DE69103196T2

DE69103196T2 - Antennenauswahl-Diversity-Empfangssystem.

Info

Publication number: DE69103196T2
Application number: DE69103196T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Yamao
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1991-04-25
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2011-04-26
Also published as: DE69103196D1; JPH0645970A; CA2041283C; US5203024A; EP0454585A1; EP0454585B1; JPH06103845B2; CA2041283A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Diversity-Empfänger- System, insbesondere ein Antennenauswahl-Diversity-Empfänger-System zum Ausgleich eines Schwundes in einem Funkkommunikationssystem.
Bei einem Funkkommunikationssystem ändert sich der Empfangspegel aufgrund eines Schwundes, und die Abnahme des Empfangspegels bewirkt eine Verschlechterung der Signalqualität. Um dieses Problem zu lösen und für eine stabile Informationsübertragung mit hoher Qualität zu sorgen, sind viele Diversity-Verfahren vorgeschlagen worden. Insbesondere wird ein Antennenauswahl-Diversity-Empfangs-System als vielversprechend für ein mobiles Telefonsystem angesehen, bei dem ein miniaturisierter Empfänger mit geringem Energieverbrauch wesentlich ist.
Fig. 10 zeigt einen bekannten Antennenauswahl-Diversity-Empfänger für ein 3-Kanal-Zeitmultiplexsystem. Dieser bekannte Stand der Technik ist in dem Aufsatz "Performance of a novel selection diversity technique in an experimental TDMA system for digital portable radio communications" in IEEE Global Telecommunications Conference & Exhibition 1988, Seiten 26.2.1-26.2.5 beschrieben. In dieser Figur sind mit 1 und 2 Empfangsantennen, mit 3 ein Wählschalter, mit 4 ein Empfänger/Demodulator, mit 5 eine Rahmen-Synchronisationsschaltung, mit 6 eine Antennenwählschaltung, mit 6-1 eine Takt- oder Zeitgeberschaltung, mit 6-2 eine Schaltersteuerschaltung, mit 6-3 eine Empfangspegelmeßschaltung, mit 6-4 und 6-5 Abtast- und Halteschaltungen und mit 6-6 ein Komparator bezeichnet.
Das Signal A1 in der Antenne 1 und das Signal A2 in der Antenne 2 werden durch den Wählschalter 3 umgeschaltet, und das ausgewählte Signal A1 oder A2 wird dem Empfänger/Demodulator 4 zugeführt, der das Empfangssignal demoduliert. Das demodulierte Signal wird der Rahmen- Synchronisationsschaltung 5 zur Rahmen-Synchronisation zugeführt. Die Antennenwählschaltung 6 empfängt das Rahmen-Taktssignal aus der Rahmen-Synchronisationsschaltung 5 und erkennt den Empfangstakt eines seiner eigenen Empfangsstation zugeordneten Impulsbündel- Schlitzes (Burst-Schlitzes). Der Wählschalter 3 wird unmittelbar vor dem Beginn des Signal-Burst-Schlitzes seiner eigenen Station umgeschaltet, so daß die Empfangspegel beider Antennen verglichen werden.
Fig. 11 stellt einen Schaltvorgang bei dem bekannten Stand der Technik dar, wobei (a) den Rahmen-Aufbau eines Empfangssignals darstellt, bei dem es sich um das Zeitmultiplexsignal mit drei Kanälen in jedem Rahmen handelt. In der Ausführungsform ist das dritte Impulsbündel (Burst) in jedem Rahmen der der eigenen Station zugeordnete Zeitschlitz. Die Taktschaltung 6-1 führt der Empfangspegelmeßschaltung 6-3 ein Auslösesignal im Zeitpunkt t&sub1; zu, der unmittelbar vor dem Beginn des zugeordneten Zeitschlitzes liegt, so daß der Empfangs-Pegel R&sub1; an der Antenne 1 in der Abtast- und Halteschaltung 6-4 festgehalten wird. Dann schaltet die Schaltersteuerschaltung 6-2 den Wählschalter 3 auf die andere Antenne 2 um, so daß der Empfangspegel R&sub2; an der Antenne 2 im Zeitpunkt t&sub2; in der Abtast- und Halteschaltung 6-5 festgehalten wird. Der Komparator 6-6 vergleicht R&sub1; mit R&sub2;. Die Schaltersteuerschaltung 6-2 wählt die Antenne, die den höheren Empfangspegel hat, in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis aus und hält den Schalter 3 in der augenblicklichen Stellung, um den zugeordneten Zeitschlitz in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis zu empfangen.
Es sei beispielsweise angenommen, daß sich der Empfangspegel an den Antennen 1 und 2 entsprechend den in Fig. 11(b) dargestellten Kurven C1 und C2 ändert; dann erzeugt die Schaltersteuerschaltung 6-2 das Wählsignal, wie es in Fig. 11(c) dargestellt ist, in der die Kurve (1) die Wahl der Antenne 1 und die Kurve (2) die Wahl der Antenne 2 darstellt. R&sub1; ist der Pegel auf der Kurve C1 unmittelbar vor dem zugeordneten Zeitschlitz, wenn die Antenne 1 gewählt wird, und R&sub2; der Empfangspegel auf der Kurve C2 unmittelbar vor dem zugeordneten Zeitschlitz, wenn die Antenne 2 gewählt wird. Wenn das Pegelverhältnis R&sub1;> R&sub2; zur Zeit t&sub1; (oder t&sub2;) unmittelbar vor dem zugeordneten Zeitschlitz vorliegt, dann wird die Antenne 1 zum Empfangen des zugeordneten Impulsbündel- Signals gewählt. Der Empfangspegel wird vor jedem zugeordneten Zeitschlitz verglichen, und diejenige Antenne, die den höheren Empfangspegel hat, wird ausgewählt, so daß der Empfangspegel, der dem Empfänger/Demodulator 4 zugeführt wird, auf einem hohen Wert gehalten wird, um Datenfehler zu vermeiden.
Dieser bekannte Stand der Technik hat jedoch den Nachteil, daß ein geringer Diversity-Effekt erreicht wird, wenn der Schwund hoch ist oder sich der Empfangspegel rasch ändert. Wenn sich der Empfangspegel ändert, nachdem die Empfangspegel R&sub1; und R&sub2; im Zeitpunkt t&sub1; oder t&sub2; gemessen wurden, dann überträgt die ausgewählte Antenne nicht den höheren Empfangspegel.
Die Fig. 11(d) und Fig. 11(e) stellen diesen Fall dar. Wenn sich die Empfangspegel der Antennen 1 und 2 so ändern, wie es durch die Kurven C1 und C2 in Fig. 11(d) dargestellt ist, dann ist das Verhältnis R&sub1;> R&sub2; zur Zeit t&sub1; und t&sub2; erfüllt, so daß die Antenne 1 für den Empfang des zugeordneten Impulsbündel-Signals ausgewahlt wird. Nachdem die Antenne umgeschaltet worden ist, kehren sich jedoch die Empfangspegel um, so daß die ausgewählte Antenne das niedrigere Empfangssignal überträgt. In diesem Falle wird die Fehlerrate nicht durch das Antennenauswahl-Diversity-System verbessert.
Mithin ist das bekannte System unbrauchbar, wenn die Schwundrate hoch ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein neues und verbessertes Antennenauswahl-Diversity-Empfangssystem anzugeben, das die Nachteile und Beschränkungen eines bekannten Standes der Technik vermeidet.
Es ist ferner ein Ziel der Erfindung, ein Antennenauswahl-Diversity-Empfangssystem anzugeben, das einer raschen Schwundrate folgt.
Diese und andere Ziele werden durch ein Antennenauswahl-Diversity-Empfangssystem für ein Zeitmultiplex- Empfangssignal erreicht, das aufweist: mehrere Antennen; einen Wählschalter zum Auswählen einer der Antennen; einen Empfänger/Demodulator, der mit der ausgewählten Antenne durch den Wählschalter verbunden ist, um ein demoduliertes Empfangssignal und einen Empfangs- Pegel zu bilden; eine Rahmen-Synchronisationsschaltung, die mit einem Ausgang des Empfänger/Demodulators zur Durchführung einer Rahmen-Synchronisation des Zeitmultiplexsignals verbunden ist; eine Antennenwählschaltung, die mit einem zweiten Ausgang des Empfänger/Demodulators verbunden ist, um den Empfangspegel aufzunehmen, und mit dem Wählschalter verbunden ist, um den Wählschalter zu steuern; wobei die Antennenwählschaltung aufweist: eine Zeitgeberschaltung, die mit der Rahmen-Synchronisationsschaltung zum Herausfinden des Anfangs eines zugeordneten Zeitschlitzes verbunden ist; ein erstes Speichermittel zum Speichern des Empfangspegels jeder Antenne unmittelbar vor dem zugeordneten Zeitschlitz; ein Steilheitsermittlungsmittel zum Ermitteln der Steilheit des Empfangspegels jeder Antenne; ein zweites Speichermittel zum Speichern des Ausgangssignals des Steilheitsermittlungsmittels; ein Vorhersagemittel zum Vorhersagen der Empfangssignalqualität jeder Antenne in dem zugeordneten Zeitschlitz in Abhängigkeit von dem Empfangspegel und der Steilheit unter Verwendung des Ausgangssignals des ersten Speichermittels und des zweiten Speichermittels; und eine Schaltersteuerschaltung, die mit der Zeitgeberschaltung und dem Vorhersagemittel verbunden ist, um den Wählschalter unmittelbar vor dem Beginn des zugeordneten Zeitschlitzes bei jedem zugeordneten Zeitschlitz umzuschalten, so daß diejenige Antenne ausgewählt wird, die in dem zugeordneten Zeitschlitz die beste vorhergesagte Empfangssignalqualität hat.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die erwähnten und andere Ziele, Merkmale und angestrebten Vorteile der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung und beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht, in denen
Fig. 1 ein Betriebsablaufdiagramm des ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels darstellt,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Antennenauswahl- Diversity-Empfängers in dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellt,
Fig. 3A die Antennenauswahl in dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zeigt,
Fig. 3B eine Abwandlung der Fig. 3A zeigt,
Fig. 3C eine weitere Abwandlung der Fig. 3A zeigt,
Fig. 4 die Übergangsantwort einer Differenzierschaltung zeigt,
Fig. 5 ein Betriebsablaufdiagramm des zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels darstellt,
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Antennenauswahl- Diversity-Empfängers nach dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellt,
Fig. 7A die Antennenauswahl bei dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zeigt,
Fig. 7B eine Abwandlung der Fig. 7A darstellt,
Fig. 8 ein Blockschaltbild eines Antennenauswahl- Diversity-Empfängers nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
Fig. 9 Kurven der Wirkung der Erfindung zeigt,
Fig. 10 ein Blockschaltbild eines bekannten Diversity-Empfängers darstellt und
Fig. 11 die Antennenauswahl bei dem bekannten Stand der Technik zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 zeigt ein Betriebsablaufdiagramm des ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, und Fig. 2 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Empfängers. Die gleichen Bezugszahlen in Fig. 2 wie die in Fig. 10 bezeichnen die gleichen Bauteile. Mit 7 ist in Fig. 2 eine Antennenauswahlschaltung, mit 7-1 eine Zeitgeberschaltung, mit 7-2 eine Schaltersteuerschaltung, mit 7-3 eine Empfangspegelmeßschaltung, mit 7-4 eine Empfangspegeldifferenzierschaltung, mit 7-5, 7-6, 7-8 und 7-9 Abtast- und Halteschaltungen, mit 7-7 eine Differenzierschaltung und mit 7-10 eine Fehlervorhersageschaltung bezeichnet.
Das Empfangssignal an der Antenne 1 oder 2 wird dem Empfänger/Demodulator 4 über die Wählschaltung 3 zugeführt. Das demodulierte Signal im Empfänger/Demodulator 4 wird der Rahmen-Synchronisationsschaltung 5 für die Rahmen-Synchronisation zugeführt.
Die Antennenwählschaltung 7 bestimmt den zugeordneten Impulsbündel-Takt (Impulsbündel = Burst) der eigenen Station in Abhängigkeit von dem Rahmen-Taktsignal aus der Rahmen-Synchronisationsschaltung 5 und schaltet den Wählschalter 3 unmittelbar vor dem Beginn des zugeordneten Schlitzes um, so daß die Empfangspegel und die Differentialquotienten der beiden Antennen gemessen werden.
Fig. 3A stellt die Antennenauswahl dar. Fig. 3A(a) zeigt den Rahmen-Aufbau eines Empfangssignals und gleicht der Fig. 11(a). Die Symbole S1, S2 und S3 bezeichnen Schlitze im Rahmen, und bei vorliegendem Ausführungsbeispiel ist der Schlitz S3 der zugeordnete Schlitz, während S1 und S2 andere Schlitze anderer Kanäle sind.
Die Zeitgeberschaltung 7-1 sendet an die Empfangspegelmeßschaltung 7-3 ein Auslösesignal im Zeitpunkt t&sub1;, der unmittelbar vor dem Empfangszeitpunkt des zugeordneten Zeitschlitzes S3 liegt, so daß der Empfangspegel R&sub1; an der ausgewählten Antenne 1 im Zeitpunkt t&sub1; in der Abtast- und Halteschaltung 7-5 festgehalten wird. Gleichzeitig wird das Auslösesignal der Empfangspegeldifferenzierschaltung 7-4 zugeführt, so daß der Differentialquotient dR&sub1;, der durch Differentiation des Empfangspegels der Antenne 1 durch die Differenzierschaltung 7- 7 ermittelt wird, in der Abtast- und Halteschaltung 7-8 (102 in Fig. 1) festgehalten (gespeichert) wird.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Empfangspegel R&sub1; und R&sub2; unmittelbar vor dem zugeordneten Impulsbündel- Schlitz sich auf das Empfangssignal des Zeitschlitzes S&sub2; beziehen, der vom zugeordneten Zeitschlitz S&sub3; abweicht. In jedem Falle ist jedoch der Empfangspegel in dem weiteren Zeitschlitz S&sub2; ausreichend, um die Signalqualität im zugeordneten Zeitschlitz vorherzusagen.
Dann schaltet die Schaltersteuerschaltung 7-2 den Wählschalter 3 auf die andere Antenne 2 um, so daß der Empfangspegel R&sub2; und der Differentialquotient dR&sub2; im Zeitpunkt t&sub2; jeweils in den Abtast- und Halteschaltungen 7- 6 und 7-9 (104 in Fig. 1) festgehalten werden. Die gemessenen vier Werte R&sub1;, R&sub2;, dR&sub1; und dR&sub2; werden der Fehlerraten-Vorhersageschaltung 7-10 zugeführt, die den Empfangspegel und die Fehlerrate in dem zugeordneten Zeitschlitz S3 vorhersagt. Wenn sich beispielsweise der Empfangspegel der Antennen 1 und 2 so ändert, wie es durch die Kurven C1 und C2 in Fig. 3A(b) dargestellt ist, dann haben die Differentialquotienten der Empfangspegel C1 und C2 den durch die Kurven D1 und D2 in Fig. 3A(c) dargestellten Verlauf.
Die vorhergesagten Empfangspegel r&sub1; und r&sub2; beider Antennen und die mittleren Fehlerraten E&sub1; und E&sub2; beider Antennen im zugeordneten Zeitschlitz S3, der auf den Meßzeitpunkt t&sub1; und t&sub2; folgt, werden wie folgt anhand der Werte R&sub1;, R&sub2;, dR&sub1; und dR&sub2; (106 in Fig. 1) vorhergesagt. wobei ts und tf jeweils die Anfangszeit und die Endzeit des zugeordneten Zeitschlitzes S3 sind und Pei[r] die Fehlerrate ist, wenn der Empfangspegel gleich r ist.
Wenn beispielsweise das diffentialkodierte QSPK-Signal durch ein Differentialmeßverfahren gemessen wird, dann ist die theoretisch Fehlerrate
Pe[r] =½ exp&lsqbstr;-r(t)/r&sub0;] (3)
wobei r&sub0; der Empfangspegel ist, der dafür sorgt, daß das normierte Signal/Rausch-Verhältnis (Eb/N&sub0;) an einem Eingang eines Detektors gleich 1 wird, wobei Eb die Empfangsleistung jedes Signalbits und N&sub0; die Rauschleistungsdichte ist.
Die Werte r&sub1;, r&sub2;, E&sub1; und E&sub2; werden nach obigen Gleichungen vorausgesagt, und bei vorliegendem Ausführungsbeispiel wird E&sub1;> E&sub2; ermittelt, wie es in Fig. 3A(d) und Fig. 3A(e) (108 in Fig. 1) dargestellt ist. Die vorgesagte Fehlerrate wird der Schaltersteuerschaltung 7-2 zugeführt, die die Antenne 2 auswählt, die die kleinere Fehlerrate hat, wie es in Fig. 3A(f) (112 in Fig. 1) dargestellt ist. Daher wird die Fehlerrate, wenn das zugeordnete Impulsbündel-Signal empfangen wird, niedrig gehalten. Die Antenne 1 würde gewählt, wenn die Bedingung E1≤E2 erfüllt ist.
Wenn die Empfangsoperation in dem zugeordneten Zeitschlitz S3 beendet ist (114 in Fig. 1), kehrt die Operation zum Schritt 102 in Fig. 1 zurück, so daß eine ähnliche Operation für die folgenden Rahmen wiederholt wird.
Es sei darauf hingewiesen, daß, da der zugeordnete Schlitz bei vorliegendem Ausführungsbeispiel S3 ist, die Messung während des Schlitzes S2 ausgeführt wird, der unmittelbar vor dem zugeordneten Zeitschlitz liegt. Wenn der zugeordnete Zeitschlitz S2 ist, erfolgt die Messung natürlich während des Zeitschlitzes S1, der unmittelbar vor dem zugeordneten Zeitschlitz liegt.
Die Kurve des Empfangspegels in Fig. 3A(b) ist die gleiche wie die in Fig. 11(d). Im bekannten Falle nach Fig. 11(d) wird die Antenne 1 gewählt, so daß die Fehlerrate in zugeordneten Impulsbündel-Takt hoch ist. Dagegen wird bei vorliegender Erfindung die Antenne 2 gewählt, so daß die Fehlerrate niedrig ist.
Wie erwähnt, wird bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Antenne in Abhängigkeit von der vorhergesagten mittleren Fehlerrate bei allen Antennen ausgewählt, die anhand des Empfangspegels und des Differentialquotienten des Empfangspegels aller Antennen berechnet wird. Daher wird selbst dann die Antenne mit der geringeren Fehlerrate im zugeordneten Impulsbündel-Takt gewählt, wenn die Empfangspegel sich umkehren, nachdem die Empfangspegel (R1, R2) gemessen wurden. Auf diese Weise wird der Effekt des Diversity-Empfangs verbessert.
Fig. 3B zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3A, wobei in Fig. 3B die gleichen Bezugszeichen die gleichen Größen bezeichnen. Das Merkmal der Fig. 3B besteht darin, daß die Antenne so ausgewählt wird, daß der Empfangspegel in der Mitte des zugeordneten Zeitschlitzes oder der mittlere Empfangspegel während des Schlitzes höher als der der anderen Antenne ist.
Der Empfangspegel (M1, M2) in der Mitte des zugeordneten Zeitschlitzes ist bei jeder Antenne folgender:
Mi = Ri + dRi((ts + tf)/2-ti) (i=1 oder 2) (2A)
Mit M ist auch der mittlere Empfangspegelwert während des zugeordneten Zeitschlitzes bezeichnet. Die Gleichung (2A) wird anstelle der Gleichung (2) zur Auswahl der Antenne verwendet. Wie Fig. 3B zeigt, werden die Empfangspegel M&sub1; und M&sub2; unter der Annahme vorhergesagt, daß sich der Empfangspegel linear ändert.
Fig. 3C zeigt eine andere Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3A, wobei wiederum die gleichen Bezugszeichen in Fig. 3C die gleichen Größen wie Fig. 3A bezeichnen. Das Merkmal der Fig. 3C besteht darin, daß die Antenne in Abhängigkeit von dem kleinsten Empfangspegel während des zugeordneten Zeitschlitzes S3 gewählt wird, so daß der kleinste Empfangspegel der ausgewählten Antenne höher als der kleinste Empfangspegel der anderen Antenne ist.
Der kleinste Empfangspegel L&sub1; bei der Antenne 1 und der kleinste Empfangspegel L&sub2; bei der zweiten Antenne 2 werden wie folgt vorhergesagt:
Li = Ri + dRi(ts - ti) (dRi≥0, i=1 oder 2)
Li = Ri + dRi(tf - ti) (dRi< 0, i=1 oder 2) (2B)
Bei den drei Abwandlungen nach den Fig. 3A, 3B und 3C wird die Antenne 2 in dem zugeordneten Zeitschlitz 53 ausgewählt.
Nachstehend wird die Übergangsantwort einer Differenzierschaltung erörtert.
Die Fig. 4(a) und 4(b) zeigen die gleichen Signalpegel wie die Fig. 3A(a) und 3A(b). Die dicken Linien in Fig. 4(a) und Fig. 4(b) stellen jeweils den Empfangspegel am Ausgang des Empfänger/Demodulators 4 in Fig. 2 und den differenzierten Wert am Ausgang der Differenzierschaltung 7-7 dar. Wenn zwischen den Zeitpunkten t&sub1; und t&sub2; von der Antenne 1 auf die Antenne 2 umgeschaltet wird, hat der Empfangspegel am Ausgang des Wählschalters 3 einen unstetigen Sprung in Höhe des Pegels (R&sub2;-R&sub1;). Wegen dieses Empfangspegelsprungs, hat der differenzierte Verlauf des Empfangspegels die Übergangsantwort 1 in Form eines negativen Impulses, wie es in Fig. 4(b) dargestellt ist. Obwohl die Übergangsantwort in kurzer Zeit konvergiert, muß der Differentialquotient dR&sub2;', der unmittelbar nach der Umschaltung gemessen wird, nicht nur den gewünschten Differentialquotienten dR&sub2;, sondern auch diese Übergangsantwort enthalten. Wenn der Übergangsfehler groß ist, müssen die gemessenen Werte von r&sub2; und E&sub2; in den Gleichungen (1) und (2) ebenfalls einen großen Fehler aufweisen, so daß die richtige Antennenauswahl unmöglich ist. Je größer der Wert (r&sub2;-R&sub1;) ist, umso größer ist der Übergangsfehler. Da sich der Übergangsfehler verringert, wenn die Dauer zwischen dem Umschaltzeitpunkt und dem Meßzeitpunkt t&sub2; groß ist, ist es vorzuziehen, t&sub2;-t&sub1; größer zu wählen. Wenn die Zeit t&sub2;-t&sub1; jedoch zu lang ist, enthielte die anhand von dR&sub1; im Zeitpunkt t&sub1; ermittelte Fehlerrate E&sub1; einen großen Fehler, da der Wert dR&sub1; selbst sich bis zum zugeordneten Impulsbündel-Zeitschlitz aufgrund eines raschen Schwundes ändern würde.
Die Fig. 5 und 6 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Vermeidung dieses Problems. Fig. 5 stellt das Betriebsablaufdiagramm und Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Empfängers dar. In Fig. 6 sind die Bezugszahlen 7-2, 7-3, 7-5 und 7-6 die gleichen wie in Fig. 2, und mit 7-11 ist eine Zeitgeberschaltung und mit 7-12 eine Empfangspegel-Differenzmeßschaltung bezeichnet. Mit 7-13 und 7-14 sind Abtast- und Halteschaltungen, mit 7-15 und 7-16 Subtrahierer und mit 7-17 eine Fehlervorhersageschaltung bezeichnet. Das Merkmal des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 besteht in der zweimaligen Messung des Empfangspegels bei jeder Antenne anstelle der Verwendung einer Differenzierschaltung. Die Differenz der beiden gemessenen Empfangspegel wird anstelle des Differentialquotienten verwendet.
Fig. 7A veranschaulicht die Antennenauswahl bei dem zweiten Ausführungsbeispiel. Fig. 7A(a) stellt den Rahmen-Aufbau dar, bei dem es sich um den gleichen wie in Fig. 3A(a) handelt. Die Zeitgeberschaltung 7-11 führt der Empfangspegeldifferenz-Meßschaltung 7-12 ein Auslösesignal im Zeitpunkt t&sub3; zu, der etwas vor dem Beginn des zugeordneten Impulsbündel-Signals liegt, so daß der Empfangspegel R&sub3; im Zeitpunkt t&sub3; bei der Antenne 1 in der Abtast- und Halteschaltung 7-13 festgehalten wird. Dann schaltet die Schaltersteuerschaltung 7-2 den Wählschalter 3 auf die andere Antenne 2 im Zeitpunkt t&sub4; um, der unmittelbar hinter dem Zeitpunkt t&sub3; liegt, so daß der Empfangspegel R&sub4; bei der Antenne 2 in der Abtastund Halteschaltung 7-14 festgehalten wird. Als nächstes wird die Antenne 1 wieder angeschlossen und der Empfangspegel R&sub1; bei der Antenne 1 im Zeitpunkt t&sub1; in der Abtast- und Halteschaltung 7-5 festgehalten. Dann wird wieder von der Antenne 1 auf die Antenne 2 umgeschaltet und der Empfangspegel R&sub2; bei der Antenne 2 im Zeitpunkt t&sub2; in der Abtast- und Halteschaltung 7-6 festgehalten. Auf diese Weise werden mithin vier Empfangspegel R&sub1; bis R&sub4; gemessen, wie es in Fig. 7A(b) (152 in Fig. 5) dargestellt ist.
Die Empfangspegeldifferenz-Meßschaltung 7-12 berechnet die Differenzen ΔRi (=R&sub1;-R&sub3;) und ΔR2 (=R&sub2;-R&sub4;) für beide Antennen mittels des Substrahierers 7-15 und 7-16 (154 in Fig. 5). Die Fehlervorhersageschaltung 7-17 sagt die Empfangspegel r&sub1; und r&sub2; für beide Antennen im zugeordneten Zeitschlitz anhand der Werte R&sub1;, R&sub2;, ΔR&sub1; und ΔR&sub2; wie folgt vorher:
Die auf diese Weise ermittelten Werte r&sub1; und r&sub2; sind in Fig. 7A(c) dargestellt und werden zur Ermittlung der Fehlerraten E&sub1; und E&sub2; nach Gleichung (2) verwendet, und die Ergebnisse sind in Fig. 7A(d) (156 in Fig. 5) dargestellt. Da die Bedingung E&sub1;> E&sub2; in Fig. 7A(d) (158 in Fig. 5) erfüllt ist, wählt die Schaltersteuerschaltung 7-2 die Antenne 2 aus, wie es in Fig. 7A(e) (162 in Fig. 5) dargestellt ist. Wenn die Bedingung E&sub1;≤E&sub2; erfüllt ist, wird die Antenne 1 gewählt (160 in Fig. 5). Auf diese Weise wird die mittlere Fehlerrate im zugeordneten Zeitschlitz klein gehalten.
Wenn der Empfangsbetrieb im zugeordneten Zeitschlitz S3 beendet ist (164 in Fig. 5), beginnt der Ablauf wieder im Schritt 152 in Fig. 5 von neuem, so daß sich ein ähnlicher Ablauf für die folgenden Rahmen wiederholt.
Es sei bemerkt, daß das Verfahren nach Fig. 7A, bei dem ein Subtrahierer anstelle einer Differenzierschaltung verwendet wird, mit dem Verfahren nach Fig. 3B, bei dem der Empfangspegel jeder Antenne in der Mitte eines zugeordneten Schlitzes gemessen wird, und/oder mit dem Verfahren nach Fig. 30 kombiniert werden kann, bei dem der kleinste Empfangspegel jeder Antenne als Kriterium für die Antennenauswahl benutzt wird.
Wenn das Verfahren nach Fig. 7A mit dem Verfahren nach Fig. 3B kombiniert wird, wird der Empfangspegel Mi jeder Antenne (i=1 oder 2) in der Mitte des zugeordneten Zeitschlitzes wie folgt berechnet:
Wenn das Verfahren nach Fig. 7A mit dem Verfahren nach Fig. 30 kombiniert wird, wird der kleinste Empfangspegel L&sub1; in dem zugeordneten Zeitschlitz nach der folgenden Gleichung vorhergesagt:
Fig. 7B zeigt eine Abwandlung der Fig. 7A, und das Merkmal der Abwandlung nach Fig. 7B besteht darin, daß der Empfangspegel mehr als dreimal bei jeder Antenne gemessen wird und die Vorhersage des Empfangspegels in einem zugeordneten Zeitschlitz nicht-linear ausgeführt wird, während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7A der Empfangspegel in dem zugeordneten Zeitschlitz linear vorhergesagt wird.
Bei der Abwandlung nach der Fig. 7B wird der Empfangspegel bei jeder Antenne dreimal gemessen, wobei sich die Empfangspegel R&sub3;, R&sub5; und R&sub1; für die Antenne 1 und die Empfangspegel R&sub4;, R&sub6; und R&sub2; für die Antenne 2 ergeben. Der Empfangspegel r&sub1; für die Antenne 1 in einem zugeordneten Schlitz und der Empfangspegel r&sub2; für die Antenne 2 in einem zugeordneten Schlitz werden anhand dieser gemessenen Empfangspegel vorhergesagt. Im Falle der drei Meßwerte ist die vorhergesagte Kurve quadratisch. Die mittlere Fehlerrate wird dann gemäß Gleichung (2) berechnet und die Antennenauswahl so ausgeführt, daß die Antenne, bei der die mittlere Fehlerrate am niedrigsten ist, ausgewählt wird.
Es sei jedoch bemerkt, daß das Verfahren nach Fig. 7B natürlich mit den Verfahren nach Fig. 3B und/oder Fig. 3C kombiniert werden kann. Mit anderen Worten, das Kriterium für die Auswahl der Antennen kann der Empfangspegel in der Mitte des zugeordneten Zeitschlitzes jeder Antenne sein, der unter Verwendung von mehr als drei gemessenen Empfangspegeln vorhergesagt wird, und/oder der kleinste Empfangspegel in dem zugeordneten Impulsbündel-Schlitz sein, der unter Verwendung von mehr als drei gemessenen Empfangspegeln vorhergesagt wird.
Fig. 8 stellt ein Blockschaltbild des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung dar. Das Merkmal der Fig. 8 besteht darin, daß der Hauptteil des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 in Form digitaler Schaltungen ausgebildet ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 werden die Empfangspegel R&sub1; bis R&sub4; in vier Abtast- und Halteschaltungen festgehalten, während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ein einziger A/D-Umsetzer 7- 19 die Empfangspegel in den Zeitpunkten t&sub1; bis t&sub4; viermal mißt und die gemessenen Werte in vier Registern 7-20 bis 7-23 gespeichert werden.
Die Register 7-20 und 7-21 liefern jeweils die Empfangspegel R&sub1; und R&sub2;, und die digitalen Subtrahierer 7- 24 und 7-25 berechnen die Empfangspegeldifferenzen ΔD&sub1; und ΔR&sub2;. Die Empfangspegelmeßschaltung 7-18 nach Fig. 8 ist daher mit der Empfangspegelmeßschaltung 7-3 und der Empfangspegeldifferenzmeßschaltung 7-12 in Fig. 6 äquivalent. Die Schaltung 7-18 in Fig. 8 bildet die Werte R&sub1;, R&sub2;, ΔR&sub1; und ΔR&sub2; in digitaler Form. Die mittleren Fehlerraten E&sub1; und E&sub2; werden ebenso wie im Falle der Fig. 6 vorhergesagt, und die Antenne, bei der die Fehlerrate am kleinsten ist, wird ausgewählt. Die Fehlerratenvorhersageschaltung 7-17 erhält die Werte R&sub1;, R&sub2;, ΔR&sub1; und ΔR&sub2; in quantisierter digitaler Form, wobei jeder Wert n Bits aufweist. Beispielsweise kann die Fehlerratenvorhersageschaltung 7-17 durch einen ROM (einen nur lesbaren Speicher) realisiert werden, der Adresseneingangsanschlüsse mit 4n Bits aufweist, wobei unter jeder Adresse des ROM das Ergebnis des Vergleichs von E&sub1; mit E&sub2; gespeichert ist. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 bewirkt die Verarbeitung von R&sub1; bis R&sub4;, E&sub1; und E&sub4; in digitaler Form, so daß die Schaltung einfach als integrierte Schaltung ausgebildet ist.
Die digitalen Subtrahierer 7-24 und 7-25 können entfallen, wenn die Fehlerratenvorhersageschaltung 7-17 deren Funktion übernimmt. In diesem Falle erhält die Fehlerratenvorhersageschaltung 7-17 die Werte R&sub1; bis R&sub4; in quantisierter digitaler Form. Wenn beispielsweise R&sub1; bis R&sub4; 4n Bits von Adressenanschlüssen eines ROM zugeführt werden, der das Ergebnis des Vergleichs von E&sub1; mit E&sub2; entsprechend jedem Eingangswert speichert, werden die Fehlerratenvorhersageschaltung 7-17 und die Substrahierer 7-24 und 7-25 durch einen einzigen ROM realisiert.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung bei einem Diversity-Empfänger anwendbar ist, der mehr als drei Antennen aufweist, obwohl bei obigen Ausführungsbeispielen nur zwei Antennen vorgesehen sind. Wenn mehr als drei Antennen bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 vorgesehen sind, erfolgt die Berechnung der Gleichungen (1) und (2) bei jeder Antenne, und diejenige Antenne, die die kleinste Fehlerrate liefert, wird ausgewählt. Im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 oder Fig. 8 wird der Empfangspegel für jede Antenne zweimal gemessen und die Berechnung der Gleichung (4) für jede Antenne ausgeführt und das Ergebnis in der Gleichung (2) eingesetzt, so daß die Antenne, die die kleinste mittlere Fehlerrate liefert, ausgewählt wird.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Anwendung digitaler Schaltungen nicht nur bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6, sondern auch bei irgendeinem der Ausführungsbeispiele und Abwandlungen angewandt werden kann.
Fig. 9 zeigt die simulierte Betriebskurve bzw. Kennlinie, die den Effekt der Erfindung veranschaulicht. Auf der horizontalen Achse ist die Schwundfrequenz (bzw. Schwundfähigkeit) in Hz und auf der vertikalen Achse der Diversity-Gewinn dB aufgetragen, der als Differenz der Eingangspegel eines Diversity-Empfängers und eines normalen (nicht-Diversity-)Empfängers für eine Fehlerrate von 1 % definiert ist. Die ausgezogene Linie in Fig. 9 stellt die erfindungsgemäße Kurve und die gestrichelte Linie die Kurve für den bekannten Empfänger nach Fig. 10 dar. Wie sich aus Fig. 9 ergibt, liegt der Diversity-Gewinn bei der Erfindung für alle Schwundfrequenzen höher als bei dem bekannten Stand der Technik.
Wie bereits erwähnt, ergibt sich nach der Erfindung ein Antennen-Diversity-Empfänger, der einen ausgezeichneten Diversity-Effekt bei einer hohen Schwundrate hat. Wenn daher ein Empfänger auf einem Fahrzeug angebracht wird, ergibt sich ein ausgezeichneter Diversity-Effekt, so daß die Erfindung bei allen mobilen Kommunikationssystemen angewandt werden kann. Bei Anwendung der Erfindung wird die Empfangsqualität eines Empfängers erheblich verbessert.
Durch die Erfindung kann ein herkömmlicher Diversity- Empfänger, der zwei am Ausgang von Detektoren gewählte Empfänger aufweist, ersetzt werden, und in diesem Falle kommt man mit kleineren Empfängerabmessungen und geringerer Leistung aus, weil bei der Erfindung nur ein Empfänger verwendet wird.
Aus vorstehendem ergibt sich, daß ein neues und verbessertes Antennen-Diversity-System erfunden wurde. Es versteht sich jedoch, daß die angegebenen Ausführungsformen lediglich illustrative Beispiele sind und den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken sollen. Es sollte daher auf die beiliegenden Ansprüche und nicht auf die Beschreibung als den Schutzumfang angebend Bezug genommen werden.

Claims

1. Antennenauswahl-Diversity-Empfangssystem für ein Zeitmultiplex-Empfangssignal, mit

- mehreren Antennen (1, 2)

- einem Wählschalter (3) zum Auswählen einer der Antennen,

- einem Empfänger/Demodulator (4), der mit der ausgewählten Antenne durch den Wählschalter verbunden ist, um ein demoduliertes Empfangssignal und einen Empfangspegel zu bilden,

- einer Rahmen-Synchronisationsschaltung (5), die mit einem ersten Ausgang des Empfänger/Demodulators (4) zur Durchführung einer Rahmen-Synchronisation des Zeitmultiplexsignals verbunden ist,

- einer Antennenwählschaltung (7), die mit einem zweiten Ausgang des Empfänger/Demodulators (4) verbunden ist, um den Empfangspegel aufzunehmen, und mit dem Wählschalter (3) verbunden ist, um den Wählschalter (3) zu steuern;

- wobei die Antennenwählschaltung (7) aufweist:

- eine Zeitgeberschaltung (7-1), die mit der Rahmen-Synchronisationsschaltung (5) zum Herausfinden des Anfangs eines zugeordneten Zeitschlitzes verbunden ist,

- ein erstes Speichermittel (7-5, 7-6) zum Speichern des Empfangspegels jeder Antenne unmittelbar vor dem zugeordneten Zeitschlitz und

- eine Schaltersteuerschaltung (7-2), die mit der Zeitgeberschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

die Antennenwählschaltung (7) ferner aufweist:

- ein Steilheitsermittlungsmittel (7-7) zum Ermitteln der Steilheit des Empfangspegels jeder Antenne,

- ein zweites Speichermittel (7-8, 7-9) zum Speichern des Ausgangssignals des Steilheitsermittlungsmittels und

- ein Vorhersagemittel (7-10) zum Vorhersagen der Empfangssignalqualität jeder Antenne in dem zugeordneten Zeitschlitz in Abhängigkeit von dem Empfangspegel und der Steilheit unter Verwendung des Ausgangssignals des ersten Speichermittels und des zweiten Speichermittels, und daß

- die Schaltersteuerschaltung (7-2) ebenfalls mit dem Vorhersagemittel verbunden ist, um den Wählschalter unmittelbar vor dem Beginn des zugeordneten Zeitschlitzes bei jedem zugeordneten Zeitschlitz umzuschalten, so daß diejenige Antenne ausgewählt wird, die in dem zugeordneten Zeitschlitz die beste vorhergesagte Empfangssignalqualität hat.

2. Antennenauswahl-Diversity-Empfangssystem nach Anspruch 1, bei dem das Steilheitsermittlungsmittel eine Differenzierschaltung (7-7) ist.

3. Antennenauswahl-Diversity-Empfangssystem nach Anspruch 1, bei dem das Steilheitsermittlungsmittel einen Subtrahierer (7-15, 7-16) zur Bildung der Differenz zweier Empfangspegel zu verschiedenen Zeiten für jede Antenne aufweist.

4. Antennenauswahl-Diversity-Empfangssystem nach Anspruch 1, bei dem das erste Speichermittel und das zweite Speichermittel als digitales Register ausgebildet und das Steilheitsermittlungsmittel und das Vorhersagemittel als ROM ausgebildet sind.

5. Antennenauswahl-Diversity-Empfangssystem nach Anspruch 1, bei dem das Vorhersagemittel (7-10) eine mittlere Fehlerrate jeder Antenne in dem zugeordneten Zeitschlitz als die Empfangssignalqualität vorhersagt.

6. Antennenauswahl-Diversity-Empfangssystem nach Anspruch 1, bei dem das Vorhersagemittel (7-10) einen Empfangspegel für jede Antenne in der Mitte des zugeordneten Zeitschlitzes als die Empfangssignalqualität vorhersagt.

7. Antennenauswahl-Diversity-Empfangssystem nach Anspruch 1, bei dem das Vorhersagemittel (7-10) den kleinsten Empfangspegel jeder Antenne in dem zugeordneten Zeitschlitz als die Empfangssignalqualität vorhersagt.

8. Antennenauswahl-Diversity-Empfangssystem nach Anspruch 1, bei dem mehr als drei Empfangspegel für jede Antenne für die Vorhersage der Empfangsqualität in einem zugeordneten Zeitschlitz gemessen werden.