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ERFINDUNGSGEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Gerät mit
adaptiver Gruppenantenne, welches adaptiv Richtmuster unter Verwendung
einer Anzahl von Antennen erzeugt und insbesondere eine Technik
zur Verbesserung der Effizienz der Signalverarbeitung zur Erzeugung
von Richtdiagrammen (directivity patterns).
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Um die Übertragungseffizienz anzuheben, haben
in den vergangenen Jahren digitale Kommunikationsgeräte Information
durch Modulieren einer Trägerwelle
unter Verwendung eines digitalen Informationssignals (Basisbandsignal) übertragen.
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Bei der digitalen Kommunikation können Frequenzen
effizient genutzt werden, indem die Übertragungsgeschwindigkeit
angehoben wird und indem jedes einzelne Frequenzband für mehrere
Kanäle
entsprechend mehrerer Benutzer verwendet wird.
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Die signifikante Zunahme bei der
Anzahl von Benutzern von mobilen Kommunikationsdiensten verursacht
eine Knappheit an Frequenzbändern.
Als eine Gegenmaßnahme
gegen dieses Problem hat das adaptive Gruppenverfahren Aufmerksamkeit
erlangt.
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Das adaptive Gruppenverfahren erzeugt
adaptiv ein Richtdiagramm unter Verwendung einer Anzahl von Antennen,
so dass ein adaptives Gruppengerät
Rundfunkwellen wäh rend
einer Sendung nur an einen spezifischen Benutzer überträgt und während des
Empfangs nur von einem spezifischen Benutzer Rundfunkwellen empfängt. Beispielsweise wird
ein adaptives Gruppengerät
verwendet, das vier Kommunikationssubsysteme hat, die jeweils eine Übertragungsschaltung,
eine Empfangsschaltung und eine Antenne haben. Das adaptive Gruppengerät erzeugt
jeweils Richtprogramme für
die Übertragung
und den Empfang durch Einstellen der Amplitude und der Phase des Übertragungssignals
in jedem Kommunikationssubsystem während der Übertragung und durch Einstellen
der Amplitude und Phase des Empfangssignals in jedem Kommunikationssubsystem
während
des Empfangs. Das adaptive Gruppenverfahren ist in "Adaptive Signal Processing
for Spatial Regions and its Technical Applications" (in "Transactions of the
Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan", Vol. J75-B-II,
Nr. 11, November 1992) beschrieben und daher wird es hier nicht
im Einzelnen beschrieben. In der Veröffentlichung "A Modified Adaptive
Antenna Array Using Analytic Signal Processing" (C. T. CHIANG; Y. H. CHEN, ANTENNAS
AND PROPAGATION SOCIETY INTL SYMPOSIUM) ist eine adaptive Gruppenrechentechnik
offenbart, bei der gewünschte
Signale durch Multiplizieren jedes Eingangssignals, das über eine
einer Anzahl von Antennen empfangen worden ist, mit einem Gewichtungsfaktor
extrahiert werden.
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Es ist ein Pfadteilungs-Mehrfachzugriffs-(PDMA)-Kommunikationsverfahren
vorgeschlagen worden, das einer Anzahl von Benutzern ermöglicht,
gleichzeitig die gleiche Frequenz in Übereinstimmung mit dem adaptiven
Gruppenverfahren zu nutzen. Bei dem PDMA-Kommunikationsverfahren
werden Rundfunkwellen unter Verwendung einer Anzahl von Richtdiagrammen,
die jeweils für
ein Radioset (Benutzer) erzeugt werden, übertragen und empfangen. Das
PDMA-Kommunikationsverfahren ist in "Path Division Multiple Access (PDMA)
Mobile Communication Method" (in "Shingakugihou", RSC93-84 (1994-01),
Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan) beschrieben und
wird daher hier nicht im Detail beschrieben.
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Wenn das adaptive Gruppenverfahren
bei einer mobilen Kommunikation angewandt wird, muss ein Richtdiagramm
gemäß der Änderung
der Ausbreitungsumstände
einge stellt werden. Dies ist deshalb der Fall, weil sich der Ort
eines Benutzers ändert und
die Ausbreitungsumstände
sich mit der Zeit ändern.
Wenn eine analoge Verarbeitung, die eine herkömmliche Phaseneinheit verwendet,
bei einer derartigen Mobilkommunikation angewandt wird, werden verschiedene
Probleme bezüglich
der Präzision, der
Stabilität
und der Auffindbarkeit verursacht. Daher ist es realistisch, dass
das adaptive Gruppenverfahren unter Verwendung einer digitalen Signalverarbeitung
realisiert wird.
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Die Amplitude und Phase des Signals,
das bei jedem Kommunikationssubsystem beteiligt ist, werden unter
Verwendung der digitalen Signalverarbeitung, wie vorstehend beschrieben,
eingestellt. Für den
Fall von beispielsweise einer digitalen Quadraturphasenmodulation
werden der in Phase befindlichen Komponente und der um 90° phasenverschobenen
Komponente jedes Symbols, das an jedem Kommunikationssubsystem beteiligt
ist, geeignete Gewichtungen zugewiesen. Die in Phase befindliche Komponente
und die Quadratur-Komponente jedes Symbols werden im Nachfolgenden
einfach als I-Komponente bzw. Q-Komponente bezeichnet. Hierdurch
werden die Amplitude und die Phase jedes Symbols eingestellt. Demgemäß besteht
die Signalverarbeitung hauptsächlich
aus der Berechnung der Bewertungsfaktoren bzw. Gewichtungsfaktoren
entsprechend der I- und Q-Komponenten, mit denen in jedem Kommunikationssubsystem
umgegangen wird.
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Um ein Richtdiagramm gemäß der Änderung der
Ausbreitungsumstände
einzustellen, muss das Zeitintervall für die Einstellung ausreichend
kürzer als
die Zeit sein, die für
die Änderung
des Umstandes der Ausbreitung benötigt wird. Daher ist es beispielsweise
vorzuziehen, dass das Richtdiagramm in jeder Symbolperiode eingestellt
wird. Die Übertragungsgeschwindigkeit
der Daten in einem modernen mobilen Kommunikationssystem wird auch
schneller und die Symbolperiode ist verkürzt. Beispielsweise ist in
dem PHS (Personal Handyphone System) die Symbolperiode auf ungefähr 5 Mikrosekunden
verkürzt.
Daraus folgend müssen
die Richtdiagramme in einer kurzen Zeit eingestellt werden.
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Die Menge der Signalverarbeitung,
die für das
adaptive Gruppenverfahren notwendig ist, ist signifikant groß, weil
Matrixberechnungen durchgeführt
werden müssen,
um die vorstehend beschriebenen Bewertungsfaktoren zu berechnen.
Dies verursacht das Problem, wie die Signalverarbeitung einer derartig
großen
Menge für
das adaptive Gruppenverfahren durchzuführen ist.
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Dieses Problem wird ausgeprägter, wenn eine
Anzahl von Benutzern gleichzeitig die gleiche Frequenz gemäß dem PDMA-Kommunikationsverfahren
zur effizienten Verwendung von Frequenzen benutzen. Das heißt, die
Menge der Signalverarbeitung steigt proportional zur Anzahl der
Benutzer, weil die Signalverarbeitung für jeden Benutzer durchgeführt werden
muss.
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Für
einen DSP (digitalen Signalprozessor) ist es schwierig, gleichzeitig
Signale für
eine Anzahl von Benutzern zu verarbeiten, und zwar infolge der Begrenzung
seiner Signalverarbeitungskapazität. Um dieses Problem zu lösen, können eine
Anzahl von DSPs verwendet werden, um die Signalverarbeitung, die
für die
Einstellung einer Anzahl von Benutzern notwendig ist, parallel durchzuführen. Dies
erhöht
jedoch unvermeidlich die Größe der Hardware
und der Kosten eines adaptiven Gruppengerätes.
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Angesichts der vorstehend angegebenen Probleme
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein adaptives Gruppengerät zu schaffen,
bei dem die Größe der Signalverarbeitung,
welche für
die Einstellung der Richtdiagramme erforderlich ist, zu reduzieren
und die Vergrößerung der
Hardware und der Kosten zu minimieren.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann
gelöst
werden durch ein adaptives Gruppengerät mit einer Anzahl von Antennenpaaren
und einer Rundfunkeinheit, zum Übertragen
und Empfangen von Symbolen unter Verwendung der Rundfunkeinheiten
in einer entsprechenden Symbolperiode durch die Verwendung von Kombinationskoeffizienten,
wobei die Kombinationskoeffizienten für jede Rundfunkeinheit berechnet
wer den und für
das Ausbilden eines Richtdiagramms verwendet werden, wobei das adaptive
Gruppengerät
gekennzeichnet ist durch: Speichermittel zum Speichern von Symbolen,
die durch jede Rundfunkeinheit in einer Anzahl von Symbolperiode
empfangen worden sind, wobei jede Rundfunkeinheit ein Symbol in
jeder Symbolperiode empfängt;
Rechenmittel zum Berechnen der Kombinationskoeffizienten entsprechend
einer gegebenen Symbolperiode aus der Anzahl von Symbolperioden, basierend
auf Symbolen entsprechend der gegebenen Symbolperiode aus den gespeicherten
Symbolen; und Interpolationsmittel zum Interpolieren der Kombinationskoeffizienten
entsprechend anderen Symbolperioden als der gegebenen Symbolperiode aus
der Anzahl von Symbolperioden, basierend auf den berechneten Kombinationskoeffizienten.
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Vorzugsweise speichern in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Speichermittel Symbole, die in den
letzten k Symbolperioden empfangen worden sind, wobei k nicht kleiner
als 2 ist, rechnen die Rechenmittel Kombinationskoeffizienten entsprechend
einer gegebenen Symbolperiode aus jeder Gruppe von k Symbolperioden,
wobei k – 1
Symbolperioden zwischen der gegebenen Symbolperiode und einer vorhergehenden
gegebenen Symbolperiode sind, für
welche die Rechenmittel die Kombinationskoeffizienten berechnet
haben, und die Interpolationsmittel interpolieren Kombinationskoeffizienten
entsprechend den k – 1
Symbolperioden zwischen der gegebenen Symbolperiode und der vorhergehenden
gegebenen Symbolperiode, basierend auf den Kombinationskoeffizienten,
welche für
die gegebene Symbolperiode und die vorhergehende, gegebene Symbolperiode
berechnet worden sind.
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Die Interpolationsmittel können die
Kombinationskoeffizienten entsprechend der k – 1 Symbolperioden basierend
auf den Kombinationskoeffizienten linear interpolieren, die für die gegebene
Symbolperiode und die vorhergehende, gegebene Symbolperiode berechnet
worden sind.
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Darüber hinaus können die
Interpolationsmittel die Kombinationskoeffizienten entsprechend der
vorhergehenden, gegebenen Symbolperiode als die interpolierten Kombinationskoeffizienten
verwenden. Weiterhin können
die Interpolationsmittel die Kombinati onskoeffizienten entsprechend
der gegebenen Symbolperiode als die interpolierten Kombinationskoeffizienten
verwenden.
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In einer alternativen Ausführungsform
berechnen die Rechenmittel vorzugsweise Kombinationskoeffizienten,
die für
die Ausbildung eines Richtdiagramms für ein Benutzer-Rundfunkgerät in der gegebenen
Symbolperiode verwendet worden sind, und berechnen Kombinationskoeffizienten,
die für das
Ausbilden eines Richtdiagramms für
ein anderes Benutzer-Rundfunkgerät
in einer unterschiedlichen, gegebenen Symbolperiode aus jeder Gruppe
von k Symbolperioden, wobei k – 1
Symbolperioden zwischen der unterschiedlichen gegebenen Symbolperiode
und einer vorhergehenden unterschiedlich gegebenen Symbolperiode
sind, für
welche die Rechenmittel-Kombinationskoeffizienten berechnen, die
für das
Ausbilden des Richtdiagramms für
das andere Benutzer-Rundfunkgerät
verwendet worden sind, und die Interpolationsmittel-Kombinationskoeffizienten
entsprechend der k – 1
Symbolperioden zwischen der gegebenen Symbolperiode und der vorhergehenden
gegebenen Symbolperiode interpolieren, basierend auf den Kombinationskoeffizienten,
die in der gegebenen Symbolperiode und der vorhergehenden gegebenen
Symbolperiode berechnet worden sind, und interpoliert Kombinationskoeffizienten
entsprechend der k – 1
Symbolperioden zwischen der unterschiedlichen gegebenen Symbolperiode
und der vorhergehenden unterschiedlichen gegebenen Symbolperiode,
basierend auf den Kombinationskoeffizienten, die in der unterschiedlichen
gegebenen Symbolperiode und der vorhergehenden unterschiedlichen gegebenen
Symbolperiode berechnet worden sind. Zweckmäßigerweise wird jedes Symbol
durch eine in Phase befindliche Komponente und eine Quadratur-Komponente
ausgedrückt,
die Speichermittel speichern die in Phasen befindliche Komponenten und
die Quadratur-Komponenten
der Symbole, die in den letzten k Symbolperioden empfangen worden sind,
die Rechenmittel berechnen Kombinationskoeffizienten entsprechend
der in Phase befindlichen Komponenten und der Quadratur-Komponenten
der Symbole entsprechend der gegebenen Symbolperiode aus den gespeicherten
Symbolen, basierend auf den in Phase befindlichen Komponenten und
den Quadratur-Komponenten der entsprechenden Symbole, und die Interpolationsmittel
interpolieren Kombinationskoeffizienten entsprechend den k – 1 Symbolperioden
zwischen der gegebenen Symbolperiode und der unter schiedlichen gegebenen
Symbolperiode, basierend auf den Kombinationskoeffizienten, die
in der gegebenen Symbolperiode und der unterschiedlichen gegebenen
Symbolperiode berechnet worden sind. Vorzugsweise haben die Rechenmittel und
die Interpolationsmittel einen programmierbaren digitalen Signalprozessor.
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Vorzugsweise speichern die Speichermittel Symbole,
die von jeder Radioeinheit in den letzten k Symbolperioden empfangen
worden sind, wobei k nicht kleiner als 2 ist, wobei jede Rundfunkeinheit
ein Symbol in jeder Symbolperiode empfängt; berechnen die Rechenmittel
Kombinationskoeffizienten entsprechend einer gegebenen Symbolperiode
aus jeder Gruppe von k Symbolperioden, basierend auf Symbolen entsprechend
der gegebenen Symbolperiode aus den gespeicherten Symbolen, wobei
k – 1
Symbolperioden zwischen der gegebenen Symbolperiode und einer vorhergehenden
gegebenen Symbolperiode, für
die Rechenmittel die Kombinationskoeffizienten berechnet haben,
liegt, und die Interpolationsmittel interpolieren Kombinationskoeffizienten
entsprechend der k – 1
Symbolperioden zwischen der gegebenen Symbolperiode und der vorhergehenden gegebenen
Symbolperiode basierend auf den berechneten Kombinationskoeffizienten,
die der gegebenen Symbolperiode und der vorhergehenden gegebenen
Symbolperiode entsprechen. Zweckmäßigerweise ist k nicht kleiner
als eine Anzahl von Symbolperioden, die gleich der Zeit ist, die
von den Rechenmitteln gebraucht wird, um die Kombinationskoeffizienten
zu berechnen.
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Daher ist ein adaptives Gruppengerät geschaffen,
das, selbst wenn die Anzahl der Benutzer steigt, auf geeignete Art
und Weise die Signalverarbeitung durchführt, die für die Einstellung für jeden Benutzer
notwendig ist.
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Zweckmäßigerweise berechnet die Recheneinheit
die Kombinationskoeffizienten für
eine Symbolperiode aus jeder Gruppe einer Anzahl von Symbolperioden
und die Interpolationseinheit interpoliert die Kombinationskoeffizienten
für die
verbleibenden Symbolperioden. Daher ist das Ausmaß der Signalverarbeitung,
das für
die Berechnung der Kombinationskoeffizienten erforderlich ist, verringert.
Dies ermöglicht
es einem DSP mit geringem Durchsatz, die notwendige Signalverarbeitung
durchzuführen.
Als ein Ergebnis kann die Erhöhung
der Hardwaregröße und der
Kosten eines adaptiven Gruppengerätes minimiert werden.
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Die Interpolationseinheit kann die
Kombinationskoeffizienten entsprechend der k – 1 Symbolperioden basierend
auf den Kombinationskoeffizienten, die für die gegebene Symbolperiode
und die vorhergehende gegebene Symbolperiode berechnet worden sind,
linear interpolieren. Daher werden die Kombinationskoeffizienten
für jede
Symbolperiode der k – 1
Symbolperioden interpoliert. Als Ergebnis wird ein Richtdiagramm
gemäß der Änderung
der Ausbreitungsumstände
eingestellt.
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Die Interpolationseinheit kann die
Kombinationskoeffzienten entsprechend der gegebenen Symbolperiode
als die interpolierten Kombinationskoeffizienten verwenden.
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Daher müssen in jeder Konstruktion
der Interpolationseinheit die Kombinationskoeffizienten nicht für jede Symbolperiode
der k – 1
Symbolperioden berechnet werden. Als Ergebnis wird der Umfang der
Signalverarbeitung, der von der Interpolationseinheit durchgeführt wird,
verringert.
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Die Recheneinheit kann daher Kombinationskoeffizienten
für die
jeweiligen Benutzer-Rundfunkgeräte berechnen
und die Interpolationseinheit kann die Kombinationskoeffizienten
für die
jeweiligen Benutzer-Rundfunkgeräte
interpolieren. Daher werden die Richtdiagramme gleichzeitig für die jeweiligen
Benutzer-Rundfunkgeräte
gebildet, ohne dass der Umfang der Signalverarbeitung erhöht wird.
Die Recheneinheit berechnet Kombinationskoeffizienten, die für das Ausbilden
der Richtdiagramme für
die jeweiligen Benutzer-Rundfunkgeräte in unterschiedlichen Symbolperioden
verwendet werden. Als ein Ergebnis kann das adaptive Gruppengerät gemäß der vorliegenden
Erfindung ohne DSP konstruiert sein.
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Die Pfadmannigfaltigkeit kann ohne
Schwierigkeit realisiert werden.
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Die Recheneinheit und die Interpolationseinheit
können
einen programmierbaren digitalen Signalprozessor enthalten. Als
ein Ergebnis kann die Vergrößerung des
Umfangs der Hardware und die Erhöhung
der Kosten eines adapitiven Gruppengerätes minimiert werden.
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Die Variable k kann nicht kleiner
als die Anzahl an Symbolperioden sein, die gleich der Zeit ist, welche
von der Recheneinheit für
das Berechnen der Kombinationskoeffizienten für die Gesamtheit aller Benutzer-Rundfunkgeräte gebraucht
wird.
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Die Recheneinheit benötigt keine
simultane Verwendung einer Anzahl von DSPs. Daher berechnet die
Recheneinheit die Kombinationskoeffizienten für eine Anzahl von Rundfunk-Einheiten
mit einer DSP. Selbst wenn eine DSP mit einem geringen Durchsatz
verwendet wird, können
auch die Kombinationskoeffizienten für eine Anzahl von Benutzer-Rundfunkgeräten berechnet
werden, indem die Variable k unter Berücksichtigung des Durchsatzes des
DSP eingestellt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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1 ist
ein Blockschaltbild, das die Konstruktion des adaptiven Gruppengerätes gemäß der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 zeigt
einen Zustand, bei dem ein Symbol durch Zuweisen von Bewertungen
zu dem Symbol eingestellt wird;
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3 zeigt
einen Zustand, bei dem eine Anzahl von Richtdiagrammen erzeugt worden
sind, um eine Anzahl von Benutzern die gleichzeitige Verwendung
der gleichen Frequenz zu ermöglichen;
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4 ist
ein Blockschaltbild, das die detaillierten Konstruktionen der Empfangseinstelleinheit und
der Steuereinheit des adaptiven Gruppengerätes zeigt;
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5 ist
der Zeitplan der Rechenverarbeitung der Steuereinheit 50;
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6 ist
ein Flussdiagramm der vereinfachten Verarbeitung der Steuereinheit 50 zur
Realisierung des Zeitablaufs der in der 5 gezeigten Rechenverarbeitung;
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7 ist
ein detailliertes Flussdiagramm des in der 6 gezeigten Basisflusses;
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8 ist
ein Beispiel, bei dem eine lineare Interpolation durchgeführt wird;
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9 ist
ein Flussdiagramm, das den detaillierten Vorgang zum Berechnen der
Bewertungsfaktoren zu einem derzeitigen Symbolzeitpunkt (der direkten
Rechenverarbeitung) im Schritt 72 in 7 zeigt;
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10 ist
ein Zeitablaufplan, der den Zeitablauf der Rechenverarbeitung der
Steuereinheit 50 gemäß der Ausführungsform
2 zeigt;
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11 ist
ein Zeitablaufplan der Rechenverarbeitung der Steuereinheit 50 der
Ausführungsform 3;
und
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12 zeigt
Modifikationen des adaptiven Gruppengerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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<Ausführungsform 1>
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<Vereinfachte Konstruktion des adaptiven
Gruppengerätes>
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1 ist
ein Blockschaltbild, das die Konstruktion des adaptiven Gruppengerätes gemäß der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Das adaptive Gruppengerät gemäß der vorliegenden Erfindung
hat Rundfunk-Kommunikationseinheiten 10, 20, 30 und 40,
Antennen 17, 27, 37 und 47,
Empfangseinstelleinheiten 18, 28, 38 und 48, Übertragungseinstelleinheiten 19, 29, 39 und 49 und
eine Steuereinheit 50. Dieses adaptive Gruppengerät ist als
eine Basisstation für
Mobilkommunikation unter Verwendung von Vorrichtungen, wie beispielsweise digitalen,
tragbaren Telefonen, vorgesehen. Die Rundfunk-Kommunikationseinheit 10 hat
einen Modulator 11, eine Übertragungsschaltung 12,
einen Schalter 13, einen Empfangsschalter 15 und
einen Demodulator 16.
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In der Rundfunk-Kommunikationseinheit 10 moduliert
der Modulator 11 ein Basisbandsignal, das von der Steuereinheit 50 über die Übertragungseinstelleinheit 19 eingegeben
worden ist, um dieses in ein Zwischenfrequenzsignal umzuwandeln
(im Nachfolgenden als "IF-Signal" abgekürzt). Die Übertragungsschaltung 12 wandelt
das vom Modulator 11 empfangene IF-Signal in ein Hochfrequenzsignal
um (im Nachfolgenden als "RF-Signal" abgekürzt) und verstärkt das
RF-Signal auf den Übertragungsausgangspegel.
Der Schalter 13 schaltet zwischen Übertragung und Empfang. Die
Empfangsschaltung 15 wandelt ein Empfangssignal in ein
IF-Signal um. Der Demodulator 16 demoduliert das von der
Empfangsschaltung 15 eingegebene IF-Signal, um dieses in das
Basisbandsignal umzuwandeln. Hierbei können der Modulator 11 und
der Demodulator 16 irgendeine Art von digitalem Modulations-
und Demodulationsverfahren, wie beispielsweise der II/4-Phasenverschiebung-QPSK
(90°-Phasenumtastung).
Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist das Basisbandsignal, das Basisbandsignal, das durch den Demodulator 16 erzeugt
worden ist, ein Zeitseriendatum, das durch die I-Komponente und
die Q-Komponente jedes Symbols repräsentiert ist.
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Die Empfangseinstelleinheit 18 stellt
die Amplitude und die Phase des Empfangsbasisbandsignals ein, welches
vom Demodulator 16 gemäß den Befehlen
von der Steuereinheit 50 eingegeben worden ist. Genauer
gesagt, stellt die Empfangseinstelleinheit 18 die Amplitude
und die Phase des Symbols durch jeweiliges Zuordnen von Bewertungen
zu der I-Komponente und der Q-Komponente, wenn eine I-Komponente
und eine Q-Komponente eines Empfangsbasisbandsignals für ein Symbol
vom Demodulator 16 eingegeben worden sind.
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2 zeigt
einen Zustand, bei dem ein Symbol durch Zuweisen von Bewertungen
zu dem Symbol eingestellt ist. In dieser Zeichnung sind ein Symbol,
das vom Demodulator 16 erzeugt worden ist, und ein Symbol,
dem eine Bewertung zugewiesen worden ist, in einer I-Q-Koordinatenebene
angegeben. I1 und Q1 repräsentieren
jeweils die I- und Q-Komponenten des durch den Demodulator 16 erzeugten Symbols.
WI1 und WQ1 repräsentieren
jeweils die I- und Q-Komponenten des Symbols, denen durch die Empfangseinstelleinheit 18 Bewertungen
zugewiesen worden sind. Wie in dieser Zeichnung gezeigt, stellt
die Empfangseinstelleinheit 18 die Amplitude und die Phase
jedes Symbols durch jeweiliges Zuweisen von Bewertungen zu der I-Komponente
und der Q-Komponente jedes Symbols ein. Die Steuereinheit 50 bestimmt
die Bewertungsfaktoren, die als die jeweiligen zugewiesenen Bewertungen
zu der I-Komponente und zu der Q-Komponente verwendet werden.
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Die Übertragungseinstelleinheit 19 stellt
die Amplitude und die Phase des Übertragungsbasisbandsignals,
das von der Steuereinheit 50 eingegeben worden ist, ein,
um ein Richtdiagramm zu erzeugen. Diese Einstellung wird auf die
gleiche Art und Weise, wie in der 2 gezeigt,
durchgeführt.
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Die Rundfunks-Kommunikationseinheiten 20, 30 und 40 haben
alle die gleiche Konstruktion wie die Rundfunk-Kommunikationseinheit 10 und
werden daher hier nicht beschrieben.
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Die Steuereinheit 50 enthält einen
programmierbaren digitalen Signalprozessor als ihr Hauptelement
und realisiert die folgenden Funktionen durch die Durchführung eines
Programms. Das heißt,
die Steuereinheit 50 steuert die Übertragungs- und Empfangsoperationen
der Rundfunk-Kommunikationseinheiten 10 bis 40.
Die Steuereinheit 50 berechnet auch die Bewertungsfaktoren
entsprechend der I- und Q-Komponenten
jedes Symbols, mit dem jede Rundfunk-Kommunikationseinheit umgeht
und gibt die berechneten Bewertungsfaktoren an die Empfangseinstelleinheit 18 und
die Übertragungseinstelleinheit 19,
um eine Anzahl von Richtdiagrammen zu erzeugen. Die Anzahl von Richtdiagrammen
sind jeweils ein Richtdiagramm, das für einen Benutzer für den Fall
erzeugt wird, dass eine Anzahl von Benutzern gleichzeitig die gleiche
Frequenz verwenden. 3 zeigt
einen Zustand, bei dem eine Anzahl von Richtmustern erzeugt sind.
In dieser Zeichnung verwenden vier Benutzer Rundfunkgerätesätze "a"–"d" (im Nachfolgenden als Benutzer "a"–"d" abgekürzt) gleichzeitig die gleiche
Frequenz.
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Wie vorstehend beschrieben, berechnet
in jeder Symbolperiode die Steuereinheit 50 die Bewertungsfaktoren
entsprechend der I- und Q-Komponenten des Symbols, mit welchem in
jeder Rundfunk-Kommunikationseinheit für einen Benutzer umgegan gen
wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist
der Verarbeitungsumfang der Steuereinheit 50 verringert,
um die Effizienz der Steuereinheit 50 zu erhöhen. Das
heißt,
wenn vier Benutzer gleichzeitig ein adaptives Gruppengerät benutzen,
wie dies in der 3 gezeigt
ist, weist die Steuereinheit 50 eine Symbolperiode aus
allen vier Symbolperioden dem Benutzer "a" als
eine Periode für
die Verarbeitung von Signalen für
den Benutzer "a" zu. In der zugewiesenen
Symbolperiode berechnet die Steuereinheit 50 für den Benutzer "a" die Bewertungsfaktoren für die zugewiesene
Symbolperiode basierend auf dem Symbol, das in der zugewiesenen
Symbolperiode empfangen worden ist, und interpoliert die Bewertungsfaktoren
für drei
andere Symbolperioden basierend auf berechneten Bewertungsfaktoren.
Die Berechnung der Bewertungsfaktoren basierend auf empfangenen
Symbolen und die Interpolation der Bewertungsfaktoren basierend
auf berechneten Bewertungsfaktoren werden im Nachfolgenden als direkte
Rechenverarbeitung bzw. indirekte Rechenverarbeitung bezeichnet.
Wenn die Bewertungsfaktoren für
jeden Benutzer in jeder Symbolperiode durch die direkte Rechenverarbeitung
berechnet werden, benötigt
die Steuereinheit 50 die Durchführung eines enormen Umfangs
an Verarbeitung. Daher ist bei der vorliegenden Ausführungsform
der Verarbeitungsunfang der Steuereinheit 50 verringert,
um die Effizienz der Steuereinheit 50 zu erhöhen.
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Ähnlich
weist die Steuereinheit 50 eine andere Symbolperiode aus
jeden vier Symbolperioden dem Benutzer "b" zu
und berechnet die Bewertungsfaktoren für den Benutzer "b" durch die direkte Rechenverarbeitung
und die indirekte Rechenverarbeitung. Die verbleibenden zwei Symbolperioden
aus den jeweils vier Symbolperioden werden jeweils den Benutzern "c" und "d" zugewiesen
und es wird der gleiche Vorgang durchgeführt.
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Wie vorstehend beschrieben, muss
die Steuereinheit 50 die Bewertungsfaktoren für jeden
Benutzer berechnen. Dies ist deshalb der Fall, weil jeder der Benutzer "a"–"d" ein eigenes Richtdiagramm benötigt, wie
dies in der 3 gezeigt
ist. Um die Signalverarbeitung bezüglich der Bewertungsfaktoren, die
das eigene Richtdiagramm repräsentieren,
effizient durchzuführen,
weist die Steuereinheit 50 jedem Benutzer zyklisch Symbolperioden
zu.
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<Konstruktion des Hauptteils des adaptiven
Gruppengerätes>
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4 ist
ein Blockschaltbild, das die detaillierten Konstruktionen der Empfangseinstelleinheiten und
der Steuereinheit des in der 1 gezeigten
adaptiven Gruppengerätes
zeigt.
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Die Empfangseinstelleinheiten 18, 28, 38 und 48 haben
alle die gleiche Konstruktion und daher wird in der folgenden Beschreibung
die Empfangseinstelleinheit 18 als ein Beispiel verwendet.
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Die Empfangseinstelleinheit 18 hat
einen I-Puffer 101, einen Q-Puffer 102 und die
Vervielfacher 103 und 104.
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Der I-Puffer 101 wird erneuert
und hält
sequenziell die I-Komponenten der letzten vier Symbole, die vom
Demodulator 16 eingegeben worden sind. Die I-Komponenten
der letzten vier Symbole werden durch I1(t – 3*Δ1), I1(t – 2*Δt), I1(t – Δt) und I1(t) ausgedrückt. Hierbei
entspricht "1" von I1 der Rundfunk-Kommunikationseinheit 10, "t" repräsentiert eine Symbolzeit und Δt repräsentiert
eine Symbolperiode. Der I-Puffer 101 gibt
die I-Komponente I1(t) aus und die Steuereinheit 50 kann
die I-Komponente aus
dem I-Puffer 101 direkt auslesen. Anzumerken ist, dass
es für
den I-Puffer 101 ausreichend ist, Stücke der Daten zu speichern,
deren Anzahl erzielt wird, indem der Anzahl von Symbolen, für welche
die Interpolationsverarbeitung durchgeführt worden ist, 1 addiert wird
(indirekte Rechenverarbeitung). Bei dieser Ausführungsform ist die Anzahl der
Stücke
von Daten, die von dem I-Puffer 101 gehalten werden, auf vier
gesetzt.
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Der Q-Puffer 102 hält wie der
I-Puffer 101 Q-Komponenten der letzten vier Symbole, die
vom Demodulator 16 eingegeben worden sind. Die Q-Komponenten
der letzten vier Symbole sind durch Q1(t – 3*Δt), Q1(t – 2*Δt), Q1(t – Δt) und Q1(t) ausgedrückt.
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Der Vervielfacher 103 weist
einer I-Komponente eine Bewertung zu. Das heißt, der Vervielfacher 103 multipliziert
eine I-Komponente, die vom Demodulator 16 eingegeben worden
ist, mit dem entsprechenden Bewerungsfaktor, der durch die Steuereinheit 50 gegeben
ist.
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Der Vervielfacher 104 weist
einer Q-Komponente eine Bewertung zu. Das heißt, der Vervielfacher 104 multipliziert
eine vom Demodulator 16 eingegebene Q-Komponente mit dem
entsprechenden Bewertungsfaktor, der von der Steuereinheit 50 gegeben
ist.
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Die Empfangseinstelleinheiten 28, 38 und 48 führen den
gleichen Vorgang wie die Empfangseinstelleinheit 18 durch.
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Die Steuereinheit 50 hat
einen W-Puffer 51 und weist jedem Benutzer zyklisch Symbolperioden zu.
In jeder Symbolperiode, die einem Benutzer zugewiesen ist, führt die
Steuereinheit 50 für
den Benutzer die direkte Rechenverarbeitung durch, um die Bewertungsfaktoren
entsprechend dem Symbol, das in der zugewiesenen Symbolperiode empfangen worden
ist, zu berechnen, und führt
die indirekte Rechenverarbeitung durch, um die Bewertungsfaktoren entsprechend
der Symbole durchzuführen,
die in den übrigen
drei Symbolperioden empfangen worden sind. Der W-Puffer 51 speichert
Bewertungsfaktoren von einem Symbol, die zuvor durch die direkte
Rechenverarbeitung für
jede Komponente berechnet worden sind, die in jeder Rundfunk-Kommunikationseinheit
beteiligt ist. Die Bewertungsfaktoren, die in dem W-Puffer gespeichert
sind, werden für
die indirekte Rechenverarbeitung verwendet.
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Im Folgenden werden spezifische Zeitabläufe der
Rechenverarbeitung der Steuereinheit 50 beschrieben.
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<Zeitablauf der Rechenverarbeitung der
Steuereinheit 50>
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5 ist
ein Zeitplan der Rechenverarbeitung der Steuereinheit 50.
Diese Figur basiert auf der Annahme, dass das adaptive Gruppengerät gemeinsam
von vier Benutzern gemäß dem PDMA-Kommunikationsverfahren
benutzt wird.
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Die Zeile "Symbolzeit" dieser Zeichnung gibt die Symbolzeiten
t0, t1, t2, ... an. Eine Symbolperiode ist auf ungefähr 5 Mikrosekunden
gesetzt, wenn das adaptive Gruppengerät der vorliegenden Ausführungsform
als eine Basisstation des PHS (Personal Handyphone System) verwendet
wird.
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Die Zeile "Ausgang von allen I- und Q-Puffern" dieser Zeichnung
gibt die Ausgangsdaten D(t) an, die von allen I- und Q-Puffern in
jeder Symbolzeit ausgegeben werden. Die Ausgangsdaten D(t0), die zu
der Symbolzeit t0 ausgegeben werden, sind ausgedrückt durch
D(t0) = (I1(t0), I2(t0), I3(t0), I4(t0), Q1(t0), Q2(t0), Q3(t0),
Q4(t0)).
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Die Zeile "Rechenverarbeitung der Steuereinnheit
(50) zeigt, welcher Benutzer der entsprechenden Symbolperiode
zugewiesen ist und zeigt die Bewertungsfaktoren, die durch die direkte
Rechenverarbeitung berechnet worden sind. Bei diesem Beispiel wird
jedes Symbolperiode zyklisch Benutzern gemäß dem Muster a, b, c, d, a,
b, c, d, ... zugewiesen. Beispielsweise ist die Symbolperiode zur
Symbolzeit t4 dem Benutzer "a" zugewiesen. In dieser Symbolperiode
werden die Bewertungsfaktoren entsprechend der I- und Q-Komponenten,
mit denen alle Rundfunk-Kommunikationseinheiten umgehen, berechnet,
um das Richtdiagramm des Benutzers "a" zu bilden.
Genauer gesagt, berechnet in dieser Symbolperiode die Steuereinheit 50 die
Bewertungsfaktoren entsprechend der vier Symbole, die zu den Symbolzeiten
t1–t4
empfangen worden sind, durch die direkte und indirekte Rechenverarbeitung.
Um die Bewertungsfaktoren zu berechnen, wird die direkte Rechenverarbeitung
für die Symbolzeit
t4 durchgeführt und
für die
Symbolzeiten t1–t3
wird die indirekte Rechenverarbeitung durchgeführt.
-
Die Zeile "Bewertungsfaktor für den Benutzer 'a'" gibt
die Bewertungsfaktoren entsprechend jedem Symbol an, die berechnet
worden sind, um ein Richtdiagramm für den Benutzer "a" zu bilden. Beispielsweise sind die
Bewertungsfaktoren entsprechend der Symbolzeiten t1–t4 in der
Symbolperiode zu der Symbolzeit t4 berechnet worden. In dieser Zeichnung
sind die Bewertungsfaktoren WIa1(t) bis WIa4(t) und WQa1(t) bis
WQa4(t) durch die direkte Rechenverarbeitung und die Bewertungsfaktoren
X3 (= XIa1(t) bis XIa4(t) und XQa1(t) bis XQa4(t)) durch die indirekte
Rechenverarbeitung berechnet worden.
-
Die Zeile "Bewertungsfaktor für den Benutzer 'b'" gibt
die Bewertungsfaktoren entsprechend jedem Symbol an, die berechnet
worden sind, um ein Richtdiagramm für den Benutzer "b" zu bilden. Beispielsweise sind die
Bewertungsfaktoren entsprechend der Symbolzeiten t2–t5 in der
Symbolperiode t5 berechnet worden.
-
Die Zeilen "Bewertungsfaktor für den Benutzer 'c'" und "Bewertungsfaktor
für den
Benutzer 'd'" sind die gleichen wie die Zeilen für "Bewertungsfaktor für den Benutzer'a'" und "Bewertungsfaktor
für den Benutzer'b'".
-
<Flussdiagramm der Gesamtverarbeitung
der Steuereinheit 50>
-
6 ist
ein vereinfachtes Flussdiagramm, das die Verarbeitung der Steuereinheit 50 zeigt,
um den Zeitablauf der in der 5 gezeigten
Rechenverarbeitung zu realisieren. Diese Zeichnung basiert ebenfalls
auf der Annahme, dass das adaptive Gruppengerät gemäß der vorliegenden Ausführungsform gemeinsam
von vier Benutzern gemäß dem PDMA-Kommunikationsverfahren
benutzt wird.
-
Der Basisfluss in jedem Schritt in
diesem Flussdiagramm zeigt die Signalverarbeitung, die von der Steuereinheit 50 in
einer Symbolperiode durchgeführt
wird. In je dem Schritt berechnet die Steuereinheit 50 die
Bewertungsfaktoren entsprechend von vier Symbolen durch die direkte
und indirekte Rechenverarbeitung, um ein Richtdiagramm für einen Benutzer
zu bilden. Die Steuereinheit 50 führt die Verarbeitung des Basisflusses
durch zyklisches Ändern
des Benutzers, für
welchen die Bewertungsfaktoren berechnet werden, durch (Schritte 61 bis 64). Der
Basisablauf wird im Folgenden im Einzelnen beschrieben.
-
<Signalverarbeitung der Steuereinheit 50 in
einer Symbolperiode (Basisablauf)>
-
7 ist
ein detailliertes Flussdiagramm des in der 6 gezeigten Basisablaufs. Die folgende Beschreibung
bezieht sich auf den Fall des Benutzers "a".
-
Wie in dieser Zeichnung gezeigt,
liest die Steuereinheit 50 die I- und Q-Komponenten, die
zu der laufenden Symbolzeit "t" (I1(t)–I4(t),
Q1(t)–Q4(t)) erhalten
worden sind aus den I- und Q-Puffern aller Rundfunk-Kommunikationseinheiten
(Schritt 71). Dann berechnet die Steuereinheit 50 die
Bewertungsfaktoren entsprechend dem laufenden Symbol aus den gelesenen
I- und Q-Komponenten durch direkte Rechenverarbeitung (Schritt 72)
und speichert die Rechenergebnisse (WIa1(t) bis WIa4(t) und WQa1(t)
bis WQa4(t)) in dem W-Puffer 51 (Schritt 73).
Die Steuereinheit 50 lässt
alle Vervielfacher die kombinierten Signale für den Benutzer "a" zur laufenden Symbolzeit "t" unter Verwendung der berechneten Bewertungsfaktoren
berechnen (Schritt 74). Die kombinierten Signale YIa(t)
und YQa(t) für
den Benutzer "a" zur Symbolzeit "t" werden erzielt durch YIa(t) = ΣWIai(t)*Ii(t),
YQa(t) = ΣWQai(t)*Qi(t),
wobei gilt i = 1–4.
Die kombinierten Signale repräsentieren ein
Symbol, das zur Symbolzeit "t" unter Verwendung des
Richtdiagramms des Benutzers "a" empfangen worden
ist. Das heißt,
die kombinierten Signale repräsentieren
das empfangene Symbol, bei dem die empfangenen Signale der anderen
Benutzer entfernt sind.
-
Dann liest die Steuereinheit 50 die
Bewertungsfaktoren, die zuvor durch die direkte Rechenverarbeitung
berechnet worden sind, aus dem W-Puffer 51 (Schritt 75).
Im Fall des Zeitablaufplans gemäß 5 liest die Steuereinheit 50,
weil der W-Puffer 51 Bewertungsfaktoren speichert, die
vier Symbolzeiten zuvor berechnet worden sind, WIa1(t – 4*Δt) bis WIa4(t – 4*Δt) und WQa1(t – 4*Δt) bis WQa4(t – 4*Δt) aus dem
W-Puffer 51. Die Steuereinheit 50 berechnet Bewertungsfaktoren
entsprechend der drei Symbole zu den Symbolzeiten (t – Δt), (t – 2*Δt) und (t – 3*Δt), indem
sie die indirekte Rechenverarbeitung durchführt, das heißt die Interpolation, und
zwar unter Verwendung der Bewertungsfaktoren, die aus dem W-Puffer
ausgelesen worden sind und der Bewertungsfaktoren, die durch die
direkte Rechenverarbeitung zur derzeitigen Symbolzeit "t" berechnet worden sind (Schritt 76).
-
8 zeigt
das Beispiel, bei dem die lineare Interpolation durchgeführt wird.
Bei der indirekten Rechenverarbeitung, die zur Symbolzeit t4 durchgeführt wird,
zeigt diese Zeichnung einen Zustand, bei dem die Bewertungsfaktoren
XIa1(t1), XIa1(t2) und XIa1(t3) entsprechend der Symbole zu dem
Symbolzeiten t1, t2 und t3 unter Verwendung der Bewertungsfaktoren
WIa1(t4) und WIa1(t0), welche den I-Komponenten entsprechen, die
von der Rundfunk-Kommunikationseinheit 10 empfangen worden sind,
berechnet werden.
-
Die Bewertungsfaktoren XQ1(tl), XQ1(t2) und
XQ1(t3), die den Q-Komponenten, welche durch die Rundfunk-Kommunikationseinheit 10 empfangen worden
sind, entsprechen, werden durch die gleiche Interpolation berechnet.
Die Bewertungsfaktoren entsprechend der durch die Rundfunk-Kommunikationseinheiten 20, 30 und 40 empfangenen
I- und Q-Komponenten werden ebenfalls auf die gleiche Art und Weise
interpoliert.
-
Die Steuereinheit 50 liest
ferner Symbole, die vor der derzeitigen Symbolzeit erhalten worden
sind, das heißt
die I- und Q-Komponenten, die den drei Symbolen zu den Symbolzeiten
(t – Δt), (t – 2*Δt) und (t – 3*Δt) entsprechen,
und zwar aus den I- und Q-Puffern
aller Rundfunk-Kommunikationseinheiten (Schritt 77). Dann
berechnet die Steuereinheit 50 die unten angegebenen kombinierten
Signale aus den gelesenen I- und
Q-Komponenten und den Bewertungsfaktoren, die durch die Durchführung der indirekten
Rechenverarbeitung erhalten worden sind. Anzumerken ist, dass in
den folgenden Gleichungen i = 1–4
gilt.
-
Die kombinierten Signale einer vorhergehenden
Symbolzeit sind YIa(t – Δt) = ΣXIi(t – Δt)*Ii(t – Δt) und YQa(t – Δt) = ΣXQi(t – Δt)*Qi(t – Δt).
-
Die kombinierten Signale zwei Symbolzeiten zuvor
sind YIa(t – 2*Δt) = ΣXIi(t – 2*Δt)*Ii(t – 2*Δt) und
YQa(t – 2*Δt) = ΣXQi(t – 2*Δt)*Qi(t – 2*Δt).
-
Die kombinierten Signale drei Symbolzeiten zuvor
sind YIa(t – 3*Δt) = ΣXIi(t – 3*Δt)*Ii(t – 3*Δt) und
YQa(t – 3*Δt) = ΣXQi(t – 3*Δt)*Qi(t – 3*Δt).
-
Auf diese Art und Weise führt die
Steuereinheit 50 die Verarbeitung in dem Basisstrom für den Benutzer "a" während
der Symbolperiode zur Symbolzeit "t" durch.
Die Verarbeitung in dem Basisstrom wird auch für die Benutzer "b", "c" und "d" während der
Symbolperioden zu den Symbolzeiten (t + 1), (t + 2) bzw. (t + 3)
durchgeführt.
-
Anzumerken ist hierbei, dass, obwohl
die Steuereinheit 50 im Schritt 76 eine lineare
Interpolation durchführt,
im Schritt 76 irgendein anderes Interpolationsverfahren
durchgeführt
werden kann.
-
Im Schritt 76 kann beispielsweise
die Steuereinheit 50 die Bewertungsfaktoren interpolieren,
indem sie die aus dem W-Puffer 51 gelesenen Bewertungsfaktoren,
das heißt WIa1(t – 4*Δt) bis WIa4(t – 4*Δt) und WQa1(t – 4*Δt) bis WQa4(t – 4*Δt) und die Bewertungsfaktoren
entsprechend dem derzeitigen Symbol, das heißt WIa1(t) bis WIa4(t) und
WQa1(t) bis WQa4(t) addiert, das Additionsergebnis durch 2 teilt,
um Mittelwerte zu erhalten und die Mittelwerte als die Bewertungsfaktoren
entsprechend der drei Symbole zu den Symbolzeiten (t – Δt), (t – 2*Δt) und (t – 3*Δt) verwendet.
-
Die Steuereinheit 50 kann
auch Bewertungsfaktoren interpolieren, indem sie die Bewertungsfaktoren
entsprechend des derzeitigen Symbols, das heißt WIa1(t) bis WIa4(t) und
WQa1(t) bis WQa4(t) als die Bewertungsfaktoren entsprechend der
drei Symbole zu den Symbolzeiten (t – Δt), (t – 2*Δt) und (t – 3*Δt) verwendet. In diesem Fall
muss die Steuereinheit 50 nicht im Schritt 75 die
zuvor berechneten Bewertungsfaktoren aus dem W-Puffer 51 lesen.
Als ein Ergebnis kann die Verarbeitung dieses Schrittes weggelassen
werden.
-
Weiterhin kann die Steuereinheit 50 die
Bewertungsfaktoren interpolieren, indem sie die Bewertungsfaktoren
entsprechend des derzeitigen Symbols, das heißt WIa1(t) bis WIa4(t) und
WQa1(t) bis WQa4(t) als die Bewertungsfaktoren entsprechend der
drei Symbolzeiten, die auf die derzeitige Symbolzeit folgen, verwendet.
In diesem Fall müssen
die I- und Q-Puffer nicht die Symbole entsprechend der Symbolzeiten
(t – Δt), (t – 2*Δt) und (t – 3*Δt) speichern.
-
<Detaillierter Ablauf der direkten Rechenverarbeitung>
-
9 ist
ein Flussdiagramm, das die detaillierte Verarbeitung zum Berechnen
der Bewertungsfaktoren entsprechend der derzeitigen Symbolzeit (die
direkte Rechenverarbeitung) im Schritt 72 in der 7 zeigt.
-
Die Verarbeitung dieser Figur verwendet eine
allgemein bekannte Technik, die sich auf ein adaptives Gruppenverfahren
unter Verwendung eines Kalman-Filters bezieht. Diese Technik ist
im Einzelnen in "Analysis
of Adaptive Antenna Using Kalman Filter" (in "Transactions of the Institute of Electronics and
Communication Engineers of Japan", B-II,
Vol. J75-B-II, Nr. 11, S. 835–843,
November 1992) beschrieben. Daher wird diese Technik im Folgenden kurz
beschrieben.
-
Die Steuereinheit 50 führt eine
Initialisierung durch, wenn die Initialisierung noch nicht durchgeführt worden
ist (Schritte 91 und 92). Während der Initialisierung werden
der Anfangswert P(0) der Fehlerschätzungs-Dispersionsmatrix eines
Kalman-Filters und der Anfangswert W(0) der Bewertungsfaktormatrix
gesetzt. Bei dieser Ausführungsform
ist der Anfangwert P(0) C*I (C ist eine Konstante und I ist eine Einheitsmatrix
von 4 × 4)
und der Anfangswert W(0) ist ein 4 × 1-Vektor, der in dieser Zeichnung
gezeigt ist. In diesem Fall wird die Bewertungsfaktormatrix W(t)
als der in dieser Zeichnung gezeigte 4 × 1-Vektor ausgedrückt.
-
Die Steuereinheit 50 setzt
dann die I- und Q-Komponenten entsprechend der Symbolzeit "t", die von den I- und Q-Puffern eingegeben
worden sind, als Eingangssignale (Schritt 93) und setzt
das Referenzsignal d(t) (Schritt 94). Hierbei ist das Referenzsignal
d(t) die geschätzte
Signalform der empfangenen Signale, die von einem spezifischen Benutzer
erhalten werden sollte. Wenn die durch diese Symbolzeit "t" empfangenen Signale bekannte Daten sind,
wie beispielsweise die Präambel
oder die Benutzer-ID der empfangenen Daten, setzt die Steuereinheit 50 die
Signalform der empfangenen Signale als die geschätzte Signalform. Wenn andererseits
die zur Symbolzeit "t" empfangenen Signale
keine bekannten Daten sind, bestimmt die Steuereinheit 50 temporär die empfangenen
Daten und setzt die Signalform der empfangenen Daten als die geschätzte Signalform.
Hierbei wird das empfangene Signal Y(t), das von der Steuereinheit 50 temporär bestimmt
worden ist, durch Multiplizieren der I- und Q-Komponenten entsprechend
der Symbolzeit "t" durch vorheriges Berechnen
der Bewertungsfaktoren und durch Kombinieren der multiplizierten
I- und Q-Komponenten erhalten.
-
Die Steuereinheit 50 rechnet
dann die Kalman-Faktoren und den Fehler der geschätzten Signalform
und erneuert die Bewertungsfaktoren und die Korrelationsmatrixen
(Schritte 95 bis 98), wie dies in dieser Figur
gezeigt ist. Die Verarbeitung in den Schritten 95 bis 98 wird
mit einer allgemein bekanntem Technik durchgeführt, bei der ein RLS-(Recursive
Least Square)-Verfahren (RLS-Algorithmus) an einem Kalman-Filter angewandt
wird, und die daher hier nicht beschrieben wird.
-
Auf diese Art und Weise werden die
Bewertungsfaktoren durch die direkte Rechenverarbeitung berechnet.
-
Wie vorstehend beschrieben, weist
im Fall des PDMA-Kommunikationsverfahrens das adaptive Gruppengerät gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
einer Anzahl von Benutzern zyklisch Symbolperioden zu. In einer
Symbolperiode führt
das adaptive Gruppengerät
die direkte Rechenverarbeitung durch, um die Bewertungsfaktoren
des Symbols entsprechend einer aus den vorbestimmten Symbolperioden zu
berechnen und führt
die indirekte Rechenverarbeitung durch, um die Bewertungsfaktoren
entsprechend der anderen Symbolperioden durchzuführen. Als ein Ergebnis ist
der Umfang der Signalverarbeitung zum Berechnen der Bewertungsfaktoren
beträchtlich
verringert, wobei die Bewertungsfaktoren entsprechend jedes Symbols
für alle
Benutzer erneuert werden.
-
<Ausführungsform 2>
-
Die vereinfachte Konstruktion des
adaptiven Gruppengerätes
gemäß der vorliegenden
Endung ist weitgehend die gleiche wie diejenige des adaptiven Gruppengerätes der
Ausführungsform,
das in der 1 gezeigt
ist. Daher konzentriert sich die folgende Beschreibung auf die unterschiedlichen
Aspekte zwischen diesen adaptiven Gruppengeräten.
-
Der unterschiedliche Aspekt ist die
Art und Weise einer Anzahl von Benutzern Symbolperioden zyklisch
zuzuweisen. Das adaptive Gruppengerät gemäß der vorliegenden Ausführungsform
ist so konstruiert, dass es Einheiten von zwei Symbolperioden einer
Anzahl von Benutzern zyklisch zuweist.
-
Wenn dies getan wird, unterscheiden
sich die I- und Q-Puffer der Ausführungsform 2 von denjenigen
der Ausführungsform
1 und erneuern und halten sequenziell Daten, die von dem Demodulator
zu den spätesten
acht Symbolzeiten eingegeben worden sind.
-
Die Steuereinheit 50 der
Ausführungsform
2 unterscheidet sich auch von derjenigen der Ausführungsform
1 und führt
in zwei aufeinander folgenden Symbolperioden die direkte Rechenverarbeitung
für ein
Symbol aus und führt
die indirekte Rechenverarbeitung für die verbleibenden sieben
Symbole durch.
-
10 ist
ein Zeitablaufplan, der den Zeitablauf der Rechenverarbeitung der
Steuereinheit 50 zeigt. In dieser Figur ist anders als
bei dem Zeitablaufplan gemäß 5 jeder Einheit von zwei
Symbolperioden ein Benutzer zugewiesen. Beispielsweise sind die
Symbolperioden zu den Symbolzeiten t0 und t1 dem Benutzer "a" zugewiesen, die Symbolperioden zu den
Symbolzeiten t2 und t3 sind dem Benutzer "b" zugewiesen. Ähnlich ist
eine Einheit von Symbolperioden zu zwei Symbolzeiten jeweils dem
Benutzer "c" bzw. "d" zugewiesen.
-
In den zwei Symbolperioden führt die
Steuereinheit 50 die direkte Rechenverarbeitung durch,
um die Bewertungsfaktoren entsprechend von einem aus acht Symbolen
zu berechnen, und führt
die indirekte Rechenverarbeitung durch, um die Bewertungsfaktoren
entsprechend der übrigen
sieben Symbole zu berechnen. Obwohl der Anteil der Symbole, für welche
die indirekte Rechenverarbeitung durchgeführt wird, ansteigt, verdoppelt
sich die Zeitspanne, in welcher Signale für einen Benutzer bearbeitet werden,
im Vergleich zur Ausführungsform
1. Darausfolgend kann, selbst wenn ein DSP der Steuereinheit 50 einen
geringen Durchgang hat, die Steuereinheit 50 Bewertungsfaktoren
entsprechend jedem Symbol für
eine Anzahl von Benutzern durch direkte und indirekte Rechenverarbeitung
berechnen.
-
<Ausführungsform 3>
-
Bei dieser Ausführungsform ist das adaptive Gruppengerät gemäß der vorliegenden
Erfindung bei einer Pfaddiversity angewandt. Pfaddiversity bedeutet
ein Verfahren; bei dem Signale, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten
eintreffen (das Signal, welches als Erstes eintrifft, wird als ein
Direktsignal bezeichnet, wird Signale, die dem Direktsignal folgen, werden
als verzögerte
Signale bezeichnet), getrennt empfangen werden und kombiniert werden,
um empfangene Signale zu erzeugen.
-
Die vereinfachte Konstruktion des
adaptiven Gruppengerätes
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
ist weitgehend die gleiche wie diejenige des adaptiven Gruppengerätes der
in der 1 gezeigten Ausführungsform
1. Daher konzentriert sich die folgende Beschreibung auf die unterschiedlichen Aspekte
zwischen diesen adaptiven Gruppengeräten. Der unterschiedliche Aspekt
besteht darin, dass das adaptive Gruppengerät gemäß der vorliegenden Ausführungsform
Richtdiagramme für
direkte Signale und verzögerte
Signale von einem Benutzer erzeugt, anstatt für eine Anzahl von Benutzern.
Die verzögerten
Signale bedeuten Rundfunksignale, die von einem Benutzer geschickt
werden, welche durch Gebäude,
Züge und
Fahrzeuge reflektiert werden und ein adaptives Gruppengerät erreichen,
welches dem direkten Signal folgt. Daher unterscheiden sich die Richtdiagramme
für die
verzögerten
Signale von jenen für
die direkten Signale. Als ein Ergebnis ist das adaptive Gruppengerät gemäß der vorliegenden Ausführungsform
so konstruiert, dass es separate Richtdiagramme für direkte
Signale und verzögerte Signale
erzeugt. Um dies zu tun, wählt
und empfängt das
adaptive Gruppengerät
gemäß der vorliegenden Ausführungsform
bereitwillig verzögerte
Signale sowie auch direkte Signale und kombiniert die verzögerten Signale
mit den direkten Signalen.
-
11 ist
ein Zeitablaufplan der Rechenverarbeitung der Steuereinheit 50.
Diese Zeichnung ist die gleiche wie die 5, mit Ausnahme, dass die Richtdiagramme
anstatt für
die Benutzer "a"–"d" für ein Direktsignal
und für
verzögerte
Signale 1 bis 3 erzeugt werden.
-
Daher wird im Schritt 94 in 9 eine unterschiedliche
Verarbeitung durchgeführt,
um das Referenzsignal zu setzen. Die Steuereinheit 50 setzt
eine geschätzte
Signalform als das Referenzsignal d(t) entsprechend dem Direktsignal
auf die gleiche Art und Weise wie bei der Ausführungsform 1. Die Steuereinheit 50 bestimmt
temporär
das Symbol eines Direktsignals, um ein empfangenes Signal zu erzielen, gibt
dem empfangenen Signal eine geschätzte Verzögerungszeit, um eine geschätzte Signalform
zu erhalten, und setzt die geschätzte
Signalform als das Referenzsignal d(t) entsprechend jedem verzögerten Signal.
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Die empfangenen Signale des Direktsignals und
die verzögerten
Signale 1–3
werden unter Verwendung der entsprechenden Bewertungsfaktoren kombiniert
und werden dazu verwendet, die empfangenen Symbole zu bewerten.
-
Auf diese Art und Weise wählt und
empfängt das
adaptive Gruppengerät
gemäß der vorliegenden Ausführungsform
willentlich eine Anzahl von verzögerten
Signalen sowie Direktsignalen und bewertet die zum Schluss empfangenen
Symbole unter Verwendung eines Resultates, bei dem die Direkt- und verzögerten Signale
kombiniert worden sind. Als ein Ergebnis wird das C/N-Verhältnis verbessert,
wodurch die Zuverlässigkeit
selbst dann verbessert wird, wenn die Ausbreitungsumstände der
Rundfunkwellen infolge von Schwund verschlechtert sind.
-
Wie vorstehend beschrieben, wird,
wenn die Signale nur durch die direkte Rechenverarbeitung verarbeitet
werden, der Umfang der Signalverarbeitung beträchtlich erhöht. Um mit diesem Problem umzugehen,
wird in einem geeigneten Verhältnis
auch die indirekte Rechenverarbeitung (die Interpolationsverarbeitung)
durchgeführt.
Als ein Ergebnis wird der Umfang der Signalverarbeitung wesentlich
reduziert.
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Im folgenden wird die Wahrscheinlichkeit
der Verschlechterung der Charakteristika verursacht durch die Interpolationsverarbeitung
beschrieben.
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Wenn Daten durch Interpolation berechnet werden,
besteht gewöhnlicherweise
die Möglichkeit der
Verschlechterung der Charakteristika, verglichen mit dem Fall, bei
dem alle Daten durch die direkte Rechenverarbeitung berechnet worden
sind. Dies ist deshalb der Fall, weil zwischen den Daten, die durch die
indirekte Rechenverarbeitung berechnet worden sind, und den tatsächlichen
Daten Fehler vorhanden sind. Daher wird die Wahrscheinlichkeit der
Verschlechterung der Charakteristika erhöht, wenn die Anzahl der Stücke von
Daten, die durch die indirekte Rechenverarbeitung berechnet worden
sind, erhöht ist.
-
In jeder Ausführungsform sind jedoch die Änderungen
der Bewertungsfaktoren, die durch die Interpolationsverarbeitung
berechnet werden, ausreichend reduziert. Daher ist der Einfluss
der Fehler und der Wahrscheinlichkeit der Verschlechterung der Charakteristika
verringert. Das heißt,
das Intervall zwischen der Interpolationsverarbeitung, bei der die Charakteristika
nicht verschlechtert sind, ist durch das Änderungsverhältnis der
Bewertungsfaktoren bestimmt.
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Die Änderungen der Bewertungsfaktoren werden
durch die Änderungen
der Ausbreitungsumstände
infolge der Mobilität
des Benutzers verursacht und das Änderungsverhältnis der
Bewertungsfaktoren ist proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit des
Benutzers. Demgemäß kann die
obere Grenze des Änderungsverhältnisses
der Bewertungsfaktoren aus der oberen Grenze der Bewegungsgeschwindigkeit
des Benutzers herausgefunden werden. Als ein Ergebnis wird, selbst
wenn die Übertragungsgeschwindigkeit
hoch ist, die Verschlechterung der Charakteristika nicht verursacht,
indem die Intervalle zwischen der Interpolationsverarbeitung auf
einen Wert nicht größer als
die obere Grenze des Änderungsverhältnisses
der Bewertungsfaktoren gesetzt werden.
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Wenn daher die Intervalle zwischen
der Interpolationsverarbeitung des adaptiven Gruppengerätes gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht mehr als die obere Grenze für das Veränderungsverhältnis der
Bewertungsfaktoren ist, kann das adaptive Gruppengerät gemäß der vorliegenden
Erfindung grundsätzlich
verwendet werden, ohne dass ein Bezug auf die Übertragungsgeschwindigkeit
genommen wird.
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Hierbei ist anzumerken, dass das
adaptive Gruppengerät
gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie im Folgenden beschrieben, modifiziert werden kann. 12 zeigt Modifikationen
des adaptiven Gruppengerätes
gemäß der vorliegenden
Erfindung sowie auch der adaptiven Gruppengeräte gemäß der Ausführungsformen 1 bis 3.
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In dieser Zeichnung werden vier Symbolperioden
als ein Zyklus betrachtet und jede Symbolperiode in jedem Zyklus
ist zyklisch als die Zeitschlitze 1 bis 4 gesetzt. In dieser Zeichnung
bezieht sich der Fall Nr. 1 auf die Ausführungsform 1 und der Fall Nr. 2
auf die Ausführungsform
3.
-
Der Fall Nr. 3 bezieht sich auf den
Fall, bei dem für
einen Benutzer die Direktsignale in den Zeitschlitzen 1 und 3 und
die verzögerten
Signale in den Zeitschlitzen 2 und 4 erhalten werden. In diesem
Fall wird die direkte Rechenverarbeitung in einer von zwei Symbolperioden
durchgeführt
und die indirekte Rechenverarbeitung wird in der verbleibenden einen Symbolperiode
durchgeführt,
um die Bewertungsfaktoren zu berechnen.
-
Der Fall Nr. 4 bezieht sich auf den
Fall, bei dem das Direktsignal für
einen Benutzer in den Zeitschlitzen 1 und 3 erhalten wird. In diesem
Fall werden die Bewertungsfaktoren entsprechend der Zeitschlitze
1 und 3 durch die direkte Rechenverarbeitung und die Bewertungsfaktoren
entsprechend der Zeitschlitze 2 und 4 werden durch die indirekte
Rechenverarbeitung berechnet.
-
Der Fall Nr. 5 betrifft den Fall,
bei dem für
einen Benutzer das Direktsignal in dem Zeitschlitz 1 und das verzögerte Signal
in dem Zeitschlitz 3 erhalten wird. In diesem Fall werden der Bewertungsfaktor entsprechend
einem Symbol des Direktsignals und der Bewertungsfaktor entsprechend
einem Symbol des verzögerten
Signals durch die direkte Rechenverarbeitung und die Bewertungsfaktoren
entsprechend der verbleibenden drei Symbole durch die indirekte
Rechenverarbeitung berechnet.
-
Der Fall Nr. 6 betrifft den Fall,
bei dem zwei Benutzer "1" und "2" gemeinsam ein adaptives Gruppengerät benutzen
und die Bewertungsfaktoren für den
Benutzer "1" werden in den ersten
und dritten Zeitschlitzen berechnet und die Bewertungsfaktoren für den Benutzer "2" werden in den zweiten und vierten Zeitschlitzen
berechnet. In diesem Fall werden für jeden Benutzer die Bewertungsfaktoren
entsprechend einem aus jeweils zwei Symbolen durch die direkte Rechenverarbeitung
berechnet und die Bewertungsfaktoren entsprechend dem verbleibenden
einen Symbol werden durch die indirekte Rechenverarbeitung berechnet.
-
Der Fall Nr. 7 betrifft den Fall,
bei dem zwei Benutzer "1" und "2" ein adaptives Gruppengerät gemeinsam
benutzen, und die Bewertungsfaktoren entsprechend dem Direktsignal
des Benutzers "1" werden in dem ersten
Zeitschlitz berechnet, die Bewertungsfaktoren entsprechend dem verzögerten Signal des
Benutzers "1" werden in dem zweiten
Zeitschlitz berechnet, die Bewertungsfaktoren entsprechend dem Direktsignal
des Benutzers "2" werden in dem dritten
Zeitschlitz berechnet und die Bewertungsfaktoren entsprechend dem
verzögerten
Signal des Benutzers "2" werden in dem vierten
Zeitschlitz berechnet. In diesem Fall werden für jedes der direkten und verzögerten Signale
für jeden
Benutzer Bewertungsfaktoren entsprechend einem aus vier Symbolen durch
die direkte Rechenverarbeitung berechnet und Bewertungsfaktoren
entsprechend den verbleibenden drei Symbolen durch die indirekte
Rechenverarbeitung berechnet.
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Die Bewertungsfaktoren werden auch
für die Fälle Nr.
8, 9 und 10 auf die in der 12 gezeigte Art
und Weise geeignet berechnet.
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In jeder Ausführungsform berechnet, wie in den 5, 10 und 11 gezeigt,
die Steuereinheit 50 die Bewertungsfaktoren entsprechend
den Direktsignalen oder den verzögerten
Signalen für
einen spezifischen Benutzer in den zugewiesenen Symbolperioden.
Die Berechnung der Bewertungsfaktoren synchronisiert jedoch nicht
notwendigerweise die Symbolperioden, das heißt, kann wie bei jeder Ausführungsform
das adaptive Gruppengerät
gemäß der vorliegenden
Erfindung synchron mit den Empfangszeiten der Symbole (I- und Q-Komponenten)
in Echtzeit arbeiten. Das adaptive Gruppengerät kann auch Symbole speichern,
die in einer vorbestimmten Anzahl von Symbolperioden empfangen worden
sind und die gespeicherten Symbols durch einen Vorgang verarbeiten.
-
INDUSTRIELLE
ANWENDUNGSMÖGLICHKEIT
-
Wie vorstehend beschrieben, ist das
adaptive Gruppengerät
gemäß der vorliegenden
Erfindung als Basisstation für
die Mobilkommunikation sehr nützlich.