DE69936712T2

DE69936712T2 - Sende- und Empfangs-Antennendiversität

Info

Publication number: DE69936712T2
Application number: DE69936712T
Authority: DE
Inventors: Besma c/o Sony Deu Kraiem; Janos c/o Sony Deu Enderlein; Markus c/o Sony Deu Zumkeller
Original assignee: Sony Deutschland GmbH
Current assignee: Sony Deutschland GmbH
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2019-06-24
Also published as: EP1063789A1; DE69936712D1; EP1063789B1; US6370369B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Sende- und Empfangs-Antennendiversität in drahtlosen Netzwerken, insbesondere in drahtlosen Netzwerken mit Direktmodus, d. h. der Möglichkeit, dass Netzwerkeinrichtungen, beispielsweise mobile Endgeräte, direkt miteinander kommunizieren, ohne eine zentrale Station oder einen Zugangspunkt als Verstärker zu verwenden.
Ein beispielhaftes drahtloses Netzwerk ist in 3 gezeigt. Allgemein umfassen mobile Endgeräte in drahtlosen Netzwerken, wie beispielsweise dem IEEE 1394-basierten HIPERLAN-Netzwerk des Typs 2, welches unter der Aufsicht des ETSI entwickelt wird, mehrere unterschiedliche gerichtete Antennen, um in der Lage zu sein eine Empfangs-Antennendiversität mit Bezug auf die zentrale Steuereinrichtung oder den Zugangspunkt 18 durchzuführen. In diesem Fall bestimmt der Empfänger eines mobilen Endgeräts 1, 15, 16, 17 die beste Empfangsantenne während einer Downlink-Periode bzw. einer Periode mit Anbindung nach unten einer Kommunikation mit der zentralen Steuereinrichtung oder dem Zugangspunkt 18, und verwendet der Sender des mobilen Endgeräts dieselbe Antenne während einer Uplink-Periode bzw. einer Periode mit Anbindung nach oben. Ein IEEE 1394-Bus mit verbundenen Netzwerkeinrichtungen ist beispielhaft nur für das vierte mobile Endgerät 17 gezeigt.
Der Stand der Technik für sowohl eine Sende- als auch eine Empfangs-Antennendiversität in drahtlosen Netzwerken mit Direktmodus wird durch Umschalten zwischen allen Sende- und Empfangsantennen durchgeführt, um die bereitgestellte Funkverbindungsqualität in allen möglichen Fällen zu bewerten. Falls ein erstes mobiles Endgerät mit einer Netzwerkkartenadresse bzw. einem Mediumzugangssteueridentifikator, d. h. MAC-ID, MT1 N gerichtete Sende- und Empfangsantennen umfasst und ein zweites mobiles Endgerät mit einem Mediumzugangssteueridentifikator MT2 M gerichtete Sende- und Empfangsantennen umfasst, besteht die Notwendigkeit, N·M Messungen durchzuführen, bis das beste Antennenpaar identifiziert ist, da für jede der N gerichteten Sendeantennen des ersten mobilen Endgeräts mit der MAC-IC MT1 alle M Empfangsantennen des zweiten mobilen Endge räts mit der MAC-ID MT2 durchgeschaltet werden müssen, um das Antennenpaar mit der besten Leistung zu ermitteln. Diese N·M Messungen benötigen eine ziemlich lange Zeit, wenn Systeme mit einer größeren Zahl von Sende- und Empfangsantennen, beispielsweise 8 Antennen pro mobilem Endgerät, betrachtet werden.
Ein solches System ist beispielsweise in der Druckschrift GB-A-2 298 338 offenbart.
Die Druckschrift US-A-4 369 520 offenbart ein Empfangssystem bei einer zentralen Station eines Mobilfunksystems, das zum Empfangen eines RF-Signals angeordnet ist, beinhaltend eine Richtungssektor-Antennenkonfiguration mit sechs Antennen und darauf abzielend, ein RF-Signal sofort zu empfangen, um nicht einen Anfangsabschnitt von Informationssignalen zu verlieren, die auf ein von einer mobilen Station übertragenes RF-Signal moduliert sind.
Daher liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, die Zeit zum Identifizieren des besten Antennenpaars im Fall einer Sende- und Empfangs-Antennendiversität zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Durchführen einer Sende- und Empfangs-Antennendiversität zwischen einer ersten Netzwerkeinrichtung und einer zweiten Netzwerkeinrichtung eines drahtlosen Netzwerks gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen davon, insbesondere eine Netzwerkeinrichtung für ein drahtloses Netzwerk, die in einem Verfahren zum Durchführen einer Sende- und Empfangs-Antennendiversität zu verwenden ist, sind Gegenstand der begleitenden Patentansprüche.
In Übereinstimmung mit der Erfindung umfasst eine Netzwerkeinrichtung eines drahtlosen Netzwerks, wie beispielsweise ein mobiles Endgerät eines IEEE1394-basierten HIPERLAN-Netzwerks des Typs 2, welches eine Anzahl von gerichteten Antennen zum Durchführen einer Antennendiversität umfasst, zusätzlich eine omni-direktionale Antenne.
Dazu werden, um erfindungsgemäß eine Sende- und Empfangs-Antennendiversität zwischen einer ersten Netzwerkeinrichtung und einer zweiten Netzwerkeinrichtung eines drahtlosen Netzwerks durchzuführen, die folgenden Schritte durchgeführt:

– Verwenden einer omni-direktionalen Antenne der ersten Netzwerkeinrichtung zum Senden eines Kalibrierungssignals von der ersten Netzwerkeinrichtung an die zweite Netzwerkeinrichtung;
– Identifizieren der besten Empfangsantenne der zweiten Netzwerkeinrichtung durch aufeinander folgendes Umschalten aller gerichteten Antennen und der omni direktionalen Antenne der zweiten Netzwerkeinrichtung in ihren Empfangspfad und jeweils Messen der empfangenen Signalqualität, und Festlegen der identifizierten besten Empfangsantenne als Sende- und Empfangsantenne der zweiten Netzwerkeinrichtung;
– Verwenden der festgelegten Sende- und Empfangsantenne der zweiten Netzwerkeinrichtung zum Senden eines Kalibrierungssignals von der zweiten Netzwerkeinrichtung zu der ersten Netzwerkeinrichtung; und
– Identifizieren der besten Empfangsantenne der ersten Netzwerkeinrichtung durch aufeinander folgendes Umschalten aller gerichteten Antennen und der omni-direktionalen Antenne der ersten Netzwerkeinrichtung in ihren Empfangspfad und jeweils Messen der empfangenen Signalqualität, und Festlegen der identifizierten besten Empfangsantenne als Sende- und Empfangsantenne der ersten Netzwerkeinrichtung.

Damit wird in Übereinstimmung mit der Erfindung die Menge von Messungen, die durchgeführt werden müssen, bis das beste Antennenpaar identifiziert ist, auf N + M + 2 reduziert, falls die erste Netzwerkeinrichtung N gerichtete Antennen und 1 omni-direktionale Antenne umfasst, und die zweite Netzwerkeinrichtung M gerichtete Antennen und 1 omnidirektionale Antenne umfasst.
Die omni-direktionale Antenne einer Netzwerkeinrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung ist bevorzugt getrennt von den geachteten Antennen, jedoch ist es in Übereinstimmung mit einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ebenfalls möglich, dass die omni-direktionale Antenne mittels einer parallelen Verschaltung mehrerer oder aller der gerichteten Antennen aufgebaut ist.
Dieses weitere bevorzugte Ausführungsbeispiel in Übereinstimmung mit der Erfindung hat den Vorteil, dass bestehende Netzwerkeinrichtungen ohne beträchtliche Änderungen in Hardware, sondern durch im wesentlichen Bereitstellen des neuen Steuerungsverfahrens für Antennendiversität in Übereinstimmung mit der Erfindung leicht an das erfindungsgemäße Verfahren angepasst werden können.
Ein Antennenkalibrierungssignal, das in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Durchführen einer Sende- und Empfangs-Antennendiversität mit einer Netzwerkeinrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung zu verwenden ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal verwendet wird, welches bereits innerhalb des mobilen Endgeräts verfügbar ist.
Daher wird kein zusätzlicher Speicherplatz benötigt, um das Kalibrierungssignal in Übereinstimmung mit der Erfindung zu speichern.
Bevorzugt werden ein oder mehrere B16-Viertelsymbole verwendet, um das Antennenkalibrierungssignal zusammenzusetzen, wobei ein B16 ein Viertelsymbol innerhalb einer BCCH/Uplink-Präambel in Übereinstimmung mit dem IEEE1394-basierten HIPERLAN-Netzwerk des Typs 2 ist.
Die Verwendung dieses Signals beherbergt den Vorteil, dass das Spitzenwert-Mittelwert-Leistungsverhältnis und der Dynamikbereich niedrig sind.
Natürlich muss das Kalibrierungssignal während der gesamten Zeit des Umschaltens durch alle verfügbaren Antennen der jeweiligen Empfangsnetzwerkeinrichtung übertragen werden, und muss es über seine Signalperiode homogen sein.
Die Erfindung und ihre zahlreichen Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer, in welchen
1 zwei mobile Endgeräte eines IEEE1394 HIPERLAN-Netzwerks des Typs 2 zeigt, die in Übereinstimmung mit der Erfindung ausgelegt sind;
2 die Antennendiversität zeigt, die für beide in 1 gezeigten mobilen Endgeräte in den Direktmodus eingestellt ist; und
3 ein beispielhaftes IEEE1394-basiertes HIPERLAN-Netzwerk des Typs 2 zeigt.
1 zeigt, dass das erste mobile Endgerät 1 mit dem Mediumzugangssteueridentifikator, d. h. MAC-ID, MT1 die N = 4 gerichteten Antennen 11 bis 14 und eine omni-direktionale Antenne 10 aufweist, welche über eine Schalteinheit 9 mit dem beweglichen Endgerät eines Sende-/Empfangs-Auswahlschalters 2 verbunden sind, welche festen Anschlüsse jeweils mit dem Sender- und Empfänger-Signalpfad des mobilen Endgeräts 1 verbunden sind. In dem Empfänger-Signalpfad ist ein Empfänger 3 direkt mit dem jeweiligen festen Anschluss des Sende-/Empfangs-Auswahlschalters 2 verbunden. Dieser Empfänger erzeugt eine Daten- und Signaleingabe an eine Steuereinrichtung 6 und gibt darüber hinaus ein Signal aus, aus dem eine Signalqualitäts-Messeinheit 5 die empfangene Signalstärke bestimmen kann, welche an die Steuereinrichtung 6 ausgegeben wird. Für den Sender-Signalpfad gibt die Steuereinrichtung 6 eine Daten- und Steuersignal an einen Sender 4 ausgibt, welcher dieses Signal aufwärtswandelt, moduliert und auf eine gegebene Signalstärke verstärkt, welche dem Sender 4 durch ein von der Steuereinrichtung 6 erzeugtes Steuersignal angezeigt wird, und das erzeugte Sendesignal an den jeweiligen festen Anschluss des Sende-/Empfangs-Auswahlschalters 2 ausgibt. Bidirektional verbunden mit der Steuereinrichtung 6 sind eine Benutzerschnittstelle 7 und ein Speicher 8. Ferner gibt die Steuereinrichtung 6 ein Antennenauswahlsignal an die Schalteinheit 9 aus.
Das zweite mobile Endgerät 15 mit dem Mediumzugangssteueridentifikator MT2 sieht identisch zu dem ersten mobilen Endgerät 1 aus, mit Ausnahme des Umstands, dass es M = 8 gerichtete Antennen 21 bis 28 und eine omni-direktionale Antenne 20 umfasst, welche jeweils mit der Schalteinheit 9 verbunden sind.
Im Folgenden wird die Antennendiversität, die zwischen dem ersten mobilen Endgerät 1 mit dem Mediumzugangssteueridentifikator MT1 und dem zweiten mobilen Endgerät 15 mit dem Mediumzugangssteueridentifikator MT2 im Direktmodus eingestellt ist, in Verbindung mit 2 erklärt.
Zum Beispiel gewährt nach der Direktmodus-Verbindungseinstellung und einer Sendeleistungssteuerung die Zugangspunkt- bzw. zentrale Steuereinrichtung 18 Ressourcen für die mobilen Partner-Endgeräte, d. h. das erste mobile Endgerät 1 und das zweite mobile Endgerät 15, um eine Antennendiversitätsauswahl durchzuführen. Daher sendet in einem ersten Schritt S1 das erste mobile Endgerät 1 mit der MAC-ID MT1 unter Verwendung seiner omni-direktionalen Antenne 10 ein Antennendiversitäts-Kalibrierungssignal, im Folgenden AD_Signal, an das zweite mobile Endgerät 15 mit der MAC-ID MT2.
Während der Zeitspanne des gesendeten Signals wird an dem zweiten mobilen Endgerät 15 mit der MAC-ID MT2 durch Umschalten der M = 8 gerichteten Antennen 21 bis 28 und der omni-direktionalen Antenne 20 in den Empfangspfad und sodann Messen der empfangenen Signalqualität, beispielsweise der empfangenen Signalstärke RSS, die beste Empfangsantenne identifiziert. Die gerichtete Antenne x an dem zweiten mobilen Endgerät 15 mit der MAC-ID MT2, welche als beste Empfangsantenne identifiziert ist, beispielsweise die erste gerichtete Antenne 21 des zweiten mobilen Endgeräts 15, wird dann für die Übertragung und den Empfang der Direktmodus-Übertragung mit dem ersten mobilen Endgerät 1 mit der MAC-ID MT1 verwendet. Unter Verwendung dieser Antenne sendet in einem zweiten Schritt S2 das zweite mobile Endgerät 15 sein AD_Signal an das erste mobile Endgerät 1.
Das erste mobile Endgerät 1 führt eine ähnliche Umschaltungs- und Messprozedur mit seinen M = 4 gerichteten Antennen 11 bis 15 und seiner omni-direktionalen 10 durch, um seine beste Empfangsantenne y zu identifizieren, beispielsweise die zweite Antenne 12 des ersten mobilen Endgeräts 1. Diese beiden Antennen y und x, die an dem ersten mobilen Endgerät 1 und an dem zweiten mobilen Endgerät 15 identifiziert wurden, werden dann zur Datenübertragung im Direktmodus zwischen diesen beiden mobilen Endgeräten verwendet.
Grundsätzlich hängen die Anzahlen N und M von gerichteten Antennen von dem verwendeten System ab, und bevorzugt werden N = M ≤ 8 gerichtete Antennen verwendet.
Im Folgenden werden die Erfordernisse des Antennenkalibrierungssignals aufgelistet und erklärt:

– die Länge des Signals muss zum Umschalten und Messen der maximalen, innerhalb eines mobilen Endgeräts verwendeten Antennen ausreichend sein,
– die Stärke des Signals muss über seine Signalzeitspanne homogen sein,
– das Spitze-zu-Mittelwert-Leistungsverhältnis und der Dynamikbereich müssen niedrig sein, und
– um zusätzlichen Raum für die Signalspeicherung zu vermeiden, soll ein Signal eingesetzt werden, welches bereits verfügbar ist.

Natürlich müssen in Abhängigkeit von den Notwendigkeiten des Systems nicht alle dieser 4 Punkte gleichzeitig erfüllt werden.
Wie vorstehend erwähnt wurde, wird die beste Antennenanordnung durch aufeinander folgendes Umschalten aller Antennen in den Empfangspfad und Messen der Signalstärke gefunden werden. Die nachstehende Tabelle 1 enthält eine Schätzung der Zeit (spezifiziert in Teilen einer Symbollänge für das IEEE1394-basierte HIPERLAN-Netzwerk des Typs 2), die zur Messung des Signals und zur Umschaltung von einer Antenne zu der nächsten benötigt wird.

Funktion Symbol

Signalaufnahme und Energieintegration über Antenne n 3/4

Aufbau einer Umschaltung zu Antenne n + 1 1/4

Tabelle 1: Länge des Antennenkalibrierungssignals für eine Antenne
Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wird für die Messung und die Umschaltung von einer Antenne eine Zeit von etwa einem OFDM-Symbol, d. h. 3,2 μs, benötigt, weshalb für N = 8 gerich tete Antennen und eine omni-direktionale Antenne ein Kalibrierungssignal mit einer Länge von 9 Symbolen = 28,8 μs notwendig ist.
Bevorzugt ist jedes dieser 9 OFDM-Symbole aus 4 Viertelsymbolen zusammengesetzt, wie sie für die BCCH/Uplink-Präambel innerhalb des IEEE1394-basierten HIPERLAN Typ 2-Standards eingeführt worden sind. Wie erforderlich erreicht die Zeitbereich-Wellenform der B16-Symbole ein niedriges Spitze-zu-Mittelwert-Leistungsverhältnis und einen kleinen Dynamikbereich. Daher wird es bevorzugt, B16-Symbole zu verwenden, um das Antennenkalibrierungssignal zusammenzusetzen.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf IEEE1394 beschränkt und ebenfalls nicht auf HIPERLAN Typ 2. Im allgemeinen sind ein beliebiges drahtloses Netzwerk und Netzwerkeinrichtungen innerhalb einer solchen, ein Netzwerk unterstützenden Antennendiversität auf die Erfindung anwendbar. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht ausschließlich auf den Direktmodus beschränkt, sondern es ist ebenfalls denkbar, dass die Antennendiversität gemäß der Erfindung zwischen einem mobilen Endgerät und der zentralen Steuereinrichtung/dem Zugangspunkt durchgeführt werden kann.

Claims

Verfahren zum Durchführen einer Sende- und Empfangs-Antennendiversity zwischen einer ersten Netzwerkeinrichtung (1) und einer zweiten Netzwerkeinrichtung (15) eines drahtlosen Netzwerks, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Verwenden einer omni-direktionalen Antenne (10) der ersten Netzwerkeinrichtung (1) zum Senden eines Kalibrierungssignals von der ersten Netzwerkeinrichtung (1) an die zweite Netzwerkeinrichtung (15); – Identifizieren der besten Empfangsantenne (x) der zweiten Netzwerkeinrichtung (15) durch aufeinander folgendes Umschalten aller gerichteten Antennen (21 bis 28) und einer omni-direktionalen Antenne (20) der zweiten Netzwerkeinrichtung (15) in ihren Empfangspfad und jeweils Messen der empfangenen Signalqualität, und Festlegen der identifizierten besten Empfangsantenne (x) als Sende- und Empfangsantenne der zweiten Netzwerkeinrichtung (15); – Verwenden der festgelegten Sende- und Empfangsantenne (x) der zweiten Netzwerkeinrichtung (15) zum Senden eines Kalibrierungssignals von der zweiten Netzwerkeinrichtung (15) zu der ersten Netzwerkeinrichtung (1); und – Identifizieren der besten Empfangsantenne (y) der ersten Netzwerkeinrichtung (1) durch aufeinander folgendes Umschalten aller gerichteten Antennen (11 bis 14) und der omni-direktionalen Antenne (10) der ersten Netzwerkeinrichtung (1) in ihren Empfangspfad und jeweils Messen der empfangenen Signalqualität, und Festlegen der identifizierten besten Empfangsantenne (y) als Sende- und Empfangsantenne der ersten Netzwerkeinrichtung (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das drahtlose Netzwerk ein IEEE 1394-basiertes HIPERLAN-Netzwerk des Typs 2 ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerkeinrichtung ein mobiles Endgerät (1, 15) oder eine zentrale Steuereinrichtung (18) ist.
Netzwerkeinrichtung für ein drahtloses Netzwerk, die in einem Verfahren zum Durchführen einer Sende- und Empfangs-Antennendiversity gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 zu verwenden ist, umfassend eine Anzahl von gerichteten Antennen (11 bis 14; 21 bis 28) und eine omni-direktionale Antenne (10; 20), dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Mitteln zum Durchführen aller Verfahrensschritte nach Anspruch 1, 2 oder 3 versehen ist.
Netzwerkeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die omnidirektionale Antenne (10; 20) mittels einer parallelen Verschaltung zumindest einer der gerichteten Antennen (11 bis 14; 21 bis 28) aufgebaut ist.
Netzwerkeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die omnidirektionale Antenne (10; 20) mittels einer parallelen Verschaltung aller der gerichteten Antennen (11 bis 14; 21 bis 28) aufgebaut ist.
Netzwerkeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch ein Maximum von 8 gerichteten Antennen.
Netzwerkeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein mobiles Endgerät oder eine zentrale Steuereinrichtung ist.
Netzwerkeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem IEEE 1394-basierten, drahtlosen HIPERLAN-Netzwerk des Typs 2 verwendet wird.