DE69433879T2

DE69433879T2 - Basisstation für ein digitales schnurloses Telefon mit Mehrfachantennenanordnung

Info

Publication number: DE69433879T2
Application number: DE69433879T
Authority: DE
Inventors: David Wright; James E. Encinitas Petranovich; Rex L. San Diego Baker; Neal K. Encinitas Riedel
Original assignee: Skyworks Solutions Inc
Current assignee: Skyworks Solutions Inc
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2014-09-29
Also published as: EP0721715A4; ATE209835T1; DE69429274D1; DE69432683D1; DK0987851T3; EP0989697B1; DE69432683T2; DE69429274T2; DK0989697T3; ATE270479T1; EP0721715B1; US5648992A; EP0987851B1; DE69433879D1; WO1995009494A1; ATE240618T1; US5696798A; US5661762A; JPH09506483A; EP0987851A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf Verfahren zum Kombinieren einer Antennendiversity und einer Verstärkungssteuerung in einem Kommunikationssystem gerichtet. Insbesondere ist die Erfindung auf Verfahren für Antennendiversity und Verstärkungssteuerung in einem Kommunikationssystem gerichtet, wobei Zeitmultiplex [englisch: Time Division Duplexing] verwendet wird und mehrere Antennen mit einer einzelnen Empfangskanalelektronik vorhanden sind.
Hintergrund
Ein fortschrittliches digitales schnurloses Telefon (DCT)-System benutzt eine digitale, zeitgeteilte Übertragung, die TDD (time division duplexing) genannt wird. Die Übertragung erfolgt zwischen einer oder mehreren tragbaren Handgeräteeinheiten (typischerweise Fußgänger oder Personen, die sich in einem Bürogebäude bewegen) und einer Basisstation, die ein definiertes geografisches Gebiet, das Zelle genannt wird, bedient. Eine typische Arbeitsfrequenz für ein DCT liegt im Bereich von 2000 MHz. Die Basisstation überträgt typischerweise ein Datenbündel alle 5 Millisekunden und die tragbare Handgeräteeinheit überträgt ein Datenbündel alle 2,5 Millisekunden zurück, nachdem die Basisstation übertragen hat. Beide Einheiten übertragen mit der gleichen Frequenz, und die Übertragungsbündel sind typischerweise etwa 625 Mikrosekunden (einschließlich der Schutzzeit), wie in 1 gezeigt. Basierend auf diesen Zeitvorgaben liefert das DCT-System vier Kanäle, so dass vier Kommunikationsverbindungen zwischen vier tragbaren Einheiten und der Basisstation aufgebaut werden können. Jeder der tragbaren Einheiten wird einer der 625 μsek-Schlitze in jedem der 2,5 msek Empfangs- und Übertragungsfenster zugeordnet.
In einer städtischen oder einer Inhaus-Umgebung gibt es beträchtliche Mehrweg-Effekte bei der Übertragung in diesem Frequenzbereich, was sich als Rayleigh Fading des empfangenen Signalpegels niederschlägt. Eine Technik, die zur Minimierung dieses Problems verwendet wird, ist als Diversity bekannt. Die zugrundeliegende Idee des Diversity, als Gegenmaßnahme zu dem Rayleigh Fading, besteht darin, dass, falls man in der Lage ist, einen Empfang über zwei (oder mehr) unabhängige Wege zu erhalten, es unwahrscheinlich ist, dass beide (oder alle) dieser Pfade gleichzeitig abgeschwächt (fade) sind. Diese unabhängigen Wege können durch eine Ungleichheit in der Zeit, der Frequenz oder dem Weg erhalten werden, da das DCT im DTT arbeitet, ist die Zeitdiversity keine gute Lösung, um das Mehrweg-Problem zu korrigieren, da die Umsetzung eines Zeitdiversity in dem DCT zumindest das Doppelte an Zeit benötigte, um jedem Kanal zugeordnet zu werden. Gleichzeitig ist eine Frequenzdiversity für ein DTT-System problematisch, da sowohl die Basisstationen als auch die tragbaren Handgeräteeinheiten ausgelegt sind, um nur mit einer Frequenz zu arbeiten. Deshalb könnte die Basisstation, um diesem Fading entgegenzuwirken, zwei oder mehrere Antennen umfassen. Jede Antenne empfängt ein unterschiedliches Muster einer stehenden Welle. Die Basisstation versucht, die Antenne mit dem stärkeren Signalpfad auszuwählen. Diese Technik wird als Raumdiversity bezeichnet. Einige typische Signalpegel-zu-Ort-Diagramme sind in 2 gezeigt. Solange die tragbare Einheit sich einen kleinen Prozentsatz der Fading-Distanz in einer Rahmenzeit (entspricht einem Bündel) bewegt, wird der ideale Signalpfad für die Basisstation als auch die tragbare Einheit innerhalb eines Rahmens oder einer Bündelzeit gleich sein.
Es ist möglich, zwei vollständige Empfangsketten (d. h. Hardware und Software, die zum Detektieren, Demodulieren und Decodieren des empfangenen Signals erforderlich sind) in dem Basisstationsfunkgerät aufzubauen, und nach jedem empfangenen Bündel Daten aus dem Bündel mit der höheren Signalstärke oder der geringeren Fehlerrate zu verwenden. Diese Technik, die häufig als Auswahl-Diversity bezeichnet wird, arbeitet sehr gut. Obgleich die Auswahl-Diversity beim Bekämpfen der Fading-Effekte sehr effektiv sein kann, besitzt sie mehrere Nachteile.
Erstens führt das Bereitstellen getrennter Empfangsketten für jede der Antennen die Kosten und die Komplexität des Systems nach oben. Falls es erwünscht ist, einen kostengünstigen Prozessor für die Umschaltsteuerung bereitzustellen, ist eine getrennte Empfangskette für jede Antenne prohibitiv. Ferner fügt die zusätzliche Komplexität der Auswertung des Signals beim Empfang und beim Demodulieren durch jede Empfangskette Kosten für den Prozessor hinzu und erfordert eine kompliziertere Programmierung.
Alternativ können mehrere Antennen mit einer einzelnen Empfangskette verwendet werden. Allerdings verursachen diese Diversity-Systeme, obgleich billiger und weniger komplex bei der Umsetzung, andere Entwurfsprobleme. Beispielsweise implementieren nahezu alle Funkempfänger eine Form der Verstärkungssteuerung, um eine Sättigung und Verschlechterung aufgrund von Intermodulation zu verhindern, wenn der empfangene Signalpegel zu hoch ist oder um das Signalrauschverhältnis des empfangenen Signals zu erhöhen, wenn der empfangene Signalpegel zu gering ist. Da der Signalpegel, der von jeder Antenne empfangen wird, variieren kann, kann die Verstärkung, die für jede Antenne erforderlich ist, ebenfalls variieren. In der Vergangenheit konnte die Bestimmung der richtigen Verstärkungseinstellung für eine ausgewählte Antenne erst nach dem tatsächlichen Umschalten der Antenne in einen Ein-Zustand beginnen. Deshalb war es nahezu unmöglich, eine Antennenumschaltung mit einer Verstärkungssteuerung in einer einzelnen Empfangskettenimplementierung zu kombinieren.
Ferner haben frühere Antennendiversitysysteme mit einer einzelnen Empfangskette eine Mittelungstechnik benutzt, um die Signalpegel der AUS-Antennen abzuschätzen. Solche Mittelungs-Techniken erfordern, dass Abschätzungen einer Anzahl früherer Rahmen bzw. Blöcke in einem Speicher gespeichert werden. Falls beispielsweise N die Anzahl der zu mittelnden Rahmen ist, wäre der geschätzte gemittelte Signalpegel y{n}: y{n} = y{n – 1} + 1/N·x{n} – 1/N·x{n – N}wobei x{n} der gemessene Signalpegel des empfangenen Signals ist. Es zeigt sich aus der vorherigen Gleichung, dass N gemes sene Signalpegel gespeichert werden müssen, um das Mitteln auszuführen. Wenn N ansteigt, tut das auch die Speicheranforderung und damit die Implementierungskosten.
Ein weiterer Nachteil der Umschalt-Diversity unter Verwendung einer einzelnen Empfangskette besteht darin, dass, wenn ein Signal an einer Antenne verwendbar aber zu schwach ist, das Signal an der anderen Antenne schwächer sein kann. In diesem Fall wäre es wünschenswert, zu der anderen Antenne zu schalten, nur um festzustellen, dass das empfangene Signal von der Antenne nicht nur schwach und nicht nur schlecht, sondern unbrauchbar ist. Einige frühere Diversity-Systeme haben eine Steuerung vorgesehen, um ein Umschalten freizugeben oder zu sperren, falls das empfangene Signal als akzeptabel erkannt wird. Allerdings haben solche Systeme den Signalpegel des empfangenen Signals lediglich zur Bestimmung berücksichtigt, ob das empfangene Signal unter Verwendung der momentan ausgewählten Antenne akzeptabel ist. Typischerweise sollten andere Eigenschaften des empfangenen Signals berücksichtigt werden, um unnötige oder ineffektive Umschaltungen zu vermeiden.
Deshalb gibt es ein Bedürfnis nach einem Verfahren, das eine Antennendiversity und eine Verstärkungssteuerung in einer Einzelkettenimplementierung bereitstellt, das sowohl kostengünstig als auch einfach zur Umsetzung ist, ohne die Leistung der Kommunikation wesentlich zu reduzieren.
US-A-5 241 701 beschreibt ein Antennenauswahl-Diversityempfangsgerät, das eine lineare Modulation mit einer Information über die Hüllkurve einer Modulationswelle, die darin enthalten ist, verwendet und die in einem Funkkommunika tionssystem eingesetzt wird, das DTM verwendet. Eine integrierte Schaltung dient dazu, die elektrischen Feldpegel zu integrieren, die von jeweiligen Antennen während einer vorbestimmten Zeitperiode vor einem Start eines Zeitschlitzes empfangen werden, der einem Funkempfänger zugeordnet wird. Eine Vergleichsschaltung macht einen Vergleich zwischen den jeweiligen zeitintegrierten Werten entsprechend den jeweiligen Antennen. Zusätzlich dient eine Umschalt-Steuerungsschaltung dazu, eine Antenne entsprechend dem maximalen zeitintegrierten Wert auszuwählen, als die Antenne, die während der Zeitdauer des dem Funkempfänger zugeordneten Zeitschlitzes verwendet wird.
EP-A-0 452 289 beschreibt ein Verfahren zum Auswählen der geeignetsten Empfängerantenne aus zwei oder mehreren Antennen in einem Empfänger einer mobilen Funkstation, die Teil eines Zeitmultiplex-Funkkommunikationssystems bildet. Die Signalstärke jeder Antenne wird in jedem Zeitschlitz gemessen, die dem für die betroffene Station beabsichtigten Zeitschlitz direkt vorhergeht, und die Antennenauswahl wird abhängig von den gemessenen Signalstärken ausgeführt. Um das Risiko einer ungeeigneten Antennenwahl zu beseitigen als Ergebnis eines momentanen Falls in der Signalstärke, wird die Signalstärke für jede Antenne bei verschiedenen Gelegenheiten während des Zeitschlitzes gemessen, in denen die Messungen stattfinden. Die Signalstärkewerte für jede Antenne werden nachfolgend linear kombiniert, um eine Eignungsmessung zu bilden. Die Antenne mit der höchsten Eignungsmessung wird für den nächsten ankommenden Zeitschlitz ausgewählt.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Auswahl von einer von zwei Antennen bereitgestellt, um eine Bitfehlerrate in einem Kommunikationssystem zu optimieren, indem eine räumliche Abweichung [nachfolgend „Diversity" genannt] verwendet wird, wie in Anspruch 1 definiert.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird der geschätzte Signalpegel an der zweiten Antenne erzeugt, indem ein geeignetes IIR-Filter verwendet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird besser verstanden, und die verschiedenen Aufgaben und Vorteile ergeben sich besser durch Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 ein Zeitdiagramm eines DCT-Systems ist, das DTT verwendet;
2 ein Signalfading als Funktion des Abstands zeigt;
3 ein Blockdiagramm der Basisstation-Empfangsarchitektur ist;
4 ein Flussdiagramm der kombinierten Antennendiversityprozedur und der Verstärkungssteuerungsprozedur ist, die von dem Prozessor der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden;
5 ein detailliertes Flussdiagramm des Eingangsparameterauswahlschritts ist, der allgemein in 4 gezeigt ist;
6 ein detailliertes Flussdiagramm des Signalqualitätsupdateschritts ist, der allgemein in 4 gezeigt ist;
7 ein detailliertes Flussdiagramm des Steuerungsfunktionsschritts ist, der allgemein in 4 gezeigt ist;
8 ein detailliertes Flussdiagramm der Antennendiversityprozedur entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
9 ein detailliertes Flussdiagramm der Verstärkungssteuerungsprozedur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Detaillierte Beschreibung
Der Basisstationsempfängeraufbau ist in 3 gezeigt. Eine erste Antenne 10 und eine zweite Antenne 12 sind mit dem Schalter 14 verbunden. Der Schalter 14 verbindet entweder die erste Antenne 10 oder die zweite Antenne 12 mit der Empfängerelektronik abhängig von dem Diversity-Steuerungsindikator 29, der ein Eingangssignal für den Schalter 14 ist. Ein Signal, das von einem tragbaren Handgerät übertragen wird, wird von der ausgewählten Antenne empfangen und dem Verstärkungssteuerungsschalter 18 über den Schalter 14 zugeführt. Abhängig von dem Verstärkungssteuerungsindikator 28 wählt der Verstärkungssteuerungsschalter 18 einen der drei Verstärkungspfade 15, 19 oder 17 aus. Insbesondere ist der Schalter 18 konfiguriert, um den Verstärkungssteuerungsindikator 28 zu empfangen und entweder den Verstärkungspfad 15, den Nichtverstärkungspfad 19 oder den Dämpfungspfad 17 auszuwählen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verstärkungspfad 15 umgesetzt, indem ein 18 dB rauscharmer Verstärker verwendet wird, und der Dämpfungspfad 17 ist ausgeführt, indem ein 20 dB Dämpfungspfad verwendet wird.
Das empfangene Signal, das ein Ausgangssignal des Verstärkungssteuerungsschalters 18 ist, wird dann als Eingangssignal einer integrierten Funkfrequenz-Schaltung (RFIC) 20 zugeführt, in der das empfangene Signal abwärts konvertiert, gefiltert und verstärkt wird, wie dies in einem HF-Empfänger üblich ist. In gleicher Weise wird das empfangene Signal weiter abwärts konvertiert, gefiltert und verstärkt in der integrierten Zwischenfrequenzschaltung (IFIC) 22. Die IFIC 22 liefert ebenfalls eine Leistungsmessvorrichtung 21, die den Leistungspegel des empfangenen Signals in dem IFIC 22 erfasst, um einen Empfangssignalstärkeindikator (RSSI) 27 zu liefern. Falls eine Verstärkungseinstellung durch den Verstärkungssteuerungsschalter 18 durchgeführt wurde, reflektiert der Wert des RSSI diese Einstellung wieder, derart, dass das Ausgangssignal 27 RSSI plus ein Verstärkungswert ist. Das empfangene Signal, das von dem IFIC 22 ausgegeben wird, wird als Schnittstelle 23 dargestellt und wird als Eingangssignal dem Empfänger 26 bereitgestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Empfänger 26 einen Demodulator bereitstellen, wie jener, der in EP-A1-0 746 931 beschrieben ist. Der Empfänger 26 demoduliert das empfangene Signal, um die übertragenen Daten zu regenerieren, und gibt die Daten 32 an einen Prozessor 25 aus. Während des Demodulationsvorgangs bestimmt der Empfänger 26 die Frequenzveränderung (Fvar) des empfangenen Signals, und gibt Fvar über die Schnittstelle 30 an den Prozessor 25 aus. In gleicher Weise wird eine Zeitveränderung (Tvar), die ein Symboljitter betrifft, von einem Empfänger 26 während des Demodulationsvorgangs bestimmt. Der Empfänger 26 gibt Tvar an den Prozessor 25 über die Schnittstelle 31 aus.
Der Prozessor 25 setzt eine Verstärkungssteuerungsprozedur um, die die Daten, Fvar, Tvar und RSSI verwendet, um zu bestimmen, welcher der drei Verstärkungspfade 15, 19 oder 17 bei dem nächsten Bündel über den Schalter 18 ausgewählt werden soll. Das Ausgangssignal der Verstärkungssteuerungsprozedur ist der Verstärkungssteuerungsindikator 28, der in 3 gezeigt ist. In gleicher Weise setzt der Prozessor 25 eine Antennendiversity-Prozedur um, die die Daten, Fvar-, Tvar- und RSSI-Eingangssignale verwendet, um den Diversitysteuerungsindikator 29 zu erzeugen.
Ein Flussdiagramm der gesamten Antennendiversity- und Verstärkungssteuerungsprozeduren, die von dem Prozessor 25 ausgeführt werden, ist in 4 gezeigt. Der Prozessor überprüft die Datenschnittstelle mit dem Empfänger auf ein Eingangssignal von Daten, die jedem Bündel folgen, wie bei 100 gezeigt. Alle Eingangssignale, die von den Prozeduren verwendet werden, werden bei 102 entweder direkt von den anderen Eingangssignalen in den Prozessor, d. h. RSSI-, Fvar- und Tvar-Eingangssignalen erhalten, oder werden von der Software des Prozessors aus einem oder mehreren dieser Eingangssignale erzeugt. Die Eingangssignale werden von einem IIR-Filter bei 104 gefiltert, um einen im Wesentlichen gemittelten Wert für jeden der Eingangsparameter zu erzeugen. Ein Signalqualitätsindikator (SQI) wird aufgefrischt bzw. geupdated bei 106. Der Signalqualitätsindikator basiert auf dem Wert jeder der gefilterten Eingangssignale und einer gewünschten Bitfehlerrate (BER). Ein Steuerungsprogramm gibt die Verstärkungssteuerungsprozedur und die Antennendiversityprozedur bei 107 abhängig von SQI frei oder sperrt sie. Die Antennendiversityprozedur und die Verstärkungssteuerungsprozedur werden bei 108 bzw. 110 ausgeführt. Beide Prozeduren werden ausgeführt, selbst wenn sie gesperrt wurden. Details jeder der Schritte 102 bis 110 werden nachfolgend geliefert.
Das Ausgangssignal der Antennendiversityprozedur ist der Diversitysteuerungsindikator, der in Verbindung mit 3 diskutiert wurde. Falls die Antennendiversityprozedur gesperrt ist, bleibt der Diversitysteuerungsindikator für jedes Datenbündel gleich, d. h. es ist gesperrt. Der Prozessor wartet dann auf den Beginn des nächsten Übertragungsschlitzes bei 112 und gibt dann den Diversitysteuerungsindikator aus, der den Schalter 14 in 3 veranlasst, zwischen der ersten und der zweiten Antenne unter der Kontrolle des Diversitysteuerungsindikators umzuschalten, wie bei 114 gezeigt. Wenn dann die Basisstation an das tragbare Handgerät zurück überträgt, wird es zu der besten der zwei Antennen bezüglich der Signalqualität und Leistung übertragen. Falls darüber hinaus die Antennendiversityprozedur gesperrt ist, wird der Schalter 14 nicht zwischen der ersten und zweiten Antenne umschalten, da die nachfolgenden Diversitysteuerungsindikatoren gleich sein werden, während die Antennendiversityprozedur gesperrt ist. In gleicher Weise wird der Verstärkungssteuerungsindikator benutzt, um einen der drei Verstärkungspfade auszuwählen, wie bei 120 gezeigt, gerade vor dem nächsten Empfangsschlitz, wie bei 116 gezeigt. Der Vorgang beginnt dann wieder von vorne, indem die Schnittstelle zu dem Empfänger auf einen Dateneingang überprüft wird.
5 ist ein detailliertes Flussdiagramm der Prozedur, die zum Sammeln der Prozessoreingangssignale verwendet wird, die als Schritt 102 in 4 gezeigt ist. Der Prozessor überprüft die Empfängerdatenschnittstelle bei 100 und bestimmt, ob Daten an der Schnittstelle bei 130 vorhanden sind oder nicht. Falls Daten vorhanden sind, die einem Bündel folgen, liest der Prozessor RSSI-, Fvar- und Tvar-Eingangssignale bei 138. Da das übertragene Signal ein zyklisches Redundanzpüfsummenfeld (CRC) enthält, wie in 1 gezeigt, kann der Prozessor eine herkömmliche CRC ausführen, um zu bestimmen, ob die Daten gültig sind bei 140. Falls sie es nicht sind, wird dann ein Rahmen- bzw. Blockindikator (FI) auf "POOR" gesetzt bei 142. Falls das CRC zeigt, dass die Daten gültig sind bei 140, wird dann der FI auf "GOOD" gesetzt bei 144. Falls keine Daten von dem Prozessor am Ende eines Bündels wie bei 130 bestimmt empfangen werden, liest der Prozessor den RSSI-Eingang bei 132. Die Fvar- und Tvar-Eingangssignale werden allgemein nicht erzeugt, wenn Daten nicht verfügbar sind, so dass diese Eingangssignale auf die Konstanten K1 bzw. K2 gesetzt werden, bei 134. Falls ferner keine Daten empfangen wurden, wird der gesamte Rahmen oder das Bündel als "MISS" oder "FAILURE" betrachtet. Deshalb wird der FI auf "MISS" bei 136 gesetzt. Somit umfassen die Eingangssignale, die bei Schritt 104 geliefert werden, RSSI, Fvar, Tvar und FI.
Die vorliegende Erfindung benutzt vorzugsweise eine Signalqualitätsabschätzung, um zu bestimmen, ob die empfangene Signalqualität gut oder schlecht ist. Die erfindungsgemäße Signalqualitätsabschätzung akzeptiert ein Eingangssignal der nachfolgenden Parameter:
F'var{n} die geschätzte Frequenzabweichung für den momentanen Rahmen bzw. Block;
T'var{n} die geschätzte Zeitabweichung für den momentanen Rahmen;
SA{n} die geschätzte Durchschnittssignalstärke für den augenblicklichen Rahmen; und
F{n} die geschätzte Rahmenfehlerrate für den augenblicklichen Rahmen;
wobei n einem Rahmen in der Zeit entspricht, d. h. einer digitalen Zeit.
Die geschätzte Frequenzabweichung, Zeitabweichung und die gemittelte Signalstärke werden aus der Filterung der Eingangsparameter Fvar, Tvar bzw. RSSI erhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein einfaches IIR-Filter der ersten Ordnung wie folgt benutzt: F'var{n} = a·Fvar + (1 – a)·F'var{n – 1} T'var{n} = a·Tvar + (1 – a)·T'var{n – 1} SA{n} = a·RSSI + (1 – a)·SA{n – 1}wobei a die Filterverstärkung ist. Es versteht sich, dass a jede Zahl zwischen 0 und 1 (0 < a < 1) sein kann, aber dass die Auswahl von a die Filterantwortzeit bestimmt, d. h. die Zeit, die es benötigt, um den stationären Zustand zu erreichen, und die Stabilität des Filters im stationären Zustand, d. h. wie viel die Antwort um den stationären Zustandswert schwingt. In einer bevorzugten Ausführungsform wurde a = 1/16 ausgewählt, um einen relativ schnellen Filter bereitzustellen.
Die geschätzte Rahmenfehlerrate F{n} wird ebenfalls erhalten, indem die Eingangssignalparameter gefiltert werden, allerdings ist dieser Eingangsparameter, der Rahmenindikator (FI), ein diskreter Wert. Als solcher wird FI in einer bevorzugten Ausführungsform auf Null gesetzt, falls Daten empfangen werden und eine "GOOD" zyklische Redundanzprüfsumme (CRC) erhalten wird, wie in 5 bei 144 gezeigt. In diesem Fall: F{n} = (1 – a)·F{n – 1}.
Falls jedoch der Rahmenindikator auf "MISS" bei 136 oder "POOR" bei 142 in 5 gesetzt wurde, ist FI gleich eins und ein Impuls X wird der IIR-Filtergleichung hinzugefügt, so dass: F{n} = a·FI·X + (1 – a)·F{n – 1}.
Es versteht sich, dass die geeigneten Werte von X und FI experimentell bestimmt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist es wünschenswert, den maximalen Wert von F{n} so zu begrenzen, dass, falls viele Rahmen in einer Reihe fehlen oder als schlecht bestimmt werden, es nicht so lange dauert, sie zurück zu gewinnen, wenn die Daten wieder empfangen werden. Deshalb wird F{n} vorzugsweise mit einer vorbestimmten maximalen Rahmenfehlerrate M nach jedem Bündel verglichen. Falls F{n} größer als M ist, wird F{n} auf M gesetzt. Indem der maximale Wert von F{n} auf diese Art und Weise begrenzt wird, kann der Signalqualitätsindikator schnell von schlecht [Poor] auf gut [Good] wechseln, wenn der Signalempfang tatsächlich von schlecht auf gut wechselt, wie dies aus der Diskussion der Signalqualitätsabschätzungsprozedur nachfolgend klar werden wird.
Die Verwendung eines einfachen IIR-Filters, um die Abschätzungen zu erzeugen, ist in zweierlei Hinsicht vorteilhaft. Es reduziert die Speicheranforderungen derart, dass nur die am meisten zurückliegende Abschätzung gespeichert werden muss. Es erzeugt ebenfalls diese Abschätzungen schnell in einer Weise, die einfach in einem Steuerungsprozessor umzusetzen ist. Insbesondere wenn a als umgekehrte Potenz von 2 ausgewählt wird, kann ein Bitschieben anstelle einer Multiplikation verwendet werden. Die Berechnungen sind dann möglich, indem eine 8 Bit-Arithmetik ohne Übertrag und Restteil verwendet wird, was große Kosteneinsparungen ohne wesentliche Verschlechterung der Leistung liefert.
Ein detailliertes Flussdiagramm der Signalqualitätsabschätzungsprozedur ist in 6 gezeigt. Jede der Abschätzungen wird mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Falls einer der Schätzungen mit Ausnahme der RSSI größer als sein entsprechender Schwellenwert ist, wird dann der Signalqualitätsindikator (SQI) auf "POOR" bei 160 gesetzt. Falls jeder der Schätzungen kleiner ist als sein entsprechender Schwellenwert, wird der SQI dann auf "GOOD" bei 158 gesetzt.
Insbesondere wird die geschätzte Frequenzabweichung mit einem Frequenzabweichungsschwellenwert (FVThresh) bei 150 verglichen, die geschätzte Zeitabweichung wird mit einem Zeitabweichungsschwellenwert (TVThresh) bei 152 verglichen, die ge schätzte Rahmenfehlerrate wird mit einem Rahmenfehlerratenschwellenwert (FCThresh) bei 154 verglichen, und die geschätzte Durchschnittssignalstärke wird mit einem Durchschnittsempfangssignalstärkenschwellenwert (RSThresh) bei 156 verglichen. Jeder der Schwellenwerte wird basierend auf einer gewünschten Bitfehlerrate für den Kanal erhalten. Die Schwellenwert-Werte sind so gewählt, dass bei dem erwarteten Rauschen und Interferenz jeder Test fehlschlägt und die Signalqualität als "POOR" beurteilt wird, wenn die Datenbitfehlerrate groß genug ist, um eine merkliche Verschlechterung der Systemleistung zu verursachen. Diese Schwellenwerte werden am besten durch Experimentieren mit dem aktuellen System bestimmt. In der bevorzugten Ausführungsform werden die Schwellenwerte gesetzt, so dass die Tests fehlschlagen und die Systemqualität als "POOR" beurteilt wird, wenn die Bitfehlerrate schlechter als ein Teil in 100000 ist.
7 ist ein detailliertes Flussdiagramm des Steuerungsprogramms. Das Steuerungsprogramm empfängt das SQI als ein Eingangssignal. Falls der SQI "GOOD" ist, wie bei 170 bestimmt, wird die Antennendiversityprozedur bei 172 gesperrt. Dann wird der RSSI überprüft, um festzulegen, ob das empfangene Signal stark genug ist, bei 174. Dies kann umgesetzt werden, indem RSSI mit einer vorbestimmten maximalen Signalstärke (RSmax) verglichen wird. Falls RSSI weniger als RSmax ist, wird die Verstärkungssteuerungsprozedur gesperrt bei 176. Falls RSSI größer oder gleich RSmax ist, wird dann die Verstärkungssteuerungsprozedur bei 182 freigegeben. Falls SQI "POOR" ist, wie bei 170 bestimmt, werden sowohl die Antennendiversityprozedur als auch die Verstärkungssteuerungsprozedur bei 178 bzw. 180 freigegeben.
Als nächstes wird die Antennendiversityprozedur ausgeführt unabhängig davon, ob das Steuerungsprogramm die Prozedur freigegeben oder gesperrt hat. Falls jedoch die Prozedur gesperrt ist, wird die Antennenauswahl sich nicht ändern. Ein detailliertes Flussdiagramm der Antennendiversityprozedur ist in 8 gezeigt. Die geschätzte Durchschnittssignalstärke wird bei 200 erzeugt. Dies kann die Durchschnittssignalstärke SA{n} sein, die während des Schritts des Auffrischens der IIR-Filter 104 erzeugt wurde, wie in 4 gezeigt und zuvor erläutert wurde. Alternativ kann die geschätzte Durchschnittssignalstärke neu erzeugt werden, indem ein langsameres IIR-Filter verwendet wird, so dass unnötiges Schalten vermieden werden kann.
Falls die erste Antenne momentan ausgewählt ist, wie in 201 bestimmt, wird der geschätzte Empfangssignalpegel in der ersten Antenne (L1{n}) gleich RSSI gesetzt bei 208. Der geschätzte Empfangssignalpegel in der zweiten Antenne L2{n} wird aus einer vorherigen Schätzung L2{n – 1} und einer Langzeitschätzung SA{n} erhalten, wie durch die Gleichung bei 209 gezeigt. Selbst wenn somit die Antenne in einem Aus-Zustand ist, kann der empfangene Signalpegel geschätzt werden.
Falls der abgeschätzte Empfangssignalpegel in der zweiten Antenne plus ein vorbestimmter Antennenauswahlschwellenwert (t) größer als der geschätzte Empfangssignalpegel in der ersten Antenne ist, wie bei 210 bestimmt, prüft dann die Prozedur, ob die Antennendiversity freigegeben wurde, bei 211. Falls die Antennendiversity gesperrt wurde, oder falls der geschätzte empfangene Signalpegel in der ersten Antenne größer als der geschätzte Pegel in der zweiten Antenne plus den Schwellenwert (t) ist, bleibt dann die Antennenauswahl unverändert und die Prozedur liefert ein Ausgangssignal, das die Auswahl der ersten Antenne anzeigt, bei 213. Andernfalls liefert die Prozedur ein Ausgangssignal, das die Wahl der zweiten Antenne anzeigt, bei 212, und ein Umschalten von der ersten Antenne zu der zweiten Antenne verursacht.
Falls gleichzeitig die zweite Antenne ausgewählt ist, wie bei 201 bestimmt, wird der geschätzte empfangene Signalpegel in der zweiten Antenne (L2{n}) gleich RSSI plus ausgewählter Verstärkung gesetzt bei 202. Der geschätzte empfangene Signalpegel in der ersten Antenne L1{n} wird aus einer vorhergehenden Schätzung L1{n – 1} und einer Langzeitschätzung SA{n} erhalten, wie durch die Gleichung bei 203 gezeigt.
Falls der geschätzte empfangene Signalpegel in der ersten Antenne plus dem vorbestimmten Antennenauswahlschwellenwert (t) größer als der geschätzte empfangene Signalpegel in der zweiten Antenne ist, wie bei 204 bestimmt, überprüft dann die Prozedur, ob die Antennendiversity freigegeben wurde, bei 205. Falls die Antennendiversity gesperrt wurde, oder falls der geschätzte empfangene Signalpegel in der zweiten Antenne größer als der geschätzte Pegel in der ersten Antenne plus dem Schwellenwert (t) ist, bleibt dann die Antennenauswahl unverändert und die Prozedur liefert ein Ausgangssignal, das die Auswahl der zweiten Antenne anzeigt, bei 207. Andernfalls liefert die Prozedur ein Ausgangssignal, das die Auswahl der ersten Antenne anzeigt, bei 206, und ein Umschalten von der zweiten Antenne auf die erste Antenne verursacht.
Die Verstärkungssteuerungsprozedur ist vorgesehen, um die Verstärkung hoch genug zu halten, um den BER zu minimieren, und niedrig genug, um Sättigung und Verschlechterung aufgrund von Intermodulation zu verhindern. Wie zuvor mit Bezug auf 3 beschrieben, stellt das Handgerät 3 diskrete Verstärkungspfade 15, 19 und 17 bereit. Die Auswahl einer relativ kleinen Anzahl möglicher Verstärkungs- oder Dämpfungswerte wird in einem System bevorzugt, in dem der Empfänger das empfangene Signal begrenzt und abtastet vor der Demodulation, wie in EP-A1-0 746 931 beschrieben, im Gegensatz zu anderen Empfängern, die einen A/D-Wandler benutzen, um das Empfangssignal zu digitalisieren. Es versteht sich, dass, wenn ein A/D-Wandler verwendet wird, die empfangene Signalauflösung sehr gut sein muss, wohingegen die Auflösung sehr viel weniger kritisch ist, wenn das empfangene Signal digitalisiert wird, indem eine Kombination aus Begrenzer und Abtaster verwendet wird, wobei die Hauptanforderung darin besteht, dass der empfangene Signalpegel innerhalb eines allgemeinen Bereichs liegt.
Falls die Verstärkungssteuerungsprozedur freigegeben ist, wie bei 220 festgelegt, vergleicht die Prozedur RSSI plus die ausgewählte Verstärkung mit einem vorbestimmten hohen Schwellenwert (TH) bei 222. Falls RSSI plus die ausgewählte Verstärkung größer ist als TH, wird dann der Wert eines ersten Verstärkungsakkumulators G1{n} entsprechend der Gleichung berechnet, die bei Schritt 227 gezeigt ist, wobei a die IIR-Filterverstärkung und X ein hinzugefügter Impuls ist. Dann wird ein zweiter Verstärkungsakkumulator G2{n} entsprechend der Gleichung aufgefrischt, die bei 228 gezeigt ist. Falls G1{n} größer ist als ein Verstärkungsschaltungsschwellenwert (TS) werden die Akkumulatoren G1{n} und G2{n} bei 231 zurückgesetzt. Falls der augenblicklich ausgewählte Verstärkungspfad, wie bei 237 festgelegt, nicht das Minimum ist, beispielsweise Verstärkungspfad 17, der in 3 gezeigt ist, wird dann der nächste niedrigere Verstärkungspfad ausgewählt bei 232. Falls bei spielsweise der aktuelle ausgewählte Verstärkungspfad der Verstärkungspfad 15 mit einer 18 dB-Verstärkung ist, ist dann der nächst niedrigere Verstärkungspfad der Verstärkungspfad 19 mit überhaupt keiner Verstärkung. Falls jedoch der Verstärkungspfad bereits der minimale Verstärkungspfad ist, wie in Schritt 237 bestimmt, wird keine Änderung des momentanen Verstärkungssteuerungsindikators vorgenommen, wie bei 238 gezeigt.
Falls der erste Verstärkungsakkumulator nicht größer als der Verstärkungsschaltungsschwellenwert bei 230 ist, bestimmt dann die Prozedur, ob der zweite Verstärkungswert größer als der Verstärkungsschaltungsschwellenwert bei 234 ist. Falls er größer ist, werden dann die Verstärkungsakkumulatoren bei 235 zurückgesetzt. Falls der momentan ausgewählte Verstärkungspfad, wie er bei 241 bestimmt wird, nicht der maximale Verstärkungspfad ist, wird dann der Verstärkungspfad bei 239 erhöht, d. h. der Verstärkungspfad 17, der das empfangene Signal um 20 dB dämpft, wird geändert in den Verstärkungspfad 19, der das empfangene Signal nicht dämpft.
Wie zuvor diskutiert, ist es wünschenswert, den Pegel des Signals zwischen einem maximalen und einem minimalen Bereich einfach zu halten, zwischen einem hohen Schwellenwert (TH) und einem niederen Schwellenwert (TL). Falls somit RSSI plus die ausgewählte Verstärkung größer ist als TH, wie bei 222 bestimmt, wird der Wert von G1{n} erhöht, indem der Impuls x, wie bei 227 gezeigt, addiert wird, wohingegen der Wert von G2{n} entsprechend der IIR-Filterung abklingen kann. Falls jedoch RSSI plus die ausgewählte Verstärkung kleiner als TL ist, ist es wünschenswert, den Wert von G1{n} entsprechend der IIR-Filterantwort abklingen zu lassen, wie durch die Gleichung bei 226 gezeigt, und der Wert von G2{n} wird erhöht, um die Additi on des Impulses X, wie bei 229 gezeigt. Falls TL < RSSI + ausgewählte Verstärkung < TH ist, ist folglich kein Umschalten notwendig, so dass beide Verstärkungsakkumulatoren mit der IIR-Filterantwort abklingen können, wie durch die Gleichungen in den Schritten 224 und 225 gezeigt. Indem es den Verstärkungsakkumulatoren erlaubt wird, abzuklingen, wird gewährleistet, dass keiner den Verstärkungsumschaltschwellenwert überschreitet und folglich der Verstärkungspfad nicht unnötigerweise geschaltet wird.
Wenn die Verstärkungssteuerungsprozedur gesperrt ist, wie in Schritt 230 bestimmt, werden beide Verstärkungsakkumulatoren zurückgesetzt, wie in 231 gezeigt. Deshalb wird kein Umschalten ausgeführt, wenn die Verstärkungssteuerungsprozedur gesperrt ist, da TS größer ist als die zurückgesetzten Werte.
Das Nachfolgende beschreibt die Betriebsparameter der vorliegenden Erfindung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform. Es versteht sich jedoch, dass die nachfolgende Beschreibung nur rein beispielhaften Zwecken dient und es nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf das nachfolgend Beschriebene zu beschränken.
Praktischerweise werden die IIR-Abschätzfilter auf Konstanten initialisiert. Die Akkumulatoren werden auf Null gesetzt während eines Initialisierungsvorgangs. Die anfänglichen Indikatoren werden vorzugsweise so gesetzt, dass SQI auf "POOR" gesetzt wird.
Zurückkommend auf die 3 werden die Prozeduren vorzugsweise in einem kundenspezifischen Prozessor in dem BBIC 24 implementiert. Die Prozeduren passen für viele kommerziell verfügbare Mikroprozessoren und Mikrocontroller, wie beispielsweise Intel 8051, Motorola 6800, Hitachi H8 und viele Andere. Insbesondere wurden die Prozeduren entworfen, um RAM- und ROM-Nutzung zu minimieren, da der Prozessor 25, RAM (nicht gezeigt) und ROM (nicht gezeigt), alle bevorzugt in dem BBIC 24 digitalen ASIC enthalten sind, was die verfügbaren Speicherressourcen begrenzt.
Die Empfangssignalstärke wird vorzugsweise aus einem 5 Bit (Werte von 0 bis 31) Empfangssignalstärkenindikator (RSSI) berechnet, der in den IFIC 22 gelesen wird und von der Pegelmessvorrichtung 21 berechnet wird. Der Indikator begrenzt bei einem Wert von 0 und sättigt bei einem Wert von 31. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform gibt es drei mögliche Empfangsverstärkungspegel, wie durch die Verstärkungssteuerungsprozedur gesteuert, die zuvor beschrieben wurde.
Die Signalstärke wird aus den nachfolgenden Parametern und Gleichung geschätzt:
n = digitale "Zeit" gemessen in Bündeln
G{n}: Verstärkung des Verstärkers bei Rahmen n; G{n} wird hoch, mittel und niedrig sein
f(): Signalstärkenoffsetfunktion
RSSI{n}: Empfangssignalstärkenindikator bei Rahmen n
a: RSSI-Indikatorsteigung
SS{n}: Signalstärkenindikator bei Steigung n
SS{n} = a·RSSI{n} + f(G{n})
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform beträgt a etwa 1,25 dB/(RSSI-Schritt) und f (hohe Verstärkung) beträgt etwa –109 dBm, f (mittlere Verstärkung) liegt bei etwa 93 dBm, und f (niedrige Verstärkung) liegt bei etwa –69 dBm. Obgleich diese Werte in einem DCT-System bevorzugt sind, das wie zuvor beschrieben arbeitet, arbeiten die Antennendiversityprozedur und die Verstärkungssteuerungsprozedur mit den meisten Signalstärkeindikatoren.
Für den Antennendiversityalgorithmus, der in Verbindung mit 8 beschrieben ist, wird a, die Signalstärkefilterkonstante, bevorzugt auf 1/64 eingestellt und wird implementiert als sechsfaches Schieben nach rechts, b, die Diversity-IIR-Filterverstärkung, wird vorzugsweise auf 1/16 gesetzt und wird implementiert als vierfaches Rechtsschieben, und t, der Antennenumschaltschwellenwert, beträgt etwa 1,25 dB (oder äquivalent zu einem RSSI-Schritt in der bevorzugten Ausführungsform).
Zusätzlich zu der momentanen Signalpegelinformation, die zuvor beschrieben wurde, sind die Parameter, die bei dieser Verstärkungssteuerungsprozedur verwendet werden:
Thigh, der hohe Pegelschwellenwert, der eine Funktion des ausgewählten Verstärkungspegels ist:
hohe Verstärkung: = –80 dBm
mittlere Verstärkung: = –60 dBm
niedere Verstärkung: = 0 dBm
Tlow, der niedere Pegelschwellenwert, der eine Funktion des augenblicklichen Verstärkungspegels ist:
hohe Verstärkung: –6 dBm
mittlere Verstärkung: –82 dBm
niedere Verstärkung: –62 dBm
Ts, der Umschaltschwellenwert, wird auf 64 gesetzt.
a, die IIR-Filterverstärkung, ist 1/16 oder ein vierfaches Rechtsschieben; und
X, der Eingangsimpuls, gleich 32.
Wie die Antennendiversityprozedur würde die Verstärkungssteuerungsprozedur auch mit vielen anderen Parameterwerten arbeiten. Wie es sich für den Durchschnittsfachmann ohne Weiteres ergibt, würden diese Parameter abhängig von dem Kommunikationssystem und dessen Betrieb eingestellt werden.
Die Prozedur zum Abschätzen der Rahmenfehlerrate, wie hier beschrieben, benutzt vorzugsweise die folgenden Parameter:
a, die Rahmenfehlerratenverstärkung, beträgt 1/16 oder ein vierfaches Rechtsschieben
M, der Maximalwert für den Rahmenfehlerratenfilter, gleicht 63
X, der Impulswert, ist 64.
Der Empfangssignalpegelschwellenwert ist eine Funktion des Empfangsverstärkungspegels. Vorzugsweise ist der Empfangssignalstärkenschwellenwert (RSTHRESH) 10. Die anderen Schwellenwerte, die in 6 gezeigt sind, lauten wie folgt:
FVThresh: Der Frequenzabweichungsschwellenwert entspricht einer Fehlerrate von 0,0001.
TVThresh: Der Zeitabweichungsschwellenwert entspricht einer Fehlerrate von 0,00001.
FThresh: Der Rahmenfehlerratenschwellenwert gleicht 31.
Während die Erfindung mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben und erläutert wurde, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass Modifikationen und Veränderungen durchgeführt werden können, ohne die Prinzipien der Erfindung zu verlassen, wie sie hier beschrieben wurde und wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen ausgeführt ist.

Claims

Verfahren zum Auswählen einer von zwei Antennen in einem Basisstationsempfänger, um eine Bitfehlerrate in einem Kommunikationssystem zu optimieren, indem eine räumliche Abweichung (diversity) verwendet wird, wobei das Kommunikationssystem Daten in Bündeln überträgt, mit den Schritten: Auswählen einer ersten Antenne (10), um ein gesendetes Signal zu empfangen; Empfangen des gesendeten Signals und Definieren desselben als ein empfangenes Signal; Zulassen eines Eingangssignals, das einen Pegel des gesendeten Signals angibt, wobei das Eingangssignal als ein Empfangssignalstärke-Indikator (RSSI) (27) definiert wird; Schätzen eines Durchschnittssignalpegels über eine Vielzahl von Bündeln; Schätzen eines Signalpegels an einer zweiten Antenne (12) auf der Basis des Durchschnittssignalpegels, der so abgeschätzt wurde, und einem vorherigen geschätzten Signalpegel an der zweiten Antenne (12); Vergleichen des RSSI (27) und des geschätzten Signalpegels an der zweiten Antenne (12), um einen Antennendiversity-Indikator (29) zu liefern, der eine Auswahl von einer der zwei Antennen (10, 12) angibt; Auswählen einer der beiden Antennen (10, 12) basierend auf dem Antennendiversity-Indikator (29).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Schätzens des durchschnittlichen Signalpegels ausgeführt wird, indem ein digitales rekursives Filter verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der so geschätzte Durchschnittssignalpegel auf zumindest einer vorherigen Schätzung des Durchschnittssignalpegels und des RSSI (27) basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Schätzens des Signalpegels an der zweiten Antenne (12) ausgeführt wird, indem ein rekursives digitales Filter verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der so geschätzte Signalpegel an der zweiten Antenne (12) auf zumindest einer vorherigen Schätzung des Signalpegels an der zweiten Antenne (12) und dem so geschätzten Durchschnittssignalpegel basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit den Schritten: Empfangen eines Auswahlfreigabeeingangssignals, das angibt, ob der Schritt der Auswahl einer der beiden Antennen (10, 12) freigegeben ist; und wobei der Auswahlschritt nur ausgeführt wird, wenn der Auswahlindikator anzeigt, dass der Auswahlschritt freigegeben ist.