FI80817C

FI80817C - Device for checking the condition of the base station antenna in cellular telephone systems

Info

Publication number: FI80817C
Application number: FI884030A
Authority: FI
Inventors: Kai Mustonen
Original assignee: Telenokia Oy
Priority date: 1988-09-01
Filing date: 1988-09-01
Publication date: 1990-07-10
Also published as: FI884030A0; FI80817B

Description

1 80817 Järjestely solukkopuhelinjärjestelmän tukiaseman antennin kunnon tarkkailemiseksi1 80817 Arrangement for monitoring the condition of an antenna in a cellular telephone base station

Keksinnön kohteena on järjestely solukkopuhelinjär-5 jestelmän tukiaseman antennin kunnon tarkkailemiseksi määrittämällä antennin seisovan aallon suhde, joka järjestely käsittää tukiasemalle sijoitettuna lähetinvälineen sähköisen mittaussignaalin syöttämiseksi antennilinjan kautta antenniin, ja mittausvälineen antennista antennilinjaa 10 pitkin takaisin heijastuneen mittaussignaalitehon mittaamiseksi .The invention relates to an arrangement for monitoring the condition of an antenna of a base station of a cellular telephone system 5 by determining an antenna standing wave ratio, the arrangement comprising transmitter means located at the base station for supplying an electrical measurement signal via the antenna line to the antenna and measuring means for measuring the reflected signal back from the antenna line 10.

Solukkopuhelinjärjestelmissä käytetään puhekanava-yksiköiden lisäksi mittakanavayksiköitä, joilla mitataan yhteyksien laatua. Tämän tarkoituksena on mm. selvittää, 15 mikä tukiasema pystyy muodostamaan parhaimman yhteyden vasta-aseman kanssa. Mittakanavassa ei tarvita lähetintä, mutta erilaisten yksiköiden lukumäärän vähentämiseksi on edullista käyttää mittakanavayksikkönä tavallista puheka-navayksikköä.In addition to voice channel units, cellular telephone systems use measurement channel units to measure the quality of connections. The purpose of this is e.g. determine which base station is able to establish the best connection with the counter station. A transmitter is not required in the measuring channel, but in order to reduce the number of different units, it is preferable to use a conventional voice pole unit as the measuring channel unit.

20 Tukiasemaan kuuluu olennaisena osana vastaanotin- ja lähetysantennit, joiden kunto vaikuttaa yhteyksien laatuun. Antennien kunnon tarkkailu voidaan suorittaa esim. mittaamalla niiden seisovan aallon suhdetta eli antennien sähköistä sovitusta muuhun vastaanotin- ja lähetinjärjes-25 telmään.20 An essential part of a base station is the receiving and transmitting antennas, the condition of which affects the quality of the connections. The condition monitoring of the antennas can be performed, for example, by measuring their standing wave ratio, i.e. the electrical fit of the antennas to the rest of the receiver and transmitter system.

Nykyisen käytössä olevilla menetelmillä mittaus suoritetaan syöttämällä vastaanotinantenniin antennilin jän . kautta tehoa ja mittaamalla antennista antennilinjaa myö ten takaisin heijastuva teho laajakaistaisella tehomitta-30 rilla. Tehomittarin laajakaistaisuudesta johtuen mittauksessa käytettävän tehon tulee olla huomattavasti suurinta odotettavissa olevaa vastaanottotehoa suurempi, jotta mittauksesta ei tulisi häiriöherkkä eli tukiasemalle lähetetyt signaalit eivät häiritsisi mittausta. Suuren tehon 35 käyttäminen aiheuttaa vastaanottimeen keskeismodulaatio- 2 80817 ongelmia. Suuren tehon aiheuttamia häiriöitä voidaan välttää duplex-suodattimen avulla, joka erottaa mittasignaalin ja vastaanotettavaksi tarkoitetut signaalit toisistaan. Duplex-suodatin on asennettava ennen tukiaseman vastaan-5 otinosia, mikä heikentää tukiaseman herkkyyttä, koska suodatin aiheuttaa häviöitä antennisignaaliin.With the methods currently in use, the measurement is performed by feeding an antenna line to the receiver antenna. through the power and by measuring the reflected power back from the antenna to the antenna line with a broadband power meter-30. Due to the broadband of the power meter, the power used in the measurement must be considerably higher than the maximum expected reception power, so that the measurement does not become interference sensitive, i.e. the signals sent to the base station do not interfere with the measurement. Using high power 35 causes central modulation problems to the receiver. High power interference can be avoided by a duplex filter that separates the measurement signal from the signals to be received. A duplex filter must be installed before the receiver-5 receiver parts, which reduces the sensitivity of the base station because the filter causes losses to the antenna signal.

Esillä olevan keksinnön päämääränä on aikaansaada antennin kunnon mittaamiseksi järjestely, jolla edellä mainitut ongelmat vältetään ja joka on aikaisempaa edul-10 lisempi ja yksinkertaisempi toteuttaa.It is an object of the present invention to provide an arrangement for measuring the condition of an antenna which avoids the above-mentioned problems and which is more advantageous and simpler to implement.

Tämä päämäärä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä järjestelyllä, jolle on keksinnönmukaisesti tunnusomaista, että mittausväline on tukiaseman yhden puhe- tai mittakanavan vastaanottimen kentänvoimakkuusil-15 maisin, ja että lähetinväline käsittää tukiaseman edellä mainitun puhe- tai mittakanavan lähettimen, joka tuottaa ensimmäisen, lähettimen lähetystaajuuskaistalla olevan kapeakaistaisen signaalin, sekä taajuudensiirtovälineen, jolle ensimmäinen signaali syötetään ja joka muodostaa 20 ensimmäisestä signaalista mainitun mittaussignaalin siirtämällä sen halutulle mittaustaajuudelle.This object is achieved by an arrangement of the type described in the introduction, which according to the invention is characterized in that the measuring means is a field strength indicator of one speech or measuring channel receiver of the base station and that the transmitting means comprises a base station transmitting a first voice or measuring channel transmitter in a narrowband , and a frequency transfer means to which the first signal is input and which generates said measurement signal from the first signal by shifting it to the desired measurement frequency.

Keksinnön perusajatuksena on, että vastaanotinantennin seisovan aallon suhde mitataan tukiaseman mittakanavan lähetintä ja vastaanotinta käyttäen. Tämä on edul-25 lista, koska tällöin suurin osa mittaukseen tarvittavista laitteista on jo olemassa tukiasemalla. Kuten jo aikaisemmin todettiin, mittakanavayksikkönä käytetään yleensä tavallista puhekanavayksikköä, jossa on mittakanavassa tavallisesti tarpeeton lähetin. Tätä lähetintä voidaan nyt 30 käyttää synnyttämään tukiaseman lähetystaajuuskaistalla olevan kapeakaistaisen signaalin, joka sekoitetaan siirto-oskillattorin avulla halutulle mittaustaajuudelle. Tämä mittaustaaj uus on juuri tukiaseman vastaanottotaajuuskais-tan ulkopuolella oleva taajuus, joten vastaanotinantennis-35 ta heijastuva mittaussignaali ei aiheuta häiriöitä tuki-The basic idea of the invention is that the standing wave ratio of the receiver antenna is measured using a transmitter and a receiver of the base station's measuring channel. This is an advantage list, because then most of the equipment needed for the measurement already exists at the base station. As stated earlier, a standard voice channel unit is usually used as the measurement channel unit, which usually has an unnecessary transmitter in the measurement channel. This transmitter can now be used to generate a narrowband signal in the transmission frequency band of the base station, which is mixed by the transmission oscillator to the desired measurement frequency. This measurement frequency is just outside the reception frequency band of the base station, so the measurement signal reflected from the receiver antenna 35 does not cause interference to the base station.

IIII

3 80817 aseman muihin vastaanottimiin. Sekoitettu mittaussignaali syötetään antenniin, josta heijastuva teho mitataan mit-takanavan vastaanottimessa olevan kentänvoimakkuusilmai-simen avulla. Koska myös kentänvoimakkuusilmaisin on jo 5 muista syistä olemassa tukiasemalla, tarvitsee tukiasemalle lisätä antennin tarkkailua varten minimissään vain siirto-oskillaattori.3 80817 station to other receivers. The mixed measurement signal is fed to an antenna, from which the reflected power is measured by means of a field strength detector in the receiver of the measurement channel. Since the field strength detector also already exists at the base station for 5 other reasons, only a transmission oscillator needs to be added to the base station for monitoring at least.

Koska lähettimenä on tavanomainen puhekanavalähe-tin, mittauskanavasignaalin kaistanleveys on enintään ta-10 vanomaisen puhekanavasignaalin kaistanleveys. Tämän vuoksi mittaus tapahtuu taajuusselektiivisesti hyvin kapealla kaistalla, jolloin mittauksessa tarvittava teho voidaan pitää pienempänä kuin nykyisin tunnetussa menetelmässä eikä vastaanottimessa tapahdu mittauksen vuoksi keskeis-15 modulaatiota, joka aiheuttaa häiriöitä puhekanaville. Tekniikan tason ratkaisuissa käytetyt duplex-suodattimet voidaan siten jättää pois.Since the transmitter is a conventional voice channel transmitter, the bandwidth of the measurement channel signal is at most the bandwidth of the conventional voice channel signal. Therefore, the measurement takes place frequency-selectively in a very narrow band, so that the power required for the measurement can be kept lower than in the currently known method and no central modulation occurs in the receiver due to the measurement, which causes interference to the speech channels. The duplex filters used in the prior art solutions can thus be omitted.

Mittaussignaali voidaan syöttää antennilinjaan suuntakytkimen kautta, joka suuntaa kaiken mittaussignaa-20 litehon antenniin päin ja päästää vastaanottimelle ainoastaan antennilta päin tulevat signaalit, kuten takaisin heijastuneen mittaussignaalitehon.The measurement signal can be fed to the antenna line through a directional switch that directs all of the measurement signal-20 lite power to the antenna and allows the receiver to receive only signals from the antenna, such as back reflected reflection signal power.

Siirto-oskillattorin taajuus on edullisesti 45 MHz, joka on NMT-900-järjestelmässä vastaanotto- ja lähetystaa-25 juuksien ero. Tällöin vastaanottimen ja lähettimen ohjaus ei eroa puhekanavissa käytetystä ohjauksesta.The frequency of the transmission oscillator is preferably 45 MHz, which is the difference between the reception and transmission frequencies in the NMT-900 system. In this case, the control of the receiver and the transmitter does not differ from the control used in the voice channels.

Keksintöä selitetään nyt yksityiskohtaisemmin esimerkinomaisen suoritusmuodon avulla viitaten oheiseen piirrokseen, jossa 30 kuvio 1 esittää lohkokaavion tukiasemasta, joka sisältää keksinnön mukaisen mittausjärjestelyn, ja kuvio 2 on yksityiskohtaisempi esitys kuvion 1 lohkoista 7 ja 8.The invention will now be described in more detail by means of an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawing, in which Figure 1 shows a block diagram of a base station incorporating a measurement arrangement according to the invention, and Figure 2 is a more detailed representation of blocks 7 and 8 of Figure 1.

Nyt viitataan kuvioon 1, jossa keksinnön mukainen 35 tukiasema käsittää vastaanottoantennin 9, joka on kytketty 4 80817 antennilinjan 11, 12 välityksellä jakovahvistimen 1 anten-nisisääntuloon ANT. Jakovahvistimella on N kappaletta pu-hekanavaulostuloja 1...N, joista kukin on kytketty vastaavan puhekanavayksikön 31,32...3II vastaanotinsisääntuloon 5 RX. Kunkin puhekanavayksikön 3X ---3,, lähettimen ulostulo TX on kytketty summausverkon 6 vastaavaan sisääntuloon 1...N. Summausverkon 6 ulostulo on kaikki puhekanavasig-naalit käsittävä summasignaali, joka syötetään lähetysan-tennille 10.Referring now to Figure 1, a base station 35 according to the invention comprises a receiving antenna 9 connected via an antenna line 11, 12 to the antenna input ANT of a distribution amplifier 1. The distribution amplifier has N speech voice channel outputs 1 ... N, each of which is connected to the receiver input 5 RX of the corresponding voice channel unit 31, 32 ... 3II. The transmitter output TX of each voice channel unit 3X --- 3 ,, is connected to the corresponding input 1 ... N of the summing network 6. The output of the summing network 6 is a sum signal comprising all voice channel signals, which is fed to the transmitting antenna 10.

10 Jakovahvistin 1 käsittää lisäksi mittakanavaulos- tulon 0, joka on kytketty linjan 15 kautta mittakanavayk-sikölle 2. Tämä mittakanavayksikkö 2 on keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa oleellisesti samanlainen kuin tukiaseman puhekanavayksiköt. Mittakanavasignaalilinjalta 15 15 mittaussignaali syötetään mittakanavayksikön 2 vastaan otinsisääntuloon RX. Mittakanavayksikön lähettimen RFTL-ulostulo on kytketty linjan 14 kautta siirto-oskillaattorille 7. RFTL-ulostulo on puhekanavien (ja myös mittaka-navan) lähettimessä oleva, mittaukseen soveltuva matala-20 tasoinen (n. -20 dBm) ulostulo, jota puhekanavissa käytetään tukiaseman testaustarkoituksiin, mutta on mittauska-navasa käyttämätön. Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa mittauskanavan ulostulona käytetään juuri tätä ulostuloa ja varsinainen lähetinulostulo Tx päätetään vaimentimeen 25 RL (keinokuormaan). Siirto-oskillaattorin 7 ulostulo on kytketty linjan 13 kautta suuntakytkimelle 8, joka puolestaan on kytketty sarjaan antennilinjalle antennin 9 ja jakovahvistimen 1 väliin.The distribution amplifier 1 further comprises a measuring channel output 0 connected via line 15 to a measuring channel unit 2. This measuring channel unit 2 is substantially similar to the base station voice channel units in a preferred embodiment of the invention. From the measuring channel signal line 15, the measuring signal is fed to the receiver input RX against the measuring channel unit 2. The RFTL output of the transmitter of the measuring channel unit is connected via line 14 to the transmission oscillator 7. The RFTL output is a low-20 level (about -20 dBm) output at the transmitter of the voice channels (and also the measuring channel) used in the speech channels for base station testing purposes. , but the measuring pole is unused. In a preferred embodiment of the invention, it is this output that is used as the output of the measuring channel and the actual transmitter output Tx is terminated in the attenuator 25 RL (artificial load). The output of the transmission oscillator 7 is connected via line 13 to a directional switch 8, which in turn is connected in series to the antenna line between the antenna 9 and the distribution amplifier 1.

Siirtokytkin 8 ja siirto-oskillaattori 7 on esitet-30 ty yksityiskohtaisemmin kuviossa 2. Suuntakytkin 8 on tavanomainen hybridikytkentä, jonka yksi haara on päätetty vastukseen R. Suuntakytkimen muihin haaroihin on kytketty siirto-oskillaattorilta 7 tuleva linja 13, antenninpuolei-nen antennilinja 11 ja jakovahvistimen 1 puoleinen anten-35 nilinja 12. Suuntakytkin 8 suuntaa linjalta 13 tulevanThe transfer switch 8 and the transfer oscillator 7 are shown in more detail in Fig. 2. The directional switch 8 is a conventional hybrid connection, one branch of which is terminated with a resistor R. A line 13 from the transfer oscillator 7, an antenna-side antenna line 11 and a splitter 1-sided antenna-35 line 12. Direction switch 8 directs coming from line 13

IIII

5 80817 mittaussignaalin kokonaisuudessaan antennilinjalle 11 menevään haaraan ja estää linjalta 13 tulevan mittaussignaalin pääsyn antennilinjalle 12 menevään haaraan. Vastaan-ottoantennin 9 vastaanottamat signaalit sekä antennista 5 takaisin heijastuneen mittaussignaalin osuuden suuntakyt-kin 8 suuntaa antennilinjalta 11 antennilinjalle 12. Luonnollisesti suuntakytkimen 8 tilalla voidaan käyttää jonkin muun tyyppistä suuntaavaa elintä.5 80817 the measurement signal in its entirety to the branch going to the antenna line 11 and prevents the measurement signal from the line 13 from entering the branch going to the antenna line 12. The signals received by the receiving antenna 9 and the direction switch 8 of the portion of the measurement signal reflected back from the antenna 5 are directed from the antenna line 11 to the antenna line 12. Naturally, another type of directing member can be used instead of the direction switch 8.

Siirto-oskillattori 7 sisältää sekoittajan 73, jon-10 ka toinen sisääntulo on kytketty mittakanavan lähettimen RFTL-ulostulosta tulevaan linjaan 14 ja jonka toiseen sisääntuloon on puskurivahvistimen 72 kautta kytketty kide-oskillaattori 71. Sekoittajan 73 ulostulo on kytketty linjalle 13. Sekoittaja 73 siirtää linjalta 14 tulevan sig-15 naalin taajuudelle, joka on kideoskillaattorin 71 taajuuden verran linjalta 14 tulevan signaalin taajuuden ylä-tai alapuolelle. Keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa kideoskillaattorin 71 taajuus on 45 MHz, jolloin siirto-oskillaattori 7 siirtää mittakanavayksikön 2 lähettimen 20 ulostulosignaalia, joka on mittakanavan 0 lähetystaajuudella, 45MHz verran taajuudelle, joka on mittakanavan 0 vastaanottotaajuus.The transfer oscillator 7 includes a mixer 73, the second input of which is connected to a line 14 from the RFTL output of the measuring channel transmitter and to the second input of which a crystal oscillator 71 is connected via a buffer amplifier 72. The output of the mixer 73 is connected to line 13. 14 to a frequency of the incoming sig-15 that is above or below the frequency of the signal from line 14 by the frequency of the crystal oscillator 71. In the preferred embodiment of the invention, the frequency of the crystal oscillator 71 is 45 MHz, whereby the transmission oscillator 7 transmits the output signal of the transmitter 20 of the measuring channel unit 2 at the transmission frequency of the measuring channel 0 to a frequency of 45 MHz, which is the reception frequency of the measuring channel 0.

Keksinnön mukainen mittausjärjestely toimii seuraavasti.The measuring arrangement according to the invention operates as follows.

25 Mittakanavan lähetin syöttää siirto-oskillaattoril le 7 mittakanavan 0 lähetystaajuudella olevan signaalin, jonka siirto-oskillaattori siirtää halutulle mittaustaa-juudelle ja syöttää näin aikaansaadun mittaussignaalin suuntakytkimen 8 kautta vastaanottoantennin 9. Osa mit-30 taussignaalitehosta heijastuu takaisin vastaanottoanten-nista 9 ja siirtyy suuntakytkimen 8 kautta antennilinjaa pitkin jakovahvistimelle 1, jonka ulostulosta 0 se syötetään mittakanavayksikön 2 vastaanotinsisääntuloon RX. Takaisin heijastunut teho mitataan mittakanavayksikön 2 ken-35 tänvoimakkuusilmaisimella, jonka antamaa tulosta verrataan 6 80817 lähetettyyn mittaussignaalin tehoon vastaanottoantennin 9 seisovan aallon suhteen määrittämiseksi. Tukiasema ja so-lukkopuhelinjärjestelmä käyttää vastaanottoantennin kunnosta näin saatua informaatiota tavanomaisella tavalla 5 hyväkseen. Tämä ei kuitenkaan kuulu varsinaisen keksinnön piiriin eikä sitä sen vuoksi selosteta tarkemmin.The transmitter of the measuring channel supplies to the transmission oscillator 7 a signal at the transmission frequency of the measuring channel 0, which the transmission oscillator transmits to the desired measuring frequency and feeds the measurement signal thus obtained via the directional switch 8 to the receiving antenna 9. via an antenna line to a distribution amplifier 1, from the output 0 of which it is fed to the receiver input RX of the measuring channel unit 2. The reflected power is measured by the ken-35 force detector of the measuring channel unit 2, the result of which is compared with the power of the measurement signal transmitted by 6,80817 to determine the standing wave ratio of the receiving antenna 9. The base station and the so-called telephone system use the information thus obtained about the condition of the receiving antenna in a conventional manner. However, this does not fall within the scope of the actual invention and will therefore not be described in more detail.

Kuviot ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu havainnollistamaan keksintöä. Yksityiskohdiltaan keksinnön mukainen järjestely voi vaihdella oheisten patenttivaati-10 musten puitteissa. Siirto-oskillaattorin 7 sisääntulosig-naali voidaan esimerkiksi ottaa mittauskanavan varsinaisesta lähetinulostulosta TX mainitun vaimentimen jälkeen.The figures and the related description are intended to illustrate the invention. The details of the arrangement according to the invention may vary within the scope of the appended claims. For example, the input signal of the transmission oscillator 7 can be taken from the actual transmitter output TX of the measurement channel after said attenuator.

IlIl

Claims

7 80817

An arrangement for monitoring the condition of a receiving antenna (9) of a base station of a cellular telephone system by determining an antenna standing wave ratio, the arrangement comprising transmitting means (2, 7) located at the base station for transmitting an electrical measurement signal via the antenna line (11) to the antenna, and measuring means (2) , 10 12) for measuring the reflected signal signal power, characterized in that the measuring means is a field strength indicator of one of the speech or measuring channel receivers (2) of the base station, and that the transmitting means comprises a first narrowband signal in the transmission frequency band of the transmitter, and a frequency transmission means (7) to which the first signal is input and which generates said measurement signal from the first signal by transmitting it to the desired measurement frequency.

Arrangement according to Claim 1, characterized in that the output of the transmitter means (2, 7) is connected to the antenna line (11, 12) by a directional switch element (8) which directs the measurement signal supplied by the transmitter means (2, 7) to and from the antenna (9). (9) back to the reflected power receiver (2).

Arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the frequency transfer means is a transfer oscillator (7).

An arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the frequency of the measurement signal is the reception frequency of the receiver of the above-mentioned speech or measurement channel.

Arrangement according to Claim 4, characterized in that the frequency of the transmission oscillator (7) is 45 MHz.

Arrangement according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that the frequency of the measurement signal is outside the reception frequency band of the base station. Il 9 80817