Die vorliegende Erfindung betrifft drahtlose Technologie. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Fachgebiet intelligenter Antennen und Diversity-Techniken zur Verbesserung der Qualität der gesendeten und/oder empfangenen Kommunikation, um die Auswahl des Signals mit der besseren Qualität zu erleichtern.

Sender und Empfänger drahtloser Systeme verwenden typischerweise eine einzige Antenne, was vom Gesichtspunkt der Kosten bevorzugt sein kann. Es wurden jedoch auch Mehrantennenanordnungen verwendet, für die herausgefunden wurde, daß sie gewisse Kosten/Vorteilsmerkmale bereitstellen. Es ist trotzdem äußerst wünschenswert, eine Fähigkeit zum Auswählen der Antenne, die das Signal mit der besten Qualität empfängt (oder in der Alternative sendet), bereitzustellen.

US-A-4 977 616 offenbart eine Antennenauswahlsteuerschaltung, um Antennenauswahl-Diversity in TDM-HF-Empfängern zu erreichen. Gemäß der Offenbarung basiert die Antennenauswahl auf der Überwachung der Empfangssignalstärkeanzeige (RSSI).

Die vorliegende Erfindung ist in einer Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß sie Verfahren und Vorrichtungen zum Überwachen von Signalen zur Verfügung stellt, die von jeder Antenne in einer Mehrantennenanordnung empfangen werden, um die Signalqualität zu bestimmen und das Signal mit der besseren Signalqualität für die Verarbeitung auszuwählen. Die Überwachung der Signalqualität wird über die Empfangszeitspanne fortgesetzt, um die Fähigkeit bereitzustellen, die Auswahl des für die Verarbeitung gewählten Signals zu ändern, wann immer eine derartige Änderung wieder gerechtfertigt ist. Einige der hier beschriebenen Verfahren sind sowohl für Anwendungen der Aufwärtsstrecke als auch der Abwärtsstrecke geeignet.

Die folgenden Figuren sind nützlich bei der Beschreibung der Verfahren und der Vorrichtung, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausführen, wobei gleiche Elemente durch gleiche Nummern bezeichnet sind und wobei.

1 ein vereinfachtes Schaltbild ist, das eine bevorzugte Ausführungsform eines Mehrantennensystems zeigt, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausführt.

2 bis 5 vereinfachte Diagramme sind, die weitere alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen.

1 zeigt eine Empfängeranlage 10, die aus Antennen 12 und 14 besteht, von denen jede ein ankommendes HF-Signal von einem nicht gezeigten entfernten Sender empfängt. Die von den Antennen 12 und 14 empfangenen Signale werden jeweils bei 16 und 18 durch lineare rauscharme Verstärker verstärkt und werden dann jeweils an Mischer 20 und 22 zugeführt, wo sie mit Niederfrequenzkomponenten multipliziert werden, die 0, 1, –1 oder eine kontinuierliche Wellenquelle mit einer Periode gleich einem Symbol (z.B. 240 kHz für WTDD) sein könnten.

In dem in 1 gezeigten Beispiel ist die Symbolrate für ein Codemultiplex-Vielfachzugriff-basiertes (CDMA-basiertes) System 240 kHz, und nach dem Entspreizen der von den mehreren Antennen abgeleiteten Signale, können sie getrennt werden. Es sollte bemerkt werden, daß andere Frequenzen, die das gleiche Ergebnis erzielen können, ausgewählt werden können.

Die Schaltungen 24 und 26 stellen jeweils die Trägersignale für die ankommenden Signale bereit und werden von der Quelle 28, die in dem gegebenen Beispiel bei 240 kHz arbeitet, betrieben. Die Signale von den Mischern 20, 22 werden bei 30 kombiniert, um die möglichen Ausgaben, wie gezeigt, bereitzustellen.

Es sollte bemerkt werden, daß die verwendeten Antennen zueinander ähnlich sein können und an verschiedenen Standorten angeordnet sein können oder unterschiedliche Konstruktionen haben können. Die sich ergebenden Signale werden verglichen, um ihre Qualität zu bestimmen, und ausgewählt, um das Signal mit der besten Qualität zu erhalten. Auch können mehr als zwei Antennen verwendet werden.

2 zeigt eine andere alternative Ausführungsform 32 der vorliegenden Erfindung, in der Antennen A und B, die entweder für Anwendungen für die Aufwärtsstrecke oder die Abwärtsstrecke verwendet werden können, durch eine Schalteinrichtung 34 verbunden sind, die vorzugsweise eine elektronisches Schalteinrichtung zum Verbinden der ausgewählten Antenne zu Sendezwecken oder zum Verbinden der ausgewählten Antenne mit einem Eingang eines Empfängers zu Empfangszwecken sein kann. In einem Abwärtsstreckenbeispiel verarbeitet der Empfänger eine Folge von Zeitschlitzen oder eine Folge von Rahmen von einer Antenne und eine andere Anzahl von Einheiten von der/den restlichen Antenne(n). Obwohl in 2 nur zwei Antennen gezeigt sind, sollte sich verstehen, daß eine größere Anzahl von Antennen verwendet werden kann.

Als ein anfänglicher Arbeitsgang wird das Ausgangssignal mit der in 3 gezeigten Überwachungsvorrichtung 36 verbunden. Angenommen, daß die Qualität der Signale A und B im wesentlichen gleich ist, betätigt die Überwachungsschaltung 36 die Schalteinrichtung 34, um derart abzuwechseln, daß die empfangenen Rahmen oder Schlitze abwechselnd an die Ausgabenutzungsvorrichtung übertragen werden, wie durch die Wellenform 38a gezeigt. Als ein anderes Beispiel kann die abwechselnde Schaltanordnung zwei (oder mehr) aufeinanderfolgende Zeitschlitze des Signals A abwechselnd mit einer gleichen Anzahl von Zeitschlitzen des Signals B sein.

Angenommen, daß der Rahmen oder Schlitz jedes der untersuchten Signale A und B anzeigt, daß die Qualität des Signals A besser als die des Signals B ist, betätigt die Überwachungseinrichtung 36 als ein Ergebnis die Schalteinrichtung 34 in einer derartigen Weise, daß drei Einheiten (d.h. Zeitschlitze, Rahmen, etc.) des Signals A in Folge empfangen werden und danach auf die Antenne 14 umgeschaltet wird, um eine Einheit des Signals B zu empfangen, und dieses Muster danach wiederholt wird. Während dieser Signalauswahl überwacht die Überwachungsschaltung 36 weiterhin die Schlitze/Rahmen jedes Signals A und B, und in dem Fall, daß es eine Änderung der Signalqualität gibt, woraufhin die Qualität des Signals B besser als die des Signals A ist, betätigt die Überwachungseinrichtung 36 die Schalteinrichtung 34, um eine größere Anzahl von aufeinanderfolgenden Einheiten des Signals B und danach eine geringere Anzahl von aufeinanderfolgenden Einheiten des Signals B mit der Ausgabenutzungsvorrichtung zu verbinden, wobei dieses Muster wiederholt wird, bis eine andere Änderung in der Signalqualität zwischen den Signalen A und B auftritt. Wiederum sollte bemerkt werden, daß die Überwachung der Signale A und B während der Empfangszeitspanne (oder der Sendung) fortlaufend fortgesetzt wird, um die Qualität der Signale A und B sicherzustellen und die Gewichtung der Intervalle pro mit dem Empfänger verbundener Antenne zu verändern.

Obwohl das gegebene Beispiel ein Verhältnis der Signalempfangsintervalle zugunsten des Signals A, wie durch die Wellenform 38b gezeigt oder zugunsten des Signals B, wie durch die Wellenform 38c gezeigt, von 3 zu 1 zeigt, sollte sich verstehen, daß andere Gewichtungen ausgewählt werden können und derartige Gewichtungen als eine Funktion der relativen Qualität ausgewählt werden können. Zum Beispiel kann ein relativer Qualitätspegel ein Verhältnis von 4 zu 1 rechtfertigen, ein niedrigerer relativer Qualitätspegel kann ein Verhältnis von 3 zu 1 rechtfertigen, ein noch niedrigerer Qualitätspegel kann ein Verhältnis von 2 zu 1 rechtfertigen und so weiter. Die verwendeten Antennen 12 und 14 können eine ähnliche Konstruktion haben und lediglich durch den physikalischen Standort unterschieden werden; oder es können Antennen mit unterschiedlichen Konstruktionen sein. Zum Beispiel können beide Antennen eine kugelförmige Richtcharakteristik haben, eine Antenne kann eine kugelförmige Richtcharakteristik haben und die andere kann ein ausgesprochenes Richtstrahlungsmuster haben und so weiter. Jede Antenne kann alternativ eine Antennenanordnung sein, wobei die Anorderungen verschiedene Richtwirkungsmuster, ähnliche Richtwirkungsmuster, aber mit verschiedenen Ausrichtungen, und so weiter haben.

Die Anzahl der geschalteten Antennen kann eine größere Anzahl als zwei sein. Jedoch werden die Überwachung und der Vergleich der A- und B-Signale und eines anderen Signals oder anderer Signale ungeachtet der gegebenen Priorität fortgesetzt, woraufhin eine Änderung der Signalqualität, wie zwischen den Signalen überwacht, eine passende Änderung der Priorität bewirken wird. Es sollte bemerkt werden, daß ein alternierendes Muster, wie durch die Wellenform 38a gezeigt, erhalten wird, wenn die Signalqualität, wie zwischen den Signalen überwacht, gleich ist. Die Gleichheit kann auch bereitgestellt werden, indem andere Muster verwendet werden. Zum Beispiel können zwei Intervalle oder Rahmen des Signals A sich mit zwei Intervallen oder Rahmen des Signals B abwechseln.

Die Anordnung der in 2 und 3 gezeigten Ausführungsform ist einfach zu implementieren und die Kosten der Implementierung sind minimal.

Das gleiche Verfahren kann für die Aufwärtsstreckenanwendung, insbesondere für Zeitteilungsduplexsysteme (TDD-Systeme) verwendet werden. Da Kanäle der Aufwärtsstrecke und der Abwärtsstrecke im TDD reziprok sind, wird, wenn einmal die Signalqualität an jeder Antenne gemessen ist, diese Information genutzt, um zu entscheiden, welcher Antenne Priorität gegeben wird, und in einer ähnlichen Weise wie der der Empfangsanwendung sendet ein Sender basierend auf dem Vergleich ihrer Signalqualitäten mehrere Einheiten von einer Antenne und eine andere unterschiedliche Anzahl von Einheiten von der anderen Antenne. Die Senderanlage kann über jede Antenne ein Pilotsignal an entfernte Empfänger bereitstellen.

4 zeigt eine andere alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine Modifikation der in 2 gezeigten. In der Ausführungsform 32 von 2 werden über den ganzen Zeitschlitz Messungen gemacht, und eine auf diesen Messungen basierende Entscheidung wird in dem nächsten nachfolgenden Zeitschlitz oder Rahmen genutzt. Um die Verzögerung bei der Einführung der Priorität der verglichenen Signale deutlich zu verringern, führt die in 3 gezeigte Ausführungsform 32' Messungen am Anfang eines Zeitschlitzes oder Rahmen durch, indem sie nur ein oder ein paar Symbole untersucht. Um dies zu erreichen, lernt der Empfänger die Korrelation zwischen der gemessenen Qualität eines ersten Bits oder Symbols oder mehrerer Bits oder Symbole und dem Rest des Zeitschlitzes oder Rahmens. Dies wird zum Beispiel erreicht durch Berechnen und Speichern in einen Speicher der Energie pro Symbol des/der ersten Symbols/Symbole, um diese mit der Energie pro Symbol des Rests des Zeitschlitzes zu vergleichen, und der Blockfehlerrate des Zeitschlitzes und Aufbauen eines Korrelationsmodells, das für Echtzeitmessungen verwendet wird. Das Verfahren von 4 ist dem in 2 gezeigten Verfahren vorzuziehen, wenn man auf sich schneller ändernde Kanäle stößt.

In TDD-Anwendungen wird die durch die Wellenform 40a gezeigte Korrelation zwischen der Energie des/der ersten Bit(s) und der Kanalqualität bestimmt. (Im Fall von Frequenz teilungsduplex-Anwendungen lernt die Überwachungsvorrichtung die Korrelation zwischen einem kurzen Abschnitt der Pilotenergie oder anderen Parametern und der Signalqualität). Wie durch die Wellenform 40b gezeigt, werden ein oder zwei Symbole des Signals A analysiert, woraufhin eine Analyse von ein oder zwei Symbolen des Signals B folgt, und direkt danach wird der Rest des Zeitschlitzes oder Rahmens von der ausgewählten Antenne 12 oder 14 gemäß den Qualitätspegeln der Signale A und B abgeleitet.

Das erste eine oder die ersten zwei Signale, die für Qualitätsmessungen und Vergleiche verwendet werden, können durch die Nutzung von Fehlerkorrekturcodes oder ähnlichem wiederhergestellt werden.

5 zeigt noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der Verfahren der vorhergehenden Ausführungsformen kombiniert werden, um die Vorteile jedes Verfahrens einzuheimsen, wie es die Kanalbedingungen rechtfertigen. Obgleich das Verfahren ein größeres Maß an Verarbeitung erfordert, sind optimalere Lösungen verfügbar.

In der in 5 gezeigten Ausführungsform 44 schätzt der Kanalschätzer 46 die Kanalantwort und ändert die Gewichte der Algorithmen 48 und 50 (Der Block 48 nutzt den Algorithmus 32, und der Block 50 verwendet den Algorithmus 32') abhängig von den Kanaleigenschaften (z.B. für sich schnell ändernde Kanäle wird 32' häufiger verwendet, für sich langsam ändernde Kanäle wird 32 häufiger verwendet).

In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht in TDD- und FDD-Systemen der dritten Generation (3G) ein Bedarf an einzelnen Qualitätsmessungen, um Entscheidungen in Bezug auf verschiedene Prozesse zu treffen. In der vorliegenden Erfindung ist ein Beispiel eine Auswahl eines Signals von einer der Antennen, um die Verarbeitung für Empfangs- und Sende-Diversity durchzuführen. Die gewünschte Messung betrifft typischerweise das Signal-Rausch-Verhältnis, das aus Signalmessungen entnommen werden kann. Das vorliegende Konzept stellt die Fähigkeit bereit, Entscheidungen basierend auf dem Rauschpegel zu treffen, wenn sonst nichts über das Signal bekannt ist. Als ein Beispiel wird der Breitbandsignalpegel von den mehreren Antennen gemessen, um zwischen den Antennen, wie etwa den Antennen 12, 14 von 1, zu entscheiden, welche das stärkere Signal hat. In dem Fall, daß es keine Möglichkeit gibt, zu wissen, ob das gemessene Signal aufgrund eines gewünschten Signals oder einer Interferenz ist, wird die Rauschenergie in einer Schutzzeit gemessen, und dann wird die Energie pro Bit für jede Antenne gemessen, um die Antenne mit dem höchsten Verhältnis von Energie pro Bit zu der Rauschenergie auszuwählen, um die Antenne mit dem höchsten Signal-Rausch-Verhältnis auszuwählen. Auf diese Weise wird die von jeder Antenne A und B empfangene Schutzzeit (kein Signal) abwechselnd gemessen, um dem gewünschten Signal Priorität zu geben. Als eine andere Alternative können Messungen während den Intervallen zwischen der Übertragung von Datensignalen durchgeführt und analysiert werden, um zu bestimmen, welchem Signal Priorität gegeben werden soll. Die Priorität kann dann in der hier und vorstehend beschriebenen Sache, wie zum Beispiel in 2 gezeigt, gewichtet werden.