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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Antennenanordnungssystem
und insbesondere auf ein Verfahren zur Berechnung von Antennengewichtungen
für eine
Nullrichtungssteuerung.
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In
den Basisstationen eines mobilen Kommunikationssystems werden die
Signale, die von entsprechenden Antennenelementen einer Antennenanordnung
empfangen werden, einer adaptiven Signalbearbeitung unterworfen,
um Nullen in Einfallsrichtungen von Interferenzwellen zu bilden,
was ermöglicht,
dass die Interferenz unterdrückt
wird. Zusätzlich
wird das Nullmuster, das von den empfangenden Signalen erhalten
wird, auch für
die Signalübertragung
genutzt.
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Allerdings
ist für
den Fall einer asymmetrischen Kommunikation, wie z. B. einem Webzugriff mit
einem ADSL-Dienst (asymmetrische digitale Teilnehmerleitung), das
Nullmuster, das von den empfangenen Signalen erhalten wird, nicht
immer am besten für
die Übertragung
geeignet. Für
diesen Fall ist es notwendig, auf eine Weise Nullrichtungen zu bestimmen
und Nullen in den bestimmten Richtungen zu bilden.
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Antennengewichtungen,
die Nullen in den gewünschten
Richtungen bilden, können
erhalten werden, indem ein adaptiver Howells-Applebaum-Anordnungssteuerungsalgorithmus
in einem Modell verwendet wird, das gebildet wird, wenn die Antennengewichtungen
berechnet werden, und das ein Signal und Interferenzwellen zu ausgewählten Richtungen
empfängt.
Details des adaptiven Howells-Applebaum-Anordnungssteuerungsalgorithmus
werden z. B. in Kapitel 4 mit dem Titel MSN Adaptive Array auf den Seiten
67–86
in dem Artikel "Adaptive
Signal Processing by Array Antenna" von Nobuo Kikuma, SciTech Press, diskutiert.
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1 ist
ein Flussdiagramm, das ein herkömmliches
Nullrichtungssteuerverfahren zeigt, das den Howells-Applebaum-Anordnungssteuerungsalgorithmus
verwendet. Wenn die Nullrichtungen und die Strahlbildungsrichtungen θStrahl, θNull(1),
..., θNull(M)
bestimmt werden, werden Steuerungsvektoren AStrahl,
ANull_1, ..., ANull_M in
den Null- und den Strahlbildungsrichtungen erzeugt und dann kombiniert,
um ASumme zu erzeugen. Die kombinierten
Steuerungsvektoren ASumme werden genutzt,
um eine Covarianzmatrix RAA, zu berechnen.
Die inverse Matrix von RAA wird benutzt,
um die optimalen Gewichte der Antennenanordnung WStrahl zu
berechnen.
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Allerdings
erfordert die Berechnung der optimalen Gewichte nach dem Stand der
Technik die Berechnung der inversen Matrix. Dies bewirkt, dass die Rechenzeit
und die Rechenleistung erhöht
werden müssen,
was eine niedrigere Bearbeitungsgeschwindigkeit und eine erhöhte Anforderung
an die Hardware bewirkt.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Nullrichtungssteuerungsverfahren
bereitzustellen, das optimale Antennengewichtungen erhalten kann,
die bestimmte Nullrichtungen bilden, ohne eine inverse Matrix zu
berechnen.
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Bei
einer N-Element-Antennenanordnung wird ein bestimmtes Nullstrahlantennenmuster
erhalten, in dem ein 2-Element-Antennenwichtungsvektor, der eine
Null in einer sequenziell ausgewählten
Richtung von N bestimmten Nullrichtungen bildet, und ein (N-M)-Element-Antennenwichtungsvektor
bearbeitet werden, der einen Strahl in einer bestimmten Strahlrichtung
bildet, um einen Antennenwichtungsvektor für die N-Element-Antennenanordnung
zu erzeugen. Der endgültige
Antennenwichtungsvektor wird berechnet, indem die Anzahl der Elemente
eines Arbeitsantennenwichtungsvektors jedes Mal inkrementiert wird,
wenn eine Null in einer sequenziell ausgewählten Richtung der M bestimmten
Nullrichtungen gebildet wird.
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Nach
einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren
zur Erzeugung eines Antennenwichtungsvektors für eine N-Element-Antennenanordnung,
um ein gewünschtes
Antennenmuster zu bilden, das einen Einzel-Strahlrichtungs-θ-Strahl
und M-Nullrichtungen θNull(1) – θNull(M)(1 ≤ M ≤ n – 2) aufweist,
die Schritte: a) Erzeugen eines Arbeitsantennenwichtungsvektors
für eine (N-M)-Element-Antennenanordnung,
um einen Strahl in die einzelne Strahlrichtung zu bilden, b) aufeinander
folgendes Auswählen
einer der M Nullrichtungen, c) Erzeugen eines 2-Element-Antennenwichtungsvektors
für eine
2-Element-Antennenanordnung, um eine Null in der ausgewählten Nullrichtung zu
bilden, d) Multiplizieren des Arbeitsantennenwichtungsvektors mit
einem ersten Gewicht und einem zweiten Gewicht des 2-Element-Antennenwichtungsvektors,
um einen ersten Arbeitswichtungsvektor und einen zweiten Arbeitswichtungsvektor
zu erzeugen, e) Null anfügen
an ein Ende des ersten Arbeitswichtungsvektors und an einen Anfang
des zweiten Arbeitswichtungsvektors, um einen ersten erweiterten Wichtungsvektor
und einen zweiten erweiterten Wichtungsvektor zu erzeugen, und Addieren
des ersten erweiterten Wichtungsvektors und des zweiten erweiterten
Wichtungsvektors, um einen Arbeitsantennenwichtungsvektor zu erzeugen,
und f) Wiederholen der Schritte (c) – (e) bis die M Nullrichtungen ausgewählt wurden,
um einen endgültigen
Arbeitsantennenwichtungsvektor als den Antennenwichtungsvektor für eine N-Element-Antennenanordnung
zu erzeugen.
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Der
Schritt (a) kann den Schritt des Berechnens des Arbeitsantennenwichtungsvektors
WMuster = [wStrahl(1),
..., wStrahl(N-M)] mit den folgenden Ausdrücken enthalten: δwStrahl = exp{–j·k·d·sin(θStrahl)}, wStrahl(1) = 1, und wStrahl(i) = wStrahl(i-1)·δwStrahl(i
= 2, 3, ..., N – M),wobei
d ein Abstand zwischen den Antennenelementen zwischen der N-Element-Antennenanordnung,
k eine Ausbreitungskonstante im freien Raum (k = 2 π/λ) und λ eine Wellenlänge im freien
Raum ist.
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Der
Schritt (c) kann den Schritt des Berechnens des 2-Element-Antennenwichtungsvektors WNull(m) = [wNull_1(m),
wNull_2(m)] mit den folgenden Ausdrücken enthalten: δwNull(m) = –exp{–j·k·d·sin(θNull(m))}, wNull_1(m) = 1, und wNull_2(m) = wNull_1(m)·δwNull(m)
= –exp{–j·k·d·sin(θNull(m)),mit m = 1, 2, ..., M.
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Der
Schritt (d) kann den Schritt des Berechnens der ersten Antennenwichtungsvektors
WStrahl1 und des zweiten Antennenwichtungsvektors
WStrahl2 mit den folgenden Ausdrücken enthalten: WStrahl1 = wNull_1(m)·WMuster = 1·WMuster, und WStrahl2 = wNull_2(m)·WMuster
= –exp{–j·k·d·cos(θNull(m))}·WMuster.
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Der
Schritt (e) kann die Schritte enthalten: 0 anfügen an das Ende des ersten
Antennenwichtungsvektors WStrahl1 und an
den Anfang des zweiten Antennenwichtungsvektors WStrahl2 um
den ersten erweiterten Wichtungsvektor [WStrahl1,
0] und den zweiten erweiterten Wichtungsvektor [0, WStrahl2]
zu erzeugen, und Addieren des ersten erweiterten Wichtungsvektors
und des zweiten erweiterten Wichtungsvektors, um den Arbeitsantennenwichtungsvektor
WMuster = [WStrahl1,
0] + [0, WStrahl2] zu erzeugen.
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Nach
einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren
zur Erzeugung eines Antennenwichtungsvektors für eine N-Element-Antennenanordnung,
um ein gewünschtes
Antennenmuster zu bilden, das M Nullrichtungen θNull(1) bis θNull(M) mit (1 ≤ M ≤ N – 1) aufweist, die Schritte:
a) wahlweise Vorbereiten eines Arbeitsantennenwichtungsvektors für eine (N-M)-Element-Antennenanordnung,
b) aufeinander folgendes Auswählen
einer der M Nullrichtungen, c) Erzeugen eines 2-Element- Antennenwichtungsvektors
für eine 2-Element-Antennenanordnung,
um eine Null in der ausgewählten
Nullrichtung zu bilden, d) Multiplizieren des Arbeitsantennenwichtungsvektors
mit einem ersten Gewicht und einem zweiten Gewicht des 2-Element-Antennenwichtungsvektors,
um einen ersten Arbeitsantennenwichtungsvektor und einen zweiten Arbeitsantennenwichtungsvektor
zu erzeugen, e) Null anhängen
an ein Ende des ersten Antennenwichtungsvektors und an einen Anfang
des zweiten Antennenwichtungsvektors, um einen ersten erweiterten
Wichtungsvektor und einen zweiten erweiterten Wichtungsvektor zu
erzeugen, und Addieren des ersten erweiterten Wichtungsvektors und
des zweiten erweiterten Wichtungsvektors, um einen Arbeitsantennenwichtungsvektor
zu erzeugen, und f) Wiederholen der Schritt (c) – (e) bis die M Nullrichtungen ausgewählt wurden,
um einen endgültigen
Arbeitsantennenwichtungsvektor als den Antennenwichtungsvektor für eine N-Element-Antennenanordnung
zu erzeugen.
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1 ist
ein Flussdiagramm, das ein herkömmliches
Nullrichtungssteuerungsverfahren zeigt, das den adaptiven Howells-Applebaum-Anordnungssteuerungsalgorithmus
nutzt;
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2 ist
ein Blockdiagramm, das eine Strahlbildungsvorrichtung zur digitalen Übertragung zeigt,
das ein Nullrichtungssteuerungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung
verwendet;
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3 ist
ein Flussdiagramm, das ein Nullrichtungssteuerungsverfahren nach
einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ist
ein schematisches Diagramm, das einen Fluss zur Erzeugung eines
einzelnen Strahls und dreier Nullen für den Fall zeigt, bei dem das
Nullrichtungssteuerungsverfahren nach dem ersten Ausführungsbeispiel
auf eine 6-Element-Antennenanordnung angewendet wird;
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5A ist
eine Darstellung, die ein Antennenmuster für die Stufe einer 3-Element-Antennenanordnung
zeigt, wie in 4(a) gezeigt;
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5B ist
eine Darstellung, die ein Antennenmuster für die Stufe einer 4-Element-Antennenanordnung
zeigt, wie in 4(b) gezeigt;
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5C ist
eine Darstellung, die ein Antennenmuster für die Stufe einer 5-Element-Antennenanordnung
zeigt, wie in 4(c) gezeigt;
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5D ist
eine Darstellung, die ein Antennenmuster für die Stufe einer 6-Element-Antennenanordnung
zeigt, wie in 4(d) gezeigt;
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6 ist
ein Flussdiagramm, das ein Nullrichtungssteuerungsverfahren nach
einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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7 ist
ein Blockdiagramm, das einen digitalen Empfang der Strahlbildungsvorrichtung
zeigt, die ein Nullrichtungssteuerungsverfahren nach der vorliegenden
Erfindung verwendet.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezug auf die Zeichnungen
beschrieben.
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Unter
Bezug auf 2 enthält eine Antennenanordnung N
Antennenelemente 1.1 – 1.N,
die gleichförmig
beabstandet und in einer Linie ausgerichtet sind. Die entsprechenden
Antennenelemente 1.1 bis 1.N sind mit N Sendern 2.1 – 2.N verbunden, die
ihrerseits mit einem Signalprozessor 4 über N Digital-zu-Analog-(D/A)-Wandler 3.1 – 3.N verbunden sind.
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Der
Signalprozessor 4 enthält
N Multiplikatoren 9.1 – 9.N und
einen Antennenwichtungsberechner 5. Die Multiplikatoren 9.1 – 9.N sind
mit den D/A-Wandlern 3.1 – 3.N verbunden und
ordnen jeweils den Übertragungsdaten
die Antennengewichte wStrahl(1) – wStrahl(N) zu. Der Antennenwichtungsberechner 5 berechnet
die Antennengewichte wStrahl(1) – wStrahl(N) aus der gewünschten Strahlrichtung θStrahl(1) und den Nullrichtungen θNull(1), ...,θNull(M).
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Der
Signalprozessor 4 einschließlich der Multiplikatoren 9.1 – 9.N und
des Antennenwichtungsberechners 5 ist alsdigitaler Signalprozessor ausgeführt, auf
dem ein Antennenwichtungsberechnungsprogrammläuft, das später beschrieben wird.
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Wenn
die Übertragungsdaten
in den Signalprozessor 4 gelangen, multiplizieren bei dieser Schaltung
die Multiplikatoren 9.1 bis 9.N die Übertragungsdaten
mit den entsprechenden der Antennengewichte wStrahl(1) – wStrahl(N), die von dem Antennenwichtungsberechner 5 erzeugt
wurden. Auf diese Weise werden N gewichtete Ströme der Übertragungsdaten jeweils digital
zu analog durch die D/A-Wandler 3.1 bis 3.N gewandelt.
Die entsprechenden analogen Übertragungssignale
werden von den Sendern 2.1 bis 2.N über die
Antennenelemente 1.1 bis 1.N gesendet.
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Antennenwichtungsberechnung
(1)
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Unter
Bezug auf 3 werden eine Strahlbildungsrichtung θStrahl und Nullbildungsrichtungen θNull(1), ..., θNull(M) dem
Antennenwichtungsberechner 5 eingegeben (Schritt S101).
Hier ist M die Anzahl der Nullen, deren Richtungen gewünscht sind,
und M ist auf N – 2
oder weniger begrenzt.
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Beim
Eingeben dieser Richtungen berechnet der Antennenwichtungsberechner 5 einen
Antennenwichtungsvektor WStrahl, der einer
(N-M)-Element-Antennenanordnung zuzuordnen ist, die Strahlbildungsrichtung θStrahl aufweist, wobei die folgenden Ausdrücke (1) – (4) verwendet
werden: WStrahl(1) = [wStrahl(1),
..., wStrahl(N-M)] (1) δwStrahl =
exp{–j·k·d·sin(θStrahl)} (2) wStrahl(1) =
1 (3),und wStrahl(i) =
wStrahl(i-1)·wStrahl:i
= 2, 3, ..., N – M (4)wobei d ein
Abstand zwischen den Antennenelementen, k eine Ausbreitungskonstante
im freien Raum (k = 2 π/λ) und λ eine Wellenlänge im freien
Raum ist (Schritt S102). Daraufhin ist WMuster = WStrahl (5) wobei m =
1 ist (Schritte S103, S104) und die folgenden Schritte S105 – S109 wiederholt
werden, bis m = M ist, wobei m = 1, 2, ..., M ist.
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Schritt S105:
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Ein
Antennengewicht WNull(m) für eine 2-Element-Antennenanordnung,
das eine Null in der Richtung θNull(m) bildet, wird durch die folgenden
Ausdrücke
(6) – (9)
berechnet: WNull(M) = [wNull_1(m),
wNull_2(m)] (6) δWNull(m)= –exp{–j·k·d·sin(θNull(m))} (7) WNull_1(m) =
1 (8), und wNull_2(m) =
wNull_1(m)·δwNull(m)
= –exp{–j·k·d·sin(θNull(m))} (9).
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Schritt S106:
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Die
zwei Antennenwichtungsvektoren WStrahl1 und
WStrahl2 für eine (N-M)-Element-Antennenanordnung
werden mit WMuster und WNull(m) mit
den folgenden Ausdrücken
(10) und (11) berechnet: WStrahl1 = wNull_1(m)·WMuster = 1·WMuster (10), und WStrahl2 =
wNull_2(m)·WMuster
= –exp{–j·k·d·cos(θNull(m))}·WMuster (11)
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Schritt 107:
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Durch
das Anfügen
von 0 an das Ende von WStrahl1 und an den
Anfang von WStrahl2 werden die Antennenwichtungsvektoren
für die
(N-M+1)-Element-Antennenanordnung berechnet und addiert, um mit
den folgenden Ausdrücken
WMuster zu erzeugen: WMuster =
[Wstrahl1, 0] + [0, WStrahl2] (12).
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Anschließend wird
m inkrementiert (Schritt S108) und es wird bestimmt, ob m = M gilt
(Schritt S109). Wenn m nicht M erreicht (NEIN im Schritt S 109),
geht die Steuerung zurück
auf den Schritt S105 und die Schritte S105 – S108 werden wiederholt, bis m
= M gilt.
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Auf
diese Weise wird ein endgültiger
Antennenwichtungsvektor WMuster = wstrahl(1), ..., wStrahl(N)]
erhalten und diese Antennengewichte werden an die entsprechenden
der Multiplikatoren 9.1 bis 9.N ausgegeben. Mit
anderen Worten werden die Strahlrichtung und die Nullrichtungen
durch ein einzelnes komplexes Gewicht bestimmt, und diese komplexen
Gewichte werden nur multipliziert und addiert, um ein endgültiges Antennenmuster
mit der gewünschten Strahlrichtung θstrahl und Nullrichtungen θstrahl, ..., θNull(M) zu
erzeugen, wodurch sich eine verringerte Rechenleistung ergibt.
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Beispiel
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Als
ein Beispiel wird der Fall für
N = 6 und M = 3 nachfolgend beschrieben. Für dieses Beispiel werden eine
einzelne Strahlrichtung θstrahl und drei Nullrichtungen θstrahl, θNull(2) und θNull(3) in
einem 6-Element-Antennenanordnungssystem bestimmt.
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Da
N – M
= 3 gilt, wird, wie in 4(a) gezeigt,
ein Antennenwichtungsvektor Wstrahl0 einer 3-Element-Antennenanordnung
mit der Strahlrichtung θStrahl zuerst durch die Ausdrücke (1) – (4) berechnet.
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Nachfolgend
werden die Ausdrücke
(6) – (9) zuerst
benutzt, um einen Antennenwichtungsvektor WNull(1) einer
2-Element-Antennenanordnung zu berechnen, die eine Null in der Richtung θNull(1) bildet. Nach den Ausdrücken (10)
und (11) werden die zwei Antennenwichtungsvektoren Wstrahl1(1) und
Wstrahl2(1) für die 3-Element-Antennenanordnung
mit diesem WNull(1) und diesem Wstrahl0 berechnet. Indem Null an das Ende
von Wstrahl1(1) und an den Anfang von Wstrahl2(1) angefügt wird, werden die zwei Antennen wichtungsvektoren
für eine
4-Element-Antennenanordnung berechnet und addiert, um WMuster(1) mit
dem Ausdruck (12), wie in 4(b) gezeigt,
zu erzeugen.
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Ähnlich werden
die Ausdrücke
(6) – (9)
benutzt, um einen Antennenwichtungsvektor WNull(2) einer
2-Element-Antennenanordnung zu berechnen, die eine Null in der Richtung θNull(2) bildet. Nach den Ausdrücken (10) – (11) werden
die zwei Antennenwichtungsvektoren WStrahl1(2) und
WStrahl2(2) für die 4-Element-Antennenanordnung
mit diesem WNull(2) und diesem WMuster(1) berechnet. Indem Null an das Ende
von WStrahl1(2) und an den Anfang von WStrahl2(2) angehängt wird, werden die zwei Antennenwichtungsvektoren
für eine
5-Element-Antennenanordnung berechnet und addiert, um WMuster(2) mit
dem Ausdruck (12), wie in 4(c) gezeigt,
zu erzeugen.
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Da
m nicht M = 3 erreicht, werden die Ausdrücke (6) – (9) ähnlich benutzt, um einen Antennenwichtungsvektor
WNull(3) einer 2-Element-Antennenanordnung
zu berechnen, die eine Null in der Richtung θNull(3) bildet.
Die zwei Antennenwichtungsvektoren WStrahl1(3) und
WStrahl2(3) für die 5-Element-Antennenanordnung
werden nach den Ausdrücken
(10) und (11) mit diesem WNull(3) und diesem
WMuster(2) berechnet. Indem Null an das
Ende von WStrahl1(3) und an den Anfang von
WStrahl2(3) angefügt wird, werden die zwei Antennenwichtungsvektoren
für eine
6-Element-Antennenanordnung berechnet und addiert, um WMuster(3) mit
dem Ausdruck (12), wie in 4(d) gezeigt,
zu erzeugen.
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Auf
diese Weise wird der endgültige
Antennenwichtungsvektor WMuster(3) = wStrahl(1), ..., wStral(6)]
erhalten, und diese Antennengewichte wStrahl(3),
..., wStrahl(6) werden an die entsprechenden
der Multiplikatoren 9.1 bis 9.6 ausgegeben, und
dadurch werden die Amplituden und die Phasen der Übertragungsdaten
gesteuert. Dementsprechend kann ein einzelner Strahl mit der gewünschten
Strahlrichtung θStrahl und drei Nullen mit den Richtungen θNull(1), θNull(2) und θNull(3) ohne
Berechnung der inversen Matrix erhalten werden. In diesem Beispiel
werden drei komplexe Gewichte WNull(1),
WNull(2) und WNull(3) benutzt,
um die entsprechenden Nullrichtungen zu bestimmen.
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Die 5A – 5D zeigen
Antennenmuster, die den entsprechenden Stufen einer 3-Element-Antennenanordnung,
einer 4-Element-Antennenanordnung, einer 5-Element-Antennenanordnung
und einer 6-Element-Antennenanordnung entsprechen, wie in den 4(a), 4(b), 4(c) und 4(d) gezeigt
ist. In den 5A – 5D bezeichnen
die Strichlinien ein Antennenmuster, das dem Ausdruck (6) entspricht,
und bezeichnen die durchgezogenen Linien ein Antennenmuster, das
den Ausdrücken
(5) und (12) entspricht.
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Auf
diese Weise wird ein endgültiges
komplexes Antennengewicht WMuster = wStrahl(1), ..., wStrahl(6)] erhalten und diese Antennengewichte
werden an einen entsprechenden der Multiplikatoren 9.1 bis 9.6 ausgegeben.
Mit anderen Worten werden jeweils die Strahlrichtung und die Nullrichtungen
durch ein einzelnes komplexes Gewicht bestimmt, und diese komplexen
Gewichte werden nur multipliziert und addiert, um ein endgültiges Antennenmuster
zu erzeugen, das die gewünschte
Strahlrichtung θStrahl und die Nullrichtungen θNull(1), θNull(2) und θNull(3) aufweist.
Dementsprechend braucht keine Berechnung der inversen Matrix durchgeführt zu werden,
wodurch sich ein verringerter Rechenaufwand ergibt.
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Berechnung des Antennengewichtes
(2)
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 6 beschrieben.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel werden
nur die Nullrichtungen θNull(1)), ..., θNull(M) bestimmt,
um Antennengewichte zu erzeugen, die eine gewünschte Nullrichtung bilden.
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Unter
Bezug auf 6 werden die Nullbildungsrichtungen θNull(1), ..., θNull(M) dem
Antennenwichtungsberechner 5 eingegeben (Schritt S201).
Hier ist M die Anzahl der Nullen, deren Richtungen bestimmt sind,
und M ist auf N – 1
oder weniger beschränkt.
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Daraufhin
wird ein beliebiger Antennenwichtungsvektor WStrahl,
der einer (N-M)-Element-Antennenanordnung zuzuordnen ist, durch
den folgenden Ausdruck (13) dargestellt: WStral = [wStral(1),
..., wStral(N-M)] (13)(Schritt
S202). Daraufhin ist WMuster = WStral und m = 1 (Schritte S203, S204) und
die folgenden Schritte S205 – S209
werden wiederholt, bis m = M gilt, wobei m = 1, 2, ..., M ist.
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Schritt S205:
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Ein
Antennengewicht WNull(m) eine 2-Element-Antennenanordnung,
die eine Null in der Richtung θNull(m) bildet, wird durch die folgenden
Ausdrücke
(14) – (17)
berechnet: WNull(m) = [WNull_1(m),
WNull_2(m)] (14) δwNull(m) = –exp{j·k·d·cos(θNull(m))} (15) wNull_1(m) =
1 (16), und wNull_2(m) =
wNull_1(m)·δwNull(m)
=
exp{–j·k·d·cos(θNull(m))} (17).
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Schritt S206:
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Die
zwei Antennenwichtungsvektoren WStral1 und
WStral2 für eine (N-M)-Element-Antennenanordnung
werden mit WMuster und WNull(m) durch
die folgenden Ausdrücken
(18) und (19) berechnet: WStral1 = wNull_1(m)·WMuster = 1·WMuster (18), und WStral2 =
wNull_2(m)·WMuster
=
exp{–j·k·d·cos(θNull(m))}·WMuster (19)
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Schritt 207:
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Indem
0 an das Ende von WStral1, und an den Anfang
von WStral2 hinzugefügt wird, werden die Antennenwichtungsvektoren
für die
(N-M+1)-Element-Antennenanordnung berechnet und addiert, um WMuster mit dem folgenden Ausdruck zu erzeugen: WMuster =
[WStral(1), 0) + [0, WStral(2)] (20).
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Anschließend wird
m inkrementiert (Schritt S208) und es wird bestimmt, ob m = M gilt
(Schritt S209). Wenn m nicht M erreicht (NEIN im Schritt S209),
geht die Steuerung zurück
auf den Schritt S205 und die Schritte S205 – S208 werden wiederholt, bis
m = M gilt.
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Auf
diese Weise wird ein endgültiger
Antennenwichtungsvektor WMuster = [wStral(1), ..., wStral(N)]
erhalten, und diese Antennengewichte werden an die entsprechenden
der Multiplikatoren 9.1 bis 9.N ausgegeben. Mit
anderen Worten werden jeweils die Strahlrichtung und die Nullrichtungen
durch ein einzelnes komplexes Gewicht bestimmt, und diese komplexen
Gewichte werden nur multipliziert und addiert, um ein endgültiges Antennenmuster
zu erzeugen, das die gewünschten
Nullrichtungen θNull(1), ..., θNull(M) aufweist,
wodurch sich ein verringerter Rechenaufwand ergibt.
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Unter
Bezug auf 7 weist eine Antennenanordnung
N Antennenelemente 1.1 – 1.N auf, die gleichförmig beabstandet
und in einer Linie ausgerichtet sind. Die entsprechenden Antennenelemente 1.1 – 1.N sind
mit N Empfängern 6.1 – 6.N verbunden,
die ihrerseits über
N Analog-zu-Digital-(A/D)-Wandlern 7.1 – 7.N mit einem Signalprozessor 8 verbunden
sind.
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Der
Signalprozessor 8 enthält
N Multiplikatoren 9.1 – 9.N,
einen Antennenwichtungsberechner 5 und eine Antennenweiche 10.
Die Multiplikatoren 9.1 – 9.N verbinden die
A/D-Wandler 7.1 – 7.N und
die Antennenweiche 10 und ordnen jeweils die Antennengewichte
wStral(1) – wStral(N) den
entsprechenden der empfangenen Datenströme zu.
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Durch
den Antennenwichtungsberechner 5 werden die Antennengewichte
wStral(1) bis wStral(N) aus der
gewünschten
Strahlrichtung θStrahl und den Nullrichtungen θNull(1), ..., θNull(M) berechnet.
Das Berechnungsverfahren der Antennengewichte ist gleich dem des
ersten Ausführungsbeispiels,
und demzufolge sind die Details ausgelassen.
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Der
Signalprozessor 8, der die Multiplikatoren 9.1 – 9.N und
den Antennenwichtungsberechner 5 aufweist, wird durch einen
digitalen Signalprozessor ausgeführt,
auf dem das Berechnungsprogramm der Antennengewichte läuft.
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Bei
dieser Schaltung werden die N Signale, die von den N Empfängern 6.1 – 6.N über die
N Antennenelemente 1.1 – 1.N empfangen wurden,
jeweils von analog zu digital durch die N A/D-Wandler 7.1 – 7.N gewandelt.
Die entsprechenden empfangenen Datenströme werden durch die Multiplikatoren 9.1 – 9.N nach
den Antennengewichten wStral(1) bis wStral(N) gewichtet. Die gewichteten Datenströme werden durch
die Antennenweiche 10 kombiniert, um die empfangenen Daten
zu erzeugen.
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Wie
oben beschrieben, können
nach der vorliegenden Erfindung Antennengewichte, die ein gewünschtes
Strahlnullrichtungsmuster bilden, erhalten werden, ohne dass eine
inverse Matrix berechnet werden muss, was einen wesentlich verringerten
Bedarf an Rechenleistung ergibt.