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DE19907476C1 - Process for the control and dynamic adjustment of the directional characteristics of linear antenna arrays in the spatial separation of signals - Google Patents

Process for the control and dynamic adjustment of the directional characteristics of linear antenna arrays in the spatial separation of signals

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Publication number
DE19907476C1
DE19907476C1 DE1999107476 DE19907476A DE19907476C1 DE 19907476 C1 DE19907476 C1 DE 19907476C1 DE 1999107476 DE1999107476 DE 1999107476 DE 19907476 A DE19907476 A DE 19907476A DE 19907476 C1 DE19907476 C1 DE 19907476C1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
directivity
directional characteristic
signals
separability
participants
Prior art date
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Expired - Fee Related
Application number
DE1999107476
Other languages
German (de)
Inventor
Holger Boche
Thomas Kuhwald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
Technische Universitaet Ilmenau
Original Assignee
Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
Technische Universitaet Ilmenau
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Publication date
Application filed by Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI, Technische Universitaet Ilmenau filed Critical Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
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Priority to EP00909041A priority patent/EP1177600A2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19907476C1 publication Critical patent/DE19907476C1/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2605Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0837Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/0842Weighted combining
    • H04B7/086Weighted combining using weights depending on external parameters, e.g. direction of arrival [DOA], predetermined weights or beamforming

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

Um die Trennbarkeit der Teilnehmer in Abhängigkeit ihrer Position und der Anforderungen der Teilnehmer an die Qualität der Verbindung abschätzen zu können und somit die Steuerung der Richtcharakteristik und dynamische Vergabe von Frequenzen zu ermöglichen, wird ein Verfahren angegeben, bei dem die Direktivität (D) als Kriterium für die Trennbarkeit von Teilnehmern ausgewählt und bestimmt wird nach der Gleichung DOLLAR F1 wobei H (e jw ) allgemein die Richtcharakteristik eines linearen Antennenarrays bezeichnet, für deren Ausbildung die Gewichtsfaktoren w l für die einzelnen Signale gemäß w l = DOLLAR F2 berechnet werden und gleichzeitig derjenige Koeffizient b k = b m+1 für die Berechnung der Gewichtsfaktoren, der für das Maximum der Richtcharakteristik in Richtung des Nutzsignals ermittelt wurde, für die Berechnung der Direktivität gemäß D = 1/b m+1 verwendet wird. Ergibt der Vergleich der errechneten Direktivität (D) mit einem der erforderlichen Qualität der Verbindung angepaßten notwendigen minimalen Wert der Direktivität (D min ), daß D < D min ist, d. h. der zugehörige störende Teilnehmer ist nicht mehr von den anderen trennbar und wird durch einen Frequenzwechsel aus dem SDMA-Bereich entfernt. Anschließend werden für die nunmehr vorhandenen Nutzer mit den geänderten Frequenzen Richtcharakteristik und Direktivität bestimmt.In order to be able to estimate the separability of the participants depending on their position and the requirements of the participants for the quality of the connection and thus to enable the control of the directional characteristic and dynamic allocation of frequencies, a method is specified in which the directivity (D) is a criterion for the separability of participants is selected and determined according to the equation DOLLAR F1, where H (e jw) generally denotes the directional characteristic of a linear antenna array, for the formation of which the weighting factors wl for the individual signals are calculated in accordance with wl = DOLLAR F2 and at the same time that coefficient bk = b m + 1 for the calculation of the weighting factors, which was determined for the maximum of the directional characteristic in the direction of the useful signal, is used for the calculation of the directivity according to D = 1 / b m + 1. If the comparison of the calculated directivity (D) with a necessary minimum value of the directivity (D min), which is adapted to the required quality of the connection, shows that D <D min, i. H. the associated interfering subscriber can no longer be separated from the others and is removed from the SDMA range by a frequency change. Subsequently, directional characteristics and directivity are determined for the existing users with the changed frequencies.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und dynamischen Anpassung der Richtcharakteristik von linearen Antennenarrays bei der räumlichen Trennung von Signalen.The invention relates to a method for control and dynamic adaptation the directional characteristic of linear antenna arrays in spatial Separation of signals.

Über ein Verfahren und eine Anordnung zur Erzeugung vorgegebener Richtcharakteristiken von adaptiven Gruppenantennen in drahtlosen Mobilfunksystemen ist von H. Boche anläßlich der Konferenz "Ausgewählte Probleme moderner Mobilfunksyteme" am 11.12.1998 im Institut für Kommunikationstechnik der ETH Zürich (Schweiz) in einem Vortrag mit dem Titel "Einsatz von "smart antennas" in CDMA-basierten Mobilfunksystemen" berichtet worden (CDMA - Code Division Multiple Access). Diese Lösung ermöglicht mit geringem apparativen und numerischen Aufwand die Erzeugung einer Richtcharakteristik, bei der sowohl die Richtung des globalen Maximum (Hauptstrahl) als auch die Richtungen der Nullstellen vorgegeben werden können. Hierbei werden zunächst die Nutz- und Störsignale empfangen und die Anzahl der Eingangssignale bestimmt. Nach der Bestimmung der Einfallswinkel dieser Signale werden die bisher erhaltenen Informationen an den Strahlformer (Beamformer) weitergeleitet, um nunmehr die Trennung von Nutz- und Störsignalen nach den vorher ermittelten Signaleinfallswinkeln vorzunehmen, die Nutzsignale zu verstärken und parallel hierzu die Anzahl der Störsignale zu begrenzen. Mittels digitaler Signalverarbeitung wird zur Ermittlung der Antennengewichte zunächst eine Koeffizientenmatrix
H. Boche gave a lecture on a method and an arrangement for generating predetermined directional characteristics of adaptive group antennas in wireless mobile radio systems on the occasion of the conference "Selected Problems of Modern Mobile Radio Systems" on December 11, 1998 at the Institute of Communication Technology at ETH Zurich (Switzerland) "Use of" smart antennas "in CDMA-based mobile radio systems" has been reported (CDMA - Code Division Multiple Access). This solution enables the creation of a directional characteristic with little expenditure on equipment and numerical means, in which both the direction of the global maximum (main beam) and the directions of the zeros can be specified. First, the useful and interference signals are received and the number of input signals is determined. After determining the angle of incidence of these signals, the information obtained so far is passed on to the beamformer (beamformer) in order to now separate the useful and interference signals according to the previously determined signal incidence angles, to amplify the useful signals and in parallel to limit the number of interference signals. Using digital signal processing, a coefficient matrix is first used to determine the antenna weights

zur Lösung der Gleichung für die Richtcharakteristik
to solve the directivity equation

bei Erfüllung der Bedingungen
if the conditions are met

aufgestellt. Anschließend wird das Gleichungssystem
set up. Then the system of equations

zur Bestimmung der Koeffizienten bl gelöst, woraus über
solved for determining the coefficients b l , from which about

dann die Gewichtsfaktoren wk bestimmt werden, die mit den jeweils zugehörigen Signalen der Antennenausgänge multipliziert werden, abschließend werden die gewichteten Signale zu einem Gesamtsignal addiert und somit die gewünschte Richtcharakteristik ausgebildet. Durch den Einsatz von adaptiven Gruppenantennen können in zukünftigen Mobilfunksystemen derartige Richtcharakteristiken bestimmt werden, wobei Nutzsignale aus vorher bestimmten Richtungen mit einem erhöhten Gewinn empfangen und gleichzeitig Störsignale aus ebenfalls vorher bestimmten Richtungen unterdrückt werden, was die Qualität des Empfangssignals und somit die Übertragungskapazität der Funkverbindung erhöht. Durch mehrere gleichzeitig erzeugte Richtcharakteristiken kann eine räumliche Trennung von verschiedenen Nutzsignalen (SDMA - Space Division Multiple Access) realisiert werden, die eine Vervielfachung der Anzahl bedienbarer Teilnehmer pro Funkzelle ermöglicht. Aufgrund der Mobilität der Teilnehmer sowie der raschen zeitlichen Veränderung der Eigenschaften des Funkkanals muß die gebildete Richtcharakteristik permanent nachgeführt werden. Dabei kann stets der Fall eintreten, daß sich zwei Teilnehmer so annähern, bis diese nicht mehr über eine Richtcharakteristik getrennt werden können. Bei solchen Situationen besteht das Problem darin, Kriterien zu finden, mit denen die Trennbarkeit der Teilnehmer in Abhängigkeit ihrer Position und der Anforderungen der Teilnehmer an die Qualität der Verbindung (Quality of Service - QoS) abgeschätzt werden kann. Basierend auf solchen Kriterien kann die Steuerung der Richtcharakteristik und dynamische Vergabe von Frequenzen erfolgen. Damit kann das SDMA-Prinzip in diesem Mobilfunksystem konsequent ausgenutzt werden. Bisher erfolgte die Entscheidung über die Trennbarkeit der Teilnehmer auf empirischem Weg.then the weighting factors w k are determined, which are multiplied by the respectively associated signals of the antenna outputs, finally the weighted signals are added to an overall signal and the desired directional characteristic is thus formed. By using adaptive group antennas, such directional characteristics can be determined in future mobile radio systems, whereby useful signals from previously determined directions are received with an increased gain and, at the same time, interference signals from likewise previously determined directions are suppressed, which increases the quality of the received signal and thus the transmission capacity of the radio connection. A plurality of directional characteristics generated at the same time enables spatial separation of different useful signals (SDMA - Space Division Multiple Access), which enables the number of operable subscribers per radio cell to be multiplied. Due to the mobility of the participants and the rapid change in the properties of the radio channel over time, the directional characteristic formed must be continuously updated. It can always happen that two participants approach each other until they can no longer be separated using a directional characteristic. In such situations, the problem is to find criteria with which the separability of the participants can be assessed depending on their position and the requirements of the participants for the quality of the connection (Quality of Service - QoS). Based on such criteria, the directional characteristic and dynamic frequency assignment can be controlled. This means that the SDMA principle can be consistently used in this mobile radio system. So far, the decision about the separability of the participants has been made empirically.

In der Zeitschrift "Funkschau" 23/96, S. 84-87 wird ausgeführt, daß ein Wechsel des Frequenzkanals dann erfolgt, wenn sich bei einer Überschneidung (Direktivität D < Dmin) von zwei Hauptkeulen die Übertragungsqualität des Funkkanals sehr verschlechtert. Eine konkrete Lösung hierzu ist nicht angegeben.In the magazine "Funkschau" 23/96, pp. 84-87 it is stated that a change of the frequency channel occurs when there is an overlap (Directivity D <Dmin) of two main lobes the transmission quality of the Radio channel very deteriorated. There is no concrete solution to this specified.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das die Trennbarkeit der Teilnehmer in Abhängigkeit ihrer Position und der Anforderungen der Teilnehmer an die Qualität der Verbindung abschätzt und somit die Steuerung der Richtcharakteristik und dynamische Vergabe von Frequenzen ermöglicht.Therefore, it is an object of the invention to provide a method that Separability of the participants depending on their position and the Assesses participants' demands on the quality of the connection and thus the control of the directional characteristic and dynamic allocation of Frequencies.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Steuerung und dynamischen Anpassung der Richtcharakteristik von linearen Antennenarrays bei der räumlichen Trennung von Signalen angegeben, bei dem die Direktivität D als Kriterium für die Trennbarkeit von Teilnehmern ausgewählt und definiert ist nach der Gleichung
According to the invention, a method for controlling and dynamically adapting the directional characteristic of linear antenna arrays in the spatial separation of signals is specified, in which the directivity D is selected and defined as a criterion for the separability of subscribers according to the equation

wobei H(e) allgemein die Richtcharakteristik eines linearen Antennenarrays bezeichnet, für deren Ausbildung die Gewichtsfaktoren wl für die einzelnen Signale gemäß
where H (e ) generally designates the directional characteristic of a linear antenna array, for the formation of which the weighting factors w l for the individual signals according to

durch Bildung einer Koeffizientenmatrix A zur Lösung der Gleichung
by forming a coefficient matrix A to solve the equation

bei Erfüllung der Bedingungen
H(e*) = 1 Maximum der Richtcharakteristik in Richtung des Nutzsignals
H(el ) = 0 Nullstellen der Richtcharakteristik in Richtung der Störsignale 1 ≦ l ≦ m m ≦ N - 1,
aus dem Gleichungssystem
if the conditions are met
H (e *) = 1 maximum of the directional characteristic in the direction of the useful signal
H (e l ) = 0 zeroing the directional characteristic in the direction of the interference signals 1 ≦ l ≦ mm ≦ N - 1,
from the system of equations

berechnet werden, wobei A die Koeffizientenmatrix mit den Elementen A = {ak,l} mit 1 ≦ k, l ≦ m + 1 und
are calculated, where A is the coefficient matrix with the elements A = {a k, l } with 1 ≦ k, l ≦ m + 1 and

ist und der Koeffizient bm+1 für die Bestimmung der Direktivität (D) gemäß
and the coefficient b m + 1 for the determination of the directivity (D) according to

D = 1/bm+1
D = 1 / b m + 1

verwendet wird,
anschließend die errechnete Direktivität D mit einem der erforderlichen Qualität der Verbindung angepaßten notwendigen minimalen Wert der Direktivität Dmin verglichen wird, wobei bei D < Dmin die Trennbarkeit der Nutzer möglich ist und bei D < Dmin die Trennbarkeit der Nutzer nicht möglich ist, und im Falle von D < Dmin der zugehörige dichteste störende Teilnehmer, der nicht mehr von den anderen trennbar ist, durch Veranlassung eines Frequenzwechsels aus dem SDMA-Bereich entfernt wird und anschließend für die nunmehr vorhandenen Nutzer mit den geänderten Frequenzen Richtcharakteristik und Direktivität bestimmt werden.
is used,
then the calculated directivity D with one of the required quality of the connection adapted to the necessary minimum value of the directivity of D min is compared, wherein when D <Dmin, the separability of the users is possible, and when D <Dmin, the separability of the users is not possible and in the case of D <D min the associated closest disruptive participant, who can no longer be separated from the others, is removed from the SDMA range by initiating a frequency change and then directional characteristics and directivity are determined for the now existing users with the changed frequencies.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung und dynamischen Anpassung der Richtcharakteristik von linearen Antennenarrays bei der räumlichen Trennung von Signalen ermöglicht bei Vorgabe einer geforderten Übertragungsqualität die Beurteilung der Trennbarkeit der Teilnehmer anhand der Direktivität der entstehenden Richtcharakteristik und damit eine effiziente und einfache Steuerung eines SDMA-Systems. Die Verwendung des Koeffizienten bm+1 zur Bestimmung der Direktivität erfordert keine zusätzlichen aufwendigen Rechnungen, sondern fällt - sozusagen als "Nebenprodukt" - bei der Anpassung der Richtcharakteristik mit ab, da gleichzeitig der Koeffizient bm+1 für die Berechnung der Gewichtsfaktoren, der für das Maximum der Richtcharakteristik in Richtung des Nutzsignals ermittelt wurde, für die Berechnung der Direktivität gemäß D = 1/bm+1 verwendet wird. Die nach einem Frequenzwechsel ermittelte Direktivität ist immer besser als die vorher ermittelte.The method according to the invention for controlling and dynamically adapting the directional characteristic of linear antenna arrays in the spatial separation of signals enables, given a required transmission quality, the assessment of the separability of the participants based on the directivity of the resulting directional characteristic and thus an efficient and simple control of an SDMA system. The use of the coefficient b m + 1 for the determination of the directivity does not require any additional complex calculations, but falls - so to speak as a "by-product" - with the adjustment of the directional characteristic, since at the same time the coefficient b m + 1 for the calculation of the weighting factors was determined for the maximum of the directional characteristic in the direction of the useful signal, is used for the calculation of the directivity according to D = 1 / b m + 1 . The directivity determined after a frequency change is always better than that previously determined.

Die Direktivität hat direkten Einfluß auf die Bitfehlerwahrscheinlichkeit der Funkstrecke derart, daß die Bitfehlerwahrscheinlichkeit um so kleiner wird, je größer die Direktivität ist. Wird für eine Funkverbindung eine maximal zulässige Bitfehlerwahrscheinlichkeit gefordert, so ergibt sich daraus eine minimal notwendige Direktivität. Die Direktivität der Richtcharakteristik stellt ein Qualitätsmerkmal für die momentane Richtcharakteristik dar. Befindet sich ein störender Teilnehmer (Nullstelle) zu nahe an dem zu selektierenden Teilnehmer (Hauptrichtung), resultiert daraus eine zu kleine Direktivität. Unterschreitet diese den geforderten Minimalwert, können diese beiden Teilnehmer nicht mehr voneinander getrennt werden. Als Konsequenz wird ein Frequenzwechsel (Handover) vorgenommen, der betreffende störende Teilnehmer wird aus dem SDMA-Bereich entfernt und somit entfällt diese Nullstelle, was sich in einer größeren Direktivität äußert. Damit kann die Direktivität als Kriterium für die Trennbarkeit von Teilnehmern unter verschiedenen Qualitätsanforderungen verwendet werden. The directivity has a direct influence on the bit error probability of the Radio link in such a way that the bit error probability becomes smaller, depending greater the directivity. Is a maximum permissible for a radio connection Bit error probability required, this results in a minimal necessary directivity. The directivity of the directional characteristic adjusts Quality characteristic for the current directional characteristic. Is located disturbing participant (zero point) too close to the participant to be selected (Main direction), this results in an insufficient directivity. Falls below this the required minimum value, these two participants can no longer be separated from each other. The consequence is a frequency change (Handover), the disturbing participant in question is removed from the SDMA area removed and thus this zero is eliminated, which is in one greater directivity. This can be used as a criterion for the directivity Separability of participants under different quality requirements be used.  

Trennbarkeit von Teilnehmern unter verschiedenen Qualitätsanforderungen verwendet werden.Separability of participants under different quality requirements be used.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:In the following, the invention is illustrated using an exemplary embodiment Drawings explained in more detail. Show:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer adaptiven Antenne mit Direktivitätssteuerung, Fig. 1 is a block diagram of an adaptive antenna with Direktivitätssteuerung,

Fig. 2 Ablaufschema zur Trennung der Nutzer mittels Direktivitätskriterium. Fig. 2 flow chart for separating the users by means of the directivity criterion.

Für den Fall, daß mehrere Teilnehmer um die Antenne einer Basisstation angeordnet sind und alle Teilnehmer gleichzeitig senden, kann ohne Ausbildung einer Richtcharakteristik lediglich eine Überlagerung aller Sendesignale empfangen werden. Solche Situationen treten typischerweise bei CDMA- basierten Mobilfunksystemen auf. Ein wirksames Mittel zur Unterdrückung dieser Überlagerungen ist der Einsatz adaptiver Antennen, die die Richtungen aller an der Antenne einfallender Signale bestimmen und mit Hilfe eines geeigneten Verfahrens eine Richtcharakteristik ausbilden, die das gewünschte Signal mit einem maximalen Gewinn empfängt und gleichzeitig die Störsignale durch Nullstellen in ihrer Richtcharakteristik unterdrückt.In the event that several participants around the antenna of a base station are arranged and all participants can send at the same time, without training a directional characteristic only a superposition of all transmission signals be received. Such situations typically occur with CDMA based mobile radio systems. An effective way to suppress this Overlays is the use of adaptive antennas that show the directions of everyone the incoming signals and determine with the help of a suitable Process form a directional characteristic that the desired signal with receives a maximum gain and at the same time through the interference signals Directional characteristics of zeros suppressed.

In Fig. 1 ist das Blockschaltbild einer adaptiven Antenne dargestellt. Zunächst werden die Nutz- und Störsignale empfangen und ihre Anzahl und ihr Einfallswinkel bestimmt. Die Aufgabe des Strahlformers (Beamformers) besteht darin, die Gewichtsfaktoren w1, . . . wN für die einzelnen Signale zu bestimmen, so daß die gewünschte Richtcharakteristik ausgebildet wird. Dies erfolgt in folgenden Schritten: Aus der Bestimmung der Einfallswinkel der Signale sind sowohl die Einfallswinkel des Nutzsignales ω* als auch die Einfallswinkel der Störsignale ωl mit 1 ≦ l ≦ N - 1 bekannt, wobei N der Anzahl der verwendeten Antennenelemente entspricht. Es wird ein Beampattern (Richtcharakteristik) generiert, welches die folgenden Bedingungen erfüllt:
In Fig. 1 is a block diagram of an adaptive antenna is illustrated. First the useful and interference signals are received and their number and angle of incidence are determined. The task of the beam former is to determine the weighting factors w 1 ,. , , Determine w N for the individual signals so that the desired directional characteristic is formed. This is done in the following steps: From the determination of the angle of incidence of the signals, both the angle of incidence of the useful signal ω * and the angle of incidence of the interference signals ω l with 1 ≦ l ≦ N - 1 are known, where N corresponds to the number of antenna elements used. A beam pattern (directional characteristic) is generated which fulfills the following conditions:

  • a) Maximum des Beampattern in Richtung des Nutzsignales
    H(e*) = 1
    a) Maximum of the beam pattern in the direction of the useful signal
    H (e *) = 1
  • b) Nullstellen des Beampattern in Richtung der Störsignale
    b) zeroing the beam pattern in the direction of the interference signals
  • c) die Direktivität soll maximal sein, d. h.
    dabei entspricht m der Anzahl der zu generierenden Nullstellen. Dazu wird zunächst die Grundfunktion
    betrachtet. Mit den Nullstellen ω1 . . . ωm und der Hauptrichtung ω*, die mit ωm+1 = ω* angesetzt wird, entsteht das folgende allgemeine Beampattern
    c) the directivity should be maximum, ie
    m corresponds to the number of zeros to be generated. First, the basic function
    considered. With the zeros ω 1 . , , ω m and the main direction ω * , which is set with ω m + 1 = ω *, the following general beam pattern is created

Ziel ist es, die Koeffizienten bl so zu bestimmen, daß die aufgestellten Randbedingungen bezüglich ωl und ω* erfüllt werden
The aim is to determine the coefficients b l in such a way that the boundary conditions with regard to ω l and ω * are met

Dies führt zu einem Gleichungssystem der Ordnung m + 1 in der Form
This leads to a system of equations of order m + 1 in the form

dabei ist A die Koeffizientenmatrix mit den Elementen A = {ak,l} 1 ≦ k, l ≦ m + 1 mit
A is the coefficient matrix with the elements A = {a k, l } 1 ≦ k, l ≦ m + 1 with

Die Bitfehlerwahrscheinlichkeit eines asynchronen interferenzbegrenzten CDMA- Systems wird gemäß (s. IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 43, pp. 680-690, August 1994)
The bit error probability of an asynchronous interference-limited CDMA system is determined according to (see IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 43, pp. 680-690, August 1994)

berechnet, wobei M den Spreizfaktor des CDMA-Codes und K die Anzahl der momentan aktiven Teilnehmer bedeutet (und damit K - 1 die Anzahl der Störer angibt) und E(x) der Fehlerfunktion entspricht, die mit
calculated, where M is the spreading factor of the CDMA code and K is the number of currently active subscribers (and thus K - 1 indicates the number of interferers) and E (x) is the error function that corresponds to

definiert ist. Durch den Einsatz von intelligenten Antennen kann diese Bitfehlerrate reduziert werden, sie ergibt sich zu
is defined. This bit error rate can be reduced by using intelligent antennas, it results in

dabei ist D die Direktivität der Richtcharakteristik der intelligenten Antenne. Die Direktivität einer Richtcharakteristik ist mit
where D is the directivity of the directional characteristic of the intelligent antenna. The directivity of a directional characteristic is included

definiert. Man kann erkennen, daß die Direktivität einen direkten Einfluß auf die Bitfehlerwahrscheinlichkeit der Funkstrecke hat und zwar in der Form, daß die Bitfehlerwahrscheinlichkeit um so kleiner wird, je größer die Direktivität ist.Are defined. One can see that the directivity has a direct influence on the Bit error probability of the radio link in the form that the The greater the directivity, the smaller the probability of bit errors.

Für den in diesem Ausführungsbeispiel beschriebenen Beamformer ergibt sich die Direktivität direkt aus der Lösung des Gleichungssystems (**) zu
For the beamformer described in this exemplary embodiment, the directivity results directly from the solution of the system of equations (**)

D = 1/bm+1.D = 1 / b m + 1 .

Der errechnete Wert für die Direktivität muß nun mit einem für die momentane erforderliche Übertragungsqualität notwendigen minimalen Wert der Direktivität Dmin verglichen werden. Ist der bestimmte Wert D < Dmin, ist die Trennbarkeit der Nutzer möglich. Ist der bestimmte Wert jedoch D < Dmin, ist die Trennbarkeit der Nutzer nicht möglich; deshalb wird der entsprechende störende Teilnehmer, der nicht mehr von den anderen trennbar ist, durch Frequenzwechsel aus dem SDMA-Bereich entfernt. Diese Schritte können wiederholt werden, so daß mit einem vernachlässigbar kleinen zusätzlichen Aufwand im Vergleich zur Rechenzeit für die Ausbildung der Richtcharakteristik eine sehr effiziente Steuerung der Vergabe der Frequenzen realisierbar ist, da die vorgeschlagene Lösung die Berechnung der Direktivität in Echtzeit ermöglicht, die - wie bereits erwähnt - unmittelbar die Bitfehlerrate beeinflußt. Für dieses konkrete Ausführungsbeispiel eines Beamformers ist es nicht notwendig, zur Bestimmung der Direktivität das entsprechende Integral mit großem numerischen Aufwand zu ermitteln, sondern - wie oben beschrieben - nur den Koeffizienten bm+1 zu bestimmen.The calculated value for the directivity must now be compared with a minimum value of the directivity D min required for the currently required transmission quality. If the determined value D <D min , the separability of the users is possible. However, if the determined value is D <D min , the separability of the users is not possible; therefore the corresponding disturbing subscriber, who can no longer be separated from the others, is removed from the SDMA range by frequency changes. These steps can be repeated, so that with a negligibly small additional effort compared to the computing time for the formation of the directional characteristic, a very efficient control of the allocation of the frequencies can be realized, since the proposed solution enables the calculation of the directivity in real time, which - as already mentioned - directly affects the bit error rate. For this specific embodiment of a beam former, it is not necessary to determine the corresponding integral with great numerical effort in order to determine the directivity, but - as described above - only to determine the coefficient b m + 1 .

In Fig. 2 ist das Ablaufschema zur Trennung der Nutzer mittels Direktivitätskriterium dargestellt. Nach der Selektion der Nutz- und Störsignale erfolgt im Beamformer sowohl die Wichtung der Signale als auch die Berechnung der Direktivität. Wird nun beim folgenden Vergleich der ermittelten Direktivität D mit der dem aktuellen Anwendungsfall erforderlichen Qualität angepaßten notwendigen minimalen Direktivität Dmin festgestellt, daß D < Dmin ist, ist die Trennbarkeit der Nutzer nicht möglich. In diesem Fall wird der an der Hauptrichtung der Richtcharakteristik nächstgelegene störende Nutzer mit dem Einfallswinkel ωf durch Veranlassung eines Frequenzwechsels entfernt und erneut mit der Eingabe der Signale der nunmehr in ihrer Anzahl reduzierten und die Frequenzen {ω*, ω1, . . ., ωK-1}\{ωf} aufweisenden Nutzer begonnen, um für diese Bedingungen die Richtcharakteristik und die Direktivität zu ermitteln. Diese Selektion kann wiederholt werden bis ein den Qualitätsanforderungen der Übertragung angepaßtes Ergebnis vorliegt.In FIG. 2, the flow diagram is shown for separating the user by means of Direktivitätskriterium. After the selection of the useful and interference signals, both the weighting of the signals and the calculation of the directivity take place in the beamformer. If the following comparison of the determined directivity D with the necessary minimum directivity D min , adapted to the current application, determines that D <D min , the separability of the users is not possible. In this case, the disturbing user closest to the main direction of the directional characteristic with the angle of incidence ω f is removed by causing a frequency change and again with the input of the signals of the now reduced in number and the frequencies {ω * , ω 1 ,. , ., ω K-1 } \ {ω f } users to determine the directional characteristics and directivity for these conditions. This selection can be repeated until a result that is adapted to the quality requirements of the transmission is available.

Claims (2)

1. Verfahren zur Steuerung und dynamischen Anpassung der Richtcharakteristik von linearen Antennenarrays bei der räumlichen Trennung von Signalen, bei dem
die Direktivität (D) als Kriterium für die Trennbarkeit von Teilnehmern ausgewählt und definiert ist nach der Gleichung
wobei H(e) allgemein die Richtcharakteristik eines linearen Antennenarrays bezeichnet, für deren Ausbildung die Gewichtsfaktoren wl für die einzelnen Signale gemäß
durch Bildung einer Koeffizientenmatrix A zur Lösung der Gleichung
bei Erfüllung der Bedingungen
H(e*) = 1 Maximum der Richtcharakteristik in Richtung des Nutzsignals
H(el ) = 0 Nullstellen der Richtcharakteristik in Richtung der Störsignale 1 ≦ l ≦ m m ≦ N - 1,
aus dem Gleichungssystem
berechnet werden, wobei A die Koeffizientenmatrix mit den Elementen
A = {ak,l} mit 1 ≦ k, l ≦ m + 1 und
ist
und der Koeffizient bm+1 für die Bestimmung der Direktivität (D) gemäß
D = 1/bm+1
verwendet wird,
anschließend die errechnete Direktivität (D) mit einem der erforderlichen Qualität der Verbindung angepaßten notwendigen minimalen Wert der Direktivität (Dmin) verglichen wird, wobei bei D < Dmin die Trennbarkeit der Nutzer möglich ist und bei D < Dmin die Trennbarkeit der Nutzer nicht möglich ist, und im Falle von D < Dmin der zugehörige störende Teilnehmer, der nicht mehr von den anderen trennbar ist, durch Veranlassung eines Frequenzwechsels aus dem SDMA- Bereich entfernt wird und anschließend für die nunmehr vorhandenen Nutzer mit den geänderten Frequenzen Richtcharakteristik und Direktivität bestimmt werden.
1. Method for controlling and dynamically adapting the directional characteristic of linear antenna arrays in the spatial separation of signals, in which
the directivity (D) is selected and defined as a criterion for the separability of participants according to the equation
where H (e ) generally designates the directional characteristic of a linear antenna array, for the formation of which the weighting factors w l for the individual signals according to
by forming a coefficient matrix A to solve the equation
if the conditions are met
H (e *) = 1 maximum of the directional characteristic in the direction of the useful signal
H (e l ) = 0 zeroing the directional characteristic in the direction of the interference signals 1 ≦ l ≦ mm ≦ N - 1,
from the system of equations
are calculated, where A is the coefficient matrix with the elements
A = {a k, l } with 1 ≦ k, l ≦ m + 1 and
is
and the coefficient b m + 1 for the determination of the directivity (D) according to
D = 1 / b m + 1
is used,
then the calculated directivity (D) with one of the required quality of the connection is not adapted to the necessary minimum value of the directivity (D min) is compared, wherein when D <Dmin, the separability of the users is possible, and when D <Dmin, the separability of the users is possible, and in the case of D <D min the associated interfering subscriber, who can no longer be separated from the others, is removed from the SDMA range by initiating a frequency change and then for the existing users with the changed frequencies, directional characteristics and directivity be determined.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verfahrensschritte wiederholt werden.2. The method according to claim 1, wherein the process steps are repeated.
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