DE3006451C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung zur Verarbeitung von Antennensignalen gemäß Oberbegriff der Patent­ ansprüche 1 und 2.

Es ist bekannt, Anpassungsprozessoren in vielteiligen Antennen­ anordnungen oder Antennenfeldern zu verwenden, um Ausrichtfehler zu kompensieren und den Signalempfang zu optimieren. Ein der­ artiger Anpassungsanordnungsprozessor ist beispielsweise in einem Artikel der IEEE, Transactions on Antennas and Propaga­ tion, September 1976 mit dem Titel "Experimental Four Element Adaptive Array" beschrieben. Die bekannten Anpassungsanordnungen verwenden getrennte, parallele Prozessoren für jedes Antennen­ element. Jeder Anpassungsprozessor weist eine eigene Anpas­ sungseinheit für jeden Kanal der Übertragungsanlage auf. Es sind daher so viele Anpassungsprozessoren erforderlich, wie Antennen­ elemente vorhanden sind und die Gesamtzahl der Anpas­ sungseinheiten ergibt sich aus der Anzahl der Antennenelemente multipliziert mit der Anzahl der Kanäle der Übertragungsanlage. Bei bekannten Übertragungsanlagen wird jedes von einem Antennen­ element aufgenommene Signal in Kanäle aufgeteilt und jedes Ka­ nalsignal wird von einer eigenen Anpassungseinheit verarbeitet. Somit ist eine Anpassungseinheit an ein Antennenelement ange­ schlossen und verarbeitet nur das diesem Kanal zugeordnete Si­ gnal. Die Ausgänge der Anpassungseinheiten, die das gleiche Ka­ nalsignal empfangen, jedoch an verschiedene Antennenelemente angeschlossen sind, werden zusammengefaßt, um für den bestimmten Kanal ein Ausgangssignal des Antennenfeldes zu liefern. Von diesem Feld-Ausgangssignal wird ein Bezugssignal abgezogen, um ein Fehlersignal zu bilden, das zur Steuerung jeder einzelnen Anpassungseinheit für den bestimmten Kanal angelegt wird. Die Anpassungseinheiten bewirken eine derartige Signaleinstellung, daß Störsignale unterdrückt werden und somit der Empfang des ge­ wünschten Signals optimiert wird.

Ein Nachteil der bekannten Prozessoren liegt darin, daß sie eine große Anzahl und teilweise vielfach vorhandene Bauelemente er­ fordern, wodurch die Prozessoreinheit insgesamt groß und auf­ wendig wird.

Aus der US 40 85 368 ist es bekannt, in einer Antennensignal­ verarbeitungsschaltung die Mischglieder der Antennenelemente mit dem gleichen Fehlersignal zu versorgen, um Störungen in phasen­ modulierten Signalen zu unterdrücken. Die Anordnung benötigt jedoch ein gesondertes Antennenelement, um ein erstes Fehler­ signal zu erzeugen, das in einem Mischer mit einem exponenzier­ ten Summensignal der Antennenelemente kombiniert wird, um das gemeinsame Fehlersignal zu erzeugen. Die Anordnung benötigt jedoch viele aufwendige Bauelemente und zeigt keine gemeinsame Handhabung mehrerer Kanäle in Vielkanal-Übertragungssignalen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Anpassungsprozessor der eingangs erwähnten Art und ein ensprechendes Verfahren dahinge­ hend weiterzubilden, daß wesentlich weniger Bauelemente erfor­ derlich sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Verarbeitungsschaltung mit den Kennzeichen des Patentanspruchs 2 und das Verarbeitungsver­ fahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Erfindungsgemäß werden die Empfangssignale aller Antennenelemen­ te in einem einzigen Summierer zu einem Summensignal zusammenge­ faßt, ohne zuvor eine Aufteilung der empfangenen Antennensignale in die einzelnen Kanalsignale vorzunehmen. Das Summensignal der Antennenelemente wird anschließend in einem Modem in die Kanal­ signale aufgeteilt und die Kanalsignale von Störungen befreit. Die aufgeteilten und entstörten Kanalsignale werden nun mit einem einzigen Addierer wieder zusammengefaßt und bilden ein Referenzsignal, dessen Störpegel gegenüber dem Summensignal reduziert ist. Das Referenzsignal wird in einem Subtrahierglied von dem Summensignal abgezogen, um die Abweichung beider Signale als Fehlersignal zu bilden. Demzufolge wird lediglich ein Feh­ lersignal erzeugt, das in gleicher Weise zur Steuerung an alle Anpassungseinheiten angelegt wird. Das dem Störungspegel im Summensignal entsprechende Fehlersignal dient zur Anpassung der einzelnen Antennenelementsignale dahingehend, daß die Störung insgesamt unterdrückt wird.

Demgemäß wird in dem Anpassungsprozessor für jedes Antennenele­ ment lediglich eine Anpassungseinheit benötigt, die das mehrere Kanalsignale enthaltende Antennenelementsignal aufnimmt. Die An­ passungseinheiten verändern die Amplitude und Phase der Anten­ nenelementsignale in Abhängigkeit von dem anliegenden Fehler­ signal, um angepaßte oder verarbeitete Signale zu liefern. Die Steuerung der Anpassungseinheiten durch das Fehlersignal ist so ausgelegt, daß die Summe aller verarbeiteten Signale ein grö­ ßeres Signal/Störungs-Verhältnis als die Kombination aller un­ verarbeiteten Antennenelementsignale hat.

Der erfindungsgemäße Anpassungsprozessor dient zur Unterdrückung von Störungen, die aus bestimmten Richtungen einfallen, und zum optimierten Empfang des gewünschten Vielkanal-Übertragungssi­ gnals. Dabei weist die erfindungsgemäße Anordnung lediglich eine Anpassungseinheit pro Antennenelement, einen Summierer, ein Modem, einen Addierer und ein Subtrahierglied auf, wohingegen in bekannten Anordnungen diese Bauelemente für jeden Übertragungs­ kanal vorgesehen sind, also mit der Anzahl der Kanäle verviel­ facht auftreten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläu­ tert; es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bekannten Vielkanal-Anpas­ sungsanordnungsprozessorschaltung; und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Blockschaltbildes für eine Vielkanal-Übertragungsanlage.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines bekannten Prozessors 10 mit einer Vielkanal-Anpassungsanlage. Die Prozessoranlage 10 ist in einer Übertragungsanlage mit einer Vielzahl von Kanälen ver­ wendbar, wobei die Antenne aus einer Vielzahl von Elementen besteht. Der in Fig. 1 dargestellte Prozessor 10 weist N Ele­ mente mit K Kanälen auf. Die Buchstaben "N" und "K" sind belie­ bige Konstante und dienen zur Anzeige dafür, daß der Prozessor 10 eine Anordnung von Anpassungsprozessoren für Vielkanal-Über­ tragungsanlagen unter Verwendung von Vielelementenantennen dar­ stellt.

Der Prozessor 10 besitzt einen Eingang 12, der mit einem K-Ka­ nalanpassungsprozessor 14 verbunden ist. Letzterer weist einen K-Weg-Leistungsteiler 16, eine erste Anpassungseinheit 18 und eine Kte-Anpassungseinheit 20 auf. Das vom ersten Element der Antenne empfangene Signal wird an den Eingang 12 gelegt und zum Leistungsteiler 16 geführt, in dem es in K Kanäle aufgeteilt wird. Die Anpassungseinheit 18 empfängt das Signal vom Kanal 1, während die Anpassungseinheit 20 das Signal vom Kanal K auf­ nimmt. Obgleich lediglich zwei Kanäle, nämlich die Kanäle 1 und K dargestellt sind, ist es dem Fachmann klar, daß diese eine beliebige Kanalanzahl darstellen.

Die Anpassungseinheiten 18 und 20 dienen zur Veränderung der Größe und Phase des vom ersten Antennenelement empfangenen Si­ gnals zur Erzeugung von verarbeiteten Kanalsignalen. Die Ausgabe der Anpassungseinheit 18, ein verarbeitetes Kanal-1-Signal, wird an eine Kanal-1-Summierschaltung 22 gelegt, während die Ausgabe der Anpassungseinheit 20, - ein verarbeitetes Kanal-K-Signal, - an eine Kanal-K-Summierschaltung 24 gelegt wird. Gemäß später erfolgender Beschreibung nimmt die Kanal-1-Summierschaltung 22 verarbeitete Kanal-1-Signale von jedem Antennenelement auf, während die Kanal-K-Summierschaltung 24 von den Antennenelemen­ ten verarbeitete Kanal-K-Signale empfängt.

Das vom Antennenelement N stammende Signal wird auf die gleiche Weise wie das Signal vom Antennenelement 1 verarbeitet. Das Nte-Antennenelementsignal wird am Eingang 26 eines K-Kanal-An­ passungsprozessors 27 empfangen. Über den Eingang 26 gelangt das Nte-Antennenelementsignal an einen K-Weg-Leistungsteiler 28, indem es in K-Kanäle aufgeteilt wird. Das erste Kanalsignal wird an eine Anpassungseinheit 29 und das Kte-Kanalsignal an eine Anpassungseinheit 30 gelegt. Das Ausgangssignal der Anpassungs­ einheit 29 gelangt zu der Kanal-1-Summierschaltung 22, während die Ausgabe der Anpassungseinheit 30 an die Kanal-K-Summier­ schaltung 24 geführt wird.

Die Kanal-1-Summierschaltung 22 faßt die von den Antennenelemen­ ten 1 bis N empfangenen Kanal-1-Signale zusammen, um ein Kanal- 1-Summensignal auf einer Leitung 31 zu einem Modem 32 zu führen. Der Modem 32 bearbeitet das Kanal-1-Summensignal und führt ein Kanal-1-Bezugssignal auf einer Leitung 33 zurück, welches gegen­ über dem Kanal-1-Summensignal ein vermindertes Rauschen auf­ weist. Ein Subtrahierglied 34 subtrahiert das auf der Leitung 31 auftretende Kanal-1-Summensignal vom Kanal-1-Bezugssignal auf der Leitung 33 und erzeugt daraus ein Kanal-1-Fehlersignal als Ausgabe. Das vom Subtrahierglied 34 stammende Kanal-1-Fehlersi­ gnal wird an einen N-Weg-Leistungsteiler 35 gelegt, der das Kanal-1-Fehlersignal in N-Signale für die Kanal-1-Anpassungsein­ heiten 18 und 29 teilt. In Abhängigkeit von dem Kanal-1-Fehler­ signal werden die Anpassungseinheiten 18 und 29 eingestellt, um Störungen und Kanal-2 bis K-Signale zu unterdrücken und damit einen relativ verstärkten Empfang für das Kanal-1-Signal zu optimieren, wodurch das Signal/Störverhältnis des Kanal-1-Sum­ mensignals auf der Leitung 31 maximiert wird.

Die Ausgaben der Kanal-K-Anpassungseinheiten 20 und 30 werden an eine Kanal-K-Summierschaltung 24 gelegt, die auf einer Leitung 36 ein Kanal-K-Summensignal liefert. Das Kanal-K-Summensignal wird einem Modem 38 eingegeben, welcher daraus ein Kanal-K-Be­ zugssignal auf einer Leitung 40 erzeugt. Letzteres hat gegenüber dem Kanal-K-Summensignal einen reduzierten Störwert. Das auf der Leitung 36 auftretende Summensignal wird von dem auf der Leitung 40 auftretenden Bezugssignal in einem Subtrahierglied 42 abgezo­ gen, um ein Kanal-K-Fehlersignal für einen N-Weg-Leistungsteiler 44 zu bilden. Der Leistungsteiler 44 teilt das Kanal-K-Fehler­ signal in N Signale auf und die Kanal-K-Fehlersignale werden als Steuerbefehle an die Anpassungseinheiten 20 und 30 gelegt. In Abhängigkeit von den Kanal-K-Fehlersignalen unterdrücken die An­ passungseinheiten 20 und 30 die Störsignale und die Kanal-1 bis K-1 Signale von den Antennenelementen und optimieren den Empfang für das Kanal-K-Summensignal auf der Leitung 36.

Die zuvor beschriebene Prozessorschaltung 10 und ihre Funktion sind ebenso wie die Funktion ihrer einzelnen Bauteile an sich bekannt.

Obgleich mit der bekannten Prozessorschaltung 10 Störungen aus bestimmten Richtungen unterdrückbar sind und auch der Empfang für bestimmte Kanalsignale optimierbar ist, ist es ein Nachteil, daß die bekannte Schaltung eine große Anzahl von Bauelementen erfordert. Gemäß Erfindung wird hingegen nur eine Anpassungsein­ heit für jedes einzelne Antennenelement gebraucht. Alle von einem einzigen Antennenelemente stammenden Signale werden in ei­ ner einzigen Anpassungseinheit verarbeitet; es werden Bezugs­ signale für jeden Kanal erzeugt und zu einem einzigen Bezugs­ signal für die Steuerung aller Anpassungseinheiten summiert. Erfindungsgemäß bedient man sich demnach einer summierten Be­ zugstechnik für die Verarbeitung von von Antennenelementen stam­ menden Signalen in der Weise, daß eine Einsparung an Bauelemen­ ten gegenüber einer bekannten Verarbeitungsschaltung erzielt wird.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ver­ arbeitungsschaltung 50. Mit "N" ist die Anzahl der Antennenele­ mente gemeint, während "K" die Anzahl der Signalkanäle dar­ stellt. Die Verarbeitungsschaltung 50 besitzt Eingänge 52 und 54 für die Aufnahme von Signalen von den Antennenelementen 1 bzw. N. N ist dabei irgend eine Konstante, die andeutet, daß die Schaltung 50 an jede beliebige Antenne aus einer beliebigen Anzahl von Antennenelementen anschließbar ist. Das vom Anten­ nenelement 1 stammende Signal gelangt über den Eingang 52 an eine Anpassungseinheit 56, während das vom Antennenelement N an den Eingang 54 gelegte Signal zu einer Anpassungseinheit 58 geführt wird. Die Anpassungseinheiten 56 und 58 verändern die Größe und Phase des entsprechenden Antennenelementsignals und die von den Anpassungseinheiten 56 und 58 verarbeiteten Signale werden an eine Summierschaltung 60 gelegt. Der Aufbau der An­ passungseinheiten 56 und 58 ist dem Fachmann bekannt, wobei bei­ spielsweise PIN-Diodenabschwächer oder zweifach abgeglichene Mischglieder üblich sind. Die Summierschaltung 60 summiert die von den Anpassungseinheiten 56 und 58 bearbeiteten Signale und liefert ein Summensignal auf einer Leitung 62. Die Summierschaltung 60 ist ein handelsübli­ cher Leistungsteiler. Die Anpassungseinheiten 56 und 58 haben üblichen Aufbau und entspre­ chen auch in ihrer Funktion den Anpassungseinheiten 18, 20, 29 und 30 der bekannten Verarbeitungsschaltung 10 gemäß Fig. 1.

Ein Modem 64, beispielsweise ein Empfänger, nimmt das Summensi­ gnal von der Leitung 62 auf und liefert Kanal-1 bis K-Bezugs­ signale auf Leitungen 66 und 68, die auch die Ausgangssignale für die Kanäle darstellen. Der Modem 64 ist dem jeweiligen Ein­ satzzweck angepaßt. Jeder Modem bewirkt jedoch eine Signalver­ stärkung und läßt sich daher zur Erzeugung eines Bezugssignals verwenden. Der Aufbau der Bezugssignal-Erzeugungsschaltung ist in dem eingangs erwähnten IEEE-Artikel beschrieben. Im vorlie­ genden Ausführungsbeispiel werden die Kanäle 1 bis K im Code- Multiplex-Verfahren übertragen. Es wird darauf hingewiesen, daß jede Art von Multiplexverfahren erfindungsgemäß geeignet ist, wobei als Modem 64 jeder Modem denkbar ist, der Rauschen oder Störsignale aus dem Summensignal auf der Leitung 62 entfernt.

Die auf den Leitungen 66 und 68 auftretenden Kanal-1 bis K-Be­ zugssignale werden an einen Addierer 70 gelegt, der daraus ein zusammengesetztes Bezugssignal auf einer Leitung 72 ausgibt. Der Bezugssignal-Addierer 70 ist ein üblicher Summenverstärker. Durch die im Modem 64 erfolgende Signalverarbeitung hat das zusammengesetzte Bezugs­ signal auf der Leitung 72 einen geringeren Störungspegel als das Summensignal auf der Leitung 62. Das auf der Leitung 72 auftre­ tende, zusammengesetzte Bezugssignal wird von dem Summensignal auf der Leitung 62 in einem Subtrahierglied 74 abgezogen, um auf einer Leitung 76 ein Fehlersignal zu liefern. Das derart erhal­ tene Fehlersignal wird über die Leitung 76 an alle der N Anpas­ sungseinheiten 56 und 58 gelegt und in Abhängigkeit von diesem Fehlersignal erfolgt eine Einstellung der Anpassungseinheiten 56 und 58 in der Weise, daß sie die Störungen unterdrücken und die relative Signalverstärkung für die von den Antennenelementen 1 bis N empfangenen Signale optimieren. Auf diese Weise wird eine Maximierung des Signal/Störverhältnisses des Summensignals auf der Leitung 62 erreicht.

Man erkennt, daß die erfindungsgemäße Verarbeitungsschaltung 50 eine deutliche Bauteileinsparung gegenüber der bekannten Ver­ arbeitungsschaltung 10 bewirkt. Die Verarbeitungsschaltung 50 gemäß Fig. 2 erfordert lediglich eine Anpassungseinheit je Antennenelement, während bei der bekannten Verarbeitungsschal­ tung 10 gemäß Fig. 1 eine Vielzahl von Anpassungseinheiten für jedes Antennenelement erforderlich ist, und zwar so viele, wie es der Zahl der verwendeten Kanäle entspricht. In der erfin­ dungsgemäßen Verarbeitungsschaltung 50 werden die Bezugssignale auf den Leitungen 66 und 68 im Addierer 70 zur Erzeugung eines einzigen Bezugssignals zusammengefaßt, das von einem einzigen Summensignal subtrahiert wird. Es wird daher nur ein einziges Fehlersignal auf der Leitung 76 erzeugt, das zur Steuerung der Anpassungseinheiten 56 und 58 dient. Demgegenüber werden bei der bekannten Verarbeitungsschaltung 10 eine der Anzahl der Kanäle entsprechende Anzahl von Bezugssignalen zur Steuerung der An­ passungseinheiten 18, 20, 29 und 30 herangezogen.

Claims (2)

1. Verfahren zur Optimierung des Empfangs von Signalen durch Unterdrücken von Störungen, welche Signale von einer Antenne mit einer Vielzahl von Antennenelementen aufgenommen werden und eine Vielzahl von Kanalsignalen enthalten, wobei Ampli­ tuden und Phasen der Antennenelementsignale jeweils gesteu­ ert durch ein Fehlersignal verändert werden, welches durch Subtraktion eines Bezugssignals von dem unbearbeiteten Si­ gnal erzeugt wird und Amplituden- und Phasenänderung so steuert, daß Störungen unterdrückt und das Signal/Störver­ hältnis vergrößert wird, wobei jedes Bezugssignal durch Summierung der Antennenelementsignale und Filterung erhalten wird, gekennzeichnet durch die Schritte:

• - Summieren der durch Amplituden- und Phasenänderung bear­ beiteten Antennenelementsignale zu einem einzigen Summensi­ gnal für alle Kanäle,
• - Aufteilen und Filtern des Summensignals, um durch Addieren der gefilterten Kanalsignale ein einziges Bezugssignal mit gegenüber dem Summensignal reduziertem Störpegel zu bilden, und
• - Bilden eines einzigen Fehlersignals durch Subtraktion des Bezugssignals von dem Summensignal, das in gleicher Weise zur Steuerung der Amplituden- und Phasenanpassung aller Antennenelemente verwendet wird.

2. Verarbeitungsschaltung für Antennensignale zur Optimierung des Empfangs von Signalen durch Unterdrückung von Störsigna­ len, welche Signale von einer Vielkanal-Übertragungsanord­ nung mit einer Vielzahl von Antennenelementen aufgenommen werden, die an eine Anzahl von Anpassungseinheiten angelegt sind, wobei jede der Anpassungseinheiten Amplitude und Phase des Antennensignals aufnimmt und verarbeitet und wobei die verarbeiteten Signale an eine Summierschaltung gelegt wer­ den, die ein Summensignal liefert, das einem Modem zur Aus­ filterung von Störungen zugeführt wird, dessen Ausgangssi­ gnal als Referenzsignal an einem Subtrahierglied anliegt, das die Differenz von Summensignal und Referenzsignal bil­ det, um ein Fehlersignal für die Anpassungseinheiten zu erzeugen, das die Amplituden und Phasen der Antennensignale derart modifizert, daß Störsignale unterdrückt werden und das Si­ gnal/Störverhältnis vergrößert wird zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein Summierer (60) für alle Kanalsignale gemeinsam ein einziges Summensignal aller Antennenelemente erzeugt, das nur einem Modem (64) zugeführt wird, welcher eine Aufteilung des Summensignals in eine Anzahl von Kanal­ signalen durchführt,
• - daß ein Addierer (70) zum Summieren der entstörten Kanal­ signale und zur Erzeugung eines zusammengesetzten Refe­ renzsignals, das einen gegenüber dem Summensignal redu­ zierten Störpegel hat, vorgesehen ist, und
• - daß ein einziges Subtrahierglied (74) vorgesehen ist, welches das zusammengesetzte Referenzsignal vom Summensi.­ gnal subtrahiert zur Bildung des Fehlersignals, das in gleicher Weise an alle Anpassungseinheiten (56, 58) ange­ legt wird.