DE60121125T2 - Strahlformungsschaltung und Vorrichtung sowie Verfahren zum Empfang von Funksignalen mittels einer intelligenten Antenne - Google Patents

Strahlformungsschaltung und Vorrichtung sowie Verfahren zum Empfang von Funksignalen mittels einer intelligenten Antenne Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • 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.
  • Beschreibung des verwandten Sachstandes
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das das Empfängergerät zeigt, das mit einer intelligenten Antenne gemäß einer konventionellen Technik bereitgestellt wird.
  • 2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Übermittlergerät zeigt gemäß einem OFDM-System konventioneller Technik.
  • 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Empfängergerät gemäß eines OFDM-Systems konventioneller Technik zeigt.
  • 4 ist ein graphisches Diagramm, das die Frequenzen der Übermittlungssignale über die Zeit in einer beispielhaften Konfiguration von Rahmen gemäß einem OFDM-System zeigt.
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das das Empfängergerät zeigt, das mit einer intelligenten Antenne gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das das Empfängergerät zeigt, das mit einer intelligenten Antenne gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird.
  • 7 ist ein schematisches Diagramm, das den Mechanismus der in 6 dargestellten Pilotsignal-Extrahierungseinheit zeigt.
  • 8 ist ein Blockdiagramm, das das Empfängergerät zeigt, das mit einer intelligenten Antenne außerhalb des Bereiches der Erfindung bereitgestellt wird.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Im folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 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.
  • Während die FFT auf der Grundlage des direkten Fourier-Transformations-(DFT)-Schemata implementiert werden kann, ist auch die tatsächliche Implementierung nicht darauf beschränkt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Auch der Richtungssteuerungsmechanismus hängt nicht ab von einem besonderen Modulationsschema oder einem besonderen Fehlercodiersystem, sondern ist auf jeden dieser Typen anwendbar.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (14)

  1. Ein Empfänger für eine drahtlose Kommunikation, der Gebrauch macht von einer Mehrzahl von Unter-Trägern und wenigstens einem Pilot-Unter-Träger, wobei der Empfänger umfasst: eine Mehrzahl von Antennenelementen (101a101c; 201a201c); einen Fourier-Transformationsabschnitt (105a105c; 205a205c), der konfiguriert ist zum Durchführen einer Fourier-Transformation und zum Ausgeben von auf den Unter-Trägern getragenen Signalen; einen Gewichtungsberechnungsabschnitt (112, 211), der konfiguriert ist zum Berechnen von Gewichten für Unter-Träger; einen Gewichtungsabschnitt (106106c, 107a107c, 108a108c; 207a207c), der konfiguriert ist zum Gewichten der Unter-Träger; und einen Hinzufüger- bzw. Addierabschnitt (109; 208), der mit dem Gewichtungsabschnitt verbunden ist und konfiguriert ist zum Zusammenaddieren der gewichteten Signale von Unter-Trägern; dadurch gekennzeichnet, dass: der Empfänger eine OFDM-Modulation verwendet, die Gebrauch macht von den Unter-Trägern und wenigstens einem Pilot-Unter-Träger orthogonal zueinander in der Frequenzdomäne; die Antennenelemente separat konfiguriert sind zum Empfangen von OFDM-Signalen, die gemäß der orthogonalen Frequenzteilungsmultiplexierungsmodulation moduliert sind; der Fourier-Transformationsabschnitt konfiguriert ist zum Durchführen einer Fourier-Transformation der OFDM-Signale; einen Pilotsignal-Extrahierungsabschnitt (112; 210) konfiguriert ist zum Extrahieren eines Signals, das auf dem oder jedem Pilot-Unter-Träger getragen wird; der Gewichtungsberechnungsabschnitt antwortet auf das oder jedes entsprechende Pilot-Unter-Trägersignal zum Berechnen eines Gewichtes für jeden der wenigstens einen Unter-Trägergruppe, wobei die oder jede Unterträger-Gruppe aus einem entsprechenden Pilot-Unter-Träger und einer Mehrzahl der Unter-Träger besteht, deren Mittenfrequenzen in der Nähe der Mittenfrequenz des Pilot-Unter-Trägers angeordnet ist; und für die oder jede Unter-Trägergruppe die Gewichtungsabschnitte konfiguriert sind zum Gewichten aller der Signale auf den Unter-Trägern in der Unter-Trägergruppe mit dem gleichen Gewicht, wie durch den Gewichtungsberechnungsabschnitt berechnet.
  2. Empfänger gemäß Anspruch 1, in dem sich eine Mehrzahl von Unter-Trägergruppen und eine gleiche Mehrzahl von entsprechenden Gewichtungsabschnitten befindet.
  3. Ein Empfänger gemäß Anspruch 2, in dem jedes Antennenelement (101a101c; 201a201c) mit einem dazugehörigen Fourier-Transformationsabschnitt (105a105c; 205a205c) verbunden ist, der eine Mehrzahl von Unter-Trägergruppen ausgibt.
  4. Empfänger gemäß Anspruch 3, in dem der Pilot-Signal-Extrahierungsabschnitt (112), Gewichtungsberechnungsabschnitt (112) und Gewichtungsabschnitte (106108) konfiguriert sind zum Gewichten der Unter-Trägersignale der oder jeder Unter-Trägergruppe parallel.
  5. Empfänger gemäß Anspruch 3, in dem für jeden Fourier-Transformationsabschnitt ein Parallel-zu-Seriell-Umwandlungsabschnitt (206a206c) besteht, der konfiguriert ist zum Durchführen einer Parallel-zu-Seriell-Umwandlung der Signale, die auf dem fourier-transformierten Unter-Träger in einer Zeitteilungsweise getragen werden, in denen individuelle Signalsequenzen umgekehrt erscheinen, und der Pilot-Signal-Extrahierungsabschnitt(210), Gewichtungsberechnungsabschnitt (211) und Gewichtungsabschnitte (207a207c) konfiguriert sind zum Gewichten der Unter-Trägersignale der oder jeder Gruppe auf eine Zeitteilungsweise.
  6. Empfänger gemäß Anspruch 5, in dem die extrahierten Pilotsignale temporär in Speicher (301303) gespeichert werden und die gewichteten Einstellungen, die auf dem Gewichtungsabschnitt (207a207c) angewendet werden, zyklisch umgeschaltet werden.
  7. Empfänger gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Antennenelemente und Fourier-Transformationsabschnitt oder -abschnitte durch Hochfrequenzwellenempfangsschaltkreise (102a102c; 202a202c) verbunden sind, die konfiguriert sind zum Durchführen einer orthogonalen Demodulation der OFDM-Signale, die durch die Antennenelemente empfangen werden und zum Übertragen der orthogonal demodulierten OFDM-Signale zu dem Fourier-Transformationsabschnitt oder -abschnitte.
  8. Empfänger gemäß Anspruch 7, wobei die Hochfrequenzwellenempfangsschaltkreise und der Fourier-Transformationsabschnitt oder -abschnitte durch Analog-zu-Digital Wandler (103a103c; 203a203c) verbunden sind, die konfiguriert sind zum Umwandeln der von den Hochfrequenzwellenempfangsschaltkreisen ausgegebenen analogen Signale in digitale Signale und zum Übertragen der digitalen Signale zu dem Fourier-Transformationsabschnitt oder -abschnitten.
  9. Empfänger gemäß Anspruch 8, in dem die Analog-zu-Digital-Wandler und der Fourier-Transformationsabschnitt oder -abschnitte durch einen Seriell-zu-Parallel-Wandler (104a104c; 204a204c) verbunden sind, der die seriellen Signale von den Analog-zu-Digital-Wandlern in parallele Signale umwandeln und die parallelen Signale zu dem Fourier-Transformationsabschnitt oder -abschnitten übertragen.
  10. Empfänger gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Zeiteinstellungssteuerungseinheit (111; 209) verbunden mit dem Pilot-Signal-Extrahierungsabschnitt und dem Gewichtungsberechnungsabschnitt und konfiguriert zum Liefern von Zeiteinstellungssignalen zu dem Pilot-Signal-Extrahierungsabschnitt und dem Gewichtungsberechnungsabschnitt.
  11. Ein Verfahren zum Empfangen von Kommunikationen mit einer Mehrzahl von Unter-Trägern und wenigstens einem Pilot-Unter-Träger umfassend: Empfangen von Signalen unter Verwenden einer Mehrzahl von Antennenelementen; Fourier-Transformieren der empfangenen Signale in Ausgabesignale, die auf den Unter-Trägern getragen werden; und Berechnen von Gewichten für Unter-Träger, sie Gewichten und Addieren der gewichteten Signale; gekennzeichnet dadurch, dass die Kommunikationen OFDM-Modulationskommunikationen sind, deren Unter-Träger und Pilot-Unter-Träger orthogonal zueinander in der Frequenzdomäne sind; und durch: Extrahieren von den Unter-Trägern des oder jedes Pilot-Unter-Trägers Antworten auf das oder jedes Pilot-Unter-Trägersignal zum Berechnen eines Gewichtes für jede von wenigstens einer Unter-Trägergruppe, wobei die oder jede Unter-Trägergruppe aus einem entsprechenden Pilot-Unter-Träger und einer Mehrzahl von Unter-Trägern besteht, deren Mittenfrequenzen in der Nähe der Mittenfrequenz des Pilot-Unter-Trägers liegt; und für die oder jede Unter-Trägergruppe Gewichten aller der Signale der Unter-Träger in der Gruppe mit dem gleichen Gewicht wie berechnet.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, in dem eine Mehrzahl von Unter-Trägergruppen für jedes Antennenelement besteht.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12 umfassend ein Gewichten der Unter-Trägersignale der oder jeder Unter-Trägergruppe parallel.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 12 umfassend Gewichten der Unter-Trägersignale der oder jeder Gruppe auf eine Zeitteilungsweise.
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