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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf Funksysteme und
genauer auf eine Verbesserung der Effizienz von Frequenzspringen
als eine Technik zum Reduzieren der Wirkungen von Schwund in einer
geschlossenen Region von Signalausbreitung.
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Geschichte vom Stand der
Technik
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Funksendeprobleme
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Die Qualität des Signals, das durch eine
Mobilstation von einer Basisstation empfangen wird, wird von Zeit
zu Zeit. durch natürliche
Erscheinungen beeinflusst, die der Verwendung von Funksignalen inhärent sind,
um zu kommunizieren. Ein Faktor, der den meisten der Probleme in
Bezug auf Funkempfang gemeinsam ist, ist, dass das gewünschte Signal in
dem Empfänger
zu schwach ist, entweder im Vergleich zu thermischem Rauschen oder
im Vergleich zu einem interferierenden Signal. Ein interferierendes
Signal kann als ein beliebiges unerwünschtes Signal charakterisiert
werden, das durch den Empfänger
auf dem gleichen Kanal wie das gewünschte Signal empfanger wird.
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Im Fall von zellularen und Funksystemen,
wo alle der Frequenzen in der verfügbaren Bandbreite überall in
dem zellularen Gitter wiederverwendet werden, ist die Effizienz
des Funksys tems allgemein durch den Umfang empfangener interferierender Funksignale
an Stelle von thermischem Rauschen begrenzt.
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Ein Phänomen, das auftritt, um die
Qualität eines
empfangenen Signals innerhalb eines Funksystems zu begrenzen, ist
Pfadverlust. Selbst wenn es keine Hindernisse zwischen der Sendeantenne und
einer Empfangsantenne gibt, wird das empfangene Signal wegen dem
ansteigenden Abstand zwischen der Basisstation und der Mobilstation
progressiv schwächer.
Die empfangene Signalleistung ist einem Wert irgendwo zwischen der
zweiten und vierten Potenz des Abstands zwischen den Sende- und Empfangsantennen
umgekehrt proportional.
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Ein häufigeres Sendeproblem in mobilen Funksystemen,
die in einer Umgebung verwendet werden, wo es Objekte gibt, wie
etwa Gebäude,
ist das eines lognormalen Schwundes. Dieses Phänomen tritt als ein Ergebnis
der Schattenwirkung auf, die durch Gebäude und natürliche Hindernisse, wie etwa
Berge, die sich zwischen den Sende- und Empfangsantennen einer Mobilstation
und einer Basisstation befinden, erzeugt wird. Da sieh die Mobilstation innerhalb
der Umgebung bewegt, vergrößert und
verringert sich die empfangene Signalstärke als eine Funktion des Typs
von Hindernissen, die sich gegenwärtig zwischen den Sende- und
Empfangsantennen befinden. Der Begriff "lognormal" kommt von der Tatsache, dass der Logarithmus
der empfangenen Signalstärke
die Form einer Normalverteilung um einen gewissen Mittelwert der
Minimalwerte annimmt, die als Schwundsenken (fading dips) bezeichnet
werden, und zwischen denen der Abstand in der Größe von 30 bis 60 Fuß sein kann.
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Ein drittes Phänomen, das Signalstärke innerhalb
eines Mobilsystems beeinflusst, das in einer städtischen Umgebung betrieben
wird, ist das von Rayleigh-Schwund. Dieser Typ einer Signalverschlechterung
tritt auf, wenn das Rundrufsignal von der Sendeantenne zu der Empfangsantenne
mehr als einen Pfad nimmt, sodass die Empfangsantenne der Mobilstation
nicht nur ein Signal, sondern mehrere empfängt. Eines von diesen vielfachen
Signalen kann direkt von der Empfangsantenne kommen, aber mehrere
andere werden zuerst durch Gebäude
und andere Hindernisse reflektiert, bevor sie die Empfangsantenne
erreichen, und sind somit in Phase voneinander leicht verzögert. Der
Empfang von mehreren Versionen des gleichen Signals, die in Phase voneinander
verschoben sind, führt
dazu, dass die Vektorsumme der Signale, die das resultierende zusammengesetzte
Signal ist, tatsächlich
in der Empfangsantennen empfangen wird. In einigen Fällen kann
die Vektorsumme des Empfangssignals sehr niedrig sein, sogar nahe
null, was zu einer Schwundsenke führt, worin das empfangene Signal
praktisch verschwindet. Im Fall einer beweglichen Mobilstation hängt die
Zeit, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schwundsenken wegen
Rayleigh-Schwund verstreicht, sowohl von der Frequenz des empfangenen Signals
als auch von der Geschwindigkeit, bei der sich das Mobiltelefon
bewegt, ab. Der Abstand zwischen zwei Schwundsenken wegen Rayleigh-Schwund
kann in der Größenordnung
von 7 Zoll für
das 900-MHz-Funkband. liegen.
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Bezugnehmend auf 1A und 1B wird
ein perspektivisches Modell der Frequenz/Distanz eines Schwundmusters
eines empfangenen Signals innerhalb einer typischen Mobilfunk-Betriebsumgebung veranschaulicht. 1A stellt das empfangene
Signalfeld eines Funksignals dar, das innerhalb eines städtischen
Gebiets bei einer Frequenz von 100 MHz arbeitet, während 1B ein Funksignal darstellt, das
in einem städtischen
Gebiet mit einer Signalfrequenz von 300 MHz arbeitet. Aus diesen
Diagrammen kann gesehen werden, wie die Stärke der Signale variiert, was
periodische Schwundsenken schafft, die sowohl von Abstand als auch
Frequenz abhängen.
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In dem Fall von digitalen Funksystemen,
wie etwa jenen, in denen Modulation im zeitgeteilten Vielfachzugriff
(time divi sion multiple access, TDMA) verwendet wird, entstehen
andere Schwierigkeiten bei einer Funksendung. Eine dieser Schwierigkeiten,
die als Zeitstreuung (time dispersion) bezeichnet wird, tritt auf,
wenn ein Signal, das bestimmte digitale Information darstellt, an
der Empfangsantenne durch ein unterschiedliches nachfolgend gesendetes
Symbol wegen Reflexionen des ursprünglichen Signals von einem
Objekt weit entfernt von der Empfangsantenne gestört wird.
Es wird somit für
den Empfänger schwierig
zu entscheiden, welches tatsächliche
Symbol im gegenwärtigen
Moment erfasst wird. Ein anderes Sendephänomen, das der Verwendung von
TDMA-Modulation inhärent
ist, geschieht wegen der Tatsache, dass jede Mobilstation nur während eines
bestimmten zugeordneten Zeitschlitzes des TDMA-Rahmens senden und während der anderen Zeiten still
bleiben muss. Anderenfalls wird das Mobiltelefon Rufe von anderen
Mobiltelefonen stören,
denen andere Zeitschlitze des gleichen Rahmens zugewiesen sind.
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Konventionelle
Lösungen
von Funksendeproblemen
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Es wurde eine Reihe von Techniken
entwickelt, die verwendet werden, um die Signaldegenerationsphänomene zu
bekämpfen,
die in Funksendesystemen auftreten. Eine Lösung, die eingesetzt wird,
um die Probleme von Schwund eines digitalen Funksignals von sowohl
lognormalem Schwund als auch Rayleigh-Schwund zu bekämpfen, ist
die von Kodierung und Verschachtelung. Dies ist eine Technik, in
der die Information, die verschiedene Elemente digitaler Information
darstellt, in Blöcke
organisiert ist, und aufeinanderfolgende einer Serie von Blöcken, z.
B. jeder mit vier Bits, in Rahmen organisiert sind. Wenn jedes der
aufeinanderfolgenden Bits von Information in der gleichen Reihenfolge
gesendet werden, wie sie durch den Sprachkodierer generiert werden,
würde das
Auftreten einer Schwundsenke verschiedene aufeinanderfolgenden Bits
von Information vollständig
auslöschen,
die somit aus dem Kommuni kationsstrom verloren gehen und zu einer Lücke in der
Sprache führen
würden,
um aus ihnen erneut erstellt zu werden. Mit der Technik von Verschachtelung
jedoch werden die aufeinanderfolgenden Bits von Information systematisch
voneinander getrennt und in einem Sendestrom neu angeordnet, in
dem sie an Stelle einander benachbart zu sein zeitlich voneinander
getrennt sind, wobei jedes ein Bit eines getrennten Blocks von Information
bildet. An dem anderen Ende des Sendestroms werden die neu angeordneten
Bits aus den Blöcken
von Daten entfernt, in denen sie gesendet wurden, und werden erneut aufgebaut,
um wiederum benachbart zueinander zu sein. Wenn jedes dieser Bits,
das Sprachdaten darstellt, von den. anderen Bits getrennt ist, zu
denen sie normalerweise zeitlich benachbart sind und unter anderen
Bits, die normalerweise zeitlich nicht zueinander benachbart sind, "verschachtelt" sind und dann ein
gesamter Block von Bits aus dem Sendestrom während einer Schwundsenke verloren
geht, kann mindestens ein bestimmter Teil dieses verlorenen Blocks
aus den Bits aufgebaut werden, die während der Senke nicht verloren
wurden, da sie in andere Blöcke
verschachtelt wurden, die nicht wegen Schwund verloren wurden. In
dem Fall einer beweglichen Mobilstation tritt eine Schwundsenke
nur für eine
sehr kurze Zeitperiode auf, da das Mobiltelefon durch die Region
von Schwund und zurück
in ein Gebiet mit gutem Empfang passiert.
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Eine Technik, die verwendet wird,
um eine digitale Funksendung gegen Interferenz zu sichern, ist die
einer Fehlerkorrekturkodierung, in der die Bits von Information,
die zu senden sind, mit einem Korrekturcode codiert werden, sodass
wenn Bits während
einer Sendung verloren werden, sie mit einem relativ hohen Maß an Genauigkeit
an dem Standort des Empfängers
durch die Fehlerkorrekturcode-Schaltungstechnik wieder erstellt
werden können.
Ein Teil der Prozedur, die bei Korrekturkodierung eines digitalen
Signalsendestroms verwendet wird, ist der von Verschachtelung.
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Eine Annahme, die bei der Verwendung
von Verschachtelungstechniken mit Fehlerkorrekturkodierung inhärent ist,
ist die, dass sich das Mobiltelefon bewegt, sodass es eine Schwundsenke
relativ schnell passiert und nur einen Verlust von einem relativ
kleinen Block der digitalen Information wegen. Dämpfung erfährt, während es sich in der Region
der Schwundsenke befindet. In dem Fall von Sendeumgebungen, die
sich innen befinden, z. B. in einem Kongresszentrum oder Bürogebäude, bewegt
sich eine Mobilstation relativ langsam oder ist vielleicht sogar
stationär.
Wenn sich somit das Mobiltelefon an einem physischen Standort befindet,
der Gegenstand einer Schwundsenke ist, durchläuft es diese Senke nicht schnell
und somit geht ein großer
Umfang an Information wegen dem Schwund verloren. Verluste von großen Blöcken an
Information können nicht
durch bloßes
Verschachteln und Fehlerkorrekturkodierung korrigiert werden.
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Eine andere Technik, die verwendet
wird, um Sendeschwierigkeiten in einem Funksystem zu kompensieren,
ist die vom Frequenzspringen. Bei der Verwendung von Frequenzspringen
sind die Funksendung und der Empfang für einen zeitlichen Moment auf
einer Trägerfrequenz
und dann "springen" eine sehr kurze
Zeit später
die Sendung und der Empfang zu einer unterschiedlichen Frequenz.
Wenn ein gesendetes Funksignal auf einer unterschiedlichen Trägerfrequenz
ist, ist es nicht dem gleichen Schwundmuster unterworfen, da derartige
Muster frequenzabhängig
und dadurch für
unterschiedliche Frequenzen unterschiedlich sind. Somit kann eine stationäre Mobilstation,
die bei einer Trägerfrequenz in
dem Tiefpunkt einer Schwundsenke sein kann, bei einer unterschiedlichen
Frequenz einen relativ gutem Empfang bekommen. Auf diesem Weg wird
Frequenzspringen verwendet, um den Umfang an Signalverlust auf ein
relativ kurzes Segment der tatsächlichen
Sendezeitspanne weiter zu begrenzen und somit der Signalbearbeitungsschaltungstechnik zu
erlauben, den Verlust an Rundrufinformation mit Verschachtelung
und Fehlerkorrekturkodierung durch erneutes Aufbauen der verlorenen
Abschnitte der Sendung zu kompensieren.
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Ein wichtiger Aspekt von Frequenzspringen ist,
dass die zwei oder mehr Trägerfrequenzen,
zwischen denen das Signal aufeinanderfolgend springt, jede durch
einen bestimmten minimalen Betrag getrennt sein müssen, um
unabhängigen
Schwund auf den unterschiedlichen Frequenzen zu erfahren. Mit anderen
Worten, die Frequenzen, zwischen denen die Signale springen, müssen ausreichend
voneinander getrennt sein, sodass wenn das empfangene Signal in
einer Frequenz in einer Schwundsenke ist, es in der anderen Frequenz
nicht in einer Schwundsenke sein sollte. Falls die beiden Frequenzen
sehr eng zueinander sind, ist es wahrscheinlicher, dass das empfangene
Signal wegen Schwund in beiden Frequenzen schwach sein wird. Wenn
jedoch die beiden Frequenzen voneinander um einen ausreichend großen Wert
getrennt sind, dann ist es weniger wahrscheinlich, dass das empfangene
Signal in beiden Frequenzen in einer Schwundsenke sein wird. Die Trennung
zwischen den beiden Sprungfrequenzen, die ausreichend ist, um unabhängigen Schwund. voneinander
zu erhalten, wird die Kohärenzbandbreite
genannt. Falls jede der beiden Trägerfrequenzen, die zum Springen
verwendet werden, innerhalb der Kohärenzbandbreite sind, werden
die Signale, die in jeder der beiden Frequenzen empfangen werden, stark
korreliert sein. Falls die Trägerfrequenzen
um mehr als die Kohärenzbandbreite
getrennt sind, dann ist es wahrscheinlich, dass die Signale, die
in jeder der beiden Frequenzen empfangen werden, nicht korreliert
sein werden und somit zum gleichen Zeitpunkt nicht in einer Schwundbedingung
sein werden. Falls die beiden Frequenzen nicht korreliert voneinander
sind, wird der Funkempfänger
wahrscheinlich nicht einen Schwund in der anderen Frequenz erfahren,
wenn eine von ihnen in der Schwundbedingung ist.
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Wenn Frequenzspringen in einem TDMA-Funksignal
verwendet wird und das Signal über eine
unterschiedliche Frequenz während
jedes der mehreren aufeinanderfolgenden TDMA-Zeitschlitze springt,
wobei jede der unterschiedlichen Trägerfrequenzen vernünftig weit
voneinander entfernt ist, dann ist es sehr wahrscheinlich, dass
die Signale, die in jedem der Zeitschlitze empfangen werden, vollständig unkorreliert
voneinander sind. Falls Fehlerkorrekturkodierung und Verschachtelung über die aufeinanderfolgenden
Schlitze angewendet wird, in denen das Signal empfangen wird, wird
außerdem mindestens
eine Hälfte
der Bits, die während
zwei aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen empfangen werden, nicht
einer Schwundbedingung unterworfen sein, in welchem Fall die Fehlerkorrekturkodierung und
Verschachtelung eine zufriedenstellende Aufgabe zum Wiederherstellen
des vollständigen
Signalinhalts ungeachtet des Verlusts an Inhalt von einem der beiden
Schlitze erfüllen
werden.
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Kohärenzbandbreite und Korrelationsfaktoren
für Frequenzsprunganwendungen
betrachtend, ist die Kohärenzbandbreite
der Zeitverzögerungsstreuung
des Sendekanals umgekehrt proportional. Die Zeitverzögerungsstreuung
tritt wegen Mehrfachpfadausbreitung auf. Die Zeitdifferenz liegt
zwischen den frühesten
und spätesten
Mehrfachpfadsignalen, dem Sichtliniensignal und dem gleichen Signal,
das verzögert
ist, da eine oder mehr Reflexionen eine Zeitspanne schafft, die
sowohl das Hauptsignal als auch seine Hauptechos umfasst, die das
meiste der Signalenergie enthalten.
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Die Kohärenzbandbreite eines Signals
ist der Zeitverzögerungsstreuung
des Signals umgekehrt proportional. In dem Fall von innen implementierten
Funkkanälen
ist die Zeitverzögerungsstreuung
extrem klein, z. B. in der Größenordnung
von 50 bis 100 Nanosekunden. Somit wäre die Kohärenzbandbreite für derartige
Signale sehr groß,
z. B. in der Größenordnung
von 10 MHz. Um unabhängigen Schwund
in einer Frequenzsprungumgebung zu erhalten, müsste die Frequenzdifferenz
zwischen zwei Trägersignalen
in der Größenordnung
von 10 MHz sein, weit größer als
die Bandbreite der meisten praktischen Systeme. Es ist ein noch
größeres Problem, die
Trägerfrequenz
des Signals über
drei oder vier getrennte Frequenzen springen zu lassen, was 30 bis 40
MHz an Bandbreite erfordert.
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Ein früherer Ansatz für das Kohärenzbandbreitenproblem
war es, beträchtliche
Echos des Rundrufsignals durch Verwendung eines zweiten Senders
zu schaffen. Durch Verzögern
einer Sendung in dem zweiten Sender in der Größenordnung einer Symbolperiode
schwindet das zweite Signal unabhängig von dem ersten als eine
Funktion der Beabstandung der zweiten Antenne von der ersten. Während der
Empfänger
diese beiden Signale auflösen
kann, ist ein komplexerer Empfänger
erforderlich, um die Signalechos zu bewältigen. Das TDMA-Signal erfordert
einen Entzerrer, während
CDMA-Signale einen Rake-Kombinierer erfordern.
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Eine andere Lösung war es, keine Verzögerung zwischen
beiden getrennten Sendeantennen zu verwenden, sondern stattdessen
die Phasendifferenzen zwischen ihnen zu variieren. Dies bewirkt,
dass der Schwund in dem Empfänger
zeitlich variiert. Wegen der Beweglichkeit eines Empfängers kann
die kombinierte Wirkung jedoch bewirken, dass der Schwund sich zeitlich
so schnell ändert,
dass die Empfängerbearbeitungsschaltungstechnik
damit nicht fertig wird. Falls z. B. der Empfänger einen Kanalverfolger für kohärente Demodulationen
hat, kann er nicht richtig funktionieren, falls sich der Schwund zeitlich
zu schnell ändert.
Falls das Mobiltelefon z. B. gestaltet ist, stationär zu sein,
dann kann eine zeitlich variierende Phase ferner durch den Empfänger nicht verfolgt
werden.
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Es gibt deshalb Bedarf an einem gewissen Mechanismus,
um die Implementierung von Frequenzspringen über eine begrenzte Bandbreite
zu erlauben, um flache Schwundkanäle in Umgebungen zu korrigieren,
wie etwa Funksystemen, die in einer Innenumgebung implementiert
sind.
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In der Literaturstelle von Mogensen
et al (D1) wird eine Offenlegung der Durchführung einer Antennendiversifizierung
für zwei
Zweige in auf GSM bezogenen Systemen vorgenommen, wobei Kombinationstechniken
für sowohl
Auf- als auch Abwärtsverbindung
analysiert werden. Mogensen beschreibt Frequenzspringen als ein
optionales Netzwerkmerkmal bei GSM. Der Artikel beschreibt weiter
ein Diversifizierungsschema zur Sendung eines verzögerten Signals
für den
Abwärtsverbindungspfad.
Die Sendung eines verzögerten
Signals ist eine Sendung von einem zweiten dekorrelierten Antennenzweig
in der Basisstation, wobei die Sendeverzögerung in dem zweiten Antennenzweig
in der Größenordnung
von 2-Bit-Perioden bezüglich
des ersten Antennenzweigs ist. Das empfangene Signal in der Mobilstation
besteht aus zwei dekorrelierten Signalkomponenten mit einem Zeitverzögerungsversatz.
Die beiden Signalkomponenten können
mittels eines Entzerrers kohärent
kombiniert werden, wobei dadurch die Schwundwahrscheinlichkeit reduziert
wird. Mogensen beschreibt weiter, dass ein Maximalverhältnistyp
von Kombinationsschemata (d.h. angepasster Filter und Soft-Entscheidung)
eine Antennendiversifizierungsverstärkung vorsieht, die 3 dB überschreitet,
wenn Frequenzspringen aktiviert ist.
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Die Literaturstelle von Yoshida (D2)
beschreibt eine Doppelphasenumtastungs- (double shift keying modulation,
DSK) Modulationstechnik, die eine künstliche Verzögerung in
einem der Diversifizierungszweige inkludiert. 1(b) zeigt
ein Funksendesystem, das einen Sender mit einer ersten und zweiten
Antenne umfasst, und eine künstliche
Verzögerung,
die entlang des zweiten Antennenzweiges zwischengeschaltet ist. 2 zeigt ein Blockdiagramm
einer Basisstation, die eine Verzögerung entlang eines Paars
von Signalpfaden umfasst, die in dem Basisbandsignal arbeitet. Die
Verzögerung
in der Basisstation ist in sowohl den Sende- als auch den Empfangsmodus
einbezogen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Ermöglichen von Frequenzspringen
zwischen einem Signal einer ersten Frequenz und einem Signal einer
zweiten Frequenz vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst:
Senden
des Signals von einer ersten Sendeantenne;
Senden des gleichen
Signals von einer zweiten Sendeantenne nach Verzögern des Signals um eine vorausgewählte Zeitperiode;
Bearbeiten
der empfangenen Signale von der ersten und zweiten Sendeantenne
in einem Empfänger;
Springen
lassen der Sendefrequenz von der ersten Frequenz zu der zweiten
Frequenz; und
Ändern
der Zeitperiode der Verzögerung
im Basisband als eine Funktion der Frequenz des zu sendenden Signals.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein System zum Ermöglichen von Frequenzspringen
zwischen einem Signal einer ersten Frequenz und einem Signal einer
zweiten Frequenz vorgesehen, umfassend:
erste Antenneneinrichtung
zum Senden des Signals;
zweite Antenneneinrichtung zum Senden
des gleichen Signals nach Verzögern
des Signals um eine vorausgewählte
Zeitperiode;
Bearbeitungseinrichtung zum Bearbeiten der empfangenen
Signale von der ersten und zweiten Sendeantenne in einem Empfänger;
Sprungeinrichtung
zum Springen lassen der Sendefrequenz von der ersten Frequenz zu
der zweiten Frequenz; und
Änderungseinrichtung
zum Ändern
der Zeitperiode der Verzögerung
im Basisband als eine Funktion der Frequenz des zu sendenden Signals.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein System zum Ermöglichen von Frequenzspringen
zwischen einem Signal einer ersten Frequenz und einem Signal einer
zweiten Frequenz vorgesehen, umfassend:
erste Antenneneinrichtung
zum Empfangen des gesendeten Signals in einem Empfänger;
zweite
Antenneneinrichtung zum Empfangen des gleichen Signals in dem Empfänger;
Verzögerungseinrichtung
zum Verzögern
des durch die zweite Antenneneinrichtung empfangenen Signals um
eine vorausgewählte
Zeitperiode; und
Änderungseinrichtung
zum Ändern
der Zeitperiode der Verzögerung
als eine Funktion der Frequenz des empfangenen Signals.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ermöglichen
von Frequenzspringen in einem digitalen Kommunikationssystem mit
langsamem Frequenzspringen vorgesehen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Empfangen
eines digitalen Kommunikationssignals mit langsamem Frequenzspringen
in einer Vielzahl von unterschiedlichen Antennen und
Ändern der
Zeitperiode einer Verzögerung
als eine Funktion der empfangenen Frequenz des Kommunikationssignals
bei mindestens einer aus der Vielzahl von unterschiedlichen Antennen
und
Bearbeiten der durch Verzögerung getrennten Signale,
um die effektive Kohärenzbandbreite
der bezüglich
der einem Frequenzspringen unterzogenen Signale zu erhöhen.
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Das System der vorliegenden Erfindung
löst einige
der vorangehenden Probleme dadurch, dass der Schwund veranlasst
wird, in Trägerfrequenzen verschieden
zu sein, ohne dass signifikante Signalechos oder signifikante Zeitschwankungen
in dem Signal geschaffen werden. In einer Ausführungsform der Erfindung senden
mehrfache Sendeantennen das gleiche Signal mit unterschiedlichen
Phasen aus. In einer anderen Ausführungsform wird das Signal, das
in mehrfachen Empfangsantennen empfangen wird, kombiniert, nachdem
die Phase von einer oder beiden geändert wurde. In jedem Fall
wird die Phasendifferenz als eine Funktion einer Trägerfrequenz geändert. Diese
Phasenänderungen
können
durch Verwenden fester Verzögerungen
zwischen Antennen oder durch Verwenden einer Phasenverschiebeeinrichtung
implementiert werden, die sich während einer
Häufung
nicht ändert,
sich aber zwischen Häufungen ändert.
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In einem anderen Aspekt inkludiert
das System der vorliegenden Erfindung die Erstellung einer Verzögerungsstreuung
in einem digitalen Funksignal, um die Kohärenzbandbreite eines Signals
zu verringern, sodass Frequenzspringen implementiert werden kann,
um Schwundverlust in einer Umgebung zu korrigieren, in der sich
das Mobiltelefon relativ langsam bewegt, z. B. in einer Innenumgebung.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Ein vollständigeres Verstehen des Verfahrens
und Systems der vorliegenden Erfindung kann durch Bezug auf die
folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsfarm(en)
erhalten werden, genommen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen,
wobei:
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1A und 1B Diagramme sind, die den Schwundverlust
innerhalb einer mobilen Funkumgebung als eine Funktion des Abstands über zwei
unterschiedliche Frequenzen veranschaulichen;
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2 ein
Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Systems ist, das in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
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3 eine
andere Ausführungsform
eines Systems ist, das in Übereinstimmung
mit den Unterweisungen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
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4 eine
andere Ausführungsform
eines Systems ist, das in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist; und
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5 ein
Blockdiagramm ist, das die Einführung
von Phasenverzögerungen
in ein Basisbandsignal durch Drehung der I- und Q-Wellenformen vor
einer Modulation veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In der Implementierung des Systems
und Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird eine Phasenänderung
in einen von zwei identischen Funksignalpfaden eingeführt und
der Grad einer Änderung
ist eine Funktion der Trägerfrequenz
des Signals. Ein beispielhafter Ansatz ist es, eine feste Verzögerung zu
verwenden, sodass die Phasenänderung
gleich der Trägerfrequenz
(Hz) mal der Verzögerung ist, was eine frequenzabhängige Phasenbeziehung
zwischen zwei unterschiedlichen Sendeantennen verursacht. Diese
Verzögerung
kann z. B. mit einer akustischen Oberflächenwellen- (surface acoustic
wave, SAW) Vorrichtung implementiert werden. Im Gegensatz zu Systemen
des Stands der Technik ist die eingeführte Verzögerung sehr klein, sodass keine auflösbaren Echos
des Signals generiert werden. Die Verzögerung reicht nur aus, um eine
Phasenänderung
zu verursachen, die sich für
unterschiedliche Sprungfrequenzen unterscheidet.
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Spezieller setzt das System der vorliegenden
Erfindung zwei getrennte Antennen bei der Erstellung einer "künstlichen Verzögerungsstreuung" in einem Signal
ein, das in einer Umgebung mit begrenzter Bandbreite rundgesendet
wird, in der sich das Mobiltelefon relativ langsam bewegt oder stationär ist. Das
Signal zu jeder der beiden Antennen wird bezüglich zu dem anderen derart
verzögert,
dass das empfangene Signal erscheint, sowohl ein Hauptsignal als
auch ein sekundäres
Signal zu inkludieren. Das Ausmaß der Phasendifferenz zwischen
den beiden empfangenen Signalen wird als eine Funktion einer Trägerfrequenz
für gesprungene
Signale geändert.
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In der Umgebung der Erfindung, die
in 2 gezeigt wird, sendet
ein Sender 21 ein Signal durch eine Ausgangsleitung 22 aus,
die in zwei Pfade 23 und 24 gesplittet ist. Das
Signal, das sich entlang Pfad 23 bewegt, durchläuft einen
Phasenmodi fizierer 25 zu einer Sendeantenne 26.
Es kann z. B. ein Sendefilter verwendet werden, um eine ausgewählte Phasenverzögerung einzuführen, die
mit einer Frequenz variiert. Das andere Signal durchläuft entlang Leitung 24 zu
einer unterschiedlichen Antenne 27. Die Phasenmodifikation
wird in eines der Signale eingeführt,
um in der Größenordnung
eines Bruchteils der Symbolrate zu sein, sodass eine geringfügige Verzögerungsstreuung
zwischen den jeweiligen Signalen simuliert wird, die von Antennen 26 und 27 ausgesendet
werden. Ein Empfänger 31 empfängt die beiden
phasenverschobenen Signale von Antennen 26 und 27 in
einer einzelnen Empfangsantenne 32. In der Empfangsantenne 32 erscheint
es, als ob ein kleiner Betrag einer Zeitverzögerungsstreuung aufgetreten
ist, sodass ein Entzerrer oder ein Rake-Kombinierer nicht notwendig
ist. Stattdessen addieren sich entweder die zwei Signale konstruktiv oder
heben sich auf, abhängig
von der Position des Empfängers
und der Trägerfrequenz.
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Bezugnehmend als Nächstes auf 3 wird eine Ausführungsform
der Erfindung gezeigt, in der ein Signalsender 41 über eine
einzelne Sendeantenne 42 aussendet. Dieses Signal wird
durch sowohl eine erste Antenne 43 als auch eine zweite
Antenne 44 empfangen. Das Ausgabesignal von der ersten Antenne
durchläuft
einen Phasenmodifizierer 45 und folglich in einen Kombinierer 46,
in dem es mit dem ungeänderten
Signal von Antenne 44 kombiniert wird. Das kombinierte
Signal wird dann in den Empfänger 47 eingeführt, der
die Signale bearbeitet. Die phasenmodifizierten Signale von Antenne 44 und das
ungeänderten
Signal von Antenne 44 werden in Kombinierer 46 kombiniert,
um eine Verzögerungsstreuung
zwischen den beiden empfangenen Signalen zu simulieren, die in dem
Empfänger 47 bearbeitet
werden können.
Diese simulierte Verzögerungsstreuung
erzeugt eine kleinere Kohärenzbandbreite, die
effektives Frequenzspringen über
eine relativ bescheidene Bandbreite er laubt, um Schwund des Signals
in einer geschlossenen Umgebung zu bekämpfen.
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Die Ausführungsform der Erfindung, die
in 4 gezeigt wird, ist
der von 3 ähnlich,
in der ein Signalsender 41, der mit einer Sendeantenne 42 verbunden
ist, ein Signal sendet, das in einer ersten Empfangsantenne 43 und
einer zweiten Empfangsantenne 44 empfangen wird. Die Signale
werden in einen Empfänger 47 eingeführt und
eines der beiden Signale wird unabhängig von dem anderen bearbeitet,
um eine Verzögerung 45 einzuführen und
erneut eine Verzögerungsstreuung
zu simulieren. Dies reduziert die Kohärenzbandbreite der beiden Signale, was
Frequenzspringen über
eine vernünftige
Frequenzbandbreite erlaubt, um gewisse Schwundverluste zu korrigieren.
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Das System der vorliegenden Erfindung kann
auf anderen Wegen implementiert werden. An Stelle einer Verwendung
einer Verzögerung
könnte
z. B. ein gewisser Typ eines Phasenversatzes, der von Frequenzsprung
zu Frequenzsprung variiert, eingesetzt werden. In einem Sender könnte eine
derartige Verzögerung
in einem Basisband durch Drehung der I- und Q-Wellenforrnen vor
einer Modulation eingeführt
werden, wie in 5 veranschaulicht
wird. Es wird eine Drehung mit Schrittweiten von 0, 90, 180 und
270° bevorzugt,
sodass die gedrehten Signale I und Q auf die ursprünglichen
Signale auf den folgenden einsfachen Wegen bezogen sind:
I' = I; Q' = Q(0°).
I' = –Q; Q' = I(90°).
I' = –I; Q' = –Q(180°).
I' = Q; Q' = –I(270°).
wobei
der Grad einer Drehung zufällig
von Sprung zu Sprung gewählt
werden oder eine Funktion des Sprungfrequenzsteuer signals sein oder
einem regulären
festen Muster folgen könnte.
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Eine ähnliche Technik kann verwendet
werden, wenn es zwei empfangene Signale gibt. Z. B. können die
Signale einfach zusammen addiert werden (0°), oder die Differenz der beiden
Signale kann genommen werden ebenso wie andere Einrichtungen zum
Modifizieren der Signale. In US-Patentanmeldung Seriennummer 07/585,910,
erteilt als US-Patent 5,991,331 am 23. November 1999 mit dem Titel "Diversity Receiving
System" im Namen von
Paul W. Dent und dem Bevollmächtigten
der vorliegenden Erfindung zugeordnet, wird selektive Diversifizierung
verwendet, um die beste Kombination innerhalb eines Empfangssystems
auszuwählen.
In der vorliegenden Erfindung spielt jedoch die tatsächliche
wünschenswerteste
Kombination keine Rolle. Es ist nur das Ändern der Kombination mit aufeinanderfolgenden
Frequenzsprüngen
auf entweder einem zufälligen
oder einem bekannten Weg, der die Kanalkodierung und Verschachtelung
erlaubt, um Verluste wegen Schwund zu eliminieren. Es ist etwas weniger
komplexe Schaltungstechnik erforderlich, um diese Funktionen in
der vorliegenden Erfindung auszuführen als in dem selektiven
Diversifizierungsoptimierungssystem der oben angeführten Anmeldung
von Dent.
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In der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die mehrfache Empfängerantennen
einsetzt, ist es möglich,
dass die gewählte
Signalverzögerung in
der Größenordnung
einer Symbolperiode sein kann. Wenn der Demodulator Echosignale
handhaben kann, dann kann in einem derartigen Fall ein Diversifizierungsvorteil
ohne der Notwendigkeit von Frequenzspringen erhalten werden. Während es schwierig
ist, eines der Antennensignale um so viel wie eine Symbolperiode
zu verzögern,
kann dies durch Empfängerbearbeitung
unter Verwendung von Filtern mit unterschiedlichen Gruppenverzögerungscharakteristika
bewerkstelligt werden.
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Es sollte auch beachtet werden, dass
während
die obige Erfindung für
Funksysteme beschrieben wird, sie auch auf andere drahtlose Kommunikationssysteme
anwendbar ist. Wie oben beschrieben, können somit Antennen auf eine
beliebige Vorrichtung verweisen, die das Signal entweder von dem Sender
zu einem Sendemedium oder von dem Sendemedium zu dem Empfänger überträgt. Während Frequenzspringen
auftritt, kann der Mehrfachzugriffsansatz innerhalb eines Sprungs
auch FDMA, TDMA oder CDMA sein.
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Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform des
Verfahrens und Geräts
der vorliegenden Erfindung in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht
und in der vorangehenden detaillierten Beschreibung beschrieben
wurden, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offengelegte
(n) Ausführungsformen)
begrenzt ist, sondern zu zahlreichen Neuanordnungen, Modifikationen
und Substitutionen fähig ist,
ohne von dem Geist der Erfindung abzuweichen, wie durch die folgenden
Ansprüche
dargelegt und definiert.