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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zusammenführen von Hochfrequenzsignalen, insbesondere von WLAN-Signalen, für Benutzer, die sich in einer Passagierkabine eines Luftfahrzeuges befinden.
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In Luftfahrzeugen, insbesondere Flugzeugen, werden zunehmend drahtlose funkgebundene Übertragungssysteme eingesetzt, die der Kommunikation innerhalb des Flugzeuges während des Fluges, oder wenn sich das Flugzeug am Boden befindet, dienen. Die Kommunikationspartner sind Passagiere oder Besatzungsmitglieder, die sich zum Beispiel in der Passagierkabine des Flugzeuges befinden. Die Passagiere möchten während des Fluges mit ihren tragbaren Endgeräten, wie beispielsweise Laptops, Smartphones, Mobilfunkgeräten oder PDAs verschiedene Datendienste nutzen, wobei Daten zu übertragen sind. Die Endgeräte der Nutzer übertragen dabei Daten über eine Funkschnittstelle und eine Sende- und Empfangsantenne, die in der Passagierkabine vorgesehen ist an ein Übertragungssystem des Flugzeuges, welches während des Fluges beispielsweise mittels einer Satellitenverbindung mit einer Bodenstation in Verbindung steht. Über die Luftschnittstelle zwischen der Sende- und Empfangsantenne der Passagierkabine und den Endgeräten erfolgt die Datenübertragung mittels Radiofrequenzsignalen bzw. Hochfrequenzsignalen in vorgegebenen Frequenzbändern. Beispielsweise werden zur Bereitstellung von WLAN-Diensten Hochfrequenzsignale in vorgegebenen WLAN-Frequenzbändern gesendet oder empfangen. Da das zur Verfügung stehende Frequenzspektrum begrenzt ist, werden Frequenzbänder für verschiedene Dienste zunehmend in gedrängter Form aneinander gereiht, wobei in vielen Fällen keine ausgeprägten Guard- bzw. Schutzfrequenzbändern zwischen den verschiedenen Frequenzbändern vorgesehen sind.
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In einem Flugzeug ist es notwendig, die verschiedenen Hochfrequenzsignale, die in verschiedenen zum Teil eng aneinanderliegenden Frequenzbändern übertragen werden, auf eine gemeinsame Sende- und Empfangsantenne zusammenzuführen, die in der Passagierkabine des Flugzeuges vorgesehen bzw. verlegt ist.
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Die Druckschrift
US 2008/0174385 A1 offenbart einen Filterkombinierer für Mobilfunkanwendungen mit einem Richtkoppler, an dessen Eingängen Bandpassfilter unterschiedlicher Passbänder angeschlossen sind und an dessen Ausgang eine Sendeantenne angeschlossen ist. Die Druckschrift
US 2003/0048153 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Duplexers mit zwei einstellbaren Bandpassfiltern und einer Sendeantenne. Die Druckschrift
US 2008/0079632 A1 offenbart einen Richtkoppler mit drei Eingängen, die an ausgeglichene Leitungspaare angeschlossen sind. Die Druckschrift De Santis, V.; Feliziani, M.; Ocera, G.: „Revealing System of GSM Mobile Phone Operations aboard Aircraft“, Electromagnetic Compatibility - EMC Europe, 2008 International Symposium on, September 2008 offenbart ein Verfahren für den GSM-Mobilfunkeinsatz in Flugzeugen mithilfe von Leckleitungsantennen. Die Druckschrift
US 2008/0240287 A1 offenbart eine Vorrichtung mit einem Richtkoppler, der über einen Bandpassfilter an eine Duplexeinheit zur Kopplung von Sendesignalen an eine Sendeantenne angeschlossen ist. Die Druckschrift
DE 10 2006 036 082 A1 offenbart ein Abschirmsystem für Mobilfunksignale in Flugzeugen mit einer Störsignale erzeugenden Sendeeinrichtung.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zusammenführen von Hochfrequenzsignalen für mobile Endgeräte anzugeben, die Hochfrequenzsignale über eine gemeinsame Sende- und Empfangsantenne übertragen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen und ein Verfahren mit den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Zusammenführung von Hochfrequenzsignalen, die in unterschiedlichen Frequenzbändern liegen, wobei für unmittelbar aneinanderliegende oder überlappende Frequenzbänder separate Bandpassfiltergruppen vorgesehen sind, die zueinander frequenzversetzte Bandpassfilter aufweisen und jeweils mit einem Eingang eines Richtkopplers verbunden sind, welcher die von unterschiedlichen Bandpassfiltergruppen stammenden Signalspektren der gefilterten Hochfrequenzsignale kombiniert an mindestens eine gemeinsame Sende- und Empfangsantenne abgibt, wobei die Frequenzbänder Mobilfunkfrequenzbänder aufweisen, die Mobilfunkrauschbänder mit Maskierungssignalen aufweisen, die als Maskierungssignal ein Rauschsignal beinhalten, welches Mobilfunkverbindungen von in einer Passagierkabine eines Flugzeuges befindlichen Endgeräten mit terrestrischen Basisstationen in dem maskierten Mobilfunkfrequenzband unterbindet. Erfindungsgemäß ist mindestens ein Ausgang des Richtkopplers über eine Frequenzweiche, insbesondere über einen Duplexer oder Triplexer, geführt, mit dem weitere Signalquellen auf die Sende- und Empfangsantenne eingekoppelt werden können.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung stammen die Hochfrequenzsignale von Hochfrequenzsignalquellen, die Service-Signale, insbesondere von einer GSM-Basisstation, oder Maskierungssignale erzeugen.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die Bandpassfilter der Bandpassfiltergruppen gekoppelte Hohlraumresonatoren (Cavity Filters) auf.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die Bandpassfilter der Bandpassfiltergruppen keramische Leitungsresonatoren auf.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Richtkoppler ein 3dB Richtkoppler.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der 3dB Richtkoppler eine Hybridkombinationsschaltung.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der 3dB Richtkoppler ein Lange-Koppler.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der 3dB Richtkoppler ein Wilkinson-Koppler.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Richtkoppler zwei Eingänge, die jeweils mit einer Bandpassfiltergruppe verbunden sind, und mindestens einen Ausgang auf, der mit einer zugehörigen Sende- und Empfangsantenne verbunden ist.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Richtkoppler zwei Ausgänge auf, welche jeweils die kombinierten Signalspektren mit halber Signalleistung abgeben.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die beiden Ausgänge des Richtkopplers jeweils mit einer zugehörigen Sende- und Empfangsantenne verbunden.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Sende- und Empfangsantenne in einer Passagierkabine eines Flugzeugs verlegt. Gemäß einer Ausführungsform kann die Sende- und Empfangsantenne eine Leckleitungsantenne sein, die in der Passagierkabine der Flugzeugs verlegt ist.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist an einem Ende der Leckleitungsantenne eine Messeinrichtung vorgesehen, welche die Signalleistung von Hochfrequenzsignalen an dem Ende der Leckleitungsantenne misst und überwacht.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Mobilfunkfrequenzbänder 4G, insbesondere LTE-Mobilfunkfrequenzbänder.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung zur Zusammenführung von Hochfrequenzsignalen in einer OBCE (On Board Control Equipment)-Einheit des Flugzeugs vorgesehen.
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Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Zusammenführen von von Service-Signale oder Maskierungssignale erzeugenden Hochfrequenzsignalquellen stammenden Hochfrequenzsignalen, die in unterschiedlichen Frequenzbändern liegen, wobei aneinander anliegende Frequenzbänder durch Bandpassfilter separater, jeweils mit einem Eingang eines Richtkopplers verbundener Bandpassfiltergruppen gefiltert werden, die zur Entzerrung der aneinander anliegenden Frequenzbänder zueinander frequenzversetzte Bandpassfilter enthalten, wobei die von den unterschiedlichen Bandpassfiltergruppen stammenden Signalspektren der gefilterten Hochfrequenzsignale kombiniert und durch eine gemeinsame in einer Passagierkabine eines Flugzeugs verlegte Sende- und Empfangsantenne abgegeben werden, wobei die Frequenzbänder Mobilfunkfrequenzbänder aufweisen, die Mobilfunkrauschbänder mit Maskierungssignalen aufweisen, die als Maskierungssignal ein Rauschsignal beinhalten, welches Mobilfunkverbindungen von in der Passagierkabine des Flugzeuges befindlichen Endgeräten mit terrestrischen Basisstationen in dem maskierten Mobilfunkfrequenzband unterbindet, und wobei mindestens ein Ausgang des Richtkopplers über eine Frequenzweiche geführt wird, mit dem weitere Signalquellen auf die Sende- und Empfangsantenne eingekoppelt werden können.
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Im Weiteren werden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zusammenführen von Hochfrequenzsignalen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zusammenführung von Hochfrequenzsignalen;
- 2A, 2B Signalspektren zur Erläuterung der Funktionsweise einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 3 eine Tabelle zur Darstellung möglicher Frequenzbänder wie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzt werden.
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Wie man aus 1 erkennen kann, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Zusammenführung von Hochfrequenzsignalen mindestens zwei Bandpassfiltergruppen 2, 3 auf. Für unmittelbar aneinanderliegende oder sogar leicht überlappende Frequenzbänder FB sind separate Bandpassfiltergruppen 2, 3 vorgesehen, die jeweils zueinander frequenzversetzte Bandpassfilter aufweisen und jeweils mit einem Eingang eines Richtkopplers 4 verbunden sind, welcher die von den unterschiedlichen Bandpassfiltergruppen 2, 3 stammenden Signalspektren der gefilterten Hochfrequenzsignale kombiniert und an mindestens eine gemeinsame Sende- und Empfangsantenne 5 abgibt. Die von den Bandpassfiltergruppen 2, 3 zu filternden Hochfrequenzsignale stammen von Hochfrequenzsignalquellen, die Service-Signale oder Maskierungssignale erzeugen. Bei den Service-Signalen kann es sich beispielsweise um Service-Signale einer GSM-Basisstation handeln. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Zusammenführung von Hochfrequenzsignalen in einer OBCE (On Board Control Equipment)-Einheit eines Flugzeuges vorgesehen. Bei einer möglichen Ausführungsform stammen die den Bandpassfiltergruppen 2, 3 über Leitungen 6, 7 zugeführten Hochfrequenzsignale von einer UWBS (Universal Wireless Backbone System)-Einheit bzw. RF-Kombinationseinheit 8 innerhalb des Flugzeuges. An diese UWBS-Einheit 8 können verschiedene Signalquellen, insbesondere WLAN-Zugangspunkte 9-1, 9-2, 9-3 angeschlossen sein.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 weisen die Bandpassfilter der Bandpassfiltergruppen 2, 3 gekoppelte Hohlraumresonatoren bzw. Cavity Filters auf.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die Bandpassfilter der Bandpassfiltergruppen 2, 3 keramische Leitungsresonatoren auf.
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Die Mobilfunkfrequenzbänder können bei einer möglichen Ausführungsform Mobilfunkrauschbänder aufweisen, die als Maskierungssignal ein Rauschsignal beinhalten, welches Mobilfunkverbindungen von in der Passagierkabine des Flugzeuges befindlichen Endgeräten mit einer terrestischen Basisstation in dem maskierten Frequenzband unterbindet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die gemeinsame Sende- und Empfangsantenne 5, wie in 1 dargestellt, in einer Passagierkabine eines Flugzeuges verlegt. Bei der Sende- und Empfangsantenne 5 kann es sich um eine Leckleitungsantenne LLA handeln. An einem Ende der Leckleitungsantenne 5 ist vorzugsweise eine Messeinrichtung 11 vorgesehen, welche die Signalleistung von Hochfrequenzsignalen an dem Ende der Leckleitungsantenne 5 misst. Alternativ kann an dem Ende der Leckleitungsantenne 5 ein Abschlusswiderstand von beispielsweise 50 Ohm vorgesehen sein.
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Der Richtkoppler 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist vorzugsweise ein 3dB Richtkoppler. Bei diesem 3dB Richtkoppler kann es sich um eine Hybridkombinationsschaltung, einen Langekoppler oder um einen Wilkinson-Koppler handeln. Der Richtkoppler 4 weist, wie in 1 dargestellt, zwei Eingänge auf, die jeweils mit einer Bandpassfiltergruppe 2, 3 verbunden sind. Ferner weist der Richtkoppler 4 einen Ausgang auf, der mit der zugehörigen Sende- und Empfangsantenne 5 verbunden ist. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Richtkoppler 4 auch zwei Ausgänge aufweisen, welche jeweils die kombinierten Signalspektren mit halber Signalleistung abgeben. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Ausgänge des Richtkopplers 4 jeweils mit einer zugehörigen Sende- und Empfangsantenne 5 verbunden.
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Bei einer möglichen Ausführungsform wird mindestens ein Ausgang des Richtkopplers 4 über eine Frequenzweiche geführt. Bei dieser Frequenzweiche kann es sich um einen Duplexer oder um einen Triplexer handeln. Der Ausgang des Richtkoppler 4 wird über die Frequenzweiche geführt, wobei über die Frequenzweiche weitere Signalquellen auf die Sende- und Empfangsantenne 5 eingekoppelt werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eignet sich für Mobilfunkfrequenzbänder, z.B. für 4G-Mobilfunkfrequenzbänder, insbesondere LTE-Bänder. Bei Hochfrequenzsignalen kann es sich auch um WLAN-Hochfrequenzsignale handeln, insbesondere um IEEE 802.11 WLAN-Hochfrequenzsignale. Die Hochfrequenzsignalbänder sind beispielsweise IEEE 802.11g oder IEEE 802.11b Frequenzbänder. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Zusammenführen von Hochfrequenzsignalen, die in unterschiedlichen Frequenzbändern FB liegen, beispielsweise in WLAN-Hochfrequenzbändern, werden aneinander anliegende Frequenzbänder durch Bandpassfilter separater Bandpassfiltergruppen gefiltert, die zur Entzerrung der aneinander anliegenden oder sogar überlappenden Frequenzbänder miteinander frequenzversetzte Bandpassfilter enthalten. Die von den unterschiedlichen Bandpassfiltergruppen stammenden Signalspektren der gefilterten Hochfrequenzsignale werden kombiniert und durch die gemeinsame Sende- und Empfangsantenne 5 abgegeben.
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Die 2A, 2B zeigen Signalspektren zur Erläuterung eines möglichen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Die gezeigten Signalspektren im Frequenzbereich von 1700-2700 MHz umfassen verschiedene Frequenzbänder FB, insbesondere WLAN-Frequenzbänder sowie Mobilfunkfrequenzbänder. Bei dem Frequenzband FB1 handelt es sich um ein GSM 1800 Sendefrequenzband, das teilweise mit einem Frequenzband FB2 überlappt. Dieses Frequenzband FB2 ist ein GSM 1900 Empfangsfrequenzband. Weiterhin ist ein Frequenzband FB3 vorgesehen, dass unmittelbar neben dem Frequenzband FB1 liegt. Weiterhin zeigt 2A ein UMTS-Frequenzband FB4 und ein WLAN-Frequenzband FB5.
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2B zeigt weitere Frequenzbänder FB, die in dem gleichen Frequenzbereich von 1700-2700 MHz liegen. Bei dem Frequenzband FB6 handelt es sich um ein GSM 1800 Empfangsfrequenzband. Das Frequenzband FB7 ist ein GSM 1900 Sendefrequenzband. Daneben liegt ein Frequenzband FB8, bei dem es sich um ein UMTS-CDMA Frequenzband handelt. Weiterhin ist ein Frequenzband FB9 dargestellt, bei dem es sich um ein chinesisches Mobilfunkfrequenzband handelt. Ein weiteres Frequenzband FB10 ist ein 4G-Mobilfunkband, um das ein bestehendes Mobilfunkband FB11 erweitert wird. Die in den 2A, 2B dargestellten Frequenzbänder FB liegen, wie aus den Figuren ersichtlich, zum Teil eng aneinander. Für aneinander anliegende Frequenzbänder sind separate Bandpassfiltergruppen vorgesehen, die miteinander frequenzversetzte Bandpassfilter aufweisen und jeweils mit einem Eingang eines Richtkopplers, beispielsweise des Richtkopplers 4, verbunden sind. Der Richtkoppler 4 kombiniert die von unterschiedlichen Bandpassfiltergruppen, beispielsweise von den Bandpassfiltergruppen 2, 3 stammenden Signalspektren gefilterter Hochfrequenzsignale und gibt diese an eine gemeinsame Sende-Empfangsantenne, beispielsweise die Sende- und Empfangsantenne 5, ab. Die eng aneinander liegenden Frequenzbänder FB werden somit durch Bandpassfilter separater Bandpassfiltergruppen, beispielsweise der Bandpassfiltergruppen 2, 3, gefiltert, die zur Entzerrung der aneinander anliegenden Frequenzbänder FB zueinander frequenzversetzte Bandpassfilter enthalten. Die Bandpassfilter sind gewissermaßen kammartig zueinander frequenzversetzt, wie in den 2A, 2B dargestellt.
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3 zeigt eine Tabelle möglicher Frequenzbänder FB mit ihren zugehörigen Bandbreiten BW, wie sie bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 vorhanden sind. Jedes Frequenzband FB liegt zwischen einer Start- und einer Stoppfrequenz und weist eine bestimmte Frequenzbandbreite BW auf. Das Zusammenführen bei Hochfrequenzsignalen erfordert eine ausreichend hohe Hochfrequenzisolation der Signalquellen voneinander wie dies bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 erreicht wird. Bei der erfindungsgemäße Vorrichtung 1 handelt es sich um ein drahtloses funkverbundenes Übertragungssystem, welches für die Kommunikation innerhalb eines Flugzeugs oder in unmittelbarer Nähe des Flugzeuges genutzt werden kann. Beispiele für die Nutzung sind GSM- oder WLAN-Dienste, welche der Besatzung oder Passagieren innerhalb des Flugzeuges bereitgestellt werden. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 werden Hochfrequenzsignale beispielsweise in der OBCE-Einheit des Flugzeugs auf eine gemeinsame Leckleitungsantenne bzw. Leakylineantenne LLA ohne eine gegenseitig negative Beeinflussung bzw. Verschlechterung der System-Performance zusammengeführt, wobei die Baugröße und Leistungsaufnahme der OBCE-Einheit minimiert werden kann.
