ITMI961369A1

ITMI961369A1 - METHOD FOR THE AUTOMATIC SELECTION OF A BEAM BETWEEN THOSE FORMED BY A MULTI-BEAM ANTENNA IN PARTICULAR FOR RADIO-MOBILE SYSTEMS

Info

Publication number: ITMI961369A1
Application number: IT96MI001369A
Authority: IT
Inventors: Fulvio Margherita
Original assignee: Italtel Spa
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1998-01-04
Also published as: EP0817308A2; IT1285217B1; EP0817308A3; EP0817308B1; ITMI961369A0; DE69717354D1; DE69717354T2

Description

Descrizione della domanda di brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: "Metodo per la selezione automatica di un fascio tra quelli formati da un'antenna multifascio, in particolare per sistemi radiomobili" Description of the patent application for Industrial Invention entitled: "Method for the automatic selection of a beam among those formed by a multibeam antenna, in particular for mobile radio systems"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Campo di applicazione Field of application

La presente invenzione fa riferimento ad un metodo per la selezione automatica di un fascio tra quelli formati da un'antenna multifascio, in particolare per sistemi radiomobili . The present invention refers to a method for the automatic selection of a beam among those formed by a multibeam antenna, in particular for mobile radio systems.

Più specificatamente l'invenzione si riferisce ad un metodo per la selezione di un fascio tra quelli formati da un'antenna multifascio, in particolare per sistemi radiomobili comprendenti un apparecchio ricevitore di segnali in radiofrequenza dotato di un'antenna direttiva a fascio orientabile, un formatore di fascio collegato a valle dell'antenna ed un dispositivo di selezione di un fascio ottimale collegato al formatore di fascio. More specifically, the invention relates to a method for selecting a beam from among those formed by a multi-beam antenna, in particular for mobile radio systems comprising a radio frequency signal receiver apparatus equipped with an orientable beam direction antenna, a former beam connected downstream of the antenna and an optimal beam selection device connected to the beam former.

Arte nota Known art

Come è ben noto, un sistema di telefonia radiomobile prevede una pluralità di apparecchi telefonici portatili, cosiddetti telefoni cellulari, in comunicazione con una stazione base dotata di un'antenna ricevente ed emittente. As is well known, a mobile radio telephone system provides a plurality of portable telephone sets, so-called cellular telephones, in communication with a base station equipped with a receiving and transmitting antenna.

I vari telefoni cellulari sono in movimento e l'antenna della stazione base deve poter ricevere e trasmettere segnali in radiofrequenza da e verso tali apparecchi mobili. The various mobile phones are in motion and the base station antenna must be able to receive and transmit radio frequency signals to and from these mobile devices.

Per questo scopo vengono di norma utilizzate antenne omnidirezionali o trisettoriali con un'apertura di 120° per settore. Le antenne di questo tipo hanno un diagramma di radiazione uniforme rispetto ad un piano orizzontale parallelo alla superficie terrestre. For this purpose, omnidirectional or trisectoral antennas with an aperture of 120 ° per sector are usually used. Antennas of this type have a uniform radiation pattern with respect to a horizontal plane parallel to the earth's surface.

Questa soluzione comporta però un notevole spreco di potenza elettrica ed un alto livello di interferenza tra i telefoni cellulari che appartengono ad aree diverse ma che utilizzano la stessa frequenza. However, this solution involves a considerable waste of electrical power and a high level of interference between cellular phones which belong to different areas but which use the same frequency.

Per ovviare a questi problemi sono state proposte antenne cosiddette intelligenti le quali consentono di ricevere e trasmettere con un diagramma di radiazione orientabile verso il radiomobile. To overcome these problems, so-called intelligent antennas have been proposed which allow to receive and transmit with a radiation pattern that can be oriented towards the mobile radio.

Si tratta in sostanza di antenne che possono ricevere e trasmettere con una pluralità di diagrammi di radiazione aventi massima intensità in direzioni diverse e per le quali la potenza che la stazione base riserva ad un singolo utente è concentrata in un settore angolare molto ridotto, anche di soli 20°, denominato nel seguito fascio. Basically, these are antennas that can receive and transmit with a plurality of radiation patterns having maximum intensity in different directions and for which the power that the base station reserves for a single user is concentrated in a very small angular sector, even of only 20 °, hereinafter referred to as the beam.

Con tali antenne direttive la potenza totale irradiata dalla stazione base è minore rispetto a quella richiesta per una copertura omnidirezionale ed il livello di interferenza globale è piuttosto ridotto. With these directional antennas, the total power radiated by the base station is less than that required for omnidirectional coverage and the overall interference level is rather low.

Un'antenna multifascio dotata di un sistema che seleziona con continuità il fascio migliore per la ricezione e trasmissione prende il nome di "antenna intelligente" . A multi-beam antenna equipped with a system that continuously selects the best beam for reception and transmission is called an "intelligent antenna".

Una possibile struttura è illustrata schematicamente in figura 1. A possible structure is schematically illustrated in figure 1.

In essa è indicato con 10 un blocco corrispondente ad una pluralità di elementi radianti e/o riceventi allineati tra loro con una disposizione lineare o planare, comunemente chiamato array. In it, 10 indicates a block corresponding to a plurality of radiating and / or receiving elements aligned with each other in a linear or planar arrangement, commonly called an array.

I segnali 1, 2, 3 o 4, ricevuti dai vari elementi radianti differiscono solo per un fattore di fase e sono combinati tra loro da un formatore di fascio 5 o beam former. The signals 1, 2, 3 or 4, received by the various radiating elements differ only by a phase factor and are combined with each other by a beam former 5 or beam former.

Il formatore di fascio 5 è un dispositivo che riceve in ingresso segnali provenienti dai vari elementi radianti dell'array e li elabora per fornire in uscita i segnali ricevuti sui diversi fasci. Un tale dispositivo può essere realizzato sia con componenti analogici funzionanti in radiofrequenza (ad esempio matrici di Butler), sia con una semplice realizzazione digitale funzionante in banda base. The beam former 5 is a device which receives signals from the various radiating elements of the array as input and processes them to output the signals received on the different beams. Such a device can be made both with analog components operating in radiofrequency (for example Butler matrices), and with a simple digital implementation operating in baseband.

Più in particolare, il formatore di fascio 5 effettua una pluralità di combinazioni lineari dei segnali d'ingresso utilizzando opportuni coefficienti moltiplicativi. Sono previste anche plurime porte di uscita che possono essere connesse ad un ricevitore tramite un blocco commutatore. More particularly, the beam former 5 carries out a plurality of linear combinations of the input signals using suitable multiplicative coefficients. Multiple output ports are also provided which can be connected to a receiver via a switch block.

Ad esempio, connettendo un ricevitore 6 RX alla iesima porta del formatore di fascio, l'array 10 riceve in corrispondenza di un fascio di segnali centrato in una predeterminata direzione θi. For example, by connecting an RX receiver 6 to the ith port of the beam former, the array 10 receives at a signal beam centered in a predetermined direction θi.

Ovviamente, il funzionamento del formatore di fascio 5 è concettualmente da intendersi bidirezionale, nel senso che tramite un blocco commutatore 8 è anche possibile collegare le porte di uscita ad un trasmettitore 7 TX per poter ricevere segnali da trasmettere su un predeterminato fascio. Obviously, the operation of the beam former 5 is conceptually to be understood as bidirectional, in the sense that through a switch block 8 it is also possible to connect the output ports to a transmitter 7 TX in order to be able to receive signals to be transmitted on a predetermined beam.

La selezione di un fascio su cui trasmettere o ricevere verso e da un predeterminato radiomobile viene effettuata tramite un dispositivo di selezione 9 che elabora il segnale ricevuto su diversi fasci e comanda il blocco commutatore per collegare il ricevitore 6 o il trasmettitore 7 al fascio che garantisce la miglior comunicazione possibile con quel dato radiomobile. The selection of a beam on which to transmit or receive to and from a predetermined mobile radio is carried out by means of a selection device 9 which processes the signal received on different beams and controls the switch block to connect the receiver 6 or the transmitter 7 to the beam which guarantees the best possible communication with that mobile data.

La presente invenzione riguarda specificatamente una nuova metodologia di selezione del fascio da attuare in detto dispositivo di selezione 9. The present invention specifically relates to a new beam selection methodology to be implemented in said selection device 9.

Per meglio comprendere gli aspetti dell'invenzione conviene prendere brevemente in considerazione le problematiche insite nella ricezione di segnali aventi differenti direzioni di arrivo. In order to better understand the aspects of the invention, it is convenient to briefly consider the problems inherent in the reception of signals having different directions of arrival.

Una soluzione nota propone di rilevare la direzione di arrivo di un segnale tramite campioni dei segnale ricevuti dagli n elementi radianti dell'array 10. A known solution proposes to detect the direction of arrival of a signal by means of samples of the signals received by the n radiating elements of the array 10.

Se un telefono cellulare è la sorgente di un tale segnale, il poter rilevare la direzione di arrivo del segnale consentirebbe di stabilire in quale direzione puntare il fascio per la trasmissione e la ricezione verso il cellulare stesso. If a mobile phone is the source of such a signal, being able to detect the direction of arrival of the signal would allow to determine in which direction to point the beam for transmission and reception towards the mobile phone itself.

Questa soluzione si è dimostrata valida quando il segnale raggiunge la stazione ricevente seguendo un solo cammino. Quando però la propagazione del segnale avviene attraverso cammini multipli, non è più possibile utilizzare questa tecnica per i seguenti motivi: This solution has proved valid when the signal reaches the receiving station following only one path. However, when the signal propagation occurs through multiple paths, it is no longer possible to use this technique for the following reasons:

- un elevato numero di cammini, e di corrispondenti direzioni di arrivo, fa aumentare il carico computazionale a carico del dispositivo di selezione; - a high number of paths, and corresponding arrival directions, increases the computational load on the selection device;

- una volta a conoscenza delle direzioni di arrivo di tutti i segnali aventi uno scarto angolare relativamente grande, non è mai semplice stabilire quale fascio utilizzare per la trasmissione e la ricezione in modo da ottimizzare la qualità del collegamento. - once aware of the arrival directions of all signals having a relatively large angular deviation, it is never easy to establish which beam to use for transmission and reception in order to optimize the quality of the connection.

Consideriamo a puro titolo di esempio due segnali aventi direzioni di arrivo molto vicine tra loro ed aventi anche ampiezza molto elevata. Essi possono anche dare luogo ad un canale trasmissivo inadeguato a causa della presenza di una grave interferenza. Let us consider, purely by way of example, two signals having arrival directions very close to each other and also having very high amplitude. They can also result in an inadequate transmission channel due to the presence of severe interference.

Invece, un altro fascio sul quale viaggia un segnale di ampiezza minore potrebbe rappresentare un canale di trasmissione migliore se fosse privo di interferenze. On the other hand, another beam on which a signal of lower amplitude travels could represent a better transmission channel if it were free of interference.

Una seconda soluzione nota propone di selezionare il fascio di comunicazione in base al livello di potenza ricevuto. A second known solution proposes to select the communication beam on the basis of the received power level.

In assenza di rumore, la misura del livello del segnale ricevuto su un determinato fascio consente di ricavare la somma delle ampiezze in fase di tutti i segnali che raggiungono la stazione base all'interno di un settore angolare coperto dal fascio stesso. In the absence of noise, the measurement of the level of the signal received on a given beam makes it possible to obtain the sum of the amplitudes in phase of all the signals that reach the base station within an angular sector covered by the beam itself.

E' tuttavia difficile ipotizzare una totale assenza di rumore e la presenza di rumore complica i calcoli per misurare il livello di potenza. However, it is difficult to assume a total absence of noise and the presence of noise complicates the calculations for measuring the power level.

Se il rumore è prodotto dalle apparecchiature in ricezione, oppure è rumore atmosferico, è ragionevole ipotizzare che la potenza sui diversi fasci sia la stessa e, quindi, la massima potenza misurabile corrisponderebbe effettivamente alla massima potenza del segnale. If the noise is produced by the receiving equipment, or it is atmospheric noise, it is reasonable to assume that the power on the different beams is the same and, therefore, the maximum measurable power would actually correspond to the maximum signal power.

Se invece il rumore è dovuto ad una interferenza da parte del segnale di un radiomobile che sta trasmettendo su una frequenza adiacente, è presumibile che i fasci che puntano verso tale radiomobile abbiano una maggiore potenza di rumore. If, on the other hand, the noise is due to interference from the signal of a mobile radio that is transmitting on an adjacent frequency, it is presumable that the beams pointing towards this mobile radio have a greater noise power.

In quest'ultimo caso, la massima potenza misurata potrebbe non corrispondere al fascio con la massima potenza di segnale in quanto la potenza misurata è pari alla somma: In the latter case, the maximum measured power may not correspond to the beam with the maximum signal power as the measured power is equal to the sum:

<P>misurata = <P>segnale <+ P>rumore <P> measured = <P> signal <+ P> noise

Questo problema è purtroppo ineliminabile quando l'interferenza è presente sullo stesso canale di trasmissione, mentre può essere parzialmente risolto con un filtraggio quando l'interferenza è presente su frequenze diverse . Unfortunately, this problem cannot be eliminated when the interference is present on the same transmission channel, while it can be partially solved with filtering when the interference is present on different frequencies.

Un altro inconveniente della metodologia di selezione del fascio proposta da questa tecnica nota è dato dal fatto che non viene presa in considerazione la possibile distorsione introdotta dal canale. Another drawback of the beam selection methodology proposed by this known technique is that the possible distortion introduced by the channel is not taken into consideration.

Infatti, la presenza di echi che arrivano al ricevitore con predeterminati ritardi provoca ulteriore interferenza che ad esempio nel ricevitore GSM si cerca di demodulare utilizzando un apposito algoritmo di filtraggio noto come algoritmo di Viterbi. In fact, the presence of echoes arriving at the receiver with predetermined delays causes further interference which, for example, in the GSM receiver an attempt is made to demodulate using a special filtering algorithm known as the Viterbi algorithm.

In questo contesto, un canale comprendente una pluralità di echi con ritardi notevoli tra loro può risultare molto distorcente anche se il segnale viene ricevuto con un livello elevato. In this context, a channel comprising a plurality of echoes with considerable delays between them can be very distorting even if the signal is received at a high level.

Per contro, un canale con un unico eco non distorce il segnale e può risultare migliore, dal punto di vista della qualità del collegamento, anche se il segnale è ricevuto con un basso livello. On the other hand, a channel with a single echo does not distort the signal and can be better, from the point of view of the quality of the connection, even if the signal is received at a low level.

Il problema tecnico che sta alla base della presente invenzione è quello di escogitare una metodologia per la selezione di un fascio ottimale di segnali, in particolare per sistemi radiomobili, la quale abbia caratteristiche tali da consentire di migliorare le prestazioni delle antenne riceventi i segnali dei radiomobili superando le limitazioni che sono tuttora presenti nelle soluzioni secondo l'arte nota. The technical problem underlying the present invention is that of devising a methodology for the selection of an optimal signal beam, in particular for mobile radio systems, which has characteristics such as to allow to improve the performance of the antennas receiving the signals of mobile radios. overcoming the limitations that are still present in the solutions according to the known art.

Sommario dell'invenzione Summary of the invention

L'idea di soluzione che sta alla base della presente invenzione è quella di individuare un fascio ottimale di trasmissione che rende minima una stima della probabilità di errore di decodifica dei segnali ricevuti. The solution idea underlying the present invention is that of identifying an optimal transmission beam which minimizes an estimate of the probability of decoding error of the received signals.

Sulla base di tale idea di soluzione il problema tecnico è risolto da un metodo del tipo precedentemente indicato e caratterizzato dal fatto che la selezione del fascio ottimale viene effettuata da detto dispositivo scegliendo un fascio che presenta il valore massimo di un parametro <d>min definito come la distanza minima tra i segnali ricevuti relativi a tutte le combinazioni di due diverse sequenze di simboli trasmessi. On the basis of this solution idea, the technical problem is solved by a method of the type previously indicated and characterized in that the selection of the optimal beam is carried out by said device by choosing a beam that has the maximum value of a defined parameter <d> min. as the minimum distance between the received signals relative to all combinations of two different sequences of symbols transmitted.

Le caratteristiche ed i vantaggi del metodo secondo l'invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di un suo esempio di attuazione dato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ad una apparecchiatura di ricezione/trasmissione di segnali illustrata nei disegni allegati. The characteristics and advantages of the method according to the invention will emerge from the description, given below, of an embodiment thereof given by way of non-limiting example with reference to a signal receiving / transmitting apparatus illustrated in the attached drawings.

Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings

In tali disegni: In such drawings:

- la figura 1 mostra una vista schematica di un ricevitore/trasmettitore di segnali GSM dotato di un'antenna "intelligente"; Figure 1 shows a schematic view of a GSM signal receiver / transmitter equipped with an "intelligent" antenna;

- la figura 2 mostra uno schema di flusso di fasi operative del ricevitore di figura 1 in accordo con il metodo secondo la presente invenzione; Figure 2 shows a flow diagram of the operating steps of the receiver of Figure 1 in accordance with the method according to the present invention;

la figura 3 mostra una rappresentazione schematica di posizione, lunghezza e periodo di una sequenza di training di un "normal burst" ricevuto dal ricevitore di figura 1; Figure 3 shows a schematic representation of position, length and period of a training sequence of a "normal burst" received by the receiver of Figure 1;

la figura 4 mostra un diagramma di autocorrelazione relativo al segnale di figura 3. Figure 4 shows an autocorrelation diagram relating to the signal of Figure 3.

Descrizione dettagliata Detailed description

Per meglio comprendere le varie fasi operative del metodo secondo l'invenzione, analizzeremo nuovamente la struttura generale di un apparecchio ricevitore GSM già presentato con riferimento alla figura 1. Vale la pena di ricordare che l'apparecchio di figura 1 è dotato di un array 10 composto da una pluralità di elementi radianti. To better understand the various operating phases of the method according to the invention, we will again analyze the general structure of a GSM receiver device already presented with reference to Figure 1. It is worth remembering that the device of Figure 1 is equipped with an array 10 composed of a plurality of radiating elements.

I segnali provenienti dai diversi elementi dell'array passano attraverso un gruppo di componenti analogici quali: amplificatori a basso rumore (LNA), convertitori a frequenza intermedia e i filtri analogici per la reiezione del canale adiacente. Tali componenti sono schematizzati dal blocco 11 di figura 2. The signals coming from the different elements of the array pass through a group of analog components such as: low noise amplifiers (LNA), intermediate frequency converters and analog filters for the rejection of the adjacent channel. These components are schematized by block 11 of figure 2.

Il controllo automatico del guadagno viene realizzato in un blocco 12 AGC misurando il livello del segnale durante un burst (pacchetto di bit) della trama precedente. Il guadagno fornito è un multiplo intero di 2 dB. The automatic gain control is realized in an AGC block 12 by measuring the signal level during a burst (bit packet) of the previous frame. The gain provided is an integer multiple of 2 dB.

Viene quindi eseguita una conversione A/D schematizzata in blocco 13. Il convertitore analogico digitale è ad alta velocità e con una precisione di 8 bit (compreso il segno). A schematic A / D conversion is then performed in block 13. The analog to digital converter is at high speed and with an accuracy of 8 bits (including sign).

Questi ultimi due componenti sono di struttura di per sé nota. These last two components have a known structure in themselves.

Viene quindi effettuata una conversione in banda base del segnale. Il segnale di battimento è un'onda quadra il cui spettro è composto dalla frequenza fondamentale (IF) e dalla terza armonica. A baseband conversion of the signal is then performed. The beat signal is a square wave whose spectrum is composed of the fundamental frequency (IF) and the third harmonic.

Un filtro 15 a valle del blocco 13 serve per eliminare le componenti di rumore centrate sulla terza armonica che altrimenti si troverebbero in banda base e all'uscita di un successivo mixer 16. A filter 15 downstream of block 13 serves to eliminate the noise components centered on the third harmonic which would otherwise be found in the base band and at the output of a subsequent mixer 16.

Un filtro 17 passabasso è inserito a valle del mixer 16 e prima di un blocco 18 di decimazione. Tale filtro 17 serve per eliminare il rumore alle frequenze multiple del tasso di decimazione che si ritroverebbero in banda base dopo la decimazione e per eliminare le frequenze di seconda e quarta armonica presenti all'uscita del mixer 16. A low pass filter 17 is inserted downstream of the mixer 16 and before a decimation block 18. This filter 17 is used to eliminate the noise at the multiple frequencies of the decimation rate that would be found in the base band after decimation and to eliminate the second and fourth harmonic frequencies present at the output of the mixer 16.

In ingresso del formatore di fascio o beam former 5, i segnali provenienti dagli elementi dell'array di antenne devono aver subito la stessa amplificazione anche se il controllo automatico del guadagno ha operato in modo indipendente sul segnale di ogni elemento dell'array. At the input of the beam former 5, the signals coming from the elements of the antenna array must have undergone the same amplification even if the automatic gain control operated independently on the signal of each element of the array.

Un dispositivo 14 di deenfasi equalizza il guadagno dei diversi elementi radianti. A deemphasis device 14 equalizes the gain of the different radiating elements.

Una volta che i segnali provenienti dagli elementi dell'antenna sono equalizzati, il beam former 5 li combina linearmente in modo da formare i diversi fasci. Once the signals coming from the antenna elements are equalized, the beam former 5 combines them linearly to form the different beams.

I segnali 1, 2, 3, 4 così formati vengono inviati al dispositivo di selezione 9 che è preposto ad effettuare la selezione del fascio migliore individuando quello per il quale la stima della probabilità di errore di decodifica dei segnali ricevuti è minima. Le operazioni svolte da questo dispositivo, per ogni fascio, sono: The signals 1, 2, 3, 4 thus formed are sent to the selection device 9 which is designed to select the best beam by identifying the one for which the estimate of the probability of decoding error of the received signals is minimal. The operations performed by this device, for each beam, are:

• la stima della risposta impulsiva h(t),-• il calcolo dell'autocorrelazione • the estimate of the impulse response h (t), - • the calculation of the autocorrelation

• il calcolo della distanza minima al quadrato • the calculation of the minimum squared distance

dove ε è la sequenza differenza come definito nel seguito . where ε is the difference sequence as defined below.

Queste tre operazioni sono state schematizzate nei blocchi 19, 20, 21 e 22 rispettivamente. Le modalità con cui il dispositivo 9 effettua queste operazioni verranno descritte in dettaglio nel seguito. These three operations have been schematized in blocks 19, 20, 21 and 22 respectively. The ways in which the device 9 carries out these operations will be described in detail below.

Dopo aver calcolato la distanza minima per ciascuno dei fasci il dispositivo di selezione 9 comanda una coppia di multiplexer che forniscono i parametri del filtro e il segnale d'ingresso ad un circuito che realizza un filtro adattato 23. After calculating the minimum distance for each of the beams, the selection device 9 controls a pair of multiplexers which supply the parameters of the filter and the input signal to a circuit which forms a matched filter 23.

L'uscita del filtro adattato 23 è quindi campionata in un blocco di decimazione 24 con un tasso pari alla frequenza di simbolo e i campioni così ottenuti sono inviati ad un demodulatore 25 di Viterbi. The output of the adapted filter 23 is then sampled in a decimation block 24 with a rate equal to the symbol frequency and the samples thus obtained are sent to a demodulator 25 in Viterbi.

In un sistema di modulazione lineare, il segnale ricevuto può essere definito come una funzione temporale r(t) ricavata come una sommatoria di una sequenza di simboli da trasmettere ak: In a linear modulation system, the received signal can be defined as a time function r (t) obtained as a sum of a sequence of symbols to be transmitted to k:

dove T è la durata di un dato simbolo e h(t) è la risposta impulsiva del sistema di trasmissione. where T is the duration of a given symbol and h (t) is the impulse response of the transmission system.

Qui di seguito per sistema di trasmissione si intende l'insieme dei filtri in trasmissione, del canale di trasmissione (ipotizzato lineare e stazionario) e dei filtri in ricezione. Hereinafter, the transmission system refers to the set of transmission filters, the transmission channel (assumed linear and stationary) and the reception filters.

Se il rumore è di tipo gaussiano bianco il demodulatore ottimale dev'essere in grado di calcolare, per tutte le possibili sequenze trakmesse b la distanza tra il segnale effettivamente ricevuto r(t) ed un segnale rb(t) definito come: If the noise is of the white Gaussian type, the optimal demodulator must be able to calculate, for all the possible sequences transmitted b, the distance between the actually received signal r (t) and a signal rb (t) defined as:

e scegliere la sequenza bk a cui corrisponde il valore minimo di questa distanza. and choose the sequence bk to which the minimum value of this distance corresponds.

Ne deriva che tanto maggiori sono le distanze di tra le possibili sequenze ricevute tanto minore sarà, a parità di rumore n(t), la probabilità di un'errata decodifica. It follows that the greater the distances of between the possible sequences received, the less will be, with the same noise n (t), the probability of an incorrect decoding.

In particolare, la probabilità di errore di decodifica dei segnali ricevuti è molto sensibile al valore minimo di questa distanza che definiremo dmin <e >che risulta, per quanto detto, funzione della risposta impulsiva h(t). In particular, the probability of decoding error of the received signals is very sensitive to the minimum value of this distance which we will define dmin <e> which results, for what has been said, a function of the impulse response h (t).

Si possono anche ricavare dei limiti superiore ed inferiore alla probabilità di errore, tutto ciò nell'ipotesi di effettuare una demodulazione a massima verosimiglianza . It is also possible to derive upper and lower limits to the probability of error, all this in the hypothesis of carrying out a demodulation at maximum likelihood.

Da tali limiti si può ricavare che il parametro dmin e un indice affidabile della probabilità d'errore. From these limits it can be deduced that the parameter dmin is a reliable index of the probability of error.

Vediamo ora di analizzare in maggiore dettaglio ed in modo formale quanto enunciato in precedenza. Let us now analyze in greater detail and in a formal way what was stated above.

Siano an e bn due possibili sequenze di simboli trasmessi, e gli inviluppi complessi dei corrispondenti segnali ricevuti, e da-b la distanza tra tali segnali. Tutti questi elementi sono definiti nel seguente modo: Let an and b be two possible sequences of transmitted symbols, and the complex envelopes of the corresponding received signals, and give-b the distance between these signals. All these elements are defined as follows:

dove h (t) è l'inviluppo complesso della risposta impulsiva del sistema di trasmissione e N è il numero di simboli trasmessi. where h (t) is the complex envelope of the impulse response of the transmission system and N is the number of symbols transmitted.

Detta εn la sequenza differenza, risulta Called εn the difference sequence, it results

Per valutare le prestazioni di un determinato canale di comunicazione sarà opportuno stimare la distanza minima tra quelle relative a tutte le combinazioni in due diverse sequenze di simboli. To evaluate the performance of a given communication channel, it will be appropriate to estimate the minimum distance between those relating to all the combinations in two different sequences of symbols.

Un'array 10 multifascio che permette di ricevere con n diversi diagrammi di radiazione, mette a disposizione n diversi canali con altrettante risposte impulsive h1 (t)...hn (t). Pertanto, la selezione del fascio ottimale può essere fatta (se sono note tutte le risposte impulsive h(t)) scegliendo quello che presenta il valore massimo del parametro dmin. A multibeam array 10 which allows to receive with n different radiation patterns, provides n different channels with as many impulsive responses h1 (t) ... hn (t). Therefore, the selection of the optimal beam can be made (if all the impulsive responses h (t) are known) by choosing the one that has the maximum value of the parameter dmin.

Lo standard di trasmissione GSM prevede la trasmissione, al centro di ogni burst, di una sequenza di training che permette al ricevitore di stimare appunto la risposta impulsiva h(t). The GSM transmission standard provides for the transmission, at the center of each burst, of a training sequence that allows the receiver to estimate the impulsive response h (t).

La stima della h (t) è pertanto già prevista per poter realizzare il filtro adattato 23 che la teoria prevede nel ricevitore ottimo. The estimate of the h (t) is therefore already foreseen in order to realize the adapted filter 23 that the theory foresees in the optimal receiver.

Il metodo secondo l'invenzione prevede di effettuare questa stima a monte del ricevitore e di utilizzarla sia per la selezione del fascio sia all'interno del ricevitore per implementare il filtro adattato. The method according to the invention provides to carry out this estimate upstream of the receiver and to use it both for the selection of the beam and inside the receiver to implement the adapted filter.

Vediamo ora come viene effettuata l'operazione di stima della risposta all'impulso h(t) nel dispositivo di selezione 9. Let us now see how the impulse response estimation operation h (t) is carried out in the selection device 9.

In ogni burst trasmesso all'apparecchio ricevitore è inserita una sequenza di training cn che è nota al ricevitore stesso. In each burst transmitted to the receiver a training sequence cn is inserted which is known to the receiver itself.

Su un canale dati o telefonico tale sequenza di training cn è inserita al centro del burst. On a data or telephone channel this training sequence cn is inserted in the center of the burst.

Come è noto dalle specifiche GSM, per un "normal burst", tale sequenza, di durata Ltr pari a ventisei bit, è periodica con periodo Ρtr pari a sedici bit, come illustrato in figura 3. As is known from the GSM specifications, for a "normal burst", this sequence, having a duration Ltr equal to twenty-six bits, is periodic with a period Ρtr equal to sixteen bits, as illustrated in Figure 3.

Tale sequenza è definita in modo tale che 1 'autocorrelazione Rc(m) sia il più possibile impulsiva, come mostrato in figura 4. This sequence is defined in such a way that the autocorrelation Rc (m) is as impulsive as possible, as shown in Figure 4.

Se il segnale ricevuto r (t) viene campionato con un periodo T pari al tempo di bit, gli istanti di campionamento possono essere definiti con e con If the received signal r (t) is sampled with a period T equal to the bit time, the sampling instants can be defined with and with

I vari campioni vengono moltiplicati per i simboli del periodo centrale della sequenza di training e la sommatoria U(δt) di tali prodotti è ricavabile da: The various samples are multiplied by the symbols of the central period of the training sequence and the sum U (δt) of these products can be obtained from:

che, nell'ipotesi di: which, in the hypothesis of:

diventa: becomes:

e consente di ottenere un campione della risposta impulsiva relativo ad un ritardo 5t. and allows to obtain a sample of the impulse response relating to a delay 5t.

Variando tale ritardo di campionamento è dunque possibile calcolare tutti i campioni desiderati della risposta impulsiva. By varying this sampling delay it is therefore possible to calculate all the desired samples of the impulse response.

Il metodo qui esposto consente di stimare con buona validità l'impulso h(t) in un intervallo di ampiezza massima pari a 6T. In sostanza, un impulso h(t) di lunghezza 6T equivale ad un'interferenza intersimbolica su cinque simboli e può essere presa come situazione limite per un canale radiomobile. The method described here allows to estimate with good validity the impulse h (t) in an interval of maximum amplitude equal to 6T. Basically, an h (t) pulse of length 6T is equivalent to an intersymbol interference on five symbols and can be taken as a limit situation for a mobile radio channel.

Pertanto, il metodo secondo l'invenzione consente di ottenere una buona stima della risposta impulsiva del sistema di trasmissione in tutti i casi di interesse pratico ed è utilizzabile sia per la stima dei parametri del filtro adattato che per la stima del fascio ottimo. Therefore, the method according to the invention allows to obtain a good estimate of the impulse response of the transmission system in all cases of practical interest and can be used both for the estimation of the parameters of the matched filter and for the estimation of the optimal beam.

Il carico computazionale richiesto per la stima non è assolutamente gravoso per l'apparato ricevitore. A titolo di esempio si consideri che per ogni campione della risposta occorrono quindici somme e nell'esempio che è stato preso in considerazione si sono stimati quattro campioni ogni simbolo, per sei simboli. Ne sono quindi risultate trecentosessanta somme tra numeri complessi per ognuno dei fasci. The computational load required for the estimation is absolutely not burdensome for the receiver apparatus. As an example, consider that fifteen sums are needed for each sample of the answer and in the example that has been considered, four samples have been estimated for each symbol, for six symbols. This resulted in three hundred and sixty sums of complex numbers for each of the beams.

Il calcolo dell 'autocorrelazione della risposta impulsiva viene effettuato nel dispositivo 9 numericamente tramite la seguente sommatoria: The calculation of the autocorrelation of the impulse response is carried out in the device 9 numerically by means of the following summation:

dove Nc è il numero di campioni per simbolo (quattro per la realizzazione proposta) e Tc è il periodo di campionamento . where Nc is the number of samples per symbol (four for the proposed implementation) and Tc is the sampling period.

Per quanto riguarda invece il calcolo della distanza minima si procede con la ricerca del valor minimo della sequente funzione: On the other hand, as regards the calculation of the minimum distance, we proceed with the search for the minimum value of the following function:

Viene cioè ricercato il valor minimo di una forma quadratica definita positiva su un insieme discreto formato da tutte le possibili sequenze differenza di lunghezza N. That is, the minimum value of a positive definite quadratic form is sought on a discrete set formed by all the possible difference sequences in length N.

Dalla precedente descrizione deriva in modo evidente che il metodo secondo l'invenzione risolve il problema tecnico e consegue numerosi vantaggi il più importante dei quali è dato sicuramente dal fatto che la probabilità di errore nella selezione del fascio ottimale è minimizzata. Questo avviene anche nel caso di collegamenti di tipo uplink che sono i più critici per un radiomobile a causa della bassa potenza di trasmissione. It is evident from the foregoing description that the method according to the invention solves the technical problem and achieves numerous advantages, the most important of which is certainly given by the fact that the probability of error in selecting the optimal beam is minimized. This also occurs in the case of uplink type connections which are the most critical for a mobile radio due to the low transmission power.

Inoltre, per la selezione del fascio ottimale viene richiesta una modesta capacità di elaborazione dati e vengono mantenuti quasi tutti i componenti analogici e digitali dell'apparato ricevente. Furthermore, a modest data processing capacity is required for the selection of the optimal beam and almost all the analog and digital components of the receiving apparatus are retained.

La descrizione fin qui data si riferisce in particolare allo standard GSM. Il metodo in essa descritto è comunque estensibile ad altri standard radiomobili impieganti in modo analogo una sequenza di training {in base alla quale è noto ricavare la risposta impulsiva The description given up to now refers in particular to the GSM standard. The method described therein is however extensible to other mobile radio standards using in a similar way a training sequence {on the basis of which it is known to derive the impulsive response

e più in generale a tutti quei sistemi trasmissivi and more generally to all those transmission systems

impieganti un calcolo della stima di per se' noto della risposta impulsiva h{t). employing a calculation of the per se known estimate of the impulse response h {t).

Claims

CLAIMS 1. Method for selecting a beam from among those formed by a multi-beam antenna, in particular for mobile radio systems comprising a radio frequency signal receiver apparatus equipped with an array (10) of radiating and / or receiving elements, a beam former (5) connected downstream of the array and an optimal beam selection device (9) connected to the beam former (5), characterized in that in said optimal beam selection device (9) the beam which has the minimum value of an estimate of the probability of decoding error of the received signals.

2. Method according to claim 1, characterized in that this minimum value for estimating the probability of decoding error of the received signals is proportional to a maximum value of a parameter defined as the minimum distance between the received signals relating to all combinations of two different sequences of symbols transmitted.

3. Method according to claim 2, characterized in that operations carried out by the selection device (9), for each bundle, are: • an estimate of the impulse response of the transmission system; A calculation of the autocorrelation of said impulse response, according to the following formula:

a calculation of said minimum squared distance according to the following equation:

where is the difference sequence defined as N is the number of symbols transmitted.

4. Method according to claim 3, characterized in that the impulse response h (t) is estimated on the basis of a training sequence transmitted to the center of each burst, that is to say of each bit packet received by the array (10) .