Beschreibung
Empfang von Signalen in einem Funkkommunikationssystem mittels zweier Richtcharakteristiken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Empfang von Signalen einer Sendestation mit einer Antenneneinrichtung einer Empfangsstation in einem FunkkommunikationsSystem sowie eine entsprechende Empfangsstation.
In FunkkommunikationsSystemen erfolgt eine Kommunikation mit Teilnehmern des Systems über Signale, die mittels elektromagnetischer Wellen übertragen werden. Daher ist ein derartiges System auch für eine Kommunikation mit mobilen Stationen ge- eignet. Eine Art von Funkkommunikationssystemen mit mobilen Stationen sind die so genannten Mobilfunksysteme, die in der Regel zellular aufgebaut sind, dass heißt eine Vielzahl von Funkzellen aufweisen, die jeweils von mindestens einer Basisstation versorgt werden. Bekannte Mobilfunksysteme arbeiten beispielsweise nach dem GSM (Global System of Mobile Communi- cation) -Standard oder nach dem UMTS FDD oder TDD (Universal Mobile Telecommunication System Frequency Division Duplex oder Time Division Duplex) -Standard. In den USA sind beispielsweise der IS-95-Standard und der CDMA2000-Standard ver- breitet.
Verwendet man Empfangsantennen mit mehreren Antennenelementen, ist es möglich, mittels dieser Richtcharakteristiken zu erzeugen. Um Antennen mit solchen Richtcharakteristiken ver- wenden zu können, ist es jedoch notwendig, die räumliche
Struktur (z.B. Einfallsrichtungen) von zu empfangenden Signalen zu kennen. Handelt es sich um eine bereits bestehende Verbindung, kann diese Information aus vorangegangenen Messungen der EmpfangsSignale gewonnen werden, sofern stationäre Bedingungen vorausgesetzt werden können. Dies ist jedoch nicht möglich, wenn eine Verbindung erst aufgebaut werden soll oder wenn es sich um einen nichtstationären Funkkanal
handelt, wie dies beispielsweise bei Mobilfunksystemen der Fall ist. Um dieses Problem zu lösen, ist es bekannt, eine Anzahl von gerichteten Strahlen bzw. Richtkeulen zu verwenden, die im Folgenden in Summe als Richtcharakteristik be- zeichnet werden, wobei diese Richtkeulen in unterschiedliche Richtungen weisen und damit den für einfallende Signale in Frage kommenden Bereich abdecken. Derartige Richtcharakteristiken werden häufig auch als Grid of Beams bezeichnet. Die empfangsseitige Verarbeitung der Signale wird anhand der über die einzelnen Richtkeulen empfangenen Richtkeulensignale durchgeführt .
Figur 2 zeigt eine derartige Richtcharakteristik GB eines Grid of Beams mit beispielhaft dargestellten vier Richtkeu- len. Die Richtkeulen weisen gegenseitig jeweils gleichmäßige Winkelabstände zueinander auf. Eine derartige Richtcharakteristik kann auf dem Fachmann bekannte Weise mittels vier Antennenelementen erzeugt werden. Die Richtcharakteristik nach Figur 2 deckt einen Bereich zwischen +60° und -60°, insgesamt also einen Sektor von 120°, ab. Es besteht nun das Problem, dass die örtliche Auflösung einer solchen Richtcharakteristik in Form eines Grid of Beams in manchen Fällen nicht ausreichend sein kann. Empfangssignale, die zwischen zwei der Richtkeulen am Empfänger eintreffen (beispielsweise bei 0° gemäß Figur 2) können nicht vom maximal möglichen Antennengewinn der Empfangsantenne profitieren.
Eine Möglichkeit,, dieses Problem zu lösen, könnte darin bestehen, die Anzahl der Richtkeulen des Grid of Beams der Emp- fangsantenne zu erhöhen, um die örtliche Auflösung zu verbessern. Dies hat jedoch zwei Nachteile. Erstens muss die empfangsseitige Verarbeitung der Antennensignale eine größere Anzahl von Richtkeulensignalen, die abhängig von der Anzahl der Antennenelemente ist, berücksichtigen. Hierdurch wird die Komplexität des Empfängers erhöht. Zweitens erhöht sich in
Fällen, in denen lediglich eine qualitative Aussage über die Empfangssignale notwendig ist, die Anzahl entsprechender
Hypothesen über die Empfangssignale typischerweise mit der Anzahl von Richtkeulen der Empfangscharakteristik der Antenne.
Eine zweite Lösung des oben genannten Problems könnte darin bestehen, die Empfangsverarbeitung für den schlechtmöglichsten Empfangsfall auszulegen. D.h. auch für den Fall, dass Empfangssignale gerade in der Mitte zwischen zwei Richtkeulen eintreffen, muss die Wahrscheinlichkeit des Scheiterns einer Detektion der Empfangssignale durch den Empfänger vorgegebenen Kriterien genügen. Da für derartige Signale der Antennengewinn im Vergleich zu in Hauptrichtung der Richtkeulen eintreffenden Signalen sehr viel geringer ist, bedeutet dies einen hohen Aufwand, der ebenfalls zu einer höheren Komplexität des Empfängers führt. Dieser Aufwand ist für Empfangssignale, die nicht gerade in der Mitte zwischen zwei der Richtkeulen eintreffen, eigentlich nicht notwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Empfangbarkeit von Signalen mittels Empfangscharakteristiken, die einzelne
Richtkeulen aufweisen, zu verbessern, ohne dass die Komplexität des Empfängers hierdurch zu sehr zunehmen muss.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren und einer Empfangssta- tion gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Empfang von Signalen einer Sendestation mit einer Antenneneinrichtung einer Empfangsstation in einem Funkkommunikationssystem sieht vor, dass zunächst die Signale mittels einer unabhängig von den Signalen vorbestimmten ersten Richtcharakteristik empfangen werden und anschließend die Signale mittels wenigstens einer unabhängig von den Signalen vorbestimmten zweiten Richtcharakteristik empfangen werden.
Die Erfindung ermöglicht, bereits vor dem Empfang der Signale vorbestimmte, d.h. festgelegte, unterschiedliche Richtcharakteristiken für den Empfang der Signale zu verwenden. Dadurch macht man sich zu Nutze, dass in vielen Fällen die Empfangs- signale durch eine der beiden Richtcharakteristiken besser zu empfangen sein wird, als durch die andere Richtcharakteristik. So kann beispielsweise wenigstens derjenige Teil der Signale, der von der "besseren" Richtcharakteristik empfangen wird, mit einer größeren Wahrscheinlichkeit erfolgreich im Empfänger ausgewertet werden, als wenn nur die "schlechtere" Richtcharakteristik verwendet würde. Dabei bedeutet "bessere" Richtcharakteristik, dass der mit ihr für die jeweiligen Empfangssignale erzielbare Antennengewinn für die verwendete Empfangsantenne höher ist, als für die "schlechtere" Richt- Charakteristik.
Statt lediglich zwei kann selbstverständlich auch eine größere Anzahl von unterschiedlichen vorbestimmten Richtcharakteristiken zum Empfang der Signale derselben Sendestation ver- wendet werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weisen die beiden Richtcharakteristiken jeweils mehrere Richtkeulen auf. Die Richtkeulen der zweiten Richtcharakteristik unterscheiden sich in ihrer Richtung zumindest teilweise von denjenigen der ersten Richtcharakteristik. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Richtkeulen jeder der beiden Richtcharakteristiken gegenseitig jeweils gleichmäßige Winkelabstände aufweisen und die Richtkeulen der ersten Richtcharakteristik gleichmäßige Win- kelabstände zu den Richtkeulen der zweiten Richtcharakteristik aufweisen. Hierdurch wird eine möglichst gleichmäßige Aufteilung der Richtkeulen erreicht. Es ist aber auch möglich, dass Richtkeulen jeder der beiden Richtcharakteristiken untereinander und/oder Richtkeulen der einen mit Richtkeulen der anderen Richtcharakteristik gegenseitig unterschiedliche Winkelabstände aufweisen, d.h. ungleichmäßig angeordnet sind.
Insbesondere kann es sich bei den beiden Richtcharakteristiken um jeweils ein Grid of Beams handeln. In Betracht kommen alle denkbaren Formen von Grid of Beams, z.B. solche mit gleichem Winkelabstand der Richtkeulen oder mit Butlermatri- zen erzeugte Beams .
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird während des Empfangs der Signale der Sendestation durch die Antenneneinrichtung der Empfangsstation wenigstens zweimal zwischen der ersten und der zweiten Richtcharakteristik gewechselt. Bei einer größeren Anzahl unterschiedlicher zur Verfügung stehender Richtcharakteristiken wird dann mehrfach zwischen diesen unterschiedlichen Richtcharakteristiken gewechselt. Es ist beispielsweise möglich, zwischen den verwen- deten Richtcharakteristiken während des Empfangs der Signale ständig hin und her zu schalten.
Besonders günstig ist es, wenn mittels jeder Richtcharakteristik nacheinander Signale mit jeweils denselben Daten emp- fangen und jeweils einer Verarbeitung zugeführt werden und die Ergebnisse der Verarbeitung der mittels jeder Richtcharakteristik empfangenen Signale zum Auswerten der mittels der Signale übermittelten Daten miteinander verknüpft werden. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Art Mittelungseffekt er- zielt werden, denn es wird sichergestellt, dass die mittels der Signale übertragenen Daten auf jeden Fall auch mittels der "besseren" Richtcharakteristik und nicht nur mit der "schlechteren" Richtcharakteristik empfangen werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Zeitspanne bis zu einem Wechsel zwischen den Richtcharakteristiken, mit denen die Signale empfangen werden, abhängig von der Zeitspanne, nach der Verarbeitungseinheiten der Empfangsstation aus den empfangenen Signalen Verarbeitungsergebnisse erzeu- gen. Beispielsweise können derartige Verarbeitungseinheiten der Acquisitionseinheit eines RAKE-Empfängers zugehören. Solche Verarbeitungseinheiten liefern Verarbeitungsergebnisse
z.B. angepasst an die Struktur der empfangenen Signale, indem beispielsweise nach der Dauer eines kompletten Zeitschlitzes oder nach der Dauer eines kompletten Bursts (Funkblocks) bei einem anderen System jeweils ein Ergebnis geliefert wird.
Nach einer A sführungsform der Erfindung ist die Frequenz der Wechsel zwischen den Richtcharakteristiken abhängig von einer Geschwindigkeit einer der beiden Stationen. Da sich der Funkkanal zwischen der sendenden und der empfangenen Station umso schneller ändert, je schneller sich wenigstens eine der beiden Stationen bewegt, kann beispielsweise durch mit zunehmender Geschwindigkeit schnellerem Wechsel zwischen den beiden Richtcharakteristiken der Empfang verbessert werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden zur Verarbeitung der empfangenen Signale mehrere Verarbeitungseinrichtungen verwendet, die im Zeitmultiplex zur Verarbeitung zunächst der mittels der ersten Richtcharakteristik empfangenen Signale und anschließend der mittels der zweiten Richtcharakteris- tik empfangenen Signale dienen. Durch die Verwendung dieser Verarbeitungseinrichtungen im Zeitmultiplex kann die für die Verarbeitung notwendige Anzahl von Verarbeitungseinrichtungen gering gehalten werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Sendestation eine Teilnehmerstation des FunkkommunikationsSystems und die Empfangsstation eine netzseitige Station. Bei den Signalen der Sendestation kann es sich dann beispielsweise um Signale zum Signalisieren eines Verbindungswunsches oder um Pilotsig- nale der Teilnehmerstation handeln. Es sind jedoch auch andere Arten von Signalen möglich. Insbesondere können die Sendestation und die Empfangsstation Stationen eines Mobilfunksystems sein, obwohl die Erfindung auch auf andere Funkkommunikationssysteme anwendbar ist.
Die Erfindung eignet sich aber grundsätzlich zum Empfang von beliebigen Signalen, deren Empfangsrichtung der Empfangsstation nicht von vornherein bekannt ist.
Die erfindungsgemäße Empfangsstation mit einer Antenneneinrichtung für ein FunkkommunikationsSystem weist Mittel zum Erzeugen einer unabhängig von Empfangssignalen vorbestimmten ersten Richtcharakteristik der Antenneneinrichtung sowie Mittel zum Erzeugen einer unabhängig von EmpfangsSignalen vorbe- stimmten zweiten Richtcharakteristik der Antenneneinrichtung auf. Weiterhin weist sie Mittel zum Umschalten zwischen der ersten und der zweiten Richtcharakteristik während des Empfangs von Signalen einer Sendestation auf.
In Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Empfangsstation sind weitere Mittel vorgesehen, die zur Durchführung der Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Ausschnitt eines Mobilfunksystems mit einer Mobilstation und einer Basisstation,
Figur 2 ein Grid of Beams nach dem Stand der Technik,
Figur 3 die Verwendung zweier Richtcharakteristiken in Form von Grid of Beams gemäß der Erfindung,
Figur 4 einige Verarbeitungseinrichtungen innerhalb der Basisstation aus Figur 1 und
Figur 5 weitere Verarbeitungseinrichtungen der Basisstation, die denjenigen aus Figur 4 nachgeschaltet sind.
Die Erfindung ist auf beliebige FunkkommunikationsSysteme anwendbar, bei denen gerichtete Empfangsantennen zum Einsatz kommen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, bei dem die Sendestation einer Mo- bilstation eines Mobilfunksystems nach dem UMTS-FDD-Standard ist und die Empfangsstation eine Basisstation des Mobilfunksystems .
Figur 1 zeigt die Mobilstation MS, die Signale SIG über die Luft zur Basisstation BS überträgt, in deren Funkzelle sich die Mobilstation MS befindet.
Auf die Figur 2 wurde bereits in der Beschreibungseinleitung eingegangen .
Gemäß Figur 3 ist die Basisstation BS in der Lage, mittels einer Antenneneinrichtung zwei unterschiedliche Richtcharakteristiken GB1, GB2 in Form von Grid of Beams zu erzeugen, deren Richtkeulen gleichmäßig den zu versorgenden Sektor zwi- sehen +60° und -60° abdecken. Jede Richtcharakteristik GB1,
GB2 in Figur 3 weist beispielhaft vier Richtkeulen auf, wobei bei anderen Ausführungsbeispielen auch eine weitaus größere Anzahl von Richtkeulen zum Einsatz kommen kann. Die Richtkeulen der ersten Richtcharakteristik GBl sind in Figur 3 mit durchgezogenen Linien, die Richtkeulen der zweiten Richtcharakteristik GB2 mit gestrichelten Linien dargestellt. Die Richtcharakteristiken GBl, GB2 sind für den Empfang beliebiger Signale durch die Basisstation im vorhinein festgelegt worden. Sie sind also unabhängig von den aktuell zu empfan- genden Signalen vorbestimmt worden.
Die gleiche Darstellungsweise der beiden Richtcharakteristiken GBl, GB2 wurde auch in Figur 4 verwendet. Figur 4 zeigt wiederum die aus Richtung der Mobilstation MS eintreffenden Signale SIG. Weiterhin zeigt Figur 4 Antennenelemente AE der Antenneneinrichtung der Basisstation BS, mittels derer die Richtcharakteristiken GBl, GB2 erzeugt werden können. Hierzu
weist die Basisstation weiterhin ein erstes und ein zweites Strahlformungsnetzwerk BFNW1, BFNW2 (Beam Forming Network) auf, die über einen ersten Schalter Sl wechselweise mit den Antennenelementen AE und über einen zweiten Schalter S2 mit nachgeschalteten weiteren Verarbeitungseinrichtungen der Basisstation verbunden werden können (angedeutet durch den Buchstaben "A") . Den Strahlformungsnetzwerken BFNW1, BFNW2 werden (je nach Stellung des ersten Schalter Sl) Antennensignale AS von den Antennenelementen AE zugeführt . Jedes Anten- nenelement AE liefert ein Antennensignal AS.
Die Schalter Sl, S2 können in Software oder in Hardware sein. Der Schalter Sl kann bei anderen Ausführungsbeispielen auch entfallen.
Innerhalb der Strahlformungsnetzwerke BFNW1, BFNW2 wird für jede zu erzeugende Richtkeule der Richtcharakteristiken GBl, GB2 jedem Antennenelement AE eine Phase zugeordnet. Die Strahlformungsnetzwerke BFNWl, BFNW2 führen dann eine kohä- rente Überlagerung der Antennensignale AS für solche Empfangssignale SIG durch, die die Phasenwerte einer der Richtkeulen der entsprechenden Richtcharakteristiken GBl, GB2 aufweisen. Für Empfangssignale mit anderen Phasenwerten an den entsprechenden Antennenelementen erfolgt dagegen eine inkohä- rente Überlagerung. Dabei dient das erste Strahlformungsnetzwerk BFNWl zur Ausbildung der ersten Richtcharakteristik GBl und das zweite Strahlformungsnetzwerk BFNW2 zur Ausbildung der zweiten Richtcharakteristik GB2. Die Strahlformungsnetzwerke BFNWl, BFNW2 erzeugen an ihrem Ausgang je Richtkeule der betreffenden Richtcharakteristik ein Richtkeulensignal. Bei vier Richtkeulen pro Richtcharakteristik handelt es sich also um vier Richtkeulensignale SS am Ausgang jedes Strahlformungsnetzwerkes BFNWl, BFNW2.
Für die Erzeugung der Richtcharakteristiken werden sog. Gewichtsvektoren verwendet, die die Phasenwerte für die einzelnen Antennenelemente AE enthalten. Die Ausbildung einzelner
Richtcharakteristiken auf die beschriebene Weise ist an sich nicht neu und dem Fachmann hinreichend bekannt .
Solange der Eingang des ersten Strahlformungsnetzwerkes BFNWl in Figur 4 über den ersten Schalter Sl mit den Antennenelementen AE der Empfangsantenne verbunden ist, ist auch der Ausgang dieses Strahlformungsnetzwerkes über den zweiten Schalter S2 mit den nachfolgenden Verarbeitungseinrichtungen verbunden. Eine Steuereinheit CLK erzeugt Steuersignale SR, mittels derer die Schalterstellung des ersten und zweiten
Schalters Sl, S2 verändert wird. Nach dem gleichzeitigen Umschalten der Schalter Sl, S2 ist der Eingang des zweiten Strahlformungsnetzwerkes BFNW2 mit den Antennenelementen AE und sein Ausgang mit den nachfolgenden Verarbeitungseinrich- tungen verbunden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel empfängt die Basisstation BS von der Mobilstation MS während des betrachteten Zeitraumes Signale SIG, die Pilotsignale der Teilnehmerstation sind, die einer Kanalschätzung dienen.
Dabei übermittelt die Mobilstation MS über die Signale SIG eine für diesen Zweck vorgesehene Datenfolge als Pilotsequenz. Die Steuereinheit CLK aus Figur 4 steuert die Schalter
51, S2 synchron mit dem Erzeugen von Verarbeitungsergebnissen durch die nachgeschalteten Verarbeitungseinrichtungen, auf die anhand Figur 5 noch eingegangen wird. D.h. der Schalttakt der Schalter Sl, S2 ist an den Verarbeitungstakt der Verarbeitungseinrichtungen aus Figur 5 angepasst.
Es erfolgt dabei ein mehrfaches Umschalten der Schalter Sl,
52, so dass die übertragenden Signale mehrfach von den unterschiedlichen Richtcharakteristiken GBl, GB2 empfangen werden.
Da die Ausgangssignale der beiden Strahlformungsnetzwerke BFNWl, BFNW2 in Figur 4 den nachfolgenden Verarbeitungseinheiten im Zeitmultiplex zugeführt werden, erhöht sich deren Komplexität nicht im Vergleich zu dem Fall, dass lediglich
nur eine Richtcharakteristik GBl an Stelle von zwei Richtcharakteristiken GBl, GB2 verwendet wird. Durch die Verwendung zweier unterschiedlicher Richtcharakteristiken GBl, GB2 wird erreicht, dass Empfangssignale SIG mit unbekannter Einfalls- richtung mit relativ großer Wahrscheinlichkeit durch mindestens eine der Richtcharakteristiken GBl, GB2 besser empfangbar sind (also mit größerem Antennengewinn) , als durch die andere Richtcharakteristik.
Es wird noch einmal betont, dass es sich bei den beiden
Richtcharakteristiken GBl, GB2 um unabhängig von den jeweiligen EmpfangsSignalen SIG im voraus festgelegte, vorbestimmte Richtcharakteristiken handelt. Durch die aufgrund der Verwendung zweier unterschiedlicher Richtcharakteristiken GBl, GB2 im Zeitmultiplex erreichte "Mittelung" der Empfangsergebnisse wird der schlechtestmögliche Fall für die Empfangsbedingungen, beispielsweise bei einer Einfallsrichtung des Empfangssignals SIG aus Richtung 0° gemäß Figur 3, deutlich verbessert im Vergleich zur Verwendung lediglich einer einzigen fest vorgegebenen Richtcharakteristik. Bei gleicher Komplexität der empfangsseitigen Verarbeitungseinrichtungen kann hierdurch die Leistungsfähigkeit der Detektion bedeutend erhöht werden.
Figur 5 zeigt dem Punkt "A" aus Figur 4 nachgelagerte Verarbeitungseinheiten innerhalb der Basisstation BS . Es handelt sich dabei um die Acquisitionseinheit ("RAKE searcher") eines RAKE-Empfängers . Die in Figur 5 dargestellten Einheiten sind pro Anzahl der Beams jeder der beiden Richtcharakteristiken vorhanden, d.h. die Anzahl der Elemente aus Figur 5 und die Anzahl der Beams jeder Richtcharakteristik stimmt überein. Die Aquisitionseinheit dient zur Erzeugung einer Vielzahl von zeitlichen Verschiebungen der empfangenen Pilotsignale und zur Detektion, zu welchen zeitlichen Verschiebungen signifi- kante Mehrpfadkomponenten existieren. Innerhalb der in Figur 5 gezeigten Einheiten erfolgt für jede Richtkeule die nachfolgend erläuterte Signalverarbeitung zeitlich parallel für n
Verzögerungszeiten, wobei n z.B. 80 betragen kann. In diesem Fall würden also 80 unterschiedliche Verzögerungszeiten bzw. Pfade der Mehrwegeausbreitung der Signale SIG untersucht. Der Aufbau und die Funktionsweise derartiger Bestandteile von RAKE-Empfängern sind dem Fachmann bekannt.
Anhand der über die Signale SIG empfangenen Pilotsequenz führt die Basisstation BS eine Kanalschätzung durch, die mittels einer kohärenten Mittelung pro gewählter Verzögerungs- zeit und pro Richtkeule der verwendeten Richtcharakteristiken GBl, GB2 erfolgt. Diese kohärente Mittelung wird mittels eines Korrelators COR gemäß Figur 5 durchgeführt . Der Korrelator COR entspreizt die Richtkeulensignale SS, die die Pilotsequenz enthalten, kohärent zu den n=80 VerzögerungsZeiten. Die Ausgangssignale CR des Korrelators COR werden mit einer Verarbeitungsrate erzeugt, die übereinstimmt mit der Schaltfrequenz der beiden Schalter Sl, S2 aus Figur 4, d.h. die Schaltfrequenz der Schalter Sl, S2 ist angepasst an die Frequenz, mit derjenigen der Korrelator COR an seinem Ausgang Verarbeitungsergebnisse erzeugt. Die Schaltfrequenz ist somit bevorzugt synchronisiert mit der Frequenz der vom Korrelator COR erzeugten Ergebnisse. Der Verarbeitungstakt des Korrelators COR ist wiederum nach dem Fachmann bekannter Weise abhängig von der Struktur der Empfangssignale. Beispielsweise erzeugt der Korrelator COR Verarbeitungsergebnisse für jeden Funkblock (Burst) der empfangenen Signale SIG.
Dem Korrelator COR nachgeschaltet ist ein Mittelwertbilder AVE der eine nichtkohärente Mittelung der Signale CR während eines festgelegten Mittelungszeitraums durchführt. Der
Druchschnittsbilder liefert ein Mittelungsergebnis pro gewählter Verzögerungszeit, es werden also wiederum n=80 Mittelungsergebnisse generiert. Eine nichtkohärente Mittelung erfolgt durch das Bilden des Betragsquadrates und Akkumulieren der quadrierten Ergebnisse. Durch das Quadrieren geht die
Phaseninformation der Signale verloren. Daher spricht man von nichtkohärentem Mitteln. Der Mittelwertbilder AVE in Figur 5
mittelt dabei nicht nur die Signale, die mittels eines einzelnen der Strahlformungsnetzwerke BFNWl, BFNW2 aus Figur 4 empfangen wurden, sondern bezieht in die Mittelung Ausgangssignale SS von beiden Strahlformungsnetzwerken ein.
Das Ausgangssignal AR des Mittelwertsbilders AVE wird (getrennt für jede Verzögerungszeit) einem Schwellwertdetektor TH zugeführt, der bei Überschreiten eines Grenzwertes durch das Signal AR über sein Ausgangssignal C die erfolgreiche De- tektion für die gewählte Verzögerungszeit anzeigt. Der
Schwellwertdetektor TH entscheidet, ob seine Eingangssignale AR durch die betroffene Pilotsequenz erzeugt wurden oder durch Rauschen. Auf diese Weise können die stärksten Ausbreitungspfade der Signale SIG ermittelt werden.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung auf die Präambel eines RACH-Bursts angewendet, die ebenfalls eine Pilotsequenz ist.
Mit einem RACH-Burst wird der Basisstation BS durch die Mobilstation MS ein Verbindungswunsch signalisiert. Derartige Bursts werden auf dem sog. RÄCH (Random Access Channel) , einem Kanal zum wahlfreien Zugriff des UMTS-FDD-Standards übertragen. Bei der beim zweiten Ausführungsbeispiel betrachteten Datenfolge des EmpfangsSignals SIG, mittels derer ein Verbindungswunsch der Mobilstation MS signalisiert wird, handelt es sich also um die sogenannte Präambel (Preamble) eines RACH- Bursts .
Die Aussendung von RACH-Bursts über die Signale SIG erfolgt nach dem UMTS-FDD-Standard mehrfach nacheinander mit jeweils zunehmender Sendeleistung, bis die Mobilstation MS von der Basisstation BS ein Bestätigungssignal empfängt, dass ihr RACH-Burst empfangen worden ist. D.h. es wird mehrfach die- selbe Datenfolge übertragen.
Der Steuereinheit CLK aus Figur 4 ist die Wiederholfrequenz dieser Datenfolge bekannt und entsprechend steuert sie über das Steuersignal SR die beiden Schalter Sl, S2. Dies führt dazu, dass die beiden Strahlformungsnetzwerke BFNWl, BFNW2 mittels der jeweils zugeordneten Richtcharakteristik GBl, GB2 über die Signale SIG nacheinander dieselbe Datenfolge empfangen und als Ausgangssignale SS an die nachfolgenden Verarbeitungseinheiten weiterleiten.
Zur Verarbeitung der empfangenen RACH-Signale sind beim zweiten Ausführungsbeispiel ebenfalls der in Figur 5 dargestellte Korrelator COR und der Schwellwertdetektor TH vorhanden, die einen sogenannten RACH-Detektor bilden, der an sich dem Fachmann bekannt ist. Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel entfällt der Mittelwertbilder AVE aus Figur 5. D.h. der Korrelator COR ist in diesem Fall ausgangsseitig direkt mit dem Schwellwertdetektor TH verbunden.
Ein RACH-Detektor dient, anders als der RAKE Searcher in Fi- gur 5, nicht zur Erkennung der stärksten Pfade, sondern zur Erkennung, ob überhaupt das erwartete Signal vorliegt, wobei es unerheblich ist, auf welchem Pfad bzw. mit welcher Verzögerungszeit dieses Signal empfangen wurde.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel werden nicht die über beide Richtcharakteristiken GBl, GB2 empfangenen Signale SIG vom Mittelwertsbilder AVE gemittelt, sondern jeweils nur die über eine der Richtcharakteristiken empfangenen Signale. Das bedeutet, dass der Mittelwertbilder synchron zum Korrela- tor COR arbeitet und zu jedem Verarbeitungsergebnis des Korrelators COR ebenfalls ein Mittelungsergebnis liefert.
Der Korrelator COR verarbeitet jeden RACH-Burst von 1,0666 ms Dauer einzeln, d.h. er liefert ein Verarbeitungsergebnis für jeden RACH-Burst. Nach derselben Zeitdauer wechselt dann vorteilhafter Weise auch der Empfang der entsprechenden Signalge SIG von der einen Richtcharakteristik auf die andere. Dabei
werden aufeinanderfolgende RACH-Bursts jeweils abwechselnd mit einer der beiden Richtcharakteristiken GBl, GB2 empfangen. Befindet sich die Mobilstation MS an einer Position, die ungünstig hinsichtliche der ersten Richtcharakteristik GBl ist (also zwischen zweier Richtkeulen liegt) und sendet über seine Signale SIG einen ersten RACH-Burst, der mit der ersten Richtcharakteristik empfangen wird, wird die erste Präambel wahrscheinlich nicht detektiert. Sendet die Mobilstation anschließend den zweiten RACH-Burst (mit erhöhter Sendeleis- tung) wird die Detektion aber deutlich wahrscheinlicher, weil dann zum Empfang die zweite Richtcharakteristik GB2 benutzt wird. Die erfolgreiche Detektion ist dann nicht nur bedingt durch die höhere Leistung beim erneuten Aussenden des RACH- Bursts sondern auch dadurch, dass für die aktuelle Position der Mobilstation MS die Einfallsrichtung der Signale SIG an der Basisstation günstiger für die Richtkeulen der zweiten Richtcharakteristik GB2 ist als für diejenigen der ersten Richtcharakteristik GBl .
Durch die Erfindung ist es bei beiden Ausführungsbeispielen möglich, die Detektion der Empfangssignale SIG im Durchschnitt in kürzerer Zeit durchzuführen, als wenn nur eine einzelne Richtcharakteristik verwendet würde an Stelle von zweien, zwischen denen hin- und hergeschaltet wird. Alterna- tiv ist es auch möglich, bei Beibehaltung der gleichen durchschnittlichen Detektionszeit die Signale SIG durch die Mobilstation MS mit reduzierter Sendeleistung auszustrahlen.
Es sind zahlreiche Variationen der erfindungsgemäßen Idee möglich. Beispielsweise können auch Richtcharakteristiken
GBl, GB2 verwendet werden, die keinen gleichmäßigen Abstand zwischen ihren Richtkeulen aufweisen. Derartige Richtcharakteristiken können beispielsweise mit sog. Butlermatrizen erzeugt werden. Es ist auch nicht notwendig, dass die Richtkeu- len der unterschiedlichen Richtcharakteristiken GBl, GB2 in- einanderverschachtelt angeordnet sind. Beispielsweise ist es möglich, anders als in Figur 3 dargestellt, die vier Rieht-
keulen der ersten Richtcharakteristik GBl im Sektor zwischen 0 und +60° anzuordnen, während die Richtkeulen der zweiten Richtcharakteristik GB2 im Teilsektor zwischen 0 und -60° angeordnet werden, wobei die Richtkeulen jeder Richtcharakte- ristik untereinander z.B. geringere gegenseitige Winkelabstände aufweisen als in Figur 3. Wie bereits erwähnt, ist es auch möglich, eine größere Anzahl als lediglich zwei vorbestimmter Richtcharakteristiken GBl, GB2 zu verwenden und zwischen diesen gegebenenfalls mehrfach sequentiell umzuschal- ten. Im letztgenannten Fall würde dann der Mittelwertbilder AVE in Figur 5 eine Mittelung anhand der Ausgangssignale einer größeren Anzahl als von lediglich zwei unterschiedlichen Strahlformungsnetzwerken BFNWl, BFNW2 durchführen.
Die Schaltfrequenz für die Schalter Sl, S2 in Figur 4 kann für Ausführungsbeispiele, die nicht die Übertragung eines RACH-Bursts betreffen, insbesondere abhängig von einer Geschwindigkeit v der Mobilstation MS (vergleiche Figur 1) sein. Dies kann vorzugsweise wiederum angepasst an die Verar- beitungsfrequenz der in Figur 5 dargestellten Verarbeitungseinheiten erfolgen, die dann ebenfalls geschwindigkeitsabhängig gewählt wird. Bei höherer Geschwindigkeit v wechseln die Schalter Sl, S2 ihre Stellung nach Empfang jeweils einer Version der Datenfolge, mit der der Verbindungswünsch signali- siert wird. Bei einer geringeren Geschwindigkeit v wird die Schaltfrequenz erniedrigt, so dass mittels derselben Richtcharakteristik GBl, GB2 vor dem nächsten Umschalten der Schalter Sl, S2 jeweils mehrere. Übertragungen der Datenfolge empfangen werden. Die mehrfach empfangene Datenfolge wird dann, ähnlich wie weiter oben bereits erläutert, dadurch ausgewertet, dass dieselbe zu unterschiedlichen Zeitpunkten von den unterschiedlichen Richtcharakteristiken empfangenen Datenfolgen gemittelt werden, wodurch die weitere Auswertung erleichtert wird.