DE102012110050B4

DE102012110050B4 - Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren und Sender und Empfänger, die dieses verwenden

Info

Publication number: DE102012110050B4
Application number: DE102012110050.0A
Authority: DE
Inventors: Byung-Jae Kwak
Original assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Current assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: US20130099973A1; US9270023B2; DE102012110050A1

Abstract

Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren, das umfasst:Teilen einer Reihe von Binärfolgen zum Erzeugen mehrerer Bitgruppen;Bestimmen einer Strahlcharakteristik, die jeder der Bitgruppen entspricht, aus einer Menge zweier oder mehrerer Strahlcharakteristiken mit demselben Gewinn und mit derselben Phase in einer Zielrichtung; undFormen eines Strahls mit der entsprechenden Strahlcharakteristik für jede der Bitgruppen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldungen Nr. 10-2011-0108234, eingereicht am 21. Oktober 2011, und 10-2012-0117389 , eingereicht am 22. Oktober 2012, deren gesamte Offenbarung hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Gebiet
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die Strahlformungstechnologie und insbesondere auf ein Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren zum Verringern des Einflusses einer Nebenkeule, um eine Wirkung der Verringerung einer Strahlbreite zu erzielen, und auf einen Sender und auf einen Empfänger, die dieses verwenden.
Beschreibung des verwandten Gebiets
Die Strahlformung bezeichnet eine Technologie, in der ein Empfänger durch Konzentration von Energie (die von einer Antenne abgestrahlt wird) in einer spezifischen Richtung in einem Raum ein Signal in einer gewünschten Richtung empfängt, und ein Sender ein Signal in einer gewünschten Richtung sendet.
Die Strahlformung wird häufig räumliche Filterung genannt, wobei eine Strahlbreite in diesem Fall in Anhängigkeit von der Anzahl der Antennen und von einer Antennengruppenstruktur bestimmt wird.
Allerdings weisen herkömmliche Strahlformungsschemata beim Erhalten einer hohen Strahlauflösung, um eine Strahlbreite zu verringern, eine Beschränkung auf.
Aus der US 2010/0112952 A1 ist eine Jitter-Strahlformung bekannt. Dabei wird ein Strahl mittels einer Jitter-Strahlformung modifiziert, eine abgeschätzte Kanalqualitätsinformation (CQI) von einem Benutzerterminal empfangen, es werden Effekte des Strahl-Jitters auf die abgeschätzte CQI berücksichtigt, um eine Jitter-angepasste CQI-Abschätzung zu erhalten, und die Jitter-angepasste CQI wird während für eine zukünftige Übertragung an das Benutzerterminal verwendet.
ZUSAMMENFASSUNG
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf ein Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren zum Verringern des Einflusses einer Nebenkeule, um eine Wirkung des Verringerns einer Strahlbreite zu erzielen, und auf einen Sender und auf einen Empfänger, die dieses verwenden.
In einem allgemeinen Aspekt enthält ein Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren: das Teilen einer Reihe von Binärfolgen zum Erzeugen mehrerer Bitgruppen; das Bestimmen einer Strahlcharakteristik, die jeder der Bitgruppen entspricht, aus einer Menge zweier oder mehrerer Strahlcharakteristiken mit demselben Gewinn und mit derselben Phase in einer Zielrichtung; und das Formen eines Strahls mit der entsprechenden Strahlcharakteristik für jede der Bitgruppen.
Das Bestimmen der Strahlcharakteristik kann das zufällige Bestimmen einer Strahlcharakteristik aus der Menge zweier oder mehrerer Strahlcharakteristiken für jede der Bitgruppen enthalten.
Das Bestimmen der Strahlcharakteristik kann das Bestimmen der Strahlcharakteristik für jede der Bitgruppen in Übereinstimmung mit einer vorgegebenen Vorschrift enthalten.
In einem anderen allgemeinen Aspekt enthält ein Sender, der eine Zufalls-Jitter-Strahlformung verwendet: eine Bitgruppen-Erzeugungseinheit, die zum Teilen einer Reihe von Sendebinärfolgen zum Erzeugen mehrerer Bitgruppen konfiguriert ist; eine Strahlsteuereinheit, die zum Steuern einer Menge zweier oder mehrerer Strahlcharakteristiken mit demselben Gewinn und mit derselben Phase in einer Zielrichtung konfiguriert ist; eine Strahlformungseinheit, die zum Bestimmen einer entsprechenden Strahlcharakteristik unter den zwei oder mehr Strahlcharakteristiken für jede der Bitgruppen konfiguriert ist; eine D/A-Umsetzungseinheit, die zum Umsetzen jeder der Bitgruppen, deren entsprechende Strahlcharakteristik bestimmt worden ist, in ein analoges Signal konfiguriert ist; und eine Sendeeinheit, die zum Senden des analogen Signals konfiguriert ist.
In einem anderen allgemeinen Aspekt enthält ein Empfänger, der eine Zufalls-Jitter-Strahlformung verwendet: eine Empfangseinheit, die zum Empfangen eines HF-Signals über eine Antennengruppe und zum Umsetzen des HF-Signals in ein Basisbandsignal in der kontinuierlichen Zeit konfiguriert ist; eine A/D-Umsetzungseinheit, die zum Umsetzen des Basisbandsignals in der kontinuierlichen Zeit in Signale im diskreten Zeitbereich, deren Anzahl gleich der Anzahl der in der Antennengruppe enthaltenen Antennen ist, konfiguriert ist; und eine Strahlformungseinheit, die zum Ausführen einer Strahlformung an dem Signal im Frequenzbereich zum Erzeugen eines Zufalls-Jitter-strahlgeformten Signals konfiguriert ist.
Ferner kann der Empfänger eine Bitgruppen-Kombinationseinheit enthalten, die dafür konfiguriert ist, Bitgruppen aus mehreren Zufalls-Jitter-strahlgeformten Signalen zu kombinieren, um eine Empfangsdatenfolge zu erzeugen.
Die Bereichsumsetzungseinheit kann eine schnelle Fourier-Transformation ausführen, um die Signale im diskreten Zeitbereich in ein Signal im Frequenzbereich umzusetzen.
In einem anderen allgemeinen Aspekt enthält ein Empfänger, der eine Zufalls-Jitter-Strahlformung verwendet, eine Kreuzkorrelationskoeffizienten-Berechnungseinheit, die zum Berechnen eines Kreuzkorrelationskoeffizienten mit einem Binärfolgevektor und mit einem Empfangssignalvektor, die unter Verwendung einer Zufalls-Jitter-Strahlformung gesendet werden, konfiguriert ist.
Wenn der Kreuzkorrelationskoeffizient größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, kann die Kreuzkorrelationskoeffizienten-Berechnungseinheit eine entsprechende Vorrichtung als eine Zielvorrichtung bestimmen.
Weitere Merkmale und Aspekte gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, aus den Zeichnungen und aus den Ansprüchen hervor.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Sendestrahlcharakteristik und Vorrichtungen in Bezug auf Orte der Vorrichtungen darstellt.
2 ist ein Diagramm, das Beziehungen zwischen einer Binärfolge, einer Bitgruppe und einer Strahlcharakteristik darstellt.
3A ist ein Diagramm, das die Amplituden der von einer Zielvorrichtung empfangenen Bitgruppen darstellt.
3B ist ein Diagramm, das die Amplituden von Bitgruppen darstellt, die in einer von der Richtung einer Zielvorrichtung verschiedenen Richtung empfangen werden.
4 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel eines Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahrens in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform darstellt.
5 ist ein Blockschaltplan, der ein Beispiel eines Senders darstellt, der die Zufalls-Jitter-Strahlformung in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform verwendet.
6 ist ein Blockschaltplan, der ein Beispiel eines Empfängers darstellt, der die Zufalls-Jitter-Strahlformung in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform verwendet.
7 ist ein Blockschaltplan, der ein Beispiel eines Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing-Senders (OFDM-Senders) darstellt, auf den ein Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren angewendet wird.
8 ist ein Diagramm, das die Amplituden von Gewinnen in Richtungen zweier Strahlcharakteristiken eines Vier-Antennen-Szenariums zeigt.
9 ist ein Diagramm, das Phasenänderungen in Richtungen zweier Strahlcharakteristiken eines Vier-Antennen-Szenariums zeigt.
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Kreuzkorrelationskoeffizienten „p“ einer Vier-Antennen-Szenarium-Zufalls-Jitter-Strahlformung als eine dreidimensionale Karte (3D-Karte) zeigt.

Sofern nicht etwas anderes beschrieben ist, beziehen sich dieselben Zeichnungsbezugszeichen überall in den Zeichnungen und in der ausführlichen Beschreibung selbstverständlich auf dieselben Elemente, Merkmale und Strukturen. Die relative Größe und Darstellung dieser Elemente kann zur Klarheit, Veranschaulichung und Zweckmäßigkeit überhöht sein.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung wird gegeben, um den Leser dabei zu unterstützen, ein umfassendes Verständnis der hier beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und/oder Systeme zu gewinnen. Dementsprechend werden dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet verschiedene Änderungen, Abwandlungen und/oder Äquivalente der hier beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und/oder Systeme vorgeschlagen. Außerdem können Beschreibungen gut bekannter Funktionen und Konstruktionen zur besseren Klarheit und Kürze weggelassen sein.
1 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Sendestrahlcharakteristik und Vorrichtungen in Bezug auf Orte der Vorrichtungen darstellt.
In 1 ist eine äquidistante lineare Antennengruppe verwendet, die vier Antennen enthält.
In 1 ist angenommen, dass die Vorrichtungen A bis C einen Antennengewinn von 1/2 aufweisen und dass die Vorrichtungen D und E in Richtung einer Nebenkeule 10 angeordnet sind.
Zur Vereinfachung einer Beschreibung weisen die Vorrichtungen B und D dieselbe Empfangssignalstärke (RSS) wie eine Zielvorrichtung T auf, wenn der Verlust eines Wegs im freien Raum angenommen ist. Außerdem weisen die Vorrichtungen C und E die zweifache RSS der Zielvorrichtung T auf.
Es wird ein Fall betrachtet, in dem ein Nutzer ein Signal sendet und wünscht, dass nur die Zielvorrichtung T das Signal empfängt. Obwohl die Vorrichtung A die Hälfte der RSS der Zielvorrichtung T aufweist, kann das Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) der Vorrichtung A ausreichend hoch sein, um das von dem Nutzer gesendete Signal zu empfangen. Darüber hinaus können die Vorrichtungen B und D und die Vorrichtungen C und E die einfache oder zweifache RSS der Zielvorrichtung T aufweisen.
Das heißt, wenn die Vorrichtungen A bis E hinsichtlich des euklidischen Abstands ausreichend nahe dem Nutzer sind oder hinsichtlich eines Winkelabstands ausreichend nahe der Zielvorrichtung T sind, empfangen die Vorrichtungen A bis E ein von dem Nutzer gesendetes Signal. Dies ist kein Ergebnis, das der Nutzer wünscht.
Um dieses Problem zu lösen, ist ein Strahlformungsschema notwendig, das unabhängig von der Nebenkeule 10 ist. Darüber hinaus weist das Strahlformungsschema eine verbesserte Winkelauflösung auf, so dass es möglich sein sollte, die Anzahl der Antennen nicht zu erhöhen. Dies ist so, da die Maximalzahl der Antennen in Mobilvorrichtungen beschränkt ist.
In dem vorgeschlagenen Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren ist die Antwort einer Antennengruppe in einer Richtung der Zielvorrichtung festgesetzt und schwankt sie in anderen Richtungen.
Es wird eine Menge von K vorgegebenen Gruppenkoeffizientenvektoren definiert. Alle in der Menge enthaltenen Gruppenkoeffizientenvektoren sind so ausgelegt, dass die Strahlcharakteristiken einen festen Gewinn aufweisen, der in Richtung der Zielvorrichtung T (z. B. 0 Grad) denselben Wert aufweist, in anderen Richtungen aber andere Gewinne aufweisen. Jede der Strahlcharakteristiken wird unter den K vorgegebenen Gruppenkoeffizientenvektoren ausgewählt.
2 ist ein Diagramm, das Beziehungen zwischen einer Binärfolge, einer Bitgruppe und einer Strahlcharakteristik darstellt.
Wie in 2 dargestellt ist, ist eine Bitfolge 20 in mehrere Bitgruppen 200, 210, ..., 220 geteilt. Die Bitgruppen 200, 210, ... 220 werden mit unterschiedlichen Strahlcharakteristiken gesendet, die aus einer Menge K vorgegebener Strahlcharakteristiken zufällig ausgewählt werden.
Das heißt, die Bitgruppe 200 wird mit der Strahlcharakteristik 201 gesendet, die Bitgruppe 210 wird mit der Strahlcharakteristik 211 gesendet und die Bitgruppe 220 wird mit der Strahlcharakteristik 221 gesendet.
3A ist ein Diagramm, das die Amplituden von einer Zielvorrichtung empfangener Bitgruppen darstellt.
Wie in 3A dargestellt ist, empfängt die Zielvorrichtung T alle Bitgruppen 300, 310, ..., 320 mit derselben Amplitude. In Übereinstimmung mit der Zufalls-Jitter-Strahlformung ist das so, da alle Strahlcharakteristiken in einer Zielrichtung denselben Gruppengewinn aufweisen.
Dementsprechend sind die jeweiligen Amplituden 300a, 310a, ..., 320a der empfangenen Bitgruppen 300, 310, ..., 320 gleich.
3B ist ein Diagramm, das die Amplituden von in einer von einer Zielrichtung verschiedenen Richtung empfangenen Bitgruppen darstellt.
In Vorrichtungen, die sich in einer von der Richtung der Zielvorrichtung T verschiedenen Richtung befinden, schwanken die jeweiligen Gewinne der Bitgruppen 300', 310', ..., 320', auch wenn ein SNR hoch ist. Das heißt, die jeweiligen Amplituden 300a', 310a', ..., 320a' der empfangenen Bitgruppen 300', 310', ..., 320' weisen unterschiedliche Werte auf. Wie oben beschrieben wurde, ist der Grund dafür, dass die RSS von Bitgruppen, die von einer Vorrichtung empfangen werden, die sich in einer von einer Zielrichtung verschiedenen Richtung befindet, wegen des Zufalls-Jitters, der angewendet wird, wenn ein Sender Daten sendet, nicht konstant sind, wenn die Zufalls-Jitter-Strahlformung verwendet wird.
Darüber hinaus nimmt die Schwankung eines Gewinns zwischen Bitgruppen zu, während ein Winkelabstand von der Zielvorrichtung T weiter entfernt wird.
4 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel eines Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahrens in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform darstellt.
Wie in 4 dargestellt ist, enthält das Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren eine Bitgruppen-Erzeugungsoperation S100, eine Strahlcharakteristik-Bestimmungsoperation S200 und eine Strahlsendeoperation S300.
Die Bitgruppen-Erzeugungsoperation S100 enthält eine Reihe von Binärfolgen, um mehrere Bitgruppen zu erzeugen.
Die Strahlcharakteristik-Bestimmungsoperation S200 bestimmt für jede Bitgruppe eine Strahlcharakteristik.
In diesem Fall können für zwei angrenzende Bitgruppen unterschiedliche Strahlcharakteristiken bestimmt werden. Zum Beispiel können in einer Menge von zwei Strahlcharakteristiken abwechselnd eine Strahlcharakteristik BP1 und eine Strahlcharakteristik BP2 bestimmt werden.
Darüber hinaus kann eine Strahlcharakteristik aus einer Menge von Strahlcharakteristiken zufällig ausgewählt werden und für eine entsprechende Bitgruppe bestimmt werden oder können Strahlcharakteristiken in Übereinstimmung mit einer vorgegebenen Vorschrift aufeinanderfolgend bestimmt werden.
Wenn eine Sendevorrichtung eine Sendung unter Verwendung einer Zufalls-Jitter-Strahlformung ausführt, kann eine Empfängervorrichtung bestimmen, ob die Empfängervorrichtung eine Zielvorrichtung ist.
Es wird angenommen, dass x eine gesendete Binärfolge ausdrückt, und es wird angenommen, dass r als ein Vektor ein Empfangssignal ausdrückt, das der gesendeten Binärfolge entspricht. In diesem Fall ist ein Kreuzkorrelationskoeffizient „ρ“ als Gleichung (1) definiert: $ρ = \frac{< \overset{⇀}{x}, \overset{⇀}{r} >}{\sqrt{< \overset{⇀}{x}, \overset{⇀}{x} > \cdot < \overset{⇀}{r}, \overset{⇀}{r} >}},$
wobei der Kreuzkorrelationskoeffizient „ρ“ durch die Empfängervorrichtung berechnet wird und <a,b> ein Skalarprodukt eines Vektors „a“ und eines Vektors „b“ bezeichnet.
Wenn der Kreuzkorrelationskoeffizient „ρ“ größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, bestimmt die Empfängervorrichtung die Empfängervorrichtung als die Zielvorrichtung. In diesem Fall kann die Empfängervorrichtung eine Kennung (ID) der Empfängervorrichtung an die Sendevorrichtung senden.
Wenn der Kreuzkorrelationskoeffizient „ρ“ dagegen kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist, bestimmt die Empfängervorrichtung, dass die Empfängervorrichtung nicht die Zielvorrichtung ist, und kann sie nicht an die Sendevorrichtung antworten.
Der Kreuzkorrelationskoeffizient „ρ“ ist mit der Leistung normiert, so dass die Abhängigkeit von RSS minimiert ist. Allerdings wird der Kreuzkorrelationskoeffizient „ρ“ hauptsächlich zum Messen der Konsistenz eines Gewinns in einem Empfangssignal verwendet.
5 ist ein Blockschaltplan, der ein Beispiel eines Senders darstellt, der eine Zufalls-Jitter-Strahlformung in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform verwendet.
Wie in 5 dargestellt ist, enthält ein Sender 50, der die Zufalls-Jitter-Strahlformung verwendet, eine Bitgruppen-Erzeugungseinheit 500, eine Strahlsteuereinheit 510, eine Strahlformungseinheit 520, eine Digital-analog-Umsetzungseinheit (D/A-Umsetzungseinheit) 530 und eine Sendeeinheit 540.
Die Bitgruppen-Erzeugungseinheit 500 teilt eine Reihe von Sendebinärfolgen, um mehrere Bitgruppen zu erzeugen.
Die Strahlsteuereinheit 510 definiert und speichert K Gruppenkoeffizientenvektoren (K ≥ 2).
Die Strahlformungseinheit 520 bestimmt unter K Strahlcharakteristiken, die in der Strahlsteuereinheit 510 gespeichert sind, für jede der Bitgruppen eine entsprechende Strahlcharakteristik.
Die D/A-Umsetzungseinheit 530 setzt das Signal im diskreten Zeitbereich in ein analoges Signal im kontinuierlichen Zeitbereich um.
Die Sendeeinheit 540 verstärkt das analoge Signal im kontinuierlichen Zeitbereich rauscharm und sendet das verstärkte Signal über eine Antennengruppe. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann die Sendeeinheit 540 bei Bedarf ferner eine Zwischenfrequenzumsetzung und -verstärkung (Z/F-Umsetzung und -Verstärkung) ausführen.
6 ist ein Blockschaltplan, der ein Beispiel eines Empfängers darstellt, der eine Zufalls-Jitter-Strahlformung in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform verwendet.
Wie in 6 dargestellt ist, enthält ein Empfänger 60, der eine Zufalls-Jitter-Strahlformung verwendet, eine Empfangseinheit 610, eine Analog-digital-Umsetzungseinheit (A/D-Umsetzungseinheit) 620, eine Stahlsteuereinheit 630 und eine Strahlformungseinheit 640.
Die Empfangseinheit 610 empfängt über die Antennengruppe ein Hochfrequenzsignal (HF-Signal) und setzt das HF-Signal in ein Basisbandsignal in der kontinuierlichen Zeit um.
Die A/D-Umsetzungseinheit 620 setzt das Basisbandsignal in der kontinuierlichen Zeit in gleicher Anzahl wie die Anzahl der in der Antennengruppe enthaltenen Antennen in Signale im diskreten Zeitbereich um. Zum Beispiel kann die A/D-Umsetzungseinheit 620 in einem Vier-Antennen-Szenarium vier Signale im diskreten Zeitbereich ausgeben. Zu diesem Zweck kann es notwendig sein, dass die A/D-Umsetzungseinheit 620 vier A/D-Umsetzer enthält.
Die Stahlsteuereinheit 630 definiert und speichert einen Gruppenkoeffizientenvektor für eine Strahlcharakteristik.
Die Strahlformungseinheit 640 führt an dem Signal im Frequenzbereich eine Strahlformung aus, um ein Zufalls-Jitter-strahlgeformtes Signal zu erzeugen.
Ferner kann der Empfänger 60, der Zufalls-Jitter-Strahlformung verwendet, eine Bitgruppen-Kombinationseinheit 650 enthalten. Die Bitgruppen-Kombinationseinheit 650 kombiniert Bitgruppen von mehreren der Zufalls-Jitter-strahlgeformten Hilfsträgersignale, um eine Empfangsdatenfolge zu erzeugen.
Das Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren kann sehr effizient auf ein OFDM-System angewendet werden, das eine Strahlformung auf einer Hilfsträgerebene ausführt.
7 ist ein Blockschaltplan, der ein Beispiel eines OFDM-Senders darstellt, auf den das Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren angewendet wird.
In 7 wird ein n-ter Hilfsträger mit einer n-ten Strahlcharakteristik gesendet.
In diesem Fall ist ein Gruppenkoeffizient „ω_ni“ ein Gruppenkoeffizient einer i-ten Antenne für den n-ten Hilfsträger eines OFDM-Hilfsträgerteils 700.
In einer Ausführungsform aus 7 ist eine Antennengruppe mit vier Antennen konfiguriert, so dass i = 1, ..., 4 ist. Außerdem ist n = 1, ..., N.
Eine n-te Strahlcharakteristik (d. h. BPn) kann aus einer Menge von K vorgegebenen Strahlcharakteristiken beliebig ausgewählt werden. Eine Empfängervorrichtung braucht keine getrennte Operation zum Empfangen eines unter Verwendung des Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahrens gesendeten Signals auszuführen. In der Ausführungsform aus 7 kann eine Strahlformungseinheit 710 eine Strahlsteuereinheit enthalten, die einen Gruppenkoeffizienten für eine Strahlcharakteristik speichert.
Nachfolgend setzt eine Parallel-seriell-Umsetzungseinheit (P/S-Umsetzungseinheit) 720 von der Strahlformungseinheit 710 ausgegebene Signale durch eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) in einen Frequenzbereich um und überträgt das Signal im Frequenzbereich an eine D/A-Umsetzungs- und Sendeeinheit 730.
Die D/A-Umsetzungs- und Sendeeinheit 730 setzt das Signal im Frequenzbereich in ein Signal im kontinuierlichen Zeitbereich um, verstärkt das Signal im kontinuierlichen Zeitbereich auf einen geeigneten Pegel und sendet das verstärkte Signal im kontinuierlichen Zeitbereich über eine Gruppenantenne 735.
Das heißt, das Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren verringert den Einfluss einer Nebenkeule und verringert somit die effektive Strahlbreite einer Antennengruppe.
Gebiete, auf die das Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren angewendet wird, können allgemein in zwei Arten von Gebieten unterteilt werden.
Zunächst gibt es ein Gebiet der Zielerkennung, in dem, wenn sich mehrere Vorrichtungen an nahen Orten befinden, eine der Vorrichtungen durch Unterscheiden der Vorrichtungen ausgewählt wird.
Wenn die vorhandene Strahlformungstechnologie verwendet wird, ist es auf dem Gebiet der Zielerkennung erforderlich, eine Anzahl von Antennen zu verwenden, um die Strahlbreite einer Antennengruppe ausreichend zu verringern. Selbst wenn eine Anzahl von Antennen verwendet werden, ist es darüber hinaus, wenn sich eine andere Vorrichtung in Richtung einer Nebenkeule einer Strahlcharakteristik einer Antennengruppe befindet und diese eine Störung verursacht, sehr schwierig, die Störung zu überwinden und die andere Vorrichtung zu unterscheiden. Insbesondere dann, wenn sich eine Störvorrichtung in der Nähe eines Senders befindet, kann die von der Störvorrichtung empfangene Leistung höher als die einer Zielvorrichtung sein, so dass es schwierig ist, ein Störungsproblem zu lösen. Andererseits verwendet das Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren den Kreuzkorrelationskoeffizienten (der ein für die Leistung eines Empfangssignals normierter Wert ist) als eine Referenz zum Unterscheiden von Vorrichtungen und löst somit ein Störungsproblem.
Als ein Beispiel der Anwendung auf dem Gebiet der Zielerkennung gibt es einen Sender, der das Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren verwendet.
Der Sender, der das Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren verwendet, stellt eine Richtung, in der sich eine Zielvorrichtung befindet, als eine Zielrichtung oder als eine Blickrichtung ein und sendet eine bekannte Folge.
In diesem Fall weist der Kreuzkorrelationskoeffizient in der Zielvorrichtung zwischen einem Empfangssignal und der bekannten Folge einen Wert nahe 1 auf. Andererseits weist der Kreuzkorrelationskoeffizient in einer Vorrichtung, die sich in einer von der Richtung der Zielvorrichtung verschiedenen Richtung befindet, einen sehr kleinen Wert nahe 0 auf.
Wie oben beschrieben wurde, wird der Kreuzkorrelationskoeffizient durch eine Empfängervorrichtung berechnet.
Somit vergleicht die Empfängervorrichtung den Kreuzkorrelationskoeffizienten mit einem Schwellenwert, wobei die Empfängervorrichtung die Empfängervorrichtung als die in einer Zielrichtung befindliche Zielvorrichtung bestimmt, wenn der Kreuzkorrelationskoeffizient größer als der Schwellenwert ist. Dagegen bestimmt die Empfängervorrichtung, dass die Empfängervorrichtung nicht die Zielvorrichtung ist, da sich die Empfängervorrichtung nicht in der Zielrichtung befindet, wenn der Kreuzkorrelationskoeffizient kleiner als der Schwellenwert ist.
Zweitens gibt es ein Gebiet sicherheitsbezogener Anwendungen, in dem, wenn sich mehrere Vorrichtungen an nahen Orten befinden, eine Nachricht nur an eine spezifische Vorrichtung gesendet wird und eine normale Nachricht nicht an die anderen Vorrichtungen gesendet wird.
Wenn eine andere Vorrichtung, z. B. ein Lauscher, in der Nähe einer Zielvorrichtung ist, ist es in Übereinstimmung mit dem vorhandenen Strahlformungsschema schwierig, eine Nachricht nur an die Zielvorrichtung zu senden, damit der Lauscher die Nachricht nicht empfängt. Insbesondere ist es schwierig, die RSS des Lauschers in Voraus zu kennen, und somit unmöglich zu bestimmen, ein wie scharfer Strahl wirksam in der Verwendung ist. Außerdem kann der Lauscher, wenn der Lauscher in der Nähe eines Senders ist, wegen des Einflusses einer Nebenkeule eine Sendenachricht unabhängig von ihrer Richtung empfangen.
Andererseits ist es in Übereinstimmung mit dem Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren sehr schwierig, das Empfangssignal zu decodieren, selbst wenn die RSS eines Empfängers sehr gut ist und ein SNR eines Empfangssignals sehr hoch ist, wenn ein Winkelabstand etwas von einer Zielrichtung entfernt ist. Darüber hinaus kann ein Sender eine Strahlbreite einstellen, so dass die Zuverlässigkeit durch Erhöhen oder Verringern der Anzahl in einer Antennengruppe enthaltener Antennen weiter erhöht werden kann.
Die Ausführung der Zufalls-Jitter-Strahlformung kann numerisch simuliert werden. Anhand von 8 und 9 wird die folgende Beschreibung einer Simulation (Vier-Antennen-Szenarium) einer mit vier Antennen konfigurierten Uniform Linear Array (ULA) gegeben.
Das Vier-Antennen-Szenarium kann z. B. auf allgemeine Smartphones angewendet werden, in denen eine Maximalzahl der Antennen mit einem Band von 5 GHz aufgebaut sein kann.
Wenn angenommen wird, dass K = 2 ist, sind in einer Menge von Strahlcharakteristiken zwei vorgegebene Strahlcharakteristiken enthalten.
8 ist ein Diagramm, das die Amplituden der Gewinne in den Richtungen zweier Strahlcharakteristiken des Vier-Antennen-Szenariums zeigt.
9 ist ein Diagramm, das Phasenänderungen in Richtungen zweier Strahlcharakteristiken des Vier-Antennen-Szenariums zeigt.
Wie in 8 gezeigt ist, sind im Strahl R und im Strahl L Gewinne in einer Zielrichtung (in der vorliegenden Ausführungsform 0 Grad) als 2 angepasst. Wie in 9 gezeigt ist, sind außerdem in dem Strahl R und in dem Strahl L die Phasen in der Zielrichtung (in der vorliegenden Ausführungsform 0 Grad) als 0 angepasst.
In dem in 9 gezeigten Beispiel können zwei Strahlcharakteristiken in einer Richtung mit einem kleinen Winkelabstand von einer Zielrichtung (hier 0 Grad) eine Phasendifferenz von 180 Grad aufweisen. Somit kann die Leistung der Zufalls-Jitter-Strahlformung verbessert sein, wenn K = 2 ist und die zwei Strahlcharakteristiken eine Phasendifferenz von 180 Grad aufweisen.
Ähnlich kann die Leistung einer Zufalls-Jitter-Strahlformung durch Einführen einer Phasendifferenz von 120 Grad (360°/3 = 120°) zwischen den drei Strahlcharakteristiken verbessert werden, falls drei Strahlcharakteristiken in Verwendung sind.
Unter Verwendung zweier gut konstruierter Strahlcharakteristiken kann die Aufgabe der Zufalls-Jitter-Strahlformung effektiv gelöst werden. Dies kann selbst durch eine Simulation geprüft werden.
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Kreuzkorrelationskoeffizienten „p“ einer Zufalls-Jitter-Strahlformung eines Vier-Antennen-Szenariums als eine 3D-Karte zeigt.
Wie gezeigt ist, ist der Kreuzkorrelationskoeffizient in Übereinstimmung mit einem Abstand zu einem Nutzer etwas geändert, wobei der Einfluss einer Nebenkeule als einer monoton fallenden Funktion ignoriert werden kann. Zum Beispiel kann eine Winkelauflösung als ein schmaler Wert von 5,2 Grad erhalten werden, wenn ein Schwellenwert 0,9 ist. Selbst wenn 0,8, d. h. ein konservativerer Wert, angewendet wird, kann eine Winkelauflösung als 0,8 Grad erhalten werden.
Im Vergleich zu einem herkömmlichen Strahlformungsschema, in dem für einen Schwellenwert von 0,9 eine Winkelauflösung von etwa 21 Grad erhalten wird und für einen Schwellenwert von 0,8 eine Winkelauflösung von etwa 24 Grad erhalten wird, sind diese Merkmale bemerkenswert. Allerdings kann das herkömmliche Strahlformungsschema ein größeres Problem dahingehend haben, dass der Kreuzkorrelationskoeffizient in einer Nebenkeulenrichtung zwischen ± 40,7 Grad und ± 56,8 Grad größer als ein Schwellenwert ist und dadurch eine Vorrichtung, die sich in dem Abschnitt befindet, falsch als eine Zielvorrichtung bestimmt werden kann.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind das Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren und der Sender und der Empfänger, die dieses verwenden, durch beispielhafte Darstellung einer Richtung in einer Ebene unter Verwendung der linearen Gruppenantenne beschrieben worden. Allerdings kann auf das Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren eine zweidimensionale Antennengruppe (2D-Antennengruppe) angewendet werden. In diesem Fall kann eine Zielrichtung anstatt in einer 2D-Ebene in einem 3D-Raum eingestellt werden und kann eine Zufalls-Jitter-Strahlformung ausgeführt werden.
Außerdem wird das Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren in 7 durch Implementierung in einem Frequenzbereich auf ein OFDM-System angewendet. Allerdings ist dies lediglich ein Beispiel und ist es möglich, die Zufalls-Jitter-Strahlformung durch Implementierung in einem Zeitbereich auf ein TDMA-System anzuwenden oder die Zufalls-Jitter-Strahlformung durch Implementierung in einem Codebereich auf ein CDMA-System anzuwenden.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, die eine Nachricht mit hoher Auflösung nur an eine Zielvorrichtung senden, die sich in einer spezifischen Richtung befindet, und wird eine Vorrichtung geschaffen, die eine Nachricht mit hoher Auflösung nur von einer Zielvorrichtung, die sich in einer spezifischen Richtung befindet, empfängt.
Darüber hinaus werden in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, die eine normale Nachricht nur an eine Zielvorrichtung senden, die sich in einer spezifischen Richtung befindet, und wird eine Vorrichtung geschaffen, die eine normale Nachricht nur von einer Zielvorrichtung empfängt, die sich in einer spezifischen Richtung befindet.
Oben sind eine Anzahl von Beispielen beschrieben worden. Dennoch können selbstverständlich verschiedene Änderungen vorgenommen werden. Zum Beispiel können geeignete Ergebnisse erzielt werden, falls die beschriebenen Techniken in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden und/oder falls Komponenten in einem beschriebenen System, in einer beschriebenen Architektur, in einer beschriebenen Vorrichtung oder in einer beschriebenen Schaltung auf andere Weise kombiniert werden und/oder ersetzt werden oder durch andere Komponenten oder ihre Entsprechungen ergänzt werden. Dementsprechend liegen andere Implementierungen im Umfang der folgenden Ansprüche.

Claims

Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren, das umfasst: Teilen einer Reihe von Binärfolgen zum Erzeugen mehrerer Bitgruppen; Bestimmen einer Strahlcharakteristik, die jeder der Bitgruppen entspricht, aus einer Menge zweier oder mehrerer Strahlcharakteristiken mit demselben Gewinn und mit derselben Phase in einer Zielrichtung; und Formen eines Strahls mit der entsprechenden Strahlcharakteristik für jede der Bitgruppen.
Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Strahlcharakteristik das zufällige Bestimmen einer Strahlcharakteristik aus der Menge zweier oder mehrerer Strahlcharakteristiken für jede der Bitgruppen umfasst.
Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Strahlcharakteristik das Bestimmen der Strahlcharakteristik für jede der Bitgruppen in Übereinstimmung mit einer vorgegebenen Vorschrift umfasst.
Zufalls-Jitter-Strahlformungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Zielrichtung eine Richtung einer Zielvorrichtung ist.
Sender, der eine Zufalls-Jitter-Strahlformung verwendet, wobei der Sender umfasst: eine Bitgruppen-Erzeugungseinheit, die zum Teilen einer Reihe von Sendebinärfolgen zum Erzeugen mehrerer Bitgruppen konfiguriert ist; eine Strahlsteuereinheit, die zum Steuern einer Menge zweier oder mehrerer Strahlcharakteristiken mit demselben Gewinn und mit derselben Phase in einer Zielrichtung konfiguriert ist; eine Strahlformungseinheit, die zum Bestimmen einer entsprechenden Strahlcharakteristik unter den zwei oder mehr Strahlcharakteristiken für jede der Bitgruppen konfiguriert ist; eine D/A-Umsetzungseinheit, die zum Umsetzen jeder der Bitgruppen, deren entsprechende Strahlcharakteristik bestimmt worden ist, in ein analoges Signal konfiguriert ist; und eine Sendeeinheit, die zum Senden des analogen Signals konfiguriert ist.
Sender nach Anspruch 5, wobei die Strahlformungseinheit für jede der Bitgruppen eine Strahlcharakteristik aus der Menge zweier oder mehrerer Strahlcharakteristiken zufällig bestimmt.
Sender nach Anspruch 5, wobei die Strahlformungseinheit die Strahlcharakteristik für jede der Bitgruppen in einer vorgegebenen Reihenfolge bestimmt.
Empfänger, der eine Zufalls-Jitter-Strahlformung verwendet, wobei der Empfänger umfasst: eine Empfangseinheit, die zum Empfangen eines HF-Signals über eine Antennengruppe und zum Umsetzen des HF-Signals in ein Basisbandsignal in der kontinuierlichen Zeit konfiguriert ist; eine A/D-Umsetzungseinheit, die zum Umsetzen des Basisbandsignals in der kontinuierlichen Zeit in Signale im diskreten Zeitbereich, deren Anzahl gleich der Anzahl der in der Antennengruppe enthaltenen Antennen ist, konfiguriert ist; und eine Strahlformungseinheit, die zum Ausführen einer Strahlformung an dem Signal im diskreten Zeitbereich zum Erzeugen eines Zufalls-Jitter-strahlgeformten Signals konfiguriert ist.
Empfänger nach Anspruch 8, der ferner eine Bitgruppen-Kombinationseinheit umfasst, die zum Erzeugen einer Empfangsdatenfolge aus mehreren Zufalls-Jitter-strahlgeformten Signalen konfiguriert ist.
Empfänger, der eine Zufalls-Jitter-Strahlformung verwendet, wobei der Empfänger eine Kreuzkorrelationskoeffizienten-Berechnungseinheit umfasst, die zum Berechnen eines Kreuzkorrelationskoeffizienten mit einem Binärfolgevektor und mit einem Empfangssignalvektor, die unter Verwendung einer Zufalls-Jitter-Strahlformung gesendet werden, konfiguriert ist.
Empfänger nach Anspruch 10, wobei die Kreuzkorrelationskoeffizienten-Berechnungseinheit den Empfänger als eine Zielvorrichtung in Bezug auf den empfangenen Binärfolgevektor bestimmt, wenn der Kreuzkorrelationskoeffizient größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
Empfangsverfahren unter Verwendung einer Zufalls-Jitter-Strahlformung, wobei das Empfangsverfahren umfasst: Empfangen eines HF-Signals über eine Antennengruppe und Umsetzen des HF-Signals in ein Basisbandsignal in der kontinuierlichen Zeit; Umsetzen des Basisbandsignals in der kontinuierlichen Zeit in Signale im diskreten Zeitbereich, deren Anzahl gleich der Anzahl der in der Antennengruppe enthaltenen Antennen ist; und Ausführen der Strahlteilung an dem Signal im diskreten Zeitbereich zum Erzeugen eines Zufalls-Jitter-strahlgeformten Signals.
Empfangsverfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst: Erzeugen einer Empfangsdatenfolge aus mehreren Zufalls-Jitter-strahlgeformten Signalen durch Kombinieren von Bitgruppen, die in jedem der Zufalls-Jitter-strahlgeformten Signale enthalten sind.