DE102006050179A1

DE102006050179A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Emulation einer Mehrweg-Umgebung in einem Funknetz, das in einer Umgebung angeordnet ist oder diese erweitert, die frei von Mehrweg-Effekten ist

Info

Publication number: DE102006050179A1
Application number: DE200610050179
Authority: DE
Inventors: Heinz-Dieter Hettstedt; Ken Minato Osaka; Yasuhiro Minato Kishino; Weili Wang
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2008-05-29
Also published as: EP1916780A2; EP1916780A3

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zur Emulation einer Mehrweg-Umgebung in einem Funknetz, insbesondere in einem UMTS- oder CDMA-Netz, das in einer Umgebung angeordnet ist oder diese erweitert, die frei von Mehrweg-Effekten ist, wie beispielsweise eine Umgebung innerhalb von Gebäuden, Tunneln oder Ähnlichem, beschrieben, wobei die genannte Vorrichtung durch mindestens zwei parallele Funkfrequenz-Signalwege (AC, BC) mit unterschiedlichen Verzögerungszeiten gekennzeichnet ist, wobei die genannten Signalwege (AC, BC) auf ihren ersten Seiten (C) miteinander verbunden sind und auf ihren zweiten Seiten (A, B) jeweils mit eigenen Antennen (4, 5) verbunden sind. Außerdem wird ein Verfahren zur Emulation einer Mehrweg-Umgebung in einem Funknetz beschrieben, wobei das genannte Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Erzeugung von mindestens zwei praktisch identischen Signalen aus einem Signal, - individuelle Verzögerung der genannten, praktisch identischen Signale mit unterschiedlichen Verzögerungszeiten, - Kombination der genannten, individuell verzögerten Signale, um ein neues Signal zu erzeugen, das ein ähnliches Verhalten aufweist wie ein Signal in einer Mehrweg-Umgebung.

Description

Technischer Bereich:
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Emulation einer Mehrweg-Umgebung in einem Funknetz, insbesondere einem UMTS- oder einem CDMA-Netz, die in einer Umgebung angeordnet sind, bzw. diese erweitern, die frei von Mehrweg-Effekten ist, z.B. eine Umgebung innerhalb von Gebäuden, Tunneln und Ähnlichem.
Hintergrund der Erfindung:
In Gebäuden und Tunneln werden Funkfrequenznetze mit abstrahlenden Kabeln und/oder Antennen eingesetzt, um Netzwerke für Funkverbindungen herzustellen. Typische Anwendungen für Funknetze sind beispielsweise CDMA (Code Division Multiple Access) und UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).
Die normale Zellenumgebung im Freien bietet Mehrwegkanäle zwischen einer Basisstation, in UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) auch als Netzknoten B bezeichnet, und einer Mobilstation aufgrund von Signalreflexionen an Gebäuden, Bäumen und Ähnlichem. In einer solchen, so genannten Mehrwegumgebung beträgt die Verzögerungszeit zwischen den einzelnen Mehrwegkanälen typischerweise über 250 ns. In speziellen Umgebungen, wie beispielsweise innerhalb von Gebäuden und Tunneln oder zwischen eng stehenden großen Gebäuden, z.B. in Straßen zwischen Wolkenkratzern, kann die Verzögerungszeit zwischen Mehrwegkanälen unter der Mindestdauer einer Chiplänge von 250 ns liegen. Im Folgenden werden Umgebungen, die eine Verzögerungszeit von unter einer Chiplänge aufweisen, als Umgebungen bezeichnet, die frei von Mehrweg-Effekten sind. In einem solchen Fall besteht kein Nutzen in den technischen Vorteilen von so genannten Rake-Empfängern, die typischerweise in UTRAN B-Netzknoten und UMTS-Mobilstationen, wie beispielsweise Mobiltelefonen, Handheld-Computern und Ähnlichen eingesetzt werden.
Ein Rake-Empfänger ist ein Funkempfänger, der speziell konzipiert ist, um die Effekte des Mehrweg-Fading auszugleichen. Dies erfolgt durch den Einsatz verschiedener Unterempfänger, die jeweils leicht verzögert sind, um sich auf die einzelnen Mehrwegkanäle einzustellen. Jeder Mehrwegkanal wird unabhängig decodiert, in einem späteren Stadium jedoch wieder kombiniert, um die verschiedenen Übertragungseigenschaften jedes Übertragungswegs bestmöglich zu nutzen.
Daher weist ein Rake-Empfänger in einer Mehrweg-Umgebung ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) auf als in einer Umgebung ohne Mehrweg-Effekte. Da typische Rake-Empfänger aufgrund ihrer vorteilhaften Leistungen in Mehrweg-Umgebungen in Mobil- und Basisstationen installiert sind, ergibt sich das Problem, dass die Vorteile, die der genannte Rake-Empfänger bietet, in Umgebungen, die frei von Mehrweg-Effekten sind, nicht genutzt werden können. Ganz im Gegenteil weisen die typischerweise in Mobil- und Basisstationen installierten Rake-Empfänger in Umgebungen, die frei von Mehrweg-Effekten sind, schlechtere Leistungen auf als in Mehrweg-Umgebungen.
Ziel der Erfindung:
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, Abhilfe für dieses Problem zu finden.
Beschreibung der Erfindung und ihrer Vorteile:
Das Ziel der Erfindung wird durch eine Vorrichtung zur Emulation einer Mehrweg-Umgebung in einem Funknetz umgesetzt, insbesondere in einem UMTS- oder einem CDMA-Netz, die in einer Umgebung angeordnet sind oder eine Erweiterung darstellen, die frei von Mehrweg-Effekten ist, z.B. einer Umgebung innerhalb von Gebäuden, Tunneln und Ähnlichem, wobei die genannte Vorrichtung mindestens zwei parallele Funksignalwege umfasst, die verschiedene Verzögerungszeiten für die Funksignale aufweisen, die über die genannten Signalwege übertragen werden, wobei die genannten Signalwege auf ihrer ersten Seite miteinander verbunden sind und auf ihrer zweiten Seite jeweils an eigene Antennen angeschlossen sind.
Die Antennen sind vorzugsweise nah beieinander angeordnet, vorzugsweise in einem Abstand von mehr als einer Viertel Wellenlänge. Dies weist den Vorteil auf, dass Fading-Effekte kompensiert werden. Falls eine Antenne des Antennenpaares einen schwachen Signalpegel empfängt, empfängt die andere einen höheren Signalpegel, wenn der Abstand zwischen den Antennenstandorten größer ist als eine Viertel Wellenlänge. Der Durchschnittswert der kombinierten Signalpegel beider Antennen ist somit höher als der Wert einer einzelnen Antenne.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird vorzugsweise als passiver Repeater für eine Funkschnittstelle zwischen einer mobilen Übertragungszelle im Freien und ihrer Erweiterung in einer geschlossenen Umgebung, wie z.B. Gebäude, Tunnel und Ähnliches, eingesetzt. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung, die einen Netzknoten umfasst, der die einzelnen Signalwege miteinander verbindet, indirekt über ein Funknetz oder über eine einzelne Antenne innerhalb eines Gebäudes mit einer Basisstation verbunden, die außerhalb der genannten geschlossenen Umgebung angeordnet ist.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann nur für abgehende Signale eingesetzt werden, d.h. für gesendete Funksignale, oder für abgehende und ankommende Signale, d.h. auch für empfangene Funksignale.
Beim Einsatz der Vorrichtung gemäß der Erfindung nur für abgehende Signale wird ein abgehendes Signal, das die Vorrichtung vom Netzknoten bis zu den Antennen am Netzknoten durchläuft, in mindestens zwei praktisch identische Untersignale aufgeteilt. Somit ist die Anzahl an Untersignalen von der Anzahl der einzelnen Signalwege abhängig. Die Untersignale werden praktisch synchron an die einzelnen Signalwege übertragen, die jeweils unterschiedliche Verzögerungszeiten aufweisen. Die Untersignale, die an den Antennen ankommen, weisen dann unterschiedliche Verzögerungszeiten auf. Wenn die Untersignale mit unterschiedlichen Verzögerungszeiten an die Antennen übermittelt werden, die mit den einzelnen Signalwegen verbunden sind, senden die genannten Antennen Funksignale, die unterschiedliche Verzögerungszeiten aufweisen. Alle Funksignale, die von dem gleichen abgehenden Signal erzeugt werden und die von den Antennen gesendet werden, bilden gemeinsam ein neues Funksignal, das ein ähnliches Verhalten zeigt wie ein Funksignal in einer Mehrweg-Umgebung. Wenn das genannte neue Funksignal von einem Rake-Empfänger empfangen wird, der z.B. in der Basisstation angeordnet ist, die eine mobile Übertragungszelle außerhalb z.B. eines Gebäudes bildet, in dem die genannte Zelle anhand der Vorrichtung gemäß der Erfindung eine Erweiterung darstellt, bietet dies die Möglichkeit, das komplette Potenzial des genannten Rake-Empfängers auszuschöpfen.
Wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch für eingehende Funksignale genutzt wird, bildet ein Funksignal, das von den einzelnen Antennen praktisch gleichzeitig empfangen wird, so viele, praktisch identische empfangene Signale, wie Antennen und Signalwege in der Vorrichtung gemäß der Erfindung enthalten sind. Die empfangenen Signale, die sich aus dem einzelnen Funksignal ergeben, werden dann einzeln innerhalb der einzelnen Signalwege verzögert, die mit den genannten Antennen verbunden sind. Die einzeln verzögerten, empfangenen Signale werden dann im Netzknoten, der die einzelnen Signalwege miteinander verbindet, zu einem neuen Signal kombiniert, das ein ähnliches Verhalten aufweist wie ein Funksignal in einer Mehrweg-Umgebung. Überträgt man das kombinierte Signal an einen Rake-Empfänger, der beispielsweise in einer Mobilstation angeordnet ist, die sich z.B. innerhalb eines Gebäudes befindet, in dem eine mobile Übertragungszelle durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung erweitert ist, bietet dies die Möglichkeit, das Potenzial eines solches Rake-Empfängers vollständig auszuschöpfen.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik den Vorteil auf, dass sie den Einsatz von Rake-Empfängern ermöglicht, die insbesondere in UMTS und CDMA-Basis- und Mobilstationen in Umgebungen eingesetzt werden, die keine Mehrweg-Effekte aufweisen, indem sie Signale emuliert, so dass sie in den genannten Funknetzen ein erhöhtes Mehrweg-Verhalten aufweisen, d.h. sie weisen vorzugsweise eine Verzögerungszeit zwischen den einzelnen Mehrwegkanälen auf, die über 250 ns liegt. Dies verbessert die Qualität von UMTS- und CDMA-Funknetzen, d.h. die Übertragungsleistungen, insbesondere innerhalb von Gebäuden und Tunneln, wo Vorrichtungen gemäß der Erfindung vorzugsweise als passive Repeater eingesetzt werden, um die externen mobilen Übertragungszellen für solche Umgebungen zu erweitern. Auf diese Weise wird die Vorrichtung gemäß der Erfindung vorzugsweise eingesetzt, um ein Funknetz innerhalb eines Gebäudes mit einer Basisstation zu verbinden, die eine mobile Übertragungszelle außerhalb des genannten Gebäudes bildet. Die Basisstation überträgt Signale über die genannte Vorrichtung an die Mobilstationen, die innerhalb des genannten Gebäudes angeordnet sind, die genannte Vorrichtung empfängt jedoch auch Signale aus dem genannten Gebäude. Dies bietet die Möglichkeit, das Potenzial der Rake-Empfänger vollständig auszuschöpfen. Im Allgemeinen ist es auch denkbar, eine Vorrichtung gemäß der Erfindung innerhalb einer Basisstation in Kombination mit einer Übertragungskette der genannten Basisstation oder in Kombination mit einer Transceiver-Schaltung einzusetzen, die eine Übertragungskette plus eine Empfangskette der genannten Basisstation umfasst. Auf diese Weise kann die Basisstation selbst eingesetzt werden, um Funknetze für geschlossene Umgebungen zu erweitern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung beträgt die Verzögerungszeit zwischen den einzelnen Signalwegen mindestens eine Chiplänge von 250 ns. Wenn nur zwei Signalwege parallel zueinander angeordnet sind, beträgt die Verzögerungszeit zwischen dem ersten und dem zweiten Signalweg mindestens eine Chiplänge. Eine Verstärkung des Prozesses kann erreicht werden, wenn Rake-Empfänger unterschiedliche Signale phasengleich zu einem Ausgangssignal kombinieren. Bedingung für den Einsatz von Rake-Empfängern ist, dass Mehrweg-Signale unterschiedliche Verzögerungszeiten von über einer Chiplänge aufweisen. Wenn mehr als zwei Signalwege vorgesehen sind, beträgt der Unterschied in der Verzögerungszeit zwischen den einzelnen Signalwegen vorzugsweise eine Chiplänge, d.h. die einzelnen Signalwege bieten Verzögerungszeiten von einer, zwei, drei etc. Chiplängen.
Gemäß einer anderen, bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist die Verzögerungszeit zwischen den einzelnen Signalwegen ein Vielfaches einer Chiplänge.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung umfasst einen Radiofrequenz-Koppler (RFC), der einzelne Signalwege miteinander verbindet. Der RFC teilt und/oder kombiniert RF-Signale vorzugsweise derart, dass die einzelnen Einfügeverluste innerhalb jedes Signalwegs gleich sind.
Gemäß einer zusätzlichen bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung bleibt ein erster Signalweg unverändert, wobei in mindestens einem zweiten Signalweg eine Radiofrequenz-Verzögerungseinheit (RDFU) angeordnet ist.
RFDUs, die beispielsweise aus den Patenten US 801.150 , US 2.916.615 , aus EP 1 058 337 A3 sowie aus EP 0 301 674 B1 bekannt sind, umfassen einen elektrischen Wellenleiter, der ein spezielles Dielektrikum einschließt, von diesem umgeben oder in dessen Nähe angeordnet ist. Das Dielektrikum reduziert die Geschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen von Lichtgeschwindigkeit im Vakuum auf eine geringere Geschwindigkeit, in Abhängigkeit vom Material des Dielektrikums. Der gängigste Typ einer RFDU ist ein koaxialer Wellenleiter, dessen innerer Leiter eine Helix ist. Durch Beeinflussung der Permeabilität des Dielektrikums erhält man eine einstellbare RFDU, wie aus dem Patent US 6.556.102 B1 bekannt.
Des Weiteren ist aus dem Dokument WO 2005/031999 A1 eine einstellbare RFDU bekannt, die zwei parallele Signalwege, davon einer mit einer festgelegten Verzögerungszeit, umfasst, wobei beide Signalwege eine elektrisch einstellbare Dämpfung bieten. Dadurch wird ein eingehendes Signal um eine einstellbare Zeit verzögert, in Abhängigkeit von den Dämpfungen, die von den Signalwegen geboten werden.
Gemäß der Erfindung ist mindestens eine RFDU parallel zu beispielsweise einer unveränderten Übertragungsleitung angeordnet, die einen ersten Signalweg bildet, wobei die abgehenden und eingehenden Signale gleichzeitig über die unveränderte Übertragungsleitung sowie durch die RFDU übertragen werden, die den zweiten Signalweg darstellt.
Somit ist es vorstellbar, dass die Verzögerungszeit der RFDU variabel und einstellbar ist.
Eine weitere, bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung umfasst Verstärkermodule, die in den einzelnen Signalwegen angeordnet sind, um Einfügeverluste auszugleichen.
Eine weitere, bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung umfasst vorzugsweise drei oder vier parallele Signalwege, die auf ihren ersten Seiten miteinander verbunden sind und die auf ihren anderen Seiten mit zwei Antennen verbunden sind, wobei die einzelnen Signalwege Verzögerungszeiten von Null, eins, zwei bzw. drei Chiplängen bieten.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung umfasst mindestens ein Signalweg einzelne Verzögerungsleitungen und/oder Filter für den Uplink oder Downlink, um Signale mit identischen Verzögerungszeiten für den Up← und Downlink, jedoch mit individuellen RF-Wegbändern, d.h. für abgehende und eingehende Signale oder umgekehrt zu erhalten.
Eine weitere, bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Emulation einer Mehrweg-Umgebung in einem Funknetz, insbesondere in einem UMTS- oder CDMA-Netz in einer Umgebung, die frei von Mehrweg-Effekten ist, beispielsweise eine Umgebung innerhalb von Gebäuden, Tunneln und Ähnlichem, wobei das genannte Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

– Erzeugung von mindestens zwei praktisch identischen Signalen aus einem Signal,
– individuelle Verzögerung der genannten, praktisch identischen Signale durch unterschiedlichen Verzögerungszeiten,
– vorzugsweise Übertragung der genannten, individuell verzögerten Signale an einen Rake-Empfänger durch Kombination der genannten, individuell verzögerten Signale, um ein neues Signal zu erzeugen, das ein ähnliches Verhalten aufweist wie ein Signal in einer Mehrweg-Umgebung, wobei ein solches neues Signal die Leistungen von Rake-Empfängern in Umgebungen erhöht, die frei von Mehrweg-Effekten sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des genannten Verfahrens gemäß der Erfindung beträgt die Verzögerungszeit zwischen den genannten, einzeln verzögerten Signalen mindestens eine Chiplänge von 250 ns.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsvariante des genannten Verfahrens gemäß der Erfindung werden zwei praktisch identische Signale erzeugt, indem ein Funksignal von mindestens zwei Antennen praktisch synchron empfangen wird, wobei die genannten, praktisch identischen Signale durch einzelne Signalwege individuell verzögert werden, die mit den genannten Antennen verbunden sind und unterschiedliche Verzögerungszeiten aufweisen, und wobei das genannte neue Signal ein ähnliches Verhalten aufweist wie ein Signal in einer Mehrweg-Umgebung, das durch Kombination der genannten, individuell verzögerten Signale in einem Netzknoten erzeugt wird, der die genannten einzelnen, distal von den Antennen angeordneten Signalwege miteinander verbindet. Vorzugsweise ist der genannte Netzknoten mit einem RF-Netz verbunden, d.h. einer CDMA- und/oder UMTS-Basisstation oder Ähnlichem. Außerdem umfasst der genannte Netzknoten vorzugsweise einen Radiofrequenzkoppler (RFC).
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsvariante des genannten Verfahrens gemäß der Erfindung werden mindestens zwei praktisch identische Signale erzeugt, indem ein abgehendes Signal praktisch gleichmäßig aufgeteilt wird, wobei die genannten, praktisch identischen Signale individuell verzögert werden, indem sie synchron an einzelne Signalwege übertragen werden, die unterschiedliche Verzögerungszeiten aufweisen, und wobei das genannte neue Signal, das ein ähnliches Verhalten aufweist wie ein Signal in einer Mehrweg-Umgebung, durch Senden der genannten, individuell verzögerten Signale über individuelle Antennen erzeugt wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante des genannten Verfahrens gemäß der Erfindung weisen die praktisch identischen Signale identische Verzögerungszeiten für Uplink und Downlink auf, z.B. bei Signalwegen mit identischen Verzögerungszeiten, jedoch individuellen RF-Wegbandfiltern für Up- und Downlink.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen, wobei
1 eine schematische Darstellung einer ersten Vorrichtung zur Emulation einer Mehrweg-Umgebung in einem Funknetz ist, wobei die genannte erste Vorrichtung ein identisches Verhalten für abgehende, d.h. gesendete, und eingehende, d.h. empfangene Signale aufweist, und
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Vorrichtung zur Emulation einer Mehrweg-Umgebung in einem Funknetz ist, wobei die genannte zweite Vorrichtung individuelle RF-Wegbänder für abgehende, d.h. übertragende, und eingehende, d.h. empfangene Signale aufweist.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen:
Eine Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung, wie in 1 dargestellt, umfasst drei Netzknoten A, B, C. Ein Funkfrequenzkoppler RFC ist zwischen den Netzknoten A, B und C angeordnet. Zwei parallele Übertragungsleitungen 2, 3 sind zwischen den Netzknoten A und B und dem Funkfrequenzkoppler RFC angeordnet. Die Übertragungsleitung 3 verbindet den Netzknoten B mit dem Funkfrequenzkoppler RFC, wobei die Übertragungsleitung 2 den Netzknoten A mit dem Funkfrequenzkoppler RFC verbindet. Die Übertragungsleitung 2 am Netzknoten A ist mit einer eigenen Antenne 4 verbunden. Die Übertragungsleitung 3 am Netzknoten B ist ebenfalls mit einer eigenen Antenne 5 verbunden.
Die Antenne 4, die Übertragungsleitung 2 und der Funkfrequenzkoppler RFC bilden zusammen einen ersten Signalweg AC, wobei die Anntenne 5, die Übertragungsleitung 3 und der Funkfrequenzkoppler RFC zusammen einen zweiten Signalweg BC bilden.
Im zweiten Signalweg AC ist eine Radiofrequenz-Verzögerungseinheit RFDU angeordnet, die ein Signal, das über den zweiten Signalweg übertragen wird, um mindestens eine Chiplänge von 250 ns verzögert. Genauer gesagt beträgt die Verzögerungszeit im zweiten Signalweg AC mindestens eine Chiplänge mehr als im ersten Signalweg BC.
Durch den Einsatz der Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung wird ein abgehendes Signal, das vom Netzknoten C an die Vorrichtung 1 in 1 übertragen wird, vom Funkfrequenzkoppler RFC in zwei praktisch identische Untersignale aufgeteilt. Beide Untersignale werden synchron an die beiden parallelen Signalwege AC, BC übertragen. Das erste Untersignal, das an den ersten Signalweg BC übertragen wird, ist nicht verzögert. Es wird praktisch sofort von der Antenne 5 als Funksignal gesendet. Das zweite Untersignal, das an den zweiten Signalweg AC übertragen wird, wird von der Funkfrequenz-Verzögerungseinheit RFDU um eine Verzögerungszeit von praktisch einer Chiplänge verzögert. Dieses zweite Untersignal wird als zweites Funksignal von der Antenne 4 eine Chiplänge später gesendet als das erste Funksignal von der Antenne 5.
Durch das Senden beider Funksignale mit einer unterschiedlichen Verzögerungszeit von einer Chiplänge über die einzelnen Antennen 4, 5 bilden die Funksignale, die sich aus den Untersignalen ergeben, zusammen ein neues Funksignal, das ein ähnliches Verhalten aufweist wie ein Funksignal in einer Mehrweg-Umgebung.
Durch den Einsatz der Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung wird ein Funksignal praktisch synchron von beiden Antennen 4, 5 empfangen. Die genannten, praktisch identisch empfangenen Signale werden in den Signalwegen AC, BC, die mit den Antennen 4, 5 verbunden sind, individuell verzögert. Das von der Antenne 5 empfangene Signal ist nicht oder nur geringfügig verzögert, wobei das Signal, das von der Antenne 4 empfangen wird, von der Funkfrequenz-Verzögerungseinheit RFDU um eine Chiplänge verzögert wird. Der Funkfrequenzkoppler RFC kombiniert die beiden empfangenen und individuell verzögerten Signale zu einem neuen Signal, das ein ähnliches Verhalten aufweist wie ein Signal in einer Mehrweg-Umgebung.
Die Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung wird vorzugsweise als passiver Repeater für eine Funkschnittstelle zwischen einer mobilen Übertragungszelle im Freien und ihrer Erweiterung in geschlossenen Umgebungen, beispielsweise innerhalb von Gebäuden, Tunneln oder Ähnlichem eingesetzt. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung mit ihrem Netzknoten C direkt mit einem RF-Netz oder einer einzelnen Antenne innerhalb eines Gebäudes oder einer anderen Umgebung, die keine Mehrweg-Effekte aufweist, sowie indirekt mit einer Basisstation verbunden, die außerhalb der genannten, geschlossenen Umgebung angeordnet ist. In der Basisstation ist ein Rake-Empfänger angeordnet, der die Emulation der Mehrweg-Umgebung durch die Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung nutzt, wobei zur Emulation einer solchen Umgebung

– zwei praktisch identische Signale aus einem Signal erzeugt werden,
– die genannten, praktisch identischen Signale individuell durch unterschiedliche Verzögerungszeiten verzögert werden, und
– die genannten, individuell verzögerten Signale kombiniert werden, um ein neues Signal zu erzeugen, das ein ähnliches Verhalten aufweist wie ein Signal in einer Mehrweg-Umgebung.

Auf diese Weise kann eine Mobilstation, die z.B. in einer mobilen UMTS-Übertragungszelle angeordnet ist, die für eine geschlossene Umgebung erweitert wurde, durch den Einsatz einer Vorrichtung gemäß der Erfindung unverändert bleiben, da der Rake-Empfänger in der genannten Mobilstation Funksignale empfängt, die ein Mehrweg-Verhalten aufweisen, das von der Vorrichtung gemäß der Erfindung erzeugt wurde. Des Weiteren kann eine Basisstation, wie z.B. ein UTRAN-Netzknoten B ebenfalls unverändert bleiben, wenn eine Vorrichtung gemäß der Erfindung eingesetzt wird, um die mobile Übertragungszelle in einer geschlossenen Umgebung zu erweitern. Eine Mobilstation in der geschlossenen Umgebung sendet ein Funksignal, das keine Mehrweg-Effekte aufweist. Die geschlossene Umgebung verursacht keine Mehrweg-Effekte bei dem genannten Signal, das von der Mobilstation gesendet wird. Aufgrund dessen empfängt die Vorrichtung gemäß der Erfindung ein Funksignal und erzeugt ein neues Signal, indem sie eine Mehrweg-Umgebung emuliert. Dieses neue Signal wird von dem passiven Repeater an den Rake-Empfänger in der Basisstation außerhalb des Gebäudes übertragen. Der Rake-Empfänger profitiert von dem Mehrweg- Verhalten dieses Signals durch ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis, das verbesserte Übertragungsleistungen zur Folge hat.
Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass die Vorrichtung gemäß der Erfindung nur für abgehende Signale, d.h. für gesendete Funksignale, jedoch auch für abgehende und eingehende Signale, d.h. ebenso für empfangene Funksignale eingesetzt werden kann.
Durch den Einsatz einer Vorrichtung gemäß 1 wird die gleiche Verzögerungszeit im Uplink (UL) und Downlink (DL) erreicht.
Verzögerungszeit (AC) >> Verzögerungszeit (BC)
Einfügeverlust (AC) ≈ Einfügeverlust (BC)
Statt des Einsatzes einer Funkfrequenz-Verzögerungsleitung ist es ebenfalls denkbar, zwei einzelne bandselektive Filter für Uplink und Downlink einzusetzen, die vorzugsweise identische Verzögerungszeiten bieten.
In 2 ist eine zweite Vorrichtung 1' gemäß der Erfindung dargestellt. Diese Vorrichtung 1' umfasst einen Signalweg mit identischen Verzögerungszeiten, jedoch mit individuellen RF-Wegbandfiltern RFDU' für Uplink (UL) und Downlink (DL), d.h. für eingehende (UL) und abgehend (DL) Signale. Diese Vorrichtung 1' umfasst außerdem drei Netzknoten A', B', C'. Ein Funkfrequenzkoppler RFC' ist zwischen den Netzknoten A', B' und C' angeordnet. Zwei parallele Übertragungsleitungen 2', 3' sind zwischen den Netzknoten A' bzw. B' und dem Funkfrequenzkoppler RFC' angeordnet. Die Übertragungsleitung 3' verbindet den Netzknoten B' mit dem Funkfrequenzkoppler RFC', wobei die Übertragungsleitung 2' den Netzknoten A' mit dem Funkfrequenzkoppler RFC' verbindet. Die Übertragungsleitung 3' am Netzknoten B' ist mit einer eigenen Antenne 5' verbunden. Die Übertragungsleitung 2' am Netzknoten A' ist ebenfalls mit einer eigenen Antenne 4' verbunden.
Die Antenne 4', die Übertragungsleitung 2' und der Funkfrequenzkoppler RFC' bilden zusammen einen ersten Signalweg AC', wobei die Antenne 5', die Übertragungsleitung 3' und der Funkfrequenzkoppler RFC' zusammen einen zweiten Signalweg BC' bilden.
Im zweiten Signalweg AC' sind zwei Radiofrequenz-Verzögerungseinheiten RFDU' parallel angeordnet, die die abgehenden und eingehenden Signale, die über den zweiten Signalweg AC' übertragen werden, um mindestens eine Chiplänge von 250 ns verzögern. Genauer gesagt beträgt die Verzögerungszeit für ein abgehendes Signal im zweiten Signalweg C' mindestens eine Chiplänge mehr als im ersten Signalweg BC'.
Ebenfalls im zweiten Signalweg AC' sind zwei Funkfrequenzfilter RFF' parallel angeordnet. Beide RF-Filter RFF' wählen eingehende Signale im DL und übertragene Signale im UL. Es ist denkbar, dass die RF-Filter RFF (UL) und RFF (DL) in den Funkfrequenz-Verzögerungseinheiten RFDU'(UL) und RFDU'(DL) enthalten sind.
Durch den Einsatz einer Vorrichtung gemäß 2 werden die folgenden Eigenschaften erreicht:
Verzögerungszeit (AC, DL) >> Verzögerungszeit (BC)
Verzögerungszeit (AC, DL) > 1 Chiplänge.
Verzögerungszeit (AC, UL) ≈ Verzögerungszeit (AC, DL)
Einfügeverlust (AC, DL) ≈ Einfügeverlust (AC, UL)
Einfügeverlust (AC) ≈ Einfügeverlust (BC).
Daher werden individuelle, bandselektive Filter, die parallel zueinander angeordnet sind, für Uplink und Downlink eingesetzt.
Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass die Vorrichtung gemäß der Erfindung als passiver Repeater eingesetzt werden kann, der interne, charakteristische Verzögerungszeiten von über einer Chiplänge bieten kann. Ein solcher passiver Repeater kann in Umgebungen eingesetzt werden, wo die Verzögerungszeiten aufgrund von Mehrweg-Übertragungen unter einer Chiplänge liegen.
Solche passiven Repeater können in CDMA- und 3G-Anwendungen eingesetzt werden, wo sie den Vorteil einer verbesserten Systemleistung bieten. Die passiven Repeater können als Funkschnittstelle zwischen Zellen im Freien und ihren Erweiterungen in Gebäuden eingesetzt werden, wobei sich die Anwendung auf Standorte konzentriert und darauf beschränkt, bei denen die allgemeine, charakteristische Verzögerungszeit kürzer als eine Chiplänge ist. Dies kann eine Kombination von Gebäuden und auch Tunneln mit einem Netzknoten B in städtischen Bereichen mit geringen Zellenradien sein.
Kommerzielle Anwendbarkeit:
Die Erfindung findet ihre kommerzielle Anwendung insbesondere im Bereich der Herstellung und des Betriebs von Funknetzen für Funkübertragungen in Gebäuden, Tunneln und Ähnlichem.

Claims

Vorrichtung (1) zur Emulation einer Mehrweg-Umgebung in einem Funknetz, insbesondere einem UMTS- oder CDMA-Netz, das in einer Umgebung angeordnet ist oder diese erweitert, die frei von Mehrweg-Effekten ist, z.B. eine Umgebung innerhalb von Gebäuden, Tunneln und Ähnlichem, gekennzeichnet durch mindestens zwei parallele Funkfrequenz-Signalwege (AC, BC) mit unterschiedlichen Verzögerungszeiten, wobei die genannten Signalwege (AC, BC) auf ihren ersten Seiten (C) miteinander verbunden sind und auf ihren zweiten Seiten (A, B) jeweils mit eigenen Antennen (4, 5) verbunden sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeit zwischen den einzelnen Signalwegen mindestens eine Chiplänge (250 ns) beträgt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeit zwischen den einzelnen Signalwegen ein Vielfaches einer Chiplänge beträgt.
Vorrichtung gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Funkfrequenzkoppler (RFC), der die einzelnen Signalwege (CA, CB) miteinander verbindet.
Vorrichtung gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Signalweg (CB) unverändert bleibt, wobei in mindestens einem zweiten Signalweg (CA) eine Funkfrequenz-Verzögerungseinheit (RFDU) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeit der Funkfrequenz-Verzögerungseinheit (RFDU) variabel und einstellbar ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch Verstärkermodule, die in den einzelnen Signalwegen angeordnet sind, um Einfügeverluste auszugleichen.
Vorrichtung gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch vorzugsweise drei oder vier parallele Signalwege.
Vorrichtung gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Signalweg (AC') individuelle Verzögerungsleitungen (RFDU'(UL), RFDU'(DL)) und/oder Filter (RFF'(UL), RFF'(DL)) für Uplink und Downlink umfasst.
Verfahren zur Emulation einer Mehrweg-Umgebung in einem Funknetz, insbesondere in einem UMTS- oder CDMA-Netz in einer Umgebung, die frei von Mehrweg-Effekten ist, wie z.B. einer Umgebung innerhalb von Gebäuden, Tunneln oder Ähnlichem, das folgende Schritte umfasst: – Erzeugung von mindestens zwei praktisch identischen Signalen aus einem Signal, – individuelle Verzögerung der genannten, praktisch identischen Signale mit unterschiedlichen Verzögerungszeiten, – Kombination der genannten, individuell verzögerten Signale, um ein neues Signal zu erzeugen, das ein ähnliches Verhalten aufweist wie ein Signal in eine Mehrweg-Umgebung.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die Verzögerungszeit zwischen den genannten, individuell verzögerten Signalen mindestens eine Chiplänge (250 ns) beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei praktisch identische Signale erzeugt werden, indem ein Funksignal von mindestens zwei Antennen praktisch synchron empfangen wird, wobei die genannten, praktisch identischen Signale individuell durch einzelne Signalwege verzögert werden, die mit den genannten Antennen verbunden sind und unterschiedliche Verzögerungszeiten aufweisen, und wobei das genannte neue Signal, das ein ähnliches Verhalten aufweist wie ein Signal in einer Mehrweg-Umgebung, durch Kombination der genannten, individuell verzögerten Signale in einem Netzknoten erzeugt wird, der die genannten einzelnen Signalwege miteinander verbindet.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei praktisch identische Signale erzeugt werden, indem ein abgehendes Signal praktisch gleichmäßig aufgeteilt wird, wobei die genannten, praktisch identischen Signale individuell verzögert werden, indem sie an einzelne Signalwege übertragen werden, die unterschiedliche Verzögerungszeiten aufweisen, und wobei das genannte neue Signal, das ein ähnliches Verhalten aufweist wie ein Signal in einer Mehrweg-Umgebung, erzeugt wird, indem die genannten, individuell verzögerten Signale über einzelne Antennen gesendet werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die praktisch identischen Signale unterschiedliche Verzögerungszeiten für Uplink und Downlink aufweisen.