DE20321905U1

DE20321905U1 - Antennensystem mit Reduzierter Komplexität, das eineGemultiplexte Empfangskettenverarbeitung verwendet

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Publication number: DE20321905U1
Application number: DE20321905U
Authority: DE
Original assignee: Broadcom Corp
Current assignee: Broadcom Corp
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: EP2645582A1; CN1663138A; EP1525672A4; EP2521272B1; US20100046588A1; US7940871B2; WO2004001893A2; EP1525672A2; WO2004001893A3; AU2003265252A8; US20040234012A1; US7263146B2; US7590202B2; EP2521272A1; CN100385826C; EP2521273A1; DE20321903U1; US20070121768A1; AU2003265252A1

Abstract

Vorrichtung zum Empfangen eines Signals, die Folgendes umfasst: Mittel zum Empfangen einer Vielzahl von Kopien des Signals, wobei jede der Vielzahl von Kopien durch eines von einer entsprechenden Vielzahl von Antennenelementen empfangen wird, um dadurch eine Vielzahl von empfangenen Signalkopien zu erzeugen; Mittel zum orthogonalen Multiplexen der Vielzahl von empfangenen Signalkopien in ein gemultiplextes Signal, das einer einzigen Verarbeitungskette bereitgestellt wird; und Mittel zum Umwandeln, innerhalb der einzigen Verarbeitungskette, des gemultiplexten Signals in eine Vielzahl von separaten Signalen, wobei jedes der Vielzahl von separaten Signalen einer der Kopien des Signals entspricht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Antennen-Diversitätsempfänger für Funkkommunikationssysteme und insbesondere auf eine Antennenanordnung mit reduzierter Komplexität, die dafür eingerichtet ist, eine einzige Verarbeitungskette des zugehörigen Diversitätsempfängers zu benutzen.
Hintergrundinformationen
Es ist in jüngster Zeit vorgeschlagen worden, dass sowohl die Leistung als auch die Kapazität von existierenden drahtlosen Systemen durch die Verwendung von sogenannten „Smart Antenna”-Techniken (Techniken mit „smarten” bzw. intelligenten Antennen) verbessert werden könnten. Insbesondere ist vorgeschlagen worden, dass solche Techniken gekoppelt mit einer Raum-Zeit-Signalverarbeitung verwendet werden könnten, um sowohl die schädlichen Auswirkungen des Mehrwegeschwunds (Multipath Fading) eines gewünschten eingehenden Signals zu bekämpfen als auch Störsignale zu unterdrücken. Auf diese Weise können sowohl die Leistung als auch die Kapazität von existierenden oder eingesetzten digitalen drahtlosen Systemen (z. B. CDMA-basierten Systemen, TDMA-basierten Systemen, WLAN-Systemen und OFDM-basierten Systemen wie IEEE 802.11 a/g) verbessert werden.
Es ist zu erwarten, dass von „Smart Antenna”-Techniken immer mehr sowohl in Verbindung mit dem Einsatz der Basisstations-Infrastruktur als auch mit mobilen Teilnehmergeräten (z. B. Handgeräten) in zellularen Systemen Gebrauch gemacht werden wird, um den zunehmenden Anforderungen zu begegnen, die an solche Systeme gestellt werden. Diese Anforderungen entstehen gegenwärtig teilweise aus der laufenden Umstellung von gegenwärtigen sprachbasierten Diensten auf drahtlose Multimediadienste der nächsten Generation und das damit einhergehende Verwischen von Unterscheidungen zwischen Sprach-, Video- und Datenmodi der Übertragung. Von Teilnehmergeräten, von denen in solchen Systemen der nächsten Generation Gebrauch gemacht wird, wird wahrscheinlich verlangt werden, dass sie eine höhere Sprachqualität im Vergleich zu existierenden zellularen Mobilfunkstandards demonstrieren sowie Hochgeschwindigkeits-Datendienste (z. B. bis zu 10 MBits/s) zur Verfügung stellen. Das Erzielen hoher Geschwindigkeiten und hoher Qualität eines Dienstes ist jedoch kompliziert, weil es für mobile Teilnehmergeräte wünschenswert ist, dass sie klein und leicht und in der Lage sind, zuverlässig in einer Vielfalt von Umgebungen (z. B. zellular/mikrozellular/pikozellular, städtisch/vorstädtisch/ländlich und drinnen/draußen) zu funktionieren. Außerdem wird zusätzlich zum Anbieten von Kommunikation höherer Qualität und Flächendeckung von Systemen der nächsten Generation gewünscht, dass sie die verfügbare Bandbreite effizienter nutzen und in erschwinglicher Preislage liegen, um eine weit verbreitete Marktakzeptanz zu gewährleisten.
In vielen drahtlosen Systemen neigen drei Hauptfaktoren dazu, für den Hauptteil der Leistungs- und Kapazitätserniedrigung verantwortlich zu sein: der Mehrwegeschwund (Multipath Fading), der sogenannte „Delay Spread” (Verzögerungsdispersion) zwischen empfangenen Mehrwege-Signal-Komponenten und die Gleichkanalinterferenz (CCI; Co-Channel Interference). Wie bekannt ist, wird der Mehrwegeschwund durch die mehreren Wege verursacht, die von einem übertragenen Signal auf dem Weg zu einer Empfangsantenne durchlaufen werden können. Die Signale von diesen Wegen addieren sich mit verschiedenen Phasen zusammen, was zu einer Amplitude und einer Phase des empfangenen Signals führt, die mit der Position, Richtung und Polarisation der Antenne sowie auch mit der Zeit (infolge der Bewegung durch die Umgebung) variieren. Die Erhöhung der Qualität oder das Verringern der effektiven Fehlerrate, um die Wirkungen des Mehrwegeschwunds zu umgehen, hat sich als äußerst schwierig erwiesen. Obwohl es theoretisch möglich wäre, die Wirkungen des Mehrwegeschwunds durch die Verwendung einer höheren Übertragungsleistung oder einer zusätzlichen Bandbreite zu reduzieren, stehen diese Vorgehensweisen häufig mit den Voraussetzungen von Systemen der nächsten Generation im Widerspruch.
Wie oben erwähnt ist, hat der „Delay Spread” oder der Unterschied in den Laufzeitverzögerungen zwischen den mehreren Komponenten von empfangenen Mehrwege-Signalen auch dazu tendiert, ein Haupthindernis für eine verbesserte Kapazität und Leistung in drahtlosen Kommunikationssystemen zu bilden. Es ist berichtet worden, dass dann, wenn der Delay Spread etwa zehn Prozent (10%) der Symbol-Dauer überschreitet, die sich ergebende signifikante Intersymbolinterferenz (ISO im Allgemeinen die maximale Datenrate beschränkt. Diese Art von Problematik hat dazu geneigt, am häufigsten in Schmalband-Systemen wie etwa dem Standard „Global System for Mobile Communication (GSM)” aufzutauchen.
Auch die Existenz der Gleichkanalinterferenz (CCI) beeinflusst die Leistung und Kapazität von zellularen Systemen nachteilig. Bestehende zellulare Systeme funktionieren durch Aufteilung der verfügbaren Frequenz-Kanäle in Kanalsätze, wobei ein Kanalsatz pro Zelle verwendet wird, mit Frequenz-Wiederverwendung. Die meisten Zeitmultiplex-Vielfachzugriff-(TDMA; time division multiple access)-Systeme verwenden einen Frequenz-Wiederverwendungsfaktor von 7, während die meisten Codemultiplex-Vielfachzugriff-(CDMA; code division multiple access)-Systeme einen Frequenz-Wiederverwendungsfaktor von 1 verwenden. Diese Frequenz-Wiederverwendung führt zu einer CCI, welche zunimmt, wenn die Anzahl von Kanalsätzen abnimmt (d. h. wenn die Kapazität jeder Zelle zunimmt). In TDMA-Systemen ist die CCI von einem oder zwei anderen Benutzern vorherrschend, während in CDMA-Systemen viele starke Störer sowohl innerhalb der Zelle als auch von benachbarten Zellen existieren können. Für einen gegebenen Pegel von CO kann die Kapazität vergrößert werden, indem die Zellengröße verkleinert wird, was aber auf Kosten von zusätzlichen Basisstationen geht.
Die Beeinträchtigungen der Leistung von zellularen Systemen der oben beschriebenen Art können wenigstens teilweise abgemildert werden, indem Multi-Element-Antennensysteme verwendet werden, die ausgebildet sind, um einen Diversitätsgewinn in den Prozess des Signalempfangs einzuführen. Es existieren mindestens drei primäre Mechanismen, solch einen Diversitätsgewinn durch Dekorrelation der an jedem Antennenelement empfangenen Signale zu bewirken: die räumliche Diversität bzw. Raumdiversität, die Polarisationsdiversität und die Winkeldiversität. Um die räumliche Diversität zu verwirklichen, werden die Antennenelemente hinreichend getrennt, um eine Korrelation mit geringem Schwund bzw. Fading zu ermöglichen. Die erforderliche Trennung hängt von der Winkeldispersion (Angle Spread) ab, welche der Winkel ist, über den das Signal an den Empfangsantennen ankommt.
Im Fall von mobilen Teilnehmergeräten (z. B. Handgeräten), die von anderen Streuobjekten umgeben sind, ist ein Antennenabstand von nur einer Viertelwellenlänge häufig ausreichend, um eine Korrelation mit geringem Schwund bzw. Fading zu erreichen. Dies ermöglicht es, dass mehrere Raumdiversitätsantennen innerhalb eines Handgeräts integriert werden können, insbesondere bei höheren Frequenzen (bedingt durch die Verringerung der Antennengröße als eine Funktion einer steigenden Frequenz). Ferner können Doppelpolarisationsantennen nahe zusammen platziert werden, mit einer Korrelation mit geringem Schwund, wie dies Antennen mit anderen Mustern (für Winkel- oder Richtungsdiversität) können. Jedoch benötigt jedes Antennenelement, das in einem drahtlosen Handgerät verwendet wird, eine separate Kette von Signalverarbeitungselektronik, wodurch die Kosten und der Stromverbrauch des Handgeräts erhöht werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer Ausführungsform kann die Erfindung als ein Mechanismus und eine Einrichtung zum Empfangen eines Signals charakterisiert werden, aufweisend: Empfangen jeder von einer Vielzahl von Kopien durch eines von einer entsprechenden Vielzahl von Antennenelementen, um dadurch eine Vielzahl von empfangenen Signalkopien zu erzeugen; orthogonales Multiplexen der Vielzahl von empfangenen Signalkopien in ein gemultiplextes Signal, das einer einzigen Verarbeitungskette bereitgestellt wird; und Umwandeln, innerhalb der einzigen Verarbeitungskette, des gemultiplexten Signals in eine Vielzahl von separaten Signalen, von denen jedes einer der Kopien des Signals entspricht.
In Varianten wird das orthogonale Multiplexen gemäß einem Walsh-Codierungsschema ausgeführt. In anderen Varianten sind jeweilige Schaltsignale bzw. Umschaltsignale für das Multiplexen der Signalkopien voneinander um 90 Grad versetzt.
In einer anderen Ausführungsform kann die Erfindung als ein Mechanismus zum Empfangen eines Signals charakterisiert werden, der die folgenden Schritte umfasst: Empfangen jeder von einer Multiplizität von Kopien des Signals durch eines von einer entsprechenden Multiplizität von Antennenelementen, um dadurch eine Multiplizität von empfangenen Signalkopien zu erzeugen; Umschalten der Signalenergie von Antennenelementen einer ersten Untermenge von der Multiplizität von Antennenelementen, um ein erstes Signal zu erschaffen, das eine Signalenergie von jedem der Antennenelemente der ersten Untermenge von der Multiplizität von Antennenelementen aufweist; Umschalten der Signalenergie von Antennenelementen einer zweiten Untermenge von der Multiplizität von Antennenelementen, um ein zweites Signal zu erschaffen, das eine Signalenergie von jedem der Antennenelemente der zweiten Untermenge von der Multiplizität von Antennenelementen aufweist; Versetzen des zweiten Signals in der Phase von dem ersten Signal; Kombinieren des zweiten Signals mit dem ersten Signal, um dadurch ein gemultiplextes Signal zu bilden, das Informationen aufweist, die repräsentativ für jede jeweilige Kopie des Signals sind; und Umwandeln, innerhalb der einzigen Verarbeitungskette, des gemultiplexten Signals in separate Signale, wobei jedes der separaten Signale einer der Kopien des Signals entspricht.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Erfindung als eine Vorrichtung zum Empfangen eines Signals charakterisiert werden, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Antennenelementen, die räumlich angeordnet sind, um eine von einer entsprechenden Vielzahl von Kopien des Signals zu empfangen, um so eine Vielzahl von empfangenen Signalkopien erzeugen zu können; eine Signalverarbeitungskette; und einen orthogonalen Multiplexer, der zwischen der Vielzahl von Antennenelementen und der Signalverarbeitungskette gekoppelt ist, wobei der orthogonale Multiplexer so konfiguriert ist, dass er die Vielzahl von empfangenen Signalkopien empfängt und die Vielzahl von empfangenen Signalkopien als ein gemultiplextes Signal auf die Signalverarbeitungskette orthogonal multiplext. Die Signalverarbeitungskette umfasst einen Demultiplexer, der so konfiguriert ist, dass er das gemultiplexte Signal in eine Vielzahl von separaten Signalen umwandelt, wobei jedes der Vielzahl von separaten Signalen einer der Kopien des Signals entspricht.
In noch einer anderen Ausführungsform kann die Erfindung als ein Mechanismus zum orthogonalen Multiplexen eines Signals charakterisiert werden, wobei der Mechanismus folgende Schritte umfasst: Erzeugen einer Vielzahl von orthogonalen Signalen; Multiplizieren jedes der Vielzahl von orthogonalen Signalen mit einer von einer entsprechenden Vielzahl von Kopien des Signals, um dadurch eine Vielzahl von codierten Signalkopien zu erzeugen, wobei jede der Vielzahl von Kopien des Signals von einem einer entsprechenden Vielzahl von Antennenelementen empfangen wird; und Kombinieren der Vielzahl von codierten Signalkopien, um ein orthogonal gemultiplextes Signal zu bilden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den beigefügten Zeichnungen ist bzw. sind:
1 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Diversitätsempfängers, in dem die von mehreren Antennenelementen empfangenen Signale gewichtet und kombiniert werden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen;
2 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen räumlich-zeitlichen (ST; spatial-temporal) Filterungsanordnung;
3 eine Darstellung einer Multiple-Input/Multiple-Output-Antennenanordnung (Antennenanordnung mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen) innerhalb eines drahtlosen Kommunikationssystems;
4 ein Blockdiagramm, das eine herkömmliche Architektur eines Systems mit mehreren Empfangsantennen im Hochfrequenzbereich veranschaulicht;
5 ein Blockdiagramm, das ein digitales Äquivalent zu der Schaltung von 4 repräsentiert;
6 ein Blockdiagramm eines Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmoduls in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ein Ablaufdiagramm, das Schritte veranschaulicht, die von dem Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmodul von 6 durchlaufen werden, wenn ein Signal in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung empfangen wird;
8A und 8B graphische Darstellungen, die illustrativ einen Ausgang des Multiplexschalters des Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmoduls von 6 jeweils sowohl in dem Zeitbereich als auch in dem Frequenzbereich in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform repräsentieren;
9 eine graphische Darstellung, die eine Signalwellenform repräsentiert, die an dem Ausgang des Multiplexschalters des Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmoduls von 6 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform erscheint;
10 eine graphische Darstellung, die einen Ausgang eines der Tiefpassfilter des Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmoduls von 6 veranschaulicht, wenn der Umschaltton (engl.: switching tone) und eine nächste Oberschwingung zugelassen werden;
11 eine graphische Darstellung, die einen Ausgang eines der Tiefpassfilter des Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmoduls von 6 veranschaulicht, wenn nur der Grund-Umschaltton zugelassen wird;
12A und 12B graphische Darstellungen, die die Impulsform einer beispielhaften Implementierung der angepassten Filter (Matched Filter bzw. Optimalfilter oder Korrelationsfilter) des Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmoduls von 6 jeweils in dem Zeitbereich und in dem Frequenzbereich veranschaulichen;
13A und 13B graphische Darstellungen, die einen Ausgang der angepassten Filter des Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmoduls von 6 jeweils in dem Zeitbereich und in dem Frequenzbereich veranschaulichen;
14 eine graphische Darstellung, die einen Konstellationsschätzwert veranschaulicht, wenn ein Umschalten des Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmoduls von 6 mit fünf Umschaltoperationen pro Symbol ausgeführt wird;
15 eine graphische Darstellung, die einen anderen Konstellationsschätzwert veranschaulicht, wenn ein Umschalten des Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmoduls von 6 mit zwanzig Umschaltoperationen pro Symbol ausgeführt wird;
16 eine graphische Darstellung, die noch einen anderen Konstellationsschätzwert veranschaulicht, wenn ein Umschalten des Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmoduls von 6 mit fünfzig Umschaltoperationen pro Symbol ausgeführt wird;
17 eine graphische Darstellung, die eine durchschnittliche Bitfehlerrate für ein System mit einer einzigen Antenne veranschaulicht;
18 eine graphische Darstellung, die eine durchschnittliche Bitfehlerrate für das Antennenverarbeitungsmodul von 6 veranschaulicht, das mit einer Schaltfrequenz fs von zwanzigmal (20×) der verwendbaren Symbolrate betriebsfähig ist;
19 eine graphische Darstellung, die eine durchschnittliche Bitfehlerrate für das Antennenverarbeitungsmodul von 6 veranschaulicht, das mit einer Schaltfrequenz fs von zweimal (2×) der verwendbaren Symbolrate betriebsfähig ist;
20 eine weitere Ausführungsform eines Antennenverarbeitungsmoduls, das so konfiguriert ist, dass es mit mehr als zwei Antennenelementen funktioniert;
21 ein Ablaufdiagramm, das Schritte veranschaulicht, die von dem Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmodul von 20 durchlaufen werden, wenn ein Signal in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung empfangen wird;
22 ein Zeitdiagramm von Schaltsignalen, die an zwei der Antennenelemente von 6 und 21 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform angelegt worden sind;
23 ein Zeitdiagramm von Schaltsignalen, die an zwei der Antenennelemente von 6 und 21 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform angelegt worden sind;
24 noch eine weitere Ausführungsform eines Antennenverarbeitungsmoduls, das so konfiguriert ist, dass es mit mehr als zwei Antennenelementen funktioniert;
25A und 25B eine komplexe Walsh-Codierungsmatrix und ein zugehöriges Zeitdiagramm in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform, die verwendet werden, um Schaltsignale für die Mischer des Antennenverarbeitungsmoduls von 24 bereitzustellen; und
26A und 26B eine komplexe Walsh-Codierungsmatrix und ein zugehöriges Zeitdiagramm in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform, die verwendet werden, um Schaltsignale für die Mischer des Antennenverarbeitungsmoduls von 24 bereitzustellen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung beschrieben. Jedoch wird es für die Fachleute auf dem Gebiet offenkundig sein, dass die vorliegende Erfindung mit nur einigen oder allen Aspekten der vorliegenden Erfindung praktiziert werden kann. Zu Zwecken der Erläuterung werden spezielle Anzahlen, Materialien und Konfigurationen dargelegt, um ein eingehendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zur Verfügung zu stellen. Jedoch wird einem Fachmann auf dem Gebiet auch klar sein, dass die vorliegende Erfindung ohne die speziellen Einzelheiten praktiziert werden kann. In anderen Beispielen werden weithin bekannte Merkmale weggelassen oder vereinfacht, um die vorliegende Erfindung nicht unklar werden zu lassen.
Verschiedene Abläufe werden als mehrere getrennte Schritte, die der Reihe nach ausgeführt werden, auf eine Weise beschrieben, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung äußerst nützlich ist, jedoch sollte die Reihenfolge der Beschreibung nicht so ausgelegt werden, dass sie impliziert, dass diese Abläufe notwendigerweise von der Reihenfolge abhängig sind, insbesondere von der Reihenfolge, in der die Schritte dargestellt sind. Außerdem wird der Ausdruck „in einer Ausführungsform” wiederholt verwendet, jedoch bezieht sich der Ausdruck nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform, obwohl er dies kann.
Um ein mobiles Gerät so zu konfigurieren, dass es Signale von mehreren Antennenelementen verarbeitet, sollte die zugehörige Elektronik innerhalb des Geräts in Bezug auf die Kosten und den Stromverbrauch wünschenswerterweise in einer kosteneffektiven Art und Weise implementiert werden können. Mit Hinblick darauf ist die vorliegende Erfindung auf ein System und eine Vorrichtung zur Implementierung von mehreren Antennenelementen in mobilen Geräten in einer Art und Weise gerichtet, die die Kosten, die typischerweise mit Multi-Element-Antennenanordnungen verbunden sind, reduzieren. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf mobile Geräte beschränkt und kann auch auf Infrastrukturelemente (z. B. Basisstationen und Zugangspunkte) angewendet werden. Außerdem ist die vorliegende Erfindung auf annährend alle bekannten Funkstandards und Modulationsschemata anwendbar (z. B. GSM, CDMA2000, WCDMA, WLAN, feste Funkstandards, OFDM und CDMA). Wie unten beschrieben werden wird, leiten sich verschiedene Vorteile, die von der vorliegenden Erfindung geboten werden, von dem Multiplexing der Signale, die von einer Anzahl von Antennenelementen empfangen werden, auf einen gemeinsamen Empfangsketten-Verarbeitungspfad ab, um den Gesamtstromverbrauch und die Gesamtkosten zu reduzieren.
So sieht die vorliegende Erfindung in Übereinstimmung mit mehreren Ausführungsformen zum Beispiel eine Mehrfach-Element-Antennenanordnung mit reduzierter Komplexität und ein zugehöriges Empfängerdesign vor, die mit niedrigen Kosten implementiert werden können. In einigen Ausführungsformen erhöhen die Antennenanordnung und das Empfängerdesign den Stromverbrauch im Vergleich zu Lösungsansätzen mit nur einem einzigen Element nicht erheblich, wodurch dies besonders geeignet für eine Implementierung in drahtlosen Handgeräten gemacht wird.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung werden Abtastwerte von mehreren Antennenelementen auf einen einzigen Hochfrequenz-Verarbeitungspfad zeitgemultiplext, wobei orthogonale Schaltfunktionen verwendet werden. Das Demultiplexing wird dann in dem digitalen Bereich zusammen mit der Kanalauswahl und der räumlichen und zeitlichen Verarbeitung durchgeführt.
Um das Verständnis der Grundsätze der Erfindung zu erleichtern, wird unter Bezugnahme auf 1 bis 4 eine kurze Übersicht über verschiedene herkömmliche Multi-Element-Antennensysteme bereitgestellt, welche dazu ausgelegt sind, die Verzögerungsdispersion (Delay Spread) sowie Interferenz- und Schwund-Effekte abzumildern.
Zuerst wird Bezug auf 1 genommen, in der ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Diversitätsempfängers 100 gezeigt ist, in dem die von mehreren Antennenelementen empfangenen Signale gewichtet und kombiniert werden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. In dem herkömmlichen Diversitätsempfänger 100 ist eine Ansammlung von M Antennenelementen 102 gezeigt, und mit jedem jeweiligen Antennenelement sind parallele Empfangsketten 104, 106, 108 gekoppelt, die jeweilige Gewichtungsabschnitte 110, 112, 114 beinhalten. Die Empfangsketten 104, 106, 108 sind alle mit einem Kombinator 116 gekoppelt und eine zusammengeführte einzelne 118 tritt aus dem Kombinator 116 aus.
Mit M Antennenelementen stellt solch ein Feld im Allgemeinen einen vergrößerten Antennengewinn von ”M” sowie auch einen Diversitätsgewinn gegenüber dem Mehrwegeschwund (Multipath Fading) in Abhängigkeit von der Korrelation des Schwunds bzw. Fading zwischen den Antennenelementen bereit. In diesem Zusammenhang wird der Antennengewinn als die Verringerung der erforderlichen Empfangssignalleistung für ein gegebenes durchschnittliches Ausgangs-Signal-Rausch-Verhältnis (SRV; engl.: SNR, signal-to-noise ratio) definiert, während der Diversitätsgewinn als die Verringerung des erforderlichen durchschnittlichen Ausgangs-SRV für eine gegebene Bitfehlerrate (BER; bit error rate) mit Fading definiert wird.
Zur Abmilderung von Interferenz wird jedes der M Antennenelemente 102 bei den jeweiligen Gewichtungsabschnitten 110, 112, 114 gewichtet und in dem Kombinator 116 zusammengeführt, um das Signal-Interferenz-plus-Rausch-Verhältnis (SIRV; engl.: SINR, signal-to-interference-plus-noise ratio) zu maximieren. Dieser Gewichtungsprozess wird gewöhnlich in einer Art und Weise implementiert, die den mittleren quadratischen Fehler minimiert (MMSE; minimized mean squared error) und von der Korrelation der Interferenz Gebrauch macht, um die Interferenzleistung zu reduzieren.
Nun wird unter Hinwendung auf 2 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen räumlich-zeitlichen (ST; spatial-temporal) Filterungsanordnung 200 gezeigt. Gezeigt sind eine erste Antenne 202 und eine zweite Antenne 204 jeweils gekoppelt mit einem ersten linearen Entzerrer 206 und einem zweiten linearen Entzerrer 208. Ausgänge von jedem der ersten und zweiten linearen Entzerrer 206, 208 sind mit einem Kombinator 210 gekoppelt, und ein Ausgang des Kombinators 210 ist mit einem MLSE/DFE-Abschnitt 212 gekoppelt.
Die Filterungsanordnung der 2 ist dazu bestimmt, den Delay Spread unter Verwendung einer gemeinsamen räumlich-zeitlichen Verarbeitung zu beseitigen. Da die CCI am Empfänger unbekannt ist, beinhalten optimale Raum-Zeit-(ST; space-time)-Entzerrer im Allgemeinen entweder im Sinne eines minimalen mittleren quadratischen Fehlers (MMSE) oder eines maximalen Signal-Interferenz-plus-Rausch-Verhältnisses (SIRV) typischerweise ein Weißmacherfilter („Whitening”-Filter), zum Beispiel lineare Entzerrer (LE) 206, 208, welche die CCI sowohl räumlich als auch zeitlich „weiß” machen, und die Filterungsanordnung von 2 ist für solche Systeme typisch. Wie in der 2 gezeigt ist, folgt auf die linearen Entzerrer (LE) 206, 208 ein nichtlineares Filter, das durch den MLSE/DFE-Abschnitt 212 dargestellt ist, welcher unter Verwendung entweder eines entscheidungsrückgekoppelten Entzerrers (DFE; decision feedback equalizer) oder eines sogenannten „Maximum Likelihood Sequence Estimator” (MLSE; Schätzeinheit für eine Sequenz maximaler Wahrscheinlichkeit) implementiert ist.
Wie einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt ist, kann auch das Turbo-Prinzip verwendet werden, um die nichtlinearen Filter gegen eine höhere Leistung, aber größere Rechenkomplexität einzutauschen. Unter Verwendung von ST-Verarbeitungs-(STP; spatial-temporal processing)-Techniken sind SRV-Gewinne von bis zu 4 dB und SIRV-Gewinne von bis zu 21 dB mit einer bescheidenen Anzahl von Antennenelementen berichtet worden.
Als nächstes ist unter Bezugnahme auf 3 eine generische Darstellung einer Multiple-Input/Multiple-Output Antennenanordnung innerhalb eines drahtlosen Kommunikationssystems gezeigt. Dargestellt sind ein Sender (TX) 302 gekoppelt mit mehreren Sendeantennen 304, und die mehreren Sendeantennen 304 sind dargestellt, wie sie ein Signal über mit der Zeit variierende Hindernisse 306 zu mehreren Empfangsantennen 308 übertragen, welche mit einem Empfänger (RX) 310 gekoppelt sind. Wie gezeigt ist, werden mehrere Antennenelemente sowohl am Sender (TX) 302 als auch am Empfänger (RX) 310 des drahtlosen Kommunikationssystems eingesetzt.
Zusätzlich zu Multiple-Input/Multiple-Output (MIMO)-Antennenanordnungen (Antennenanordnungen mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen) können andere Antennenanordnungen basierend auf der Anzahl von „Eingängen” und „Ausgängen” zu dem Kanal, der einen Sender und Empfänger verbindet, wie folgt kategorisiert werden:

• Single-Input/Single-Output (SISO)-Systeme (Systeme mit einem einzigen Eingang und einem einzigen Ausgang), die Sende-Empfangseinheiten (Transceivers) (z. B. mobile Einheiten und eine Basisstation) mit einer einzigen Antenne für Aufwärts- bzw. Uplink- und Abwärts- bzw. Downlink-Kommunikationen beinhalten.
• Multiple-Input/Single-Output (MISO)-Systeme (Systeme mit mehreren Eingängen und einem einzigen Ausgang), die einen oder mehrere Empfänger beinhalten, welche über mehrere Antenneneingänge eine Abwärtsverbindung herstellen, und einen oder mehrere Sender beinhalten, welche über einen einzigen Antennenausgang eine Aufwärtsverbindung herstellen.
• Single-Input/Multi-Output (SIMO)-Systeme (Systeme mit einem einzigen Eingang und mehreren Ausgängen), die einen oder mehrere Empfänger beinhalten, welche über einen einzigen Antenneneingang eine Abwärtsverbindung herstellen, und einen oder mehrere Sender beinhalten, welche über mehrere Antennenausgänge eine Aufwärtsverbindung herstellen.

Ein Aspekt der Attraktivität von Multi-Element-Antennenanordnungen, insbesondere MIMOs, beruht auf den bedeutsamen System-Kapazitätserhöhungen, die unter Verwendung dieser Konfigurationen erzielt werden können. Unter der Annahme, dass perfekte Schätzwerte des entsprechenden Kanals sowohl am Sender als auch am Empfänger verfügbar sind, wird in einem MIMO-System mit M Empfangsantennen das empfangene Signal in M unabhängige Kanäle zerlegt. Dies resultiert in einer M-fachen Kapazitätserhöhung im Vergleich zu SISO-Systemen. Für eine feste Gesamtübertragungsleistung skaliert sich die durch MIMOs angebotene Kapazität mit zunehmendem SRV für eine große, aber praktische Anzahl von M Antennenelementen.
Im besonderen Fall des Fading bzw. Schwunds von Mehrwege-Kanälen hat sich erwiesen, dass die Verwendung von MIMO-Anordnungen es erlaubt, dass sich die Kapazität um annähernd M zusätzliche Bits/Zyklus für jede 3 dB Erhöhung beim SRV skaliert. Dieses MIMO-Skalierungsattribut steht im Gegensatz zu einer Grundkonfiguration, die durch M = 1 charakterisiert ist, welche sich nach Shannons klassischer Formel als ein Bit mehr/Zyklus für jede 3 dB an SRV-Erhöhung skaliert. Es sei angemerkt, dass diese Erhöhung in der Kapazität, die MIMO-Systeme gewähren, ohne jede zusätzliche Bandbreite im Vergleich zu der Grundkonfiguration mit einem einzigen Element erreicht wird.
Jedoch ist der weit verbreitete Einsatz von Multi-Element-Antennenanordnungen in drahtlosen Kommunikationssystemen (insbesondere in drahtlosen Handgeräten) durch die sich ergebende Zunahme der Komplexität und damit verbundenem vergrößerten Energieverbrauch, Kosten und Größe bis jetzt verhindert worden. Diese Parametererhöhungen resultieren, wenigstens teilweise, aus einer Voraussetzung in vielen vorgeschlagenen Architekturen, dass eine getrennte Empfängerkette für jedes Antennenelement zur Verfügung gestellt werden soll.
Zum Beispiel stellt 4 eine herkömmliche Architektur eines Mehrfach-Empfangsantennen-Systems 400 im Hochfrequenz- bzw. HF-Bereich bildlich dar. Wie gezeigt ist, umfasst die Implementierung der 4 eine getrennte Empfangskette 402, 404, 406 für jedes der M Antennenelemente, und jede Empfangskette 402, 404, 406 umfasst Elemente, um eine Verstärkung, Filterung und Mischung auszuführen. Folglich sind die Implementierungskosten für ein System mit dieser Architektur höher als diejenigen bei einem System mit einer einzigen Empfangskette.
Dieser Lösungsweg ist darüber hinaus nachteilig, weil von analogen Phasenschiebern und Verstärkern mit variabler Verstärkung Gebrauch gemacht wird, was diesen relativ teuer und anfällig gegenüber Leistungseinbußen infolge des Alterns, von Temperaturschwankung und von Abweichung von vorgeschriebenen Toleranzen macht. Außerdem sind, weil die Implementierung der 4 von einer Phasenbeziehung zwischen den empfangenen und übertragenen Antennenelementen Gebrauch macht (d. h. die Pfad-Differentialverzögerung wird überall in jeder Empfangsverarbeitungskette aufrechterhalten), eine strenge Einhaltung von Toleranzen und eine genaue Kalibrierung in jeder Hochfrequenz-Verarbeitungskette erforderlich.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 5 ein Blockdiagramm gezeigt, das eine digitale Entsprechung zu der Schaltung von 4 darstellt. Im Allgemeinen verschlechtert sich die Leistung der digitalen Schaltungsanordnung 500 von 5 aus im Wesentlichen denselben Gründen, wie sie oben bezüglich der 4 beschrieben wurden. Das heißt, die Duplizierung der gesamten Empfängerkette (d. h. von der Hochfrequenz zum Basisband), die mit jedem Antennenelement verknüpft ist, führt zu einer Zunahme bei Größe, Kosten, Komplexität und Stromverbrauch im Vergleich zu Lösungsansätzen mit einer einzigen Antenne. Folglich sind Multi-Element-Antennenkonfigurationen bislang für den Einsatz in den Handgeräten und anderen mobilen Endgeräten, die in drahtlosen Kommunikationssystemen verwendet werden, ungeeignet gewesen.
Übersicht und Systemarchitektur
Wie unten noch ausführlicher beschrieben werden wird, basieren mehrere Ausführungsformen der Antennenanordnung mit reduzierter Komplexität und des Empfängers der vorliegenden Erfindung auf dem Zusammenlegen der Hochfrequenz-Verarbeitungsoperationen, die mit jedem Antennenelement verbunden sind, in eine einzige Verarbeitungskette, und in einigen Ausführungsformen werden die Hochfrequenz-Verarbeitungsoperationen in eine einzige Verarbeitungskette vereinigt, sobald dies durchführbar ist.
In einigen Ausführungsformen wird dieses Zusammenlegen dadurch erzielt, dass Abtastwerte von einem Umschaltelement, das mit einem Paar von Antennenelementen verbunden ist, auf eine einzige Hochfrequenz-Verarbeitungskette gemultiplext werden. Bei Abschluss der Hochfrequenzverarbeitung, die von dieser einzigen Hochfrequenzkette bewirkt wird, werden die damit verbundenen Signale durch angepasste Filter (Matched Filter, auch Optimalfilter oder Korrelationsfilter genannt) geleitet, die dahingehend betriebsbereit sind, die anwendbare Abtastfrequenz auf die angemessene Basisbandrate zu reduzieren. Nach der Wiederherstellung der Signale, die zu Anfangs von jedem Antennenelement in dem digitalen Bereich empfangen worden sind, werden die wiederhergestellten Signale dann einer herkömmlichen räumlichen Verarbeitung unterzogen. Die Struktur kann für die Verwendung mit mehr als einem Paar von Antennenelementen verallgemeinert werden, indem die Struktur des Multiplexers/Demultiplexers und der Abtastabstand der Signalströme, die den angepassten Filtern zugeführt werden, die mit jedem Antennenelement assoziiert sind, modifiziert werden.
6 ist ein Blockdiagramm, welches illustrativ ein Empfänger-Empfangsteil darstellt, das ein Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmodul 600 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Das Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmodul 600 umfasst erste und zweite Antennenelemente 602 und 604, die durch einen Multiplexschalter 608 mit einer Hochfrequenz- bzw. HF-Verarbeitungskette 610 gekoppelt sind. Während der Bezugnahme auf 6 wird gleichzeitig Bezug auf 7 genommen, die ein Ablaufdiagramm ist, das Schritte veranschaulicht, die von dem Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmodul 600 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.
Während des Betriebs empfangen die ersten und zweiten Antennenelemente 602 und 604 anfänglich ein Signal von zwei räumlich verschiedenen Stellen. Somit werden Kopien des Signals an jedem der ersten und zweiten Antennenelemente 602 und 604 empfangen (Schritt 702). In mehreren Ausführungsformen sind die Kopien, die an den ersten und zweiten Antennenelementen 602 und 604 empfangen werden, unkorrelierte Kopien des Signals.
Jede der Kopien des Signals, die an den ersten und zweiten Antennenelementen 602 und 604 empfangen werden, werden dann orthogonal auf die Verarbeitungskette 610 gemultiplext (Schritt 704). In einigen Ausführungsformen wird das orthogonale Multiplexen durch das Multiplizieren einer Kopie des Signals, die (z. B. an der ersten Antenne 602) empfangen worden ist, mit einem ersten Schaltsignal und durch das Multiplizieren einer anderen Kopie des Signals, die (z. B. an der zweiten Antenne 604) empfangen worden ist, mit einem zweiten Schaltsignal, das um 90 Grad phasenverschoben zu dem ersten Schaltsignal ist, ausgeführt.
Nun wird kurz Bezug auf 23 genommen, in der zwei um 90 Grad phasenverschobene Rechteckwellen gezeigt sind, die Beispiele für Rechteckwellen sind, die als Schaltsignale verwendet werden, um die empfangenen Kopien des Signals, die an den ersten und zweiten Antennen 602, 604 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform empfangen worden sind, zu multiplizieren. Wie in 23 gezeigt ist, kehrt jede der Rechteckwellen während jedes Zyklus die Polarität um. Es sollte aber erkannt werden, dass Schalt-Rechteckwellen die Polarität nicht in jedem Zyklus zu wechseln brauchen, dass aber durch das Einsetzen von Rechteckwellen, die die Polarität während jedes Zyklus wechseln (d. h. die mehr einer Sinuswelle gleichen), während des Multiplexing-Prozesses weniger Oberschwingungen erzeugt werden und folglich ein weniger rigoroses Filtern des gemultiplexten Signals erforderlich ist.
In anderen Ausführungsformen, wie sie unter Bezugnahme auf 24 und 25 weiter erörtert werden, wird die Frequenzspreizung in Übereinstimmung mit komplexen Walsh-Codierungsprinzipien durchgeführt.
Wie ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen wird, kann der Multiplexer 608 unter Verwendung von verschiedenen Kombinationen von Hardware und Software/Firmware implementiert werden. In einer Ausführungsform wird zum Beispiel ein SPDT-(Single-Pole Double-Throw)-Umschalter (ein einpoliger Umschalter mit zwei Schalterstellungen) in Verbindung mit Frequenzversatztechniken verwendet, um Kopien eines Signals orthogonal zu multiplexen. Alternativ dazu, wie im Hinblick auf 24 noch weiter erörtert werden wird, sind Mischer implementiert, um Schaltsignale für die Kopien des empfangenen Signals bereitzustellen.
Nun wird kurz Bezug auf 8A und 8B genommen, in denen Darstellungen des Ausgangs des Multiplexschalters 608 sowohl im Zeitbereich als auch im Frequenzbereich jeweils für eine exemplarische Ausführungsform gezeigt sind, in denen Kopien des Signals nicht gegenseitig in der Phase versetzt sind und der Grundton, der zur Implementierung der Oszillation des Schaltprozesses benötigt wird, von dem Träger fc um 218 kHz versetzt ist. In der Darstellung des Zeitbereichs von 8A wird das Zeitmultiplexen der Signale, die von den ersten und zweiten Antennenelementen 602, 604 empfangen worden sind, auf die Hochfrequenz-Verarbeitungskette 610 offensichtlich und macht deutlich, dass sich die empfangenen Signale in diesem Beispiel primär nur in der Amplitude unterscheiden. Das Spreizen des Signals, das von den Antennenelementen 602, 604 empfangen worden ist, in Folge der Betätigung des Multiplexschalters 608 wird durch die graphische Darstellung des Leistungsspektrums in 8B offensichtlich. Auch Oberschwingungen einer höheren Ordnung werden in der graphischen Darstellung des Leistungsspektrums in 8B offensichtlich, und im Allgemeinen werden nur die Mittenfrequenz und jeder dieser Versätze von 218 kHz in die ADWs 634, 636 weitergeleitet.
Mathematisch gesehen kann das Multiplexen als ein Anlegen von Schaltsignalen s1(t) und s2(t) an die Signalenergie r1(t), die von dem ersten Antennenelement 602 „Ant 1” empfangen wird, und an die Signalenergie r2(t), die von dem zweiten Antennenelement 604 „Ant 2” empfangen wird, dargestellt werden, was zu folgendem Ergebnis führt: m(t) = r1(t)s1(t) + r2(t)s2(t) wobei s1(t) = 1 + cos(2πfs/2t) s2(t) = 1 + cos(2πfs/2t + n) r1(t) = sin(2πfct + p1(t)) r2(t) = sin(2πfct + p2(t))

p1(t): = Basisband-Phasen-Prozess wie an Ant 1 empfangen
p2(t): = Basisband-Phasen-Prozess wie an Ant 2 empfangen

Es sei angemerkt, dass in der obigen mathematischen Darstellung eine Sinus-Wellenform anstatt einer Rechteckwellenform als die Schaltfunktion verwendet wird. Als Folge davon werden aufgrund des geringeren Oberschwingungsgehalts von sinusförmigen Wellenformen im Vergleich zu rechteckigen Wellenformen Berechnungen vereinfacht.
Wie vorher erörtert worden ist, werden in mehreren Ausführungsformen Schaltsignale (z. B. Rechteckwellen) verwendet, die während jedes Zyklus die Polarität wechseln, um mehr einer Sinus-Wellenform zu entsprechen. Dadurch wird eine störende Oberschwingungsenergie, die potentiell erzeugt wird, im Wesentlichen reduziert oder eliminiert.
Nun wird zu der mathematischen Darstellung zurückgekehrt, bei der eine Entwicklung von m(t) zu folgendem Ergebnis führt: m(t) = r1(t) + r2(t) + sin(2π(fc – fs/2)t + p1(t))/2 + sin(2π(fc – fs/2 + π)t + p2(t))/2 + sin(2π(fc + fs/2)t + p1(t))/2 + sin(2π(fc + fs/2 + π)t + p2(t))/2
Das Spektrum des Signals m(t) erscheint als eine Mittelspitze bei der Trägerfrequenz fc und weist einen identischen Nebenkeulenversatz um fs/2 auf jeder Seite von fc auf.
In einer exemplarischen Ausführungsform schaltet der Multiplexer 608 bei einer Rate von wenigstens zwanzig (20) Mal der Symbolrate der Informationen um, die von den Antennenelementen 602 und 604 empfangen worden sind. Aber in alternativen Ausführungsformen reicht die Umschaltrate des orthogonalen Multiplexers 608 von etwa zweimal der verwendbaren Symbolrate bis zu größer als 20 Mal eine solche Rate.
Als nächstes wird das gemultiplexte Signal von dem Multiplexer 608 von der HF-Frequenz heruntergemischt (Schritt 706). Ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass eine einzige Nebenkeule der oben erörterten Nebenkeulen die Summe aus den zwei Signalen von Interesse mit einem Phasenversatz von π Radianten enthält und eine Nebenkeule den anwendbaren Ausdruck auf die Summe von zwei phasenversetzten Sinusschwingungen reduziert: sin(2π(fc – fs/2)t + p1(t))/2 + sin(2π(fc – fs/2 + π)t + p2(t))/2
Aber wenn p1(t) = p2(t), dann ist diese Komponente Null und besitzt keinen praktischen Nutzen. Somit wird in mehreren Ausführungsformen, weil m(t) das Signal von Interesse ist, die empfangene Signalenergie bei der Trägerfrequenz herunter gemischt.
In einer Ausführungsform, wie sie zum Beispiel in 6 gezeigt ist, umfasst die Hochfrequenz-Verarbeitungskette 610 einen In-Phase-(I)-Zweig 614 und einen Quadraturphase-(Q)-Zweig 618, die jeweils eine erste Mischereinrichtung 620 und eine zweite Mischereinrichtung 624 umfassen. Wie gezeigt ist, wird der ersten Mischereinrichtung 620 ein Mischsignal cos(fc) zugeführt, wobei fc die Frequenz des empfangenen Trägersignals bezeichnet. In ähnlicher Weise wird der zweiten Mischereinrichtung 624 das Mischsignal sin(fc) zugeführt. Die Mischereinrichtungen 620 und 624 funktionieren dahingehend, dass sie die empfangene Signalenergie bei der Trägerfrequenz fc nach unten mischen, was zur Erzeugung einer Mittelspitze bei Gleichstrom und von einem Paar von Nebenkeulen, die aufeinander „gefaltet” sind, bei der einen Hälfte der Schaltfrequenz (fs/2) des Multiplexschalters 608 führt.
Wie in 6 gezeigt ist, wird die Signalenergie von der ersten Mischereinrichtung 620 und der zweiten Mischereinrichtung 624 jeweils zu einem ersten Tiefpassfilter 630 und einem zweiten Tiefpassfilter 632 zugeführt, und in einer Ausführungsform wird die Signalenergie sowohl in dem In-Phase-(I)-Zweig 614 als auch in dem Quadraturphase-(Q)-Zweig 618 bei einem Cut-Off (Abschneiden bzw. Abschalten) von fs gefiltert.
Nach der Tiefpassfilterung bei einem Cut-Off von fs (wobei s1(t) und s2(t) intakt zurückgelassen werden) werden die I- und Q-Komponenten von m(t) wie folgt erhalten: m_b_I(t) = m(t)·cos(2πfct) = s1(t)r1(t)cos(2πfct) + s2(t)r2(t)cos(2πfct) = s1(t)sin(p1(t)) + s2(t)sin(p2(t)) m_b_Q(t) = m(t)·sin(2πfct) = s1(t)r1(t)sin(2πfct) + s2(t)r2(t)sin(2πfct) = s1(t)cos(p1(t)) + s2(t)cos(p2(t))
Diese Ergebnisse sind wünschenswert, da die Funktion s1(t) und s2(t) als eine Rechteckform aufweisend betrachtet werden kann.
9 bis 11 stellen exemplarische Darstellungen von verschiedenen Signalen bereit, die ganz in der Nähe der Tiefpassfilter 630 und 632 existieren. Insbesondere 9 repräsentiert eine Signal-Wellenform, die an dem Ausgang des Multiplexschalters 608 vor dem Filtern durch eines der Tiefpassfilter 630 und 632 erscheint.
10 veranschaulicht den Ausgang eines der Tiefpassfilter 630 und 632 in dem Falle, wenn der Umschaltton und die nächste Oberschwingung zugelassen werden.
Im Gegensatz dazu repräsentiert 11 das Signal, das an dem Ausgang eines der Tiefpassfilter in dem Fall erscheint, wenn nur der Grund-Umschaltton zugelassen wird.
Die gefilterten Signale von den ersten und zweiten Tiefpassfiltern 630 und 632 werden einem Demultiplexer 638 über einen ersten Analog-Digital-Wandler (ADW) 634 und einen zweiten ADW 636 bereitgestellt, wo die gefilterten Signale von analog zu digital umgewandelt werden (Schritt 708). Die digitalen Signale von dem ersten Analog-Digital-Wandler (ADW) 634 und einem zweiten ADW 636 werden dann von dem Demultiplexer 638 demultiplext (Schritt 710).
Der Demultiplexer 638 funktioniert dahingehend, Abtastwerte von dem ersten Antennenelement 602 zu einem ersten Schlitzpuffer 642 und von dem zweiten Antennenelement 604 zu einem zweiten Schlitzpuffer 644 weiterzuleiten. Auf diese Weise stellt der Demultiplexer 638 separate Signale bereit, die repräsentativ für die Signalkopien sind, die an den ersten und zweiten Antennenelementen 602, 604 empfangen worden sind. Die gepufferten Abtastwerte von dem ersten Schlitzpuffer 642 und dem zweiten Schlitzpuffer 644 werden dann durch ein erstes angepasstes Filter 650 und ein zweites angepasstes Filter 654 jeweils einer impulsangepassten Filterung unterzogen (Schritt 712). Nach der impulsangepassten Filterung (pulse matched filtering) werden die separaten Signale von den ersten und zweiten impulsangepassten Filtern 650, 654 durch ein Raumverarbeitungsmodul 660 räumlich verarbeitet (Schritt 714). In einer exemplarischen Ausführungsform führt das Raumverarbeitungsmodul 660 bekannte Raumverarbeitungsalgorithmen in dem digitalen Bereich aus.
12A und 12B veranschaulichen eine Impulsform einer exemplarischen Implementierung der angepassten Filter 650, 654 jeweils in dem Zeitbereich und in dem Frequenzbereich. 13A und 13B veranschaulichen den Ausgang der angepassten Filter 650, 654 sowohl in dem Zeitbereich als auch in dem Frequenzbereich.
In einer Ausführungsform sind die impulsangepassten Filter 650, 654 nicht dafür konfiguriert, Diskontinuitäten in den separaten demultiplexten Signalen zu berücksichtigen, die ein Ergebnis des Abtastens der empfangenen Signale r1(t) und r2(t) während der Multiplexing-Operation sind, die durch den Multiplexschalter 608 bewirkt wird. Aber wenn die Schaltfrequenz fs auf Größenordnungen ansteigt, die größer als die Symbolfrequenz der empfangenen Energie sind, neigen jegliche Verluste, die während dieses effektiven Abtastprozesses auftreten, dazu, vernachlässigbar zu werden.
So veranschaulichen zum Beispiel 14 bis 16 Basisband-Konstellationsschätzwerte, die (in Abwesenheit von Rauschen und Interferenz) auf der Basis eines Betriebs jeweils mit 5, 20 und 50 Schaltoperationen pro Symbol erzeugt worden sind. Wie gezeigt ist, werden Verluste in Folge des Abtastprozesses vernachlässigbar, wenn die Schaltfrequenz steigt.
In anderen Ausführungsformen sind die impulsangepassten Filter 650, 654 dafür konfiguriert, Diskontinuitäten in den separaten demultiplexten Signalen zu berücksichtigen, die ein Ergebnis des Abtastens der empfangenen Signale r1(t) und r2(t) während der Multiplexing-Operation sind. Die impulsangepassten Filter 650, 654 in diesen Ausführungsformen integrierten die gepufferten Abtastwerte von dem ersten Schlitzpuffer 642 und dem zweiten Schlitzpuffer 644 (d. h. die separaten Tiefpasssignale nach Tiefpassfilterung, Demultiplexen und Puffern), um einen maximalen Betrag an Energie in den Abtastaugenblicken zu sammeln. Dies wird dadurch erreicht, dass die Filter 650, 654 an die separaten Tiefpasssignale als die konjugierte komplexe Zahl der separaten Tiefpasssignale angepasst werden.
Die Signal-Rausch-Leistung eines Empfängers, der ein Verarbeitungsmodul beinhaltet, z. B. das Verarbeitungsmodul 600, das mit zwei Antennenelementen konfiguriert ist, z. B. den ersten und zweiten Antennenelementen 602, 604, ist mit der Leistung verglichen worden, die unter Verwendung eines Empfängers erreicht wird, der nur ein einziges Antennenelement enthält. Man hat generell herausgefunden, dass die Raumdiversität, die von der Konfiguration der vorliegenden Erfindung angeboten wird, bessere Ergebnisse in der Anwesenheit von Signal-Fading ergibt. Man hat herausgefunden, dass in dem Fall, wenn Störer existieren, die linear unabhängige räumliche Signaturen aufweisen, die Konfiguration der vorliegenden Erfindung beträchtliche Verbesserungen in der Signal-Rausch-Leistung bietet.
Als nächstes wird auf 17 bis 19 Bezug genommen, in denen zum Beispiel die durchschnittliche Fehlerrate jeweils für die simulierten Fälle von (i) einer einzigen Antenne, (ii) einem Antennenverarbeitungsmodul 600, das mit zwei Antennen konfiguriert ist und bei einer Schaltfrequenz fs von zwanzigmal (20×) der verwendbaren Symbolrate betriebsfähig ist, und (iii) einem Antennenverarbeitungsmodul 600, das mit zwei Antennen konfiguriert ist und bei einer Schaltfrequenz fs von zweimal (2×) der verwendbaren Symbolrate betriebsfähig ist, veranschaulicht ist.
Als nächstes wird Bezug auf 18 genommen, in der zu beobachten ist, dass bei der moderaten Schaltfrequenz fs von 20×/Symbol ein signifikanter Vorteil gegenüber dem Fall mit nur einer einzigen Antenne (17) erhalten wird. Im Gegensatz dazu gibt die 19 an, dass bei einer Schaltfrequenz fs von 2×/Symbol die Leistung relativ zu dem Fall von 18 herabgesetzt wird. Nichtsdestoweniger erscheint die Leistung bei einer fs von 2×/Symbol besser als diejenige in dem Fall mit einer einzigen Antenne (17) zu sein. Es sollte angemerkt werden, dass ein geeignetes Design jedes angepassten Filters 650, 654 jeglichen Unterschied in der Leistung als eine Funktion der Schaltfrequenz fs wesentlich reduzieren oder eliminieren kann.
Als nächstes wird Bezug auf 20 genommen, in der eine weitere Ausführungsform eines Antennenverarbeitungsmoduls 2000 gezeigt ist, das dafür konfiguriert ist, mit mehr als zwei Antennenelementen zu funktionieren. Wie gezeigt ist, umfasst das Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmodul 2000 ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Antennenelement 2002, 2004, 2006, 2008, die mit einem Multiplexer 2001 gekoppelt sind, der mit einer HF-Verarbeitungskette 2016 gekoppelt ist. Während Bezug auf 20 genommen wird, wird gleichzeitig Bezug auf 21 genommen, die ein Ablaufdiagramm ist, das Schritte veranschaulicht, die von dem Antennenverarbeitungsmodul 2000 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.
Während des Betriebs empfangen die Antennen 2002, 2004, 2006, 2008 ein Signal an räumlich verschiedenen Stellen, und als eine Folge davon empfängt jede der Antennen 2002, 2004, 2006, 2008 eine jeweilige Kopie des Signals (Schritt 2102). In mehreren Ausführungsformen sind die Antennen 2002, 2004, 2006, 2008 so angeordnet, dass jede eine unkorrelierte Kopie des Signals empfängt.
In einer Ausführungsform, wie sie in 20 gezeigt ist, umfasst der Multiplexer 2001 erste und zweite Multiplexschalter 2010, 2012, die als SPDT- bzw. einpolige Umschalter arbeiten. Die ersten und zweiten Antennen 2002, 2004 sind als eine erste Untermenge der vier Antennen 2002, 2004, 2006, 2008 mit dem ersten Multiplexschalter 2010 gekoppelt, und die dritten und vierten Antennen 2006, 2008 sind als eine zweite Untermenge der vier Antennen 2002, 2004, 2006, 2008 mit dem zweiten Multiplexschalter 2012 gekoppelt.
In der vorliegenden Ausführungsform schaltet der erste Multiplexschalter 2010 zwischen den ersten und zweiten Antennenelementen 2002, 2004 mit einer Rate von fs/2 um, um ein erstes Signal 2014 zu erschaffen (Schritt 2104). In ähnlicher Weise schaltet der zweite Multiplexschalter 2012 zwischen den dritten und vierten Antennenelementen 2006, 2008 mit der gleichen Rate von fs/2 um, um ein zweites Signal 2016 zu erschaffen (Schritt 2106). Das zweite Signal ist dann in der Phase von dem ersten Signal um 90 Grad versetzt (Schritt 2108).
Nun wird kurz Bezug auf 22 genommen, in der zwei Schaltsignale gezeigt sind, die in einer Ausführungsform verwendet werden, um das Umschalten zwischen den ersten und zweiten Antennenelementen 2002, 2004 (und zwischen den dritten und vierten Antennenelementen 2006, 2008) durchzuführen, um jeweils die ersten und zweiten Signale 2014, 2016 von 20 zu bilden. In dieser Ausführungsform wird die Bildung des ersten Signals durchgeführt, indem eine Signalkopie, die an der ersten Antenne 2002 empfangen worden ist, mit einer ersten Rechteckwelle multipliziert wird, und indem eine Signalkopie, die an der zweiten Antenne 2004 empfangen worden ist, mit einer zweiten Rechteckwelle multipliziert wird, die um 180 Grad phasenverschoben zu der ersten Rechteckwelle ist. Das gleiche Umschaltschema wird bei den zweiten und dritten Antennen angewendet, um das zweite Signal zu bilden, und dann ist, wie oben beschrieben worden ist, das zweite Signal 2016 um 90 Grad von dem ersten Signal versetzt.
Nun wird kurz Bezug auf 23 genommen, in der zwei Schaltsignale gezeigt sind, die in einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um ein Umschalten zwischen den ersten und zweiten Antennenelementen 2002, 2004 und zwischen den dritten und vierten Antennenelementen 2006, 2008 durchzuführen, um jeweils die ersten und zweiten Signale 2014, 2016 von 20 zu bilden. Wie in 23 gezeigt ist, sind die beiden Schaltsignale Rechteckwellen, die in der Phase um 90 Grad zueinander verschoben sind und die beide während jedes Zyklus die Polarität wechseln.
In dieser Ausführungsform wird die Bildung des ersten Signals durchgeführt, indem eine Signalkopie, die an der ersten Antenne 2002 empfangen worden ist, mit der ersten Rechteckwelle multipliziert wird, und indem eine Signalkopie, die an der zweiten Antenne 2004 empfangen worden ist, mit der zweiten Rechteckwelle multipliziert wird, die in der Phase um 90 Grad verschoben zu der ersten Rechteckwelle ist. Das gleiche Schaltschema wird bei den zweiten und dritten Antennen angewendet, um das zweite Signal zu bilden, und dann ist das zweite Signal 2016 um 90 Grad von dem ersten Signal versetzt.
Als nächstes werden die ersten und zweiten Signale 2014, 2016 miteinander kombiniert, um ein orthogonal gemultiplextes Signal auf eine Verarbeitungskette 2016 zu bilden (Schritt 2110). Auf diese Weise werden vier Antennenelemente auf eine gemeinsame Empfangskette innerhalb einer identischen Bandbreite gemultiplext, wie sie für eine Ausführungsform mit einem Element aus zwei Antennen verwendet werden würde. Als Folge davon kann die vorliegende Ausführungsform im Vergleich zu anderen Designs mit weniger Kosten implementiert werden.
So verwendet die vorliegende Ausführungsform zum Beispiel im Vergleich zu einem Multiplexer, der einen SP4T-(Single-Pole Four-Throw)-Umschalter (einen einpoligen Umschalter mit vier Schalterstellungen) aufweist, der für das Umschalten zwischen vier Antennen konfiguriert ist, die halbe Bandbreite, und als eine Folge davon ist die vorliegende Ausführungsform kosteneffektiver.
Das gemultiplexte Signal wird dann durch eine Mischereinrichtung 2018 heruntergemischt (Schritt 2112) und von einem Tiefpassfilter 2020 gefiltert, bevor es durch einen Digitalwandler 2022 von analog zu digital umgewandelt wird.
Nach der Umwandlung in eine digitale Darstellung wird das gemultiplexte Signal dann von einem Demultiplexer 2024 in vier separate Signale demultiplext, die jeweils repräsentativ für eine entsprechende Kopie des Signals sind, wie diese an einem entsprechenden Antennenelement der vier Antennenelemente 2002, 2004, 2006, 2008 empfangen worden ist (Schritt 2114). Die vier separaten Signale werden dann einer impulsangepassten Filterung durch jeweilige impulsangepasste Filter (pulse matched filters) 2026, 2028, 2030, 2032 unterzogen, bevor sie von einem Raumverarbeitungsabschnitt 2034 empfangen werden.
Nun wird als nächstes Bezug auf 24 genommen, in der noch eine weitere Ausführungsform eines Antennenverarbeitungsmoduls 2400 gezeigt ist, das dafür konfiguriert ist, mit mehr als zwei Antennenelementen zu funktionieren. Wie gezeigt ist, umfasst das Mehrfach-Element-Antennenverarbeitungsmodul 2400 ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Antennenelement 2402, 2404, 2406, 2408, die mit einem Multiplexer 2410 gekoppelt sind, der mit einer HF-Verarbeitungskette 2016 gekoppelt ist.
Während des Betriebs empfangen die Antennen 2402, 2404, 2406, 2408 ein Signal an räumlich verschiedenen Stellen. Als eine Folge davon empfängt jede der Antennen 2402, 2404, 2406, 2408 eine jeweilige Kopie des Signals. In mehreren Ausführungsformen sind die Antennen 2402, 2404, 2406, 2408 so angeordnet, dass jede eine unkorrelierte Kopie des Signals empfängt.
Wie in 24 gezeigt ist, umfasst der Multiplexer 2410 in der vorliegenden Ausführungsform eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Mischeinheit 2412, 2414, 2416, 2418, die jeweils mit den Antennen 2402, 2404, 2406, 2408 gekoppelt sind. Die Mischeinheiten 2412, 2414, 2416, 2418 arbeiten dahingehend, Schaltsignale in jede der Signalkopien zu injizieren, die an den jeweiligen Antennen 2402, 2404, 2406, 2408 empfangen worden sind. In mehreren Ausführungsformen sind die Schaltsignale, die von jedem der Mischer bereitgestellt werden, orthogonale Schaltsignale.
In einer Ausführungsform werden die Schaltsignale zum Beispiel gemäß einem komplexen Walsh-Codierungsschema implementiert. Nun wird kurz Bezug auf 25A und 25B genommen, in denen zum Beispiel jeweils eine Ausführungsform einer komplexen Walsh-Codematrix und ein entsprechendes Signal-Zeitdiagramm gezeigt sind. Es sollte angemerkt werden, dass jedes Element in der komplexen Codematrix von 25 eine komplexe Zahl ist, aber in der vorliegenden Ausführungsform ist die imaginäre Komponente jedes Elements aus Gründen der Einfachheit Null. Es sollte auch angemerkt werden, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Elemente in der Matrix entweder 0 oder eine 1 sind, was entweder einem „Aus”- oder einem „An”-Zustand entspricht.
Während des Betriebs wird jede Reihe der komplexen Walsh-Matrix z. B. durch eine CPU (nicht gezeigt) interpretiert und ein entsprechendes Schaltsignal wird erschaffen, wie dies in 25B gezeigt ist, das einer entsprechenden Mischeinheit 2412, 2414, 2416, 2418 bereitgestellt wird. Die Mischeinheiten 2412, 2414, 2416, 2418 mischen dann die Schaltsignale mit den jeweiligen Kopien, die an den Antennen 2402, 2404, 2406, 2408 empfangen worden sind. So ist zum Beispiel die erste Reihe einer komplexen Walsh-Matrix in 25A 0, 0, 0, 1 und als eine Folge davon mischt der Mischer 2412 während der ersten drei Schaltzyklen, wie in 25B gezeigt ist, ein „Aus”-Signal mit der an der ersten Antenne 2402 empfangenen Signalkopie.
Nun wird Bezug auf 26A und 26B genommen, in denen jeweils eine weitere Ausführungsform einer komplexen Walsh-Codematrix und ein entsprechendes Signal-Zeitdiagramm gezeigt sind. Wie in 26A gezeigt ist, sind die Elemente der komplexen Walsh-Codematrix entweder eine 1 oder eine –1, und als ein Ergebnis davon wechseln entsprechende Signale, wie dies in 26B gezeigt ist, (in einigen Fällen) die Polarität von Zyklus zu Zyklus.
Folglich werden weniger Oberschwingungen erzeugt, wenn die in 26B gezeigten Signale gemischt werden, als im Vergleich dazu bei den Signalen, die in 25B gezeigt sind.
Nachdem die Signalkopien von den Antennen 2402, 2404, 2406, 2408 mit jeweiligen Schaltsignalen gemischt sind, z. B. den Schaltsignalen, die unter Bezugnahme auf 25B und 26B beschrieben sind, werden die codierten Signalkopien 2420, 2422, 2424, 2426 dann durch einen Signalkombinator 2428 kombiniert, um ein orthogonal gemultiplextes Signal auf der Verarbeitungskette 2430 herzustellen.
Es sollte angemerkt werden, dass das orthogonale Multiplexing-Schema der vorliegenden Ausführungsform nur eine Ausführungsform für das Ausführen des Schrittes 704 von 7 ist.
Nach dem Multiplexen wird das gemultiplexte Signal in einigen Ausführungsformen durch einen Mischer 2430 heruntergemischt, durch ein Tiefpassfilter 2432 gefiltert, durch einen Analog-Digital-Wandler 2434 in ein digitales Signal umgewandelt und dann durch einen Demultiplexer 2436 in vier Darstellungen der an den Antennen 2402, 2404, 2406, 2408 empfangenen Kopien des ursprünglichen Signals demultiplext. Die separaten Signale werden dann einer impulsangepassten Filterung durch jeweilige impulsangepasste Filter 2438, 2440, 2442, 2444 unterzogen, bevor sie durch eine Raumverarbeitungseinheit 2446 räumlich verarbeitet werden.
Die beschriebenen und weitere Ausführungsformen könnten in Systemen implementiert werden, die TDMA (Time Division Multiple Access; Zeitmultiplex-Vielfachzugriff), CDMA (Code Division Multiple Access; Codemultiplex-Vielfachzugriff), FDMA (Frequency Division Multiple Access; Frequenzmultiplex-Vielfachzugriff), OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple Access; orthogonales Frequenzmultiplex-Vielfachzugriff) oder irgendeine Kombination aus diesen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Dies könnte auch Systeme umfassen, die irgendeinen Typ von Modulation verwenden, um die digitalen Daten zu codieren.
Die vorhergehende Beschreibung verwendet zum Zweck der Erklärung eine spezielle Nomenklatur, um ein eingehendes Verständnis der Erfindung zur Verfügung zu stellen. Jedoch wird es für einen Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein, dass die speziellen Details nicht erforderlich sind, um die Erfindung zu praktizieren. In anderen Beispielen werden allgemein bekannte Schaltungen und Vorrichtungen in Blockdiagramm-Form gezeigt, um eine unnötige Ablenkung von der zu Grunde liegenden Erfindung zu vermeiden. Daher sind die vorhergehenden Beschreibungen spezieller Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Zwecke der Illustration und Beschreibung dargestellt. Sie sind nicht als erschöpfend oder die Erfindung auf die genauen offenbarten Formen beschränkend gedacht, offensichtlich sind viele Modifizierungen und Variationen im Hinblick auf die obengenannten Lehren möglich. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestmöglich die Grundsätze der Erfindung und ihrer praktischen Anwendungen zu erklären, um es dadurch anderen Fachleuten auf dem Gebiet zu ermöglichen, bestmöglich von der Erfindung und verschiedenen Ausführungsformen mit verschiedenen Modifizierungen Gebrauch zu machen, welche für die besonders vorgesehene Verwendung geeignet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE 802.11 a/g [0002]

Claims

Vorrichtung zum Empfangen eines Signals, die Folgendes umfasst: Mittel zum Empfangen einer Vielzahl von Kopien des Signals, wobei jede der Vielzahl von Kopien durch eines von einer entsprechenden Vielzahl von Antennenelementen empfangen wird, um dadurch eine Vielzahl von empfangenen Signalkopien zu erzeugen; Mittel zum orthogonalen Multiplexen der Vielzahl von empfangenen Signalkopien in ein gemultiplextes Signal, das einer einzigen Verarbeitungskette bereitgestellt wird; und Mittel zum Umwandeln, innerhalb der einzigen Verarbeitungskette, des gemultiplexten Signals in eine Vielzahl von separaten Signalen, wobei jedes der Vielzahl von separaten Signalen einer der Kopien des Signals entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Umwandeln Mittel zum Frequenz-Heruntermischen des gemultiplexten Signals umfassen, wodurch ein heruntergemischtes gemultiplextes Signal erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, die des Weiteren Mittel umfasst zum Umwandeln des heruntergemischten gemultiplexten Signals in ein digitales gemultiplextes Signal.
Vorrichtung nach Anspruch 3, die des Weiteren Mittel umfasst zum Demultiplexen des digitalen gemultiplexten Signals in die Vielzahl von separaten Signalen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das orthogonale Multiplexen die Frequenzspreizung der Vielzahl von Kopien auf die einzige Verarbeitungskette gemäß einem orthogonalen Codierungsschema umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Frequenzspreizung gemäß einem Walsh-Codierungsschema ausgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Frequenzspreizung gemäß einem komplexen Walsh-Codierungsschema ausgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das orthogonale Multiplexen das Versetzen um neunzig Grad in der Phase einer Kopie der Vielzahl von Kopien von einer anderen Kopie der Vielzahl von Kopien umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, die des Weiteren Folgendes umfasst: Mittel zum Multiplizieren der anderen Kopie von der Vielzahl von Kopien mit einer ersten Rechteckwelle; Mittel zum Multiplizieren der einen Kopie von der Vielzahl von Kopien mit einer zweiten Rechteckwelle, die von der ersten Rechteckwelle um neunzig Grad phasenversetzt ist.
Vorrichtung zum Empfangen eines Signals, die Folgendes umfasst: Mittel zum Empfangen einer Multiplizität von Kopien des Signals, wobei jede Kopie der Multiplizität von Kopien durch ein Antennenelement von einer entsprechenden Multiplizität von Antennenelementen empfangen wird, um dadurch eine Multiplizität von empfangenen Signalkopien zu erzeugen; Mittel zum Umschalten der Signalenergie von Antennenelementen einer ersten Untermenge der Multiplizität von Antennenelementen, um ein erstes Signal zu erschaffen, das eine Signalenergie von jedem der Antennenelemente von der ersten Untermenge der Multiplizität von Antennenelementen aufweist; Mittel zum Umschalten der Signalenergie von Antennenelementen einer zweiten Untermenge der Multiplizität von Antennenelementen, um ein zweites Signal zu erschaffen, das eine Signalenergie von jedem der Antennenelemente von der zweiten Untermenge der Multiplizität von Antennenelementen aufweist; Mittel zum Versetzen des zweiten Signals in der Phase von dem ersten Signal; Mittel zum Kombinieren des zweiten Signals mit dem ersten Signal, um dadurch ein gemultiplextes Signal zu bilden, das Informationen aufweist, die repräsentativ für jede jeweilige Kopie des Signals sind; und Mittel zum Umwandeln, innerhalb der einzigen Verarbeitungskette, des gemultiplexten Signals in separate Signale, wobei jedes der separaten Signale einer Kopie der Kopien des Signals entspricht.
Vorrichtung zum Empfangen eines Signals, die Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Antennenelementen, wobei die Vielzahl von Antennenelementen räumlich so angeordnet ist, dass diese eine von einer entsprechenden Vielzahl von Kopien des Signals empfangen, um so in der Lage zu sein, eine Vielzahl von empfangenen Signalkopien erzeugen zu können; eine Signalverarbeitungskette; und einen orthogonalen Multiplexer, der zwischen der Vielzahl von Antennenelementen und der Signalverarbeitungskette gekoppelt ist, wobei der orthogonale Multiplexer so konfiguriert ist, dass er die Vielzahl von empfangenen Signalkopien empfängt und die Vielzahl von empfangenen Signalkopien als ein gemultiplextes Signal auf die Signalverarbeitungskette orthogonal multiplext; wobei die Signalverarbeitungskette einen Demultiplexer umfasst, der dafür konfiguriert ist, das gemultiplexte Signal in eine Vielzahl von separaten Signalen umzuwandeln, wobei jedes der Vielzahl von separaten Signalen einer der Kopien des Signals entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der orthogonale Multiplexer Folgendes aufweist: einen ersten Umschalter, der mit einer ersten Untermenge von der Vielzahl von Antennenelementen gekoppelt ist, wobei der erste Umschalter dafür konfiguriert ist, zwischen einer ersten Untermenge von der Vielzahl von Antennenelementen umzuschalten, um an einem Ausgang des ersten Umschalters ein erstes Signal von jeweiligen Kopien des Signals von der ersten Untermenge von der Vielzahl von Antennenelementen zu erzeugen; einen zweiten Umschalter, der mit einer zweiten Untermenge von der Vielzahl von Antennenelementen gekoppelt ist, wobei der zweite Umschalter dafür konfiguriert ist, zwischen einer zweiten Untermenge von der Vielzahl von Antennenelementen umzuschalten, um an einem Ausgang des zweiten Umschalters ein zweites Signal von jeweiligen Kopien des Signals von der zweiten Untermenge von der Vielzahl von Antennenelementen zu erzeugen; einen Phasenversetzungsabschnitt, der mit dem Ausgang des zweiten Umschalters gekoppelt ist, wobei der Phasenversetzungsabschnitt dafür konfiguriert ist, an einem Versetzungsausgang ein Versatzsignal (Offset-Signal) zu erzeugen, wobei das Versatzsignal in der Phase von dem ersten Signal versetzt ist; und einen Signalkombinator, der mit dem Ausgang des ersten Umschalters und dem Versetzungsausgang gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, das erste Signal und das Versatzsignal zu empfangen und zu kombinieren, um das gemultiplexte Signal auf die Signalverarbeitungskette zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die ersten und zweiten Umschalter SPDT- bzw. einpolige Umschalter sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der orthogonale Multiplexer Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Mischern, die dafür konfiguriert sind, eine Vielzahl von gemischten Signalen bereitzustellen, wobei jeder von der Vielzahl von Mischern mit einem von der Vielzahl von Antennenelementen gekoppelt ist, wobei jeder Mischer so konfiguriert ist, dass er eines von der Vielzahl von gemischten Signalen durch das Mischen von einem von einer Vielzahl von orthogonalen Schaltsignalen mit der einen von der entsprechenden Vielzahl von Kopien des Signals, die an jedem von der Vielzahl von Antennenelementen empfangen worden sind, zu erzeugen; und einen Kombinator, der mit der Vielzahl von Mischern gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, die Vielzahl von gemischten Signalen zu empfangen und zu kombinieren, um dadurch das gemultiplexte Signal zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Signalverarbeitungskette Folgendes aufweist: einen heruntermischenden Mischer, der mit dem orthogonalen Mischer gekoppelt ist, wobei der heruntermischende Mischer so konfiguriert ist, dass er das gemultiplexte Signal in ein heruntergemischtes gemultiplextes Signal heruntermischt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Signalverarbeitungskette Folgendes aufweist: einen Analog-Digital-Wandler, der mit dem heruntermischenden Mischer gekoppelt ist, wobei der Analog-Digital-Wandler so konfiguriert ist, dass er das heruntergemischte gemultiplexte Signal in ein digitales gemultiplextes Signal umwandelt, wobei der Demultiplexer so konfiguriert ist, dass er das digitale gemultiplexte Signal in die Vielzahl von separaten Signalen umwandelt.
Vorrichtung zum Empfangen eines Signals, die Folgendes aufweist: eine Einrichtung zum Empfangen einer Vielzahl von Kopien des Signals; eine Signalverarbeitungskette; eine Einrichtung zum orthogonalen Multiplexen der Vielzahl von empfangenen Signalkopien in ein gemultiplextes Signal, das der Signalverarbeitungskette bereitgestellt wird; und eine Einrichtung zum Umwandeln, innerhalb der Signalverarbeitungskette, des gemultiplexten Signals in eine Vielzahl von separaten Signalen, wobei jedes von der Vielzahl von separaten Signalen einer Kopie der Kopien des Signals entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Einrichtung zum Umwandeln eine Einrichtung zum Frequenz-Heruntermischen des gemultiplexten Signals in ein heruntergemischtes gemultiplextes Signal aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, die des Weiteren eine Einrichtung zum Umwandeln des heruntergemischten gemultiplexten Signals in ein digitales gemultiplextes Signal umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 19, die des Weiteren eine Einrichtung zum Demultiplexen des digitalen gemultiplexten Signals in die Vielzahl von separaten Signalen umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Einrichtung zum orthogonalen Multiplexen eine Einrichtung zur Frequenzspreizung der Vielzahl von Kopien auf die Signalverarbeitungskette gemäß einem orthogonalen Codierungsschema aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Einrichtung zur Frequenzspreizung eine Einrichtung zum Ausführen der Frequenzspreizung gemäß einem Walsh-Codierungsschema aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Einrichtung zur Frequenzspreizung eine Einrichtung zum Ausführen der Frequenzspreizung gemäß einem komplexen Walsh-Codierungsschema aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Einrichtung zum orthogonalen Multiplexen eine Einrichtung zum Versetzen um neunzig Grad in der Phase einer Kopie von der Vielzahl von Kopien von einer anderen Kopie von der Vielzahl von Kopien aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, die des Weiteren Folgendes aufweist: eine Einrichtung zum Multiplizieren der anderen Kopie von der Vielzahl von Kopien mit einer ersten Rechteckwelle; und eine Einrichtung zum Multiplizieren der einen Kopie von der Vielzahl von Kopien mit einer zweiten Rechteckwelle, die von der ersten Rechteckwelle um neunzig Grad phasenversetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Einrichtung zum Multiplizieren der anderen Kopie und die Einrichtung zum Multiplizieren der einen Kopie jeweilige Einrichtungen zum Multiplizieren der anderen Kopie und der einen Kopie von der Vielzahl von Kopien mit der ersten Rechteckwelle zuerst und zweiten Rechteckwellen umfassen, wobei die ersten und zweiten Rechteckwellen während jedes Zyklus die Polarität wechseln.
Vorrichtung nach Anspruch 17, die des Weiteren Folgendes aufweist: eine Einrichtung zum impulsangepassten Filtern jedes der separaten Signale.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Einrichtung zum Empfangen eine Einrichtung zum Empfangen der Vielzahl von Kopien des Signals als unkorrelierte Kopien des Signals umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Einrichtung zum orthogonalen Multiplexen der Vielzahl von Kopien Folgendes aufweist: eine Einrichtung zum Umschalten zwischen einer ersten Untermenge von der Vielzahl von Antennenelementen, um ein erstes Signal von jeweiligen Kopien des Signals von der ersten Untermenge der Vielzahl von Antennenelementen zu erschaffen; eine Einrichtung zum Umschalten zwischen einer zweiten Untermenge von der Vielzahl von Antennenelementen, um ein zweites Signal von jeweiligen Kopien des Signals von der zweiten Untermenge der Vielzahl von Antennenelementen zu erschaffen; eine Einrichtung zum Versetzen des zweiten Signals in der Phase von dem ersten Signal; und eine Einrichtung zum Kombinieren des zweiten Signals mit dem ersten Signal, um dadurch das gemultiplexte Signal zu bilden.
Vorrichtung zum orthogonalen Multiplexen eines Signals, die Folgendes umfasst: Mittel zum Erzeugen einer Vielzahl von orthogonalen Signalen; Mittel zum Multiplizieren jedes von der Vielzahl von orthogonalen Signalen mit einer von einer entsprechenden Vielzahl von Kopien des Signals, um dadurch eine Vielzahl von codierten Signalkopien zu erzeugen, wobei jede von der Vielzahl von Kopien des Signals durch ein Antennenelement von einer entsprechenden Vielzahl von Antennenelementen empfangen wird; und Mittel zum Kombinieren der Vielzahl von codierten Signalkopien, um ein orthogonal gemultiplextes Signal zu bilden.