DE102006030409A1 - System und Verfahren zur Übermittlung von Signalen - Google Patents

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Matthew George New Berlin Grubis
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Abstract

Es ist ein Kommunikationssystem (10) offenbart. Das System (10) enthält einen oder mehrere Sender (14, 18), die konfiguriert sind, um ein Signal auszusenden, wobei jedes der durch den einen oder diemehreren Sender (14, 18) erzeugten Signale einer jeweiligen Frequenz entspricht. Ferner enthält das System (10) mehrere Empfänger-Front-Ends, die konfiguriert sind, um das durch jeden des einen oder der mehreren Sender (14, 18) übertragene Signal zu empfangen. Das System (10) enthält ferner mehrere Remodulatormodule (28, 36, 44), die konfiguriert sind, um jedes der empfangenen Signale in ein Signal umzusetzen, das eine jeweilge Zwischenfrequenz aufweist. Außerdem enthält das System (10) ein Kombinationsmodul (46), das konfiguriert ist, um all die Signale, die jeweilige Zwischenfrequenzen aufweisen, miteinander zu kombinieren, um ein einzelnes zusammengesetztes Signal zu erzeugen. Darüber hinaus enthält das System (10) einen einzelnen Analog-Digital-Wandler (48), der konfiguriert ist, um das zusammengesetzte Signal zu verarbeiten und eine digitale Ausgabe zu erzeugen. Zusätzlich enthält das System (10) ein digitales Signalprozessormodul (50), das konfiguriert ist, um das durch jeden des einen oder der mehreren Sender (14, 18) übertragene Signal zu extrahieren.

Description

  • HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft allgemein drahtlose Kommunikation oder Funkverkehr und insbesondere eine drahtlose Übertragung von Daten von mobilen Datenakquisitionseinheiten zu einem stationären zentralen Empfänger.
  • Drahtlose Funkdienste sind zunehmend überall zu finden und stellen nützliche Komponenten in der globalen Kommunikationsinfrastruktur dar, und die drahtlose Datentelemetrie ist weit verbreitet, weil sie die Erfassung von Sensorinformationen von einer beliebigen Stelle in einem Antennenerfassungsbereich ohne eine Neukonfiguration der Kommunikationsinfrastruktur ermöglicht. Ein Beispiel von besonderer Bedeutung in der medizinischen Praxis ist die drahtlose Übertragung der Elektrokardiogrammdaten (EKG-Daten) und anderer physiologischer Kontroll- bzw. Überwachungssignale, die von Patienten in einer Krankenhausumgebung akquiriert werden. Die drahtlose Telemetrie ermöglicht diesen Patienten, mobil zu sein, während Lebenszeichen der Patienten kontinuierlich überwacht werden.
  • Viele drahtlose Telemetriesysteme sind aufgebaut, um Frequenzmultiplexschemen bzw. -verfahren (FDMA, Frequency Division Multiple Access) anzuwenden. Bei einer FDMA-Übertragung verwendet jeder Sender nur ein schmales Band benachbarter Frequenzen, wobei verschiedenen Sendern zugeordnete Frequenzbänder voneinander getrennt sind. Sämtliche FDMA-Kanäle sind gewöhnlich in einem größeren Band von Fre quenzen enthalten, das normalerweise als „der Kanal" bezeichnet wird.
  • Außerdem arbeiten drahtlose Kommunikationssysteme häufig in Umgebungen mit auf die Mehrwegeausbreitung zurückzuführendem starkem Fading (Schwund), der die Systemleistung begrenzt. Im Zusammenhang mit FDMA-Telemetriesystemen haben derartige Fadingkanäle den Effekt, dass jeder der FDMA-Kanäle mit einer unterschiedlichen Leistung übertragen wird, und sie werden allgemein als Mehrwege-Fadingkanäle bezeichnet. Im Allgemeinen ändert sich diese Frequenzantwortcharakteristik des Kanals mit der Zeit, was hauptsächlich auf eine Bewegung des mobilen Senders zurückzuführen ist, jedoch auch von einer Bewegung anderer Objekte in der Umgebung herrühren kann. Insbesondere ist eine derartige frequenzselektive Fadingumgebung durch die Funkübertragungsumgebung in einem Gebäude gebildet. Die drahtlose Übertragung von EKG-Telemetriedaten fällt in diese Kategorie, weil sie gewöhnlich innerhalb eines Krankenhausgebäudes stattfindet. Ein einfacher Ansatz, die Fadingeffekte zu überwinden, besteht darin, eine zusätzliche ausgestrahlte Leistung an dem Sender über und oberhalb der Leistung bereitzustellen, die erforderlich ist, um die spezifizierte Bitfehlerrate (BER, Bit Error Rate) in der vorgegebenen Entfernung zu erreichen. Alternative Schemen bzw. Verfahren, die nicht von einer hohen Sendeleistung abhängig sind, können insofern von Vorteil sein, als sie sich unter gewissen Umständen in einer erhöhten Kanalkapazität auswirken können. Ein derartiges alternatives Schema, das verwendet wird, um die Fadingeffekte abzuschwächen, stellt die Nutzung der Antennen-Raumdiversity, also die Nutzung mehrerer Antennen, dar.
  • Digitale Antennengruppen sind für drahtlose Kommunikationssysteme von großem Interesse. Durch die Nutzung der Antennen-Raumdiversity ist das Potential für Leistungsverbesserungen in drahtlosen Systemen enorm groß. Es ist zu verstehen, dass die Raumdiversity-Methode mehrere Empfangsantennen verwendet, um mehrere Kopien des gleichen informationstragenden Signals zu erzeugen. Diese Kopien werden anschließend vor der Demodulation des empfangenen Signals in einer gewissen Weise miteinander kombiniert. Dies kann dem System helfen, sowohl ein Mehrwege-Fading als auch eine Blockade oder Sperre des Hochfrequenz(HF)- bzw. Radiofrequenz(RF)-Signals durch „verdunkelnde" oder abschattende Objekte (beispielsweise Aufzugsschächte) zu korrigieren bzw. auszugleichen.
  • Jedoch ist es in einem System, das ein Raumdiversity-Schema verwendet, häufig erforderlich, das „beste" Empfangsantennenfeld, das in dem Empfänger verwendet werden soll, auszuwählen. Die Auswahlkriterien können auf der höchsten empfangenen Signalleistung oder dem höchsten geschätzten Signal-Rausch-Verhältnis (SNR, Signal-to-Noise-Ratio) basieren. Wenn eine derartige „Auswahlkombination" bzw. „Selektionskombination" verwendet wird, kann das Systemverhalten aufgrund eines Datenverlustes, der während einer Antennenumschaltung auftritt, eine Verschlechterung erfahren. Außerdem können, falls die Rate, mit der die Antennen umgeschaltet werden, nicht ausreichend hoch ist, Veränderungen in der Umgebung nicht angemessen nachverfolgt werden, was vorübergehende Steigerungen der Bitfehlerrate (BER) der demodulierten Information zur Folge hat.
  • Eine wünschenswerte Alternative zu der Antennenauswahlkombination ist die kohärente Kombination der Signale mittels der allgemein bekannten Technik der maximalen Verhältniskombination. In dieser Kombinationsmethode werden Signale durch ihre gemessene empfangene Signalstärke und die geschätzte Rauschleistung in dem Empfangskanal gewichtet. Dieses Schema führt zu einem viel besseren ausgangsseitigen Signal-Rausch-Verhältnis als die Auswahlkombination. Die üblichste Form für eine derartige Kombination ist eine, in der sämtliche Signale vor der Gewichtung und Summation in ihre komplexe Basisbanddarstellung demoduliert werden, obwohl die Kombination auch vorgenommen werden kann, falls die Signale auf eine gemeinsame Zwischenfrequenz moduliert sind.
  • Um zwei empfangene Versionen eines einzelnen FDMA-Kanals in kohärenter Weise miteinander zu kombinieren, müssen die beiden Antennenausgangssignale an den beiden separaten Antennen kanalisiert, ins Basisband umgesetzt, die erforderlichen Signal- und Rauschleistungen abgeschätzt und die beiden Signale „zeitlich zugeordnet", gewichtet und aufsummiert werden. In der Vergangenheit bestand die geeignetste Methode für diese Folge von Operationen darin, die Kanalisierung bzw. Kanaleinteilung auf analoger Hardware, die Umwandlung ins Basisband unter Verwendung analoger Mischer und lokaler Oszillatoren, die Digitalisierung des Ergebnisses und die Durchführung der Leistungsschätzung und Summation in Software oder Firmware vorzunehmen. Diese Methode erfordert mehrere Eingangsstufen oder Front-Ends, und zwar jeweils eine bzw. eines für jede Antenne. Dies muss der Auswahlkombination gegenübergestellt werden, die lediglich einen analogen Schalter erfordert, um die ausgewählte Antenne mit der Front-End-Hardware zu verbinden. Gerade dieser Unterschied bei den Implementierungskosten ist der Grund, warum die Auswahlkombination allgemein häufiger verwendet wird als die kohärente Kombination.
  • In letzter Zeit hat die Verfügbarkeit sehr leistungsstarker Analog-Digital-Wandler (ADCs, Analog-to-Digital Converters) und digitaler Signalprozessoren (DSPs) das Interesse an der Verwendung von Software zur Durchführung vieler Radioempfängerfunktionen geweckt, die früher auf einer analogen Hardware ausgeführt worden sind.
    •
  • Es kann deshalb wünschenswert sein, einen Lösungsansatz oder eine Methode zur kohärenten Kombination von Signalen in einem FDMA-Telemetrieradio zu entwickeln, der bzw. die vorteilhafterweise ein verbessertes Leistungsverhalten der drahtlosen Kommunikationssysteme in einer Mehrwege-Fading-Umgebung unterstützt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Kurz gesagt, ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein System geschaffen. Das System enthält einen oder mehrere Sender, wobei jeder der einen oder mehreren Sender konfiguriert ist, um ein Signal auszusenden, und wobei jedes der Signale, die durch den einen oder die mehreren Sender erzeugt werden, einer jeweiligen Frequenz entspricht. Außerdem enthält das System mehrere Empfänger-Eingangsstufen oder -Front-Ends, die konfiguriert sind, um das durch jeden der einen oder mehreren Sender übermittelte Signal zu empfangen. Das System enthält ferner mehrere Remodulatormodule, die konfiguriert sind, um jedes der empfangenen Signale in ein Signal zu wandeln, das eine jeweilige Zwischenfrequenz aufweist. Zusätzlich enthält das System ein Kombinations- bzw. Koppelmodul, das konfiguriert ist, um all diese Signale, die jeweilige Zwischenfrequenzen aufweisen, miteinander zu kombinieren, um ein einzelnes zusammengesetztes Signal bzw. Verbundsignal zu erzeugen. Das System enthält auch einen einzelnen Analog-Digital-Wandler, der konfiguriert ist, um das zusammengesetzte Signal zu verarbeiten und ein digitales Ausgangssignal zu erzeugen. Zusätzlich enthält das System ein digitales Signalprozessormodul, das konfiguriert ist, um das durch jeden der einen oder mehreren Sender übermittelte Signal zu entnehmen bzw. zu extrahieren.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Technik ist ein Verfahren zur Übertragung von Signalen geschaffen. Das Verfahren enthält ein Aussenden eines Signals über einen oder mehreren Sender, wobei jeder der einen oder mehreren Sender konfiguriert ist, um das Signal bei einer jeweiligen Frequenz zu übertragen. Ferner enthält das Verfahren einen Empfang des übertragenen Signals über mehrere Empfängereingangsstufen bzw. -Front-Ends. Des Weiteren enthält das Verfahren eine Umwandlung jedes der empfangenen Signale in ein jeweiliges Signal, das eine jeweilige Zwischenfrequenz aufweist. Zusätzlich enthält das Verfahren eine Kombination jedes der Signale, die jeweilige Zwischenfrequenzen aufweisen, zur Erzeugung eines einzelnen zusammengesetzten analogen Signals. Das Verfahren enthält ferner eine Verarbeitung des zusammengesetzten analogen Signals mittels eines Analog-Digital-Wandlers, um ein digitales Ausgangssignal zu erzeugen. Darüber hinaus enthält das Verfahren eine Verarbeitung des digitalen Signals mittels eines digitalen Signalprozessormoduls, um das Signal zu extrahieren bzw. zu gewinnen, das durch jeden der einen oder mehreren Sender übermittelt worden ist. Darüber hinaus enthält das Verfahren eine Kombination der einzelnen Kopien eines jeden der übertragenen Signale, um das übertragene Signal zu rekonstruieren.
  • Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Technik ist ein Verfahren zur Signalübertragung geschaffen. Das Verfahren enthält einen Empfang eines übermittelten Signals an mehreren Empfangsantennen. Ferner enthält das Verfahren eine Verarbeitung jedes der empfangenen Signale mittels eines Bandpassfilters. Weiterhin enthält das Verfahren eine Verstärkung jedes der gefilterten Signale mittels eines rauscharmen Verstärkers. Das Verfahren enthält auch eine Umsetzung jedes der gefilterten Signale in ein jeweiliges Signal, das eine zugehörige Zwischenfrequenz aufweist. Darüber hinaus enthält das Verfahren eine Verarbeitung jedes der Signale, die eine jeweilige Zwischenfrequenz aufweisen. Ferner enthält das Verfahren eine Kombination aller der verarbeiteten empfangenen Signale, um ein einzelnes zusammengesetztes Signal zu erzeugen.
  • Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Technik ist ein Verfahren zur Übermittlung von Signalen geschaffen. Das Verfahren enthält einen Empfang eines digitalen Signals, das ein remoduliertes Signalspektrum eines Signals aufweist, das über einen oder mehrere Sender übermittelt wird. Außerdem enthält das Verfahren eine Extraktion oder Gewinnung einzelner Kopien des übermittelten Signals. Der Verfahren enthält auch eine Umwandlung jeder der einzelnen Kopien ins Basisband mittels eines numerisch gesteuerten Oszillators und eines Mischers. Ferner enthält das Verfahren eine Reduktion der Abtastfrequenz jeder einzelnen Kopie mittels einer oder mehrerer Dezimationsfilterungsstufen. Zusätzlich enthält das Verfahren ein Neuabtasten jeder einzelnen Kopie, um jede einzelne Kopie zeitlich zuzuordnen. Das Verfahren enthält ferner eine Kombination der zeitlich zugeordneten Kopien. Ferner enthält das Verfahren eine Verarbeitung der kombinierten zeitlich zugeordneten Kopien mittels eines Detektors, um ein einzelnes digitales Ausgangssignal zu erzeugen.
    •
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich besser beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen über die Zeichnungen hinweg gleiche Teile bezeichnen.
  • 1 veranschaulicht ein schematisiertes Blockschaltbild eines drahtlosen Kommunikationssystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik;
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Telemetriesystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik;
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung des Frequenzmultiplexens empfangener Signale in dem drahtlosen Kommunikationssystem nach 1 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik;
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung eines zusammengesetzten Signals gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik;
  • 5 veranschaulicht das DSP-Modul nach 3 in größeren Einzelheiten;
  • 6 zeigt eine Darstellung von Signalantworten von zwei Empfangsantennen des in 3 veranschaulichten Systems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik;
  • 7 zeigt eine schematische Darstellung einer modifizierten Ausführungsform der in 3 veranschaulichten Ausführungsform gemäß Aspekten der vorliegenden Technik;
  • 8 zeigt eine Darstellung von Signalantworten einer einzelnen Empfangsantenne des in 7 veranschaulichten Systems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik;
  • 9 zeigt ein Flussdiagramm unter Veranschaulichung eines beispielhaften Prozesses zur Übertragung von Signalen gemäß Aspekten der vorliegenden Technik;
  • 10 zeigt ein Flussdiagramm unter Veranschaulichung eines beispielhaften Prozesses zur Kombination analoger Signale gemäß Aspekten der vorliegenden Technik und
  • 11 zeigt ein Flussdiagramm unter Veranschaulichung eines beispielhaften Prozesses zur Kombination digitaler Signale gemäß Aspekten der vorliegenden Technik.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Drahtlose Kommunikationssysteme werden auf vielfältigen Gebieten in zunehmendem Maße eingesetzt. Jedoch leiden drahtlose Kommunikationssysteme an einer Verschlechterung des Systemverhaltens, da sie häufig in Umgebungen mit starkem Fading bzw. Schwund betrieben werden, der auf die Mehrwegeausbreitung zurückzuführen ist. Zur Linderung des Fading-Problems sind Mehrfach-Antennen-Systeme eingesetzt worden. Zusätzlich sind Raumdiversity-Schemen bzw. -Verfahren angewandt worden, um das Verhalten drahtloser Kommunikationssysteme zu verbessern. Jedoch leiden die drahtlosen Kommunikationssysteme, die die Raumdiversity verwenden, an einer Leistungsminderung aufgrund einer erhöhten Umschaltzeitdauer beim Umschalten zwischen Antennen, eines Datenverlustes während der Antennenumschaltung und einer höheren Bitfehlerrate (BER). Es kann deshalb wünschenswert sein, eine robuste Methode zu entwickeln, die vorteilhafterweise eine Leistungsverbesserung der drahtlosen Kommunikationssysteme fördert. Die hier beschriebenen Methoden bzw. Techniken befassen sich mit einigen oder allen dieser Probleme bzw. Sachverhalte.
  • Bezugnehmend auf 1 ist ein beispielhaftes drahtloses Kommunikationssystem 10 gemäß Aspekten der vorliegenden Technik dargestellt. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das drahtlose Kommunikationssystem 10 veranschaulicht, wie es eine Datenquelle 12 enthält. In bestimmten Ausführungsformen kann die Datenquelle 12 durch unterschiedliche mobile Vorrichtungen, wie beispielsweise Mobiltelefone oder an gehfähigen Patienten angebrachte Telemetrieeinheiten, gebildet sein. In einer Ausführungsform können die durch die Datenquelle 12 erzeugten Daten medizi nische Daten, wie beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, Elektrokardiogramm(EKG)-Daten, Blutdruckdaten, Blutsauerstoffgehaltsdaten, Daten von implantierbaren medizinischen Vorrichtungen, z.B. Herzschrittmachern, Defibrillatoren und Blutzuckerüberwachungsgeräten, enthalten. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist das System 10 zur Übertragung von Signalen von einem Sender zu mehreren Empfängern dargestellt. Jedoch ist es verständlich, dass eine Sendestation einen oder mehrere Sender enthalten kann, die dazu konfiguriert sind, ein informationstragendes Signal auszusenden. Die veranschaulichte Ausführungsform nach 1 stellt ein System 10 dar, bei dem die Sendestation veranschaulicht ist, wie sie einen ersten Sender 14 und einen zweiten Sender 18 enthält.
  • Die Datenquelle 12 kann mit der Sendestation gekoppelt sein, die einen ersten Sender 14 und einen zweiten Sender 18 enthalten kann. Der erste Sender 14 kann mit einer ersten Sendeantenne 16 gekoppelt sein. Weiterhin kann der zweite Sender 18 mit einer zweiten Sendeantenne 20 gekoppelt sein. Es sollte erwähnt werden, dass die Figuren lediglich zu Veranschaulichungszwecken dargestellt und nicht maßstabsgetreu aufgezeichnet sind. Ferner ist verständlich, dass das drahtlose Kommunikationssystem 10 in bestimmten anderen Ausführungsformen mehr oder weniger Sender und Sendeantennen enthalten kann, als dies in 1 veranschaulicht ist. Die Sender 14, 18 können konfiguriert sein, um ein informationstragendes Signal, einschließlich durch die Datenquelle 12 erzeugter Daten, über die jeweiligen Sendeantennen 16, 20 auszusenden.
  • Das drahtlose Kommunikationssystem 10 kann konfiguriert sein, um über den ersten und den zweiten Sender 14, 18 ein informationstragendes Signal zu übermitteln. In anderen Worten ist jeder der ersten und zweiten Sender 14, 18 dazu konfiguriert, das gleiche Signal, wie es durch die Datenquelle 12 erzeugt wird, wenngleich bei unterschiedlichen Frequenzen auszusenden. Demgemäß ist der erste Sender 14 dazu konfiguriert, das informationstragende Signal bei einer ersten Frequenz auszusenden. In ähnlicher Weise ist der zweite Sender 18 dazu konfiguriert, das gleiche informationstragende Signal bei einer zweiten Frequenz auszusenden, wobei die zweite Frequenz sich von der ersten Frequenz unterscheidet.
  • Des Weiteren kann das drahtlose Kommunikationssystem 10 eine Empfangsstation enthalten, wobei die Empfangsstation mehrere Empfänger-Front-Ends bzw. HF-Eingangsteile beinhalten kann. In dem hier verwendeten Sinne bezeichnet ein „Empfänger-Front-End" ein Modul, das eine Empfangsantenne, ein Bandpassfilter und einen rauscharmen Verstärker (LNA, Low Noise Amplifier) enthält. Die mehreren Empfänger-Front-Ends können konfiguriert sein, um mehrere Beobachtungen oder Erfassungen des gleichen Signals, das von einer Sendestation ausgesandt wird, zu empfangen. Ein erstes Empfänger-Front-End kann eine erste Empfangsantenne 22 enthalten, die konfiguriert ist, um Signale zu empfangen, die durch den ersten und den zweiten Sender 14, 18 übermittelt werden. Ferner kann die erste Empfangsantenne 22 mit einem ersten SAW-Filter (Surface Acoustic Wave, akustische Oberflächenwelle, Schallwelle) gekoppelt sein. Das SAW-Filter 24 kann mit einem ersten rauscharmen Verstärker (LNA) 26 verbunden sein. Zusätzlich ist der erste LNA 26 mit einem ersten Zwischenfrequenz(ZF)-Remodulatormodul 28 gekoppelt, der in größeren Einzelheiten mit Bezug auf 3 beschrieben ist. In ähnlicher Weise kann ein zweites Empfänger- Front-End eine zweite Empfangsantenne 30 enthalten, die mit einem zweiten SAW-Filter 32 gekoppelt ist, das wiederum mit einem zweiten rauscharmen Verstärker LNA 34 verbunden sein kann. Der LNA 34 kann mit einem zweiten ZF-Remodulatormodul 36 gekoppelt sein. In ähnlicher Weise, wie in 1 veranschaulicht, kann ein drittes Empfänger-Front-End eine dritte Empfangsantenne 38 enthalten, die mit einem dritten SAW-Filter 40 gekoppelt ist. Das dritte SAW-Filter 40 ist mit einem dritten LNA 42 gekoppelt. Der dritte LNA 42 kann ferner mit einem dritten ZF-Remodulatormodul 44 gekoppelt sein. Ferner ist es verständlich, dass das drahtlose Kommunikationssystem 10 in bestimmten anderen Ausführungsformen mehr oder weniger Empfänger-Front-Ends als in 1 veranschaulicht enthalten kann und mehr oder weniger Empfangsantennen als in 1 veranschaulicht beinhalten kann.
  • Wie vorstehend erwähnt, ist der erste Sender oder Transmitter 14 dazu konfiguriert, das informationstragende Signal auf einer ersten Frequenz auszusenden. In ähnlicher Weise ist der zweite Sender oder Transmitter 18 ferner dazu konfiguriert, das gleiche informationstragende Signal auszusenden, wenngleich bei einer zweiten Frequenz, wobei sich die zweite Frequenz von der ersten Frequenz unterscheidet. In anderen Worten werden zwei Kopien oder Exemplare des durch die Datenquelle 12 erzeugten informationstragenden Signals durch den ersten und den zweiten Sender 14, 18 auf zwei unterschiedlichen Frequenzen ausgesandt. Ferner können die Sender 14, 18 auch dazu konfiguriert sein, die auszusendenden Daten durch Anwendung eines geeigneten Modulationsverfahrens zu modulieren. Beispielsweise können die Modulationsverfahren eines der Verfahren enthalten: MSK-Modulation (Minimum Shift Keying), FSK-Modulation (Frequency Shift Keying), GMSK-Modulation (Gaussian Minimum Shift Keying), Differential Frequency Shift Keying-Modulation oder GFSK-Modulation (Gaussian Frequency Shift Keying).
  • Wie ohne weiteres verständlich, kann jede der Empfangsantennen dazu konfiguriert sein, von jeder der Sendeantennen ausgesandte Signale zu empfangen. In der veranschaulichten Ausführungsform kann jedes der Empfänger-Front-Ends dann dazu konfiguriert sein, die übermittelten Datensignale über die jeweiligen Empfangsantennen 22, 30, 38 entgegenzunehmen. Demgemäß ist in der veranschaulichten Ausführungsform nach 1 jede Empfangsantenne 22, 30, 38 dazu konfiguriert, die beiden Kopien oder Duplikate des ausgesandten informationstragenden Signals, wenngleich mit unterschiedlichen Amplituden und Phasen, zu empfangen. Demgemäß werden in der veranschaulichten Ausführungsform nach 1 insgesamt sechs Kopien des informationstragenden Signals an den Empfangsantennen 22, 30, 38 empfangen.
  • Die an jeder der Empfangsantennen 22, 30, 38 empfangenen Signale können mit einem zugehörigen SAW-Filter 24, 32, 40 gefiltert werden. Ferner kann jedes der gefilterten Signale mittels eines zugehörigen Antennenverstärkers 26, 34, 42 verstärkt werden. Zusätzlich können die an jeder der Empfangsantennen 22, 30, 38 empfangenen Signale mittels eines zugehörigen ZF-Remodulatormoduls 28, 36, 44 auf eine jeweilige Zwischenfrequenz abwärts gemischt werden. Die Arbeitsweise der ZF-Remodulatormodule 28, 36, 44 ist in größeren Einzelheiten in Zusammenhang mit 3 beschrieben. Anschließend kann ein zusammengesetztes Signal durch Addition jedes der abwärts gemischten Signale, die durch die ZF-Remodulatormodule 28, 36, 44 erzeugt werden, mittels eines Addierers 46 erzeugt werden.
  • Es ist bekannt, dass derzeitige drahtlose Kommunikationssysteme in nachteilhafter Weise mehrere Analog-Digital-Umsetzer enthalten, und zwar im Allgemeinen einen Analog-Digital-Umsetzer für jeden Empfänger, was unvorteilhafterweise erhöhte Kosten, Größe, erhöhten Leistungsverbrauch und erhöhte Komplexität des drahtlosen Kommunikationssystems zur Folge hat. Jedoch kann das drahtlose Kommunikationssystem 10 in einer momentan vorgesehenen Konfiguration vorteilhafterweise einen einzelnen Analog-Digital-Umsetzer (ADU) 48 beinhalten. Der einzelne ADU 48 ist konfiguriert, um das zusammengesetzte Signal, wie es durch den Addierer 46 erzeugt wird, entgegenzunehmen und ein zeitdiskretes digitales Signal zu erzeugen. Das durch den ADU 48 erzeugte digitale Signal kann anschließend durch ein DSP-Modul 50 verarbeitet werden, um eine gewünschte Ausgabe 52 zu erzeugen.
  • In einer momentan vorgesehenen Konfiguration kann durch das DSP-Modul 50 ein in Software definiertes Radio oder Software-Radio verwendet werden, um das durch den ADU 48 erzeugte digitale Signal zu verarbeiten. Wie für einen Fachmann ohne weiteres verständlich, ist ein Software definiertes Radio oder Software-Radio eine der aufkommenden Technologien für die zukünftigen drahtlosen Kommunikationsdienstleistungen. Durch Anwendung des Software-Radios kann die zugehörige Empfängerverarbeitung, die früher in Hardware implementiert war, nun mittels Software implementiert werden, wodurch sich die Wirtschaftlichkeit bei der Entwicklung und beim Betreiben drahtloser Kommunikationssysteme verändert. Der Empfänger kann einen Breitband-ADU enthalten, der sämtliche Kanäle des Software-Radioknotens einfängt. Der Empfänger extrahiert anschließend die Kanalwellenform, mischt diese abwärts und demoduliert diese unter Verwendung einer Software auf einem Universalprozessor. Somit erweitert das Software-Radio teilweise die Entwicklung programmierbarer Hardware, wobei gleichzeitig durch eine erweitere Programmierbarkeit die Flexibilität erhöht wird. Betriebliche Details des Software-Radios 50 sind in größeren Einzelheiten mit Bezug auf 3–5 beschrieben.
  • Das in 1 veranschaulichte drahtlose Kommunikationssystem 10 kann in vielfältigen drahtlosen Kommunikationsanwendungen und -systemen Anwendung finden. Beispielsweise kann das drahtlose Kommunikationssystem 10 in zellularen Telefonsystemen, Satellitenübertragungs- und Telemetriesystemen angewandt werden. In einer Ausführungsform kann das drahtlose Kommunikationssystem 10 in einem medizinischen Telemetriesystem enthalten sein. Wie ohne weiteres verständlich, hat die Verwendung drahtloser Kommunikationssysteme auf dem medizinischen Markt zu zahlreichen neuen Möglichkeiten geführt, die eine erhöhte Patientensicherheit und -mobilität, Verbesserungen der Qualität der Patientenbetreuung, effiziente Krankenhausadministrationsresourcen und eine Gesamtkostenreduktion ermöglichen.
  • 2 veranschaulicht ein Telemetriesystem 54. In der veranschaulichten Ausführungsform kann das Telemetriesystem 54 das drahtlose Kommunikationssystem 10 sein. Wie ohne weiteres zu erkennen, stellt der drahtlose medizinische Telemetriebetrieb (WMTS, Wireless Medical Telemetry Service) die Fernüberwachung eines Gesundheitszustands eines Patienten dar, wobei die drahtlose Kommunikation zwischen einem von einem Patienten getragenen Transmitter bzw. Sender und einer zentralen Überwachungsstation stattfindet. In einer momentan vorgesehenen Konfiguration ist das Telemetriesystem 54 veranschaulicht, wie es eine Telemetrieeinheit 56 enthält. Die Telemetrieeinheit 56 ist konfiguriert, um Patientendaten von einem (nicht veranschaulichten) gehfähigen Patienten zu akquirieren und zu überwachen. In einer Ausführungsform können die Patientendaten EKG-Daten enthalten, wie dies bereits vorstehend erwähnt worden ist. Jedoch können die Patientendaten in anderen Ausführungsformen beispielsweise auch folgende Daten enthalten: Herzschrittmacherdaten, Blutdruckdaten, Blutsauerstoffgehaltsdaten, Zuckerüberwachungsdaten oder Daten von medizinischen Hängewarnvorrichtungen.
  • Wie ferner in 2 veranschaulicht, kann die Telemetrieeinheit 56 eine Anzahl von Elektroden 58 enthalten, die an einem gehfähigen Patienten angeordnet werden können. Eine Anzahl von Elektrodendrähten 56 unterstützt die Akquisition von Daten von den Elektroden 58 durch ein Akquisitionsmodul 62. Während in einigen Realisierungen die Drähte 60 verwendet werden können, können andere beispielhafte Implementierungen drahtlose Techniken, wie beispielsweise Infrarot- oder Radiofrequenzübertragung, verwenden, um Patientendaten von den Elektroden 58 zu dem Akquisitionsmodul 62 zu liefern. Obwohl die Elektroden 58 und Drähte 60 dazu verwendet werden können, unmittelbar Daten von einem Patienten zu akquirieren, kann das Akquisitionsmodul 62 stattdessen auch gespeicherte Patientendaten von einer Archivstelle oder einer Datenspeichereinrichtung akquirieren. Ferner kann das Akquisitionsmodul 62 eine Schaltung enthalten, um die Patientendaten erforderlichenfalls zu digitalisieren, oder eine derartige Digitalisierung kann in einem anderen stromabwärts befindlichen Modul stattfinden.
  • Darüber hinaus kann die Telemetrieeinheit 56 einen Transmitter bzw. Sender 64 enthalten. Der Sender 64 kann konfiguriert sein, um die Patientendaten, die durch das Akquisitionsmodul 62 akquiriert werden, in drahtloser Weise zu übertragen. Wie ohne weiteres verständlich, kann die Telemetrieeinheit 56 mehrere Sender enthalten. Wie vorstehend im Zusammenhang mit 1 beschrieben, kann der Sender 64 ferner die verschiedenen Modulationsverfahren anwenden, um die Patientendaten vor einer Übertragung zu modulieren.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann das Akquisitionsmodul 62 dazu konfiguriert sein, die akquirierten Patientendaten, beispielsweise EKG-Daten, zu verarbeiten. Beispielsweise können die Patientendaten zu einem gewünschten Signal oder einem lesbaren Ausgangssignal aufbereitet werden, das anschließend durch den Sender 64 zu einem Empfänger übermittelt werden kann. Alternativ kann der Sender 64 in manchen Ausführungsformen dazu konfiguriert sein, die durch das Akquisitionsmodul 62 akquirierten Patientendaten aufzubereiten und die Patientendaten zu einem modulierten Signal zu modulieren.
  • Danach kann der Sender 64 das modulierte Signal über einen Übertragungskanal 66 übertragen. Bekanntermaßen hat die Federal Communications Comission (FCC), eine unabhängige Behörde der Vereinigten Staaten, ein Interferenz geschütztes Frequenzspektrum zur Verwendung durch lizenzierte Ärzte, Gesundheitspflegeeinrichtungen und bestimmte trainierte und überwachte Techniker in den Frequenzbändern von 608–614 MHz, 1395–1400 MHz und 1427–1432 MHz zugewiesen. In einer Ausführungsform kann der Sender 64 die Patientendaten unter Verwendung des GFSK-Modulationsverfahrens modulieren und das modulierte Datensignal über den Übertragungskanal 66 übermitteln, der konfiguriert sein kann, um in einem Frequenzbereich von ungefähr 608 MHz bis ungefähr 614 MHz zu arbeiten. Alternativ kann der Übertragungskanal 66 in bestimmten anderen Ausführungsformen konfiguriert sein, um in einem Frequenzbereich zwischen ungefähr 1395 MHz und ungefähr 1400 MHz zu arbeiten. In einer Ausführungsform kann der Übertragungskanal 66 dazu konfiguriert sein, in einem Frequenzbereich von etwa 1427 MHz bis etwa 1432 MHz zu arbeiten. Ferner kann der Übertragungskanal 66 auch konfiguriert sein, um Frequenzbänder bei 200 MHz und 400 MHz zu unterstützen. In anderen Worten kann der Übertragungskanal 66 dazu konfiguriert sein, in jedem beliebigen zulässigen geeigneten Frequenzbereich zu arbeiten.
  • Weiterhin bezugnehmend auf 2 kann das Telemetriesystem 54 ein Empfangsmodul 68 enthalten, das konfiguriert sein kann, um das über den Übertragungskanal 66 übertragene Datensignal zu empfangen. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Empfangsmodul 68 veranschaulicht, wie es ein Empfänger-Front-End 70 enthält, das konfiguriert sein kann, um das übertragene Datensignal zu empfangen. Das Empfänger-Front-End 70 kann beispielsweise eine Empfangsantenne, ein SAW-Filter und einen rauscharmen Verstärker enthalten. Jedoch ist es verständlich, dass das Empfangsmodul 68 mehrere Empfänger-Front-Ends enthalten kann. Das empfangene Signal kann anschließend mittels eines ZF-Remodulatormoduls 72 auf eine Zwischenfrequenz abwärts konvertiert bzw. gemischt werden. Das Signal kann dann durch einen einzelnen ADU 74 digitalisiert werden, um ein einzelnes digitales Ausgangssignal zu bilden. Alternativ können in dem Fall mehrerer Empfänger mehrere empfangene Signale über jeweilige ZF-Remodulatormodule 72 auf die jeweiligen Zwischenfrequenzen abwärts gemischt und mittels eines (nicht veranschaulichten) Addierers in der hier vorstehend beschriebenen Weise miteinander kombiniert werden, um ein einzelnes zusammengesetztes analoges Signal zu erzeugen. Dieses zusammengesetzte Signal kann anschließend durch den einzelnen ADU 74 verarbeitet werden, um ein digitales Ausgangssignal zu erzeugen. Ferner kann das digitale Ausgangssignal des ADU 74 mittels eines DSP-Moduls 76 verarbeitet werden. Die Ausgabe des DSP-Moduls 76 kann anschließend zu einer Telemetrieüberwachungseinrichtung 78 übermittelt werden.
  • Mehrere Antennenemfpänger nutzen kohärente Diversity-Gewinnkombinationsverfahren, um in effektiver Weise übermittelte Daten wiederzugewinnen. 3 veranschaulicht ein beispielhaftes Antennendiversitysystem 82 zur Kombination mehrerer empfangener Signale, die über mehrere Diversityzweige empfangen werden. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Antennendiversitysystem 82 veranschaulicht, wie es einen ersten Diversityzweig 84, einen zweiten Diversityzweig 86 und einen dritten Diversityzweig 88 aufweist, wodurch ein System zum Empfang und zur Verarbeitung von drei Sätzen empfangener Signale dargestellt ist. Ferner wird gemäß Aspekten der vorliegenden Technik Frequenzmultiplexen der empfangenen Signale angewandt, um von den drei Antennendiversityzweigen 84, 86, 88 empfangene Signale miteinander zu kombinieren.
  • Wie ohne weiteres verständlich, ist die Antennendiversity als eine Methode oder Technik definiert, die mehrere Beobachtungen oder Erfassungen eines Signals von einer Sendestation vornimmt, um das Signal mit größerer Genauigkeit wiederzugewinnen, wodurch der gesamte Signalempfang verbessert wird. In anderen Worten erhält eine Empfangsstation durch die Antennendiversity mehrere Beobachtungen oder Erfassungen des gleichen Signals, das von einer Sendestation übermittelt wird. Die in die mehrfachen Beobachtungen ein gebaute Redundanz kann vorteilhafterweise dazu verwendet werden, das ausgesandte Signal an der Empfangsstation mit einem höheren Genauigkeitsgrad wiederzugewinnen.
  • Wie vorstehend erwähnt, veranschaulicht 3 das beispielhafte Antennendiversitysystem 82, das ein Frequenzmultiplexverfahren verwendet, um die von den drei Antennendiversityzweigen empfangenen Signale miteinander zu kombinieren, die durch einen einzelnen ADU mit einer Abtastfrequenz fs verarbeitet werden sollen. Eine erste Empfangsantenne 90, ein erstes SAW-Filter (akustisches Oberflächenwellenfilter) 92, ein erster rauscharmer Verstärker (LNA) 94, ein erster Mischer 96, ein Bandpassfilter 98, ein erster Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsgrad (Regelverstärker) 100 und ein Bandpassfilter 102 können in Reihe miteinander gekoppelt sein, um den ersten Diversityzweig 84 zu bilden. Die erste Empfangsantenne 90 kann konfiguriert sein, um Signale entgegenzunehmen, die von einer Sendestation ausgesandt werden. Beispielsweise kann die erste Empfangsantenne 90 dazu konfiguriert sein, zwei Kopien bzw. Exemplare des über die Sender 14, 18 (vgl. 1) übertragenen informationstragenden Signals zu empfangen.
  • Ferner kann die erste Empfangsantenne 90 mit einem ersten SAW-Filter 92 gekoppelt sein, wobei das erste SAW-Filter 92 konfiguriert sein kann, um als ein Bandpassfilter zu funktionieren. Nachfolgend kann ein Ausgangssignal des ersten SAW-Filters 92 über den ersten rauscharmen Verstärker LNA 94 verstärkt werden. Wie ohne weiteres verständlich, ist der erste LNA 94 gewöhnlich ein Vorverstärker, der konfiguriert ist, um sehr schwache Signale, die durch die erste Empfangsantenne 90 eingefangen werden, zu verstärken. Für eine maximale Effektivität ist der LNA 94 ge wöhnlich so nahe wie möglich an der Empfangsantenne 90 angeordnet.
  • Gemäß Aspekten der vorliegenden Technik kann das verstärkte Signal anschließend auf eine Zwischenfrequenz (ZF) abwärts konvertiert bzw, gemischt werden. In dieser Ausführungsform kann diese Abwärtsmischung mittels eines ersten Mischers 96 erreicht werden, der konfiguriert sein kann, um das empfangene RF- bzw. HF-Signal mit einem eine Frequenz f1 aufweisenden Signal von einem ersten lokalen Oszillator zu mischen. Es ist verständlich, dass der erste lokale Oszillator eine Erzeugung einer stabilen HF-Frequenz erleichtert, wobei der lokale Oszillator gestaltet sein kann, um bei einer Frequenz oberhalb (oder unterhalb) der gewünschten HF-Frequenz zu arbeiten, und zwar um einen Betrag, der gleich der ZF-Frequenz des Empfängers ist. Das empfangene HF-Signal kann mittels des Mischers 96 mit dem stabilen HF-Signal gemischt werden, das durch den ersten lokalen Oszillator erzeugt wird, um ein erstes Zwischenfrequenz-Ausgangssignal zu erhalten.
  • Dieses abwärts gemischte Signal kann anschließend mittels eines Bandpassfilters 98 gefiltert werden. Das gefilterte Signal kann anschließend mittels des ersten Verstärkers mit einstellbarem Verstärkungsfaktor 100 verarbeitet werden. Das verarbeitete Signal kann dann mittels eines weiteren Bandpassfilters 102 weiter verarbeitet werden. Die Ausgabe des Bandpassfilters 102 ist für das erste empfangene Signal kennzeichnend, das auf die erste Zwischenfrequenz heruntergemischt worden ist.
  • In einer ähnlichen Weise können eine zweite Empfangsantenne 104, ein zweites SAW-Filter 106, ein zweiter rauscharmer Verstärker LNA 108, ein zweiter Mischer 110, ein Bandpassfilter 112, ein zweiter Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsgrad 114 und ein Bandpassfilter 116 in serieller Weise miteinander gekoppelt werden, um den zweiten Diversityzweig 86 zu bilden. Wie bei der ersten Empfangsantenne 90, kann die zweite Empfangsantenne 104 auch dazu konfiguriert sein, zwei Kopien oder Exemplare des übermittelten Signals zu empfangen. Ferner können die an der zweiten Empfangsantenne 104 empfangenen Signale entlang des zweiten Diversityzweiges 86 mittels des zweiten SAW-Filters 106 verarbeitet und durch den zweiten LNA 108 verstärkt werden. Wie vorstehend beschrieben, können die an der zweiten Empfangsantenne 104 empfangenen Signale mit Hilfe eines stabilen HF-Signals, das eine Frequenz f2 aufweist, von dem zweiten lokalen Oszillator auf eine zweite Zwischenfrequenz abwärts gemischt werden. In dieser Ausführungsform unterscheidet sich die zweite Zwischenfrequenz von derjenigen der ersten Zwischenfrequenz. Das Signal mit der zweiten Zwischenfrequenz kann mittels des Bandpassfilters 112, des zweiten Regelverstärkers 114 und des Bandpassfilters 116 weiterverarbeitet werden. Im Anschluss an diese Verarbeitung wird durch den zweiten Diversityzweig 86 ein zweites Signal erzeugt, das die zweite Zwischenfrequenz aufweist.
  • Wie unter Bezugnahme auf den ersten und zweiten Diversityzweig 84, 86 beschrieben, können eine dritte Empfangsantenne 118, ein drittes SAW-Filter 120, ein dritter LNA 122, ein dritter Mischer 124, ein Bandpassfilter 126, ein dritter Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor 128 und ein Bandpassfilter 130 seriell miteinander gekoppelt werden, um den dritten Diversityzweig 88 zu bilden. Die dritte Empfangsantenne 118 kann konfiguriert sein, um zwei Kopien des ausgesandten Signals zu empfangen. Zusätzlich können die an der dritten Empfangsantenne 118 empfangenen Signale in dem dritten Diversityzweig 88 mittels des dritten SAW-Filters 120 verarbeitet und durch den dritten LNA 122 verstärkt werden. Wie vorstehend beschrieben, können die an der dritten Empfangsantenne 118 empfangenen Signale mit Hilfe eines stabilen HF-Signals von dem dritten lokalen Oszillator, das eine Frequenz f3 aufweist, auf eine dritte Zwischenfrequenz heruntergemischt werden. In dieser Ausführungsform unterscheidet sich die dritte Zwischenfrequenz von der ersten und der zweiten Zwischenfrequenz. Das Signal mit der dritten Zwischenfrequenz kann mit dem Bandpassfilter 126, dem zweiten Regelverstärker 128 und dem Bandpassfilter 130 weiterverarbeitet werden. Im Anschluss auf die Verarbeitung wird ein drittes Signal, das die dritte Zwischenfrequenz aufweist, durch den dritten Diversityzweig 88 erzeugt.
  • Die Bezugszeichen 132, 134 und 136 kennzeichnen den gleichen Satz übertragener Signale, wie sie durch die erste, zweite bzw. dritte Empfangsantenne 90, 104 bzw. 118 empfangen werden, wenngleich dies bei unterschiedlichen Amplituden und Phasen. Die Signale 132, 134, 136 sind lediglich zu Veranschaulichungszwecken dargestellt und nicht maßstäblich eingezeichnet. Jede vertikale Linie in den Spektren 132, 134, 136 ist für ein Schmalbandausgangssignal eines einzelnen Senders kennzeichnend. Beispielsweise repräsentiert das Bezugszeichen 138 das informationstragende Signal, das durch einen einzelnen Sender, beispielsweise den Sender 14 (vgl. 1), übermittelt wird. Es kann erwähnt werden, dass das Signal 138, das das von dem ersten Sender 114 ausgesandte Signal kennzeichnet, an der ersten, zweiten und dritten Empfangsantenne 90, 104, 118 mit unterschiedlichen Amplituden und Phasen empfangen wird.
  • Wie hier vorstehend beschrieben, wird jedes der empfangenen Signale 132, 134, 136 durch einen zugehörigen Diversityzweig 84, 86, 88 auf eine jeweilige Zwischenfrequenz abwärts gemischt. In anderen Worten sind diese abwärts gemischten Signale, die jeweilige Zwischenfrequenzen aufweisen, auf einen anderen Abschnitt eines Basisbandspektrums umgesetzt worden. Die abwärts gemischten Signale können anschließend mittels eines Addierers 140 aufaddiert werden, um ein einzelnes zusammengesetztes analoges Signal 142 zu erzeugen. In einer Ausführungsform kann das zusammengesetzte analoge Signal 142 eine Bandbreite in einem Bereich von etwa 30 MHz bis etwa 62,5 MHz haben.
  • Das zusammengesetzte Signal 142 ist in 4 veranschaulicht. Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Technik sind drei Kopien der übertragenen Signale 132, 134, 136 auf einen verschiedenen Teil des Basisbandspektrums umgesetzt worden und sind in 4 veranschaulicht. Es kann erwähnt werden, dass das zusammengesetzte Signal 142 in einer Ausführungsform eine Bandbreite von 40 MHz aufweisen kann.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 3 kann das zusammengesetzte Signal 142 anschließend durch den einzelnen ADU 48 verarbeitet werden. Wie vorstehend beschrieben ist der ADU 48 dazu konfiguriert, das zusammengesetzte Signal 142 in ein digitales Signal zu wandeln. In einer Ausführungsform kann der ADU 48 einen ADU enthalten, der mit einer im Wesentlichen hohen Frequenz arbeitet. Beispielsweise kann der ADU 48 mit einer Frequenz in einem Bereich zwischen un gefähr 60 MHz und ungefähr 125 MHz arbeiten. Anschließend kann das digitale Signal, das von dem ADU 48 ausgegeben wird, mittels des DSP-Moduls 50 verarbeitet werden, um das gewünschte Ausgangssignal 52 zu erzeugen.
  • Wie vorstehend beschrieben, enthält das DSP-Modul 50 gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Technik ein Software definiertes Radio oder Software-Radio. 5 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform der Architektur 144 des Software-Radios-50 nach 1 in größeren Einzelheiten. In einer momentan vorgesehenen Konfiguration kann das Software-Radio 50 einen digitalen Abwärtsmischer 146 und ein Detektormodul 158 enthalten. Das Software-Radio 50 kann konfiguriert sein, um das zusammengesetzte Signal 142 in diskrete Signale niedrigerer Rate zu kanalisieren, wobei jedes der diskreten Signale mit niedrigerer Rate ein einzelnes Basisband des über einen Sender übertragenen Signals kennzeichnet. Gewöhnlich liegt die Bandbreite dieser diskreter Signale niedriger Rate in der Größenordnung von zig Kilohertz (kHz).
  • Demgemäß kann das Software-Radio 50 konfiguriert sein, um jede der einzelnen Schmalbandkopien eines durch einen gegebenen Sender, beispielsweise den Sender 14 (vgl. 1), übertragenen Signals zu extrahieren bzw. zu entnehmen, die einzelnen Kopien in DC zu wandeln und anschließend die entsprechende Abtastrate jedes einzelnen Signals in Abhängigkeit von der Übertragungsrate und der verwendeten Modulationsart von einer höheren Abtastrate, die dem ADU 48 zugeordnet ist, in eine niedrigere Abtastrate zu dezimieren. Beispielsweise kann die Abtastrate des ADU 48 100 MHz betragen. Demgemäß kann das Software-Radio 50 dazu konfiguriert sein, die Abtastrate jedes einzelnen Signals von 100 MHz auf eine Abtastrate in einem Bereich von etwa MHz auf eine Abtastrate in einem Bereich von etwa 20 kHz bis etwa 50 kHz zu dezimieren. Der Betrieb des in 5 veranschaulichten Software-Radios 50 ist hier nachstehend beschrieben.
  • Wie vorstehend erwähnt, ist eine generische Architektur des Software-Radios 50 in 5 veranschaulicht. Das Software-Radio 50 kann konfiguriert sein, um die einzelnen Kopien des übertragenen Signals zu extrahieren, die einzelnen Kopien in DC zu wandeln und die Abtastrate dieser einzelnen Kopien auf eine niedrigere Rate zu dezimieren. Der „Kanalisierungs"- bzw. „Kanaleinteilungs"-Prozess kann durch die Verwendung eines komplexen numerisch gesteuerten Oszillators, eines komplexen digitalen Mischers und einer oder mehrerer Dezimationsfilterungsstufen erzielt werden.
  • Wie vorstehend erwähnt, enthält das Software-Modul 50 einen digitalen Abwärtskonverter 146. Der digitale Abwärtskonverter 146 enthält einen numerisch gesteuerten Oszillator 150, der konfiguriert sein kann, um als eine Abstimmvorrichtung zu dienen. Ferner kann ein komplexer digitaler Mischer 148 einen Satz von Multiplizierern enthalten und kann konfiguriert sein, um die gewünschte Mitten(Carrier)Frequenz in DC umzusetzen. In anderen Worten können der numerisch gesteuerte Oszillator 150 und der Mischer 148 dazu konfiguriert sein, das gewünschte Schmalbandsignal in Basisband-Inphase(I)- und Quadratur(Q)-Signale umzusetzen. Zusätzlich enthält der digitale Abwärtskonverter 146 eine oder mehrere Stufen eines Dezimationsfilters, das konfiguriert ist, um eine Selektivität zu erzielen und die Abtastfrequenz auf Audio- bzw. Niederfrequenzen zu reduzieren. In anderen Worten können die mehreren Dezimations- und Filterungsstufen konfiguriert sein, um unerwünschte Signale zu eliminieren und die Abtastrate auf eine für den Basisbandbetrieb geeignete Frequenz zu reduzieren. In der veranschaulichten Ausführungsform nach 5 ist der digitale Abwärtskonverter 146 veranschaulicht, wie er eine erste Filter/Dezimator-Stufe 152 und eine Nte Filter/Dezimator-Stufe 154 aufweist. In einer Ausführungsform kann die veranschaulichte Architektur konfiguriert sein, um in Echtzeit mit einer Eingangsabtastrate von 100 MHz und einer Ausgangsabtastrate von 50 kHz zu arbeiten. Somit weist die veranschaulichte Ausführungsform ein Dezimationsverhältnis von beispielsweise 2000 auf.
  • Der durch den numerisch gesteuerten Oszillator 150 und den komplexen Mischer 148 durchgeführten Umsetzungsoperation kann/können eine oder mehrere Stufen einer Dezimationsfilterung folgen, um die Abtastrate zu reduzieren. Wie ohne weiteres verständlich, wählt ein Dezimationsfilter einen gewünschten Kanal aus, wenn sowohl ein starker benachbarter Kanal störend einwirkt als auch Quantisierungsrauschen von dem Digitalisierungsprozess vorhanden ist. In einer Ausführungsform kann ein Kaskaden-Integrator-Kammfilter (CIC-Filter) Nter Ordnung verwendet werden, um den Dezimationsprozess auszuführen. Der äußerst einfache Aufbau, der mit CIC-Filtern verbunden ist, ermöglicht vorteilhafterweise einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb in annähernd jeder Architektur.
  • Die durch das Dezimationsfilter verarbeiteten Signale können anschließend durch ein Filter, beispielsweise ein FIR-Filter (Finite Impulse Response, mit endlich langer Impulsantwort) verarbeitet werden. Das FIR-Filter kann als eine engültige „Aufräum"-Vorrichtung verwendet werden, die die Aliasprodukte zwischen der Enddurchlasskante und der halben CIC-Ausgangsabtastfrequenz beseitigt. Ferner kann das FIR-Filter auch dazu konfiguriert sein, eine Nachbarkanalunterdrückung zu erzielen.
  • Im Anschluss an die Verarbeitung durch den digitalen Abwärtskonverter 146 stehen drei unterschiedliche Versionen des gleichen Signals zur Verfügung. Diese drei unterschiedlichen Versionen des gleichen Signals können anschließend in optimaler Weise miteinander kombiniert werden, während eine minimale Bitfehlerrate BER aufrechterhalten wird. Demgemäß kann bei der Kombination der drei Versionen des gleichen Signals eine korrekte zeitliche Zuordnung bzw. Ausrichtung der empfangenen Signale erwünscht sein. Wegen der Schmalbandnatur des abwärts konvertierten Signals und des Wunsches, die Anzahl von Abtastwerten pro Signal auf ein Minimum zu reduzieren (geringere Verarbeitungsanforderungen) kann die zeitliche Zuordnung Zeitverschiebungen von weniger als eine einzelne Abtastperiode erfordern. Dies kann mittels eines „Bruchteilsverzögerungsfilters", beispielsweise der Bruchteilsabtasteinrichtung 156, erreicht werden, die auf einfache Weise mit einer FIR-Architektur implementiert sein kann.
  • Diese zeitlich zugeordneten Signale können anschließend miteinander kombiniert werden, um ein einzelnes Signal zu erzeugen, das das über einen gegebenen Sender übertragene Signal kennzeichnet. In einer Ausführungsform kann der Kombinationsschritt vor einem Detektionsprozess stattfinden. Alternativ kann der Kombinationsschritt während des Detektionsprozesses durchgeführt werden. In einer Ausführungsform kann die Entscheidung, in welcher Weise die Signalkomponenten zu verarbeiten sind, von den jeweiligen geschätzten Signal-Rausch-Verhältnissen der Signalkomponenten mit der ersten, zweiten bzw. dritten Zwischenfrequenz abhängig sein. Alternativ kann die Entscheidung in bestimmten anderen Ausführungsformen auf anderen Kriterien, beispielsweise der geschätzten Signalleistung der Signale mit der ersten, zweiten und dritten Zwischenfrequenz, basieren. In bestimmten weiteren Ausführungsformen können die drei Kopien des übertragenen Signals über eine Maximalverhältniskombination kohärent miteinander kombiniert werden. Wie ohne weiteres verständlich, gewichtet die Maximalverhältniskombinationseinrichtung die Signale linear gemäß Schätzwerten des Signal-Rausch-Verhältnisses für jede Version des Signals. Die gewichteten Signale werden anschließend gemeinsam aufaddiert.
  • Es sollte erwähnt werden, dass das Software-Radio 50 gestaltet sein kann, um mehrere Instanziierungen der vorstehend beschriebenen Verarbeitung ablaufen zu lassen. In anderen Worten wird ein gesonderter numerisch gesteuerter Oszillator, komplexer Mischer, Filter, eine Dezimatorkette für jedes Schmalbandsignal, das demoduliert werden soll, verwendet. Bezugnehmend auf 3–4 sind drei Kopien 132, 134, 136 des übertragenen Signals über dem zusammengesetzten Signal 142 verteilt worden. Demgemäß gemäß können drei Instanziierungen der im Zusammenhang mit 5 beschriebenen Verarbeitung verwendet werden, um die jeweiligen Signale simultan ins Basisband abwärts zu mischen.
  • Die Signale können anschließend mittels eines Detektormoduls 158 verarbeitet werden. In einer Ausführungsform kann das Detektormodul ein geeignetes Demodulationsverfahren anwenden, um die übermittelten Datensignale zu reproduzieren. Beispielsweise können die Demodulationsverfahren eines der folgenden Verfahren enthalten: MSK-Demodulation (Minimum Shift Keying), FSK-Demodulation (Frequency Shift Keying), GMSK-Demodulation (Gaussian Minimum Shift Keying), Differential Frequency Shift Keying-Demodulation, OQPSK-Demodulation (Offset Quadrature Phase Shift Keying) oder GFSK-Demodulation (Gaussian Frequency Shift Keying).
  • Wie vorstehend erwähnt kann das Software-Radio 50 ferner ein Detektormodul 158 enthalten. Das Detektormodul 158 kann Detektionsalgorithmen beinhalten, die auf einem programmierbaren Prozessor, beispielsweise einem Personalcomputer (PC)-Prozessor oder einem DSP-Chip, implementiert sein können. Diese Detektionsalgorithmen können konfiguriert sein, um die I- und Q-Datenströme in ein einzelnes digitales Ausgangssignal 160 umzusetzen. Das Ausgangssignal 160 kann anschließend durch einen Schmalband-Digital-Analog-Wandler mit geeigneter Rekonstruktionsfilterung ausgegeben werden. Falls das übermittelte Signal EKG-Daten enthält, enthält das Ausgangssignal beispielsweise die zugehörige EKG-Signalform.
  • Die veranschaulichte Ausführungsform nach 5 verwendet drei Einzelumsetzungs-Front-Ends, nämlich jeweils eines für jeden Diversityzweig. Jedes Front-End weist eine jeweilige Bandbreite bzw. Bandweite BW1, BW2 und BW3 sowie eine jeweilige Zwischenfrequenz (Intermediate Frequency) fI1, fI2 und fI3 auf. In einer Ausführungsform können fI1, fI2 und fI3 gewählt werden, um den folgenden Bedingungen zu genügen: N1(fI1, fs) = f1 N2(fI2, fs) = f2 und N3(fI3, fs) = f3 (1), wobei N1(fI1, fs) eine Funktion ist, die die Frequenz f auf ihr Spiegelspektrum in der ersten Nyquistzone des ADU abbildet, und fs die Abtastfrequenz (Sampling Frequency) darstellt.
  • Indem der erste und der zweite Diversityzweig 84, 86 zur Erleichterung der Veranschaulichung betrachtet werden und unter der Annahme, dass sowohl das erste als auch das zweite Empfänger-Front-End gleich geformte symmetrische Frequenzantworten aufweisen, wie sie in 6 veranschaulicht sind, können die Frequenzen f1 und f2 folgendermaßen gewählt werden:
    Figure 00320001
  • Diese Frequenzwahl unterstützt eine Anordnung der beiden Bandkopien mit maximalem Abstand zueinander und von ihren eigenen Aliasenden in dem Nyquistbereich des ADU. Für diese Maßnahme kann die Trennschärfe des Verbund-Front-Ends ausreichend gewählt werden, um einen
    Figure 00320002
    auf weniger als (Pweak-SIRmin) zu begrenzen, wobei Pweak der Leistungspegel des schwächsten zu empfangenen Signals ist, während SIRmin das minimal zulässige Signalstörungsverhältnis bzw. den minimal zulässigen Störabstand darstellt.
  • Wenn ein hoher Dynamikbereich erwünscht ist und starke Störer bei
    Figure 00320003
    erwartet werden, können große Schutzabstände bzw. -frequenzbänder verwendet werden. Dies wiederum unterstützt eine Reduktion der Anzahl gesonderter Signale, die in der in 3 veranschaulichten Ausführungsform durch Frequenzmultiplexing zu einem einzelnen ADU umgesetzt werden können, aufgrund eines endlich großen Nyquistbereiches. Die Verwendung sehr trennscharfer HF-Front-Ends kann dieses Problem verringern, wobei jedoch physikalisch große, komplexe und kostspielige anwendungsspezifische analoge Bandpassfilter in nachteiliger Weise schwerer wiegen können als die Einsparungen weniger ADUs. Wie in 7 veranschaulicht, kann insbesondere die Aufnahme analoger Notchfilter (Bandsperrfilter) im Zentrum
    Figure 00330001
    (für den Fall des FDM mit zwei Signalen) von Vorteil sein. Ein derartiges Notchfiltern könnte bei der HF, der ZF oder bei beiden durchgeführt werden.
  • 6 veranschaulicht die identisch gestalteten symmetrischen Frequenzantworten 162 der beiden Diversityzweige 84, 86 (vgl. 3). In 6 ist die Amplitude (Betrag) 164 der Frequenzantworten der beiden Empfangsantennen 90, 104 (vgl. 3) in Abhängigkeit von den Frequenzen 166 aufgezeichnet. Das Bezugszeichen 166 veranschaulicht die tatsächliche Frequenzantwort bzw. den tatsächlichen Frequenzgang der ersten Empfangsantenne 90, während eine gewünschte Antwort bzw. ein gewünschter Frequenzgang der ersten Empfangsantenne 90 durch das Bezugszeichen 170 dargestellt ist. In ähnlicher Weise veranschaulicht das Bezugszeichen 172 die tatsächliche bzw. Ist-Frequenzantwort der zweiten Empfangsantenne 104, während eine gewünschte Antwort der zweiten Empfangsantenne 104 durch das Bezugszeichen 174 dargestellt ist.
  • 7 veranschaulicht eine modifizierte Ausführungsform 176 des in 3 veranschaulichten Frequenzmultiplex systems 82. In dieser Ausführungsform enthält jeder der ersten, zweiten und dritten Diversityzweige 84, 86, 88 ein oder mehrere Notchfilter. Wie ohne weiteres verständlich, kann das Notchfilter ein Bandsperrfilter sein, das konfiguriert ist, um ein einzelnes Frequenzband zu dämpfen und sowohl ein niedrigeres als auch ein höheres Frequenzband durchzulassen. In einer momentan vorgesehenen Konfiguration, wie sie in 7 veranschaulicht ist, ist der erste Diversityzweig 84 veranschaulicht, wie er ein erstes Notchfilter 178 sowie ein zweites Notchfilter 180 aufweist. In ähnlicher Weise ist der zweite Diversityzweig 86 veranschaulicht, wie er ein erstes Notchfilter 182 und ein zweites Notchfilter 184 aufweist. Wie bei dem ersten und dem zweiten Diversityzweig 84, 86 kann der dritte Diversityzweig 88 ein erstes Notchfilter 186 und ein zweites Notchfilter 188 enthalten. Jedes der mehreren Notchfilter kann konfiguriert sein, um eine zusätzliche Abschwächung an den ZF-Frequenzen von
    Figure 00340001
    zu erzielen, wodurch vorteilhafterweise die jeweiligen Bandpassfilter entlastet werden.
  • 8 veranschaulicht eine Frequenzantwort 190 des einen Diversityzweigs, beispielsweise des ersten Diversityzweigs 84, des in 7 veranschaulichten Systems. In 8 ist die Amplitude (Betrag) 192 der Frequenzantwort der Empfangsantenne 90 (vgl. 7) über der Frequenz 194 aufgezeichnet. Das Bezugszeichen 196 veranschaulicht die tatsächliche Frequenzantwort der ersten Empfangsantenne 90, während eine gewünschte Antwort der ersten Empfangsantenne 90 durch das Bezugszeichen 198 gekennzeichnet ist. Eine gewünschte Antwort der zweiten Empfangsantenne 104 ist durch das Bezugszeichen 200 gekennzeichnet.
  • Wie vorstehend erwähnt, besteht das WMTS-Frequenzspektrum aus drei getrennten, nicht zusammenhängenden Frequenzbändern, die zusammengerechnet 16 MHz ergeben. UHF (608–614 MHz), unteres L-Band (1395–1400 MHz) und oberes L-Band (1427–1432 MHz). Demgemäß kann bei der in 3 veranschaulichten Antennendiversity das gewünschte Signal über eines der drei hier vorstehend erwähnten Bänder übertragen werden. Jedoch ist es verständlich, dass das gewünschte Signal über mehrere Bänder übertragen werden kann. Demgemäß können die resultierenden Kopien in dem HF-Front-End des Empfängers gesondert voneinander auf unterschiedliche Zwischenfrequenzen abwärts gemischt werden, um auf der Basis einer analogen Filterungseinrichtung gewünschte Schutzabstände zu enthalten. Die abwärts konvertierten Kopien des Signals können anschließend durch einen einzelnen ADU simultan digitalisiert werden, wodurch Kosten, Größe, Leistungsverbrauch und Komplexität reduziert werden. Des Weiteren kann die Größe der gewünschten Schutzabstände bzw. Schutzfrequenzbänder basierend auf der Qualität der in den HF-Front-Ends möglichen analogen Filterung festgelegt werden.
  • Indem nun auf 9 Bezug genommen wird, ist dort ein Flussdiagramm veranschaulicht, in dem ein beispielhaftes Verfahren zur Übertragung von Signalen gemäß Aspekten der vorliegenden Technik dargestellt ist. Das in 9 zusammengefasste Verfahren beginnt in Schritt 202. In Schritt 202 kann ein informationstragendes Signal, das durch eine Datenquelle 12 erzeugt wird (vgl. 1) über einen oder mehrere Sender übertragen werden. Beispielsweise kann das durch die Datenquelle 12 erzeugte informationstragende Signal über den ersten und den zweiten Sender 14, 18 bei zwei unterschiedlichen Frequenzen ausgesandt werden, wie dies vorstehend erwähnt ist. Anschließend können die beiden Kopien des ausgesandten Signals in Schritt 204 an einer Anzahl von Empfangsantennen empfangen werden. Beispielsweise kann jede der Empfangsantennen 90, 104, 118 (vgl. 3) konfiguriert sein, um zwei Kopien des übertragenen Signals zu empfangen. Somit werden in der veranschaulichten Ausführungsform nach 3 sechs Kopien der übertragenen Signale an den Empfängern 90, 104, 118 empfangen.
  • In Schritt 206 kann jedes der empfangenen Signale mittels eines jeweiligen Diversityzweigs, beispielsweise der Diversityzweige 84, 86, 88, verarbeitet werden. Im Anschluss an die Verarbeitung durch jeden zugehörigen Diversityzweig kann jedes der empfangenen Signale in der vorstehend beschriebenen Weise auf ein Signal mit einer jeweiligen Zwischenfrequenz abwärts konvertiert werden. Beispielsweise können die beiden Kopien des an dem ersten Empfänger 90 empfangenen Signals auf Signale abwärts gemischt werden, die eine erste und eine zweite Zwischenfrequenz aufweisen. Zusätzlich kann ein Signal-Rausch-Verhältnis für das erste empfangene Signal berechnet werden. Ferner kann auch eine Signalleistung des ersten empfangenen Signals in Schritt 206 geschätzt bzw. berechnet werden. In ähnlicher Weise können die an der zweiten und der dritten Antenne 104, 118 empfangenen Signale auf jeweilige Zwischenfrequenzen abwärts gemischt werden. Ferner können Signal-Rausch-Verhältnisse und Signalleistungen, die jedem der Signale zugeordnet sind, in Schritt 206 berechnet werden.
  • In Schritt 208 können anschließend die Signale mit jeweiligen Zwischenfrequenzen über den Addierer 140 (vgl. 3) aufaddiert werden, um ein einzelnes zusammengesetztes analoges Signal, beispielsweise das zusammengesetzte Signal 142 (vgl. 4), zu erzeugen. Wie vorstehend erwähnt, können die abwärts konvertierten Signale über dem zusammengesetzten Signal 142 verteilt werden. Die Signale mit jeweiligen Zwischenfrequenzen können durch ein geeignetes Totband voneinander getrennt sein, das von analogen Selektionsfiltern, beispielsweise den Bandpassfiltern, benötigt werden kann.
  • In Schritt 210 kann das zusammengesetzte analoge Signal 142 durch einen einzelnen ADU verarbeitet werden, um ein digitales Signal zu erzeugen. In einer Ausführungsform kann das zusammengesetzte analoge Signal durch den ADU mit einer hohen Rate abgetastet werden. Alternativ kann das zusammengesetzte analoge Signal unterabgetastet werden, und die Remodulationsfrequenzen können derart angeordnet werden, dass Aliasversionen des empfangenen Signals in dem digitalen Signal im Frequenzbereich voneinander getrennt bleiben.
  • In Schritt 212 kann anschließend die digitale Ausgabe von dem einzelnen ADU mittels eines Software definierten Radios oder Software-Radios weiter verarbeitet werden, um einzelne Kopien des durch einen jeweiligen Sender übertragenen Signals wiederzugewinnen, wie dies vorstehend beschrieben ist. Ferner können die einzelnen Kopien der durch einen jeweiligen Sender übertragenen Signale in Schritt 214 miteinander kombiniert werden, um das übertragene Signal zu rekonstruieren. In einigen Ausführungsformen kann das Software-Radio konfiguriert sein, um die Signalkomponenten mit der ersten, zweiten und dritten Zwischenfrequenz in dem digitalen Ausgangssignal kohärent miteinander zu kombinieren. Alternativ kann das Software-Radio konfiguriert sein, um eine der drei Zwischenfrequenzkomponenten auszuwählen.
  • Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik können Entscheidungen über die Art und Weise, in der die Signalkomponenten mittels des Software-Radios zu verarbeiten sind, in jedem Zeitpunkt in Abhängigkeit von geeigneten Kriterien getroffen werden. In einer Ausführungsform kann die Entscheidung darüber, wie die Signalkomponenten zu verarbeiten sind, von den jeweiligen geschätzten Signal-Rausch-Verhältniswerten der Signalkomponenten mit der ersten, zweiten und dritten Zwischenfrequenz abhängig gemacht werden. Alternativ kann die Entscheidung in bestimmten anderen Ausführungsformen auf anderen Kriterien, wie beispielsweise der geschätzten bzw. berechneten Signalleistung der Signale mit der ersten und der zweiten Zwischenfrequenz, basieren.
  • Das digitale Ausgangssignal des ADU enthält drei empfangene Kopien des einzelnen übertragenen Signals. Diese drei Kopien können anschließend mittels des Software-Radios miteinander kombiniert werden. Das Software-Radio kann verwendet werden, um eine Demodulation des kombinierten Signals zu erleichtern, um ein Basisbandsignal zu erzeugen, das die gewünschte übertragene Information kennzeichnet. In einer Ausführungsform können die drei Kopien basierend auf den berechneten jeweiligen Signal-Rausch-Verhältnissen miteinander kombiniert werden. Alternativ können die drei Kopien des übertragenen Signals über eine Maximalverhältniskombination kohärent miteinander kombiniert werden. Wie ohne weiteres verständlich, ist eine Maximalverhältniskombinationseinrichtung als eine Diversitykombinationseinrichtung definiert, bei der die Signale von jedem Kanal gemeinsam aufaddiert werden, die Verstärkung jedes Kanals proportional zu dem RMS-Signaleffektivwert (Root Means Squared, quadratischer Mittelwert) und umgekehrt proportional zu dem mittleren quadratischen Rauschpegel in diesem Kanal eingerichtet wird und dieselbe Proportionalitätskonstante für sämtliche Kanäle verwendet wird. Ferner ist eine Diversitykombinationseinrichtung eine Schaltung oder Vorrichtung zur Kombination zweier oder mehrerer Signale, die die gleiche Information tragen und über gesonderte Pfade oder Kanäle empfangen werden, mit dem Ziel, ein einzelnes resultierendes Signal zu liefern, das hinsichtlich der Qualität besser ist als ein beliebiges der einen Beitrag leistenden Signale.
  • Bezugnehmend nun auf 10 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines beispielhaften Prozesses zur Kombination empfangener Signale dargestellt. Das Verfahren beginnt in Schritt 216, in dem das übertragene Signal an mehreren Empfangsantennen, beispielsweise den Empfangsantennen 90, 104, 118 (vgl. 3), empfangen wird. Jedes der empfangenen Signale kann über ein jeweiliges SAW-Filter, beispielsweise die SAW-Filter 92, 106, 120 (vgl. 3), in Schritt 218 verarbeitet werden. Ferner kann jedes der gefilterten Signale in Schritt 220 mit einem jeweiligen LNA, beispielsweise den LNAs 94, 108, 122 (vgl. 3) verstärkt werden, um etwaige schwache Signale zu verbessern bzw. zu verstärken. Nachfolgend kann jedes der empfangenen Signale in Schritt 222 auf ein jeweiliges Signal umgesetzt oder abwärts konvertiert werden, das eine jeweilige Zwischenfrequenz aufweist. Wie vorstehend beschrieben, kann jedes empfangene Signal auf ein Signal mit einer jeweiligen Zwischenfrequenz abwärts konvertiert werden, indem jedes der empfangenen Signale mit einem Signal gemischt wird, das durch einen lokalen Oszillator erzeugt wird. Die abwärts konvertierten Signale können anschließend durch einen ers ten Satz von Bandpassfiltern, beispielsweise die Bandpassfilter 98, 112, 126 (vgl. 3), in Schritt 224 verarbeitet werden. Dem Filterungsschritt kann eine Verarbeitung jedes der gefilterten Signale mit einem einen einstellbaren Verstärkungsfaktor aufweisenden Verstärker, beispielsweise die Regelverstärker 100, 114, 128 (vgl. 3), in Schritt 226 folgen. Anschließend können die Signale durch einen zweiten Satz von Bandpassfiltern, beispielsweise die Bandpassfilter 102, 116, 130, in Schritt 228 gefiltert werden. Nach dem Schritt 228 können diese abwärts gemischten empfangenen Signale dann in Schritt 230 über einen Addierer, beispielsweise den Addierer 140 (vgl. 3), miteinander kombiniert werden, um ein einzelnes zusammengesetztes analoges Signal zu erzeugen. Das zusammengesetzte Signal, beispielsweise das zusammengesetzte Signal 142 (vgl. 4), enthält ein remoduliertes Frequenzspektrum, wobei die Kopien des übertragenen Signals, beispielsweise der übertragenen Signale 132, 134, 136, auf einen anderen Teil des Basisbandspektrums umgesetzt worden sind.
  • 11 zeigt ein Flussdiagramm unter Veranschaulichung eines beispielhaften Prozesses zur Kombination digitaler Signale in dem Software-Radio 50 (vgl. 5) des DSP-Moduls 50 (vgl. 3). Das Verfahren beginnt in Schritt 232, in dem ein digitales Signal, das ein remoduliertes Signalspektrum aufweist, an dem Software-Radio 50 (vgl. 3) von dem ADU 48 (vgl. 3) empfangen wird. In Schritt 234 können einzelne Schmalbandkopien des durch einen gegebenen Sender, beispielsweise den Sender 14 (vgl. 1), übertragenen Signals von dem digitalen Signal entnommen werden. Ferner kann in Schritt 236 jede der einzelnen Kopien des übertragenen Signals in der vorstehend beschriebenen Weise durch den numerisch gesteuerten Oszilla tor 150 und den digitalen Mischer 148 (vgl. 5) in Basisband-Inphase(I)- und Quadratur(Q)-Signale umgesetzt werden. Anschließend können auf die I- und Q-Signale eine oder mehrere Stufen einer Dezimationsfilterung angewandt werden, um die Abtastrate auf eine für einen Basisbandbetrieb geeignete Frequenz zu reduzieren, wie dies vorstehend erwähnt ist.
  • Jede der einzelnen Kopien der übertragenen Signale wird an den Empfangsantennen mit unterschiedlichen Phasen empfangen, wie bereits vorstehend erwähnt. Demgemäß sind die einzelnen Kopien des übertragenen Signals zeitlich verschoben. Es ist erwünscht, diese zeitlich verschobenen Signale auszurichten oder zuzuordnen, bevor all die einzelnen Kopien des übertragenen Signals miteinander kombiniert werden. In Schritt 240 kann jede der einzelnen Kopien zeitlich ausgerichtet bzw. zugeordnet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die zeitliche Zuordnung bzw. Ausrichtung eine Zeitverschiebung von weniger als einer Abtastperiode enthalten.
  • Nach dem Schritt 240 können all die zeitlich zugeordneten bzw. ausgerichteten einzelnen Kopien in Schritt 242 miteinander kombiniert werden, um ein einzelnes Signal zu erzeugen, das das über einen gegebenen Sender übertragene Signal kennzeichnet. Wie vorstehend erwähnt, können die einzelnen Kopien basierend auf einem Signal-Rausch-Verhältnis oder einer geschätzten Signalleistung miteinander kombiniert werden. Alternativ können die einzelnen Kopien mittels einer Maximalverhältniskombinationseinrichtung kohärent miteinander kombiniert werden. Das kombinierte Signal kann anschließend mit einem Detektor verarbeitet werden, um in Schritt 244 ein einzelnes digitales Audiosignal zu erzeugen.
  • Die verschiedenen Kommunikationssysteme und die Verfahren zur Übertragung von Signalen, wie sie hier beschrieben sind, fördern eine verbesserte Leistung oder ein verbessertes Verhalten der drahtlosen Kommunikationssysteme. Ferner unterstützt eine Anwendung der hier vorstehend beschriebenen Techniken zur Signalübertragung den Aufbau kosteneffektiver drahtloser Kommunikationssysteme aufgrund der Reduktion kostenintensiver HF-Ketten, die Elemente, wie beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, Analog-Digital-Wandler, rauscharme Verstärker und Abwärtsmischer, enthalten. Außerdem sind durch Anwendung der vorstehend beschriebenen Verfahren sämtliche der Antennenfeldsignale für jeden Übertragungskanal zur simultanen Verarbeitung verfügbar, wodurch die Nutzung von Techniken wie Maximalverhältniskombination anstelle einer Selektion von Antennen ermöglicht wird. Demgemäß ist das Antennenfeldumschalten weniger zeitkritisch, weil die Antennenfelder zu jedem beliebigen Zeitpunkt umgeschaltet werden können.
  • Während lediglich bestimmte Merkmale der Erfindung hier veranschaulicht und beschrieben sind, erschließen sich für einen Fachmann viele Modifikationen und Veränderungen. Es ist deshalb verständlich, dass die beigefügten Ansprüche dazu vorgesehen sind, all derartige Modifikationen und Veränderungen, soweit sie in den Rahmen der Erfindung fallen, mit abzudecken.
  • Es ist ein Kommunikationssystem 10 offenbart. Das System 10 enthält einen oder mehrere Sender 14, 18, die konfiguriert sind, um ein Signal auszusenden, wobei jedes der durch den einen oder die mehreren Sender 14, 18 erzeugten Signale einer jeweiligen Frequenz entspricht. Ferner enthält das System 10 mehrere Empfänger-Front-Ends, die konfiguriert sind, um das durch jeden des einen oder der mehreren Sender 14, 18 übertragene Signal zu empfangen. Das System 10 enthält ferner mehrere Remodulatormodule 28, 36, 44, die konfiguriert sind, um jedes der empfangenen Signale in ein Signal umzusetzen, das eine jeweilige Zwischenfrequenz aufweist. Außerdem enthält das System 10 ein Kombinationsmodul 46, das konfiguriert ist, um all die Signale, die jeweilige Zwischenfrequenzen aufweisen, miteinander zu kombinieren, um ein einzelnes zusammengesetztes Signal zu erzeugen. Darüber hinaus enthält das System 10 einen einzelnen Analog-Digital-Wandler 48, der konfiguriert ist, um das zusammengesetzte Signal zu verarbeiten und eine digitale Ausgabe zu erzeugen. Zusätzlich enthält das System 10 ein digitales Signalprozessormodul 50, das konfiguriert ist, um das durch jeden des einen oder der mehreren Sender 14, 18 übertragene Signal zu extrahieren.
    • 10
    Drahtloses Kommunikationssytem
    12
    Datenquelle
    14
    Sender, Transmitter
    16
    Sendeantenne
    18
    Sender, Transmitter
    20
    Sendeantenne
    22
    Empfangsantenne
    24
    SAW-Filter
    26
    Verstärker
    28
    ZF-Remodulatormodul
    30
    Empfangsantenne
    32
    SAW-Filter
    34
    Verstärker
    36
    ZF-Remodulatormodul
    38
    Empfangsantenne
    40
    SAW-Filter
    42
    Verstärker
    44
    ZF-Remodulatormodul
    46
    Addierer
    48
    Analog-Digital-Wandler
    50
    Digitalsignalprozessormodul
    52
    gewünschte Ausgabe
    54
    Telemetriesystem
    56
    Telemetrieeinheit
    58
    Elektroden
    60
    Elektrodendrähte
    62
    Akquisitionsmodul
    64
    Sender, Transmitter
    66
    Sendekanal
    68
    Empfängermodul
    70
    Empfänger-Front-End
    72
    ZF-Remodulatormodul
    74
    Analog-Digital-Wandler
    76
    digitales Signalprozessormodul
    78
    Telemetrieüberwachungseinrichtung
    82
    System zur Extraktion übertragener Signale
    84
    erster Diversityzweig
    86
    zweiter Diversityzweig
    88
    dritter Diversityzweig
    90
    erste Empfangsantenne
    92
    erstes SAW-Filter
    94
    erster rauscharmer Verstärker
    96
    erster Mischer
    98
    Bandpassfilter
    100
    erster Regelverstärker (mit einstellbarem Verstär
    kungsfaktor)
    102
    Bandpassfilter
    104
    zweite Empfangsantenne
    106
    zweites SAW-Filter
    108
    zweiter rauscharmer Verstärker
    110
    zweiter Mischer
    112
    Bandpassfilter
    114
    zweiter Regelverstärker
    116
    Bandpassfilter
    118
    dritte Empfangsantenne
    120
    drittes SAW-Filter
    122
    dritter rauscharmer Verstärker
    124
    dritter Mischer
    126
    Bandpassfilter
    128
    dritter Regelverstärker
    130
    Bandpassfilter
    132
    an der ersten Empfangsantenne empfangenes Signal
    134
    an der zweiten Empfangsantenne empfangenes Signal
    136
    an der dritten Empfangsantenne empfangenes Signal
    138
    Signal von der ersten Sendeantenne
    140
    Addierer
    142
    kombiniertes Signal
    144
    Architektur eines Software-Radios
    146
    digitaler Abwärtskonverter/Abwärtsmischer
    148
    digitaler Mischer
    150
    numerisch gesteuerter Oszillator
    152
    Filter/Dezimatorstufe 1
    154
    Filter/Dezimatorstufe N
    156
    Bruchteils-Neuabtasteinrichtung
    158
    Detektormodul
    160
    Ausgangssignal
    162
    Signalantwort eines ersten und zweiten Diversityzwei
    ges
    164
    Amplitude der Antwort
    166
    Frequenz
    168
    Signal von einer ersten Antenne
    170
    gewünschtes Signal von der ersten Antenne
    172
    Signal von einer zweiten Antenne
    174
    gewünschtes Signal von der zweiten Antenne
    176
    alternative Ausführungsform eines Systems zur Extrak
    tion übertragener Signale
    178
    Notchfilter
    180
    Notchfilter
    182
    Notchfilter
    184
    Notchfilter
    186
    Notchfilter
    188
    Notchfilter
    190
    Signalantwort eines dritten Diversityzweiges
    192
    Amplitude der Antwort
    194
    Frequenz
    196
    Signal von einer ersten Antenne
    198
    gewünschtes Signal von der ersten Antenne
    200
    Signal von einer zweiten Antenne
    202
    Schritt zur Übertragung eines Signals über einen oder
    mehrere Sender
    204
    Schritt zum Empfang übertragener Signale mittels meh
    rerer Empfänger
    206
    Schritt zur Umsetzung jedes der empfangenen Signale in
    ein jeweiliges Signal, das eine jeweilige Zwischenfre
    quenz aufweist
    208
    Schritt zur Kombination von Signalen, die jeweilige
    Zwischenfrequenzen aufweisen, um ein zusammengesetztes
    Signal zu erzeugen
    210
    Schritt zur Verarbeitung des zusammengesetzten Signals
    mit einem ADU zur Erzeugung eines digitalen Signals
    212
    Schritt zur Verarbeitung des digitalen Signals mit ei
    nem Software definierten Radio
    214
    Schritt zur Kombination einzelner Kopien des übertra
    genen Signals zur Rekonstruktion des übertragenen Sig
    nals
    216
    Schritt zum Empfang eines übertragenen Signals an meh
    reren Empfangsantennen
    218
    Schritt zur Verarbeitung jedes der empfangenen Signale
    mit einem Bandpassfilter
    220
    Schritt zur Verstärkung jedes der empfangenen Signale
    mit einem LNA
    222
    Schritt zur Abwärtsmischung jedes der empfangenen Sig
    nale
    224
    Schritt zur Verarbeitung jedes der Signale mit einem
    ersten Bandpassfilter
    226
    Schritt zur Verarbeitung jedes der Signale mit einem
    Regelverstärker
    228
    Schritt zur Verarbeitung jedes der Signale mit einem
    zweiten Bandpassfilter
    230
    Schritt zur Kombination der Signale zur Erzeugung ei
    nes zusammengesetzten Signals
    232
    Schritt zum Empfang eines digitalen Signals, das ein
    remoduliertes Signalspektrum des übertragenen Signals
    aufweist
    234
    Schritt zur Extraktion einzelner Kopien des übertrage
    nen Signals
    236
    Schritt zur Umsetzung jeder der einzelnen Kopien
    238
    Schritt zur Reduktion der Abtastfrequenz
    240
    Schritt zur Neuabtastung jeder der einzelnen Kopien
    242
    Schritt zur Kombination der zeitlich zugeordneten ein
    zelnen Kopien
    244
    Schritt zur Verarbeitung des zeitlich zugeordneten
    kombinierten Signals mit einem Detektor

Claims (10)

  1. System (10), das aufweist: einen oder mehrere Sender (14, 18), wobei jeder der einen oder mehreren Sender (14, 18) konfiguriert ist, um ein Signal zu übertragen, und wobei jedes der durch den einen oder die mehreren Sender (14, 18) erzeugten Signale einer jeweiligen Frequenz entspricht; mehrere Empfänger-Front-Ends (70), die konfiguriert sind, um das durch jeden der einen oder mehreren Sender (14, 18) übertragene Signal zu empfangen; mehrere Remodulatormodule (28, 36, 44), die konfiguriert sind, um jedes der empfangenen Signale in ein Signal umzusetzen, das eine jeweilige Zwischenfrequenz aufweist; ein Kombinationsmodul (46), das konfiguriert ist, um all die Signale, die jeweilige Zwischenfrequenzen aufweisen, miteinander zu kombinieren, um ein einzelnes zusammengesetztes Signal zu erzeugen; einen einzelnen Analog-Digital-Wandler (48), der konfiguriert ist, um das zusammengesetzte Signal zu verarbeiten und ein digitales Ausgangssignal zu erzeugen; und ein digitales Signalprozessormodul (50), das konfiguriert ist, um das durch jeden der einen oder mehreren Sender übertragene Signal zu extrahieren.
  2. System (10) nach Anspruch 1, wobei das digitale Signalprozessormodul (50) ein Software definiertes Radio aufweist, das konfiguriert ist, um einzelne Kopien des durch jeden der einen oder mehreren Sender (14, 18) übertragenen Signals zu extrahieren.
  3. Verfahren zur Übertragung von Signalen, wobei das Verfahren aufweist: Übertragung eines Signals (202) über einen oder mehrere Sender (14, 18), wobei jeder der einen oder mehreren Sender (14, 18) konfiguriert ist, um das Signal bei einer jeweiligen Frequenz zu übertragen; Empfang des übertragenen Signals (204) über mehrere Empfänger-Front-Ends (70); Umsetzung jedes der empfangenen Signale (206) in ein jeweiliges Signal, das eine jeweilige Zwischenfrequenz aufweist; Kombination all der Signale (208), die jeweilige Zwischenfrequenzen aufweisen, um ein einzelnes zusammengesetztes analoges Signal (142) zu erzeugen; Verarbeitung des zusammengesetzten analogen Signals (210) mittels eines Analog-Digital-Wandlers (48), um ein digitales Ausgangssignal zu erzeugen; Verarbeitung des digitalen Signals (212) mit einem digitalen Signalprozessormodul (50), um das durch jeden der einen oder mehreren Sender übertragene Signal zu extrahieren; und Kombination der einzelnen Kopien (214) jedes der übertragenen Signale, um das übertragene Signal zu rekonstruieren.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Empfangsschritt aufweist: Filterung (218) und Verstärkung (220) der empfangenen Signale; und Schätzung (146) eines Signal-Rausch-Verhältnisses und einer relativen Leistung jedes der empfangene Signale.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Umsetzungsschritt aufweist: Umsetzung jedes der empfangenen Signale (222) in ein Signal mit einer Zwischenfrequenz durch Mischung jedes der empfangenen Signale mit einem jeweiligen Hochfrequenzsignal, das durch einen lokalen Oszillator erzeugt wird; und Verarbeitung (224, 226, 228) jedes der umgesetzten Signale mit einem ersten Bandpassfilter (98, 112, 126), einem Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor (100, 114, 128) und einem zweiten Bandpassfilter (102, 116, 130).
  6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt der Verarbeitung des digitalen Signals (212) mit einem digitalen Signalprozessormodul (50) eine Verarbeitung des digitalen Signals mit einem Software definierten Radio (144) aufweist, wobei das Software definierte Radio (144) konfiguriert ist, um das durch jeden der einen oder mehreren Sender (14, 18) übertragene Signal zu extrahieren.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Verarbeitung des digitalen Signals (212) mit dem Software definierten Radio (144) aufweist: Extraktion einzelner Kopien (234) des durch jeden der einen oder mehreren Sender (14, 18) übertragenen Signals; Umsetzung jeder der einzelnen Kopien (236) ins Basisband mit einem numerisch gesteuerten Oszillator (150) und einem Mischer (148); Reduktion der Abtastfrequenz jeder der einzelnen Kopien (238) mit einer oder mehreren Dezimationsfilterstufen (152, 154); und Neuabtastung jeder der dezimationsgefilterten einzelnen Kopien (240), um jede der einzelnen Kopien zeitlich zuzuordnen.
  8. Verfahren zur Übertragung von Signalen, wobei das Verfahren aufweist: Empfang eines übertragenen Signals (216) an mehreren Empfangsantennen (90, 104, 118); Verarbeitung jedes der empfangenen Signale (218) mit einem Bandpassfilter (92, 106, 120); Verstärkung jedes der gefilterten Signale (220) mit einem rauscharmen Verstärker (94, 108, 122); Umsetzung jedes der gefilterten Signale in ein jeweiliges Signal (222), das eine jeweilige Zwischenfrequenz aufweist; Verarbeitung jedes der Signale (224, 226, 228), die eine jeweilige Zwischenfrequenz aufweisen; und Kombination all der verarbeiteten empfangenen Signale (230), um ein einzelnes zusammengesetztes Signal (142) zu erzeugen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt der Verarbeitung jedes der Signale, die eine jeweilige Zwischenfrequenz aufweisen, aufweist: Verarbeitung jedes der Signale (224), die eine jeweilige Zwischenfrequenz aufweisen, mit einem ersten Bandpassfilter (98, 112, 126); Verarbeitung jedes der Signale (226), die eine jeweilige Zwischenfrequenz aufweisen, mit einem Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor (100, 114, 128); und Verarbeitung jedes der Signale (228), die eine jeweilige Zwischenfrequenz aufweisen, mit einem zweiten Bandpassfilter (102, 116, 130).
  10. Verfahren zur Übertragung von Signalen, wobei das Verfahren aufweist: Empfang eines digitalen Signals (232), das ein remoduliertes Signalspektrum eines über einen oder mehrere Sender (14, 18) übertragenen Signals aufweist; Extraktion einzelner Kopien (234) des übertragenen Signals; Umsetzung jeder der einzelnen Kopien (236) ins Basisband mit einem numerisch gesteuerten Oszillator (150) und einem Mischer (148); Reduktion der Abtastfrequenz jeder der einzelnen Kopien (238) mit einer oder mehreren Dezimationsfilterungsstufen (152, 154); Neuabtastung jeder der einzelnen Kopien (240), um jede der einzelnen Kopien zeitlich zuzuordnen; Kombination der zeitlich zugeordneten Kopien (242) und Verarbeitung der kombinierten zeitlich zugeordneten Kopien (244) mit einem Detektor (158), um ein einzelnes digitales Ausgangssignal zu erzeugen.
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