DE60131264T2

DE60131264T2 - Funkbasisstation und programmaufzeichnungsmedium

Info

Publication number: DE60131264T2
Application number: DE60131264T
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Gifu-shi Doi; Tadayoshi Kaizu-gun ITOU
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2021-03-31
Also published as: HK1070200A1; CN1432226A; AU2001244690B2; EP1274182B1; CN100385827C; JP2001285189A; US7155162B2; EP1274182A1; EP1274182A4; CN1225848C; WO2001076102A1; CN1551531A; US20030139152A1; KR20020086750A; DE60131264D1; AU4469001A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Funkbasisstation, die eine Vielzahl von Mobilstationen durch Raum-Multiplex unter Verwendung eines Antennen-Arrays drahtlos verbindet, und ein Programmspeichermedium, welches ein Programm speichert, das durch einen digitalen Signalprozessor lesbar ist, der in der Funkbasisstation vorgesehen ist.
Hintergrund der Erfindung
Seit einigen Jahren zeigt sich ein zunehmender gesellschaftlicher Bedarf nach effizienter Nutzung von Frequenzressourcen, zusammen mit der zunehmenden Verbreitung von Mobilstationen, wie beispielsweise PHS-(Personal Handyphone System)-Handapparaten und Mobiltelefonen. Eines der Kommunikationsverfahren, das dieser Nachfrage entspricht, ist ein Raum-Multiplex-Verfahren.
Das Raum-Multiplex-Verfahren ist ein Kommunikationsverfahren für Multiplex-Senden und -Empfangen von Signalen zu und von einer Vielzahl von Mobilstationen und Erzielen einer gleichzeitigen Kommunikation zwischen den Mobilstationen auf einer einzigen Frequenz durch Ausbilden eines unterschiedlichen Richtmusters für jede Mobilstation unter Verwendung eines adaptiven Array-Geräts.
Ein adaptives Array-Gerät ist mit einer Anzahl von Antennen ausgerüstet und stellt die Amplitude und Phase der Sende- und Empfangssignale jeder Antenne ein, um ein Richtmuster (ein Array-Antennenmuster) der Antennen als Ganzes auszubilden.
Eine Funkbasisstation, die eine Anzahl von Mobilstationen durch Raummultiplex über Funk verbindet, ist so konstruiert, dass sie ein derartiges adaptives Array-Gerät verwendet. Um ein Empfangssignal jeder Mobilstation aus den gemultiplexten Empfangswellen, die von der Anzahl von Mobilstationen gesendet worden sind, zu trennen, berechnet die Funkbasisstation für jede Mobilstation einen Gedichtkoeffizienten (auch als "Gedichtvektor" bezeichnet), der dazu verwendet wird, die Amplitude und Phase der Empfangswelle (Empfangssignale) jeder Antenne einzustellen. Ein Gedichtvektor kann durch einen DSP (Digitalsignalprozessor) auf die folgende Weise berechnet werden. In der folgenden Gleichung stellt der DSP die Werte "W1(t-1)" bis "W4(t-1)" so ein, dass ein Fehlerbereich "e(t)" minimiert wird. Der DSR setzt dann die eingestellten Werte von "W1(t-1)" bis "W4(t-1)" als Gewichtvektoren "W1(t)" bis "W4(t)" für ein Symbol mit der Zeitgabe "t" ein.
Gleichung

e(t) = d(t) – (W1(t-1)·X1(t) + W2(t-1)·X2(t) + W3(t-1)·X3(t) + W4(t-1)·X4(t))

Hierbei repräsentiert die Legende "t" den Zeittakt in Symboleinheiten, die Legende "d(t)" repräsentiert Symboldaten in einem bekannten Bezugssignal (oder in einem Einstellsignal), die Legenden "X1(t)" bis "X4(t)" repräsentieren Empfangssignale von vier Antennen, und die Legenden "W1(t-1)" bis "W4(t-1)" repräsentieren Anfangswerte für Gewichtvektoren dieser vier Antennen. Hierbei sollte angemerkt werden, dass die Anfangswerte frei gewählt sein können, aber im Allgemeinen werden als Anfangswerte Gewichtvektoren dieser vier Antennen, berechnet für das vorhergehende Symbol oder das vorhergehende Empfangszeitfenster, verwendet.
Kurz gesagt, die Gewichtvektoren werden auch berechnet, um die Differenz zwischen (a) der Summe der Werte, die jeweils durch Multiplizieren der Empfangswelle (des Empfangssignals) jeder der vier Antennen mit ihrem Gewichtvektor erhalten worden sind, und (b) dem Bezugssignal, zu minimieren. Das Bezugssignal enthält Bits (oder Symboldaten) einer bekannten Bitsequenz (oder einer Symbolsequenz), die in einem Steuersignal auf einem Steuerkanal oder in einem Kommunikationssignal auf einem Kommunikationskanal enthalten ist. Für PHS werden beispielsweise feststehende Bitsequenzen, wie beispielsweise PR (Präambel) und UW (einzigartiges Wort), die in den Empfangssignalen enthalten sind, als das Bezugssignal verwendet.
Wie vorstehend beschrieben, trennt die Funkbasisstation das Empfangssignal jeder Mobilstation von den gemultiplexten Empfangswellen, und zwar durch Berechnen eines Gewichtvektors jeder Antenne für jede der Vielzahl von Mobilstationen, die ein Raum-Multiplex bilden sollen, und Gewichten der Multiplex-Empfangswellen, welche von der Vielzahl von Mobilstationen gesendet worden sind. Zum Sendezeitpunkt bildet die Funkbasisstation ein Richtmuster durch Gewichten der Sendesignale unter Verwendung des Gewichtvektors, der zum Empfangszeitpunkt berechnet worden ist. Anzumerken ist, dass sich der Raum-Multiplex hier auch auf einen PDMA (Path Division Multiple Access) bezieht, und im Einzelnen in "Mobile Communication using PDMA", in Shingaku Giho (Communication Studies) RCS 93–84 (1994-01), S. 37–44, beschrieben ist.
Die Berechnung der Gewichtsvektoren und die Trennung der Signale sind einfach, wem der Wert des erwähnten Bezugssignals in Abhängigkeit von jeder der Mobilstationen, die drahtlos durch Raum-Multiplex verbunden sind, variiert. Im Fall von PHS sind jedoch die als Bezugssignal verwendeten festen Bitsequenzen, wie die oben erwähnten PR und UW, jeder Mobilstation gemeinsam. In einigen Fällen können daher korrekte Gewichtvektoren nicht berechnet werden, und demgemäß kann das Signal nicht exakt getrennt werden. Genauer gesagt, in den Multiplex-Empfangssignalen von einer Vielzahl von Mobilstationen können korrekte Gewichtvektoren nicht berechnet werden, wenn die Mittenfrequenzen der für alle Mobilstationen vorgesehenen Signale vollständig übereinstimmen und auch die Zeitvorgaben der Symbole – die kleinste Sende- und Empfangsdateneinheit – für alle Mobilstationen vollständig übereinstimmen, und daher kann ein gewünschtes Signal nicht getrennt werden.
In Wirklichkeit erzeugt jedoch jede Mobilstation selbst einen internen Zeittakt und ein Trägerwellenfrequenzsignal, was unvermeidlich einen Fehlerbereich von mehreren ppm erzeugt. Demgemäß ist es äußerst unüblich, dass die Symbolzeitvorgaben für alle Mobilstationen vollständig übereinstimmen und gleichzeitig die für alle Mobilstationen intendierten Mittenfrequenzen der Trägerschwindungen vollständig übereinstimmen.
Unter Ausnutzung dieser Tatsache sollte es möglich sein, dass die Funkbasisstation die korrekten Gewichtvektoren berechnet, indem die Abweichung des Symbolzeitpunkts und die Abweichung der Trägerschwingungsfrequenz für jede Mobilstation detektiert wird und die detektierten Abweichungen bei den Empfangsschwingungen jeder Antenne berücksichtigt werden.
Diese herkömmliche Technik hat jedoch das folgende Problem. Zum Zeitpunkt des Übergangs von einem Steuerkanal auf einen Kommunikationskanal, d. h. wenn eine neue drahtlose Verbindung mit einer Mobilstation durch Raum-Multiplex durchgeführt wird, sind die Abweichung des Symbolzeitpunkts und die Abweichung der Trägerschwingungsfrequenz der Mobilstation der Funkbasisstation unbekannt. Demgemäß hat die Funkbasisstation eine geringe Chance, korrekte Gewichtvektoren für die Mobilstation zu berechnen. Das kam sogar ein Versagen bei der Errichtung eines Kommunikationskanals zum Initiieren des Raum-Multiplex der Mobilstation verursachen. Wenn ein derartiges Versagen auftritt, muss die Funkbasisstation das Errichten eines anderen Kommunikationskanals nochmals versuchen.
Beispielsweise verwenden Mobilstationen, wie beispielsweise PHS-Handapparate und Mobiltelefone, einen Steuerkanal für den Standby-Modus, um einen Anruf zu empfangen, und einen Kommunikationskanal für die Kommunikation. Daher ist unmittelbar nach dem Übergang von einem Steuerkanal auf einen Kommunikationskanal, der dem Raum-Multiplex zum Zeitpunkt des eingehenden oder ausgehenden Anrufs unterzogen ist, die Abweichung der Symbolzeitvorgabe und die Abweichung der Trägerschwingungsfrequenz unbekannt. Dies ist kein Problem, wenn die Funkbasisstation diese Abweichungen unmittelbar nach dem Übergang in den Kommunikationskanal detektieren könnte, aber tatsächlich kann die Funkbasisstation diese Abweichungen so lange nicht detektieren, bis das Signal der neu angeschlossenen Mobilstation unter Verwendung korrekter Gewichtvektoren getrennt worden ist. Das heißt, dass die Funkbasisstation die Abweichung der Symbolzeitvorgabe und die Abweichung der Trägerschwingungsfrequenz nicht unmittelbar nach der Überführung von einem Steuerkanal in ein Kommunikationssignal verwenden kann, und demgemäß kann sie die Gewichtvektoren nicht mit hoher Genauigkeit berechnen.
Die US-PS Nr. 5,909,470 offenbart ein Funkkommunikationssystem, bei dem das Eingangssignal ein Multiplex-Signal ist, bevor das Signal für eine Mobilstation von den korrigierten Empfangssignalen getrennt wird. Das Multiplex-Signal wird unter Verwendung des Frequenzversatzes und der Zeitausrichtung korrigiert.
Ausgehend von diesem Problem ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Funkbasisstation zu schaffen, die die Genauigkeit des Abtrennens des Signals einer Mobilstation verbessert, wenn eine neue drahtlose Verbindung mit der Mobilstation durch Ausbilden einer Antennen-Richtcharakteristik durchgeführt wird, und die das Errichten eines Kommunikationskanals sicherstellt.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht diese eine Funkbasisstation gemäß Anspruch 1 vor.
Ferner sind bevorzugte Merkmale der Funkbasisstation in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Trenneinheit beim Überführen auf einen Kommunikationskanal Empfangssignale unter Verwendung der von einer Detektionseinheit detektierten Abweichung korrigieren und ein Array-Antennenmuster bilden. Daher kann, verglichen mit dem Fall, bei dem die Abweichung unbekannt ist, das für die Mobilstation bestimmte Signal mit hoher Genauigkeit getrennt werden, und ferner kann die Errichtung eines Kommunikationskanals sichergestellt werden.
Gemäß dieser Konstruktion kann ferner die Errichtung eines Linkkanals sichergestellt werden, wenn die Funkbasisstation als eine PHS-Basisstation verwendet wird.
Die Detektionseinheit kann ferner auch eine Recheneinheit zum Berechnen der Gewichtvektoren für die Mobilstation aufweisen, indem ein Array-Empfang in dem Empfangszeitfenster der Kommunikationskanal-Anforderungs-Message durchgeführt wird und die Trenneinheit kann die Gewichtvektoren als Anfangswerte verwenden, um das Signal der Mobilstation im Empfangszeitfenster des Synchronisationssignals zu trennen.
Gemäß dieser Konstruktion kann die Trenneinheit ferner die Anfangswerte der Gewichtvektoren verwenden und daher kann die Genauigkeit der Berechnung der für das Trennen eines Signals notwendigen Gewichtvektoren verbessert werden, das heißt, die Werte der Gewichtvektoren können zu einem früheren Zeitpunkt in einem Empfangszeitfenster konvergieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Programmspeichermedium wie im Anspruch 5 beansprucht, geschaffen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen hervor, die eine spezifische Ausführungsform der Erfindung darstellen. In den Zeichnungen zeigt:
1 ein Blockschaltbild der Konstruktion einer Funkbasisstation gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Blockschaltbild eines Signalprozessors 50;
3 ein Blockschaltbild der Konstruktion des Nutzerprozessors 51a;
4 eine Linkkanalerrichtungssequenz; und
5 ein Flussdiagramm der Bearbeitung, um eine Mobilstation von einem Steuerkanal (CCH) in einen Kommunikationskanal (TCH) überzuführen.
Beste Art der Ausführung der Erfindung
[Erste Ausführungsform]
Eine Funkbasisstation in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbindet drahtlos eine Vielzahl von Mobilstationen unter Verwendung einer Vielzahl von Antennen durch Gewichten der Sende- und Empfangssignale jeder Antenne zum Ausbilden eines Richtmusters (im Nachfolgenden als ein "Array-Antennenmuster" bezeichnet) für jede Mobilstation. Die Funkbasisstation ist als eine PHS-Basisstation installiert, um PHS-Handapparate gemäß dem TDMA/TDD-(Time Division Multiple Access/Time Division Duplex)-Verfahren, das durch den PHS-Standard definiert ist, zu verbinden. In dieser Beschreibung werden das Senden und Empfangen, unter Ausbilden eines Richtmusters (ein "Array-Antennenmuster" genannt) als "Array-Senden" bzw. "Array-Empfang" bezeichnet, während das Senden und Empfangen, unter Ausbildung eines nichtgerichteten Musters (auch als "Rundstrahlmuster" bezeichnet) als "Omni-Senden" und "Omni-Empfang" bezeichnet werden. Ein Steuerkanal wird auch als "CCH" und ein Kommunikationskanal wird auch als "TCH" bezeichnet.
Die Funkbasisstation ist so konstruiert, dass sie Abweichungen (einen Frequenzversatz und einen Zeitversatz) eines Signals detektiert, das von einer Mobilstation über einen CCH empfangen worden ist, und einen Array-Empfang unter Verwendung der detektierten Abweichungen durchführen kann, wenn eine neue drahtlose Verbindung mit der Mobilstation über einen TCH initiiert wird.
[Gesamtkonstruktion]
1 ist ein Blockschaltbild, das die Konstruktion der Funkbasisstation der ersten Ausführungsform zeigt. In der Figur hat die Funkbasisstation eine Basisbandeinheit 70, eine Modemeinheit 60, einen Signalprozessor 50, Funkeinheiten 11, 21, 31 und 41, Antennen 10 bis 40 und eine Steuereinheit 80.
Die Basisbandeinheit 70 ist zwischen einer Vielzahl von Telefonleitungen vorgesehen, die über eine Fernsprechzentrale und eine Modemeinheit 60 verbunden sind und führen an jedem einer Vielzahl von Signalen (Basisbandsignale, die Sprache oder Daten enthalten) für den Raum-Multiplex einen TDMA/TDD-Prozess durch. Der TDMA/TDD-Prozess ist ein Prozess für das Multiplexen und Trennen der Vielzahl von Signalen, um in einen TDMA/TDD-Rahmen zu passen. Hierbei hat ein TDMA/TDD-Rahmen eine Periode von 5 Millisekunden und ist in acht Zeitfenster unterteilt, die vier Sendezeitfenster und vier Empfangszeitfenster bilden.
Was die Signale betrifft, die von der Vielzahl von Telefonleitungen auf die Modemeinheit 60 übertragen worden sind, führt im Einzelnen die Basisbandeinheit 70 ein Multiplex von vier Signalen in jedem TDMA/TDD-Rahmen in Übereinstimmung mit dem Zeitteilungsmultiplex durch und gibt ferner ein Maximum von vier Signalen pro Sendezeitfenster an die Modemeinheit 60 gemäß dem Raum-Multiplex aus. Was die Signale betrifft, die von der Modemeinheit 60 auf die Vielzahl von Telefonleitungen gesendet werden, empfängt andererseits die Basisbandeinheit 70 einen Eingang von maximal vier Signalen pro Empfangszeitfenster von der Modemeinheit 60 und trennt ferner die Zeitteilungs-Multiplexsignale und gibt die resultierenden Signale an die Vielzahl von Telefonleitungen aus.
Die Modemeinheit 60 moduliert Signale, die von der Basisbandeinheit 70 eingegeben worden sind, und demoduliert Signale, die vom Signalprozessor 50 eingegeben worden sind. Für die Modulation und Demodulation wird das π/4-Verschiebungs-QPSK-Verfahren verwendet.
In einem Empfangszeitfenster berechnet der Signalprozessor 50 die Gewichtvektoren, die für das Ausbilden eines Array-Antennenmusters verwendet werden, und detektiert den Zeitversatz und den Frequenzversatz. In einem Sendezeitfenster gewichtet der Signalprozessor 50 die Sendesignale unter Verwendung der in dem Empfangsfenster berechneten Gewichtvektoren. Der "Zeitversatz" bezieht sich hier auf die Abweichung des Zeitpunkts, zu welchem ein Signal von einer Mobilstation in einem periodischen Empfangszeitfenster in der Funkbasisstation empfangen wird, gegenüber dem als Referenz gesetzten Anfangszeitpunkt des periodischen Empfangszeitfensters. Der hier angegebene "Frequenzversatz" bezieht sich auf die Abweichung der Mittenfrequenz der der Mobilstation zugeordneten Trägerschwingung von der Mittenfrequenz des Signals, welches von der Mobilstation tatsächlich empfangen wird.
Genauer gesagt detektiert zunächst der Signalprozessor 50 den Zeitversatz und den Frequenzversatz, wenn von einer Mobilstation über einen CCH eine Link-Kanal-Errichtungsanfrage, die die Zuweisung eines TCH anfordert, empfangen wird, und antwortet dann auf die Anfrage durch Übertragen einer Linkkanalzuweisung (einer Trägerschwingungsfrequenzzahl und einer Fensterzahl) über den CCH. Der Signalprozessor 50 berechnet dann Gewichtvektoren unter Verwendung des detektierten Zeitversatzes und Frequenzversatzes bei Empfang eines ersten Signals (eines sync-Burst) über den zugewiesenen TCH.
Zum Zeitpunkt der Array-Übertragung wandeln die Funkeinheiten 11, 21, 31 und 41 jedes von dem Signalprozessor 50 gewichtete Signal in ein RF-Signal um und senden das umgewandelte Signal über die Antennen 10 bis 40. Zum Zeitpunkt des Array-Empfangs wandeln die Funkeinheiten 11, 21, 31 und 41 ein über die Antennen 10 bis 40 empfangenes Signal in ein Signal in einer Basisbandregion um und geben das umgewandelte Signal an den Signalprozessor 50 aus. Zum Zeitpunkt der Omni-Übertragung und des Omni-Empfangs arbeitet nur die Funkeinheit 11 auf diese Weise und die Funkeinheiten 21, 31 und 41 stoppen ihren Betrieb.
Die Steuereinheit 80 gibt dem Signalprozessor 50 in jedem Zeitfenster einen Befehl, ob die Array-Sendung (oder Array-Empfang) oder die Omni-Sendung (oder Omni-Empfang) durchzuführen sind. Genauer gesagt, instruiert die Steuereinheit 80 den Signalprozessor 50, prinzipiell (a) einen Array-Empfang zum Empfangen eines Steuersignals, und (b) eine Omni-Sendung zum Übertragen eines Steuersignals, und (c) eine Array-Sendung und einen Array-Empfang zum Übertragen und Empfangen eines Kommunikationssignals über einen TCH durchzuführen. Anzumerken ist, dass ein Signal über einen CCH entweder durch Array-Empfang oder Omni-Empfang empfangen werden kann. Im Fall des Array-Empfangs werden Gewichtvektoren berechnet und können so verwendet werden, wenn ein Kommunikationssignal über einen TCH empfangen wird.
[Sendesequenz auf den TCH]
4 zeigt eine Sequenz zum Senden von einem CCH auf einen TCH (als "Link-Kanal-Errichtungsanforderung" bezeichnet). Diese Sequenz entspricht dem PHS-Standard und wird daher in dieser Beschreibung nicht im Einzelnen erläutert. Die Erläuterung beschränkt sich hier auf die "Link-Kanal-Errichtungsanfrage (Rückanfrage)" und den "Sync-Burst". Beim Übergang von einem CCH auf einen TCH ist die "Link-Kanal-Errichtungsanforderung (Rückanforderung)" das Signal, welches die Funkbasisstation als Letztes vom CCH empfangen hat, und ein "Sync-Burst" ist das Signal, das die Funkbasisstation zuerst von dem TCH empfängt.
Ein "Link-Kanal-(im Nachfolgenden als "L-K" bezeichnet)Errichtungsanforderung" wird von einer Mobilstation auf die Funkbasisstation gesendet, wenn eine Überführung auf einen TCH erfolgen soll, beispielsweise zum Zeitpunkt der Ortsregistrierung, eines eingehenden oder ausgehenden Anrufs, der Übergabe, des Kanalumschaltens, etc. Die L-K-Errichtungsanforderung ist eine Meldung, welche die Zuordnung eines TCH und eines Links anfordert. Die L-K-Errichtungsrückanforderung ist die gleiche Meldung wie die L-K-Errichtungsanforderung und wird von der Mobilstation auf die Funkbasisstation nach der L-K-Errichtungsanforderung infolge von Zeitüberwachung oder dergleichen gesendet. Diese Meldungen sind die letzten Signale, welche die Funkbasisstation auf dem CCH während der Überführung vom CCH auf den TCH empfängt und daher sind der Frequenzversatz und der Zeitversatz bereits durch den Signalprozessor 50 detektiert worden.
Ein "Sync-Burst" ist eine Meldung, die über den zugeordneten TCH gesendet wird, um die Mobilstation mit dem TCH zur Funkbasisstation zu synchronisieren. Die Mobilstation sendet wiederholt den Sync-Burst, bis die Funkbasisstation darauf antwortet (durch Senden eines Sync-Bursts).
Der Sync-Burst ist das erste Signal, das die Funkbasisstation auf dem TCH empfängt und daher sind der Frequenzversatz und der Zeitversatz so lange unbekannt, bis der Sync-Burst tatsächlich empfangen worden ist. Der Frequenzversatz und der Zeitversatz werden jedoch als ähnlich dem Frequenzversatz und dem Zeitversatz betrachtet, der für die gleiche Mobilstation auf dem CCH detektiert worden ist. Wenn daher der Sync-Burst empfangen wird, korrigiert die Funkbasisstation die Empfangssignale unter Verwendung des Frequenzversatzes und des Zeitversatzes, die von dem Signalprozessor 50 auf dem CCH detektiert worden sind und berechnet dann Gewichtvektoren. Dadurch können die Gewichtvektoren mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
[Konstruktion des Signalprozessors 50]
2 ist ein Blockschaltbild der Konstruktion des Signalprozessors 50. Die Figur ist ein Blockschaltbild, das die Funktionen zeigt, die dadurch realisiert werden, dass der DSP ein Programm ausführt.
In der Figur hat der Signalprozessor 50 Nutzerprozessoren 51a bis 51d, Addierer 551 bis 554 und Schalter 561 bis 564. Die Schalter 561 bis 564 schalten zwischen Sendung und Empfang. Der Signalprozessor 50 berechnet Gewichtvektoren und gewichtet die Sende- oder Empfangssignale unter Verwendung der berechneten Gewichtvektoren, wenn er von der Steuereinheit 80 instruiert ist, eine Array-Sendung oder einen Array-Empfang durchzuführen.
Die Nutzerprozessoren 51a bis 51d sind entsprechend einem Maximum von vier Nutzersignalen vorgesehen, die in jedem Zeitfenster dem Raum-Multiplex unterzogen werden sollen. In dem Empfangszeitfenster korrigiert jeder Nutzerprozessor Empfangssignale unter Verwendung des Frequenzversatzes und des Zeitversatzes und berechnet dann Gewichtvektoren. Unter Verwendung der berechneten Gewichtvektoren kombiniert jeder Nutzerprozessor Empfangssignale, die von den Funkeinheiten 11 bis 41 über den Schalter 561 bis 564 eingegeben worden sind, um ein Nutzersignal zu extrahieren. in einem Sendezeitfenster gewichtet jeder Nutzerprozessor ein Nutzersignal unter Verwendung der in dem vorhergehenden Empfangszeitfenster berechneten Gewichtvektoren und gibt das gewichtete Nutzersignal an die entsprechende Funkeinheit.
Der Addierer 551 kombiniert gewichtete Elemente jedes von der Funkeinheit 11 ausgegebenen Nutzersendesignals. Die Addierer 552 und 554 sind die gleichen wie der Addierer 551, mit dem einzigen Unterschied, dass die Addierer 552 und 554 den Funkeinheiten 21 bis 41 entsprechen.
[Konstruktion des Nutzerprozessors]
Die Nutzerprozessoren 51a bis 51d sind alle gleich, wobei der Nutzerprozessor 51a als repräsentatives Beispiel beschrieben wird.
3 ist ein Blockschaltbild, das die Konstruktion des Nutzerprozessors 51a zeigt. Der Nutzerprozessor 51a hat eine Gewichtungsrecheneinheit 53, einen Addierer 54, eine Bezugssignalerzeugereinheit 55, einen Schalter 56, eine Frequenzschätzungseinheit 57, eine Zeitgabe-Abschätzeinheit 58, Multiplizierer 521 bis 524 und Multiplizierer 581 bis 584.
Die Gewichtungsrecheneinheit 53 berechnet, in jeder Symbolperiode während einer feststehenden Bitmusterperiode in einem Empfangszeitfenster, Gewichtvektoren, um die Summe der Differenzen zwischen (a) jedem der Empfangssignale "S1R" bis "S4R" von den Funkeinheiten 11 bis 41 und (b) einem Bezugssignal, das von der Bezugssignalerzeugereinheit 55 erzeugt worden ist, zu minimieren. Hierbei korrigiert die Gewichtungsrecheneinheit 53 die Frequenz und die Zeitgabe der Empfangssignale unter Verwendung des Frequenzversatzes und des Zeitversatzes, die in dem vorhergehenden Empfangszeitfenster durch die Frequenzschätzungseinheit 57 und die Zeitgabe-Abschätzeinheit 58 detektiert worden sind, und berechnet dann die Gewichtvektoren. Hierbei bedeutet das "vorhergehende Empfangszeitfenster" in Bezug auf das erste Empfangszeitfenster auf einem TCH, auf den die Überführung erfolgt ist, das Empfangszeitfenster desjenigen Signals, welches zuletzt auf dem CCH, von dem die Überführung aus durchgeführt wird, empfangen wurde. Das "vorhergehende Empfangszeitfenster", bezogen auf irgendein Empfangszeitfenster, das dem ersten Empfangszeitfenster auf den TCH folgt, ist das vorhergehende Zeitfenster des Signals, welches normal empfangen worden ist.
Genauer gesagt, in der folgenden Gleichung stellt die Gewichtungsrecheneinheit 53 Werte von "W1(t-1)" bis "W4(t-1)" ein, um den Fehlerbereich "e(t)" zu minimieren und setzt die eingestellten Werte "W1(t-1)" bis "W4(t-1)" als Gewichtvektoren "W1(t)" bis "W4(t)" für ein Symbol mit der Zeitgabe "t".
Gleichung

e(t) = d(t) – (W1(t-1)·X1'(t) + W2(t-1)·X2'(t) + W3(t-1)·X3'(t) + W4(t-1)·X4'(t))

Hierbei repräsentiert das Zeichen "t" die Zeitgabe in Symboleinheiten, das Zeichen "d(t)" repräsentiert Symboldaten in einem bekannten Bezugssignal (oder in einem Einstellsignal), und die Zeichen "W1(t-1)" bis "W4(t-1)" repräsentieren Gewichtvektoren der jeweiligen Antennen, die jeweils für das vorhergehende Symbol berechnet worden sind oder Gewichtvektoren der entsprechenden Antennen, die jeweils in dem vorhergehenden Empfangszeitfenster berechnet worden sind.
Die Zeichen "X1'(t)" bis "X4'(t)" repräsentieren Empfangssignale, die durch die Gewichtungsrecheneinheit 53 korrigiert sind und können unter Verwendung von komplexen Zahlen wie folgt ausgedrückt werden.

X1'(t) = X1(t + Δt)exp(jΔθt)
X2'(t) = X2(t + Δt)exp(jΔθt)
X3'(t) = X3(t + Δt)exp(jΔθt)
X4'(t) = X4(t + Δt)exp(jΔθt)

Hierbei repräsentieren die Zeichen "X1(t)" bis "X4(t)" Empfangssignale der Antennen 10 bis 40, das Zeichen "Δt" repräsentiert den Zeitversatz, der von der Zeitgabe-Abschätzeinheit 58 detektiert worden ist, und das Zeichen "Δθ" repräsentiert den Frequenzversatz, der von der Frequenzschätzungseinheit 57 detektiert worden ist. Bei der Überführung eines CCH auf einen TCH in einem ersten Empfangszeitfenster über den TCH repräsentieren die Zeichen "Δt", "Δθ" und "W(t-1)" in den vorstehenden Gleichungen Werte, die in einem Empfangszeitfenster des Signals, welches zuletzt über den CCH empfangen worden ist, detektiert (berechnet) worden sind.
Die Gewichtvektoren werden für jedes Symbol auf die vorstehend beschriebene Weise eingestellt. Selbst wenn der Fehlerbereich "e(t)" am Anfang einer Bezugssignalperiode innerhalb eines Zeitfensters groß ist, konvergiert der Fehlerbereich "e(t)" gegen das Minimum (oder gegen Null) zum Ende der Bezugssignalperiode.
Ferner gibt in einem Empfangszeitfenster die Gewichtungsrecheneinheit 53 die berechneten Gewichtvektoren an die Multiplizierer 521 bis 524 aus, und zwar in der Symbolperiode, während welcher die Gewichtvektoren berechnet werden und in den folgenden Symbolperioden. In einem Sendezeitfenster gibt die Gewichtungsrecheneinheit 53 Ge wichtvektoren, die in dem entsprechenden unmittelbar vorhergehenden Empfangszeitfenster berechnet worden sind, an die Multiplizierer 581 bis 584 aus.
Die Bezugssignalerzeugereinheit 55 gibt Symboldaten an die Gewichtungsrecheneinheit 53 aus, um diese mit der Symbolzeitgabe in der Empfangsperiode eines bekannten Bitmusters (eines feststehenden Symbols) in dem Empfangszeitfenster anzupassen.
Die Frequenzschätzungseinheit 57 detektiert den Frequenzversatz "Δθ(= 2πΔf)" oder "Δf" des Empfangssignals in einem Empfangszeitfenster, das heißt, die Abweichung der Mittenfrequenz einer zugeordneten Trägerschwingung von der Mittenfrequenz eines tatsächlich empfangenen Signals an dem Punkt, wo die Gewichtvektoren, die für jedes Symbol durch die Gewichtungsrecheneinheit 53 berechnet worden sind, konvergieren, oder an dem Punkt, wo die Gewichtungsvektoren für ein Symbol entsprechend den letzten Symboldaten innerhalb des Bezugssignals berechnet sind.
Das Detektieren des Frequenzversatzes kann beispielsweise gemäß einem Verfahren durchgeführt werden, wie beschrieben in "Ido Tuushin No Tameno Digital HenHukucho Gijyutsu (Digital Modulation/Demodulation Techniques for Mobile Radio Communications), White Series Nr. 105", TRICEPS, 14. März 1990, S. 54.
Die Zeitgabeabschätzeinheit 58 detektiert den Zeitversatz eines Empfangssignals in einem Empfangszeitfenster. Anders ausgedrückt, die Zeitgabe-Abschätzeinheit 58 detektiert die Zeitspanne vom Anfang des Empfangszeitfensters bis zum Anfang des Empfangssignals (beispielsweise bis zum Anfang von SS (Startsymbol)) als den Zeitversatz.
Genauer gesagt wird der Zeitversatz anhand des Zeitpunkts, zu welchem UW empfangen wird, detektiert. UW ist eine Symbolsequenz zum Errichten der Synchronisation des Symbolpegels, definiert durch den PHS-Standard. Eine Funkbasisstation hat im Allgemeinen ein Detektionsfenster zum Detektieren der Anfangsposition des UW, das mehreren Symbolen entspricht, an der Zeitposition, die durch Addieren der TDMA/TDD-Rahmenzeitspanne (5 Millisekunden) bis zu dem Zeitpunkt, an dem das vorhergehende UW empfangen worden ist, gesetzt wird. Die Funkbasisstation entscheidet, mit welcher Zeitgabe in dem Detektionsfenster der Beginn des UW empfangen wird. Diese Entscheidung wird in Einheiten von beispielsweise 1/8 oder 1/16 Symbolzeitspannen durchgeführt. Die Funkbasisstation der vorliegenden Erfindung entscheidet die Empfangszeitgabe des Beginns des UW in einer Symbolsequenz, die unter Verwendung der von der Gewichtungsrecheneinheit 53 berechneten Gewichtvektoren getrennt ist. Die Zeitgabeabschätzeinheit 58 wandelt die Empfangszeitgabe des Beginns des UW in die Beginnzeitgabe des SS um, um den Zeitversatz zu erzielen.
In einem Empfangszeitfenster gewichten die Multiplizierer 521 bis 524 und der Addierer 54 die Empfangssignale "X1" bis "X4" von den Funkeinheiten 11 bis 41 unter Verwendung der von der Gewichtungsrecheneinheit 53 ausgegebenen Gewichtvektoren und kombinieren die gewichteten Signale. Die resultierenden kombinierten Signale sind Empfangssignale eines Nutzers "a", die aus den Raum-Multiplex-Empfangssignalen für ein Maximum von vier Nutzern "a" bis "d" extrahiert worden sind.
In einem Sendezeitschlitz gewichten die Multiplizierer 581 bis 584 Sendesymbole der Nutzer "a" getrennt für jede der Funkeinheiten 11 bis 41 unter Verwendung eines entsprechenden der von der Gewichtungsrecheneinheit 53 ausgegebenen Gewichtvektoren.
[TCH-Überführungsvorgang]
5 ist ein Flussdiagramm, das den Vorgang zum Überführen einer Mobilstation von einem CCH auf einen TCH in einer Funkbasisstation zeigt. Die Figur zeigt die Verarbeitung, welche auf der Seite der Funkbasisstation in der in der 4 gezeigten L-K-Eröffnungssequenz durchgeführt wird.
Die Steuereinheit 80 hat den Signalprozessor 50 instruiert, einen Array-Empfang in einem Empfangszeitfenster auf einem CCH durchzuführen. Daher werden die Steuersignale von einer Mobilstation durch den Array-Empfang ständig empfangen, danach werden die Gewichtvektoren berechnet, die Signale werden unter Verwendung der Ge wichtvektoren gewichtet und die gewichteten Signale werden durch den Signalprozessor 50 kombiniert (Schritt 70).
Wenn ein Steuersignal, das als Ergebnis dieses Array-Empfangs empfangen worden ist, eine L-K-Eröffnungsanfrage zeigt (Schritt 71), detektieren die Frequenzschätzungseinheit 57 und die Zeitgabe-Abschätzeinheit 58 jeweils den Frequenzversatz und den Zeitversatz (Schritte 72 und 73). Ferner wählt die Steuereinheit 80 einen Kandidat für einen TCH unter Verwendung eines zur Verfügung stehenden Zeitteilungskanals oder eines zur Verfügung stehenden Raum-Multiplex-Kanals innerhalb des TDMA/TDD-Rahmens (Schritt 74).
Wenn kein Kandidat für einen TCH gewählt werden kann, instruiert die Steuereinheit 80 den Signalprozessor 50, damit dieser eine Omni-Sendung oder eine Array-Sendung durchführt und sendet eine L-K-Zuordnungs-Verweigerung (Schritt 77).
Wenn ein Kandidat für ein TCH gewählt werden kann, instruiert die Steuereinheit 80 den Signalprozessor 50, damit dieser über den CCH eine L-K-Zuordnung sendet (Schritt 76), und empfängt einen Sync-Burst (Schritt 78). Hierbei korrigiert der Signalprozessor 50 die Empfangssignale unter Verwendung des Frequenzversatzes und des Zeitversatzes, die in den Schritte 72 und 73 detektiert worden sind, und berechnet Gewichtvektoren unter Verwendung der im Schritt 70 berechneten Gewichtvektoren als Ausgangswerten. Der folgende Prozess (Schritt 79) ist der gleiche wie in 4 beschrieben.
Wenn das im Schritt 70 empfangene Steuersignal eine L-K-Eröffnungsrückanfrage enthält, führt die Steuereinheit 80 ebenfalls die vorstehende Verarbeitung der Schritte 72 bis 79 durch.
Wie vorstehend beschrieben verwendet die Funkbasisstation in der vorliegenden Ausführungsform bei der Überführung von einem CCH auf einen TCH den Frequenzversatz, den Zeitversatz und Gewichtvektoren aus einem über den CCH empfangenen Sig nal. Daher können die Gewichtvektoren ummittelbar nach der Überführung auf den TCH mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
[Andere Modifikationen]

(1) Während die vorstehende Ausführungsform den Fall beschreibt, bei dem ein einer Mobilstation zugeordneter TCH in den Schritten 74 und 75 in der 5 gewählt wird, kann der zugeordnete TCH auch im Voraus gewählt werden. Beispielsweise kann die Funkbasisstation periodisch einen TCH-Wählprozess durchführen und eine L-K-Zuordnung senden ummittelbar nachdem eine L-K-Zuordnungsanfrage empfangen worden ist. Hierdurch kann die Überführung auf den TCH durchgeführt werden, bevor der Zeitversatz durch eine Änderung der Ausbreitungsumgebung infolge der Bewegung der Mobilstation oder dergleichen drastisch fluktuiert. Daher können Gewichtvektoren mit höherer Genauigkeit berechnet werden.
(2) Während die vorstehende Ausführungsform den Fall beschreibt, bei dem ein Empfangssignal auf einem CCH durch Array-Empfang empfangen wird, kann dieses auch durch einen Omni-Empfang empfangen werden. In einem derartigen Fall können die Anfangswerte für Gewichtvektoren in einem ersten Empfangszeitfenster auf einem TCH bei der Überführung separat gesetzt werden. Auch in diesem Fall werden der Zeitversatz und der Frequenzversatz, die aus einem Empfangssignal auf dem CCH erzielt worden sind, bei der Überführung auf den TCH verwendet, und daher können Gewichtvektoren mit höherer Genauigkeit berechnet werden.
(3) Ferner kann, wenn ein Empfangssignal auf einem CCH durch Omni-Empfang empfangen wird, die Zeitgabeabschätzeinheit 58 den Anstiegszeitpunkt und den Abstiegszeitpunkt der empfangenen Feldintensität innerhalb eines Zeitfensters verwenden, um den Zeitpunkt zu detektieren, an dem der Beginn von SS empfangen wird.
(4) Während die vorstehende Ausführungsform den Fall beschreibt, bei dem "Zeitversatz" die Abweichung des Zeitpunkts, an dem der Beginn des SS in einem Empfangs zeitfenster empfangen wird, von dem Beginn des als Bezug gesetzten Empfangszeitfensters bedeutet, kann es sich auch um die Abweichung des Zeitpunkts, an dem der Beginn des UW empfangen wird, oder die Abweichung des Zeitpunkts, an dem ein anderes spezifisches Symbol empfangen wird, handeln. Während die vorstehende Ausführungsform den Fall beschreibt, bei dem der Beginn des Empfangszeitfensters als Bezugspunkt gesetzt wird, kann stattdessen auch ein Zeitpunkt, an dem eine bestimmte Zeitspanne ab Beginn des Empfangszeitfensters abläuft, als Referenz gesetzt werden.
(5) Während in 1 vier Antennen und vier Funkeinheiten gezeigt sind, können mehr oder weniger Antennen und Funkeinheiten vorgesehen sein.
(6) Wie vorstehend beschrieben, werden die wesentlichen Komponenten der vorliegenden Erfindung in der Funkbasisstation durch den Signalprozessor 50 realisiert, der in dem adaptiven Array-Gerät vorgesehen ist, d. h. durch den digitalen Signalprozessor, welcher ein Programm ausführt. Dieses Programm kann in einem PROM (programmierbarer Festspeicher), ein EEPROM (elektrisch löschbarer und programmierbarer ROM) oder ein RAM gespeichert sein. Die aktuelle Version des Programms wird durch Austauschen des ROM erzielt und das Programm kann auch auf einem EEPROM oder einem RAM über ein Programmspeichermedium, ein Netzwerk oder eine Telefonleitung gedownloadet werden.

Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Funkbasisstation, die eine Vielzahl von Mobilstationen durch Raum-Multiplex unter Verwendung eines Antennen-Arrays drahtlos verbindet. Die Funkbasisstation ist so konstruiert, dass sie die Abweichung eines von einer Mobilstation empfangenen Signals detektiert und die detektierte Abweichung dazu verwendet, das Signal der Mobilstation von den Empfangssignalen zu trennen, wenn eine neue drahtlose Verbindung zur Mobilstation durch Ausbilden einer Antennen-Richtcharakteristik durchgeführt wird. Die Funkbasisstation ist für die Verwendung als eine Basisstation für Mobilkommunikationssysteme geeignet.

Claims

Funkbasisstation (11 bis 41, 50, 60, 70, 80) zum Überführen einer Vielzahl von Mobilstationen von Steuerkanälen in Kommunikationskanäle in einem PHS-System und zur drahtlosen Verbindung der Vielzahl von Mobilstationen durch Raum-Multiplex mittels eines Antennen-Arrays (10 bis 40) über die Kommunikationskanäle gekennzeichnet durch: Detektionsmittel (50) zum Detektieren einer Abweichung eines Signals, das von einer Mobilstation über einen Steuerkanal in einem periodischen Empfangs-Zeitfenster der Funkbasisstation empfangen wurde, wobei die Abweichung (a) ein Zeitversatz ist, der eine Abweichung des Zeitpunktes des empfangenen Signals von einem speziellen Bezugszeitpunkt in dem periodischen Empfangs-Zeitfenster angibt, und/oder (b) ein Frequenzversatz ist, der die Abweichung der Frequenz einer der Mobilstation zugeordneten Trägerschwingung von der Frequenz des empfangenen Signals anzeigt; und Trennmittel, die beim Steuern der Antennen-Richtcharakteristik zur Herstellung einer neuen drahtlosen Verbindung mit der Mobilstation (a) das von der Mobilstation über den Kommunikationskanal empfangene Signal anhand der detektierten Abweichung korrigieren und (b) das Signal der Mobilstation von den korrigierten Signalen über einen Kommunikationskanal anhand der detektierten Abweichung trennen.
Funkbasisstation nach Anspruch 1, bei der die Detektionsmittel (50) umfassen: eine erste Detektionseinheit (58) zum Detektieren des Zeitversatzes, der eine Abweichung des Zeitpunktes des Signals, das von der Mobilstation über den Steuerkanal in einem periodischen Empfangs-Zeitfenster der Funkbasisstation empfangen wird, von einen besonderen Bezugszeitpunkt des periodischen Empfangs-Zeitfensters anzeigt, und eine zweite Detektionseinheit (57) zum Detektieren eines Frequenzversatzes, der eine Abweichung der Frequenz der der Mobilstation zugeordneten Trägerschwingung von der Frequenz des von der Mobilstation über den Steuerkanal empfangenen Signals anzeigt; und wobei die Trennmittel (50) in Betrieb die von der Vielzahl von Mobilstationen empfangenen Signale anhand des Zeitversatzes (58) und des Frequenzversatzes (57) korrigieren und das Signal von der Mobilstation von den korrigierten Signalen mittels des Zeitversatzes und Frequenzversatzes trennen.
Funkbasisstation nach Anspruch 2, bei der die erste Detektionseinheit (58) und die zweite Detektionseinheit (57) im Betrieb den Zeitversatz und den Frequenzversatz in einem Empfangszeitfenster detektieren, in welchem eine Anforderungs-Message zum Herstellen eines Kommunikationskanals von der Mobilstation über einen Steuerkanal empfangen wird, und die Trennmittel (50) im Betrieb die Korrektur anhand des Zeitversatzes und des Frequenzversatzes in einem Empfangs-Zeitfenster durchführen, in welchem ein auf die Anforderungs-Message folgendes Synchronisiersignal von der Mobilstation über den Kommunikationskanal empfangen wird.
Funkbasisstation nach Anspruch 3, bei der die Detektionsmittel ferner eine Recheneinheit (53) aufweisen zum Kalkulieren eines Gewichtvektors für die Mobilstation unter Durchführung eines Array-Empfangs der Anforderungs-Message in dem Empfangs-Zeitfenster, und die Trennmittel die Trennung der Synchronisiersignals in dem Empfangs-Zeitfenster anhand des berechneten Gewichtvektors als Anfangswert durchführen.
Programmspeichermedium mit einem durch einen digitalen Signalprozessor lesbaren gespeicherten Programm in einer Funkbasisstation, welches eine Vielzahl von Mobilstationen von Steuerkanälen in Kommunikationskanäle in einen PHS-System überführt und die ein Array-Antennenmuster zur drahtlosen Verbindung der Vielzahl von Mobilstationen durch Raum-Multiplex über die Kommunikationskanäle aufweist, wobei das Programm folgendes realisiert: Detektionsmittel (50), die über einen Steuerkanal in einem periodischen Empfangs-Zeitfenster der Funkbasisstation detektieren (a) einen Zeitversatz (58), der eine Abweichung des Zeitpunktes eines von einer Mobilstation empfangenen Signals von einem speziellen Bezugszeitpunkt des periodischen Empfangs-Zeitfensters anzeigt, und (b) einen Frequenzversatz (57), der eine Abweichung der Frequenz einer der Mobilstation zugeordneten Trägerschwingung von der Frequenz des empfangnen Signals anzeigt; und Trennmittel (50), die beim Steuern der Antennen-Richtcharakteristik zur Herstellung einer neuen drahtlosen Verbindung mit der Mobilstation eine Korrektur eines von der Mobilstation über den Kommunikationskanal empfangenen Signal anhand des detektierten Zeitversatzes und Frequenzversatzes sowie eine Trennung des Signals der Mobilstation von den über einen Kommunikationskanal anhand der detektierten Abweichung korrigierten Signalen durchführen.