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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein drahtloses
Kommunikationssystem gemäß Orthogonal
Frequency Division Multiplexing und insbesondere auf einen Strahlbildungsschaltkreis
und ein Gerät
und ein Verfahren zum Empfangen von Funkfrequenzsignalen, die Gebrauch
machen von einem intelligenten Antennenempfängergerät.
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Beschreibung
des verwandten Sachstandes
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In
letzten Jahren sind mit zunehmend hoher Geschwindigkeit der drahtlosen
Kommunikationstechnik Endgeräte
durch Endbenutzer verwendet worden für die Zwecke zum Empfangen
und Übermitteln
eines größeren Informationsumfangs
wie Bilder oder andere Typen von Daten, zusätzlich zu Sprache. Es ist unerlässlich für eine hohe
Geschwindigkeitsübermittlung
eines derart großen
Umfangs von Information auch breite Bandbreitensignale zu behandeln
und auch die Maßnahmen
zu bestimmen, die angepasst werden können, um mit Signalfading und
Interferenz zurecht zukommen. Andererseits zieht OFDM (Orthogonal
Frequency Division Multiplexing) die Aufmerksamkeit auf sich als
eine Technik zum Realisieren derartiger breiter Bandbreitensignalkommunikationen.
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Die
OFDM-Technik, zum Beispiel in US-A-5973642 beschrieben, ist ein
blockorientiertes Modulationsschema, das Datensymbole auf einer Mehrzahl
von orthogonalen Unterträgern
kartographiert, die durch einen Abstand getrennt sind und innerhalb
einer begrenzten Bandbreite angeordnet sind zum Bereitstellen exzellenter
Widerstandscharakteristiken gegen die Interferenz in der Folge von Verzögerungsspreizung
durch die Mehrfachpfade. Es kann nämlich, während die orthogonal codierten Datensignale
mittels der inversen Fourier-Transformation erzeugt werden kann,
oder die orthogonal decodierten Datensignale mittels der Fourier-Transformation
extrahiert werden können,
möglich
sein Schutzintervalle bereitzustellen, um den Einfluss der zeitlichen
Verzögerung
innerhalb des Schutzintervalls zu entfernen. Aufgrund dieser Tatsache
kann die Toleranzmöglichkeit
von Übertragungen
hoher Geschwindigkeiten auf frequenzselektives Fading verbessert
werden.
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Von
OFDM mit derartigen Merkmalen ist erwartet worden nicht nur auf
die zellularen Systeme und die Sendedienste angewendet zu werden,
sondern auch auf drahtlose LANs und so weiter angewendet zu werden.
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Zum
Beispiel muss das drahtlose LAN auf der Basis von OFDM in Japan,
Europa und USA, jeweils bezeichnet als HiSWANa, HyperLAN und IEEE802.11a,
formal standardisiert werden. Diese Standards sind in der physikalischen
Schicht ähnlich zueinander.
Insbesondere in Europa ist der Standard nicht nur auf das drahtlose
LAN, sondern auch auf Außenverwendungen
anwendbar. Gemäß den entsprechenden
drei Standards werden aus einem Satz von Unter-Trägern für eine Übermittlung
von Paketen besondere Unter-Träger
in vorausgewählten
Positionen verwendet als Pilot-Unter-Trägern,
von denen jeder eine vorbestimmte Bitsequenz enthält, während alle
die Unter-Träger
mit einer vorbestimmten anführenden
Präambel
bereitgestellt werden. 4 ist ein graphisches Diagramm,
das die Frequenzen der Übermittlungssignale
gegenüber
der Zeit in einer beispielhaften Konfiguration von Rahmen zeigt.
In diesem Beispiel werden insgesamt 52 Unter-Träger bereitgestellt, von denen
jeder eine Bandbreite fM aufweist und mit einer anführenden
kurzen und langen Präambel
bereitgestellt wird. Vier Pilot-Unter-Träger sind darin eingeschlossen.
Eine OFDM-Symbolzeit ist 4 μSek.
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2 und 3 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das ein Übermittlungsgerät gemäß eines
OFDM-Systems konventioneller Technik zeigt. 3 ist ein
schematisches Blockdiagramm, das ein Empfängergerät gemäß eines OFDM-Systems konventioneller
Technik zeigt. Diese in 2 und 3 jeweils
dargestellten Geräte
werden in dem drahtlosen LAN, wie oben beschrieben, verwendet und
sind detailliert zum Beispiel in „OFDM for wireless mulitmedia
communications, "
(Richard Van Nee, Ramjee Prasad, Artech House, 2000)" beschrieben worden.
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Die
Verarbeitung von Signalen durch das Übermittlergerät und das
Empfängergerät wird kurz mit
Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben. Zuerst
werden in dem wie in 2 dargestellten Übermittlergerät die dazu übermittelten
Datensequenzen fehlerkorrigiert und mittels eines Codierers 601 codiert,
und dann mittels eines Verschachtelers 602 zwischenvertauscht.
Die Ausgangssignale des Verschachtelers 602 werden in Mehrfachpegelsignalen
gemäß QAM (quadratische
Amplitudenmodulation) mittels einer QAM-Symbolversetzungseinheit 603 umgewandelt,
gefolgt durch Einfügen
von Pilotsignalen darin mittels einer Pilotsignaleinfügungseinheit 604.
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Dann
werden die zu übermittelnen
QAM-Datensequenzen in N parallele Datenpunkte (N: die Anzahl von
Unter-Trägern)
mittels eines Seriell-zu-Parallel-Wandlers (S/P-Wandler) 605 umgewandelt.
Die parallelen Datenpunkte werden in Signale in der Zeitdomäne auf der
Grundlage der inversen Fourier-Transformation mittels der inversen
schnellen Fourier-Transformationseinheit (IFFT-Einheit) 606 umgewandelt
und dann in serielle Datensequenzen mittels des Parallel-zu-Seriell-Wandlers
(P/S-Wandler) 607 umgewandelt.
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Die
Ausgabesignale der IFFT-Einheit 606 sind N-Unter-Träger, wie
durch die entsprechenden N-Datenpunkte moduliert, wie von dem S/P-Wandler 605 gegeben.
Der Schutzintervalleinfügungsschaltkreis 608 dient
zum Versetzen einer Wellenform gleich des Schwanzteiles des effektiven
Symbols des OFDM-Signals an der Spitze des effektiven Symbols in
die seriellen Signale, die nach einer schnellen Fourier-Transformation
erhalten werden.
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Der
Einfluss der zeitlichen Verzögerung
innerhalb des Schutzintervalls kann durch die schnelle Fourier-Transformation auf
der Empfängerseite
entfernt werden. Dann werden die Übermittlungssignale in analoge
Signale mittels des D/A-Wandler (DAC) 609 umgewandelt,
orthogonal moduliert, frequenzumgewandelt, gefiltert, leistungsverstärkt, unter
anderen notwendigen Prozessen behandelt, und dann drahtlos durch
ein Antennenelement 611 übermittelt.
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Es
ist in diesem Typ von OFDM-System notwendig, mit der Interferenz
von verzögerten
Signalen mit Verzögerungen
umzugehen, die die Schutzintervalllänge überschreiten, und die Interferenz
in dem gleichen Kanal durch jede andere Zelle und jedes andere System
machen Gebrauch von dem gleichen Frequenzband. Die effektive Verwendung
der Frequenzressourcen ist unausweichlich als eine Maßnahme,
die zum Ausarbeiten des Frequenzknappheitsproblems gedacht ist.
Es ist als eine Lösung
des Problems effektiv, die sogenannte intelligente Antennentechnologie
des OFDM-Systems
anzuwenden.
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Die
intelligente Antennentechnologie ist effektiv zum Erhöhen der
Systemkapazität
und des Abdeckungsbereiches einer Basisstation und zum Verbessern
der Kommunikationsqualität
durch Verwenden von Antennenelementen, deren Ausrichtung für die Basisstation (und
die Mobilstation) variabel ist. In diesem Fall können gewünschte Richtungsmuster durch
Gewichten der Amplitude und der Phasen für das entsprechende Antennenelement
gebildet werden, mit einer Mehrzahl von Antennenelementen, die in
Feldern, wie in 1 dargestellt, angeordnet sind, anstelle
eines einzelnen Antennenelementes mit einer variablen Richtung.
Mit diesem Typ eines derartigen adaptiven Feldantennenelementes,
das in der Lage ist elektrisch die Richtung zu steuern, ist es möglich nicht
nur eine Spitze in einem Antennenrichtungsmuster auf jede gewünschte Richtung
auszurichten, sondern auch eine Null auf interferierenden Wellen
auszurichten. Insbesondere ist es möglich die Frequenzressourcen
durch Bilden einer Mehrzahl von Antennenrichtungsmuster orthogonal
zueinander (d.h. die Null eines Musters auf die Spitze eines anderen)
effektiv zu nutzen und den gleichen Zeitschlitz und den gleichen
Frequenzkanal auf die dazugehörigen
entsprechenden Strahlen zuzuweisen und den sogenannten SDMA (Space
Division Multiple Access) zu erreichen.
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Eine
Mehrzahl von abgezweigten Verzögerungsleitungen
(TDL) und eine Mehrzahl von Gewichtungseinheiten für die entsprechenden
Antennenelemente müssen
für die
intelligente Antenne bereitgestellt werden, um geeignet Strahlen
zu bilden, die breite Bandbreitensignale tragen. Auch in dem Fall
des OFDM-Systems, das in der Lage ist Signale in der Frequenzdomäne zu separieren,
können
Gewichtungseinheiten, die für
jeden Unter-Träger
bereitgestellt werden, verwendet werden zum Implementieren einer äquivalenten
Funktion. In diesem Fall jedoch wird ein großer Umfang von Berechnungsaufgaben
notwendigerweise erforderlich zum Erhalten des Gewichts aller der
Unter-Träger
des OFDM-Systems.
Aus diesem Grund werden die großen
Umfänge
von Verarbeitungsleistung und Berechnungszeit Hindernisse für den Betrieb
des Systems, zum Beispiel in dem Fall, in dem eine Sprachsignalverarbeitung
in Echtzeit erforderlich ist. Es wird in diesem Fall daher notwendig
die Systemschaltkreisgröße zu erhöhen oder
Gebrauch zu machen von einer Hochgeschwindigkeits-DSP oder CPU zum
Entfernen der Hindernisse.
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Da
ferner alle Unter-Träger
mit einer vorbestimmten Bitsequenz mit einer ausreichenden Länge bereitgestellt
werden, neigt die Paketeffizienz dazu vermindert zu werden (während dies
nicht der Fall ist, wenn ein Blindalgorithmus verwendet wird). In
dem Fall des drahtlosen Kommunikationssystems, das, wie oben beschrieben,
Gebrauch macht von einer kurzen Präambel, ist es schwierig optimale
Lösungen auf
der Grundlage bekannter Algorithmen zu erhalten.
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Wir
würdigen
durch den Hintergrund der Offenbarung in EP-A-0844765 eines Mehrfachträgerempfängers mit
einem adaptiven Antennenfeld, in dem die Amplitude und Phase jedes
Unterträgers durch
Gewichten des Breitbandsignals mit einem Satz von Koeffizienten
gesteuert wird, und die gewichteten Signale zusammen summiert werden,
wobei die entsprechenden Gewichtungskoeffizienten derart bestimmt
werden, um die Differenz zwischen den gewichteten kombinierten Signalen
und den zuvor bereitgestellten Referenzsignalen zu minimieren. Diese
Differenz bedeutet die Summierung von quadrierten Fehlern der gewichteten
kombinierten Signale hinsichtlich der Bezugssignale.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen Empfänger gemäß Anspruch 1 und ein Empfangsverfahren
gemäß Anspruch
11 bereit. Verschiedene unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung
stellen die folgenden Merkmale bereit.
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Ein
Empfängergerät kann bereitgestellt
werden mit einer intelligenten Antenne, die in der Lage ist ihr
Ausrichtung einzustellen durch Gebrauchmachen von einer Mehrzahl
von Antennenelementen, wobei das Empfängergerät umfasst: eine Mehrzahl von Fourier-Transformationsabschnitten,
die mit der Mehrzahl von Antennenelementen verbunden ist, und konfiguriert
ist zum Ausgeben von Signalen, die auf Unter-Trägern
orthogonal zueinander getragen werden, von Signalen, die durch jedes
der Antennenelemente empfangen werden; eine Antennengewichtungsberechnungseinheit,
die mit den Fourier-Transformationsabschnitten verbunden ist und
konfiguriert ist zum Extrahieren der Signale, die auf Pilot-Unter-Trägern getragen
werden von den Ausgabesignalen der Fourier-Transformationsabschnitte
und Berechnen eines Antennengewichts jedes Antennenelementes entsprechend
jeder der Unter-Trägergruppen,
wobei jede Unter-Trägergruppe
eine Mehrzahl von Unterträgern
einschließt,
deren Mittenfrequenz in der Nähe
der Mittenfrequenz eines Pilot-Unter-Trägers angeordnet ist; eine Mehrzahl
von Gewichtungseinheiten, die mit der Antennengewichtungsberechnungseinheit
und der Fourier-Transformationseinheit verbunden sind und konfiguriert
sind zum Gewichten der Signale der Unter-Trägergruppen
entsprechend den Signalgewichten, wie mittels der Antennengewichtungsgruppenberechnungseinheit berechnet;
und einen Hinzufügerschaltkreis,
der mit den Gewichtungseinheiten verbunden ist und konfiguriert
ist zum Zusammenhinzufügen
der Signale der Unter-Trägergruppen,
wie gewichtet mit den Antennengewichten für jedes der Antennenelemente.
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Ein
anderes Empfängergerät kann bereitgestellt
werden mit einer intelligenten Antenne, die in der Lage ist ihr
Richtung einzustellen durch Gebrauchmachen von einer Mehrzahl von
Antennenelementen, wobei das Empfangsgerät umfasst: eine Mehrzahl von
Fourier-Transformationsabschnitten, die
mit der Mehrzahl von Antennenelementen verbunden sind und konfiguriert
sind zum Ausgeben von Signalen, die auf Unter-Trägern orthogonal zueinander
getragen werden, von Signalen, die von jedem der Antennenelemente
empfangen werden; eine Mehrzahl von Parallel-zu-Seriell-Wandlungsabschnitten,
die verbunden sind mit entsprechenden Fourier-Transformationsabschnitten und
konfiguriert sind zum Durchführen
einer Parallel-zu-Seriell-Wandlung
der Signale, die auf den Unter-Trägern getragen werden als fourier-transformiert
in einer Zeitteilungsweise; eine Pilotsignal-Extraktionseinheit,
die intermittierend Signale extrahiert, die auf Pilot-Unter-Trägern getragen
werden mit vorbestimmten Mittenfrequenzen von den Ausgabensignalen des
Parallel-zu-Seriell-Wandlungsabschnitts;
eine Antennengewichtungsberechnungseinheit, die verbunden ist mit
den Fourier-Transformationsabschnitten und der Pilotsignal-Extraktionseinheit
und konfiguriert ist zum Berechnen eines Antennengewichtes jedes
Antennenelementes entsprechend jeder der Unter-Trägergruppen
durch die Verwendung der Signale, die auf jedem der Pilot-Unter-Träger getragen wird,
als extrahiert durch die Pilotsignal-Extraktionseinheit, wobei jede Unter-Trägergruppe
eine Mehrzahl von Unter-Trägern
einschließt,
deren Mittenfrequenzen in der Nähe
der Mittenfrequenz von einem Pilot-Unter-Träger angeordnet ist; eine Mehrzahl
von Gewichtungseinheit, die verbunden sind mit dem Parallel-zu-Seriell-Wandlungsabschnitt
und der Antennengewichtungsgruppeberechnungseinheit und konfiguriert
sind zum Multiplizieren der Ausgabesignale des Parallel-zu-Seriell-Wandlungsabschnitts mit
den Antennengewichten, wie kalkuliert durch die Antennengewichtungsgruppenberechnungseinheit für jede der
Unter-Trägergruppen;
und einen Hinzufügerschaltkreis,
der verbunden ist mit der Gewichtungseinheit und konfiguriert ist
zum Zusammenhinzufügen
des Signals der Unter-Trägergruppen,
wie durch die Antennegewichtungen gewichtet für jedes der Antennenelemente.
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Ein
weiteres Empfangsgerät
kann bereitgestellt werden mit einer intelligenten Antenne, die
in der Lage ist ihre Richtung einzustellen durch Gebrauchmachen
von einer Mehrzahl von Antennenelementen, wobei das Empfangsgerät umfasst:
eine Mehrzahl von Gewichtungseinheiten, die mit der Antennengewichtungsberechnungseinheit
und den entsprechenden Antennenelementen verbunden sind und konfiguriert
sind zum Gewichten der durch die Antennenelemente entsprechend mit
vorbestimmten Antennengewichten empfangenen Signale; einen Hinzugfügerschaltkreis,
der mit den Gewichtungseinheiten verbunden ist und konfiguriert
ist zum Zusammenhinzufügen
der Ausgabesignale der Gewichtungseinheiten; einen Fourier-Transformationsabschnitt
der verbunden ist mit dem Hinzufügerschaltkreis
und konfiguriert ist zum Ausgeben von Signalen, die auf Unter-Trägern orthogonal
zueinander getragen werden; einer Pilotsignal-Extraktionseinheit,
die verbunden ist mit dem Fourier-Transformationsabschnitt und konfiguriert
ist zum intermittierenden Extrahieren von Signalen, die auf Pilot-Unter-Trägern getragen
werden, die zyklisch auf den Ausgabesignalen des Fourier-Transformationsabschnitts
erscheinen; und einer Antennengewichtungsberechnungseinheit, die
mit der Fourier-Transformationseinheit
und den Gewichtungseinheiten verbunden ist und konfiguriert ist
zum Empfangen der Signale, die auf den Unter-Trägern getragen werden, zum Berechnen
von Antennengewichten, die entsprechend zu den Antennenelementen
gehören
zum Bilden eines Antennenrichtungsmusters und Ausgeben der Antennengewichte
zu den Gewichtungseinheiten.
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Ein
Verfahren zum Empfangen von Funkfrequenzsignalen durch Verwenden
einer intelligenten Antenne, die in der Lage ist zum Einstellen
ihrer Richtung durch Gebrauchmachen einer Mehrzahl von Antennenelementen
kann umfassen: einen Schritt zum Berechnen von Antennengewichten
mit Bezugnahme auf vorbestimmte Pilot-Unter-Trägersingnale, die von dem empfangenen
Signal als fourier-transformiert extrahiert werden; einen Schritt
zum Gewichten der Signale als fourier-transformiert mit den Antennengewichten,
um eine Gruppe von Unter-Trägersignalen
mit gemeinsamen Antennengewichten zu gewichten, wie mit Bezugnahme
auf wenigstens ein Pilot-Unter-Trägersignal berechnet, das zu
der Gruppe gehört.
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Ein
weiteres Verfahren zum Empfangen von Funkfrequenzsignalen durch
Verwenden einer intelligenten Antenne, die in der Lage ist zum Einstellen
ihrer Richtung durch Gebrauchmachen einer Mehrzahl von Antennenelementen,
umfasst:
einen Schritt zum intermittierenden Extrahieren von Pilot-Unter-Trägersignalen
von einem seriellen Signal, das eine Zeitseriendatensequenz als
fourier-transformiert enthält;
einen Schritt zum Berechnen von Antennengewichten für jede Unter-Trägergruppe
mit Bezugnahme auf ein Pilot-Unter-Trägersignal
von Pilotträger-Signalen,
die zu dem jeden der Unter-Trägergruppe
gehören;
und einen Schritt zum Gewichten des seriellen Signals, das eine
Zeitseriendatensequenz enthält
durch zeitliches Umschalten der Antennengewichte entsprechend zu
der Unterträgergruppe.
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Ein
weiteres Verfahren zum Empfangen von Funkfrequenzsignalen durch
die Verwendung einer intelligenten Antenne, die in der Lage ist
zum Einstellen ihrer Richtung durch Gebrauchmachen von einer Mehrzahl
von Antennenelementen, umfasst: einen Schritt zum Gewichten von
separat empfangenen Signalen durch die Antennenelemente entsprechend mit
Antennengewichten; einen Schritt zum intermittierenden Extrahieren
von Pilot-Unter-Trägersignalen aus
einer Reihe von Signalen, die eine Zeitreihendatensequenz als Fourier-Transformierte
enthält;
und einen Schritt zum Berechnen von Antennengewichten für die entsprechenden
Antennenelemente mit Bezugnahme auf die Pilot-Unter-Trägersignale
als intermittierend extrahiert.
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Ein
Strahlbildungsschaltkreis kann umfassen: einen Eingabeabschnitt,
der konfiguriert ist zum Empfangen von Signalen als digitalisiert
nach Empfangen durch entsprechender Antennenelemente; eine Pilotsignal-Extrahierungseinheit,
die mit dem Eingabeabschnitt verbunden ist und konfiguriert ist zum
intermittierenden Extrahieren von Pilot-Unter-Trägersignalen von den durch den
Eingabeabschnitt empfangenen Signalen; eine Antennengewichtungsberechnungseinheit,
die mit der Pilotsignal-Extrahierungseinheit verbunden ist und konfiguriert
ist zum Berechnen eines Antennengewichtes jedes Antennenelementes
entsprechend zu jeder der Unter-Trägergruppen,
wobei jede Unter-Trägergruppe
eine Mehrzahl von Unter-Trägern
einschließt,
deren Mittenfrequenz in der Nähe
der Mittenfrequenz von einem der Pilot-Unter-Träger liegt; eine Mehrzahl von
Gewichtungseinheiten, die verbunden sind mit der Antennengewichtungsberechnungseinheit
und den entsprechenden Antennenelementen und konfiguriert ist zum
Gewichten der durch die Antennenelemente entsprechend mit den Antennengewichten empfangener
Signale, wie berechnet durch die Antennengewichtungsgruppenberechnungseinheit; einen
Hinzufügerschaltkreis,
der verbunden ist mit den Gewichtungseinheiten und konfiguriert
ist zum Zusammenhinzufügen
der Signale der Unter-Trägergruppen
als gewichtet mit Antennengewichten für jedes der Antennenelemente;
und eine Zeiteinstellungssteuerungseinheit, die verbunden ist mit
der Pilotsignal-Extrahierungseinheit und der Antennengewichtungsgruppenberechnungseinheit und
konfiguriert ist zum Liefern von Zeiteinstellungssignalen zu der
Pilotsignal-Extrahierungseinheit und der Antennengewichtungsgruppenberechnungseinheit.
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Ein
weiteres Empfangsgerät
für ein
drahtloses Kommunikationssystem auf der Grundlage einer orthogonalen
Frequenzteilungsmultiplexierungsmodulation, die Gebrauch macht von
einer Mehrzahl von Unter-Trägern,
die orthogonal sind zu jeder anderen in einer Frequenzdomäne, kann
umfassen: eine Mehrzahl von Antennenelementen, die konfiguriert sind
zum separaten Empfangen von OFDM-Signalen als moduliert gemäß der orthogonalen
Frequenzteilungsmultiplexierungsmodulation; eine Mehrzahl von Fourier-Transformationsschaltkreisen,
die entsprechend verbunden sind mit der Mehrzahl von Antennenelementen
und konfiguriert sind zum Durchführen von
Fourier-Transformation
der OFDM-Signale, wie empfangen durch jedes der Antennenelemente,
und Signale ausgibt, die auf den Unter-Trägern getragen werden; eine
Antennengewichtungsberechnungseinheit, die mit den Fourier-Transformationsschaltkreisen
verbunden ist und konfiguriert ist zum Empfangen der Signale, die
auf den Unter-Trägern
getragen werden und zugehörige
entsprechende Antennengewichte berechnet zu den Antennenelementen,
um ein Antennenrichtungsmuster zu bilden; und eine Mehrzahl von
Gewichtungseinheiten, die verbunden sind mit der Antennengewichtungsberechnungseinheit und
der Fourier-Transformationseinheit
und konfiguriert sind zum Gewichten der Ausgangssignale der Fourier-Transformationseinheit
entsprechend der OFDM-Signale, die durch die Antennenelemente empfangen
werden auf der Grundlage der Antennengewichte, wie mittels der Antennengewichtungsberechnungseinheit
kalkuliert, wobei die Ausgabesignale entsprechend einer Mehrzahl
von den Unter-Trägern mit
einem gemeinsamen Antennengewicht für jedes der Antennenelemente
gewichtet ist.
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Ein
weiteres Empfängergerät für ein drahtloses
Kommunikationssystem auf der Grundlage einer orthogonalen Frequenzteilungsmultiplexierungsmodulation,
das Gebrauch macht von einer Mehrzahl von Unter-Trägern, die
orthogonal zueinander in einer Frequenzdomäne sind, kann umfassen: eine Mehrzahl
von Antennenelemente, die konfiguriert sind zum separaten Empfangen
von OFDM-Signalen, moduliert gemäß der orthogonalen
Frequenzteilungsmultiplexierungsmodulation; eine Mehrzahl von Gewichtungseinheiten,
die verbunden sind mit den Antennenelementen und konfiguriert sind
zum Gewichten der OFDM-Signale, die durch die Antennenelemente empfangen
werden; einen Fourier-Transformationsschaltkreis, der verbunden
ist mit den Gewichtungseinheiten und konfiguriert ist zum Durchführen von
einer Fourier-Transformation der OFDM-Signale, wie mittels der Gewichtungseinheiten gewichtet
und zum Ausgeben von Signalen, die auf den Unter-Trägern
getragen werden; und eine Antennengewichtungsberechnungseinheit,
die mit der Fourier-Transformationseinheit
und den Gewichtungseinheiten verbunden ist und konfiguriert ist
zum Empfangen der Signale, die auf den Unter-Trägern getragen werden als Fourier-Transformierte
durch den Fourier-Transformationsschaltkreis,
zum Berechnen von entsprechend zugehörigen Antennengewichten zu
den Antennenelementen, zum Bilden einer Antennenrichtungsmusters
und Ausgeben der Antennengewichte zu den Gewichtungseinheiten, wobei
die OFDM-Signale entsprechend einer Mehrzahl von den Unter-Trägern mit
dem gemeinsamen Antennengewicht für jedes der Antennenelemente gewichtet
ist.
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Kurze Beschreibung
der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm, das das Empfängergerät zeigt,
das mit einer intelligenten Antenne gemäß einer konventionellen Technik
bereitgestellt wird.
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das ein Übermittlergerät zeigt
gemäß einem
OFDM-System konventioneller Technik.
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3 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das ein Empfängergerät gemäß eines OFDM-Systems konventioneller
Technik zeigt.
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4 ist
ein graphisches Diagramm, das die Frequenzen der Übermittlungssignale über die
Zeit in einer beispielhaften Konfiguration von Rahmen gemäß einem
OFDM-System zeigt.
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5 ist
ein Blockdiagramm, das das Empfängergerät zeigt,
das mit einer intelligenten Antenne gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird.
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6 ist
ein Blockdiagramm, das das Empfängergerät zeigt,
das mit einer intelligenten Antenne gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird.
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7 ist
ein schematisches Diagramm, das den Mechanismus der in 6 dargestellten
Pilotsignal-Extrahierungseinheit zeigt.
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8 ist
ein Blockdiagramm, das das Empfängergerät zeigt,
das mit einer intelligenten Antenne außerhalb des Bereiches der Erfindung
bereitgestellt wird.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Im
folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Während nur
drei Signalempfangssysteme dargestellt werden, die jeweils ein Antennenelement und
zugehörige
Schaltkreise aufweisen, die zum Empfangen und Verarbeiten von drei
Unter-Trägergruppen
erforderlich sind, von denen jede aus drei Unter-Trägern besteht,
insgesamt zu sechs Unter-Trägern, wird
dies nur aus Gründen
der Erklärungsklarheit
gemacht, so dass es möglich
ist die vorliegende Erfindung auf jede andere Anzahl von Unter-Trägern und
jede andere Anzahl von Unter-Trägergruppen
mit äquivalenten
Vorteilen anzuwenden.
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Während die
FFT auf der Grundlage des direkten Fourier-Transformations-(DFT)-Schemata implementiert
werden kann, ist auch die tatsächliche Implementierung
nicht darauf beschränkt.
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Der
Betrieb einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung wird erklärt. 5 ist
ein Blockdiagramm, das das Empfängergerät zeigt,
das mit einer intelligenten Antenne gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird. Das Empfängergerät wird bereitgestellt
mit hohen Frequenzwellenempfangsschaltkreisen 102a bis 102c,
A/D-Wandlern 103a bis 103c,
S/P-Wandlern 104a bis 104c, FFT-Einheiten 105a bis 105c,
Gewichtungseinheiten 106a bis 108a, 106b bis 108b und 106c bis 108c,
Hinzufügerschaltkreisen 108,
einem P/S-Wandler 110, einer Zeiteinstellungssteuerungseinheit 111 und
einer Gewichtungssatzberechnungseinheit 112. Zuerst werden
die OFDM-Signale, wie durch die Antennenelemente 101a bis 101c empfangen,
gefiltert, nieder-rauschverstärkt,
frequenzgewandelt usw. bei einem drahtlosen Frequenzband, und dann
gefiltert, orthogonal demoduliert, automatisch verstärkungsgesteuert
(AGC) usw., bei einem mittleren Frequenzband mittels der Hochfrequenzwellenempfangsschaltkreise 102a bis 102c,
gefolgt durch Umwandlung in digitale Signale mittels der A/D-Wandler 103a bis 103c.
Die Digitalsignale werden seriell-zu-parallel-gewandelt durch die S/P-Wandler 104a bis 104c,
um sie zu den FFT-Einheiten 105a bis 105c zu übertragen,
die zum Durchführen
der Fourier-Transformation der digitalen Signale dienen. Durch diese
Konfiguration werden die über
das orthogonale Frequenzband verteilte und übermittelten individuellen
Signalsequenzen zugehörig
zu den entsprechenden Unter-Trägern
getrennt.
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In
diesem Fall werden, wenn das Frequenzband der entsprechenden Unter-Träger relativ
breit ist, die Antennenrichtungsmuster infolge von Dispersion von
der Mittenfrequenz der beabstandeten Unter-Träger in dem Fall dispergiert,
wo ein einzelnes Antennengewicht auf das entsprechende eine Antennenelement
für alle
die Unter-Träger angewendet wird,
und dadurch die Charakteristiken dazu neigen wegen der Verminderung
der Strahlverstärkung
in die gewünschte
Richtung, und weil eine Null kaum zu interferierende Wellen gebildet
wird, verringert zu werden. Andererseits jedoch wird ein großer Umfang von
Berechnungsaufgaben notwendigerweise gefordert, um die Gewichte
von allen Unter-Trägern
des OFDM-Systems zu erhalten. Aus diesem Grund sind die Unter-Träger in Unter-Trägergruppen
gruppiert. Jede Unter-Trägergruppe
schließt
eine Mehrzahl von Unter-Trägern
mit Mittenfrequenzen ein, die innerhalb einer gewissen Frequenzbreite
innerhalb der die Dispersion des Antennenrichtungsmusters vernachlässigbar
ist, angeordnet.
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Zum
Beispiel wenn die neun Unter-Träger S1,
S2, ... und S9 in der Reihenfolge von dem hohen Frequenzunterträger in dem
Fall der vorliegenden Ausführungsform
genannt werden, während
die Unter-Träger
S2, S5 und S8 Pilot-Unter-Träger
sind, die bekannte Bitsequenzen enthalten, ist es möglich eine Unter-Trägergruppe
zu definieren, die die Unter-Träger
S1 bis S3 enthalten, eine Unter-Trägergruppe, die die Unter-Träger S4 bis
S6 enthalten, und eine Unter-Trägergruppe,
die die Unter-Träger
S7 bis S9 enthalten. Auch die anzugebenden Antennengewichte W1,
W2 und W3, die entsprechend zu diesen Unter-Trägergruppen gegeben werden,
werden mittels der Gewichtungseinstellberechnungseinheit 112 berechnet
mit Bezugnahme nur auf die Pilot-Unter-Träger S2, S5 und S8. In diesem
Fall dient die Zeiteinstellungssteuerungseinheit 111 zum
Erfassen der Eingabe-/Ausgabesignalzeiteinstellung an den FFT-Einheiten 105a bis 105c und
zum Steuern der Signaleinstellung, die zum Berechnen der Antennengewichte
in der Gewichtungseinstellberechnungseinheit 112 erforderlich
ist. Zeiteinstellungssignale werden zu der Gewichtungseinstellberechnungseinheit 112 übermittelt
von der Zeiteinstellungssteuerungseinheit 111, um die Ausgabesignale
der gleichen Zeitpunkte bei den entsprechenden Signalempfangssystemen
zu extrahieren. Die Antennengewichte W1, W2 und W3, wie durch die
Gewichtungseinstellberechnungseinheit 112 berechnet, werden
durch die Ausgabe der FFT-Einheiten 105a bis 105c entsprechend
multipliziert mittels der Gewichtungseinheiten 106a bis 108a, 106b bis 108b und 106c bis 108c, und
dann werden die Ergebnisse einer Multiplikation entsprechend zu
jedem Unter-Träger
und jedem Antennenelement zusammen hinzugefügt mittels der Hinzufügerschaltkreise 109.
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Schließlich werden
die Signale, die durch Kombinieren von Signalen auf den entsprechenden Unter-Trägern, die
die Gewichte angeben, in ein serielles Signal umgewandelt, das eine
Zeitreihendatensequenz enthält,
mittels des P/S-Wandlers 110. Durch
diese Konfiguration wird ein geeignetes Antennenrichtungsmuster
erhalten für
jeden Unter-Träger. Während die
Signale auf den Pilot-Unter-Trägern,
die bekannte Bitsequenz enthalten, in der Gewichtungseinstellberechnungseinheit 112 verwendet
werden können,
ist die vorangegangene Technik nicht nur auf Strahlbildungsalgorithmen
auf der Grundlage von Blindalgorithmen anwendbar, sondern auf Strahlbildungsalgorithmen
auf der Grundlage von MMSE (Minimum Mean Square Error) wie LMS (Least
Mean Squares), SMI (Sample Matrix Inverse), RLS (Recursive Least
Square) usw.
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In
dem Fall, dass das Empfängergerät Gebrauch
macht von der intelligenten Antenne gemäß der vorliegenden Ausführungsform,
wie oben beschrieben, ist es möglich
den Umfang von Berechnungsaufgaben zu vermindern, die für die Gewichtungseinstellberechnung
erforderlich sind, da kein Bedarf für eine Berechnung der Gewichte
für all
die Unterträger
besteht, während
ein Satz von Gewichten für
eine Mehrzahl von Unter-Trägern
berechnet wird, die zu jeder Unter-Trägergruppe gehört. Durch diese
Konfiguration wird es möglich
Signale in Echtzeit zu verarbeiten, ohne auf eine hohe Geschwindigkeit
DSP oder CPU auszuweichen und ohne auf ein Erhöhen des Maßstabs eines Schaltkreises
auszuweichen.
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Auch
der Richtungssteuerungsmechanismus hängt nicht ab von einem besonderen
Modulationsschema oder einem besonderen Fehlercodiersystem, sondern
ist auf jeden dieser Typen anwendbar.
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Weiterhin
sollte bemerkt werden, dass eine geeignete Anzahl von Unter-Trägern, die
zu einer Antennenelementgruppe gehört, von der Bandbreite der Unter-Träger und
der OFDM-Trägerfrequenzen
abhängt
und daher bestimmt werden kann, den Abstrich in Betracht zu ziehen,
der zwischen dem Fehlerverhältnis
zwischen einem Decodieren und dem Umfang von Berechnungsaufgaben
zum Erhalten einer Gewichtungseinstellung in Betracht zu ziehen
ist.
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6 ist
ein Blockdiagramm, das das Empfängergerät zeigt,
das mit einer intelligenten Antenne gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird. Das Empfängergerät der vorliegenden
Erfindung wird bereitgestellt mit Antennenelementen 201a bis 201c, Hochfrequenzwellenempfangsschaltkreisen
(RF RX) 202a bis 202c, die zum Durchführen notwendiger Verarbeitungen
von drahtlosen Frequenzsignalen wie Empfangen dienen, d.h. Filtern,
Niederrauschverstärkung, Frequenzwandlung
usw., orthogonale Demodulation, A/D-Wandler (ADC) 203a bis 203c zum
Wandeln analoger Signale auf der Basisbandfrequenz in digitale Signale,
FFT-Einheiten 205a bis 205c zum
Durchführen
der schnellen Fourier-Transformation auf den digitalen Signalen,
S/P-Wandler 204a bis 204c zum
Durchführen
einer Seriell-zu-Parallel-Wandlung
der digitalen Signale im Voraus, der FFT-Einheit 205a bis 205c,
P/S-Wandler 206a bis 206c zum Durchführen von
Parallel-zu-Seriell-Wandlung der digitalen Signale nach der FFT-Einheit 205a bis 205c,
eine Pilotsignal-Extrahierungseinheit (Gatterschaltkreis) 210 zum
intermittierenden Extrahieren von Signalen auf dem Pilot-Unter-Träger von
den Ausgangssignalen der FFT-Einheiten,
eine Zeiteinstellungssteuerungseinheit 209, die zum Erfassen der
Eingabe-/Ausgabesignalzeiteinstellung an den FFT-Einheiten 105a bis 105c dient,
und zum Steuern der Signalzeiteinstellung, die erforderlich ist
zum Extrahieren von Signalen auf den Pilot-Unter-Trägern von
den Ausgabesignalen der FFT-Einheiten, eine Gewichtungseinstellberechnungseinheit 211 zum Berechnen
der Antennengewichte für
jeden Unter-Träger
durch die Verwendung der Pilotsignale wie extrahiert und die Präambelsignale,
Gewichtungseinheiten 207a bis 207c zum Gewichten
von Signalen jeder Unter-Trägergruppe
mit der zugehörigen
Antennengewichtungseinstellung in einer Zeitteilungsart, und einen
Hinzufügungsschaltkreis 208 zum
Zusammenhinzufügen
der empfangenen Signale der drei Pfade.
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Als
nächstes
wird der Betrieb der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung erklärt,
wenn Signale empfangen werden sollen. Als erstes werden die OFDM-Signale
wie durch die Antennenelemente 201a bis 201c empfangen
gefiltert, nieder-rauschverstärkt,
frequenzgewandelt usw. auf einen drahtlosen Frequenzband, und dann
gefiltert, orthogonal demoduliert, automatisch verstärkungsgesteuert
(AGC) usw. auf einem mittleren Frequenzband mittels der Hochfrequenzwellenempfangsschaltkreise 202a bis 202c, gefolgt
durch Wandlung in digitale Signale mittels der A/D-Wandler 203a bis 203c.
Die digitalen Signale werden seriell-zu-parallel-gewandelt durch
die S/P-Wandler 202a bis 202c, um sie zu den FFT-Einheiten 205a bis 205c zu übertragen,
die zum Durchführen
der Fourier-Transformation der digitalen Signale dienen, die dann
in ein serielles Signal gewandelt werden, das eine Zeitseriendatensequenz
entsprechend jedes Antennenelementes enthält mittels der P/S-Wandler 206a bis 206c. Durch
diese Konfiguration werden die individuellen Signalsequenzen, die über das
orthogonale Frequenzband übermittelt
werden, zugehörig
zu den entsprechenden Unter-Trägern
separiert und auf eine Zeitteilungsweise ausgegeben, in der die
individuellen Signalsequenzen umgekehrt erscheinen.
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Andererseits
dient die Pilotsignal-Extrahierungseinheit 210 zum intermittierenden
Extrahieren von Signalen auf den Pilot-Unter-Trägern von den Ausgabesignalen
der FFT-Einheit,
wohingegen die Gewichtungseinstellungsberechnungseinheit 211 zum
Berechnen einer geeigneten Antennengewichtseinstellung für jede Unter-Trägergruppe
dient, um ein gewünschtes
Richtungsmuster zu bilden. In diesem Fall dient die Zeiteinstellungssteuerungseinheit 209 zum
Erfassen der Eingabe-/Ausgabesignalzeiteinstellung an den FFT-Einheiten
und zum Steuern der Signalzeiteinstellung, die zum Extrahieren von Signalen
auf dem Pilot-Unter-Trägern
von all den Ausgabesignalen der FFT-Einheiten erforderlicht ist. Auch
die entsprechenden Antennengewichte werden auf der Grundlage von
einem einer Varietät
von Strahlformungsalgorithmen auf die gleiche Weise wie in der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung berechnet.
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Antennengewichteinstellungen
wie berechnet werden multipliziert durch die entsprechend empfangenen
Signale mittels der Gewichtungseinheiten 207a und zusammen kombiniert
mittels des Hinzufügungsschaltkreises 208.
Durch diese Konfiguration werden Signale mit einem gewünschten
Antennenrichtungsmuster für
jeden Unter-Träger
erhalten.
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Insbesondere
das kennzeichnende Merkmal der vorliegenden Ausführungsform beruht auf der Pilotsignal-Extrahierungseinheit 210,
die zum intermittierenden Extrahieren von Pilotsignalen auf den
Pilot-Unter-Trägern
von den seriellen Signalen dient, die durch Parallel-zu-Seriell-Wandlung
nach schneller Fourier-Transformation der Unter-Träger erhalten wird,
die Datensignale und das Pilotsignal enthalten. In dem was folgt,
wird die Pilotsignal-Extrahierungseinheit 210 beschrieben.
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7 ist
ein schematisches Diagramm, das den Mechanismus der Pilotsignal-Extrahierungseinheit 210,
wie oben beschrieben, zeigt. Die Ausgabesignale der P/S-Wandler 206a bis 206c werden
sukzessive in einer Zeitsequenz ausgegeben, in der die OFDM-Symbole
der entsprechenden Unter-Träger eins
nach dem anderen mit einer Symbolrate neun mal höher als die ursprüngliche
Symbolrate angeordnet sind. Die Pilotsignal-Extrahierungseinheit 210 ist konfiguriert,
um für
jedes Antennenelement nur die Symbole zu extrahieren, wie auf den
Pilot-Unter-Trägern übertragen,
wenn ein Satz von 9 Symbolen bezogen auf den gleichen Zeitschlitz
in die Pilotsignal-Extrahierungseinheit 210 eingegeben
wird. Für diesen
Zweck dient die Zeiteinstellungssteuerungseinheit 209 zum Übertragen
von Synchronisierungsblocks, die eine Ausgabezeiteinstellung der
entsprechenden OFDM-Symbole anzeigen zusammen mit der Zeiteinstellungsinformation über die
Position der Symbole auf den Pilot-Unter-Trägern in den entsprechenden
OFDM-Symbolen.
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Zum
Beispiel, wie die erste Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, wenn die neun Unter-Träger S1, S2, ... und S9 in der
Reihenfolge des Hochfrequenz-Unter-Trägers
genannt werden während
die Unter-Träger
S2, S5 und S8 Pilot-Unter-Träger
mit bekannten Bitsequenzen sind, die Ausgabesignale der P/S-Wandler 206a bis 206c sukzessiv
mit einem Symbol für
die Pilotsignale nacheinander ausgegeben, zwei Datensymbole in einer
Zeitsequenz. Die Pilotsignale wie extrahiert werden Zeitweise in den
Speicher 301 bis 303 für den Zweck einer Berechnung
der entsprechenden Gewichtungssätze
gespeichert. Auch wenn die Gewichte multipliziert werden, dient
die Zeiteinstellungssteuerungseinheit 209 zum Übernehmen
einer Steuerung der Betriebszeiteinstellung der Gewichtungseinstellberechnungseinheit 211,
um die Gewichtungseinstellungen, wie verwendet für jede Unter-Trägergruppe,
auf eine zyklische Weise umzuschalten, während die Gewichte der Gewichtseinstellungen
von der Gewichteinstellungsberechnungseinheit 211 entsprechend
der Gewichtungseinheit 207a bis 207c übertragen
werden.
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Dementsprechend
ist es in dem Fall, in dem das Empfängergerät Gebrauch macht von der intelligenten
Antenne gemäß der vorliegenden
Ausführungsform,
wie oben beschrieben, möglich
im wesentlichen den Umfang von Berechnungsaufgaben zu vermindern,
die für
die Gewichtungseinstellberechnung erforderlich ist, da Pilotsignale
auf den Pilot-Unter-Trägern
intermittierend aus dem seriellen Signalen extrahiert werden, die
durch eine Parallel-zu-Seriell-Wandlung nach einer schnellen Fourier-Transformation
auf den Unter-Trägern
erhalten wird, die Datensignale und die Pilotsignale enthalten, und
dann zum Berechnen der Gewichte für die Unter-Trägergruppen
verwendet werden, um die seriellen Signale optimal zugehörig zu den
Antennenelementen 201a bis 201c zu gewichten.
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Ferner
ist es in dem Fall, in dem das Empfängergerät Gebrauch macht von der intelligenten
Antenne gemäß der vorliegenden
Ausführungsform möglich, die
Anzahl von Signalleitungen zu vermindern, die für den Strahlbildungsschaltkreis
zum Gewichten notwendig sind, wie durch eine gebrochene Linie eingekreist,
wie in 6 dargestellt ist. Der Strahlbildungsschaltkreis
kann vom appliken Typ sein, wie einem funktionellen Schaltkreis-LSI-Chip für intelligente
Antennen separat von LSIs, die als FFT-Einheiten funktionieren,
Dekodierungsschaltkreise usw. zum Vermindern der Kosten. Ferner
wird es in dem Fall, in dem das Empfängergerät Gebrauch macht von der intelligenten
Antenne gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
leichter die Unter-Trägergruppen
durch Verändern
der Zeiteinstellung einer Extrahierung der Unter-Trägersignale
durch die Pilotsignal-Extrahierungseinheit 210 wieder zu
gruppieren und die Zeiteinstellung der Übertragung der Gewichteinstellungen
für die
entsprechenden Unter-Trägergruppen
von der Gewichtseinstellungsberechnungseinheit 211. Ferner
ist es in dem Fall, in dem das Empfangsgerät Gebrauch macht von der intelligenten
Antenne gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
auch möglich,
die Verarbeitungsrate durch Abtasten der Signale auf einem Teil
der Pilot-Unter-Träger
zu vermindern anstelle die Signale auf allen Pilot-Unter-Trägern für alle Antennenelemente
zu extrahieren, während
einem geeigneten Einstellen der Zeiteinstellungssteuerungssignale,
die aus der Zeiteinstellungssteuerungseinheit 209 zu der
Pilotsignal-Extrahierungseinheit 210 gegeben
werden. Dies ist auch möglich
in dem Fall, in dem das Empfängergerät Gebrauch
macht von der intelligenten Antenne gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung durch Einstellen der Zeiteinstellungssteuerungssignale,
wie von der Zeiteinstellungssteuerungseinheit 111 zu der
Gewichtungseinstellungsberechnungseinheit 112 gegeben.
Dies ist insbesondere effektiv, wenn keine Begrenzung auf der Hardwaregröße zum Implementieren
der Pilotsignal-Extrahierungseinheit 210 oder
der nachfolgenden Gewichtungseinstellungsberechnungseinheit 211 besteht,
während
eine wesentliche Zeit gebraucht wird zum Berechnen der Gewichte.
Es ist auch möglich,
die Frequenz des Betriebstaktsignals einer DSP oder einer CPU zu
vermindern und daher den Vorteil eines niedrigeren Leistungsverbrauchs und
niedrigere Kosten zu haben.
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8 ist
ein Blockdiagramm, das das Empfangsgerät zeigt, das mit einer intelligenten
Antenne bereitgestellt wird, außerhalb
des Bereiches der vorliegenden Erfindung, aber beigefügt als Hintergrundinformation.
Das Empfangsgerät
des vorliegenden Beispiels wird bereitgestellt mit Antennenelementen 401a bis 401c,
Hochgeschwindigkeitswellenempfangsschaltkreise (RF RX) 402a bis 402c,
die zum Durchführen
notwendiger Prozesse von drahtlosen Frequenzsignalen wie empfangen
dienen, d.h. Filtern, Niederrauschverstärkung, Frequenzwandlung und
so fort, orthogonale Demodulierung usw., Gewichtungseinheiten 404a bis 404c zum
Gewichten von Signalen der Unter-Träger mit entsprechenden Antennengewichten,
einen Hinzufügungsschaltkreis 405 zum
Zusammenkombinieren der Signale der drei Pfade wie gewichtet, einen
S/P-Wandler 406 zum Wandeln der kombinierten Signale wie
gewichtet in den parallelen Signalen, eine FFT-Einheit 407 zum Durchführen der
schnellen Fourier-Transformation auf den parallelen Signalen, einen
P/S-Wandler 408 zum Wandeln der parallelen Signale nach
der schnellen Fourier-Transformation in die seriellen Signale, eine
Zeiteinstellungssteuerungseinheit 409 zum Erfassen der
Eingabe-/Ausgabesignaleinstellung an den FFT-Einheiten und Steuern
der Signaleinstellung, die für
ein Extrahieren von Signalen auf den Pilot-Unter-Trägern
von den Ausgabesignalen der FFT-Einheiten erforderlich ist, eine
Pilotsignal-Extrahierungseinheit (Gatterschaltkreis) 410 zum
intermittierenden Extrahieren von Signalen auf den Pilot-Unter-Trägern von
dem Ausgabesignal der FFT-Einheiten, und eine Gewichtungsberechnungseinheit 411 zum
Berechnen der Antennengewichte für
jeden Unter-Träger.
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Als
nächstes
wird der Betrieb dieses Beispiels erklärt werden. Zuerst werden die
OFDM-Signale, wie durch die Antennen 401a bis 401c empfangen,
nieder-rauschverstärkt,
frequenzgewandelt und so weiter auf einem drahtlosen Frequenzband,
und dann gefiltert, orthogonal demoduliert, automatisch verstärkungsgesteuert
(AGC) und so fort bei einem mittleren Frequenzband mittels der Hochfrequenzwellenempfangsschaltkreise 402a bis 402c gefolgt
durch Gewichten der Signale der entsprechenden Antennenelemente
mit Gewichten wie berechnet für
die entsprechenden Antennenelemente und Kombinieren der Signale,
wie mittels des Hinzufügungsschaltkreises 405 gewichtet.
Insbesondere wird in dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein einzelnes Antennengewicht zu einem
Antennenelement gegeben. Nämlich
alle Unter-Träger
wie empfangen durch das gleiche Antennenelement wird das gleiche
Antennengewicht gegeben.
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Danach
werden die empfangenen Signale wie gewichtet schnell fourier-transformiert
mittels der FFT-Einheit 407, um sequentielle Signale mit
einem geeigneten Antennenrichtungsmuster auszugeben. Andererseits
dient die Pilotsignal-Extrahierungseinheit 410 zum intermittierenden
Extrahieren von Pilotsignalen auf den Pilot-Unter-Trägern und
bekannten Präambelsignalen
auf den entsprechenden Unter-Trägern
von den Ausgabesignalen der FFT-Einheit 407, während die
Gewichtungsberechnungseinheit 411 zum Berechnen von Antennengewichten dient.
In diesem Fall dient die Zeiteinstellungssteuerungseinheit 409 zum
Erfassen einer Eingabe-/Ausgabesignalzeiteinstellung bei der FFT-Einheit
und zum Steuern der Signalzeiteinstellung, die zum Extrahieren von
Signalen auf den Pilot-Unter-Trägern von
dem ausgegebenen Signalen des P/S-Wandlers 408 erforderlich
sind. Die Antennengewichte werden in der anfänglichen Stufe mit Bezugnahme
auf die Präambelsignale
berechnet, die sukzessive in den sequentiellen Signalen nach der
schnellen Fourier-Transformation als anfängliche Gewichte enthalten sind
und dann mit Bezugnahme auf die Pilot-Unter-Trägersignale
aktualisiert, die zyklisch in den sequentiellen Signalen enthalten
sind, um eine zeitliche Variation der Ausbreitungsbedingung der
Trägerwellen
zu verfolgen. Die Antennengewichte werden wie erhalten multipliziert
entsprechend durch die empfangenen Signale mittels der Gewichtungseinheiten 404a bis 404c im
Voraus mit der FFT-Einheit.
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Genauer
gesagt wird eine Mehrzahl von Einstellungen der Antennengewichte
umschaltend zu den Antennenelementen gegeben gefolgt durch ein Vergleichen
einer Mehrzahl von Antennenrichtungsmustern, wie aus den Pilotsignalen
auf den Pilot-Unter-Trägern
und den bekannten Präambelsignalen auf
den entsprechenden Unter-Trägern
berechnet, die von den Ausgabesignalen entsprechend der verschiedenen
Einstellungen extrahiert werden, um die Antennengewichte eines optimalen
der Antennenrichtungsmuster mittels der Gewichtungsberechnungseinheit 411 zu
bestimmen.
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In
dem Fall, in dem das Empfängergerät Gebrauch
macht von der intelligenten Antenne gemäß dem vorliegenden Beispiel,
wie oben beschrieben, ist es möglich
den Umfang von Berechnungsaufgaben zu vermindern, die für die Gewichtungseinstellungsberechnung
erforderlich sind, da nur ein einzelnes Antennengewicht für jedes
Antennenelement berechnet wird, während die empfangenen Signale schnell
fourier-transformiert werden nach einem Gewichten mit den Antennengewichten
für die
entsprechenden Antennenelemente, gefolgt durch Extrahieren der Pilotsignale
für eine
Gewichtungsberechnung. Es ist auch möglich die Hardwaregröße zu vermindern,
da eine geringere Anzahl von Multiplikationsarithmetikschaltkreisen
und Hinzufügungsschaltkreisen
zum Gewichten und Kombinieren der empfangenen Signale von den entsprechenden
Antennenelemente benötigt
werden und nur eine einzelne FFT-Einheit für eine schnelle Fourier-Transformation gebraucht
wird. Ferner ist es möglich,
da die Gewichte, wie verwendet, nicht für jedes Antennenelement umgeschaltet
werden muss, weiter die Hardwaregröße zu vermindern, da die Zeiteinstellungssteuerung vereinfacht
wird und nur mit einem einfachen Zeiteinstellungsteuerungsschaltkreis
implementiert ist.
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Jedoch
ist es für
ein effizientes Verwenden dieses Beispiels erforderlich, dass die
Ausbreitungsbedingung der Trägerwellen
eine statische Bedingung ist, in der wenige interferierende Wellen
und Mehrfachpfade existieren, oder dass die Bandbreite des OFDM-Systems
nicht breiter als die Bandbreite der Ausbreitungsbedingung ist,
in der die Kohärenz der
Unter-Träger
aufrecht erhalten wird. Wenn dem Erfordernis Genüge getan wird, ist die intelligente
Antenne effektiv zum Vermindern des Umfangs von Berechnungsaufgaben,
die zum Berechnen von Gewichten und zum Vermindern der Hardwaregröße zum Implementieren
des Systems erforderlich ist, da die Dispersion eines optimalen
Antennenrichtungsmusters infolge der Dispersion der Mittenfrequenzen der
Unter-Träger
vernachlässigbar
ist, ungeachtet der Anzahl von Unter-Trägern, selbst wenn nur ein Signalantennenrichtungsmuster
für jedes
Antennenelement verwendet wird.
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Auch
die Gewichtungseinheiten 404a bis 404c und der
Hinzufügerschaltkreis 405 dienen
zum Gewichten und Kombinieren der digitalen Signale. Jedoch ist
es möglich
eine Gewichtung und Kombinieren analoger Signale durchzuführen. Zum
Beispiel wenn analoge Signale gewichtet und kombiniert werden, können die
Gewichtungseinheiten 404a bis 404c mit Phasenverschiebern
und Verstärkern
(Abschwächern)
implementiert werden, während
die A/D-Wandler 403a bis 403c nach
den Gewichtungseinheiten 404a bis 404c platziert
werden.
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Wie
oben im Detail erklärt
werden gemäß der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wie hiervor erklärt, die Antennengewichte mit
Bezugnahme auf die Pilot-Unter-Trägersignale
berechnet, wie von den FFT-Einheiten ausgegeben, und werden zum
Gewichten der Unter-Trägersignale
verwendet, um die entsprechenden Unter-Trägersignale,
die zu jeder vorbestimmten Unter-Trägergruppe
gehören mit
dem gleichen Gewicht zu gewichten. Es ist daher möglich den
Umfang von Berechnungsaufgaben zu vermindern, die für die Gewichtungseinstellberechnung
erforderlich ist, da kein Bedarf für eine Berechnung der Gewichte
für alle
der Unter-Träger
besteht.
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Gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann auch die Hardwarekonfiguration durch
Extrahieren der Pilotsignale für
ein Berechnen von Antennengewichten und einer Gewichtung/Kombinierung
der empfangenen Signale nach der schnellen Fourier-Transformation in
einer zeitsequentiellen Weise vereinfacht werden. Ferner ist in
diesem Fall auch möglich
die Anzahl von Signalleitungen zu vermindern, die für den Strahlbildungsschaltkreis
zum Gewichten erforderlich sind, wie durch eine gebrochene Linie
eingekreist, wie in 6 gezeigt. Der Strahlbildungsschaltkreis
vom appliken Typ wie einem funktionellen Schaltkreis LSI-Chip für intelligente
Antennen kann separat von LSIs sein, die als FFT-Einheiten funktionieren,
einem Dekodierungsschaltkreis usw. zum Vermindern der Kosten.
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Alternativ
ist es durch Platzieren des Schaltkreises zum Gewichten/Kombinieren
der empfangenen Signale im Voraus der schnellen Fourier-Transformation
möglich,
die Anzahl von Multiplizierungsarithmetikschaltkreisen und Hinzufügungsschaltkreisen
zum Gewichten und Kombinieren der empfangenen Signale und die Anzahl
der FFT-Einheiten für schnelle
Fourier-Transformation zu vermindern. Ferner ist gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, da die Anzahl von zu berechnenden Antennengewichten
gleich der Anzahl von Antennenelementen ist, ungeachtet der Anzahl
von Unter-Trägern,
es möglich
den Umfang von Berechnungsaufgaben zu vermindern, die für die Gewichtsberechnung
erforderlich ist.