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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf drahtlose
Kommunikationssysteme und im Besonderen auf drahtlose Kommunikationssysteme,
die adaptive Antennengruppen verwenden.
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Hintergrund
der Erfindung
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In
letzter Zeit haben Besitzer und Betreiber von drahtlosen Kommunikationssystemen
Konstrukteure von Kommunikationssystemen aufgefordert, die Kapazität von Kommunikationssystemen
zu erhöhen.
Diese Kapazität,
oder die Fähigkeit,
Anwenderdaten zu tragen, ist es, was die Betreiber an die Systemanwender
verkaufen. Daher bedeuten erhöhte Kapazitätsmittel
eine erhöhte
Rentabilität
für Betreiber
von Kommunikationssystemen.
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Ein
Verfahren zur Verbesserung der Kapazität besteht darin, die Menge
an Energie, die benötigt wird,
um ein Bit an Information über
die drahtlose Luftschnittstelle zu übertragen, zu verringern. Es
sind mehrere Verfahren zur Verringerung der Energie pro Bit vorgeschlagen
worden. Zwei dieser Vorschläge umfassen
ein Übertragen
von Anwenderdaten unter Verwendung von adaptiven Antennengruppen
und ein Übertragen
von Daten unter Verwendung eines Verfahrens zur Übertragung, das als "orthogonale Übertragungsdiversität" bekannt ist.
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Ein Übertragen
von Anwenderdaten mit adaptiven Antennengruppen ist eine Technik,
die durch Messen der Kanalmerkmale und Modifizieren der Verstärkung und
Phase von Signalen, die jedem Element in einer Antennengruppe zugeführt werden,
um ein Antennenmuster zu erzeugen, das die Leistung, die an die
Teilnehmereinheit abgeliefert wird, maximiert. Einer der Nachteile
einer adaptiven Gruppentechnologie besteht in dem Bedarf an einer
andauernden Messung und Rückkopplung
der Kanalmerkmale und einer nachfolgenden Neuberechnung der adaptiven
Gruppengewichte, die verwendet werden, um Signale für jedes
Antennenelement zu modifizieren. Die Zeit, die benötigt wird,
um die Gewichte zu messen und zu berechnen, begrenzt die Geschwindigkeit,
bei der das Antennenmuster modifiziert werden kann, um einen sich ändernden
Kanal zu kompensieren. Somit ändert
sich, wenn der Teilnehmer bei einer hohen Geschwindigkeit reist,
der Kanal bei einer höheren
Rate als die Rate einer Kompensierung in der adaptiven Antennengruppe.
Somit kann die Rückkopplungsschleife
in der adaptiven Gruppentechnik nicht mit einem sich schnell ändernden Kanal
zwischen der Basisstationsan tenne und einer Teilnehmereinheit höherer Geschwindigkeit
Schritt halten.
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Es
wird auf eine orthogonale Übertragungsdiversität Bezug
genommen, diese wird dadurch implementiert, dass zuerst ein serieller
Verkehrskanal unter Verwendung eines Multiplexers in zwei oder mehr
parallele Verkehrskanäle
gewandelt wird. Wenn der Verkehrskanal in zwei parallele Verkehrskanäle gewandelt
worden ist, arbeiten die zwei parallelen Verkehrskanäle bei der
halben der Rate des in den Multiplexer eingegebenen seriellen Verkehrskanals.
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Nachdem
die Daten multiplexiert worden sind, wird jeder parallele Verkehrskanal
mit einem unterschiedlichen Spreizcode gespreizt, um zwei oder mehr
gespreizte Verkehrssignale zu erzeugen. Diese zwei gespreizten Verkehrssignale
werden dann zusammen addiert und entweder von einer einzelnen Antenne
oder von zwei oder mehr getrennten Antennen getrennt übertragen.
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Einige
Konstrukteure haben ein Kommunikationssystem vorgeschlagen, das
von einer adaptiven Antennenübertragung
zu einer orthogonalen Übertragungsdiversität umschaltet,
wenn die Rückkopplung,
die in einer adaptiven Antennenübertragung
erforderlich ist, anfängt,
fehlzuschlagen. Ein erstes Problem mit diesem Vorschlag einer Umschaltbetriebsart
besteht darin, dass der Empfänger
in der Lage sein muss, in zwei Betriebsarten zu arbeiten, wobei
die adaptive Antennengruppenbetriebsart mit einem Entspreizcode
demoduliert und die "orthogonale
Diversität"-Betriebsart mit
mehreren entspreizenden Codes demoduliert. Ein Arbeiten in zwei
Betriebsarten erfordert eine zusätzliche
Komplexität
in dem Empfänger.
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Da
es wünschenswert
ist, eine einzelne Empfängerstruktur
zu verwenden, ist vorgeschlagen worden, dass Funksysteme, die über "orthogonale Übertragungsdiversität"-Fähigkeiten
verfügen,
immer mit mehreren Codes übertragen,
sogar wenn keine Übertragungsdiversität aktiv
ist. Zur Zeit bekannte Sender, die adaptive Gruppenantennen verwenden,
setzen voraus, dass ein einzelner Code die übertragenen Daten überträgt, was
eine Betriebsart ist, die mit dem Vorschlag einer orthogonalen Übertragungsdiversität nicht
kompatibel ist.
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Ein
weiteres Problem mit dem Vorschlag einer Umschaltbetriebsart besteht
darin, dass es erforderlich ist, dass die Basisstation eine Nachricht
sendet, die der Mobilstation mitteilt, welche Betriebsart sie verwenden
soll. Ein solches Messaging ist in Umschaltbetriebsarten langsam
und erfordert, dass zusätzliche
Mobilstationsschaltkreise oder ein zusätzliches Programmieren implementiert
werden.
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Die
US 5,652,764 offenbart ein
Funkkommunikationssystem, in dem Übertragungsdaten durch Spreizen
durch zwei orthogonale Codes, die durch orthogonale Codeerzeuger
erzeugt werden, gespreizt werden, die gespreizten Signale einer
binären Phasenmodulation
mit einer gegebenen Trägerwelle durch
BPSK-Modulatoren unterzogen werden und dann von getrennten Antennen übertragen
werden, die an unterschiedlichen räumlichen Standorten angeordnet
sind. Die
US 5,652,764 gibt
an, dass es möglich
ist, ein Funkkommunikationssystem zur Verfügung zu stellen, das fähig ist,
eine Übertragungsdiversität sogar
in dem Falle einer Erstübertragung
zu realisieren, wobei es noch keine Informationen bezüglich des
Standortes, der Richtung und so weiter, einer Partnerstation gibt,
oder wobei eine Basisstation Daten ü bertragen soll, die an alle
von einer Mehrzahl von Mobilstationen gerichtet sind, wie zum Beispiel
in mobilen Kommunikationssystemen.
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Es
ist daher klar, dass es einen Bedarf an einem verbesserten Verfahren
und System um Übertragen
und Empfangen eines Verkehrskanals unter Verwendung von Techniken
sowohl von einer orthogonalen Übertragungsdiversität als auch
einer adaptiven Antennengruppenübertragung
gibt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In
einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren
gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 zur Verfügung.
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Weitere
Aspekte werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
neuen Merkmale, die für
die Erfindung als charakteristisch angesehen werden, werden in den
angehängten
Ansprüchen
dargelegt. Die Erfindung selbst jedoch, sowie eine bevorzugte Betriebsart
zur Verwendung, weitere Einrichtungen und zugehörige Vorteile werden am besten
durch eine Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung einer
veranschaulichenden Ausführungsform
verstanden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen
gelesen wird.
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1 stellt
ein drahtloses Kommunikationssystem gemäß dem Verfahren und System
der vorliegenden Erfindung dar;
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2 stellt
ein höheres
Flussdiagramm dar, das den Prozess einer Erzeugung von Antennenelementsignalen
gemäß dem Verfahren
und System der vorliegenden Erfindung darstellt;
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3 stellt
ein höheres
Flussdiagramm dar, das den Prozess eines Demodulierens eines Signals in
einer Teilnehmereinheit darstellt, wobei das Signal gemäß der vorliegenden
Erfindung übertragen
worden ist;
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4 stellt
eine alternative Ausführungsform eines
adaptiven Antennengruppenprozessors in 1 gemäß dem Verfahren
und System der vorliegenden Erfindung dar;
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5 stellt
noch eine weitere alternative Ausführungsform eines adaptiven
Antennengruppenprozessors gemäß dem Verfahren
und System der vorliegenden Erfindung dar;
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6 stellt
noch eine weitere alternative Ausführungsform eines adaptiven
Antennengruppenprozessors gemäß dem Verfahren
und System der vorliegenden Erfindung dar; und
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7 stellt
noch eine weitere alternative Ausführungsform eines adaptiven
Antennengruppenprozessors gemäß dem Verfahren
und System der vorliegenden Erfindung dar.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Es
wird nun auf 1 Bezug genommen, darin wird
das drahtlose Kommunikationssystem 50 dargestellt, das
verwendet werden kann, um eine Ausführungsform des Verfahrens und
Systems der vorliegenden Erfindung zu implementieren. Das drahtlose
Kommunikationssystem 50 umfasst den Basissender 52,
der Signale über
den Kommunikationskanal 54 an die Teilnehmereinheit 56 überträgt. Es ist
zu beachten, dass
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1 nur
den Downlink eines Kommunikationssystems zeigt, das außerdem einen
Uplink für
einen Duplex-Betrieb umfassen kann. Ein Uplink kann außerdem zur
Bereitstellung einer Rückkopplungsschleife
für Daten
und Befehle zum Betrieb des Downlinks in einer adaptiven Antennengruppenbetriebsart
erforderlich sein.
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Der
Basissender 52 umfasst den Verkehrskanal 58, der
typischerweise eine serielle Datenreihenquelle für Anwenderdaten ist. Solche
Daten können
Sprachsignale oder andere Anwenderdaten darstellen, wie zum Beispiel
Software, Dokumente, Bilder, Faxdaten, oder dergleichen.
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Wie
gezeigt, wird der Verkehrskanal 58 an den Spreizprozessor 60 gekoppelt.
Der Spreizprozessor 60 umfasst den Multiplexer 62,
der verwendet wird, um den Verkehrskanal 58 in zwei oder
mehr parallele Kanäle
zu wandeln, die bei einer Datenrate arbeiten, die umgekehrt proportional
zu der Zahl von Verkehrskanälen
ist, die durch den Multiplexer 62 erzeugt werden. Zum Beispiel
wandelt, wie in 1 gezeigt, der Multiplexer 62 den
Verkehrskanal 58 in die zwei parallelen Verkehrskanäle 64 und 66,
von denen jeder bei einer halben der Datenrate des Verkehrskanals 58,
der Eingabe in den Multiplexer 62, arbeitet.
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Die
durch den Multiplexer 62 ausgegebenen parallelen Verkehrskanäle 64 und 66 werden,
wie gezeigt, an die Spreizer 68 beziehungsweise 70 gekoppelt,
die die parallelen Verkehrskanäle
unter Verwendung der Spreizcodes Wo beziehungsweise W1 spreizen.
Die Ausgaben des Spreizprozessors 60 sind die gespreizten
Verkehrsignale 72 und 74.
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Die
gespreizten Verkehrssignale 72 und 74 werden an
den adaptiven Antennengruppenprozessor 76 gekoppelt, in
dem sie, in der gezeigten Ausführungsform,
durch den Summierer 78 zusammen addiert werden, um das
kombinierte Signal 80 zu erzeugen.
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Das
kombinierte Signal 80 wird zur Hinzufügung des Standardpilotsignals 84 zu
dem kombinierten Signal 80 an den Eingang des Summierers 82 gekoppelt.
Das Standardpilotsignal 84 wird hinzugefügt, so dass
die Teilnehmereinheit 56 es als eine Referenz zum Demodulieren
des empfangenen Signals verwenden kann.
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Die
Ausgabe des Summierers 82 wird aufgeteilt und an die Filter 86 und 88 gekoppelt,
die das Signal entsprechend den adaptiven Antennengruppengewichten 90 beziehungsweise 92 filtern,
um die Elementsignale 94 beziehungsweise 96 zu
erzeugen. Die Filter 86 und 88 können mit
einem digitalen Null-Verzögerung-Single-tap-Filter
implementiert werden, der einem komplexeren Multiplizierer entspricht.
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Die
Elementsignale 94 und 96 sind an den Pilotsignalprozessor 98 gekoppelt,
der ein oder mehrere Pilotsignale zu den Elementsignalen 94 und 96 hinzufügt. Wie
gezeigt, fügen
die Summierer 100 und 102 den Elementsignalen 94 beziehungsweise 96 die Elementpilotsignale 104 beziehungsweise 106 zu. Die
Elementpilotsignale 104 und 106 werden durch die
Teilnehmereinheit 56 verwendet, um die Kanalcharakteristiken
des Kommunikationskanals 54 abzuschätzen oder zu messen. Solche
Kanalcharakteristiken werden als die Kanalimpulsreaktionen h0, 108 und h1, 110 gezeigt.
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Die
Ausgaben der Summierer 100 und 102 sind die Antennenelementsignale 112 beziehungsweise 114.
Diese Signale werden moduliert und verstärkt und an die Antennenelemente 116 beziehungsweise 118 einer
Antennengruppe gekoppelt.
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Es
wird nun auf die Teilnehmereinheit 56 Bezug genommen, dabei
empfängt
die Teilnehmerantenne 120 Signale von den Antennenelementen 116 und 118.
Obwohl in 1 nicht gezeigt, werden die durch
die Teilnehmerantenne 120 empfangenen Signale heruntergewandelt
und an den Betriebsartdetektor 122 und die Entspreizer 124 und 126 gekoppelt.
Die Entspreizer 124 und 126 entspreizen das empfangene
Signal durch Multiplizieren des Signals mit den Spreizcodes Wo beziehungsweise
W1, wobei, wie gezeigt, auf beide Multiplizierer
ein Integrationsbetrieb folgt. Die entspreizten Signale 128 und 130,
die von den Entspreizern 124 beziehungsweise 126 ausgegeben
werden, werden an die Multiplizierer 132 beziehungsweise 134 gekoppelt.
Die Multiplizierer 132 und 134 multiplizieren
die entspreizten Signale 128 beziehungsweise 130 mit
den RAKE-Gewichten g0 beziehungsweise g1.
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Die
RAKE-Gewichte g0 und g1 werden
durch die RAKE-Gewichtscomputer 136 beziehungsweise 138 berechnet.
Die RAKE-Gewichtsberechnung kann durch ein Berechnen des komplexen
Kehrwertes der Kanalimpulsreaktion implementiert werden. Wenn die
adaptive Antennengruppenbetriebsart freigegeben ist, sendet der
Betriebsartdetektor 122 ein Signal an die Pilotsignalwähler 140 und 142,
um das Standardpilotsignal für
die RAKE-Gewichtscomputer 136 beziehungsweise 138 auszuwählen. Die
RAKE-Gewichtscomputer verwenden dann das Standardpilotsignal, um
den komplexen Kehrwert des zusammengesetzten Kanals zwischen jedem
Element 116 und 118 und der Teilnehmerantenne 120 zu
berechnen. Diese zusammengesetzte Kanalreaktion umfasst die Impulsreaktionen
h0 und h1, wie bei
den Bezugszeichen 108 beziehungsweise 110 gezeigt.
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Wenn
die adaptive Rntennengruppenbetriebsart in dem Basissender 52 nicht
freigegeben ist, verwenden die RAKE- Gewichtscomputer 136 und 138 die
Pilotsignale P0 beziehungsweise P1, die durch die Pilotsignalwähler 140 beziehungsweise 142 ausgewählt werden,
um komplexe Kehrwert-Impulsreaktionen
von individuellen Kanälen
von den Elementen 116 und 118 zu berechnen, wie
durch h0 und h1 angezeigt.
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Der
Grund für
ein Auswählen
von verschiedenen Pilotsignalen für unterschiedliche Betriebsarten
liegt darin, dass das Standardpilotsignal in dem Signal von den
beiden Antennen 116 und 118 vorkommt, während die
Elementpilotsignale Po und P1 nur in einem
der Antennenelemente 116 und 118 vorkommen.
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Wenn
der Betriebsartdetektor 122 detektiert, dass der Basissender 52 eine
adaptive Antennengruppenbetriebsart freigegeben hat, veranlasst
der Betriebsartdetektor 122 die Pilotsignalwähler 140 und 142,
das Standartpilotsignal als eine Referenz für die RAKE-Gewichtscomputer 136 beziehungsweise 138 auszuwählen. Wenn
der Betriebsartdetektor 122 detektiert, dass die adaptive
Antennengruppenbetriebsart nicht freigegeben ist, veranlasst das Betriebsartdetektorsignal 144 die
Pilotsignalwähler 140 und 142,
die Elementpilotsignale P0 beziehungsweise
P1 als die Referenzen auszuwählen, die
den RAKE-Gewichtscomputern 136 beziehungsweise 138 zur
Verfügung
gestellt werden.
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Die
Ausgaben aus den Multiplizierern 132 und 134 werden
an den Demultiplexer 146 gekoppelt. Wie in 1 gezeigt,
empfängt
der Demultiplexer 146 zwei Eingaben und erzeugt eine einzelne
Ausgabe.
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Um
eine adaptive Antennengruppenbetriebsart in dem Basissender 52 zu
unterstützen,
umfasst die Teilnehmereinheit 56 den Kanalmessungs- und
-rückkopplungsprozessor 149.
Der Kanalmessungs- und -rückkopplungsprozessor 149 misst
die Charakteristiken der Kanäle 108 und 110,
die zusammen als ein zusammengesetzter Kanal zwischen dem Basissender 52 und
der Teilnehmereinheit 56 bezeichnet werden können, und
formatiert dann auf geeignete Weise Nachrichten, die an den Basisempfänger zurückgesendet
werden. Die in solchen Nachrichten enthaltenen Informationen werden
verwendet, um die in den Filtern 86 und 88 durchgeführten Operationen
zu bestimmen, die ein Berechnen der Werte von V0 beziehungsweise
V1 umfassen können.
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Die
Ausgabe des Demultiplexers 146 ist an den Decodierer 148 gekoppelt,
der die Daten decodiert, die ursprünglich von dem Verkehrskanal 58 übertragen
wurden.
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Es
wird nun auf 2 Bezug genommen, darin wird
ein höheres
Flussdiagramm dargestellt, das den Prozess eines Erzeugens von Antennenelementsignalen
zur Übertragung
eines Verkehrssignals von einer Mehrzahl von Elementen in einer
Antennengruppe gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt. Wie dargestellt, beginnt der Prozess in dem Kasten 200 und
passiert danach zu dem Kasten 202, in dem der Prozess die
Daten eines seriellen Verkehrskanals in Daten mehrerer paralleler
Verkehrskanäle
wandelt. Dieser Prozess kann unter Verwendung eines Multiplexers,
wie zum Beispiel des in 1 gezeigten Multiplexers 62,
implementiert werden. Es ist zu beachten, dass die Datenrate der
parallelen Verkehrskanaldaten die Datenrate der seriellen Verkehrskanaldaten
dividiert durch die Zahl der mehreren parallelen Verkehrskanäle ist.
Somit verfügen
die Daten der mehreren parallelen Verkehrskanäle über eine Rate, die bestenfalls
die halbe Rate der Daten des seriellen Verkehrskanals ist.
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Als
nächstes
spreizt der Prozess die Daten eines jeden parallelen Verkehrskanals
mit einem Spreizcode, wie in dem Kasten 204 dargestellt.
Diese Spreizoperation kann, wie in 1 gezeigt,
mit den Spreizern 68 und 70 implementiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform
verwenden die Spreizer eindeutige Spreizcodes oder Spreizcodes,
die sich voneinander unterscheiden. Weiterhin sind diese Spreizcodes
orthogonale Sequenzen, die zulassen, dass die gespreizten Daten
in einem Empfänger wiederhergestellt
werden.
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Als
nächstes
bestimmt der Prozess, ob eine adaptive Antennengruppenbetriebsart
freigegeben ist, oder nicht, wie in dem Kasten 206 dargestellt. Vorzugsweise
wird die adaptive Antennengruppenbetriebsart freigegeben, wenn eine
verlässliche Rückkopplung
von der Teilnehmereinheit zur Verfügung steht und wenn die Antennenanpassungsrate schnell
genug ist, um zu der Rate zu adaptieren, bei der der Kanal sich ändert.
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Wenn
die adaptive Antennengruppenbetriebsart freigegeben ist, kombiniert
der Prozess der gezeigten Ausführungsform
ein Anwenderpilotsignal, das ein Standardpilotsignal genannt werden
kann, und die Daten von jedem parallelen Verkehrskanal, um kombinierte
Signale zu erzeugen, wie in dem Kasten 208 dargestellt.
In einer der einfachsten Aus- führungsformen
der vorliegenden Erfindung werden die kombinierten Signale durch
ein Aufteilen des Ausgangssignals eines Summierers erzeugt, wobei
der Summierer alle parallelen Verkehrskanaldaten und das Standardpilotsignal
addiert. Ein Beispiel für
solche Summierer sind die Summierer 78 und 82 in 1.
In anderen, komplizierteren Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann das Kombinieren durch ein angemessenes
Gewichten der parallelen Verkehrskanaldaten und Hinzufügen der
gewichteten Daten implementiert werden, wie mit Bezug auf 5, 6 und 7 gezeigt
und beschrieben. Solche Gewichtungs- und Addierschritte können mit einer
Matrixmultiplizierung implementiert werden (siehe 7 und
entsprechende Beschreibung).
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Obwohl
der in
2 gezeigte Prozess ein Anwender- oder Standardpilotsignal
in dem Kasten
208 kombiniert, brauchen einige Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung kein solches Standardpilotsignal zu benötigen. Ausführungsformen
von Kommunikationssystemen, die kein Standardpilotsignal kombinieren,
können
in dem Empfänger
ein Pilotsignal in der Teilnehmereinheit synthetisieren, um eine Referenz
zur Signaldemodulation zur Verfügung
zu stellen. Für
weitere Informationen, die eine Pilotsignalsynthese in einer Teilnehmereinheit
beschreiben, siehe US-Patentanmeldung
US
6067324 , eingereicht am 30. Juni 1998, mit dem Titel: "Method and System for
Transmitting and Demodulating a Communications Signal Using an Adaptive
Antenna Array in a Wireless Communication System", die hierin als Referenz enthalten
ist.
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Als
nächstes
filtert, in der gezeigten Ausführungsform,
der Prozess die kombinierten Signale entsprechend adaptiver Antennengruppengewichte,
um Elementsignale zu erzeugen, wie in dem Kasten
210 dargestellt.
Dieser Schritt eines Filterns kann mit einem digitalen Filter implementiert
werden, der in einigen Fällen
ein Null-Verzögerung-One-tap-Filter sein kann,
der einem Multiplizierer entspricht. Die adaptiven Antennengruppengewichte,
die durch die Filter verwendet werden, werden von Messungen oder
Abschätzungen
der Kanalimpulsreaktionen von Kanälen von jedem Element der Antennengruppe
bei der Basis zu der Teilnehmer antenne abgeleitet. Diese Antennengruppengewichte
können
berechnet werden, wie in der oben identifizierten referenzierten US-Patentanmeldung
US 6067324 , eingereicht
am 30. Juni 1998, mit dem Titel: "Method and System for Transmitting and
Demodulating a Communications Signal Using an Adaptive Antenna Array
in a Wireless Communication System" beschrieben.
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Nachdem
die kombinierten Signale gefiltert worden sind, fügt der Prozess
jedem Elementsignal ein Elementpilotsignal hinzu, um Antennenelementsignale
zu erzeugen, wie in dem Kasten 212 dargestellt. Jedes Elementpilotsignal
unterscheidet sich von jedem anderen Elementpilotsignal, sodass
die Kanäle
aus der Perspektive der Teilnehmereinheit identifiziert werden können. Die
Teilnehmereinheit kann diese Elementpilotsignale messen, um die
Kanalimpulsreaktionen der Kanäle
zwischen Antennenelementen und der Teilnehmerantenne zu bestimmen.
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Nach
einem Hinzufügen
des Pilotsignals überträgt der Prozess
die Antennenelementsignale durch Modulieren und Verstärken der
Signale und Koppeln solcher Signale an entsprechende Antennenelemente
in der Antennengruppe, wie in dem Kasten 214 dargestellt.
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Es
wird erneut auf den Kasten 206 Bezug genommen, darin fügt der Prozess,
wenn die adaptive Antennengruppenbetriebsart nicht freigegeben ist, jedem
gespreizten parallelen Verkehrskanal Elementpilotsignale hinzu,
um Antennenelementsignale zu erzeugen, wie in dem Kasten 216 dargestellt.
Danach überträgt der Prozess
die Antennenelementsignale, wie in dem Kasten 214 gezeigt.
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Obwohl
gezeigt wird, dass der Prozess in dem Kasten 218 endet,
wird der Prozess vorzugsweise für
jede Gruppe von Bits wiederholt, die aus dem Verkehrskanal 58 in
den Basissender 52 eingegeben wird. Somit sollte der Prozess
als ein andauernder Prozess verstanden werden, der in dem Basissender 52 implementiert
ist, wobei andauernd Verkehrskanaldaten in dem Sender empfangen
werden, zusammen mit Messungen und Berechnungen, die benötigt werden,
um die adaptive Antennengruppengewichte 90 und 92 in
dem adaptiven Antennengruppenprozessor 76 zu berechnen,
wie in 1 gezeigt.
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Es
wird nun auf 3 Bezug genommen, darin wird
ein höheres
Flussdiagramm dargestellt, das den Prozess eines Demodulierens eines
Signals in einer Teilnehmereinheit darstellt, wobei das Signal gemäß der vorliegenden
Erfindung übertragen
worden ist. Wie dargestellt, beginnt der Prozess in dem Kasten 300 und
passiert danach zu dem Kasten 302, in dem der Prozess bestimmt,
ob die adaptive Antennengruppenbetriebsart freigegeben ist, oder
nicht. Der Prozess kann bestimmen, ob die adaptive Antennengruppenbetriebsart
durch mehrere Techniken freigegeben wird, oder nicht, von denen
einige unten diskutiert werden. In dem in 1 gezeigten
System nimmt der Betriebsartdetektor 122 diese Bestimmung
vor.
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Wenn
die adaptive Rntennengruppenbetriebsart freigegeben ist, wählt der
Prozess das Standardpilotsignal für eine in dem Demodulator in
der Teilnehmereinheit zu verwendende Demodulationsreferenz aus,
wie in dem Kasten 304 dargestellt. Das Standardpilotsignal
kann durch bekannte Verfahren zur Erzeugung einer Sequenz von Koeffizienten
erzeugt werden, wobei eine solche Sequenz durch eine Nachricht oder
eine andere Signalisierung von dem Basissender 52 spezifiziert
wird.
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Wenn
die adaptive Antennengruppenbetriebsart nicht freigegeben ist, wählt der
Prozess die Elementpilotsignale für Demodulationsreferenzen in der
Teilnehmereinheit aus, wie in dem Kasten 306 dargestellt.
Die Elementpilotsignale können
auf eine ähnliche
Art und Weise erzeugt werden, wie das Standardpilotsignal. Die Elementpilotsignale
sind bekannte Sequenzen, die durch eine Nachricht, oder ein anderes
Signal, von dem Basissender 52 spezifiziert werden.
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Die
in den Kästen 302–306 dargestellten Schritte
können
wie in 1 gezeigt implementiert werden, wobei der Betriebsartdetektor 122 an
die Pilotsignalwähler 140 und 142 gekoppelt
wird.
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Nachdem
eine Demodulationsreferenz oder -referenzen ausgewählt worden
sind, berechnet der Prozess unter Verwendung der ausgewählten Demodulationsreferenz
oder – referenzen
RAKE-Gewichte, wie in dem Kasten 308 dargestellt. RAKE-Gewichte
sind typischerweise die komplexen Kehrwerte der Koeffizienten der
Kanalimpulsreaktion mit dem größten Wert.
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In 3 stellen
die Kästen 302–308 einen Prozess
eines Berechnens von RAKE-Gewichten dar, der parallel zu den Schritten
zum Decodieren des Signals ausgeführt werden kann, die in den
Kästen 310–316 gezeigt
werden.
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Es
wird nun auf die Decodierschritte Bezug genommen, darin beginnt
der Prozess durch ein Entspreizen des empfangenen Signals unter
Verwendung von zwei oder mehr Entspreizcodes, wie in dem Kasten 310 dargestellt.
Die Zahl verwendeter Entspreizcodes ist die selbe wie die Zahl von
Spreizcodes, die in dem Spreizprozessor 60 in 1 verwendet
werden. In 1 werden außerdem die Entspreizer 124 und 126 gezeigt,
die verwendet werden können,
um diesen Entspreizschritt zu implementieren.
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Die
Entspreizsignale werden unter Verwendung der berechneten RAKE-Gewichte
gewichtet und kombiniert, wie in dem Kasten 312 dargestellt. Die
RAKE-Gewichte werden berechnet, wie in dem Kasten 308 gezeigt
und beschrieben. Dieser Gewichtungs- und Kombinierschritt kompensiert
die Effekte des Kommunikationskanals 54, durch den das
empfangene Signal passiert ist.
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Als
nächstes
demultiplexiert der Prozess die Signale, wie in dem Kasten 314 dargestellt.
Dieser Demultiplexierschritt nimmt zwei oder mehr Dateneingaben
und kombiniert sie in eine einzelne serielle Ausgabe. In 1 kann
dieser Prozess mit dem Demultiplexer 146 implementiert
werden, der zwei Eingaben empfängt
und sie in eine einzelne Ausgabe kombiniert. Dieser Prozess kann
als das Gegenteil des Prozesses eines Multiplexierens in dem Basissender 52 angesehen
werden, wie in dem Kasten 202 in 2 gezeigt
und mit dem Multiplexer 62 in 1 implementiert.
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Das
demultiplexierte Signal wird dann decodiert, wie in dem Kasten 316 dargestellt.
Der Decodierprozess kann mit allgemein verwendeten Fehlerkorrekturcodedecodierern
implementiert werden, die einen Viterbi-Decodierer mit weicher Entscheidung umfassen.
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Der
Prozess des Decodierens eines empfangenen Signals gemäß der vorliegenden
Erfindung wird in dem Kasten 318 beendet. Der in 3 gezeigte
Prozess ist jedoch konstruiert, um ein andauernder Prozess eines
Empfangens, Entspreizens, Gewichtens, Demultiplexierens und Decodierens
von Signalen von dem Basissender 52 zu sein.
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Es
wird nun auf 4 Bezug genommen, darin wird
eine alternative Ausführungsform
des adaptiven Antennengruppenprozessors 76 in 1 dargestellt.
Der in 4 gezeigte adaptive Antennengruppenprozessor 150 kann
anstelle des adaptiven Antennengruppenprozessors 76 in 1 verwendet
werden. Wie gezeigt, werden die gespreizten Verkehrssignale 72 und 74 in
den adaptiven Antennengruppenprozessor 150 eingegeben.
Das Steuersignal 152 zeigt an, ob die adaptive Antennengruppenbetriebsart
in dem Basissender 52 freigegeben ist, oder nicht. Wenn
die adaptive Antennengruppenbetriebsart nicht freigegeben ist, befinden
sich die Schalter 154 und 156 in der oberen Stellung,
um die gespreizten Verkehrssignale 72 beziehungsweise 74 an
die Ausgänge
des adaptiven Antennengruppenprozessors 150 zu senden.
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Wenn
die adaptive Antennengruppenbetriebsart in dem Sender 52 freigegeben
ist, befinden sich die Schalter 154 und 156 in
der unteren Stellung, um die gespreizten Verkehrskanäle 72 beziehungsweise 74 an
den Summierer 158 zu koppeln, der die Signale zusammen
addiert. Die Ausgabe des Summierers 158 wird an den Summierer 160 gekoppelt,
in dem ein Standardpilotsignal zu den kombinierten Signalen von
dem Summierer 158 hinzugefügt werden kann.
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Die
Ausgabe des Summierers 160 wird dann aufgeteilt und durch
die Filter 162 und 164 auf eine Art und Weise
gefiltert, die der unter Bezug auf die Filter 86 und 88 in 1 beschriebenen ähnlich ist.
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Schließlich werden
die Ausgaben der Filter 162 und 164 von dem adaptiven
Antennengruppenprozessor 150 als die Elementsignale 94 beziehungsweise 96 ausgegeben.
Somit arbeitet der adaptive Antennengruppenprozessor 150 auf
die selbe Art und Weise wie der adaptive Antennengruppenprozessor 76, außer, dass
der adaptive Antennengruppenprozessor durch das Steuersignal 152 freigegeben
und gesperrt wird. Wenn der adaptive Antennengruppenprozessor 150 gesperrt
ist, arbeitet der Basissender 52 in einer "orthogonale Übertragungsdiversität"-Betriebsart.
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Es
wird nun auf 5 Bezug genommen, darin wird
noch eine weitere alternative Ausführungsform des adaptiven Antennengruppenprozessors 76 dargestellt.
Wie dargestellt, empfängt
der adaptive Antennengruppenprozessor 166 die gespreizten
Verkehrskanäle 72 und 74 als
Eingaben in die Summierer 168 beziehungsweise 170.
Die Summierer 168 und 170 fügen den gespreizten Verkehrssignalen 72 beziehungsweise 74 die
Standardpilotsignale AUX0 beziehungsweise
AUX1 hinzu. Die Pilotsignale AUX0 und AUX1 sind verschieden,
weil die gespreizten Verkehrssignale 72 und 74 nicht
durch ein einfaches Summieren der zwei Signale, wie in 1 und 4 gezeigt,
kombiniert werden – in
dieser Ausführungsform
des adaptiven Antennengruppenprozessors 166 werden die
gespreizten Verkehrskanäle 72 und 74 durch
ein Hinzufügen
eines Teils des Signals in einem Pfad zu dem Signal in dem anderen
Pfad kombiniert. Dieser Teil wird durch den Koeffizienten α in 5 bestimmt.
Somit teilen die Multiplizierer 172 und 174 den
Signalstrom, der durch den Summierer 168 ausgegeben wird,
auf, wobei ein Teil des Signalstroms auf einem Pfad durch den adaptiven
Antennengruppenprozessor 166 fortfährt, um das Elementsignal 94 zu
werden, und ein anderer Teil des durch den Summierer 168 ausgegebenen
Signalstroms entlang eines Pfades zu dem Elementsignal 96 fortfährt. Anders
ausgedrückt,
der Anteil des Signalstroms, der zu jedem Ausgang des adaptiven
Antennengruppenprozes sors 166 geht, wird durch den Wert
von α bestimmt,
wobei α von
0 bis zu dem Kehrwert der Quadratwurzel von 2 variiert.
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Ebenso
teilen die Multiplizierer 176 und 178 den durch
den Summierer 170 ausgegebenen Signalstrom zwischen den
Zweigen des adaptiven Antennengruppenprozessors 166, die
die Elementsignale 94 und 96 erzeugen, auf.
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Die
Multiplizierer 180 und 182, die einfache Implementierungen
von Filtern sind, werden verwendet, um die kombinierten Signale
entsprechend adaptiver Antennengruppengewichte zu modifizieren, um
die Elementsignale 94 beziehungsweise 96 zu erzeugen.
Diese Filter arbeiten ähnlich
wie die Filter 86 und 88 in 1.
Wie gezeigt, sind diese Filter Null-Verzögerung-Single-tap-Filter.
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Es
ist zu beachten, dass, wenn der Wert von α gleich 0 ist und die adaptiven
Antennengruppengewichte V0 und V1 bei den Multiplizierern 180 beziehungsweise 182 gleich
1 sind, der adaptive Antennengruppenprozessor 166 so konfiguriert
wird, dass der Basissender 52 in einer "orthogonale Übertragungsdiversität"-Betriebsart arbeitet.
In diesem Falle verhält
sich der adaptive Antennengruppenprozessor 166 so, als
ob die Schalter 154 und 156 in dem adaptiven Antennengruppenprozessor 150 in 4 in
die obere Stellung eingestellt worden wären, um die Verkehrssignale 72 beziehungsweise 74 direkt
zu den Ausgaben der Elementsignale 94 beziehungsweise 96 durchzupassieren.
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Wenn α gleich dem
Kehrwert der Quadratwurzel von 2 gesetzt wird, und die berechneten
adaptiven Antennengruppengewichte V0 und
V1 in den Multiplizierern 180 beziehungsweise 182 verwendet werden,
wird der adaptive Antennengruppenprozessor 166 so konfiguriert,
dass der Basissender 52 in einer adaptiven Antennengruppenbetriebsart
arbeitet. In dieser Konfiguration verhält sich der adaptive Antennengruppenprozessor 166 wie
der adaptive Antennengruppenprozessor 150, wobei die Schalter 154 und 156 in
der unteren Stellung eingestellt sind, um die gespreizten Verkehrskanäle 72 beziehungsweise 74 durch
den Summierer 158 und die Filter 162 beziehungsweise 164 zu
koppeln.
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Wenn α auf einen
Wert zwischen 0 und dem Kehrwert der Quadratwurzel von 2 eingestellt
wird, ist der adaptive Antennengruppenprozessor 166 so konfiguriert,
dass der Basissender 52 in einer gemischten Betriebsart
arbeitet – eine
Betriebsart, die weder genau eine "orthogonale Übertragungsdiversität"-Betriebsart, noch
eine adaptive Antennengruppenbetriebsart ist. In dieser gemischten
Betriebsart zeigt der Basissender 52 Charakteristiken von
beiden Betriebsarten. Wenn dem Wert von α gestattet wird, zwischen seinen
Extremen zu variieren, kann der Basissender 52 reibungslos
zwischen der "orthogonale Übertragungsdiversität"-Betriebsart und der adaptiven Rntennengruppenbetriebsart
wechseln. Dieser reibungslose Wechsel kann dem Basissender 52 gestatten,
die adaptive Antennengruppenbetriebsart im Verhältnis zu der Verschlechterung
der Qualität
der Rückkopplungsdaten,
die sich typischerweise verschlechtern, wenn die Geschwindigkeit
der Teilnehmereinheit zunimmt, langsam zu sperren.
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Da
ein Hinzufügen
von Standardpilotsignalen, wie zum Beispiel ein AUX0 und
AUX1, Strom verbraucht, der andernfalls
verwendet werden könnte, um
Anwenderdaten zu übertragen,
besteht ein wünschenswertes
Ziel darin, in dem adaptiven Antennengruppenprozessor 166 AUX0 und AUX1 nicht
hinzuzufügen.
AUX0 und AUX1 werden
jedoch hinzugefügt, weil
sie eine Demodulationsreferenz in der Teilnehmereinheit 56 zur Verfügung stellen.
Ohne diese Demodulationsreferenz muss die Teilnehmereinheit die adaptiven
Antennengruppengewichte V0 und V1 kennen, um das empfangene Signal richtig
zu demodulieren. Daher muss die Teilnehmereinheit 56, wenn AUX0 und AUX1 nicht
verwendet werden, in der Lage sein, die adaptiven Antennengruppengewichte
V0 und V1 zu berechnen,
was mathematisch durch ein Analysieren der gemeinsamen statistischen
Merkmale der durch die Entspreizer 124 und 126 ausgegebenen
Signale in Kombination mit der Kenntnis des Wertes von α, der beschreibt,
wie die gespreizten Verkehrssignale 72 und 74 kombiniert
werden, erreicht wird.
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Es
wird nun auf 6 Bezug genommen, darin wird
noch eine weitere Ausführungsform
des adaptiven Antennengruppenprozessors 76 dargestellt.
Wie gezeigt, umfasst der adaptive Antennengruppenprozessor 230,
im Gegensatz zu den zwei Eingängen
der adaptiven Antennengruppenprozessoren 76, 150 und 166,
n + 1 Eingänge.
In dem adaptiven Antennengruppenprozessor 230 wird der
Strom von jedem der n Pfade in gleiche Teile aufgeteilt und jeder
aufgeteilte Teil einem anderen der n Pfade hinzugefügt. Der
Wert von α stellt
den Anteil von Strom in Bits in anderen Pfaden ein, der mit dem
Strom des in einen bestimmten Pfad eingegebenen Bits kombiniert
wird. Die Teile von Energie, die von einem Eingangspfad aufgeteilt,
oder abgezweigt, und mit einem anderen Pfad kombiniert werden, sind
alle gleich.
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Die
Werte von αin
dem adaptiven Antennengruppenprozessor 230 reichen von
Null bis zu dem Kehrwert der Quadratwurzel von n + 1, wie in dem
in 6 gezeigten Bereich dargestellt. Wenn α gleich Null
ist, wird der adaptive Antennengruppenprozessor so konfiguriert,
das der Basissender 52 in einer "orthogonale Übertragungsdiversität"- Betriebsart arbeitet. Wenn α gleich dem
Kehrwert der Quadratwurzel von n + 1 eingestellt wird, ist der adaptive
Antennengruppenprozessor 230 so konfiguriert, dass der Basissender 52 in
einer adaptiven Antennengruppenbetriebsart arbeitet. Daher arbeitet
der adaptive Antennengruppenprozessor 230, wenn sich der
Wert von α bei
einem der beiden Extreme befindet, ähnlich einer "n + 1"-Eingangsversion
des adaptiven Antennengruppenprozessors 150, der zwischen
Betriebsarten umgeschaltet werden kann.
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Es
wird nun auf 7 Bezug genommen, darin wird
noch eine weitere Ausführungsform
des adaptiven Antennengruppenprozessors 76 dargestellt.
Wie dargestellt, umfasst der adaptive Antennengruppenprozessor 250 n
+ 1 Eingänge
zum Empfangen der gespreizten Verkehrssignale b0 – bn. Der Unterschied zwischen dem adaptiven
Antennengruppenprozessor 250 in 7 und dem
adaptiven Antennengruppenprozessor 230 in 6 besteht
in der Fähigkeit
des adaptiven Antennengruppenprozessors 250, ungleiche
Anteile von Signalstrom aufzuteilen, um mit anderen Signalpfaden
in dem adaptiven Antennengruppenprozessor zu kombinieren. In dem adaptiven
Antennengruppenprozessor 230 in 6 sind die
Anteile von Energie, die von einem Eingangspfad aufgeteilt, oder
abgezweigt, und mit einem anderen Pfad kombiniert werden, alle gleich.
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Wenn
ein adaptiver Antennengruppenprozessor in einer "orthogonale Übertragungsdiversität"-Betriebsart eingestellt
ist, überträgt der Basissender 52 einen
gleichförmigen
Pegel von Strom über
einen gesamten Abschnitt oder Antennenversorgungsbereich. Wenn eine
adaptive Antennengruppenbetriebsart freigegeben ist, übertragen
der adaptive Antennengruppenprozessor 230 und der Basissender 52 einen Ü bertragungsstrom
ungleichmäßig über den
Abschnitt, Idealerweise so, dass der Teilnehmereinheit die maximale
Leistung abgeliefert wird.
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Weil
die Energie, die von einem Pfad zur Kombination mit einem anderen
ausgewählten
Pfad in dem adaptiven Antennengruppenprozessor 250 aufgeteilt
oder abgezweigt wird, unabhängig
ausgewählt
werden kann und weil die Phase, bei der verschiedene Pfade kombiniert
werden, individuell ausgewählt
werden kann, kann der Basissender 52 verschiedene gespreizte
Bits mit verschiedenen Codes in verschiedenen Mengen von Strom über verschiedene
Richtungen in einem Abschnitt übertragen.
Diese Betriebsart ist eine weitere Verallgemeinerung einer orthogonalen Übertragungsdiversität und einer adaptiven
Antennengruppenübertragung.
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Es
ist zu beachten, dass, wenn die Zahl von Pfaden oder Zweigen in
dem adaptiven Antennengruppenprozessor 76 über zwei
Pfade ansteigt, eine Modifizierung in dem Spreizprozessor 60,
Pilotsignalprozessor 98 und der Teilnehmereinheit 56 vorgenommen
werden muss. In dem Spreizprozessor 60 muss der Multiplexer 62 n
+ 1 Zweige oder Pfade ausgeben. Zusätzliche Spreizer, wie zum Beispiel 68 und 70,
müssen
für jeden
Pfad hinzugefügt
werden. Unter Bezug auf den Pilotsignalprozessor 98 können zusätzliche
Summierer, wie zum Beispiel 100 und 102, für jeden
Pfad benötigt
werden, zusammen mit neuen Elementpilotsignalen, wie zum Beispiel
den Elementpilotsignalen 104 und 106. Außerdem können die
zusätzlichen
Antennenelemente 116 und 118 benötigt werden.
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In
der Teilnehmereinheit 56 können zusätzliche Demodulationspfade
benötigt
werden, wobei solche Pfade die Entspreizer 124 und 126 und
die Multiplizierer 132 und 134 umfassen. Der Demultiplexer 146 muss
in der Lage sein, n + 1 Eingaben zu demultiplexieren.
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Es
ist außerdem
zu beachten, dass in der Ausführungsform
in 1 die Zahl der gespreizten Verkehrssignale 72 und 74 gleich
der Zahl der Elementsignale 94 beziehungsweise 96 sein
können, oder
nicht. Zum Beispiel muss die Zahl verwendeter Spreizcodes nicht
gleich der Zahl von in der Antennengruppe verwendeten Elementen
sein.
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Unter
Bezug auf den Betriebsartdetektor 122 in 1 können mehrere
Verfahren verwendet werden, um zu detektieren, ob der Sender in
einer adaptiven Antennengruppenbetriebsart sendet, oder nicht. Ein
einfaches Verfahren umfasst das Senden einer Nachricht von dem Basissender 52 an
die Teilnehmereinheit 56. Ein weiteres Verfahren, das verwendet
werden kann, ist die Erfassung des Standardpilotsignals 84.
Zum Beispiel fügt
der adaptive Antennengruppenprozessor 150, wenn die in 4 gezeigte
Ausführungsform
verwendet wird, den Elementsignalen 94 und 96 ein
Standardpilotsignal zu, wenn das Steuersignal 152 die Schalter 154 und 156 in
die untere Stellung platziert, um die adaptive Antennengruppenbetriebsart
freizugeben. Wenn das Steuersignal 152 die Schalter 154 und 156 in
die obere Stellung einstellt, ist in den Elementsignalen 94 und 96 kein
Standardpilotsignal vorhanden. Dies würde der Teilnehmereinheit 56 anzeigen,
dass der Sender 52 in der "orthogonale Übertragungsdiversität"-Betriebsart arbeitet.
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Die
vorangehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
zum Zwecke einer Darstellung und Beschreibung präsentiert worden. Sie soll nicht
erschöpfend
sein, oder die Erfindung auf die offenbarte genaue Form beschränken. Modifizierungen
oder Variationen sind im Lichte der obigen Offenbarungen möglich. Die
Ausführungsform
wurde ausgewählt
und beschrieben, um die beste Darstellung der Prinzipien der Erfindung und
ihrer praktischen Anwendung zur Verfügung zu stellen und einen Fachmann
auf dem Gebiet zu befähigen,
die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen
Modifizierungen zu verwenden, die für die bestimmte vorgesehene
Verwendung geeignet sind. Alle solche Modifizierungen und Variationen
liegen in dem Umfang der Erfindung, so wie durch die angehängten Ansprüche bestimmt, wenn
sie gemäß dem Umfang
interpretiert werden, dem sie ordentlich, legal und gerechterweise
zustehen.