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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Empfangseinrichtung für mobile
Terminals und das Empfangsverfahren dafür und insbesondere eine Empfangseinrichtung
mit intelligenten Antennen für
mobile Terminals und das Empfangsverfahren dafür.
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Hintergrund der Erfindung
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Bei
der ständig
zunehmenden Zahl von mobilen Teilnehmern ergibt sich für moderne
mobile Kommunikationssysteme die Forderung, auch bei der Ausweitung
der Kommunikationskapazität
das hohe Qualitätsniveau
aufrechtzuerhalten. Bei der Betrachtung dieser Anforderungen taucht
die intelligente Antenne (smart antenna) als Schlüsseltechnik
auf den Gebieten der modernen mobilen Kommunikation auf.
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Die
Technik der intelligenten Antenne, die auch als Gruppenantennentechnik
bekannt ist, verwendet im allgemeinen zwei oder mehr einzelne Antennenelemente,
um eine Antennengruppe zu bilden. Wenn intelligente Antennen eingesetzt
werden, werden geeignete Gewichtungsfaktoren verwendet, um Phase
und Amplitude der von jedem Antennenelement empfangenen Signale
einzustellen, wodurch nach dem Gewichten und Addieren der empfangenen
Signale die erwünschten
Signale verstärkt
und die Interferenzsignale unterdrückt werden. Die Essenz der
Gewichtung ist eine Art räumlichen
Filterns.
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Untersuchungen
haben ergeben, dass die Einführung
von intelligenten Antennen das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR)
von Signalen wirksam erhöhen
und damit die Kommunikationsqualität während der Übertragung wesentlich verbessern
kann. Mobile Terminals von derzeit verwendeten Kommunikationssystemen
verwenden jedoch im allgemeinen das Verarbeitungsmodul für Einzel-Antennensysteme.
Wenn die Technik der intelligenten Antennen in den derzeit vorhandenen
mobilen Terminals angewendet werden soll, müssen sowohl die Hardware als
auch die Software der verarbeitenden Module neu konstruiert werden,
was sehr teuer sein kann. Darum ist es eine Schlüsselaufgabe für die Anwendung
von intelligenten Antennen in mobilen Terminals, wie auf der Basis
der derzeit verwendeten mobilen Terminals Modifikationen vorgenommen
werden können,
die die Hardware- und die Software-Möglichkeiten der Verarbeitungsmodule
von Einzel-Antennensystemen vollständig nutzen.
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Im
Folgenden wird ein Beispiel eines mobilen Terminals nach TD-SCDMA-Norm
beschrieben, um den Aufbau eines Einzel-Antennensystems in derzeit vorhandenen
mobilen Terminals sowie die Herausforderungen zu verdeutlichen,
denen sich die Technik der intelligenten Antennen bei der Anwendung
auf das genannte Einzel-Antennensystem gegenübersah.
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Standard-Mobiltelefons mit einer einzigen
Antenne, zu der eine Antenne 100, ein Hochfrequenzmodul 101, ein
AD/DA-Wandlermodul
(ADC/DAC-Modul) 102, ein die physische Basisbandschicht
verarbeitendes Modul 103, ein Basisband-Steuermodul 104 und
ein eine höhere
Basisbandschicht verarbeitendes Modul 105 gehört, bei
dem das die physische Basisbandschicht verarbeitende Modul 103 aus
einem Rake-Empfänger,
einem Spreiz-/Entspreizmodul, einem Modulations-/Demodulationsmodul
und einem Viterbi/Turbo-Codier-/Decodiermodul aufgebaut sein kann,
während
das die höhere
Basisbandschicht verarbeitende Modul 105 aus einem Quellen-Coder/Decoder aufgebaut
sein kann.
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Beim
Downlink werden von der Antenne 100 empfangene Funksignale
im Hochfrequenzmodul 101 zuerst verstärkt und auf Zwischenfrequenzsignale
(IF-Signale) oder
analoge Basisbandsignale herunterkonvertiert; dann werden die Zwischenfrequenzsignale
oder analogen Basisbandsignale in digitale Basisbandsignale umgewandelt,
um in das Modul 103 zur Verarbeitung der physischen Basisbandschicht
eingegeben zu werden, nachdem sie im AD/DA-Wandlermodul 102 abgetastet
und quantifiziert wurden; im Modul 103 zur Verarbeitung
der physischen Basisbandschicht werden die durch aufeinanderfolgende
Arbeitsvorgänge
wie Rake-Empfang, Entspreizen, Demodulation, Entschachteln, gemeinsames
Erkennen (JD joint detection), Viterbi/Turbo-Decodierung usw. erhaltenen
Signa le abhängig von
den Steuersignalen vom Basisband-Steuermodul 104 dem die
höhere
Basisbandschicht verarbeitenden Modul 105 zugeführt; im
die höhere
Basisbandschicht verarbeitenden Modul 105 werden die vom
die physische Basisbandschicht verarbeitenden Modul 103 verarbeiteten
Daten weiter in der Datenverbindungsschicht, Netzwerkschicht oder
der höheren
Schicht, einschließlich
einer Signalverarbeitung der höheren
Schicht, Systemsteuerung, Quellen-Codierung/Decodierung usw. verarbeitet.
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Die
oben beschriebene Mobiltelefontechnik mit einer einzigen Antenne
ist derzeit sehr ausgereift. Viele Hersteller, auch Philips, haben
gut einsetzbare Chip-Satz-Lösungen entwickelt,
bei denen die Funktion des genannten Basisband-Moduls 103,
das die physische Schicht verarbeitet, im allgemeinen durch ein
Basisband-MODEM
auf der Basis von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen
(ASIC) verwirklicht ist.
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Die
Einführung
der Technik der intelligenten Antennen in die derzeit vorhandenen
Mobiltelefone wird hingegen den Aufbau des ganzen die physische Basisbandschicht
verarbeitenden Moduls vollständig verändern, dessen
Hardware und entsprechende Software, beispielsweise Rake-Empfänger, Entspreizungsfunktionen
usw., kaum zu nutzen sind.
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Um
die Konstruktion des Standard-Basisbandsystems weiter nutzen zu
können,
hat Innovics Inc., ein Lieferant von elektronischen Ausrüstungen in
Los Angeles, CA, U.S.A., eine in 2 dargestellte Mobiltelefonvorrichtung
mit intelligenten Antennen geschaffen.
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Wie
in 2 dargestellt, enthält ein SA-Modul (smart antenna-Modul) 206 eine
Antennenkombiniereinrichtung 208 und ein Kombinationssteuermodul 207,
bei dem das Kombinationssteuermodul 207 zwei Gruppen von
Gewichtungen der Antennenkombiniereinrichtung 208 anpasst,
und zwar entsprechend den Feedback-Signalen, die vom Rake-Empfänger- und
Entspreiz-Modul 209 und dem Viterbi/Turbo-Decodiermodul 210 ausgegeben
werden, während
die Antennenkombiniereinrichtung 208 die von den beiden
Kanälen
eingegebenen Signale kombiniert, indem eine Gruppe von Gewichtungen
entsprechend dem vom Kombinationssteuermodul 207 abgegebenen
Steuersignal individuell multipliziert wird.
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In
dieser Lösung
sind das SA-Modul 206 und der Rake-Empfänger getrennt, d.h. Raum-Diversity und
Zeit-Diversity sind getrennt aufgebaut, so dass die Software des
Standard-Basisbandsystems wiederbenutzt werden kann. Da beim Kombinationssteuermodul 207 im
SA-Modul 206 jedoch Feedback-Signale vom Entspreiz-Modul 209 des
Rake-Empfängers
und vom Viterbi/Turbo-Decoder-Modul 210 benötigt werden,
um die Antennenkombiniereinrichtung 208 zu steuern und
einzustellen, die Schnittstelle zwischen dem Kombinationssteuermodul 207 und
dem Entspreiz-Modul 209 des Rake-Empfängers sowie vom Viterbi/Turbo-Decoder-Modul 210 aber
nicht kompatibel mit Standard-Verarbeitungsmodulen für physische
Basisband-Schichten sind, kann die Hardware von Standardlösungen wie
das Verarbeitungsmodul 103 für physische Basisband-Schichten
usw. nicht wiederbenutzt werden.
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Soll
also die obige Lösung
der Innovics Inc benutzt werden, so müsste der Entwurf des Standard-Systems
modifiziert werden, d.h. das Verarbeitungsmodul 103 für physische
Basisband-Schichten muss geändert
werden, um das SA-Modul 206 zu unterstützen, was sehr schwierig sein
kann.
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Wie
oben beschrieben, wurde bezüglich
der Wiederbenutzung des Entwurfs von derzeitigen mobilen Terminals
beim Stand der Technik nur die Wiederbenutzung des Softwareentwurfs
realisiert, aber die Wiederbenutzung sowohl der Software als auch der
Hardware wurde nicht erreicht. Deshalb bleibt das Problem, wie an
den derzeitigen mobilen Terminals Änderungen vorgenommen und der
Vorteil der Hardware- und Software-Resourcen in dem Verarbeitungsmodul
von Systemen mit einfacher Antenne genutzt werden können, immer
noch ungelöst
für die Anwendung
von intelligenten Antennen in mobilen Terminals.
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Die
europäische Patenanmeldung Nr. 0892504
A2 beschreibt einen Funkempfänger mit einer Mehrzahl von
Antennen und Mitteln zur Diversity-Verarbeitung eines über die
Mehrzahl von Antennen empfangenen Signals, um einen robusten Empfängeraufbau
zu bieten, der die Qualität
der Kommunikationsverbindung verbessert. Die Veröffentlichung enthält jedoch
keine Betrachtungen über
die Wiederbenutzung der Hardware- und Software-Resourcen des Empfängers mit
einer Antenne.
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Die
internationale Patentanmeldung
WO 01/59945 A1 beschreibt eine Zwei-Empfängeranordnung
für den
Diversity-Empfang eines Funksignals und ist zur Stromersparnis entworfen.
Die Veröffentlichung
enthält
jedoch keine Betrachtungen über
den Empfang von Mehrkanalsignalen oder zur Wiederbenutzung der Hardware-
und Software-Resourcen des Empfängers
mit einer Antenne.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Empfangseinrichtung
und ein Empfangsverfahren für
mobile Terminals mit intelligenten Antennen vorzuschlagen, mit dem
das Software- und Hardware-Design von derzeitigen Basisband-Verarbeitungsmodulen
ohne wesentliche Änderungen
wiederbenutzt werden kann.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Empfangseinrichtung
und ein Empfangsverfahren für
mobile Terminals mit intelligenten Antennen in TD-SCDMA-Systemen vorzuschlagen,
mit dem die Konflikte zwischen dem Betrieb der SA-Module und den
Wiederbenutzungsfunktionen von Basisband-Verarbeitungsmodulen in Empfangseinrichtungen
mit intelligenten Antennen gelöst
werden.
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Eine
noch weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Empfangseinrichtung
und ein Empfangsverfahren für
mobile Terminals mit intelligenten Antennen vorzuschlagen, mit dem
die Synchronisierzeit zum Eingeben von Daten deutlich verkürzt wird, um
hierdurch große
Verbesserungen in den Eigenschaften der Übertragungssysteme zu erzielen.
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Zur
Lösung
der oben genannten Aufgabe wird durch die Erfindung ein mobiles
Terminal mit intelligenten Antennen vorgeschlagen,
mit einer
Mehrzahl von Gruppen Hochfrequenzsignale verarbeitender Module zum
Umwandeln von Mehrkanal-Hochfrequenzsignalen, die von entsprechenden
intelligenten Antennen empfangen werden, in Mehrkanal-Basisbandsignale;
mit
einem Intelligent-Antenne-Verarbeitungsmodul zur Intelligent-Antenne-Basisband-Verarbeitung
der Mehrkanal-Basisbandsignale, die von der Mehrzahl von Gruppen
Hochfrequenzsignale verarbeitender Module ausgegeben werden, um
die Mehrkanal-Basisbandsignale zu Einkanal-Basisbandsignalen entsprechend
einer Steuerinformation zu kombinieren; und
mit einem Basisband-Verarbeitungsmodul
zur Lieferung der Steuerinformation an das Intelligent-Antenne-Verarbeitungsmodul
entsprechend Daten vom Intelligent-Antenne-Verarbeitungsmodul und zur Basisband-Verarbeitung
des von dem Intelligent-Antenne-Verarbeitungsmodul ausgegebenen
Einkanal-Basisbandsignals;
welches Terminal dadurch gekennzeichnet
ist, dass die Steuerinformation einzeln (one-off) empfangen wird,
wenn das Intelligent-Antenne-Verarbeitungsmodul aktiviert ist und
mindestens folgendes enthält: ein
Signal zum Aktivieren des Intelligent-Antenne-Verarbeitungsmoduls,
Downlink-Pilotzeitschlitz-Daten und eine Midamble.
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Um
die oben genannte Aufgabe zu lösen, wird
gemäß dieser
Erfindung ein Verfahren mit folgenden Schritten vorgeschlagen:
Empfangen
von Mehrkanal-Hochfrequenzsignalen und Umwandeln der Hochfrequenzsignale
in Mehrkanal-Basisbandsignale;
Aktivieren einer Intelligent-Antenne-Verarbeitung
und Kombinieren der Mehrkanal-Basisbandsignale zu Einkanal-Basisbandsignalen
entsprechend einer empfangenen Steuerinformation; und Basisband-Verarbeitung
der Einkanal-Basisbandsignale; welches
Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuerinformation
entsprechend einem Kanal-Basisbandsignal innerhalb der Mehrkanal-Basisbandsignale
erzeugt wird und dass die Steuerinformation einzeln (one-off) empfangen
wird und zumindest folgendes enthält: ein Signal zum Aktivieren
der Intelligent-Antenne-Basisband-Verarbeitung, Downlink-Pilotzeitschlitz-Daten
und eine Midamble.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
erfolgt eine weitere Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild eines Standard-Mobiltelefons mit einer einzigen
Antenne in TD-SCDMA,
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2 zeigt
den systematischen Aufbau eines geläufigen Mobiltelefons mit einer
eingebauten intelligenten Antenne,
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3 zeigt
das Blockschaltbild einer Empfangseinrichtung für mobile Terminals mit intelligenten
Antennen gemäß dieser
Erfindung,
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4 zeigt
den Aufbau des SA-Moduls in der Empfangseinrichtung von mobilen
TD-SCDMA-Terminals mit mit intelligenten Antennen gemäß dieser
Erfindung,
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5-1 zeigt die Frame-Struktur von Signalen, die
in TD-SCDMA-Systemen zu übertragen
sind,
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5-2 zeigt die Struktur eines DwPTS (Downlink-Pilotzeitschlitzes)
in TD-SCDMA-Systemen,
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5-3 zeigt die Struktur eines UpPTS (Uplink-Pilotzeitschlitzes)
in TD-SCDMA-Systemen,
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5-4 zeigt die Burst-Struktur des Verkehrs-Zeitschlitzes
in TD-SCDMA-Systemen,
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6 zeigt
ein schematisches Diagramm von zwei aufeinanderfolgenden Sub-Frames,
die in TD-SCDMA-Systemen verarbeitet werden,
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7 zeigt
den Aufbau einer Ausführung des
SA-Moduls nach 4,
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8 zeigt
den Aufbau des SA-Moduls, wenn der intelligente Empfang des SA-Moduls
nach 7 deaktiviert ist,
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9 zeigt
den Aufbau des SA-Moduls, wenn der intelligente Empfang des SA-Moduls
nach 7 aktiviert ist, und
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10 zeigt
die Zeitfolge beim Initialisieren des SA-Moduls in TD-SCDMA-Systemen.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Es
folgt eine detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung
mit Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen und spezifische Ausführungsformen.
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3 ist
ein Blockdiagramm der Empfangseinrichtung für mobile Terminals mit intelligenten
Antennen, wie sie mit dieser Erfindung vorgeschlagen werden. Wie
in der Figur dargestellt, enthält
die Empfangseinrichtung zwei Gruppen von Hochfrequenzsignale verarbeitenden
Modulen, die zwei Antennen 300, zwei Hochfrequenzmodule 301 und
zwei AD/DA-Wandlermodule 302, ein Intelligente-Antenne-Verarbeitungsmodul
(nachfolgend SA-Modul = smart antenna genannt) 306 und
ein Basisband-Verarbeitungsmodul, das aus einem die physische Basisbandschicht
verarbeitendem Modul 303, einem Basisband-Steuermodul 304 und
einem eine höhere Basisbandschicht
verarbeitendem Modul 305 besteht. Die beiden Antennen 300 werden
für den
Empfang von Hochfrequenzsignalen verwendet; die Hochfrequenzmodule 301,
die mit den beiden Antennen entsprechend verbunden sind, werden
zum Verstärken
und Herunterkonvertieren der empfangenen Signale auf Zwischenfrequenzsignale
oder analoge Basisbandsignale verwendet; AD/DA-Wandlermodule 302,
die entsprechend mit dem Ausgang der Hochfrequenzmodule 301 verbunden
sind, werden zum Abtasten und Quantifizieren von Zwischenfrequenzsignalen
oder analogen Basisbandsignalen vom Hochfrequenzmoduls 301 und
zu ihrer Umwandlung in digitale Basisbandsignale verwendet, wenn
die Downlink-Daten verarbeitet werden; ein SA-Modul 306,
das mit dem Ausgang jedes AD/DA-Wandlermoduls 302 verbunden
ist, wird für
die Verarbeitung jedes digitalen Basisbandsignalkanals durch das
Basisband der intelligenten Antenne verwendet; ein die physische
Basisbandschicht verarbeitendes Modul 303 wird für die Basisbandverarbeitung
der vom SA-Modul verarbeiteten digitalen Signale verwendet, wozu
Rake-Empfang, Entspreizen, Demodulation, Entschachtelung (deinterleaving),
JD, Viterbi/Turbo-Decodierung usw. gehören können; ein eine höhere Basisbandschicht
verarbeitendes Modul 305 wird zum Verarbeiten der Daten
in der Link-Schicht, der Netzwerkschicht oder höheren Schicht verwendet, nachdem
das Datum von dem die physische Basisbandschicht verarbeitenden
Modul 303 verarbeitet wurden, wozu die Signalverarbeitung
der höheren Schicht,
das Quellen-Codieren und Quellen-Decodieren usw. gehören können; ein
Basisband-Steuermodul 304, das mit dem die physi sche Basisbandschichtschicht
verarbeitenden Modul 303 verbunden ist, wird zum Steuern
der Arbeitsvorgänge
des SA-Moduls 306, des die physische Basisbandschicht verarbeitenden
Moduls 303 und des die höhere Basisbandschicht verarbeitenden
Moduls 305 über
einen Datenbus verwendet.
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Wie
in 3 dargestellt, ist das SA-Modul 306 unabhängig und
in der Lage die SA-Basisbandverarbeitungsvorgänge ohne dynamische Feedback-Signale
vom die physische Basisbandschicht verarbeitenden Modul 303 durchzuführen, jedoch entsprechend
den über
den Datenbus übermittelten SA-Steuerbefehlen,
die einzeln zugeführt
werden, wenn das SA-Modul aktiv geschaltet wird (enabled). Die dem
SA-Modul 306 über
den Datenbus oder andere Schnittstellen übermittelten SA-Steuerbefehle brauchen
nicht nur Freigabesignale, Algorithmus-Auswahlsignale, DwPTS-Daten, Midamble-Daten
usw. zu enthalten.
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Wenn
es erforderlich ist, dass im SA-Modul 306 die Synchronisationsfunktion
des die physische Basisbandschicht verarbeitenden Moduls 303 während des
Betriebs der Empfangseinrichtung der intelligenten Antenne (s. 3)
in TD-SCDMA-Systemen wieder
zu verwenden, muss die Synchronisationsinformation des die physische
Basisbandschicht verarbeitenden Moduls 303 gewonnen werden,
wenn das SA-Modul initialisiert wird.
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Es
folgt eine detaillierte Beschreibung in Verbindung mit 4,
um darzustellen, wie das SA-Modul zuerst die genannte Synchronisationsinformation erlangt
und dann die normale Basisbandverarbeitung der intelligenten Antenne
in TD-SCDMA-Systemen beginnt.
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Wie
in 4 dargestellt, umfasst das SA-Modul 306 zwei
Puffer 308, um die digitalen Basisbandsignale vom AD-Wandler
im Cache unterzubringen (zu Puffern), wenn die Downlink-Daten verarbeitet
werden, wobei die Eingangsenden oder Puffer mit entsprechenden Ausgangsenden
von AD/DA-Wandlermodulen 302 verbunden sind; weiter zwei
Gewichtungseinstell-Module 309 und 309', um die von
den beiden Puffern 308 ausgegebenen Daten entsprechend
der empfangenen, jeweils zutreffenden Gewichtungsinformation zu
gewichten; eine Kombinationsvorrichtung, z.B. einen Addierer 310, um
die gewichteten, von den beiden Gewichtungseinstell-Modulen 309 und 309' ausgegebenen
gewichteten Daten zu kombinieren, und die kombinierten Daten an
das die physische Basisbandschicht verarbeitende Modul 303 auszugeben;
weiter eine Steuereinrichtung, z.B. eine Kombinations- und Synchronisationssteuereinrichtung 307,
um Dateninformationen zu empfangen, die von den oben genannten AD/DA-Wandlermodulen 302 in
die beiden Puffer 308 eingegeben wurden, um einen Datenstrom,
der in das genannte SA-Modul 306 durch einen vereinfachten
Sub-Frame und Zeitschlitz-Synchronisationsverfahren
eingegeben wurde, zu synchronisieren, und den Gewichtungswert der
Gewichtungseinstell-Module 309 und 309' gleichzeitig
entsprechend den SA-Steuerbefehlen vom Datenbus zu steuern.
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Der
Betriebsablauf verläuft
wie folgt:
Zuerst wird die Verarbeitung des Basisbands der
intelligenten Antenne im SA-Modul 306 deaktiviert.
Zu dieser Zeit kann das SA-Modul Signale vom Einzelkanal-Hochfrequenzsignal-Verarbeitungsmodul empfangen,
d.h. das SA-Modul 306 kann als Durchlasspfad für Signale
vom Einzelkanal-Hochfrequenzsignal-Verarbeitungsmodul betrachtet werden.
Dann erhält
das die physische Basisbandschicht verarbeitende Modul 303 zuerst
DwPTS und teilnehmerspezifische Midamble von Signalen, die von dem
Einzelkanal-Hochfrequenzsignal-Verarbeitungsmodul
eingegeben wurden, nachdem die Verbindung zwischen dem Mobiltelefon
und der Basisstation hergestellt wurde.
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Zweitens
nimmt das genannte Basisband-Verarbeitungsmodul DwPTS und die teilnehmerspezifische
Midamble vom die physische Basisbandschicht verarbeitenden Modul 303 als
Teil von SA-Steuerbefehlen und übermittelt
sie über
den Datenbus an das SA-Modul 306 und aktiviert das SA-Modul 306 mit
Treibersignalen in SA-Steuerbefehlen.
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Drittens
gleicht die Synchronisationssteuerung der Kombinations- und Synchronisationssteuereinrichtung 307 im
datengetriebenen SA-Modul 306 DwPTS in SA-Steuerbefehlen
mit eingegebenen Signale ab, um die Synchronisierung von Sub-Frames zu
verwirklichen.
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Viertens
gleicht die Synchronisationssteuerung der Kombinations- und Synchronisationssteuereinrichtung 307 nach
Beendigung der Synchronisierung der Sub- Frames teilnehmerspezifische Midamble
in SA-Steuerbefehlen mit eingegebenen Signalen ab, um die Synchronisierung
des durch die Basisstation spezifizierten Zeitschlitzes im Downlink
zu verwirklichen.
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Fünftens wird
nach der Synchronisierung von DwPTS die Midamble des empfangenen
Zeitschlitzes geortet. Entsprechend der vom empfangenen Zeitschlitz
und der in SA-Steuerbefehlen vom die physische Basisbandschicht
verarbeitenden Modul 303 (als das Referenzsignal) berechnet
die Kombinationssteuerung der Kombinations- und Synchronisationssteuereinrichtung 307 die
entsprechenden Gewichtungen und liefert die errechneten Gewichtungen
an die beiden Gewichtungseinstell-Module 309 und 309' entsprechend
dem in den SA-Steuerbefehlen
bezeichneten Gewichtungsalgorithmus.
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Sechstens
werden die von den beiden Puffern 308 ausgegebenen Daten
in den Gewichtungseinstell-Modulen 309 und 309' entsprechend
mit den korrespondierenden, im Schritt 5 erlangten Gewichten multipliziert,
und die gewichteten Daten werden an den Addierer 310 ausgegeben.
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Siebtens
werden die im Addierer 310 kombinierten Daten an das folgende,
die physische Basisbandschicht verarbeitende Modul 303 geschickt.
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Achtens
werden die oben beschriebenen Schritte 3 bis 7 wiederholt und das
SA-Modul verarbeitet
die eingegebenen Signale nacheinander.
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Für die oben
angegebenen Betriebsabläufe müssen mehrere
Punkte besonders klargestellt werden:
- 1. Im
oben genannten Schritt 1 wird das SA-Modul anfangs deaktiviert und
beginnt seinen datengetriebenen Betrieb nur, wenn es über den
Datenbus im Schritt 2 SA-Steuerbefehle empfängt, die Synchronisationsinformationen
für die
Synchronisierung der eingegebenen Signale, wie DwPTS, teilnehmerspezifische
Midamble, Signale zum Aktivieren des SA-Moduls und Auswählen des
Gewichtungsalgorithmus, enthalten. Das heißt, die Synchronisationsinformation
wird erlangt, bevor das SA-Modul den Betrieb beginnt, und das SA-Modul
kann die Synchronisationsfunktion des die physische Basisbandschicht
verarbeitenden Moduls 303 wieder verwenden und es werden
keine Konflikte verursacht.
- 2. In den oben beschriebenen Schritten 3 und 4 wählte das
SA-Modul ein vereinfachtes Verfahren der Sub-Frame- und Zeitschlitzsynchronisation. Die
Verwendung dieses vereinfachten Synchronisationsverfahrens wird
durch die Frame-Struktur der im TD-SCDMA-System übermittelten Signale ermöglicht.
Eine detaillierte Beschreibung folgt im Zusammenhang mit 5-1, 5-2, 5-3 und 5-4,
um die Frame-Struktur von Signalen darzustellen, die in TD-SCDMA-Systemen übermittelt
werden.
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Wie
in 5-1 gezeigt wird, besteht ein Frame im TD-SCDMA-System
aus vier Schichten, von oben nach unten. Dabei handelt es sich um
Super-Frame, Funk-Frame,
Sub-Frame und Zeitschlitz, wobei die Länge eines Super-Frame 720 ms
ist und jeder Super-Frame aus 72 Funk-Frames mit einer Länge von
je 10 ms besteht; der Funk-Frame ist in zwei Sub-Frames mit einer
Länge von
je 5 ms geteilt, und die Frame-Struktur jedes Sub-Frames ist gleich. Die
Struktur des 5 ms langen Sub-Frames erleichtert eine schnelle Leistungssteuerung,
Uplink-Synchronisation
und Strahlbildung. Aus 5-1 geht
ebenfalls hervor, dass jeder Sub-Frame aus sieben Verkehrs-Zeitschlitzen
und drei Spezialzeitschlitzen besteht. Bei TS0 bis TS6 in 5-1 handelt es sich um Verkehrszeitschlitze (traffic
time slots), und DwPTS, UpPTS und GP (guard period = Wachperiode)
sind drei spezielle Zeitschlitze. In den 5-2 und 5-3 werden die Strukturen von DwPTS und UpPTS
näher beschrieben,
wobei das SYNC-DL-Feld in 5-2 und
das SYNC-UL-Feld in 5-3 jeweils bei der Frame-Synchronisation
als Downlink- oder Uplink-Pilot genutzt wird. Der Burst-Frame für Verkehrszeitschlitze,
wie T0 bis T6, ist ebenfalls in 5-4 dargestellt.
Wie in der Figur dargestellt, ist die Trainingssequenz, d.h. die
Midamble, in der Mitte des Verkehrszeitschlitzes angeordnet und
ihre Position ist festgelegt. Die Länge der Midamble beträgt 144 Chips
und für
unterschiedliche Zellen können
die Midamble-Codes unterschiedlich sein, d.h. unterschiedliche Midamble-Sätze verwenden.
Im TD-SCDMA-System
wird die Midamble auch für
den Intelligente-Antenne-Algorithmus
verwendet.
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In
der oben gegebenen Beschreibung, die sich auf die 5-1 bis 5-4 bezieht,
ist die Struktur der Sub-Frames in jedem Funk-Frame in TD-SCDMA-Systemen die gleiche,
das Sub-Frame-Synchronisationsverfahren kann also auch in Schritt
3 zur Synchronisation der eingegebenen Hochfrequenzsignale verwendet
werden. Da die Midamble der eingegebenen Signale zur Berechnung der
Empfangsgewichtungen von intelligenten Antennen in TD-SCDMA-Systemen
verwendet wird und die Position der Midamble in eingegebenen Signale
feststeht, kann die Zeitschlitzsynchronisierung im Schritt 4 weiterhin
dazu genutzt werden, die Midamble von eingegebenen Signalen zu erlangen,
um die Gewichtungen von intelligenten Antennen zu berechnen.
- 3. In den oben beschriebenen Schritten 3 und
4 verwendet das SA-Modul das vereinfachte Verfahren der Sub-Frame-Synchronisierung
und Zeitschlitzsynchronisierung. Die eingegebenen Signale in den
vereinfachten Verfahren, DwPTS und teilnehmerspezifische Midamble,
erlangt das SA-Modul vom die physische Basisbandschicht verarbeitenden
Modul 303. Darum können
der Sub-Frame und der Zeitschlitz von eingegebenen Signalen dadurch
synchronisiert werden, dass DwPTS und teilnehmerspezifische Midamble,
die aus Rückführungssignalen
erlangt wurden, mit eingegebenen Signalen abgeglichen werden, ohne
DwPTS und teilnehmerspezifische Midamble zu suchen.
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Das
entsprechend dieser Erfindung aufgebaute SA-Modul und das Synchronisationsverfahren können eine
Zeitersparnis von bis zu 31/32 bei der Sub-Frame-Synchronisation und bis zu 15/16 bei
der Zeitschlitzsynchronisation erreichen, verglichen mit dem gesamten
Synchronisationsablauf, der im die physische Basisbandschicht verarbeitenden
Modul stattfindet.
- 4. Wie oben beschrieben,
befindet sich die Midamble, die zur Berechnung des Gewichtungswertes
von intelligenten Antennen in TD-SCDMA-Systemen verwendet wird,
in der Mitte eines in 5-4 dargestellten
Zeitschlitzes; es werden darum zwei Puffer 308 im SA-Modul 306 verwendet,
um Signale zu empfangen, d.h. empfangene Signale müssen zuerst
in einem Cache gepuffert und dann verarbeitet werden, bis die Midamble des
derzeitigen Zeitschlitzes empfangen wur de.
- 5. Bei der oben beschriebenen Sub-Frame-Synchronisation und
Zeitschlitzsynchronisation ist der Abstand zwischen den beiden intelligenten
Antennen für
den Empfang von eingegebenen Signalen sehr kurz, Signale erreichen
also die beiden Kanäle
fast zur gleichen Zeit. Wenn die beiden Kanäle gleichzeitig synchronisiert
werden, kann die oben angesprochene Sub-Frame-Synchronisation und
Zeitschlichtsynchronisation in nur einem Kanal durchgeführt werden.
- 6. Die Struktur des SA-Moduls in 4 ist auch auf
den Uplink-Modus anzuwenden.
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Gemäß der Intelligente-Antenne-Empfangseinrichtung
und dem entsprechenden Empfangsverfahren nach dieser Erfindung braucht
nur das SA-Modul in derzeit verwendete Mobiltelefone mit Einfachantenne
eingefügt
zu werden, um die Integration von Intelligente-Antenne-Technik und
Mobiltelefon zu verwirklichen, ohne dass bedeutende Änderungen am
Aufbau von Hardware und Sofware der derzeitigen Mobiltelefone durchzuführen wären. Das
Einfügen
von SA-Modulen hat jedoch unausweichlich Einfluss auf die bereits
vorhandenen Bauteile, wie das die physische Basisbandschicht verarbeitende
Modul 303 usw., insbesondere durch Puffer 308 im
SA-Modul hervorgerufene Zeitverzögerungen,
die ein nicht zu vernachlässigendes
Problem beim Einführungsverfahren
der Erfindung sind. Im Konstruktionsverfahren der Erfindung sind
einige vordefinierte Parameter im die physische Basisbandschicht
verarbeitenden Modul 303 gesetzt, aus denen die durch die Puffer
verursachte Zeitverzögerung
zu erkennen ist.
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(1) Geschlossener Regelkreis, einschließlich Leistungssteuerung,
automatische Verstärkungsregelung
(AGC), automatische Frequenzregelung (AFC) usw.
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Bei
der Leistungssteuerung handelt es sich um einen geschlossenen Regelkreis
zwischen einer Basisstation und einem Mobiltelefon mit einer maximalen
Frequenz von 200 Hz, d.h. die Leistungssteuerung wird höchstens
bei jedem Sub-Frame
durchgeführt
und die Verarbeitungszeit für
die Leistungssteuerung beträgt
fast einen Sub-Frame. Wenn die Verarbeitungszeitverzögerung,
die durch das SA-Modul 306 verursacht wird, einen Zeitschlitz
beträgt,
etwa 1/7 Sub-Frame, ist eine Leistungssteuerung kaum durchführbar.
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AGC
und AFC sind in einem Mobiltelefon ein geschlossener Regelkreis.
In der TD-SCDMA-Norm ist die Ansprechzeit für AGC und für AFC nicht spezifiziert. Gemäß derzeitigen
WCDMA Modem-Konstruktionen kann die Ansprechzeit einen Zeitschlitz betragen.
In einem solchen Fall kann die Verarbeitungszeitverzögerung,
die durch das SA-Modul 306 verursacht wird, das Leistungsverhalten
von Mobiltelefonen verschlechtern, diese Verschlechterung kann durch
ein weiteres Verkleinern der Größe der beiden Puffer 308 verringert
werden.
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(2) Uplink-Synchronisation
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In
TD-SCDMA-Systemen ist eine Uplink-Synchronisation erforderlich,
bevor ein wahlfreier Zugriff durchgeführt werden kann, was erfordert,
dass die Signale von unterschiedlichen Teilnehmern vor dem Empfang
durch die Basisstation synchronisiert werden müssen. Dieser Vorgang und die Spezifikation
dazu sind wie folgt zu definieren:
- a. Synchronisiere
zuerst den Downlink;
- b. Teilnehmerausrüstung
sendet UpPTS und dann sendet die Basisstation Informationen zur
Einstellung;
- c. Verwende Midamble um Uplink-Synchronisation aufrechtzuerhalten;
- d. Synchrone Präzision
ist 1/8 Chip.
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Aufgrund
der durch das SA-Modul und das die physische Basisbandschicht verarbeitenden
Modul 303 verursachten verzögerten Verarbeitungszeit sollte
die Uplink-Synchronisation sorgfältig
aufrechterhalten werden. Bei der Annahme, dass die Verarbeitungsverzögerung,
die durch das SA-Modul 306 entsteht, ein Zeitschlitz ist,
ist die Darstellung von zwei aufeinander folgenden Sub-Frames in 6 gezeigt.
Nach der Verarbeitung des SA-Moduls 306 sind nur noch Downlink-Zeitschlitze
des Frames von Interesse, wobei Tsi den i-ten Zeitschlitz des Sub-Frame
bezeichnet; PTS bezeichnet sowohl DwPTS als auch UpPTS; „↑" und „↓" bezeichnen Uplink
bzw. Downlink.
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Aus 6 geht
hervor, dass der Daten-Frame nach der SA-Modulverarbeitung um einen
Zeitschlitz verzögert
ist. Die Uplink-Zeitschlitze sind in dem Frame vor SA dargestellt.
Dann muss das die physische Basisbandschicht verarbeitende Modul 303 die
Daten von sowohl Downlink als auch Uplink zur selben Zeit verarbeiten
(durch die gepunkteten Linien angedeutet). Wenn beispielsweise TS0
vom SA-Modul 306 verarbeitet wird und an das die physische
Basisbandschicht verarbeitende Modul 303 weitergeleitet
wird, wird TS1 ebenfalls vom die physische Basisband verarbeitenden
Modul 303 verarbeitet. Das erfordert, dass das die physische
Basisbandschicht verarbeitende Modul 303 eine Parallelverarbeitung
von sowohl Uplink- als auch Downlink-Daten unterstützen muss.
Gemäß dem WCDMA-Modemaufbau
werden die Daten für
Uplink und Downlink störungsfrei
parallel verarbeitet. Die Konstruktion des TD-SCDMA-Moduls 303 zur
Verarbeitung der physischen Basisbandschicht gleicht WCDMA, so dass auch
dabei keine Konflikte entstehen würden.
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Im
Hinblick auf die durch die oben genannten Puffer erzeugte Zeitverzögerung schafft
diese Erfindung eine Ausführung
der Empfangseinrichtung mit intelligenter Antenne für Mobiltelefone.
Bei dieser Ausführungsform
werden die Puffer im SA-Modul als zwei Ring-FIFOs verwirklicht,
deren Struktur in der sich auf 7 beziehenden
nachfolgenden Beschreibung dargelegt wird.
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7 gibt
die Struktur einer Ausführungsform
eines SA-Moduls nach 4 wieder. In dieser Ausführungsform
sind die Puffer 308 zwei Ring-FIFO-Puffer 308', von denen
jeder die Größe eines
Zeitschlitzes hat. Andere in 7 dargestellte Module
sind die gleichen wie ihre entsprechenden Module in 4,
so dass eine Beschreibungswiederholung hier nicht nötig ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass das SA-Modul 306 auf diese
Weise implementiert werden kann, jedoch nicht auf diese eine Weise
beschränkt
ist.
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Es
folgt eine Beschreibung der Verarbeitungsschritte des SA-Moduls
nach 7 im Zusammenhang mit den 8, 11 und 12:
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(1) SA-Modul deaktiviert
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Es
ist ein Rundum-Strahl (omni-directional beam) erforderlich, bevor
eine Verbindung aufgebaut wird oder wenn das SA-Leistungsverhalten
nicht akzeptabel ist. Das SA-Modul 306 wird durch Basisband-Steuersperre
deaktiviert. Zu diesem Zeitpunkt kann das Signal von Kanal 1 passieren
und das des Kanals 2 wird unterdrückt. Die empfangenen Signale werden
in zwei Ring-FIFO-Puffern 308' zuerst gespeichert und dann an
das folgende Modul weitergeleitet, wenn die beiden Ring-FIFO-Puffer 308' voll sind.
Der Datenstrom wird um einen Zeitschlitz verzögert. Die Struktur ist in 8 dargestellt.
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(2) SA-Modul aktiviert
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Nachdem
die Verbindung hergestellt wurde und DwPTS und Midamble vom Basisband-Verarbeitungsmodul über den
Datenbus erlangt wurden, wird das SA-Modul 306 vom Basisband-Steuermodul 304 aktiviert.
Dann wird DwPTS für
die Anpassung bei der Sub-Frame-Synchronisation verwendet. Die Struktur
ist in 9 dargestellt.
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(3) Sub-Frame-Synchronisation
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Die
Sub-Frames werden durch Anpassen von DwPTS an die vom Kanal 1 empfangenen
Signale synchronisiert, und dann wird die Midamble für die Anpassung
bei der DwPTS-Synchronisation verwendet.
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(4) DwPTS-Synchronisation
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Nachdem
eine DwPTS durch Verwendung der Midamble synchronisiert ist, werden
die beiden Gewichtungen (w1, w2) auf der Basis der empfangenen Midamble
und der über
den Datenbus vom die physische Basisbandschicht verarbeitenden Modul 303 erhaltenen
Midamble berechnet.
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(5) Kombination
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Wenn
der vorhergehende Zeitschlitz (wenn einer vorhanden ist) verarbeitet
ist, werden alle Daten des derzeitigen Zeitschlitzes im Ring-FIFO-Puffer 308' gespeichert.
Die gespeicherten Daten werden nach ihrer Multiplikation mit den
entsprechenden Gewichtungen kombiniert und an das folgende Modul weitergeleitet.
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(6) Wiederhole die Schritte (3)-(5)
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Der
empfangene Datenstrom kann auf diese Weise nacheinander im SA-Modul
verarbeitet werden.
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Die
zeitliche Sequenz des initialisierten SA-Moduls 306 ist
in 10 dargestellt, wobei Sub-Frame 0&1 den ersten und
den zweiten empfangenen Sub-Frame bezeichnen; „↑" und „↓" Uplink bzw. Downlink bezeichnen; ⇓ zeigt an,
dass der Zeitschlitz durch zwei Downlink-Zeitschlitze jedes Kanals kombiniert
wird.
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Vorteilhafte Anwendung der
Erfindung
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Aus
der oben gegebenen Beschreibung der Erfindung geht bei Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen
deutlich hervor, dass das einzelne SA-Modul, das in den derzeit
verwendeten Mobiltelefonen enthalten ist, in seinem aktivierten
Zustand UpPTS, Midamble und andere Signale zur Datensynchronisation
und Einzelberechnung von Gewichtungen erlangt, dass also das einzelne
SA-Modul den Software- und Hardware-Aufbau eines die physische Basisbandschicht
verarbeitenden Standard-Moduls wiederverwenden kann, ohne dass bedeutende
Modifikationen erforderlich sind.
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Bei
dieser Erfindung wird das SA-Modul zuerst deaktiviert und nach dem
Aufbau der Verbindung aktiviert, und SA-Steuerbefehle wie Synchronisationsinformation
usw. werden über
den Datenbus an das SA-Modul übermittelt,
was auf geschickte Weise Konflikte zwischen der Durchführung von
Arbeitsvorgängen
des SA-Moduls und
der Wiederverwendung von Funktionen des die physische Basisbandschicht verarbeitenden
Moduls vermeidet.
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Außerdem wird
ein vereinfachtes Verfahren für
die Sub-Frame- und Zeitschlitz-Synchronisation
in dem erfindungsgemäßen SA-Modul
verwendet, genauer gesagt, wird Synchronisationsinformation direkt
von SA-Steuerbefehlen erlangt, ohne DwPTS und Midamble zu durchsuchen,
wodurch die für
die Synchronisierung der eingegebenen Daten erforderliche Zeit stark
verkürzt
wird und das Leistungsverhalten des Kommunikationssystems verbessert.
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Obgleich
die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsform dargestellt und
beschrieben wurde, erkennen Fachleute auf diesem Gebiet, dass die
Intelligente-Antenne-Empfangseinrichtung
und das entsprechende Verfahren für Mobiltelefone nach der vorliegenden
Erfindung nicht nur auf Mobiltelefonsysteme beschränkt ist,
sondern auch auf andere drahtlose mobile Kommunikationsterminals, WLAN-Terminals
usw. anzuwenden ist.
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Gleichzeitig
ist Fachleuten auf diesem Gebiet klar, dass die Intelligente-Antenne-Empfangseinrichtung
und das entsprechende Verfahren für Mobiltelefone nach der vorliegenden
Erfindung nicht auf TD-CDMA-Systeme beschränkt ist, sondern ebenfalls
auf GSM, GPRS, EDGE, WCDMA, CDMA IS95, CDMA 2000 und andere zellulare
Kommunikationssysteme anzuwenden ist.
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Fachleute
auf diesem Gebiet erkennen, dass unterschiedliche Modifikationen
an der Intelligente-Antenne-Empfangseinrichtung und dem entsprechenden
Verfahren für
Mobiltelefone gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich
sind, ohne die Grundsätze
des Erfindungsinhalts zu überschreiten.
Der zu schützende
Erfindungsbereich wird durch die Ansprüche definiert.