DE19744669B4

DE19744669B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung der Wirkung eines Phasenarrayantennensystems

Info

Publication number: DE19744669B4
Application number: DE19744669A
Authority: DE
Inventors: Behzad Swindon Mohebbi
Original assignee: Motorola Ltd
Current assignee: Motorola Mobility LLC
Priority date: 1996-10-12
Filing date: 1997-10-10
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2017-10-11
Also published as: DE19744669A1; GB2318216B; US5920286A; FR2754638B1; FR2754638A1; CN1183624C; GB2318216A; GB9621360D0; CN1181641A

Abstract

Verfahren zur Stabilisierung der Amplitude und relativen Phasen der Signale in jedem Zweig eines Phasenarrayantennensystems, das die Schritte des Überwachens der Amplituden und Phasen von Signalen, die an die Elemente der Antenne angelegt werden oder von diesen erzeugt werden, durch Extrahieren eines Anteils jedes der Signale, die extrahierte Signale bilden, des Detektierens von Abweichungen von einem Referenzwert der Amplituden und Phasen der Signale mit den Schritten
Vergleichen der extrahierten Signale mit einem Referenzsignal durch Verzögern jedes extrahierten Signales um einen vorbestimmten Betrag bezüglich seines Vorgängers, Addieren der verzögerten extrahierten Signale zum Erzeugen eines komplexen zusammengesetzten Signales und Falten des Signales mit einer zeitlich umgekehrten komplex Konjugierten des Referenzsignales und
Ableiten einer Fehlerfunktion, die sich auf die Abweichungen der Werte der Amplitude und der Phase der extrahierten Signale von Werten derselben Parameter, die sich auf das Referenzsignal beziehen, bezieht,
des Ableitens von Korrektursignalen, die sich darauf beziehen, des...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stabilisierung der Amplitude und relativen Phasen der Signale in jedem Zweig eines Phasenarrayantennensystems und auf eine Vorrichtung zur Stabilisierung der Amplitude und relativen Phasen der Signale in jedem Zweig einer Phasenarrayempfangsantenne. Insbesondere bezieht sie sich auf Phasenarrayantennensysteme oder adaptive Antennensysteme und genauer auf solche Antennensysteme, die zur Verwendung in Verbindung mit zellularen Radiokommunikationssystemen verwendet werden.
Phasenarrayantennensysteme (Planarantennensysteme) bzw. adaptive Antennensysteme weisen eine Mehrzahl von Elementen auf, die in einem Übertragungsmodus mit Ausgangssignalen versorgt werden, die eine vorbestimmte Amplitude und Phasenbeziehung aufweisen. Die durch jedes Element der Antenne abgestrahlten Signale wirken zur Ausbildung eines Sendestrahles zusammen, der eine feste Orientierung aufweisen kann oder abgetastet werden kann, abhängig von der Phasenbeziehung zwischen den Ausgangssignalen, die an die Elemente der Antenne angelegt werden. Für eine solche Antenne ist es zur zufriedenstellenden Funktion notwendig, daß die Amplituden und relativen Phasen der Signale in jedem Zweig des Antennensystems so stabil wie möglich sind.
Bisher ist dies meist durch Verfahren wie das physische Einstellen der Komponenten der Antenne, nachdem diese aufgebaut worden ist, oder mittels eines Steuersystems mit einem Regelkreis analoger Rückkoppelung, der die Verstärkung und den Phasenversatz zwischen den Elementen der Antenne unter Verwendung zusätzlicher aktiver Hochfrequenzelemente einstellt, ausgeführt worden.
Die GB 2 242 574 A zeigt ein Strahlformer-Phasenarrayantennensystem, dem ein Verfahren zugrunde liegt, bei dem aufgespaltene Signalanteile, die an verschiedenen Elementen einer Antenne empfangen werden, geeignet gewichtet und aufsummiert werden. Die an jedem der Antennenelemente empfangen Signale werden durch eine Vielzahl von zu den Antennenelementen gehörenden Gewichtungsschaltungen gewichtet, von einem ersten Summierer summiert, um ein summiertes und gewichtetes Signal zu erzeugen. Dann wird es aufgespalten und ein Aufspaltungsanteil des ersten Summensignals wird an einen zweiten Summierer angelegt. Zusätzlich werden die an jeder der Antennen empfangenen Signale aufgespalten. Dann wird ein einzelnes der Aufspaltungssignale an eine separate Gewichtungsschaltung angelegt und das einzelne gewichtete Signal wird dann an den zweiten Summierer angelegt, wo es mit dem summierten und gewichteten Signal addiert wird, um ein weiteres Summensignal zu erzeugen, dessen Leistung mit einem Prozessor gemessen wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Stabilisieren der Amplitude und relativen Phasen der Signale in jedem Zweig eines Phasenarrayantennensystems anzugeben. Obwohl die Erfindung primär Antennen betrifft, die in einem Übertragungsmodus verwendet werden, kann sie auch auf Phasenarrayantennen angewendet werden, die in einem Empfangsmodus verwendet werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. eine Vorrichtung nach Anspruch 6.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Es wird ein Verfahren zur Stabilisierung der Amplitude und relativen Phasen der Signale in jedem Zweig eines Phasenarrayantennensystems angegeben, das die Betriebsabläufe des Überwachens der Amplituden und Phasen von Signalen, die an die Antennenelemente angelegt werden oder von diesen produziert werden, des Erfassens von Abweichungen von einem Referenzwert der Amplituden und Phasen der Signale, des Ableitens von sich darauf beziehenden Korrektursignalen und des Verwendens der Korrektursignale zum Variieren der Wirkung eines Signalhandhabungsnetzwerks, das mit den Antennenelementen verbunden ist, zum Wiedereinstellen der Amplituden und Phasen der Signale, die an die Antennenelemente angelegt werden oder von diesen produziert werden, auf den Referenzwert aufweist.
Die Betriebsabläufe des Überwachens der Amplituden und Phasen der Signale, die an die Antennenelemente angelegt werden oder von diesen produziert werden, des Detektierens von Abweichungen von einem Referenzwert der Signale und des Erzeugens von Korrektursignalen, die sich darauf beziehen, kann die Betriebsabläufe des Extrahierens eines Anteils jedes der Signale, der Vergleichens der extrahierten Signale mit einem Referenzsignal, und des Ableitens eines Fehlerfunktionssignales, das sich auf die Abweichungen der Amplituden und Phasen der extrahierten Signale von Werten, die von dem Referenzsignal abgeleitet sind, bezieht, aufweisen.
Das Vergleichen der extrahierten Signale mit dem Referenzsignal kann durch Verzögern jedes der extrahierten Signale um einen bekannten Betrag bezüglich seines Vorgängers, des Addierens der verzögerten extrahierten Signale zum Erzeugen eines zusammengesetzten komplexen Signales und des Falten dieses Signales mit einer zeitlich umgekehrten komplex Konjugierten eines Referenzsignals ausgeführt werden.
Ein anderer Weg, mit dem der Vergleich der extrahierten Signale mit dem Referenzsignal ausgeführt werden kann, ist es, sequentiell jedes extrahierte Signal mit der zeitlich umgekehrten komplex Konjugierten des Referenzsignales zu vergleichen.
Wenn die Antenne in einem Übertragungsmodus verwendet wird, können die Signale die Ausgangssignale, die an die Antennenelemente angelegt werden, umfassen und das Referenzsignal kann aus einem Ausschnitt des Signals, das an die Antenne zu übertragen ist, abgeleitet werden.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Stabilisieren der Wirkung einer Phasenarrayübertragungsantenne angegeben, die ein Mittel zum Anlegen von Ausgangssignalen einer vorbestimmten Amplituden- und Phasenbeziehung an die Strahlerelemente der Antenne, ein Mittel zum Extrahieren identischer Ausschnitte aus den Ausgangssignalen, ein Mittel zum Vergleichen der extrahierten Signale mit einem Referenzsignal, ein Mittel zum Erzeugen eines Fehlerfunktionssignals, das sich auf die Unterschiede zwischen den extrahierten Signalen und dem Referenzsignal bezieht, und ein Mittel, das auf das Fehlerfunktionssignal reagiert zum Variieren der Wirkung des Mittels zum Anlegen der Ausgangssignale an die Strahlerelemente der Antenne zum Beibehalten der vorbestimmten Amplituden- und Phasenbeziehungen der Ausgangssignale aufweist.
Entsprechend eines dritten Aspektes der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Stabilisieren der Amplitude und relativen Phasen der Signale in jedem Zweig einer Phasenarrayempfangsantenne angegeben, die eine Mehrzahl von Empfängern, wobei jeder Empfänger mit einem Antennenelement verbunden ist, ein Mittel zum Extrahieren eines Anteils jedes der Eingangssignale, die von den Antennenelementen vor der Verarbeitung durch die Empfänger und mit einem eine Mehrzahl von Gewichtungsschaltungen umfassenden Gewichtungsschaltkreis produziert werden, wobei jede Gewichtungsschaltung einem separaten Element der Antenne zugeordnet ist, ein Mittel zum Vergleichen der extrahierten Signale mit einem Referenzsignal, ein Mittel zum Erzeugen eines Fehlerfunktionssignals, das sich auf die Unterschiede zwischen den extrahierten Signalen und dem Referenzsignal bezieht, und ein Mittel, das auf das Fehlerfunktionssignal reagiert, zum Einwirken auf die Ausgangssignale von den Empfängern zum Ausgleichen der Amplituden und Phasen der Ausgangssignale von den Empfängern aufweist.
Das Mittel zum Vergleichen der extrahierten Signale mit dem Referenzsignal kann eine Reihe von Verzögerungsvorrichtungen, die so angeordnet sind, daß jedes extrahierte Signal relativ zu seinem Vorgänger um denselben Betrag verzögert wird, ein Mittel zum Addieren der sukzessiv verzögerten, extrahierten Signale und zum Erzeugen eines komplexen zusammengesetzten Signales, einen Vergleicher, der ein Mittel zum Falten des zusammengesetzten Signales mit einer zeitlich umgekehrten komplex Konjugierten des Referenzsignals enthält, und ein Mittel zum Ableiten eines Fehlerfunktionssignals, das sich auf die Unterschiede zwischen dem zusammengesetzten Signal und dem Referenzsignal bezieht, aufweist.
Alternativ kann das Mittel zum Vergleichen der extrahierten Signale mit dem Referenzsignal ein Mittel zum Verbinden der extrahierten Signale aufeinanderfolgend mit dem Vergleicher aufweisen.
Wenn die Antenne in einem Übertragungsmodus verwendet wird, kann das Mittel zum Anlegen der Ausgangssignale an die Strahlerelemente der Antenne ein Ausgangssignalverteilungsnetzwerk, das eine Mehrzahl von Gewichtungsschaltungen, die jeweils mit einem zugeordneten Strahlerelement der Antenne verbunden sind, enthält, aufweisen, und es ist ein Mittel, das auf das Fehlerfunktionssignal reagiert, zum Variieren der Wirkungen der Gewichtungsschaltungen zum Beibehalten der vorbestimmten Amplituden- und Phasenbeziehung der Ausgangssignale, die an die Strahlerelemente der Antenne angelegt werden, enthalten.
Wenn die Antenne in dem Empfangsmodus verwendet wird, kann entweder das empfangene Signal von einem Antennenelement zum Liefern eines Referenzsignals verwendet werden, oder, falls die Form des empfangenen Signals bekannt ist, wie dies zum Beispiel der Fall ist, falls das Signal ein Radiokommunikationssignal ist, das einen Referenzabschnitt enthält, kann dann der Teil des Signales lokal zum Liefern des Referenzsignals erzeugt werden.
Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Phasenarrayübertragungsantennensystems, das die Erfindung ausführt;
2 ein Diagramm eines idealisierten Vergleichsignales;
3 ein Diagramm eines idealisierten Vergleichsignales für das Antennensystem aus 1 in einem nichtausgeglichenen Zustand;
4 eine Anwendung der Erfindung auf ein zellulares Radiokommunikationssystem mit zeitverteiltem Mehrfachzugriff;
5 ein Blockschaltbild eines Phasenarrayübertragungsantennensystems nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
6 ein Blockschaltbild eines Phasenarrayempfangsantennensystems nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 1, ein Phasenarrayübertragungsantennensystem 101 besteht aus einer Mehrzahl von Strahlerelementen 102, wobei mit jedem dieser Elemente jeweils eine Strahlbildungsgewichtungsschaltung 103, ein Frequenzwandler 104, ein Leistungsverstärker 105 und ein Signalteiler 106 verbunden sind. Jede Gruppe der obigen Elemente bildet einen Zweig 107 eines Ausgangssignalverteilungsnetzwerks 108, an das ein Ausgangssignal von einem Modulator 109 angelegt wird.
Mit dem Ausgangssignalverteilungsnetzwerk 108 ist ein Stabilisierungsnetzwerk 110 verbunden, das aus einer Mehrzahl von Verzögerungsvorrichtungen 111 besteht, die so angeordnet sind, daß jede Verzögerungsvorrichtung 111 mit einem entsprechenden Signalteiler 106 verbunden ist. Die Verzögerungsvorrichtungen 111 sind mit einem Kombinierer 112, einen Frequenzwandler 113, einen Vergleicher in der Form eines digital angepaßten Filters (DMF) 114, einen Komplexfehlerberechner 115 und einen Korrekturkoeffizienzberechner 116 verbunden. Eine Referenzsignalquelle 117 ist mit dem digital angepaßten Filter 114 verbunden. Der Korrekturkoeffizientberechner 116 ist mit jeder der Gewichtungsschaltungen 103 verbunden.
Eine Sende-Empfangs-Weiche (Duplexer), die zwischen jeden Signalteiler 106 und sein zugeordnetes Strahlerelement 102 geschaltet ist, ermöglicht es diesem Ele ment, daß es in einem Empfangsmodus verwendet wird, wie später beschrieben wird.
Die in 1 gezeigte Anordnung ist insbesondere für eine Verwendung mit digitalen zellularen Radiokommunikationssystemen entworfen, und das Referenzsignal, das dem digital angepaßten Filter 114 durch die Referenzsignalquelle 117 geliefert wird, ist aus dem Abschnitt von jedem Signalbündel, das in solchen Systemen verwendet wird, das als der Midamble bekannt ist, abgeleitet.
Der Betrieb des Systems ist wie folgt:
Ein gemeinsames Ausgangssignal wird durch die Modulatorschaltung 109 erzeugt und an jede Gewichtungsschaltung 103 angelegt. Jede Gewichtungsschaltung 103 kann unabhängig von den anderen arbeiten und wirkt zum Verwirklichen der geforderten Amplitude und Phase für das Signal, das an sein zugeordnetes Antennenelement 102 zu übertragen ist. Die Signalteiler 106 extrahieren eine identische Fraktion der Signale, die an die Antennenelemente 102 durch die Ausgangsleistungsverstärker 105 angelegt werden. Die extrahierten Signale werden an die entsprechenden Verzögerungsvorrichtungen 111 angelegt. Die Verzögerungsvorrichtungen 111 sind so angeordnet, daß das n-te extrahierte Signal um n-mal den Kehrwert der Wiederholungsrate des Midambles von den Signalbündeln verzögert wird. Die verzögerten extrahierten Signale werden an den Kombinierer angelegt, der ein zusammengesetztes Signal erzeugt, welches eine Signalwellenform aufweist, die ähnliche Eigenschaften wie diejenigen in einem zeitverteilten Kommunikationskanal aufweist. Die Frequenz der extrahierten Signale wird auf einen geeigneten Wert durch den Frequenzwandler 113 reduziert und digitalisiert. Nachdem das zusammengesetzte Signal frequenzgewandelt und digitalisiert worden ist, wird es erneut heruntergewandelt zum Erzeugen eines komplexen Signales, das durch die Gleichung
dargestellt wird, wobei N die gesamte Zahl der Zweige 107 in dem digitalen Verteilungsnetzwerk 101, a_n die Amplitude des n-ten Strahlbildungsgewicht, Ø_n die Phase des n-ten Strahlbildungsgewichtes, r(t) die Einhüllende des Modulationssignals, Ø(t) die Phase des Modulationssignals und T_m der Kehrwert der Midamblewiederholungsrate ist.
Der digital angepaßte Filter 114 ist im wesentlichen ein Filter mit komplexer, finiter Impulsantwort, der M Abgriffe aufweist, wobei M gleich der Anzahl der komplexen Korrelationsbits in dem Modulationsbereich ist und die Gewichtung jedes Abgriffs durch die zeitlich umgekehrte komplex Konjugierte der übertragenen Modulationsbereichsmidamble bestimmt wird. Das Ausgangssignal aus dem digital angepaßten Filter 114 ist gegeben durch die Gleichung:
wobei z(t) ~ ein zweites zeitbezogenes komplexes Signal ist, ⊗ eine Faltung bezeichnet und die anderen Symbole dieselbe Bedeutung wie in Gleichung (1) haben.
Die Ausgangssignalfunktion von dem digital angepaßten Filter 114 weist N Korrelationsspitzen auf, eine für jeden Zweig 107 des Signalverteilungsnetzwerkes 108, getrennt durch ein Intervall von nTm.
Falls die Funktion z(t) ~, die an den Komplexfehlerberechner 115 angelegt wird, auf M normiert wird, ist seine Ausgabe geben durch eine Fehlerfunktion
wobei z'(n ~T_m) die modifizierte Korrelationsspitze ist, die den komplexen Fehler enthält, der in dem n-ten Zweig 107 des Signalverteilungsnetzwerkes 108 erzeugt wird.
Die Fehlerfunktion ∊ (n ~T_m) wird an den Koeffizientenberechner 116 angelegt, der Werte der Gewichtungsfunktion erzeugt, um so geeignete Werte von an und ϕn zu erzeugen, um den Ausgleich zwischen den Zweigen 107 des Verteilungsnetzwerkes 108 zu erhalten.
Die Trennung jedes Verzögerungselementes muß mindestens die Dauer der Midambleperiode sein, um so die Amplitude und Phase der Signale, die sich auf alle N Zweige 107 des Signalverteilungsnetzwerkes 108 beziehen, an dem Ausgang aus dem digital angepaßten Filter 114 aufzulösen. Falls dieses nicht so wäre, träte eine Interferenz zwischen den entsprechenden Korrelationsfunktionen auf.
2 zeigt die Form des komplexen Ausgangssignales aus dem digital angepaßten Filter 114 für den Fall, in dem die Zweige 107 des Signalverteilungsnetzwerkes 108 perfekt angepaßt sind. Die unterschiedlichen Größen der Korrelationsspitzen reflektieren die Tatsache, daß es inhärente Unterschiede in den Komponenten gibt, die die Elemente 103, 104, 105 und 106 der Zweige 107 des Signalverteilungsnetzwerkes 108 bilden.
Wenn ein Amplituden- und Phasenfehler in dem n-ten Zweig 107 des Signalverteilungsnetzwerkes relativ zu der ursprünglichen Bedingung, die in 2 gezeigt ist, auftritt, wird sich seine zugeordnete Korrelationsfunktion entsprechend modifizieren. 3 zeigt im Wege des Beispiels die Situation, wenn ein Fehler in dem Zweig 2 des Signalverteilungsnetzwerkes 108 aufgetreten ist. Die Änderungen sind durch die gestrichelten Linien gezeigt.
Falls das zellulare Radiokommunikationssystem, auf das die Erfindung angewendet worden ist, ein System mit zeitlich verteiltem Mehrfachzugriff (TDMA) ist, wie dasjenige, das durch die Bezeichnung GSM bekannt ist, wird jeder Zeitkanal (Zeitschlitz) seine zugeordneten Strahlbildungsgewichtungskoeffizienten aufweisen, und modifizierte Gewichtungskoeffizienten, die in einem Zeitrahmen berechnet worden sind, müssen gespeichert werden, bis der entsprechende bzw. passende Zeitkanal in dem nächsten Zeitrahmen auftritt. Dieses ist in 4 dargestellt, die das Gewinnen von N Korrelationskoeffizienten für Zeitkanal 0 in Rahmen 1 und das Anwenden der modifizierten Strahlbildungskoeffizienten während der Randperiode (guard period) vor Zeitkanal 0 in Rahmen 2 zeigt.
5 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungform der Erfindung. In 5 haben diejenigen Komponenten der Ausführungsform, die gegenüber der ersten Ausführungsform unverändert sind, dieselben Bezugszeichen.
Unter Bezugnahme auf 5, die Verzögerungsvorrichtungen 111 und der Kombinierer 112 sind durch einen Mehrfachschalter 501 ersetzt, der jedes extrahierte Signal sequentiell mit dem Frequenzumwandler 113 verbindet. Der Rest des Systems arbeitet wie zuvor.
6 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung, wenn diese auf ein Phasenarrayantennensystem angewendet wird, daß in einem Empfangsmodus verwendet wird. Erneut weisen diejenigen Komponenten, die sowohl dem Übertragungs- als auch dem Empfangssystem gemeinsam sind, diesselben Bezugszeichen auf. Unter Bezugnahme auf 6, es ist die Empfangsseite eines Transceivers (Sende- und Empfangseinrichtung) gezeigt, der die Erfindung ausführt. Ein Netzwerk 601 von N Radioempfängern 602 entspricht den Zweigen 107 des Signalverteilungsnetzwerkes 108 der Übertragungsseite des Antennensystems. Jeder der Empfänger 602 ist mit einer Strahlgewichtungsschaltung 603 verbunden, wie zuvor. Ein Stabilisierungsnetzwerk 604, das das Stabilisierungsnetzwerk 110 des Senders widerspiegelt, ist mit den Antennenelementen 102 über Signalteilerschaltungen 605 verbunden. Wie zuvor weist das Stabilisierungsnetzwerk 604 N Verzögerungsvorrichtungen 606 auf, die mit einem Kombinierer 607, einem Frequenzumwandler 608, einem digital angepaßten Filter (DMF) 609, an den das Midamble des empfangenen Signals angelegt wird, und einen Komplexfehlerberechner 610, der in diesem Fall einen Korrekturkoeffizientenberechner enthält, der dem Korrekturkoeffizientenberechner 116 äquivalent ist, verbunden sind.
Der Betrieb des Stabilisierungsnetzwerkes 604 ist analog zu demjenigen der Übertragungsseite der Antenne. Ein Anteil jedes der empfangenen Signale wird durch die Signalteiler 605 extrahiert und an eine entsprechende Verzögerungsvorrichtung 606 und daher an den Kombinierer 607 angelegt. Wie zuvor wird das zusammengesetzte Signal frequenzgewandelt, digitalisiert und an den digital angepaßten Filter 609 angelegt, an den ebenfalls ein Referenzsignal (im Fall eines digitalen GSM Radiokommunikationssystems der Midamble von einem Signalbündel) angelegt wird. Wie in dem Übertragungsfall erzeugt der digital angepaßte Filter 609 ein komplexes Ausgangssignal, welches Korrelationsspitzen aufweist, die entsprechend den Amplituden und Phasen der Signale von jedem der Antennenelemente 102 entsprechen. Das komplexe Ausgangssignal von dem digital angepaßten Filter 609 wird als ein Referenzsignal an den Komplexfehlerfunktionsberechner 610 angelegt. An den Komplexfehlerfunktionsberechner 610 wird ebenfalls ein Ausschnitt der entsprechenden Ausgabesignale von den Empfängern 602 in dem Netzwerk 601 angelegt. Die Amplituden und Phasen dieser Signale werden mit den entsprechenden Spitzen in dem Ausgangssignal von dem digital angepaßten Filter 609 verglichen, Korrekturkoeffizientensignale werden erzeugt und an die Gewichtungsschaltungen 603 angelegt. Die letztendlichen Ausgangssignale werden kombiniert und an eine Demodulatorschaltung 611 angelegt. Duplexschalter (Sende-Empfangs- Schaltweichen) 612 verbinden die Antennenelemente mit dem sendeseitigen oder empfangsseitigen Netzwerk, wie es passend ist.
Wie zuvor, die Verzögerungsvorrichtungen 606 und der Kombinierer 607 können durch einen sequentiellen Schalter ersetzt werden, der jede Teilerschaltung 605 und daher ihr extrahiertes Signal mit dem Frequenzumwandler 608 direkt verbindet.

Claims

Verfahren zur Stabilisierung der Amplitude und relativen Phasen der Signale in jedem Zweig eines Phasenarrayantennensystems, das die Schritte des Überwachens der Amplituden und Phasen von Signalen, die an die Elemente der Antenne angelegt werden oder von diesen erzeugt werden, durch Extrahieren eines Anteils jedes der Signale, die extrahierte Signale bilden, des Detektierens von Abweichungen von einem Referenzwert der Amplituden und Phasen der Signale mit den Schritten Vergleichen der extrahierten Signale mit einem Referenzsignal durch Verzögern jedes extrahierten Signales um einen vorbestimmten Betrag bezüglich seines Vorgängers, Addieren der verzögerten extrahierten Signale zum Erzeugen eines komplexen zusammengesetzten Signales und Falten des Signales mit einer zeitlich umgekehrten komplex Konjugierten des Referenzsignales und Ableiten einer Fehlerfunktion, die sich auf die Abweichungen der Werte der Amplitude und der Phase der extrahierten Signale von Werten derselben Parameter, die sich auf das Referenzsignal beziehen, bezieht, des Ableitens von Korrektursignalen, die sich darauf beziehen, des Verwendens der Korrektursignale zur Variation der Wirkung eines Signalbehandlungsnetzwerkes, das mit den Elementen der Antenne verbunden ist, zum Zurückführen der Amplituden und Phasen der Signale, die an die Elemente angelegt werden oder von diesen erzeugt werden, auf den Referenzwert, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Vergleichens der extrahierten Signale mit dem Referenzsignal die Schritte des sequentiellen Vergleichens jedes extrahierten Signales mit der zeitlich umgekehrten komplex Konjugierten des Referenzsignales umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Antenne einen Teil eines Senders bildet und das Referenzsignal aus dem Ausgangssignal, das an die Antenne zu übertragen ist, abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schritt des Ableitens von Korrekturkoeffizienten von der Fehlerfunktion und des Anlegens der Korrekturkoeffizienten entsprechend an Gewichtungsschaltungen, die zum Steuern der Amplitude und Phase der Ausgangssignale, die an ein zugeordnetes Strahlerelement der Antenne angelegt werden, angepaßt sind, enthalten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Antenne einen Teil eines zellularen Radiokommunikationssystemes mit zeitgeteiltem Mehrfachzugriff bildet und das Referenzsignal der Midamble von Signalbündeln, die durch einen mit der Antenne verbundenen Sender erzeugt werden, ist, wobei das Ausgangssignal in der Form von Zeitrahmen ist, in denen Signalübertragungsperioden durch Randperioden getrennt sind und Korrekturkoeffizienten, die sich auf gegebene Signalübertragungsperioden beziehen, während eines Zeitrahmens berechnet, gespeichert und an die Gewichtungsschaltungen während der Randperiode, die derselben Übertragungsperiode in dem nächsten Zeitrahmen vorhergeht, angelegt werden.
Vorrichtung zum Stabilisieren der Amplitude und relativen Phasen der Signale in jedem Zweig einer Phasenarrayempfangsantenne, mit einer Mehrzahl von Empfängern (602), wobei jeder Empfänger mit einem Element (102) der Antenne verbunden ist, einem Mittel (605) zum Extrahieren eines Anteils jedes der Eingangssignale, die durch die Elemente der Antenne vor der Verarbeitung durch die Empfänger und mit einem eine Mehrzahl von Gewichtungsschaltungen umfassenden Gewichtungsschaltkreis erzeugt werden, wobei jede Gewichtungsschaltung einem separaten Element der Antenne zugeordnet ist, einem Mittel (604) zum Vergleichen der extrahierten Signale mit einem Referenzsignal und zum Erzeugen eines Fehlerfunktionssignales, das sich auf die Unterschiede zwischen den extrahierten Signalen und dem Referenzsignal bezieht, das eine Mehrzahl von Verzögerungsvorrichtungen (606), die so angeordnet sind, daß jedes extrahierte Signal um denselben Betrag relativ zu seinem Vorgänger verzögert wird, ein Mittel (607) zum Addieren der sukzessiv verzögerten extrahierten Signale und zum Erzeugen eines komplexen zusammengesetzten Signales, das sich darauf bezieht, und einen Vergleicher (609), an den das komplex zusammengesetzte Signal und das Referenzsignal angelegt werden, aufweist, einem Mittel (603), das auf das Fehlerfunktionssignal reagiert, zum Wirken auf die Ausgangssignale von den Empfängern zum Ausgleichen der Amplituden und Phasen der Ausgangssignale von den Empfängern, und einem Mittel (611) zum Kombinieren der ausgeglichenen Signale von den Empfängern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei der das Referenzsignal und das Signal oder die Signale, die mit ihnen zu vergleichen sind digitale Signale sind, und der Vergleicher einen digital angepassten Filter (609) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der das Mittel zum Vergleichen der extrahierten Signale mit dem Referenzsignal einen Schalter aufweist, der dazu angepaßt ist, sukzessiv die extrahierten Signale mit einem Vergleicher zu verbinden, an dem das Referenzsignal angelegt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der das Referenzsignal eine zeitlich umgekehrte komplex Konjugierte von mindestens einem Abschnitt des Signales, das durch die Antenne zu empfangen ist, ist und der Vergleicher zum Falten des zusammengesetzten Signales mit dem Referenzsignal angepaßt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der das Referenzsignal eine zeitlich umgekehrte komplex Konjugierte von mindestens einem Abschnitt des Signals, das durch die Antenne zu übertragen ist, ist und der Vergleicher zum Falten jedes extrahierten Signales direkt mit dem Referenzsignal angepaßt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, die in einem zellularen Radiokommunikationssystem mit einem zeitverteilten Mehrfachzugriff enthalten ist, in dem Signale in der Form von Signalbündeln, die durch Randperioden getrennt sind, sind, wobei jedes Signalbündel ein Midamblereferenzsignal enthält und der digital angepaßte Filter als ein Filter mit finiter Impulsantwort arbeitet, der eine Anzahl von Abgriffen aufweist, die gleich der Anzahl der komplexen Korrelationsbits in jedem Signalbündel ist, und bei dem die Abgriffe Gewichtungen aufweisen, die von der zeitlich umgekehrten komplex Konjugierten des Midambles der Signalbündel abgeleitet werden.