DE102005058644B4

DE102005058644B4 - Smart-Antennenanlage mit erhöter Betriebsgeschwindigkeit und komplexe Smart-Antennenanlage unter Verwendung der Smart-Antennenanlage

Info

Publication number: DE102005058644B4
Application number: DE102005058644A
Authority: DE
Inventors: Dou Yuanzhu
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2025-12-09
Also published as: DE102005058644A1; US20060126571A1; US7440739B2; JP2006173920A

Abstract

Smart-Antennenanlage, umfassend:
eine erste und eine zweite Wichtungseinheit (1, 2), die entsprechend zwei voneinander beabstandeten Antennen vorgesehen sind, um von den Antennen her eingegebene Empfangssignale zu Wichten;
eine Betriebseinheit (14), die ein Verhältnis eines Gewichts der zweiten Wichtungseinheit (2) zu einem Gewicht der ersten Wichtungseinheit (1) bildet, wobei die Betriebseinheit (14) enthält:
eine erste Dividierschaltung (14a), die ein Verhältnis des Betrags einer von der zweiten Wichtungseinheit ausgegebenen Signalkomponente zu dem Betrag einer von der ersten Wichtungseinheit (1) ausgegebenen Signalkomponente ermittelt;
eine zweite Dividierschaltung (14b), die ein Verhältnis eines Betrags einer von der ersten Wichtungseinheit (1) ausgegebenen Rauschkomponente zu dem Betrag einer von der zweiten Wichtungseinheit (2) ausgegebenen Rauschkomponente bildet;
eine Quadrierschaltung (14c), die einen Ausgangswert der zweiten Dividierschaltung quadriert; und
eine Multiplizierschaltung (14d), die einen Ausgangswert der ersten Dividierschaltung mit einem Ausgangswert der Quadrierschaltung (14c) multipliziert,
wobei die...

Description

Die Erfindung betrifft eine Smart-Antennenanlage mit verbesserter Empfangsqualität, erzielt durch Einstellen einer Phasenverschiebung für Signale, die in mehreren Antennen empfangen wurden und durch Wichten der Signale, außerdem betrifft die Erfindung eine komplexe Smart-Antennenanlage unter Verwendung einer Mehrzahl von Smart-Antennenanlagen.
Die Technik der Smart-Antennen (in einigen Fällen auch als adaptive Antennen bezeichnet) ist eine Technik zum Einstellen der Phasenverschiebung für in mehreren Antennen empfangene Signale und zum Wichten der Signale mit dem Zweck, den Rauschabstand (S/N-Verhältnis) zu maximieren, nachdem die Signale zusammenaddiert wurden. 7 zeigt einen grundlegenden Aufbau einer adaptiven Antennenanlage unter Einsatz einer derartigen Technik.
In 7 erkennt man Antennenelemente A1 bis Ak, Analog/Digital-Wandler B1 bis Bk zum Durchführen einer Analog/Digital-Umwandlung von Signalen, die in den Antennenelementen A1 bis Ak empfangen wurden, Bezugszei chen C1 bis Ck bezeichnen einen Wichtungs- oder Gewichtsteil zum Multiplizieren der Signale X(n), die von den A/D-Wandlern B1 bis Bk in digitale Signale umgewandelt wurden, mit zugehörigen Gewichten W1 bis Wk, Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Addierer zum Aufaddieren der Produkte aus den Wichtungsteilen C1 bis Ck zu einem Ausgangssignal Y(n), und Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Signalverarbeitungsteil, der eine Bewertungsfunktion gewinnt zum Bewerten der Amplitudenverzerrung der empfangenen Signale X(n) aus dem Ausgangssignal Y(n) am Ausgang des Addierers 1 und dessen Hüllkurvenwert s, um die Gewichte W(n) der Antennenelemente A1 und Ak auf der Grundlage der Bewertungsfunktion Q(n) zu aktualisieren.
Als erstes werden das Ausgangssignal Y(n) aus dem Addierer 1 und der Hüllkurvenwert s in die Berechnungsgleichung Q(n) = (||Y(n)|p – sp|q) (wobei p und q ganze Zahlen 1 oder 2 sind) eingegeben, um die Bewertungsfunktion Q(n) zum Bewerten der Verzerrung der Amplituden der empfangenen Signale X(n) zu erhalten.
Nach dem Ermitteln der Bewertungsfunktion Q(n) aktualisiert der Signalverarbeitungsteil 2 die Gewichte W(n) der empfangenen Signale X(n) auf der Grundlage der Bewertung Q(n), um die Verzerrung der empfangenen Signale X(n) zu minimieren. Insbesondere wird die Bewertungsfunktion Q(n) partiell differenziert nach dem W(n), und das nächste Gewicht W(n + 1) wird unter Verwendung eines Ergebnisses der partiellen Differenzierung ∇wQ(n) entsprechend folgender Gleichung ermittelt: W(n + 1) = W(n) + μ·∇wQ(n)
Dabei ist μ eine Schrittweite (die Schrittweite der Bewertung). Das Gewicht W(n) ist ein Vektor von den Gewichten W1 bis Wk zur Zeit n und besitzt normierte natürliche Zahlen im Anfangsstadium, die derart eingestellt werden, dass W1 = 1, W2 = 0, W3 = 0, ..., Wk = 0.
Dann Wichten die Wichtungsteile C1 bis Ck die empfangene Signale X(n) unter Verwendung des ermittelten Gewichts W(n + 1), um die Amplitudenverzerrung der empfangene Signale X(n) zu minimieren. Wenn außerdem eine Störungswelle geringer Leistung von einer Signalwelle abgeleitet wird, wird die Störungswelle unterdrückt (siehe beispielsweise JP-A-11-284423 (5)).
In der herkömmlichen Signalempfangseinheit wird das Gewicht W(n) zum Minimieren der Amplitudenverzerrung der empfangenen Signale X(n) allmählich aktualisiert, allerdings wird ein Gewicht W(1) in der Anfangsstufe als normierte ganze Zahl eingesetzt, sodass das Problem entsteht, dass es lange Zeit braucht, um optimale Gewichte W(n) zu gewinnen. Da außerdem ein Wichtungsvorgang nach digitaler Umwandlung erfolgt, ergibt sich das Problem, dass mehr Verarbeitungszeit erforderlich ist.
In Brennan, D. G.: ”Linear Diversity Combining Techniques”, in: Proceedings of the IEEE, vol. 91, No. 2, February 2003, Seiten 331–356 wird eine Analyse von drei Typen von Diversity-Kombinationssystemen im praktischen Gebrauch beschrieben, wobei einer dieser drei Typen ein Diversity-System repräsentiert, das mit einem Ausgangssignal ein maximales Signal-Rausch-Verhältnis bereitstellt. Gemäß einer Ausführungsform eines solchen Diversity-Systems mit Maximal-Verhältnis (”Maximal-Ratio Diversity”) weist eine erste und eine zweite Verstärkungs- beziehungsweise Wichtungseinheit auf, die entsprechend zwei Antennen vorgesehen sind, um von den Antennen her eingegebene Empfangssignale zu verstärken beziehungsweise zu Wichten. Weiterhin ist eine Addiereinheit vorgesehen, die ein von der ersten Verstärkungseinheit ausgegebenes Signal und ein von der zweiten Verstärkungseinheit ausgegebenes Signal addiert. Die Verstärkungsfaktoren für jede der Verstärkereinheiten wird dabei nach der Gleichung (14) berechnet. In einer anderen Ausführungsform wäre die Hinzufügung eines Phasen-Steuerkreises notwendig.
In US 4,298,873 A wird ein Antennen-System beschrieben, bei dem mehrere Antennen in einer Anlage kaskaden-pyramidenartig kombiniert werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung ist dazu ausgelegt, die obigen Probleme zu lösen, und es ist ein Ziel der Erfindung, die Betriebsgeschwindigkeit zu steigern durch einfaches Ausführen einer optimalen Wichtungsoperation für zwei Signale mit einer Analogschaltung.
Um das obige Ziel zu erreichen, enthält erfindungsgemäß eine Smart-Antennenanlage: eine erste und eine zweite Wichtungseinheit, die so vorgesehen sind, dass sie zwei voneinander beabstandeten Antennen entsprechen, sodass sie von den Antennen eingehende Empfangssignale Wichten; eine Betriebseinheit, die ein Verhältnis eines Gewichts der zweiten Wichtungseinheit zu einem Gewicht der ersten Gewichtseinheit ermittelt; eine Addiereinheit, die ein von der ersten Wichtungseinheit ausgegebenes Signal und ein von er zweiten Wichtungseinheit ausgegebenes Signal addiert; und eine Phasenschiebereinheit, die die Phasen der beiden Signale einander angleicht. Wenn der Betrag einer Signalkomponente und der Betrag einer Rauschkomponente des in die erste Wichtungseinheit eingegebenen Signals S₁ bzw. N₁ sind und der Betrag einer Signalkomponente und der Betrag einer Rauschkomponente des in die zweite Wichtungseinheit eingegebenen Signals mit S₂ und N₂ bezeichnet werden, so lautet das Wichtungsverhältnis (S₂/S₁) × (N₁/N₂)².
In der erfindungsgemäßen Smart-Antennenanlage enthält die Betriebseinheit: eine erste Divisions schaltung, die ein Verhältnis des Betrags einer von der zweiten Wichtungseinheit ausgegebenen Signalkomponente zu dem Betrag einer von der ersten Wichtungseinheit ausgegebenen Signalkomponente ermittelt; eine zweite Divisionsschaltung, die ein Verhältnis des Betrags einer von der ersten Wichtungseinheit ausgegebenen Rauschkomponente zu dem Betrag einer von der zweiten Wichtungseinheit ausgegebenen Rauschkomponente ermittelt; eine Quadrierschaltung, die einen Ausgangswert der zweiten Divisionsschaltung quadriert; und eine Multiplizierschaltung, die einen Ausgangswert der ersten Divisionsschaltung mit einem Ausgangswert der Quadrierschaltung multipliziert.
Vorzugsweise enthält die Smart-Antennenanlage gemäß der Erfindung außerdem: eine erste Separiereinheit, die die von der ersten Wichtungseinheit ausgegebene Signalkomponente von der von der ersten Wichtungseinheit ausgegebenen Rauschkomponente trennt; und eine zweite Separiereinheit, die die von der zweiten Wichtungseinheit ausgegebenen Signalkomponente von der von der zweiten Wichtungseinheit ausgegebenen Rauschkomponente trennt. Die getrennten Signalkomponenten werden in die erste Divisionsschaltung eingegeben, und die getrennten Rauschkomponenten werden in die zweite Divisionsschaltung eingegeben.
Außerdem setzt sich innerhalb der erfindungsgemäßen Smart-Antennenanlage vorzugsweise sowohl die erste als auch die zweite Separiereinheit zusammen aus einem ersten Bandpassfilter und einem zweiten Bandpassfilter, von denen das erste Bandpassfilter Signale in einem Band der Empfangssignale durchlässt und das zweite Bandpassfilter Signale außerhalb des Bandes der Empfangssignale durchlässt.
Darüber hinaus enthält die Smart-Antennenanlage gemäß der Erfindung außerdem eine Gewichtseinstelleinheit, die Gewichte für die erste und die zweite Wichtungseinheit einstellt. Ein das Wichtungsverhältnis repräsentierendes Signal wird in die Gewichtseinstelleinheit eingegeben.
In der Smart-Antennenanlage gemäß der Erfindung setzt sich vorzugsweise sowohl die erste als auch die zweite Wichtungseinheit zusammen aus einem Verstärker variabler Verstärkung, und die Gewichtseinstelleinheit setzt sich aus einem Differenzverstärker zusammen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine komplexe Smart Antennenanlage 2^N – 1 (mit N als positiver ganzer Zahl von 2 oder mehr) oben beschriebene Smart-Antennenanlagen. Ausgangsports der beiden Frontstufen-Smart-Antennenanlagen sind mit Eingangsports der Smart-Antennenanlage der hinteren Stufe in Kaskaden-Pyramidenform verbunden, wobei die Anzahl der Eingangsports 2^N und die Anzahl der Ausgangsports 1 beträgt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht, die den grundlegenden Aufbau einer erfindungsgemäßen Smart-Antennenanlage veranschaulicht;
2 ist eine Schaltungsskizze des Gesamtaufbaus einer erfindungsgemäßen Smart-Antennenanlage;
3 ist eine Ansicht des Aufbaus einer Betriebseinheit, die in der erfindungsgemäßen Smart-Antennenanlage eingesetzt wird;
4 ist eine Schaltungsskizze eines Beispiels einer Gewichtsverteilungseinheit, die in der erfindungsgemäßen Smart-Antennenanlage verwendet wird;
5 ist eine Ansicht eines Beispiels einer komplexen Smart-Antennenanlage gemäß der Erfindung;
6 ist eine Ansicht eines weiteren Beispiels der erfindungsgemäßen komplexen Smart-Antennenanlage; und
7 ist eine Ansicht einer herkömmlichen adaptiven Antennenanlage.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Im Folgenden wird ein Grundaufbau einer Smart-Antennenanlage gemäß der Erfindung sowie ein theoretisches Verfahren zum Konfigurieren der Smart-Antennenanlage an Hand der 1 erläutert.
Ein in einer ersten (nicht gezeigten) Antenne empfangenes Empfangssignal P₁ wird in eine erste Wichtungseinheit 1 eingegeben. Außerdem wird ein in einer zweiten (nicht gezeigten) Antenne, die beabstandet von der ersten Antenne angeordnet ist, empfangenes Empfangssignal P₂ in eine zweite Wichtungseinheit 2 eingegeben. Die erste Wichtungseinheit 1 und die zweite Wichtungseinheit 2 bestehen jeweils beispielsweise aus einem Verstärker variabler Verstärkung oder einem veränderlichen Dämpfungsglied, um die Empfangssignale P₁ und P₂ auf der Grundlage der Verstärkung bzw. des Dämpfungsmaßes zu Wichten. Die Empfangssignale P₁ und P₂ haben gleiche Frequenz.
Das eine Signal P₁ der gewichteten Empfangssignale wird direkt in eine Addiereinheit 4 eingegeben, und das andere Signal P₂ der gewichteten Empfangssignale wird über eine Phasenschiebeeinheit 3 in die Addiereinheit 4 eingegeben. Die Empfangssignale P₁ und Per die in die Addiereinheit 4 eingegeben werden, besitzen gleiche Phase.
Wie in 1 gezeigt ist, wird hier angenommen, dass der Betrag einer Signalkomponente und der Betrag eines Rauschanteils des Empfangssignals P₁, welches in die erste Wichtungseinheit 1 eingegeben wird, wird mit S₁ bzw. N₁ bezeichnet werden, während der Betrag einer Signalkomponente und der Betrag einer Rauschkomponente des in die zweite Wichtungseinheit 2 eingegebenen Empfangssignals P₂ mit S₂ bzw. N₂ bezeichnet sind. Darüber hinaus wird angenommen, dass das Gewicht für die erste Wichtungseinheit 1 W₁ beträgt, während das Gewicht für die zweite Wichtungseinheit 2 W₂ beträgt, und der Betrag einer Signalkomponente und der Betrag einer Rauschkomponente eines Signals P₀ nach der Addition durch die Addiereinheit 4 (als Additionssignal bezeichnet) mit S₀ bzw. N₀ bezeichnet sind.
Die Signalkomponente S₀ und die Rauschkomponente N₀ hängen ab von W₁ bzw. W₂, und die Signalkomponente S₀ wird unter der Bedingung gleicher Phase gemäß folgender Gleichung 1 ausgedrückt. Die Rauschkomponente N₀ besitzt keine Phasenkorrelation und entspricht daher dem zeitlichen Mittelwert in Form einer Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate, ausgedrückt durch die folgende Gleichung 2: S0 = S1 × W1 + S2 × W2 Gleichung 1
Unter der Annahme, dass ein Verhältnis des Gewichts W₂ zu dem Gewicht W₁(W₂/W₁) a beträgt, so wird der Rauschabstand (S₀/N₀) des Additionssignals P₀ gemäß folgender Gleichung 3 ausgedrückt:
Eine Bedingung zum Maximieren von S₀/N₀ auf der linken Seite der Gleichung 3 lässt sich erhalten, wenn man die rechte Seite der Gleichung 2 differenziert nach dem Verhältnis a und ein Ergebnis der Ableitung gleich Null setzt. Als Ergebnis wird das Verhältnis ausgedrückt durch folgende Gleichung 4, und der Maximalwert von S₀/N₀, nämlich (S₀/N₀)_Max drückt sich durch folgende Gleichung (5) aus:
2 ist eine detaillierte Schaltungsskizze der in 1 gezeigten Smart-Antennenanlage. Eine Gewichtseinstelleinheit 5 liefert die Gewichte W₁ und W₂ an die erste Wichtungseinheit 1, in die das Empfangssignal P₁ eingegeben wird, und die zweite Wichtungseinheit 2, in die das Empfangssignal P₂ eingegeben wird. Insbesondere bestehen die erste und die zweit Wichtungseinheit 1 und 2 aus einem Verstärker variabler Verstärkung oder einem veränderlichen Dämpfungsglied, und die Gewichtseinstelleinheit 5 besteht aus einem Differenzverstärker.
Das mit dem Gewicht W₁ von der Wichtungseinheit gewichtete Empfangssignal P₁ wird in eine erste Separiereinheit 6 eingegeben, die in der nächsten Stufe vorgesehen ist. Das von der zweiten Wichtungseinheit 2 mit dem Gewicht W₂ gewichtete Empfangssignal P₂ wird durch eine Phasenschiebeeinheit 3 in der nächsten Stufe in eine zweite Separiereinheit 7 eingegeben. Die erste Separiereinheit 6 und die zweite Separiereinheit 7 trennen und extrahieren Signal- und Rauschkomponenten, die in den Empfangssignalen P₁ bzw. P₂ enthalten sind. Die erste Separiereinheit 6 enthält ein erstes Bandpassfilter 6a und ein dazu parallel geschaltetes zweites Bandpassfilter 6b, und die zweite Separiereinheit 7 enthält ein drittes Bandpassfilter 7a und ein dazu parallel geschaltetes viertes Bandpassfilter 7b.
Das erste Bandpassfilter 6a und das dritte Bandpassfilter 7a haben den gleichen Aufbau und haben ein Durchlassband für die Empfangssignale P₁ bzw. P₂. In ähnlicher Weise haben das zweite Bandpassfilter 6b und das vierte Bandpassfilter 7b den gleichen Aufbau und lassen Signale außerhalb des Bands der Empfangssignale P₁ und P₂ durch. Das erste und das dritte Bandpassfilter 6a und 7a besitzen gleiche Durchlassbandbreite, genauso wie das zweite und das vierte Bandpassfilter 6b und 7b.
Eine Signalkomponente S₁ × W₁ in dem Empfangssignal P₁, gewichtet mit dem Gewicht W₁, wird von dem ersten Bandpassfilter 6a ausgegeben, und eine Rauschkomponente N₁ × W₁ in dem mit dem Gewicht W₁ gewichteten Empfangssignal P₁ wird von dem zweiten Bandpassfilter 6b ausgeben. In ähnlicher Weise wird eine in dem mit dem Gewicht W₂ gewichteten Empfangssignal P₂ enthaltene Signalkomponente S₂ × W₂ von dem dritten Bandpassfilter 7a ausgegeben, und eine Rauschkomponente N₂ × W₂, die in dem mit dem Gewicht W₂ gewichteten Empfangssignal P₂ enthalten ist, wird von dem vierten Bandpassfilter 7b ausgegeben. Da die Rauschkomponenten N₁ × W₁ und N₂ × W₂ bezüglich einer Frequenzachse gleichmäßig verteilt sind und es deshalb schwierig ist, Rauschkomponenten in dem Band der Empfangssignale zu extrahieren, werden Rauschkomponenten außerhalb des Bandes der Empfangssignale extrahiert, wobei es sich angenommenerweise um in den Empfangssignalen enthaltene Rauschkomponenten N₁ × W₁ bzw. N₂ × W₂ handelt.
Die Signalkomponente S₁ × W₁, die von dem ersten Bandpassfilter 6a ausgegeben wird, wird an einen Verteiler 8 verteilt, und ein Teil der Signalkomponente S₁ × W₂ wird von einem Detektor 9 detektiert, um an eine Betriebseinheit 14 gegeben zu werden. In ähnlicher Weise wird die von dem dritten Bandpassfilter 7a ausgegebene Signalkomponente S₂ × W₂ an einen Verteiler 10 verteilt, und ein Teil der Signalkomponente S₂ × W₂ wird von einem Detektor 11 detektiert und an die Betriebseinheit 14 gegeben. Darüber hinaus werden die Rauschkomponente N₁ × W₁, die von dem zweiten Bandpassfilter 6b ausgegeben wird, und die Rauschkomponente N₂ × W₂, die von dem vierten Bandpassfilter 7b ausgegeben wird, von Detektoren 12 bzw. 13 detektiert und dann an die Betriebseinheit 14 gegeben.
Wie in 3 gezeigt ist, setzt sich die Betriebseinheit 4 zusammen aus einer ersten Teiler- oder Dividierschaltung 14a, einer zweiten Dividierschaltung 14b, einer Quadrierschaltung 14c und einer Multiplizierschaltung 14d. Die beiden Signalkomponenten S₁ × W₁ und S₂ × W₂ werden von der ersten Dividierschaltung 14a verarbeitet zu (S₂ × W₂)/(S₁ × W₁). Zwei Rauschkomponenten N₁ × W₁ und N₂ × W₂ werden von der zweiten Dividierschaltung 14b verarbeitet zu (N₁ × W₁)/(N₂ × W₂). Das Ergebnis der Operation, welches von der zweiten Dividierschaltung 14b ausgegeben wird und von der Quadrierschaltung 14c bearbeitet wird, liefert {(N₁ × W₁)/(N₂ × W₂)}². {(S₂ × W₂)/(S₁ × W₁)} × {(N₁ × W₁)/(N₂ × W₂)}² wird durch die Multiplizierschaltung 14d gewonnen. Im Ergebnis erhält man (S₂ × S₁) × (N₁/N₂)². Es ist dies das durch die Gleichung 4 beschriebene Gewichtsverhältnis.
Es ist im Stand der Technik bekannt, dass die erste Dividierschaltung 14a, die zweite Dividierschaltung 14b, die Quadrierschaltung 14c und die Multiplizierschaltung 14d, welche die Betriebseinheit 14 bilden, durch Opera tionsverstärker oder dergleichen realisierbar sind, sodass hier auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet werden kann.
Ein Signal (eine Spannung), die für das Gewichtsverhältnis a steht, welches von der Operationseinheit 14 erhalten wird, wird an die Gewichtseinstelleinheit 5 gegeben, die die Gewichte einstellt. Eine detailliert Konfiguration der Gewichteinstelleinheit 5 ist im Verein mit der ersten und der zweiten Wichtungseinheit 1 und 2 in 4 dargestellt. Die Gewichtseinstelleinheit 5 nach 4 wird gebildet durch einen zwei Transistoren 5a und 5b aufweisenden Differenzverstärker. Emitter der Transistoren sind über einen Widerstand 5c zusammengeschaltet und auf Masse gelegt. Den Kollektoren der Transistoren wird über Lastwiderstände 5d und 5e Leistung zugeführt, und das das Gewichtsverhältnis a repräsentierende Signal wird in die Basis des Transistors 5a eingegeben.
Die erste und die zweite Wichtungseinheit 1 und 2 werden gebildet durch FETs (Feldeffekttransistoren), um ein Beispiel zu geben. Die Empfangssignale P₁ und P₂ werden in erste Gates G1 der FETs eingegeben, ein zweites Gate G2 der ersten Wichtungseinheit 1 ist mit dem Kollektor des Transistors 5a verbunden, und ein zweites Gate G2 der zweiten Wichtungseinheit 2 ist mit dem Kollektor des Transistors 5b verbunden. Sources S der FETs sind auf Masse gelegt, und ein gewichtetes Signal (das heißt, ein in der Verstärkung gesteuertes Signal) wird von den Drains D der FETs ausgegeben.
Wenn bei diesem Aufbau das Gewichtsverhältnis a groß wird, fällt die Kollektorspannung des Transistors 5a, und die Kollektorspannung des Transistors 5b steigt an. Im Ergebnis wird die Verstärkung der ersten Wichtungseinheit 1 groß und die der zweiten Wichtungseinheit 2 klein.
Die Signalkomponente S₁ × W₁, die von dem Verteiler 8 ausgegeben wird, wird über einen Verteiler 15 an die Phasendifferenz-Detektoreinheit 17 und die Addiereinheit 4 gegeben. In ähnlicher Weise wird die von dem Verteiler 12 ausgegebene Signalkomponente S₂ × W₂ ebenfalls über einen Verteiler 16 an die Phasendifferenz-Detektoreinheit 17 und die Addiereinheit 4 gegeben. Eine Phasendifferenz ΔF, die von der Phasendifferenz-Detektoreinheit 17 ermittelt wird, wird über eine Treiberschaltung, die zumindest ein Tiefpassfilter enthält, an die Phasenschiebeeinheit 3 gegeben, und eine Phase der Signalkomponente S₂ × W₂ wird gleich einer Phase der Signalkomponente S₁ × W₁. Folglich wird die Amplitude einer Signalkomponente (S₁ × W₁) + (S₂ × W₂), die von der Addiereinheit 4 gebildet wird, maximiert, und ihr S/N-Verhältnis wird maximiert, wie in der Gleichung 5 dargestellt ist.
Wie oben beschrieben, wird in der Smart-Antennenanlage gemäß der Erfindung, weil die Bedingung zum Maximieren des S/N-Verhältnisses durch den Betriebsablauf mit Analogsignalen eingehalten wird, das heißt, ohne Umwandlung der Analogsignale in Digitalsignale, wenn die Empfangssignale P₁ und P₂ gewichtet werden, der Vorteil erzielt, dass die Bedingung für maximalen Rauschabstand (S/N-Verhältnis) im Echtzeitbetrieb erreicht werden kann. Da außerdem der Betriebsablauf selbst mit Hilfe bekannter Schaltungen erfolgt, kann die erfindungsgemäße Smart-Antennenanlage einen einfachen Aufbau aufweisen.
Darüber hinaus kann die Phasenschiebeeinheit 3 in einem Empfangssystem vorgesehen sein, in welches das Empfangssignal P₁ eingegeben wird. Ferner kann die Phasenschiebeeinheit 3 an einer beliebigen Stufe vor der Phasendifferenz-Detektoreinheit 16 angeordnet sein. Wenn außerdem Frequenzen der Empfangssignale P₁ und P₂ zu hoch sind, können die Empfangssignale P₁ und P₂ in die Wichtungseinheit 1 und 2 eingegeben werden, nachdem sie einer passenden Frequenzuntersetzung unterzogen wurden (einer Abwärtsumsetzung).
Während die oben beschriebene Smart-Antennenanlage vom Typ mit zwei Eingängen ist, kann eine komplexe Smart-Antennenanlage mit mehr als vier Eingangsports konfiguriert werden, unter Verwendung mehrerer solcher Smart-Antennenanlagen. Insbesondere kann die komplexe Smart-Antennenanlage unter Verwendung von zwei 2^N – 1 (mit N als natürlicher Zahl von 2 oder größer) Smart-Antennenanlagen und durch Verbinden der Ausgangsports zweier Frontstufen-Smart-Antennenanlagen mit einem Eingangsport einer Hinterstufen-Smart-Antennenanlage in einer kaskadischen Pyramidenform konfiguriert werden. In diesem Fall beträgt die Anzahl von Eingangsports vorzugsweise 2^N, während die Anzahl von Ausgangsports Eins beträgt.
Wenn beispielsweise N den Wert 2 hat, so werden drei Smart-Antennenanlagen dazu benutzt, eine komplexe Smart-Antennenanlage zu konfigurieren, wie sie in 5 dargestellt ist. In diesem Fall lässt sich unter der Annahme, dass eine mit zwei Eingängen versehene Smart-Antennenanlage mit SA bezeichnet wird, eine mit vier Eingängen versehene komplexe Smart-Antennenanlage dann konfigurieren, wenn Ausgangsanschlüsse der Vorderstufen-Smart-Antennenanlagen SA₂ und SA₃ mit den Eingangsanschlüssen einer Hinterstufen-Smart-Antennenanlage SA₁ verbunden werden.
Wenn außerdem N den Wert 3 hat und sieben Smart-Antennenanlagen SA verwendet werden, so werden zwei Smart-Antennenanlagen SA₄ und SA₅ mit zwei Eingangsanschlüssen einer Smart-Antennenanlage SA₂ verbunden, zwei Smart-Antennenanlagen SA₆ und SA₇ werden mit den Eingangsanschlüssen einer Smart-Antennenanlage SA₃ verbunden. Schließlich lässt sich eine komplexe Mehrfacheingangs-Antennenanlage dadurch als Anlage mit kleiner Baugröße ausführen, dass Smart-Antennenanlagen SA in eine integrierte Schaltung (IC) integriert werden.
Da erfindungsgemäß die Smart-Antennenanlage die erste und die zweite Wichtungseinheit enthält, die Empfangssignale Wichten, die von Antennen eingegeben werden, außerdem die Betriebseinheit, die das Verhältnis des Ge wichts der zweiten Wichtungseinheit zu dem Gewicht der ersten Wichtungseinheit ermittelt, ferner die Addiereinheit, die das von der ersten Wichtungseinheit ausgegebene Signal auf das von der zweiten Wichtungseinheit ausgegebene Signal addiert, und die Phasenschiebeeinheit, die die Phasen der beiden Signale einander angleicht, beträgt, wenn der Betrag der Signalkomponente und der Betrag der Rauschkomponente des in die erste Wichtungseinheit eingegebenen Signals S₁ bzw. N₁ beträgt und der Betrag der Signalkomponente und der Betrag der Rauschkomponente des in die zweite Wichtungseinheit eingegebenen Signals S₂ bzw. N₂ beträgt, das Gewichtsverhältnis (S₂/S₁) × (N₁/N₂)², sodass S/N und die Amplitude des Signals nach der Addition Maximalwert aufweisen. Darüber hinaus lässt sich ein gewünschtes Gewichtsverhältnis in einfacher Weise mit den gleichen Analogsignalen erhalten, das heißt, ohne Umwandlung der Analogsignale in Digitalsignale. Außerdem ergibt sich der Vorteil, dass eine Bedingung für das maximale S/N-Verhältnis in Echtzeit erhalten werden kann. Da ferner der Betrieb selbst mit bekannten Schaltungen durchgeführt werden kann, lässt sich die Smart Antennenanlage mit einfachem Aufbau ausführen.
Da außerdem in der Smart-Antennenanlage die Betriebseinheit die erste Divisionsschaltung enthält, die das Verhältnis des Betrags der von der zweiten Wichtungseinheit ausgegebenen Signalkomponente zu dem Betrag der von der ersten Wichtungseinheit Signalkomponente ermittelt, die zweite Divisionsschaltung das Verhältnis des Betrags der von der ersten Wichtungseinheit ausgegebenen Rauschkomponente zu dem Betrag der von der zweiten Wichtungseinheit ausgegebenen Rauschkomponente ermittelt, die Quadrierschaltung den Ausgangswert der zweiten Divisionsschaltung quadriert, und die Multiplizierschaltung den Ausgangswert der ersten Divisionsschaltung multipliziert mit dem Ausgangswert der Quadrierschaltung, lässt sich das Gewichtsverhältnis unter Verwendung von Analog-Operationsschaltungen in einfacher Weise gewinnen.
In der Smart-Antennenanlage sind außerdem die erste und die zweite Separiereinheit enthalten, wobei die erste Separiereinheit die von der ersten Wichtungseinheit ausgegebene Signalkomponente von der von der ersten Wichtungseinheit ausgegebenen Rauschkomponente trennt, und die zweite Separiereinheit die von der zweiten Wichtungseinheit ausgegebenen Signalkomponente von der von der zweiten Wichtungseinheit ausgegebenen Rauschkomponente trennt, und die separierten Signalkomponenten in die erste Divisions- oder Dividierschaltung eingegeben werden und die separierten Rauschkomponenten in die zweite Dividierschaltung eingegeben werden, lässt sich das Gewichtsverhältnis in einfacher Weise dadurch erhalten, dass man die Signalkomponente von der Rauschkomponente trennt.
In der Smart Antennenanlage setzt sich sowohl die erste als auch die zweite Separiereinheit zusammen aus einem ersten Bandpassfilter bzw. einem zweiten Bandpassfilter, von denen das erste Bandpassfilter Signale im Band der Empfangssignale durchlässt und das zweite Bandpassfilter Signale außerhalb des Bands der Empfangssignale durchlässt, sodass die Signalkomponente sich in einfacher Weise von der Rauschkomponente trennen lässt.
In der Smart-Antennenanlage stellt die Gewichtseinstelleinheit Gewichte für die erste und die zweite Wichtungseinheit ein, wobei das das Gewichtsverhältnis repräsentierende Signal in die Gewichtseinstelleinheit eingegeben wird, sodass zwei Gewichte dadurch eingestellt werden können, dass man eine das Gewichtsverhältnis repräsentierende Spannung in die Gewichtseinstelleinheit eingibt.
In der Smart-Antennenanlage setzt sich sowohl die erste als auch die zweite Wichtungseinheit zusammen aus einem Verstärker variabler Verstärkung, und die Gewichtseinstelleinheit setzt sich zusammen aus einem Differenzverstärker, sodass die Wichtungseinheit und die Gewichtseinstelleinheit mit einem einfachen Schaltungsaufbau implementiert werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält die komplexe Smart-Antennenanlage 2^N – 1 (mit N als natürliche Zahl von 2 oder mehr) oben beschriebene Smart-Antennenanlagen, wobei die Ausgangsanschlüsse der Smart-Antennenanlagen der vorderen Stufe verbunden sind mit den Eingangsanschlüssen der Smart-Antennenanlage oder Anlagen der hinteren Stufe, um eine kaskadierte Pyrami denform zu bilden, wobei die Anzahl der Eingangsanschlüsse 2^N und die Anzahl der Ausgangsanschlüsse Eins beträgt, sodass eine komplexe Mehrfacheingangs-Smart-Antennenanlage implementiert werden kann.

Claims

Smart-Antennenanlage, umfassend: eine erste und eine zweite Wichtungseinheit (1, 2), die entsprechend zwei voneinander beabstandeten Antennen vorgesehen sind, um von den Antennen her eingegebene Empfangssignale zu Wichten; eine Betriebseinheit (14), die ein Verhältnis eines Gewichts der zweiten Wichtungseinheit (2) zu einem Gewicht der ersten Wichtungseinheit (1) bildet, wobei die Betriebseinheit (14) enthält: eine erste Dividierschaltung (14a), die ein Verhältnis des Betrags einer von der zweiten Wichtungseinheit ausgegebenen Signalkomponente zu dem Betrag einer von der ersten Wichtungseinheit (1) ausgegebenen Signalkomponente ermittelt; eine zweite Dividierschaltung (14b), die ein Verhältnis eines Betrags einer von der ersten Wichtungseinheit (1) ausgegebenen Rauschkomponente zu dem Betrag einer von der zweiten Wichtungseinheit (2) ausgegebenen Rauschkomponente bildet; eine Quadrierschaltung (14c), die einen Ausgangswert der zweiten Dividierschaltung quadriert; und eine Multiplizierschaltung (14d), die einen Ausgangswert der ersten Dividierschaltung mit einem Ausgangswert der Quadrierschaltung (14c) multipliziert, wobei die Smart-Antennenanlage weiterhin umfasst: eine Addiereinheit (4), die ein von der ersten Wichtungseinheit (1) ausgegebenes Signal und ein von der zweiten Wichtungseinheit (2) ausgegebenes Signal addiert; und eine Phasenschiebereinheit (3), die die beiden Phasen der beiden Signale einander angleicht, wobei, wenn der Betrag einer Signalkomponente und der Betrag einer Rauschkomponente des in die erste Wichtungseinheit eingegebenen Signals mit S₁ bzw. N₁ bezeichnet sind, und der Betrag einer Signalkomponente und der Betrag einer Rauschkomponente des in die zweite Wichtungseinheit eingegebenen Signals mit S₂ bzw. N₂ bezeichnet werden, das Gewichtsverhältnis (S₂/S₁) × (N₁/N₂)² beträgt.
Anlage nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine erste Separiereinheit (6), die die von der ersten Wichtungseinheit (1) ausgegebene Signalkomponente von der von der ersten Wichtungseinheit ausgegebenen Rauschkomponente trennt; und eine zweite Separiereinheit (7), die die von der zweiten Wichtungseinheit (2) ausgegebene Signalkomponente von der von der zweiten Wichtungseinheit ausgegebenen Rauschkomponente trennt, wobei die getrennten Signalkomponenten in die erste Dividierschaltung eingegeben werden, und die getrennten Rauschkomponenten in die zweite Dividierschaltung eingegeben werden.
Anlage nach Anspruch 2, bei der sowohl die erste als auch die zweite Separiereinheit zusammengesetzt sind aus einem ersten Bandpassfilter und einem zweiten Bandpassfilter, von denen das erste Bandpassfilter Signale in einem Band der Empfangssignale durchlässt, und das zweite Bandpassfilter Signale außerhalb des Bandes der Empfangssignale durchlässt.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend: eine Gewichtseinstelleinheit (5), die Gewichte für die erste und die zweite Wichtungseinheit (1, 2) einstellt, wobei ein für das Gewichtsverhältnis repräsentatives Signal in die Gewichtseinstelleinheit (5) eingegeben wird.
Anlage nach Anspruch 4, bei der sowohl die erste als auch die zweite Wichtungseinheit zusammengesetzt sind aus einem Verstärker variabler Verstärkung, während die Gewichtseinstelleinheit (5) aus einem Differenzverstärker besteht.
Komplexe Smart Antennenanlage, umfassend: 2^N – 1 (mit N als natürliche Zahl von 2 oder darüber) Smart-Antennenanlagen nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsanschlüsse von zwei Frontstufen-Smart-Antennenanlagen mit Eingangsanschlüssen einer Hinterstufen-Smart-Antennenanlage in Kaskaden-Pyramidenform verbunden sind, und die Anzahl von Eingangsanschlüssen 2^N und die Anzahl von Ausgangsanschlüssen 1 ist.