DE69814221T2

DE69814221T2 - Diversity-Schaltung

Info

Publication number: DE69814221T2
Application number: DE69814221T
Authority: DE
Inventors: Masaki Minato-ku Ichihara
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2018-02-21
Also published as: KR100291980B1; US6229840B1; CA2230932A1; JPH10247869A; EP0863620B1; KR19980079852A; EP0863620A3; DE69814221D1; AU5644698A; AU737560B2; EP0863620A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diversity-Schaltung und insbesondere eine Diversity-Schaltung für eine Antennen-Diversity eines Funkkommunikationssystems unter Verwendung eines Spreadspektrumsystems in der Art eines Codemultiplex-Vielfachzugriffs (CDMA).
In einer herkömmlichen kombinierenden Diversity-Schaltung ist ein Satz einer Antenne, eines Empfängers und eines Demodulators für jeden der Diversity-Pfade erforderlich. Signale von jedem Diversity-Pfad werden unter Verwendung der Maximalverhältnis-Kombinationstechnik an einer letzten Stufe der Signalverarbeitung kombiniert, wo die Signale von allen Diversity-Pfaden schließlich zu einem zusammengesetzten Signal kombiniert werden.
In 2 ist ein Beispiel der erwähnten herkömmlichen Schaltung dargestellt. 2 zeigt ein typisches Beispiel einer Antennenkombinations-Diversity-Schaltung. Von jeder der zwei Antennen 201, 202 empfangene Signale werden jeweils von Empfängern 203, 204 in Grundbandsignale demoduliert. Die demodulierten Ausgaben der Empfänger 203, 204 werden jeweils von A/D-Wandlern 205, 206 in Digitalsignale umgewandelt. Die digital umgewandelten Signale werden jeweils von Digitaldemodulatoren 207, 208 demoduliert, wobei die beiden demodulierten Signale schließlich von einem Kombinierer 209 addiert oder kombiniert werden. Die Ausgabe vom Kombinierer 209 wird von einem Decodierer 210 decodiert, um Sendedaten zu erzeugen.
Bei der herkömmlichen kombinierenden Diversity-Schaltung mit zwei Zweigen ist für jeden der zwei Diversity-Pfade ein Satz einer Antenne, eines Empfängers, eines A/D-Wandlers und eines Digitaldemodulators erforderlich, wodurch der Umfang der Schaltung doppelt so groß ist wie in einem Fall, in dem die Diversity nicht verwendet wird. Natürlich werden durch den vergrößerten Umfang der Schaltung der Leistungsverbrauch, die Kosten und die Größe der Einheit erhöht, wodurch es schwierig ist, die Diversity-Schaltung beispielsweise für ein tragbares Telefon zu verwenden.
In WO-A-9 608 088 ist eine Diversity-Schaltung offenbart, die mindestens zwei Antennen und eine veränderliche Verzögerungsschaltung zum Verzögern von Signalen an den Antennen bezüglich an den anderen Antennen empfangener Signale aufweist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Diversity-Schaltung bereitzustellen, bei der der Umfang der Schaltung verringert ist, wodurch die Größe, der Leistungsverbrauch und die Kosten der Einheit verringert werden können.
Zum Lösen der erwähnten und anderer Aufgaben umfaßt eine Diversity-Schaltung zum Empfangen eines Spreadspektrummodulierten Wellensignals gemäß der Erfindung mehrere Antennen, mehrere Verzögerungsschaltungen, die jeweils mehrere von mehreren der Antennen empfangene Radiofrequenzsignale mit verschiedenen Verzögerungszeiten versehen, eine Kombinationseinrichtung zum Addieren der Ausgaben mehrerer der Verzögerungsschaltungen, eine Demodulationseinrichtung zum Demodulieren einer Ausgabe von der Kombinationseinrichtung, eine A/D-Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln eines demodulierten Ergebnisses von der Demodulationseinrichtung in ein Digitalsignal und eine Digitalsignal-Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten einer Ausgabe von der A/D-Umwandlungseinrichtung zum Decodieren.
In der erwähnten Diversity-Schaltung können die von mehreren der Antennen empfangenen Signale von mehreren Verstärkern verstärkt werden und danach durch die Verzögerungsschaltungen geführt werden oder weiter durch eine Frequenzumwandlungseinrichtung in Zwischenfrequenzsignale umgewandelt werden, durch die Verzögerungsschaltungen geführt werden und danach kombiniert und demoduliert werden.
Weiterhin ist im Fall von zwei Antennen nur eine Verzögerungsschaltung erforderlich, und die Diversity-Schaltung kann so ausgebildet sein, daß ein von einer Antenne empfangenes Radiofrequenzwellensignal nicht im unbehandelten Zustand verarbeitet wird und nur das von der anderen Antenne empfangene Signal von der Verzögerungsschaltung verzögert wird und die zwei Signale danach kombiniert werden.
Weiterhin verwendet die Digitalsignal-Verarbeitungseinrichtung in der Diversity-Schaltung ein Rake-Empfangssystem, das jedes der Signale mit verschiedenen Verzögerungszeiten mit Despreadingcodes versieht und die Ergebnisse kombiniert, wobei ein Kombinationsergebnis von einer Decodiereinrichtung decodiert werden kann.
Vorzugsweise sind die Differenzen der Verzögerungszeiten der Verzögerungsschaltungen in ausreichendem Maße größer als die Differenzen der Übertragungszeiten von auf getrennten Übertragungspfaden erzeugten Mehrfachpfaden.
Im Spreadspektrum-Kommunikationssystem gemäß der Erfindung kann die Korrelation zwischen zeitlich verschobenen Signalen und Despreadingcodes durch geeignetes Auswählen der Spreadingcodes verringert werden. Daher können die zeitlich verschobenen Signale als über verschiedene Kommunikationsleitungen geführte Signale identifiziert werden und als solche getrennt werden. Die erwähnte Theorie wird von der vorliegenden Erfindung ausgenutzt.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die erwähnten Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit der anliegenden Zeichnung besser verständlich werden, wobei gleiche Bezugszahlen überall entsprechende Teile angeben und wobei
1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
2 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Diversity-Systems ist,
3 ein Diagramm ist, in dem ein Verzögerungsprofil dargestellt ist,
4 ein Blockdiagramm eines Rake-Empfängers gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
5 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist und
6 ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben.
In dem erfindungsgemäßen System wird eines der von zwei Antennen empfangenen Signale zeitlich bezüglich des anderen durch eine Verzögerungsschaltung verschoben, und das zeitlich verschobene Signal und das zeitlich nicht verschobene Signal werden durch einen Kombinierer an einer früheren Stufe im Empfänger addiert oder kombiniert. Nach dem Kombinieren durchlaufen beide Signale einen gemeinsamen Demodulator und A/D-Wandler und treten dann in einen Rake-Empfänger ein, um die Signale zu demodulieren. Auf diese Weise kann die Erfindung die Anzahl der Demodulatoren und A/D-Wandler im Diversity-System von zwei auf eins verringern und dadurch den Umfang der Schaltung verringern.
1 ist ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Von Antennen 101, 102 empfangene Radiofrequenzsignale werden von Verstärkern 103, 104 verstärkt. Von den zwei Signalen wird nur das von der Antenne 102 empfangene Radiofrequenzsignal durch eine Verzögerungsschaltung 105 um eine Verzögerungszeit T verzögert (dieser Weg wird nachfolgend als "Pfad B" bezeichnet). Die Verzögerungsschaltung 105 kann beispielsweise als eine Leitung mit einer zusätzlichen Länge ausgelegt sein, um eine geeignete Verzögerung zu erreichen. Die Ausgabe von der Verzögerungsschaltung 105 und die Ausgabe vom Verstärker 103 (dieser Weg wird nachfolgend als "Pfad A" bezeichnet) werden an einem Kombinierer 106 kombiniert. Von dieser Stufe zur folgenden Stufe verringert ein gemeinsamer Empfänger 107 die Frequenz des kombinierten Signals zu derjenigen eines Grundbandsignals, das durch einen gemeinsamen A/D-Wandler 108 zu einem Digitalsignal umgewandelt wird. Ein Rake-Empfänger 109 demoduliert das Digitalsignal, und ein Decodierer 110 decodiert das demodulierte Ergebnis zum Erzeugen von Sendedaten. Rake-Empfänger sind detailliert in Abschnitt 4.4 von "CDMA – Principles of Spread Spectrum Communication" von Andrew J. Viterbi, veröffentlicht im Juni 1995, beschrieben.
Der erfindungsgemäße Rake-Empfänger 109 nimmt beispielsweise eine in 4 dargestellte Konfiguration an. Ein Suchkorrelator 408 verschiebt allmählich die Phase eines von einem Despreadingcodegenerator 407 erzeugten Despreadingcodes zum Berechnen einer Korrelation zwischen dem Eingangssignal und dem Despreadingcode. Dadurch wird ein Verzögerungsprofil (eine Graphik, die den Korrelationswert in Abhängigkeit von der Verzögerungszeit in bezug auf den Despreadingcode zeigt) gewonnen, wie in 3 dargestellt ist. Die Gruppe A in 3 stellt über den Pfad A empfangene Signale dar, und die Gruppe B stellt über den Pfad B empfangene Signale dar. Die Spitzen 2, 3 der Gruppe A sind durch Mehrfachpfade auf der Übertragungsleitung der Spitze 1 erzeugte Verzögerungskomponenten, und die Spitzen 5, 6 der Gruppe B sind durch Mehrfachpfade auf der Übertragungsleitung der Spitze 4 erzeugte Verzögerungskomponenten. Die Gruppe B wird von der Verzögerungsschaltung 105 um eine Zeit T bezüglich der Gruppe A verzögert. Falls der Wert von T groß genug ist, so daß sich die Gruppe A und die Gruppe B nicht überlappen, können die Spitzen der Gruppen als einzelne Komponenten getrennt werden, die die Verzögerungszeiten t1, t2,..., t6 aufweisen. Der Suchkorrelator 408 legt die Werte von t1, t2,..., t6 für die Verzögerungsschaltungen 401,..., 406 als Verzögerungen der Despreadingcodes fest, die in Fingerempfänger 411,..., 416 eingegeben werden. Die Fingerempfänger 411,..., 416 berechnen jeweils die Korrelationswerte der Spitzenwerte bei den Verzögerungszeiten t1, t2,..., t6, die in jedem der Eingangssignale enthalten sind. Ein Kombinierer 409 wendet auf die berechneten Korrelationswerte eine Gewichtung an, um dadurch die Maximalverhältniskombination auszuführen.
Auf diese Weise werden die Signale der zwei Pfade A und B in gleicher Weise wie bei der herkömmlichen kombinierenden Diversity-Schaltung mit zwei getrennten Diversity-Pfaden mit einem maximalen Spitzenverhältnis kombiniert und nachfolgend durch den Decodierer 110 decodiert.
In 5 ist eine von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform verschiedene zweite Ausführungsform dargestellt, die sich jedoch nur dadurch unterscheidet, daß sich eine Verzögerungsschaltung 510 hinter einem Mischer 508 befindet, und sie gleicht theoretisch derjenigen aus 1. In diesem Fall sind in jedem Pfad ein Mischer (oder ein Frequenzwandler) 508, 509 und ein Filter 505, 506 bereitgestellt, und ein abstimmbarer Lokaloszillator 507 ist als ein Eingang für die Mischer 508, 509 bereitgestellt. Ein IF-Verarbeitungselement 512 stellt eine Filterung, eine Verstärkung und eine automatische Verstärkungssteuerung (AGC) bereit. Gemäß der zweiten Ausführungsform kann die Verzögerungsschaltung 510 leichter unter Verwendung einer SAW-Vorrichtung usw. zusammengesetzt werden, was vorteilhaft ist. Demgemäß kann eine kleinere Verzögerungsschaltung als die gemäß der ersten Ausführungsform verwendete verwirklicht werden.
In 6 ist eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die dritte Ausführungsform ähnelt der zweiten Ausführungsform, unterscheidet sich jedoch in der Hinsicht davon, daß in jedem Pfad als SAW-Filter 510, 520 dargestellte Verzögerungsschaltungen bereitgestellt sind. Bei der dritten Ausführungsform ist die Verzögerungsdifferenz zwischen den SAW-Filtern 510, 520 derart, daß ein Verzögerungsprofil ähnlich dem in 3 dargestellten verwirklicht wird. Das heißt, daß das SAW-Filter 510 mit einer anderen Verzögerung versehen ist als das SAW-Filter 520.
Wie vorstehend beschrieben wurde, verringert die vorliegende Erfindung den Umfang einer kombinierenden Diversity-Schaltung unter Verwendung mehrerer Antennen, und sie kann die Größe, den Leistungsverbrauch und die Kosten der Einheit verringern.

Claims

Diversity-Schaltung zum Empfangen eines Spreadspektrum-modulierten Wellensignals mit: mehreren Antennen (501, 502), mehreren Verstärkern (503, 504), die jeweils konfiguriert sind, um von den mehreren Antennen empfangene Signale zu verstärken, mehreren Frequenzwandlern (508, 509), die jeweils konfiguriert sind, um die verstärkten Signale in Zwischenfrequenzen aufweisende Signale umzuwandeln, mehreren Verzögerungsschaltungen (510), die jeweils konfiguriert sind, um mehrere von den mehreren Frequenzwandlern umgewandelten Signalen mit verschiedenen Verzögerungszeiten zu versehen, einem ersten Kombinierer (511), der konfiguriert ist, um Ausgaben der mehreren Verzögerungsschaltungen zu addieren und eine kombinierte Ausgabe bereitzustellen, einem Demodulator, der so geschaltet ist, daß die kombinierte Ausgabe demoduliert wird und eine demodulierte Ausgabe bereitgestellt wird, einem A/D-Wandler (513), der konfiguriert ist, um die demodulierte Ausgabe in ein Digitalsignal umzuwandeln, und einem digitalen Signalprozessor (514, 515), der konfiguriert ist, um das Digitalsignal zu verarbeiten und eine decodierte Ausgabe bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Signalprozessor einen Rake-Empfänger aufweist, der für jedes der Signale mit den von den mehreren Verzögerungsschaltungen bereitgestellten verschiedenen Verzögerungszeiten einen verzögerten Despreadingcode bereitstellt, wobei der Rake-Empfänger aufweist: mehrere Verzögerungselemente (401–406), die jeweils einen anderen Verzögerungsbetrag aufweisen, der einem jeweiligen ihnen gegebenen Verzögerungszeitwert entspricht, einen Despreadercodegenerator (407), der den Despreadingcode ausgibt, einen Suchkorrelator (408), der die Despreadingcodeausgabe des Despreadingcodegenerators empfängt und die demodulierte Ausgabe empfängt, wobei der Suchkorrelator konfiguriert ist, um die Phase des Despreadingcodes zu verschieben, um eine Korrelation zwischen jedem der Signale und dem Despreadingcode zu berechnen, wobei der Suchkorrelator die jeweiligen Verzögerungszeitwerte an die mehreren Verzögerungselemente ausgibt, mehrere Fingerempfänger (411–416), die dafür ausgelegt sind, die demodulierte Ausgabe zu empfangen und den jeweils durch ein entsprechendes der mehreren Verzögerungselemente verzögerten Despreadingcode zu empfangen, und einen zweiten Kombinierer (409), der konfiguriert ist, um die Ausgaben der mehreren Fingerempfänger zu einem einzigen Ausgangssignal zu kombinieren, wobei erste Zeitwerte, die Zeitdifferenzen zwischen den jeweiligen Verzögerungszeitwerten der mehreren Verzögerungselemente des Rake-Empfängers entsprechen, jeweils kleiner sind als die zweiten Zeitwerte, die Zeitdifferenzen zwischen den jeweiligen Verzögerungszeiten der mehreren Verzögerungsschaltungen entsprechen.
Diversity-Schaltung nach Anspruch 1, wobei die den mehreren Antennen entsprechende Anzahl Zwei ist, wobei ein von einer Antenne empfangenes Radiofrequenzwellensignal nicht verzögert wird und nur das von der anderen Antenne empfangene Signal durch die entsprechende Verzögerungsschaltung der anderen Antenne verzögert wird und die zwei Signale danach kombiniert werden.
Diversity-Schaltung nach Anspruch 1, wobei das Ausgangssignal des zweiten Kombinierers von einem Decodierer (515) decodiert wird.
Diversity-Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Differenzen der Verzögerungszeiten der mehreren Verzögerungsschaltungen in ausreichendem Maße größer sind als die Differenzen der Übertragungszeiten von auf Übertragungsleitungen erzeugten Mehrfachpfaden.
Diversity-Schaltung zum Empfangen eines Spreadspektrum-modulierten Wellensignals mit: einer ersten Antenne (103), die konfiguriert ist, um ein Radiofrequenzsignal zu empfangen und ein erstes empfangenes Signal auszugeben, einer zweiten Antenne (104), die konfiguriert ist, um ein Radiofrequenzsignal zu empfangen und ein zweites empfangenes Signal auszugeben, einer Verzögerungsschaltung (105), die konfiguriert ist, um das zweite empfangene Signal um einen vorgegebenen Zeitwert zu verzögern und ein sich daraus ergebendes verzögertes Signal bereitzustellen, einem ersten Kombinierer (106), der konfiguriert ist, um das erste empfangene Signal zum verzögerten Signal zu addieren und eine kombinierte Ausgabe bereitzustellen, einem Empfänger (107), der konfiguriert ist, um die kombinierte Ausgabe zu demodulieren und eine demodulierte Ausgabe bereitzustellen, einem A/D-Wandler (108), der konfiguriert ist, um die demodulierte Ausgabe in ein Digitalsignal umzuwandeln, einem digitalen Signalprozessor (514, 515), der konfiguriert ist, um das Digitalsignal zu verarbeiten und eine decodierte Ausgabe bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Signalprozessor einen Rake-Empfänger aufweist, wobei der Rake-Empfänger aufweist: einen Despreadercodegenerator (407), der einen Despreadingcode ausgibt, einen Suchkorrelator (408), der den Despreadingcode und die kombinierte Ausgabe empfängt und der einen Korrelationswert zwischen jedem von dem ersten empfangenen Signal und dem verzögerten Signal und dem Despreadingcode berechnet, um entsprechend dem für jedes von dem ersten empfangenen Signal und dem verzögerten Signal berechneten Korrelationswert mehrere Verzögerungszeitwerte auszugeben, mehrere Verzögerungselemente (401–406), die jeweils einen entsprechenden der mehreren Verzögerungszeitwerte und den Despreadingcode empfangen, wobei jedes der mehreren Verzögerungselemente den Despreadingcode mit dem entsprechenden der mehreren Verzögerungszeitwerte ausgibt, mehrere Fingerempfänger (411–416), die jeweils die kombinierte Ausgabe und den Despreadingcode mit dem entsprechenden der mehreren Verzögerungszeitwerte empfangen, und einen zweiten Kombinierer (409), der konfiguriert ist, um die Ausgaben der mehreren Fingerempfänger zu einem einzigen Ausgangssignal zu kombinieren, wobei Zeitwerte, die Zeitdifferenzen zwischen den jeweiligen Verzögerungszeitwerten der mehreren Verzögerungselemente des Rake-Empfängers entsprechen, jeweils kleiner sind als der vorgegebene Zeitwert der Verzögerungsschaltungen.