DE69630538T2

DE69630538T2 - Empfangsverfahren und empfänger

Info

Publication number: DE69630538T2
Application number: DE69630538T
Authority: DE
Inventors: Ilkka Keskitalo; Peter Muszynski; Jaana Laiho-Steffens
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1995-05-24
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2016-05-24
Also published as: FI952528A0; NO975351D0; FI105513B; US6073032A; JPH11505686A; EP0872040A1; ATE253271T1; CN1185251A; AU5695796A; FI952528A; AU706954B2; EP0872040B1; CN1099169C; WO1996037976A1; DE69630538D1; NO975351L

Description

Die Erfindung betrifft einen Empfänger zum Empfangen eines Signals eines gewünschten Nutzers, wobei das Signal entlang mehrerer unterschiedlicher Pfade mit mehreren unterschiedlichen Verzögerungen am Empfänger eintreffen kann, und wobei der Empfänger ein aus mehreren Elementen bestehendes Antennenfeld, eine oder mehrere Kanaleinheiten aufweist, welche zumindest eine Einrichtung zum Demodulieren der gewünschten empfangenen Signalkomponente aufweisen.
Die vorliegende Erfindung ist für eine Verwendung in einem Datenübertragungssystem anwendbar, das jegliches Mehrfachzugriffverfahren einsetzt, aber im Speziellen in einem zellularen System, das Codemehrfachzugriff bzw. Codemultiplex einsetzt. Codemultiplex (CDMA) ist ein Mehrfachzugriffsverfahren, das auf der Spreizspektrum-Technik basiert, und das in letzter Zeit zusätzlich zu den früheren FDMA- und TDMA-Verfahren in zellularen Funksystemen angewandt wird. CDMA weist mehrere Vorteile gegenüber den früheren Methoden auf, zum Beispiel spektrale Effizienz und die Einfachheit der Frequenzplanung. Ein Beispiel eines bekannten CDMA-Systems ist der zellulare Breitband-Funkstandard EIA/TIA IS-95.
Beim CDMA-Verfahren wird das schmalbandige Datensignal des Nutzers mittels eines Spreizcodes mit einem erheblich breiteren Band als das Datensignal auf ein relativ breites Band multipliziert. Bei bekannten Testsystemen wurden Bandbreiten von 1,25 MHz, 10 MHz und 25 MHz verwendet. In Verbindung mit dem Multiplizieren dehnt sich das Datensignal auf das gesamte zu verwendende Band aus. Alle Nutzer übertragen unter gleichzeitiger Verwendung des gleichen Frequenzbandes. Ein separater Spreizcode wird über jede Verbindung zwischen einer Basisstation und einer Mobilstation verwendet, und die Signale der unterschiedlichen Nutzer können in den Empfängern auf Grundlage des Spreizcodes jedes Nutzers voneinander unterschieden werden.
In den Empfängern bereitgestellte angepasste Filter bzw. „matched filters" werden mit einem gewünschten Signal synchronisiert, das sie basierend auf einem Spreizcode erkennen. Das Datensignal wird im Empfänger auf das ursprüngliche Band wiederhergestellt, indem es erneut mit dem gleichen Spreizcode multipliziert wird, der während der Übertragung verwendet wurde. Mit einem anderen Spreizcode multiplizierte Signale korrelieren im Idealfall nicht, und werden nicht auf das schmale Band wiederhergestellt. Sie erscheinen daher mit Bezug auf das gewünschte Signal als Rauschen. Die Spreizcodes des Systems werden vorzugsweise derart ausgewählt, dass sie wechselseitig orthogonal sind, d. h. dass sie nicht miteinander korrelieren.
In einer typischen Mobiltelefonumgebung breiten sich die Signale zwischen einer Basisstation und einer Mobilstation entlang mehrerer Wege bzw. Pfade zwischen dem Sender und dem Empfänger aus. Diese Mehrwegeausbreitung beruht hauptsächlich auf den Reflektionen des Signals von den umgebenden (Ober-) Flächen. Signale, die sich entlang unterschiedlicher Pfade ausgebreitet haben, treffen aufgrund ihrer unterschiedlichen Übertragungsverzögerungen zu unterschiedlichen Zeiten am Empfänger ein. Bei CDMA kann die Mehrwegeausbreitung beim Empfang des Signals auf die gleiche Weise wie Diversity ausgenutzt werden. Der im Allgemeinen bei einem CDMA-System eingesetzte Empfänger ist ein mehrzweigiger Empfängeraufbau, bei dem jeder Zweig mit einer Signalkomponente synchronisiert ist, die sich entlang eines einzelnen Pfades ausgebreitet hat. Jeder Zweig ist ein unabhängiges Empfängerelement, dessen Funktion es ist, eine empfangene Signalkomponente zu bilden und zu demodulieren. Bei einem herkömmlichen CDMA-Empfänger werden die Signale der unterschiedlichen Empfängerelemente vorteilhaft kombiniert, entweder kohärent oder inkohärent, wodurch ein Signal guter Qualität erzielt wird.
CDMA-Systeme können auch einen Soft-Handover einsetzen, bei dem eine Mobilstation unter Verwendung von Macrodiversity bzw. einer Mehrfachverbindung mit mehreren Basisstationen gleichzeitig kommunizieren kann. Die hohe Verbindungsqualität der Mobilstation bleibt daher während dem Handover erhalten und der Nutzer bemerkt keine Unterbrechung in der Verbindung.
Eine von anderen Verbindungen in der gewünschten Verbindung verursachte Störung bzw. Interferenz erscheint daher im Empfänger als Rauschen, das gleichmäßig verteilt ist. Dies trifft auch zu, wenn ein Signal in einem Winkelbereich gemäß den eingehenden Richtungen der in den Empfängern erfassten Signalen untersucht wird. Die von den anderen Verbindungen in der gewünschten Verbindung verursachte Störung bzw. Interferenz erscheint daher auch im Empfänger als im Winkelbereich verteilt, d. h. die Störung ist in den unterschiedlichen eingehenden Richtungen ziemlich gleichmäßig verteilt.
Die Kapazität von CDMA, die anhand der spektralen Effizienz gemessen werden kann, wurde mittels Sektorbildung weiter verbessert. Eine Zelle wird dabei in Sektoren einer gewünschten Größe unterteilt, die von direktionalen bzw. gerichteten Antennen versorgt werden. Der von den Mobilstationen verursachte wechselseitige Rauschpegel kann so im Basisstationsempfänger erheblich reduziert werden. Dies basiert auf der Tatsache, dass die Störung durchschnittlich gleichmäßig zwischen den unterschiedlichen eingehenden Richtungen verteilt ist, deren Anzahl daher anhand der Sektorbildung reduziert werden kann. Die Sektorbildung kann natürlich in beiden Übertragungsrichtungen implementiert werden. Der mittels der Sektorbildung bei der Kapazität gelieferte Vorteil ist proportional zur Anzahl der Sektoren.
Eine sektorierte bzw. in Sektoren aufgeteilte Zelle kann ebenfalls eine spezielle Art von Soft-Handover einsetzen, und zwar einen Softer-Handover, bei dem eine Mobilstation durch gleichzeitige Kommunikation mit beiden Sektoren einen Handover von einem Sektor zu einem anderen durchführt. Obwohl ein Soft-Handover die Verbindungsqualität verbessert und die Sektorbildung die Systemkapazität erhöht, führt die Bewegung der Mobilstationen natürlich dazu, dass die Mobilstationen mehrere Handover von einem Sektor zum anderen durchführen. Dies belastet die Verarbeitungskapazität der Basisstationssteuerung. Mehrere Soft-Handover erzeugen auch eine Situation, bei der mehrere Mobilstationen gleichzeitig mit mehr als einem (üblicherweise zwei) Sektoren kommunizieren, wodurch die mittels der Sektorbildung gelieferte erhöhte Kapazität verloren geht, da ein Signal einer Mobilstation in einem breiten Sektor vernehmbar ist.
Die Vielfachzugriffs-Störung der CDMA-Systeme wurde auch anhand unterschiedlicher bekannter Vielfachzugriffs-Störungsauslöschungs- (IC: „interference cancellation") Verfahren und Mehrfachnutzererfassung (MUD: „multi-user detection") reduziert. Diese Verfahren sind am besten geeignet, die innerhalb der eigenen Zelle des Nutzers erzeugte Störung zu reduzieren, und die Systemkapazität kann daher verglichen mit einem ohne Störungsauslöschung implementierten System ungefähr auf das Doppelte erhöht werden. Jedoch verbessern diese Verfahren verglichen mit bekannter Technologie die Größe des Versorgungsbereichs der Basisstationen nicht erheblich. Die IC/MUD-Verfahren sind auch schwierig zu realisieren, weshalb sie hauptsächlich in der Aufwärtsstrecken- bzw. Uplink-Richtung entwickelt wurden.
Ein anderes Verfahren, das entwickelt wurde, ist ein SDMA- („Space Division Multiple Access": Raummultiplex) Verfahren, bei dem die Nutzer auf Grundlage ihres Aufenthaltsorts voneinander unterschieden werden. Dies wird derart durchgeführt, dass die Strahlen der Empfängerantennen an der Basisstation an die gewünschten Richtungen entsprechend dem Aufenthaltsort der Mobilstationen angepasst werden. Zu diesem Zweck verwendet das System adaptive Antennenfelder, d. h. abgestimmte Antennen, und die Verarbeitung des empfangenen Signals, wodurch die Mobilstationen aufgespürt bzw. verfolgt werden.
Die Verwendung von SDMA in Verbindung mit CDMA bringt mehrere Vorteile gegenüber den vorherigen Verfahren wie etwa der Sektorbildung. Werden die Sektorstrahlen bei der Sektorbildung schmaler, um die spektrale Effizienz zu erhöhen, steigt auch die Anzahl von Handovern an, die von einem Sektor zu einem anderen durchgeführt werden müssen. Dies erhöht wiederum die in der Basisstationssteuerung benötigte Rechenkapazität zu sehr.
In Verbindung mit der Anwendung von SDMA wird der Stand der Technik dargestellt in R. F. Naguib, A. Paulraj: Performance of CDMA Cellular Networks With Base-Station Antenna Arrays (Proc. International Zürich Seminar on Digital Communications, Seiten 87–100, Zürich, Schweiz, März 1994). Bei SDMA wird ein Signal also anhand eines Antennenfeldes empfangen, und das empfangene Signal wird mittels einer digitalen Signalverarbeitung derart geformt, dass die Richtfaktormuster bzw. Directivity-Muster der Antennen für die der Formung im Empfänger folgenden Phasen geeignet sind. Bei Anordnungen gemäß dem Stand der Technik wird das empfangene Signal geformt, um das Signal-Rausch-Verhältnis des gewünschten Signals zu maximieren. Das empfangene Signal wird daher derart geformt, dass das Richtfaktor- bzw. Richtcharakteristikmuster des Antennenfeldes die von den anderen Verbindungen im gewünschten Signal verursachte Störung minimiert. Bei der Anordnung gemäß dem vorstehend erwähnten Literaturhinweis wird jede erfasste Signalkomponente einer individuellen Strahlformung unterzogen, d. h. die Impulsantwort muss vor der Formung bekannt sein.
Ein Raummultiplexsystem gemäß dem Stand der Technik ist in der WO-9312590 offenbart.
Der Zweck der Erfindung ist es, ein Empfangsverfahren und einen Empfänger zu realisieren, mit Hilfe des/dem die spektrale Effizienz im Vergleich zu vorherigen CDMA-Systemen weiter verbessert werden kann, wobei die technische Implementierung der Vorrichtung weiter vorteilhaft sein wird. Der Zweck der Erfindung ist es, SDMA effizient in einer CDMA-Umgebung anzuwenden, indem eine neue Art mehrdimensionaler Suche eingesetzt wird.
Dies wird mit einem Empfänger des im Oberbegriff beschriebenen Typs erreicht, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kanaleinheit Einrichtungen zum Suchen nach den eingehenden Richtungen und Verzögerungen der gewünschten empfangenen Signalkomponenten unabhängig von Signalen anderer Nutzer, sowie Einrichtungen zum Angeben der Parameter der stärksten Komponenten des gewünschten Signals an die Demodulationseinrichtungen aufweist.
Die Erfindung betrifft auch ein Empfangsverfahren zum Empfangen eines Signals eines gewünschten Nutzers, wobei das Signal entlang mehrerer unterschiedlicher Pfade mit mehreren unterschiedlichen Verzögerungen am Empfänger eintreffen kann, und wobei bei dem Verfahren ein Signal mittels eines aus mehreren Elementen bestehenden Antennenfeldes empfangen wird, es in einer digitalen Form in eine Zwischenfrequenz gewandelt und mit Hilfe der Demodulationseinrichtungen demoduliert wird. Das Empfangsverfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Verfahren nach den eingehenden Richtungen und Verzögerungen der gewünschten empfangenen Signalkomponenten unabhängig von Signalen anderer Nutzer gesucht wird, und die Parameter der stärksten Komponenten des gewünschten Signals an die Demodulationseinrichtungen angegeben werden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung stellt verglichen mit den herkömmlichen zellularen Systemen einschließlich das CDMA-Verfahren einsetzenden Systemen eine erheblich bessere spektrale Effizienz bereit. Das Verfahren erhöht sowohl die Anzahl der verwendeten Kanäle um einen Faktor von 10 bis 100, als auch die Größe des Versorgungsbereichs der Basisstation um einen Faktor von 5 bis 10. Dies beruht auf der Tatsache, dass die Wirkung der Interferenz bzw. Störung, die von den anderen Nutzern verursacht wird, beim Verfahren gemäß der Erfindung wesentlich sinkt, und die Anzahl der Nutzer erhöht werden kann, da CDMA ein Interferenz-begrenztes Verfahren ist. Als zweites ist die Suche gemäß der Erfindung nach vorteilhaften Signalkomponenten im mehrdimensionalen Signalbereich, die beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Suche im Einfallswinkel-Zeit-Bereich aufweist, technisch vorteilhaft zu implementieren.
Gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Signalverarbeitung digital auf dem Basisband erfolgen, woraufhin die Antennenstrahlen mit Hilfe der Abstimmung des empfangenen Signals direkt in die gewünschten Richtungen gesteuert werden können. Beim zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Signalabstimmung analog durchgeführt, was zu einer Anzahl von festen Antennenstrahlen führt, von denen die die besten Komponenten des gewünschten Signals empfangenden Strahlen zum Empfang ausgewählt werden.
Im Folgenden werden bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die Beispiele gemäß den zugehörigen Zeichnungen ausführlicher beschrieben, bei denen zeigen:
1 die Mehrwegeausbreitung eines Signals zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation,
2a die von der Mehrwegeausbreitung eines Signals verursachte Streuung im Zeitbereich,
2b die von der Mehrwegeausbreitung eines Signals verursachte Streuung im Einfallswinkel-Bereich,
3 eine Möglichkeit einer Steuerung des Strahls der Basisstationsantennen in Richtung der Mobilstation,
4 eine mögliche Implementierung eines adaptiven Antennenfeldes,
5 ein Blockschaltbild eines möglichen Aufbaus aus einer Einrichtung gemäß der Erfindung,
6 ein Blockschaltbild eines Beispiels des Aufbaus eines einzelnen Kanalelements,
7 ein Blockschaltbild eines weiteren möglichen Beispiels der Einrichtung gemäß der Erfindung,
8 ein zweites Beispiel des Aufbaus eines einzelnen Kanalelements, und
9 ein näheres Beispiel des Aufbaus eines einzelnen Kanalelements.
Im Folgenden wird das Verfahren und der Empfänger gemäß der Erfindung ausführlicher unter Verwendung des CDMA-Systems als ein Beispiel beschrieben, aber die Beschreibung jedoch nicht darauf beschränkt, da die Erfindung ebenso in Verbindung mit anderen Mehrfachzugriffsverfahren anwendbar ist, wie für den Fachmann auf Grundlage der nachstehenden Beschreibung ersichtlich ist.
1 veranschaulicht die typische Mehrwegeausbreitung eines übertragenen Signals in einem zellularen System. Die Figur zeigt eine Basisstation 100 und ein mobiles Teilnehmerendgerät 102, das mit der Basisstation kommuniziert. Ein charakteristisches Merkmal von zellularen Funksystemen besteht darin, dass die Mobilstationen von (Ober-)Flächen umgeben sind, die Funkwellen reflektieren und streuen. Derartige (Ober-) Flächen können zum Beispiel Gebäude und von der Natur gebildete Wände wie etwa Berge und Hügel sein. Mobilstationen übertragen typischerweise mit einem omnidirektionalen Antennenmuster. Die Figur veranschaulicht einige Strahlen 112, 114, 116, die von einer Mobilstation ausgehen. Die (Ober-)Flächen 104, 108, die sich nahe an der Mobilstation 102 befinden, reflektieren das übertragene Signal, das daher entlang mehrerer unterschiedlicher Pfade an der Antenne der Basisstation 100 eintrifft, aber die Verzögerung zwischen den unterschiedlichen Signalkomponenten ist jedoch eher gering. Die weiter entfernten reflektierenden (Ober-) Flächen, gemäß der Figur etwa 106, wie etwa größere Gebäude und Berge, erzeugen Signalkomponenten 114, die an der Basisstation 100 einige, sogar Dutzende von Mikrosekunden später eintreffen. Es können auch Hindernisse 110 im Gelände existieren, die eine direkte Verbindung zwischen der Mobilstation und der Basisstation verhindern.
2a veranschaulicht ein Beispiel einer momentanen Verzögerung von Signalkomponenten im Zeitbereich, die durch die Mehrwegeausbreitung des Signals an einem Basisstationsempfänger verursacht wird. Die horizontale Achse 200 der schematischen Darstellung zeigt die Zeit und die vertikale Achse 202 zeigt die Leistung des empfangenen Signals. Im Beispiel von 2a hat der Basisstationsempfänger drei Gruppen von Signalkomponenten 204, 206, 208 erfasst, die am Empfänger zu unterschiedlichen Zeiten eingetroffen sind, und unter denen die Komponente 208 erheblich mehr verzögert ist als die anderen.
Wie das Beispiel von 1 zeigt treffen die unterschiedlichen Signalkomponenten nicht nur zu unterschiedlichen Zeiten sondern auch aus unterschiedlichen Richtungen ein. Es kann daher festgestellt werden, dass das Signal nicht nur im Zeitbereich streut, sondern auch im Winkelbereich, was durch den Einfallswinkel (AoA: „Angle-of-Arrival") des Signals beschrieben werden kann. 2b veranschaulicht ein Beispiel einer momentanen Streuung am Basisstationsempfänger als eine Funktion des Einfallswinkels, die von der Mehrwegeausbreitung des Signals verursacht wird. Die vertikale Achse 202 von 2b zeigt die Leistung der empfangenen Signalkomponente und die horizontale Achse 210 zeigt den Einfallswinkel. Im Beispiel von 2b treffen die Signalkomponenten 212, 214 aus zwei Richtungen ein.
In großen Zellen, sogenannten Makrozellen, in denen die Basisstationsantennen hoch angeordnet sind, treffen die Signalkomponenten im Allgemeinen nur mit einigen unterschiedlichen Einfallswinkeln an der Antenne ein, die sich üblicherweise in der Nähe des direkten Strahls zwischen der Mobilstation und der Basisstation befinden. In kleinen Mikrozellen, wo die Basisstationsantennen üblicherweise unterhalb der Dächer von Gebäuden angeordnet sind, wurde herausgefunden, dass die Einfallswinkel der Signalkomponenten eine weit größere Zerstreuung bzw. Verteilung aufweisen, da die Basisstationen genauso wie die Mobilstationen oft von mehreren sich in ihrer Nähe befindenden reflektierenden (Ober-)Flächen umgeben sind.
Die Mehrwegeausbreitung wurde vorstehend in der Aufwärtsstrecken- bzw. Uplink-Übertragungsrichtung beschrieben. Es ist natürlich klar, dass ein entsprechendes Phänomen auch in der entgegengesetzten Abwärtsstrecken- bzw. Downlink-Richtung auftritt. Es kann auch festgestellt werden, dass die mehrpfadigen Wegen in beiden Richtungen größtenteils symmetrisch sind, da die Streuung und Reflektion nicht sehr von der Frequenz abhängen. Es ist jedoch zu beachten, dass schnelle Signalfadings in unterschiedlichen Übertragungsrichtungen gegenseitig unabhängig sind. Erfasst die Basisstation eine Signalkomponente, die von der Mobilstation mit dem Einfallswinkel α₀ eingetroffen ist, lenkt eine Übertragung eines Signals mit dem gleichen Winkel α₀ das Signal daher in die Richtung der Mobilstation, außer bei schnellen Fadings.
Basierend auf dem Vorstehenden kann festgestellt werden, dass die für zellulare Systeme typische Mehrwegeausbreitungsumgebung in den Basisstationen zum Empfang eines Signals führt, das zeitlich in mehrere Komponenten, die unterschiedlich verzögert sind, und im Zeitbereich in Komponenten verteilt ist, die aus mehreren unterschiedlichen Richtungen eintreffen. Beide Verteilungsprofile verändern sich zeitlich, da sich die Teilnehmerendgeräte bewegen, aber die Veränderung ist eher langsam, d. h. im Bereich einiger Sekunden, und die Profile können miteinander synchronisiert werden und sie können überwacht werden.
Die empfangenen Signalkomponenten sind daher gekennzeichnet durch die Mehrdimensionalität des vorstehend beschriebenen Typs, der vorstehend mit dem Zeit-Winkel-Bereich, d. h. (α, τ)-Bereich, veranschaulicht ist, und der in der Basisstation gemäß der Erfindung zur Verbesserung der Erfassung des zu empfangenden Signals eingesetzt werden kann. Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird nach den besten Signalkomponenten des empfangenen Signals im mehrdimensionalen Signalbereich gesucht, wobei der Empfänger anhand der Komponenten derart gesteuert wird, dass die erfassten Komponenten vorzugsweise kombiniert und detektiert werden können. Der einfachste Maßstab für die Signalqualität kann der empfangene Leistungspegel sein, aber es können auch andere Maßstäbe verwendet werden, zum Beispiel das Signal-Rausch-Verhältnis.
Der Empfänger gemäß der Erfindung setzt ein adaptives Antennenfeld ein, welches ein aus mehreren unterschiedlichen Elementen bestehendes Antennenfeld ist. 4 veranschaulicht eine mögliche Implementierung eines adaptiven Antennenfelds, das in Verbindung mit dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eingesetzt werden kann. Das Antennenfeld weist L Antennenelemente 400, 402, 404 auf, die zum Beispiel omnidirektionale Antennen sein können. Jedes Antennenelement ist an Funkfrequenz-Bauteile 406, 408, 410 angeschlossen, die das empfangene Signal in eine Zwischenfrequenz umwandeln und das Signal gemäß bekannter Methoden in (I,Q)-Komponenten abtasten. Die erhaltenen komplexen Abtastwerte werden dann in Multiplizieren 412, 414, 416 mit den entsprechenden komplexen Wichtungskoeffizienten w_i multipliziert, wobei i = 1,...,L. Die so multiplizierten Abtastwerte 422, 424, 426 werden über einen Addierer 418 auf andere Teile des Empfängers angewandt.
Die komplexen Wichtungskoeffizienten w_i werden derart gemäß einem üblicherweise adaptiven Algorithmus ausgewählt, dass ein Antennenmuster der gewünschten Form erzielt wird. Diese Art der Formung des empfangenen Signals kann digitale Abstimmung des Signals genannt werden, da sie auf einem auf dem Basisband digitalisierten Signal durchgeführt wird, aber aufgrund dieser Formung kann der Antennengewinn des empfangenen Signals in die gewünschten Richtungen ausgerichtet werden. Ein derartiges Antennenfeld kann entweder direktionale oder omnidirektionale Antennenelemente aufweisen. Ein Abstimmen des von den unterschiedlichen Antennen erhaltenen Signals und ein Kombinieren der abgestimmten Signale erzeugt eine Art virtueller Antennenstrahlen in den gewünschten Richtungen. Eine entsprechende Verarbeitung kann auch auf dem zu übertragenden Signal durchgeführt werden, wodurch ein gewünschtes Abstrahlungsmuster erreicht werden kann.
3 veranschaulicht, wie ein aus einer gleichmäßig aufgeteilten, aus vier Elementen 300, 302, 304, 306 bestehenden linearen Gruppe bestehendes Antennenfeld einen starken, gerichteten Strahl 310 mit dem Einfallswinkel α in Richtung einer Mobilstation 308 erzeugt. Eine Gruppe kleinerer Seitenstrahlen 312 bis 316 werden auch gebildet. Dieser Richtfaktor kann daher mit der Signalabstimmung implementiert werden, ohne dass die Antennen als solche direktional sind.
Bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird die Mehrfachzugriffsstörung des Empfängers mit Antennenstrahlen reduziert, die im Winkelbereich gerichtet sind, und die mit Hilfe eines neuen Typs von Empfänger erzeugt werden, der eine Zeit-Winkel-Diversity anwendet. Bei der Anordnung gemäß der Erfindung können die aus dem empfangenen Signal gemessenen Einfallswinkel ebenso in der Senderichtung verwendet werden, wodurch die Verbindungsqualität in beiden Übertragungsrichtungen verbessert wird.
Im Folgenden wird als erstes das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, das eine Anwendung der digitalen Abstimmung des empfangenen Signals im CDMA-System betrifft.
Der eine Zeit-Winkel-Diversity anwendende Empfänger, der an der Basisstation verwendet wird, weist digitale Empfängereinrichtungen auf, die die empfangenen Signalkomponenten im zweidimensionalen (α, τ)-Bereich überwachen und die gewünschten Signalkomponenten demodulieren können. Vor der Demodulation werden die empfangenen, digitalisierten Signalabtastwerte einer Abstimmung unterzogen, durch die der Antennengewinn des empfangenen Signals in die eingehenden Richtungen des gewünschten Signals ausgerichtet wird. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die durch die Abstimmung erzeugten Antennenstrahlen Strahlen mit einer vorbestimmten Form, die durch die Wichtungskoeffizienten w_i und die Antennengeometrie bestimmt ist. Diese Koeffizienten können für jeden Winkel des größten Gewinns leicht berechnet werden, wenn die Form des Antennenstrahls als solche konstant bleibt. Daher kann die Abstimmung schnell angepasst werden, da sie nur von einem Parameter abhängt, d. h. dem Einfallswinkel α.
Beim Verfahren gemäß der Erfindung besteht kein Bedarf zum Anwenden bekannter, komplizierter Methoden wie etwa MUSIC zur Schätzung des Einfallswinkels oder adaptiver Algorithmen wie etwa LMS und DMI. Obwohl diese Algorithmen die Berechnung der optimalen Strahlform für das zu empfangende Signal ermöglichen, sodass das Signal-Rausch-Verhältnis des gewünschten Signals durch Ausrichten der Nullstellen des Antennenmusters in Richtung der Quellen der Störung maximiert werden kann, ist dies in Verbindung mit CDMA nicht nötig, da bei CDMA wie vorstehend beschrieben das Störungssignal verteilt ist, um einem Rauschen zu ähneln, ohne klare Richtungen einer Störungsquelle aufzuweisen. Daher ist es in einer Umgebung mit gleichmäßig verteilter Störung ausreichend, dass die Winkel des größten Gewinns der Antennenstrahlen mit einer vorbestimmten Form in die Richtungen zeigen, aus denen die besten Signalkomponenten empfangen werden. Dies ermöglicht die Implementierung eines verglichen mit dem Stand der Technik einfacheren Empfängers.
Beim Verfahren gemäß der Erfindung sucht der Empfänger daher nach den gewünschten Signalkomponenten im (α, τ)-Bereich. Dies wird durch Kreuzkorrelation des empfangenen Spreizspektrum-Signals mit dem gewünschten Spreizcode und durch Vergleichen der erhaltenen Messergebnisse mit den gegebenen Schwellwerten durchgeführt. Die Suche kann als ein Durchlauf eines Antennenstrahls über die gegebene Fläche verstanden werden, wobei gleichzeitig die Messung der Kanalimpulsantwort und das Sammeln der aus jeder Richtung empfangenen Signalenergie der Endgeräte durchgeführt wird. Der Empfänger erfasst daher die Richtung und Codephase des Empfangs der besten Signale und weist eine benötigte Anzahl an Demodulationseinrichtungen zum Synchronisieren mit und Empfangen von diesen Signalkomponenten zu. Die empfangenen, demodulierten Signalkomponenten können vorzugsweise im Empfänger kombiniert werden. Die Suche nach den besten Signalkomponenten wird kontinuierlich durchgeführt und die Zuweisung der Demodulationseinrichtungen wird, falls nötig, verändert.
Der Empfänger kennt daher zu allen Zeitpunkten die Richtungen, aus denen die besten Signalkomponenten von den Mobilstationen empfangen werden. Diese Information kann auch in der Basisstationsvorrichtung gemäß der Erfindung in der Abwärtsstrecken-Richtung verwendet werden. Dies kann zum Beispiel auf eine solche Art und Weise durchgeführt werden, dass die Steuereinheit des Sende-Empfängers die Sendeeinheit über die Richtungen informiert, wo maßgebliche Signalkomponenten erfasst wurden. Die Sendeeinheit kann das mit dem adaptiven Antennenfeld zu übertragende Signal derart abstimmen, dass die Winkel des größten Gewinns der Antennenstrahlen in die gewünschten Richtungen zeigen. Es kann einen oder mehrere Sendestrahlen geben und ihre Anzahl kann sich auch von der Anzahl der Empfangsstrahlen unterscheiden.
Diese Verfahren bietet eine erhebliche Störungsauslöschung auch in der Abwärtsstrecken-Richtung. Das beim Senden verwendete Antennenfeld kann das gleiche Antennenfeld wie das beim Empfang verwendete sein. Es kann auch ein gesondertes Antennenfeld sein. Die Signalabstimmung wird mit den Wichtungskoeffizienten genauso durchgeführt wie während des Empfangs.
Die Anordnung gemäß der Erfindung kann zum Beispiel Mobilstationen gemäß dem Stand der Technik verwenden, die beständig Messungen der Verbindungsqualität vom Signal durchführen, das sie von der Basisstation empfangen haben. Diese Information kann Daten bezüglich der Anzahl der Signalkomponenten aufweisen, die die Mobilstation empfangen hat. Die Anordnung gemäß der Erfindung kann ein Verfahren zum Verwenden der Ergebnisse der Verbindungsqualitätsmessungen anwenden, die von der Mobilstation durchgeführt wurden, wenn die Strahlen der Übertragungsantennen in die Abwärtsstreckenrichtung gerichtet sind.
Die Mobilstation überträgt die Messergebnisse, die sie gesammelt hat, zur Basisstation. Auf Grundlage der von der Mobilstation empfangenen Informationen und der Messungen, die sie selbst durchgeführt hat, kann die Basisstation die Anzahl, die Form oder Richtung der Antennenstrahlen verändern, die sie zur Übertragung des für die Mobilstation gedachten Signals verwendet. Diese Veränderungen können stufenweise implementiert werden, so dass die Mobilstation dem sich verändernden Signal folgen kann.
Die Basisstation kann ebenso die Verbindungsqualitätsinformationen, die sie von der Mobilstation empfangen hat, zur Anpassung der Übertragungsleistung jedes Antennenstrahls verwenden, falls die Messergebnisse zeigen, dass die vorstehend erwähnten Maßnahmen die Signalqualität in der Mobilstation nicht verbessern.
Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass die Mobilstation zum Beispiel in einer schwierigen Fadingsituation eine Anfrage an die Basisstation übertragen kann, die Parameter der bei der Signalübertragung verwendeten Antennenstrahlen zu verändern, zum Beispiel die Richtung, Form und Anzahl, wodurch die Qualität des von der Mobilstation empfangenen Signals schnell verbessert werden kann.
Die CDMA-Systeme gemäß dem Stand der Technik verwenden ein Pilotsignal, das von jeder Basisstation übertragen wird, und das bei der Identifikation von Basisstationen, bei einer Leistungsmessung und zum Ermöglichen eines kohärenten Empfangs in einer Mobilstation verwendet wird. Bei bekannten Systemen wird ein Pilotsignal, das ein datenunmoduliertes, spreizcodiertes Signal ist, im Versorgungsbereich der Basisstation auf die gleiche Weise übertragen wie die eigentlichen Verkehrskanäle.
Ein auf die Art und Weise gemäß der Erfindung implementiertes CDMA-System kann ein derartiges Verfahren zum Übertragen eines Pilotsignals anwenden, das zeitlich veränderliche Antennenstrahlen bei der Übertragung und dem Empfang von Datensignalen verwendet. Es ist dann möglich, ein erstes Pilotsignal in eine Übertragungsrichtung zu übertragen, die zeitlich konstant ist, und zweite Pilotsignale in Übertragungsrichtungen, die sich zeitlich verändern, und die den bei der Übertragung der Datensignale verwendeten Übertragungsrichtungen entsprechen.
Daher kann ein Pilotsignal, das mit zeitlich konstant bleibenden Übertragungsrichtungen versehen ist, zur Erfassung einer Basisstation und für Leistungsmessungen zur Erfassung eines Bedarfs für eine Weiterreichung bzw. einen Handover verwendet werden. Da sich das verwendete Antennen-Richtfaktormuster vom Muster der Datensignale unterscheidet, kann das Signal nicht als eine Referenz für kohärente Detektion verwendet werden. Es ist möglich, für diesen Zweck ein Pilotsignal zu verwenden, das mit dem gleichen Antennenmuster in Verbindung mit jedem Datensignal übertragen wird, und das sich daher entlang des gleichen Pfads wie das eigentliche Datensignal ausbreitet, und das eine kohärente Detektion in Mobilstationen ermöglicht.
Bei der Anordnung gemäß der Erfindung kann ein Pilotsignal weiterhin unter Verwendung eines relativ schmalen Antennenstrahls übertragen werden, und der Winkel des größten Gewinns dieses Antennenstrahls kann derart gerichtet werden, dass der Antennenstrahl den Zellbereich durchläuft. Daher durchläuft der das Pilotsignal aufweisende Antennenstrahl die Zelle wie ein Leuchtturm, und die Übertragung eines kontinuierlichen Pilots auf den gesamten Zellenbereich kann vermieden werden. Der Pilot kann auch mit mehreren durchlaufenden Antennenstrahlen übertragen werden, die derart abgestimmt sind, dass sie sich nicht überlappen. Die Basisstation informiert die Mobilstationen auf einem Steuerkanal über die Zeit, wann der Pilotkanal jeden Bereich durchläuft.
Im Folgenden wird der Aufbau eines Empfängers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. 5 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau eines Empfängers gemäß der Erfindung veranschaulicht. Der Empfänger weist ein aus L separaten Antennenelementen bestehendes Antennenfeld 500 auf. Das Antennenfeld kann linear, planar (zweidimensional) oder omnidirektional sein. Das Antennenfeld 500 empfängt ein über mehrere Wege ausgebreitetes Signal, das mit jedem der L Elemente aus mehreren unterschiedlichen Richtungen von jeder Mobilstation auf unterschiedliche Arten verzögert ist, führt die Vorverstärkung durch, wandelt das Signal in eine Zwischenfrequenz, und digitalisiert alle L Signale. Die erhaltenen L digitalen, komplexen I,Q-Abtastwerte 514 werden an einen Eingang von Kanalelementen 504, 506, 508 geliefert.
Jede mit der Basisstation kommunizierende aktive Mobilstation wird von einem Kanalelement versorgt, das eine digitale Signalverarbeitung sowohl auf dem empfangenen Signal als auch auf dem zu übertragenden Signal durchführt, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Jedes Kanalelement weist einen (α, τ)-Empfänger und einen entsprechenden Sender auf. Die digitalen Formungsfunktionen des Antennenstrahls, die anhand der Signalabstimmung realisiert werden, werden sowohl in der Übertragungsrichtung als auch in der Richtung des Empfangs in einem Kanalelement durchgeführt.
In der Empfangsrichtung filtert ein Kanalelement das Signal im Winkel-Raum-Bereich, demoduliert die empfangenen Signalkomponenten und kombiniert sie in einem Diversity-Kombinierer und decodiert das Signal letztendlich, das von der Mobilstation empfangen wurde, und das kombiniert wurde. Die erhaltenen Nutzer-Datenbits werden weiter an eine Basisbandeinheit 510 geliefert, die sie an andere Bauteile des Netzwerks weiterleitet.
In der Übertragungsrichtung treffen die Nutzer-Datenbits von den anderen Bauteilen des Netzwerks an der Basisbandeinheit 510 ein, die sie an das richtige Kanalelement 504 bis 508 weiterleitet, wo sie codiert, mittels eines Spreizcodes moduliert und der Abstimmung des zu übertragenden Signals unterzogen werden, wobei die Abstimmung die Richtungen der zu übertragenden Antennenstrahlen bestimmt. Die erhaltenen L Signale werden an jedes der L Elemente des Antennenfelds 502 geliefert. In der Praxis können die Empfangs- und Übertagungs-Antennenfelder 500, 502 entweder getrennt oder anhand des gleichen physikalischen Antennenfelds implementiert sein, wo die Richtungen von Übertragung und Empfang mit einer geeigneten Duplex-Filterung getrennt werden.
Im Übertragungs-Antennenfeld 502 werden die Signale, die von jedem Kanalelement eingetroffen sind, und die für jedes Antennenelement gedacht sind, in eine analoge Form umgewandelt, in eine Funkfrequenz überführt und über die Antennenelemente übertragen.
Bei der Anordnung gemäß der Erfindung können die Übertragungs- und Empfangs-Antennenfelder naturgemäß eine unterschiedliche Anzahl von Antennenelementen aufweisen, obwohl die vorstehende Beschreibung aus Gründen der Einfachheit die gleiche Anzahl L von Elementen in jeder Gruppe offenbart. Die Figur zeigt ebenfalls einen Steuerblock 512, der den Betrieb der unterschiedlichen Einheiten der Einrichtung steuert, wie etwa die Zuweisung der Kanaleinheiten zu unterschiedlichen Verbindungen gemäß den Nachrichten von der Basisstationssteuerung.
6 zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau eines Kanalelements in einem Empfänger gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Das Kanalelement weist eine oder mehrere digitale Empfängereinheiten 600, 602 auf, von denen zwei in der Figur gezeigt sind, eine oder mehrere Suchereinheiten 604, von denen eine in der Figur gezeigt ist, einen Diversity-Kombinierer 608, dessen Eingabe ein Signal von den Empfängereinheiten aufweist, einen Decodierer 610, an dessen Eingang ein Signal angeschlossen ist, das am Ausgang des Diversity-Kombinierers 608 sichtbar ist, und eine Steuereinrichtung 612. Die L digitalen, komplexen I,Q-Abtastwerte 514, die vom Antennenfeld eintreffen, werden an den Eingang aller digitaler Empfängereinheiten 600, 602 und Suchereinheiten 604 geliefert. Wird die Anordnung gemäß der Erfindung in einem Sende-Empfänger angewandt, weist der Sende-Empfänger gemäß der Erfindung ebenso einen Codierer 614 und eine digitale Übertragungseinheit 606 auf.
Der Betrieb der digitalen Suchereinheit 604 wird als erstes mit Bezug auf 6 untersucht. Auf die gleiche Art und Weise wie bei einem herkömmlichen Rake-Empfänger besteht die Funktion der Suchereinheit darin, nach den gewünschten Signalkomponenten aus dem empfangenen Signal zu suchen. Bei der Anordnung gemäß der Erfindung überwacht ein neuer Typ von Suchereinheit das empfangene Signal kontinuierlich im (α, τ)-Bereich und sucht nach nützlichen Signalkomponenten und gibt ihre Parameter, d. h. den Einfallswinkel (AoA) und das Verzögerungsprofil, an die Steuereinrichtung 612, die wiederum eine erforderliche Anzahl von Empfängereinheiten zum Demodulieren der besten Komponenten zuweist. Der Empfänger gemäß der Erfindung kann natürlich auch derart implementiert werden, dass ein Kanalelement keine getrennte Steuereinrichtung 612 aufweist, sondern die Suchereinheit 604 die die zu überwachenden Signalkomponenten betreffenden Informationen direkt an die Empfängerzweige 600, 602 weiterleitet.
Die Suchereinheit weist eine Einrichtung 634 zum Abstimmen des von den Funkfrequenz-Bauteilen des Antennenfelds gelieferten Signals auf, und eine Einrichtung 636 zum Erfassen, ob das vom Ausgang der Abstimmungseinrichtung 634 erhaltene Signal eine mit der gegebenen Verzögerung empfangene Signalkomponente aufweist, und zum Messen der Qualität dieser Signalkomponente. Die Suchereinheit weist ferner eine Einrichtung 638 zum derartigen Steuern der vorstehend erwähnten Abstimmungseinrichtung 634 und Messeinrichtung 636 auf, dass die eingehenden Richtungen und Verzögerungen des empfangenen Signals gemessen werden können.
Die Einrichtung 634 zum Abstimmen des von den Funkfrequenz-Bauteilen des Antennenfelds gelieferten Signals kann zum Beispiel mit einer Einrichtung des vorstehend beschriebenen und gemäß 4 gezeigten Typs implementiert werden, wobei die Einrichtung die Multiplikation des Signals mit komplexen Koeffizienten w_i (i = 1,...,L) aufweist, anhand derer es möglich ist, den Einfallswinkel des Signals zu bestimmen, das im Ausgabesignal der Abstimmungseinrichtung verstärkt erkennbar ist. Jede Kombination der Koeffizienten entspricht wie vorstehend beschrieben einer bestimmten Kombination von Antennenstrahlen. Die Abstimmungseinrichtung (634) wird von der Einrichtung 638 derart gesteuert, dass alle wesentlichen eingehenden Richtungen des Signals untersucht werden können.
Die Ausgabe der Abstimmungseinrichtung zeigt daher ein Signal, das dem aus einer gegebenen Richtung empfangenen Signal entspricht, auf Grundlage der Steuerung der Einrichtung 638. Die Messeinrichtung 636 führt eine Messung mit unterschiedlichen Verzögerungen auf einem an der Ausgabe der Abstimmungseinrichtung sichtbaren Signal durch, wobei es der Zweck der Messung ist, die Signalkomponenten zu erfassen, die unterschiedliche Verzögerungen aufweisen. Die jedes Mal zu messende Verzögerung wird mit der vorstehend erwähnten Einrichtung 638 eingestellt. In der Messeinrichtung wird das sich am Eingang der Einrichtung befindende Signal einer Entspreizung, einer Messung der komplexen Signalenergie und einer Quadrierung der Energie zum Beispiel über die Kohärenzzeit des Kanals und einem Vergleich des erhaltenen Messergebnisses mit dem gegebenen Schwellwert unterzogen. Die Parameter der gemessenen Signalkomponenten, deren Stärke den gegebenen Schwellwert übersteigt, d. h. der Einfallswinkel, die Verzögerung und die Leistung, werden an die Steuereinrichtung 612 des Kanalelements geliefert.
Die Einrichtung 638 steuert so den Betrieb der Abstimmungseinrichtung 634 und der Messeinrichtung. Die Einrichtung 638 entspricht einer im Sucherzweig eines herkömmlichen Rake-Empfängers bereitgestellten Synchronisierungsschleife, obwohl die Einrichtung in der Anordnung gemäß der Erfindung auf eine neue Art und Weise arbeitet. Die Suche nach den gewünschten Signalkomponenten aus dem (α, τ)-Bereich kann unter der Kontrolle der Einrichtung 638 auf verschiedene Arten implementiert werden. Wie vorstehend beschrieben kann die Messung der Signalleistung durch eine andere Messung der Signalqualität ersetzt werden.
Das vom Antennenfeld empfangene, digitalisierte Signal kann in der Abstimmungseinrichtung 634 derart schrittweise abgestimmt werden, dass der Richtungswinkel des größten Gewinns mit gegebenen Winkelintervallen verändert wird. Aus den möglichen eingehenden Richtungen wird eine repräsentative Gruppe von Einfallswinkeln α_j ausgewählt, die sich an gewünschten Winkelintervallen voneinander entfernt befinden, und jede eingehende Richtung wird mehreren Energiemessungen bei unterschiedlichen Verzögerungswerten unterzogen, wodurch ein Verzögerungsprofil τ_k für die eingehenden Richtungen erhalten wird.
Ein anderer Weg besteht darin, die Messeinrichtung 636 anzuleiten, das Verzögerungsprofil τ_k des empfangenen Signals als erstes zum Beispiel mit einem nicht gerichteten Antennenmuster zu messen. Die möglichen Verzögerungen, mit denen Signalkomponenten empfangen werden, werden so erfasst. Die Abstimmungseinrichtung 634 wird danach angeleitet, die unterschiedlichen Richtungswinkel mit einem schmalen, gerichteten Strahl zu durchlaufen, und die Messeinrichtung wird gleichzeitig angeleitet, mit den bei der ersten Messung erfassten, vorstehend erwähnten Verzögerungswerten zu messen. Die eingehenden Richtungen α_j der Komponenten, die mit unterschiedlichen Verzögerungen eingetroffen sind, werden so erhalten.
Die Parameter der erfassten Signalkomponenten werden so an die Steuereinrichtung 612 des Kanalelements gegeben. Die Steuereinrichtung weist die Empfangselemente 600, 602 zu, um die besten erfassten Signalkomponenten zu empfangen und zu demodulieren, indem das Empfängerelement über die eingehende Richtung und die Verzögerung der Signalkomponente informiert wird. Wie vorstehend beschrieben können die Empfängerelemente auch direkt durch die Suchereinheit 604 ohne gesonderte Steuereinrichtung gesteuert werden.
Der Betrieb der digitalen Empfängereinheit 600, 602 wird als Nächstes mit Bezug auf 6 untersucht. Auf die gleiche Art und Weise wie bei einem herkömmlichen Rake-Empfänger besteht die Funktion der Empfängereinheit darin, eine gegebene Signalkomponente zu empfangen und zu demodulieren. Es wird angenommen, dass die Steuereinrichtung 612 des Kanalelements eine Empfängereinheit zugewiesen hat, um eine bestimmte Signalkomponente zu empfangen, deren Parameter der Einfallswinkel α_j und die Verzögerung τ_k sind.
Die Empfängereinheit 600, 602 weist Überwachungseinrichtungen 624, 632 auf, an die die Steuereinrichtung 612 des Kanalelements die Informationen über die Phase und eingehende Richtung der zu überwachenden Signalkomponente weiterleitet. Die Überwachungseinrichtungen steuern die erste Abstimmungseinrichtung der Empfängereinheit, deren Eingabe das vom Antennenfeld erhaltene, digitalisierte Signal ist. Die Abstimmungseinrichtungen 618, 626 haben einen ähnlichen Aufbau wie die Abstimmungseinrichtung 634, die in der Suchereinheit bereitgestellt ist. Auf Grundlage der Information, die den Einfallswinkel α_j betrifft, und die von der Steuereinheit empfangen wird, stellt die Überwachungseinrichtung die komplexen Wichtungskoeffizienten w_i (i = 1,...,L) derart ein, dass ein aus der gewünschten eingehenden Richtung eintreffendes Signal an der Ausgabe der Abstimmungseinrichtung sichtbar ist. Dieses kann daher als ein in die gewünschte Richtung zeigender Empfänger-Antennenstrahl mit einer vorbestimmten Form verstanden werden.
Die Empfängereinheit 600, 602 weist weiterhin eine Demodulationseinrichtung 620, 628 auf, deren Eingabe ein von der Abstimmungseinrichtung 618, 628 erhaltenes Signal aufweist. Die Überwachungseinrichtung 624, 632 leitet die Demodulationseinrichtung an, sich mit einer mit einer gegebenen Verzögerung τ_k eintreffenden Signalkomponente zu synchronisieren. In der Demodulationseinrichtung wird das Signal einer Entspreizung und einer Demodulation gemäß einer bekannten Methode unter Verwendung des gegebenen τ_k als die Codephase unterzogen. Die erhaltenen Symbole werden zusammen mit den Verzögerungsdaten an die anderen Bauteile des Kanalelements geliefert.
Die Empfängereinheit 600, 602 weist weiterhin eine zweite Abstimmungseinrichtung 622, 630 auf, deren Eingabe ein vom Antennenfeld erhaltenes, digitalisiertes Signal aufweist. Das ausgegebene Signal der zweiten Abstimmungseinrichtung wird an die Überwachungseinrichtung 624, 632 geliefert. Die Überwachungseinrichtung steuert den Betrieb der zweiten Abstimmungseinrichtung durch Messung der Umgebung der aktuellen Parameter (α_j, τ_k) der dem Empfänger zugewiesenen Signalkomponente mit dieser Einrichtung, um mögliche Veränderungen der eingehenden Richtung und der Verzögerung der empfangenen Signalkomponente zu erfassen. Zu diesem Zweck weist die zweite Abstimmungseinrichtung zur Abstimmung des Signals komplexe Koeffizienten ähnlich der ersten Abstimmungseinrichtung, sowie eine Einrichtung ähnlich der Messeinrichtung 636 zum Messen der Impulsantwort auf, die in der Suchereinheit angeordnet ist. Erfasst die Überwachungseinrichtung mit Hilfe der zweiten Abstimmungseinrichtung Veränderungen der eingehenden Richtung α_j oder der Verzögerung τ_k der gewünschten Signalkomponente, aktualisiert sie diese Daten an der ersten Abstimmungseinrichtung und an der Demodulationseinrichtung.
Der Stand der Technik offenbart mehrere Arten, wie die Überwachungseinrichtungen 624, 632 in einem Spreizspektrum-System implementiert werden können, zum Beispiel Early-Late-Gatter, die bei der Anordnung gemäß der Erfindung verwendet werden können. Diese Schaltungen schätzen den Code-Zeitsteuerungsfehler mittels Durchführung zweier Energiemessungen mit der gegebenen Zeitdifferenz Δτ ab, die üblicherweise ein Bruchteil der Chipdauer des Spreizcodes im Umfeld des aktuellen Sollwerts τ_k ist. Die Energiemessungen werden mit der Messeinrichtung der zweiten Abstimmungseinrichtung 622, 630 durchgeführt, die die Korrekturdaten bereitstellt, die vom nominalen Sollwert τ_k benötigt werden, wenn sich die Verzögerung verändert.
Dementsprechend können Veränderungen im Einfallswinkel α_j des Signals mit Hilfe der zweiten Abstimmungseinrichtung überwacht werden. Es ist zum Beispiel möglich, mit der gegebenen Verzögerung τ_k zwei oder mehr Energiemessungen mit Antennenstrahlen durchzuführen, die anhand einer Abstimmung um einen Winkel Δα in beide Richtungen vom aktuellen Einfallswinkel α_j abgelenkt wurden. Der verwendete Grad der Ablenkung Δα ist typischerweise ein Bruchteil der Breite des Antennenstrahls.
Die Überwachungseinrichtung 624, 632 steuert daher die von der zweiten Abstimmungseinrichtung 622, 630 durchgeführten Energiemessungen derart, dass ein Signal zu allen Zeiten mit der größtmöglichen Energie empfangen werden kann. Die Überwachungseinrichtung aktualisiert die Daten über die veränderten Parameter (α_j, τ_k) an der ersten Abstimmungseinrichtung, an der Demodulationseinrichtung und auch an der Steuereinrichtung 612 des Kanalelements, sodass die Daten, falls nötig, in der Übertragungsrichtung verwendet werden können.
Die vorstehend beschriebene Maximierung des empfangenen Signals kann mit der bei herkömmlichen Systemen verwendeten Empfängerantennen-Diversity verglichen werden, wobei ein Signal mit zwei oder mehr Antennen empfangen wird, die mit einer Distanz voneinander angeordnet sind, die die Länge mehrerer Wellenlängen des empfangenen Signals aufweist. Beim Empfänger gemäß der Erfindung kann das Fading, wenn ein mit dem Einfallswinkel α_j empfangenes Signal in einer tiefen und langen Fading-Situation gefangen ist, wahrscheinlich durch Veränderung des Winkels des Empfängerstrahls um einen kleinen Winkel Δα beseitigt werden. Es besteht daher kein Bedarf nach zwei getrennten Antennen, die mit einer gegebenen Distanz voneinander entfernt angeordnet sind.
Der Betrieb des Diversity-Kombinierers 608 und des Decodierers 610 des Kanalelements ist ähnlich wie bei Diversity-Empfängern gemäß dem Stand der Technik. Der Kombinierer 608 kombiniert die von den unterschiedlichen Empfängerelementen eintreffenden Symbolsequenzen unter Berücksichtigung und Kompensation ihrer unterschiedlichen Verzögerungen τ_k und möglicherweise durch Gewichtung der unterschiedlichen Symbolsequenzen gemäß ihren Signal-Rausch-Verhältnissen, um eine Maximum-Ratio-Kombination zu erhalten. Die so erhaltene kombinierte Symbolsequenz wird an den Decodierer 610 geliefert, der die Symbole zu Nutzer-Datenbits decodiert, wobei üblicherweise als erstes die Entschachtelung durchgeführt wird. Die CDMA-Anwendungen verwenden im Allgemeinen eine starke Faltungscodierung, für die das beste Verfahren zur Detektion der eine weiche Entscheidung bereitstellende Viterbi-Algorithmus ist.
Es ist klar, dass das vorstehend beschriebene Kanalelement ebenso zum Überwachen und Empfangen eines Zugangskanals verwendet werden kann. Die in der Richtung des Empfangs verwendeten Antennenstrahlen weisen dann breitere Antennenmuster auf, d. h. sie können zum Beispiel 120° breit sein, da der exakte Aufenthaltsort der Rufaufbau-Nachrichten sendenden Mobilstationen nicht bekannt ist.
Der Betrieb der digitalen Übertragungseinheit 606 wird als Nächstes mit Bezug auf die 6 untersucht. Die Nutzer-Datenbits werden als erstes an den Codierer 614 geliefert, der die Bits typischerweise mit einem Faltungscode codiert und eine Verschachtelung der codierten Symbole durchführt. Die erhaltenen verschachtelten Symbole werden auf einen Spreizspektrum-Modulator 642 angewandt, der eine herkömmliche Modulation durchgeführt. Alle vorstehend beschriebenen Funktionen können gemäß bekannter Methoden durchgeführt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung weist die Übertragungseinheit jedoch eine Einrichtung 644, 640 zum Steuern und digitalen Abstimmen des zu übertragenen Signals als Reaktion auf das empfangene Signal auf. In der Übertragungseinheit gemäß der Erfindung empfängt die Einrichtung 644 zum Anpassen des Übertragungsstrahls in ihrer Eingabe von der Steuereinrichtung 612 des Kanalelements Informationen über die in den unterschiedlichen Empfängereinheiten 600, 602 zum Empfangen eines Signals von der Mobilstation verwendeten eingehenden Richtungen. Die Steuereinrichtung 612 kann auch die anderen eingehenden Richtungen des von der Suchereinheit 604 erfassten Signals melden, aber es werden nicht alle Richtungen beim Empfang des Signals notwendigerweise verwendet.
Die Einrichtung 644 der Übertragungseinheit zum Anpassen des Übertragungsstrahls steuert die Abstimmungseinrichtung 640, die aus vorbestimmten strahlformenden Funktionen J × L komplexe Wichtungskoeffizienten w_ij (i = 1,...L; j = 1,...,J) berechnet, die J Antennenstrahlen mit Hilfe von L Antennenelementen erzeugen. Zusätzlich zu der Richtung und Anzahl der Antennenstrahlen steuert die Einrichtung 644 die Abstimmungseinrichtung 640 durch Angabe der Übertragungsleistung, die mit jedem Strahl zu verwenden ist, und die die Einrichtung 644 von der Steuereinrichtung 612 des Kanalelements erhält.
Der Aufbau der Abstimmungseinrichtung 640 kann ähnlich den vorstehend in der Empfangsrichtung beschriebenen Abstimmungseinrichtungen 618, 626, 634 sein. In der Abstimmungseinrichtung werden die digitalisierten (I,Q)-Abtastwerte des von der Modulationseinrichtung 642 bereitgestellten abgehenden Signals daher mit L komplexen Wichtungskoeffizienten wie folgt multipliziert, wobei L die Anzahl der Antennenelemente ist:
wobei L komplexe Abtastsequenzen für das Antennenfeld erhalten werden. Die komplexe Multiplikation verwendet auch einen reellen Skalierungsfaktor g_j (j = 1,..., J), der von der Abstimmungseinrichtung 644 erhalten wird, und der für die unabhängige Leistungsanpassung jedes Antennenstrahls verwendet werden kann. Die Anpassungseinrichtung 644 gibt auch die zu verwendende Frequenz an, sodass die Wichtungskoeffizienten w_ij korrekt eingestellt werden können.
Die Anordnung gemäß der Erfindung kann auch spezielle Strahlsteuerungsbits verwenden, die eine Mobilstation auf Grundlage des Signals erzeugt, das sie empfangen hat, und die sie zu dem Signal hinzufügt, das sie an die Basisstation überträgt. Der Empfänger gemäß der Erfindung weist eine Einrichtung 616 zum Demultiplexen und Erfassen dieser Strahlsteuerungsbits aus dem empfangenen Signal auf. Die Erfassung sollte schon vor dem Decodierer 610 durchgeführt werden, um Verzögerungen zu vermeiden. Die Strahlsteuerungsbits werden an die Anpassungseinrichtung 644 der Übertragungseinheit weitergeleitet.
Die Einrichtung 644 zur Anpassung des Übertragungsstrahls steuert die Abstimmungseinrichtung 640 auf Grundlage der von der Steuereinrichtung des Kanalelements erhaltenen Informationen und den von der Mobilstation übertragenen Strahlsteuerungsbits. Die Anpassung kann auf viele Arten durchgeführt werden, indem die Parameter α_j und g_j (j = 1,...,J) auf verschiedene Arten verändert werden. Mit Hilfe der Anpassung können die Strahlgewichtungen derart verändert werden, dass die Verbindungsqualität in der Abwärtsstreckenrichtung so gut wie möglich gemacht werden kann. Zum Beispiel kann die mit einigen Antennenstrahlen verwendete Übertragungsleistung unabhängig angepasst werden, oder der Richtungswinkel α_j einiger Antennenstrahlen kann um einen gegebenen Winkel Δα verändert werden, oder die Anzahl der verwendeten Antennenstrahlen kann geändert werden. Mit diesen Maßnahmen ist es möglich, die Verschlechterungen der Signalqualität wie etwa Fadings zu kompensieren, die auf dem Funkpfad auftreten.
Bei der Anordnung gemäß der Erfindung kann die Anpassungseinrichtung 644 der Übertragungseinheit 606 die Richtung von einem oder mehreren der verwendeten Antennenstrahlen um kleine Winkel Δα im Umfeld des gegebenen Richtungswinkels α_j ablenken. Aufgrund einer derartigen Ablenkung ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, dass sich die Mobilstation für eine lange Zeit in einem tiefen Fading befindet. Da der Richtungswinkel eines Antennenstrahls kontinuierlich um einen nominalen Richtungswinkel α_j schwankt, verwendet ein Signal, das sich über den Funkpfad ausgebreitet hat, nicht durchgehend den gleichen Weg. Dieses Verfahren kann als eine neue Art von Antennendiversity in der Abwärtsstreckenrichtung betrachtet werden.
Des Weiteren kann die Anpassungseinrichtung 644 bei der Anordnung gemäß der Erfindung die Abstimmungseinrichtung 640 derart steuern, dass mit der geeigneten Anpassung der Wichtungskoeffizienten w_ij (i = 1,...,L; j = 1,...,J) und der Faktoren g_j (j = 1,...,J) ein Hochleistungssignal mit einem breiten Antennenstrahl vom Antennenfeld erhalten wird.
Das erhaltene Antennenmuster kann zum Beispiel ein Sektormuster oder ein omnidirektionales Muster sein. Zum Beispiel kann ein datenunmoduliertes Pilotsignal so mit einem dauerhaften Antennenmuster übertragen werden. Das gleiche Verfahren kann auch bei der Übertragung von Steuerkanälen angewandt werden.
Auch bei der Anordnung gemäß der Erfindung kann die Anpassungseinrichtung 644 die Abstimmungseinrichtung 640 derart steuern, dass mit der geeigneten Anpassung der Wichtungskoeffizienten w_ij (i = 1,...,L; j = 1,...,J) und der Faktoren g_j (j = 1,...,J) ein oder mehrere Signale mit einem eher schmalen Antennenstrahl vom Antennenfeld erhalten werden, wobei der Winkel des größten Gewinns des Signals den Zellbereich kontinuierlich durchläuft. Das erhaltene Antennenmuster kann für die Übertragung eines datenunmodulierten Pilotsignals verwendet werden.
Das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend beschrieben, bei dem die analoge Anpassung eines empfangenen Signals im CDMA-System eingesetzt wird.
7 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels der Einrichtung gemäß des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die Einrichtung weist in der Empfangsrichtung eine gegebene Anzahl L von Antennenelementen 700 bis 704 und in der Senderichtung eine Gruppe von Antennenelementen 772 bis 776 auf. Beim Sendeempfänger können die Sende- und Empfangs-Antennen die gleichen sein, wobei eine Duplexfilterung zur Trennung der unterschiedlichen Übertragungsrichtungen voneinander verwendet wird. Die Figur zeigt unterschiedliche Antennenelemente für die unterschiedlichen Übertragungsrichtungen. Die mittels der Antennenelemente gebildete Gruppe kann linear, planar (zweidimensional) oder omnidirektional sein. Das Antennenfeld empfängt ein über mehrere Wege ausgebreitetes Signal, das mit jedem der L Elemente von jeder Mobilstation aus mehreren unterschiedlichen Richtungen auf unterschiedliche Arten verzögert ist.
Die Antennenelemente sind an eine RX-Matrix 706 angeschlossen, die ein Abstimmen auf dem von den Antennenelementen empfangenen analogen Signal derart durchführt, dass die Matrixausgabe 708 K Signalausgaben aufweist, von denen jede einem Signal entspricht, das von einem in eine vorbestimmte Signaleinfallrichtung deutenden Antennenstrahl empfangen wurde. Die Matrix kann mit Hilfe von Anordnungen gemäß dem Stand der Technik implementiert werden, wie etwa einer Butler-Matrix, die mit passiven 90°-Hybriden und Phasenschiebern realisiert ist. Die Anzahl K der der mit der Matrix 706 erzeugten Antennenstrahlen entspricht nicht zwangsläufig der Anzahl L der Antennenelemente.
Die Antennenstrahlen werden daher in der Empfangsrichtung durch Anpassen des von den Antennen empfangenen Signals und in der Senderichtung durch Anpassen des durch die Antennen zu übertragenen Signals erhalten. Die verwendeten Antennestrahlen sind konstant und ihre Richtungen können nicht verändert werden. Die Anzahl der Antennenstrahlen hängt von der Implementierung der Matrix 706 ab und die Strahlen können mit gewünschten Winkelintervallen voneinander getrennt eingestellt und mit einer gewünschten Breite gebildet werden.
Die Matrixausgagebesignale 708 werden, falls nötig, an eine Gruppe von rauscharmen Verstärkern 710 angelegt, die die Kabelabschwächungen und andere Verluste kompensieren.
Die L auf diese Weise verstärkten Signale werden an die Funkfrequenz-Bauteile 712 bis 716 angelegt, die jedes Signal einer Herunterwandlung in eine Zwischenfrequenz und den erforderlichen Filterungen unterwerfen. Die Funkfrequenz-Bauteile können auf eine Art und Weise gemäß bekannter Technologie implementiert werden.
Die Zwischenfrequenz-Signale werden dann an die Wandlereinrichtung 718 bis 722 angelegt, die das analoge Signal in digitale Abtastwerte wandeln. Die Umwandlung kann auf Arten gemäß bekannter Technologie mit kommerziell verfügbaren Komponenten durchgeführt werden. Typischer Weise wird in den Einrichtungen eine komplexe Abtastung in I- und Q-Komponenten durchgeführt.
Die Ausgabesignale 724, 726, 728 der Umwandlungseinrichtungen 718, 720, 722 werden weiter über einen jeder Kanaleinheit vorangehenden RX-Schalter 732, 734, 730 an eine Gruppe von Kanalelementen 738, 740, 742 angelegt. Alle Ausgabesignale 730 der Umwandler werden an allen RX-Schaltern angelegt. Jeder RX-Schalter weist daher K Eingaben ein oder mehrere Ausgabesignale auf, die an eine entsprechende Kanaleinheit angelegt werden. Die Funktion des RX-Schalters besteht darin, ein von einem gewünschten Antennenstrahl empfangenes Signal an eine gewünschte Komponente des Kanalelements gemäß einer Steuerung vom Kanalelement zu leiten.
Der vorstehend beschriebene Empfängeraufbau kann natürlich auch derart implementiert werden, das eines oder mehrere der vorstehend erwähnten Bauteile (Antennenelemente 700 bis 704, Verstärker 710, Funkfrequenz-Bauteile 712 bis 716 und Wandlereinrichtungen 718 bis 722) entweder gemeinsam integriert oder getrennt angeordnet sein können. In einem solchen Fall verändern sich die Einzelheiten der Implementierung, wie es für einen Fachmann ersichtlich ist, zum Beispiel derart, dass kein Bedarf nach Verstärkern 710 besteht, falls die Funkfrequenz-Bauteile in Verbindung mit einem Antennenfeld angeordnet sind.
Im Folgenden wird der Aufbau und der Betrieb eines Kanalelements in einem Empfänger gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand des Blockschaltbilds gemäß 8 beschrieben. Das Kanalelement weist eine oder mehrere Einrichtungen 804, 806, 808 zur Demodulation eines Signals auf, wobei die Figur drei dieser Einrichtungen zeigt, sowie eine oder mehrere Suchereinheiten 802, von denen die Figur eine zeigt, sowie einen Diversity-Kombinierer 608, dessen Eingabe ein Signal von den Empfängereinheiten aufweist, sowie einen Decodierer 610, an dessen Eingang ein am Ausgang des Diversity-Kombinierers 608 sichtbares Signal angeschlossen ist.
Die Eingaben In#1 bis In#K des RX-Schalters 732 weisen daher die K Signale 730 von den Wandlereinrichtungen 718 bis 722 auf. Das Kanalelement 738 weist daher eine Suchereinheit 802 auf, dessen Funktion es ist, die Suche nach den besten Signalkomponenten im mehrdimensionalen Signalbereich durchzuführen, wie es in Verbindung mit der Suchereinheit des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sucht die Suchereinheit 802 in den Eingaben des RX-Schalters nach den besten Signalkomponenten, von denen jede daher einer aus einer bestimmten Richtung eintreffenden Signalkomponente entspricht, durch Messung des Verzögerungsprofils von jeder Eingabe des RX-Schalters. Die Messung des Verzögerungsprofils kann auf die gleiche Weise wie im Sucherzweig eines herkömmlichen Rake- Empfängers durchgeführt werden. Als Ergebnis der Messung erfasst die Suchereinheit daher die eingehenden Richtungen und Verzögerungen der besten Signalkomponenten. Die Suchereinheit leitet die Demodulationseinrichtungen 804, 806, 808 an, sich mit den besten Signalkomponenten zu synchronisieren, indem jede Demodulationseinrichtung mit Informationen über die Verzögerung der gewünschten Signalkomponente versehen wird, und indem das Signal dieser Richtung vom RX-Schalter an die entsprechende Demodulationseinrichtung angelegt wird.
Die Demodulationseinrichtungen 804, 806, 808 demodulieren so das gegebene Signal, überwachen die Veränderungen der Verzögerung und der eingehenden Richtung des Signals, und starten, falls nötig, einen Empfang eines neuen Antennenstrahls mit Hilfe des RX-Schalters. Die Ausgabesignale der Demodulationseinrichtungen werden an einen Diversity-Kombinierer 608 angelegt, der die demodulierten Symbole vorzugsweise kombiniert und die übertragenen Informationen erfasst. Das Ausgabesignal des Diversity-Kombinierers wird weiter an eine Decodierungseinrichtung 610 angelegt, die die Symbole verschachtelt und die Informationssequenz decodiert.
Der vorstehend beschriebene Empfängeraufbau implementiert so die Anordnung gemäß der Erfindung mit Hilfe einer analogen Abstimmung. Beim Empfang wird eine Anzahl (K) fester Antennenstrahlen mit Hilfe der Abstimmung erzeugt, wobei die stärksten Signalkomponenten zur Demodulation aus den von den Antennenstrahl empfangenen Komponenten ausgewählt werden. Bewegt sich das Teilnehmerendgerät und verändern sich die eingehenden Richtungen des Signals, wird zur Demodulation immer das Signal des die beste Signalstärke zur Verfügung stellenden Antennenstrahls ausgewählt.
Der Senderaufbau gemäß des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 8 untersucht.
Die Nutzer-Datenbits werden als erstes an einen Codierer 614 geliefert, der die Bits typischerweise mit einem Faltungscode codiert und eine Verschachtelung der codierten Symbole durchführt. Die erhaltenen, verschachtelten Symbole werden an einen Spreizspektrum-Modulator 642 angelegt, der eine herkömmliche Modulation durchführt. Alle vorstehend beschriebenen Funktionen können gemäß bekannter Technologie durchgeführt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung weist die Senderimplementierung ferner eine Einrichtung 802 zur Steuerung der analogen Abtastung des zu übertragenen Signals als Reaktion auf das empfangene Signal auf. Auf Grundlage der von ihr durchgeführten Messungen kennt die Suchereinheit 802 die Richtungswinkel und die entsprechenden Antennenstrahlen, die die besten Signalkomponenten empfangen. Die Suchereinheit hat daher eine Gruppe von Demodulationseinrichtungen zum Empfangen dieser Komponenten zugewiesen. Bei einer praktischen Implementierung kann die Steuerung des Übertragungsendes in der Suchereinheit oder in einer gesonderten Steuereinheit stattfinden. Aus Gründen der Einfachheit wird hierin nur die erste Alternative beschrieben, ohne die Erfindung darauf zu beschränken. In jedem Fall ist die Idee der Erfindung in beiden Alternativen die gleiche. Wie vorstehend beschrieben werden in der Anordnung gemäß der Erfindung die erfassten eingehenden Richtungen, die einen guten Signalpegel aufweisen, dann verwendet, wenn ein Signal in der entgegengesetzten Übertragungsrichtung übertragen wird.
Die Implementierung des Sendeteils wird nachstehend Anhand von 7 untersucht. Der Sender weist eine gegebene Anzahl L von Antennenelementen 772, 774, 776 auf, die daher die gleichen sein können wie die Antennenelemente in der Richtung des Empfangs. Die Antennenelemente sind an eine TX-Matrix 770 angeschlossen, deren Funktion es ist, das zu übertragene Signal analog derart an unterschiedliche Antennenelemente abzustimmen, dass der Hauptstrahl des Richtfaktor-Musters in die gewünschte Richtung deutet. Die Eingabe der TX-Matrix weist K Signale 756 auf, die in D/A-Wandlern 758 bis 762 in eine analoge Form gewandelt wurden, sowie in den Funkfrequenz-Bauteilen 764 bis 768 in eine Funkfrequenz gewandelt und verstärkt wurden. Wie bereits in Verbindung mit der Beschreibung der Empfangsseite erwähnt, können die vorstehend beschriebenen Komponenten in der Praxis auf verschiedene Arten implementiert werden, entweder gemeinsam oder getrennt, wie es für einen Fachmann klar ersichtlich ist.
Die TX-Matrix stimmt die K am Eingang befindlichen Signal derart ab, dass die Antennen Antennenstrahlen in K unterschiedlichen Richtungen bereitstellen, wobei die Richtungen der Antennenstrahlen fest sind und die Strahlen gemeinsam den gewünschten Bereich abdecken. Die Implementierung der TX-Matrix 770 ist ähnlich der RX-Matrix 706 und sie kann zum Beispiel mit einer Butler-Matrix realisiert werden, die mit passiven 90°-Hybriden und Phasenschiebern implementiert wird. Die Anzahl K der mit der Matrix 770 erzeugten Antennenstrahlen entspricht nicht zwangsläufig der Anzahl L der Antennenelementen.
Das modulierte Datensignal und die Steuerung 746 von der Suchereinheit werden von jedem Kanalelement 738, 740, 742 an die TX-Schaltmatrix 744 angelegt, von wo aus die Signale weiter an eine Additionseinrichtung 754 angelegt werden. Der Betrieb der Schaltmatrix 744 und der Additionseinrichtung 754 wird ausführlicher mit Hilfe von 9 untersucht.
Die TX-Schaltmatrix weist einen TX-Schalter 900, 902, 904 auf, der jeder Kanaleinheit entspricht, wobei die Eingabe der Schalter sowohl aus dem modulierten Datensignal, das zu übertragen ist und von der Kanaleinheit eintrifft, als auch aus einem Steuersignals 746, 748, 750 von der Suchereinheit der Kanaleinheit besteht. Die Ausgabe des TX-Schalters weist K Ausgaben 746a bis 746i auf, d. h. so viele wie Übertragungsantennenstrahlen vorhanden sind. Die Funktion jedes TX-Schalters besteht darin, das Signal vom Kanalelement auf Grundlage der Steuerung vom Kanalelement zu den richtigen Übertragungsstrahlen zu leiten, die zusammen mit von den anderen Kanalelementen eintreffenden Signalen aufzusummieren und für die gleichen Strahl gedacht sind. Der TX-Schalter leitet das eingehende Datensignal in einen oder mehrere Ausgänge Txout#1 bis Txout#K, abhängig von der Steuerung vom Kanalelement, d. h. abhängig davon, für welche Antennenstrahlen das Signal gedacht ist. Jede Ausgabe ist ein mit dem Signalpegel gewichteter quadratischer Digitalabtastwert.
Jede Ausgabe 746a bis 746i des Schalters wird an einen der K Addierer 906 bis 910 der Additionseinrichtung 745 angelegt. Jeder Addierer addiert die Datensignale digital, die von unterschiedlichen Kanaleinheiten ankommen und für einen gegebenen Antennenstrahl gedacht sind. Die erforderliche Bitzahl für einen nach außen gerichteten Abtastwert wird mit der Formel 2*(log(n) + m) erhalten, wobei n die Anzahl der Eingaben (Kanaleinheiten) des Addierers, log ein Logarithmus mit Basis 2 und m die Bitzahl der Abtastwerte ist.
Jede der Ausgaben 756a bis 756c des TX-Schalters wird an eine entsprechende Wandlereinrichtung 758 bis 762 und weiter über eine analoge Abstimmungsmatrix an Antennen angelegt, wie es vorstehend beschrieben ist.
Beim zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es auch möglich, spezielle Strahlsteuerungsbits zu verwenden, die eine Mobilstation auf Grundlage des Signals erzeugt, das es empfangen hat, und die sie zu dem Signal hinzufügt, das sie zur Basisstation überträgt. Mit Bezug auf 8 weist der Empfänger gemäß der Erfindung eine Einrichtung 616 zum Demultiplexen und Erfassen dieser Strahlsteuerungsbits aus dem empfangenen Signal auf. Die Erfassung sollte schon vor dem Decodierer 610 durchgeführt werden, um Verzögerungen zu vermeiden. Diese Strahlsteuerungsbits werden an die Suchereinheit 802 der Kanaleinheit weitergeleitet.
Die Suchereinheit 802 wählt die bei der Übertragung zu verwendeten Antennenstrahlen auf Grundlage der Informationen, die sie gemessen hat, und den Strahlsteuerungsbits aus, die von der Mobilstation übertragen wurden.
Beim zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein den Zellbereich in Form eines schmalen Antennenstrahls durchlaufendes Pilotsignal derart implementiert werden, dass der bei der Übertragung des Pilotsignals verwendete Antennenstrahl derart verändert wird, dass das Pilotsignal wiederum unter Verwendung jedes Antennenstrahls übertragen wird, wodurch das Pilotsignal den Zellbereich in Phasen bzw. Stufen durchläuft.
Obwohl die Erfindung vorstehend mit Bezug auf die Beispiele gemäß den zugehörigen Zeichnungen beschrieben wurde, ist es klar, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern sie kann auf viele Arten innerhalb des Schutzbereichs der erfinderischen Idee modifiziert werden, der in den zugehörigen Ansprüchen offenbart ist.
Die Ausrichtung der Antennenstrahlen kann zum Beispiel sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Richtung verwendet werden, wodurch der vorstehend beschriebene (α, τ)-Bereich als ein (α, β, τ)-Bereich verstanden werden kann, wobei α der vertikale Winkel, β der horizontale Winkel und τ die Verzögerung ist.
Eine Möglichkeit besteht darin, in den Kanalelementen kohärente, inkohärente oder differentiell kohärente Modulations- und Demodulationsverfahren einzusetzen. Um zum Beispiel eine kohärente Demodulation in einer Mobilstation zu ermöglichen, kann die Basisstation in jedem Antennenstrahl ein zusätzliches spreizcodiertes Signal ohne Datenmodulation als eine Phasenreferenz einbinden. Alternativ können bekannte Referenzsymbole für den gleichen Zweck verwendet werden.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet die Positionierung der digitalen Abstimmungseinrichtungen 618 bis 634 der Kanalelemente in einem gemeinsamen Abstimmungseinrichtungsblock, der alle Kanalelemente versorgt.

Claims

Empfänger zum Empfangen eines Signals eines gewünschten Teilnehmers, wobei das Signal entlang mehrerer unterschiedlicher Pfade (112, 114, 116) mit mehreren unterschiedlichen Verzögerungen an dem Empfänger eintreffen kann, und wobei der Empfänger ein aus mehreren Elementen bestehendes Antennenfeld (500, 700–704), sowie eine oder mehrere Kanaleinheiten (504– 508, 738–742) aufweist, welche zumindest eine Einrichtung (620, 804) zum Demodulieren einer gewünschten empfangenen Signalkomponente und Einrichtungen (604, 732, 802) zum Suchen nach den eingehenden Richtungen und Verzögerungen der stärksten empfangenen Signalkomponenten des Signals des gewünschten Teilnehmers aufweisen, und wobei die Kanaleinheit (504–508, 738–742) zusätzlich Einrichtungen (604, 732, 802) zum Angeben der Parameter der stärksten Komponenten des gewünschten Signals an die Demodulationseinrichtungen (600, 602, 804–808) aufweist.
Empfänger gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger eine Gruppe von an das Antennenfeld (500) angeschlossenen Funkfrequenzeinheiten (500), sowie eine oder mehrere Kanaleinheiten (504–508) aufweist, deren Eingabe ein Signal von den Funkfrequenz-Bauteilen (500) aufweist, und wobei die Kanaleinheit zumindest eine Einrichtung (618) zum derartigen Abstimmen des von dem Antennenfeld (500) empfangenen Signals aufweist, dass der von dem Antennenfeld erhaltene Gewinn in der gewünschten Richtung am größten ist, und zumindest eine Einrichtung (620) zum Demodulieren der gewünschten empfangenen Signalkomponente aufweist, wobei die Eingabe der Demodulationseinrichtungen das Ausgabesignal der Abstimmungseinrichtungen (618) ist, sowie Einrichtungen (624, 638) zum Suchen nach den eingehenden Richtungen und Verzögerungen der empfangenen Signalkomponenten und Einrichtungen (624, 638) zum Steuern der Abstimmungseinrichtungen (618) und der Demodulationseinrichtungen (620) auf Grundlage der Informationen aufweist.
Empfänger gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kanaleinheit (504) eine den Betrieb der Kanaleinheit regulierende Steuereinheit (612), sowie zumindest einen Empfängerblock (600–602) und zumindest einen Sucherblock (604) aufweist, wobei die Eingaben der Blöcke ein Signal von den Funkfrequenz-Bauteilen (500) aufweisen, und einen Diversity-Kombinierer (608) aufweist, dessen Eingabe Signale von den Empfängerblöcken (600–602) aufweist, sowie eine Einrichtung (610) zum Decodieren des kombinierten Signals aufweist.
Empfänger gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sucherblock (604) eine Abstimmungseinrichtung (634) aufweist, deren Eingabe ein Signal von den Funkfrequenz-Bauteilen (500) ist, sowie eine Einrichtung (636) zum Erfassen aufweist, ob das aus einer bestimmten eingehenden Richtung empfangene und von der Abstimmungseinrichtung (634) erhaltene Signal eine gewünschte Signalkomponente mit einer bestimmten Verzögerung aufweist, und zum Messen der Qualität der Signalkomponente, sowie eine Einrichtung (638) zum derartigen Steuern der Abstimmungseinrichtung (634) und der Messeinrichtung (636) aufweist, dass die gewünschten eingehenden Richtungen und Verzögerungen des zu empfangenden Signals gemessen werden können, sowie eine Einrichtung (636) zum Informieren der Steuereinheit (612) des Kanalelements über die eingehende Richtung, die Verzögerung und die Qualität jeder erfassten Signalkomponente aufweist.
Empfänger gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfängerblock (600) erste und zweite Abstimmungseinrichtungen (618, 622) aufweist, deren Eingabe ein Signal von den Funkfrequenz-Bauteilen (500) ist, sowie eine Einrichtung (620) zum Demodulieren einer gewünschten Signalkomponente mit einer gegebenen Codephase von einem aus der gewünschten eingehenden Richtung empfangenen und von den ersten Abstimmungseinrichtungen (618) erhaltenen Signal, sowie eine Einrichtung (624) zum Messen der Veränderung der eingehenden Richtung und Codephase der gewünschten Signalkomponente auf Grundlage des von den zweiten Abstimmungseinrichtungen (622) empfangenen Signals und zum Steuern der ersten Abstimmungseinrichtungen (618) und der Demodulationseinrichtungen (620) auf Grundlage der Messungen aufweist.
Empfänger gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmungseinrichtungen (618, 622, 634) Einrichtungen (412–416) zum Multiplizieren einer von jedem Antennenelement empfangenen Signalkomponente mit einem komplexen speziell für jede Komponente eingestellten Wichtungskoeffizienten aufweisen, wobei die Koeffizienten den Winkel des größten Gewinns eines vorbestimmten Verstärkungsmusters in die gewünschte Richtung lenken.
Empfänger gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger eine an das Antennenfeld (700–704) angeschlossene Einrichtung (706) zum derartigen analogen Abstimmen des empfangenen Signals aufweist, dass der Gewinn des Antennenfeldes in den gewünschten strahlartigen Richtungen der größte ist, sowie eine Gruppe von Funkfrequenzeinheiten (712–716) aufweist, deren Eingabe ein abgestimmtes Signal aufweist, sowie an den Ausgang der Funkfrequenzeinheiten angeschlossene Einrichtungen (718–722) zum Digitalisieren des Signals aufweist, eine oder mehrere Kanaleinheiten (738–742) aufweist, deren Eingabe ein digitalisiertes Signal aufweist, und wobei die Kanaleinheiten zumindest eine Mess- und Vermittlungseinrichtung (802, 732) zum Suchen des empfangenen Signals für die den eingehenden Richtungen der stärksten Signalkomponenten entsprechenden Antennenstrahlen und zum Messen der Verzögerungen der Komponenten aufweisen, sowie Einrichtungen (802, 732) zum Lenken der Komponenten zu den Demodulationseinrichtungen (804–808) der Kanaleinheit aufweist.
Empfänger gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Analogabstimmungseinrichtung (706) eine Anzahl von Ausgaben aufweist, von denen jede ein von einem in eine bestimmte Richtung deutenden Antennenstrahl empfangenes Signal zeigt.
Empfänger gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermittlungseinrichtungen (730–734) die gewünschten Signale von den digitalisierten Ausgaben der Analogabstimmungseinrichtung (706), die in eine Zwischenfrequenz umgewandelt wurden, und die in der Eingabe der Vermittlungseinrichtungen erkennbar sind, unter der Kontrolle der Messeinrichtungen (802) zu den gewünschten Demodulationseinrichtungen (804–808) lenken, und dadurch, dass die Messeinrichtungen (802) jede Demodulationseinrichtung anleiten, sich selbst mit dem darauf gelenkten Signal zu synchronisieren.
Empfänger gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger eine Einrichtung (710) zum Verstärken des abgestimmten Signals vor der Digitalisierung aufweist.
Empfänger gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmungseinrichtung (706), die Funkfrequenzeinheiten (712–716) und die Umwandlereinheiten (718–722) physikalisch in der gleichen Einheit positioniert sind.
Empfangsverfahren zum Empfangen eines Signals eines gewünschten Teilnehmers, wobei das Signal entlang mehrerer unterschiedlicher Pfade (112, 114, 116) mit mehreren unterschiedlichen Verzögerungen an dem Empfänger eintreffen kann, und bei dem ein Signal anhand eines aus mehreren Elementen bestehenden Antennenfeldes (500, 700–704) empfangen wird, es in einer digitalen Form in eine Zwischenfrequenz umgewandelt und mittels Demodulationseinrichtungen (620, 804) demoduliert wird, nach den eingehenden Richtungen und Verzögerungen der stärksten empfangenen Signalkomponenten des Signals des gewünschten Teilnehmers gesucht wird und die Parameter der stärksten Komponenten des gewünschten Signals an die Demodulationseinrichtungen (620, 804) angegeben werden.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das empfangene digitalisierte Signal derart abgestimmt wird, dass der Gewinn des Antennenfeldes in der gewünschten Richtung am größten ist, und dass das Abstimmen und die Phase der Demodulationseinrichtungen auf Grundlage der Suche gesteuert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die eingehenden Richtungen und Verzögerungen der besten Signalkomponenten von dem empfangenen Signal gemessen werden, indem das empfangene digitalisierte Signal Schritt für Schritt derart abgestimmt wird, dass der Gewinn des Antennenfeldes in der gewünschten eingehenden Richtung mit den gegebenen Winkelabständen der größte ist, und indem die Stärke der Signalkomponente in jeder eingehenden Richtung mit unterschiedlichen Phasen des Spreizcodes gemessen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel des größten Gewinns des vorbestimmten Verstärkungsmusters beim Abstimmen des empfangenen Signals dazu gebracht wird, in die gewünschte Richtung zu zeigen.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Antennenfeld (700–704) empfangene Signal derart analog abgestimmt wird, dass der Gewinn des Antennefeldes in den gewünschten strahlenartigen Richtungen am größten ist, und dass die abgestimmten Signale digitalisiert werden, und dass aus dem empfangenen Signal gemessen wird, welche Antennenstrahlen die besten Signalkomponenten empfangen, wobei die Verzögerungen dieser Komponenten gemessen werden, und die gewünschten Signalkomponenten von den Vermittlungseinrichtungen (730–734) zu den Demodulationseinrichtungen (804–808) geleitet werden, und die Demodulationseinrichtungen dazu ausgelegt sind, sich selbst mit den Komponenten zu synchronisieren.
Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das empfangene Signal analog abgestimmt wird, um eine Gruppe von in bestimmte Richtungen deutenden Antennenstrahlen bereitzustellen.