DE19649855A1 - Repeater für Funksignale - Google Patents
Repeater für FunksignaleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Repeater für Funksignale,
vorzugsweise für den mobilen Einsatz in digitalen, zellularen
Funknetzen.
Ein Repeater ist eine Art Relaisstation, welcher die von
einer Basisstation eines Funknetzes ausgestrahlten
Funksignale empfängt, verstärkt und wieder aussendet, so daß
diese von Mobilstationen des Funknetzes empfangen werden
können. Natürlich arbeitet ein Repeater auch in
entgegengesetzter Richtung, d. h. die von einer Mobilstation
abgestrahlten Funksignale werden durch den Repeater an eine
Basisstation des Funknetzes weitergeleitet. In zellularen
Funknetzes werden häufig Repeater zur Erweiterung eines
Funkversorgungsbereiches, z. B. für die Versorgung von
Tunneln, großen Gebäuden, Bergtälern oder ähnlichem
eingesetzt. Der Einsatz von Repeatern ist insbesondere dann
vorteilhaft, wenn aufgrund fehlender Infrastruktur die
leitungsgemäße Anschaltung einer herkömmlichen Basisstation
nicht oder nur mit unverhältnismäßig großem Aufwand möglich
ist. Es gibt auch für den mobilen Einsatz vorgesehene
Repeater, insbesondere für den Einsatz in Zügen.
Das Prinzip herkömmlicher Repeater ist die bidirektionale
Verstärkung der Funksignale in Uplink- und Downlink-Richtung,
wobei die Funksignale auf derselben Frequenz ausgesendet
werden, auf der sie empfangen wurden. Das von der
Basisstation entstammende Downlink-Signal wird mit einer
Anbindungsantenne empfangen, im Downlink-Zweig des Repeaters
verstärkt, gefiltert und über eine Versorgungsantenne in
Richtung zur Mobilstation ausgesendet. Gleichzeitig wird das
von der Mobilstation stammende Uplink-Signal mit der
Versorgungsantenne empfangen, im Uplink-Zweig des Repeaters
verstärkt, gefiltert und über die Anbindungsantenne zur
Basisstation ausgesendet. Beim Einsatz in Fahrzeugen, wie
z. B. in Schnellzügen, ist man darauf angewiesen,
Breitbandrepeater einzusetzen, welche einen großen Bereich
der im Funknetz verwendeten Frequenzen übertragen, um die
Funktion in jeder durchfahrenen Zelle zu gewährleisten. Durch
die Breitbandarbeitsweise des Repeaters treten dabei
naturgemäß Verzerrungen des Signals auf (Phasen- und
Amplitudenfehler, Intermodulation, Rauschen und ähnliches),
die sich sehr nachteilig auf die Qualität der Funkverbindung
auswirken.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Repeater der
eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die
verarbeiteten Funksignale möglichst wenig Qualitätsverlust
erleiden und ein störungsfreier, mobiler Einsatz des
Repeaters gewährleistet ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des
Patentanspruches 1.
Gegenstand der Erfindung ist ein Repeater, der die
empfangenen Signale demoduliert und anschließend neu
moduliert, sowie eine Auswahl der zu repeatierenden
Frequenzen trifft.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß das bei analogen
Repeatern unvermeidliche, große Rauschen nicht auftritt und
somit die Qualität der Funkverbindung erheblich verbessert
wird. Weiterer, wesentlicher Vorteil ist, daß durch die
erfindungsgemäße intelligente Steuereinheit, ein aufgrund
eines Zellwechsels notwendiger Kanalwechsel erkannt wird, was
die Handover-Prozedur erheblich erleichtert und den Repeater
besonders geeignet für den Einsatz in Fahrzeugen macht.
Der erfindungsgemäße Repeater arbeitet nach folgendem
Wirkprinzip:
Das empfangene Signal wird wie in einer Funkstation des betreffenden Funknetzes (Mobilstation oder Basisstation) gefiltert, verstärkt und demoduliert. Dabei wird vorzugsweise die Empfangsfeldstärke gemessen und als Steuersignal für die Steuerung der Ausgangsleistung des Sendeverstärkers verwendet. Bei Funknetzen, die mit TDMA (Time Division Multiple Access: Vielfachzugriff im Zeitmultiplex) arbeiten, erfolgt die Messung der Empfangsfeldstärke auf Zeitschlitzbasis. Der demodulierte, digitale Datenstrom wird einem Modulator zugeführt, verstärkt und wieder ausgesendet.
Das empfangene Signal wird wie in einer Funkstation des betreffenden Funknetzes (Mobilstation oder Basisstation) gefiltert, verstärkt und demoduliert. Dabei wird vorzugsweise die Empfangsfeldstärke gemessen und als Steuersignal für die Steuerung der Ausgangsleistung des Sendeverstärkers verwendet. Bei Funknetzen, die mit TDMA (Time Division Multiple Access: Vielfachzugriff im Zeitmultiplex) arbeiten, erfolgt die Messung der Empfangsfeldstärke auf Zeitschlitzbasis. Der demodulierte, digitale Datenstrom wird einem Modulator zugeführt, verstärkt und wieder ausgesendet.
Darüber hinaus wird bei TDMA-Systemen eine systemengerechte
Formung der Burst-Flanken (Power-Ramping) vorgenommen, um ein
möglichst schmales Schaltspektrum zu erhalten. Die Burst-
Amplitude wird durch die gemessene Empfangsfeldstärke
gesteuert. Zur Stabilisierung der Amplitudensteuerung
gegenüber Störungen durch Fading kann dabei eine Mittelung
des Empfangssignals über mehrere Zeitrahmen durchgeführt
werden.
Da der Repeater nur kanalselektiv arbeiten kann, ist im Falle
des Einsatzes in Fahrzeugen eine Adaption an die jeweilige
Zellsituation, d. h. die in der Zelle verwendeten
Frequenzkanäle erforderlich. Dies wird durch das Überwachen
der Downlink-Signalisierung, d. h. der Signalisierung von der
Basisstation zur Mobilstation, erreicht.
Durch die intelligente Steuereinheit im Repeater läßt sich
erreichen, daß der Repeater nur die Frequenzen der am
stärksten zu empfangenden Basisstation (Funkzelle) des
jeweiligen Funknetzes behandeln muß (empfangen, demodulieren
und modulieren), zuzüglich der Frequenz des
Organisationskanals der nächst stärkeren Nachbarzelle (welche
durch die Logik des Repeaters ermittelt werden muß). Dazu muß
die intelligente Steuereinheit des Repeaters den
Signalisierungsverkehr überwachen und folgende Informationen
daraus extrahieren:
- 1. die Liste der in der stärksten Zelle (Serving Cell) verwendeten Frequenzen,
- 2. die Liste der Organisationskanäle der Nachbarzelle,
- 3. je nach Funksystem auch Informationen über die Sequenz von Frequenzsprungverfahren (Frequency Hopping) sowie deren konkreten Ablauf.
Wird der Repeater durch eine Zelle bewegt, so muß dessen
Steuereinheit selbst die Entscheidung über den bevorstehenden
Wechsel in eine neue Funkzelle treffen können und auch die am
besten geeignete Zelle auswählen. Ist ein Zellwechsel
(Handover) erforderlich, senkt der Repeater den Pegel der
stärksten Zelle (Serving Cell) auf der Versorgungsseite ab
und erhöht den Pegel der Zielzelle für den Wechsel, so daß
die Steuerung des Funksystems automatisch den Wechsel der
Verbindungen der Mobilstationen in die neue Zelle veranlaßt.
Sobald die erste Mobilstation, die über den Repeater versorgt
wird, in die neue Zelle gewechselt hat, muß der Repeater auch
die Frequenzen der neuen, stärkeren bedienen können. Die
Information, ob eine Mobilstation der repeatierten Zelle über
den Repeater versorgt wird oder über den direkten Funkkontakt
zur Basisstation, läßt sich über die zeitliche Beziehung
beider Richtungen des Funkverkehrs und über die Leistung des
Signals der Mobilstation, das der Repeater empfängt,
ermitteln.
Je Repeater-Zweig werden Funktionseinheiten wie Kanalfilter,
Demodulator, Modulator und Sendeverstärker gegebenenfalls
entsprechend der Anzahl der Hochfrequenzkanäle mehrfach
parallel geschaltet.
Der Repeater enthält ein Frequenznormal, welches
zweckmäßigerweise über den Synchronisationskanal des von der
Basisstation kommenden Downlink-Kanals synchronisiert wird.
Dieses Frequenznormal dient als zentraler Taktgeber zur
Generierung der Trägerfrequenz, der Modulation,
gegebenenfalls der Burstformung etc.
Über eine Datenverbindung in Form eines Funkkanals zwischen
Repeater und Basisstation, welcher Funkkanal Bestandteil der
vom Repeater verwendeten Kanäle ist, läßt sich eine
Fernsteuerung und Fernüberwachung des Repeaters realisieren.
Die Realisierung dieser Datenverbindung übernimmt eine
Baugruppe, die die Funktionalität einer datenfähigen
Mobilstation hat und welche Teil der intelligenten
Steuereinheit ist. Diese kann entweder direkt mit der
Anbindungsantenne gekoppelt oder über einen
Multiplexer/Demultiplexer an die digitalen Datenströme der
beiden Repeater-Zweige angekoppelt sein und auf diese
zugreifen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen
Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert.
Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung
weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der
Erfindung hervor.
Es zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung der Funktionseinheiten
eines klassischen Repeaters nach dem Stand der
Technik;
Fig. 2: eine schematische Darstellung der Funktionseinheiten
des erfindungsgemäßen Repeaters.
Ein klassischer Repeater gemäß Fig. 1 führt im wesentlichen
eine bidirektionale Verstärkung der von einer Basisstation
BTS bzw. Mobilstation MS kommenden Funksignal in Uplink- und
Downlink-Richtung durch, wobei die von der Richtung
Basisstation BTS kommenden Funksignale mittels einer
Anbindungsantenne 1 und einem nachgeschalteten Duplexfilter 3
empfangen werden, im Downlink-Repeaterzweig RZ1 verstärkt,
möglicherweise selektiert und über einen weiteren
Duplexfilter 3 und eine Versorgungsantenne 2 in Richtung zur
Mobilstation MS wieder ausgesendet werden. Der Uplink-
Repeaterzweig RZ2 arbeitet in gleicher Weise und leitet die
von der Mobilstation MS kommenden Signale an die Basisstation
BTS weiter.
Der erfindungsgemäße Repeater gemäß Fig. 2 arbeitet dagegen
auf andere Weise. Nachfolgend wird lediglich der Lauf eines
Downlink-Signals von der Basisstation BTS zur Mobilstation MS
beschrieben, welches einen ersten Repeaterzweig RZ1
durchläuft. Die Verarbeitung der Uplink-Signale folgt in
gleicher Weise.
Das von der Mobilstation BTS kommende Funksignal wird über
einen Duplex-Filter 3 einem Vorverstärker 4 zugeführt und
über einen Mischer 5 in sein Basisfrequenzband bzw. eine
Zwischenfrequenz herabgesetzt. Die Mischfrequenz wird durch
einen Lokaloszillator 6 erzeugt. Das Basisbandsignal wird
über einen Kanalfilter 7 auf einen Demodulator 8 geleitet.
Nach dem Demodulator liegt der demodulierte, digitale
Datenstrom vor. Dieser wird nun durch einen Modulator 9
entsprechend aufbereitet und auf eine Trägerfrequenz
moduliert, durch einen Sendeverstärker 10 verstärkt und über
einen weiteren Duplexfilter 3 von der Versorgungsantenne 2
zur Mobilstation hin abgestrahlt.
Der Repeater verfügt über eine intelligente Steuereinheit 12,
welche den Signalisierungsverkehr zwischen Basisstationen und
Mobilstationen, sowie die jeweiligen Empfangsfeldstärken
überwacht und entsprechend auswertet. Somit ist es möglich,
die Verbindung der Mobilstation mit einer Basisstation der
jeweils günstigsten Basisstation zuzuordnen und einen
Zellenwechsel (Handover) zu unterstützen. Diese Fähigkeit
prädestiniert den erfindungsgemäßen Repeater für den mobilen
Einsatz.
Die Steuereinheit 12 verfügt zweckmäßigerweise über eine
Fernsteuer- und Fernüberwachungseinheit, die durch einen vom
Repeater verwendeten Kanal angesteuert wird. Der nach dem
Demodulator 8 anliegende, digitale Datenstrom wird
abgezweigt, wobei die für die Steuereinheit relevanten
Signale durch einen Mulitplexer/Demultiplexer 13
"herausgefiltert" werden.
Die Steuereinheit 12 liefert ein aus dem Datenstrom
generiertes Synchronisationssignal an das Frequenznormal 11,
welches als zentraler Taktgeber für alle Lokaloszillatoren 6
dient. Das Synchronisationssignal wird aus dem
Synchronisationskanal des demodulierten Signals erzeugt.
Die Steuereinheit 12 ist über eine Steuerleitung zumindest
mit dem Sendeverstärker 10 des Downlink-Zweiges verbunden und
steuert hierüber die Ausgangsleistung des Sendeverstärkers
10.
1
Anbindungsantenne
2
Versorgungsantenne
3
Duplex-Filter
4
Vorverstärker
5
Mischer
6
Lokaloszillator
7
Kanalfilter
8
Demodulator
9
Modulator
10
Sendeverstärker
11
Frequenznormal
12
Intelligente Steuereinheit
13
Multiplexer/Demultiplexer
BTS Basistation
MS Mobilstation
BTS Basistation
MS Mobilstation
Claims (7)
1. Repeater für Funksignale, vorzugsweise für den mobilen
Einsatz in digitalen zellularen Funknetzen, dadurch
gekennzeichnet, daß die im Downlink- (RZ1) und/oder Uplink-
Zweig (RZ2) des Repeaters empfangenen Funksignale demoduliert
werden, und anschließend die so gewonnenen digitalen
Datenströme wieder normgerecht moduliert, verstärkt und
ausgesendet werden,
daß eine intelligente Steuereinheit (12) vorgesehen ist, die
durch Überwachung des Signalisierungsverkehrs im Funknetz und
selbständige Abstimmung der vom Repeater übertragenen
Frequenzkanäle auf die von der Nachbarfunkzelle verwendeten
Kanäle einen Wechsel der Funkverbindung (Handover) in eine
neue Funkzelle unterstützt.
2. Repeater nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
in einem Repeaterzweig (RZ1 bzw. RZ2) empfangenen Funksignale
demoduliert werden, und anschließend die gewonnenen digitalen
Datenströme wieder normgerecht moduliert, verstärkt und
ausgesendet werden, während der andere Repeaterzweig (RZ2
bzw. RZ1) analog arbeitet.
3. Repeater nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die intelligente Steuereinheit (12) den
Wechsel der Funkverbindung in eine neue Zelle durch gezielte
Beeinflussung des Signalpegels der abgestrahlten Funksignale
forciert.
4. Repeater nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Leistungssteuerung des ausgesendeten
Signals und die Ermittlung der Parameter für diese
Leistungssteuerung durch Überwachung des
Signalisierungsverkehrs im Funknetz erfolgt.
5. Repeater nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Empfangsfeldstärke der von der
Basisstation (BTS) empfangenen Funksignale gemessen und als
Steuersignal für die Leistungsregelung des Sendeverstärkers
(10) verwendet wird.
6. Repeater nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Frequenznormal (11) vorgesehen ist,
das die bei der Modulation des digitalen Datenstroms
benötigte Normalfrequenz durch Synchronisation auf das von
der Basisstation des Funknetzes abgestrahlte
Synchronisationssignal gewinnt.
7. Repeater nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die intelligente Steuereinheit (12) eine
Fernüberwachungs- und/oder Fernsteuereinheit umfaßt, die
unter Ausnutzung der Sende- und Empfangsbaugruppen (3-10) des
Repeaters über die digitalen Datenströme unter
Zwischenschaltung von Multiplexern/Demultiplexern (13) mit
der Basisstation des Funknetzes kommuniziert.
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