DE69531827T2

DE69531827T2 - Adaptives sektorisiertes spreizspektrum ubertragungssystem

Info

Publication number: DE69531827T2
Application number: DE69531827T
Authority: DE
Inventors: P. Franklin ANTONIO; S. Klein GILHOUSEN; K. Jack WOLF; Ephraim Zehavi
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1994-06-23
Filing date: 1995-06-22
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2015-06-23
Also published as: EP0767994B1; ES2210299T3; ATE250829T1; HK1019022A1; CN1082286C; WO1996000466A1; FI965180A0; JPH10502504A; RU2142202C1; DE69531827D1; EP0767994A1; DK0767994T3; FI965180A; US5621752A; CN1151228A; AU685966B2; MX9606634A; PT767994E; CA2193394C; AU2908695A

Description

Hintergrund der Erfindung
I. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein digitales Kommunikationssystem. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, Kommunikationssysteme, in welchen Spreizspektrumsignale eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein neues und verbessertes Verfahren und eine Anordnung zur adaptiven Sektorierung innerhalb eines Spreizspektrum-Kommunikationssystems.
II. Beschreibung des Standes der Technik
Kommunikationssysteme wurden entwickelt, um die Übertragung von Informationssignalen vom Standort einer Basisstation zu einem physikalisch verschiedenen Standort eines Nutzers oder Teilnehmers zu ermöglichen. Sowohl analoge als auch digitale Verfahren werden genutzt, um solche Informationssignale über Kommunikationskanäle zu übertragen, welche die Standorte der Basisstation und des Nutzers verbinden. Digitale Verfahren zielen darauf ab, mehrere Vorteile im Vergleich zu analogen Verfahren zu gewähren, beispiels- weise einschließlich eine verbesserte Unempfindlichkeit gegenüber Kanalrauschen und Interferenz, eine erhöhte Kapazität und eine verbesserte Sicherheit der Kommunikation durch die Verwendung von Verschlüsselung.
Beim Übertragen eines Informationssignals in beliebiger Richtung über einen Kommunikationskanal wird das Informationssignal zunächst in ein Format konvertiert, welches für eine effiziente Übertragung über den Kanal geeignet ist. Die Konvertierung oder Modulation des Informationssignals beinhaltet das Variieren eines Parameters einer Trägerwelle auf Basis des Informationssignals in einer Art und Weise, so daß das Spektrum des resultierenden modulierten Trägers auf die Kanalbandbreite begrenzt ist. Am Standort des Empfängers wird das originale Nachrichtensignal aus einer Version des nachfolgend zu einer Ausbreitung über den Kanal empfangenen modulierten Trägers repliziert. Eine solche Replikation wird im allgemeinen erreicht, indem eine Umkehrung des während der Nachrichtenübertragung eingesetzten Modulationsprozesses verwendet wird.
Die Modulation ermöglicht auch ein Multiplexing, d. h. die gleichzeitige Übertragung mehrerer Signale über einen gemeinsamen Kanal. Kommunikationssysteme mit Multiplexverfahren weisen im allgemeinen eine Mehrzahl entfernter Teilnehmereinheiten auf, welche einen intermittierenden Betrieb anstelle eines fortwährenden Zugriffs auf den Kommunikationskanal erfordern. Systeme, die entworfen wurden, um Kommunikation mit einer ausgewählten Teilmenge aus einer Gesamtmenge von Teilnehmereinheiten zu ermöglichen, werden Vielfachzugriff-Kommunikationssysteme genannt.
Ein besonderer Typ von Vielfachzugriff-Kommunikationssystemen, bekannt als Codevielfachzugriff-Modulationssystem (CDMA = Code Division Multiple Access), kann in Übereinstimmung mit Spreizspektrum-Verfahren realisiert werden. In Spreizspektrumsystemen ergibt das verwendete Modulationsverfahren eine Spreizung des übertragenen Signals über ein breites Frequenzband innerhalb des Kommunikationskanals. Andere Vielfachzugriff-Kommunikationsverfahren sind Zeitvielfachzugriff (TDMA = Time Division Multiple Access) und Frequenzvielfachzugriff (FDMA = Frequency Division Multiple Access). Das Spreizspektrum-Modulationsverfahren CDMA hat jedoch signifikante Vorteile gegenüber diesen Modulationsverfahren für VielfachzugriffKommunikationssysteme. Die Verwendung von CDMA Verfahren in einem Vielfachzugriff-Kommunikationssystem ist in U.S. Patent 4,901,307 offenbart, erteilt am 13. Februar 1990 mit dem Titel "SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRI-AL REPEATERS", welches dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen ist.
In oben bezeichnetem U.S. Patent 4,901,307 wird ein Vielfachzugriffverfahren offenbart, mit welchem eine große Zahl von mobilen Systemnutzern mit jeweils einem Transceiver bzw. Sendeempfänger mittels Satellitenrepeatern oder mittels terrestrischer Basisstationen unter Verwendung von CDMA Spreizspektrum-Kommunikationssignalen kommuniziert. Durch die Verwendung von CDMA Kommunikation kann das Frequenzspektrum mehrfach wiederverwendet werden, was eine Erhöhung der Systemnutzerkapazität erlaubt. Die Verwendung von CDMA resultiert in einer viel höheren spektralen Effizienz als mit anderen Vielfachzugriffverfahren erreicht werden kann.
In einem ausgewählten zellularen CDMA System wird die Kommunikation zwischen einer Basisstation und Teilnehmereinheiten im umliegenden Zellengebiet erreicht, indem jedes übertragene Signal über die verfügbare Kanalbandbreite gespreizt wird, und zwar unter Verwendung eines eindeutigen Nutzerspreizcodes. In solchen CDMA Systemen werden die Codesequenzen, die für , das Spreizen des Spektrums verwendet werden, aus zwei verschiedenen Typen von Sequenzen konstruiert, die jeweils verschiedene Eigenschaften zum Vorsehen verschiedener Funktionen aufweisen. Ein erster Typ der verwendeten Sequenzen sind beispielsweise die I und Q Kanal PN Codes, die von allen Signalen in einer Zelle oder einem Sektor gemeinsam genutzt werden. Zusätzlich kann jeder Nutzer durch einen eindeutigen, langen PN Code identifiziert werden, welcher typischerweise von längerer Periode ist als die I und Q Kanal PN Codes.
In 1 ist eine beispielhafte CDMA Kommunikationszelle 10 dargestellt, in welcher eine Mehrzahl fester und mobiler Nutzer-Teilnehmereinheiten 12 und eine Basisstation 14 angeordnet sind. Die Teilnehmereinheiten 12 sind in einem ersten Sektor 16, einem zweiten Sektor 18 und einem dritten Sektor 20 angeordnet, welche jeweils eine äquivalente Anzahl von Verkehrskanälen unterstützen. Die Basisstation 14 kann einen Satz bzw. ein Set von fixed-beam Antennen bzw. Feststrahlantennen (nicht dargestellt) aufweisen, die dem Unterstützen der Kommunikation mit Teilnehmereinheiten in jedem Sektor dienen. Alternativ kann ein 3-Element Antennenfeld verwendet werden, um die Zelle in die festgelegten Nutzersektoren zu unterteilen.
Ein Vorteil des Systems der 1 ist darin zu sehen, daß die Basisstation 14 typischerweise einen Diversity-Emfpänger aufweist, der zum Empfangen der individuellen Multipfad-Echos der durch jede Teilnehmereinheit 12 übertragenen PN Spreizwellenform angeordnet ist. Multipfad-Echos können erzeugt werden durch Reflexion des übertragenen Nutzersignals an Objekten in der Ausbreitungsumgebung. Die individuellen Multipfadsignale werden dann innerhalb separater Empfänger"finger", die festgelegten Multipfadsignalen gewidmet sind, zeitlich ausgerichtet und anschließend kombiniert, um das Si- gnal-zu-Rauschen-Verhältnis zu verbessern. Wenn die Zelle 10 in mehr als einige (beispielsweise 6) Sektoren aufgeteilt ist, wird jedem Sektor ein relativ schmaler Strahl bzw. Beam zugewiesen. Diese erhöhte Sektorierung kann bedauerlicherweise den Empfang jener Multipfadsignale verhindern, die außerhalb des jeweiligen konzentrierten Sektorstrahls liegen, und dadurch auf unerwünschte Weise das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis reduzieren.
Ein solches System des Standes der Technik ist beispielsweise aus WO-A-9312590 bekannt.
Es ist entsprechend wünschenswert, ein adaptives Sektorierungsverfahren vorzusehen, welches ein separates Tracking und Empfangen von direkten Signalen und Multipfadsignalen, die von und zu Nutzern innerhalb eines digitalen Kommunikationssystems übertragen werden, ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein digitales Kommunikationssystem vorgesehen, in dem Informationssignale zwischen einer Vielzahl von Nutzern kommuniziert werden, wobei das System folgendes aufweist: Mittel zum Vorsehen einer Vielzahl von elektromagnetischen Strahlen zum Empfangen von direkten Komponenten oder Multipfadkomponenten der Informationssignale, die durch die Nutzer übertragen werden, gekennzeichnet durch: Mittel zum Zuweisen eines ersten der Vielzahl von elektromagnetischen Strahlen, um eine erste der Informationssignal-Komponenten, die über einen ersten Übertragungsweg übertragen werden, zu empfangen, um ein erstes empfangenes Signal zu erzeugen, wobei die erste Informationssignal-Komponente zumindest einen Teil eines ersten Informationssignals, das durch einen ersten der genannten Nutzer gesendet wird, aufweist; Mittel zum Erzeugen eines ersten Strahlsignals aus dem ersten empfangenen Signal; ein erstes Strahl-Tracking-Netzwerk zum Erzeugen eines ersten Strahl-Tracking-Signals durch Demodulieren des ersten Strahlsignals; und Strahlschaltmittel für das räumliche Tracking der ersten Signalkomponente durch Zuweisen des zweiten der Vielzahl von elektromagnetischen Strahlen, um die erste Signal komponente zu empfangen und dadurch ein zweites empfangenes Signal basierend auf dem ersten Strahl-Tracking-Signal zu erzeugen
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein digitales Kommunikationssystem vorgesehen, in welchem Informationssignale zwischen einer Vielzahl von Nutzern kommuniziert werden, wobei das System folgendes aufweist: Mittel zum Vorsehen eines Satzes von elektromagnetischen Strahlen zum Empfangen von direkten Signalkomponenten oder von Multipfadsignalkomponenten einer Vielzahl von Informationssignalen, die durch eine entsprechende Vielzahl von Nutzern übertragen werden, um so einen Satz von empfangenen Signalen zu erzeugen; Mittel zum Erzeugen eines Satzes von Strahlsignalen basierend auf dem Satz von empfangenen Signalen, gekennzeichnet durch: Schaltmittel für das räumliche Tracking der Signalkomponenten durch Verändern einer Zuteilung von Teilsätzen bzw. Teilmengen bzw. Subsets der Strahlsignale zu einem entsprechenden Verkehrssignal, wobei der Verkehrskanal einem Benutzer aus der Vielzahl von Benutzern zugewiesen ist, und wobei jeder Teilsatz mit einer Komponente der Vielzahl von Informationssignalen korrespondiert; und Empfängermittel zum Wiedererlangen bzw. Rückgewinnen der Informationssignale aus einem ersten der Teilsätze von Strahlsignalen, der einem ersten der Verkehrskanäle, der einem ersten der Nutzer zugewiesen ist, zugeteilt ist.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Kommunizieren von Informationssignalen zwischen einer Mehrzahl von
Nutzern innerhalb eines digitalen Kommunikationssystems vorgesehen, wobei das Verfahren folgendes aufweist: Vorsehen von ersten und zweiten elektro magnetischen Strahlen zum Empfangen einer ersten Informationssignal- Komponente über einen ersten Übertragungsweg, um so erste und zweite empfangene Signale zu erzeugen, wobei die Informationssignal-Komponente zumindest einen Teil eines ersten Informationssignals, das durch einen ersten der Benutzer übertragen wird, aufweist; Erzeugen erster und zweiter Strahlsignale aus den ersten und zweiten empfangenen Signalen; Demodulieren der ersten und zweiten Strahlsignale zum Liefern erster und zweiter Schätzungen des Informationssignals; und Erzeugen eines ersten Tracking-Signals basierend auf den ersten und zweiten Schätzungen des Informationssignals, wobei das erste Tracking-Signal zum räumlichen Tracking des ersten Übertragungswegs nutzbar ist.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Kommunizieren von Informationssignalen zwischen einer Mehrzahl von Nutzern innerhalb eines digitalen Kommunikationssystems vorgesehen, wobei das Verfahren folgendes aufweist: Vorsehen eines Satzes elektromagnetischer Strahlen zum Empfangen von direkten Signalkomponenten oder Multipfadsignalkomponenten einer Vielzahl von Informationssignalen, die durch eine entsprechende Vielzahl von Nutzern übertragen werden, um so einen Satz von empfangenen Signalen zu erzeugen; Erzeugen eines Satzes von Strahlsignalen basierend auf dem Satz empfangener Signale; Räumliches Tracking der Multipfadkomponenten durch Verändern der Zuteilung von Teilsätzen der Strahlsignale zu einem entsprechenden Verkehrskanal, wobei der Verkehrskanal mit einem der Vielzahl von Benutzern assoziiert ist, und wobei jeder Teilsatz mit einer Komponente der Vielzahl von Informationssignalen korrespondiert; und Wiedererlangen bzw. Rückgewinnen eines ersten der Informationssignale von einem ersten der Teilsätze der Strahlsignale, der einem ersten der Verkehrskanäle, der mit einem ersten der Benutzer assoziiert ist, zugeteilt ist.
Folglich wird ein System und ein Verfahren zum adaptiven Sektorieren von Kanalressourcen innerhalb eines digitalen Kommunikationssystems, beispielsweise innerhalb eines zellularen Kommunikationssystems, vorgesehen. Das System umfaßt eine Antennenanordnung zum Vorsehen zumindest erster und zweiter elektromagnetischer Strahlen zum Empfangen eines ersten Informationssignals, welches von einem festgelegten einer Vielzahl von Nutzern übertragen wird, wodurch ein erstes und ein zweites empfangenes Signal erzeugt wird. Ein erster Satz strahlformender Signale wird dann aus den ersten und zweiten empfangenen Signalen erzeugt.
Ein demodulierender Empfänger wird vorgesehen, um zumindest die ersten und zweiten strahlformenden Signale, die innerhalb eines ersten Satzes strahlformender Signale enthalten sind, zu demodulieren und dadurch erste und zweite demodulierte Signale zu erzeugen. Das System weist ferner ein Tracking-Netzwerk für ein Tracking für Multipfad-Informationssignale, die von verschiedenen Positionen und unter verschiedenen Einfallswinkeln empfangen werden, auf, basierend auf einem Vergleich der ersten und zweiten demodulierten Signale.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun im Wege von Beispielen beschrieben, im Zusammenhang mit den Zeichnungen, in denen:
1 ein beispielhaftes Vielfachzugriff-Kommunikationssystem zeigt, in welchem eine Vielzahl von Teilnehmereinheiten und eine Basisstation angeordnet sind.
2 ein Spreizspektrum-Kommunikationssystem zeigt, in welchem direkt übertragene Signale und Multipfadsignale in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung empfangen werden.
3 eine Blockdiagramm-Repräsentation eines Spreizspektrum-Übertragers zeigt, der für die Verwendung innerhalb eines Ausführungsbeispiels der Erfindung geeignet ist.
4 ein Blockdiagramm eines beispielhaften RF Übertragers ist.
5A eine Blockdiagramm-Repräsentation eines Basisstations-Empfangsnetzwerks liefert, das zum Ermöglichen adaptiver Sektorierung in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung konfiguriert ist.
5B ein Blockdiagramm eines Stations-Empfangsnetzwerks zeigt, welches eine ausgewählte Kanaleinheit-Implementierung umfaßt.
5C ein Blockdiagramm eines Basisstations-Empfangsnetzwerks zeigt, umfassend ein Antennenfeld, welches an einem entfernten Standort errichtet ist.
5D ein Blockdiagramm eines adaptiven Strahl RAKE Empfängers darstellt, welcher zum Verarbeiten eines Satzes frequenz-herunterkonvertierter, digitalisierter Antennen-Strahlsignale angeordnet ist.
6 eine Implementierung eines Empfangsantennenfeldes zeigt, das Antennenelemente zum Empfang sowohl horizontal als auch vertikal polarisierter Signale umfaßt.
7 eine Anordnung von Schaltelementen zeigt, die in einer Schaltmatrix enthalten sind zum Liefern von exakt einem Signalpfad zwischen einem gegebenen Eingabe-Strahlsignal und jedem Ausgabe-Verkehrskanal.
8 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Diversity-Empfängers ist, der im Basisstations-Empfangsnetzwerk enthalten ist.
9 eine detaillierte Repräsentation eines rechts/links Strahlprozessors ist.
10 eine Blockdiagramm-Repräsentation eines Strahl-Tracking-Akkumulators zeigt, der mit einem ersten Empfängerfinger eines beispielhaften Diversity-Empfängers assoziiert ist.
11 eine illustrative Repräsentation eines zirkulären bzw. kreisförmigen Antennenfeldes liefert.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
I. Einführung
Wie im folgenden beschrieben, betrachtet die hier enthaltene Erfindung die adaptive Steuerung von Strahlmustern, die von einem oder mehreren Antennenfeldern bzw. Antennenanordnungen innerhalb eines Spreizspektrum-Kommunikationssystems erzeugt werden. In einer Implementierung werden das Antennenfeld oder die Antennenfelder bei Zellenstandort-Basisstationen eines zellularen Kommunikationssystems gruppiert. Separate Sätze von Strahlen werden zum Empfangen von direkten und indirekten (d. h. Multipfad- bzw. Mehrwege-) Signalübertragungen von einer Teilnehmereinheit vorgesehen, die mit individuellen Systemteilnehmern assoziiert ist. Ein neuartiges Trakking-Netzwerk erlaubt das separate Tracking von direkten Signalübertragungen und Multipfad-Signalübertragungen von einer gegebenen Teilnehmereinheit in Zeit und Raum. Wie weiter unten beschrieben, wird das "Time Trakking" bzw. "Zeit-Tracking" bewirkt, indem die Phase, mit welcher die empfangenen Signale mit einer PN Spreizsequenz korreliert werden, in Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Demodulation der empfangenen Signale eingestellt werden.
In 2 ist ein Spreizspektrum-Kommunikationssystem 20 in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Innerhalb des Kommunikationssystems 20 sind eine Mehrzahl fester und mobiler Teilnehmereinheiten 22, eine erste und eine zweite Basisstation 24 und 26 und eine Steuerstation 30 angeordnet. Die Basisstationen 24 und 26 weisen jeweils ein Antennenfeld auf (nicht dargestellt), welches dem Empfang von Signalen von den Teilnehmereinheiten 22 dient. In dem System 20 ist jeder Teilnehmereinheit ein eindeutiger Pseudozufallscode (PN Code) zugewiesen, wodurch die Unterscheidung von Nutzersignalen, die über eine Mehrzahl mit den Teilnehmereinheiten 22 assoziierter "Verkehrskanäle" übertragen wird, ermöglicht wird. Diese Unterscheidung wird erreicht, obgleich alle Verkehrskanäle des Systems über einen einzigen Funkfrequenzkanal übertragen werden können. Wie in 2 angedeutet wird ein durch eine Teilnehmereinheit 22a übertragenes Informationssignal S an ein benachbart gelegenes erstes Objekt 34 (beispielsweise an ein Gebäude) abgestrahlt. Das Signal S wird direkt durch die Basisstationen 24 und 26 empfangen, während eine erste Multipfad-Komponente (S_m1) des Signals S durch das Objekt 34 zur Basisstation 26 reflektiert wird. Die Signale S und S_m1 unterliegen entsprechend einem Tracking in Zeit und Raum durch die Basisstationen 24 und 26. Nach einer Demodulation innerhalb der Basisstationen 24 und 26 werden die demodulierten Signale S und S_m1 an die Steuerstation 30 übertragen. Innerhalb der Steuerstation 30 werden die demodulierten Signale zeitlich ausgerichtet und mit einem Spreiz- spektrum-Diversity-Empfänger kombiniert. Eine Implementierung eines solchen Diversity-Empfängers ist weiter unten detailliert beschrieben.
In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt das Antennenfeld jeder Basisstation ein Antennenmuster, welches charakterisiert werden kann als aufweisend einen Satz von benachbarten elektromagnetischen "Strahlen", welche sich räumlich partiell überlappen können. Erste und zweite Teilsätze von Strahlen werden durch die Basisstation 26 vorgesehen, um ein separates Tracking und Empfangen der Signale S und S_m1 zu bewirken. In einem Ausführungsbeispiel werden verschiedene Teilsätze von Strahlen dynamisch für das Tracking und Empfangen der Signale S und S_m1 ansprechend auf die Änderungen von deren Einfallswinkeln bei der Basisstation 26 zugewiesen. Diese Änderungen können sich beispielsweise ergeben durch Bewegung der Teilnehmereinheit 22a oder durch Bewegung des Objekts 34. Ähnliche Änderungen bezüglich des Einfallswinkels können sich bei einer Bewegung der Basisstation in Ausführungsbeispielen ergeben, in denen die Basisstation 26 beispielsweise auf einem Satelliten in Umlaufbahn installiert ist. Innerhalb der Basisstation 26 wird ein Diversity-Empfänger vorgesehen, welcher einen "Finger", der dem Empfang des direkt übertragenen Signals S dient, und der einen Finger zum Empfang des Multipfadsignals S_m1 aufweist. Nach Demodulation der empfangenen Signalen innerhalb der Finger unter Verwendung des mit der Teilnehmereinheit 22a assoziierten PN Codes werden die demodulierten Signale zeitlich ausgerichtet und kombiniert. Auf diese Weise wird das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis eines aus den kombinierten Signalen extrahierten Informationssignals verbessert im Vergleich zu dem, das sich ergibt, wenn nur das über einen einzigen Übertragungsweg empfangene Signal verwendet wird.
II. Detaillierte Beschreibung
A. Spreizspektrum-Signalübertragung
In 3 ist eine Blockdiagramm-Repräsentation eines Spreizspektrum-Übertragers dargestellt, der für die Einfügung innerhalb der Teilnehmereinheiten 22 (2) geeignet ist. In einem Ausführungsbeispiel wird eine Form von orthogonaler Signalisierung, wie beispielsweise binäre, quaternäre oder Cnäre bzw. C-fache Signalisierung angewendet, um ein geeignetes Verhältnis von Signal zu Rauschen für die Verbindung von Teilnehmereinheit zu Basisstation, d. h. für die "Rückwärts"Verbindung, vorzusehen. Zusätzlich wird allgemein angenommen, daß C-fache orthogonale Signalisierungsverfahren weniger empfindlich gegenüber Signalstörungen sind, die durch Rayleigh-Fading und ähnliche hervorgerufen werden, als beispielsweise Costas Schleife oder kohärente PSK Verfahren. Es ist allerdings selbstverständlich, daß andere Modulationsverfahren ein verbessertes Signal-zu-Rauschen-Verhältnis erreichen können, beispielsweise in Ausführungsbeispielen, in denen Basisstationen auf Satelliten in einer Umlaufbahn installiert sind.
Im Übertrager der 3 werden Datenbits 100, die beispielsweise aus durch einen Vocoder in Daten gewandelter Sprache bestehen, an einen Kodierer 102 geliefert, wo die Bits in Übereinstimmung mit der Eingabedatenrate fal tungskodiert werden. Wenn die Datenbitrate kleiner als die Bitverarbeitungsrate des Kodierers 102 ist, kann eine Codesymbolwiederholung angewendet werden, indem der Kodierer 102 die Eingabedatenbits 100 wiederholt, um einen sich wiederholenden Datenstrom mit einer Bitrate zu erzeugen, die der Betriebsrate des Kodierers 102 entspricht. In einem Ausführungsbeispiel empfängt der Kodierer 102 die Datenbits 100 mit einer nominellen Rate (Rb) von 9,6 kbit/s und erzeugt Rb/r Symbole/Sekunde, wobei "r" die Coderate (z. B. 1/3) des Kodierers bezeichnet. Die kodierten Daten werden anschließend an einen Interleaver bzw. Verschränker 104 geliefert, wo sie blockverschränkt bzw. einem Block-Interleaving unterzogen werden.
Innerhalb des 64-fach orthogonalen Modulators 106 (d. h. C = 64) sind die Symbole in Zeichen gruppiert, die Iog₂C Symbole mit einer Rate von (I/r)(Rb/Iog₂C) Zeichen/Sekunde enthalten, wobei es C mögliche Zeichen gibt. In einem Ausführungsbeispiel wird jedes Zeichen in eine Walsh-Sequenz der Länge C (z. B. C = 64) kodiert. Das bedeutet, daß jede Walsh-Sequenz 64 binäre Bits oder "Chips" umfaßt, und daß es einen Satz von 64 Walsh-Codes mit einer Länge von 64 gibt. Die 64 orthogonalen Codes korrespondieren mit den Walsh-Codes aus einer 64 mal 64 Hadamard Matrix, in welcher ein Walsh-Code eine einzelne Zeile oder Spalte der Matrix ist.
Die Walsh-Sequenz, die durch den Modulator 106 erzeugt wird, wird an einen Exklusiv-ODER-Kombinierer 108 geliefert, wo sie durch einen Kombinierer mit einem PN Code multipliziert oder "überdeckt" wird, der für eine ausgewählte Teilnehmereinheit 22 festgelegt ist. Ein solcher "langer" PN Code wird mit einer Rate Rc durch einen PN Langcodegenerator 110 in Übereinstimmung mit einer Nutzer PN Langcodemaske erzeugt. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel arbeitet der Langcodegenerator 110 mit einer beispielhaften Rate von 1,2288 MHz (Rc = 1,2288 MHz), um vier PN Chips pro Walsh-Chip zu erzeugen.
In 4 ist eine beispielhafte Implementierung des RF Übertragers 150 gezeigt. In Codevielfachzugriff-Spreizspektrumanwendungen (CDMA) wird ein Paar kurzer PN Sequenzen PN_I und PN_Q durch einen entsprechenden PN_I Generator 152 und einen entsprechenden PN_Q Generator 154 an Exklusiv-ODER-Kombinierer 156 und 158 geliefert. Die Sequenzen PN_I und PN_Q ent sprechen dem In-Phase-Kommunikationskanal (I) und dem Quadratur-Phase-Kommunikationskanal (Q), und sind im allgemeinen von viel kürzerer Länge (32 768 Chips) als jeder Nutzer-Lang-PN-Code. Die resultierende I-Kanal-Codespreiz-Sequenz und die resultierende Q-Kanal-Codespreiz-Sequenz werden anschließend durch Basisbandfilter 164 und 166 geleitet. Die gefilterte Q-Kanal-Sequenz kann anschließend optional um 1/2 PN Chip verzögert werden, um RF Verstärker-Nichtlinearitäten zu kompensieren.
Digital-Analog-Wandler (D/A-Wandler) 170 und 172 sind entsprechend vorgesehen zum Konvertieren der digitalen Information der Kanäle I und Q in analoge Form. Die durch die D/A-Wandler 170 und 172 erzeugten Wellenformen werden gemeinsam mit entsprechenden Lokaloszillator-Trägerfrequenzsignalen (LO-Trägerfrequenzsignale) cos(2πft) und sin(2πft) an Mixer 188 und 190 geliefert, wo sie gemischt und an einen Summierer 192 geliefert werden. Die Quadratur-Phasen-Trägersignale sin(2πft) und cos(2nft) werden von geeigneten Frequenzquellen geliefert (nicht dargestellt). Diese gemischten IF Signale werden im Summierer 192 summiert und an einen Mixer 194 geliefert.
Der Mixer 194 mischt die summierten Signale mit einem RF Frequenzsignal von einem Frequenzsynthesizer 196, um eine Frequenzhochkonvertierung in das RF Frequenzband vorzusehen. Das RF Signal beinhaltet eine In-Phase-Komponente (I) und eine Quadratur-Phasen-Komponente (Q) und kann anschließend Bandpaß-gefiltert und an einen RF Verstärker geliefert werden (nicht dargestellt). Es ist selbstverständlich, daß abweichende Implementierungen des RF Übertragers 150 eine Vielfalt von Signalsummier-, Signalmisch-, Signalfilter- und Signalverstärkungsverfahren einsetzen können, die hier nicht beschrieben sind, aber dem Fachmann wohlbekannt sind. Gleichermaßen können andere bekannte Kodier- und Modulationsformate eine verbesserte Systemleistung in bestimmten alternativen Ausführungsbeispielen erreichen.
B. Übersicht über das Basisstations-Empfangsnetzwerk
In 5A ist ein Blockdiagramm eines Basisstations-Empfangsnetzwerks 210 dargestellt, welches in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung konfiguriert ist. In den beispielhaften Ausführungsbeispielen der
5A und 5B ist das Antennenfeld der Basisstation am Standort des Signalverarbeitungsabschnitts des Empfangsnetzwerks 210 errichtet. Wie weiter unten im Zusammenhang mit 5C und 5D beschrieben, kann das Antennenfeld alternativ an einem entfernten Standort errichtet werden, wobei dann die Kommunikation mit dem Rest des Empfangsnetzwerks mittels Glasfaser-Kommunikationsverbindung oder ähnlichem etabliert wird.
In 5A ist ein M-Element Antennenfeld (nicht dargestellt) vorgesehen zum Liefern von Signalen über einen Satz von M Signalleitungen 212. In der beispielhaften Ausführung weist das Antennenfeld eine Anzahl (M) omnidirektionaler Antennenelemente auf, die gleichmäßig auf einem kreisförmigen Umfang verteilt sind, wodurch der Empfang aus allen Richtungen einfallender Signale möglich wird. Eine detaillierte Beschreibung eines beispielhaften kreisförmigen Feldes wird weiter unten in Abschnitt F gegeben.
Wie in 5A gezeigt sind die Signalleitungen 212 mit einem IF Herunterkonvertierer 214 verbunden, der wirksam die Signale vom Antennenfeld zu einem Satz von IF Signalen 218 herunterkonvertiert. Die IF Signale 218 werden anschließend jeweils unter Verwendung eines separaten Analog-Digital-Wandlers, die gemeinsam durch einen Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) 220 repräsentiert werden, abgetastet. Der A/D-Wandler 220 erzeugt, bei einer beispielhaften Rate, die ungefähr gleich dem Vierfachen der PN Spreizrate ist, einen Satz von M komplexen digitalen Signalen (I_i, Q_i), wobei i = 1 bis M. Somit ist die Abtastrate in einer beispielhaften Ausführung äquivalent zu 4 × 1,228 oder 4,912 MHz. Die Abtastrate kann verringert werden, um eine Annäherung an die Nyquist-Rate zu erreichen, wenn ein Interpolationsfilter im Zusammenhang mit dem A/D-Wandler 220 verwendet wird.
Die digitalen Signale (I_i, Q_i) werden an ein strahlformendes Netzwerk 224 geliefert, welches wirksam einen Satz von N digitalen Strahlsignalen B₂ erzeugt, wobei z = 1 bis N und N = (L)(M). Jedes der N Strahlsignale B₂ wird gemäß der folgenden Beziehung gebildet:
worin jeder Gewichtskoeffizient g_iz eine komplexe Zahl aufweist. Wie weiter unten beschrieben werden die Gewichtskoeffizienten g_iz so ausgewählt, daß jedes Strahlsignal B_z mit einem gewünschten Empfangsantennenmuster, welches durch das Antennenfeld mit M Elementen erzeugt wird, korrespondiert. Die Form und die Richtung des mit jedem Signal B_z assoziierten Antennenstrahls kann in adaptiver Weise geändert werden, indem die komplexen Werte der Gewichtskoeffizienten g_iz dynamisch variiert werden. Zusätzlich kann der Parameter L so gewählt werden, daß ein gewünschter Grad an Überlappung zwischen den mit ausgewählten Sätzen der Signale B_z assoziierten Antennenstrahlen ermöglicht wird. Wenn L beispielsweise größer als Eins ist, überlappen sich notwendigerweise die Antennenstrahlen räumlich, die mit bestimmten Kombinationen der Strahlsignale B_z assoziiert sind.
Jedes der digitalen Strahlsignale B_z, z = 1 bis N, wird an eine Mehrzahl von Kanaleinheiten geliefert, von denen eine in 5A dargestellt ist. Jede Kanaleinheit liefert die verbleibenden Signalverarbeitungs- und Detektierungsfunktionen für eine einzelne Kommunikationsverbindung (z. B. eine Telefonverbindung) zwischen einem mobilen Teilnehmerendgerät und der Basisstation. Ansprechend auf eine Strahlauswahlinformation von einem Controller 244 wählt eine Schaltmatrix 228 innerhalb jeder Kanaleinheit einen Teilsatz der Strahlsignale B_z für die Verarbeitung durch die Kanaleinheit aus. Ein oder mehrere Sucher-Empfänger 227 werden verwendet, um das stärkste von der mit der Kanaleinheit assoziierten mobilen Teilnehmereinheit empfangene Signal zu identifizieren. Das bedeutet, daß der/die Sucher-Empfänger 227 typischerweise wirksam die Stärke der verschiedenen Multipfad-Komponenten mißt, die bei der Basisstation zu verschiedenen Zeiten nach dem Durchlaufen verschiedener Entfernungen eintreffen, nachdem sie durch die mobile Teilnehmereinheit übertragen wurden. In einem Ausführungsbeispiel werden Sätze mit einem oder mehreren Strahlsignalen durch die Schaltmatrix 228 für die Verarbeitung durch einen Satz von J Korrelationsempfängern 230 ausgewählt. Diese Auswahl wird auf den Suchergebnissen basiert, die an den Controller 244 von dem/den Sucher-Empfänger(n) 227 geliefert werden. Das bedeutet, daß der Controller 244 bestimmt, welche der Strahlsignale B_z an jeden der Korrelationsempfänger 230 geliefert werden und welche der Multi pfad-Signalkomponenten von jeder mobilen Teilnehmereinheit zu verarbeiten sind. Der Controller 244 kann außerdem zum Einstellen der Gewichtskoeffizienten innerhalb des strahlformenden Netzwerks 224 dienen, welches die Form und/oder die Richtung des sich aus den Strahlsignalen B_z ergebenden Strahlmusters verändert. Das Antennenstrahlmuster wird typischerweise so geformt, daß es von maximaler Zunahme bzw. Verstärkung in den Richtungen ist, aus denen die höchste Konzentration von Mobileinheit-Signalüber- tragungen empfangen wird. In einer Alternative könnte eine hinreichend große Anzahl von Strahlen innerhalb des strahlformenden Netzwerks 224 geformt werden, um zu ermöglichen, daß das mit jeder Kanaleinheit assoziierte Strahlmuster "spezifisch zugeschnitten" ist, je nach Bedarf der jeweiligen Anwendung.
In 5A werden die durch jeden Korrelationsempfänger 230 erzeugten, demodulierten Signale an ein Kombinierermodul 235 geliefert. Innerhalb des Kombinierermoduls 235 werden die demodulierten Signale kombiniert und an ein De-Interleaver- und Decodernetzwerk geliefert (nicht dargestellt). In einer beispielhaften Ausführung werden die Signale nach dem De-Interleaving gemäß eines Viterbi Dekodieralgorithmus' dekodiert und anschließend an einen Vocoder oder eine andere funktionale Einheit geliefert.
In 5B ist ein Blockdiagramm des Basisstations-Empfangsnetzwerks 210, dargestellt, in dem eine besondere Implementierung der Kanaleinheit enthalten ist. Die digitalen Strahlsignale B_z, z = 1 bis N, werden durch das strahlformende Netzwerk 224 in grundsätzlich gleicher Weise, wie im Zusammenhang mit 5A beschrieben, erzeugt.
Die digitalen Strahlsignale B_z, z = 1 bis N, werden an die Schaltmatrix 228 einer ausgewählten Kanaleinheit geliefert, welche vorgesehen ist zum Zuordnen von Sätzen der Strahlsignale B_z zu einem entsprechenden Satz von J Diversity-Empfängern 232a–232j, die in den Korrelationsempfängern 230 enthalten sind. Jede Schaltmatrix 228 weist eine unidirektionale Schaltung auf, die dazu dient, die N = (L)(M) Strahlsignaleingaben an einen Satz von P = J*3K Ausgaben bzw. Ausgänge zu verbinden. Die P Ausgaben der Schaltmatrix 228 werden in einen Satz von J Verkehrskanälen unterteilt, die mit den Diversity-Empfängern 232a–232j assoziiert sind, wobei jedem der J , Nutzer einer der J Verkehrskanäle (d. h. eine der J Kanaleinheiten) zugeordnet ist. In einer beispielhaften Ausführung ist jeder der Diversity-Empfänger 232 so betreibbar, daß er die über einen Satz von K-1 Übertragungswegen von einem bestimmten Teilnehmer empfangenen Signale verarbeitet, wobei K die Anzahl der Empfänger"finger" eines jeden der Diversity-Empfänger 232 bezeichnet. Wie im folgenden beschrieben wird einer der Empfängerfinger eines jeden der Empfänger 232 im altgemeinen für die Suche nach dem stärksten von einer festgelegten Teilnehmereinheit empfangenen Signal reserviert sein. Jedes "Finger"element stellt einen kompletten Demodulations-Empfänger dar, welcher Phasen-Tracking- und Zeit-Tracking-Schaltungen für die Demodulation einer ausgewählten Zeitkomponente eines zeitlich dispergierenden Multipfad-Signals aufweist, welches durch das Element empfangen wurde. Wie in US Patent 5,109,390 beschrieben, mit dem Titel DIVERSITY RECEIVER IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM, welches dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung erteilt ist, kann ein Diversity-RAKE-Empfänger aus einem oder mehreren solcher Empfängerfinger bestehen. In einer beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung wird jeder Verkehrskanal durch einen dreifingrigen RAKE Empfänger bedient, der in der mobilen Station angeordnet ist, und durch einen vierfingrigen RAKE Empfänger in der Basisstation. Es sei festgestellt, daß zusätzliche "Sucher" PN Korrelationsschaltungen typischerweise verwendet werden, um bestimmte, über aktive Kommunikationskanäle ausgetauschte Pilot- und Steuersignale zu identifizieren und zu messen, im allgemeinen jedoch nicht, um ein Zeit- und/oder Phasen-Tracking auszuführen.
Die sich über die K-1 Übertragungswege ausbreitenden Signale, die mit jeder Teilnehmereinheit assoziiert sind, beinhalten die Information, die durch den "Verkehrskanal", der jeder Teilnehmereinheit zugewiesen ist, transportiert wird. In einem Ausführungsbeispiel werden höchstens 3K der Strahlsignale B_z jedem Verkehrskanal zugewiesen. Das heißt, ein Teilsatz bzw. eine Teilmenge von drei benachbarten Antennenstrahlen werden zum Empfangen des Multipfadsignals, welches durch einen gegebenen Empfängerfinger verarbeitet wird, verwendet. Falls zwei oder mehr Multipfadsignale, die verschiedenen Empfängerfingern zugewiesen sind, räumlich nah beieinander liegen, kann der gleiche 3-Strahl-Teilsatz dem Empfang jedes der zwei oder mehr Signale zugewiesen werden. In diesem Fall würden dem Verkehrskanal weniger als 3K Strahlsignale zugewiesen sein.
In 5B erlaubt die Zuordnung von drei Strahlen, die zum Empfangen jedes separat reflektierten Signals verwendet werden, das räumliche Tracking jedes empfangenen Signals durch Tracking-Netzwerke 240a–240j. Es sei beispielsweise angenommen, daß der j-te Strahl, der durch das Antennenfeld der Basisstation erzeugt wird, als der Strahl identifiziert wurde, der das stärkste Signal der drei Antennenstrahlen, die mit einem gegebenen Empfängerfinger assoziiert sind, transportiert. Ein räumliches Tracking kann dann erfolgen, wie im folgenden detailliert beschrieben, indem ein räumliches Tracking-Signal berechnet wird, und zwar auf Basis der Energiedifferenz zwischen den "rechten" und "linken" benachbarten Antennenstrahlen (d. h. Strahlen j ± 1). Jedes der resultierenden K räumlichen Tracking-Signale von jedem der Strahl-Tracking-Netzwerke 240a–240j wird uber einen assoziierten Tracking-Bus 242a–242j an einen Controller 244 transportiert. Jeder Tracking-Bus 242a–242j umfaßt einen Satz von K Signalleitungen, die mit den K Fingern jedes der Diversity-Empfänger 232a–232j korrespondieren. Falls die Tracking-Signale anzeigen, daß das durch den "rechten" Strahl j + 1 empfangene Signal signifikant stärker ist als das mittels des "linken" Strahls j – 1 empfangene, dann kann der Controller 244 den Signalempfang verbessern, indem er die Schaltmatrix 228 anweist, die Sätze von Strahlen, die einem gegebenen Empfängerfinger zugeordnet sind, von j und j ± 1 in j, j + 1 und j + 2 zu verändern.
In einer Implementierung wird das Timing bzw. die Zeitvorgaben der über die rechten und linken Strahlen eines gegebenen Fingers empfangenen Signale um eine vorbestimmte Spanne versetzt bzw. mit einem Offset beaufschlagt. Das bedeutet, daß das Timing der Demodulation der über die rechten und linken Strahlen (d. h. Strahlen j ± 1) transportierten Signale mit einem Offset beaufschlagt wird, so daß einer der Strahlen j ± 1 als der "frühe" Strahl bezeichnet wird, während der andere als der "späte" Strahl bezeichnet wird. Jedes der Strahl-Tracking-Netzwerke 240a–240j erzeugt ein Tracking-Signal basierend auf einer Energiedifferenz zwischen den Signalen, die über die rechten und linken Strahlen, die mit jedem Finger assoziiert sind, empfangen werden. Beispielsweise sei erneut angenommen, daß die durch das Antennenfeld der Basisstation erzeugten Strahlen j und j ± 1 mit den drei Antennenstrahlen korrespondieren, die mit einem gegebenen Empfängerfinger assoziiert sind. Ein Tracking-Signal, welches durch den assoziierten Tracking-Bus 242a–242j an den Controller 244 geliefert wird, wird auf der Basis der Energiedifferenz zwischen den aus den rechten und linken Strahlen (d. h. Strahlen j ± 1 gewonnenen demodulierten Signalen berechnet. Das Demodulations-Timing innerhalb des assoziierten Diversity-Empfängers 232a–232j wird dann durch den Controller 244 entsprechend angepaßt.
5C zeigt ein Blockdiagramm eines Basisstations-Empfangsnetzwerks 210' mit einem Antennenfeld, welches an einem entfernten Standort errichtet ist. In 5C liefert ein Antennenfeld mit M Elementen (nicht dargestellt) einen Satz von empfangenen Signalen über M Signalleitungen 212'. In der beispielhaften Ausführung weist das Antennenfeld eine Anzahl (M) omnidirektionaler Antennenelemente auf, die gleichmäßig auf einem kreisförmigen Umfang verteilt sind, wodurch der Empfang aus allen Richtungen einfallender Signale möglich wird.
In alternativen Ausführungsbeispielen kann das Antennenfeld mit M Elementen durch ein rechteckiges Gitter bzw. Raster mit M omnidirektionalen Antennenelementen ersetzt werden. Die Gewichtskoeffizienten, die mit jedem Element des Gitters assoziiert sind, können dann so gewählt werden, daß eine Bildung von Strahlen in alle Richtungen ermöglicht wird. Im allgemeinen Fall können beliebige Konfigurationen für die Antennenelemente verwendet werden, um Strahlen in jede Richtung zu bilden, indem geeignete Strahlbildungsschaltungen im Zusammenhang mit vorausberechneten Tabellen von Gewichtskoeffizienten eingesetzt werden.
Wie in 5C gezeigt sind die Signalleitungen 212' vom Antennenfeld mit einem IF Herunterkonvertierer 214' verbunden, welcher wirksam die empfangenen Signale in einen Satz von IF Signalen 218' herunterkonvertiert. Die IF Signale 218' werden anschließend innerhalb eines Analog-Digital-Wandlers (A/D-Wandlers) 220' abgetastet, um einen Satz von M komplexen digitalen Signalen (I'_i, Q'_i) zu erzeugen, wobei i = 1 bis M. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Abtastrate des A/D-Wandlers 220' als ungefähr gleich dem Vierfachen der PN Spreizrate gewählt. Somit ist die Abtastrate in einer beispielhaften Ausführung äquivalent zu 4 × 1,228 oder 4,912 MHz. Die Abtastrate kann auf die Nyquist-Rate verringert werden, wenn ein Interpolationsfilter im Zusammenhang mit dem A/D-Wandler 220' verwendet wird.
Die digitalen Signale (I'_i, Q'_i), i = 1 bis M, werden optional durch einen Multiplexer 226' in einen seriellen Strom konvertiert und an einen Modulator/Kodierer 228' geliefert. Im Ausführungsbeispiel der 5C sind das Antennenfeld, der A/D-Wandler 220', der Multiplexer 226' und der Modulator/Kodierer 228' an einem Standort plaziert, der von den Signalverarbeitungselementen des Empfangsnetzwerks 210' abgesetzt ist. Die Information vom abgesetzten bzw. entfernten Standort wird über eine Kommunikationsverbindung 229' (z.B. eine optische Faser) an ein Demodulator/Decoder-Netzwerk 230' geliefert, welches am Standort der Zentralverarbeitung oder Basisstation angeordnet ist. Der Modulator/Kodierer 228' dient dem Modulieren und Kodieren der Information von dem entfernten Standort, um eine verläßliche Übertragung über die Kommunikationsverbindung 229' zu gewährleisten. Es ist offensichtlich, daß das eingesetzte, spezielle Modulations- und Kodierungsformat abhängig von den Eigenschaften der Kommunikationsverbindung 229' ist. Es ist ferner offensichtlich, daß diese Modulation und Kodierung einzig deshalb durchgeführt, um die Integrität der Datenübertragung von , dem entfernten Standort zu verbessern. Entsprechend ist die optionale Aufnahme der Schaltungselemente 226'–231' in 5C angedeutet, indem diese Elemente gestrichelt dargestellt sind.
Das demodulierte und dekodierte Signal, das durch den Demodulator/Decoder 230' erzeugt wird, wird anschließend durch einen Demultiplexer 231' an einen Satz von J strahlformenden Netzwerken 224a'–224j' verteilt. Jedes strahlformende Netzwerk 224a'–224j' erzeugt, wie oben beschrieben, einen Satz von Q Strahlsignalen für die Verarbeitung durch einen korrespondierenden Diversity-Empfänger 232a'–232j'. Der Parameter Q ist äquivalent zum Produkt aus:

(i) der Anzahl der Finger eines jeden der Diversity-Empfänger 232a'-232j', und
(ii) der Anzahl von Strahlen, die jedem Finger zugewiesen sind.

In einem Ausführungsbeispiel wird ein Teilsatz von drei benachbarten Antennenstrahlen verwendet, um die Multipfad-Signale zu empfangen, die durch einen gegebenen Empfängerfinger verarbeitet werden. Falls zwei oder mehr Multipfad-Signale, die verschiedenen Empfängerfingern zugewiesen sind, räumlich nah beieinander gelegen sind, kann der gleiche 3-Strahl-Teilsatz dem Empfang jedes der zwei oder mehr Signale zugewiesen werden. In diesem Fall würden dem Verkehrskanal weniger als Q/3 Strahlsignale zugewiesen sein. Diese Zuordnung von Strahlen erlaubt es den Strahl-Tracking-Netzwerken 240a'–240j', das Tracking jedes der empfangenen Strahlsignale in Zeit und Raum zu bewirken. Dieses Tracking wird im Wesentlichen wie oben beschrieben ausgeführt, mit dem Unterschied, daß der Controller 244' eine Strahlauswahlinformation separat an jedes strahlformende Netzwerk 224a'– 224j' liefert.
In 5D ist ein Blockdiagramm eines adaptiven Strahl-RAKE-Empfängers dargestellt, welcher für das Verarbeiten von M frequenz-herunterkonvertierten, digitalisierten Antennenstrahlsignalen, wie beispielsweise der vom A/D-Wandler 220 (5A) ausgegebenen, vorgesehen ist. Die M Antennensignale werden an einen Satz von J Kanaleinheiten verteilt, von denen eine in 5D dargestellt ist. Jede Kanaleinheit führt die verbleibenden Signalverarbeitungsund Detektierungsfunktionen für eine einzelne Kommunikationsverbindung (z. B. eine Telefonverbindung) zwischen einem mobilen Teilnehmerendgerät und der Basisstation aus. Ansprechend auf die vom Controller 244' gelieferte Strahlauswahlinformation wählt eine Schaltmatrix 233' innerhalb jeder Kanaleinheit einen Teilsatz der M empfangenen Feldsignale für die Verarbeitung durch die Kanaleinheit aus. Ein oder mehrere Sucher-Empfänger 227' wird/werden verwendet, um das stärkste von der mit der Kanaleinheit assoziierten mobilen Teilnehmereinheit empfangene Signal zu identifizieren. Das bedeutet, daß der/die Sucher-Empfänger 227' typischerweise wirksam die Stärke der verschiedenen Multipfad-Komponenten mißt/messen, die bei der Basisstation zu verschiedenen Zeiten nach dem Durchlaufen entsprechend verschiedener Entfernungen eintreffen, nachdem sie durch die mobile Teilnehmereinheit übertragen wurden. In einem Ausführungsbeispiel werden J Sätze mit einem oder mehreren Strahlsignalen durch die Schaltmatrix 233' innerhalb der Kanaleinheit für die Verarbeitung durch einen Satz von J Korrelationsempfängern 230' innerhalb der Kanaleinheit ausgewählt. Diese Auswahl wird auf den Suchergebnissen basiert, die an den Controller 244' von dem/den Sucher-Empfänger(n) 227' geliefert werden. Das bedeutet, daß der Controller 244' bestimmt, welche der M Signale, die durch das Antennenfeld erzeugt werden, an jeden der Korrelationsempfänger 230' zu liefern sind und welche der Multipfad-Signalkomponenten von jeder mobilen Teilnehmereinheit zu verarbeiten sind.
Die digitalisierten Signale vom Antennenfeld, ausgewählt durch die Schaltmatrix 233' eines jeden Kanals, werden an ein strahlformendes Netzwerk 224' innerhalb der Kanaleinheit geliefert. Das strahlformende Netzwerk erzeugt wirksam ein oder mehrere digitale Strahlsignale zur Verarbeitung durch jeden Korrelationsempfänger 230', indem die gewählten Feldsignale mit einem Satz von gewichtenden Koeffizienten linear kombiniert werden, die ausgewählt wurden, um das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis der stärksten empfangenen Multipfad-Komponente, die durch den Empfänger 230' verarbeitet wird, zu verbessern. Dies wird typischerweise in der Auswahl von gewichtenden Koeffizienten zur Maximierung der Strahlverstärkung in der Richtung der stärksten empfangenen Multipfadsignalkomponente resultieren, wie durch den/die Sucher-Empfänger 227' ermittelt. Mehr als ein einziger Strahl kann an jeden der Korrelationsempfänger 230' geliefert werden, da die eine oder mehreren Multipfadsignalkomponenten, die durch jeden Empfänger 230' verarbeitet werden, bei der Basisstation typischerweise aus verschiedenen Richtungen eintreffen. Die Form und Richtung des mit jedem Strahlsignal assoziierten Antennenstrahls kann durch den Controller 244' in einer adaptiven Weise geändert werden, indem die Werte der Gewichtskoeffizienten dynamisch variiert werden. Die durch andere Kanaleinheiten (nicht dargestellt in 5D) ausgewählten Strahlen können gleichermaßen ausgerichtet werden, um das SNR der durch diese Einheiten verarbeiteten Signale zu maximieren.
In 5D nimmt der Korrelationsempfänger 230' einer jeden Kanaleinheit an den restlichen Signalverarbeitungsfunktionen teil, die für eine einzelne Kommunikationsverbindung zwischen einem mobilen Teilnehmerendgerät und der Basisstation ausgeführt werden. Die demodulierten Signale, die durch jeden Korrelationsempfänger 230' erzeugt werden, werden an ein Kombinierermodul 235' geliefert. Innerhalb des Kombinierermoduls 235' werden die demodulierten Signale kombiniert und an ein De-Interleaver- und Decodernetzwerk geliefert (nicht dargestellt). In einer beispielhaften Ausführung werden die Signale nach dem De-Interleaving gemäß eines Viterbi Dekodieralgorithmus' dekodiert und anschließend an einen Vocoder oder eine andere funktionale Einheit geliefert. Ein prinzipieller Vorteil des Ausführungsbeispiels gemäß 5D liegt darin, daß verhältnismäßig wenige Strahlsignale durch die Schaltmatrix verarbeitet werden müssen. Obgleich dies möglicherweise voraussetzt, daß zusätzliche strahlformende Elemente vorgesehen werden, kann dies nichtsdestoweniger in der kostengünstigsten Schaltungsimplementierung resultieren.
In 5A–5D wird die Breite eines Antennenstrahls, der einem festgelegten Verkehrskanal zugeordnet ist, von der Entfernung zwischen der assoziierten Teilnehmereinheit und der Basisstation abhängen. Es wird erwartet, daß Strahlen mit einer breiteren Breite typischerweise Teilnehmereinheiten zugeordnet werden, die relativ nahe zur Basisstation sind, währen Strahlen mit schmalerer Breite weiter entfernten Teilnehmereinheiten zugeordnet werden.
C. Strahlformendes Netzwerk
Im folgenden wird 6 erläutert. Das Empfangsantennenfeld wird alternativ so realisiert, daß es Antennenelemente aufweist, die sowohl horizontal als auch vertikal polarisierte Signale (I_i, Q_i)_h und (I_i, Q_i)_v empfangen. In solch einem Ausführungsbeispiel werden separate strahlformende Netzwerke 224a und 224b verwendet, um separate Sätze strahlformender Signale B_z,h und B_z,v jeweils entsprechend den horizontal und vertikal polarisierten Mustern vorzusehen. Die Signale B_z,h und B_z,v werden jeweils durch die strahlformenden Netzwerke 224a und 224b in Übereinstimmung mit folgenden Ausdrücken erzeugt:
worin, wie bereits im Fall der Gleichung (1) gilt: z = 1 bis z = (L)(M).
In der Implementierung aus 6 können beide Sätze von Strahlsignalen B_z,h und B_z,v durch die selbe Schaltmatrix verarbeitet werden. Obwohl das i-te Paar von Strahlsignalen B_(z,h)i und B_(z,v)i im allgemeinen nicht dem selben Finger eines Empfängers, der mit einem bestimmten Verkehrskanal assoziiert ist, zugeordnet sein wird, kann zusätzlich jedes Signal separat durch einen verschiedenen Finger eines gegebenen Empfängers verwendet werden. Zusätzliche Details bezüglich der Implementierung selektiver Polarisation, wie im Zusammenhang mit der Feldrealisierung der 6 betrachtet, sind beispielsweise in oben zitierter US Patentschrift 4,901,307 beschrieben.
D. Schaltmatrix
In der folgenden Beschreibung der Schaltmatrix 228 (5A) wird angenommen, daß die mit aufeinanderfolgenden Strahlsignalen B_i und B_i+1 assoziierten Antennenstrahlen räumlich benachbart sind. Im allgemeinen Fall (L > 1) werden sich Paare benachbarter Strahlen (d. h. B_i und B_i+1) räumlich überlappen. Es wird erneut 5A betrachtet. Die J Verkehrskanäle, die durch die P = J*3K Ausgänge der Schaltmatrix 228 unterstützt werden, können unter Verwendung der Notation T_j,k,m identifiziert werden. Insbesondere kann der erste Index j die Werte 0, 1, ..., J – 1 annehmen, und spezifiziert einen der J Verkehrskanäle. Der zweite Index k identifiziert einen bestimmten Übertragungsweg (d. h. Finger) des Verkehrskanals und nimmt die Werte 0, 1, ..., K–1 an. Der dritte Index m, wobei m = 0, 1 oder 2, identifiziert einen der drei benachbarten Antennenstrahlen, die einem bestimmten Verkehrskanalfinger zugeordnet sind.
In einer beispielhaften Ausgestaltung werden die Eingabe-Strahlsignale B_i den Schaltmatrix-Verkehrskanalausgängen T_j,k,m in Übereinstimmung mit folgenden Festlegungen zugeordnet:
1) Für jeden Verkehrskanal T_j wird jeder der damit assoziierten 3K Ausgänge mit einem verschiedenen Eingabestrahl B_i verbunden. Außerdem wird der Satz von Eingabestrahlsignalen B_i, der mit einem gegebenen Verkehrskanal verbunden ist, im allgemeinen aus K Gruppen bestehen, wobei jede Gruppe einen Satz von drei räumlich benachbarten Strahlen aufweist. Falls beispiels weise K = 3 gilt (d. h. 3 Kanalfinger), dann wird ein Satz von Strahlen B_i–1, B_i, B_i+1, B_j–1, B_j, B_j+1, B_k–1, B_k, B_k+1 mit dem fraglichen Verkehrskanal verbunden.
2) Jedes Eingabestrahlsignal B_i kann mit einem oder mehreren Verkehrskanälen verbunden sein. Falls allerdings ein Strahlsignal B_i an einen gegebenen Verkehrskanal geliefert wird, wird es an einen, und zwar nur an einen, mit diesem Kanal assoziierten Schaltmatrixausgang geliefert.
3) Die Verbindungen zwischen den Eingabestrahlsignalen B_i und den Verkehrskanalausgaben T_j,k,m können durch eine Matrix mit M Zeilen, die mit den Strahlsignalen B_i, i = 1, 2, ..., M, korrespondieren, und P = J*3K Spalten, die mit den Verkehrskanalausgaben der Schaltmatrix korrespondieren, beschrieben werden. Der Eintrag in der Zeile m und Spalte p der Matrix wird auf "1" festgelegt, wenn das Eingabestrahlsignal B_m ab den festgelegten Verkehrskanalausgang T_j,k,m geschaltet bzw. verbunden werden soll. Der Eintrag wird als "0" vorgenommen, wenn eine solche Verbindung nicht existiert. Eine beispielhafte Verbindungsmatrix für den Fall von neun Eingabestrahlsignalen (M = 9), vier Verkehrskanälen (J = 4) und einem Finger pro Verkehrskanal (K = 1) ist im folgenden in TABELLE I wiedergegeben. Es sei darauf hingewiesen, daß TABELLE I festlegt, daß die Strahlsignale B₁, B₂ und B₃ mit dem Verkehrskanal "0" zu verbinden sind (d. h. B₁ mit T_0,0,0,1 B₂ mit T_0,0,2 und B₃ mit T_0,0,0), daß die Strahlsignale B₃, B₄ und B₅ mit dem Verkehrskanal "1" zu verbinden sind (d. h. B₃ mit T_1,0,0, B₄ mit T_1,0,1 und B₅ mit T_1,0,2), daß die Strahlsignale B₇, B₈ und B₀ mit dem Verkehrskanal "2" zu verbinden sind (d. h. B₇ mit T_2,0,1 B₈ mit T_2,0,2 und B₀ mit T_2,0,0), und daß die Strahlsignale B₅, B₆ und B₇ mit dem Ver- , kehrskanal "3" zu verbinden sind (d. h. B₅ mit T_3,0,2, B₆ mit T_3,0,0 und B₇ mit T_3,0,1).
TABELLE I
In einer bevorzugten Implementierung der Schaltmatrix 228 ist es möglich, jedes Strahlsignal mit jedem und allen der Verkehrskanalausgänge T_j,k,m zu verbinden. In 7 ist eine baumartige Anordnung von Schaltern 250 gezeigt, die dazu dienen, exakt einen Signalweg zwischen dem Strahlsignal B_i und jedem Verkehrskanal vorzusehen. Jeder Schalter 250 besteht vorzugsweise aus einem binären Schalter mit einem Eingang und zwei Ausgängen, der zwischen vier Zuständen umgeschaltet werden kann (z. B. Zustände S0–S3). Im Zustand S0 ist die Schaltereingabe von beiden Ausgängen isoliert, im Zustand S1 wird die Eingabe nur an den ersten Ausgang verbunden, im Zustand S2 wird die Ausgabe nur an den zweiten Ausgang verbunden und im Zustand S3 wird die Eingabe an beide Ausgänge verbunden.
Wie oben erwähnt wird jedes Eingabestrahlsignal an maximal eine der 3K Leitungen, die mit dem Verkehrskanal assoziiert sind, verbunden. Entsprechend erlaubt es die baumartige Schalteranordnung der 7, das Strahlsignal B_i mit einer beliebigen Kombination eines Satzes von acht Verkehrskanälen T1-T8 zu verbinden. Durch das Anordnen eines Satzes von N Schalterbäumen in Matrixform wird eine Schaltmatrix realisiert, welche in der Lage ist, einen Satz von N Eingabestrahlsignalen an einen Satz von Verkehrskanälen T' zu verbinden, wobei T' die Anzahl der Ausgaben bezeichnet, die jeder Schalterbaum liefert. Im allgemeinen wird jeder Schalterbaum (T'–1) binäre Schalter aufweisen.
E. Diversity-Empfänger
8 ist ein Blockdiagramm des Diversity-Empfängers 232a, wobei es selbstverständlich ist, daß die Diversity-Empfänger 232b–232j prinzipiell identisch implementiert sein können. In einem Ausführungsbeispiel dient die Schaltmatrix 228 dazu, dem Empfänger 232a einen Satz vom 3K Strahlsignalen zu liefern, die mit einem ausgewählten Verkehrskanal assoziiert sind. Die drei Strahlsignale, die mit den K Übertragungswegen des empfangenen Verkehrskanals assoziiert sind, werden jeweils durch einen von K Empfängerfingern verarbeitet, wobei der erste und der K-te dieser Finger innerhalb des Empfängers 232a entsprechend durch die Referenznummern 300 und 300' identifiziert werden. Obgleich nur der erste Empfängerfinger 300 detailliert in 8 dargestellt ist, sei angenommen, daß die verbleibenden K–1 Empfängerfinger prinzipiell hierzu identisch sind.
Wie in 8 gezeigt liefert die Schaltmatrix 228 die Komponenten I und Q für die Strahlsignale Rechts (E_1I, E_1Q), Links (L_1I, L_1Q) und Mitte (P_1I, P_1Q) an den ersten Empfängerfinger 300. Die Schaltmatrix 228 liefert außerdem die Komponenten I und Q für die Strahlsignale Rechts, Links und Pünktlich an die verbleibenden K-1 Empfängerfinger, wie dies exemplarisch dargestellt ist, indem die Strahlsignale Rechts (E_KI, E_KQ), Links (L_KI, L_KQ) und Mitte (P_KI, P_KQ) an den K-ten Empfängerfinger 300' geliefert werden.
In 8 werden die Mitte-Strahlsignale (P_1I, P_1Q) gemeinsam mit lokal erzeugten Kopien (PN_I' und PN_Q') der Sequenzen PN_I und PN_Q an einen versetzten bzw. Offset-behafteten OQPSK Demodulator 304 geliefert. Die resul- tierenden dekorrelierten Ausgaben vom Demodulator 304 für die Kanäle I und Q werden innerhalb von I-Kanal- und Q-Kanal-Puffer-Akkumulatoren 306 und 308 akkumuliert, welche jeweils Symboldaten über ein Intervall akkumulieren, das hinsichtlich der Dauer äquivalent zu vier PN Chips ist. Die Ausgaben der Akkumulatoren 306 und 308 werden durch einen Fast-Hadamard-Transformations-Prozessor (FHT Prozessor) 310 am Ende jedes Akkumulationsintervalls aufgenommen.
Wie oben festgestellt werden die übertragenen Symbole bei der 64-fach Walsh-Signalisierung in eine von 64 verschiednen binären Sequenzen kodiert, die als Walsh-Funktionen bekannt sind. In einer beispielhaften Implementierung werden die Signale von jeder Teilnehmereinheit 12 durch den gleichen Satz von 64 orthogonalen Walsh-Code-Sequenzen mit Länge 64 moduliert. Es ist wohlbekannt, daß die Fast-Hadamard-Transformations-Funktion, die im FHT Prozessor 310 implementiert ist, einen zweckmäßigen Mechanismus für die Korrelation der empfangenen Signalenergie mit jeder der verfügbaren 64 Walsh-Sequenzen darstellt.
Im Detail dient der FHT Prozessor 310 dazu, einen Satz von 64 I-Kanal "Hypothesen" I(W1), I(W2), ..., I(W64) und 64 Q-Kanal "Hypothesen" Q(W1), Q(W2), ..., Q(W64) basierend auf den Ergebnissen von jeder der 64 Korrelationen zu erzeugen, die darin während jedes Verarbeitungsabschnitts ausgeführt werden. Ein Diversity-Kombinierer 312 ist so angeordnet, daß die 64 parallelen I-Kanal-Ausgaben und die 64 parallelen Q-Kanal-Ausgaben empfangen werden, die durch den FHT Prozessor eines jeden Empfängerfingers während jedes Verarbeitungsabschnitts erzeugt werden. In einer beispielhaften Implementierung werden die Kanalausgaben für I und Q, die durch den FHT Prozessor innerhalb eines gegebenen Fingers erzeugt werden, innerhalb des Diversity-Kombinierers 312 im Verhältnis zu einer durchschnittlichen Signalenergie gewichtet, die über den mit dem Finger assoziierten Übertragungsweg empfangen wurde. In einer derartigen Implementierung wird die durch den FHT Prozessor eines jeden Fingers erzeugte Signalleistung typischerweise über aufeinandertolgende Intervalle, die jeweils mehrere Empfangssymbolperioden umfassen (z. B. ein Verarbeitungsintervall von sechs Symbolperioden), überwacht. Das relative Gewicht, das jedem Finger durch den Diversity-Kombinierer 312 zugeordnet wird, kann dann am Ende eines jeden Überwachungsintervalls angepaßt werden.
Basierend auf den gewichteten Kanalausgaben für I und Q, erzeugt durch die FHT Prozessoren eines jeden Empfängerfingers, liefert der Diversity-Kombinierer 312 einen parallelen Satz von 64 Walsh-Energie-Signalen an einen Maximumdetektor-Block 316. Der Maximumdetektor-Block 316 stellt fest, welche der 64 Walsh-Sequenzen, die durch den Diversity-Kombinierer 312 erzeugt wurden, die größte Energie, d. h. die Energie E_max, aufweist. Der Betrag der Energie E_max kann an den Controller 244 geliefert werden, innerhalb des sen er während des nächsten Verarbeitungsintervalls für Leistungssteuerung und Arretierungs- bzw. Sperrendetektierungsfunktionen (lock detection functions) verwendet werden kann. Der Maximumdetektor-Block 312 erzeugt außerdem einen Walsh-Index I_max, wobei I_max ∊ {1, 2, ..., 64}, der mit der ausgewählten Walsh-Sequenz mit der Energie E_max korrespondiert. Wie im folgenden mit Bezug auf 9 beschrieben, spezifiziert der Walsh-Index I_max, welche der 64 Walsh-Sequenzen innerhalb eines Rechts/Links-Strahlprozessors 320 verwendet wird, um die Strahlsignale für Rechts und Links E_1I, E_1Q, L₁ und L_1Q zu demodulieren.
9 liefert eine Repräsentation des Rechts/Links-Strahlprozessors 320 mit weiteren Details. Wie in 9 gezeigt weist der Strahlprozessor 320 I-Kanal-Multiplizierer 340 und 342 und ebenfalls Q-Kanal-Multiplizieren 344 und 346 auf. Den I-Kanal-Multiplizierern 340 und 342 werden I-Kanal-Abtastwerte der , rechten (E_1I) und linken (L_1I) Strahlsignale über Verzögerungselemente 352 und 354 geliefert. Gleichermaßen werden an die Q-Kanal-Multiplizierer 344 und 346 Q-Kanal-Abtastwerte der rechten (E_1Q) und linken (L_1Q) Strahlsignale über Verzögerungselemente 356 und 358 geliefert. Die Verzögerungselemente 352, 354, 356 und 358 dienen dem Verzögern der Komponenten I und Q der rechten und linken Strahlsignale abhängig von der Identifikation des Walsh-Index I_max. In einer beispielhaften Ausgestaltung werden logische "HIGH" und "LOW" Werte als +1 und –1 von den Verzögerungselementen an die Multiplizierer 340, 342, 344 und 346 geliefert.
In 9 wird ein Walsh-Symbol-Generator 364 betrieben zum Beliefern der Multiplizieren 340, 342, 344 und 346 mit der Walsh-Sequenz, die das durch den Index I_max identifizierte Walsh-Symbol aufweist. Die durch den Index Imax identifizierte Sequenz wird mit den I-Kanal-Abtastwerten der rechten (E_1I) und , linken (L_1I,) Strahlsignale multipliziert, und ebenfalls mit den Q-Kanal-Abtastwerten der rechten (E_1Q) und linken (L_1Q) Strahlsignale. Die resultierenden demodulierten Ausgaben der Multiplizierer 340 und 342 werden anschließend entsprechend an saturierende Akkumulatoren 370 und 372 für den I-Kanal geliefert, und die Ausgaben der Multiplizieret 344 und 346 entsprechend an saturierende Akkumulatoren 374 und 376 für den Q-Kanal. Die saturierenden Akkumulatoren bzw. Sättigungsakkumulatoren 370, 372, 374 und 376 akkumulieren die eingegebenen Informationen über eine "q" Walsh-Chips umfassende Periode. In einer bevorzugten Implementierung wird jede Akkumulation über 64 Walsh-Chips (q = 64) ausgeführt, d. h. über eine Walsh-Symbol-Periode. Die q-bit I-Kanal-Akkumulator-Ausgaben werden an Quadrierschaltungen 380 und 382 für den I-Kanal geliefert, und die q-bit Q-Kanal-Akkumulator-Ausgaben an Quadrierschaltungen 384 und 386 für den Q-Kanal. Eine Schätzung der Energie des rechten Strahls wird erlangt, indem die I-Kanal- und Q-Kanal-Ausgaben der Quadrierschaltungen 380 und 384 innerhalb eines Summierers 392 kombiniert werden. Gleichermaßen wird die Energie des linken Strahls geschätzt, indem die I-Kanal- und Q-Kanal-Ausgaben der Quadrierschaltungen 382 und 386 innerhalb eines Summierers 394 kombiniert werden. Ein Strahl-Fehlersignal wird durch eine digitale Differenzschaltung 396 basierend auf der Differenz zwischen den durch die Summierer 394 und 392 entsprechend erzeugten Energien des rechten und des linken Strahls erzeugt. Das Vorzeichen und der Betrag des Strahl-Fehlersignals sind abhängig von den Ergebnissen der Walsh-Demodulationen für den rechten und den linken Strahl, die entsprechend durch die Multipliziererpaare 342, 346 und 340, 344 durchgeführt werden. Ist beispielsweise die Abtastphase des A/D-Wandlers (5A) so eingestellt, daß der Betrag der Walsh-Demodulation des linken Strahls den Betrag der Walsh-Demodulation des rechten Strahls übersteigt, dann wird das Strahl-Fehlersignal positiv sein. Gleichermaßen wird, wenn der Betrag der Walsh-Demodulation des rechten Strahls den Betrag der Walsh-Demodulation des linken Strahls übersteigt, das Strahl-Fehlersignal negativ sein.
Das durch einen gegebenen Empfängerfinger erzeugte Tracking-Signal ermöglicht die Einstellung eines Satzes von Strahlen, die dem gegebenen Finger zugewiesen sind. Wie zuvor bereits festgestellt dient die Schaltmatrix 228 dazu, einen Satz benachbarter Strahlen (z. B. B_i–1, B_i und B_i+1) jedem Empfängerfinger zuzuordnen.
Das Strahl-Tracking-Netzwerk 240 (5B), das mit einem bestimmten Diversity-Empfänger 232 assoziiert ist, liefert Strahlschaltsignale an den Controller 244 auf Basis der Tracking-Signale, die von jedem Finger des Empfängers 232 empfangen werden. Als eine Folge kann der Controller 244 die Schaltma trix 228 periodisch anweisen, die Strahlrichtung eines gegebenen Fingers um eine Strahlbreite zu verschieben. Falls einem gegebenen Finger zuvor die Strahlen B_i–1, B_i und B_i+1 zugeordnet waren, kann er auf die Strahlen B_i–1, B_i und B_i+2 ansprechend auf die Erzeugung eines spezifischen Strahlschaltsignals umgeschaltet werden. Auf diese Weise wird erreicht, daß jeder Empfängerfinger ein räumliches Tracking für das einfallende Multipfad-Signal, dem dieser Finger zugeordnet ist, ausführen kann.
Es wird erneut 8 betrachtet. Das Strahl-Tracking-Netzwerk 240a weist einen Satz von Strahl-Tracking-Akkumulatoren 240a_i , i = 1 bis K, auf, die mit jedem der K Empfängerfinger des Diversity-Empfängers 232a assoziiert sind. Jeder Strahl-Tracking-Akkumulator 240a_i , verarbeitet das Strahl-Fehlersignal, welches durch den Rechts/Links-Strahlprozessor innerhalb des damit assoziierten Fingers erzeugt wird. Wie weiter unten mit Bezug auf 11 beschrieben wird das in einem bestimmten Finger des Empfängers 232a erzeugte , Stahl-Fehlersignal unter bestimmten Bedingungen verwendet, um ein Akkumulationsregister innerhalb des korrespondierenden Strahl-Tracking-Akkumu-IatoTs 240a_i zu inkrementieren/dekrementieren. Wenn das Akkumulationsregister überläuft unterläuft, wird ein Strahlschaltsignal an den Controller 244 geliefert, und der Satz von Strahlen, die dem Empfängerfinger durch die Schaltmatrix 228 zugeordnet sind, wird entsprechend justiert bzw. angepaßt.
Im folgenden wird 10 betrachtet. Dort wird eine Blockdiagramm-Repräsentation des Strahl-Tracking-Akkumulators 240a₁ gezeigt, der mit dem ersten Empfängerfinger 300 (8) des Diversity-Empfängers 232a assoziiert ist. Der Strahl-Tracking-Akkumulator 240a₁ beinhaltet ein Eingaberegister 402, an welches der Walsh-Symbol-Hypothesen-Index I_max geliefert wird, welche durch den Maximumdetektor-Block 316 erzeugt wird, und an welches ferner das Strahlfehlersignal von Rechts/Links-Strahlprozessor 320 geliefert wird. Diese Werte werden innerhalb des Registers 402 gespeichert, bis der Diversity-Kombinierer 312 eine endgültige "harte Entscheidung" basierend auf den Walsh-Symbol-Hypothesen, die durch jeden Empfängerfinger erzeugt werden, getroffen hat, und zwar betreffend den tatsächlichen Index (I_max') des empfangenen Walsh-Symbols. Nach Verfügbarwerden des Index I_max' vom Diversity-Kombinierer 312, aktiviert eine Index-Verfügbar-Leitung I_av (index available) das Liefern des gespeicherten Wertes I_max an einen digitalen Komparator und das Empfangen des gespeicherten Strahlfehlersignals durch ein Pufferregister 408.
Falls der Komparator 406 bestimmt, daß I_max und I_max' äquivalent sind, wird einer Leitung 407 ein Ausgabe-Freigabesignal aufgeprägt, welches dazu führt, daß das innerhalb des Pufferregisters 408 gespeicherte Fehlersignal zum Inhalt eines Akkumulatorregisters 410 addiert wird. Wenn der Inhalt des Akkumulatorregisters 410 über einen oberen Schwellwert überläuft oder einen niederen Schwellwert unterläuft, wird ein Strahlschaltsignal mit der geeigneten Polarität an den Controller 244 geliefert. Ansprechend auf den Empfang eines Strahlschaltsignals sendet der Controller 244 eine RESET Anweisung (RÜCK-SETZ Anweisung), welche dazu führt, daß der Akkumulator 410 gelöscht wird. Eine RESET Anweisung wird ebenfalls vorgesehen, wenn ein Empfänger "außer Sperre" bzw. "außer Arretierung" ("out of lock") bezüglich der empfange- , nen Symboldaten gerät, d. h. wenn der Komparator 406 bestimmt, daß I_max nicht äquivalent zu I_max' ist.
F. Kreisförmiges Antennenfeld
In 11 wird eine illustrative Repräsentation eines kreisförmigen bzw. zirkularen Antennenfeldes 500 geliefert. Es wird angenommen, daß das kreisförmige Feld einen Radius R hat und 2N gleichmäßig beabstandete Antennenelemente E_j, i = 1 bis 2N mit den folgenden Koordinatenorten aufweist:
Das kreisförmige Feld 500 kann durch ein Verstärkungsmuster G(Θ – Φ_i) charakterisiert werden, worin Θ die Einfallsrichtung des einfallenden elektromagnetischen Signals S bezeichnet und worin Φ_i die Position des Antennenelements E_i anzeigt. Wie sich aus 11 ergibt, trifft das Signal S zu verschiedenen Zeiten bei jedem der Antennenelemente E_i ein. Die Zeitverzögerung τ_i zwischen dem Eintreffen des einfallenden Signals S im Zentrum C des Feldes 500 und dem Eintreffen beim Element E_i kann ausgedrückt werden als:
Außerdem wird die empfangene, durch das Element E_i beim Empfang des einfallenden Signals S erzeugte Signalenergie X_i(t) gegeben durch:
worin f_c die Mittenfrequenz des einfallenden Signals S ist und worin α_i die Phasenverschiebung aufgrund räumlicher Trennung zwischen den Antennenelementen E_i und E_i–1 repräsentiert. Wenn angenommen wird, daß τ_i viel kleiner als eine PN Chip-Periode ist, dann bleibt die Größe S(t – τ_i) relativ konstant über den Bereich 1 ≤ i ≤ 2N. In einem Ausführungsbeispiel wird der Antennenradius kleiner als ungefähr 30 Meter gewählt, und folglich wird die Verzögerung τ_i in der Größenordnung eines Bruchteils einer Nanosekunde liegen. Damit gilt:
Das resultierende zusammengesetzte Empfangssignal Y(t), welches durch das Feld erzeugt wird, kann ausgedrückt werden als:
worin w_i das Gewicht bezeichnet, welches der Signalenergie X_i(t) vom Antennenelement E_i zugeordnet ist. Innerhalb eines Feld-StrahlverarbeitungsnetzWerks (nicht dargestellt) werden die Signale X_i(t) gewichtet, um das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis (S/N) der durch das Feld empfangenen Energie zu maximieren. Das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis S/N ist proportional zu Y(t)/I_T(t), wobei der Parameter I_T(t) repräsentativ für die gesamte Interferenzleistung ist, die durch alle Antennenelemente E_i innerhalb des Felds empfangen wird. Der Parameter I_T(t) is definiert als:
worin I_i(t) mit der Interferenzleistung korrespondiert, die vom i-ten Feldelement E_i empfangen wird. Eine Gewichtsoperation, vorgesehen zum maximieren des S/N-Verhältnisses einer empfangenen Signalenergie, kann in Übereinstimmung mit wohlbekannten Felddesignverfahren ausgeführt werden, wie beispielsweise beschrieben durch Pillai, S. Unnikrishna, in Array Signal Processing, Seiten 16–17, Springer Verlag, New York, N.Y. (1989).
Es sei angemerkt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Es ist vorstellbar, daß verschiedene Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne außerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung zu fallen, der , durch die Patentansprüche bestimmt wird.

Claims

Ein digitales Kommunikationssystem (20), in dem Informationssignale zwischen einer Vielzahl von Benutzern kommuniziert werden, wobei das System (20) folgendes aufweist: Mittel zum Vorsehen einer Vielzahl von elektromagnetischen Strahlen bzw. Beams zum Empfangen von Komponenten der Informationssignale, die durch die Benutzer gesendet werden, gekennzeichnet durch: Mittel (224) zum Zuweisen eines ersten der Vielzahl von elektromagnetischen Strahlen, um eine erste der Informationssignalkomponenten, die über einen ersten Übertragungsweg gesendet werden, zu empfangen, um so ein erstes empfangenes Signal zu generieren, wobei die erste Informationssignalkomponente zumindest einen Teil eines ersten Informationssignals, das durch einen ersten von den erwähnten Benutzern gesendet wird, aufweist; Mittel (228) zum Generieren eines ersten Strahlsignals aus dem ersten empfangenen Signal; ein erstes Strahl- Tracking-Netzwerk (240) zum Generieren eines ersten Strahl-Tracking-Signals durch Demodulieren des ersten Strahlsignals; und Strahlschaltmittel (244) für das räumliche Tracking der ersten Signalkomponente durch Zuweisen des zweiten der erwähnten Vielzahl von elektromagnetischen Strahlen um die erste Signalkomponente zu empfangen und dadurch ein zweites empfangenes Signal basierend auf dem ersten Strahl-Tracking-Signal zu erzeugen.
Das System (20) nach Anspruch 1, das weiterhin Mittel aufweist (228) zum Generieren eines zweiten Strahlsignals von einem zweiten empfangenen Signal, wobei die Mittel (228) zum Generieren des ersten und zweiten Strahlsignals Mittel aufweisen zum Abtasten des ersten und zweiten empfangenen Signals um erste und zweite abgetastete empfangene Signale zu generieren.
Das System (20) nach Anspruch 2, wobei die Mittel (228) zum Generieren der ersten und zweiten Strahlen Mittel aufweisen, zum Einstellen des Ti mings von zumindest dem ersten abgetasteten empfangenen Signal gemäss dem ersten Beam-Tracking-Signals.
Das System (20) nach Anspruch 1, wobei das Beam-Tracking-Netzwerk (240) Mittel aufweist für das räumliche Tracking der ersten Komponente des Informationssignals, wobei die Mittel zum räumlichen Tracking einen Akkumulator aufweist zum Generieren eines kumulativen Fehlersignals durch Akkumulieren des Beam-Tracking-Signals.
Das System (20) nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Vorsehen der Vielzahl von elektromagnetischen Strahlen innerhalb einer Basisstation des digitalen Kommunikationssystems angeordnet sind, wobei die Mittel zum Vorsehen der Vielzahl von elektromagnetischen Strahlen ein Antennennetzwerk aufweisen.
Das System (20) nach Anspruch 1, das weiterhin Mittel zum Zuteilen von dritten und vierten der Vielzahl von elektromagnetischen Strahlen zum Empfangen einer zweiten Informationssignalkomponente über einen zweiten Übertragungsweg, um so dritte und vierte empfangene Signale zu generieren, wobei die zweite Informationssignalkomponente einen zweiten Teil des ersten Informationssignals aufweist.
System (20) nach Anspruch 6, das weiterhin folgendes aufweist: Mittel zum Generieren von dritten und vierten Strahlsignalen von den dritten und vierten empfangenen Signalen; Mittel zum Demodulieren der dritten und vierten Strahlsignale um dritte und vierte Schätzungen des Informationssignals vorzusehen; und ein zweites Tracking-Netzwerk zum Generieren eines zweiten Tracking-Signals basierend auf den dritten und vierten Schätzungen des Informationssignals.
System (20) nach Anspruch 2, das weiterhin folgendes aufweist: Mittel zum Demodulieren des zweiten Strahlsignals; Mittel zum Generieren eines Satzes von Symbolschätzungssignalen durch Korrelieren des ersten Strahlsignals mit einem entsprechenden Satz von Informationssymbolsequenzen; Mittel zum Auswählen eines der Informationssymbolsequenzen durch Vergleichen der Symbolschätzungssignale.
System (20) nach Anspruch 8, wobei die Mittel zum Demodulieren der ersten und zweiten Strahlsignale Mittel aufweisen zum Korrelieren der ausgewählten Sequenz aus den Informationssymbolsequenzen mit dem zweiten Strahlsignal.
Ein Digitalkommunikationssystem (2) in dem Informationssignale zwischen bzw. unter einer Vielzahl von Benutzern kommuniziert werden, wobei das System folgendes aufweist: Mittel zum Vorsehen eines Satzes von elektromagnetischen Strahlen bzw. Beams zum Empfangen von Signalkomponenten einer Vielzahl von Informationssignalen, die durch eine entsprechende Vielzahl von Benutzern gesendet werden, um so einen Satz von empfangenen Signalen zu generieren; Mittel (228) zum Generieren eines Satzes von Strahlsignalen basierend auf dem Satz von empfangenen Signalen, gekennzeichnet durch: Schalt- bzw. Kopplungsmittel (244) für das räumliche Tracking der Signalkomponenten durch Verändern einer Zuteilung von Teilsätzen der Strahlsignale zu einem entsprechenden Verkehrskanal, wobei der Verkehrskanal einem Benutzer aus der Vielzahl von Benutzern zugewiesen ist, und wobei jeder Teilsatz einer Komponente der Vielzahl von Informationssignalen entspricht; und Empfängermittel (230) zum Wiedererlangen eines ersten der Informationssignale von einem ersten der Teilsätze der Strahlsignale, der einen ersten der Verkehrskanäle, der einem ersten der Benutzer zugeordnet ist, zugeteilt ist.
Kommunikationssystem (20) nach Anspruch 10, wobei die Empfängermittel (230) erste und zweite Empfängerfinger zur Verarbeitung von ersten und zweiten Vielwegsignalkomponenten des ersten Informationssignals beinhalten.
Kommunikationssystem (20) nach Anspruch 11, wobei die Schaltmittel (244) Mittel zum Zuweisen eines ersten der Teilsätze von Strahlsignalen zu dem ersten Empfängerfinger und zum Zuweisen eines zweiten der Teilsätze von Strahlsignalen zu dem zweiten Empfängerfinger.
Kommunikationssystem (20) nach Anspruch 11, wobei der erste Empfängerfinger folgendes aufweist: ein erster Demodulator zum Demodulieren der Strahlsignale, die in dem ersten Satz von Strahlsignalen enthalten sind, um einen entsprechenden ersten Satz von Schätzungen des ersten Informationssignals vorzusehen; und ein erstes Tracking-Netzwerk zum Generieren eines ersten Tracking-Signals basierend auf dem ersten Satz von Schätzungen des Informationssignals.
System (20) nach Anspruch 13, wobei der erste Demodulator Mittel beinhaltet zum Dekorrelieren der Strahlsignale, die innerhalb des ersten Satzes von Strahlsignalen enthalten sind, und zwar mittels einer Spektrumspreizsequenz.
System (20) nach Anspruch 10, wobei die Mittel (228) zum Generieren eines Satzes von Strahlsignalen folgendes aufweisen: Mittel zum Abtasten des Satzes von empfangenen Signalen um quantisierte Signale zu generieren; Mittel zum Gewichten der quantisierten Signale; und Mittel zum Summieren gewisser Signale der gewichteten quantisierten Signale.
System (20) nach Anspruch 10, wobei die Empfängermittel (230) eine Vielzahl von Empfängern, die an die Schaltmittel gekoppelt sind, aufweisen, wobei jeder der Empfänger einen Empfängerfinger zum Verarbeiten eines der Teilsätze der Strahlsignale beinhaltet.
System (20) nach Anspruch 10, wobei die Informationssignale zwischen der Vielzahl von Benutzern über zumindest eine Basisstation kommuniziert werden, wobei das System weiter folgendes aufweist: eine Anordnung (500) von Antennenelementen, die bei der Basisstation angeordnet ist, zum Vorsehen eines ersten Satzes von elektromagnetischen Strahlen zum Empfangen der Informationssignale, die durch die Vielzahl von Benutzern gesendet werden, um so einen ersten Satz von empfangenen Signalen zu generieren; eine erste strahl-formende Matrix, die an die Anordnung von Antennenelementen gekoppelt ist, zum Vorsehen eines ersten Satzes von Strahlsignalen basierend auf Samples bzw. Abtastwerten des Satzes von empfangenen Signalen, wobei die Strahl-formende Matrix Mittel aufweist, zum Gewichten und Kombinieren von ausgewählten Samples der empfangenen Signalsamples; und einen Satz von Empfängern, die an die Schaltmittel gekoppelt sind, wobei jeder der Empfänger Mittel aufweist, zum Extrahieren eines Informationssignals aus dem Teilsatz von Strahlsignalen, der einem der Verkehrskanäle zugeteilt ist.
System (20) nach Anspruch 17, das weiterhin folgendes aufweist: eine entfernte Anordnung bzw. Gruppe von Antennenelementen, die von der Basisstation beabstandet ist und betriebsmäßig mit der Strahlmatrix verbunden ist, und zwar zum Vorsehen eines zweiten Satzes von elektromagnetischen Strahlen zum Empfangen von Informationssignalen, die durch die Vielzahl von Benutzern gesendet werden, um so einen zweiten Satz von empfangenen Signalen zu generieren; eine zweite strahl-formende Matrix, die an die entfernte Gruppe von Antennenelementen gekoppelt ist, zum Erzeugen eines zweiten Satzes von Strahlsignalen basierend auf Samples des Satzes von empfangenen Signalen, wobei die zweite strahl-formende Matrix Mittel aufweist, zum Gewichten und Kombinieren ausgewählter Samples der Samples der Signale, die in dem zweiten Satz von empfangenen Signalen enthalten sind, wobei die strahlformende Matrix betriebsmäßig mit einer Schaltmatrix, die in den Schaltmitteln enthalten ist, verbunden ist.
Ein Verfahren zum Kommunizieren von Informationssignalen zwischen einer Vielzahl von Benutzern innerhalb eines digitalen Kommunikationssystems, wobei das Verfahren folgendes aufweist: Vorsehen von ersten und zweiten elektromagnetischen Strahlen bzw. Beams zum Empfangen einer ersten Informationssignalkomponente über einen ersten Übertragungsweg, um so erste und zweite empfangene Signale zu generieren, wobei die erste Informationssignalkomponente zumindest einen Teil eines ersten Informationssignals, das durch einen ersten der Benutzer gesendet wird, aufweist; Generieren von ersten und zweiten Strahlsignalen von den ersten und zweiten empfangenen Signalen; Demodulieren der ersten und zweiten Strahlsignale um erste und zweite Schätzungen des Informationssignals vorzusehen; und Generieren eines ersten Tracking-Signals basierend auf den ersten und zweiten Schätzungen des Informationssignals, wobei das erste Tracking-Signal dazu verwendet werden kann räumlich den ersten Übertragungsweg zu tracken bzw. zu erfassen.
Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Generieren der ersten und zweiten Strahlsignale das Abtasten der ersten und zweiten empfangene Signale beinhaltet um erste und zweite abgetastete, empfangene Signale zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Demodulieren das Einstellen des Timings der ersten und zweiten abgetasteten, empfangenen Signale gemäss dem ersten Tracking-Signal beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Generieren eines ersten Tracking-Signals das räumliche Tracking der ersten Komponente des Informationssignals beinhaltet, wobei das räumliche Tracking das Generieren eines kumulativen Fehlersignals durch Akkumulieren bzw. Ansammeln des Tracking-Signals beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Vorsehen der ersten und zweiten elektromagnetischen Strahlen innerhalb einer Basisstation des digitalen Kommunikationssystems ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, das weiterhin beinhaltet, dass dritte und vierte elektromagnetische Strahlen zum Empfangen einer zweiten Informationssignalkomponente über einen zweiten Übertragungsweg vorsieht, um so dritte und vierte empfangene Signale zu generieren, wobei die zweite Informationssignalkomponente einen zweiten Teil des ersten Informationssignals aufweist.
Verfahren nach Anspruch 24, das weiterhin folgendes beinhaltet: Generieren von dritten und vierten Strahlsignalen aus den dritten und vierten empfangenen Signalen; Demodulieren der dritten und vierten Strahlsignale um dritte und vierte Schätzungen des Informationssignals vorzusehen; und Generieren eines zweiten Tracking-Signals basierend auf den dritten und vierten Schätzungen des Informationssignals.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Demodulieren der ersten und zweiten Strahlsignale weiter folgendes beinhaltet: Generieren eines Satzes von Symbolschätzungssignalen durch Korrelieren des ersten Strahlsignals mit einem entsprechenden Satz von Informationssymbolsequenzen; Auswählen einer der Informationssymbolsequenzen durch Vergleichen der Symbolschätzungssignale.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Demodulieren der ersten und zweiten Strahlsignale das Korrelieren der ausgewählten Sequenz aus den Informationssymbolsequenzen mit dem zweiten Strahlsignal beinhaltet.
Ein Verfahren zum Kommunizieren von Informationssignalen zwischen einer Vielzahl von Benutzern innerhalb eines digitalen Kommunikationssystems, wobei das Verfahren folgendes aufweist: Vorsehen eines Satzes von elektromagnetischen Strahlen bzw. Beams zum Empfangen von Vielwegsignalkomponenten einer Vielzahl von Informationssignalen, die von einer entsprechenden Vielzahl von Benutzern gesendet werden, um so einen Satz von empfangenen Signalen zu generieren. Generieren eines Satzes von Strahlsignalen basierend auf dem Satz von empfangenen Signalen; Räumliches Tracking der Vielwegkomponenten durch Verändern der Zuteilung von Teilsätzen der Strahlsignale zu einem entsprechenden Verkehrskanal, wobei der Verkehrskanal einem Benutzer der Vielzahl von Benutzern zugeordnet ist, und wobei jeder Teilsatz einer Komponente der Vielzahl von Informationssignalen entspricht; und Wiedererlangen eines ersten der Informationssignale von einem ersten der Teilsätze der Strahlsignale, der einem ersten der Verkehrskanäle, der einem ersten der Benutzer zugeordnet ist, zugeteilt ist.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Wiedererlangen (recovering) das Verarbeiten von ersten und zweiten Vielwegsignalkomponenten des ersten Informationssignals mittels ersten bzw. zweiten Empfängertingern eines ersten Empfängers beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Zuteilung das Zuweisen eines ersten der Teilsätze der Strahlsignale zu den ersten Empfängerfinger und das Zuweisen eines zweiten der Teilsätze der Strahlsignale zu dem zweiten Empfängerfinger beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 28, das weiterhin folgendes beinhaltet. Demodulieren der Strahlsignale, die in dem ersten Satz von Strahlsignalen enthalten sind, um einen entsprechenden ersten Satz von Schätzungen des ersten Informationssignals vorzusehen, und Generieren eines ersten Tracking-Signals basierend auf dem ersten Satz von Schätzungen des Informationssignals.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei das Demodulieren das Dekorrelieren der Strahlsignale, die in dem ersten Satz von Strahlsignalen enthalten sind, mittels einer Spektrumspreizsequenz beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Generieren eines Satzes von Strahlsignalen beinhaltet: Abtasten des Satzes von empfangenen Signalen um quantisierte Signale zu generieren; Gewichten der quantisierten Signale; und Summieren gewisser der gewichteten quantisierten Signale.