DE60309942T2

DE60309942T2 - Musterherstellungsverfahren und Vorrichtung für eine adaptive Antennenanordnung einer Basisstation

Info

Publication number: DE60309942T2
Application number: DE60309942T
Authority: DE
Inventors: Byung-Jin. c/o Samsung Electronics C Suwon-city Chun; Alexandr. V. c/o Samsung El Suwon-city Garmonov; Vladimir B.c/o Samsung Elect Suwon-city Manelis; Andrew Yu c/o Samsung Elect Suwon-city Savinkov; Alexandr I. c/o Samsung Electr. Co L Suwon-city Sergienko; Vitaly D. c/o Samsung Elect Suwon-city Tabatsky; Soon-Young.c/o Samsung Electron Suwon-city Yoon
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2023-02-11
Also published as: EP1335504B1; RU2237379C2; US7376094B2; KR20030067598A; US20030152099A1; CN1445885A; EP1335504A2; EP1335504A3; CN100423363C; DE60309942D1; KR100575923B1

Description

Priorität
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität einer Anmeldung mit dem Titel „Pattern forming method and device for an adaptive antennae array of a base station", angemeldet beim Russischen Bundesinstitut für gewerblichen Rechtsschutz und die mit der Nummer 2002103215 versehen ist.
Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein die Funktechnik und insbesondere Verfahren des Funksignalempfangs und der Übertragung unter Verwendung von adaptiven Antennengruppen (adaptive antenna arrays) in zellularen CDMA (Code Division Multiple Access) Kommunikationssystemen. Außerdem kann die vorliegende Erfindung auf BTS (Base Transceiver Station) Empfangsgeräte angewandt werden, die ein Antennenmuster für jeden mobilen Anwender in sowohl den Rückwärts- als auch den Vorwärtskanälen bilden.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Die Verwendung von adaptiven Antennengruppen in CDMA BTS verbessert erheblich die Kommunikationsqualität und Systemkapazität und weitet einen BTS-Abdeckungsbereich aus. In Folge dessen verlangen alle Standards der dritten Generation (3G) die Verwendung der adaptiven Antennengruppen in einem BTS.
Die folgende konventionelle Vorgehensweise, um ein Antennenmuster einer Smart-Antenne in dem Vorwärtskanal zu bilden, sind im Stand der Technik bekannt.
Gemäß einer ersten Vorgehensweise wird ein Gewichtungsvektor von Elementen einer Antennengruppe, der während des Empfangs eines Signal in einem Rückwärtskanal erhalten wird, für eine Signalübertragung in einem Vorwärtskanal verwendet. Diese Vorgehensweise ist in den folgenden Dokumenten beschrieben: Joseph C. Liberti, Theodore S. Rappaport, "Smart Antennas for Wireless Communication", Prentice Hall PTR, 1999, und in den US-Patenten 6,031,877 von Simon Saunders, mit dem Titel "Apparatus and Method for Adaptive Beam forming in an Antenna Array" erteilt am 29. Februar 2000; und 6,122,260 von Hui Liu, Guanghan Xu mit dem Titel "Smart Antenna CDMA Wireless Communication System" erteilt am 19. September 2000. Diese Vorgehensweise ist in TDD (Time Division Duplexing) Kommunikationssystemen am effizientesten.
In TDD-Systemen sind die Vorwärts- und Rückwärtskanäle zeitlich geteilt und in der Trägerfrequenz angepasst. Daher stimmt die Richtung des Signals, das von der mobilen Station (MS) zur Basisstation (BS) übertragen wird, und welche durch ein MS-Signal bestimmt wird, mit einer Richtung des Signals überein, das von der BS zu der MS übertragen wird. Darüber hinaus ist die Anwendbarkeit dieses Verfahrens für FDD (Frequency Division Duplexing) CDMA-Systeme kaum möglich, da Änderungen in der Trägerfrequenz in erheblich unterschiedlichen Multipath-Charakteristiken in den Vorwärts- und Rückwärtskanälen resultieren können.
Gemäß einer zweiten Vorgehensweise, die auf einem Trainingssignal basiert, schätzt eine MS Vorwärtskanalparameter und die Schätzung wird einer BTS über einen Rückwärtskanal zugeführt. Basierend auf dieser Schätzung korrigiert die BTS SA (Smart Antenna) Gewichtungsfaktoren in dem Vorwärtskanal. Diese Vorgehensweise ist in dem Artikel von Ayman F. Naguib, Arogyaswami Paulrai, Thomas Kalath. "Capacity Improvement with Base-Station Antenna Arrays in Cellular CDMA", IEEE Trans. Veh. Technol, Vol. 43, Nr. 3, S. 691–698, August 1994, und im US-Patent 5,828,658 von Bjorn E. Ottersten, Craig H. Barratt, Da vid M. Parish, Richard H. Roy mit dem Titel "Spectrally Efficient High Capacity Wireless Communication Systems with Spatio-Temporal Processing", erteilt am 27. Oktober 1998 offenbart.
Die Nachteile dieser Vorgehensweise sind, dass eine erhebliche Datenmenge über den Rückwärtskanal übertragen werden muss, um ein Feedback bereitzustellen und dass eine lange Antwortzeit für das Feedback benötigt wird. Zusätzlich ist die Verwendung von Feedback in einigen zellularen Kommunikationssystemen, insbesondere dem 3GPP2 System nicht möglich.
Gemäß einer dritten Vorgehensweise wird eine Ankunftsrichtung einer stärksten Komponente eines mobilen Anwender-Multipath-Signals bestimmt (siehe Joseph C. Liberti, Theodore S. Rappaport, "Smart Antennas for Wireless Communication, Prentice Hall PTR", 1999, und das US-Patent 6,108,565 von Shimon B. Scherzer mit dem Titel "Practical Space-Time Radio Method for CDMA Communication Capacity Enhancement", erteilt am 22. August 2000). Diese Richtung wird als die Hauptrichtung eines Signals angesehen, das von einer BTS zu einer MS übertragen wird. Komplexe Koeffizienten der Elemente einer Antennengruppe in dem Vorwärtssignal werden so gewählt, dass die Hauptstrahlungskeule (main lobe) des Vorwärtskanalantennenmusters in dieser Richtung orientiert ist. Die Breite der Hauptstrahlungskeule kann durch einen Winkelbereich des Signals bestimmt werden.
Ein möglicher Betrieb dieser dritten Vorgehensweise ist ein Folgeverfahren, das im US-Patent Nr. 6,108,565 offenbart ist. Bei diesem Verfahren einer Raumzeitsignalverarbeitung wird ein Verfahren der Strahlschaltungsbildung (switch beam forming) verwendet. Die Breite einer Strahlungskeule einer Antenne hängt von der Distanz des mobilen Anwenders zur BTS ab. Wenn mobile Anwender in einer sehr nahen Umgebung der BTS sind, wird die ihnen entsprechende Strahlungs keule breiter. Wenn mobile Anwender von der BTS weiter weg sind, wird die zu ihnen gehörende Strahlungsbreite enger. Aufgrund der Tatsache, dass diese Vorgehensweise Informationen über eine Distanz zu dem mobilen Anwender benötigt, kann es aufgrund des daraus folgenden Charakters der Winkelspreizungsschätzung keine ausreichende Genauigkeit haben.
Ein Muster bildendes Verfahren für eine adaptive Antennengruppe ist in dem US-Patent Nr. 6,108,565 beschrieben und ist der nächstkommende Stand der Technik zur vorgeschlagenen Lösung (hier im folgenden als der „Prototyp" bezeichnet).
Das Verfahren zur Verwendung des Prototyps wird wie folgt beschrieben. Für jeden Pfad werden Gewichtungskoeffizienten von Elementen der Antennengruppe erzeugt, um periodisch die folgenden Operationen durchzuführen: Erstens, das Eingangssignal wird bei Elementen der Antennengruppe demoduliert, dann wird eine schnelle Hadamard-Transformation (fast Hadamard transformation) des demodulierten Eingangssignals an den Elementen der Antennengruppe durchgeführt, wodurch die Eingangssignalmatrix erzeugt wird, die Eingangssignalmatrix wird mit der Matrix von Referenzsignalen multipliziert, die Schätzung des Ankunftswinkels des Eingangspfadsignals wird durch Analysieren des Multiplikationsergebnisses der Eingangssignalmatrix und der Matrix von Referenzsignalen bestimmt, der aktuelle Wert des Gewichtungsvektors wird als der Vektor bestimmt, der der Schätzung des Ankunftswinkels des Eingangspfadsignals entspricht, aktuelle Werte von Gewichtungsvektoren von Pfaden werden ausgegeben und verwendet, um ein Muster der adaptiven Antennengruppe zu bestimmen, und die Matrix von Referenzsignalen wird durch die Signale bestimmt, die vorbestimmten diskreten Hypothesen von Ankunftswinkeln der Eingangssignale entsprechen.
Die Schätzung eines Ankunftswinkels eines Eingangssignals θ bestimmt einen Gewichtungsvektor gemäß der unten stehenden Gleichung 1:
wobei ϕ = 2πλ d sin θ ist, λ eine Wellenlänge ist, d eine Distanz zwischen Elementen der Antennegruppe ist und N eine Anzahl der Antennengruppenelemente ist.
Um dieses Verfahren zu realisieren, wird das Prototyp-(konventionelles) Gerät verwendet, welches L Pfadsignalverarbeitungsblöcke verwendet und in 1 dargestellt ist. Wie in 1 dargestellt, umfasst das Gerät L Pfadsignalverarbeitungsblöcke. Jeder der L Pfadverarbeitungsblöcke enthält N parallele Kanäle, die aus nacheinander verbundenen Korrelatoren 2 und schnellen Hadamard-Transformern 3 bestehen. Das Gerät besteht auch aus einem Referenzsignalgenerator 1, Matrixmultiplizierer und Analysator 4, einem Generator 5 für Gewichtungsvektoren der Rückwärtskanalantennengruppen und einem Gewichtungsvektorgenerator 6 von Vorwärtskanalantennengruppen.
Die ersten Eingänge der Korrelatoren 2.1–2.N sind Signaleingänge und auch Eingänge des Geräts. Die zweiten Eingaben sind Referenzeingaben und werden mit den Ausgaben des Referenzsignalgenerators 1 kombiniert. Die Ausgabe von jedem schnellen Hadamar-Transformer 3.1–3.N ist mit den korrespondierenden Eingängen des Matrixmultiplizierers und Analysators 4 verbunden, wobei die Ausgabe desselben als die Eingabe für den Gewichtungsvektorgenerator 5 der Rückwärtskanalantennengruppen bereitgestellt wird. Eine erste Ausgabe des Gewichtungsvektorgenerators 5 von Rückwärtskanalantennengruppen ist die Ausga be zu dem aktuellen Gewichtungsvektor des Rückwärtskanals und die erste Ausgabe des Pfadsignalverarbeitungsblocks des Geräts. Eine zweite Ausgabe des Gewichtungsvektorgenerators 5 von Rückwärtskanalantennengruppen wird als die Eingabe zu dem Gewichtungsvektorgenerator 6 von Vorwärtskanalantennengruppen bereitgestellt. Die Ausgabe des Gewichtungsvektorgenerators 6 von Vorwärtskanalantennengruppen ist die Ausgabe des aktuellen Gewichtungsvektors in den Vorwärtskanal und die zweite Ausgabe von dem Signalverarbeitungsblock des Geräts.
Das Prototyp (konventionelle) Gerät, welches in 1 dargestellt ist, wird in der folgenden Weise betrieben.
Gemäß der obigen Beschreibung des Prototyps wird in jedem von L Pfadsignalverarbeitungsblöcken ein komplexes Eingangssignal zu ersten (Signal) Eingängen von Korrelatoren 2.1–2.N geleitet. Eine Referenz PN Sequenz wird von dem Referenzsignalgenerator 1 zu zweiten (Referenz)-Eingängen der Korrelatoren 2.1–2.N zugeführt. Der Status des Referenzsignalgenerators 1 entspricht dem Wert der Zeitposition des Pfadsignals in dem zu empfangenden Multipfadsignal. Komplexe demodulierte Signale, die von Ausgaben der Korrelatoren 2.1–2.N bereitgestellt werden, werden Eingängen der korrespondierenden schnellen Hadamard-Transformern 3.1–3.N zugeführt, wo eine Hadamard'sche Basiszerlegung des Eingangssignals durchgeführt wird. Spektren von Eingangssignalen, die von Ausgaben der schnellen Hadamard-Transformern 3.1–3.N zugeführt werden, werden den N Eingängen des Matrixmultiplizierers und Analysierers 4 zugeführt. In Block 4 multipliziert die Matrix von Referenzsignalen die Eingangssignalmatrix. Die Eingangssignalmatrix wird durch die Spektren von Eingangssignalen erzeugt. Die Matrix von Referenzsignalen wird durch Signale bestimmt, die vorherbestimmten diskreten Hypothesen des Ankunftswinkels des Eingangspfadsignals entsprechen.
Zusätzlich wird in dem Matrixmultiplizierer und Analysator 4 das Multiplikationsergebnis aus Eingangssignalmatrix und der Matrix von Referenzsignalen analysiert und die Schätzung des Ankunftswinkels des Eingangspfadsignals wird bestimmt. Die Schätzung des Ankunftswinkels des Eingangspfadsignals, welche von der Ausgabe des Matrixmultiplizierers und Analysierers 4 bereitgestellt wird, wird dem Eingang des Gewichtungsvektorgenerators 5 von Rückwärtskanalantennengruppen zugeführt. Der Gewichtungsvektorgenerator 5 für Rückwärtskanalantennengruppen erzeugt den aktuellen Gewichtungsvektor des Rückwärtskanalpfads an seinem ersten Ausgang, basierend auf der Schätzung des Ankunftswinkels des Eingangspfadsignals. Dieser Gewichtungsvektor ist das erste Ausgabesignal des Geräts.
Die Schätzung des Ankunftswinkels des Eingangspfadsignals, welche von der Ausgabe des Gewichtungsvektorgenerators 5 für Rückwärtskanalantennengruppen bereitgestellt wird, wird dem Eingang des Gewichtungsvektorgenerators 6 für Vorwärtskanalantennengruppen zugeführt. Der Gewichtungsvektorgenerator 6 für Vorwärtskanalantennengruppen erzeugt den aktuellen Gewichtungsvektor des Vorwärtskanalpfades an seinem Ausgang, basierend auf der Schätzung des Ankunftswinkels des Eingangspfadsignals. Dieser Gewichtungsvektor ist das zweite Ausgangssignal des Geräts.
Die Breite der Antennenstrahlungskeule in dem Vorwärtskanal hängt von der Distanz des mobilen Anwenders zu der BTS ab. Wenn mobile Anwender in naher Umgebung der BTS sind, wird die ihnen entsprechende Keule breiter. Wenn mobile Anwender weiter weg von der BTS sind, wird die ihnen entsprechende Strahlungskeule enger.
Diese Vorgehensweise benötigt die Bestimmung der Distanz des mobilen Anwenders aufgrund des daraus folgenden Charakters der Winkelausbreitungsschätzung und hat daher nicht die notwendige Genauigkeit.
Weitere Nachteile dieses Verfahrens sind, dass unter Anwesenheit von starken Interferenzen durch andere Anwender (High-Rate-Anwender, d.h. Anwender mit einer hohen Datenübertragungsrate) das gewünschte Signal durch die Interferenz gelöscht werden kann und die korrekte Lösung über die Richtung des Ankunfts- und Winkelbereichs des gewünschten Signals nicht bestimmt werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher wurde die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme entwickelt und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Interferenzauslöschungseffizienz in einer komplexen Interferenzsignalumgebung bei der Anwesenheit von starken Interferenzen mit arbiträren (zufälligen) Werten des gewünschten Signals und Interferenzwinkelsektoren einschließlich großer Sektoren zu verbessern.
Zwei Ausführungsformen des Verfahrens und Geräts zum Bilden eines Musters für eine adaptive Antennengruppe einer BTS sind hier unten beschrieben. Die erste Ausführungsform des Verfahrens zum Bilden eines Antennenmusters wird an zufälligen Werten der Winkelausbreitung (angle spread) von Anwendersignalen angewandt und in der zweiten Ausführungsform wird ein Verfahren für einen relativ kleinen (d.h. z.B. weniger als 30°) Wert der Winkelausbreitung von Anwendersignalen angewandt.
Die erste Ausführungsform des Verfahrens zum Bilden eines Musters für eine adaptive Antennengruppe einer BTS betrifft ein Verfahren, in dem das gemeinsame Pilotsignal von einem der Elemente der Antennengruppe übertragen wird und ein Informationssignal zu jedem Teilnehmer von allen Elementen einer Antennengruppe übertragen wird und wobei während des Empfangs des Teilnehmersignals die Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals der Elemente einer Antennengruppe erzeugt werden, die komplexen Gewichtungskoeffizienten der Elemente einer Antennengruppe in dem Rückwärtskanal erzeugt werden, für jede von L unterschiedlichen Richtungen des untersuchten Winkelbereichs die Unterscheidungsfunktion erzeugt wird, die Richtung des Maximums der Entscheidungsfunktion bestimmt wird, die Schätzung des durchschnittlichen Ankunftswinkels des Signals erzeugt wird, und unter Berücksichtigung der Geometrie der Antennengruppe die Phasenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe unter Verwendung der erzeugten Schätzung des durchschnittlichen Ankunftswinkels des Signals bestimmt werden. Vor der Erzeugung von Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals der Elemente der Antennengruppe für jeden Teilnehmer wird die Suche des Teilnehmersignals durchgeführt, um Zeitpositionen von Pfadsignalen zu bestimmen, ein Pfad des Signals wird ausgewählt, welcher die maximale Leistung hat, die Folge von Schätzungen von Signalankunftswinkeln wird erzeugt, die Schätzung des Ankunftswinkels des Signals nach der Erzeugung von Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals der Elemente einer Antennengruppe wird erzeugt, für jede von L unterschiedlichen Richtungen des untersuchten Winkelbereichs werden die Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals erzeugt an der Ausgabe der kombinierten Produkte der Antennengruppe von Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals der Elemente der Antennengruppe und entsprechenden komplexen Koeffizienten einer jeden Richtung, Module von Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals werden an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungen erzeugt und das Maximummodul wird bestimmt und normalisierte Module von komplexen Korrelationsantworten des Pilotsignals werden an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungen erzeugt, welche die Verhältnisse der Module von Komplexkorre lationsantworten des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungen und das maximale Modul bestimmt.
Nach der Erzeugung von komplexen Gewichtungskoeffizienten der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal für jede von L unterschiedlichen Richtungen des betrachteten Winkelbereichs werden die Werte des Antennenmusters in dem Rückwärtskanal erzeugt, der maximale erzeugte Wert des Antennenmusters in dem Rückwärtskanal wird bestimmt, normalisierte Werte des Antennenmusters in dem Rückwärtskanal werden für L unterschiedliche Richtungen erzeugt, wobei Verhältnisse von Werten des Antennenmusters und des Maximalwerts bestimmt werden und die Entscheidungsfunktion für jede der L unterschiedlichen Richtungen des untersuchten Winkelbereichs wird erzeugt, in dem das gewichtete Kombinieren des normalisierten Moduls der Komplexkorrelationsantwort des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe und dem normalisierten Wert des Antennenmusters in dem Rückwärtskanal durchgeführt wird.
Während die Richtung des Entscheidungsfunktionsmaximums bestimmt wird, wird die Schätzung des Signalankunftswinkels als eine Richtung des Maximums der Entscheidungsfunktion erhalten, die Folge von erzeugten Schätzungen des Signalankunftswinkels wird in Blöcke gruppiert, von denen jeder M Schätzungen des Signalankunftswinkels umfasst, und die Folge von geschätzten Verteilungsvektoren von Signalankunftswinkeln von Blöcken wird erzeugt. In diesem Fall wird für jeden Block der geschätzte Verteilungsvektor für Signalankunftswinkel von Blöcken von einer Länge von L durch M erzeugte Schätzungen des Signalankunftswinkels des Blocks erzeugt; Jedes Element dieses Vektors entspricht einer von L Richtungen des untersuchten Winkelbereichs und ist gleich der Anzahl von Schätzungen von Ankunftswinkeln der gegebenen Richtung und die Folge von gemittelten geschätzten Verteilungsvektoren von Signalankunftswinkeln wird basierend auf der Folge von geschätzten Verteilungsvektoren von Signalan kunftswinkeln von Blöcken unter Verwendung des Gleitfensters (sliding window) erzeugt.
Für jeden gemittelten geschätzten Verteilungsvektor des Signalankunftswinkels werden Schätzungen der oberen und unteren Grenzen des Winkelsignalbereichs bestimmt, und eine Schätzung des Durchschnittssignalankunftswinkels wird erzeugt durch Erfassen der Schätzungen der oberen und unteren Grenzen des Winkelsignalbereichs.
Nach Bestimmung von Phasenkoeffizienten von Elementen der Antennengruppe wird die Korrelationsmatrix von Signalen der Elemente der Antennengruppe basierend auf den erfassten Schätzungen der oberen und unteren Grenzen des Winkelsignalbereichs erzeugt, eine Cholesky-Transformation der erzeugten Korrelationsmatrix wird durchgeführt, wodurch die untere Dreiecksmatrix erhalten wird, das Verhältnis von Amplitudenkoeffizienten von Elementen der Antennengruppe und dem Amplitudenkoeffizient der Antennengruppe von dem das Pilotsignal übertragen wird, wird bestimmt, wobei das Pilotsignal von diesem Element der Antennengruppe übertragen wird unter Verwendung der erhaltenen unteren Dreiecksmatrix und der Phasenkoeffizienten von Elementen der Antennengruppe, die normalisierten Koeffizienten werden durch das erhaltene Verhältnis bestimmt, unter Berücksichtigung der Anzahl von Elementen der Antennengruppe, Amplitudenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe werden durch Multiplizieren der normalisierten Koeffizienten mit dem Verhältnis von Amplitudenkoeffizienten von Elementen der Antennengruppe und des Amplitudenkoeffizienten der Antennengruppe, von dem das Pilotsignal übertragen wird, bestimmt und erzeugte Amplituden und Phasenkoeffizienten von Elementen der Antennengruppe werden verwendet, um das Informationssignal zu dem Teilnehmer zu übertragen.
Die Schätzung der unteren und oberen Grenzen des Winkelsignalbereichs wird durchgeführt, zum Beispiel in der folgenden Weise: Das maximale Element des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels wird bestimmt, die unteren und oberen Elemente werden als Grenzen der Gruppe von Elementen des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels bestimmt; wobei in diesem Fall diese Elementengruppe das maximale Element des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels und Elemente der Gruppe, welche den Grenzwert überschreiten, umfasst, wobei allerdings in jeder der Richtungen des maximalen Elements ein einzelnes Nichtüberschreiten des Grenzwerts sowie auch eine Gruppe von einem, zwei oder drei Elementen, die nahe aneinanderplatziert sind, erlaubt sind, und wobei die Summe von Elementen des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels, die unter dem unteren Element angeordnet sind, bestimmt wird und die Summe von Elementen des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels, die oberhalb des oberen Elements angeordnet sind, werden ebenfalls bestimmt, die korrigierende Verbesserung für das untere Element wird erzeugt, wobei diese Verbesserung von der Summe von Elementen des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels abhängt, die unterhalb des unteren Elements angeordnet sind und die korrigierende Verbesserung wird für das obere Element erzeugt, wobei diese Verbesserung von der Summe von Elementen des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels abhängt, die oberhalb des oberen Elements angeordnet sind, der Korrekturwert wird für sowohl die unteren als auch die oberen Elemente bestimmt, wobei der Wert abhängig von der Position des maximalen Elements des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels abhängt, die Schätzung der unteren Grenze des Winkelsignalbereichs wird als die Differenz der Winkelkoordinate bestimmt, die dem unteren Element entspricht und die Summe der korrigierenden Verbesserung wird für das untere Element und den korrigierten Wert bestimmt und die Schätzung der oberen Grenze des Winkelsignalbereichs wird als eine Summe der Winkelkoordinate bestimmt, die dem oberen Element, der korrigierenden Verbesserung für das obere Element und dem Korrekturwert entspricht.
Die Schätzung des durchschnittlichen Signalankunftswinkels kann als eine Halbsumme von Schätzungen der unteren und oberen Grenzen des Winkelsignalbereichs erzeugt werden.
Die Verhältnisse von Amplitudenkoeffizienten von Elementen der Antennengruppe und der Amplitudenkoeffizienten des Elements der Antennengruppe, von dem das Pilotsignal übertragen wird, kann miteinander gleich sein. Dieses Verhältnis wird als der maximale Wert innerhalb von 0–1 bestimmt, für den das Verhältnis von durchschnittlichen Leistungen der statistisch kohärenten und statistisch nicht kohärenten Komponenten des Modells des Informationssignals, das von dem Teilnehmer empfangen wird, nicht den gegebenen Wert überschreitet.
Die zweite Ausführungsform des Verfahrenes zum Bilden eines Vorwärtskanalmusters für adaptive Antennengruppen einer BTS besteht im Empfangen des Teilnehmersignals, während die Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals von Elementen der Antennengruppe erzeugt werden, die komplexen Gewichtungskoeffizienten von adaptiven Elementen der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal werden erzeugt, für jede von L unterschiedlichen Richtungen des untersuchten Winkelbereichs wird die Entscheidungsfunktion erzeugt, die Richtung des Maximums der Entscheidungsfunktion wird bestimmt, indem die Schätzung des durchschnittlichen Signalankunftswinkels erzeugt wird und unter Berücksichtigung der Antennengruppe werden die Phasenkoeffizienten von Elementen der Antennengruppe bestimmt unter Verwendung der erzeugten Schätzung des durchschnittlichen Signalankunftswinkels.
Vor der Erzeugung von Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals von Elementen der Antennengruppe für jeden Teilnehmer wird die Suche nach dem Teilnehmersignal durchgeführt, wobei Zeitpositionen von Pfadsignalen bestimmt werden, ein Pfad des Signals, welches die maximale Leistung hat, ausgewählt wird und die Schätzung des Durchschnittsankunftswinkels des Teilnehmersignals periodisch erzeugt wird. Nach Erzeugung von Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals von Elementen der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal werden für jede von L unterschiedliche Richtungen des untersuchten Winkelbereichs die Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals erzeugt, an der Ausgabe der Antennengruppe, wobei Produkte von Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals von Elementen der Antennengruppe und entsprechende komplexe Koeffizienten einer jeden Richtung kombiniert werden, Module der Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals werden an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungen erzeugt, die summierte Korrelationsantwort des Pilotsignals wird von der Ausgabe der Antennengruppe erzeugt, wobei die Module von Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungen kombiniert werden, und das Maximum der Module wird bestimmt und die normalisierten summierten Korrelationsantworten des Pilotsignals werden an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungen erzeugt, wobei die Verhältnisse der summierten Korrelationsantworten des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungen der maximalen summierten Korrelationsantwort bestimmt werden.
Nach der Erzeugung von komplexen Gewichtungskoeffizienten von Elementen der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal werden für jede von L unterschiedlichen Richtungen des untersuchten Winkelbereichs die Werte des Antennemusters in dem Rückwärtskanal erzeugt, der erzeugte Maximalwert des Antennenmusters wird in dem Rückwärtskanal bestimmt, normalisierte Werte des Antennenmusters werden in dem Rückwärtskanal für L unterschiedliche Richtungen erzeugt, wobei das Verhältnis von Werten der Antennengruppe und des Maximalwerts bestimmt werden und die Entscheidungsfunktion für jede von L unterschiedlichen Richtungen des untersuchten Winkelbereichs wird erzeugt, indem die gewichtete Kombinierung der normalisierten summierten Korrelationsantwort des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe und des normalisierten Werts der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal durchgeführt wird. Nach der Erzeugung des Durchschnittssignalankunftswinkels und der Phasenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe werden die Amplitudenkoeffizienten von Elementen der Antennengruppe miteinander gleichgesetzt und Amplituden und Phasenkoeffizienten von Elementen der Antennengruppe werden verwendet, um ein Signal zu dem Teilnehmer zu übertragen.
Während die Module von Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungen kombiniert werden, wird die Anzahl von Komponenten entweder konstant gehalten oder adaptiv gewählt, abhängig von der Schätzung der Signalfailingfrequenz.
Um das Problem zu lösen, umfasst die erste Ausführungsform des Geräts zum Bilden eines Vorwärtskanalmusters für eine adaptive Antennengruppe einer BTS N Korrelatoren, den Referenzsignalgenerator, den Signalankunftswinkelschätzer, den Gewichtungsvektorgenerator der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal und den Gewichtungsvektorgenerator der Antennengruppe in dem Vorwärtskanal, wobei erste Eingaben von Korrelatoren Signaleingaben sind und mit den Eingängen des Geräts verbunden sind, zweite Eingaben der Korrelatoren Referenzeingaben sind und mit der Ausgabe des Referenzsignalgenerators verbunden sind.
Weiter liegen L Kalkulationsblöcke von Entscheidungsfunktionen für unterschiedliche Richtungen vor, von denen jeder N-1 Multiplizierer enthält, den ersten Kombinierer, den Modulkalkulator, den Block der komplexen Richtungskoeffi zienten und den Kalkulator für diskrete Werte von Antennenmustern in dem Rückwärtskanal. Die folgenden Blöcke werden ebenfalls hinzugefügt: Der Suchblock, die Steuerung, erste und zweite Normalisierungsblöcke, ein zweiter Kombinierer, ein Skalierblock, ein Generator für den geschätzten Verteilungsvektor des Signalankunftswinkels, einen Generator für den gemittelten geschätzten Verteilungsvektor des Signalankunftswinkels, einen Analysator für den gemittelten geschätzten Verteilungsvektor des Signalankunftswinkels, wobei die erste Eingabe des Suchblocks mit der ersten Eingabe des Geräts verbunden ist, die zweite Eingabe des Suchblocks die Steuerung ist und mit der Ausgabe des Geräts verbunden ist, wobei die Ausgabe von dem Suchblock die Ausgabe von der Suchentscheidungsfunktion ist und mit der Eingabe der Steuerung verbunden ist, die Eingabe des Referenzsignalgenerators die Steuerung ist und mit der Ausgabe der Steuerung verbunden ist, die den synchronen Betrieb von Blöcken des Geräts bereitstellt, erste Eingaben von N-1 Multiplizierern und die erste Eingabe des ersten Kombinierers die ersten Eingaben der Entscheidungsfunktion des Richtungskalkulators sind und mit den Ausgaben der korrespondierenden Korrelatoren verbunden sind.
Während die Korrelationsantworten des Pilotsignals von Elementen der Antennengruppe an diesen Ausgaben erzeugt werden, sind die Ausgaben der Multiplizierer mit den Eingängen des ersten Kombinierers verbunden, von dem zweiten bis zum N ten, wobei die Ausgabe des ersten Kombinierers die Ausgabe der Komplexkorrelationsantwort des Pilotsignals der gegebenen Richtung an der Ausgabe der Antennengruppe ist und mit dem Eingang des Modulkalkulationsblocks verbunden ist und die erste Ausgabe einer jeden Entscheidungsfunktion des Richtungskalkulators ist mit dem entsprechenden Eingang des ersten Normalisierungsblocks verbunden, der erste Eingang des Kalkulators der diskreten Werte der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal ist der zweite Eingang einer jeden Entscheidungsfunktion des Richtungskalkulators und ist mit der Ausgabe des Gewichtungsvektorgenerators der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal verbun den, welcher Gewichtungskoeffizienten von Elementen der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal erzeugt, Signaleingaben des Richtungsvektor der Antennengruppe in dem Rückwärtskanalgenerator werden mit den Eingängen des Geräts verbunden, die zweite Eingabe des Blocks der Kalkulation von diskreten Werten des Antennenmusters in dem Rückwärtskanal und die zweiten Eingaben von N-1 Multiplizierern werden multipliziert und mit den Ausgängen der komplexen Richtungskoeffizienten kombiniert und verbunden, welche komplexe Koeffizienten der gegebenen Richtung ausgeben, wobei die Ausgabe des Blocks der Kalkulation von diskreten Werten von Antennenmustern in dem Rückwärtskanal die zweite Ausgabe des Blocks der Kalkulation von der Entscheidungsfunktion der Richtung ist und die Ausgabe des Werts des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal der gegebenen Richtung ist mit dem korrespondierenden Eingang des zweiten Normalisierungsblocks verbunden.
Die Ausgabe des ersten Normalisierungsblocks, welcher die Ausgabe der normalisierten Module von Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe von allen L Richtungen ist, ist mit dem ersten Eingang des zweiten Kombinierers verbunden, die Ausgabe des zweiten Normalisierungsblocks ist die Ausgabe von normalisierten Werten des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal von allen L Richtungen und ist mit dem Eingang des Skalierungsblocks verbunden, die Ausgabe des Skalierungsblocks ist die Ausgabe von gewichteten normalisierten Werten von Antennengruppenmustern in dem Rückwärtskanal für L Richtungen und ist mit dem zweiten Eingang des zweiten Kombinierers verbunden, die Ausgabe des zweiten Kombinierers ist die Ausgabe von Werten der Entscheidungsfunktion von L Richtungen und ist mit dem Eingang des Signalankunftswinkelschätzers verbunden, die Ausgabe des Signalankunftswinkelschätzers ist die Ausgabe der Schätzung des Durchschnittssignalankunftswinkels und ist mit dem Eingang des Generators des geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels, an der Ausgabe, welche die Folge von geschätzten Verteilungsvektoren von Signalankunftswinkeln erzeugt verbunden, und der Ausgang des Generators des geschätzten Verteilungsvektors von Signalankunftswinkeln wird mit dem ersten Eingang des Generators des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels verbunden, der zweite Eingang des Generators ist die Steuerung und mit der Ausgabe der Steuerung verbunden, die Ausgabe des Generators des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels ist die Ausgabe der Folge von gemittelten geschätzten Verteilungsvektoren des Signalankunftswinkels und ist mit der Eingabe des Analysators des geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels verbunden, der die Schätzungen der oberen und unteren Grenzen des Winkelsignalbereichs erzeugt, die Ausgaben des Analysators des geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels sind mit den entsprechenden Eingängen des Gewichtungsvektorgenerators der Antennengruppenmuster in dem Vorwärtskanal verbunden, die Ausgaben des Gewichtungsvektorgenerators der Antennengruppenmuster in dem Vorwärtskanal sind die Ausgaben von Amplituden und Phasenkoeffizienten von Elementen der Antennengruppe.
Um die Probleme der zweiten Ausführungsform zu lösen, umfasst das Gerät zum Bilden eines Vorwärtskanalmusters für eine adaptive Antennengruppe einer BTS N Korrelatoren, den Referenzsignalgenerator, den Signalankunftswinkelschätzer, den Gewichtungsvektorgenerator der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal und den Gewichtungsvektorgenerator der Antennengruppe in dem Vorwärtskanal, wobei erste Eingänge von Korrelatoren Signaleingänge sind und mit den Eingängen des Geräts verbunden sind, zweite Eingänge der Korrelatoren Referenzeingänge sind und mit den Ausgängen des Referenzsignalgenerators verbunden sind.
Weiter sind vorgesehen L Blöcke zur Kalkulation von Entscheidungsfunktionen für unterschiedliche Richtung, von denen jeder N-1 Multiplizierer enthält, erste Kombinierer, einen Modulkalkulationsblock, Rücksetzkombinierer, Kalkulator für komplexe Richtungskoeffizienten und diskrete Werte von Antennengruppenmuster in dem Rückwärtskanal. Ebenfalls umfasst sind der Suchblock, die Steuerung, erste und zweite Normalisierungsblöcke, ein zweiter Kombinierer, ein Skalierblock, wo der erste Eingang des Suchblocks mit dem ersten Eingang des Geräts verbunden ist, der zweite Eingang des Suchblocks die Steuerung ist und mit der Ausgabe der Steuerung verbunden ist, die Ausgabe des Suchblocks die Ausgabe der Entscheidungsfunktion der Suche ist und mit dem Eingang der Steuerung verbunden ist, die Eingabe des Referenzsignalgenerators die Steuerung ist und mit der Ausgabe der Steuerung verbunden ist, der den synchronen Betrieb von Blöcken des Geräts bereitstellt.
Die ersten Eingänge der N-1 Multiplizierer und der erste Eingang des ersten Kombinierers sind erste Eingänge des Blocks der Kalkulationsentscheidungsfunktion der Richtung und sind mit den Ausgängen der entsprechenden Korrelatoren verbunden, welche die Korrelationsantworten des Pilotsignals von Elementen der Antennengruppe an ihren Ausgängen erzeugen, die Ausgänge der Multiplizierer sind mit den Eingängen des ersten Kombinierers verbunden, beginnend von dem zweiten zu dem N ten, die Ausgabe des ersten Kombinierers ist die Ausgabe der Komplexkorrelationsantwort des Pilotsignals der gegebenen Richtung an der Ausgabe der Antennengruppe und ist mit dem Eingang des Modulkalkulationsblocks verbunden, die Ausgabe des Modulkalkulationsblocks ist die Ausgabe des Moduls der Komplexkorrelationsantwort des Pilotsignals der gegebenen Richtung an der Ausgabe der Antennengruppe und ist mit dem ersten Eingang des Rücksetzkombinierers verbunden, wobei der zweite Eingang desselben der Eingang des Rücksetzsignals ist und mit der Ausgabe der Steuerung verbunden ist, die Ausgabe des Rücksetzkombinierers ist die Ausgabe der kombinierten Korrelationsantwort des Pilotsignals der gegebenen Richtung an der Ausgabe der Antennengruppe und die erste Ausgabe von jeder der Entscheidungsfunktionen oder Richtungskalkulatoren und ist mit dem entsprechenden Eingang des ersten Normalisierungsblocks verbunden, der erste Eingang des Kalkulators der diskreten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal ist der zweite Eingang einer jeden Entscheidungsfunktion des Richtungskalkulators und ist mit dem Ausgang des Ge wichtungsvektorgenerators der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal verbunden, der die Gewichtungskoeffizienten der Elemente der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal an der Ausgabe der Antennengruppe erzeugt, die Signaleingänge des Gewichtungsvektorgenerators der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal sind mit den Eingängen des Geräts verbunden, der zweite Eingang des Kalkulators der Diskretwerte der Antennengruppenmuster in dem Rückwärtskanal und die zweiten Eingänge der N-1 Multiplizierer werden kombiniert und mit der Ausgabe der komplexen Richtungskoeffizienten verbunden, welche die Ausgabe von komplexen Koeffizienten der gegebenen Richtung ist, die Ausgabe des Kalkulators der diskreten Werte des Antennenmusters in dem Rückwärtskanal, welche die zweite Ausgabe der Entscheidungsfunktion der Richtung ist, und die Ausgabe des Kalkulators des Werts des Antenenngruppenmusters in dem Rückwärtskanal der gegebenen Richtung wird mit dem entsprechenden Eingang des zweiten Normalisierungsblocks verbunden.
Die Ausgabe des ersten Normalisierungsblocks, welches die Ausgabe von normalisierten kombinierten Modulen von Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppen von allen L Richtungen ist, ist mit dem ersten Eingang des zweiten Kombinierers verbunden, die Ausgabe des zweiten Normalisierungsblocks ist die Ausgabe von normalisierten Werten des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für alle L Richtungen und ist mit dem Eingang des Skalierblocks verbunden, die Ausgabe des Skalierblocks ist die Ausgabe von gewichteten normalisierten Werten des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für L Richtungen und ist mit dem zweiten Eingang des zweiten Kombinierers verbunden, die Ausgabe des zweiten Kombinierers ist die Ausgabe von Werten der Entscheidungsfunktion für L Richtungen und ist mit dem Eingang des Signalankunftswinkelschätzers verbunden, die Ausgabe des Signalankunftswinkelschätzers ist die Ausgabe der Schätzung des gemittelten Signalankunftswinkels und ist mit dem Eingang des Gewichtungsvektorgenerators des Antennengruppenmusters in dem Vorwärtskanal verbunden, die Ausgaben des Gewich tungsvektorgenerators der Antennengruppenmuster in dem Vorwärtskanal sind die Ausgaben von Amplituden und Phasenkoeffizienten von Elementen der Antennengruppe.
Die vergleichende Analyse der ersten und zweiten Ausführungsformen des Verfahrens und des Geräts zur Erzeugung von adaptiven Antennengruppenmustern einer Basisstation mit dem Prototypen zeigen, dass die vorgeschlagenen Erfindungen erheblich von dem Prototyp abweichen, da sie die Interferenzauslöschung in komplexen Interferenzsignalumgebungen verbessern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben genannten und andere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung klarer hervorgehen, die unten in Verbindung mit den Zeichnungen gegeben wird, wobei gleiche Bezugszeichen durch die Figuren gleiche Elemente bezeichnen, und in denen:
1 ein Blockdiagramm eines konventionellen Geräts ist;
2 ein Bilden eines Antennengruppenmusters in einem Vorwärtskanal zeigt;
3 ein Beispiel einer Gleitfensteranwendung (sliding window usage) zeigt, zum Erhalten eines gemittelten Vektors einer geschätzten Verteilung eines Signalankunftswinkels;
4 ein Beispiel der Bestimmung von oberen und unteren Elementen zeigt;
5 ein Beispiel eines hoch angehobenen unteren Elements unter dem Einfluss einer starken Interferenz zeigt;
6 ein Beispiel von einer Nummerierungsreihenfolge von Elementen der Antennengruppe zeigt;
7 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
8 eine Ausführungsform des Generators des Vektors der geschätzten Verteilung von Signalankunftswinkeln zeigt;
9 eine Ausführungsform des Generators des gemittelten Vektors von geschätzten Verteilungen von Signalankunftswinkeln zeigt;
10 eine Ausführungsform des Analysators des Vektors in geschätzten Verteilungen von Signalankunftswinkeln zeigt;
11 eine Ausführungsform des Generators der Gewichtungskoeffizientenvektoren des Vorwärtskanals zeigt;
12 einen Betriebsalgorithmus eines Verhältniserzeugungspunkts von Amplitudenkoeffizienten von Elementen der Antennengruppe zeigt;
13 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
14 ein Antennenmuster eines Vorwärtskanals zeigt, bei dem θ ^ = π/2, Δ ^ = π/2, μ = 0.13;
15 ein Antennenmuster eines Vorwärtskanals zeigt, bei dem θ ^ = π/3, Δ ^ = π/3 , μ = 0.49; und
16 ein Antennenmuster eines Vorwärtskanals zeigt, bei dem θ ^ = π/3, Δ ^ = 2π/3 , μ = 0.14.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Detail unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird auf eine detaillierte Beschreibung von bekannten Funktionen und hier eingesetzten Konfigurationen verzichtet, wenn es zur Beschreibung des Gegenstands der vorliegenden Erfindung nicht notwendig ist.
In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein erstes Verfahren zum Bilden eines Antennenmusters einer adaptiven Antennengruppe einer BS unten beschrieben, während das gemeinsame Pilotsignal von einem der Elemente der Antennengruppe übertragen wird und ein Informationssignal zu jedem Anwender von allen der Elemente der Antennengruppe übertragen wird.
Für jeden Anwender wird die Suche nach Anwendersignalen durchgeführt, indem die Zeitpositionen von Pfadsignalen bestimmt werden, und das Signal mit der maximalen Leistung wird gewählt. Danach wird die geschätzte Folge der Signalankunftswinkel bestimmt.
Zur Erzeugung der Schätzung eines jeden Signalankunftswinkels werden die Komplexkorrelationspilotsignalantworten der Elemente der Antennengruppe gebildet. Für jede von L verschiedenen Richtungen θi,i = 1,L des untersuchten Winkelbereichs werden die Komplexkorrelationspilotantworten der Antennengruppe gebildet, indem die Produkte der Komplexkorrelationspilotsignalantworten von Elementen der Antennengruppe zu korrespondierenden komplexen Koeffizienten einer jeden Richtung hinzuaddiert werden. Die Module von Komplexkorrelationspilotsignalantworten an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungen werden gebildet und das maximale Modul wird bestimmt. Normalisierte Module von Komplexkorrelationspilotsignalantworten an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungen werden gebildet, indem die Verhältnisse von Komplexkorrelationspilotsignalantworten an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungsmodule zu dem maxi malen Modul bestimmt werden. Die komplexen Gewichtungskoeffizienten der Elemente der adaptiven Antennengruppe in dem Rückwärtskanal werden während des Signalempfangs des Anwenders bestimmt.
Für jede von L unterschiedlichen Richtungen θi,i = 1,L des untersuchten Winkelbereichs wird der Wert des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal bestimmt. Das Maximum der bestimmten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal wird bestimmt. Dann werden normalisierte Werte des Antennengruppenmuster des Rückwärtskanals für L verschiedene Richtungen bestimmt, indem die Verhältnisse der Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal mit dem Maximalwert bestimmt werden.
Für jede von L unterschiedlichen Richtungen θi,i = 1,L des untersuchten Winkelbereichs wird die Entscheidungsfunktion bestimmt, welche das gewichtete Kombinieren des normalisierten Moduls der Komplexkorrelationspilotsignalantwort an der Ausgabe der Antennengruppe und dem normalisierten Wert des Antennengruppenmusters im Rückwärtskanal erfüllt. Die Schätzung des Ankunftswinkels wird als eine Maximumrichtung der Entscheidungsfunktion bestimmt, und die Folge der gebildeten Schätzungen der Ankunftswinkel wird in Blöcke gruppiert, wobei jeder N Schätzungen von Ankunftswinkeln enthält. Die Folge von Vektoren von der geschätzten Verteilung von Signalankunftswinkeln wird für jeden Block bestimmt, indem M bestimmte Schätzungen von Signalankunftswinkeln bestimmt werden, wobei der Vektor des Blockwinkels der Verteilung der Signalankunftsschätzung die Länge L aufweist und jedes Element eine von L Richtungen des untersuchten Winkelbereichs ist und gleich der Anzahl von Schätzungen des Ankunftswinkels dieser Richtungen ist. Die Folge der gemittelten Vektoren der Schätzungen der Verteilung des Ankunftswinkels wird von der Fol ge von Schätzungen der Verteilung des Ankunftswinkels unter Verwendung von Gleitfenstern bestimmt.
Für jeden gemittelten Vektor der Schätzung der Verteilung des Ankunftswinkels werden die Schätzungen der oberen und unteren Grenzen des Winkelbereichs bestimmt. Die Schätzung des Durchschnittsankunftswinkels wird durch Erhalten der Schätzungen der oberen und der unteren Grenzen des Winkelbereichs bestimmt. Unter Berücksichtigung der Geometrie der Antennengruppe werden die Phasenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe bestimmt, unter der Verwendung der bestimmten Schätzung des gemittelten Ankunftswinkels. Die Korrelationsmatrix der Signale des Elements der Antennengruppe wird bestimmt durch die Schätzung der oberen und unteren Grenzen des so erhaltenen Signalwinkelbereichs.
Darüber hinaus wird eine Cholesky-Transformation der gebildeten Korrelationsmatrix durchgeführt, wodurch die untere Dreiecksmatrix erhalten wird. Das Verhältnis der Amplitudenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe zu dem Amplitudenkoeffizienten des Elements der Antennengruppe, von dem das Pilotsignal übertragen wird, wird unter Verwendung der erhaltenen unteren Dreiecksmatrix und der Phasenkoeffizienten der Antennengruppe bestimmt. Der normalisierte Koeffizient wird bestimmt unter Berücksichtigung der Anzahl der Elemente der Antennengruppe.
Die Amplitudenkoeffizienten der Antennengruppe werden durch Multiplikation des Standardkoeffizienten mit dem Verhältnis der Amplitudenkoeffizienten des Elements der Antennengruppe zu dem Amplitudenkoeffizienten des Elements der Antennengruppe, von dem das Pilotsignal übertragen wird, bestimmt.
Die erzeugten Amplituden und Phasenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe werden für die Übertragung des Informationssymbols zu einem Anwender benutzt.
Die Schätzung der oberen und unteren Grenzen des Signalwinkelbereichs werden durchgeführt, z.B. in der folgenden Weise.
Zuerst wird das maximale Element des gemittelten Vektors der geschätzten Verteilung des Ankunftswinkels bestimmt. Dann werden die oberen und unteren Elemente als Grenzen für die Gruppe von dem gemittelten geschätzten Verteilungsvektor der Ankunftswinkel bestimmt, wobei diese Gruppe der Elemente das maximale Element des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors der Ankunftswinkel enthält, und die Elemente der Gruppe überschreiten den Grenzwert, aber an jeder Seite von dem maximalen Element können einzelne, die nicht den Grenzwert überschreiten, zugelassen werden, sowie eine Gruppe von nicht den Grenzwert überschreitenden Elementen, die aus zwei oder drei benachbarten Elementen besteht. Die Summe der Elemente des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Ankunftswinkels wird bestimmt sowie die Summe der Elemente des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors der Ankunftswinkel, die oberhalb des oberen Elements angeordnet sind. Die Korrekturverbesserung für das untere Element wird gebildet, welche von der Summe der Elemente von gemittelten geschätzten Verteilungen der Ankunftswinkel abhängt, die unterhalb des unteren Elements angeordnet sind und die Korrekturverbesserung für das obere Element wird durchgeführt, welche von der Summe der Elemente der gemittelten geschätzten Verteilung der Ankunftswinkel abhängt, die oberhalb des oberen Elements angeordnet sind. Der Korrekturwert für die oberen und die unteren Elemente wird bestimmt, welcher von der Stelle des maximalen Elements des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Ankunftswinkels abhängt.
Die Schätzung der unteren Signalwinkelbereichsgrenze wird als Differenz der Winkelkoordinate bestimmt, die dem unteren Element entspricht und als die Summe der Korrekturverbesserung für das untere Element und den Korrekturwert bestimmt. Die Schätzung der oberen Signalwinkelbereichsgrenze wird als die Summe der Winkelkoordinate bestimmt, welche dem oberen Element entspricht, der Korrektionsverbesserung für das obere Element und dem Korrekturwert.
Die Schätzung des Durchschnittsankunftswinkels kann als eine Halbsumme der Schätzungen der oberen und unteren Grenzen des Signalwinkelbereichs bestimmt werden.
Das Verhältnis der Amplitudenkoeffizienten der Antennengruppe zu dem Amplitudenkoeffizienten der Antennengruppe, von dem das Pilotsignal übertragen wird, kann miteinander gleich sein, und dieses Verhältnis wird als der Maximalwert aus dem Intervall von 0–1 bestimmt. Für dieses Verhältnis der Antennengruppe übersteigt das Verhältnis der gemittelten Leistungen von statistisch nicht kohärenten und statistisch kohärenten Summanden des Informationssignalmodells, das von dem Anwender empfangen wird, nicht den gegebenen Wert.
Der vorgeschlagene Algorithmus des Antennenmusters des Vorwärtskanals, der von der ersten Ausführungsform bestimmt wird, besteht aus zwei Stufen. In der ersten Stufe wird die Schätzung von nützlichen Signalwinkelgrenzen bestimmt. Diese Schätzung wird von dem Signal des mobilen Anwenders durchgeführt, das von der BS empfangen wird. In der zweiten Stufe wird die Bestimmung des Antennenmusters des Vorwärtskanals durch die Schätzung von nützlichen Signalwinkelbereichsgrenzen erfüllt, die in der ersten Stufe erhalten werden.
Die erste Stufe des Algorithmus zur Bildung eines Antennenmusters des Vorwärtskanals (die Schätzung der Winkelgrenzen eines nützlichen Signalbereichs), welche die Verwendung der Rückwärtskanalantennengruppengewichtungskoeffizienten WUP umfasst, besteht aus dem Folgenden.
Für jede von L unterschiedlichen Richtungen θi,i = 1,L des untersuchten Winkelbereichs wird das Modul von „kurzen" Komplexkorrelationspilotsignalantworten an der Ausgabe der Antennengruppe bestimmt durch
wobei an(θi) = exp[jπ(n–1)cosθi], n = 1,N, i = 1,L Komplexkoeffizienten einer jeden Richtung darstellen, un,n = 1,N Komplexkorrelationspilotsignalantworten an den Ausgaben des Korrelators der Elemente der Antennengruppe darstellen, und N eine Anzahl der Elemente der Antennengruppe ist.
Der Wert des Komplexkorrelationspilotsignalantwortmoduls an der Ausgabe der Antennengruppe von Gleichung 2 wird normalisiert X ~(θi) = X(θi)/Xmax, Xmax = max X(θi), i = 1,L (3).
Die diskreten Werte des Antennengruppenmusters des Rückwärtskanals werden für dieselben Richtungen bestimmt θi,i = 1,L F(θi) = |wHup a(θi)| (4)wobei w_up der Vektor der Gewichtungskoeffizienten der Elemente der adaptiven Antennengruppe in dem Rückwärtskanal ist, wenn das Signal des Anwenders empfangen wird, das erhalten wird, während der Adaption der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal und welcher die Auslöschung der starken begleitenden Interferenzen berücksichtigt, wobei (·)^H die Operation der Hermitian'schen Konjugation ist und a_n(θ_i) den Vektor der Komplexkoeffizienten für die Richtung θ_i darstellt.
Der aus Gleichung 4 erhaltene Wert wird dann normalisiert F ~(θi) = F(θi)/Fmax, Fmax = max F(θi), i = 1,L (5)
Die Entscheidungsfunktion, die gleich der gewichteten Summe des Komplexkorrelationspilotsignalantwortstandardmoduls an der Ausgabe der Antennengruppe von Gleichung 3 ist und dem Standardwert des Rückwärtskanalantennenmusters von Gleichung 5 wird gebildet aus R(θi) = X ~(θi) + αF ~(θi) (6)wobei α ein Gewichtungskoeffizient ist.
Die Schätzung der kurzen Messung des Signalankunftswinkels wird als die Richtung (Winkelposition) des Maximums der Entscheidungsfunktion von Gleichung 6 bestimmt
Diese Gleichung repräsentiert den Winkel, der R(θ_i) maximiert.
Alle oben beschriebenen Operationen werden M mal wiederholt, d.h. M Schätzungen von Ankunftswinkeln („kurze" Messungen) werden erzeugt. Die Folge der bestimmten Schätzungen von Ankunftswinkeln werden in die Blöcke gruppiertkopiert. Jeder Block enthält M Schätzungen von Ankunftswinkeln. Bei M bestimmten Schätzungen von Ankunftswinkeln aus Gleichung 7 wird von jedem Block der geschätzte Verteilungsvektor des Ankunftswinkels, der die Länge L hat, bestimmt, wobei jedes Element, welches einer von L Richtungen entspricht, und gleich mit der Anzahl von Schätzungen der Ankunftswinkel ist, erzeugt auf diese Weise die Folge von geschätzten Verteilungsvektoren des Ankunftswinkels. Die physikalische Bedeutung des Ankunftswinkelblockschätzungsverteilungsvektors entspricht dem Phänomen eines „kurzen" Schätzhistogrammankunftswinkels.
Von der Folge der geschätzten Verteilungsvektoren des Ankunftswinkels wird die Folge von gemittelten geschätzten Verteilungsvektoren des Ankunftswinkels unter der Verwendung von Gleitfenstern bestimmt. Der gemittelte geschätzte Verteilungsvektor des Ankunftswinkels entspricht in seiner physikalischen Bedeutung dem gemittelten Histogramm von Schätzungen des Signalankunftswinkels Z(θi),i = 1,L.
Weiter ist der Betriff "gemitteltes geschätztes Histogramm des Signalankunftswinkels" äquivalent zu dem Begriff "gemittelter geschätzter Verteilungsvektor des Ankunftswinkels".
Um Stabilität von dem gemittelten Histogramm zu erhalten, sollte die Anzahl von "kurzen" Messungen ausreichend groß sein. Andererseits ist es für die Betrachtung von sich schnell ändernden Interferenzsignalsituationen notwendig, eine lange Analysezeit auszugleichen, die für eine stabile gemittelte Histogrammerzeugung notwendig ist, wobei die Notwendigkeit von relativ kurzen Zeitintervallen zwischen der Entscheidung über die unteren und oberen Grenzen des Signalwinkelbereichs notwendig ist. Dieser Kompromiss wird durch die Verwendung von Gleitfenstern bereitgestellt, deren Organisation in 3 dargestellt ist. Somit wird die Entscheidung über die Schätzungen der unteren und oberen Signalflächengrenzen durch M „kurze" Messungen gemacht, und das gemittelte Histogramm wird durch nM „kurze" Messungen gebildet.
Die Entscheidung über die Schätzung der unteren und oberen Signalflächengrenzen wird auf der Basis eines gemittelten geschätzten Histogramms des Ankunftswinkels gemacht Z(θi), I = 1,L (der gemittelte geschätzte Verteilungsvektor des Ankunftswinkels). Die Analyse wird zum Beispiel auf die folgende Weise durchgeführt.
Die Position des gemittelten Histogrammmaximums wird bestimmt.
Die unteren θ ~₁ und die oberen θ ~₂ Winkelkoordinaten von β·Z_max Grenzwerten, die sich an dem gemittelten Histogramm (untere und obere Elemente) kreuzen, werden bestimmt, wie es in 4 gezeigt ist. Hier ist β ein Systemparameter, für den gilt 0 ≤ β ≤ 1. Als θ ~₁, θ ~₂ werden die letzten unteren (die letzten obe ren) Werte θ genommen, für die gilt Z(θ) > βZ_max. Signalwinkelbereichseinzelgrenzwertnichtüberschreitungen werden zugelassen (4). Eine Gruppe von diskreten Winkelwerten, für die der Histogrammwert nicht den Grenzwert überschreitet (4) wird ebenfalls an der Seite von θ_max erlaubt.
Die Wahrscheinlichkeiten des Ankunftswinkels der Bereiche werden für θ < θ ~₁ und θ > θ ~₂ berechnet, indem gilt P1 = P(θ<θ ~1), P2 = P(θ>θ ~2) (9)
Es ist wichtig, die Wahrscheinlichkeitsdaten im Falle von starken Interferenzen zu berücksichtigen, wenn unter deren Einfluss eine Neuverteilung der geschätzten Positionen des Ankunftswinkels in dem Interferenzwinkelbereich stattfindet, wie es in 5 gezeigt ist. Daher wird eine Korrekturverbesserung θc₁, die von P₁ abhängt, für θ ~₁ und die Korrekturverbesserung θc₂, die von P₂ abhängt, für θ ~₂ gebildet, um Signalwinkelbereichverluste zu kompensieren.
Die Korrekturverbesserung θa₁, θa₂ für θ ~₁ und θ ~₂ werden als die Funktionen kalkuliert, die von dem θ_max-Wert abhängen und die θa₁, θa₂-Werte sind von Null nur für θ_max-Werte unterschiedlich, die nahe zu 90° sind und können gleich zueinander sein. Die Korrekturverbesserungen werden verwendet, um mögliche Unterbewertungen der geschätzten Größe des Signalwinkelbereichs zu kompensieren. Hier hängt θ c von P₁ und P₂ ab und θ a hängt von θ_max ab.
Schließlich werden die Schätzungen der unteren und oberen Signalflächengrenzen θ ~₁ und θ ~₂ bestimmt, indem die erhaltenen Werte in der folgenden Weise berücksichtigt werden. θ ~1 = θ ~1 – θc1 – θa1 (10) θ ~2 = θ ~2 + θc2 + θa2 (11)
Bei der zweiten Stufe des vorgeschlagenen Algorithmus werden die Schätzungen des gemittelten Ankunftswinkels und des Winkelsektors des Signals durch die Schätzungen der unteren und der oberen Signalwinkelfläche. θ ^₁, θ ^₂ gebildet.
Wenn man beispielsweise annimmt, dass die Zählung der Elemente der Antennengruppe zufällig ist, dann kann die Zählung aus Bequemlichkeit von dem Element gestartet werden, das das Pilotsignal abstrahlt, wie es z.B. in 6 gezeigt ist.
Das Informationssignal wird von allen Elementen der Antennengruppe übertragen und das gemeinsame Pilotsignal wird von einem (dem ersten) Element der Antennengruppe der BS übertragen. Es ist bevorzugt, dass dieses Element aus der Mitte der Antennengruppe gebildet wird, wie es in 6 dargestellt ist. Diese Auswahl wird durch die Notwendigkeit von relativ höherer Signalkorrelation dieses Elements mit den Signalen von anderen Elementen der Antennengruppe bedingt und in Folge dessen einer höheren Phasenkohärenz zwischen den Signalen der Informations- und Pilotkanäle an der mobilen Station (MS).
Komplexe Gewichtungskoeffizienten wn = wn exp(jψn), n = 1,N des Vorwärtskanals der Elemente der Antennengruppe werden auf die folgende Weise bestimmt.
Die Phasenkoeffizienten ψn,n = 1,N der Elemente der Antennengruppe werden bestimmt durch die Schätzung des Durchschnittsankunftswinkels θ ^ und die Geometrie der Antennengruppe. Zum Beispiel sind bei N = 4 und in der Zählfolge von gleichbeabstandeten Elementen der Antennengruppe, wie es in 6 dargestellt ist, die Phasenkoeffizienten gleich. ψ1 = 0, ψ2 = –2πλ d cos θ ^, ψ3 = 2πλ d cos θ ^, ψ4 = 4πλ d cos θ ^ (13)wobei λ eine Wellenlänge eines Empfangssignals ist und d die Distanz zwischen den benachbarten Elementen der Antennengruppe der BS ist.
Die Phase des ersten Elements ist gleich null, wobei dieses Element der Nullpunkt ist.
Bei den Schätzungen der unteren und der oberen Signalwinkelbereichsgrenzen θ ^₁, θ ^₂ wird die Korrelationsmatrix der Signale von K Elementen der Antennengruppe bestimmt.
wobei, wenn die Nummerierung berücksichtigt wird a(φq) =[exp(jξ), 1, exp(2jξ), exp(3jξ)]T, ξ = 2πλ d cos(φq), und Q die Anzahl von Signalankunftspfaden ist, z.B. Q = 500.
Nun wird die Cholesky-Transformation der Korrelationsmatrix der Signale der Elemente K der Antennengruppe mit Gleichung 14 durchgeführt. G = K½ (15)
Als das Ergebnis wird die untere Dreiecksmatrix gebildet, wie es z.B. in J. Golub, Ch. Van Chan. Matrix calculations. /M.; Mir, 1999, S. 134, R. Horn, Ch. Jonson. Matrix analysis /M.; Mir, 1989, S. 141 beschrieben ist.
Die Verbesserung, welche wichtig ist, besteht in dem Fall einer singulären Matrix K . Der Kern der Verbesserung besteht in der Tatsache, dass, wenn in einer Cholesky-Operation auf der Hauptdiagonalen der G Matrix ein Element auftaucht, das gleich null ist (oder sehr klein), dann tritt dieses Phänomen für singuläre K Matrizen auf und alle anderen Elemente der G Matrix müssen gleich null sein. Diese Verbesserung ermöglicht die Verwendung einer Cholesky-Transformation bei zufälligen Werten von Schätzungen von Ankunftswinkeln und einen Winkelsignalsektor aus Gleichung 12, inkl. Δ ^ = 0, wenn die Verwendung einer Standard-Cholesky-Transformation nicht möglich ist.
Der Wert des kleinen Parameters γ wird gewählt. Zum Beispiel γ = 0.01 ÷ 0.05 (16)
Die Elemente der G Matrix und der Phasenkoeffizienten ψn,n = 1,N bestimmen die Funktion f(μ) , welche das durchschnittliche Leistungsverhältnis von statistisch nicht-kohärenten und statistisch kohärenten Summanden des Informationssignalmodells ist, das von dem Anwender empfangen wird. Zum Beispiel gilt für die Vier-Element-Antennengruppe
Der maximale μ Wert wird aus dem Intervall von 0–1 bestimmt, für den die folgende Ungleichung erfüllt ist f(μ) ≤ γ (18)
Die obige Ungleichung kann z.B. bestimmt werden durch ein numerisches Verfahren zur Berechnung von Funktionswerten f(μ) für die unterschiedlichen μ = 1; 0.99; 0.98,..., bis die Bedingung von Gleichung 19 nicht mehr erfüllt ist. Der erste Wert μ, für den die Ungleichung erfüllt ist, wird als der letzte Wert angesehen.
Der erhaltene μ-Wert wird verwendet, um die Amplitudenkoeffizienten der Antennengruppe zu bestimmen. Wenn das Verhältnis der Amplitudenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe zu dem Amplitudenkoeffizienten des Elements der Antennengruppe, von dem das Pilotsignal übertragen wird, nicht gleich zueinander ist, dann werden die Amplitudenkoeffizienten aus folgender Gleichung erhalten w1 = k, w2 =...= wN = μk (19)wobei k ein normierter Koeffizient ist, der z.B. aus der Bedingung erhalten werden kann
wobei
Daher werden die gebildeten komplexen Gewichtungskoeffizienten der Elemente der Antennengruppe für die Übertragung des Informationssignals zu dem Anwender verwendet.
Bezug nehmend auf die erste Ausführungsform, die in 7 dargestellt ist, wird die Implementierung des Verfahrens unten beschrieben.
Bezug nehmend auf 7 enthält die erste Ausführungsform N Korrelatoren 2.1–2.N, L Entscheidungsfunktionen von Richtungskalkulationsblöcken 7.1–7.L, wobei die ersten Eingaben derselben die Eingaben von Pilotsignalkorrelationssignalantworten der Elemente der Antennengruppe sind und mit den Eingängen der entsprechenden Korrelatoren 2.1–2.N verbunden sind, weiter enthaltend einen Suchblock 13, eine Steuerung 14, einen Generator 5 der Richtungskoeffizienten der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal, der sequentiell mit einem ersten Normalisierungsblock 15 verbunden ist, einen zweiten Kombinierer 16, einen Signalankunftswinkelschätzer 19, einen Generator 20 des geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels, einen Generator 21 des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels, und einen Analysator 22 des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels.
Die Ausgaben der oberen und der unteren Grenzen des Signalwinkelbereichs sind mit den korrespondierenden Eingängen des Generatorblocks 6 der Antennengruppengewichtungskoeffizienten in dem Vorwärtskanal verbunden. Ebenfalls enthalten sind ein Skalierblock 17 und ein zweiter Normalisierungsblock 18. Die ersten Eingaben zu den Korrelatoren 2.1–2.N sind die Originalsignale. Die zweiten Eingänge zu den Korrelatoren 2.1–2.N sind Referenzsignale von einem Signalgenerator 1. Der Eingang des Referenzsignalgenerators 1 ist mit der Ausgabe der Steuerung 14 verbunden, welche den synchronen Betrieb des Geräts bereitstellt. Der erste Eingang des Suchblocks 13 ist mit dem ersten Eingang des Geräts ver bunden und der zweite Eingang des Suchblocks 13 ist mit dem Ausgang der Steuerung 14 verbunden. Die Ausgabe des Suchblocks 13 ist die Entscheidungssuchfunktion und ist mit dem Eingang der Steuerung 14 verbunden. Jede Entscheidungsfunktion des Richtungskalkulators 7.1–7.L enthält N-1 Multiplizierer 8.2–8.N, einen ersten Kombinierer 9, einen Modulkalkulationsblock 10, Komplexkoeffizienten des Richtungsblocks 11 und den Kalkulator 12 der diskreten Werte des Antennengruppenmusters im Rückwärtskanal. Die ersten Eingänge der Multiplizierer 8.2–8.N und der erste Eingang des ersten Kombinierers 9 sind mit den Ausgängen der Korrelatoren 2.1–2.N verbunden, die Ausgänge der Multiplizierer 8.2–8.N sind mit den Eingängen des Kombinierers 9 verbunden, und zwar beginnend von dem zweiten und hoch bis zu dem N ten. Der Kombinierer 9 gibt die Komplexkorrelationsantwort auf dieses Richtungspilotsignal an den Ausgängen der Antennengruppe aus, und ist mit dem Eingang des Modulkalkulationsblocks 10 verbunden. Die Ausgabe des Modulkalkulationsblocks 10, welches die Ausgabe des Moduls der Komplexkorrelationsantwort dieses Richtungspilotsignals an der Ausgabe des Antennenblocks ist und die erste Ausgabe von jeder Entscheidungsfunktion der 7.1–7.L Richtungskalkulationsblöcke ist mit dem entsprechenden Eingang des ersten Normalisierungsblocks 15 verbunden.
Der erste Eingang des Kalkulators 12 der diskreten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal ist der zweite Eingang eines jeden Blocks der Entscheidefunktion mit der 7.1–7.L Richtungskalkulation und ist mit der Ausgabe des Generators 5 des Richtungsvektors der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal verbunden, der an seinem Ausgang Gewichtungskoeffizienten der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal bildet. Signaleingänge des Generators 5 des Richtungsvektors der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal sind mit dem Geräteeingang verbunden. Der zweite Eingang des Kalkulators 12 der diskreten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal und die zweiten Eingänge der Multiplizierer 8.2–8.N sind miteinander verbunden und mit dem Ausgang des Komplexrichtungskoeffizienten 11 verbunden, der die Komplexkoeffizienten für diese Richtung ausgibt.
Der Ausgang des Kalkulators 12 der diskreten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal von jedem der Richtungskalkulatoren der Entscheidefunktion 7.1–7.L ist mit dem korrespondierenden Eingang des zweiten Normalisierungsblocks 18 verbunden.
Die Ausgabe des ersten Normalisierungsblocks 15, der die normalisierten Module der Komplexkorrelationspilotsignalantworten an der Ausgabe der Antennengruppe für alle L Richtungen ausgibt, ist mit dem ersten Eingang des zweiten Kombinierers 16 verbunden. Der zweite Normalisierungsblock 18 gibt die normalisierten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für alle L Richtungen aus und ist mit dem ersten Eingang des Skalierblocks 17 verbunden. Der Skalierblock 17 gibt die gewichteten normalisierten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für alle L Richtungen aus und ist mit dem zweiten Eingang des zweiten Kombinierers 16 verbunden. Der zweite Kombinierer 16 gibt die Entscheidungsfunktionswerte für alle L Richtungen aus und ist mit dem Eingang des Signalankunftswinkelschätzers 19 verbunden, dessen Ausgabe die Ausgabe des durchschnittlichen Schätzankunftswinkels ist und mit dem Eingang des Generators 20 des geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels verbunden ist, der die Ausgabe der Folge von Vektoren der Signalankunftswinkelschätzverteilung bildet (Histogramm der Schätzungen der Signalankunftswinkel). Die Ausgabe des Generators 20 des geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels ist mit dem Eingang des Generators 21 des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels verbunden, wobei dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang der Steuerung 14 verbunden ist. Der Ausgang des Generators 21 des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels gibt die gemittelte Vektorfolge der geschätzten Verteilung des Ankunftswinkels aus (gemitteltes Histogramm der Schätzungen des Signalankunftswin kels) und ist mit dem Eingang des Analysators 22 des gemittelten, geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels verbunden. Die Ausgaben des Analysators 22 des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels, welche die oberen und die unteren Grenzen des Signalwinkelbereichs bilden, sind mit den entsprechenden Eingängen des Generators 6 der Gewichtungskoeffizienten der Antennengruppe in dem Vorwärtskanal verbunden. Die Ausgabe des Generators 6 des Gewichtungskoeffizienten in der Anntenngruppe in dem Vorwärtskanal ist die Ausgabe der Amplituden und der Phasenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe.
Das komplexe Multi-Path-Signal mit der Ausgabe von N-Elementen der Antennengruppe wird zu den ersten (Signal) Eingängen der Korrelatoren 2.1 bis 2.N übertragen und den Eingängen des Generatorblocks 5 des Wichtungsvektors der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal.
Gleichzeitig wird das komplexe Multi-Path-Signal von dem ersten Element der Antennengruppe zu dem Eingang des Suchblocks 13 übertragen. Der Suchblock 13, unter Verwendung des Pilotsignals, bildet die Entscheidungsfunktion der Pfadsignalsuche in den diskreten Zeitpositionen. Diese Information von dem Suchblock 13 wird zu der Steuerung 14 übertragen, welche die empfangenen Werte der Suchentscheidungsfunktion mit dem Grenzwert vergleicht, und bei den Grenzwertüberschreitungen bestimmt sie die Zeitpositionen der Pfadsignale. In der Steuerung 14 werden die erhaltenen Werte der Entscheidungsfunktion für die entdeckten Pfadsignale miteinander verglichen und die Zeitposition des Pfadsignals mit dem Maximalwert der Entscheidungsfunktion (maximale Leistung) wird bestimmt.
Von dem Steuerungssignal, welche die Ausgabe von der Steuerung 14 ist, wird das Referenzsignal erzeugt, das dem Signal des Pfads der maximalen Leistung entspricht, und von der Ausgabe des Referenzsignalgenerators 1 zu den zweiten Eingängen der Korrelatoren 2.1 bis 2.N übertragen.
In den Korrelatoren 2.1 bis 2.N werden die Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals der Elemente der Antennengruppe un, n = 1,N an den kurzen Zeitintervallen von J-Chiplängen (J chips length) zum Beispiel erstellt.
Die Korrelationsantworten des Pilotsignals der Elemente der Antennengruppe werden zu den ersten Eingängen von L-Blöcken der Entscheidungsfunktion-Richtungskalkulatoren 7.1 bis 7.L übertragen, nämlich an den ersten Eingang des Kombinierers 9 und an die ersten Eingänge der entsprechenden (komplexen) Multiplizierer 8.2 bis 8.N. Die Zahl von L-Blöcken der Entscheidungsfunktion-Richtungskalkulatoren 7.1 bis 7.L ist gleich der Anzahl von unterschiedlichen Richtungen des untersuchten Winkelbereichs. In dem Generator 5 der Wichtungsvektoren der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal werden die gewichteten Koeffizienten der adaptiven Elemente der Antennengruppe für den Rückwärtskanal unter Verwendung des Signalempfangs des Anwenders bestimmt, zum Beispiel in Übereinstimmung mit einem der Algorithmen, die in folgenden Artikeln vorgeschlagen sind: R. A. Monsingu, und T. U. Miller „The Adaptive Antenna Arrays"; Radio and communications, 1986, Seiten 77 bis 90; und A.A. Pistolkors, O.S. Litvinov, "The Introduction into the Adaptive Arrays theory", M., Nauka, 1991. Diese Koeffizienten werden an die zweiten Eingänge der Entscheidungsfunktionsrichtungskalkulatoren 7.1 bis 7.L übertragen, nämlich an die ersten Eingänge der Kalkulatoren 12 des diskreten Werts des Rückwärtskanals.
In den Komplexrichtungskoeffizienten 11 gibt es komplexe Koeffizienten an(θi), n = 1,N für die i-te Richtung i = 1,L. Die Koeffizienten werden durch den Algorithmus berechnet, der zum Beispiel bekannt ist aus: Joseph C., Liberti, Jr., Bellcore, und Theodore S. Rappaport, "Smart Antennas for Wireless Communications", Prentice Hall PRT, 1999, Seiten 86–88. Die Komplexkoeffi zienten der Richtung an(θi), n = 1,N werden an die zweiten Eingänge der entsprechenden (komplexen) Multiplizierer 8.2–8.N übertragen und an die zweiten Eingänge des Kalkulators 12 des diskreten Werts des Rückwärtskanals.
Aus Joseph C., Liberti, Jr., Bellcore, und Theodore S. Rappaport, „Smart Antennas for Wireless Communications", Prentice Hall PRT, 1999, Seiten 86–88, ist bekannt, dass der Komplexkoeffizient a₁(θ_i) = 1, und somit die Anzahl der Multiplizierer, die in der Entscheidungsfunktion des Richtungskalkulators 7 verwendet werden, gleich N–1 ist.
In jedem Multiplizierer 8.2–8.N wird die Operation der korrespondierenden Komplexkorrelations-Pilotsignalantworten der Elemente der Antennengruppe und der Komplexkoeffizienten an(θi), n = 1,N einer jeden Richtungsmultiplikation realisiert.
Die ausgegebenen Signale der Multiplizierer 8.2–8.N und die Komplexkorrelationsantworten des ersten Elements der Antennengruppe von der Ausgabe des ersten Korrelators 2.1 werden an die Eingänge des Kombinierers 9 übertragen und kombiniert. Das Signal von der Ausgabe des Kombinierers 9 ist die Komplexkorrelations-Pilotsignalantwort von Richtung θ_i an der Ausgabe der Antennengruppe.
Das Ausgangssignal von Kombinierer 9 wird zu dem Eingang des Modulkalkulatorblocks 10 übertragen, wo die Quadratwurzel von der Summe von Quadraten des Real- und Imaginärsignalteils berechnet wird. Das Ausgangssignal des Kalkulationsblocks 10 ist gleich der Komplexkorrelationsantwort des Pilotsignals der θ_i Richtung an der Ausgabe der Antennengruppe. Von der Ausgabe des Modul kalkulationsblocks 10 wird das Signal zu dem entsprechenden Eingang des ersten Normalisierungsblocks 15 übertragen. Im Normalisierungsblock 15 wird für L unterschiedliche Richtungen das maximale Modul der Komplexkorrelationsantwort des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe bestimmt, in dem Module der komplexen Antworten des Pilotsignals von verschiedenen Richtungen an dem Ausgang der Antennengruppe Z(θ_i) miteinander verglichen werden, und die normalisierten Module der Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungen werden bestimmt. Die Normalisierung wird durchgeführt, indem das Verhältnis der Module der Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungen mit dem maximalen Modul bestimmt wird. Die erhaltenen normalisierten Signale für L unterschiedliche Richtungen werden zu den ersten Eingängen von Kombinierer 16 übertragen.
In dem Kalkulator 12 für diskrete Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für jede von L unterschiedliche Richtungen θi,i = 1,L des untersuchten Winkelbereichs wird der Wert des Antennengruppenmusters im Rückwärtskanal gemäß dem wie oben dargestellten Algorithmus berechnet. Diese Werte werden zu den Eingängen des Normalisierungsblocks 18 übertragen. Im Normalisierungsblock 18 wird für L unterschiedliche Richtungen der maximale Wert des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal bestimmt, in dem die Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für die unterschiedlichen Richtungen miteinander verglichen werden, und die normalisierten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für L unterschiedliche Richtungen bestimmt werden. Die Normalisierung wird vervollständigt, indem das Verhältnis des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für L unterschiedliche Richtungen zu dem maximalen Wert bestimmt wird. Die erhaltenen normalisierten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für L unterschiedliche Richtungen werden zu dem Eingang von Skalierblock 17 über tragen. In dem Skalierblock 17 werden die gewichteten normalisierten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für L unterschiedliche Richtungen bestimmt, indem die normalisierten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für L unterschiedliche Richtungen mit dem Wichtungskoeffizienten α multipliziert werden. Die bestimmten Werte werden zu dem zweiten Eingang von Kombinierer 16 übertragen. An dem Eingang von Kombinierer 16 wird für L unterschiedliche Richtungen θi,i = 1,L des untersuchten Winkelbereichs die Entscheidungsfunktion bestimmt, indem die normalisierten Module der Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe und die gewichteten normalisierten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal summiert werden. Die Werte der Entscheidungsfunktion werden zum Signalankunftswinkelschätzer 19 übertragen, indem der maximale Wert der Entscheidungsfunktion bestimmt wird, indem die Werte der Entscheidungsfunktion für L unterschiedliche Richtungen θi,i = 1,L des untersuchten Winkelbereichs miteinander verglichen werden. Das geschätzte θ ~ des Signalankunfstwinkels in dem Rückwärtskanal, welches bei dem Kurzzeitintervall bestimmt wird, wird mittels der maximalen Position der Entscheidungsfunktion bestimmt.
Die Schätzungen θ ~ des Signalankunftswinkels in dem Rückwärtskanal werden zu dem Eingang des Generators 20 des geschätzten Verteilungsvektors des Signalsankunftswinkels übertragen. In dem Generator 20 des geschätzten Verteilungsvektors des Signalsankunftswinkels wird die Folge der bestimmten Schätzungen des Signalsankunftswinkels in Blöcke gruppiert, von denen jeder M Schätzungen des Signalankunftswinkels enthält.
Die Ausführungsform der Implementierung des Generators 20 des geschätzten Verteilungsvektors des Signalsankunftswinkels ist in 8 dargestellt. Der Ge nerator 20 des geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels wird unten beschrieben.
Die Folge der bestimmten gebildeten Schätzungen der Signalankunftswinkel wird zu L parallelen Grenzwertvergleichungspunkten 24.1–24.P übertragen. Jeder Grenzwert entspricht einer von L Richtungen. Wenn die Schätzung des Signalsankunftswinkels größer ist als der i-te Grenzwert und kleiner ist als der (i+1)-te Grenzwert, dann erhöhen sich als das Ergebnis von logischen Operationen der Elemente „NO" 25.1–25.P, als auch der Elemente „OR" 26.2–26.P, der Wert des i-ten Zählers 27, und die anderen Zählerwerte ändern sich nicht. Der endgültige Wert des i-ten Zählers 27 bestimmt die Anzahl der Schätzungen, die dem i-ten Signalankunftswinkel entsprechen. Die Zähler 27.1–27.P berechnen die Anzahl von Schätzungen der Signalankunftswinkel, die größer sind als Null und weniger als derjenige Wert, der untersuchten Signalankunftsrichtung, der am nächsten zu Null liegt.
Der Zähler 29 erzeugt zwei Signale mit einer Periode, die gleich dem Intervall des Empfangens an Block M ist, schätzt den Ankunftswinkel und die Timing-Pulse, die um eine Periode zueinander verschoben sind. Bei dem ersten Signal mit Wert M werden die Zähler 27.1–27.P, welche die Anzahl von Schätzungen bestimmen, die einem Signalankunftswinkel entsprechen, durch den Multiplexer 28 in den Random-Access Memory (RAM) 31 geschrieben. Bei dem zweiten Signal werden alle Zähler 27.1–27.P in den Null-Zustand versetzt. Der Timing-Puls-Generator 30 bestimmt die Frequenz der Timing-Pulse des Zählers 29.
Somit wird von M Schätzungen des Signalsankunftswinkels die geschätzte Verteilungslänge L bestimmt, wobei jedes Element derselben einer von L Richtungen entspricht und gleich der Anzahl von Schätzungen des Signalankunftswinkels dieser Richtung ist.
Die Folge von Vektoren der geschätzten Verteilung der Signalankunftswinkel von der Ausgabe des Generators 20 des Verteilungsvektors der Winkelschätzung wird zu dem Eingang des Generators 21 des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalsankunftswinkels übertragen, dessen Ausführungsform in 9 dargestellt ist. Der Generator des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalsankunftswinkels arbeitet in der folgenden Weise.
Während des Betriebs durch das Steuerungssignal werden die Elemente des aktuellen Vektors der geschätzten Signalankunftswinkelverteilung von dem Generator 20 des Winkelschätzungsverteilungsvektors zum RAM1 35.1 geschrieben. Während der Übertragung zu dem Eingang des Generators 20 des geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels durch das Steuersignal für den nächsten Vektor wird der Wert des aktuellen Winkelvektors von RAM1 35.1 zu RAM2 35.2 geschrieben, und der Wert des nächsten Vektors des Generators des geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels wird zum RAM1 35.1 geschrieben. Jedes mal während der Übertragung zu dem Eingang der Elemente des nächsten Vektors des Generators 20 des geschätzten Verteilungsvektors der Signalankunftswinkel wird durch das Steuerungssignal das analoge sequentielle Überschreiben der Elemente des Vektors der geschätzten Verteilung des Signalankunftswinkels von einem RAM 35 zu einem weiteren ausgeführt.
Nach dem Schreiben der Elemente des Vektors der Schätzverteilung der Signalankunftswinkel von einem RAM 35 zu einem anderen, findet das parallele Lesen der Elemente des Vektors der Signalankunftswinkelschätzverteilung von allen RAM 35 an der Eingabe des Summierpunkts 32 statt, indem das Aufsummieren all dieser Vektoren vorgenommen wird. Kombinierte Resultate, die in dem Divisionspunkt 33 durch K = nM dividiert werden, werden in RAM 34 geschrieben (n ist eine Anzahl von Vektoren der Signalankunftswinkelschätzverteilung, die während der Mittelung verwendet werden, und M ist eine Anzahl von Schätzungen des Ankunftswinkels, die während des Bildens des Vektors der Signalankunftswinkelschätzverteilung verwendet werden). Von der Ausgabe des RAM 34 werden die Elemente des gemittelten Vektors der Signalankunftswinkelschätzverteilung von der Ausgabe des Generators 21 des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels zu dem Analysator 22 des gemittelten Vektors der geschätzten Verteilung des Signalankunftswinkels übertragen.
Die Ausführungsform des Analysators 22 des gemittelten Vektors der geschätzten Verteilung des Signalankunftswinkels ist in 10 dargestellt und arbeitet in der folgenden Weise.
Die Eingangselemente des Analysators 22 des gemittelten geschätzten Verteilungsvektors des Signalankunftswinkels werden in den RAM 36 geschrieben. Dann werden diese Elemente in den Bestimmer 37 des oberen Elements, den Bestimmer 38 des unteren Elements, den Bestimmer 39 des maximalen Elements, und den Korrektionswertkalkulator 42 gelesen.
In dem Bestimmer 39 des maximalen Elements wird das maximale Element des gemittelten Vektors der Signalankunftswinkelschätzverteilung, die ausgewählt wird, zu dem Bestimmer 37 des oberen Elements übertragen, zu dem Bestimmer 38 des unteren Elements und zu dem Korrektionswertekalkulator 42. In dem Bestimmer 37 des oberen Elements des gemittelten Vektors der Signalankunftswinkelschätzverteilung wird das obere Element als die obere Grenze der Gruppe von Elementen des gemittelten Vektors der Signalankunftswinkelschätzverteilung bestimmt, der einen gegebenen Grenzwert überschreitet. Für diese Gruppe von Elementen, die oberhalb des maximalen Elements sind, sind einzelne Nicht-Überschreitungen des Grenzwerts erlaubt, sowie ein Nicht-Überschreiten eines Grenzwerts einer Gruppe von zwei oder drei benachbarten Elementen. In dem Bestimmer 38 des unteren Elements wird das untere Element des gemittelten Vektors der Signalankunftswinkelschätzverteilung analog bestimmt.
An den Eingängen des Korrektivwertekalkulators 42 werden die Werte der oberen, der unteren, und der maximalen Elemente des Vektors der Signalwinkelankunftsschätzverteilung übertragen. In dem Korrekturwertekalkulator 42 wird die Summe der Elemente des gemittelten Vektors der Signalwinkelankunftsschätzverteilung, die unterhalb des unteren Elements sind, bestimmt und die Summe der Elemente des gemittelten Vektors der Signalwinkelankunftsschätzverteilung, die oberhalb des oberen Elements sind, werden ebenfalls bestimmt. Die Korrekturverbesserung des unteren Elements, die von der Summe der Elemente des gemittelten Vektors der Signalwinkelschätzverteilung abhängt, welcher sich unter dem unteren Element befindet, wird bestimmt, sowie auch die Korrekturverbesserung für das obere Element, die von der Summe der Elemente des gemittelten Vektors der Signalankunftswinkelschätzverteilung abhängt, welcher oberhalb des oberen Elements angeordnet ist. Der Korrekturwert für die unteren und die oberen Elemente wird bestimmt abhängig von der Position des maximalen Elements. Die Korrektur für das obere Element und der Korrekturwert werden zu dem Schätzer 40 der oberen Grenze übertragen. Die Korrekturverbesserung für das untere Element und der Korrekturwert werden zu dem Punkt der Schätzung der unteren Grenze 41 übertragen.
In dem Schätzer 41 der unteren Grenze wird die angepasste Schätzung der unteren Grenze des Signalwinkelbereichs als die Differenz des unteren Elements und der Summe der Korrekturverbesserung für das untere Element und dem Korrekturwert bestimmt.
In dem Schätzer 40 für die obere Grenze wird die angepasste Schätzung der oberen Grenze des Signalwinkelbereichs als die Summe des oberen Elements der Korrekturverbesserung für das obere Element und dem Korrekturwert bestimmt.
Die Schätzung der oberen und unteren Grenzen des Signalwinkelbereichs von der Ausgabe des Analysators 22 des gemittelten Vektors der Signalankunftswinkelschätzverteilung werden zu den Eingängen des Generators 6 der Wichtungskoeffizienten der Antennengruppen in dem Rückwärtskanal übertragen. Die Ausführungsform des Generators 6 der Wichtungskoeffizienten der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal ist in 11 dargestellt.
Der Generator 6 der Wichtungskoeffizienten der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal wird hier wie folgt beschrieben.
Die angepassten Schätzungen der unteren und der oberen Grenzen des Signalwinkelbereichs sind die Ausgangssignale des Analysators 22 des gemittelten Vektors der Signalankunftswinkelschätzverteilung und werden zu dem Eingang des Generators 6 des Wichtungsvektors der Antennengruppe in dem Vorwärtskanal übertragen, nämlich an die Eingänge des Korrelationsmatrixgenerators 43 und den Generator 44 der Schätzung des gemittelten Signalankunftswinkels. Das funktionale Schema des Generators 6 des Wichtungsvektors der Antennengruppe in dem Vorwärtskanal kann auf modernen Mikroprozessoren der digitalen Signalverarbeitung (digital signal processing (DSP)) realisiert werden, wie zum Beispiel auf einem TMS 320Cxx, einem Motorola 56xxx, einem Intel, etc.
Im Generator 44 des gemittelten geschätzten Signalankunftswinkels wird aus den Schätzungen der unteren und oberen Grenzen des Signalwinkelbereichs die Schätzung des gemittelten Ankunftswinkels als eine Halbsumme der Schätzungen der unteren und oberen Grenzen des Signalswinkelbereichs θ ^₁,θ ^₂ bestimmt, d. h.
und zu dem Eingang des Generatos 46 des Phasenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe übertragen. Die Phasenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe werden durch die Schätzung des gemittelten Ankunftswin kels bestimmt, unter Berücksichtigung der Geometrie der Antennengruppe. Zum Beispiel sind bei N = 4 und in der Nummerierungsreihenfolge der gleich beabstandeten Elemente der Antennengruppe, wie es zum Beispiel in 6 dargestellt ist, die Phasenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe gleich, wie es in Gleichung 13 gezeigt ist.
Die berechneten Richtungskoeffizienten der Elemente der Antennengruppe werden zu dem ersten Eingang des Generators 47 der Verhältnisse der Amplitudenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe übertragen und zu dem Ausgang des Generators 6 der Wichtungskoeffizienten des Antennengruppenmusters in dem Vorwärtskanal.
In dem Korrelationsmatrixgenerator 43 werden unter Verwendung der Schätzungen der unteren und der oberen Grenzen des Signalwinkelbereichs θ ^₁,θ ^₂, die Elemente der Korrelationsmatrix K in Übereinstimmung der Gleichung (14) berechnet.
Die Elemente der Korrelationsmatrix werden zu dem Eingang des Cholesky Transformationspunkts 45 übertragen, wo unter Verwendung des Algorithmus, der zum Beispiel in J. Golub, Ch. Van Loun. Matrix calculations. M.: Mir, 1999, Seite 134, und P. Horn, Ch. Jonson. Matrix analysis. M.: Mir, 1989, Seite 141, beschrieben ist, die untere Dreiecksmatrix bestimmt wird, wobei die Elemente derselben zu dem ersten Eingang des Generators 47 der Verhältnisse der Amplitudenkoeffizienten der Elemente des Antennengruppenmusters übertragen werden. In diesem Generator kann der Verarbeitungsalgorithmus, der in 12 gezeigt ist, realisiert werden.
12 ist ein Fließdiagramm des Betriebs des Generators 47 der Verhältnisse von Amplitudenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppemuster. Der vorgeschlagene Algorithmus des Generators 47 der Verhältnisse der Amplitudenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppenmuster umfasst die folgende Reihe von Operationen. In Schritt 1201, wird ψ für n = 1... N, G eingegeben. In Schritt 1202, wird μ auf 1 gesetzt (d. h. das Verhältnis der Amplidenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe zu dem Amplidudenkoeffizienten des Elements der Antennengruppe, von dem das Pilotsignal übertragen wird). Unter Verwendung von Phasenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe der Elemente der unteren Dreiecksmatrix und einem gegebenen μ-Wert, wird das Verhältnis f(μ) von gemittelten Leistungen von statistisch nicht koherenten und statistisch koherenten Summanden des Infosignalmodells in Schritt 1203 berechnet, das von dem Anwender empfangen wird. Der Wert des kleinen γ Parameters (zum Beispiel γ = 0.01 ÷ 0.05 ) wird vorab gewählt und mit dem Wert f(μ) in Schritt 1204 verglichen. Wenn die Bedingung f(μ) ≤ γ wahr ist, dann wird der aktuelle Wert bei Schritt 1206 ausgegeben und der Prozess endet. Ansonsten wird der Wert von μ um 0.01 in Schritt 1205 verringert und der Wert der f(μ) Funktion für unterschiedliche μ = 1; 0.99; 0.98,..., berechnet, welcher mit dem Parameter μ verglichen wird. Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis die Bedingung f(μ) ≤ γ erfüllt ist.
Dieses Signal wird zu dem Eingang des Normalisierungskoeffizientengenerators 48 übertragen und an den ersten Eingang des Generators 49 der Amplitudenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe. In dem Normalisierungskoeffizientengenerator 48 wird der normalisierte Koeffizient k bestimmt, basierend auf dem empfangenen μ Wert und auf der Anzahl der Elemente der Antennengruppe. Der Wert des normalisierten Koeffizienten k wird zu dem zweiten Eingang des Generators 49 der Amplidenkoeffizientenelemente der Antennengruppe über tragen, wo durch den erhaltenen Wert μ und den normalisierten Koeffizienten k die Amplitudengewichtungskoeffizienten durch Gleichung 20 bestimmt werden.
Die Amplitudengewichtungskoeffizienten sind zusammen mit den Phasenkoeffizienten die Ausgangssignale des Generators 6 der gewichteten Koeffizienten der Elemente der Antennengruppe in dem Vorwärtskanal.
Die erhaltenen Amplituden und Phasenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe werden für die Übertragung des Informationssignals zu dem Anwender in dem Vorwärtskanal verwendet.
Die Steuerung 14 kann auf den modernen Mikroprozessoren der digitalen Signalverarbeitung (DSP) realisiert werden, wie zum Beispiel auf einem TMS 320Cxx, einem Motorola 56xxx, einem Intel, etc.
Der Suchblock 13 in dem vorgeschlagenen Gerät kann implementiert werden wie es zum Beispiel in Zhuravlev V.I. "Search and Synchronization in Broadband Systems", M., Radio and communications, 1986, Seite 24 gezeigt ist.
In den 14, 15 und 16 sind die Antennenmuster des Vorwärtskanals für unterschiedliche Signalwinkelbereiche gezeigt (die in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Verfahren geformt sind).
Die zweite Ausführungsform eines Bildens eines adaptiven Antennengruppenmusters für eine BS umfasst das folgende:
Für jeden Anwender wird die Suche des Anwendersignals durchgeführt, in dem die Zeitpositionen von Pfadsignalen bestimmt wird, und das Signal mit der maximalen Leistung ausgewählt wird. Dann wird die Schätzung von gemittelten Signalankunftswinkeln periodisch gebildet und die Komplexkorrelationspilotsignalantworten der Elemente der Antennengruppe werden bestimmt. Für jede von L unterschiedlichen Richtungen θi,i = 1,L des Winkelbereichs werden die Komplexkorrelationspilotsignalantworten an der Ausgabe der Antennengruppe bestimmt, indem die Produkte der Komplexkorrelationspilotsignalantworten der Elemente der Antennengruppe zu korrespondierenden Komplexkoeffizienten einer jeden Richtung hinzu addiert werden. Die Module von Komplexkorrelationspilotsignalantworten an der Ausgabe der Antennengruppe werden für L unterschiedliche Richtungen bestimmt. Die kombinierte Korrelationsantwort des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe wird bestimmt durch Summieren der Module der Komplexkorrelationspilotsignalantworten an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungen und die maximale Korrelationsantwort wird bestimmt.
Die normalisierten kombinierten Komplexkorrelationspilotsignalantworten an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungen werden bestimmt, indem die Verhältnisse von Komplexkorrelationspilotsignalantworten an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungen zu der maximalen kombinierten Korrelationsantwort bestimmt werden. Die komplexen gewichteten Koeffizienten der Elemente der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal werden während des Empfangs des Signals des Anwenders bestimmt.
Für jede von L unterschiedlichen Richtungen θi,i = 1,L des untersuchten Winkelbereichs werden die Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal bestimmt. Der maximale Wert (von den gebildeten Werten des Anten nengruppenmusters in dem Rückwärtskanal) wird bestimmt. Die normalisierten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für L unterschiedliche Richtungen werden bestimmt, indem das Verhältnis der Werte der Antennengruppenmuster zu dem Maximalwert bestimmt wird.
Für jede von L unterschiedlichen Richtungen θi,i = 1,L des untersuchten Winkelbereichs wird die Entscheidungsfunktion bestimmt, indem das gewichtete Kombinieren der normalisierten kombinierten Komplexkorrelationspilotsignalantwort an der Ausgabe der Antennengruppe und dem normalisierten Wert des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal erfüllt wird. Die Richtung des Maximums der Entscheidungsfunktion wird bestimmt, indem die Schätzung des gemittelten Signalankunftswinkels erzeugt wird. Unter Berücksichtigung der Geometrie der Antennengruppe werden die Phasenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe unter Verwendung der gebildeten Schätzung des gemittelten Signalankunftswinkels bestimmt. Die Amplitudenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe werden miteinander gleichgesetzt, und Amplituden und Phasenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe werden verwendet, um das Signal zu dem Anwender zu übertragen.
Während des Aufsummierens von Modulen von Komplexkorrelationspilotsignalantworten an der Ausgabe der Antennengruppe für L unterschiedliche Richtungen muss die Anzahl an Summanden permanent sein oder adaptiv gewählt werden, abhängig von der Schätzung des Signal-Fadings.
In Übereinstimmung mit diesem Algorithmus wird die Bestimmung des Antennengruppenmusters in dem Vorwärtskanal durch das Signal des Rückwärtssignals ausgeführt.
Die Bestimmung von Smart-Antennenmustern in dem Vorwärtskanal wird unten beschrieben.
In der Basisstation wird von allen detektierten Signalzeitpfaden des Anwenders der maximale Zeitpfad gewählt, basierend auf seinem Leistungspfadsignal. In der ersten Stufe wird die maximale Schätzung des gemittelten Leistungspfads des Signalsankunftswinkel festgesetzt. In der zweiten Stufe wird das Antennenmuster der adaptiven Antennengruppe in dem Vorwärtskanal bestimmt, wobei das Maximum derselben in die Richtung der Schätzung des gemittelten Signalankunftswinkels gesetzt wird. Komplexe Gewichtungskoeffizienten werden bestimmt durch: w = {exp[jπ(n–1)cosθ ^]},n = 1,N, (21)wobei θ ^ die Schätzung des gemittelten Signalankunftswinkels in dem Rückwärtskanal ist.
Der Algorithmus des Bestimmens der Richtung der MS-Signalankunft θ ^ basiert auf der Verwendung von Gewichtungskoeffizientvektoren des Rückwärtskanals als auch der Anhäufung des Pilotsignals und besteht aus dem Folgenden:
Für jede von L unterschiedlichen Richtungen θi,i = 1,L des untersuchten Winkelbereichs:
M Komplexkorrelationspilotsignalantworten werden an der Ausgabe der Antennengruppe durch die folgende Gleichung bestimmt:
wobei un,n = 1,N Komplexkorrelationsantworten eines Pilotsignals an der Ausgabe der Korrelatoren der Elemente der Antennengruppe bei einer Rate von J Chips jeweils darstellt und, an(θi) = exp[jπ(n–1)cosθi],n = 1,N, i = 1,L.
Eine nicht-koherente Anhäufung von M Modulen von komplexen Korrelationsantworten wird durch die folgende Gleichung bestimmt:
Während des Aufsummierens der Module der Komplexkorrelationspilotsignalantworten an der Ausgabe der Antennengruppe wird die Anzahl von Summanden gesetzt, um entweder permanent zu sein, oder sie wird adaptive ausgewählt, abhängig von der Signal-Fading-Frequenz, in einer derartigen Art und Weise, dass die volle Dauer der nicht-koherenten Anhäufung über mehrere Fading-Perioden bestimmt wird. Ansonsten wäre aufgrund des Fade-Outs von nützlichen Signalen der Fehler in der Schätzung des Ankunftswinkels möglich.
Der von Gleichung 24 erhaltene Wert wird wie folgt normalisiert: Z ~(θi) = Z(θi)/Zmax, Zmax = max Z(θi) (24)
Die diskreten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal werden durch die folgende Gleichung gebildet: F(θi) = |wHup a(θi)| (25)wobei w_up ein Vektor von Gewichtungskoeffizienten der adaptiven Antennengruppe in dem Rückwärtskanal ist, der erhalten wird unter Berücksichtigung der Anwesenheit von starken korrespondierenden Interferenzen; (·)^H ist die Signalempfangsoperation der Hermitian'sche Konjugation, und a_n(θ_i) stellt den Vektor der Komplexkoeffizienten für die Richtung θ_i dar.
Der in Gleichung 26 erhaltene Wert wird normalisiert: F ~(θi) = F(θi)/Fmax, Fmax = max F(θi) (26)
Die Entscheidungsfunktion wird als die gewichtete Summe der Gleichungen (24) und (26) R(θi) = Z ~(θi) + αF ~(θi) (27) Gebildet, wobei α ein Wichtungskoeffizient ist.
Die gewünschte Schätzung θ ^ der gemittelten Signalankunftswinkel der MS wird durch die Position des Maximums der Entscheidungsfunktion in Gleichung (27) bestimmt, die wie folgt gegeben ist:
Für die Realisierung eines derartigen Verfahrens wird die zweite Ausführungsform verwendet, die in 13 dargestellt ist.
Wie in 13 gezeigt, umfasst das vorgeschlagene Gerät N Korrelatoren 2.1–2.N, L Entscheidungsfunktionen der Richtungskalkulatoren 7.1–7.L, deren erste Eingänge die Eingaben der Korrelationsantworten des Pilotsignals der Elemente der Antennengruppe sind, und die mit den Ausgängen der korrespondierenden Korrelatoren 2.1–2.N verbunden sind, einen Suchblock 13, eine Steuerung 14, einen Generator 5 der Wichtungskoeffizienten der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal, einen ersten Normalisierungsblock 15, einen zweiten Kombinierer 16, einen Signalankunftswinkelschätzer 19, einen Generator 6 der Wichtungskoeffizienten der Antennengruppe in dem Vorwärtskanal, und auch einen Skalierblock 17 und einen zweiten Normalisierungsblock 18. Die ersten Eingänge der Korrelatoren 2.1–2.N sind die Eingangssignale und sind mit den Eingängen des Geräts verbunden. Die zweiten Eingänge der Korrelatoren 2.1–2.N sind Referenzsignale und sind mit dem Referenzausgang des Referenzsignalgenerators 1 verbunden. Der Eingang des Referenzsignalgenerators 1 ist mit dem Ausgang der Steuerung 14 verbunden, welche das synchrone Funktionieren des Geräts bereitstellt. Der erste Suchblock 13 ist mit dem Eingang des Geräts verbunden und der zweite Eingang des Suchblocks 13 ist mit der Ausgabe der Steuerung 14 verbun den, und die Ausgabe des Suchblocks 13 gibt die Suchentscheidungsfunktion aus und ist mit dem Eingang der Steuerung 14 verbunden. Jeder Entscheidungsfunktionsrichtungskalkulator 7.1–7.L umfasst N–1 Multiplizierer 8.2–8.N, einen ersten Kombinierer 9, einen Modulkalkulator 10, einen Komplexkoeffizientenrichtungsblock 11, einen Kalkulator 12 der diskreten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal, und einen Rücksetzkombinierer 23. Die ersten Eingänge der Multiplizierer 8.2–8.N und der erste Eingang des ersten Kombinierers 9 sind mit den Ausgängen der Korrelatoren 2.1–2.N verbunden, und die Ausgänge der Multiplizierer 8.2–8.N sind mit den Eingängen des Kombinierers 9 verbunden, beginnend von dem zweiten und bis zu dem N ten. Der Ausgang von Kombinierer 9 ist die Komplexkorrelationsantwort des Richtungspilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe und ist mit dem Eingang des Modulkalkulators 10 verbunden. Die Ausgabe von Modulkalkulator 10 ist das Modul der Richtungspilotsignalkomplexkorrelationsantwort an der Ausgabe der Antennengruppe und ist mit dem ersten Eingang des Rücksetzkombinierers 23 verbunden, wobei der zweite Eingang des Rücksetzkombinierers 23 ein Rücksetzsignal von Steuerung 14 ist. Die Ausgabe des Rücksetzkombinierers 23 ist das Pilotsignal kombiniert mit der Korrelationsantwort an der Ausgabe der Antennengruppe und der ersten Ausgabe eines jeden Richtungsentscheidungsfunktionskalkulationsblocks 7.1–7.L, und ist mit dem korrespondierenden Eingang des ersten Normalisierungsblocks 15 verbunden.
Die erste Eingabe des Kalkulators 12 der diskreten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rücksetzkanal ist der zweite Eingang eines jeden Blocks der Kalkulation der Entscheidungsfunktion der Richtung 7.1–7.L und ist mit der Ausgabe des Generators 5 des Richtungsvektors der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal verbunden, der an seiner Ausgabe Richtungskoeffizienten von Elementen der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal erzeugt. Signaleingänge des Generators 5 des Wichtungsvektors der Antennengruppe in dem Rückwärtskanal sind mit dem Eingang des Geräts verbunden. Die zweiten Eingänge des Genera tors 12 der diskreten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal und die zweiten Eingänge der Multiplizierer 8.2–8.N sind mit dem Ausgang des Komplexrichtungskoeffizientenblocks 11 verbunden, welcher die Komplexkoeffizienten für die gegebene Richtung ausgibt.
Die Ausgabe des Kalkulators 12 der diskreten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal, welcher der zweite Ausgang des Kalkulators 7.1–7.L der Entscheidungsfunktion der Richtung ist, und Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal ausgibt, ist mit dem entsprechenden Eingang des zweiten Normalisierungsblocks 18 verbunden.
Die Ausgabe des ersten Normalisierungsblocks 15, welche normalisierte Module der Entscheidungsfunktion für alle L Richtungen ausgibt, ist mit dem ersten Eingang des zweiten Kombinierers 16 verbunden. Der Ausgang des zweiten Normalisierungsblocks 18 gibt die normalisierten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für alle L Richtungen aus und ist mit dem Eingang des Skalierblocks 17 verbunden. Die Ausgabe des Skalierblocks 17 gibt die gewichteten normalisierten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für L Richtungen aus und ist mit dem zweiten Eingang des zweiten Kombinierers 16 verbunden. Die Ausgabe des zweiten Kombinierers 16 sind die Werte der Entscheidungsfunktion für L Richtungen und ist mit dem Eingang des Signalankunftswinkelschätzers 19 verbunden, dessen Ausgabe die Schätzung des gemittelten Signalankunftswinkels ist und mit dem Eingang des Generators 6 der Gewichtungskoeffizienten der Antennengruppe in dem Vorwärtskanal verbunden ist. Der Ausgang des Generators 6 der Wichtungskoeffizienten der Antennengruppe in dem Vorwärtskanal ist die Ausgabe von Amplituden und Phasenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe.
Das komplexe Multipathsignal, das von Ausgängen N der Elemente der Antennengruppe bereitgestellt wird, wird ersten (Signal) Eingängen der Korrelatoren 2.1–2.N und zu Ausgängen des Generators 5 der Wichtungskoeffizienten in dem Rückwärtskanal eingeben.
Zur selben Zeit wird das komplexe Multipathsignal, das von dem ersten Element der Antennengruppe bereitgestellt wird, dem Eingang von Suchblock 13 zugeführt. Der Suchblock 13 erzeugt die Entscheidungsfunktion der Signalpfadsuche zu diskreten Zeitpositionen. Diese Information des Suchblocks 13 wird zur Steuerung 14 gesendet, welche die erhaltenen Werte der Entscheidungsfunktion mit dem Grenzwert vergleicht und Zeitpositionen von Pfadsignalen bestimmt, indem sie Werte, welche den Grenzwert überschreiten, bestimmt. In Steuerung 14 werden die erhaltenen Werte der Entscheidungsfunktion für entdeckte Pfadsignale miteinander verglichen, und die Zeitposition des Pfadsignals mit dem maximalen Wert der Entscheidungsfunktion wird bestimmt.
Von dem Kontrollsignal, das von der Ausgabe der Steuerung 14 bereitgestellt wird, wird das Referenzsignal, das dem Pfadsignal mit der maximalen Leistung entspricht, von der Ausgabe des Referenzsignalgenerators 1 bereitgestellt und den zweiten Eingängen der Korrelatoren 2.1–2.N bereitgestellt.
In den Korrelatoren 2.1–2.N werden Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals der Elemente der Antennengruppe un,n = 1,N bei Zeitintervallen von J Chiplänge erzeugt.
Die Korrelationsantworten des Pilotsignals der Elemente der Antennengruppe werden zu ersten Eingängen von L Entscheidungsfunktionen der Richtungskalkulatoren 7.1–7.L zugeführt, nämlich zu dem ersten Eingang des Kombinierers 9 und zu ersten Eingängen von korrespondierenden (komplexen) Multiplizieren 8.2–8.N. Die Anzahl von L Kalkulationsblöcken der Entscheidungsfunktion 7.1–7.L ist gleich der Anzahl der betrachteten Richtungen des untersuchten Winkelbereichs.
In dem Generator 5 des Gewichtungsvektors des Rückwärtskanals werden komplexe Gewichtungskoeffizienten von Elementen der adaptiven Antennengruppe in dem Rückwärtskanal während des Empfangs des Teilnehmersignals gemäß einem der vorgeschlagenen Algorithmen erzeugt, die z.B. in R. A. Monzingo, T.U. Miler. Adaptive antenna arrays. /M.: Radio and communication, 1986, S. 77–90 beschrieben sind. Diese Koeffizienten werden zweiten Eingängen der Richtungskalkulatoren 7.1–7.L der Entscheidungsfunktion zugeführt und insbesondere zu ersten Eingängen des Kalkulators 12 der diskreten Werte des Antennegruppenmusters des Rückwärtskanals.
Die Komplexrichtungskoeffizienten θ_i 11 enthalten komplexe Koeffizienten an(θi), n = 1,N für die i-te Richtung, wobei i = 1,L. Diese Koeffizienten werden z.B. gemäß dem Algorithmus berechnet, der in Joseph C., Liberti, Jr., Bellcore und Theodore S. Rappaport, "Smart Antennas for Wireless Communications" Prentice Hall PRT, 1999, S. 86–88 vorgeschlagen wird. Die Komplexrichtungskoeffizienten an(θi), n = 1,N werden zweiten Eingängen von korrespondierenden (komplexen) Multiplizieren 8.2–8.N zugeführt und zu zweiten Eingängen des Kalkulators 12 der diskreten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal.
In diesem Fall ist gemäß Joseph C., Liberti, Jr. Bellcore, Theodore S. Rappaport. Smart Antennas for Wireless Communications. Prentice Hall PRT, 1999, S. 86–88, der Komplexkoeffizient a₁(θ_i) = 1, weswegen die Anzahl der Multiplizierer, die in dem Kalkulationsblock der Entscheidungsfunktion der Richtung 7 verwendet werden gleich N-1 ist.
In jedem Multiplizierer 8.2–8.N werden korrespondierende Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals der Elemente der Antennengruppe mit Komplexkoeffizienten an(θi), n = 1,N einer jeden Richtung multipliziert.
Die Ausgangsignale der Multiplizierer 8.2–8.N und die Komplexkorrelationsantworten des Pilotsignals des ersten Elements der Antennengruppe, das von der Ausgabe des ersten Korrelators 2.1 bereitgestellt wird, werden den Eingängen des Kombinierers 9 zugeführt, wo sie kombiniert werden. Ein von der Ausgabe des Kombinierers 9 bereitgestelltes Signal korrespondiert zu der Komplexkorrelationsantwort des Pilotsignals bei dem Ausgang der Antennegruppe für θ_i Richtungen.
Dieses Signal wird dem Eingang des Modulkalkulators 10 bereitgestellt, wo die Quadratwurzel der Summe der Quadrate des Real- und Imaginärteils des Signals berechnet werden. Das Ausgangssignal des Modulkalkulators 10 ist gleich dem Modul der Komplexkorrelationsantwort des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe für die θ_i Richtung. Dieses Signal wird von dem Ausgang des Modulkalkulators 10 dem ersten Eingang des Rücksetzkombinierers 23 bereitgestellt, wobei zu dessen zweiten Eingang von Steuerung 14 das Steuerungsrücksetzsignal bereitgestellt wird.
Von dem Steuerungsrücksetzsignal im Rücksetzkombinierer 23 wird die nichtkohärente Anhäufung (Kombinierung) von M Modulen von komplexen Korrelationsantworten des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe für die θ_i Richtung durchgeführt.
Die Anzahl von M nichtkohärenten Komponenten wird entweder konstant gesetzt oder adaptiv gewählt, abhängig von der Signalfadingfrequenz, so dass die volle Dauer der nichtkohärenten Anhäufung für mehrere Fadingperioden bestimmt wird.
Ein Signal, das von dem Ausgang des Rücksetzkombinierers 23 eines jeden Kalkulators 7.1–7.L der Richtung der Entscheidungsfunktion bereitgestellt wird, ist die kombinierte Korrelationsantwort des Pilotsignals am Ausgang der Antennengruppe Z(θ_i) der Richtung θ_i und wird dem korrespondierenden Eingang des Normalisierungsblocks 15 zugeführt. Im Normalisierungsblock 15 wird für L verschiedene Richtungen die maximale kombinierte Korrelationsantwort des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe durch Vergleichen der kombinierten Korrelationsantworten des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe Z(θ_i) von verschiedenen Richtungen bestimmt und die normalisierten kombinierten Korrelationsantworten des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe werden für L unterschiedliche Richtungen erzeugt. Die Normalisierung wird durchgeführt, indem Verhältnisse von kombinierten Korrelationsantworten des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennenanordnung für L unterschiedliche Richtungen und der maximierten kombinierten Korrelationsantwort bestimmt werden. Die erhaltenen normalisierten Signale für L unterschiedliche Richtungen werden den ersten Eingängen des Kombinierers 16 zugeführt.
In den Kalkulator 12 der diskreten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal werden für jede der L unterschiedlichen Richtungen θi,i = 1,L des untersuchten Winkelbereichs die Werte des Antennengruppenmusters im Rückwärtskanal erzeugt gemäß "Smart Antennas for Wireless Communications", wie es oben angezeigt wurde, und welche Werte den Eingängen des Normalisierungsblocks 18 übertragen werden.
Im Normalisierungsblock 18 für L unterschiedliche Richtungen wird der maximale Wert des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal bestimmt, indem Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für verschiedene Richtungen miteinander verglichen werden und normalisierte Werte des Antennengruppenmusters für L unterschiedliche Richtungen erzeugt werden. Die Normalisierung wird durch Bestimmung des Verhältnisses von Werten des Antenenngruppenmusters im Rückwärtskanal für L verschiedene Richtungen zu dem Maximalwert durchgeführt. Die erhaltenen normalisierten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für L unterschiedliche Richtungen werden dem Eingang von Skalierblock 17 zugeführt. Der Skalierblock 17 erzeugt die gewichteten Werte des normalisierten Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal für L unterschiedliche Richtungen durch Multiplizieren von Werten des normalisierten Antennengruppenmusters mit α Gewichtungskoeffizienten, welche dem zweiten Eingang von Kombinierer 16 zugeführt werden. Die Entscheidungsfunktion wird an der Ausgabe von Kombinierer 16 für L unterschiedliche Richtungen θi,i = 1,L des untersuchten Winkelbereichs erzeugt unter Durchführung der Kombinierung von den normalisierten kombinierten Korrelationsantworten des Pilotsignals an der Ausgabe der Antennengruppe und der gewichteten Werte des Antennengruppenmusters in dem Rückwärtskanal. Das Signal der Entscheidungsfunktion wird zu dem Signalankunftswinkelschätzer 19 gesendet, indem der Maximalwert der Entscheidungsfunktion bestimmt wird, indem Werte der Entscheidungsfunktion für L unterschiedliche Richtungen θi,i = 1,L des untersuchten Winkelbereichs miteinander verglichen werden.
Die gesuchte Schätzung θ ^ des gemittelten Signalankunftswinkels in dem Rückwärtskanal wird durch die Position der Richtung des Entscheidungsfunktionsmaximums bestimmt.
Die Schätzung θ ^ des gemittelten Signalankunftswinkels in dem Rückwärtskanal wird dem Eingang des Generators 6 des Gewichtungsfaktors der Antennengruppe in dem Vorwärtskanal zugeführt, indem z.B. gemäß dem oben diskutierten Algorithmus Phasenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe bestimmt werden, unter Verwendung der erzeugten Schätzung des gemittelten Signalankunftswinkels unter Berücksichtigung der Geometrie der Antennengruppe. Amplitudenkoeffizienten von Elementen der Antennengruppe werden miteinander gleichgesetzt. Schließlich wird der komplexe Gewichtungskoeffizientenvektor der Antennengruppe in dem Vorwärtskanal z.B. für die halbwellengleichbeabstandete (half wave equidistant) Antennengruppe wie folgt bestimmt: w = {exp[jπ(n–1)cosθ ^]}, n = 1,N, wobei θ ^ eine Schätzung des gemittelten Signalankunftswinkels in dem Rückwärtskanal ist.
Die erhaltenen komplexen Gewichtungskoeffizienten der Elemente der Antennengruppe werden verwendet, um das Signal zu dem Teilnehmer in dem Vorwärtskanal zu senden.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für illustrative Zwecke offenbart wurden, werden es Fachleute verstehen, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Substitutionen möglich sind, ohne von dem Rahmen der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen offenbart ist, abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Bilden eines Vorwärtskanalmusters in einer Basisstation eines Kommunikationssystems, das mit einer Antennengruppe ausgestattet ist, umfassend folgende Schritte: Erzeugen von Komplexkorrelations-Antworten auf ein Signal, das von der Antennengruppe empfangen wird, in Verbindung mit jeweils L verschiedenen Richtungen; Berechnen diskreter Werte eines Antennenmusters in einem Rückwärtskanal, in Verbindung mit jeweils L verschiedenen Richtungen; Kombinieren der erzeugten Komplexkorrelations-Antworten mit den diskreten Werten des damit verbundenen Antennenmusters; und Erzeugen von Gewichtungsvektoren der Antennengruppe in einem Vorwärtskanal.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das empfange Signal ein Pilotsignal ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin der Schritt des Erzeugens der Komplexkorrelations-Antworten folgende Schritte umfasst: Erzeugen von Komplexkorrelations-Pilotsignal-Antworten auf das Pilotsignal, das durch eines der Elemente der Antennengruppe empfangen wurde; Multiplizieren der erzeugten Pilotsignal-Antworten mit komplexen Richtungskoeffizienten, die für die Elemente der Antennengruppe vorbestimmt sind, jeweils in Verbindung mit den L verschiedenen Richtungen; und Kombinieren der Ergebnisse der Multiplikation, wodurch die Komplexkor relations-Antworten erzeugt werden, die jeweils mit den L verschiedenen Richtungen verbunden sind.
Verfahren gemäß Anspruch 3, weiterhin umfassend den Schritt des nicht kohärenten Anhäufens der Komplexkorrelations-Antwort, die mit jeder der L verschiedenen Richtungen verbunden ist, und eine vorbestimmte Zahl.
Verfahren gemäß Anspruch 3, weiterhin umfassend den Schritt des Normalisierens der Komplexkorrelations-Antwort in Verbindung mit jeder der L verschiedenen Richtungen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Berechnens der diskreten Werte des Antennenmusters die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen von komplexen Gewichtungskoeffizienten für Elemente der Antennengruppe im Rückwärtskanal; und Berechnen der diskreten Werte des Antennenmusters auf der Grundlage der erzeugten komplexen Gewichtungskoeffizienten und komplexen Richtungskoeffizienten, die für die Antennengruppenelemente jeweils vorbestimmt sind, in Verbindung jeweils mit den L verschiedenen Richtungen.
Verfahren gemäß Anspruch 6, weiterhin umfassend folgende Schritte: Normalisieren der diskreten Werte des Antennenmusters, das jeweils mit den L verschiedenen Richtungen verbunden wird; und Skalieren der normalisierten diskreten Werte des Antennenmusters.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin der Schritt des Erzeugens der Gewichtungsvektoren die folgenden Schritte umfasst: Kombinieren der erzeugten Komplexkorrelations-Antworten mit den diskreten Werten des hiermit verbundenen Antennenmusters, wodurch Entscheidungsfunktionen jeweils in Verbindung mit den L verschiedenen Richtungen erzeugt werden; Schätzen, in Verbindung mit den L verschiedenen Richtungen, von Signalankunftswinkeln bei denen jeweils eine in Verbindung stehende der erzeugten Entscheidungsfunktionen einen Maximalwert hat; und Bestimmen von Amplituden- und Phasenkoeffizienten von Elementen einer Antennengruppe auf einer Grundlage jeweils von geschätzten Signalankunftswinkeln.
Verfahren gemäß Anspruch 8, weiterhin umfassend den Schritt des Schätzens von jeweiligen Durchschnitten der geschätzten Signalankunftswinkel, sodass die Durchschnittswinkel für die Bestimmung der Amplituden- und Phasenkoeffizienten verwendet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Schritt des Bestimmens der Amplituden und Phasenkoeffizienten die folgenden Schritte umfasst: Schätzen von oberen und unteren Grenzen von Winkelsignalbereichen für entsprechende gemittelte Schätzverteilungsvektoren der geschätzten Signalankunftswinkel, wodurch die Durchschnittssignalankunftswinkel geschätzt werden; Bestimmen der Phasenkoeffizienten jeweils auf der Grundlage der geschätzten Durchschnittssignalankunftswinkel, wobei eine Geometrie der Antennengruppe berücksichtigt wird; Bilden einer Korrelationsmatrix der Antennengruppenelemente auf der Grundlage der geschätzten oberen und unteren Grenzen der Signalwinkelbereiche; Erhalten einer unteren Dreiecksmatrix von der gebildeten Korrelationsmatrix; und Bestimmen der Amplitudenkoeffizienten der Antennengruppenelemente auf der Grundlage der erhaltenen unteren Dreiecksmatrix und der bestimmten Phasenkoeffizienten.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Verhältnis des Amplitudenkoeffizients des Antennengruppenelements, das das Pilotsignal überträgt, zum Amplitudenkoeffizienten aller übrigen Antennengruppenelemente 1: μ ist, wobei μ ein Maximalwert eines durchschnittlichen Leistungsverhältnisses zwischen kohärenten und nicht-kohärenten Komponenten des empfangenen Signals ist, wobei der Wert nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, weiterhin umfassend den Schritt des Kompensierens der unteren und oberen Grenzen der Winkelsignalbereiche.
Vorrichtung zur Bildung von Vorwärtskanalmuster in einer Basisstation eines Kommunikationssystems, das mit einer Antennengruppe ausgestattest ist, umfassend: einen Berechnungsblock (7.1–7.L) zum Erzeugen von Komplexkorrelations-Antworten auf ein Signal, das durch eine Antennengruppe empfangen wird, jeweils in Verbindung mit L verschiedenen Richtungen, und Berechnen diskreter Werte des Antennenmusters in einem Rückwärtskanal; einen Kombinierer 16 zum Kombinieren der erzeugten Komplexkorrelations-Antworten mit den diskreten Werten des damit verbundenen Antennenmusters, wodurch jeweils Entscheidungsmuster erzeugt werden; und ein Gewichtungsvektorgenerator 6 zum Erzeugen von Gewichtungsvektoren der Antennengruppe in einem Vorwärtskanal, jeweils auf der Grundlage der erzeugten Entscheidungsfunktionen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, worin das empfangene Signal ein Pilotsignal ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 14, worin der Berechnungsblock umfasst: Multiplizierer (8.2–8.N) zum Multiplizieren von Komplexkorrelations-Pilotsignal-Antworten auf das Pilotsignal, das durch eines der Elemente der Antennengruppe empfangen wird, mit komplexen Richtungskoeffizienten, die für die Antennengruppenelemente vorbestimmt sind, jeweils in Verbindung mit den L verschiedenen Richtungen; einen Kombinierer 9 zum Kombinieren der Ergebnisse der Multiplikation, wodurch die Komplexkorrelations-Antworten jeweils in Verbindung mit den L verschiedenen Richtungen erzeugt werden; und einen Block 11 zum Erhalten der jeweiligen komplexen Gewichtskoeffizienten für die Antennengruppenelemente im Rückwärtskanal und komplexen Richtungskoeffizienten, jeweils vorbestimmt für die Antennengruppenelemente, in Verbindung mit den L verschiedenen Richtungen, wodurch jeweils die diskreten Werte eines Antennenmusters berechnet werden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15, weiterhin umfassend: Korrelierer (2.1–2.N) zum Erzeugen der Komplexkorrelations-Pilotsignal-Antworten auf das empfangene Pilotsignal; und einen Block (5) zum Erzeugen der komplexen Gewichtskoeffizienten für die Antennengruppenelemente im Rückwärtskanal.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15, weiterhin umfassend: einen Rücksetzkombinierer zum Rücksetzten einer Ausgabe des Kombinierers, der die Komplexkorrelations-Antwort erzeugt, um die Komplexkorrelations-Antwort, die mit jeder der L verschiedenen Richtungen verbunden ist, um eine vorbestimmte Zahl nicht kohärent anzuhäufen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 16, weiterhin umfassend: einen Normalisierungsblock (15) zum Normalisieren der Komplexkorrelationsantwort, die mit jeder der L verschiedenen Richtungen verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 16, weiterhin umfassend: einen Normalisierungsblock (18) zum Normalisieren der diskreten Werte des Antennenmusters, das jeweils mit den L verschiedenen Richtungen verbunden ist; und einen Skalierungsblock (17) zum Skalieren der normalisierten diskreten Werte des Antennenmusters.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, worin der Gewichtungsvektorgenerator die Amplituden- und Phasenkoeffizienten der Elemente der Antennengruppe bestimmt, auf der Grundlage von Signalankunftswinkeln, bei denen jeweils eine verbundene der erzeugten Entscheidungsfunktionen einen Maximalwert hat, jeweils in Verbindung mit den L verschiedenen Richtungen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 20, weiterhin umfassend: einen Block zum Schätzen (19), in Verbindung mit den L verschiedenen Richtungen, der Signalankunftswinkel, bei denen jeweils eine Verbundene der erzeugten Entscheidungsfunktionen jeweils einen Maximalwert hat; und einen Block zum Schätzen der jeweiligen Durchschnitte der geschätzten Signalankunftswinkel, sodass die Durchschnittswinkel für die Bestimmung der Amplituden- und Phasenkoeffizienten verwendet werden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 21, worin der Block zur Schätzung der Durchschnittssignalankunftswinkel die Schätzung der Durchschnittssignalankunftswinkel durchführt durch Schätzen von oberen bzw. unteren Grenzen von Winkelsignalbereichen für entsprechende gemittelte Schätzverteilungsvektoren der geschätzten Signalankunftswinkel.
Vorrichtung gemäß Anspruch 22, worin der Gewichtungsvektorgenerator folgende Operationen durchführt: Bestimmen der Phasenkoeffizienten jeweils auf der Grundlage der geschätzten Durchschnittsignalankunftswinkel, wobei eine Geometrie der Antennengruppe berücksichtigt wird; Bilden einer Korrelationsmatrix der Antennengruppenelemente auf der Grundlage der geschätzten oberen und unteren Grenzen der Winkelsignalbereiche; Erhalten einer unteren Dreiecksmatrix von der gebildeten Korrelationsmatrix; und Bestimmen der Amplitudenkoeffizienten der Antennengruppenelemente auf der Grundlage der erhaltenen unteren Dreiecksmatrix und der bestimmten Phasenkoeffizienten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 23, worin das Verhältnis des Amplitudenkoeffizienten des Antennengruppenelements, das das Pilotsignal überträgt, zum Amplitudenkoeffizienten aller übrigen Antennengruppenelemente 1: ja ist, wobei ja ein Maximalwert eines durchschnittlichen Leistungsverhältnisses zwischen. kohärenten und nicht-kohärenten Komponenten des empfangenen Signals ist, wobei der Wert nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 23, wobei die oberen und unteren Grenzen der Winkelsignalgebiete kompensiert werden.