-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Übertragungs-Diversityvorrichtung, auf ein Verfahren zur
drahtlosen Diversityübertragung
sowie auf ein Computerprogramm zur Ausführung eines solchen Verfahrens.
-
Aus
der
EP 0 881 782 A2 ist
eine Einzelträger-Maximalverhältnis-Synthese-Übertragungs-Diversityvorrichtung
bekannt, wie sie in
8 gezeigt ist. Gemäß dieser
bekannten Übertragungs-Diversityvorrichtung sind
Antennenelemente in Abständen
angeordnet, die größer sind
als λ/2.
Ein von einem Antennenelement empfangenes Signal wird über einen
Antennenmultiplexer zu einem Empfänger hin übertragen, in welchem das Signal
demoduliert wird. Das so demodulierte Signal wird zu einem Phasen-
und Leistungs-Detektierabschnitt hin übertragen, in welchem die Phase
und die Leistung des Signals ermittelt werden. Auf der Grundlage des
Ergebnisses einer solchen Ermittlung berechnet ein Steuerungsabschnitt
die Phase und die Leistung eines Übertragungssignals. Auf der
Grundlage des Ergebnisses der Berechnung überträgt eine Sendesignal-Erzeugungsschaltung
ein Übertragungs-
bzw. Sendesignal über
den Antennenmultiplexer zu jedem der Antennenelemente.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass das Verfahren gemäß der
EP 0 881 782 A2 , in der
die Berechnung der Phase eines Signals jeder Antenne beansprucht
ist, nicht auf den Mehrträgerfall,
sondern lediglich auf einen Einzelträgerfall angewandt werden kann,
da es unmöglich
ist, die Phasen von empfangenen Signalen zu messen, wenn es mehr
als zwei Träger
gibt.
-
Bei
Einzelträger-Anwendungen ändert sich
die Phase des Signals häufig,
während
die Symbole seriell übertragen
werden. Daher ist es schwierig, Phasen zwischen verschiedenen Antennen
zu vergleichen, da sich die Phase nicht gleichmäßig ändert. Deshalb wird bei Einzelträger-Anwendungen
ein Phasenvergleich vorzugsweise unter Heranziehung von Pilotsyrnbolen
ausgeführt,
deren Phasen sich gleichmäßig ändern oder bekannt
sind.
-
Aus
der
US 5.973.642 sind
adaptive Antennenanordnungen für
orthogonale Frequenzmultiplexsysteme (OFDM-Systeme) mit einer Zweikanal-Interferenz
bekannt. Gemäß diesem
bekannten Verfahren werden Parameter für adaptive Antennenanordnungen
in OFDM-Systemen
mit Zweikanal-Interferenz geschätzt.
Die Kanalparameterschätzung
wird unter Heranziehung eines zwei Durchläufe umfassenden Prozesses ausgeführt, der
in vorteilhafter Weise den zeitlichen Rahmen dehnt und vergangene,
gegenwärtige
und zukünftige zeitliche
Kanalschätzungen
während
einer Parameterschätzung
berücksichtigt.
Kanalparameter werden durch Verarbeiten der Signale durch schnelle
Fouriertransformationen, zeitliche Filter bzw. Zeit-Filter und inverse schnelle
Fouriertransformationen geschätzt.
Die Zeit-Filter optimieren die Parameterschätzung auf der Grundlage einer
momentanen Korrelation der empfangenen Signale. Dies findet alles
auf der Empfängerseite
des OFDM-Systems statt.
-
In
Anbetracht des oben beschriebenen Standes der Technik ist es die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen,
welches die Verringerung der negativen Mehrpfadeffekte mittels eines Übertragungs-Diversityverfahrens
ermöglicht,
wobei das betreffende Verfahren bei OFDM-Systemen und insbesondere
bei Sendern eines OFDM-Systems anwendbar sein sollte.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die
abhängigen Patentansprüche bilden
den zentralen Gedanken der vorliegenden Erfindung weiter.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird daher eine Übertragungs-Diversityvorrichtung
mit einer Vielzahl von Antennenelementen bereitgestellt. Eine Vielzahl
von Verarbeitungsvorrichtungen ist vorgesehen, die jeweils mit einem
der Antennenelemente verbunden sind. Phasenvergleichs- und -einstelleinrichtungen
sind für
den Vergleich von Phasen von Signalen, die in einem der Antennenelemente
empfangen werden, und zur Einstellung der Phasen der Signale vorgesehen,
welche durch die Antennenelemente entsprechend dem Ergebnis des
Vergleichs übertragen
werden. Insoweit ist dieses Verfahren aus der
EP 0 881 782 A2 bekannt,
die den am nächsten
kommenden Stand der Technik darstellt.
-
Die Übertragungs-Diversityvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie für eine Mehrträgerübertragung,
wie für
eine OFDM-Übertragung,
ausgelegt ist. Ein weiteres Beispiel einer Übertragungs-Diversityvorrichtung,
die für
eine Mehrträgerübertragung
ausgelegt ist, ist von Takahashi, et al, "Antenna and multicarrier combined diversity
system – mit
Antennen und Mehrträger
kombiniertes Diversitysystem",
in IEICE, Transactions on Communications, JP, Tokyo, Vol. E79B,
Nr. 9, 01.09.1966 angegeben. Die Übertragungs-Diversityvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung vergleicht die Phasen zumindest eines Hilfsträgers der
Mehrträgerübertragung
mit der Phase zumindest eines Hilfsträgers zumindest eines anderen
Antennenelements und stellt sie anschließend für eine Übertragung ein. Im OFDM-Fall
ist die Symboldauer wesentlich länger
als im Einzelträgerfall,
so dass ein Phasenvergleich bei irgendeinem Symbol erfolgen kann
und Pilotsymbole daher nicht notwendig sind.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind Hilfsträger
und nicht das empfangene Signal selbst einer Phasenverarbeitung
zu unterziehen.
-
Die Übertragungs-Diversityvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine von dem Hilfsträger-Phasenvergleich abhängige Amplitudeneinstellfunktion
umfassen.
-
Ferner
kann sie eine Funktion zur Mittelung der Phasendifferenzen einer
Vielzahl von Hilfsträgern
aufweisen, die in einem Antennenelement empfangen werden. Es sei
darauf hingewiesen, dass im Falle eines Mehrträgerübertragungssystems jedes der
Antennenelemente eine Vielzahl von Signalen mit unterschiedlichen
Hilfsträgern
empfängt.
-
Die Übertragungs-Diversityvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ferner die Funktion einer Frequenzeinstellung der
Phasendifferenzen der Hilfsträger
umfassen, die jeweils in einer Antenneneinrichtung empfangen werden.
-
Überdies
kann die Übertragungs-Diversityvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Funktion eines Vergleichs lediglich bestimmter ausgewählter Hilfsträger von
unterschiedlichen Antenneneinrichtungen umfassen.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für eine drahtlose
Diversityübertragung
mittels einer Vielzahl von Antennenelementen und einer Vielzahl
von Verarbeitungseinrichtungen vorgeschlagen, die jeweils mit einem
der Antennenelemente verbunden sind. Die Phasen der in den Antennenelementen
empfangenen Signale werden verglichen und entsprechend dem Ergebnis
des Vergleichs für
eine anschließende Übertragung
mittels der Antennenelemente eingestellt.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Phase zumindest eines Hilfsträgers einer Mehrträgerübertragung
für das
jeweilige Antennenelement mit der Phase zumindest eines Hilfsträgers von
zumindest einem anderen Antennenelement verglichen und anschließend für eine Übertragung
eingestellt.
-
Der
Vergleichsschritt kann zumindest zweimal wiederholt werden, um von
dem Phasenvergleich einen Mittelwert zu berechnen, der für den Einstellschritt
zur Einstellung der Phasen für
die anschließende Übertragung
herangezogen wird.
-
Die
Mehrträgerübertragung
kann eine OFDM-Übertragung
sein.
-
Überdies
kann der von dem Hilfsträger-Phasenvergleich
abhängige
Amplitudeneinstellschritt vorgesehen sein.
-
Die
Phasendifferenzen von einer Vielzahl von Hilfsträgern, die jeweils in einem
Antennenelement empfangen werden, können gemittelt werden.
-
Die
Phasendifferenzen der Hilfsträger,
die in einem Antennenelement empfangen werden, können vor einem Vergleich in
der Frequenz eingestellt werden.
-
Der
Vergleich kann mit lediglich ausgewählten bestimmten Hilfsträgern von
verschiedenen Antennenelementen ausgeführt werden.
-
Der
Vergleichsschritt kann den Schritt einer Korrelation von Zeitbereichsdaten
umfassen.
-
In
dem Fall, dass ermittelt wird, dass in irgendeinem der Antennenelemente
kein Signal oder ein Signal mit einer Amplitude unterhalb eines
bestimmten Schwellwerts empfangen wird, wird das betreffende Antennenelement
für eine
anschließende Übertragung
nicht benutzt.
-
Das
Verfahren kann in der Basisstation eines drahtlosen Übertragungssystems
angewandt werden bzw. sein.
-
Gemäß einem
noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogramm
für die Ausführung eines
derartigen Verfahrens vorgeschlagen, wenn das betreffende Programm
in einen Speicher einer Übertragungs-Diversityvorrichtung
geladen ist.
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Ziele bzw. Aufgaben der vorliegenden Erfindung
werden für
einen Durchschnittsfachmann aus der Betrachtung der folgenden detaillierten
Beschreibung von Ausfüh rungsformen der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren
näher ersichtlich
werden.
-
1 zeigt
schematisch ein Sende- bzw. TX-Diversitysystem.
-
2 zeigt eine Darstellung von Phasendifferenzen
von Hilfsträgern,
die ihren Ursprung von verschiedenen Antennen haben.
-
3 zeigt
eine Zeitbereichsdarstellung eines in verschiedenen Antennen empfangenen
OFDM-Signals.
-
4 zeigt
eine symmetrische Darstellung einer Pfaddifferenz zwischen jeweils
einem Antennenelement einer Vielzahl von Antennenelementen eines
Senders und des Empfängers.
-
5 zeigt
die Einzelheiten der Hilfsträgerverarbeitung
in einem Sender gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
6 zeigt
eine erste Alternative zur Einstellung einer Übertragung.
-
7 zeigt
eine zweite Alternative für
eine Phaseneinstellung eines Hilfsträgers.
-
8 zeigt
einen TX-Diversityempfänger
gemäß dem Stand
der Technik.
-
1 zeigt
ein Übertragungs-Diversitysystem
bzw. ein Diversity-Übertragungssystem
mit einem Sender 1, der über eine Vielzahl von Antennenelementen 2, 3 verfügt. Jedes
der Antennenelemente 2, 3 überträgt mittels eines Mehrträgerübertragungsverfahrens 4, 5 zu
einem Empfänger 6 hin,
der eine Antenne 7 aufweist. Wie an sich bekannt, empfängt der
Empfänger 6 die
verschiedenen Signale 4, 5, die von den beabstandeten Antennenelementen 2, 3 des
Senders 1 mit einer Phasendifferenz ihren Ursprung haben,
wie dies in 2 veranschaulicht ist.
Da sich die Erfindung auf Mehrträger-Übertragungssysteme
bezieht, werden die entsprechenden Hilfsträger des Mehrträger-Übertragungssystems
insbesondere phasenverschoben sein, wie dies in 2 veranschaulicht
ist.
-
3 zeigt
die entsprechende Darstellung für
das Zeitbereichs-OFDM-Signal.
-
Wie
in 4 schematisch dargestellt, sollten bei der Übertragung
die verschiedenen Hilfsträger
so eingestellt sein, dass sie in der Antenne 7 des Empfängers 6 ohne
irgendeine relative Phasenverschiebung ankommen.
-
Das
TX-Diversityverfahren wird angewandt, um das Schwundproblem beispielsweise
aufgrund von Mehrwegeeffekten zu vermeiden. Gemäß der vorliegenden Erfindung,
wie sie unter Bezugnahme auf 5 erläutert werden
wird, wird eine Phasen- und/oder Amplitudeneinstellung auf der Senderseite
so berechnet, dass keine orthogonale Signalisierung erforderlich
ist. Die Anzahl der Antenneneinrichtungen 2, 3 kann
auf der Senderseite soweit wie möglich
gesteigert werden, um einen schärferen
Strahl (Strahlformung) zu erhalten.
-
Wie
in 5 gezeigt, werden die in verschiedenen Antenneneinrichtungen 2, 3 empfangenen
Signale einer Abwärts-Umsetzung 23 und
dann einer Analog-Digital- bzw. A/D-Umsetzung 24 unterzogen.
Nach Vornahme einer Fouriertransformation 8 werden die
N-Symbol-Vektoren
der OFDM-Signale von den verschiedenen Antennen zu einer Matrix 9 kombiniert.
-
Andererseits
wird diese Matrix, die jedes Symbol von jeder Antenne enthält, zu einer
Phasenvergleichseinheit 10 für einen Phasenvergleich des
jeweiligen Hilfsträgers
von den Antenneneinrichtungen 2, 3 weitergeleitet.
Daher wird eine Matrix aus relativen Phasen des jeweiligen Hilfsträgers im
Vergleich zu der Basisantenne erzeugt und an eine Phasendifferenz-Einstelleinheit 11 abgegeben.
Die Basisantenne wird ausgewählt,
um die Phasendifferenz zwischen einer anderen bzw. weiteren Antenne
und der betreffenden Basisantenne auszudrücken.
-
Die
Phasendifferenz-Einstelleinheit 11 stellt die Phasen der
Hilfsträger
ein, um die Phasendifferenz des jeweiligen Hilfsträgers zu
kompensieren. Schließlich
werden die Hilfsträger-Phasendifferenzen
gemittelt 12, so dass die nominale Phasendifferenz (oder
die relative Verzögerung)
der jeweiligen Antenne im Vergleich zu einer ausgewählten Basisantenne
erzeugt wird. Diese nominale Phasendifferenz (oder relative Verzögerung)
der jeweiligen Antenne in Bezug auf eine ausgewählte Basisantenne wird dann
für eine
anschließende Übertragung
genutzt, wie dies unter Bezugnahme auf die 6 und 7 erläutert werden
wird.
-
Die
in der Einheit 9 erzeugte Matrix wird ferner in einer Einheit 13 einer
Phaseneinstellung unterzogen, um die Frequenzdifferenz der Hilfsträger zu kompensieren.
Die Einheit 13 nimmt eine Phaseneinstellung vor, um die
Verzögerungsdifferenz
zwischen den Antenneneinrichtungen 2, 3 zu kompensieren.
Die Einheit 13 richtet daher die Phase der jeweiligen Antenne
zu jener der Basisantenne aus und hält die relative Phase zwischen den
Hilfsträgern
innerhalb eines OFDM-Signals von einer Antenne aufrecht. Dies entspricht
einer Empfängerdiversity
in der Basisstation. Falls die Verzögerungsdifferenz zwischen Antennen
groß ist,
ist die Frequenzdifferenz zwischen den Hilfsträgern zu berücksichtigen, wenn eine Phasenkompensation
erfolgt. Falls die Verzögerungsdifferenz
nicht so wichtig ist, kann die Phase der Hilfsträger der jeweiligen Antenne
gleichmäßig kompensiert
werden.
-
In
einer Recheneinheit 14 werden die Phasen über die
verschiedenen Antennen gemittelt (oder aufsummiert), und sodann
wird jeder Hilfsträger,
das heißt
das gemittelte aufsummierte Ergebnis in einer Demodulationseinheit 15 demoduliert.
Die demodulierte Sequenz wird dann zu einem (nicht dargestellten)
Kanal-Decoder übertragen.
-
Die
folgende mathematische Darstellung veranschaulicht die Vektoren
und die Matrizen für
die Verarbeitung gemäß
5.
- SN:
- Konstellationsvektor
für jeden
Hilfsträger
- SHilfsträger, Antenne:
- Konstellation des
jeweiligen Hilfsträgers
und jeweiligen Antenne
- PHilfsträger, Antenne:
- Relative Phasendifferenz
beim jeweiligen Hilfs von der Basisantenne
- PHilfsträger, Antenne:
- eingestellte Phasendifferenz
bei Nominalfre (Mittenfrequenz)
- P'Antenne:
- gemittelte Phasendifferenz
von der Basisantenne bei der
- dAntenne:
- Verzögerung der
jeweiligen Antenne von der Basisantenne.
-
6 veranschaulicht
eine Übertragung,
die auf den in 5 dargestellten Phasenvergleichsprozess hin
folgt.
-
Das
digitale Basisbandsignal nach der IFFT-Verarbeitung wird einer D/A-Umsetzung 16 unterzogen, sodann
durch einen Wandler bzw. Umsetzer 17 geleitet und schließlich an
die verschiedenen Antennen mittels einer Zeitverzögerungseinheit 18 abgegeben.
Die Zeitverzögerungseinheit 18 übt eine
Zeitverzögerung
entsprechend den Nominal-Phasendifferenzen aus, die von der Mittelungseinheit 12 (siehe 5)
abgegeben werden bzw. sind. Gemäß der Alternative
von 6 wird daher eine Zeitverzögerung auf das aufwärts umgesetzte
Signal angewandt.
-
Gemäß der Alternative
von 7 wird der Symbolvektor jedes Hilfsträgersymbols
einer relativen Phaseneinstellung mittels einer Phaseneinstelleinheit 19 entsprechend
dem Ausgangssignal der Mittelungseinheit 12 (siehe 5)
unterzogen. Jeder in der Phase eingestellte Symbolvektor jedes Hilfsträgersymbols
wird dann durch eine IFFT-Einheit 20, einen D/A-Wandler 21 und
einen Aufwärts-Wandler 22 geleitet
und schließlich
an das entsprechende eine Antennenelement der Vielzahl von Antennenelementen
abgegeben.
-
Die
Verarbeitung gemäß der vorliegenden
Erfindung kann daher wie folgt beschrieben werden:
Auf der
Basisseite wird sodann ein relativer Phasenvergleich bezüglich des
jeweiligen Antennenelements unter Heranziehung des Aufwärts-Verbindungssignals
ausgeführt.
-
Der
Phasenvergleich kann entsprechend verschiedenen Verfahren ausgeführt werden.
-
Gemäß einem
ersten Vorschlag werden Phasen zwischen verschiedenen Antennenelementen
durch Mittelung der jeweiligen Hilfsträger-Phasendifferenz verglichen.
Alternativ können
ausgewählte
(zuverlässige) Hilfsträger einem
Phasenvergleich unterzogen werden. Als weitere Alternative können im
Zeitbereich empfangene Daten korreliert und die Phasendifferenz
sodann dadurch berechnet werden, dass das Korrelationsergebnis mit
2π·fc multipliziert
wird, wobei fc die Trägerfrequenz
ist. Die Größe fc ist
prinzipiell von jedem Hilfsträger
verschieden; in den meisten Fällen
kann die Größe fc jedoch
eine repräsentative
Frequenz oder eine Mittenfrequenz sein. (Die Phasendifferenz-Einstelleinheit 11 kann
eine Kompensation bezüglich
dieses Problems vornehmen.) Vor einer Mittelung wird die Phase beim
jeweiligen Hilfsträger
einer Frequenzeinstellung unterzogen, um Frequenzdifferenzen der
Hilfsträger
zu kompensieren. Ein Basis-Hilfsträger kann ausgewählt werden,
der der Mitten-Hilfsträger
oder irgendein Hilfsträger
sein kann, welcher ein OFDM-Symbol darstellt. Sämtliche Phasendifferenzen und
Amplitudendifferenzen werden sodann in Bezug auf diesen Basis-Hilfsträger gemessen.
-
Das
nächstemal,
wenn die Basis bzw. Basisstation überträgt, wird die Phase des Signals
beim bzw. im jeweiligen Antennenelement so eingestellt, dass das
Terminal bzw. Endgerät 6 jedes
Signal mit derselben Phase empfängt.
Dies entspricht den Einstellungen der Sende- bzw. Übertragungszeitpunkte
in jeder der Antenneneinrichtungen.
-
Das
nächstemal,
wenn die Basisstation 1 empfängt, können die Phasen der Signale
wieder eingestellt werden. Falls in der Ba sisstation 1 ein
Speicher vorhanden ist, kann die Phaseneinstellung auf der Empfangsseite
im selben OFDM-Symbol vorgenommen werden. Sodann kann eine neue
Phasendifferenz für
eine folgende Übertragung
berechnet werden.
-
Optional
kann der Einstellwert mehrere Male gemittelt werden, um einen zuverlässigeren
Wert zu erhalten. Falls ein Antennenelement (oder eine Vielzahl)
der Antennenelemente der Basisstation 1 das Aufwärts-Verbindungssignal
nicht oder nicht mit einer Amplitude empfangen kann, die höher ist
als der bestimmte Schwellwert (beispielsweise aufgrund eines Schwundes),
werden die betreffenden Antennenelemente nicht für die Abwärts-Verbindungsübertragung
genutzt.
-
Zusätzlich zu
dem Phasenvergleich ist eine Amplitudeneinstellung bei jeder Antenneneinrichtung
auf das Ergebnis des Phasenvergleichs hin möglich. Es sei darauf hingewiesen,
dass das obige Verfahren bzw. der obige Prozess auf beiden Seiten
der drahtlosen Übertragungsverbindungen
ausgeführt
werden kann, das heißt
sowohl in der Basisstation 1 als auch im Terminal bzw.
Endgerät 6.
-
Die
vorliegende Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass das Terminal
bzw. Endgerät
(Mobil-Seite) nicht notwendigerweise jeden Pfad von verschiedenen
Antennen zu messen hat bzw. braucht. Daher ist keine orthogonale
Signalisierung für
jeden Kanal erforderlich. Da die Anzahl von Antennen in der Basisstation 1 nicht durch
die Anzahl von verfügbaren
orthogonalen Signalen beschränkt
ist (da keine orthogonale Codierung benötigt wird), kann die Anzahl
der Antennenelemente in der Basisstation 1 im Prinzip ohne Grenzen
erhöht
werden. Daher können
die Antennen so konfiguriert werden, dass sie adaptive Gruppierungsantennen
darstellen, so dass ein schärferer
Strahl möglich
ist. Deshalb kann die Übertragungsleistung
auf beiden Seiten reduziert werden, und sowohl ein Schwund als auch
eine Interferenz können
verringert werden.