DE60316602T2

DE60316602T2 - Mehrantennenlösung für ein mobiles handgerät

Info

Publication number: DE60316602T2
Application number: DE60316602T
Authority: DE
Inventors: Luzhou Philips Elec XU; Yanzhong Philips Elec DAI; Jian Philips Elec LIU; Ronghui Philips Elec WU; Yun Philips Elec YUAN; Yan Philips Elec LI; Min Philips Elec SHI
Original assignee: NXP BV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2023-12-23
Also published as: EP1579599B1; AU2003285687A1; WO2004059878A1; CN1512693A; KR101125529B1; US20060233221A1; US7855992B2; ATE374465T1; DE60316602D1; EP1579599A1; KR20050089855A; JP4892676B2; JP2006512830A; CN100492937C

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Empfangsvorrichtung für mobile Endgeräte und deren Empfangsverfahren; und im Besonderen auf eine Mehrantennenempfangsvorrichtung für mobile Endgeräte und deren Empfangsverfahren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Mit der Zunahme von Mobilfunkteilnehmern entwickelt sich ein Bedarf an modernen Mobilfunksystemen zur Erhaltung hoher Qualität bei Erweiterung der Kommunikationskapazität. Aus Beobachtungen dieser Art erwächst die Mehrantennentechnologie als ein heißes Thema in den Bereichen des 3G-Mobilfunks.
Mehrantennentechnologie, die im Allgemeinen Raumdiversität und adaptive Antennentechnologie umfasst, setzt zumindest zwei Antennen zum Empfangen von Signalen in Empfangsrichtung ein und kombiniert mehrere Parallelsignale durch Verarbeitungsverfahren wie zum Beispiel Diversität und Strahlformung, um eine bessere Leistung als eine herkömmliche Uniantenne zu erzielen.
Forschungen zeigen, dass die Einführung von Mehrantennentechnologie das SNR (Signal to Noise Ratio – Signal-Rausch-Verhältnis) von Signalen wirksam erhöhen und so die Kommunikationsqualität während des Kommunikationsprozesses erheblich verbessern kann. Mobile Endgeräte aktueller Kommunikationssysteme setzen jedoch im Allgemeinen das Verarbeitungsmodul für Uniantennensysteme ein. Wenn Mehrantennentechnologie in gegenwärtigen mobilen Endgeräten angewandt werden soll, müssen sowohl die Hardware als auch die Software des Verarbeitungsmoduls neu gestaltet werden, was sehr kostspielig sein kann. Daher erweist sich die Frage, wie Modifikationen auf Basis gegenwärtiger mobiler Endgeräte vorgenommen und die Hardware- und Software-Ressourcen des Verarbeitungsmoduls von Uniantennensystemen bestmöglich genutzt werden können, als das Schlüsselproblem für Mehrantennentechnologie, die in mobilen Endgeräten eingesetzt werden soll.
Es wird nun ein Beispiel für ein mobiles Endgerät basierend auf dem WCDMA-Standard (WCDMA – Wide-band Code Division Multiple Access – Breitbandcodemultiplexverfahren) gegeben, um den Aufbau des Uniantennensystems in aktuellen mobilen Endgeräten und die Probleme zu zeigen, mit denen die Mehrantennentechnologie konfrontiert wurde, als sie in dem Uniantennensystem eingesetzt wurde.
1 stellt ein Blockschaltbild für ein Standardmobiltelefon mit Uniantenne dar, das eine Antenne 100, ein HF-Modul 101, ein HF-Schnittstellenmodul 102, ein Basisband-MODEM-Modul 103 und ein Systemcontroller- & Quell-CODEC-Modul 105 umfasst. In der Abbildung kann das Basisband-MODEM-Modul 103 aus einem Rake-Empfänger, einem Spreiz-/Entspreizmodul, einem Modulations-/Demodulationsmodul und einem Viterbi-/Turbo-Codier-/Decodiermodul bestehen; während das Systemcontroller- & Quell-CODEC-Modul 105 aus einem Controller und einem Quellcodierer/-decodierer bestehen kann.
Auf dem Downlink werden durch die Antenne 100 empfangene Funksignale zunächst verstärkt und zu IF-Signalen (IF – intermediate frequency – Zwischenfrequenz) oder analogen Basisbandsignalen in dem HF-Modul 101 herunterkonvertiert; anschließend werden die IF-Signale oder die analogen Basisbandsignale in digitale Basisbandsignale transformiert, die in das Basisband-MODEM-Modul 103 eingegeben werden sollen, nachdem sie in dem HF-Schnittstellenmodul 102 abgetastet und quantifiziert worden sind; in dem Basisband-MODEM-Modul 103 werden die Signale, die aus aufeinanderfolgenden Operationen wie zum Beispiel einem Rake-Empfang, Entspreizung, Demodulierung, Entschachtelung, Viterbi/Turbodecodierung, Ratenanpassung usw. gewonnen werden, dem Systemcontroller- & CODEC-Modul 105 zugeführt; in dem Systemcontroller- & CODEC-Modul 105 werden die durch das Basisband-MODEM-Modul 103 verarbeiteten Daten in der Sicherungsschicht, in der Vermittlungsschicht oder in der höheren Schicht einschließlich Signalverarbeitung in der höheren Schicht, Systemsteuerung, Quellcodierung/-decodierung usw. weiter verarbeitet.
Gegenwärtig ist die obige Mobiltelefontechnologie mit Uniantenne tatsächlich recht ausgereift. Viele Hersteller einschließlich Philips haben solide Chipsatzlösungen entwickelt, bei denen die Funktion des Basisband-MODEM-Moduls 103 im Allgemeinen durch ASIC (application specific integrated circuits – anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise) umgesetzt wird.
Wohingegen die Einführung der Mehrantennentechnologie in gegenwärtige Mobiltelefone das gesamte Basisbandmodul 103 völlig verändern wird, dessen Hardware und entsprechende Software wie zum Beispiel Rake-Empfänger, Entspreizen usw. kaum eingesetzt werden können. Daher bleibt die Frage, wie Modifikationen auf Basis gegenwärtiger mobiler Endgeräte vorgenommen und die Hardware- und Software-Ressourcen in dem Verarbeitungsmodul von Uniantennensystemen wirkungsvoll genutzt werden können, weiterhin ein zu lösendes Problem für die Mehrantennentechnologie, die in mobilen Endgeräten eingesetzt werden soll.
Die Veröffentlichung EP 0 892 504 beschreibt eine Vorrichtung für digitalen Funkempfang. Es wird ein Empfänger beschrieben, in dem eine Vielzahl von digitalen Signalen von mehreren Antennen in Form einer Vielzahl von Repliken empfangen wird. In einer Verarbeitungseinheit wird das empfangene digitale Signal einer Verzögerung unterzogen, wodurch eine Vielzahl von Versionen eines solchen Signals gewonnen wird, von denen jede jeweils einen Satz Signalrepliken umfasst. Jede Version wird jeweils unabhängig von den anderen Versionen einer Filterung unterzogen, indem ein jeweils erster Satz von Filterkoeffizienten eingesetzt wird, der beginnend von einem jeweiligen Ausgangssatz von Filterkoeffizienten gewonnen wurde. Die Filterkoeffizienten des ersten Satzes werden beginnend von einem Ausgangssatz von Filterkoeffizienten abgeleitet.
Die Veröffentlichung WO 01/59945 beschreibt Energieeinsparung für ein mobiles Endgerät mit mehreren Antennen. Der Energieverbrauch der mobilen Kommunikationsvorrichtung wird gesteuert, indem Empfänger nach Bedarf gezielt aufgeweckt und in einen Schlafzustand versetzt werden. Die mobile Kommunikationsvorrichtung kann im Einzelempfängermodus oder im Doppelempfänger-Diversitätsmodus arbeiten. Im Doppelempfänger-Diversitätsmodus kann die Ver arbeitung in der mobilen Kommunikationsvorrichtung zwischen etlichen Diversitätskombinationsverfahren auf Basis der Empfangsqualität wechseln.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Empfangsvorrichtung und ein Empfangsverfahren für mobile Endgeräte mit mehreren Antennen bereitzustellen, die in der Lage sind, die Software- und Hardwareausführung gegenwärtiger Standardbasisband-MODEM-Module wiederzuverwenden, ohne dass erhebliche Änderungen vorgenommen werden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Empfangsvorrichtung und ein Empfangsverfahren für mobile Endgeräte mit mehreren Antennen bereitzustellen, die in der Lage sind, verschiedene Mehrantennen-Verarbeitungsalgorithmen flexibel zu konfigurieren und auszuwählen.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Empfangsvorrichtung und ein Empfangsverfahren für mobile Endgeräte mit mehreren Antennen bereitzustellen, die in der Lage sind, die Wirtschaftlichkeit und die Leistungsfähigkeit des Systems zu verbessern.
Um das obige Ziel zu erreichen, wird eine Mehrantennenverarbeitungsvorrichtung für den Gebrauch in einem mobilen Endgerät in Anspruch 1 definiert, und ein Betriebsverfahren für ein mobiles Endgerät mit mehreren Antennen wird in Anspruch 16 definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine weitere Beschreibung der Erfindung wird im Folgenden zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gegeben, für die gilt:
1 ist das Blockschaltbild eines aktuellen mobilen Endgerätes mit Uniantenne auf Basis des WCDMA-Standards;
2 ist das Blockschaltbild der Empfangsvorrichtung eines mobilen Endgerätes mit mehreren Antennen auf Basis des WCDMA-Standards nach der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt die Architektur für das MA-Modul (Mehrantennenmodul) in der Empfangsvorrichtung eines mobilen Endgerätes mit mehreren Antennen auf Basis des WCDMA-Standards nach der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt die Konfiguration des MA-Moduls in 3 im Zellsuchzustand;
5 ist eine schematische Darstellung des blinden Gleichverhältnis-Kombinationsverfahrens in der Empfangsvorrichtung des mobilen Endgerätes mit mehreren Antennen;
6 zeigt die Konfiguration des MA-Moduls in 3 im normalen verbundenen Zustand;
7 ist eine schematische Darstellung zum Umsetzen des Raumfilteralgorithmus 1 in der Empfangsvorrichtung von mobilen Endgeräten mit mehreren Antennen;
8 ist eine schematische Darstellung zum Umsetzen des Raumfilteralgorithmus 2 in der Empfangsvorrichtung von mobilen Endgeräten mit mehreren Antennen;
9 ist eine schematische Darstellung zum Umsetzen des Raumfilteralgorithmus 3 in der Empfangsvorrichtung von mobilen Endgeräten mit mehreren Antennen;
10 ist eine schematische Darstellung eines mobilen Endgerätes in einem Makrodiversitätsszenario;
11 ist eine schematische Darstellung für Mehrantennenübertragung auf der Seite der Basisstation;
12 veranschaulicht die entsprechende Konfiguration des MA-Moduls in 3, wenn die Basisstation eine Mehrantennenübertragung ausführt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine genaue Beschreibung der Erfindung zusammen mit den beigefügten Abbildungen und bevorzugten Ausführungsformen mit einem WCDMA-System als Beispiel gegeben.
2 ist das Blockschaltbild der Empfangsvorrichtung eines mobilen Endgerätes mit mehreren Antennen auf Basis des WCDMA-Standards in der vorliegenden Erfindung;
Wie am besten in 2 dargestellt, umfasst die Empfangsvorrichtung: eine Vielzahl von Gruppen von HF-Verarbeitungsmodulen, die aus mehreren Antennen 200, mehreren HF-Modulen 201 und mehreren HF-Schnittstellenmodulen 202 bestehen; ein MA-Modul 206; ein Basisbandverarbeitungsmodul, das aus einem Basisband-MODEM-Modul 203 und einem Systemcontroller- & Quell-CODEC-Modul 205 besteht. Genauer gesagt, die mehreren Antennen 200 werden zum Empfangen von HF-Signalen eingesetzt; die mehreren HF-Module 201 werden zum Verstärken und Herunterkonvertieren von durch jede Antenne 200 empfangenen HF-Signalen eingesetzt, um sie in IF-Signale (IF – intermediate frequency – Zwischenfrequenz) oder in analoge Basisbandsignale zu transformieren; die mehreren HF-Schnittstellenmodule 202 werden zum Abtasten und Quantifizieren der von jedem HF-Modul 201 ausgegebenen IF-Signale oder analogen Basisbandsignale eingesetzt, um sie in digitale Basisbandsignal zu transformieren; ein MA-Modul 206; ein mit dem Bus verbundenes Basisband-MODEM-Modul 203 wird für die Verarbeitung der durch das MA-Modul 206 verarbeiteten digitalen Signale in der Bitübertragungsschicht, d. h. für das Ausführen von Operationen wie Rake-Empfang, Entspreizung, Demodulierung, Entschachtelung, Viterbi-/Turbodecodierung, Ratenanpassung usw., eingesetzt; ein mit dem Bus verbundenes Systemcontroller- & Quell-CODEC-Modul 205 wird für die Verarbeitung der durch das Basisband-MODEM-Modul 203 verarbeiteten Daten in der Sicherungsschicht, der Vermittlungsschicht oder der höheren Schicht, d. h. für Signal verarbeitung in der höheren Schicht, Systemsteuerung, Quellcodierung/decodierung usw. eingesetzt.
Gegenüber der Empfangsvorrichtung von aktuellen mobilen Endgeräten mit Uniantenne wird zu der in 2 dargestellten Vorrichtung ein MA-Modul 206 hinzugefügt. Das MA-Modul 206 verfügt über eine Schnittstelle, die mit dem HF-Schnittstellenmodul 202 und dem Basisband-MODEM-Modul 203 kompatibel ist, und die durch das Einfügen des MA-Moduls 206 verursachte Zeitverzögerung kann unberücksichtigt bleiben, da sie sehr gering ist.
Die Operationen des neu hinzugefügten MA-Moduls 206 umfassen: die Verarbeitung von durch jedes HF-Schnittstellenmodul 202 ausgegebenen digitalen Basisbandsignalen und ihr Kombinieren zu Einkanalsignalen und das Übertragen der kombinierten Signale an das Basisband-MODEM-Modul 203 entsprechend der Steuerinformation von dem Basisband-MODEM-Modul 203 und dem Systemcontroller- & Quell-CODEC-Modul 205 über einen Bus.
Die über den Bus übertragene Steuerinformation umfasst eine Betriebszustandsinformation zu dem mobilen Endgerät und eine Konfigurationsinformation zu den Antennen der Basisstation für das Übertragen von Signalen. Die Betriebszustandsinformation zu dem mobilen Endgerät umfasst eine Information darüber, wann sich das mobile Endgerät im Zellsuchzustand, im normalen Verbindungszustand oder im Soft-Handover-Zustand befindet. Die Konfigurationsinformation zu den Antennen der Basisstation umfasst eine Information darüber, ob die Basisstation zum Senden von Signalen beim Senden von Signalen Uniantenne, Sendediversität mit offenem Regelkreis, Sendediversität mit geschlossenem Regelkreis oder Smart Antenna verwendet.
Zusätzlich kann die dem MA-Modul 206 durch das Basisbandverarbeitungsmodul zugeführte obige Steuerinformation über einen Datenbus wie auch über andere Datenleitungen übertragen werden.
Unten wird eine Beschreibung der Struktur und der Betriebsprinzipien des MA-Moduls 206 gegeben. Eine weitere Beschreibung wird später geboten, um die flexiblen Konfigurationen und die Ausführung verschiedener Mehrantennen-Verarbeitungsalgorithmen des MA-Moduls 206 zu erläutern.
Was die durch diese Erfindung vorgeschlagene Empfangsvorrichtung für mobile Endgeräte mit mehreren Antennen auf Basis von WCDMA betrifft, so umfasst ihr MA-Modul, wie in 3 angegeben, eine Vielzahl von MFs (match filter – Anpassungsfilter) 300, ein Synchronisationsmodul 301, einen Controller 302, eine Vielzahl von Raumfiltern 303, einen Kombinierer 304 und einen Impulsformer 305. Jeder Teil wird wie folgt beschrieben.
(1) Eine Vielzahl von MFs 300
Eine Vielzahl von MFs 300 wird zum Anpassen von Signalen von jedem HF-Schnittstellenmodul 202 in 2 eingesetzt. Bei dem Anpassungsfilter 300 handelt es sich um einen Root-Raise-Cosine-Filter.
(2) Synchronisationsmodul 301
Entsprechend den Anweisungen von dem Controller 302 empfängt das Synchronisationsmodul 301 Signale von jedem MF 300 und führt dem Raumfilter 303 eine Information zum Trennen der mehreren Wege von drahtlosen Ausbreitungskanälen zu und führt dem Kombinierer 304 eine Information über die geschätzte Verzögerung zu, wenn es die Zeitschlitz- und Rahmensynchronisation umsetzt. Bisher gibt es zahlreiche ausgereifte Synchronisationsalgorithmen, die in dem MA-Modul 206 der Erfindung eingesetzt werden können. Da der Synchronisationsalgorithmus nicht im Mittelpunkt der Erfindung steht, wird er nicht weiter vorgestellt.
(3) Controller 302
Der Controller 302 kommuniziert mit dem Basisband-MODEM-Modul 203 oder dem Systemcontroller- & Quell-CODEC-Modul 204 in 2 über den Datenbus, empfängt eine Information über den Betriebszustand der mobilen Endgeräte und die Konfiguration der Antennen der Basisstation von dem Basisband-MODEM-Modul 203 und dem Systemcontroller- & Quell-CODEC-Modul 205 und stellt die Betriebsmodi und -parameter für andere Module ein wie zum Beispiel für das Synchronisationsmodul 301, eine Vielzahl von Raumfiltern 303 und den Kombinierer 304.
In Standard-WCDMA-Systemen können mobile Endgeräte in unterschiedlichen Zuständen arbeiten wie zum Beispiel im Zellsuchzustand, im normalen Verbindungszustand, im Soft-Handover-Zustand usw. Währenddessen können die Antennen der Basisstation ebenfalls unterschiedliche Konfigurationen einsetzen wie zum Beispiel Uniantenne, Sendediversität oder Smart Antenna. Während des Betriebsvorgangs verfährt das MA-Modul 206 wie folgt:
Zuerst gewinnt es eine Information über den Betriebszustand des mobilen Endgerätes und die Konfiguration der Antennen der Basisstation durch Software der höheren Schicht, d. h. den Systemcontroller in dem Systemcontroller- & Quell-CODEC-Modul 205 in 2;
Zweitens überträgt es die Information über den Betriebszustand des mobilen Endgerätes und die Konfiguration der Antennen der Basisstation von dem Systemcontroller- & Quell-CODEC-Modul 205 an den Controller 302 des MA-Moduls 206 in 3;
Drittens stellt es für sich selbst den Betriebsmodus ein und wählt Verarbeitungsalgorithmen in dem Controller 302 entsprechend dem bekannten Betriebszustand und der Konfiguration der Antennen der Basisstation.
(4) Eine Vielzahl von Raumfiltern 303
Eine Vielzahl von Raumfiltern 303 empfängt Signale von dem MF 300 und stellt ihre Betriebsmodi und -parameter entsprechend den Anweisungen von einem Controller 302 und der Synchronisationsinformation von einem Synchronisationsmodul 301 ein und trennt dann Signale jedes spezifischen Pfades von den gemischten Signalen entsprechend den Raummerkmalen von Signalen jedes gemischten Pfades oder von durch die Basisstation übertragenen Signalen. Jeder Raumfilter 303 umfasst des Weiteren eine Vielzahl von komplexen Multiplizierern 320, einen Kombinierer wie zum Beispiel einen komplexen Addierer 321 und ein Wichtungserzeugungsmodul 308. Das Wichtungserzeugungsmodul 308 führt Mehrantennen-Verarbeitungsalgorithmen aus, um die Wichtung zu bestimmen. Der Raumfilter 303 kann als flexibles und konfigurierbares Modul entworfen werden, das in der Lage ist, abhängig von unterschiedlichen Szenarien und Bedingungen unterschiedliche Mehrantennen-Verarbeitungsalgorithmen anzuwenden. Die Konfiguration und die Verarbeitungsalgorithmen des Raumfilters 303 werden später näher ausgeführt.
(5) Kombinierer 304
Von jedem Raumfilter 303 ausgegebene Signale werden, nachdem sie zeitlich zueinander ausgerichtet worden sind, in dem Kombinierer 304 entsprechend der Synchronisationsinformation von dem Synchronisationsmodul 301 und Anweisungen von dem Controller 302 kombiniert.
Vor dem Kombinieren von durch mehrere Antennen empfangenen Signalen ist eine zeitliche Ausrichtung zueinander erforderlich, da Mehrwegesignale von unterschiedlichen Basisstationen oder von derselben Basisstation im Allgemeinen asynchron sind und namentlich unterschiedliche Zeitverzögerungen aufweisen. Nachdem die Mehrwegesignale mit unterschiedlichen Raummerkmalen unter Verwendung der Raumfilter 303 getrennt worden sind, ist es erforderlich, die Signale vor dem Kombinieren in der Zeitdimension auszurichten, um eine erneute Kreuzinterferenz unter den getrennten Signalen zu vermeiden. (Aufgrund des Korrelationsmerkmals des Spreizcodes ist die Interferenz am geringsten, wenn die Signale ausgerichtet sind.)
Wie in 3 dargestellt, werden die Signale von den Raumfiltern durch den Verzögerer 307 verzögert, bevor sie kombiniert werden. Jeder Verzögerer 307 wird durch das Synchronisationsmodul 301 entsprechend der jeweiligen drahtlosen Ausbreitungsverzögerung gesteuert, das heißt über Pfade mit größerer Verzögerung in der Luftausbreitung übertragene Signale werden in dem Kombinierermodul 304 weniger stark verzögert und umgekehrt. Auf diese Weise sind die Signale nach der Zeitausrichtung synchron.
Der Verzögerer 307 kann unter Verwendung einer FIFO-(First In First Out – zuerst hinein, zuerst hinaus) Technologie implementiert werden, und der Wert der Verzögerung kann durch Steuern der Tiefe des FIFO eingestellt werden.
(6) Impulsformer 305
Der Impulsformer 305, der über eine kompatible Schnittstelle mit dem Basisband-MODEM-Modul 203 in 2 verfügt, wird eingesetzt, um das Signalformat von dem Kombinierer 304 wiederherzustellen.
Ebenso wie der MF 300 wird der Root-Raise-Cosine-Filter in dem Impulsformer 305 verwendet, wie in der WCDMA-Spezifikation definiert.
Im obigen Abschnitt werden alle Bestandteile in dem MA-Modul 206 der Reihe nach beschrieben. Wie oben dargestellt, kann das MA-Modul 206 nach der vorliegenden Erfindung seine Betriebsmodi flexibel konfigurieren und Mehrantennen-Verarbeitungsalgorithmen auswählen, abhängig von dem Betriebsstatus der mobilen Endgeräte und der Konfiguration der Antennen der Basisstation von dem Systemcontroller- & Quell-COCEC-Modul 205, die über den Bus eingegeben wurde.
Im folgenden Abschnitt wird eine genaue Beschreibung gegeben, um die flexiblen Konfigurationen und entsprechenden Verarbeitungsalgorithmen des MA-Moduls 206 entsprechend dem Betriebszustand der mobilen Endgeräte und der Konfiguration der Antenne der Basisstation zu erläutern.
1. Zellsuchzustand
(1) Konfiguration des MA-Moduls 206 (blinder Einstrahl-Betriebsmodus)
Wenn ein mobiles Endgerät gerade angeschaltet wird oder in eine neue Zelle eintritt, muss es zunächst nach Pilotsignalen suchen und eine Zellsynchronisation herstellen, was im Allgemeinen als Zellsuchzustand bezeichnet wird. Bevor die Zellsuche erfolgreich abgeschlossen ist, verfügt das Mobiltelefon nicht über Informationen über Pilotsignale, und es besteht auch keine Zellsynchronisation.
Wenn die Steuerinformation von dem Bus angibt, dass sich das mobile Endgerät im Zellsuchzustand befindet, wird das MA-Modul 206 in 3 in dieser Erfindung so konfiguriert, dass es sich im blinden Einstrahl-Betriebsmodus befindet, dessen Besonderheit darin besteht, dass: weder die Pilotinformation noch die Zellsynchronisation erforderlich ist.
Wenn das MA-Modul 206 im blinden Einstrahlmodus arbeitet, sind sein Synchronisationsmodul 301 und sein Kombinierermodul 304 unter Steuerung durch den Controller 302 deaktiviert, und es ist nur ein Raumfilter 303 aktiv, dessen Ausgabe direkt an den Impulsformer 305 gesendet wird.
Für diesen Fall wird die entsprechende Architektur des MA-Moduls 206 in 4 dargestellt, in der der Raumfilter 303 eine Vielzahl von Multiplizierern 320, einen Addierer 321 und ein Wichtungserzeugungsmodul 308 umfasst. Die Multiplizierer 320 werden verwendet, um die Eingangssignale von jedem MF 300 mit den entsprechenden, von dem Wichtungserzeugungsmodul 308 ausgegebenen Kanalparametern zu multiplizieren. Der Addierer 321 wird zum Addieren von durch jeden der Multiplizierer 320 ausgegebenen Signalen und zum Ausgeben der Ergebnisse an den Impulsformer 305 eingesetzt. Das Wichtungserzeugungsmodul 308 wird zum Ausführen entsprechender Verarbeitungsalgorithmen eingesetzt, um entsprechend den Signalen von jedem MF 300 Kanalparameter zu schätzen. Die auszuführenden Verarbeitungsalgorithmen werden wie folgt näher ausgeführt.
(2) Die durch das MA-Modul 206 ausgeführten Verarbeitungsalgorithmen (blinder Gleichverhältnis-Kombinationsalgorithmus)
Im Zellsuchzustand wendet das MA-Modul 206 bei der Erfindung den blinden Gleichverhältnis-Kombinationsalgorithmus an, der aus dem herkömmlichen Gleichverhältnis-Kombinationsalgorithmus entstanden ist.
Es wird nun eine kurze Einführung des herkömmlichen Gleichverhältnis-Kombinationsalgorithmus gegeben.
Der Gleichverhältnis-Kombinationsalgorithmus, insbesondere die Gleichverhältnis-Kombinationsdiversität, ist ein bedeutendes und wirkungsvolles Verfahren, um Fading entgegenzuwirken. Bei diesem Verfahren werden Pilotsignale zunächst zum Schätzen der durch die Ausbreitung verursachten absoluten Phasendifferenz jedes empfangenen Signals eingesetzt, und daraufhin werden die empfangenen Signal im gleichen Verhältnis kombiniert, nachdem ihre Phasen durch die geschätzte absolute Phasendifferenz kompensiert worden sind.
Anders als der obige herkömmliche Gleichverhältnis-Kombinationsalgorithmus schätzt der in dieser Erfindung eingesetzte blinde Gleichverhältnis-Kombinationsalgorithmus die relative Phasendifferenz zwischen empfangenen Signalen statt der absoluten Phasendifferenz. Daher ist bei diesem Algorithmus kein Pilotsignal erforderlich.
Im folgenden Abschnitt wird der blinde Gleichverhältnis-Kombinationsalgorithmus zusammen mit 5 beschrieben.
5 ist eine schematische Darstellung der Struktur des Raumfilters 303 in 4, wenn der blinde Gleichverhältnis-Kombinationsalgorithmus angewendet wird. Wie in 5 gezeigt, umfasst der blinde Gleichverhältnis-Kombinationsalgorithmus die folgenden Schritte:
Erstens das Auswählen eines Signals aus den Signalen von der Vielzahl der Anpassungsfilter 300 als Referenzsignal #1 und das Auswählen weiterer Signale als weitere Signale #2 bis #N;
Zweitens das Multiplizieren des Referenzsignals #1 mit einer Konstante (hier wird 1 angenommen) in einem Multiplizierer 320 des Raumfilters 303;
Drittens in weiteren Multiplizierern 320 des Raumfilters 303 das Multiplizieren der obigen weiteren Signale #2 bis #N mit den Phasendifferenzsignalen, die jeweils von den N-1 Phasendifferenz-Schätzmodulen 309 des Wichtungserzeugungsmoduls 308 ausgegeben wurden. Die Rolle des Phasendifferenz-Schätzmoduls 309 besteht darin, die Phasendifferenzen zwischen dem Referenzsignal #1 und den weiteren Signalen #2 bis #N zu schätzen und die weiteren Signale #2 bis #N mit den entsprechenden Phasendifferenzen zu multiplizieren und auf diese Weise die Phasendifferenz der weiteren Signale #2 bis #N im Verhältnis zu dem Referenzsignal #1 zu kompensieren.
Dabei umfasst jedes der N-1 Phasendifferenz-Schätzmodule 309 einen Multiplizierer 311 zum Multiplizieren des eingegebenen Referenzsignals #1 mit den entsprechenden konjugierten Signalen der weiteren Signale #2 bis #N; einen Integrator 312 zum jeweiligen Integrieren der von dem Multiplizierer 311 ausgegebenen Signale; einen Normalisierer 313 zum Normalisieren der von dem Integrator 312 ausgegebenen Signale und zum jeweiligen Ausgeben der normalisierten Signale als die Phasendifferenzsignale an die entsprechenden N-1 Multiplizierer 320 in dem Raumfilter 303.
Viertens in dem Addierer 321 des Raumaddierers 303 das Addieren der von den N Multiplizierern 320 des Raumaddierers 303 ausgegebenen Signale und das Ausgeben der Ergebnisse an den Impulsformer 305.
Wenn die von den N Multiplizierern 320 ausgegebenen Signale in Schritt 4 kombiniert werden, können die von den N Multiplizierern 320 ausgegebenen Signale bei dem obigen blinden Gleichverhältnis-Kombinationsalgorithmus auch ohne Verwenden der Pilotsignale dieselben Phasen aufweisen.
Diese Schlussfolgerung kann durch das folgende mathematische Modell abgeleitet werden:
Das empfangene Signal n# kann geschrieben werden als: rn (t) = hnx(t) + zn(t) (1)wobei h_n der komplexe Parameter des drahtlosen Ausbreitungskanals für Antenne n# ist, wir nehmen an, dass er innerhalb einer bestimmten Periode konstant ist; x(t) ist das durch die Basisstation übertragene Quellsignal, und wir nehmen an, dass es normalisiert wird, und zwar gilt |x(t)| = 1; z_n(t) ist das Störgeräusch und die Interferenz in Kanal n#, es wird angenommen, dass die Varianz σ² beträgt. Folglich ist die Ausgabe des Integrators 312 wie folgt:
Wobei es sich bei den drei letzteren Termen jeweils um Störgeräusche handelt.
Aus Gleichung (2) können wir darüber hinaus das SNR (Signal-Rausch-Verhältnis) von an erhalten als:
Aus Gleichung (3) können wir ersehen, dass das SNR durch Erhöhen der Integrationsperiode verbessert werden kann. Bei einem hohen SNR-Szenario können Störgeräusche unberücksichtigt bleiben, so dass Gleichung (2) als an = T·h₁·h_n* dargestellt werden kann.
Und die Ausgabe des Normalisierungsmoduls 313 könnte wie folgt geschrieben werden:
Wobei arg(.) verwendet wird, um die komplexe Phase zu erhalten.
Das Ergebnis von Gleichung (4) ist nur die von dem Phasendifferenz-Schätzmodul 309 ausgegebene Phasendifferenz. Unter Verwendung der Phasendifferenz zum Multiplizieren des ursprünglichen Signals i# erhalten wir: rn(t) exp{j·arg(h1) – j·arg(hn)} = |hn|exp{j·arg(h1)}·x(t) + z'n (t)(5)
Aus Gleichung (5) wird deutlich, dass das kompensierte Signal dieselbe Phase aufweist wie Signal #1, daher weisen nach diesem mathematischen Modell die von den N-1 Multiplizierern 320 ausgegebenen kompensierten Signale #2 bis #N dieselbe Phase auf wie Signal #1 in 5, damit die Anforderung für eine Gleichverhältnis-Kombinationsverarbeitung in dem Addierer 321 erfüllt wird.
Der obige blinde Gleichverhältnis-Kombinationsalgorithmus kann sowohl in Computersoftware als auch in -hardware implementiert werden.
2. Normaler Verbindungszustand
(1) Konfiguration des MA-Moduls 206
Nach erfolgreicher Zellsuche geht das mobile Endgerät in einen normalen Verbindungszustand über, während dessen das mobile Endgerät weiterhin Signale, zum Beispiel Rundfunkkanalsignale, von der Basisstation erhält.
In diesem Abschnitt wird das normale Verbindungsszenario erörtert, bei dem das mobile Endgerät lediglich Signale von einer Basisstation empfängt (im Gegensatz zur Makrodiversität) und die Basisstation eine herkömmliche Sendeantenne einsetzt (im Gegensatz zur Sendediversität oder Smart Antenna).
In diesem Szenario wird das MA-Modul in 3 als räumliche Rake-Struktur konfiguriert, und jeder Raumfilter 303 stellt einen Finger des Rake-Empfängers dar, wie in 6 gezeigt. Wie oben angegeben, sucht das Synchronisationsmodul 301 in 6 Mehrwegekomponenten und sendet ihre Verzögerungsparameter an die Vielzahl von Raumfiltern 303; die Vielzahl von Raumfiltern 303 empfängt den Verzögerungsparameter von dem Synchronisationsmodul 301, filtert die von dem MF 300 ausgegebenen Signale unter Verwendung bestimmter räumlicher Verarbeitungsalgorithmen, um gemäß den Raummerkmalen der Signale die entsprechenden Signalkomponenten mit bestimmten Verzögerungen herauszufiltern, während andere unterdrückt werden; der Kombinierer 304 kombiniert die von jedem Raumfilter 303 ausgegebenen Signale nach der Zeitausrichtung entsprechend der Synchronisationsinformation von dem Synchronisationsmodul 301 und Anweisungen von dem Controller 302.
Die durch den Raumfilter 303 ausgeführten räumlichen Verarbeitungsalgorithmen werden im folgenden Abschnitt zusammen mit 7, 8 und 9 näher ausgeführt.
(2) Durch das Modul 206 ausgeführte Algorithmen (verbesserte LMS-Algorithmen)
Es wird eine kurze Einführung gegeben, um den LMS-Algorithmus (LMS – Least Mean Square error – kleinster Fehlerquadratfehler) vorzustellen, bevor verschiedene durch diese Erfindung vorgeschlagene verbesserte LMS-Algorithmen beschrieben werden.
Bei dem LMS-Algorithmus (oder dem N-LMS-Algorithmus: N-LMS – Normierter kleinster Fehlerquadratfehler) handelt es sich um eine Art von räumlichem Verarbeitungsalgorithmus auf Basis der MMSE-Regel (MMSE – Minimum Mean Square Error – Minimaler Mittlerer Quadratischer Fehler).
Nachdem es durch diesen Algorithmus verarbeitet worden ist, gleicht sich das empfangene Signal einem bestimmten Referenzsignal an. In praktischen Anwendungen werden im Allgemeinen ein Pilotsignal oder ein Datensignal von einer Entscheidungsrückkopplung als das Referenzsignal eingesetzt, aber das Pilotsignal und das Datensignal von der Entscheidungsrückkopplung verfügen nicht über Amplitudeninformationen, daher geht die Amplitudeninformation des empfangenen Signals nach herkömmlicher LMS-Verarbeitung verloren.
Wenn der LMS-(oder der N-LMS-)Algorithmus in dem durch diese Erfindung vorgeschlagenen MA-Module 206 angewendet wird, gleichen sich sämtliche von jedem Raumfilter 303 ausgegebene Mehrwegesignale an ein einheitliches Referenzsignal an. Das bedeutet, dass das starke Wegsignal unterdrückt wird, während das schwache verstärkt wird, um sich an dasselbe Referenzsignal anzugleichen. Daher handelt es sich in diesem Fall bei der Diversitätskombination von Mehrwegesignalen um Reziprozitätskombination, deren Verstärkung deutlich geringer als bei Gleichverhältnis-Kombination und Maximalverhältnis-Kombination (MRC – Maximum-Ratio-Combining) ist.
Um MRC-Verarbeitung von aus jedem Raumfilter 303 ausgegebenen Mehrwegesignalen zu implementieren, werden in dieser Erfindung drei verbesserte LMS-Algorithmen bereitgestellt. Natürlich können diese Algorithmen außerdem zu N-LMS- und anderen LMS-Algorithmen erweitert werden.
Verbesserter LMS-Algorithmus 1
Wie in 7 dargestellt, entspreizt das Entspreizmodul 401 Vektorsignale mit einer Chiprate von dem MF 300 entsprechend Pilotsignalen von dem MF 300.
In WCDMA-Systemen handelt es sich bei den Pilotsignalen um CPICH-Signale (CPICH – Common Pilot Channel – gemeinsamer Pilotkanal), die einen Spreizcode und eine Symbolinformation enthalten, so dass sie entspreizt werden müssen, um entspreizte Signale ohne Spreizcode und Symbolinformation zu gewinnen. Wie in 8 dargestellt, enthalten die entspreizten Signale, nämlich [S1(i).... SN(i))^T in 7 keinen Spreizcode und keine Symbolinformation mehr.
Bei dem in 7 dargestellten LMS-Algorithmus 1 wird dem Wichtungsschätzmodul 402 eine Konstante 1 als das obige Referenzsignal zugeführt. Das Wichtungsschätzmodul 402 führt eine herkömmliche LMS-Verarbeitung aus.
Der herkömmliche LMS-Algorithmus umfasst:
Initialisierung

Schritt 1: i = 0,
Schritt 2:

Iteration

Schritt 3: i = i + 1;
Schritt 4:
Schritt 5: W_n (1 + 1) = W_n (1) + u.S_n (i)·e^*(1)
Schritt 6: zurück zu Schritt 3

Bei dem obigen Algorithmus ist u ein zum Anpassen der Stufenlänge verwendeter Parameter.
Der obige Schritt 4 wird durch zwei oder mehr als zwei Multiplizierer 407, einen Addierer 408 und einen Subtrahierer 409 gemeinsam durchgeführt, und Schritt 5 wird durch ein LMS-Verarbeitungsmodul 406 umgesetzt.
Wie oben beschrieben, basiert der herkömmliche LMS auf der MMSE-Regel. Nach dem Kombinieren mit den LMS-Wichtungen nähert sich das empfangene Signal einem einheitlichen Referenzsignal an, und zwar 1 in 7, was bedeutet, dass die Amplituden der Wichtungen [W₁, W₂, ... W_N] nahezu invers zur Signalstärke sind, d. h. je stärker das Signal, desto geringer die Wichtung. Um die Mehrwege-MRC zu implementieren, normalisieren wir die Wichtungen von W₁, W₂, ... W_N in dem Normalisierungsmodul 403 wie folgt:
Aus der obigen Gleichung ist ersichtlich, dass die Wichtungen [W ~₁, W ~₂, ...W ~_n] nahezu im direkten Verhältnis zur Signalstärke stehen, d. h. je stärker das Signal, desto größer die Wichtungen. Auf diese Weise kann die Maximalverhältnis-Kombination von Mehrwegesignalen implementiert werden. Die Wichtungen [W ~₁,
₂, ...W ~_n] werden an jeden Multiplizierer 320 in 3 gesendet.
Verbesserter LMS-Algorithmus 2
Wie in 8 dargestellt, schätzt der Algorithmus 2 die Leistung des Signals vor der herkömmlichen LMS-Kombination und modifiziert anschließend die Ausgaben der LMS-Wichtungen unter Verwendung der geschätzten Leistung in dem Wichtungsmodifizierungsmodul 403'. Die Formel wird wie folgt modifiziert: W ~n(i) = d(i)·Wn(i), n = 1, 2 ... Nwobei W ~_n (n = 1, 2 ... N) modifizierte Wichtungen sind, die im direkten Verhältnis zu der Signalstärke stehen und die an jeden Multiplizierer 320 in 3 gesendet werden; W_n (n = 1, 2, ... N) sind die Wichtungen, die durch den herkömmlichen LMS-Algorithmus gewonnen und durch das Wichtungsschätzmodul 402 implementiert wurden (das Gleiche gilt für 7); d(i) ist die durch ein Leistungsschätzmodul 404 geschätzte Signalleistung. Die Leistungsschätzung wird in der folgenden Gleichung implementiert:
Wobei α ein vergessener Faktor von 0 bis 1 ist.
Verbesserter LMS-Algorithmus 3
Anders als die obigen Algorithmen schätzt dieser Algorithmus zuerst die Leistung eines Signals und führt dem Wichtungsschätzmodul 402 die geschätzte Leistung als Referenzsignal anstelle der Konstante 1 zu. Auf diese Weise gleicht sich der LMS-Algorithmus an die Leistung des Signals an, und genau das ist das Ziel der MRC. Der ausführliche Algorithmus wird wie folgt beschrieben.
Der in dem Wichtungsschätzmodul 402 implementierte LMS-Algorithmus 3:
Initiierung

Schritt 1: i = 0,
Schritt 2:

Iteration

Schritt 3: i = i + 1;
Schritt 4:
Schritt 5:
Schritt 6: W_n (i + 1) = W_n (i) + u·S_n (i)·e^* (i)
Schritt 7: zurück zu Schritt 3

Hier werden die Wichtungen [W₁, W₂, ... W_N] direkt an jeden Multiplizierer in 3 gesendet.
Schritt 4 dient dazu, die Signalleistung unter Verwendung des Leistungsschätzmoduls 404 zu schätzen, wobei α ein vergessener Faktor von 0 bis 1 ist.
Wie oben beschrieben, können die drei Verfahren auch auf andere LMS-Algorithmen ausgeweitet werden, zum Beispiel auf den N-LMS.
Die oben zusammen mit 7, 8 und 9 beschriebenen verbesserten LMS-Algorithmen können sowohl in Computersoftware als auch in -hardware umgesetzt werden.
3. Komplexes Szenario
Bei der obigen Beschreibung der Empfangsvorrichtung eines mobilen Endgerätes mit mehreren Antennen im normalen Verbindungszustand wird angenommen, dass das mobile Endgerät nur von einer Basisstation Signale empfängt (anstelle von Makrodiversität) und dass die Basisstation eine herkömmliche Sendeantenne (anstelle von Sendediversität oder Smart Antenna) einsetzt.
Der folgende Abschnitt beschreibt die Empfangsvorrichtung und das Empfangsverfahren für mobile Endgeräte mit mehreren Antennen, wenn die Basisstation Signale unter Verwendung von Makrodiversität, Sendediversität oder Smart Antenna sendet.
Zunächst wird eine kurze Einführung der Technologie von Makrodiversität, Sendediversität und Smart Antenna geboten.
(1) Makrodiversität
WCDMA-Systeme unterstützen Makrodiversität, und zwar Soft Handover. Wenn sich das mobile Endgerät an der Grenze von Zellen befindet, hält es, wie in 10 dargestellt, Funkstrecken mit zwei oder mehr Basisstationen gleichzeitig aufrecht, um die Qualität der Funkverbindung zu verbessern und um ein nahtloses Handover bereitzustellen. Daher empfängt das mobile Endgerät in diesem Fall Signale von mehreren Basisstationen gleichzeitig.
(2) Sendediversität
Die Technologie der Sendediversität wird in WCDMA-Systemen unterstützt, um die Leistung auf dem Downlink zu verbessern. In dem WCDMA-Standard sind mehrere Sendediversitätsalgorithmen definiert einschließlich Sendediversität mit geschlossenem Regelkreis und Sendediversität mit offenem Regelkreis. Bei der Sendediversität werden von demselben Signal in einer Basisstation nach entsprechender Verarbeitung zwei Kopien erstellt, die anschließend entsprechend von zwei Antennen ausgesendet werden.
(3) Smart Antenna
Bei Smart Antenna handelt es sich um eine weitere Schlüsseltechnologie, die für Basisstationen in WCDMA-Systemen eingesetzt wird. In dem Fall, dass Smart Antenna in der Basisstation eingesetzt wird, werden gemeinsame Signale, zum Beispiel CCPCH (Common Control Physical Channel – gemeinsamer physikalischer Steuerkanal) unter Verwendung einer Rundstrahlantenne oder einer Sektorentenne gesendet, während zugeordnete Signale, zum Beispiel DPCH (Dedicated Physical Channel – zugeordneter physikalischer Kanal), unter Verwendung einer adaptiven Antenne gerichtet an das entsprechende Benutzergerät gesendet werden. Die beiden Signalarten durchlaufen unterschiedliche drahtlose Kanäle und weisen unterschiedliche Kanalparameter (einschließlich Fading und Empfangsrichtung) auf.
Aus der Perspektive des mobilen Endgerätes können die obigen drei Szenarien sämtlich durch 11 dargestellt werden, und zwar in Form des Sendens mit mehreren Antennen auf der Netzwerkseite. Die unterschiedlichen Antennen in 11 könnten unterschiedliche Basisstationen (für Makrodiversität) oder jeweils eine unterschiedliche Diversitätssendeantenne (für Sendediversität) oder Rundstrahlantenne (für eine Sektorantenne) oder Smart Antenna (für Smart Antenna) darstellen.
Wie auf der Abbildung dargestellt, enthalten die Signale jeder Antenne Datensignale und zugeordnete Pilotsignale. Diese Pilotsignale sind orthogonal oder beinahe orthogonal abhängig von den genauen Szenarien wie folgt.

(1) Makrodiversitätsszenario: Unterschiedliche Zellen setzen unterschiedliche Verwürfelungscodes ein, so dass Pilotsignale, z. B. CPICHs, beinahe orthogonal sind. Weiterführende Informationen finden Sie unter 3G TS 25.213, de-spreading and modulation (FDD).
(2) Sendediversität: Die CPICH-Signale werden von zwei Antennen unter Verwendung desselben Spreizcodes (einschließlich Kanalcode und Verwürfelungscode) gesendet. Die vordefinierte Symbolsequenz des CPICH ist jedoch unterschiedlich. So sind in einer Zeitschlitzperiode oder einer Periode mehrerer Symbole die von zwei Antennen gesendeten CPICH-Signale orthogonal. In diesem Szenario wird das Integrationsintervall der Entspreizung in 7, 8 und 9 zu einem Zeitschlitz oder zu mehreren Symbolen von einem Symbol erweitert.
(3) Smart-Antenna-Szenario: In diesem Fall setzt das Netzwerk den Primären CPICH für eine Rundstrahlantenne (oder Sektorantenne) ein und setzt den sekundären CPICH für eine Richtantenne (oder adaptive Antenne) ein. Sie sind orthogonal.

Bei dieser Erfindung unterscheidet und trennt das MA-Modul 206 des mobilen Endgerätes in 3 diese Signale von anderen Sendeantennen auf Basis der orthogonalen Eigenschaft von Pilotsignalen.
12 stellt die Konfiguration des MA-Moduls 206 dar. Im Fall des Sendens mit mehreren Antennen auf der Netzwerkseite umfasst das MA-Modul 206 eine Vielzahl von Verarbeitungsmodulen 310 für unterschiedliche Sendeantennen, um jeweils Signale von unterschiedlichen Sendeantennen zu empfangen und zu verarbeiten. Jedes Verarbeitungsmodul 310 für unterschiedliche Sendeantennen ist zuständig für das Empfangen und Verarbeiten von Signalen von einer bestimmten Sendeantenne, die aus einer Gruppe von Raumfiltern 303 besteht und mit dem entsprechenden Pilotcode konfiguriert ist. Jede Gruppe von Raumfiltern 303 enthält eine Vielzahl von Raumfiltern 303, wobei sich jeder Raumfilter 303 auf die Verarbeitung von Signalen eines bestimmten Wegs der Mehrwegesignale von derselben Sendeantenne einstellt, einschließlich: des Empfangens von Signalen von jedem MF 300, dem Einstellen seines Betriebsmodus und der -parameter entsprechend Anweisungen von dem Controller 302 und einer Synchronisationsinformation von dem Synchronisationsmodul 301 und des Trennens jedes bestimmten Signals von den gemischten Signalen entsprechend den Raummerkmalen von Signalen jedes Kanals (oder jeder Basisstation).
Hier kann der obige, in 5 beschriebene, blinde Gleichverhältnis-Kombinationsalgorithmus für mobile Endgeräte immer noch angewendet werden, um Signale, die in eine andere Gruppe von Raumfiltern 303 eingegeben werden sollen, im gleichen Verhältnis zu kombinieren.
In ähnlicher Weise können die drei Algorithmen in 8, 9 und 10 hier ebenfalls wiederverwendet werden. Die Ausgaben unterschiedlicher Gruppen von Raumfiltern 303 werden kombiniert, nachdem sie zeitlich zueinander ausgerichtet worden sind, und werden anschließend durch den Impulsformer 305 dem Basisband-MODEM-Modul 203 in 2 zugeführt.
Anders als bei dem Uniantennen-Sendeszenario stellt das Synchronisationsmodul 301 in 12 Synchronisation mit mehreren Sendeantennen von Basisstationen her und erhält sie aufrecht und führt die Mehrwegeinformationen (einschließlich Verzögerungen) einer entsprechenden Gruppe von Raumfiltern 303 und dem Kombinierer 304 zu.
VORTEILHAFTE VERWENDUNG DER ERFINDUNG
Aus der obigen Beschreibung der Erfindung zusammen mit den beigefügten Abbildungen wird klar ersichtlich, dass ein eigenständiges MA-Modul in gegenwärtige mobile Endgeräte eingefügt wird, dass eine Information über den Betriebszustand des mobilen Endgerätes und die Konfiguration der Antenne der Basisstation an das MA-Modul gesendet werden kann und dass durch das MA-Modul verarbeitete Signale zu Einkanalsignalen kombiniert worden sind, bevor sie über den Bus an das Basisband-MODEM gesendet werden, daher kann das eigenständige MA-Modul die Software- und Hardwareausführung des Standardbasisband-MODEMS wiederverwenden.
Währenddessen kann das MA-Modul den Betriebszustand des mobilen Endgerätes und die Konfiguration der Antenne der Basisstation über den Bus empfangen, daher kann der Controller in dem MA-Modul es der Empfangsvorrichtung des mobilen Endgerätes erleichtern, entsprechend dem Betriebszustand des mobilen Endgerätes und der Konfiguration der Antenne der Basisstation unterschiedliche Konfigurationen zu erstellen und unterschiedliche Mehrantennen-Verarbeitungsalgorithmen auszuwählen.
Überdies wird ein blinder Gleichverhältnis-Kombinationsalgorithmus eingesetzt, um die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Zugreifens, das in der Erfindung durch den Zellsuchzustand von mobilen Endgeräten ausgeführt wird, zu erhöhen; und es wird ein verbesserter LMS-Algorithmus eingesetzt, um MRC im normalen Verbindungszustand zu implementieren, was die Leistung von Kommunikationssystemen wirkungsvoll steigert.
Natürlich ist es für einen Fachmann selbstverständlich, dass die Empfangsvorrichtung und das Empfangsverfahren für mobile Endgeräte mit mehreren Antennen, wie sie durch diese Erfindung bereitgestellt werden, nicht nur auf Mobiltelefonsysteme beschränkt werden dürfen, sondern auch auf andere drahtlose Mobilkommunikationsendgeräte, WLAN-Endgeräte usw. anwendbar sind.
Gleichzeitig ist es für einen Fachmann selbstverständlich, dass die Empfangsvorrichtung und das Empfangsverfahren für mobile Endgeräte mit mehreren Antennen, wie sie in dieser Erfindung bereitgestellt werden, nicht nur auf WCDMA-Systeme beschränkt werden dürfen, sondern auch auf Kommunikationssysteme mit den Standards CDMA IS95, CDMA 2000 usw. anwendbar sind.
Es ist darüber hinaus für einen Fachmann selbstverständlich, dass verschiedene Modifikationen an der Smart-Antenna-Empfangsvorrichtung und dem Smart-Antenna-Empfangsverfahren für Mobiltelefone, wie sie durch diese Erfindung vorgeschlagen werden, vorgenommen werden können, ohne von den Grundlagen des Inhalts der Erfindung abzuweichen. Daher muss der Umfang der zu schützenden Erfindung durch das definiert werden, was beansprucht wird.

Claims

Mehrantennenverarbeitungsvorrichtung für den Gebrauch in einem mobilen Endgerät, enthaltend: eine Mehrzahl von Raumfiltern (303), von denen jeder der Raumfilter seine Betriebsmodi entsprechend einer empfangenen Anweisung einstellt und Multikanalbasisbandsignale entsprechend empfangener Information bezüglich von Raummerkmalen von Signalen eines jeweils spezifischen Pfades verarbeitet, um die Signale des jeweiligen spezifischen Pfades von den gemischten Signalen zu trennen; einen Kombinierer (304), um die von einem jeweiligen der Raumfilter ausgegebenen Signale entsprechend empfangener Synchronisationsinformation und der Anweisung zu kombinieren; ein Synchronisationsmodul (301), um die auf Raummerkmale von Signalen eines jeweils spezifischen Pfades bezogene Information der Mehrzahl von Raumfiltern entsprechend der Anweisung und den Multikanalbasisbandeingangsignalen zuzuführen und die Synchronisationsinformation dem Kombinierer zuzuführen; und einen Controller (302), um die Anweisung dem Synchronisationsmodul, der Mehrzahl von Raumfiltern und dem Kombinierer entsprechend empfangener Steuerinformation zuzuführen; dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Raumfilter (303) umfasst: eine Mehrzahl von Multiplizierern (320), um die Multikanalbasisbandsignale mit jeweils entsprechend vorgesehenen Parametern zu multiplizieren; einen Signalkombinierer (321), zum Kombinieren von Signalen, die von jedem der Mehrzahl von Multiplizierern ausgegeben wurden, und zum Ausgeben kombinierter Ergebnisse; und einem Wichtungserzeugungsmodul (308) zum Ausführen entsprechender Operationen gemäß der Multikanalbasisbandsignale und der Anweisung, um die korrespondierenden Parameter der Vielzahl von Multiplizierern entsprechend zuzuführen; wobei die Vielzahl von Raumfiltern ihren Betriebsmodus als Rake-Empfangsmodus einstellen und jeder der Vielzahl von Raumfiltern einen Finger des Rake-Empfangs darstellt, wenn die Anweisung darauf hinweist, dass das mobile Endgerät in einem normalen verbundenen Zustand ist; und zu diesem Zeitpunkt das Wichtungserzeugungsmodul eine Wichtungserzeugung ausführt und die korrespondierenden Parameter, die der Vielzahl von Multiplizierern zugeführt werden, Wichtungen sind, die den Multikanalbasisbandsignalen entsprechen und durch die Wichtungserzeugung erhalten wurden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Kombinierer (304) Zeitausrichtungsmittel (307) enthält, um die von jedem der Vielzahl von Raumfiltern ausgegebenen Signale zeitlich zu einander auszurichten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die aufweist: eine Vielzahl von Verarbeitungsmodulen (310), die einer Vielzahl von Sendeantennen in einem Drahtlos-Kommunikationssystem entspricht, um die Signale von der Vielzahl von Sendeantennen zu empfangen und zu verarbeiten, wobei jedes der mit den Sendeantennen korrespondierenden Verarbeitungsmodule aus einer Gruppe der Raumfilter (303) zusammengesetzt ist und Signale von einer spezifischen Sendeantenne empfängt und verarbeitet, und das Synchronisationsmodul (301) angeordnet ist, um die Raummerkmalen der Signale eines jeweils spezifischen Pfades zugeordnete Information der jeweiligen Gruppe von Raumfiltern in dem jeweiligen mit der Sendeantenne korrespondierenden Verarbeitungsmodul entsprechend der Anweisung und des Multikanaleingangsbasisbandsignals zuzuführen und die Synchronisa tionsinformation, die auf die von der Vielzahl von Sendeantennen ausgesendeten Signale bezogen ist, dem Kombinierer zuzuführen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Steuerinformationen zumindest enthält: Betriebszustandsinformation zu dem mobilen Endgerät und Konfigurationsinformation zu den Antennen der Basisstation.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der nur einer der Raumfilter aktiv ist, wenn die Anweisung darauf hinweist, dass das mobile Endgerät in einem Zellsuchzustand ist, wobei das Wichtungserzeugungsmodul (308) einen blinden Gleichverhältnis-Kombinationsalgorhymthmus ausführt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei dem der blinde Gleichverhältnis-Kombinationsalgorhythmus einschließt: Auswählen eines der Multikanalbasisbandsignale als Referenzsignal; Durchführen einer Multiplikation, einer Integration und einer Normierung entsprechend der Referenzsignale und konjugierter Signale der anderen Signale der Multikanalbasisbandsignale um relative Phasendifferenzen der anderen Signale der Multikanalbasisbandsignale bezüglich der Referenzsignale zu erhalten; wobei die korrespondierenden Parameter, die durch die Vielzahl der Multiplizierer der Raumfilter entsprechend erhalten worden, sind: der durch einen Multiplizierer bezüglich des Referenzsignals erhaltene Parameter ist eine Konstante, die mittels der Multiplizierer bezüglich der anderen Signale der Multikanalbasisbandsignale erhaltenen Parameter sind relative Phasendifferenzen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die von dem Wichtungserzeugungsmodul (308) ausgeführte Wichtungserzeugung einschließt: (a) Entspreizen der Multikanalbasisbandeingangssignale; (b) Auswählen eines konstanten Parameters als Referenzsignal und Anwenden einer Wichtungsschätzung für die entspreizten Signale; und (c) Anwenden einer Normierung auf jede der durch die Wichtungsschätzung erhaltenen Wichtungen, um die Wichtungen zu erhalten, die mit den Multikanalbasisbandsignalen entsprechend korrespondieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die von dem Wichtungserzeugungsmodul (308) ausgeführte Wichtungserzeugung einschließt: (a) Entspreizen der Multikanalbasisbandeingangssignale; (b) Auswählen eines konstanten Parameters als Referenzsignal und Anwenden einer Wichtungsschätzung auf die entspreizten Signale; (c) Anwenden einer Leistungsschätzung auf die entspreizten Signale; und (d) Überprüfen jeder der durch die Wichtungsschätzung erhaltenen Wichtungen um die Wichtungen zu erhalten, die gemäß eines durch die Leistungsschätzung erhaltenen Leistungssignals mit den Multikanalbasisbandsignalen entsprechend korrespondieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die durch das Wichtungserzeugungsmodul (308) ausgeführte Wichtungserzeugung einschließt: (a) Entspreizen der Multikanalbasisbandeingangssignale; (b) Anwenden einer Leistungsschätzung auf die entspreizten Signale; und (c) das Machen eines durch die Leistungsschätzung erhaltenen Leistungssignals zum Referenzsignal und das Anwenden einer Wich tungsschätzung auf die entspreizten Signale, um die Wichtungen zu erhalten, die mit dem Multikanalbasisbandsignal entsprechend korrespondieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der die Wichtungsschätzung einen Kleinstenfehlerquadratalgorhythmus einschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Kombinierer (304) enthält: eine Vielzahl von Verzögerern (307), die jedes der Ausgangssignale der Vielzahl von Raumfiltern verzögern, um unter der Kontrolle des Synchronisationsmoduls synchronisierte Signale zu erhalten; einen Kombinierer (306), um die durch die Vielzahl von Verzögerern verzögerten synchronisierten Signale miteinander zu kombinieren.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Vielzahl von Verzögerern eine FIFO (First In First Out) Technologie enthalten und der Wert der Verzögerer, durch Steuern der Tiefe des FIFO einstellbar ist.
Mobiles Endgerät mit mehreren Antennen auf der Basis von CDMA, enthaltend: eine Vielzahl von Gruppen von Hochfrequenzsignalprozessormodulen (201, 202) zum Transformieren von Multikanalhochfrequenzsignalen, die auf CDMA basieren und über eine entsprechende Vielzahl von Antennen empfangen wurden, in Multikanalbasisbandsignale; ein Mehrantennenmodul (206) wie mit Anspruch 1 beansprucht, zum Kombinieren von der Vielzahl von Gruppen von Hochfrequenzsignalprozessormodulen ausgegebenen Multikanalbasisbandsignalen in Einkanalbasisbandsignale gemäß einer Steuerinformation die einmalig empfangen wird, wenn das Mehrantennenmodul eine Mehrantennenbasisbandverarbeitung aktiviert; ein Basisbandverarbeitungsmodul (203), um die Steuerinformation dem Mehrantennenmodul zuzuführen und zum Basisband-Verarbeiten der von dem Mehrantennenmodul ausgegebenen Einkanalbasisbandsignale.
Mobiles Endgerät gemäß Anspruch 13, bei der das Endgerät eines aus der Gruppe von mobilen Endgeräten oder anderen mobilen Drahtlos-Kommunikationsendgeräten oder Wireless-LAN Endgeräten ist, die einen der nachfolgenden Standards entsprechen: WCDMA, IS95; CDMA2000.
Mobiles Endgerät, enthaltend: ein Übertragungsmittel (200), um Signale über einen Uplink zu übertragen, ein Empfangsmittel, wobei das Empfangsmittel einschließt: eine Vielzahl von Gruppen von Hochfrequenzsignalverarbeitungsmodulen (201, 202), um empfangene Multikanalhochfrequenzsignale in Multikanalbasisbandsignale zu transformieren; ein Mehrantennenmodul (206) wie mit Anspruch 1 beansprucht, zum Kombinieren der von der Vielzahl von Gruppen von Hochfrequenzsignalverarbeitungsmodulen ausgegebenen Multikanalbasisbandsignale in Einkanalbasisbandsignale gemäß einer einmalig empfangenen Steuerinformation, wenn das Mehrantennenmodul eine Mehrantennenbasisbandverarbeitung aktiviert; und ein Basisbandverarbeitungsmodul (203), um dem Mehrantennenmodul die Steuerinformation zu liefern und die von dem Mehrantennenmodul ausgegebenen Einkanalbasisbandsignale Basisband zu verarbeiten.
Betriebsverfahren für ein mobiles Endgerät mit mehreren Antennen basierend auf CDMA, enthaltend: (a) Transformieren empfangener auf CDMA basierender Multikanalhochfrequenzsignale zu Multikanalbasisbandsignalen; (b) Kombinieren der Multikanalbasisbandsignale in Einkanalbasisbandsignale gemäß einer einmalig empfangenen Steuerinformation, wenn eine Mehrantennenbasisbandverarbeitung aktiviert wird; und (c) Basisverarbeitung der Einkanalbasisbandsignale, wobei Schritt (b) einschließt: Erzeugen einer Anweisung zum Steuern des Kombinierens gemäß der Steuerinformation; und gekennzeichnet durch Einstellen eines Betriebsmodus entsprechend der Anweisung, wobei, wenn die Anweisung anzeigt, dass das mobile Endgerät in einem normal verbundenen Zustand ist, Schritt (b) weiterhin einschließt: (b1) Erhalten von Informationen, die auf Raummerkmale der Signale eines jeweils spezifischen Pfades bezogen ist und von Synchronisationsinformationen, die auf Multikanalbasisbandsignale gemäß der Multikanalbasisbandeingangssignale bezogen ist; (b2) Verarbeiten der Multikanalbasisbandsignale um Signale eines jeweils spezifischen Pfades gemäß der auf Raummerkmale von Signalen eines jeweils spezifischen Pfades bezogenen Information von gemischten Signalen zu trennen; und (b3) Kombinieren der von den gemischten Signalen getrennten Signale mit unterschiedlichen Verzögerungen und Ausgeben kombinierter Ergebnisse gemäß der Synchronisationsinformation.
Verfahren nach Anspruch 16, bei der die Steuerinformation zumindest einschließt: Betriebsstatusinformation des mobilen Endgerätes und Konfigurationsinformation der Antennen einer Basisstation.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei, wenn die Anweisung anzeigt, dass sich das mobile Endgerät in einem Zellensuchzustand befindet, Schritt (b) weiterhin einschließt: (1) Auswählen eines der Multikanalbasisbandsignale als Referenzsignale; (2) Anwenden einer Multiplikation, einer Integration und einer Normierung auf die Referenzsignale und konjugierte Signale der anderen Signale der Multikanalbasisbandsignale, um relative Phasendifferenzen der anderen Signale der Multikanalbasisbandsignale im Vergleich zu den Referenzsignalen zu erhalten; (3) Multiplieren der Referenzsignale mit einer Konstante und Multiplizieren der anderen Signale der Multikanalbasisbandsignale mit den relativen Phasendifferenzen; und (4) Kombinieren von Ergebnissen, die durch die Multiplikationen erhalten wurden, und Ausgeben kombinierter Ergebnisse.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem Schritt (b3) weiterhin einschließt: die Signale mit verschiedenen Verzögerungen werden zeitlich ausgerichtet, dann kombiniert und die kombinierten Ergebnisse werden ausgegeben.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei, wenn die Anweisung anzeigt, dass das mobile Endgerät in einem Soft Handover Zustand ist oder die Basisstation Signale mittels Sendediversität oder Smart Antenna überträgt, Schritt (b) einschließt: (b1) Erhalten von Information, die auf Raummerkmale von Signalen eines spezifischen Pfades in jeder Gruppe von Multikanalbasisbandsignalen bezogen ist, und Synchronisationsinformation, die auf Signale bezogen ist, die gemäß einer Vielzahl von Gruppen von Multikanalba sisbandsignalen durch eine Vielzahl von Sendeantennen übertragen werden; (b2) Verarbeiten der Multikanalbasisbandsignale, um die Signale eines jeweils spezifischen Pfades in jeder Gruppe entsprechend der auf die Raummerkmale der Signale eines jeweils spezifischen Pfades in jeder Gruppe gezogenen Information von gemischten Signalen zu trennen; und (b3) Kombinieren der von den gemischten Signalen getrennten Signale mit unterschiedlichen Verzögerungen und Ausgeben der kombinierten Ergebnisse gemäß der Synchronisationsinformation.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei Schritt (b3) weiterhin einschließt: die Signale mit verschiedenen Verzögerungen werden zeitlich ausgerichtet, dann kombiniert und die kombinierten Ergebnisse werden ausgegeben.
Verfahren gemäß eines der Ansprüche 16 bis 21, wobei die Verarbeitung der Multikanalbasisbandsignale zum Trennen der Signale eines jeweils spezifischen Pfades von gemischten Signalen einschließt: (1) Multiplizieren der Multikanalbasisbandsignale mit einer Wichtung, die mit jedem der Multikanalbasisbandsignale korrespondiert und durch eine Wichtungsberechnung erhalten wurde; und (2) Kombinieren der gewichteten Signale und Ausgeben der kombinierten Ergebnisse.
Verfahren nach Anspruch 22, bei der die Wichtungsberechnung einschließt: (a) Entspreizen der Multikanalbasisbandsignale; (b) Auswählen eines konstanten Parameters als Referenzsignal und Anwenden einer Wichtungsschätzung auf die entspreizten Signale; und (c) Normieren jeder der durch die Wichtungsschätzung erhaltenen Wichtungen um die Wichtungen zu erhalten, die mit den Multikanalbasisbandsignalen entsprechend korrespondieren.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Wichtungsberechnung einschließt: (a) Entspreizen der Multikanalbasisbandsignale; (b) Auswählen eines konstanten Parameter als Referenzsignal und Anwenden einer Wichtungsschätzung auf die entspreizten Signale; (c) Anwenden einer Leistungsschätzung auf die entspreizten Signale; und (d) Überprüfen jeder der durch die Wichtungsschätzung erhaltenen Wichtungen um die Wichtungen zu erhalten, die mit den Multikanal-Basisbandsignalen entsprechend korrespondieren, gemäß eines Leistungssignals, das durch die Leistungsschätzung erhalten wurde.
Verfahren nach Anspruch 22, bei der die Wichtungsberechnung einschließt: (a) Entspreizen der Multikanalbasisbandsignale; (b) Anwenden einer Leistungsschätzung auf die entspreizten Signale; und (c) das Machen eines durch die Leistungsschätzung erhaltenen Leistungssignals zum Referenzsignal und Anwenden einer Wichtungsschätzung auf die entspreizten Signale, um die Wichtungen zu erhalten, die mit den Kanalbasisbandsignalen entsprechend korrespondieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei die Wichtungsschätzung einen kleinsten Fehlerquadratfehler oder einen normierten kleinsten Fehlerquadratfehler einschließt.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 21, bei der das zeitliche Ausrichten der von den gemischten Signalen getrennten Signale mit verschiedenen Verzögerungen einschließt: Verzögern jedes Signals des spezifischen Pfades mit verschiedenen Verzögerungen gemäß der Synchronisationsinformation; und Kombinieren verzögerter Synchronisationssignale.
Verfahren nach Anspruch 27, bei der die Verzögerung unter Verwendung einer FIFO-(First In First Out) Technologie implementiert sein kann und der Wert der Verzögerung durch Steuern der Tiefe des FIFO eingestellt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 16, bei der das Verfahren auf mobile Endgeräte oder andere mobile Drahtloskommunikationsendgeräte oder Wireless-LAN Endgeräte angewendet wird, die einem der folgenden Standards entsprechen: WCDMA, IS95, CDMA 2000.