-
Die
Erfindung betrifft einen Repeater mit einer ersten und mit einer
zweiten Signalleitung, die zwischen einer ersten und einer zweiten
Weiche geführt
sind, wobei die erste Weiche mit einem ersten Antennenport und die
zweite Weiche mit einem zweiten Antennenport verbunden ist, mit
einer mit den Weichen verbundenen Steuereinheit, die ausgebildet ist,
die Weichen zu einer wechselweisen Verbindung der Antennenports über die
erste und über
die zweite Signalleitung anzusteuern. Ein solcher Repeater dient
zur Übertragung
von Kommunikationssignalen in einem drahtlosen Netz, wie beispielsweise
in einem Mobilfunknetz, gemäß dem sogenannten
Time Division-Duplex(TDD)-Verfahren, und kommuniziert hierbei sowohl
mit einer Basisstation als auch mit einem Netzendgerät, insbesondere
einem Mobilfunk-Endgerät,
drahtlos über
hochfrequente Funksignale (Radiofrequenzen). Ein solcher, drahtlos
kommunizierender Repeater wird auch Off-Air-Repeater genannt.
-
Bei
der TDD-Technik zur wechselweisen Übermittlung hochfrequenter
Signale zwischen einem Ein- und einem Ausgang wird zur Übertragung in
beide Richtungen meist dieselbe Frequenz verwendet. Um ein Übersprechen
der in verschiedene Richtungen laufenden Signale zu verhindern,
werden die Signale unterschiedlicher Laufrichtung verschiedenen
Zeitbereichen zugeordnet. Mit anderen Worten laufen die Signale
zwischen dem Ein- und dem Ausgang abwechselnd in die eine und in
die andere Richtung.
-
Ein
Repeater wird generell dazu eingesetzt, in Abschattungsbereichen
eines Drahtlos-Netzes, insbesondere eines Mobilfunknetzes, oder
an den Reichweitegrenzen einer Basisstation eine Kommunikation mit
einem Netzendgerät
zu ermöglichen.
Gerade bei einem Off-Air-Repeater, der in einer Uplink-Richtung
drahtlos mit der Basisstation und in einer Downlink-Richtung drahtlos
mit dem Netzendgerät
kommuniziert, besteht ein Bedarf zum Einsatz der TDD-Technik.
-
Da
in einem TDD-System während
des Umschaltens der Signallaufrichtungen kein regulärer Betrieb
möglich
ist, wird die Umschaltdauer möglichst kurz
gehalten. In einem heutigen TDD-System beträgt diese Umschaltzeit einige
Mikrosekunden. Zum Umschalten werden geeignete Schalter eingesetzt, die
kurze Schaltzeiten aufweisen und eine hohe Isolation zwischen den
Signalen unterschiedlicher Laufrichtung bieten. Aber auch bei einem
Off-Air-Repeater, der nach dem Prinzip der TDD-Technik arbeitet, tritt
das Phänomen
einer Rückkopplung
des abgestrahlten Signals in das Eingangssignal auf. Da das Eingangssignal
erneut verstärkt
und abgestrahlt wird, kann es insofern zu unerwünschten Interferenz-Erscheinungen
und insbesondere zu einem unerwünschten
Schwingungsverhalten des Repeaters kommen.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, einen gemäß der TDD-Technik
arbeitenden Repeater anzugeben, bei welchem die Rückkopplung
zwischen dem Ausgangs- und dem Eingangssignal gegenüber dem Stand
der Technik weiter verringert ist.
-
Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen
Repeater mit der Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst. Demnach
ist ein Repeater mit einer ersten und mit einer zweiten Signalleitung,
die zwischen einer ersten und einer zweiten Weiche geführt sind,
wobei die ersten Weiche mit einem ersten Antennenport und die zweite
Weiche mit einem zweiten Antennenport verbunden ist, mit einer mit
den Weichen verbundenen Steuereinheit, die ausgebildet ist, die
Weichen zu einer wechselweisen Verbindung der Antennenports über die
erste und der zweite Signalleitung anzusteuern, sowie mit einer
in die erste und in die zweite Signalleitung schaltbaren Digitaleinheit
vorgesehen, wobei die Digitaleinheit in Serie geschaltet eine A/D-Wandler
einen FIR-Filter und einen D/A-Wandler umfasst.
-
Mittels
der beiden Signalleitungen, die zwischen die beiden mit den Antennenports
verbundenen Weichen gestaltet sind, wird die TDD-Technik realisiert.
Entsprechend einem vorgegebenen Schaltsignal werden die Weichen
derart angesteuert bzw. geschaltet, dass eine der beiden Signalleitungen
in Uplink- und die andere der Signalleitungen in Downlink-Richtung
durchlaufen werden. Mit anderen Worten sind die unterschiedlichen
Kommunikationsrichtungen auf unterschiedliche Signalleitungen verteilt.
Jeder Kommunikationsrichtung ist dabei ein spezifisches Zeitfenster
zugeordnet. Es wird abwechselnd zwischen den Kommunikationsrichtungen geschaltet.
-
Die
Erfindung geht zunächst
von der Tatsache aus, dass es auch bei einem Off-Air-Repeater der nach der TDD-Technik
arbeitet, zu Interferenzphänomenen
kommen kann. Das abgestrahlte Ausgangssignal wird eingangsseitig
erneut empfangen, verstärkt
und wiederum ausgestrahlt. Es kommt zu einer störenden Rückkopplung, insbesondere zu
einem störenden
Schwingungsverhalten des Repeaters. Die Erfindung erkennt nun, dass
sich ein solches Schwingungsverhalten eines TDD-Systems durch die
Implementierung einer digitalen Filterung vermeiden lässt. Hierzu
ist eine in die erste und in die zweite Signalleitung schaltbare
Digitaleinheit vorgesehen, die in Serie geschaltet einen A/D-Wandler und
einen FIR-Filter
und einen D/A-Wandler umfasst. Hierdurch wird das Kommunikationssignal
einer vorgegebenen Frequenz digitalisiert, gefiltert und anschließend in
ein analoges Ausgangssignal zurückgewandelt,
welches dann zur Abstrahlung gelangt. Zwischen dem A/D- und dem
D/A-Wandler ist hierbei ein FIR-Filter gesetzt, der mit vorgegebenen
Filterkomponenten auf das durcheilende Kommunikationssignal wirkt.
Ein FIR-Filter, d. h. ein Filter mit endlicher Impulsantwort (Finite
Impulse Response Filter) ist eine diskreter Filter, der über eine
Impulsantwort mit endlicher Länge
verfügt.
Der Filter als solcher kann insofern zu keiner selbstständigen Schwingung angeregt
werden. Eine Rückkopplung
durch den Filter als solche ist ausgeschlossen. Über eine entsprechende Vorgabe
der Filterkoeffizienten können
somit Seitenbanden des Kommunikationssignals abgetrennt und eine
Rückkopplung
wirkungsvoll verhindert werden. Der FIR-Filter wirkt insbesondere
als Bandpassfilter.
-
Durch
die neuartige Kombination eines nach der TDD-Technik arbeitenden
Repeaters mit einer digitalen Filterung gelingt es, einen leistungsstarken Off-Air-Repeater bereit zu
stellen, der einerseits aufgrund der verwendeten Technologie ein
relativ geringes Übersprechen
der beiden Kommunikationskanäle
zueinander aufweist und bei welchem zum anderen Rückkopplungseffekte
des abgestrahlten Ausgangssignals auf das Eingangssignal deutlich
verringert sind. Durch die Anwendung eines FIR-Filters können Transformationen
wie eine Fouriertransformation, Faltungen, eine Bandpass-Funktion
und weitere realisiert werden, ohne dass sich Quantisierungfehler
bei der Digitalisierung in Folge einer endlichen Abtastrate auswirken.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mittels einer dritten und
einer vierten Weiche ein gemeinsamer Pfad der beiden Signalleitungen
schaltbar, wobei die Digitaleinheit in dem gemeinsamen Pfad angeordnet
ist, und wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, die die Digitaleinheit
mittels der dritten und vierten Weiche wechselweise in die erste
und in die zweite Signalleitung zu schalten. Bei dieser Ausführungsform
wird erkannt, dass eine digitale Filterung der in Uplink- und Downlink-Richtung
laufenden Kommunikationssignale nur in den entsprechenden, zugeordneten
Zeitfenstern vorgenommen werden braucht. Da sich die Signallaufrichtung
zwischen Uplink- und Downlink Richtung abwechselt, wird zur digitalen
Filterung des Uplink- als auch des Downlink-Signals nur eine einzige
Digitaleinheit benötigt. Diese
wird entsprechend den Schaltsignalen an die dritte und die vierte
Weiche abwechselnd der ersten und der zweiten Signalleitung zugeschaltet.
Bei einer entsprechenden Ausgestaltung der Signalleitungen unter
Verwendung von weiteren Weichen kann somit auf eine doppelte Ausgestaltung
der Digitaleinheit verzichtet werden.
-
Alternativ
ist es selbstverständlich
auch möglich,
die Digitaleinheit durch ein in die erste Signalleitung geschaltetes
erstes Digitalmodul und durch ein in die zweite Digitalleitung geschaltetes zweites
Digitalmodul auszugestalten, wobei jedes der Digitalmodule einen
A/D-Wandler, einen FIR-Filter und einen D/A-Wandler umfasst. In
dieser Ausgestaltung sind die Signalleitungen in Uplink- und in Downlink-Richtung parallel
und mit jeweils identischen Komponenten ausgeführt.
-
In
einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist dem ersten Antennenport
ein erster Koppler und/oder dem zweiten Antennenport ein zweiter Koppler
nachgeschaltet, wobei zur Übertragung
eines jeweiligen Referenzsignals die Digitaleinheit mit dem ersten
und/oder dem zweiten Koppler verbunden ist, und wobei der oder jeder
FIR-Filter als ein adaptiver Filter zur Auslöschung einer Rückkopplung
in dem jeweils zu übertragenden
Signal ausgebildet ist. Bei dieser Ausgestaltung wird mittels eines
Kopplers ein Teil des abzustrahlenden Ausgangssignals abgegriffen
und als Referenzsignal der Digitaleinheit zurückgeleitet. Der FIR-Filter
wird hierbei als ein adaptiver Filter eingesetzt, der aufgrund des
erhaltenen Referenzsignals die Filerkoeffizienten zu einer Auslöschung der
Rückkopplung
zwischen dem abgestrahlten Ausgangssignal und dem erhaltenden Eingangssignal
anpasst. Mit anderen Worten handelt es sich um eine Regelschleife,
bei welcher der adaptive Filter das Ausgangssignal auf eine minimale
Rückkopplung
regelt. Der Filter versucht, die Übertragungsfunktion für das abgestrahlte
Signal in das Empfangssignal nachzubilden und mit entsprechender
Zeitverzögerung
und entgegengesetztem Vorzeichen dem Empfangssignal aufzuschalten.
Mittels einer derartigen Filterung können Interferenzen durch Rückkopplung
des abgestrahlten Ausgangssignals auf das Empfangssignal eliminiert
werden.
-
Im
Falle einer Ausgestaltung der Digitaleinheit durch ein erstes und
durch ein zweites Digitalmodul ist zweckmäßigerweise das erste Digitalmodul mit
dem ersten Koppler und das zweite Digitalmodul mit dem zweiten Koppler
verbunden. Hierdurch erhält das
entsprechende Digitalmodul jeweils das zugeordnete, ausgangsseitige
Referenzsignal.
-
In
einem TDD-Repeater müssen
generell die Signale der Downlink-Richtung und der Uplink-Richtung
verstärkt
werden. Dabei müssen
Verstärker
eingesetzt werden, die Ausgangsleistungen von teilweise mehr als
10 Watt aufweisen. Bei einem Wechsel der Signallaufrichtung muss
ein derartiger Verstärker rasch
abgeschaltet werden. Das Schalten der hohen Versorgungsströme eines
derartigen Verstärkers,
die typischerweise im Bereich von einigen Ampere liegen, innerhalb
der gewünschten
kurzen Schaltzeiten erfordert aber komplexe Schaltungslösun gen.
Trotz des Einsatzes schneller Schalter mit hoher Isolation der Schaltpfade
zueinander wird unbefriedigend ein Rauschpegel des abgeschalteten
Signals in das in andere Richtung laufende Signal eingebracht.
-
Um
ein derartiges Rauschübersprechen
zu vermeiden, ist in der ersten und/oder der zweiten Signalleitung
des Repeaters bevorzugt ausgangsseitig eines Leistungsverstärkers ein
Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter angeordnet, wobei der oder jeder Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter
eine Kurzschluss-Schaltung umfasst, die jeweils über ein Schaltelement mit Masse
verbunden ist, und die jeweils unter Einbeziehung des Schaltelements
eine aktive Länge
aufweist, die einem ungeradzahligen Vielfachen eines Viertels einer
aktuellen Länge
eines übertragenen
RF-Signals entspricht, und wobei das oder jedes Schaltelement jeweils
mit der Steuereinheit verbunden ist, die weiter ausgebildet ist,
das oder jedes Schaltelement bei Durchschaltung der entsprechenden
Signalleitung bei einem Kurzschluss und bei Sperrschaltung der entsprechenden
Signalleitung zu einer Sperrwirkung anzusteuern. Durch eine geschickte
Dimensionierung der Kurzschlussleitung gelingt es, im Falle hochfrequenter
Signale einen schwingungsfreien Bereich am Ausgang des jeweiligen
Leistungsverstärkers
zu schaffen. Hierzu wird die aktive Länge der Kurzschlussleitung
so bemessen, dass sie einem ungeradzahligen Vielfachen eines Viertels
der Wellenlänge
des zu schaltenden Hochfrequenz-Signals
entspricht. Unter der aktiven Länge
wird hierbei die reale Länge
der Leiterbahn einschließlich
des Schaltelements verstanden. Konkret sind somit für die aktive
Länge von
1/4 λ, 3/4 λ, 5/4 λ, usw. zu
wählen,
wobei λ die
Wellenlänge
des Hochfrequenz-Signals bezeichnet.
-
Ein
Durchschalten des Schaltelements führt dazu, dass sich am Masseanschluss
ein definierter Potenzialwert, nämlich
Masse, einstellt. Mit anderen Worten wird am Masseanschluss ein
Schwingungsknoten des Systems erzwungen. Über die λ/4 Bedingungen der Kurzschlussleitung
bedeutet dies aber, dass das System hinsichtlich der zuschaltenden Hochfrequenz
am Ausgang des Leistungsverstärkers einen
Schwingungsbauch aufweist. Das Hochfrequenz-Signal kann somit dort
abgegriffen werden, wenn das Schaltelement durchgeschaltet wird.
-
Wird
andererseits das Schaltelement gesperrt, so kann das Ende der Kurzschlussleitung
unbestimmte, mithin freie Zustände
annehmen. Mit anderen Worten wird dem System damit am Ende der Kurzschlussleitung
ein Schwingungsbauch aufgenötigt.
In diesem Fall befindet sich jedoch aufgrund der λ/4-Bedingung an der
Ausgangsseite des Leistungsverstärkers
ein Schwingungskonten. Das Hochfrequenz-Signal ist somit abgetrennt,
wenn das Schaltelement sperrt.
-
Da
das Schaltelement in eine von der oder den Signalleitung abzweigende
Kurzschlussleitung eingebracht ist, trägt die Charakteristik des Schaltelements
im Durchlassfall nicht mehr störend
zu dem Hochfrequenz-Signal entlang der Signalleitungen bei. Als
Resultat lässt
sich ein Schalten des Hochfrequenz-Signals mit einer hohen Linearität erzielen. Wird
ein derartiger Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter eingesetzt, wird im Sperrfall
das Rauschübersprechen
auf das Signal anderer Laufrichtung und im Durchlassfall eine nichtlineare
Signalverzerrung deutlich reduziert.
-
Der
angegebene Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter wirkt als ein sogenannter
Kerb- oder Notch-Filter, der aus einem Frequenzband einen schmalen
Frequenzbereich im Sinne einer Kerbe ausschneidet.
-
Je
nach gewünschter
Schaltgeschwindigkeit können
zum Schalten grundsätzlich
verschiedene Schaltelemente, selbst unter Einbeziehung mechanischer
Schalter gewählt
werden. Zum Erreichen hoher Schaltgeschwindigkeiten, wie sie zur
Realisierung des RF-TDD-Repeaters erforderlich sind, werden jedoch
vorteilhafterweise elektronische Schaltelemente eingesetzt. Als
solche Schaltelemente können Transistoren,
Thyristoren, Reed-Kontakte oder sogenannte MEM-Schalter eingesetzt
werden, wobei man unter letzteren mikroelektromechanische Schalter versteht,
die auf der Nanoskala dimensioniert sind und insbesondere ein Schalten
der Strukturen elektrostatisch, piezoelektrisch oder magnetisch
bewirken.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung wird als elektronisches Schaltelement
eine Diode, eine Schottky-Diode, oder eine Gasentladungsröhre eingesetzt.
Die Schottky-Diode zeigt einen besonders raschen Abbau der Sperr-Schicht,
was hohe Schaltgeschwindigkeiten erlaubt. Auch die Gasentladungsröhre zeigt
ein rasches Schaltverhalten, sobald die über ihr abfallende Spannung
ein bestimmtes Maß übersteigt.
-
Die
Diode und die Gasentladungsröhre
lassen sich in einfacher Art und Weise dadurch schalten, dass als
Schalteinrichtung eine der Verbindungsleitung zuschaltbare Spannungsquelle
vorgesehen ist. Über
ein solches Zuschalten kann die Diode zwischen einer Durchlass-
und einer Sperr-Richtung geschaltet oder die Gasentladungsröhre durchgezündet bzw.
in den Sperrzustand gebracht werden. Dabei bietet es sich an, die
Spannungsquelle zum Entkoppeln des Hochfrequenzsingnals mittels
einer Induktivität
der Verbindungsleitung zuzuschalten.
-
Hinsichtlich
der aktiven Länge
ist anzumerken, dass beispielsweise eine dem Schaltelement, wie
insbesondere der Diode, innewohnende Kapazität zu einer Verkürzung der
aktiven Länge
führt.
Dies muss bei der Ausgestaltung der Kurzschlussleitung entsprechend
berücksichtigt
werden. Die Kurzschlussleitung kann als beliebige Leiterbahn gegeben
sein. Bevorzugt ist die Kurzschlussleitung als ein Streifenleiter
vorgegebender Länge
ausgebildet.
-
Weiter
kann eine Mehrzahl von einzelnen Kurzschlussleitungen vorgesehen
sein, die jeweils über
ein Schaltelement mit dem Masseanschluss verbunden sind, wobei die
aktiven Längen
der Kurzschlussleitungen die λ/4-Bedingung
jeweils hinsichtlich verschiedener Wellenlängen erfüllen. Mittels der Schaltelemente
wird dann ein Frequenzband aus der Signalleitung abgetrennt.
-
Vorteilhafterweise
ist der Steuereinheit eine Synchronisationseinheit zugeordnet, die
mit einem der Koppler verbunden ist, und die ausgebildet ist, aus
dem mittels des Kopplers ausgekoppelten Signal ein Schaltsignal
zu identifizieren, wobei die Steuereinheit dafür eingerichtet ist, die Weichen
entsprechend dem Schaltsignal anzusteuern.
-
Bei
dieser Ausgestaltung wird auf der einer Basisstation zugeordneten
Eingangsseite des Repeaters aus dem Eingangssignal ein Schaltsignal identifiziert,
welches mit dem Funksignal der Basisstation übermittelt wird. Dieses Schaltsignal
wird zur Synchronisierung des Repeaters herangezogen und entsprechend
zur Steuerung der Weichen verwendet. Der Repeater ist mit der Basisstation
synchronisiert.
-
Die
Synchronisationseinheit kann als separate Baugruppe des Repeaters
ausgestaltet sein. In einer bevorzugten Variante ist die Synchronisationseinheit
mit der Digitaleinheit verbunden, und ist insbesondere ein Bestandteil
dieser selbst. Mit dieser Ausführung
kann eine rasche Abschaltung der den Signalleitungen entsprechend
zugeordneten Digitalmodule vorgenommen werden. Insbesondere kann die
Synchronisationseinheit aus dem Eingangssignal der Digitaleinheit
das Schaltsignal identifizieren, so dass ggf. auf einen eingangsseitigen
Koppler verzichtet werden kann.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Synchronisationseinheit
ausgebildet, die Übertragungsdauer
in den beiden Signalleitungen zwischen der ersten und der zweiten
Weiche festzustellen und die Schaltsignale für jede Weiche entsprechend
der jeweiligen Übertragungsdauer
anzupassen. Sind beispielsweise große Datenmengen in Uplink-Richtung
zu übertragen,
so kann das Verhältnis
der Länge
des der Uplink-Richtung zugeordneten Zeitfensters gegenüber der
Länge des
der Downlink-Richtung zugeordneten Zeitfensters vergrößert werden.
Die Synchronisationseinheit realisiert ein entsprechend geändertes
Schaltsignal und kann insofern die zugeordneten Zeitfenster im Repeater
dynamisch anpassen.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen jeweils
in schematischer Darstellung
-
1 einen
Repeater gemäß einer
ersten Ausführungsvariante,
und
-
2 einen
Repeater gemäß einer
zweiten Ausführungsvariante.
-
1 zeigt
in schematischer Darstellung einen Repeater 1, der gemäß der TDD-Technik arbeitet.
Hierzu weist der Repeater 1 eine erste Signalleitung 3 und
eine zweite Signalleitung 4 auf, die mittels einer ersten
Weiche 5 und einer zweiten Weiche 6 abwechselnd
zwischen einem ersten Antennenport 8 und einem zweiten
Antennenport 9 geschaltet werden können. Vorliegend durchläuft ein
Kommunikationssignal die erste Signalleitung 3 in einer Uplink-Richtung
(UL) zwischen einem Netzendgerät und
einer Basisstation und die zweite Signalleitung in einer Downlink-Richtung
(DL) zwischen der Basisstation und einem Netzendgerät.
-
Eingangsseitig
ist der ersten Weiche 5 ein erster Koppler 10 vorgeschaltet,
der dem Abgriff eines Eingangssignals zum Zwecke einer Synchronisation
dient. Weiter wird mittels des ersten Kopplers 10 ein Referenzsignal
abgegriffen. Der zweiten Weiche 6 ist ein zweiter Koppler 11 vorgeschaltet, über den
ebenfalls ein Referenzsignal abgegriffen wird. In Empfangsrichtung
ist dem ersten Koppler 10 und dem zweiten Koppler 11 ein
erster Bandbassfilter 13 bzw. ein zweiter Bandbassfilter 14 vorgeschaltet,
der jeweils die Übertragungsfrequenz
des Kommunikationssignals ausfiltert. Der erste Bandbassfilter 13 ist mit
einer Antenne 16 verbunden, die mit der Basisstation in
Funkverbindung steht. Der zweite Bandbassfilter 14 ist
mit einer Antenne 17 verbunden, die mit dem Netzendgerät in Funkverbindung
steht.
-
Der
Repeater 1 umfasst weiter eine zentrale Steuereinheit 19,
sowie eine separate Synchronisationseinheit 20, die über einen
Bus 21 mit der Steuereinheit 19 in Verbindung
steht. Die Synchronisationseinheit 20 detektiert dabei über das
dem ersten Koppler 10 abgegriffene Empfangssignal der Basisstation
ein Schaltsignal, welches zu einer Synchronisation des Repeaters 1 herangezogen
wird. Wahlweise kann die Synchronisationseinheit 20 auch
mit dem zweiten Koppler 11 verbun den sein. Die Synchronisationseinheit 20 stellt
einen Teil der Steuereinheit 19 da. Durch die Implementierung
der Synchronisationseinheit 20 wird ein mit der Basisstation synchrones
Schalten der Weichen 5 und 6 des Repeaters 1 erzielt,
so dass die Signalleitung 3 in Uplink- und die Signalleitung 4 in
Downlink-Richtung entsprechend dem von der Basisstation übertragenen
Takt durchlaufen werden.
-
In
Uplink-Richtung ist in die erste Signalleitung 3 ein erster
Kleinsignalverstärker 23 und
zur Abstrahlung des Signals nachgeschaltet ein erster Leistungsverstärker 24 angeordnet.
Entsprechend befindet sich in der zweiten Signalleitung 4 eingangsseitig ein
zweiter Kleinsignalverstärker 25 und
ausgangsseitig ein zweiter Leistungsverstärker 26. Als eine wesentliche
Baugruppe ist in die erste und in die zweite Signalleitung 3 bzw. 4 eine
Digitaleinheit 28 eingeschaltet, die der digitalen Filterung
der durcheilenden Kommunikationssignale dient. Die Digitaleinheit 28 umfasst
hierzu ein in die erste Signalleitung 3 geschaltetes erstes
Digitalmodul 30 und ein in die zweite Signalleitung 4 geschaltetes
zweites Digitalmodul 31. Jedes der Digitalmodule 30 bzw. 31 umfasst hierbei
in Signallaufrichtung einen A/D-Wandler 33, einen
FIR-Filter 34 und einen nachfolgenden D/A-Wandler 35. Über den
A/D-Wandler 33 wird ein das jeweilige Digitalmodul 30, 31 durcheilendes Kommunikationssignal
mit einer entsprechend vorgegebenen Abtastrate digitalisiert, anschließend mittels
des FIR-Filters 34 digital gefiltert und nachfolgend mittels
des D/A-Wandlers 35 wieder in ein analoges Signal umgewandelt.
-
Es
wird ersichtlich, dass das erste Digitalmodul 30 mit dem
ersten Koppler 10 und das zweite Digitalmodul 31 mit
dem zweiten Koppler 11 in Verbindung steht. Über diese
Verbindung wird entsprechend der Signallaufrichtung in den Signalleitungen 3, 4 jeweils
ausgangsseitig das abzustrahlende Signal abgegriffen und für eine digitale
Filterung verwendet. Dabei wirkt der FIR-Filter 34 als
ein adaptiver Filter, wobei die Filterkoeffizienten zu einer Auslöschung einer
Rückkopplung
des ausgangsseitig abgestrahlten Signals auf die Eingangsseite adaptiert werden.
Mit anderen Worten wird das erhaltene, ausgangsseitige Referenzsignal
mittels des adaptiven FIR-Filters 34 mit einer gewissen
Zeitverzögerung und
negativem Vor zeichen dem jeweils durcheilenden Kommunikationssignal
aufgeschaltet. Ein Rückkopplungseffekt
wird somit verhindert.
-
Weiter
sind die Leistungsverstärker 24, 26 ausgangsseitig
jeweils mittels eines Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalters 37 bzw. 38 mit
Masse verbunden. Dabei weist jeder der Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter 37, 38 ein
Schaltelement 40 bzw. 41 auf, welches mit der
Steuereinheit 19 bzw. der Synchronisationseinheit 20 in
Verbindung steht. Die aktive Länge
der Kurzschlussleitung einschließlich des jeweiligen Schaltelements 40, 41 beträgt hierbei λ/4 der Wellenlänge des
Hochfrequenz-Kommunikationssignals. Die Steuereinheit 19 ist
derart ausgebildet, dass sie das Schaltelement 40, 41 jeweils
während
der Taktzeiten bei durcheilendem Kommunikationssignal durchschaltet
und bei gesperrter Signalleitung 3, 4 in Sperr-Richtung
ansteuert. Durch die λ/4-Bedingung
wird ausgangsseitig des jeweiligen Leistungsverstärkers 24, 26 im
Falle eines Masseschlusses ein Schwingungsbauch des Hochfrequenz-Signals
erzwungen, so dass das durcheilende Kommunikationssignal dann abgegriffen
werden kann. Im Sperrfall ist ausgangsseitig ein Schwingungsknoten
gegeben, so dass Rauschen des jeweiligen Leistungsverstärkers 24, 26 nicht mehr
in die andere Signalleitung 3 bzw. 4 übersprechen
kann.
-
Die
Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter 37, 38 sind
insbesondere mittels zugleich schaltender Kurzschlussleitungen ausgestaltet,
die für
verschiedene Wellenlängen
die jeweilige λ/4-Bedigung
erfüllen.
Auf diese Weise wird durch Schalten der Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter 37, 38 ein
gewünschtes
Frequenzband beeinflusst. Die Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter 37, 38 wirken
als Kerb- oder Notchfilter.
-
In 2 ist
schematisch ein Repeater 1' gemäß einer
zweiten Ausführungsvariante
dargestellt. Der Repeater 1' ist
als ein Doppel-Antennen-System konfiguriert, so dass zwei identische
Repeaterteile I und II vorgesehen sind. Die beiden Repeaterteile
I und II sind zur besseren Übersichtlichkeit
durch eine mittige, strichpunktierte Linie grafisch voneinander getrennt.
Der Aufbau und die Funktionsweise des Re peaters 1' wird vorrangig
anhand des Repeaterteils I erklärt.
Dabei werden mit 1 identische Teile mit identischen
Bezugszeichen bezeichnet.
-
Der
Repeater 1' gemäß 2 umfasst
gemäß Repeaterteil
I eine erste Signalleitung 3 und eine zweite Signalleitung 4,
die mittels einer ersten Weiche 5 und einer zweiten Weiche 6 jeweils
wechselweise zwischen die Antennenports 8 und 9 schaltbar
sind. Dem Antennenport 8 ist dabei über einem Bandpassfilter 13 die
mit einer Basisstation in Funkverbindung stehende Antenne 16 zugeordnet.
Der Antennenport 9 ist über
einen Bandpassfilter 14 mit der Antenne 17 verbunden,
die mit einem Netzendgerät
in Funkverbindung steht. Entsprechend dieser Zuordnung wird die
erste Signalleitung 3 in einer Uplink-Richtung (UL) und
die zweite Signalleitung 4 in einer Downlink-Richtung (DL)
durchlaufen.
-
Im
Unterschied zu dem in 1 gezeigten Repeater 1 ist
bei dem Repeater 1' mittels
einer dritten Weiche 47 und einer vierten Weiche 48 ein
von beiden Signalleitungen 3 bzw. 4 benutzbarer
gemeinsamer Pfad 50 gebildet. In diesem gemeinsamen Pfad 50 ist
zwischen dem Kleinsignalverstärker 23 und
dem Leistungsverstärker 24 eine
Digitaleinheit 28 zur digitalen Filterung angeordnet. Der
Pfad 50 wird dabei von den Kommunikationssignalen stets
in derselben Richtung durchlaufen. Beginnend mit der Weiche 5 durchläuft ein
von der Basisstation emittiertes Kommunikationssignal in Downlink-Richtung
die zweite Signalleitung 4 bis zur dritten Weiche 47.
In Downlink-Richtung ist die dritte Weiche 47 so geschaltet,
dass das ankommende Kommunikationssignal den gemeinsamen Pfad 50 durchläuft. In
der Digitaleinheit 28 findet hierbei die digitale Filterung
entsprechend dem Repeater 1 statt. Nach Durchlaufen des
gemeinsamen Pfades 50 läuft
das Kommunikationssignal über
die vierte Weiche 48 schließlich durch den Leistungsverstärker 24 in
die Weiche 6, und wird anschließend über die Antenne 17 einem
Netzgerät übertragen.
-
Ausgangsseitig
des Leistungsverstärkers 24 ist
wiederum ein Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter 37 angeordnet,
der mit einem Schaltelement 40 entsprechend 1 ausgestaltet
ist.
-
Die
Weiche 6 ist in Abänderung
des Repeaters 1 vorliegend als ein Zirkulator 45 ausgestaltet. Der
dargestellte Zirkulator 45 weist drei Ports auf, wobei
abhängig
von der Signallaufrichtung eine Weiterleitung des Kommunikationssignals
stets nur über zwei
bestimmte Ports ermöglicht
ist. Der Zirkulator 45 benötigt insofern keine Schaltfunktion.
Ein solcher Zirkulator kann beispielsweise mittels Ferriten realisiert
sein. Bislang war der Einsatz eines Zirkulators in einem TDD-System
mit dem Nachteil einer unzureichenden Isolation zwischen den beiden
Signalpfaden verbunden. Durch Kombination des gezeigten Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalters 37 mit
dem Zirkulator 45 lässt
sich jedoch ein weit verbessertes TDD-System realisieren. Dabei wird ein Rauschübersprechen
sicher durch den Hochfrequenzkurzschluss-Schalter 37 verhindert,
während
der Zirkulator 45 ohne Schaltung einen Wechsel der Signallaufrichtungen
bewirkt.
-
Die
Digitaleinheit 28 des Repeaters 1' beinhaltet zugleich die Steuereinheit 19 sowie
eine Synchronisationseinheit 20. Über entsprechende Verbindungsleitungen
ist die Schaltfunktion der Weichen 5, 47 und 48 realisiert. Über das
die Digitaleinheit 28 durcheilende Signal erhält die Synchronisationseinheit 20 ein
Schaltsignal, mit welchem die Weichen 5, 47 und 48 der
durch die Basisstation vorgegebenen Taktung betrieben werden.
-
Umgekehrt
durchläuft
ein von dem Netzendgerät
kommendes Kommunikationssignal nach dem Zirkulator 45 in
Uplink-Richtung die erste Signalleitung 3, die Weiche 47,
den gemeinsamen Pfad 50, und gelangt über die Weiche 48 zur
Weiche 5 und damit zur Antenne 16.
-
Eine
adaptive Filterung zu einer Rückkopplungs-Auslöschung ist
in 2 nicht dargestellt. Selbstverständlich kann
eine solche aber gemäß 1 verwirklicht
sein.
-
- 1,
1'
- Repeater
- 3
- erste
Signalleitung
- 4
- zweite
Signalleitung
- 5
- erste
Weiche
- 6
- zweite
Weiche
- 8
- erster
Antennenport
- 9
- zweiter
Antennenport
- 10
- erster
Koppler
- 11
- zweiter
Koppler
- 13
- erster
Bandpassfilter
- 14
- zweiter
Bandpassfilter
- 16
- Antenne
Basis
- 17
- Antenne
Mobil
- 19
- Steuereinheit
- 20
- Synchronisationseinheit
- 21
- Bus
- 23
- erster
Kleinsignalverstärker
- 24
- erster
Leistungsverstärker
- 25
- zweiter
Kleinsignalverstärker
- 26
- zweiter
Leistungsverstärker
- 28
- Digitaleinheit
- 30
- erstes
Digitalmodul
- 31
- zweites
Digitalmodul
- 33
- A/D-Wandler
- 34
- FIR-Filter
- 35
- D/A-Wandler
- 37
- erster
Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter
- 38
- zweiter
Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter
- 40
- erstes
Schaltelement
- 41
- zweites
Schaltelement
- 45
- Zirkulator
- 47
- dritte
Weiche
- 48
- vierte
Weiche
- 50
- gemeinsamer
Pfad
- I
- Repeaterteil
I
- II
- Repeaterteil
II
- DL
- Downlink-Richtung
- UL
- Uplink-Richtung