DE19753932A1 - Verfahren zur Bestimmung der Empfangsrichtung mittels einer Gruppenantenne, Funkfeststation und Funksystem - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der Empfangsrichtung mittels einer Gruppenantenne, Funkfeststation und Funksystem

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Empfangsrichtung eines durch Mehrwegeausbreitung gesteuerten Funksignals, das mittels einer Gruppenantenne, die mehrere Antennenelemente hat, empfangen wird nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein nach diesem Verfahren arbeitende Funkfeststation, sowie ein damit ausgestattetes Funksystem nach einem der Oberbegriffe der nebengeordneten Ansprüche.
Aus der US-A-4,965,732 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Empfangsrichtung eines durch Mehrwegeausbreitung gestörten Funksignales bekannt. Dort wird die Bestimmung der Empfangsrichtung mit Hilfe des sogenannten "ESPRIT"-Algorithmus durchgeführt (ESPRIT:
Estimation of Signal Parameters using Rotational Invariance Techniques). Die von einer Gruppenantenne mit Antennenelementen empfangenen Funksignale werden zur Bestimmung der Empfangsrichtung (sogenannte DOA: Direction Of Arrival) wie folgt ausgewertet: Zunächst werden für jedes Antennenelement Meßwerte erfaßt, die den Empfangspegel und die Phasenlage angeben. Aus den erfaßten Meßwerten werden zwei Matritzen gebilden, nämlich die sogenannte AutoKovarianzmatrix und die sogenannte Kreuzkovarianzmatrix. Anschließend wird durch Eigenwertzerlegung der beiden Matritzen die Anzahl der Signalquellen und die Varianz des Rauschens bestimmt, aus denen wiederum der sogenannte "subspace rotation operator" berechnet werden kann, der Angaben über die Empfangsrichtung enthält. (siehe in US-A-4,965,732 die Spalte 10, unten). Die bei dem ESPRIT-Algorithmus durchgeführte Zerlegung der Matritzen in ihre Eigenwerte (sogenannte "eigen-decomposition") ist eine rechenintensive Operation. Demnach wird für die Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Empfangsrichtung ein leistungsfähiger Rechner benötigt. Da das Verfahren innerhalb einer Funkfeststation eingesetzt wird, die mittels einer Gruppenantenne Funksignale aus verschiedenen Richtungen empfangen soll, gestaltet sich der Aufbau der Funkfeststation sehr aufwendig.
Aus dem Artikel "The Performance Enhencement of Multibeam Adaptive Base-Station Antennas for Cellular land Mobile Radio Systems" von S.C. Swales et al., erschienen in der Fachzeitschrift "IEEE Transaction on Vehicular Technology", Band 39, Nr. 1, Februar 1990, Seiten 56-67, ist eine Funkfeststation beschrieben, die über eine adaptive Gruppenantenne -eine sogenannte "smart antenna"- verfügt. Zur Ausrichtung des Antennendiagramms wird ein Auswertevorrichtung -ein sogenannter "beam former" eingesetzt. Der Artikel befaßt sich im Wesentlichen mit dem Aufbau eines zellularen Funknetzes, bei dem Feststationen mit solchen adaptiven Gruppenantennen verwendet werden, um eine höhere Ausnutzung der Funkresourcen zu erreichen. Dies geschieht dadurch, daß ein und dieselbe Funkfrequenz in mehrere Richtungen für verschiedene Funkkanäle wiederverwendet werden kann. Um Störungen zwischen benachbarten Funkfeststationen zu vermeiden, wird anhand der sogenannten "co-channel reuse ratio Q" die Funknetzplanung durchgeführt (s. dort Seite 59, linke Spalte). Über die Ausrichtung der Antennendiagramme und die damit verbundene Bestimmung der Empfangsrichtung ist dort nichts Näheres beschrieben.
Aus dem Artikel "Smart Antenna Arrays for CDMA Systems" von J. S. Thompson, in der Fachzeitschrift "IEEE Personal Comunications", Oktober 1996, Seiten 16-25, werden Gruppenantennen (smart antenna arrays) beschrieben, an denen zur Bestimmung der Empfangsrichtung der ein Verfahren mit Hilfe des ESPRIT-Algorithmus durchgeführt wird. Demnach ist auch das dort beschriebene Verfahren sehr rechenintensiv und aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs genannte Verfahren zu verbessern durch den Einsatz von einfacheren und schnelleren Algorithmen, um eine Echtzeitrechnung der Empfangsrichtung mittels einfacher Prozessor-Technologie, insbesondere mittels digitaler Signalprozessoren, zu ermöglichen. Außerdem sollen eine Funkfeststation, die das verbesserte Verfahren durchführt, und ein mit der Funkfeststation ausgestattetes Funksystem vorgeschlagen werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Funkfeststation, sowie durch ein Funksystem mit den Merkmalen nach einem der nebengeordneten Ansprüchen.
Demnach werden zur Bestimmung der Empfangsrichtung die erfaßten Empfangspegel und Phasenlagen in eine symmetrische Mastrix eingetragen, die M Spalten und M Zeilen hat, und es wird für den dominanten Eigenwert dieser Matrix der Eigenvektor berechnet, der die Richtung angibt, aus der das Funksignal mit dem größten Empfangspegel empfangen wird.
Anstelle einer aufwendigen Eigenwertzerlegung, wird demnach nur der dominante Eigenwert bestimmt, der die Empfangsrichtung für den größten Empfangspegel angibt. Somit wird nur diejenige Empfangsrichtung bestimmt, die die Empfangsrichtung des stärksten Signales wiedergibt, wodurch sich ein Antennendiagramm mit einer Hauptkeule ausbildet, die in diese Richtung zeigt, und wobei Nebenkeulen für die Nebenrichtungen weitestgehend unterdrückt werden können. Eine einfache Realisierung des Verfahrens ist beispielsweise durch die noch näher beschriebene Verwendung der sogenannten "power method" möglich. Die Nebenkeulen können unterdrückt werden mittels dem sogenannten "Tchebychev Tapering".
Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen:
Der dominante Eigenwert wird geschätzt, indem der Eigenvektor der Matrix mittels Berechnung des Rayleighquotienten bestimmt wird. Außerdem kann der Eigenvektor sehr schnell durch Auslesen der ersten Spalte der Matrix geschätzt werden.
Durch eine iterative Berechnung des Eigenvektors solange, bis die Änderung des Rayleighquotienten einen vorgegebenen Toleranzwert unterschreitet, ermöglicht eine genauere Schätzung des dominanten Eigenwertes innerhalb einer durch den Toleranzwert und der Rechengeschwindigkeit festgelegten Zeitintervalls. Das Verfahren kann auch dadurch abgekürzt werden, indem die Iteration nach einer vorgegebenen Anzahl von Durchläufen abgebrochen wird.
Der zur Bestimmung der Empfangsrichtung zuletzt berechnete Vektor, der dem gesuchten Eigenvektor entspricht, wird auch zur Bestimmung der Senderichtung ausgewertet mittels einer Wichtung dieses Vektors. Dabei wird die Wichtung aus einem Frequenzversatz zwischen der Sendefrequenz und der Empfangsfrequenz ermittelt, wenn sich Empfangsfrequenz und Sendefrequenz voneinander unterscheiden (Frequenzduplexübertragung). Somit wird eine schnelle Berechnung der Senderichtung ermöglicht.
Die Erfindung wird nun im folgenden näher beschrieben anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Zuhilfenahme folgender Figuren:
Fig. 1, die schematisch eine Funkfeststation mit Gruppenantenne und eine Mobilfunkstation darstellt, innerhalb einer typischen durch Mehrwegeausbreitung gekennzeichneten Funkübertragungssituation;
Fig. 2a, die schematisch ein Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren darstellt; und
Fig. 2b, die schematisch das Ablaufdiagramm für mehrere iterativ durchschrittene Teilschritte des Verfahrens darstellt.
In Fig. 1 ist schematisch ein typisches Szenario für die Mehrwegeausbreitung innerhalb eines Mobilfunksystems dargestellt. Für das Mobilfunksystem sind exemplarisch eine Funkfeststation BS mit einer Gruppenantenne und eine Mobilstation MS dargestellt. Zwischen den beiden Stationen soll eine Funkübertragung stattfinden, wobei die Funkfeststation ein auf die Mobilstation hin ausgerichtetes Antennendiagramm ausbildet. Ein solches Funksystem, bei dem mittels Gruppenantenne auf jede Mobilstationen ein gerichtetes Antennendiagramm ausgebildet wird, wird auch kurz "SDMA- Mobilfunksystem" genannt (SDMA: Space Divisional Multiple Access).
In Fig. 1 ist beispielhaft dargestellt, daß aufgrund von Funkabschattung keine direkte Funkverbindung zwischen der Funkfeststation und der Mobilstation bestehen kann. Es wird hier die Aufwärtsrichtung betrachtet, d. h. die Senderichtung von der Mobilstation zu der Funkfeststation, kurz auch "uplink" genannt. Aufgrund von Mehrwegeausbreitung bestehen jedoch ein erster indirekter Funkweg (durchgezogener Pfeil) und ein zweiter indirekter Funkweg (gestrichelter Pfeil). Am Ort der Funkfeststation BS soll nun die Empfangsrichtung so bestimmt werden, daß die von der Mobilstation MS ausgesendeten Funksignale möglichst ungestört und rauscharm empfangen werden. Da auf direktem Funkwege -sog. "line of sight" keine Funkverbindung besteht, soll die Empfangsrichtung DOA (direction of arrival) möglichst auf dem besten Mehrwegepfad hin, d. h. hier auf den ersten Funkweg hin, ausgerichtet werden. Die Bestimmung der Empfangsrichtung DOA soll außerdem auch zur Ermittlung der Senderichtung verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand der Fig. 2 näher beschrieben:
Die Fig. 2 besteht aus zwei Teilfiguren, von denen die erste Fig. 2a das Verfahren 100 mit den Schritten 110 bis 140 in der Gesamtübersicht zeigt und die Fig. 2b eine Unterteilung des Verfahrensschrittes 130 in seine Teilschritte 131 bis 133 zeigt.
In den in Fig. 2a dargestellten Schritte 110 bis 140 des Verfahrens 100 werden folgende Operationen durchgeführt:
In dem ersten Schritt 110 werden für jedes Antennenelement die Meßwerte Empfangspegel und Phasenlage bestimmt. In diesem Beispiel hat die verwendete Gruppenantenne m=8 Antennenelemente. Das von der Mobilstation ausgesendete Funksignal s(t) = exp(-jωt) wird als Signal- Vektor x(t) erfaßt, der m=8 Elemente. Zur Vereinfachung werden hier nur die Phasenlagen betrachtet. Bezogen auf die Phasenlage des ersten Antennenelementes haben die benachbarten m-1 Antennenelemente die Phasenlagen ϕ1, ϕ2, ϕ3, . . . ϕm-1.
In dem nächsten Schritt 120 wird nun die symmetrische Matrix A gebildet, in welcher die verschiedenen Phasen lagen eingetragen sind. Die Matrix A ist die Kovarianzmatrix zum Vektor x(t) und hat mm Elemente, d. h. in diesem Beispiel m.m = 8.8 = 64 Elemente. Die hier nicht näher beschriebene Bildung einer Kovarianzmatrix ist dem Fachmann an sich bekannt, etwa aus dem Buch "Adaptive Filter Theory" von S. Haykin, 3. Ausgabe, Kapitel 2.3, Seiten 100 u. 101, erschienen 1996 im Verlag Prentice Hall, New Jersey, USA. Die Symmetrie der Matrix A zeichnet sich dadurch aus, daß die 8 Zeilenvektoren den 8 Spaltenvektoren entsprechen, bis auf einen Vorzeichenwechsel. Die symmetrische Matrix A ist normiert, so daß auf der Hauptdiagonalen das Einheitselement "1" eingetragen ist. Beispielsweise enthält der erste Zeilenvektor der Matrix A folgende Elemente: 1, exp (-jϕ1), exp (-jϕ2), . . .. exp (-ϕm-1). Der entsprechende erste Spaltenvektor hat folgende 8 Elemente: 1, exp (+ϕ1), exp (+jϕ2), . . . exp (+jϕm-1).
In dem nächsten Schritt 130 wird für den dominanten Eigenwert λ1 der Matrix A der Eigenvektor Wn berechnet, um in einem nächsten Schritt 140 das Antennendiagramm in diese Richtung des berechneten Eigenvektors auszurichten. Die Bildung der Matrix A und die anschließende Berechnung des dominanten Eigenwertes λ1 wird in diesem Beispiel anhand der "power method" durchgeführt, ein Verfahren, das an sich aus der linearen Algebra bekannt ist und etwa in dem folgenden Buch beschrieben ist: "Linear Algebra" von J. B. Fraleigh et al. im Kapitel 8.4, auf den Seiten 438-442, erschienen 1995 (3. Ausgabe) im Verlag Addison-Wesley Publishing Company, Massachusetts, USA.
Mit Verweis auf die dort beschriebene "power method" wird nun anhand der Fig. 2b die Berechnung des Eigenvektors Wn für den dominanten Eigenwert λ1 der Matrix A näher beschrieben:
Die Fig. 2b zeigt schematisch die Aufteilung des Schrittes 130 aus der Fig. 2a in seine drei Teilschritte 131 bis 133. Zur Berechnung des Eigenvektors Wn wird zunächst in einem ersten Teilschritt 131 ein Zähler i auf "1" gesetzt und es wird der i-te Vektor Wi geschätzt. Der Vektor Wi hat m-1 = 7 Elemente, nämlich A1, A2 bis Am-1 (m=8).
In einem nächsten Teilschritt 132 wird mit Hilfe des geschätzten Vektors Wi der i-te Produktvektor gebildet durch Multiplikation der Matrix A mit diesem Vektor Wi. Aus dieser Multiplikation A.Wi entsteht ein Spaltenvektor mit m-1 = 8 Elementen P1, P2 bis Pm-1 (m=8). Der Spaltenvektor wird in einem späteren Schritt 133 noch weiter ausgewertet.
In dem Teilschritt 132 wird auch der i-te Rayleighquotient RQi gebildet. Der Rayleighquotient ist an sich aus der linearen Algebra bekannt (siehe Seite 440 im oben genannten Buch von J. B. Fraleigh et al.) und dient dazu, iterativ sich dem dominanten Eigenwert λ1 der Matrix A zu nähern.
In dem nächsten Teilschritt 133 wird zunächst ein neuer Vektor, nämlich der i+ 1-te Vektor Wi+1 gebildet, indem der zuvor berechnete Produktvektor A.Wi dividiert wird durch einen Faktor d. Dieser Faktor d entspricht dem Maximum aus den m-1 Elementen des oben genannten Spaltenvektors. Mit anderen Worten: Der neue Vektor Wi+1 wird gebildet aus dem zuvor berechneten Produktvektor durch eine Wichtung mit dem Inversen des Maximums dieses Produktvektors.
In dem nächsten Schritt 134 wird nun geprüft, ob der zuletzt berechnete Vektor Wi+1 dem gesuchten Eigenvektor Wn entspricht. Als Maß hierfür gilt die Veränderung des Rayleighquotienten, d. h. die betragsmäßige Differenz zwischen dem zuletzt berechneten Rayleighquotienten RQi und dem zuvor berechneten Rayleighquotienten RQi-1. Liegt die Änderung unterhalb eines vorgegebenen Toleranzwertes TOL, so wird der zuletzt berechnete Vektor Wi+1 als der zu berechnende Eigenvektor Wn der Matrix A angesehen und es wird die Ausrichtung des Antennendiagrammes anhand des Schrittes 140 durchgeführt. Unterschreitet jedoch die Änderung des Rayleighquotienten nicht den vorgegebenen Toleranzwert TOL, so wird der zuletzt berechnete Vektor Wi+1 dem Teilschritt 132 zugeführt, d. h. die Teilschritte 132 bis 134 werden erneut durchgeführt, wobei der Vektor Wi letzt dem zuletzt berechneten Vektor Wi+1 entspricht.
Die Teilschritte 132 bis 134 werden iterativ solange durchgeführt, bis die Änderung des Rayleighquotienten unterhalb des vorgegebenen Toleranzwertes TOL liegt. Dadurch wird erreicht, daß der berechnete Eigenvektor Wn bis auf einen durch den Toleranzwert TOL vorgegebenen Fehler dem tatsächlichen Eigenvektor nahekommt.
Es ist auch denkbar, die in Fig. 2b dargestellte Iteration durch eine vorgegebene Anzahl von Durchläufen zu beschränken. Das bedeutet, daß die Iteration nach einer vorgegebenen Anzahl von Durchläufen abgebrochen wird, um die Zeitdauer für die Durchführung des gesamten Verfahrens auf ein maximales Zeitintervall zu beschränken.
Der berechnete Eigenvektor Wn bestimmt die Empfangsrichtung, aus der dasjenige der Mehrwegeempfangssignale empfangen wird, das den höchsten Signalpegel hat. In Bezug auf die in der Fig. 1 dargestellte Situation wird also das Antennendiagramm auf den ersten Funkweg (durchgezogener Pfeil) ausgerichtet. Die Hauptkeule der Gruppenantenne zeigt also in die ermittelte Empfangsrichtung DOA, wobei Nebenkeulen weitestgehend reduziert werden. Unter der Annahme, daß das auf der Hauptkeule empfangene Signal mindestens um 2 db stärker ist als die auf den Nebenkeulen empfangenen Signale, reicht es für einen ungestörten Empfang aus, die Hauptkeule in die beschriebene Empfangsrichtung auszurichten.
Die Nebenkeulenreduktion an der Gruppenantenne kann beispielsweise durch das dem Fachmann an sich bekannte "Tchebychev tapering" verbessert werden. Dadurch wird eine sehr große Dämpfung der Nebenkeulen erzielt.
Aufgrund der berechneten Empfangsrichtung kann auch die Richtung für die Sendesignale bestimmt werden. In diesem Beispiel unterscheiden sich die Empfangsfrequenzen von den Sendefrequenzen, um einen vorgegebenen Duplexabstand von 45 MHz. Auf den verschiedenen Funkfrequenzen ergeben sich verschiedene Mehrwegeausbreitungsbedingungen. Das bedeutet, daß die in Fig. 1 schematisch dargestellte Situation für die Aufwärtsrichtung (Uplink) nicht derselben Situation für die Abwärtsrichtung (Downlink) entspricht. Es ist daher besonders vorteilhaft, wenn der Frequenzabstand (Duplexabstand) bei der Bestimmung der Senderichtung mitberücksichtigt wird. Zur Bestimmung der Senderichtung wird wie folgt verfahren: Der Eigenvektor, der die Empfangsrichtung DOA bestimmt, wird mit einem Gewichtvektor gewichtet, der den Frequenzversatz berücksichtigt. Damit wird für jedes Antennenelement ein Sendesignalvektor berechnet.
Das beschriebene Verfahren ist sehr schnell und erfordert keine aufwendige Prozessorarchitekturen, sondern kann auf üblichen digitalen Signalprozessoren oder auf ähnlichen Prozessoren durchgeführt werden. Deshalb ist das Verfahren nicht nur geeignet innerhalb von Funkfeststationen eingesetzt zu werden, sondern auch innerhalb von Mobilstationen, die mit Gruppenantennen ausgestattet sind.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wurde von einem zunächst nicht modulierten Sinussignal ausgegangen. Es ist jedoch für den Fachmann geläufig, das unmodulierte Signal durch ein moduliertes Signal in den oben angegebenen Verfahrensschritten zu ersetzen.
Die Erfindung eignet sich besonders zum Einsatz in SDMA- Mobilfunksystemen. Jedoch ist es auch denkbar die Erfindung in anderen Funksystemen mit Strahlschwenkung (beam tracking) einzusetzen, so etwa auch in Funknavigationssystemen.

Claims (8)

1. Verfahren (100) zur Bestimmung der Empfangsrichtung eines durch Mehrwegeausbreitung gestörten Funksignals (S), das mittels einer Gruppenantenne, die m (m ≧ 1) Antennenelemente hat, empfangen wird, mit folgenden Schritten:
  • - Für jedes Antennenelement werden Meßwerte erfaßt, die den Empfangspegel (Sm) und die Phasenlage (ϕm) angeben (Schritt 110); dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Meßwerte in eine symmetrische Matrix (A) eingetragen werden, die M Spalten und M Zeilen hat (Schritt 120); und daß
  • - für den dominanten Eigenwert (λ1) dieser Matrix (A) der Eigenvektor (Wn) berechnet wird, der die Richtung (DOA) angibt, aus der das Funksignal (S) mit dem größten Empfangspegel empfangen wird (Schritt 130);
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eigenvektor (Wn) in folgenden Teilschritten berechnet wird, wobei:
  • - in einem ersten Teilschritt (131) wird ein Zähler (i) auf Eins gesetzt (i=1) und wird für den dominaten Eigenwert (λ1) der Matrix (A) ein erster Vektor (Wi mit i=1) geschätzt, der dem gesuchten Eigenvektor (Wn) entsprechen soll;
  • - in einem zweiten Teilschritt (132) wird der i-te Produktvektor (A.wi) aus der Matrix (A) und diesem Vektor (Wi) berechnet und wird der Rayleigh- Quotient (RQ) berechnet, wobei gilt:
    RQ = [A.Wi.Wi]/[Wi.Wi];
  • - in einem dritten Teilschritt (133) wird das Maximum (d) der Komponenten des Produktvektor (A.Wi) berechnet und wird ein neuer Vektor (Wi+1) berechnet, indem der Produktvektor mit dem Inversen (1/d) des Maximums gewichtet wird, wobei gilt: Wi+1 = [1/d].A.Wi;
  • - das Antennendiagramm der Gruppenantenne wird durch Auswertung des zuletzt berechneten Vektors (Wi=n); der der gesuchte Eigenvektor ist, ausgerichtet (Schritt 140).
3. Verfahren (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Vektor, der dem gesuchte Eigenvektor (Wn) entsprechen soll, durch Auslesen der ersten Spalte der Matrix (A) ermittelt wird.
4. Verfahren (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite und der dritte Teilschritt iterativ solange wiederholt werden, bis der Rayleigh-Quotient sich um weniger als einen vorgebaren Toleranzwert ändert.
5. Verfahren (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite und der dritte Teilschritt iterativ solange wiederholt werden, bis eine vorgegebene Anzahl von Durchläufen erreicht wird.
6. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zuletzt berechnete Vektor (Wn) auch zur Bestimmung einer Senderichtung ausgewertet wird, indem durch eine Wichtung des Vektors (Wn) eine Senderichtung bestimmt wird, wobei die Wichtung ermittelt wird aus einem Frequenzversatz zwischen der Sendefrequenz und der Empfangsfrequenz.
7. Funkfeststation (BS) mit einer Gruppenantenne, die m (m ≧ 1) Antennenelemente hat, um ein durch Mehrwegeausbreitung gestörtes Funksignal (S) zu empfangen, mit einer damit verbundenen Auswertevorrichtung, die zur Bestimmung der Empfangsrichtung für jedes Antennenelement Meßwerte erfaßt, die den Empfangspegel (Sm) und die Phasenlage (ϕm) angeben, dadurch gekennzeichnet, daß
die Funkfeststation (BS) eine mit der Auswertevorrichtung verbundene Speichervorrichtung enthält, die die Meßwerte in Form einer symmetrischen Matrix (A), die M Spalten und M Zeilen hat, speichert, und daß
die Auswertevorrichtung für den dominanten Eigenwert (λI) dieser Matrix (A) der Eigenvektor (Wn) berechnet, der die Richtung (DOA) angibt, aus der das Funksignal (S) mit dem größten Empfangspegel empfangen wird.
8. Funksystem, das mindestens eine Funkfeststation (BS) enthält mit einer Gruppenantenne, die m (m ≧ 1) Antennenelemente hat, um ein durch Mehrwegeausbreitung gestörtes Funksignal (S) zu empfangen, mit damit verbundenen Auswertevorrichtung, die zur Bestimmung der Empfangsrichtung für jedes Antennenelement Meßwerte erfaßt, die den Empfangspegel (Sm) und die Phasenlage (ϕm) angeben, dadurch gekennzeichnet, daß
die Funkfeststation (BS) eine mit der Auswertevorrichtung verbundene Speichervorrichtung enthält, die die Meßwerte in Form einer symmetrischen Matrix (A), die M Spalten und M Zeilen hat, speichert, und daß
die Auswertevorrichtung für den dominanten Eigenwert (λ1) dieser Matrix (A) der Eigenvektor (Wn) berechnet, der die Richtung (DOA) angibt, aus der das Funksignal (S) mit dem größten Empfangspegel empfangen wird.
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AU95146/98A AU9514698A (en) 1997-12-05 1998-12-02 Method of determining the direction of arrival of a radio signal in a radio communications system
US09/204,506 US6008759A (en) 1997-12-05 1998-12-04 Method of determining the direction of arrival of a radio signal, as well as radio base station and radiocommunications system

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10163455A1 (de) * 2001-12-25 2003-08-21 Detlef Mansel Antennenanordnung und Verfahren zur Richtungserkennung einer Mobilfunkaussendung, insbesondere für GSM, UMTS und Wireless LAN
DE10238796A1 (de) * 2002-08-23 2004-03-04 Siemens Ag Verfahren zur Richtungsbestimmung der Position einer Mobil-station relativ zu einer Basisstation, Mobilfunksystem sowie Einrichtung zur Richtungsbestimmung
CN104375133A (zh) * 2014-11-11 2015-02-25 西北大学 一种空间二维doa的估算方法

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI105063B (fi) * 1997-05-16 2000-05-31 Nokia Networks Oy Menetelmä lähetyssuunnan määrittämiseksi ja radiojärjestelmä
JP3233088B2 (ja) * 1998-01-22 2001-11-26 松下電器産業株式会社 指向性制御アンテナ装置
GB2347036B (en) * 1999-01-06 2003-09-10 Nec Corp Method for estimating arrival direction of desired wave
JP2000199784A (ja) 1999-01-06 2000-07-18 Nec Corp 希望波到来方向推定方法
JP3213601B2 (ja) * 1999-05-31 2001-10-02 三洋電機株式会社 無線基地局
FR2806499B1 (fr) * 2000-03-20 2003-10-10 Thomson Csf Procede d'estimation d'une matrice de correlation de signaux interferents recus par un reseau de capteurs
US8744384B2 (en) 2000-07-20 2014-06-03 Blackberry Limited Tunable microwave devices with auto-adjusting matching circuit
JP2002084217A (ja) * 2000-09-08 2002-03-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 基地局装置および到来方向推定方法
US6930637B2 (en) * 2001-11-15 2005-08-16 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus for high resolution tracking via mono-pulse beam-forming in a communication system
FR2832885B1 (fr) * 2001-11-23 2006-09-01 Thales Sa Procede d'elimination dans un recepteur de faisceaux incidents resultant de trajets multiples, et dispositif de mise en oeuvre
AU2002218060A1 (en) * 2001-12-05 2003-06-17 Austria Wirtschaftsservice Gesellschaft Mit Beschrankter Method for investigating the propagation of electromagnetic or acoustic waves
US7711337B2 (en) 2006-01-14 2010-05-04 Paratek Microwave, Inc. Adaptive impedance matching module (AIMM) control architectures
EP2060136B1 (de) * 2006-09-06 2014-08-06 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Verfahren zur abbildung eines abdeckungsgebiets
US7714676B2 (en) 2006-11-08 2010-05-11 Paratek Microwave, Inc. Adaptive impedance matching apparatus, system and method
US7535312B2 (en) 2006-11-08 2009-05-19 Paratek Microwave, Inc. Adaptive impedance matching apparatus, system and method with improved dynamic range
JP4351266B2 (ja) * 2007-05-10 2009-10-28 三菱電機株式会社 周波数変調レーダ装置
US7991363B2 (en) 2007-11-14 2011-08-02 Paratek Microwave, Inc. Tuning matching circuits for transmitter and receiver bands as a function of transmitter metrics
US8072285B2 (en) 2008-09-24 2011-12-06 Paratek Microwave, Inc. Methods for tuning an adaptive impedance matching network with a look-up table
EP2209016A1 (de) 2009-01-20 2010-07-21 Alcatel Lucent Lokalisierungsverfahren für Mobilstationen, Empfängerstation und zugehöriges Fahrzeug
KR101562904B1 (ko) * 2009-06-12 2015-10-23 삼성전자주식회사 도래각 측정 장치 및 방법
US9026062B2 (en) 2009-10-10 2015-05-05 Blackberry Limited Method and apparatus for managing operations of a communication device
US8803631B2 (en) 2010-03-22 2014-08-12 Blackberry Limited Method and apparatus for adapting a variable impedance network
SG184929A1 (en) 2010-04-20 2012-11-29 Paratek Microwave Inc Method and apparatus for managing interference in a communication device
US9379454B2 (en) * 2010-11-08 2016-06-28 Blackberry Limited Method and apparatus for tuning antennas in a communication device
US8712340B2 (en) 2011-02-18 2014-04-29 Blackberry Limited Method and apparatus for radio antenna frequency tuning
US8594584B2 (en) 2011-05-16 2013-11-26 Blackberry Limited Method and apparatus for tuning a communication device
EP2740221B1 (de) 2011-08-05 2019-06-26 BlackBerry Limited Verfahren und vorrichtung zur frequenzbandabstimmung bei einer kommunikationsvorrichtung
US9853363B2 (en) 2012-07-06 2017-12-26 Blackberry Limited Methods and apparatus to control mutual coupling between antennas
US9350405B2 (en) 2012-07-19 2016-05-24 Blackberry Limited Method and apparatus for antenna tuning and power consumption management in a communication device
US10404295B2 (en) 2012-12-21 2019-09-03 Blackberry Limited Method and apparatus for adjusting the timing of radio antenna tuning
US9374113B2 (en) 2012-12-21 2016-06-21 Blackberry Limited Method and apparatus for adjusting the timing of radio antenna tuning
US9438319B2 (en) 2014-12-16 2016-09-06 Blackberry Limited Method and apparatus for antenna selection
US10873867B2 (en) * 2016-06-27 2020-12-22 Nokia Technologies Oy Method, apparatus, and computer program product for improving reliability in wireless communication
CN106405487B (zh) * 2016-10-17 2018-08-21 重庆邮电大学 一种通用基于扩展esprit技术的空间谱估计方法
CN106569171B (zh) * 2016-11-08 2018-11-30 西安电子科技大学 基于双层混合阵列的波达方向角估计方法
CN106997038B (zh) * 2017-03-21 2019-10-18 陕西理工大学 任意声矢量传感器阵列近场源esprit参数估计方法
CN107092004B (zh) * 2017-05-05 2020-08-07 浙江大学 基于信号子空间旋转不变性的互质阵列波达方向估计方法
JP7160561B2 (ja) * 2018-05-15 2022-10-25 株式会社デンソーテン 方位演算装置及び方位演算方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2072986A (en) * 1980-03-26 1981-10-07 Standard Telephones Cables Ltd Phased array signal processing
US4754282A (en) * 1970-03-25 1988-06-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Improved data analysis system
DE3728718A1 (de) * 1987-08-28 1989-03-09 Licentia Gmbh Signalverarbeitungsverfahren
US4916453A (en) * 1989-04-03 1990-04-10 Cogent Systems, Inc. Spatial filtering system
US4959653A (en) * 1989-08-23 1990-09-25 Massachusetts Institute Of Technology Adaptive sidelobe blanker
DE4314739A1 (de) * 1992-05-11 1993-11-18 Motorola Inc Strahlbündelungsausgleichsverfahren für eine adaptive Anordnung
DE4223676A1 (de) * 1992-07-17 1994-01-20 Siemens Ag Verfahren und Anordnung zur adaptiven räumlichen Filterung bzw. Störunterdrückung beim Funksignalempfang
DE4313627C1 (de) * 1993-04-27 1994-05-05 Ant Nachrichtentech Verfahren zum Ermitteln der Eigenwerte einer Matrix aus Signalabtastwerten
DE19511752A1 (de) * 1995-03-30 1996-10-10 Siemens Ag Verfahren zum hochauflösenden Auswerten von Signalen zur ein- oder zweidimensionalen Richtungs- oder Frequenzschätzung
DE19511751A1 (de) * 1995-03-30 1996-12-19 Siemens Ag Verfahren zur Rekonstruktion von durch Mehrwegeausbreitung gestörten Signalen
DE4326843C2 (de) * 1993-08-10 1997-11-20 Hirschmann Richard Gmbh Co Empfangsverfahren und Empfangsantennensystem zur Beseitigung von Mehrwegstörungen bzw. Steuergerät zur Durchführung dieses Verfahrens

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4965732A (en) * 1985-11-06 1990-10-23 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Methods and arrangements for signal reception and parameter estimation
USH374H (en) * 1987-02-09 1987-11-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Optimum multiple target detection and resolution
US5299148A (en) * 1988-10-28 1994-03-29 The Regents Of The University Of California Self-coherence restoring signal extraction and estimation of signal direction of arrival
US5515378A (en) * 1991-12-12 1996-05-07 Arraycomm, Inc. Spatial division multiple access wireless communication systems
US5525997A (en) * 1993-04-30 1996-06-11 Hughes Aircraft Company Self-calibrating, eigenstructure based method and means of direction finding
US5359333A (en) * 1993-07-21 1994-10-25 E-Systems, Inc. Robust multiple cochannel emitter detectors
US5566209A (en) * 1994-02-10 1996-10-15 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson Transceiver algorithms of antenna arrays

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4754282A (en) * 1970-03-25 1988-06-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Improved data analysis system
GB2072986A (en) * 1980-03-26 1981-10-07 Standard Telephones Cables Ltd Phased array signal processing
DE3728718A1 (de) * 1987-08-28 1989-03-09 Licentia Gmbh Signalverarbeitungsverfahren
US4916453A (en) * 1989-04-03 1990-04-10 Cogent Systems, Inc. Spatial filtering system
US4959653A (en) * 1989-08-23 1990-09-25 Massachusetts Institute Of Technology Adaptive sidelobe blanker
DE4314739A1 (de) * 1992-05-11 1993-11-18 Motorola Inc Strahlbündelungsausgleichsverfahren für eine adaptive Anordnung
DE4223676A1 (de) * 1992-07-17 1994-01-20 Siemens Ag Verfahren und Anordnung zur adaptiven räumlichen Filterung bzw. Störunterdrückung beim Funksignalempfang
DE4313627C1 (de) * 1993-04-27 1994-05-05 Ant Nachrichtentech Verfahren zum Ermitteln der Eigenwerte einer Matrix aus Signalabtastwerten
DE4326843C2 (de) * 1993-08-10 1997-11-20 Hirschmann Richard Gmbh Co Empfangsverfahren und Empfangsantennensystem zur Beseitigung von Mehrwegstörungen bzw. Steuergerät zur Durchführung dieses Verfahrens
DE19511752A1 (de) * 1995-03-30 1996-10-10 Siemens Ag Verfahren zum hochauflösenden Auswerten von Signalen zur ein- oder zweidimensionalen Richtungs- oder Frequenzschätzung
DE19511751A1 (de) * 1995-03-30 1996-12-19 Siemens Ag Verfahren zur Rekonstruktion von durch Mehrwegeausbreitung gestörten Signalen

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10163455A1 (de) * 2001-12-25 2003-08-21 Detlef Mansel Antennenanordnung und Verfahren zur Richtungserkennung einer Mobilfunkaussendung, insbesondere für GSM, UMTS und Wireless LAN
DE10238796A1 (de) * 2002-08-23 2004-03-04 Siemens Ag Verfahren zur Richtungsbestimmung der Position einer Mobil-station relativ zu einer Basisstation, Mobilfunksystem sowie Einrichtung zur Richtungsbestimmung
DE10238796B4 (de) * 2002-08-23 2006-09-14 Siemens Ag Verfahren zur Richtungsbestimmung der Position einer Mobilstation relativ zu einer Basisstation, Mobilfunksystem sowie Einrichtung zur Richtungsbestimmung
CN104375133A (zh) * 2014-11-11 2015-02-25 西北大学 一种空间二维doa的估算方法
CN104375133B (zh) * 2014-11-11 2017-02-15 西北大学 一种空间二维doa的估算方法

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EP0921410A2 (de) 1999-06-09
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