DE10326751B3

DE10326751B3 - Verfahren zum Empfang von Funksignalen durch eine Empfangsstation sowie entsprechende Empfangsstation

Info

Publication number: DE10326751B3
Application number: DE2003126751
Authority: DE
Inventors: Elmar Dr. Guha; Wolfgang Dr. Schwab; Stephan Waidmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-06-14

Abstract

Die Funksignale werden in einer abgesetzten Einheit (RU) der Empfangsstation über eine Luftschnittstelle (1) empfangen, auf eine Zwischenfrequenz umgesetzt (3) und anschließend gefiltert (4). Die gefilterten Signale werden elektrooptisch gewandelt (6) und über eine erste optische Übertragungsstrecke (7) zu einer lokalen Einheit (LU) der Empfangsstation übertragen, wo sie für eine weitere Verarbeitung photoelektrisch (8) gewandelt werden. In der lokalen Einheit (LU) wird ein Referenzsignal (C) erzeugt, das nach einer elektrooptischen Wandlung (10) über eine zweite optische Übertragungsstrecke (11) zur abgesetzten Einheit (RU) übertragen wird. Das Referenzsignal (C) wird in der abgesetzten Einheit (RU) photoelektrisch gewandelt (12) und zur Synchronisierung der Zwischenfrequenzumsetzung (3) verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Empfang von Funksignalen durch eine Empfangsstation sowie entsprechende Empfangsstation.
Ein Beispiel für ein Kommunikationssystem, bei dem Funksignale zum Zwecke der Kommunikation zum Einsatz kommen, sind Mobilfunksysteme. Bei diesen kommunizieren mobile Teilnehmerstationen über Funksignale mit netzseitigen Stationen, die in der Regel als Basisstationen bezeichnet werden. Bei zellularen Mobilfunksystemen versorgt jeweils eine Basisstation eine Funkzelle. Das Mobilfunksystem ist aus zahlreichen dieser Funkzellen zusammengesetzt. Bekannte Standards für zellulare Mobilfunksysteme sind beispielsweise GSM (Global System of Mobile Communication), IS-95 sowie die zukünftigen Standards CDMA2000 und UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).
In der Mobilfunktechnik werden radio-optische Verteilsysteme eingesetzt, mit denen eine oder mehrere Antennen mittels optischer Signalübertragung räumlich abgesetzt von einer lokalen Einheit einer Basisstation betrieben werden können. Ein solches System besteht aus der lokalen Einheit, mindestens einer mit einer Antenne verbundenen abgesetzten Einheit und Lichtwellenleitern, die lokale und abgesetzte Einheiten miteinander verbinden. Die eigentliche Verarbeitung der Signale geschieht dabei in der lokalen Einheit, während die abgesetzte Einheit an einem für die Positionierung der Antenne günstigen Ort angeordnet sein kann. Im Empfangszweig der Basis station umfasst die Übertragungsbandbreite für Hochfrequenzsignale mindestens das Empfangsband des jeweils genutzten mobilen Systems. Innerhalb des Empfangsbandes sind verschiedene Trägerfrequenzen in einem bestimmten Abstand festgelegt. Jeder Träger stellt ein Hochfrequenzempfangssignal mit einer definierten Signalbandbreite dar. Träger, die nicht in der Basisstation genutzt werden, sind Störsignale. Liegen solche Störsignale innerhalb des Empfangsbandes, werden sie zusammen mit den Nutzsignalen vom optischen Verteilsystem von der abgesetzten Einheit zur lokalen Einheit der Empfangsstation übertragen. Dabei können Pegelabstände zwischen Stör- und Nutzsignalen auftreten, die den Momentandynamikbereich von analogen elektrooptischen Wandlern überschreiten, womit die Anwendung radio-optischer Verteilsysteme entsprechend eingeschränkt ist.
Zur Bewältigung dieses Problems ist es möglich, die Störsignale mittels Filterung des hochfrequenten Empfangssignals in der abgesetzten Einheit zu entfernen. Dabei wird das HF (Hochfrequenz)-Empfangssignal in der abgesetzten Einheit gefiltert, danach in ein analoges optisches Signal umgewandelt, über einen Lichtwellenleiter zur lokalen Einheit übertragen und dort in das gefilterte elektrische HF-Signal zurückgewandelt. Dieses Vorgehen ist sehr aufwändig und teuer.

Im patent abstracts of Japan zur JP 06-350537 A ist für den Eingangszweig einer Empfangsstation für Funksignale beschrieben, das HF-Empfangssignal zunächst in der abgesetzten Einheit einer Empfangsstation in eine Zwischenfrequenz (ZF, Intermediate Frequency) umzusetzen und dann zu filtern. Das gefilterte ZF-Signal wird in ein analoges optisches Signal gewandelt und über einen Lichtwellenleiter zu einer lokalen Einheit übertragen. Dort wird das optische Signal zurück in das gefilterte ZF-Signal gewandelt, welches wiederum zurück in die HF-Ebene umgesetzt wird. Ein Referenzsignal, mit dem der Frequenzumsetzer für die Umwandlung des Empfangssignals von der Hochfrequenz in die Zwischenfrequenz synchronisiert wird, wird in der abgesetzten Einheit erzeugt. Dieses Referenzsignal wird zusammen mit dem gefilterten ZF-Signal zur lokalen Einheit optisch übertragen, wo es nach Rückwandlung zur Umsetzung des Empfangssignals zurück in die HF-Ebene verwendet wird.

Diese Filterung des Empfangssignals im ZF-Bereich erlaubt zwar den Einsatz eines kostengünstigeren Filters im Vergleich zu einer Filterung im HF-Bereich. Andererseits ist jedoch die Erzeugung eines lokalen Referenzsignals in der abgesetzten Einheit sowie dessen Übertragung gemeinsam mit dem Zwischenfrequenzsignal zur lokalen Einheit notwendig. Ferner ist das Zurücksetzen des Empfangssignals in die HF-Ebene in der lokalen Einheit notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Empfang von Funksignalen durch eine Empfangsstation sowie eine entsprechende Empfangsstation anzugeben, bei dem bzw. bei der der Aufwand bezüglich der bekannten Lösungen reduziert ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren sowie einer Empfangsstation gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Empfang von Funksignalen durch eine Empfangsstation werden die Funksignale in einer abgesetzten Einheit der Empfangsstation über eine Luftschnittstelle empfangen, auf eine Zwischenfrequenz umgesetzt und anschließend gefiltert. Die gefilterten Signale werden elektrooptisch gewandelt und über eine erste optische Übertragungsstrecke zu einer lokalen Einheit der Empfangsstation übertragen, wo sie für eine weitere Verarbeitung photoelektrisch gewandelt werden. In der lokalen Einheit wird ein Referenzsignal erzeugt, das elektrooptisch gewandelt und über eine zweite optische Übertragungsstrecke zur abgesetzten Einheit übertragen wird. Das Referenzsignal wird in der abgesetzten Einheit photoelektrisch gewandelt und zur Synchronisierung der Zwischenfrequenzumsetzung verwendet.

Erfindungsgemäß erfolgt die Erzeugung des Referenzsignals für die Synchronisierung der Zwischenfrequenzumsetzung also nicht in der abgesetzten Einheit, sondern in der lokalen Einheit der Empfangsstation. Dies ermöglicht vorteilhafterweise die Verwendung eines Referenzsignals, das ohnehin zu anderen Zwecken bereits in der lokalen Einheit erzeugt wird und dort zur Synchronisierung von Komponenten der lokalen Einheit verwendet wird. Insbesondere, wenn die Empfangsstation eine Basisstation eines Mobilfunksystems ist, lässt sich auf diese Weise davon profitieren, dass in derartigen Empfangsstationen bereits Generatoren zur Erzeugung von hochpräzisen Referenzsignalen zum Einsatz kommen. Die Übertragung dieses Referenzsignals von der lokalen Einheit zur abgesetzten Einheit und die doppelte Verwendung des Referenzsignals sowohl in der lokalen als auch in der abgesetzten Einheit ermöglichen, dass insgesamt nur ein Referenzsignalgenerator benötigt wird. Weiterhin ist es günstig, diesen Referenzsignalgenerator in der lokalen Einheit anzuordnen, da diese durch das Vorsehen der optischen Übertragungsstrecken zwischen der lokalen Einheit und der abgesetzten Einheit an einem geschützteren Ort als die letztgenannte angeordnete sein kann, so dass die darin enthaltenen Komponenten einschließlich des genannten Refe renzsignalgenerators nicht in gleichem Maße Witterungseinflüssen ausgesetzt sind, wie entsprechende Komponenten der abgesetzten Einheit.

Das Referenzsignal kann zum Beispiel ein sinusförmiges Signal oder ein Taktsignal sein.

Die Erfindung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine lokale Einheit gleichzeitig mit mehreren abgesetzten Einheiten verbunden ist. Durch die Verwendung des in der lokalen Einheit erzeugten Referenzsignals wird vermieden, pro abgesetzter Einheit einen Referenzsignalgenerator vorzusehen, was einen erhöhten Aufwand bedeuten würde. Mehrere abgesetzte Einheiten einer Empfangsstation sind insbesondere dann notwendig, wenn mehrere Empfangsantennen zum Einsatz kommen sollen, wie dies beispielsweise in Gebäuden (Indoor Coverage) bei Empfangsdiversitätsverfahren (Receiver Diversity) beziehungsweise bei Intelligenten Antennen (Smart Antennas) der Fall ist.

Für die Übermittlung des Referenzsignals von der lokalen Einheit zur abgesetzten Einheit gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Zum einen kann die zweite optische Übertragungsstrecke, die zur Übertragung des Referenzsignals vorgesehen ist, zusätzlich zu einer dritten optischen Übertragungsstrecke vorhanden sein, die zur Übertragung eines Sendesignals der Empfangsstation von der lokalen Einheit zur abgesetzten Einheit dient. Es ist aber auch möglich, dass die zweite optische Übertragungsstrecke sowohl zum Übertragen des Referenzsignals, als auch eines entsprechenden Sendesignals der Empfangsstation dient.

Die erfindungsgemäße Empfangsstation für ein Kommunikationssystem weist entsprechende Mittel beziehungsweise Komponenten auf, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.

Die Empfangsstation kann auch Komponenten zum Aussenden von Funksignalen aufweisen, so dass sie sowohl senden als auch empfangen kann.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung und

3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, bei denen die erfindungsgemäße Empfangsstation eine Basisstation eines Mobilfunksystems nach dem FDD-(Frequency Division Duplex)-UMTS-Standard ist. Die Erfindung ist jedoch in gleicher Weise anwendbar auf beliebige andere Mobilfunksysteme. Sie ist auch anwendbar auf andere Funkkommunikationssysteme als Mobilfunksysteme. Voraussetzung für ihre Anwendbarkeit ist lediglich, dass eine Empfangsstation eine lokale und eine abgesetzte Einheit aufweist, die über eine optische Übertragungsstrecke miteinander verbunden sind.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Empfangsstation. Die Empfangsstation weist eine abge setzte Einheit RU (Remote Unit) und eine lokale Einheit LU (Local Unit) auf. Im oberen Teil der 1 ist ein Empfangszweig der Empfangsstation dargestellt und im unteren Teil der 1 ein Sendezweig. Im Sendezweig wird ein in der Empfangsstation erzeugtes HF-Sendesignal T in der lokalen Einheit analog in ein optisches Signal umgewandelt, über Lichtwellenleiter zu einer abgesetzten Einheit übertragen und dort in das ursprüngliche HF-Sendesignal zurückgewandelt. Das HF-Sendesignal wird anschließend verstärkt und über die Antenne abgestrahlt. Im Empfangszweig wird ein von der Antenne empfangenes HF-Empfangs-Signal R in der abgesetzten Einheit vom HF-Sendesignal getrennt, vom Hochfrequenzbereich in einen Zwischenfrequenzbereich umgesetzt, gefiltert, rauscharm verstärkt, analog in ein optisches Signal umgewandelt, über einen Lichtwellenleiter zur lokalen Einheit übertragen und dort weiterverarbeitet.

Die lokale Einheit LU der Empfangsstation enthält weitere zur Verarbeitung der Empfangs- und Sendesignale notwendige Komponenten, die in der 1 nicht dargestellt sind. Dabei können die Komponenten der lokalen Einheit LU innerhalb einer einzigen baulichen Einheit oder in mehreren derartigen Einheiten zusammengefasst sein. Die abgesetzte Einheit RU kann zusätzlich zu einer Antenne 1 als separates Gerät ausgeführt sein oder in eine entsprechende Sende- und Empfangsantenne integriert sein.

Im Empfangzweig wird das von einer Antenne 1 empfangene HF-Signal R in einem Duplexer 2 vom HF-Sendesignal T getrennt, im HF/ZF-Umsetzer 3 (RF = Radio Frequency, IF = Intermediate Frequency) rauscharm in eine Zwischenfrequenz umgesetzt und anschließend in einem Filter 4 auf die Nutzsignalbandbreite beschränkt (dies ist die eigentliche Störsignalunterdrü ckung). In einem Verstärker 5 wird das Empfangssignal anschließend auf einen bestimmten Pegel geregelt, in einem elektrooptischen Wandler 6 in ein analoges optisches Signal gewandelt und dann über eine erste optische Übertragungsstrecke 7 in Form eines Lichtwellenleiters zur lokalen Einheit LU übertragen. In einem photoelektrischen Wandler 8 wird das Empfangssignal anschließend in das ZF-Empfangs-Signal R zurückgewandelt und anschließend von weiteren (nicht dargestellten) Einheiten der lokalen Einheit LU weiterverarbeitet.

Im Sendezweig werden ein in der Basisstation erzeugtes analoges HF-Sendesignal T und ein analoges Referenzsignal C in einer Frequenzweiche 9 kombiniert, in einem elektrooptischen Wandler 10 in ein analoges optisches Signal gewandelt, über eine zweite optische Übertragungsstrecke 11 übertragen, in einem photoelektrischen Wandler 12 in ein elektrisches Signal zurückgewandelt und in einer Frequenzweiche 13 wieder voneinander getrennt. Das HF-Sendesignal wird in einem Verstärker 14 verstärkt, im Duplexer 2 vom Empfangszweig entkoppelt und über die Antenne 1 abgestrahlt.

Alternativ zu 1 kann es sich bei dem Sendesignal T auch um ein ZF-Sendesignal handeln, das in der abgesetzten Einheit RU vor der Verstärkung durch den Verstärker 14 zunächst von der Zwischenfrequenz in den Hochfrequenzbereich umgesetzt wird. Zur Synchronisierung des entsprechenden ZF/HF-Wandlers kann das im folgenden erläuterte Referenzsignal C verwendet werden.

Das in der Frequenzweiche 13 abgetrennte Referenzsignal C wird dem HF/ZF-Umsetzer 3 zugeführt und als Referenzsignal für alle Lokaloszillatoren des HF/ZF-Umsetzers 3 verwendet. Das Referenzsignal C wird in der lokalen Einheit LU innerhalb eines entsprechenden Referenzsignalgenerators CLK erzeugt. Es dient auch zur Synchronisierung weiterer Komponenten der lokalen Einheit LU, von denen beispielhaft eine Verarbeitungseinheit P in der 1 eingezeichnet wurde. Die Verarbeitungseinheit P dient zur Erzeugung des Sendesignals T.

Die Erfindung ermöglicht, in der lokalen Einheit LU ein hochstabiles Referenzsignal C zu erzeugen und dieses sowohl zur Synchronisierung sämtlicher Komponenten der lokalen Einheit LU zu verwenden, als auch zur Synchronisierung entsprechender Komponenten der abgesetzten Einheit RU, insbesondere des HF/ZF-Umsetzers 3. Hierdurch wird erreicht, dass sowohl die lokalen Einheit LU, als auch die abgesetzte Einheit RU mit einer einheitlichen hochgenauen Referenz betrieben werden können. Durch die Verwendung dieses gemeinsamen Referenzsignals C sowohl in der lokalen Einheit LU, als auch in der abgesetzten Einheit RU ist es möglich, auf ein Übertragen eines entsprechenden Referenzsignals von der abgesetzten Einheit RU zur lokalen Einheit LU zu verzichten. Außerdem ist es nicht notwendig, das Zwischenfrequenzsignal R in der lokalen Einheit LU wiederum in den Hochfrequenzbereich umzusetzen, bevor eine weitere Verarbeitung erfolgt. Auf diese Weise kann auf das Vorsehen eines weiteren ZF/HF-Umsetzers sowie eines nachfolgenden HF-ZF-Umsetzers in der lokalen Einheit LU der Empfangsstation verzichtet werden.

In den nachfolgend erläuterten Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände, soweit nichts anderes angegeben ist.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Empfangsstation. Bei diesen wird das analoge Referenzsignal C direkt in einem zusätzlichen elektrooptischen Wandler 15 in ein analoges optisches Signal anderer Farbe als das Sendesignal T gewandelt, mit dem optischen gewandelten Sendesignal T in einer optischen Frequenzweiche 18 kombiniert und über die zweite optische Übertragungsstrecke 11 zur abgesetzten Einheit RU übertragen. In einer optischen Frequenzweiche 19 wird das Referenzsignal C wiederum vom Sendesignal T getrennt und in einem separaten photoelektrischen Wandler 17 in ein elektrisches Signal zurückgewandelt. Anschließend wird das Referenzsignal C dem HF/ZF-Umsetzer 3 zugeführt.

3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das analoge Referenzsignal C in einem elektrooptischen Wandler 10 in ein analoges optisches Signal gewandelt wird, bevor es über die zweite optische Übertragungsstrecke 11 zur abgesetzten Einheit RU übertragen und dort von einem photoelektrischen Wandler 12 zurück in ein elektrisches Signal gewandelt wird. Das Sendesignal T wird ebenfalls in ein optisches Signal gewandelt 15 und über eine separate, dritte optische Übertragungsstrecke 16 in Form eines Lichtwellenleiters zur abgesetzten Einheit RU übertragen. Dort wird es ebenfalls wieder in ein elektrisches Signal zurückgewandelt.

Beim dritten Ausführungsbeispiel kann durch die Verwendung getrennter optischer Übertragungsstrecken 11, 16 für das Referenzsignal C beziehungsweise das Sendesignal T der Einsatz von Frequenzweichen, die bei den anderen beiden Ausführungsbeispielen der Erfindung notwendig sind, vermieden werden.

Da es sich bei den Empfangsstationen der hier betrachteten Ausführungsbeispiele um Basisstationen eines Mobilfunksystems handelt, sind sie mit entsprechenden Basisstationscontrollern des Mobilfunksystems verbunden. Nach entsprechender Verarbeitung werden die Empfangssignale R von der Empfangsstation an den zugehörigen Basisstationscontroller weitergeleitet. Vom Basisstationscontroller werden die Sendesignale T zur Empfangsstation übertragen, die sie nach entsprechender Vorverarbeitung, insbesondere nach der Umsetzung in den Hochfrequenzbereich auf die in den Figuren dargestellte Weise weiterbehandelt und über die Antenne 1 versendet.

Claims

Verfahren zum Empfang von Funksignalen durch eine Empfangsstation, bei dem – die Funksignale in einer abgesetzten Einheit (RU) der Empfangsstation über eine Luftschnittstelle (1) empfangen, auf eine Zwischenfrequenz umgesetzt (3) und anschließend gefiltert (4) werden, – die gefilterten Signale elektrooptisch gewandelt (6) und über eine erste optische Übertragungsstrecke (7) zu einer lokalen Einheit (LU) der Empfangsstation übertragen werden, wo sie für eine weitere Verarbeitung photoelektrisch (8) gewandelt werden, – in der lokalen Einheit (LU) ein Referenzsignal (C) erzeugt wird, – das Referenzsignal (C) elektrooptisch (10) gewandelt und über eine zweite optische Übertragungsstrecke (11) zur abgesetzten Einheit (RU) übertragen wird – und das Referenzsignal (C) in der abgesetzten Einheit (RU) photoelektrisch gewandelt (12) und zur Synchronisierung der Zwischenfrequenzumsetzung (3) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein in der lokalen Einheit (LU) der Empfangsstation erzeugtes Sendesignal (T) elektrooptisch gewandelt (10), über die zweite optische Übertragungsstrecke (11) zur abgesetzten Einheit (RU) übertragen, dort photoelektrisch gewandelt (12) und anschließend über die Luftschnittstelle (1) ausgesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Referenzsignal (C) dem Sendesignal (T) in der lokalen Einheit (LU) überlagert wird und mit diesem gemeinsam für eine Übertragung über die zweite optische Übertragungsstrecke (11) zur abgesetzten Einheit (RU) elektrooptisch gewandelt (10) wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Referenzsignal (C) in der lokalen Einheit (LU) elektrooptisch gewandelt (15), dem elektrooptisch gewandelten Sendesignal (T) überlagert und mit diesem gemeinsam über die zweite optische Übertragungsstrecke (11) zur abgesetzten Einheit (RU) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein in der lokalen Einheit (LU) der Empfangsstation erzeugtes Sendesignal (T) elektrooptisch gewandelt (15), über eine dritte optische Übertragungsstrecke (16) zur abgesetzten Einheit (RU) übertragen, dort photoelektrisch gewandelt (17) und anschließend über die Luftschnittstelle (1) ausgesendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Empfangsstation eine Basisstation für ein Mobilfunksystem ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Referenzsignal (C) auch zur Synchronisierung von Komponenten (P) der lokalen Einheit (LU) dient.
Empfangsstation für ein Kommunikationssystem – mit einer abgesetzten Einheit (RU) zum Empfang von Funksignalen über eine Luftschnittstelle (1), – deren abgesetzte Einheit (RU) einen Umsetzer (3) zum Umsetzen empfangener Funksignale auf eine Zwischenfrequenz, ein Filter (4) zum Filtern der umgesetzten Signale sowie einen dem Filter nachgeschalteten elektrooptischen Wandler (6) aufweist, – mit einer ersten optischen Übertragungsstrecke (7) zum Übertragen der gefilterten Signale zu einer lokalen Einheit (LU) der Empfangsstation, – deren lokale Einheit (LU) einen photoelektrischen Wandler (8) zum Wandeln der über die erste optische Übertragungsstrecke (7) übertragenen Signale für eine weitere Verarbeitung aufweist, – deren lokale Einheit (LU) einen Referenzsignalgenerator (CLK) für ein Referenzsignal (C) sowie einen elektrooptischen Wandler (10) für das Referenzsignal aufweist, – mit einer zweiten optischen Übertragungsstrecke (11) zum Übertragen des gewandelten Referenzsignals (C) zur abgesetzten Einheit (RU), – deren abgesetzte Einheit (RU) einen photoelektrischen Wandler (12) zum Wandeln des Referenzsignals (C) aufweist – und deren Umsetzer (3) für die Zwischenfrequenz einen Referenzeingang für das Referenzsignal (C) aufweist.