DE69823288T2

DE69823288T2 - Intelligenter Antennenempfänger und Signalempfangsverfahren

Info

Publication number: DE69823288T2
Application number: DE69823288T
Authority: DE
Inventors: Jin-Soo Socho-gu Park
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1997-08-30
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2018-08-29
Also published as: CN1135874C; EP0899894A3; KR100239177B1; US6353643B1; EP0899894A2; CN1220562A; KR19990020278A; DE69823288D1; EP0899894B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mobilkommunikationssystem, und, insbesondere auf einen Empfänger mit intelligenter Antenne in einem CDMA-(Code Division Multiple Access)-Kommunikationssystem und auf ein Signalempfangsverfahren dafür.
Ein Empfänger mit intelligenter Antenne, der eine adaptive Antennenfeldtechnologie verwendet, stellt automatisch eine Antenne auf die optimale Richtung entsprechend zu Informationen, die durch Empfangen eines Eingangssignals durch jeweilige Elemente erhalten sind, ein.
Wie in 1 angezeigt ist, weist ein herkömmlicher Empfänger mit intelligenter Antenne eine Multipliziererschaltung 110, umfassend eine Mehrzahl von Multiplizierern 110-1, ..., 110-n, gebildet entsprechend einem adaptiven Antennenfeld, einen Summierer 120 und einen adaptiven Prozessor 130 zum Einstellen von adaptiven Wichtungen auf.
Im Betrieb werden Feldeingangsvektorsignale X1, ..., Xn, empfangen von einer Mehrzahl von Antennen eines adaptiven Felds, jeweils an die Multiplizierer 110-1, ..., 110-n angelegt, wo sie mit Wichtungen W1, ..., Wn komplexer Zahlen, eingestellt adaptiv durch den adaptiven Prozessor 130, multipliziert werden. Die Ausgangssignale, erzeugt von den Multiplizierern 110-1, ..., 110-n, werden an den Summierer 120 angelegt, wo sie aufsummiert werden, um einen Feld-Ausgang y zu erzeugen. Demzufolge wird, in einem Empfangsstrahlmuster, die Verstärkung in der Richtung eines empfangenen Signals erhöht, das die erwünschten Informationen umfasst, wogegen eine Null in der Richtung eines empfangenen Interferenzsignals gebildet wird, so dass ein Signal räumlich selektiv empfangen werden kann. Aus diesem Grund wird die Schaltung, dargestellt in 1, als ein räumlicher Filter bezeichnet. Der räumlicher Filter erhöht die Leistungsfähigkeit eines Systems durch Verringern der Interferenz zwischen denselben Kanälen in einem CDMA-Mobilkommunikationssystem.
Der adaptive Prozessor 130 des herkömmlichen Antennenempfängers stellt die adaptiven Wichtungen W1, ..., Wn nur unter Verwendung der Feldeingangs-Vektorsignale X1, ..., Xn und des Feldausgangs y ein. Der adaptive Prozessor 130 führt komplizierte Be rechnungsvorgänge beim Suchen der Richtung einer Signalquelle durch Berechnung einer optimalen Wichtung aus, um solche einzuschließen, um eine Autokorrelations-Matrix eines empfangenen Vektorsignals zu erhalten, und um eine inverse Matrix und einen eindeutigen Vektor der Autokorrelations-Matrix zu erhalten.
Deshalb benötigt der adaptive Prozessor viel Zeit, um die Berechnungen zu verarbeiten, und die Schaltung des adaptiven Prozessors ist kompliziert. Demzufolge ist es schwierig, das herkömmliche System mit intelligenter Antenne bei dem CDMA-Mobilkommunikationssystem anzuwenden.
„Despread data rate update multitarget adaptive array for CDMA signals" von Dominique et al zeigt ein weiteres, adaptives Feld nach dem Stand der Technik, wobei Entspreizungssymbole dazu verwendet werden, den adaptiven Algorithmus zu betreiben.
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, einen Empfänger mit intelligenter Antenne und ein Signalempfangsverfahren in einem CDMA-Mobilkommunikationssystem zu schaffen, die vereinfachte Berechnungsvorgänge, ausgeführt durch den adaptiven Prozessor, ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1 und 10 gelöst.
Die Erfindung ist vorteilhaft dabei, dass sie Gebrauch von den Informationen über die Differenzen zwischen dem erwünschten Signal und dem Interferenzsignal in einer effektiveren Art und Weise macht, als dies herkömmliche Empfänger und Verfahren vornehmen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, das Pilotsignal in dem Empfänger und dem Verfahren gemäß der Erfindung zu verwenden, da das Pilotsignal auch dazu verwendet wird, kohärente Daten in einer Rückwärtsverbindung des CDMA-Systems zu erfassen.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in dem abhängigen Anspruch definiert.
Die Erfindung wird deutlicher anhand der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird, in denen:
1 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines herkömmlichen, räumlichen Filters; und
2 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines räumlichen Filters gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Allgemein kann, wenn Daten kohärent unter Verwendung eines Pilotsignals in einer Rückwärtsverbindung eines CDMA-Systems erfasst werden, ein Pilot-PN-(Pseudo-Noise)-Code eines erwünschten Benutzers ohne besondere Verarbeitung extrahiert werden. Da das Pilotsignal eine starke Korrelation mit dem erwünschten Signal und keine Korrelation mit irgendeinem Interferenzsignal besitzt, kann das Pilotsignal in der Rückwärtsverbindung in einem adaptiven Prozessor eines Empfängers mit intelligenter Antenne verwendet werden.
Wie in 2 dargestellt ist, umfasst ein Empfänger mit intelligenter Antenne gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Multipliziererschaltung 210, einen Summierer 220, einen adaptiven Prozessor 230, Multiplizierer 240 und 280, ein Datenbandbreitenfilter 250, einen PN-Code-Generator 260, einen Begrenzer 270 und einen Subtrahierer 290.
Eine Mehrzahl von linear oder zirkular angeordneten Antennen empfangen Funksignale X1, ..., Xn. Die Multipliziererschaltung 210 umfasst eine Mehrzahl von Multiplizierern 210-1, ..., 210-n, verbunden jeweils mit den Antennen, und multipliziert die Funksignale X1, ..., Xn mit adaptiven Wichtungen W1, ..., Wn. Der Summierer 220 summiert die Ausgänge der Multiplizierer 210-1, ..., 210-n auf, um ein Feldausgangssignal y zu erzeugen. Der adaptive Prozessor 230 stellt die adaptiven Wichtungen W1, ..., Wn unter Durchführen eines adaptiven Algorithmus, ein Fehlersignal ε verwendend, erzeugt von dem Subtrahierer 290, und unter Verwendung der Funksignale X1, ..., Xn durch. Der PN-Code-Generator 260 erzeugt einen Pilot-PN-Code von einem empfangenen Pilotsignal in der Rückwärtsverbindung. Der Multiplizierer 240 multipliziert den Pilot-PN-Code mit dem Feldausgangssignal y, erzeugt von dem Summierer 220. Eine ein Referenzsignal erzeugende Schleife, die das Filter 250, den Begrenzer 270 und den Multiplizierer 280 umfasst, erzeugt ein Referenzsignal y_d, verwendet für den adaptiven Algorithmus des adaptiven Prozessors 230. Der Subtrahierer 290 erzeugt das Fehlersignal ε entsprechend zu der in der Phase oder Zeit ausgerichteten Differenz zwischen dem Referenzsignal y_d und dem Feldausgangssignal y.
Falls das erwünschte Signal und das Interferenzsignal durch die Antennen aus unterschiedlichen Richtungen empfangen werden, wird eine adaptive Wichtung W eingestellt, so dass eine Hauptkeule eines empfangenen Strahlmusters zu dem erwünschten Signal hin gerichtet ist und eine Null des empfangenen Strahlmusters zu dem Interferenzsignal hin gerichtet ist. Um die adaptive Wichtung W einzustellen, sollte das Feldaus gangssignal y, das bedeutet eine lineare Kopplung von Daten-Vektor-(x)-Komponenten des Funksignals X1, ..., Xn, das erwünschte Signal y_d annähern. In diesem Fall gilt y = W·x^T.
In dem Algorithmus der kleinsten, mittleren Quadrate (least mean square – LMS), gegeben durch die nachfolgende Gleichung, wird die adaptive Wichtung so eine optimale, adaptive Wichtung zum Minimieren des mittleren, quadratischen Fehlers (mean square error – MSE) über eine wiederholte Aktualisierung der Wichtung konvergieren. Der Vorgang, der durch den adaptiven Prozessor 230 zum Erhalten der optimalen, adaptiven Wichtung ausgeführt wird, kann dargestellt werden durch: W(k + 1) = W(k) + 2με*(k)·x(k) (1)wobei k eine Variable zum Zählen der Zeit in Einheiten einer diskreten Zeit, wie beispielsweise einer adaptiven Periode, ist, μ eine Skalar-Konstante zum Einstellen einer adaptiven Rate und einer Stabilität ist, ε ein Fehlersignal (y_d – y) ist und * eine komplexe Konjugation anzeigt.
Um das Feldausgangssignal y, verwendet dazu, das Fehlersignal ε zu berechnen, zu erhalten, werden die Funksignale X1, ..., Xn, empfangen an den jeweiligen Antennen, zu den Multiplizierern 210-1, ..., 210-n zugeführt, wo sie mit den adaptiven Wichtungen W1, ..., Wn, geliefert von dem adaptiven Prozessor 230, multipliziert werden. Die Signale, erzeugt von den Multiplizierern 210-1, ..., 210-n, werden dann an den Summierer 220 angelegt, um das Feldausgangssignal y zu erzeugen.
Um das Referenzsignal y_d, benötigt dazu, das Fehlersignal ε zu berechnen, zu erhalten, wird das Feldausgangssignal y an den Subtrahierer 290 und den Multiplizierer 240 angelegt. Das Feldausgangssignal y, angelegt an den Multiplizierer 240, wird mit dem Pilot-PN-Code, erzeugt von dem PN-Code-Generator 260, multipliziert. Der Pilot-PN-Code ist derselbe wie der PN-Code, der mit dem Signal des erwünschten Benutzers multipliziert worden ist. Dann wird das erwünschte Signal durch den Multiplizierer 240 entspreizt und seine Bandbreite wird auf eine Datenbandbreite reduziert. Eine Interferenzkomponente verbleibt in der gespreizten Bandbreite. Während der Ausgang des Multiplizierers 240 durch den Datenbandbreitenfilter 250 hindurchführt, verbleibt das erwünschte Signal, und die Interferenzkomponente, mit Ausnahme einer Zwischenbandbreite, wird eliminiert. Der Ausgang des Filters 250 wird an einen Begrenzer 270 zum Einstellen der Amplitude des Referenzsignals y_d angelegt. Der Ausgang des Begrenzers 270 wird an den Multiplizierer 280 angelegt, wo er mit dem Pilot-PN-Code multipliziert und entspreizt wird. Demzufolge wird das Referenzsignal y_d erzeugt.
Das Feldausgangssignal y und das Referenzsignal y_d, erzeugt jeweils von dem Summierer 220 und dem Multiplizierer 280, werden dann an den Subtrahierer 290 angelegt, wo das Fehlersignal ε entsprechend zu der Differenz dazwischen erzeugt wird.
Demzufolge unterliegt, während das erwünschte Signal durch eine Schleife hindurchführt, die aus den zwei Multiplizierern 240 und 280, dem Filter 250 und der Begrenzungseinrichtung 270 und dem Subtrahierer 290 ohne Änderung besteht, die Interferenzkomponente einer großen Änderung in ihrer Wellenform. Deshalb ist dort keine wesentliche Korrelation zu der Interferenz zwischen dem Referenzsignal y_d und dem Feldausgangssignal y vorhanden.
Das Fehlersignal ε wird an den adaptiven Prozessor 230 angelegt, um so die adaptive Wichtung W durch die vorstehende Gleichung (1) zusammen mit dem Datenvektor x der Funksignale X1, ..., Xn zu erhalten. Die diskrete Zeit k, wie beispielsweise eine adaptive Periode, und die skalare Konstante μ, benötigt dazu, die adaptive Wichtung W durch die Gleichung (1) zu erhalten, werden konstant eingestellt.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann, da der Empfänger mit intelligenter Antenne die das Referenzsignal erzeugende Schleife unter Verwrendung des Pilotsignals und des adaptiven Prozessors verwendet, der den LMS-Algorithmus anwendet, der Berechnungsumfang stark verringert werden.

Claims

Empfänger mit intelligenter Antenne, der ein Pilotsignal in einer Basisstation eines CDMA-Mobilkommunikationssystems verwendet, und der umfasst: einen adaptiven Prozessor (230), der unter Verwendung von Funksignalen (X1, X2, Xn), die jeweils an einer Vielzahl von Antennen empfangen werden, adaptive Wichtungen (W1, W2, Wn) erzeugt; eine Wichteinheit (210-1, 210-2, 210-n), die die Funksignale unter Verwendung der adaptiven Wichtungen wichtet; und einen Feldausgang-Signalgenerator (220), der die gewichteten Signale empfängt und ein Feldausgang-Signal (y) daraus erzeugt; einen Pseudorausch-Codegenerator (260), der einen Pseudorausch-Code erzeugt, der aus dem Pilotsignal erfasst wird und in einem Sender verwendet worden ist; einen Entspreiz-Signalgenerator (240), der ein Entspreiz-Signal unter Verwendung des Feldausgang-Signals und des Pseudorausch-Codes erzeugt; eine Eliminiereinheit (250), die im Wesentlichen Interferenzkomponenten des Entspreiz-Signals eliminiert; einen Rückspreiz-Signalgenerator (280), der unter Verwendung des Signals, das von der Eliminiereinheit ausgegeben wird, und des Pseudorausch-Codes ein Rückspreiz-Bezugssignal (y_d) erzeugt; und einen Fehlersignalgenerator (290), der ein Fehlersignal (ε) erzeugt, das eine Differenz zwischen dem Bezugssignal und dem Feldausgang-Signal anzeigt, wobei das Fehlersignal in den adaptiven Prozessor eingeleitet wird und der adaptive Prozes sor das Fehlersignal und die Funksignale zum Erzeugen optimaler adaptiver Wichtungen verwendet.
Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wichtungseinheit eine Vielzahl von Multiplizierern enthält, die die Funksignale mit den adaptiven Wichtungen multiplizieren.
Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldausgang-Signalgenerator einen Addierer enthält, der die gewichteten Signale addiert.
Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Entspreiz-Signalgenerator einen Multiplizierer enthält, der das Feldausgang-Signal mit dem Pseudorausch-Code multipliziert.
Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eliminiereinheit ein Daten-Bandbreitenfilter enthält, das das Entspreiz-Signal filtert.
Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückspreiz-Signalgenerator einen Multiplizierer enthält, der den Ausgang der Eliminiereinheit mit dem Pseudorausch-Code multipliziert.
Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlersignalgenerator einen Subtrahierer enthält, der die Differenz zwischen dem Bezugssignal und dem Feldausgang-Signal berechnet.
Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, des Weiteren gekennzeichnet durch: einen Begrenzer (270), der die Amplitude des von der Eliminiereinheit ausgegebenen Signals reguliert und dem Rückspreiz-Signalgenerator die regulierte Amplitude bereitstellt.
Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der adaptive Prozessor so eingerichtet ist, dass er die optimalen adaptiven Wichtungen W unter Verwendung der folgenden Gleichung: W(k + 1) = W(k) + 2με*(k)·x(k)erzeugt, wobei k eine Variable zum Zählen von Zeit ist, μ eine Skalar-Regulierkonstante ist, ε das Fehlersignal ist, * komplexe Konjugation anzeigt und x(k) eine Vektorkomponente eines Funksignals ist.
Signalempfangsverfahren unter Verwendung eines Pilotsignals in einem CDMA-Mobilkommunikationssystem, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen adaptiver Wichtungen (W1, W2, Wn) unter Verwendung von Funksignalen (X1, X2, Xn), die an einer Vielzahl von Antennen empfangen werden; Wichten der Funksignale unter Verwendung der adaptiven Wichtungen; und Erzeugen eines Feldausgang-Signals (y) unter Verwendung der gewichteten Signale; Erzeugen eines Entspreiz-Signals unter Verwendung des Feldausgang-Signals und eines Pseudorausch-Codes, der aus dem Pilotsignal erfasst wird; im Wesentlichen Eliminieren von Interferenzkomponenten des Entspreiz-Signals; Erzeugen eines Rückspreiz-Bezugssignals (y_d) unter Verwendung des Signals mit eliminierten Interferenzkomponenten und des Pseudorausch-Codes; und Erzeugen eines Fehlersignals (ε), das eine Differenz zwischen dem Bezugssignal und dem Feldausgang-Signal anzeigt, und Verwenden des Fehlersignals und der Funksignale zum Erzeugen optimaler adaptiver Wichtungen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Wichtens das Multiplizieren der Funksignale mit den adaptiven Wichtungen einschließt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens eines Feldausgang-Signals das Addieren der gewichteten Signale einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens eines Entspreiz-Signals das Multiplizieren des Feldausgang-Signals mit dem Pseudorausch-Code einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Eliminierens das Filtern des Entspreiz-Signals einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens eines Rückspreiz-Signals das Multiplizieren des Signals mit eliminierten Interferenzkomponenten mit dem Pseudorausch-Code einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens des Fehlersignals einen Substrahierschritt des Berechnens der Differenz zwischen dem Bezugssignal und dem Feldausgang-Signal einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, des Weiteren gekennzeichnet durch den Schritt des Regulierens der Amplitude des Signals mit eliminierten Interferenzkomponenten und des Verwendens der regulierten Amplitude zum Erzeugen des Rückspreiz-Bezugssignals einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schritt des Erzeugens optimaler adaptiver Wichtungen W die folgende Gleichung verwendet wird: W(k + 1) = W(k) + 2με*(k)·x(k) wobei k eine Variable zum Zählen von Zeit ist, μ eine Skalar-Regulierkonstante ist, ε das Fehlersignal ist, * komplexe Konjugation anzeigt und x(k) eine Vektorkomponente eines Funksignals ist.