DE60124199T2

DE60124199T2 - Verfahren zum Empfang von Radiofrequenzsignalen und Diversity-Empfänger-Gerät

Info

Publication number: DE60124199T2
Application number: DE60124199T
Authority: DE
Inventors: Saku Lahti; Ilkka Kontola
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: EP1198078B1; FI20002291A0; US20020045427A1; FI113819B; EP1198078A3; FI20002291A; EP1198078A2; DE60124199D1; US7171175B2

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Polarisationseigenschaften von Antennen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Einstellen der Polarisationseigenschaften einer Antenne auf der Basis der Polarisationseigenschaften eines empfangenen Signals.
Elektromagnetische Strahlung weist gewisse Polarisationseigenschaften auf. Beim Empfangen von Signalen, die von einer elektromagnetischen Hochfrequenz-(HF)-Strahlung befördert werden, werden im allgemeinen die Polarisationseigenschaften der Antenne an die des ankommenden Signals angepasst. Wenn eine elektromagnetische Strahlung eine Reflexion erfährt, ändern sich typischerweise ihre Polarisationseigenschaften. Somit kann die Notwendigkeit bestehen, die Polarisationseigenschaften einer Antenne in Abhängigkeit vom Pfad der Strahlung von der Sendeantenne zur Empfangsantenne dynamisch einzustellen. Ansonsten ist es im schlimmsten Fall möglich, dass die Polarisationseigenschaften der Antenne orthogonal zu solchen der elektromagnetischen Strahlung sind, die unter Verwendung der Antenne empfangen wird. In diesem Fall kann die Antenne die elektromagnetische Strahlung nicht erfassen.
Das Globale Positioniersystem (GPS) wird hier als ein Beispiel eines Systems verwendet, wo die Notwendigkeit für das Einstellen der Polarisationseigenschaften der empfangenden Antenne besteht. Das GPS ist ein Positioniersystem, bei dem eine Empfängervorrichtung ihre Position unter Verwendung von Signalen, die sie von GPS-Satelliten empfängt, berechnen kann. Das GPS-System hat zwei Dienste: der Standardpositionierdienst (SPS) ist für alle Benutzer verfügbar, und der Präzise Positionierdienst (PPS) ist beispielsweise für gewisse Militärnutzer verfügbar. Jeder GPS-Satellit sendet die zwei Positioniersignale, die Signale mit gespreiztem Spektrum sind. Ein Groberfassungskode (Coarse Acquisition, C/A) und ein präziser Kode (P) werden auf Trägerfrequenzen von 1575,42 MHz und 1227,6 MHz unter Verwendung einer binären Phasenumtastung moduliert. Der C/A-Kode ist beispielsweise ein Pseudozufalls-Binärkode, der aus 1023 Chips besteht und der sich jede Millisekunde wiederholt. Die Chiprate des C/A-Kodes beträgt somit 1,023 MHz. Die C/A- und P-Kodes sind spezifisch für die GPS-Satelliten. Die Satelliten senden auch Navigationsinformation mit der Datenrate von 50 bps.
Die GPS-Sender in Satelliten senden die digitale Positionierinformation unter Verwendung einer rechtszirkular polarisierten (RHCP) Strahlung. Wenn der GPS-Empfänger GPS-Signale empfängt, so befindet sich der GPS-Empfänger gewöhnlicherweise außerhalb von Gebäuden und besitzt eine direkte Sichtverbindung (LOS) mit dem GPS-Satelliten. Bei einer LOS-Verbindung wird das empfangene Signal (oder zumindest ein gewisser Teil des empfangenen Signals) nicht reflektiert, und die Empfängerantenne kann dieselben Polarisationseigenschaften wie die gesendete Strahlung besitzen.
1 präsentiert beispielhaft eine schematische Zeichnung der Antenne 101 und eines Empfänger 110 einer GPS-Empfängervorrichtung 100. Die Antenne 101 ist typischerweise eine RHCP-Antenne. Ein Ausgang der Antenne 101 ist über einen Vorverstärker mit dem HF-Teil 111 des Empfängers 110 verbunden. Im HF-Teil 111 wird das empfangene Breitbandsignal gewöhnlicherweise zuerst unter Verwendung eines Bandpassfilters gefiltert, und das Ergebnis ist ein HF-Signal. Der HF-Teil weist ferner einen lokalen Oszillator (LO) auf, und das HF-Signal wird typischerweise mit der Sinuswelle, die vom LO erzeugt wird, gemischt, um ein Zwischenfrequenzsignal (ZF) zu erzeugen. Dieses ZF-Signal, das typischerweise eine I-Komponenten (In-Phasen) und eine Q-Komponente (Quadraturphasen) umfasst, wird an einen Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) 112 geliefert, wo das Signal abgetastet wird. Das abgetastete Signal wird in einem Korrelator 113 verarbeitet, wo eine lokale Kopie eines C/A-Kodes mit dem C/A-Kode, der mit den Navigationsdaten, die gespreizt wurden, verwendet wurde, korreliert wird. In diesem Korrelationsverfahren wird der korrekte C/A-Kode und seine Phase ermittelt. Diese Information über den C/A-Kode ist in 1 mit Pfeil 121 dargestellt. Es ist auch möglich, dass ein Korrelator vor dem A/D-Wandler 112 platziert wird. Das korrelierte Digitalsignal wird an eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP) 114 gegeben. Diese DSP 114 ist beispielsweise für die Bestimmung, welche Funksymbole gesendet werden, verantwortlich. Es gibt eine Abbildung zwischen den Symbolen und den Datenbits, so dass das Ausgangssignal von der DSP der Navigationsbitstrom (Pfeil 122) ist. Der GPS-Positionsblock 115 des GPS-Empfängers 100 nimmt mindestens die C/A-Kodeinformation (Pfeil 121) und den Navigationsbitstrom (Pfeil 122) als Eingangsgrößen. Eine typische Positionsbestimmung benötigt eine Information über die Phase von mindestens drei C/A. Es kann beispielsweise drei Korrelatoren 113 geben, und jeder korreliert einen C/A-Kode mit dem ZF-Signal, oder einen Korrelator 113, der verschiedene C/A-Kodes mit dem Signal wechselnd korreliert.
Wenn ein GPS-Empfänger im Haus verwendet wird, typischerweise zum Beispiel in der Nähe einer Tür oder eines Fensters, so kann die empfangene Strahlung, die Positionierinformation trägt, reflektiert werden. Reflektierte rechtszirkular polarisierte Strahlung ist linkszirkular polarisierte Strahlung. Es kann sein, dass eine Antenne in einem GPS-Empfänger, die optimal ist für das Empfangen von rechtszirkular polarisierter Strahlung, eine linkszirkular polarisierte Strahlung überhaupt nicht erfassen kann, oder zumindest die Intensität des erfassten Signal kann Größenordnungen kleiner als die des tatsächlichen Signals sein. Somit kann ein GPS-Empfänger, der im Haus verwendet werden soll, vorzugsweise effizient ebenfalls LHCP-Strahlung empfangen. In gewissen Fällen, bei denen einige der empfangenen GPS-Signale reflektiert werden und andere nicht, sollte ein GPS-Empfänger zur gleichen Zeit LHCP- und RHCP-Signale empfangen können.
Es ist allgemein bekannt, dass elektromagnetische Strahlung, die beliebige Polarisationseigenschaften hat, in zwei lineare Komponenten mit einer gewissen relativen Phase und gewissen relativen Amplituden zerlegt werden kann. Unter Verwendung von beispielsweise zwei linear polarisierten und orthogonalen Antennen ist es möglich, eine elektromagnetische Strahlung zu empfangen, die beliebige Polarisationseigenschaften aufweist. Das Problem sind jedoch dynamische Änderungen in der empfangenen Strahlung. Wenn ein Benutzer, der einen GPS-Empfänger trägt, sich bewegt, kann sich der Pfad des GPS-Signals vom Satellitensender zum GPS-Empfänger ändern, und somit können sich die Polarisationseigenschaften des empfangenen GPS-Signals ändern.
Schemata für das Einstellen der Eigenschaften einer Antenne gemäß den Eigenschaften des empfangenen Signals wurden vorgeschlagen. Eine Alternative besteht darin, die physikalischen Eigenschaften der Antenne zu modifizieren, aber dies kann ziemlich komplexe mechanische Anordnungen erfordern, und höchst wahrscheinlich können die Modifikationen nicht mit einer hohen Geschwindigkeit ausgeführt werden. Eine zweite Alternative besteht darin, zwei Antennen zu verwenden, die verschiedene Polarisationseigenschaften haben, und die Signale, die unter Verwendung dieser zwei Antennen empfangen werden, zu kombinieren. Die Patentanmeldung EP 416 264 diskutiert beispielsweise ein System, das zwei orthogonale, linear polarisierte Antennen verwendet und das unter Verwendung analoger Komponenten implementiert wird. Die zwei empfangenen Signalkomponenten weisen unterschiedliche Phasen und Amplituden auf, und eine Kalibrierschaltung detektiert die Phasen- und Amplitudenunterschiede der empfangenen Signalkomponenten. Die Phasen- und Amplitudenunterschiede werden verwendet, um variable Phasenschieber in einer Kombinationsschaltung einzustellen, bei der 90° Hybridkuppler verwendet werden, um die Signalkomponenten zu kombinieren. Die Kalibrierschaltung vergleicht kontinuierlich zwei Signalkomponenten, und die Signalkomponenten werden durch Verzögerungsleitungen zur Kombinationsschaltung geführt. Die Verzögerung ermöglicht es, dass die variablen Phasenschieber eingestellt werden, bevor die Signalkomponenten in die Kombinationsschaltung gelangen.
Ein ähnliches System könnten in einem GPS-Empfänger verwendet werden, aber dies würde zwei linear polarisierte Antennen im GPS-Empfänger erfordern, und eine Kalibrierschaltung und eine Kombinationsschaltung sollten im HF-Teil (entsprechend dem HF-Teil in 1) in Bezug auf jede Antenne eingebaut sein. Zusätzliche Komponenten erhöhen die Kosten und die Komplexität der Herstellung einer Vorrichtung. Weiterhin sollte, wenn der GPS-Empfänger in ein zellulares Telefon integriert werden soll, die Anzahl der Komponenten wegen des Leistungsverbrauchs und der Raumbedürfnisse so niedrig wie möglich gehalten werden. Ein weiteres Problem besteht darin, dass beim System, das in der EP 416 264 präsentiert ist, ein GPS-Empfänger, der im Haus arbeiten soll, mehr als zwei Antennen haben sollte: ein Paar orthogonaler Antennen wird für jedes GPS-Signal, das zur gleichen Zeit empfangen werden soll, benötigt.
Die Polarisationsdiversität ist ein bekanntes Verfahren, um die Qualität eines empfangenen Signals zu verbessern. 2 präsentiert ein Beispiel eines Polarisationsdiversitätsempfängers 200, bei dem zwei Antennen 101a und 101b, die unterschiedliche Polarisationseigenschaften aufweisen, verwendet werden, um ein Signal zu empfangen. Jede Antenne ist mit ihrem eigenen HF-Block verbunden, und die HF-Blöcke 111a, 111b sind wiederum mit A/D-Wandlern 112a, 112b verbunden. Die digitalisierten Signale
die der Signalkomponente entspricht, die mit der ersten Antenne 101a empfangen wird, und
die den Signalkomponente entspricht, die mit der zweiten Antenne 101b empfangen wird, sind komplexwertige Signale, und sie werden im DSP-Block 201 weiter verarbeitet. Wenn eine Polarisationsdiversität verwendet wird, wird eines der empfangenen Signale beim Empfang verwendet, oder es werden beide empfangene Signale korrekt kombiniert und beim Empfang verwendet. Eine GPS-Vorrichtung, die eine Polarisationsdiversität verwendet, würde typischerweise zwei Antennen aufweisen, die orthogonal zirkulare Polarisationseigenschaften haben, so dass es zwei Antennen 101 und zwei Empfänger 110 geben würde. Außerhalb von Gebäuden würde typischerweise nur die RHCP-Antenne und der Empfänger, der der RHCP-Antenne entspricht, verwendet werden.
Eine Patentveröffentlichung US 5,335,251 beschreibt einen Diversitätsempfänger, bei dem ein Schalter alternativ eines der Ausgangssignale der ersten und zweiten Bandpassfilter mit einer Periode, die gleich einer Hälfte einer Periode ist, die der Symbolrate entspricht, auswählt.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Antennenempfängersystem zu präsentieren, das an verschiedene Änderungen bei den Eigenschaften des empfangenen Signals anpassbar ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Antennenempfängersystem zu präsentieren, bei dem die Adaption an Änderungen unter Verwendung weniger zusätzlicher Komponenten ausgebildet ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Antennenempfängersystem zu präsentieren, bei dem die Polarisationseigenschaften einstellbar sind. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Antennenempfängersystem zu präsentieren, bei dessen Verwendung es möglich ist, viele Signale mit gespreiztem Spektrum zu gleicher Zeit zu empfangen, so dass jedes Signal im Hinblick auf die Polarisation in einer optimalen Weise empfangen wird.
Die Aufgaben der Erfindung werden gelöst durch das wechselnde Empfangen des Signals mit mindestens zwei Antennen, die verschiedene Eigenschaften aufweisen, das Verarbeiten der verschränkten Signale, die den Antennen entsprechen, mit einer einzigen Anordnung, und durch das Konstruieren eines kombinierten Signals aus den empfangenen Signalkomponenten, das den detektierten oder geschätzten Eigenschaften des empfangenen Signals entspricht.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Empfängervorrichtung gemäß Anspruch 13 geliefert.
In einem Verfahren gemäß der Erfindung wird ein Funksignal unter Verwendung von mindestens zwei Antennen, deren Eigenschaften verschieden sind, empfangen. Eine erste Signalkomponente wird mit der ersten Antenne empfangen, und eine zweite Signalkomponente mit der zweiten Antenne. Die Signalkomponenten werden verarbeitet und abgetastet, unter Verwendung von beispielsweise Verfahren, die aus dem Stand der Technik allgemein bekannt sind, in erste und zweite abgetastete Signalkomponenten, die ein In-Phase- und eine Quadraturphase-Komponente haben. Ein Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antenne und die zweite Antenne wechselnd, mit anderen Worten nacheinander, mit den Verarbeitungsmitteln verbunden sind, die für die weitere Verarbeitung der empfangenen Signale verantwortlich sind. Die ersten und zweiten Signalkomponenten werden somit zeitlich miteinander verschränkt. Typischerweise werden die Antennen so gewechselt, dass die Dauer der Verbindung zur ersten Antenne im wesentlichen dieselbe wie die Dauer der Verbindung zur zweiten Antenne ist.
Die verschränkten Signalkomponenten werden abgetastet, um digitalisierte Signale zu erzeugen, die hier abgetastete Signalkomponenten genannt werden. Diese abgetasteten Signalkomponenten sind komplexwertig, da sie auch eine In-Phase- und eine Quadratur-Phasen-Komponente aufweisen. Unter Verwendung der abgetasteten Signalkomponenten, bei denen eine erste abgetastete Signalkomponenten den Eigenschaften der ersten Antenne entspricht, und eine zweite abgetastete Signalkomponente den Eigenschaften der zweiten Antenne entspricht, ist es möglich, ein kombiniertes Signal zu konstruieren, das besser zu den Eigenschaften des empfangenen Signals passt. Beispielsweise ist es durch das Wählen einer geeigneten linearen Kombination der ersten und zweiten abgetasteten Zwischensignale möglich, ein Signal zu erzeugen, das jeden gewünschten Polarisationseigenschaften entspricht. Das kombinierte Signal kann beispielsweise unter Verwendung einer digitalen Signalverarbeitung leicht erzeugt werden. Eines oder beide der abgetasteten Signale werden mit einem geeigneten komplexen Faktor multipliziert, um eine korrekte Phasenverschiebung und eine korrekte Amplitude zu erzeugen, und danach werden die abgetasteten Signalkomponenten summiert. Die Koeffizienten der linearen Kombination sind typischerweise komplexwertig. Natürlich können einige Werte der Koeffizienten real sein. Der Ausdruck "Koeffizient" bezieht sich in dieser Beschreibung auf die Koeffizienten der linearen Kombination, die das kombinierte Signal erzeugen.
Da die Adaption an die Eigenschaften des empfangenen Signals durch das Modifizieren digitalisierter Signale erfolgt, wird eine Adaption an Änderungen bei beispielsweise der Polarisation oder den Winkeleigenschaften ziemlich leicht ausgeführt: nur die komplexen Koeffizienten der linearen Kombination des Signals müssen geändert werden. Es ist möglich, eine schnelle Anpassung an Änderungen im empfangenen Signal vorzunehmen; dies ist einer der Vorteile der Erfindung. Die Werte für die Koeffizienten werden so ausgewählt, dass sie eine bessere Qualität für das kombinierte Signal erzeugen, als die Qualität jedes der empfangenen Signale. Geeignete Werte für die Koeffizienten können beispielsweise durch das Maximieren des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses des kombinierten Signals gefunden werden. Der Effekt einer Mehrwegeausbreitung kann alternativ minimiert werden, oder Koeffizientenwerte können so gewählt werden, dass sie sowohl das Signal-zu-Rausch-Verhältnis als auch die Mehrwegeausbreitung berücksichtigen. Wenn die Polarisationsänderungen in einem empfangen Signal in Bezug zu den Reflexionen des Signals stehen, gibt es gewöhnlicherweise eine begrenzte Anzahl von Kandidaten für die Koeffizientenwerte, und die Auswahl eines geeigneten Satzes von Werten ist ziemlich einfach.
Ähnlich wie bei der Polarisation oder der räumlichen Diversität ist es in einem Verfahren gemäß der Erfindung typischerweise möglich, Koeffizientenwerte zu wählen, die eine bessere Qualität für das kombinierte Signal produzieren, als die Qualität eines einzelnen Signals, das mit einer Antenne empfangen wird, die gewisse Polarisationseigenschaften aufweist. Wenn die erste Antenne beispielsweise Polarisationseigenschaften aufweist, die optimal zur Polarisation des empfangenen Signals passen, und wenn die zweite Antenne orthogonale Polarisationseigenschaften aufweist, dann ist die Qualität des kombinierten Signals (zumindest theoretisch) dieselbe wie die des Signals, das mit der ersten Antenne empfangen wird. Es ist möglich, die Winkeleigenschaften der Antennenkombination zu modifizieren, mit anderen Worten das Empfangsantennenstrahlungsmuster der Antennenkombination.
In einem Verfahren gemäß der Erfindung besteht im Vergleich zu einem konventionellen Nicht-Diversitätsempfang eines Funksignals der Unterschied darin, dass es nur eine zusätzliche Antenne und einige zusätzliche Funktionen im Teil, der für das Verarbeiten der abgetasteten Signale verantwortlich ist, gibt. Die zusätzliche Funktion kann mit einer digitalen Signalverarbeitung implementiert werden, so dass sie ziemlich leicht bereit gestellt werden kann. Der Funkfrequenzteil des Empfängers kann ähnlich wie in einem konventionellen Empfänger, der eine Antenne besitzt, sein. Die Analog-Digital-Wandlung muss beispielsweise nicht wissen, dass sie zwei verschränkte Signale verarbeitet, die zwei Antennen entsprechen, statt eines kontinuierlichen Signals, das mit einer gewissen Antenne empfangen wurde. Ein Verfahren/Empfänger gemäß der Erfindung liefert somit eine effizienten und kostengünstige Art, um eine Anpassung an beispielsweise Änderungen in der Polarisation des empfangenen Signals zu liefern, mit nahezu der gleichen einfachen Ausrüstung wie bei einem Empfänger, der gewisse Polarisationseigenschaften und keine Adaptionsfähigkeit aufweist. Ein Empfänger gemäß der Erfindung ist also kosteneffektiver als ein Diversitätsempfänger, da zwei parallele Anordnungen, die parallel kontinuierliche Signale verarbeiten, in einem Diversitätsempfänger benötigt werden statt einer Anordnung, die zwei verschränkte Signale verarbeitet. Die Reduktion bei der Anzahl der Komponenten in einem Empfänger gemäß der Erfindung im Vergleich zu einem Diversitätsempfänger kann zu bemerkbaren Einsparungen führen, wenn eine große Anzahl von Empfängern hergestellt wird.
Zusätzlich ist ein Verfahren oder ein Empfänger gemäß der Erfindung für das gleichzeitige Empfangen vieler Funksignale mit einem gespreizten Spektrum, die verschiedene Polarisationseigenschaften aufweisen, geeignet. Wenn beispielsweise eine Kodetrennung als ein Spreiztechnik verwendet wird, so liegen die Signale mit gespreiztem Spektrum typischerweise in einem gewissen Frequenzband, und es wird eine Antenne, die für das Empfangen von Signalen bei diesem Frequenzband geeignet ist, verwendet. Das empfangene Signal kann in diesem Fall verschiedene Signale mit gespreiztem Spektrum umfassen, die verschiedenen Spreizkodes entsprechen. Jedes dieser Signale kann unterschiedliche Polarisationseigenschaften aufweisen, oder es ist möglich, dass beispielsweise zwei Signale mit gespreiztem Spektrum, die zwei unterschiedlichen Spreizkodes entsprechen, dieselben Polarisationseigenschaften aufweisen. Ein kombiniertes Signal, das sich auf einen solchen Satz von Koeffizientenwerten bezieht, die eine gute Signalqualität erzeugen, kann mehr als einem Signal mit gespreiztem Spektrum entsprechen. Es ist auch möglich, dass jedes der empfangenen Signale mit gespreiztem Spektrum spezifische Polarisationseigenschaften aufweist, und in diesem Fall entspricht jedes kombinierte Signal einem Signal mit gespreiztem Spektrum. Die Korrelation mit den lokalen Kopien der Spreizkodes kann in verschiedenen Stufen nach dem Empfang des Funksignals ausgeführt werden: die Korrelation kann unter Verwendung abgetasteter Signalkomponenten oder unter Verwendung kombinierter Signalkomponenten ausgeführt werden.
Ein Verfahren oder ein Empfänger gemäß der Erfindung können auch verwendet werden, um gleichzeitig mehr als ein Funksignal mit schmalen Spektrum zu empfangen. Die Polarisationseigenschaften einer Antenne können in Abhängigkeit von der Frequenz variieren, so dass es für Funksignale mit schmalem Spektrum etwas anspruchsvoller sein kann, geeignete Werte für die Koeffizienten der linearen Kombination zu finden. Andererseits erfordert ein Verfahren gemäß der Erfindung nicht, dass die Polarisationseigenschaften der Antennen beispielsweise orthogonal sind, obwohl dies beim Finden geeigneter Werte für die Koeffizienten unterstützend sein kann.
Die neuen Merkmale, die als charakteristisch für die Erfindung betrachtet werden, sind in den angefügten Ansprüchen speziell ausgeführt. Die Erfindung selber wird jedoch sowohl was ihre Konstruktion als auch ihr Verfahren zum Betreiben betrifft, zusammen mit zusätzlichen Punkten und Vorteilen am besten aus der folgenden Beschreibung spezifischer Ausführungsformen, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, verständlich.
1 zeigt schematisch eine GPS-Empfängervorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
2 zeigt schematisch einen Polarisationsdiversitätsempfänger gemäß dem Stand der Technik;
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens für das Empfangen eines Funksignals gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens für das Empfangen eines Funksignals gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
5 zeigt schematisch das Schalten der Antennen in Verfahren gemäß der Erfindung;
6 zeigt schematisch einen Empfänger gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
7 zeigt schematisch einen Empfänger gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
8 zeigt schematisch verschiedene Antennenkonfigurationen, die in Empfängern gemäß der Erfindung anwendbar sind;
9 zeigt schematisch einen GPS-Empfänger gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
10 zeigt eine doppelt polarisierte Patchantenne und eine Doppelrichtungs-Patchantenne, die in Empfängern gemäß der Erfindung anwendbar sind, und
11 zeigt Mobilstationen gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung.
Die 1–2 wurden im Detail in der Beschreibung von Funkempfängern gemäß dem Stand der Technik diskutiert.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 für das Empfangen von Funksignalen gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Im Schritt 301 wird eine Funkfrequenzstrahlung unter Verwendung einer ersten Antenne empfangen. Im Schritt 302 wird die Antenne, die für das Empfangen der Strahlung verwendet wird, zu einer zweiten Antenne umgeschaltet, die andere Eigenschaften als die erste Antenne aufweist. Beispielsweise können die Polarisationseigenschaften der Antennen oder der Ort der Antennen verschieden sein. Im Schritt 303 wird eine Funkfrequenzstrahlung unter Verwendung der zweiten Antenne empfangen, und im Schritt 304 werden die Antennen wieder umgeschaltet. In einem Verfahren gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Schritte 301–304 ständig ausgeführt werden. Eine erste empfangene Signalkomponente S₁, die der ersten Antenne entspricht, und eine zweite empfangene Signalkomponente S₂, die der zweiten Antenne entspricht, werden zeitlich verschränkt: die erste Signalkomponente ist vorhanden, wenn die erste Antenne beim Empfang verwendet wird, und die zweite Signalkomponente ist vorhanden, wenn die zweite Antenne beim Empfang verwendet wird. Die Antennen können über ein Schaltelement mit einem einzigen HF-Block verbunden sein, und am Eingang befindet sich dort wechselnd die erste Signalkomponente S₁ und die zweite Signalkomponente S₂. Die Zeit, während der jede Antenne beim Empfangen des HF-Signals verwendet wird, hängt von den Anwendungen ab. Wenn beispielsweise ein schmalbandiges Funksignal empfangen wird, kann die beste Leistung durch das Empfangen jedes Symbols mit beiden Antennen erhalten werden. Dies ist in 5a dargestellt, wo eine Sequenz von Symbolen 510 als eine Funktion der Zeit dargestellt ist. Die horizontale Achse in 5a stellt die Zeit dar, und die Dauer eines Symbols t_symbol ist in 5a mit einem Pfeil markiert. Die vertikale Achse in 5a stellt Symbolwerte dar. Ein Symbol stellt eine gewisse Anzahl von Datenbits dar; die Anzahl der Datenbits hängt von der Modulationstechnik ab. Das Schalten von einer ersten Antenne zu einer zweiten Antenne ist mit durchgehenden Pfeilen 501 markiert, und das Schalten von der zweiten Antenne zur ersten Antenne ist mit gestrichelten Pfeilen 502 markiert. Die Zeiten, zu denen das Schalten in 5a auftritt, sind Beispiele: Das Schalten kann beispielsweise öfter auftreten, es kann in unregelmäßigen Intervallen auftreten, und das Schalten muss nicht auftreten, wenn sich ein Symbol ändert. Das Signal, das mit einer Antenne zwischen zwei aufeinander folgenden Schaltzeiten empfangen wird, wird typischerweise mehrere Male abgetastet, aber zumindest einmal.
Im Schritt 305 werden die verschränkten Signalkomponenten S₁ und S₂ weiter verarbeitet. Typischerweise wird für jedes empfangene Signal eine In-Phasen-Komponente und eine Quadraturphasenkomponente ausgebildet, und danach werden die Signale abgetastet. Die sich ergebenden abgetasteten Signale
sind komplexwertig, wobei der Realteil gewöhnlicherweise der In-Phasen-Komponente entspricht und der Imaginärteil der Quadraturphasenkomponente entspricht. Im Schritt 306a wird ein geeigneter Satz von Koeffizientenwerten für die lineare Kombination ausgewählt. Hier ist der Satz von Koeffizienten markiert als (a₁, a₂). Die Werte für die Koeffizienten werden ausgewählt, um die Qualität eines kombinierten Signals S_c, das eine lineare Kombination der ersten und zweiten abgetasteten Signalkomponenten ist: S_c = a₁S₁ + a₂S₂, zu verbessern. Als eine Anzeige für die Qualität des Signals kann beispielsweise ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis verwendet werden. Es ist auch möglich, die Wirkung der Mehrwegeausbreitung zu minimieren, oder beispielsweise eine geeignete Balance zwischen dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis und dem Minimieren der Mehrwegeeffekte zu finden. Die Koeffizienten der linearen Kombination können verwendet werden, um sich an Änderungen in der Polarisation des empfangenen Funksignals oder an Änderungen in den Winkeleigenschaften des Strahls des empfangenen Funksignals anzupassen. Typischerweise können Verfahren, die verwendet werden, um die Koeffizienten in Diversitätsempfängern auszuwählen, in einem Verfahren gemäß der Erfindung für das Auswählen der Koeffizientenwerte verwendet werden. Im Schritt 306 wird das kombinierte Signal, das den ausgewählten Koeffizientenwerten entspricht, erzeugt.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 400 für das Empfangen eines Funksignals gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In einem Verfahren gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden ein oder mehrere Direktsequenzsignale mit gespreiztem Spektrum empfangen. Die Schritt 301 bis 305 im Verfahren 400 sind ähnlich solchen, die im Verfahren 300 vorhanden sind. Wenn eine direkte Sequenz verwendet wird, um schmalbandige Information zu spreizen, sind die empfangenen Signale an einem Punkt korreliert mit lokalen Kopien der Spreizkodes C1, C2, C3 etc. Im Verfahren 400 erfolgt dies, nachdem die Signalkomponenten abgetastet sind. Im Verfahren 400 wird angenommen, dass zwei Signale mit gespreiztem Spektrum, die den Spreizkodes C1 und C2 entsprechen, empfangen werden. Die Korrelation der Spreizkodes mit den abgetasteten Signalkomponenten führt zu den folgenden korrelierten abgetasteten Signalkomponenten S_1,C1, S_1,C2, S_2,C1 und S_2,C2. Da zwei Signale mit gespreiztem Spektrum empfangen werden, ist es am wahrscheinlichsten, dass ein Satz der Werte für die Koeffizienten unabhängig für jedes Signal mit gespreiztem Spektrum ausgewählt werden muss. Dies erfolgt im Schritt 402, wo ein erster Satz von Koeffizientenwerten und ein zweiter Satz von Koeffizientenwerten gewählt wird: (a_1,C1, a_2,C1) und (a_1,C2, a_2,C2). Im Schritt 403 werden zwei kombinierte Signale, wobei eines jeweils jedem empfangenen Signal mit gespreiztem Spektrum entspricht, erzeugt: S_C,C1 = a_1,C1S_1,C1 + a_2,C1S_2,C1 und S_C,C2 = a_1,C2S_1,C2 + a_2,C2S_2,C2
Es ist alternativ möglich, die Korrelation der lokalen Kopien der Spreizkodes mit einem kombinierten Signal S_c auszuführen. In diesem Fall wird der Korrelationsschritt 401 nur durchgeführt, nachdem das kombinierte Signal produziert ist, und das Flussdiagramm dieser Art des Verfahrens ist ähnlich dem des Verfahrens 300, wobei nur der Schritt 401 nach dem Schritt 307 hinzu gefügt wird. Dieses Verfahren funktioniert am besten, wenn die Signale mit gespreiztem Spektrum eine ähnliche Polarisation und/oder Winkeleigenschaften aufweisen. Eine dritte Option besteht darin, die Korrelation der lokalen Kopien der Spreizkodes schon auszuführen, wenn die empfangenen Signale im Schritt 305 verarbeitet werden. In diesem Fall kann die Korrelation unter Verwendung analoger Signalkomponenten ausgeführt werden, mit anderen Worten, bevor die empfangenen Signalkomponenten abgetastet werden.
Wenn ein Signal mit gespreiztem Spektrum empfangen wird, ist es möglich, die Antennen beispielsweise zweimal während jedes Chips zu schalten, wenn die Spreizkodesequenz zumindest teilweise während eines Datenbits zweimal während jedes Datenbits wiederholt wird. Eine gewisse Chip-Datenbitkombination wird somit mit mindestens zwei Antennen empfangen, und die Chip-Datenbitkombination kann unter Verwendung der Signalkomponenten aufgelöst werden. 5 zeigt schematisch das Schalten der Antennen, so dass jeder Chip 520 mit zwei Antennen empfangen wird. Die vertikale Achse stellt den Wert einer Chip-Datenbitkombination dar, aber ansonsten ist 5b ähnlich der 5a. Die Dauer eines Chips t_chip und die Dauer eines Datenbits t_bit sind in 5b mit Pfeilen dargestellt. Das Verhältnis der Dauer der Chips und der Datenbits in den 5b und 5c ist nur ein Beispiel, und die Schaltzeiten, die mit Pfeilen in 5b dargestellt sind, sind auch Beispiele. Es kann sein, dass ein Empfänger, bei dem die Antennen ziemlich häufig geschaltet werden, beispielsweise für jeden Chip, manche Ausrüstung doppelt aufweisen muss.
5c zeigt schematisch ein Signal, bei dem eine Sequenz von Chips zweimal während jedes Datenbits wiederholt wird. Die Dauer einer Chip-Sequenz t_sequence ist in 5c mit einem Pfeil markiert. In diesem Fall ist es möglich, die Antennen beispielsweise mindestens zweimal während eines Datenbits zu schalten. In 5c wird eine erste Kopie der Chipsequenz 530a, kombiniert mit einem gewissen Datenbit, mit der ersten Antenne empfangen, und eine zweite Kopie der Chipsequenz 530b, kombiniert mit demselben Datenbit, wird mit der zweiten Antenne empfangen. Ein Verfahren gemäß der Erfindung kann auch angewandt werden, wenn eine Chipsequenz während eines Datenbits nur teilweise wiederholt wird. Die Schaltzeiten, die in 5c dargestellt sind, sind wieder Beispiele; es gibt viele andere mögliche Wege, um die Antennen gemäß der Erfindung zu schalten. Typischerweise besteht, wenn die Antennen für Chipsequenzen geschaltet werden, keine Notwendigkeit für eine doppelte Ausrüstung im HF-Block eines Empfängers.
Im GPS ist beispielsweise C/A ein Pseudozufallsbinärkode, der aus 1023 Chips besteht und der sich jede Millisekunde wiederholt. Die Chiprate des C/A-Kodes beträgt somit 1,023 MChip/s. Die Navigationsinformationsrate beträgt 50 b/s, so dass während jedes Navigationsdatenbits die C/A-Kodesequenz 200 mal wiederholt wird. Die Dauer einer C/A-Kodesequenz wird als Epoche bezeichnet. Wenn ein GPS-Signal unter Verwendung eines Verfahrens gemäß der Erfindung empfangen wird, ist es somit beispielsweise möglich, das Signal mit jeder Antenne für ein gewisses ganzzahliges Vielfaches der Epochen zu empfangen oder die Antennen beispielsweise für jede Epoche oder für jede andere Epoche umzuschalten. Im GPS werden typischerweise mindestens drei Navigationssignale gleichzeitig empfangen. Für jeden Satellit ist die Dauer der C/A-Kodesequenz dieselbe, und es ist möglich, viele Navigationssignale gleichzeitig zu empfangen und einen optimalen Satz von Koeffizientenwerte für jedes Navigationssignal beispielsweise getrennt zu finden. Die verschiedenen C/A-Kodes, die sich auf verschiedene GPS-Satelliten beziehen, können eine gewisse Phasendifferenz zueinander aufweisen, wobei aber ein Verfahren gemäß der Erfindung erfolgreich angewandt werden kann: für einige der Navigationssignale können die Antennen am Beginn einer C/A-Kodesequenz geschaltet werden, und für andere Navigationssignale tritt das Schalten an einem anderen Punkt der C/A-Kodesequenz auf. In jedem Fall kann für jedes Navigationssignal eine ganze Epoche mit jeder Antenne empfangen werden. Es ist natürlich möglich, in einer ähnlichen Weise auch andere Signale mit gespreiztem Spektrum, bei denen ein Spreizkodes während eines Datenbits wiederholt wird, als GPS-Navigationssignale zu empfangen.
6 zeigt schematisch einen Empfänger 600 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Der Empfänger 600 hat zwei Antennen 101a und 101b, die verschiedene Eigenschaften aufweisen. Die Polarisationseigenschaften der Antennen oder der Ort der Antennen kann beispielsweise verschieden sein. Die Antennen 101a und 101b sind beide mit Eingänge eines Schaltelements 601 verbunden. Es kann ein Vorverstärker für jede Antenne vor dem Schalter vorhanden sein, aber diese Vorverstärker sind in 6 nicht gezeigt. Das Schaltelement ist ausgelegt, um wechselnd eine der Antennen mit einem Funkfrequenz-(HF)-Block 602 zu verbinden. Der HF-Block 602 verarbeitet die empfangenen Signalkomponenten S₁ und S₂ und gibt Signalkomponenten aus, die In-Phasen-Komponenten (I) und Quadratur-Phasen-Komponenten (Q) aufweisen. Die Signale von den Ausgängen des HF-Blocks 602 werden zu Eingängen eines Analog-Digital-Wandlers (A/D-Wandlers) 603 geführt, und abgetastete Signalkomponenten S₁ und S₂ werden weiter zu einer digitalen Verarbeitungsvorrichtung 604 für eine weitere Verarbeitung geführt. Die Auswahl der Koeffizientenwerte für die lineare Kombination wird typischerweise in der Verarbeitungsvorrichtung 604 ausgeführt, und das kombinierte Signal S_c wird auch hier erzeugt.
Der untere Teil der 6 stellt schematisch die Signalkomponenten an den verschiedenen Teilen des Empfängers 600 dar. Zwischen den Antennen 101a, 101b und dem A/D-Wandler 603 sind die Signalkomponenten typischerweise analoge Signale (in 6 mit einer durchgängigen Linie dargestellt) und sie treten zeitlich wechselnd auf. Nach dem A/D-Wandler 603 sind die Signale abgetastet und sie sind digital. Dies ist in 6 mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Im A/D-Wandler 603 und zwischen dem A/D-Wandler und der Verarbeitungsvorrichtung 604 treten die Signale wechselnd in der Zeit auf. Nach der Verarbeitungsvorrichtung gibt es mindestens ein digitales kombiniertes Signal.
Der HF-Block 602 und der A/D-Wandler 603 können eine Verarbeitung ausführen, um Signale zu verschränken. Eine Modifikationen sollte genügen, um einen HF-Block oder einen A/D-Wandler, der ein einzelnes kontinuierliches Signal in eingibt, in einen HF-Block 602 oder einen A/D-Wandler 603, der zwei verschränkte Signale verarbeiten kann, umzuwandeln. Die Hauptmodifikation in einem Empfänger 600 im Vergleich zu einem konventionellen Empfänger, der eine Antenne besitzt, ist das Schaltelement 601 und einige zusätzliche Merkmale in der digitalen Verarbeitungsvorrichtung 604.
7 zeigt schematisch einen Empfänger 700 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Der Empfänger 700 umfasst eine Korrelationsvorrichtung 701. Sie ist typischerweise zwischen dem A/D-Wandler 603 und der digitalen Verarbeitungsvorrichtung 604 angeordnet.
8 zeigt schematisch verschiedene Antennenkonfigurationen, die in Empfängern gemäß der Erfindung anwendbar sind. Die Antennen-Empfänger-Konfiguration 800a umfasst einen Schalter 601 und zwei getrennte, linear polarisierte Antennen: Antenne 801a ist horizontal polarisiert, und Antenne 801b ist vertikal polarisiert. Es ist möglich, die Werte für die Koeffizienten der linearen Kombination so zu wählen, dass irgendwelche Polarisationseigenschaften für die Antennenkonfiguration 800a simuliert werden können. Beispielsweise kann eine kreisförmige Polarisation oder eine elliptische Polarisation simuliert werden.
Die Antennen-Empfänger-Konfiguration 800b umfasst einen Schalter 601 und zwei getrennte, zirkular polarisierte Antennen: Antenne 802a ist eine rechtszirkular polarisierte Antenne, und Antenne 802b ist eine linkszirkular polarisierte Antenne. Wieder ist es möglich, die Werte für die Koeffizienten der linearen Kombination so zu wählen, dass beliebige Polarisationseigenschaften für die Antennenkonfiguration 800b simuliert werden können. Die Antennen-Empfänger-Konfiguration 800b ist für das Empfangen zirkular polarisierter Strahlung am besten geeignet: in Abhängigkeit von der Anzahl der Reflexionen ist das Signal entweder ein LHCP-Signal oder ein RHCP-Signal.
Die Antennen-Empfänger-Konfiguration 800c umfasst zwei linear polarisierte Antennen: Antenne 801a ist horizontal polarisiert, und Antenne 801b ist vertikal polarisiert. Die Antennen in dieser Antennen-Empfänger-Konfiguration sind mit einem Schalter 810 verbunden, der zwei Ausgänge aufweist. Einer der Ausgänge ist direkt mit einem HF-Block 812 verbunden, und der andere Ausgang ist mit dem HF-Block 812 über einen 90° Phasenschieber 811 verbunden. Der Schalter 811 ist so gestaltet, dass beide Antennen mit dem HF-Block gleichzeitig verbunden sind: die Polarisationseigenschaften der empfangenen Strahlung sind entweder LHCP oder RHCP. Wieder ist es möglich, die Werte für die Koeffizienten der linearen Kombination so zu wählen, dass jegliche Polarisationseigenschaften für die Antennenkonfiguration 800b simuliert werden können. Die Antennen-Empfänger-Konfiguration 800c ist auch für das Empfangen von zirkular polarisierter Strahlung am besten geeignet.
Wenn erkannt wird, dass die empfangene Strahlung Polarisationseigenschaften aufweist, die zu den Eigenschaften einer der Antennen passen, so ist es möglich, das Schalten der Antennen zu stoppen und das Signal nur unter Verwendung der geeigneten Antenne zu empfangen. Die Eigenschaften des empfangenen Signals können beispielsweise aus dem Satz der Werte, die für die Koeffizienten ausgewählt wurden, erfasst werden. Dies kann beispielsweise in 3 schematisch als eine Rückkoppelung vom Schritt 306 zu den Schritten 302 und 304 oder in 6 als eine Rückkoppelung von der digitalen Verarbeitungsvorrichtung 604 zum Schalter 601 dargestellt werden. Die Position des Schalters 601 kann gemäß den Instruktionen, die von der digitalen Verarbeitungsvorrichtung 604 empfangen werden, ausgewählt werden.
9 zeigt schematisch einen GPS-Empfänger 900 gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Ein GPS-Empfänger 900 hat vorzugsweise zwei zirkular polarisierte Antennen 802a und 802b, da GPS-Navigationssignale zirkular polarisiert sind. Wenn der Pfad des Navigationssignals von einem GPS-Satelliten zum GPS-Empfänger unter Sichtverbindung (LOS) erfolgt, ist das Navigationssignal RHCP, und die Antenne, die RHCP-Eigenschaften aufweist, kann verwendet werden. Mit anderen Worten, der Schalter 602 wird in einer konstanten Position gehalten. Typischerweise werden mindestens drei Navigationssignale gleichzeitig empfangen. Wenn mindestens eines von ihnen reflektiert wird, ist es ratsam, beide Antennen 802a und 802b zu verwenden. Für die LOS-Navigationssignale (oder Navigationssignale, die mit geradzahliger Anzahl reflektiert wurden) ist es möglich, nur das Signal zu verwenden, das mit der RHCP-Antenne empfangen wird, und für die Navigationssignale, die eine ungeradzahlige Anzahl von Malen reflektiert wurden, ist es möglich, das Signal zu verwenden, das mit der LHCP-Antenne empfangen wird. Dies entspricht einer Situation, bei der eine der Signalkomponenten in der linearen Kombination weggelassen wird. Es ist auch möglich, die Signale zu kombinieren, wenn eine bessere Qualität für das kombinierte Signal erhalten wird.
Die empfangenen Signalkomponenten werden im A/D-Wandler 603 abgetastet, und die abgetasteten Signale werden mit C/A-Kodes im Korrelationsblock 701 korreliert. Information über die Zeitsteuerung der C/A-Kodes und die Phase der C/A-Kodes wird an den GPS-Berechnungsblock 115 geliefert (Pfeil 121). Die Signalkomponenten werden im DSP-Block 604 verarbeitet, um ein kombiniertes Signal guter Qualität zu liefern. Die Navigationsinformation wird aus dem kombinierten Signal bestimmt und sie wird an den GPS-Berechnungsblock 115 geliefert (Pfeil 122). Der GPS-Berechnungsblock 115 ist beispielsweise für das Bestimmen des Orts des GPS-Empfängers unter Verwendung der Navigationsinformation und der Information über die C/A-Kodes verantwortlich.
10 zeigt eine Dual-Richtungspatchantenne 1000 und eine dual polarisierte Patchantenne 1010, die in Empfängern gemäß der Erfindung anwendbar sind. Eine Patchantenne umfasst eine leitende Platte 1001, die grob eine quadratische Form aufweist und die über einer leitenden zweiten Platte 1004 angeordnet ist. Zwischen den Platten befindet sich typischerweise Isolationsmaterial 1005, das auch als ein Träger für die Platte 1001 dienen kann. Es kann einen oder mehrere Speisepunkte in einer Patchantenne geben. Die Position eines Speisepunkts bestimmt die Polarisationseigenschaften der Antenne. Die Dual-Richtungs-Patchantenne 1000 weist zwei Speisepunkte auf: der Speisepunkt 1002 ist ein RHCP-Speisepunkt und der Speisepunkt 1003 ist ein LHCP-Speisepunkt. Die vertikalen Seiten der Platte 1001 (wie sie in 10 dargestellt sind) sind bei einer Dual-Richtungs-Patchantenne typischerweise 2% länger als die horizontalen Seiten. Die Dual-Richtungs-Patchantenne 1000 ist eine beispielhafte Implementierung der Antennen 802a und 802b in der Antennen-Empfänger-Konfiguration 800b.
Die dual polarisierte Patchantenne 1010 weist auch zwei Speisepunkte auf: einer entspricht einer vertikalen Polarisation und der andere einer horizontalen Polarisation. In einer dual polarisierten Patchantenne 1010 sind die Seiten der Platte 1001 gewöhnlicherweise gleich. Die dual polarisierte Patchantenne 1010 ist ein Beispiel einer Implementierung der Antennen 801a und 801b in den Antennen-Empfänger-Konfigurationen 800a und 800c. Eine Dual-Richtungs-Patchantenne oder eine dual polarisierte Patchantenne ist klein und kann an kleinen Geräten montiert werden.
Ein zweites Beispiel eines Antennentyps, der klein ist und in kleinen Geräten verwendet werden kann, ist eine planare Inverted-F-Antenne (PIFA), die lineare Polarisationseigenschaften aufeist. Die mechanische Struktur einer PIFA ähnelt der einer Patchantenne, aber die Platte 1001 ist galvanisch mit der Platte 1004 in einer ihrer Ecken verbunden. Es gibt mindestens einen Speisepunkt, und die Richtung der linearen Polarisation wird durch die Richtung der Platten 1001 und 1004 bestimmt. Typischerweise ist die Platte 1001 in einer PIFA rechteckig aber nicht quadratisch.
11 zeigt Mobilstationen 1101a, 1101b und 1101c gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung. Alle diese Mobilstationen umfassen einen integrierten GPS-Empfänger ähnlich dem, der in 9 präsentiert ist. In der Mobilstation 1101a ist das Antennensystem in Bezug auf den GPS-Empfänger eine Dual-Richtungs-Patchantenne 1000 oder eine dual polarisierte Patchantenne 1010. Ein Patchantenne 1000 oder 1010 kann beispielsweise unter dem Ohrhörer einer Mobilstation angeordnet sein. In der Mobilstation 1101b sind die Hauptantenne 1102 und eine räumliche Diversitätsantenne 1103, die zur Funkübertragung mit einem zellularen Netz gehört, ebenfalls dargestellt. Die Mobilstation 1101c umfasst für den Empfang eines GPS-Signals zwei linear polarisierte Antennen 801a und 801b, die beispielsweise in der Mobilstation orthogonal angeordnet sind. Die linear polarisierten Antennen 801a und 801b können beispielsweise zwei PIFAs sein.
Obwohl in der obigen Beschreibung die Verwendung von zwei Antennen erläutert ist, ist es möglich, mehr als zwei Antennen in einem Verfahren/einem Empfänger gemäß der Erfindung zu verwenden. Das kombinierte Signal ist in diesem Fall eine lineare Kombination von Signalkomponenten, die mit mehr als zwei Antennen empfangen werden. Die Verwendung von mehr Antennen kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn die Antennen geschaltet werden, um die Winkeleigenschaften der Antenne einzustellen.

Claims

Verfahren (300) zum Empfangen eines Funkfrequenz-Signals, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: – Empfangen (301) einer ersten Signal-Komponente des Funksignals unter Verwendung einer ersten Antenne (101a, 801a, 802a), die erste Eigenschaften aufweist und Empfangen (303) einer zweiten Signalkomponente des Funksignals unter Verwendung einer zweiten Antenne (101b, 801b, 802b), die zweite Eigenschaften aufweist, die sich von den ersten Eigenschaften unterscheiden; – Verarbeiten (305) der empfangenen Signalkomponente durch Verarbeitungsmittel (602), um eine abgetastete Signalkomponente zu erzeugen, die eine In-Phasen- und eine Quadratur-Phasen-Komponente aufweist, – Erzeugen (307) mindestens eines kombinierten Signals, das eine Linearkombination von mindesten zwei abgetasteten Signalkomponenten ist, und – Auswählen (306) mindestens eines Satzes von komplexen Werten für Koeffizienten der Linearkombination, so dass eine Qualität eines kombinierten Signals entsprechend jedem Satz von Koeffizienten-Werten, zu einer Zeit mindestens gleich einer Qualität der einen der abgetasteten Signalkomponenten ist, welche die beste Qualität aufweist, – alternatives Verbinden (302, 304) der Antennen durch ein Schaltelement, dessen erster Eingang mit der ersten Antenne gekoppelt ist und dessen zweiter Eingang mit der zweiten Antenne gekoppelt ist und dessen Ausgang mit den Verarbeitungsmitteln gekoppelt ist, sodass die empfangenen Signal-Komponenten in Bezug auf Zeit miteinander verschränkt sind und sodass ein erster Teil eines Stücks einer übermittelter Information mit der ersten Antenne empfangen wird und ein zweiter Teil des Stücks einer übermittelter Information mit der zweiten Antenne empfangen wird, wobei die Verarbeitungsmittel eingestellt sind, um Verschränkungs-Signal-Komponenten zu verarbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass Polarisations-Eigenschaften des kombinierten Signals eingestellt werden und dass die Polarisations-Eigenschaften der ersten Antenne (801a, 802a) und der zweiten Antenne (801b, 802b) verschieden sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Satz/Sätze von Koeffizienten-Werten unter Verwendung des Signal-Rausch-Verhältnisses als Maß der Qualität eines Signals ausgewählt wird/werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Satz/Sätze von Koeffizienten-Werten durch Minimieren des Effekts der Mehrwegeausbreitung ausgewählt wird/werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkeleigenschaften des kombinierten Signals eingestellt werden.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Funksignal ein Signal mit schmalem Spektrum ist, das eine Sequenz von Symbolen (510) umfasst und dass das Stück von übermittelter Information ein Symbol ist.
Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal mit gespreiztem Spektrum, entsprechend mindestens einer Sequenz von Daten-Bits, die mit einem Spreizcode gespreizt sind, empfangen wird und dass es weiter den Schritt des Korrelierens (401) der empfangenen Signalkomponenten bei einer Phase nach dem Empfang von Signalkomponenten mit mindestens einem lokalem Spreizcode umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen Signalkomponenten mit dem/den lokalen Spreizcode(s) korreliert werden, bevor sie abgetastet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetasteten Signalkomponenten mit dem/den lokalen Spreizcode(s) korreliert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das/die kombinierte(n) Signal(e) mit dem/den lokalen Spreizcode(s) korreliert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spreizcode aus einer wiederholten Sequenz von Chips (530) besteht, wobei die Sequenz eine Zeitperiode kürzer als die Hälfte der Dauer eines Datenbits dauert und das Stück übermittelter Information eine erste Sequenz von Chips, die mit einem Datenbit kombiniert ist und mindestens einen Teil einer zweiten Sequenz von Chips umfasst, die mit dem gleichen Datenbit kombiniert ist, wobei die erste Sequenz von Chips (530a), die mit dem Datenbit kombiniert ist, mit der ersten Antenne empfangen wird und mindestens einen Teil der zweiten Sequenz von Chips (530b), die mit dem Datenbit kombiniert ist, mit der zweiten Antenne empfangen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das empfangene Signal Global-Positionierungs-System-Signale umfasst, wobei die lokalen Spreizcodes Grob-Erfassungscodes sind und die Dauer einer wiederholten Sequenz von Chips eine Epoche ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stück der übermittelten Information ein Chip (520) ist, der unter Benutzung von mindestens zwei Antennen empfangen wird.
Empfangsvorrichtung (700, 800), die umfasst: – mindestens eine erste Antenne (101a, 801a, 802a), die erste Eigenschaften aufweist, die eingerichtet ist zum Empfangen einer ersten Signalkomponente, und eine zweite Antenne (101b, 801b, 802b), die zweite Eigenschaften aufweist, wobei die zweiten Eigenschaften sich von den ersten Eigenschaften unterscheiden und wobei die zweite Antenne eingerichtet ist, eine zweite Signalkomponente zu empfangen, – Verarbeitungsmittel (602), die zum Verarbeiten eine Signalkomponente, die mit einer Antenne empfangenen wurde, zu einer abgetasteten Signalkomponente, die eine In-Phasen- und eine Quadratur-Phasen-Komponente aufweist, eingerichtet sind, – Kombinationsmittel (604), die zum Linearkombinieren abgetasteter Signalkomponenten zu mindestens einem kombinierten Signal eingerichtet sind, und – Auswahlmittel (604), die zum Auszuwählen mindestens eines Satzes von komplexen Werten für die Koeffizienten von Linearkombinationen eingerichtet sind, so dass eine Qualität eines kombinierten Signals entsprechend jedes Satzes von Koeffizienten-Werten zu einer Zeit mindestens gleich einer Qualität der einen der ersten oder zweiten abgetasteten Signalkomponenten ist, welche die beste Qualität aufweist, – Schaltmittel (601, 810), deren erster Eingang mit der ersten Antenne gekoppelt ist und deren zweiter Eingang mit der zweiten Antenne gekoppelt ist und deren Ausgang mit den Verarbeitungsmitteln gekoppelt sind und die eingerichtet sind die Antennen alternativ an die Verarbeitungsmittel zu koppeln, so dass die empfangenen Signal-Komponenten in Bezug auf Zeit miteinander verschränkt sind und so dass ein erster Teil eines Stücks einer übermittelter Information mit der ersten Antenne empfangen wird und ein zweiter Teil des Stücks einer übermittelter Information mit der zweiten Antenne empfangen wird, und dass die Verarbeitungsmittel zum Verarbeiten von Verschränkungs-Signal-Komponenten eingestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger angepasst ist, Polarisations-Eigenschaften des kombinierten Signals einzustellen und dass die Polarisations-Eigenschaften der ersten Antenne (801a, 802a) und der zweiten Antenne (801b, 802b) verschieden sind.
Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter zweite Auswahlmittel (604) umfasst, die eingerichtet sind, auf Grundlage der Qualität der empfangenen Signalkomponenten eine konstante Schaltposition für die Schaltmittel für eine Zeitperiode auszuwählen.
Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antenne (802a) eine rechtszirkular polarisierte Antenne und die zweite Antenne (802b) eine linkszirkular polarisierte Antenne ist.
Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antenne und die zweite Antenne als einzelne Dual-Richtungs-Antenne (1000) eingerichtet sind, die eine erste Einspeisung (1002) zum rechtszirkular polarisierten Betrieb und eine zweite Einspeisung (1003) zum linkszirkular polarisierten Betrieb aufweist.
Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dual-Richtungs-Antenne eine Dual-Richtungs-Patch-Antenne ist.
Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antenne (801a) eine erste linear polarisierte Antenne und die zweite Antenne (801b) eine zweite linear polarisierte Antenne ist.
Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antenne und die zweite Antenne als einzelne dual-polarisierte Antenne (1010) eingerichtet sind, die eine erste Einspeisung (1002) für den ersten linear polarisierten Betrieb und eine zweite Einspeisung (1002) für den zweiten linear polarisierten Betrieb aufweist, der sich von dem ersten linear polarisierten Betrieb unterscheidet.
Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die dual-polarisierte Antenne eine dual-polarisierte Patch-Antenne ist.
Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antenne eine erste Planar-Inverted F-Antenne und die zweite Antenne eine zweite Planar-Inverted F-Antenne ist, deren Richtung sich von der Richtung der ersten Antenne unterscheidet.
Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste linear polarisierte Antenne eingerichtet ist, Polarisations-Eigenschaften aufzuweisen, die orthogonal zu den Polarisations-Eigenschaften der zweiten linear polarisierten Antenne sind.
Empfangvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkeleigenschaften der ersten Antenne und der zweiten Antenne verschieden sind.
Empfangsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die räumlichen Eigenschaften der ersten Antenne und der zweiten Antenne verschieden sind.
Empfangsvorrichtung (700, 900) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter Korrelationsmittel (701) umfasst, die eingerichtet sind, mit dem empfangenen Signal mindestens einen lokalen Spreizcode zu korrelieren.
Empfangsvorrichtung (900) gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Global-Positionierungs-System-Empfangsvorrichtung ist.
Empfangsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Mobilstation ist, die eingerichtet ist, unter Verwendung der ersten und zweiten Antenne Global-Positionierungs-System-Signale zu empfangen.