreibung nur wenige, dominante Pfade ausreichend sind, beschrieben werden kann. Dieser Ansatz wird durch Messergebnisse aus realen Funkkanälen und einfachen Berechnungen belegt. Darüber hinaus wird verdeutlicht, dass die geschickte Nutzung eines derart modellierten Kanals in Bezug auf die erreichbare Kanalkapazität einem hierzu konträren Rayleigh-Kanalmodell deutlich überlegen ist.%This article provides a channel model which is suited for broadband indoor WLAN (wireless local area network) applications. Especially the communication within one room is addressed. These applications are characterized by no or very slow movements of the terminal in conjunction with high data rates requiring high bandwidths for transmission. Present WLAN systems offer data rates up to 108 Mb/s, multiple antenna systems (MIMO systems) are at the beginning of their introduction into the market. Upcoming demand for even higher data rates necessitating higher bandwidth efficiency is almost sure. This requires at first hand a full understanding of the channel in order to make best use of it. The article shows that the channel can be described best by a deterministic model, which needs only few dominant paths. This is underlined by channel sounder measurements and simple calculations. Making use of this deterministic channel model the article shows capacity improvements over a widespread Rayleigh fading model assumption.