CN104067534B - 无线通讯网络 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于无线通讯的通讯网络(100)，包括基站(1、16、26)、无线终端设备(3、15、18、25、37)和至少一个中继器(5、10、20、28、33)，所述中继器接入到基站(1、16、26)和无线终端设备(3、15、18、25、37)之间，其中，基站(1、16、26)设计用于在多重信道上发送和接收通讯信号，终端设备(3、15、18、25、37)设计用于在多重信道上发送和接收通讯信号，并且中继器(5、10、20、28、33)设计用于在多重信道上接收、输送和重新发送通讯信号并且包含用于对至少一个输送的信道进行频率转换的转换装置(101、103、106、110、118)，其中，附加地包括测量接收单元(6、12、22、34、38)，该测量接收单元设计用于确定未利用的用于无线通讯的频率范围，测量接收单元(6、12、22、34、38)与中继器(5、10、20、28、33)的转换装置(101、103、106、110、118)连接，转换装置(101、103、106、110、118)设计用于在至少一个通讯方向(UL、DL)上进行向所述未利用的频率范围中的频率的频率转换，并且中继器(5、10、20、28、33)设计用于在所述至少一个通讯方向上利用所述至少一个频率转换的信道无线发送通讯信号。

Description

无线通讯网络
技术领域
本发明涉及一种用于无线通讯的通讯网络，包括基站、无线终端设备和至少一个中继器，所述中继器接入到基站和无线终端设备之间。在此基站和终端设备设计用于在多重信道上发送和接收通讯信号。中继器设计用于在多重信道上接收、输送和重新发送通讯信号。该通讯网络此外具有用于对至少一个输送的信道进行频率转换的转换装置。
背景技术
通讯网络尤其是可以作为移动无线电网络内部的网络提供。终端设备例如是移动终端设备、尤其是移动电话。
中继器可以例如构成为双向的高频放大器，其将通讯信号在通讯网络内部分布、亦即接收、在输送中放大、滤波并且重新发送。这样的中继器尤其是用于在无线网络的遮暗区域(如其例如在从建筑物的外部区域到内部区域中的过渡部处给出)中允许基站和终端设备之间的通讯。然而放大功能对于在这里设定的通讯网络原则上不是必需的。中继器可以设计用于的双向无线发送和双向无线接收通讯信号。然而中继器也可以至少在一个通讯方向上有线连接地发送和/或接收通讯信号。当通讯信号朝终端设备方向传输时，通讯方向在这里指的是下行链路方向，当通讯信号朝基站方向传输时，通讯方向指的是上行链路方向。
开头所述类型的通讯网络例如由US 2010/0284446A1已知。在那里在中继器的“多跳(Multi-Hop)”链中进行中继器之间的通讯信号的频率转换，以便避免在终端设备的通讯信号和在中继器间交换的通讯信号之间的干扰。用于在中继器之间通讯的频谱设置在被分配用于在基站和终端设备之间进行通讯的通讯带之外。
也由US 2009/0190508A1已知一种开头所述类型的通讯网络。在那里在中继器中进行频率转换，以便可以在为主要用户分派的通讯带内部利用可用的、当前不被主要用户占用的自由频率。
原则上，对移动数据服务的持续增长的需求导致对传输容量的增长的需要。由于对于移动应用可供使用的有限带宽，近年来强化发展了能够多次利用资源的技术。这样实现在使用多天线系统的情况下结合新的空间时间编码方法(多输入多输出，MIMO(MultipleInput Multiple Output))可以利用传输通道的空间多样性。这些技术能够特别有效地在例如在建筑物的内部或封闭的客舱中出现的强散射的环境中得以利用。在这里可证实，传输容量能够大致随天线的数量线性提高。在此重要的是，空间上不同的传输路径相互间不会或尽可能小地相关联。
在外部区域中供应较大的无线电中心时、尤其是在通讯伙伴之间直接视觉连接(视距传播，LOS(Line Of Sight))时仅用两个交叉极化设置的天线可以取得数据传输率的明显提高。利用其他配置(非视距传播，NLOS(Non Line Of Sight))、尤其是利用多于两个天线实现的结果经常不值得附加地变为必需的基础设施的成本。该不令人满意的结果的主要原因在于小的角展度和由此造成的在外部区域中的不同天线的通讯信号的强关联性。
发明内容
本发明的任务是，在利用现存资源的情况下改善开头所述类型的通讯网络的传输容量。
对于开头所述类型的通讯网络，该任务按照本发明如下解决，即，附加地包括测量接收单元，该测量接收单元设计用于确定未利用的、用于无线通讯的频率范围；测量接收单元与中继器的转换装置连接；转换装置设计用于在至少一个通讯方向上进行向所述未利用的频率范围中的频率的频率转换；并且中继器设计用于在所述至少一个通讯方向上利用所述至少一个频率转换的信道无线发送通讯信号。
本发明在此在第一步中从例如在M.Mück等的“ETSI可重新配置的无线电系统：软件定义无线电和认知无线电标准的状态和未来方向(ETSI reconfigurable radioSystems:Status and future directions on Software defined radio and cognitiveradio Standards)”(IEEE通讯杂志，2010年9月，第78-86页)中讨论的所谓的认知无线电系统的措施出发，利用所述无线电系统需要开发在尤其是对于移动应用在外部区域中有利可用的频谱中的自由的未利用的频率范围。主要的构思在这里在于，例如借助分布的传感器确定可用无线电资源的实际利用并且在中央决定所述可用无线电资源的有效利用。为此各个设备交换关于信道分别以何种频率传输的信息，其中，各个频率的选择在时间上或在局部区域依赖于可用的无线电资源，亦即“认知地”进行。在测量技术上确定对可用频谱的局部利用的方法例如在US 6,882,851B2或US 7,146,176B2中设定。使用对此的中央数据库在US 7,200,404B2中提出。
在第二步中本发明从如下考虑出发，即，关于对于在外部区域中的移动应用有利可用的、在400MHz(在其之下所需的天线结构过大)至3000MHz(在其之上传播衰减过大)之间的频率范围，仅一小部分实际上可用于移动电话。其余范围不是仅地方性、例如地面电视，仅局部的、例如室内WLAN，就是在时间上受限的、例如雷达，并且借此非常无效率地被利用。
在第三步中本发明最后从另一个考虑出发，即，对于通讯信号在无线通讯网络内的交换考虑原则上对于无线通讯可用的无线电频率范围，以便改善其传输容量。换句话说，多重信道在利用自由的无线电频率、所谓的“白色空间(white space)”的情况下认知地在不同的频率上分布传输，从而可以智能地提高传输容量。尤其是该操作方式能够利用为移动电话分派的频带之外频率，从而可以集成附加的资源。尤其是，不是必需利用在为移动电话分派的频带内的频率。以这种方式可以克服通讯网络的容量限度，所述容量限度由移动通讯的被“完全”占用的通讯带的仅还有限的利用可能性而给定。
换句话说，本发明能够尤其是对于已经在多重信道上传输的通讯信号利用为无线通讯分别分派的频带之外的资源。如果例如为了提高在外部区域中的传输容量而利用MIMO技术，亦即通讯信号借助空间多重的信道和多个天线传输，则用于在这里给出的通讯网络的中继器可以设计用于将相同频率的MIMO信号在利用自由频率的情况下认知地转换到不同的频率上并且无线传输。在此保持获得用于MIMO信号的信号编码，从而在对应的频率回移之后，所述信号可以通过多个天线被相同频率地重新作为MIMO信号发送。然而，通过使MIMO信号经由空中接口在利用自由频率的情况下被频率转换地传输，在外部区域中取消了因关联并行发送的MIMO信号而对传输容量引起的不希望的限制。
本发明尤其是也适合用于将MIMO信号在外部区域中在利用自由频带的情况下频率转换地无线传输并且在可以完全充分利用MIMO技术优点的内部区域中在频率回移之后通过不同的天线再次作为MIMO信号发送。
另外有利的是，本发明用于将MIMO信号供给到移动屏蔽室、例如供给到行驶的列车的内部空间中。在这样的技术中，可预期数据吞吐量的进一步降低(除了因MIMO信号在外部区域中的关联而引起的不希望的局限之外)。因为已证实随着移动屏蔽室的速度的增加而上升的频率偏移因多普勒频移而附加地使相同频率的MIMO信号的希望的去关联变得困难。现今已知的用于校正该效果的方法仅允许移动系统的调制速度。
如果尤其是带有MIMO功能的中继器用于耦合输入到屏蔽室中，所述中继器在下行链路方向上在不同的频率上接收认知地转换的MIMO信号，将所述或至少一个所述MIMO信号重新频率转换，并且作为相同频率的MIMO信号发射到内部空间中，则在利用MIMO技术的情况下克服与多普勒效应关联的缺点。
在当前使用的转换装置的概念下还一同包括对应的结构组合件的这样的构件，即，所述构件对于穿过的通讯信号的频率转换是必需的。尤其是由此也包括混频器，该混频器有时与转换装置分开描述。
在一种优选的设计中，基站具有用于频率转换的另一个转换装置，该另一个转换装置与测量接收单元连接并且设计用于在下行链路方向上进行向所述未利用的频率范围中的频率的频率转换，其中，所述至少一个中继器的转换装置设计用于在下行链路方向上重新转换、尤其是重置所述频率转换的信道的频率，并且在上行链路方向上进行所述至少一个信道向所述未利用的频率范围中的频率的频率转换。
在上面提到的情况中，例如基站构造为认知的基站，该认知的基站为了提高传输容量而已经在所述自由频率的不同频率上交换通讯信号。为了可以处理不同信道的认知地在空间上、时间上或局部区域上变化地转换的频率，原则上需要认知的终端设备，该认知的终端设备通过自身的测量接收单元与基站关于所使用的频率“同步”工作。然而，引入这样的终端设备和这样的基站与高的费用支出和附加的基础设施的建立关联。
然而，如果中继器在本发明的意义中设计用于借助所实施的转换装置在下行链路方向上重新转换所述频率转换的信道的频率并且在上行链路方向上进行所述至少一个信道向所述未利用的频率范围中的频率的频率转换，则不需要用于信息交换的认知的终端设备。而是在这种情况中中继器为终端设备承担认知的通讯网络的转换。终端设备于是可以是例如MIMO终端设备或多频终端设备，该终端设备通过两个或更多个天线或通过两个或更多个移动无线电频带工作，这对应于当前的现有技术。
在上面提到的实施变型方案中，认知的基站尤其是设计成例如基于中继器的询问对在多频信道上发送的通讯信号根据MIMO方法编码。在这种情况中，中继器以高传输容量在多频信道上获得MIMO编码的通讯信号。该MIMO编码的通讯信号然后对于带有MIMO功能的终端设备在频率方面回移并且作为MIMO信号利用至少两个局部的多重的相同频率的信道在至少两个或更多个天线上发送。在这种情况中，本发明例如在外部区域中利用多频的认知的数据传输，以便对于尤其是在内部区域中的终端设备以高传输容量利用MIMO技术。
在另一种实施变型方案中，在基站和终端设备之间具有至少两个中继器，所述中继器设计用于在多重信道上接收、输送和重新输出通讯信号，并且分别包含与测量接收单元连接的、用于在至少一个通讯方向上将至少一个输送的信道频率转换到所述未利用的频率范围中的频率的转换装置，其中，基站侧的中继器的转换装置设计用于在下行链路方向上进行所述至少一个信道向所述未利用的频率范围中的频率的频率转换并且在上行链路方向上重新转换、尤其是重置所述频率转换的信道的频率，并且终端设备侧的中继器的转换装置设计用于在下行链路方向上重新转换、尤其是重置所述频率转换的信道的频率并且在上行链路方向上进行所述至少一个信道向所述未利用的频率范围中的频率的频率转换。
换句话说，在这种有利的实施变型方案中设置两个无线地通过相应的空中接口相互通讯的中继器。对于这种无线通讯利用认知的信息传输。基站侧的中继器接收基站的多重信道，将这些信道认知地转换到自由频率上并且无线地发送这些信道。终端设备侧的中继器无线地接收该认知转换的多频信道，对应地重置信道的频率，并且将所述信号例如作为在基站的分派的通讯带上的多重信道发送。对于上行链路方向、即终端设备朝基站方向的通讯，中继器交换其功能性。在这里并且也在前面所述的实施变型方案中，对于本发明不是必需的是，中继器或转换装置将认知地转换的频率回移到初始频率中。也可能的是，将认知地频率偏移的信道转换到与基站的通讯带的频率不同的其他频率中。
如所提到的，基站适宜地是带有MIMO功能的基站并且设计用于在空间多重的信道上发送和接收通讯信号，其中，基站侧的中继器作为带有MIMO功能的中继器设计并且因此能够在上行链路方向上发送空间多重的信道并且在下行链路方向上接收空间多重的信道。换句话说，基站侧的中继器与基站按照MIMO技术通讯。在终端设备侧，中继器在频率方面认知地偏移的信道上通讯。第二中继器与第一中继器在频率方面认知地偏移的信道上通讯。在终端设备侧，该第二中继器与终端设备按照MIMO技术通讯。
适宜地，在上述实施变型方案中，基站侧的中继器通过双向耦合器连接到基站、尤其是天线馈电线上，其中，通讯信号与基站光学或电气地交换。在该情况中，与基站有线连接地交换例如为MIMO编码的通讯信号。
此外适宜地，终端设备是带有MIMO功能的终端设备，该终端设备设计用于在空间多重的信道上发送和接收通讯信号，其中，所述至少一个或终端设备侧的中继器是带有MIMO功能的中继器，该中继器设计用于在下行链路方向上发送空间多重的信道并且在上行链路方向上接收空间多重的信道。
此外优选地，所述或每个转换装置配置有测量接收单元，其中，所述测量接收单元关于要选择用于频率转换的频率而相互连接并“同步”。以这种方式产生认知的通讯网络，其中，各个转换装置和中继器通过测量接收单元将自由的频率范围中的相应选择的频率相互交换，从而相应存在对于频率转换或频率重置所需的信息。
在另一种优选的设计中，通讯网络包括具有主单元和至少一个通过共同的信号线与主单元连接的远程单元的多频带传输系统，其中，主单元构造用于在多重信道上发送和接收通讯信号并且用于将多重信道接入到传输信号上或从传输信号耦合输出，其中，所述传输信号通过共同的信号线引导，并且所述至少一个或终端设备侧的中继器构造为远程单元的组成部分。这样的多频带传输系统可以例如由DE 102009 052 936 A1得出。
在这种设计变型中，通讯信号与基站例如通过主单元的空中接口交换。多重信道与例如来自数字网络或类似物的其他信道必要时为了避免干扰而单独地频率转换并且通过共同的信号线在主单元和远程单元之间交换。共同的信号线在这里例如电气或光学地实施，从而避免因无线电传输而引起的损耗。在远程单元上，不同的多重信道在其频率方面回移并且被无线传输。多频带传输系统在一种实施变型方案中传输尤其是在频率方面认知地转换的信道，其中，认知地频率偏移的信道的转换在远程单元中发生。关于认知地频率转换的同步尤其是可以通过在远程单元中集成的转换装置进行，所述转换装置同样可以通过共同的信号线连接到数字网络上。
对于认知的网络的功能，力求与尤其是对于主要用户开放的其他无线电服务的尽可能简单的协调。为了排除在这些主要用户的频率范围中的干扰，在一种优选的设计中，备选或附加于在测量技术上检查潜在自由的(亦即未利用的)频带的可用性(说前先听“listen before talk”)，使用中央控制装置。适宜地，在网络中尤其是进行一个或多个中继器与一个或多个基站的认知的共同作用的协调。
为此目的在通讯网络的一种有利的设计中，所给出的通讯网络的所述或每个测量接收单元与中央数据库连接，在所述中央数据库中存储有未用于无线通讯的频率范围。为此有利地，测量接收单元分别装备有调制解调器，所述调制解调器无线或线缆连接地彼此和/或与中央的认知的数据库连接。无线的调制解调器例如是GSM、UMTS或LTE调制解调器。线缆连接的调制解调器例如可以是ISDN、DSL或LAN调制解调器。测量接收单元可以从该数据库中查询局部或暂时自由的未利用的频率范围并且就此而言借助相应的转换装置进行信道的相应的认知地频率转换。相反，通讯网络的相应的测量接收单元可以将为其他测量接收单元选择的频率也存储在中央数据库中，在那里所述频率可查询地被提供。
在一种为此进一步适宜的设计中，所述或每个测量接收单元装备有频谱分析器。所述频谱分析器可以例如检测局部或暂时自由的未利用的频率范围并且将获得的信息存储到中央数据库中。通讯网络的各个测量接收单元借此在一定程度上构成认知的无线网络的传感器。
特别在将通讯网络用于传输到移动屏蔽室中时，频谱转换的在测量技术上辅助的协调具有特别的意义，因为在这里也许经过不同的主要用户服务的供应地区。如果频谱分析器附加地使用或记录GPS数据，则可以因此另外也有利地为数据库供应关于频谱转换的空间解析的信息。
所述或每个转换装置有利地设计用于对于至少一个所述信道不进行频率转换。以这种方式可以节省计算容量和仪器的花费。
为了避免所发送的通讯信号与快速经过的通讯信号的反馈，所述或每个中继器可选地装备有用于抑制反馈的电子机构。适宜地，用于抑制反馈的机构具有数字式自适应滤波器。为此，一部分所发送的通讯信号反馈到自适应滤波器上并且借此改变其传输功能。由此在数字域上抑制快速经过的通讯信号的反馈份额。
附图说明
借助附图进一步解释本发明的实施例。在此：
图1：示意性地示出包括带有MIMO功能的基站、带有MIMO功能的终端设备和两个中继器的通讯网络，所述中继器相互间在频率认知偏移的信道上无线通讯；
图2：示意性地示出包括认知的基站、带有MIMO功能的终端设备和中继器的通讯网络，所述中继器在通讯信号的频率认知偏移的信道与带有MIMO功能的信道之间变换；
图3：示意性地示出包括向室内供应的多频带传输系统的通讯网络；
图4：示意性地示出在室内区域中的包括图3的通讯网络的供应位置；
图5：示出在测量技术上利用不同天线装置确定的数据吞吐量分布函数曲线；以及
图6：示出外推到4×4MIMO系统上的累积的数据吞吐量分布函数曲线。
具体实施方式
图1示意性示出包括带有MIMO功能的基站1、带有MIMO功能的终端设备3、带有MIMO功能的终端设备15和两个中继器5、10的通讯网络100。在此出于清楚起见示出通讯信号在下行链路方向DL上的传输路径。所示实施方式可以对应转用到通讯信号在上行链路方向UL上的传输。在上行链路方向UL上利用MIMO传输技术目前不是带有MIMO功能的移动通讯网络的组成部分。然而在上行链路方向UL上利用MIMO传输技术将成为未来修订的固定组成部分。
为了利用MIMO传输技术，基站1以及终端设备3、15分别具有至少两个天线，以便在为移动网络分派的频带内部进行通讯。对于基站1示出对应的两个天线2a和2b。另外两个天线2c和2d设置用于利用同样是未来修订的主题的4×4或4×2MIMO技术。
通过基站1或终端设备3、15的多个(当前两个)天线2a、2b，根据MIMO技术，通讯信号在相同频率空间的多重(当前两个)信道上传输。多个天线在此提高传输容量。使用MIMO技术是第四代(4G)移动无线电系统的重要组成部分。这些系统例如包括基于扩展代码的HSPA+(高速封包存取，High Speed Packet Access)方法、CDMA(代码分隔多路系统通路，Code Division Multiple Access)和基于正交频率倍增(正交频分复用，OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing))的WLAN、WiMAX和LTE方法(长期演进技术，Long TermEvolution)。
根据图1，带有MIMO功能的基站通过至少两个天线2a、2b在空间多重的相同频率的信道上发射通讯信号。所述频率在这里在图1中以f1表示。处于基站1的供应区域中的带有MIMO功能的终端设备3可以由此建立直接的无线电连接。并联于该可选的在带有MIMO功能的基站1和带有MIMO功能的终端设备3之间的直接连接，一部分MIMO信号在基站1的天线馈电线上借助双向耦合器4a、4b取出并且传送到中继器5上。不同于在这里示出的线缆引导的连接，对于中继器5也可设想通过定向天线进行连接。
中继器5具有与转换装置101连接的测量接收单元6。转换装置101此外具有配置的混频器102并且能够对快速经过中继器5的通讯信号在其频率方面进行转换。
测量接收单元6具有频谱分析器，其能够分析在地点和时间上自由的、对于移动电话可用的频率范围。对此补充或备选地，测量接收单元6被设计为无线的或线缆连接的调制解调器并且与中央数据库115处于连接，该中央数据库局部或暂时提供对于移动无线电通讯可供使用的自由频率范围。基于测量接收单元1的频谱信息，借助转换装置101和混频器102使两个MIMO信道之一频率偏移。该频率偏移在此进行到处于基站1的移动无线电频带外的频谱范围中。尤其是该频率范围可以处于为地面电视设置的频带中。在图1中示出的设计中，信道保留在初始频率位置。
保留在该频率中的信道与借助测量接收单元6认知地在其频率方面移动的另一个信道在穿过组合器或倍增器7之后共同通过天线8经由中继器5的空中接口发射。该认知地转换的MIMO信号现在以频率f1′和f2表征。在另一种设计中，该发射也可以通过分别单独配置给所述频率的天线进行。
在频率转换的初始MIMO信号被无线传输之后，该MIMO信号借助第二中继器10的天线9被接收。所述两个频率在倍增器11中分离。对于中继器10，通过单独配置的天线备选地接收两个在频率方面不同的信道也是可能的。
中继器10也具有测量接收单元12，该测量接收单元与包括混频器104的转换装置103连接。基于频谱信息和由测量接收单元12的配置的调制解调器提供的信息，在频率方面认知地偏移的信道回移到合适的频率上。在此该频率不必一定是初始的在基站1上发送的频率。中继器5和中继器10都为了“同步”各自的测量接收单元6、12的认知地转换的频率而获得对应的信息。
此外中继器10可选地具有自适应滤波器117作为用于抑制反馈116的机构，该自适应滤波器在输送的信号中抑制发射的信号的反馈效果。
现在优选频谱重叠的两个信道通过室内天线13a、13b发射到建筑物或客舱的强散射的内部区域14中。处于内部区域14中的MIMO终端设备15现在可以接收这些通讯信号。
在内部区域14中，MIMO技术在其用于提高数据吞吐量的可能性方面可以被完全地充分利用。由多个天线13a、13b发送的MIMO信号由于强散射而以高可能性仅弱地相关联。
在图1中示出的通讯网络100的特殊特征在于如下事实，即，终端设备15不是必须具有关于用于两个中继器5、10之间的通讯的认知频率偏移的认识。
借助测量接收单元6、12确定的信息通过局部和暂时地利用对于移动通讯可供使用的频率范围、尤其是通过之前所述的调制解调器与中央数据库115的连接而提供。由此改善与其他无线电通讯服务的协调。因此通过测量接收单元6、12和与其连接的转换装置101、103可以将被弱占用的频带有针对性地用于提高传输容量。尤其是可以汇集在各个频率范围中的传输容量，其他传输容量被卸载或完全切断。通过激活或去激活全部的传输支路，可以总体上符合需求地优化通讯网络的能量消耗。
代替按照图1直接联接到基站1上的中继器5，备选地也可能的是，基站1本身被认知地设计。该实施变型方案在图2中示出。
按照图2的通讯网络100包括认知的基站16，该基站具有用于认知地频率转换通讯信号的另一个转换装置114。在频率方面认知地转换的多重信道通过共同的天线17发射。按意义为此标绘两个频率f1和f2。各多频信道在这里在基站16中通过组合器或倍增器105引导。
在借助认知的终端设备18直接地接收在频率方面认知地偏移的信道之后，这些信道也可以利用中继器20的天线19接收。按照图2的中继器20对应于图1中的中继器装备。代替利用共同的天线19，多频信道也可以通过单独的天线接收。
为了可以经由在建筑物或客舱的内部区域24中的中继器20利用MIMO技术，基站16获得用于为在频率方面认知地偏移的多重信道设置对应的MIMO编码的信息。由此编码的信号通过在中继器20上的信道接收。
借助转换装置106和配置的混频器107，信道之一在其频率方面回移，其中针对于此的关于测量接收单元22或其配置的调制解调器的认知地选择的频率的信息被提供。通过两个天线23a和23b在内部区域24中发射MIMO信号。带有MIMO功能的终端设备25能够接收该MIMO信号。
在按照图2的通讯网络100中，基站16和中继器20关于认知的频率转换相互协调一致。中继器10也可选地具有自适应滤波器117作为用于抑制反馈116的机构，该自适应滤波器在输送的信号中抑制来自发射的信号的反馈效果。
根据图3，为了在内部区域中分配通讯信号，可以将多频带传输系统29集成到通讯网络100中。该多频带传输系统29具有主单元108和至少一个远程单元109，所述远程单元通过一个或多个信号线31相互处于连接。主单元108在这里接收基站26的信号，将多重信道在单独进行频率转换以避免干扰的情况下和在添加例如来自数字网络或其他通讯信号的其他信道的情况下汇集到共同的信号线31上。在所述或每个远程单元109中，多重信道分开、频率回移、放大并且通过天线39a、39b发送。经由多个远程单元109，将通讯信号例如分布到建筑物的多个楼层或多个客舱中是可能的。在每个楼层中，终端设备37然后与分别配置的远程单元109的天线39a、39b通讯。
根据图3，两个或更多个频率偏移的信号由基站26发射。在此基站26可以构造为对应图1的包括连接于下游的中继器的带有MIMO功能的基站1或已经构造为对应图2的认知的基站16。在通过外部区域中的空中接口传输之后，由基站26发送的通讯信号可以借助主单元108的天线接收单元27接收。由天线接收单元接收的通讯信号尤其是至少两个认知地转换到不的频率上的MIMO信号。
主单元108的拾取式(Pick-up)中继器28借助混频器119将接收的多重信道首先转换到例如对于在多频带传输系统29中的传输有利的频率中。多频带传输系统29被清楚示出，在该多频带传输系统中，在主单元108中进入的信道在频率转换之后在其在共同的信号线31中传输之前借助光电转换器30a转换为其光学表征量。非常小的横截面和几乎无损耗的信号传输能够特别是在复杂建筑物结构中克服大的无线电场的衰减。
为了频率转换，Pick-up中继器28此外具有测量接收单元38以及配置给混频器119的转换装置118。测量接收单元38例如通过中央数据库115或通过单独的无线电信号获得关于MIMO信号的当前进行的认知频率转换的信息。该信息在多频带传输系统29中尤其是被考虑用于进一步分配和配置频率倍增的信道。同样使用测量接收单元38，以便在外部区域中获得关于可用的或未利用的频率范围的信息。这些信息可以由中央数据库115提供，从而在上行链路方向上可以进行尤其是在空间上多重的MIMO信号向确定的或现存的未利用的频率范围中的认知频率转换。
此外在下行链路方向上在光学分配频率倍增的信道之后，借助远程单元109中的光电转换器32a将所述信道转换回所选择的无线电波范围中。
关于频率认知地转换的信道的转换根据图3在相应的远程单元109中进行。所述远程单元具有包含测量接收单元34、转换装置110以及混频器111的认知中继器33。如前所述，转换装置110将认知地频率偏移的信道借助混频器111重置到合适的频率上，该频率尤其可以是来自基站26的通讯带的频率。为此测量接收单元34可以借助中继器33的配置的调制解调器而采用中央数据库115或通过信道与Pick-up中继器28的测量接收单元38连接。由中继器33接收的信道当前借助放大器112、113放大并且例如通过无源分配网络借助不同的天线39a、39b发射。
根据图3，由基站26发送的通讯信道是MIMO信号。换句话说，所述多重信道包含用于使用MIMO技术的编码。通过远程单元109的至少两个配置的天线39a、39b分开地发送MIMO信号的在空间上多重的信道。
代替在图3中明确示出的包括光电转换器30a、32a的多频带传输系统29，所述传输可以在共同的信号线31上在主单元108和远程单元109之间数字式进行。在该情况中，主单元108和远程单元109分别具有模拟-数字转换单元30b或32b。
在图4中示出用于建筑物中的移动通讯的供应位置，其中与外部区域中的基站的连接类似于图3通过多频带传输系统29进行。在外部区域中设置认知的基站26，所述基站示例性地在LTE标准内通过天线26a和26b在800MHz和2.6GHz的频带中将通讯信号在多重信道上发送和接收。尤其是，基站26构成用于将在频率方面认知地偏移的初始相同频率的信道(如在MIMO系统的情况中)通过两个天线26a、26b发送。在内部区域中，信道频率再次重置或重新对应偏移并且相同频率地通过两个天线39a、39b发送并且由一个终端设备接收。在此在外部区域中，至少一个所述相同频率的信号(例如在2.6GHz的频带内)可以认知地频率转换到例如为地面电视设置的在800MHz频带内的频道中。在内部区域中相同频率的发射于是可以再次在2.6GHz的频带中进行。在外部区域中，在800MHz频带内的相同频率的信号的情况中，这些信号的至少一个也可以认知地转换到在2.6GHz频带内的未利用的频率范围中、例如转换到为时分双工方法(TDD)设置的在2570和2620kHz之间的范围中。然后可以在内部区域中在2.6GHz频带中进行发射。同样在另一种备选方案中，至少一个所述相同频率的信号可以在外部区域中转换到在2.4和2.5GHz之间的、用于室内无线LAN的频带内的未利用的频率中。
通过天线27a和27b，主单元108尤其是接收认知地频率偏移的信道并且根据图3转换所述信道以便在共同的信号线31上传输。通过共同的信号线31进行在整个建筑物内的分布。在每层都设有远程单元109，所述远程单元在回移认知地频率偏移的信道之后通过天线39a和39b发送所述信道。根据图3，对于共同的信号线31频率偏移的信道向无线电波范围中的回移同样在每个远程单元109中进行。
当前在外部区域中2×2MIMO信号在其传输之前被认知地频率转换。在利用根据图2的2×2带有MIMO功能的终端设备35进行频率回移之后，在内部区域中在加阴影线的走廊空间内进行数据吞吐量的测量。已证实，相对于其中带有MIMO功能的基站在外部区域中发送相同频率的MIMO信号的常规通讯网络，数据吞吐量可以得以显著改善。通过在认知的频率转换的情况下的无线电传输，取消关于在外部区域中使用MIMO技术的限制。
图5和图6示出分别沿参见图4的测量路径在LTE终端上测量的、对于不同的天线和系统配置的所确定的以兆比特每秒为单位的数据吞吐量(吞吐量[Mbps])的分布函数曲线(经验CDF)。所有测量曲线在实际的建筑物中根据图4在第13楼层中拾取。
缩写CDF代表英语：Cumulative Distribution Function，亦即代表所谓的累积分布函数。该分布函数的值对于参数x给出观察的变量具有小于或等于x的值的可能性。
对于具有20MHz信道带宽的2×2LTE MIMO系统，优化的数据传输率为150Mbps。在加倍天线并且对所有天线优化解耦时，对于4×4MIMO系统的数据传输率随天线的数量线性升高并且因此为300Mbps。
图5示出用于解释2×2MIMO系统的频率转换的优点的测量曲线a)、b)、c)、d)和e)。初始MIMO信号相同频率地具有在800MHz频带内的频率。由带有MIMO功能的终端设备接收在建筑物内部空间中的MIMO信号。
曲线a)示出在使用基站的两个彼此邻近设置的、同极化的天线的情况下的吞吐量分布。MIMO信号被相同频率地直接从外部区域发射到内部空间中。相同的极化以及各发送天线的小的间距导致非常小的角展度并且借此导致两个发送流之间的强关联。由此数据流不再可以通过内部空间中的MIMO终端设备解码。因此，终端设备上的数据传输率减半并且对应于图5的曲线a)在多于50％的情况中处于75Mbps以下。高的150Mbps的数据传输率在该配置中不可达到。在90％的情况中，数据传输率保持在87Mbps以下。
曲线b)示出在使用基站和中继器的各两个交叉极化的天线的情况下的吞吐量分布。MIMO信号被相同频率地从外部区域发射到内部空间中。通过使用发送天线的不同的极化方向，出现较少的在两个发送流之间的干扰、即所谓的流间干扰。因此可以以较大的可能性解码终端设备上的接收流。平均数据传输率普遍升高并且在50％的情况中处在96Mbps，在多于46％的情况中超过100Mbps。
第三曲线c)利用类似图4的测量构造实现，其中在800MHz频带中的发送流在建筑物的内部空间中被直接接收。在2.6GHz频带中的第二发送流通过根据图3的多频带传输系统接收，转换到800MHz的频带上并且在建筑物中发射。MIMO信号在800MHz的频带中发送。另一个MIMO信号转换到2.6GHz的频带中。不同的数据流在LTE终端设备上再次组合。通过使用基站上的不同频率，可以将两个信号流没有流间干扰地传输到建筑物中。附加地可以将从2.6GHz转换到800MHz的数据流在多频带传输系统中放大。由此在终端设备上可取得的数据传输率在多于50％的情况中处在121Mbps。在多于75％的情况中，数据传输率超过100Mbps。
第四曲线d)示出与曲线c)相同的测量情景，但使用在多频带传输系统的输入端上的其他接收天线。所使用的所谓的Pick-up天线具有20dB的附加放大。由此在LTE终端设备上可取得的数据传输率在多于50％的情况中处在132Mbps。在多于82％的情况中，数据传输率超过100Mbps。
第五曲线e)示出类似曲线c)的测量构造，然而其中在800MHz频带中的信号流被多频带传输系统一起接收和输送以及必要时附加地放大。两个数据流在LTE终端设备上再次组合。通过使用基站上的不同频率，可以将两个流没有流间干扰地传输到建筑物中。附加地放大两个数据流。由此在终端设备上可取得的数据传输率在多于50％的情况中处在148Mbps。在多于99％的情况中，数据传输率超过100Mbps。
总体上可看出，通过使用认知的传输方法，数据吞吐量可加倍。
图6示出用于虚拟的4×4MIMO配置的由图5外推的测量曲线。利用对所有数据流的优化解耦，数据传输率随发送和接收天线的数量线性成比例并且在该情况中加倍至300Mbps。接着说明各个曲线a)、b)和c)。在使用外部区域中的交叉极化设置的天线的情况下可能的是，即使在弱散射的环境中，在没有认知方法的情况下也可设想双重利用传输通道。充分的极化解耦局限于两个垂直于彼此设置的天线。该局限可以借助给出的通讯网络克服。
第一测量曲线a)示出所测量的数据传输率，其中假设四个在800MHz频带中的发送流直接在包括四个接收天线的输入终端上或在两个分别包括两个接收天线的输入终端上接收并且传输到建筑物中。在此使用基站上的两个双重X极化的发送天线。通过各两次必须在基站上使用相同的极化方向，出现流间干扰、即在各两个发送流之间的关联。由此系统的总吞吐量降级并且在50％的情况中为150Mbps。在30％的情况中可以达到高于150Mbps的处理能力，其中数据传输率在98％的情况中保持在180Mbps以下并且在该情景中的任何测量点上都不能实现数据传输率加倍至300Mbps。
在用于曲线b)和c)的测量情景中，基站与在先的情景一样通过双重X极化的天线配置发送四个发送流，但在使用两个不同的、在这里在800MHz和2.6GHz频带内的频率范围的情况下。换句话说，四个MIMO信号的两个转换到另一个频带中。通过使用不同的频率，发送流现在被解耦并且不出现流间干扰。多频带传输单元接收所有四个发送流、放大这些发送流并且在频率回移之后在800MHz的频带中发送这些发送流。由此可以将完全的300Mbps带入建筑物中。
曲线b)和c)示出在该情况中可以取得的数据传输率。因此按照曲线b)可以在50％的情况中达到多于260Mbps的数据传输率，在几乎30％的情况中甚至可以达到峰值数据传输率300Mbps。由此相比于第一情景产生显著的提高。平均吞吐量增益为82％。
在曲线c)中，在建筑物中的发送功率提高20dB。在该情况中已经可以在多于50％的情况中达到295Mbps的数据传输率，这对应于曲线2的15％的吞吐量增益。总体上这样相比于第一曲线产生110％的提高。
附图标记列表
1 基站，带有MIMO功能
2a、b、c、d 天线
3 终端设备，带有MIMO功能
4a、b、c、d 双向耦合器
5 中继器，认知，基站侧
6 测量接收单元
7 倍增器
8 天线
9 天线
10 中继器，认知，终端设备侧
11 倍增器
12 测量接收单元
13a、b 天线
14 内部区域
15 终端设备，带有MIMO功能
16 基站，认知
17 天线
18 终端设备，认知
19 天线
20 中继器，认知，终端设备侧
21 倍增器
22 测量接收单元
23a、b 天线
24 内部区域
25 终端设备，带有MIMO功能
26 基站，带有MIMO功能
26a、b 带有MIMO功能的基站的天线
27 天线接收单元
27a、b 天线接收单元的天线
28 Pick-up中继器
29 多频带传输系统
30a 光电转换单元
30b 模拟-数字转换单元
31 共同的信号线
32a 光电转换单元
32b 模拟-数字转换单元
33 中继器，终端设备侧，转换器
34 测量接收单元
35 分配系统
36 内部区域
37 终端设备，带有MIMO功能
38 测量接收单元
39a、b 天线
100 通讯网络
101 转换装置
102 混频器
103 转换装置
104 混频器
105 倍增器
106 转换装置
107 混频器
108 主单元
109 远程单元
110 转换装置
111 混频器
112 放大器
113 放大器
114 转换装置，基站
115 数据库
116 用于抑制反馈的机构
117 自适应滤波器
118 转换装置
119 混频器

Claims (17)

1.一种用于无线通讯的通讯网络(100)，包括基站(1、16、26)、无线终端设备(3、15、18、25、37)和至少一个中继器(5、10、20、28、33)，所述中继器接入到基站(1、16、26)和无线终端设备(3、15、18、25、37)之间，其中，基站(1、16、26)设计用于在至少两个相同频率的MIMO编码的信道上发送和接收通讯信号，终端设备(3、15、18、25、37)设计用于在至少两个相同频率的MIMO编码的信道上发送和接收通讯信号，并且中继器(5、10、20、28、33)设计用于在至少两个相同频率的MIMO编码的信道上接收、输送和重新发送通讯信号并且包含用于对至少一个输送的信道进行频率转换的转换装置(101、103、106、110、118)，
其特征在于，
附加地包括测量接收单元(6、12、22、34、38)，该测量接收单元设计用于确定未利用的、在分派给移动电话的频带之外的、用于无线通讯的频率范围；测量接收单元(6、12、22、34、38)与中继器(5、10、20、28、33)的转换装置(101、103、106、110、118)连接；转换装置(101、103、106、110、118)设计用于在至少一个通讯方向(UL、DL)上进行向所述未利用的在分派给移动电话的频带之外的频率范围中的频率的频率转换，从而所述MIMO编码的信道然后被多频地传输；并且中继器(5、10、20、28、33)设计用于在所述至少一个通讯方向上利用所述至少一个频率转换的信道无线发送通讯信号，由此所述至少一个频率转换的MIMO编码的信道被传输到在分派给移动电话的频带之外的另一频率上。
2.按照权利要求1所述的通讯网络(100)，
其特征在于，
基站(1、16、26)具有用于对至少一个信道进行频率转换的另一个转换装置(114)，该另一个转换装置与测量接收单元(6、12、22、34)连接并且设计用于在下行链路方向上进行向所述未利用的在分派给移动电话的频带之外的频率范围中的频率的频率转换；并且所述至少一个中继器(5、10、20、28、33)的转换装置(101、103、106、110、118)设计用于在下行链路方向(DL)上重置所述频率转换的信道的频率，并且在上行链路方向(UL)上进行所述至少一个信道向所述未利用的在分派给移动电话的频带之外的频率范围中的频率的频率转换。
3.按照权利要求1或2所述的通讯网络(100)，
其特征在于，在基站(1、16、26)和终端设备(3、15、18、25、37)之间具有至少两个中继器(5、10、20、28、33)，所述中继器设计用于在多重信道上接收、输送和重新输出通讯信号，并且所述中继器分别包含与测量接收单元(6、12、22、34、38)连接的、用于在至少一个通讯方向上将至少一个输送的信道频率转换到所述未利用的在分派给移动电话的频带之外的频率范围中的频率上的转换装置(101、103、106、110、118)，其中，基站侧的中继器(5)的转换装置(101)设计用于在下行链路方向(DL)上进行所述至少一个信道向所述未利用的在分派给移动电话的频带之外的频率范围中的频率的频率转换并且在上行链路方向(UL)上重置所述频率转换的信道的频率，并且终端设备侧的中继器(10、20、33)的转换装置(103、106、110、118)设计用于在下行链路方向(DL)上重置所述频率转换的信道的频率并且在上行链路方向(UL)上进行所述至少一个信道向所述未利用的在分派给移动电话的频带之外的频率范围中的频率的频率转换。
4.按照权利要求3所述的通讯网络(100)，
其特征在于，基站(1、16、26)是带有MIMO功能的基站(1、16、26)并且设计用于在空间多重的信道上发送和接收通讯信号，并且基站侧的中继器(5)是带有MIMO功能的中继器(5)，所述中继器设计用于在上行链路方向(UL)上发送空间多重的信道并且在下行链路方向(DL)上接收空间多重的信道。
5.按照权利要求3所述的通讯网络(100)，
其特征在于，基站侧的中继器(5)通过双向耦合器(4a、b、c、d)接入到基站(1、16、26)上，并且与基站(1、16、26)光学地或电气地交换通讯信号。
6.按照权利要求1或2所述的通讯网络(100)，
其特征在于，
终端设备(3、15、18、25、37)是带有MIMO功能的终端设备(3、15、18、25、37)，该终端设备设计用于在空间多重的信道上发送和接收通讯信号；并且所述至少一个中继器或终端设备侧的中继器(10、20、33)是带有MIMO功能的中继器(10、20、33)，该中继器设计用于在下行链路方向(DL)上发送空间多重的信道并且在上行链路方向(UL)上接收空间多重的信道。
7.按照权利要求1或2所述的通讯网络(100)，
其特征在于，所述转换装置或每个转换装置(101、103、106、110、118)配置有测量接收单元(6、12、22、34、38)，其中，所述测量接收单元(6、12、22、34、38)关于要选择用于频率转换的频率而相互连接和同步。
8.按照权利要求1或2所述的通讯网络(100)，
其特征在于，所述测量接收单元或每个测量接收单元(6、12、22、34、38)与中央数据库(115)连接，在该中央数据库中存储有未用于无线通讯的在分派给移动电话的频带之外的频率范围。
9.按照权利要求1或2所述的通讯网络(100)，
其特征在于，所述测量接收单元或每个测量接收单元(6、12、22、34、38)具有频谱分析器。
10.按照权利要求1或2所述的通讯网络(100)，
其特征在于，所述转换装置或每个转换装置(101、103、106、110、118)设计用于对于至少一个所述信道不进行频率转换。
11.按照权利要求1或2所述的通讯网络(100)，
其特征在于，所述至少一个中继器或终端设备侧的中继器(10、20、28、33)用于供应内部空间(14、24、36)中的无线网络。
12.按照权利要求1或2所述的通讯网络(100)，
其特征在于，所述中继器或每个中继器(5、10、20、33、38)具有用于抑制发送的通讯信号向输送的通讯信号的反馈的电子机构(116)。
13.按照权利要求12所述的通讯网络(100)，
其特征在于，用于抑制反馈的所述机构(116)具有数字式自适应滤波器(117)。
14.按照权利要求1或2所述的通讯网络(100)，
其特征在于，包括具有主单元(108)和至少一个通过共同的信号线(31)与主单元(108)连接的远程单元(109)的多频带传输系统(29)，其中，主单元(108)构造用于在多重信道上发送和接收通讯信号并且用于将多重信道接入和耦合输出到传输信号上，所述传输信号通过共同的信号线(31)引导，并且所述至少一个中继器或终端设备侧的中继器(10、20、33)构造为远程单元(109)的组成部分。
15.按照权利要求14所述的通讯网络(100)，
其特征在于，主单元(108)和远程单元(109)分别具有光电转换单元(30a、32a)，所述转换单元在电表征量和光表征量之间转换传输信号，其中，所述传输信号在共同的信号线(31)上被光学传输。
16.按照权利要求14所述的通讯网络(100)，
其特征在于，主单元(108)和远程单元(109)分别具有模拟-数字转换单元(30b、32b)，所述模拟-数字转换单元在模拟表征量和数字表征量之间转换传输信号，其中，所述传输信号在共同的信号线(31)上被数字式传输。
17.一种用于无线通讯的通讯网络(100)，包括基站(1、16、26)、无线终端设备(3、15、18、25、37)和至少一个中继器(5、10、20、28、33)，所述中继器接入到基站(1、16、26)和无线终端设备(3、15、18、25、37)之间，其中，基站(1、16、26)设计用于在至少两个相同频率的MIMO编码的信道上发送和接收通讯信号，终端设备(3、15、18、25、37)设计用于在至少两个相同频率的MIMO编码的信道上发送和接收通讯信号，并且中继器(5、10、20、28、33)设计用于在至少两个相同频率的MIMO编码的信道上接收、输送和重新发送通讯信号并且包含用于对至少一个输送的信道进行频率转换的转换装置(101、103、106、110、118)，
其特征在于，
附加地包括测量接收单元(6、12、22、34、38)，该测量接收单元设计用于确定未利用的、在分派给移动电话的频带之外的、用于与中央数据库(115)无线通讯的频率范围，在所述中央数据库中存储有对于无线通讯局部或暂时自由的、未利用的、在分派给移动电话的频带之外的频率范围；测量接收单元(6、12、22、34、38)与中继器(5、10、20、28、33)的转换装置(101、103、106、110、118)连接；转换装置(101、103、106、110、118)设计用于在至少一个通讯方向(UL、DL)上进行向所述未利用的在分派给移动电话的频带之外的频率范围中的频率的频率转换，从而所述MIMO编码的信道然后被多频地传输；并且中继器(5、10、20、28、33)设计用于在所述至少一个通讯方向上利用所述至少一个频率转换的信道无线发送通讯信号，由此所述至少一个频率转换的MIMO编码的信道被传输到在分派给移动电话的频带之外的另一频率上。
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