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Die
Erfindung bezieht sich auf einen sogenannten Repeater für ein Mobilfunknetz.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Betrieb
eines solchen Repeaters.
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Repeater
werden unter anderem eingesetzt, um mit einem Mobilfunkendgerät („Handy”) auch
in für
Funkwellen abgeschatteten Gebieten, wie beispielsweise in einem
Tunnel, telefonieren zu können.
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Ein
solcher Repeater umfasst in üblicher Bauform
eine Mastereinheit, die insbesondere mit einer Basisstation eines
Mobilfunknetzes in einer drahtlosen oder drahtgebundenen Kommunikationsverbindung
steht, sowie mehrere sogenannte „Remote-Units”, die – beispielsweise über die
Länge des Tunnels
verteilt – den
Kontakt zu dem Mobilfunkendgerät
herstellen. Die Signalübertragung
zwischen der Mastereinheit und den Remote-Units erfolgt dabei häufig als
amplitudenmoduliertes optisches Analogsignal über einen oder mehrere Lichtwellenleiter,
beispielsweise Glasfaserkabel.
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Die
Mastereinheit sendet hierbei das ihr von der Basisstation zugehende
Signal in der sogenannten „Downlink”-Richtung
an alle Remote-Units weiter. Jede Remote-Unit leitet andererseits das ihr von
einem Mobilfunkendgerät
zugehende Signal in der sogenannten „Uplink”-Richtung an die Mastereinheit weiter.
Für eine
ungestörte
Signalübertragung
ist dabei eine Trennung der einzelnen Signale, nämlich einerseits des Downlink-Signals
von den Uplink-Signalen, und andererseits der einzelnen Uplink-Signale der
verschiedenen Remote-Units untereinander – erforderlich.
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Dies
wird beispielsweise dadurch erreicht, dass jedes Signal über einen
separaten Lichtwellenleiter an einen separaten optischen Empfänger übertragen
wird, was allerdings vergleichsweise kostenintensiv ist.
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Alternativ
dazu besteht die Möglichkeit,
insbesondere in Uplink-Richtung, einen Lichtwellenleiter für die Signalübertragung
mehrerer Remote-Units gemeinsam zu nutzen. Um hierbei eine Trennung
der optischen Signale zu erreichen, umfassen die Remote-Units herkömmlicherweise
als Sender jeweils einen Laser, wobei jeder dieser Laser eine von
den anderen Lasern verschiedene Nennwellenlänge aufweist und Licht mit
dieser Nennwellenlänge
emittiert. Es findet also eine spektrale Trennung der Uplink-Signale
statt, indem jede Remote-Unit auf einer unterschiedlichen Lichtwellenlänge sendet.
Nachteilig an dieser Art der Datenübertragung ist aber, dass für jede Remote-Unit
ein individueller Lasertyp vorgehalten werden muss. Dies verkompliziert
insbesondere die Wartung eines solchen Repeaters.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders rationellen
Repeater anzugeben. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
besonders rationelles Verfahren zum Betrieb eines solchen Repeaters
anzugeben.
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Bezüglich der
Vorrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs
1. Danach umfasst der Repeater eine Mastereinheit zur Kommunikation
mit einer Basisstation eines Mobilfunknetzes, mehrere Remote-Units zur Kommunikation
mit Mobilfunkendgeräten,
sowie einen gemeinsamen, die Remote-Units mit der Mastereinheit
verbindenden Lichtwellenleiter zur Übertragung der optischen Signale
von jeder der Remote-Units zu der Mastereinheit. Dabei umfassen
mindestens zwei der Remote-Units als Sender für die optischen Signale einen
zu dem jeweils anderen Laser baugleichen Laser mit identischer Nennwellenlänge, wobei
diese Laser durch Einstellung ihrer Betriebstemperaturen derart
angesteuert sind, dass jeder Laser auf einer anderen Übertragungswellenlänge sendet.
Bevorzugt sind alle dem Repeater zugeordneten Remote-Units mit baugleichen
Lasern mit identischer Nennwellenlänge ausgestattet, und derart
temperiert, dass jeder Laser auf einer anderen Übertragungswellenlänge sendet.
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Für den Betrieb
des vorstehend beschriebenen Repeaters wird ausgenutzt, dass die
emittierte Wellenlänge
eines Lasers unter anderem auch durch seine Betriebstemperatur beeinflusst
wird. Erfindungsgemäß werden
die Laser zumindest zum Teil bewusst entgegen ihrer Spezifikation
eingesetzt, indem zumindest alle Laser bis auf einen auf einer Betriebstemperatur
gehalten werden, die von der jeweils spezifizierten Sollbetriebstemperatur
dieser Laser abweicht. Durch diese Maßnahme werden die Laser gegenüber ihrer
Nennwellenlänge
gezielt verstimmt, um die voneinander abweichenden Übertragungswellenlängen der
Laser einzustellen.
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Dadurch,
dass für
alle Remote-Units derselbe Lasertyp eingesetzt ist, wird für die Remote-Units ein
vergleichsweise hoher Vorfertigungsgrad erzielt, und damit wiederum
Lagerhaltungs- und Wartungskosten eingespart.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
umfasst jeder Laser zur Einstellung seiner Betriebstemperatur ein
Peltier-Element. Das Peltier-Element erlaubt vorteilhafterweise,
den Laser – je
nach Polung – entweder
zu heizen oder zu kühlen.
Dies ermöglicht die
Einstellung eines vergleichsweise breiten Temperaturintervalls,
und hierüber
die Einstellung eines vergleichsweise breiten Frequenzintervalls.
Vorzugsweise ist das Peltier-Element dabei über einen sogenannten Thermistorwiderstand
geregelt.
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Bevorzugt
umfasst die Vorrichtung eine Ansteuereinheit zur automatischen Einstellung
der Betriebstemperaturen. Diese Ansteuereinheit ist beispielsweise
in die Mastereinheit integriert. Insbesondere weist die Ansteuereinheit
eine Software-Applikation
auf, welche dazu ausgebildet ist, die Betriebstemperaturen der einzelnen
Laser automatisch derart auszuwählen,
dass sich alle Übertragungswellenlängen der
einzelnen Laser für
eine sichere Signaltrennung ausreichend voneinander unterscheiden.
Vorzugsweise sind die Betriebstemperaturen der Laser aus einem Temperaturintervall
von 20° bis
35° gewählt. Zwischen
den einzelnen Über tragungswellenlängen ist
zweckmäßigerweise
stets mindestens eine Wellenlängendifferenz
von mindestens 0,35 nm gewahrt.
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Bevorzugt
weist jeder Laser eine Nennwellenlänge von 1547,72 nm auf. Die Übertragungswellenlängen der
Laser sind vorzugsweise aus einem Wellenlängenbereich von 1545 nm bis
1551 nm gewählt.
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Eine
besonders kostengünstige
Variante des Repeaters ist vorteilhafterweise dadurch realisiert, dass
für die
Signalübertragung
zwischen der Master-Einheit und den Remote-Units, sowohl in Uplink-Richtung
als auch in Downlink-Richtung, ein einziger gemeinsamer Lichtwellenleiter
vorgesehen ist. In diesem Fall ist in der Mastereinheit bevorzugt ein
zu den Lasern der Remote-Units bauähnlicher Laser mit einer Nennwellenlänge eingesetzt,
die von den Nennwellenlängen
der in den Remote-Units eingesetzten Laser deutlich abweicht. Insbesondere
beträgt
die Nennwellenlänge
dieses Lasers 1310 nm. Durch die große Wellenlängendifferenz wird vorteilhafterweise
in einer technisch vergleichsweise unaufwändigen Ausführung eine deutliche Trennung der
Signale in Uplink-Richtung und Downlink-Richtung erreicht.
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Bevorzugt
werden Diodenlaser, insbesondere sogenannte Distributed Feedback
(DFB) Diodenlaser, eingesetzt. Diese Laser emittieren – bei konstanter
Betriebstemperatur – vorteilhafterweise
ein hoch monochromatisches Licht und eignen sich daher besonders
gut für
die Übertragung
mehrerer optischer Signale über
denselben Lichtwellenleiter. Insbesondere ermöglichen diese Laser einen besonders engen
spektralen Abstand der verschiedenen Übertragungswellenlängen.
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Solche
Diodenlaser werden erfahrungsgemäß häufig bei
gleicher Bauart und gleicher Nennwellenlänge in mehreren Spezifikationsklassen
vertrieben, die sich durch ihre Sollbetriebstemperatur bzw. – äquivalentermaßen – den zur
Einstellung der Sollbetriebstemperatur vorzugebenden Thermistorwiderstand
unterscheiden. Ursache für
die verschiedenen Spezifikationsklassen sind hierbei Fertigungstole ranzen,
aufgrund derer die identisch aufgebauten Laser die vorgegebene Nennwellenlänge bei
unterschiedlicher Temperatur erreichen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Repeaters wird dieser Umstand vorteilhaft ausgenutzt, um innerhalb
eines vorgegebenen Temperaturintervalls den Übertragungswellenlängenbereich
zu optimieren. Hierzu sind den Remote-Units baugleiche Laser unterschiedlicher
Sollbetriebstemperatur zugeordnet, wobei systematisch zur Einstellung
von Übertragungswellenlängen aus
einem oberen Wellenlängenbereich
Laser mit einer vergleichsweise niedrigen Sollbetriebstemperatur,
und zur Einstellung von Übertragungswellenlängen aus
einem unteren Wellenlängenbereich
Laser mit einer vergleichsweise hohen Sollbetriebstemperatur eingesetzt
sind. Als Maß für die Sollbetriebstemperatur
kann dabei auch wiederum der spezifizierte Thermistorwiderstand
der Laser herangezogen sein.
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Bezüglich des
Verfahrens wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 10. Danach ist vorgesehen, bei einem
Repeater mit einer Mastereinheit zur Kommunikation mit einer Basisstation
eines Mobilfunknetzes und mehreren Remote-Units zur Kommunikation
mit Mobilfunkendgeraten, sowie mit einem gemeinsamen, die Remote-Units
mit der Mastereinheit verbindenden Lichtwellenleiter zur Übertragung von
optischen Signalen von mindestens zwei, bevorzugt jeder der Remote-Units
zu der Mastereinheit, als Sender der Remote-Units baugleiche Laser
mit identischer Nennwellenlänge
heranzuziehen und diese durch Einstellung ihrer Betriebstemperaturen
derart anzusteuern, dass jeder Laser auf einer anderen Übertragungswellenlänge sendet.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung einen Repeater eines Mobilfunknetzes,
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2 ein
Schema zum Einsatz unterschiedlicher Spezifikationsklassen eines
eingesetzten Lasertyps.
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Einander
entsprechende Teile und Größen sind
in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung einen Repeater 1 eines Mobilfunknetzes,
welcher mithilfe von optischen Signalen Funksignale in ein für Funkwellen
abgeschattetes Gebiet, wie beispielsweise einen Tunnel, überträgt.
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Der
Repeater 1 umfasst eine Mastereinheit 2, welche über schematisch
angedeutete Funkwellen mit einer nicht dargestellten Basisstation
des Mobilfunknetzes kommuniziert. Weiterhin umfasst der Repeater 1 mehrere – hier dargestellt
vier – Remote-Units 3,
welche, insbesondere über
die Länge
des Tunnels verteilt, wiederum schematisch angedeutet, mittels Funkwellen
mit einem nicht dargestellten Mobilfunkendgerät (Handy) kommunizieren. Die
Mastereinheit 2 ist über
einen Lichtwellenleiter des Repeaters 1, hier als Glasfaserkabel 4 ausgebildet,
mit den Remote-Units 3 verbunden.
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Das
Glasfaserkabel 4 dient zur bidirektionalen optischen Signalübertragung – bzw. „Signalweiterleitung” – zwischen
der Mastereinheit 2 und den Remote-Units 3.
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Dabei
wird ein von dem Mobilfunkendgerät ankommendes
Funksignal innerhalb der Remote-Unit 3 in ein optisches
Signal umgewandelt, als amplitudenmoduliertes Analogsignal in der
sogenannten (durch einen Pfeil gekennzeichneten) Uplink-Richtung 5 über das
Glasfaserkabel 4 an die Mastereinheit 2 weitergeleitet,
dort in ein Funksignal rückgewandelt
und an die Basisstation ausgesendet.
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Entsprechend
wird ein von der Basisstation ankommendes Funksignal in der sogenannten
(wiederum durch einen Pfeil gekennzeichneten) Downlink-Richtung 6 von
der Mastereinheit 2 über
das Glasfaserkabel 4 an die Remote-Units 3 weitergeleitet
und anschließend
an das Mobilfunkendgerät
ausgesendet.
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Für eine fehlerfreie
Signalübertragung über das
Glasfaserkabel 4 müssen
die einzelnen optischen Signale unterscheidbar sein – und zwar
einerseits die Signale der einzelnen Remote-Units 3 untereinander
und andererseits die Signale in Uplink-Richtung 5 bzw.
Downlink-Richtung 6.
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Zur
optisch trennbaren Signalübertragung
in Uplink-Richtung 5 umfasst jede der Remote-Units 3 als
Sender einen Laser, welcher hier als sogenannter DFB (Distributed
Feedback) Diodenlaser 7 ausgebildet ist. Alle Diodenlaser 7 sind
baugleich und für
dieselbe Nennwellenlänge λN (2)
von 1547,72 nm spezifiziert. Da die emittierte Wellenlänge eines
jeden Diodenlasers 7 von seiner Betriebstemperatur TB1–TB4 abhängt,
weist jeder Diodenlaser 7 zur Einstellung und Konstanthaltung
seiner Betriebstemperatur TB1–TB4 ein geregeltes Peltier-Element 8 auf. Dabei
ist die Betriebstemperatur TB1–TB4 der Diodenlaser 7 derart eingestellt,
dass jeder der Diodenlaser 7 auf einer individuellen, im
Normalfall von seiner Nennwellenlänge λN abweichenden, Übertragungswellenlänge λÜ1–λÜ4 sendet.
Weiterhin umfasst jede Remote-Unit 3 einen optischen Empfänger 9 zum Empfang
der Signale der Mastereinheit 2.
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Zur
Signalübertragung
in Downlink-Richtung 6 umfasst auch die Mastereinheit 2 als
Sender einen als DFB Diodenlaser ausgebildeten 10 Laser
sowie einen optischen Empfänger 11 zum
Empfang der Signale der Remote-Units 3. In der dargestellten
Ausführungsform
ist dieser Diodenlaser 10 für eine Nennwellenlänge λN von
1310 ± 10
nm spezifiziert, auf welcher er auch sendet, sodass sich seine Übertragungswellenlänge λM deutlich
von den Übertragungswellenlängen λÜ1–λÜ4 der
Diodenlaser 7 unterscheidet.
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Die
Auswahl geeigneter Betriebstemperaturen TB erfolgt
in einer Inbetriebnahmephase des Repeaters 1. Für diese – hier automatische – Auswahl der
Betriebstemperaturen TB umfasst die Mastereinheit 2 eine
mit einer Software-Applikation versehene Ansteuereinheit 12,
welche mit den Peltier-Elementen 8 signaltechnisch über ein
Signalkabel 13 verbunden ist. Alternativ hierzu ist vorgesehen,
dass die Ansteuereinheit 12 die Peltier-Elemente 8 mittels
optischer, über
das Glasfa serkabel 4 übertragener
Steuersignale ansteuert. Andererseits ist die Ansteuereinheit 12 mit
dem optischen Empfänger 11 der
Mastereinheit 2 gekoppelt.
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Zur
Auswahl der Betriebstemperaturen TB1–TB4 wird nun durch die Ansteuereinheit 12 die
Betriebstemperatur TB eines Diodenlasers 7 eingestellt und
die resultierende Übertragungswellenlänge λÜ über den
optischen Empfänger 11 erfasst.
Dabei wird die Betriebstemperatur TB eines
Diodenlasers 7 innerhalb eines Temperaturintervalls von
20°C bis 35°C so lange
verändert,
bis seine Übertragungswellenlänge λÜ einem
von der Software-Applikation vorgegebenen Wert entspricht. Die vorgegebenen Übertragungswellenlängen λÜ liegen
innerhalb eines Wellenlängenbereichs
von 1545 nm bis 1551 nm. Dabei sind die Übertragungswellenlängen λÜ durch
die Software-Applikation derart ausgewählt, dass sich die einzelnen Übertragungswellenlängen λÜ ausreichend,
insbesondere um jeweils mindestens 0,35 nm, voneinander unterscheiden.
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In
einer schaltungstechnisch vereinfachten Alternative hierzu ist vorgesehen,
dass in der Ansteuereinheit 12 die Sollbetriebstemperaturen
TS (2) der einzelnen
Diodenlaser 7 hinterlegt sind, und dass die Ansteuereinheit 12 anhand
dieser Information die Betriebstemperaturen TB1–TB4 der einzelnen Diodenlaser 7 derart
auswählt,
dass sich die resultierenden Übertragungswellenlängen λÜ für eine fehlerfreie
Signalübertragung
ausreichend voneinander unterscheiden. Über das Signalkabel 13,
bzw. das Glasfaserkabel 4 werden die ausgewählten Betriebstemperaturen
TB den Peltier-Elementen 8 vorgegeben.
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In 2 ist
in einem Schema 20 für
fünf Spezifikationsklassen
A, B, C, D, E der baugleichen Diodenlaser 7 jeweils schematisch
die Abhängigkeit
der Übertragungswellenlänge λÜ von
der Betriebstemperatur TB dargestellt.
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Innerhalb
einer Spezifikationsklasse A, B, C, D, E hängt die Übertragungswellenlänge λÜ – wie hier beispielhaft
dargestellt – linear
von der Betriebstemperatur TB des Diodenlasers 7 ab.
Zum Erreichen der stets gleichen Nennwellenlänge λN ist dabei
jede Spezifikationsklasse A, B, C, D, E für eine andere Sollbetriebstemperatur
TS spezifiziert.
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Die
Diodenlaser 7 werden nun derart eingesetzt, dass Diodenlaser 7 mit
einer vergleichsweise hohen Sollbetriebstemperatur TS – wie beispielsweise
der Spezifikationsklasse E – für Übertragungswellenlängen λÜ aus
einem unteren Wellenlängenbereich
verwendet werden, wohingegen Diodenlaser 7 mit einer vergleichsweise
geringen Sollbetriebstemperatur TS – wie beispielsweise
der Spezifikationsklasse A – für Übertragungswellenlängen λÜ aus
einem oberen Wellenlängenbereich
verwendet werden. Hierdurch wird bei einem vorgegebenen Betriebstemperaturintervall
von einer minimalen Betriebstemperatur Tmin bis
zu einer maximalen Betriebstemperatur Tmax ein
besonders großer
Wellenlängenbereich
von einer minimalen Übertragungswellenlänge λmin bis
zu einer maximalen Übertragungswellenlänge λmax abgedeckt.
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- 1
- Repeater
- 2
- Mastereinheit
- 3
- Remote-Unit
- 4
- Glasfaserkabel
- 5
- Uplink-Richtung
- 6
- Downlink-Richtung
- 7
- Diodenlaser
- 8
- Peltier-Element
- 9
- Empfänger
- 10
- Diodenlaser
- 11
- Empfänger
- 12
- Ansteuereinheit
- 13
- Signalkabel
- 20
- Schema
- A,
B, C, D, E
- Spezifikationsklasse
- TB
- Betriebstemperatur
- TS
- Sollbetriebstemperatur
- Tmin
- Betriebstemperatur
- Tmax
- Betriebstemperatur
- λM
- Übertragungswellenlänge
- λN
- Nennwellenlänge
- λÜ
- Übertragungswellenlänge
- λmin
- Übertragungswellenlänge
- λmax
- Übertragungswellenlänge