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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft die Technologie
der Spektraldiffusions-Kommunikation, insbesondere betrifft sie
eine Vorrichtung für
den Codemultiplex mit Mehrfachzugriff, die in der Lage ist, eine
Hochgeschwindigkeitssynchronisation zu erreichen.
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2. Beschreibung des einschlägigen Standes
der Technik
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Codemultiplex mit Mehrfachzugriff
(CDMA) ist imstande, solange Benutzer zuzulassen, wie die Erreichung
von Codesynchronisation möglich
ist, weil die Übertragungsqualität allmählich schlechter wird
und eine Zunahme der Anzahl von Benutzern zu erwarten steht, wohingegen
andere Mehrfach-Kommunikationssysteme wie beispielsweise FDMA (Frequenzmultiplex
mit Mehrfachzugriff) und TDMA (Zeitmultiplex mit Mehrfachzugriff)
nicht in der Lage sind, mehr als eine voreingestellte Anzahl von
Benutzern zu akzeptieren. Außerdem
besitzt CDMA eine hervorragende Störungsunanfälligkeits-Charakteristik, Signalschutz-
und Schwundbeständigkeits-Charakteristik,
ferner besitzt es einen umfangreichen Anwendungsbereich.
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Eine CDMA-Kommunikationsvorrichtung veranlasst
das Sendegerät,
Basisbanddaten für
die Übertragung
mit einem Diffusionscode zu multiplizieren und weiterhin mit einem
Träger
zu multiplizieren und das Signal von einer Antenne abzustrahlen.
In der Empfangsvorrichtung wird ein Diffusionscode mit der gleichen
Phase wie der Diffusionscode bei dem Sendevorgang aufbereitet, und
durch In-Line-Korrelation werden Basisbanddaten wiedergewonnen.
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In der Zwischenzeit wird bei einer
solchen CDMA-Übertragungsvorrichtung
der zeitliche Ablauf, bei der ein Diffusionscode im Empfangsgerät erzeugt wird,
das heißt,
die Synchronisationserzielung zu einem Problem. Üblicherweise wird für eine Synchronisationserzielung
ein digitaler Gleitkorrelator, wie er in 8 gezeigt ist, ein angepasstes digitales
Filter gemäß 9 oder dergleichen verwendet.
Der digitale Gleitkorrelator bewirkt, dass ein Diffusionscode früher einen
Zyklus erreicht als das empfangene Signal, und er veranlasst eine
Feststellungsschaltung mit einer DLL (Verzögerungsregelschleife) oder
dergleichen, eine Synchronisationsverrastung vorzunehmen.
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Da dieser digitale Gleitkorrelator
einen Synchronisationsmechanismus unter Einsatz einer Schleife enthält, besteht
die Möglichkeit,
eine stabile Synchronisation beizubehalten.
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Allerdings gibt es Nachteile insofern,
als der Betriebsablauf aufgrund der Balance des Korrelators instabil
ist, und es ist ein zyklischer Durchlauf mit maximal einem Code
erforderlich, so dass die Synchronisationserzielung Zeit beansprucht.
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Das digital angepasste Filter, gebildet
durch ein Schieberegister, führt
eine Synchronisationserzielung dadurch aus, dass eine Korrelationsspitze nachgewiesen
wird, indem eine Korrelationsintegration eines bekannte Diffusionscodes
und eines empfangenen Signals vorgenommen wird. Dieses digital angepasste
Filter ist in der Lage, eine schnellere Synchronisation zu erzielen
als ein Gleitkorrelator. Allerdings besteht die Möglichkeit,
dass die zeitliche Lage der Korrelationsspitze möglicherweise ungewiss ist.
Wenn außerdem
die Anzahl von Chips für
einen Zyklus eines Diffusionscodes steigt (beispielsweise einige
Tausend) nimmt die Anzahl von Schieberegistern zu, was wirtschaftliche
Probleme darstellt. Außerdem
gibt es Probleme insofern, als sowohl der oben beschriebene Gleitkorrelator
als auch das oben beschriebene digitale, angepasste Filter einen
hohen elektrischen Leistungsverbrauch im Bereitschaftszustand haben
(also außerhalb
der Zeit des Signalempfangs). CDMA-Empfänger sind aus der EP-A-0 622
920 und der EP-A-7 700 154 unter Verwendung eines SAW-Filters bekannt,
welches an ein spezifisches Muster angepasst ist.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung basiert
auf den oben erläuterten
Umständen,
und es ist ein Ziel der Erfindung, eine Codemultiplex-Mehrfachzugriff-Vorrichtung
zu schaffen, die für
eine Hochgeschwindigkeits-Synchronisation ausgelegt ist, die einen
einfachen Aufbau hat und die darüber
hinaus im Bereitschaftszustand weniger elektrische Leistung verbraucht.
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Um das obige Ziel zu erreichen, wird
erfindungsgemäß nach einem
ersten Aspekt eine Vorrichtung für
den Codemultiplex mit Mehrfachzugriff geschaffen, welcher aufweist:
eine Empfangsantenne; ein SAW-Bauelement , dem ein von der Empfangsantenne
empfangenes Signal zugeführt
wird, und welches ein in dem Signal enthaltenes spezifisches Muster
extrahiert; eine Synchronisationssignal-Generatoreinrichtung zum
Erfassen einer von dem SAW-Bauelement ausgegebenen Korrelationsspitze und
zum Erzeugen eines Synchronisationssignals (Sd) zu dem Zeitpunkt,
zu dem nach dem Zeitpunkt der Erfassung eine eingestellte Zeit verstrichen
ist; eine Codegeneratoreinrichtung zum Erzeugen eines vorbestimmten
Codes in Synchronisation mit einem Synchronisationssignal, welches
von der Synchronisationssignal-Generatoreinrichtung ausgegeben wird;
eine Trägergeneratoreinrichtung
zum Erzeugen eines Trägers
auf der Grundlage eines Ausgangssignals des SAW-Bauelements; eine
Modulationseinrichtung zum Modulieren des Trägers auf der Grundlage eines
Ausgangssignals der Codegeneratoreinrichtung; und eine Detektoreinrichtung
zum Detektieren eines Signals, welches von der Empfangsantenne empfangen
wurde, auf der Grundlage eines Ausgangssignals der Modulationseinrichtung.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung wird bei der Codemultiplex-Mehrfachzugriff-Vorrichtung gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung als SAW-Bauelement ein angepasstes SAW-Filter
verwendet.
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Gemäß einem dritten Aspekt der
Erfindung wird bei einer Codemultiplex-Mehrfachzugriff-Vorrichtung gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung das angepasste SAW-Filter auf einem Al2O3-Substrat ausgebildet,
wobei auf diesem Substrat ein AlN-Film und darauf ein Al-Anzapfmuster
gebildet ist.
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Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung erzeugt
bei der erfindungsgemäßen Codemultiplex-Mehrfachzugriff-Vorrichtung
des ersten Aspekts die Codegeneratoreinrichtung einen orthogonalen PN-Code.
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Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung enthält in der
Codemultiplex-Mehrfachzugriff-Vorrichtung
gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung die Synchronisationssignal-Generatoreinrichtung
eine Detektorschaltung zum Hüllkurven-Detektieren
eines Ausgangssignals des SAW-Bauelements, eine Vergleicherschaltung
zum Nachweisen der Zeit, zu der das Ausgangssignal der Detektorschaltung
einen eingestellten Pegel übersteigt,
und eine Signalgeneratoreinrichtung zum Messen einer eingestellten
Zeit nach Empfang des Ausgangssignals der Vergleicherschaltung,
und zum Erzeugen eines Synchronisationssignals zu dem Zeitpunkt,
zu dem die eingestellte Zeit verstrichen ist.
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Die obigen und weiteren Ziele, Aspekte
und neue Merkmale der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung, wenn diese in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm, welches den Aufbau einer Codemultiplex-Mehrfachzugriff-Empfangsvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Blockdiagramm des Aufbaus einer Codemultiplex-Mehrfachzugriff-Sendevorrichtung
gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform;
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3 ist
ein Impulsdiagramm, welches die Wellenform in jedem Teil der in 2 gezeigten Empfangsvorrichtung
veranschaulicht;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht des Aufbaus eines SAW-Korrelators 12 aus 1;
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5 ist
ein Impulsdiagramm, welches die Wellenform in jedem Teil der in 1 gezeigten Empfangsvorrichtung
veranschaulicht.
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6 ist
ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Chipsynchronisations-Signalgenerators 13 aus 1 veranschaulicht;
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7 ist
ein Blockdiagramm, welches den Aufbau eines Trägergenerators 23 aus 1 veranschaulicht;
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8 ist
ein Blockdiagramm des Aufbaus eines herkömmlichen digitalen Gleitkorrelators;
und
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9 ist
ein Blockdiagramm des Aufbaus eines herkömmlichen digitalen angepassten
Filters.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird im folgenden anhand der begleitenden Zeichnungen
beschrieben. 1 ist ein
Blockdiagramm, welches den Aufbau eines CDMA-Empfangsgeräts gemäß einer
Ausführungsform
der Erfidung veranschaulicht. 2 ist
ein Blockdiagramm des Aufbaus einer CDMA-Sendevorrichtung. Die Sendevorrichtung
wird als erstes beschrieben.
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In 2 bezeichnet
Bezugszeichen 1 eine Basisbanddaten-Generatorschaltung
zum Erzeugen von Basisbanddaten, die gesendet werden sollen. Nach
Erhalt eines Startsignals S1 von einer Steuerschaltung 2 gibt
diese Basisbanddaten-Generator-Schaltung 1 gemäß 3A zunächst ein Signal "1" für
eine Zeitdauer von 11 Chips, d. h., Zeiteinheiten, aus, um dann
für eine
Zeitspanne von 5 Chips ein Signal "0" auszugeben,
woraufhin Ausgabedaten ausgegeben werden. Die Sendedaten sind derart
gestaltet, dass ein Bit 1024 Chips entspricht. Wenn also Daten
im Umfang von N Bits gesendet werden sollen, dauert die Ausgabe
von Daten 1024 × N
Chips an.
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Bezugszeichen 3 bezeichnet
einen Kurz-PN-Code-Generator zum Erzeugen eines vorbestimmten kurzen
PN-Codes nach Erhalt eines Signals S2 (siehe 2B) von einer Steuerschaltung 2 und
Umschaltung auf "1". Der Kurz-PN-Code (Pseudozufalls-Rausch-Code)
ist ein Rauschcode auf Zufallsbasis mit zyklischer Eigenschaft,
bekannt sind hierzu eine M-Sequenz, eine Barker-Sequenz, eine Gold-Sequenz und dergleichen.
Bei dieser Ausführungsform
wird ein elf Chips umfassender Barker-Coder verwendet, und ein Zyklus
umfasst folgende Struktur: 11100010010.
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3 zeigt
ein Ausgangssignal des Kurz-PN-Code-Generators 3.
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Bezugszeichen 4 bezeichnet
einen Orthogonal-PN-Code-Generator zum Erzeugen eines vorbestimmten
orthogonalen PN-Codes, nachdem ein Signal S3 (s. 3E) von der Steuerschaltung "2" auf "1" umgeschaltet
ist. Der orthogonale PN-Code ist hier eine Codesequenz, bei der
Eigenkorrelationsfunktion dann den Wert 0 erreicht, wenn die Phasendifferenz
nicht 0 ist, wobei es sich um einen für die DS/CDMA geeigneten Code
deshalb handelt, weil keine Nebenkeule auftritt. 3D zeigt das Ausgangssignal des Orthogonal-PN-Code-Generators 4.
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Bezugszeichen 5 bezeichnet
einen Addieren zum Addieren eines Ausgangssignals des Kurz-PN-Code-Generators 3 und
des Ausgangssignals des Onthogonal-PN-Code-Generators 4.
Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Multiplizierer zum Multiplizieren
eines Ausgangssignals der Basisbanddaten-Generator-Schaltung 1 und
eines Ausgangssignals des Addierers 5. Das Ausgangssignal
dieses Multiplizierers ist in 3F gezeigt.
Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Oszillator 7 zum Erzeugen
eines Trägers
(vgl. 3H). Bezugszeichen 8 bezeichnet einen
Multiplizierer zum Multiplizieren des Ausgangssignals des Multiplizierers 6 mit
dem des Oszillators 7. Das Ausgangssignal dieses Multiplizierers
ist in 3G gezeigt. Bezugszeichen 9 bezeichnet
einen Verstärker
zum Verstärken
des Ausgangssignals des Multiplizierers B. Bezugszeichen 10 bezeichnet
eine Antenne zum Abstrahlen des Ausgangssignals des Verstärkers 9 in
den Raum.
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Wie oben beschrieben, sendet die
in 2 gezeigte Sendevorrichtung
einen kurzen PN-Code aus elf Chips und anschließend Dummydaten von fünf Chips,
woraufhin die Sendevorrichtung Übertragungsdaten
(Basisbanddaten ) überträgt, die
von einem orthogonalen PN-Code einer Diffusions-Modulation unterzogen
sind.
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Im Folgenden wird die Empfangseinrichtung beschrieben.
In 1 bezeichnet Bezugszeichen 10 eine
Empfangsantenne, Bezugszeichen 12 ein angepasstes SAW-Filter
(einen SAW-Korrelation). SAW ist eine Abkürzung für "Akustische Oberflächenwelle" ("Surface
Acoustic Wave"). 4 ist eine perspektivische
Ansicht eines Aufbaus des SAW-Korrelators 12. In 4 bezeichnet das Bezugszeichen 12a ein Substrat
aus Al2O3 (Saphir),
Position 11b bezeichnet einen AlN-Film (Aluminiumnitridfilm),
der auf diesem Al2O3-Substrat
durch einen MO-CVD-Prozess gebildet ist. Auf diesem AlN-Film sind
durch Photolithographie ein Al-(Aluminium) Eingangsmuster 12c und
ein Al-Anzapfmuster 12d gebildet. Das Al-Anzapfmuster 12d ist
hier ein Muster entsprechend dem oben beschriebenen Barker-Code
(11100010010).
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Wenn das in 5A dargestellte Signal (das gleiche wie
in 3A) von der Empfangsantenne 11 empfangen
und dem Eingangsmuster 12c des angepassten SAW-Filters 12 zugeführt wird,
transformiert sich das Signal in eine akustische Oberflächenwelle (SAW),
breitet sich über
die Oberfläche
des angepassten SAW-Filters 12 aus gelangt dann durch das Anzapfmuster 12d.
Wenn die Phase der übertragenen
Welle exakt übereinstimmt
mit dem Anzapfmuster 10d, so wird jede Wellenamplitude
integriert, und an den Ausgängen 12o und 12o des
Anzapfmusters erscheint gemäß 5B ein Korrelationspeak
oder eine Korrelationsspitze, die 11-mal so groß ist. Wenn die Phase der Wellen
nicht übereinstimmt
mit dem Anzapfmuster 12d, wird die Spannung an den Ausgängen 12o und 12o 1/14
oder weniger von der Korrelationsspitze. Das Ausgangssignal dieses SAW-Korrelators 12 wird
an eine Chipsynchronisationssignal-Generatorschaltung 13 gelegt.
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Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der AlN/Al2O3-Struktur nach 4 ist 1,5-bis 2-mal so groß wie diejenige
anderer piezoelektrischer Elemente, bei spielsweise 6.000 m/s, und
damit können die
Abmessungen für
die Verarbeitung vergrößert werden.
Außerdem
ist der elektromechanische Kopplungskoeffizient relativ groß, er liegt
beispielsweise bei etwa 1% und der Ausbreitungszeit-Temperaturkoeffizient
lässt sich
auf den Wert 0 bringen. Deshalb eignet sich die AlN/Al2O3-Struktur am besten für ein im Gigahertzband arbeitendes
SAW-Material.
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Die Chipsynchronisationssignal-Generatorschaltung
ist eine Schaltung zum Erzeugen eines Synchronisationssignals, welches
die zeitliche Lage angibt, mit der ein orthogonaler PN-Code erzeugt wird.
Wie in 6 gezeigt ist,
enthält
die Chipsynchronisationssignal-Generatorschaltung 13 eine Hüllkurvendetektorschaltung 15,
eine Vergleicherschaltung 16 und eine Synchronisationssignal-Generatorschaltung 17.
Die Hüllkurvendetektorschaltung 15 führt eine
Hüllkurvengleichrichtung
des Ausgangssignals des angepassten SAW-Filters 12 durch und
liefert das Ausgangssignal an den +–Eingangsanschluss des Vergleichens 16,
welcher das Ausgangssignal der Hüllkurvendetektorschaltung 15 mit einer
eingestellten Spannung Vth vergleicht und dann ein Detektorausgangssignal
liefert, wenn ersteres Signal größer als
letzteres ist. Die eingestellte Spannung Vth ist so ausgewählt, dass
die Korrelationsspitze des angepassten SAW-Filters 12 erfasst werden
kann. Wenn also die Korrelationsspitze von dem angepassten SAW-Filter 12 ausgegeben
wird, detektiert die Vergleicherschaltung 16 dieses Ausgangssignal
und gibt ein Detektorsignals an die Synchronisationssignal-Generatorschaltung 17.
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Bei Empfang des Detektorsignals von
dem Vergleichen 16 gibt die Synchronisationssignal-Generatorschaltung 17 ein
Synchronisationssignal Sd ab, nachdem eine voreingestellte Zeit
abgelaufen ist. Diese voreingestellte Zeit ist eine Zeit, in welcher
die Dummydaten nach 5 gesendet
werden. Das heißt:
das Synchronisationssignal Sd kennzeichnet die Zeit, zu der der
Anfangsabschnitt der Basisbanddaten von der Antenne 10 empfangen
wird.
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Bei Erhalt des Synchronisationssignals
Sd erzeugt der Orthogonal-PN-Code-Generator 20 einen orthogonalen
PN-Code, der der gleiche ist wie der des Orthogonal-PN-Codegenerators 4 in 2, und ergibt das Signal
an einen Multiplizieren 22. 5D zeigt
ein Ausgangssignal des Orthogonal-PN-Code-Generators 4.
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Der Trägergenerator 23 ist
eine Schaltung zum Extrahieren eines in dem Ausgangsignal des angepassten
SAW-Filters 12 enthaltenen Trägers und zum Ausgeben des Trägers, nachdem
dessen Pegel einjustiert ist. Wie in 7 zu
sehen ist, enthält
der Trägergenerator 23 einen
Verstärker
24 zum Verstärken
des Ausgangssignals des angepassten SAW-Filters 12, eine
AGC-Schaltung 25 (eine automatische Verstärkungsregelschaltung),
um bei Erhalt des Ausgangssignals von dem Verstärker 24 ein Trägersignal (siehe 5C) ausgegeben, welches
einen nahezu konstanten Pegel hat, und ein Bandpassfilter 26 zum Beseitigen
von Störkomponenten,
die von der Trägerfrequenz
verschieden sind.
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Der Multiplizieren 22 multipliziert
das von dem Trägergenerator 23 ausgegebene
Trägersignal und
den von dem Orthogonal-PN-Codegenerator 20 ausgebenen orthogonalen
PN-Code und gibt das Produkt auf einen Multiplizieren 28 (s. 5E). Der Multiplizierer 28 multipliziert
das von der Antenne 10 empfangene und vom Multiplizierer 22 ausgegebene Signal.
Das heißt,
in diesem Multiplizierer 29 wird eine In-Line-Korrelations-Demodulation
durchgeführt.
Das Ausgangssignal des Multiplizierers 28 wird in einem
Integrator 29 über
die Codelänge
des orthogonalen PN-Codes integriert und zu einem ursprünglichen
Basisbandsignal demoduliert. 5F zeigt
ein Ausgangssignal des Integrators 29.
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Wie oben beschrieben, wird bei der
oben erläuterten
Ausführungsform
ein "Paketverfahren" verwendet, zum Synchronisieren
der Erfassung/Verfolgung wird ein kurzer PN-Code verwendet, und
für die Diffusion
von Sendedaten wird ein orthogonalen PN-Code verwendet. Im Ergebnis
lässt sich
die Korrelationsspitze des kurzen PN-Codes von dem angepassten SAW-Filter 12 innerhalb
des HF-Bands gewinnen, und außerdem
lassen sich ein Synchronisationssignal und ein Trägersignal
extrahieren. Hierdurch ist eine einfache und sehr schnelle Synchronisationserzielung
möglich.
Im Ergebnis wird es möglich, in
einfacher Weise eine CDMA-Kommunikationsvorrichtung unter Verwendung
von In-Line-Korrelation herzustellen.
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Außerdem können digitale Korrelatoren
wie z. B. digitale Gleitkorrelatoren, keine Korrelation im HF-Band
vornehmen (in einem Zustand, in welchem der Träger enthalten ist), und deshalb
ist eine Detektion erforderlich. Außerdem kann eine Korrelation nicht
unterhalb einem niedrigen C/N-Verhältnis (Träger/Rausch-Verhältnis)
vorgenommen werden, unterhalb dessen eine Detektion unmöglich ist.
Im Vergleich dazu ist, weil das angepasste SAW-Filter eine Korrelation
im HF-Band ausführen
kann, möglich, Rauschen
in einem Betrag zu unterdrücken,
der dem durch eine Korrelation erreichten Prozessgewinn entspricht.
Deshalb wird eine Prozessverarbeitung von der Korrelation zu der
Demodulation hin auch bei geringem C/N-Wert möglich.
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Weiterhin ist das angepasste SAW-Filter
ein passives Element, welches keine elektrische Leistung verbraucht.
Hierdurch ist es möglich,
eine Vorrichtung zu schaffen, die eine geringe Menge an elektrischer
Bereitschaftsleistung benötigt.
Da außerdem das
angepasste SAW-Filter am Frontende angesetzt werden kann (im HF-Band),
hat es den Vorteil, dass ein Abwärtswandler
oder dergleichen nicht erforderlich ist.
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Bei der oben beschriebenen Erfindung
ist es möglich,
eine Codemultiplex-Mehrfachzugriff-Vorrichtung
anzugeben, die eine Hochgeschwindigkeits-Synchronisation ermöglicht, die einfach aufgebaut
ist, und die darüber
hinaus einen geringeren Verbrauch elektrischer Leistung im Bereitschaftszustand
ermöglicht.
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Es können zahlreiche verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung ausgestaltet werden, ohne vom Grundgedanken und Schutzumfang
der Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Erfindung
nicht auf die speziellen, hier beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist, vielmehr soll die vorliegende Erfindung unterschiedliche Modifikationen
und äquivalente
Ausgestaltungen abdecken, die im Schutzumfang der hier beanspruchten Erfindung
liegen. Der Schutzumfang der beigefügten Ansprüche soll der breitesten Inter pretation
entsprechen, um sämtliche
solche Modifikationen, äquivalente
Ausgestaltungen und Funktionen zu umfassen.