DE10152344C1 - Anordnung zur Sende- und Empfangsverbesserung bei einem Funkkommunikationssystem mit einer Basisstation - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Sende- und Empfangsverbesserung bei einem Funkkommunikationssystem mit einer Basisstation, die über eine n Einzelantennen aufweisende Antennenanordnung Signale sendet und empfängt. DOLLAR A Jeder der n Einzelantennen ist jeweils eine antennennah angeordnete Sende-Empfangseinrichtung zugeordnet. Die insgesamt n Sende-Empfangs-Einrichtungen, die wenigstens zum Teil aus kryoelektrischen Bauelementen gebildet werden, sind gemeinsam in einer thermischen Isolationseinrichtung angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Sende- und Emp­ fangsverbesserung bei einem Funkkommunikationssystem mit ei­ ner Basisstation, die über eine N Einzelantennen aufweisende Antennenanordnung Signale sendet und empfängt.

Bei Funkkommunikationssystemen, insbesondere Mobilfunkkommu­ nikationssystemen, werden zum Senden und zum Empfangen bei den Basisstationen Antennenanordnungen verwendet, die N Ein­ zelantennen aufweisen.

Dabei kann die Antennenanordnung beispielsweise drei einzelne Richtantennen aufweisen, von denen jede einen Sektor von ty­ pischerweise 120° versorgt.

Oder die Antennenanordnung ist als sogenannte adaptive Anten­ nenanordnung ausgebildet, bei der teilnehmer- und standortab­ hängig jeweils eine den jeweiligen Teilnehmer versorgende Strahlungskeule durch entsprechende Ansteuerung der Einzelan­ tennen erzeugt wird.

Durch diese räumliche Zuordnung der Teilnehmer zu Sektoren bzw. zu Standorten ist eine mehrfache Benutzung eines einzel­ nen Kommunikationskanals, der bei einer rundstrahlenden An­ tennencharakteristik normalerweise zeitlich und/oder frequenzmäßig nur einem Teilnehmer zugeordnet wäre, durch mehrere Teilnehmer gleichzeitig möglich. Jedoch nur, solange sich diese Teilnehmer in verschiedenen Sektoren bzw. an verschiedenen Standorten befinden.

Bei diesen Sende- und Empfangsverfahren wird typischerweise für jede Einzelantenne jeweils ein komplettes HF-Frontend an­ tennennah angeordnet, um auch relativ schwache Teilnehmersig­ nale über die Antennenanordnung empfangen und auswerten zu können.

Aus der Druckschrift US 6,205,340 B1 sind Empfangseinrichtun­ gen mit kryoelektrischen Bauelementen zur Steigerung der Emp­ fangsempfindlichkeit bekannt. Jeweils eine gekühlte Empfangs­ einrichtung ist jeweils einer Empfangsantenne zugeordnet. Zu­ sätzlich ist jeweils eine gekühlte Sendeeinrichtung der Emp­ fangsantenne zugeordnet.

In US 6,212,404 ist ein Empfangszweig einer Basisstation be­ schrieben, bei dem zur Reduzierung von Rauschanteilen ein Empfangsverstärkers und/oder ein Filter im Empfangszweig ge­ kühlt wird.

Bedingt durch die kryoelektrische Bauweise von beispielsweise einem Empfangsbandfilter und die jeweils autarke Kühlung pro Empfangseinrichtung wird, vergleichend zur herkömmlichen Realisierung des HF-Frontends mit Koaxialfiltern bzw. Hohl­ leiterfiltern, antennennah dementsprechend viel Platz benö­ tigt. Dieser Platz steht jedoch oft, auch aus Gründen der Maststatik, nicht zur Verfügung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Funkkom­ munikationssystem mit einer Basisstation, die mit Hilfe einer aus Einzelantennen bestehenden Antennenanordnung Signale sen­ det bzw. empfängt, die Sende- und Empfangseinrichtungen so auszubilden, dass bei optimaler Platzausnutzung eine Sende- und Empfangsverbesserung erreicht werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Für die erfindungsgemäße kryoelektrische Ausführung des Sen­ debandfilters wird vorausgesetzt, dass die Einzelantennen der Antennenanordnung mit derart dimensionierten Sende­ leistungen betrieben werden, dass ein Zusammenbruch der Supraleitung durch eine Überschreitung der kritischen Feld­ stärke ausgeschlossen ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung des gemeinsamen Sende- Empfangs-Bandfilters mit kryoelektrischen Bauelementen wird erreicht, dass die jeweiligen Bandfilter mit steileren Flanken und sehr großer Nebenbandunterdrückung bei gleich­ zeitig kleiner Durchgangsdämpfung realisierbar sind.

Dadurch ist es möglich, Übersprechen zwischen den Frequenz­ bändern zu minimieren. Umgekehrt sind schmälere Bandabstände realisierbar, womit eine systembedingte Erhöhung der Teilneh­ meranzahl einhergeht.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Sende-Empfangs-Einrichtungen und durch die antennennahe Anordnung aller Sende-Empfangs-Einrichtungen in einer gemeinsa­ men Isolationseinrichtung, die lediglich eine Kühleinrichtung erfordert, werden bei minimalem Platzbedarf gleichzeitig optimale elektrische Kennwerte bei den Bauelementen der Sende-Empfangs-Einrichtungen erreicht. Die verwendeten Vorverstärker im Empfangszweig sind rauscharm ausgebildet.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsver­ besserung ergeben sich insbesondere bei einem nach dem GSM- oder dem UMTS-Standard ausgebildeten TDD-Funk­ kommunikationssystem.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Antennenanordnung mit Sende-Empfangs-Einrichtungen gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbeispiel einer Sende- Empfangs-Einrichtung bei einem TDD- oder FDD-Funk­ kommunikationssystem, und

Fig. 3 ein Schaltbeispiel einer erfindungsgemäßen Sende-Empfangs-Einrichtung bei einem TDD-Funk­ kommunikationssystem.

Fig. 1 zeigt eine Antennenanordnung ANT mit Sende-Empfangs- Einrichtungen SEE1, SEE2 und SEE3 gemäß der Erfindung.

Die Antennenanordnung ANT weist dabei drei Einzelantennen ANT1, ANT2 und ANT3 auf, wobei jede einzelne jeweils Teilneh­ mer eines 120°-Sektors versorgt. Jeder der Einzelantennen ANT1 bis ANT3 ist jeweils eine Sende-Empfangs-Einrichtung SEE1, SEE2 bzw. SEE3 zugeordnet, die antennennah und gemein­ sam in einer thermischen Isolationseinrichtung IE angeordnet sind.

Von einer Basisstation BTS zu sendende Signale TX1, TX2 und TX3 gelangen über die jeweiligen Sende-Empfangs-Einrichtungen SEE1, SEE2, bzw. SEE3 an die jeweilige Einzelantenne ANT1, ANT2, bzw. ANT3. Von der jeweiligen Einzelantenne ANT1, ANT2, bzw. ANT3 empfangene Signale RX1, RX2, bzw. RX3 gelangen wie­ derum über die entsprechenden Sende-Empfangs-Einheiten SEE1, SEE2, bzw. SEE3 an die Basisstation zur weiteren Verarbei­ tung.

Jede der Sende-Empfangs-Einrichtungen SEE1 bis SEE3 ist wenigstens zum Teil aus kryoelektrischen Bauelementen gebil­ det.

Die Isolationseinrichtung ist vorteilhafterweise als von ei­ nem Dewar-Gefäß umschlossener Kryokühler ausgebildet, der bevorzugt nach dem Sterling'schen Kreisprozess arbeitet. Dabei weist das Dewar-Gefäß in einer bevorzugten Ausführungs­ form in seinem Inneren ein technisches Vakuum oder eine Kühl- . flüssigkeit auf.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbeispiel einer Sende- Empfangs-Einrichtung SEE4 bei einem FDD- oder TDD-Funk­ kommunikationssystem.

Die Sende-Empfangs-Einrichtung SEE4 beinhaltet ein Sende-Bandfilter SBF, ein Empfangs-Bandfilter EBF, eine Duplex-Einrichtung DUP und einen rauscharmen Vorverstärker V4, die wenigstens zum Teil aus kryoelektrischen Bauelementen gebildet sind.

Sie sind derart geschaltet, dass ein von einer zugeordneten Einzelantenne ANTx abzustrahlendes Signal TX4 an den Sende-Bandfilter SBF angeschaltet ist und über diesen an die Duplex-Einrichtung DUP gelangt, die das Signal TX4 an die Einzelantenne ANTx zur Abstrahlung weiterleitet.

Ein von der Einzelantenne ANTx empfangenes Signal RX4 ist an die Duplex-Einrichtung DUP angeschaltet und gelangt von die­ sem über das Empfangsbandfilter EBF an den rauscharmen Vorverstärker V4.

Die Duplex-Einrichtung DUP ist bei einem TDD-Funk­ kommunikationssystem als Sende-Empfangs-Umschalter ausgebil­ det, während sie bei einem FDD-Funkkommunikationssystem als sogenannter Diplexer (Sende-Empfangs-Frequenzweiche) ausge­ bildet ist.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Sende-Empfangs-Einrichtung SEE5 bei einem TDD-Funk­ kommunikationssystem.

Die Sende-Empfangs-Einrichtung SEE5 beinhaltet ein gemeinsa­ mes Sende-Empfangs-Bandfilter SEBF, einen rauscharmen Vorver­ stärker V5 und einen Sende-Empfangs-Umschalter SEU, die wenigstens zum Teil aus kryoelektrischen Bauelementen gebil­ det sind.

Sie sind derart geschaltet, dass ein von einer zugeordneten Einzelantenne ANTx abzustrahlendes Signal TX5 an den Sende-Empfangs-Umschalter SEU angeschaltet ist und über die­ sen an den gemeinsamen Sende-Empfangs-Bandfilter SEBF ge­ langt, der das Signal TX5 an die Einzelantenne ANTx zur Ab­ strahlung weiterleitet.

Ein von der Einzelantenne ANTx empfangenes Signal RX5 ist an den gemeinsamen Sende-Empfangs-Bandfilter SEBF angeschaltet und gelangt von diesem zum Sende-Empfangs-Umschalter SEU, der das Signal RX5 an den rauscharmen Vorverstärker V5 weiter­ gibt.

Claims (4)

1. Anordnung zur Sende- und Empfangsverbesserung bei einem Funkkommunikationssystem mit einer Basisstation (BTS), die über eine n Einzelantennen (ANT1, ANT2, ANT3) aufweisende Antennenanordnung (ANT) Signale (TX1 bis TX3, RX1 bis RX3) sendet und empfängt, dadurch gekennzeichnet,
dass jeder einzelnen der n Einzelantennen (ANT1 bis ANT3) jeweils eine von n in Antennennähe angeordneten Sende-Empfangs-Einrichtungen (SEE1 bis SEE3) zugeordnet ist,
dass die wenigstens zum Teil aus kryoelektrischen Bau­ elementen gebildeten n Sende-Empfangs-Einrichtungen (SEE1 bis SEE3) zur Kühlung innerhalb einer gemeinsamen thermischen Isolationseinrichtung (IE) angeordnet sind, und dass jede innerhalb der thermischen Isolationseinrichtung (IE) angeordnete Sende-Empfangs-Einrichtung (SEE5) einen ge­ meinsamen Sende-Empfängs-Bandfilter (SEBF), einen Sende-Empfangs-Umschalter (SEU) und einen Vorverstärker (V5) aufweist, die wenigstens zum Teil aus Kryoelektrichen Bauelementen gebildet sind und die derart geschaltet sind, dass einerseits ein zu sendendes Signal (TX5) über den Sende-Empfangs-Umschalter (SEU) an den ihm nachgeschalte­ ten gemeinsamen Sende-Empfangs-Bandfilter (SEBF) und von diesem zur Abstrahlung an die Einzelantenne (ANTx) ge­ langt, und andererseits ein von der Einzelantenne (ANTx) empfangenes Signal (RX5) über den gemeinsamen Sende-Empfangs-Bandfilter (SEBF) an den Sende-Empfangs- Umschalter (SEU) und von diesem an den Vorverstärker (V5) gelangt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Vorverstärker (V5) rauscharm ausgestaltet ist.

3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolationseinrichtung (IE) als von einem Dewar-Gefäß umschlossener Kryokühler ausgebildet ist, wobei das Dewar-Gefäß ein technisches Va­ kuum oder ein Kältemittel im Innenraum beinhaltet.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kryokühler derart ausgeführt ist, dass er nach dem Sterling'schen Kreisprozess arbeitet.