NL1009298C2 - Slim antennesysteem gebaseerd op ruimtelijke filterbank. - Google Patents

Description

P · l

SLIM ANTENNESYSTEEM GEBASEERD OP RUIMTELIJKE FILTERBANK

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een slim antennesysteem gebaseerd op een ruimtelijke filterbank, meer in het bijzonder op een antennezend/ontvangstsysteem welke in staat is om stralen in verschillende ruimtelijke kanalen 5 simultaan te verwerken.

Tegenwoordig kunnen slimme antennesystemen (SAS) worden geklassificeerd in twee types: geschakelde straalantenne-systemen en adaptieve opheffende antennesystemen. Een geschakelde straal antennesysteem verdeelt de ruimte op een 10 deeltijdmanier, zodat een veelheid aan stralen sequentieel zend/ontvangstoperaties uitvoeren. Indien het aantal stralen echter groot is, zal de tijd welke wordt toegewezen aan elk van de stralen te kort zijn. Als gevolg hiervan is de , toepassing van een dergelijk systeem beperkt, en is de 15 efficiëntie daarvan laag.

Een adaptief opheffend antennesysteem kan de gebruiks-condities van abonnees automatisch traceren. Voorts past het systeem, afhankelijk van de omgeving en de positie van de abonnees, het patroon van de antenne dynamisch aan om 20 dynamisch opheffingsoperaties uit te voeren voor interferentie, teneinde een hoge zend/ontvangstefficiëntie te bereiken.

Kenmerkende patronen voor een acht-elements adaptief opheffend antennesysteem worden getoond in fig. 7 (van Glo-25 Mo/Virginia Tech).

Zoals kan worden gezien in fig. 7, wordt de versterking van elke antenne opgeofferd aan de opheffingsoperatie. Voorts variëren delen van het patroon bij elk van de nulpunten dramatisch. De dempingseffecten zijn zeer verschil-30 lend van elkaar voor twee licht verschillende hoeken. Bij de meeste toepassingen overschrijdt het aantal abonnees het " ~ aantal jaulpunteïT dat bestuurbaar is door het adaptief opheffend antennesysteem, waardoor het systeem niet in staat is om de behoeften van alle abonnees te bevredigen. Daardoor 35 is het effect van de opheffingsoperatie beperkt.

2009298 2

In het adaptief opheffende antennesysteem zijn de vereisten voor de nauwkeurigheid van de apparatuur in belangrijke mate kritisch voor het bereiken van de functie van dynamische aanpassing. Voorts zijn algoritmes voor het 5 positioneren en de opheffingsbesturing voor meerdere abonnees zeer gecompliceerd. Daarom zijn de kosten erg hoog.

In het adaptieve opheffingsantennesysteem worden de respectievelijke uitzend- en ontvangstoperaties individueel uitgevoerd. De frequenties voor de uit zend- en ontvangstpa-10 den zijn zeer verschillend. Dit verhoogt de moeilijkheid bij het inschatten van het stralenpatroon van de antenne.

Derhalve is er behoefte aan een antennesysteem met een hoge efficiëntie en een simpele structuur.

Bij de meeste toepassingen zijn een groot aantal 15 abonnees en zijn de belangrijkste interferenties, zoals bijvoorbeeld het naburige basisstation, gefixeerd. De onderhavige uitvinding van een slimme antenne welke is gebaseerd op een ruimtelijke filterbank en alleen opheft ten opzichte van de gefixeerde interferentie is de beste 20 voor de achteromgeving.

Een doel van de onderhavige uitvinding i» een slim antennesysteem te leveren met een vereenvoudigde structuur en een hoge efficiëntie. Een ander doel van de onderhavige uitvinding is een slim antennesysteem te leveren dat is aan 25 te passen aan een groot aantal abonnees. In het systeem bestaan meerdere stralen simultaan teneinde een gespecificeerd ruimtelijk gebied te bedekken en wordt "statische" opheffing toegepast ten opzichte van de gefixeerde interferenties. De respectievelijke stralen worden individueel 30 bestuurd.

Een volgend doel van de onderhavige uitvinding is een slim antennesysteem te leveren, dat een belangrijke tolerantie heeft van de apparatuur.

In overeenstemming met één aspect van de onderhavige 3 5 uitvinding omvat het slimme antennesysteem een basisstation, een veelheid aan bij stations, een zendantennedeelsysteem en een ontvangstantennedeelsysteem, elk omvattend een 1009298 3 ruimtelijke filterbank welke een veelheid aan ruimtelijke filters omvat, een antennerij met een aantal antenne-ele-menten en een antennebesturing. Signaalamplitudes en -fases voor elk antenne-element worden individueel bestuurd door 5 een corresponderend ruimtelijk filter. Overeenkomstig kunnen meervoudige stralen parallel worden verwerkt.

In overeenstemming met een ander aspect van de onderhavige uitvinding wordt elk van de ruimtelijke filters van het zendantennedeelsysteem of het ontvangstantennedeelsys-10 teem bestuurd door de antennebesturing om signalen te verwerken welke zijn ontvangen van het basisstation voor de respectievelijke antenne-elementen.

In overeenstemming met nog een ander aspect van de onderhavige uitvinding wordt elk van de ruimtelijke filters 15 geïmplementeerd door een digitale straalvormer.

Andere doelen, voordelen en nieuwe aspecten van de uitvinding zullen duidelijker worden uit de volgende gedetailleerde beschrijving indien deze worden beschouwd samen met de bijgaande tekeningen, waarin 20 Fig. 1 een blokschema is welke een slim antennesysteem toont volgens de onderhavige uitvinding;

Fig. 2 een blokschema is welke een uit zendantennedeelsysteem toont van het slimme antennesysteem in fig. 1;

Fig. 3 een blokschema is welke een ontvangstantenne-25 deelsysteem toont van het slimme antennesysteem in fig. 1;

Fig. 4 de patronen toont voor een voorbeeld van het slimme antennesysteem overeenkomstig de onderhavige uitvinding, waarin een antennerij van het systeem acht antenne-elementen omvat; 3 0 Fig. 5 een grafiek is welke de typische prestatie toont van een ruimtelijke filterbank van het slimme antennesysteem >· overeenkomstig de onderhavige uitvinding;

Fig. 6 een grafiek is welke de prestaties toont van de ruimtelijke .filterbank van het slimme antennesysteem 3 5 overeenkomstig de onderhavige uitvinding onder belangrijke fouten in amplitudes en fases van stralen; en

Fig. 7 kenmerkende patronen toont van een conventioneel 1009298 4 adaptief opheffend antennesysteem welke acht antenne-elementen omvat.

Hierna zal een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding in detail worden beschreven.

5 Met verwijzing naar fig. 1 omvat een slim antennesys teem in overeenstemming met de onderhavige uitvinding een basisstation 10, een zendantennedeelsysteem 20, een ont-vangstantennedeelsysteem 30, en een veelheid aan bij stations 50.

10 Het basisstation 10 zendt gecodeerde of gemoduleerde signalen naar de bij stations 50 via het zendantennedeelsysteem 20. Het basisstation 10 ontvangt signalen die worden teruggezonden door de bij stations 50 via het ontvangstan-tennedeelsysteem 30. Nu zal het zendantennedeelsysteem 20 15 worden beschreven met verwijzing naar fig. 2. In deze tekening is ter vereenvoudiging alleen bij station 50 getoond.

Het zendantennedeelsysteem 20 omvat een ruimtelijke filterbank 20, een antennebesturing 23 en een antennerij 20 25. De ruimtelijke filterbank 20 omvat een veelheid aan ruimtelijke filters om individueel signalen te verwerken van het basisstation 10. In deze uitvoering omvat de ruimtelijke filterbank 20 een veelheid aan digitale straalvor-mers (DSV's) 221 als de ruimtelijke filters en een veelheid 25 aan optellers 222. De antennerij 25 omvat een veelheid aan antenne-elementen 250.

De ruimtelijke filterbank 22 ontvangt en verwerkt signalen van het basisstation 10 via een systeemhoofdlijn 27. De ruimtelijke filterbank 22 wordt bestuurd door de 30 antennebesturing 23. Dat wil zeggen dat de antennebesturing 23 operatieparameters bestuurt voor elk van de DSV's 221. De antennebesturing 23 kan eveneens een ruimtelijk filter-kanaal sluiten welke niet wordt gebruikt. Voorts kan de antennebesturing 23 vooraf ingestelde opheffingsoperaties 35 uitvoeren voor een bekende stralingsbron om interferentie te voorkomen.

Volgens de besturing van de antennebesturing 23 bere- 1009298 5 kent elk van de DSV's 221 signaalcomponenten voor de respectievelijke antenne-elementen 250 en zendt deze de signaalcomponenten naar de corresponderende respectievelijke optellers 222. Elk van de optellers 222 ontvangt de sig-5 naalcomponenten welke betrekking hebben op een corresponderend antenne-element 250 van de respectievelijke DSV's 221 teneinde een optellingssignaal te verkrijgen.

De optellingssignalen van de respectievelijk optellers 222 worden respectievelijk gezonden naar de overeenkomende 10 antenne-elementen 250 via een zendhoofdlijn 24. Elk van de antenne-elementen 250 omvat een digitaal/analoog-omzetter (DAO) 251, een IF versterker 252, een RF versterker 253 en een zendantenne (ZA) 254. Het gesommeerde signaal wordt omgezet in een analoog signaal door de DAO 251. Daarna wordt 15 het analoge signaal versterkt door de IF versterker 252 en de RF versterker 253 . Tenslotte wordt het versterkte signaal uitgezonden door het antenne-element 250 om te worden ontvangen door bij station 50.

Zoals hierboven beschreven verwerken de respectieve-20 lijke DSV's 221 de signalen van het basisstation 10 individueel parallel. Derhalve zal geen van de DSV's 221 de overige DSV's 221 beïnvloeden.

Nu zal het ontvangstantennedeelsysteem 30 worden beschreven met verwijzing naar fig. 3. In deze tekening is 25 ter vereenvoudiging slechts één bij station 50 getoond.

Het ontvangstantennedeelsysteem 30 omvat een antennerij 31, een ruimtelijke filterbank 33 en een antennebesturing 35. De antennerij 31 omvat een veelheid aan antenne-elementen 310. De ruimtelijke filterbank 33 omvat een 30 veelheid aan DSV's 330 als ruimtelijke filters.

Elk van de antenne-elementen 310 heeft een ontvangstantenne (OA) 311, een RF versterker 312, een IF versterker 313, een analoog/digitaal-omzetter (ADO) 314, en een digitale omlaagomzetter (DOO) 315.

35 De meervoudige DSV's 330 van de ruimtelijke filterbank 33 worden gekoppeld aan het basisstation 10 door een sys-teemhoofdlijn 37. Gegevens betreffende de positionering van 1009293 6 elk bij station 50 wordt eveneens op de systeemhoofdlijn 37 gezet. De antennebesturing 35 pikt de gegevens betreffende de positionering van elk bij station 50 van de systeemhoofd-lijn 37 om de overeenkomstige relaties tussen de bijsta-5 tions 50 en de DSV's 330 te bepalen. De antennebesturing 35 bestuurt tevens de operatieparameters van elk van de DSV's 330. Voorts, zoals beschreven in het zendantennedeel-systeem, kan de antennebesturing 35 opheffingsoperaties uitvoeren voor bekende interferentiebronnen en een ruimtelijk 10 gefilterd kanaal sluiten welke niet wordt gebruikt door enige abonnee.

Het antenne-element 310 ontvangt signalen van het bij station 50 door middel van de ontvangstantenne 311. De ontvangen signalen worden versterkt door de RF versterker 15 312 en de IF versterker 313. De versterkte signalen worden dan omgezet in digitale signalen door middel van de ADO 314 . De omgezette signalen worden dan verwerkt door de DOO 315. De DOO 315 voert basisband complexe uitvoersignalen (d.w.z. in-fase en 90°-faseverschoven signalen) naar een 20 ontvangsthoofdlijn 32.

Ter vereenvoudiging wordt alleen de werking van één van de DSV's 30 als volgt beschreven. De DSV 330 pikt de basisband complexe uitvoersignalen van de respectievelijke antenne-elementen 310 van de ontvangst hoofdlijn 32, en 25 verkrijgt gewogen sommen als een ruimtelijk gefilterde uitvoer op de basis van de basisbandcomplexe uitvoersignalen. Dat wil zeggen dat een basisbandcomplex uitvoersignaal wordt vermenigvuldigd door een complexe weging om een amplitude en een fase van een signaalcomponent te verkrij-30 gen. De amplitudes en de fases van de respectievelijke signaalcomponenten worden respectievelijk opgeteld in de DSV 330, zodat de ruimtelijk gefilterde uitvoer wordt verkregen. Zoals hierboven beschreven worden de wegingen bestuurd door de antennebesturing 35.

35 In het ontvangstantennedeelsysteem kunnen de respec tievelijke DSV's 330 van de ruimtelijke filterbank 33 de gegevens van de ontvangsthoofdlijn 32 simultaan parallel 1009298 7 oppikken en verwerken. Elk van de DSV's 330 zal geen van de anderen beïnvloeden. Derhalve kan een excellente efficiëntie worden verkregen.

In ofwel het zendantennedeelsysteem 20 ofwel het ont-5 vangstdeelsysteem 30 van het slimme antennesysteem overeenkomstig de onderhavige uitvinding verwerken de respectievelijke DSV's (221, 330) van de ruimtelijke fil-terbank (22, 33) de signalen individueel. Derhalve is het effect van zij lob-onderdrukking van de onderhavige uitvin-10 ding goed. Fig. 5 toont patronen van een voorbeeld van het slimme antennesysteem, waarbij de antennerij acht antenne-elementen heeft. Fig. 6 toont patronen onder vergelijkbare condities als bij fig. 5, behalve dat daar belangrijke fouten in de amplitudes en fases van de signalen voorkomen. 15 Zoals kan worden gezien in deze tekeningen kunnen meervoudige stralen simultaan bestaan en zijn zij lobben zeer laag, zelfs als er belangrijke fouten optreden die te wijten zijn aan de onnauwkeurigheid van de apparatuur.

In het slimme antennesysteem volgens de onderhavige 20 uitvinding kan de antennerij (25, 31) een lineaire, een lus-of een vlakke antennerij gebruiken. De signalen die worden uitgezonden in het systeem kunnen de vorm aannemen van elektromagnetische golven, sonische golven of ultrasonische golven. Het systeem is tevens aan te passen voor 25 signaalmodulatie met verschillende modulatiemethodes zoals FDMA, TDMA en CDMA.

Het slimme antennesysteem kan in overeenstemming met de onderhavige uitvinding worden toegepast op verschillende gebieden zoals gegevensoverdracht, metingen en positione-30 ring.

Eveneens moet echter worden begrepen dat hoewel verschillende karakteristieken en voordelen van de onderhavige uitvinding zijn uiteengezet in de voorgaande beschrijving, samen met details van de structuur en functie van de uit-35 vinding, de onthulling slechts ter illustratie is, en dat detailveranderingen kunnen worden aangebracht, in het bijzonder in zaken als vorm, afmetingen, en de compositie 1009298 6 van onderdelen binnen de principes van de uitvinding in de volle reikwijdte zoals aangegeven door de brede algemene betekenis van de termen waarin de aangehechte conclusies zijn uitgedrukt.

5 100929?

Claims (13)

1. Een zendantennedeelsysteem voor een slim antennesys-teem omvattende een basisstation en ten minste één 5 bijstation, waarbij genoemd zendantennedeelsysteem omvat: een ruimtelijke f ilterbank omvattende een veelheid aan ruimtelijke filters die elk signalen individueel ontvangen en verwerken vanaf het basisstation teneinde een ruimtelijk gefilterd signaal uit te voeren; 10 een antennebesturing voor het besturen van elk van de ruimtelijke filters van de ruimtelijke filterbank; en een antennerij omvattende een veelheid aan antenne-ele-menten die elk een overeenkomstig genoemd ruimtelijk gefilterd signaal ontvangen en deze naar het bijstation 15 zenden.

2. Het zendantennedeelsysteem volgens conclusie 1, waarbij genoemde antennebesturing elk ruimtelijk filter bestuurt teneinde signaalcomponenten te berekenen voor elk 20 signaal voor de respectievelijke antenne-elementen van de antennerij, en waarbij de signaalcomponenten met betrekking tot één van de antenne-elementen van de respectievelijke ruimtelijke filters naar het genoemde ene antenne-element worden gezonden. 25

3. Het zendantennedeelsysteem volgens conclusie 2, waarbij genoemde ruimtelijke filterbank voorts omvat een veelheid aan optellers, waarbij elk van de optellers de signaalcomponenten ontvangt die betrekking hebben op één 30 van de antenne-elementen teneinde een gesommeerd signaal te genereren en genoemd gesommeerd signaal naar genoemd ene antenne-element zendt.

4. Het zendantennedeelsysteem volgens conclusie 1, 35 waarbij elk van de ruimtelijke filters een digitale straal- vormer is. 1009298 %

5. Het zendantennedeelsysteem volgens conclusie l, waarbij genoemde antennebesturing opheffingsoperaties uitvoert voor bekende interferentiebronnen.

6. Een ontvangstantennedeelsysteem van een slim anten- nesysteem omvattende een basisstation en ten minste één bij -station, waarbij genoemd ontvangstantennedeelsysteem omvat: een antennerij omvattende een veelheid aan antenne-elementen welke elk signalen ontvangen van de bij stations en 10 basisbandsignalen uitvoeren; een ruimtelijke filterbank omvattende een veelheid aan ruimtelijke filters, waarbij elk van de ruimtelijke filters de basisbandsignalen van de respectievelijke antenne-ele-menten ontvangt, elk van de basisbandsignalen vermenigvul-15 digt met een wegingsfactor teneinde een gewogen signaalcom-ponent te verkrijgen en ieder gewogen signaalcomponent optelt teneinde een gesommeerd signaal te verkrijgen welke naar het basisstation wordt gezonden; en een antennebesturing voor het besturen van elk van de 20 ruimtelijke filters van de ruimtelijke filterbank en het bepalen van de weging voor elk van de basisbandsignalen.

7. Het ontvangstantennedeelsysteem volgens conclusie 6, waarbij elk ruimtelijk filter een digitale straalvormer 25 is.

8. Het ontvangstantennedeelsysteem volgens conclusie 6, waarbij genoemde antennebesturing voorts een overeenkomstige relatie bepaalt tussen de ruimtelijke filters en de 30 deelstations.

9. Het ontvangstantennedeelsysteem volgens conclusie 6, waarbij genoemde antennebesturing opheffingsoperaties uitvoert voor bekende interferentiebronnen. 35

10. Een slim antennesysteem omvattende: een basisstation; 1np Q9 O P ten minste één bij station; een zendantennedeelsysteem omvattende: een eerste ruimtelijke filterbank omvattende een veelheid aan eerste ruimtelijke filters die elk individueel 5 signalen ontvangen en verwerken van het basisstation teneinde een ruimtelijk gefilterd signaal uit te voeren; een eerste antennebesturing voor het besturen van elk van de ruimtelijke filters van de ruimtelijke filterbank; en _ _ 10 — —^ _.een. .eerste _antennerij omvattende een veelheid aan eerste antenne-elementen die elk een corresponderend genoemd eerste ruimtelijk gefilterd signaal ontvangen en deze naar het bijstation zenden; en 15 een ontvangstantennedeelsysteem omvattende: een tweede antennerij omvattende een veelheid aan tweede antenne-elementen die elk signalen van de bij stations ontvangen en basisbandsignalen uitvoeren; een tweede ruimtelijke filterbank omvattende een 20 veelheid aan tweede ruimtelijke filters, waarbij elk van de ruimtelijke filters de basisbandsignalen ontvangt van de respectievelijke tweede antenne-elementen, elk van de basisbandsignalen vermenigvuldigt met een wegingsfactor teneinde een gewogen signaalcomponent te verkrijgen en ieder 25 gewogen signaalcomponent optelt teneinde een gesommeerd signaal te verkrijgen dat naar het basisstation wordt gezonden; en een tweede antennebesturing voor het besturen van elk van de tweede ruimtelijke filters van de tweede ruimtelijke . 30 filterbank en het bepalen van de weging voor elk van de basisbandsignalen.

11. Het slimme antennesysteem volgens conclusie 10, waarbij genoemde eerste antennebesturing elk eerste ruimte-35 lijke filter bestuurt teneinde signaalcomponenten te berekenen van elk signaal voor de respectievelijke eerste antenne-elementen van de eerste antennerij, en de signaal- 100S2ÖÖ componenten met betrekking tot één van de eerste antenne-elementen van de respectievelijke eerste ruimtelijke filters worden gezonden naar genoemd ene eerste antenne-element.

12. Het slimme antennesysteem volgens conclusie 11, waarbij genoemde eerste ruimtelijke filterbank voorts omvat een veelheid aan optellers, waarbij elk van de optellers de signaalcomponenten ontvangt die betrekking hebben op één van de eerste antenne-elementen teneinde een gesommeerd 10 signaal te genereren en genoemd gesommeerd signaal naar genoemd ene eerste antenne-element zendt.

13. Het slimme antennesysteem volgens conclusie 10, waarbij elk van de eerste en tweede ruimtelijke filters een 15 digitale straalvormer is. 1009298