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Die
Erfindung betrifft eine Sende- und Empfangsstation für ein Funkkommunikationssystem
sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen.
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Bei
Funkkommunikationssystemen erfolgt eine Kommunikation zwischen an
einer Verbindung beteiligten Station mittels elektromagnetischer
Wellen, die sich über
eine Luftschnittstelle ausbreiten. Eine Art von Funkkommunikationssystemen
sind Mobilfunksysteme. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens
ein Teil ihrer Teilnehmerstationen mobil sein kann. Mobilfunksysteme
weisen zur Versorgung von Teilnehmerstationen netzseitige Basisstationen
auf. Von besonderer Bedeutung sind zellulare Mobilfunksysteme, bei
denen eine Vielzahl von Basisstationen vorgesehen sind, die zur
Versorgung von Funkzellen des Mobilfunksystems dienen. Die Gesamtheit
der Funkzellen ermöglicht
eine flächendeckende
Versorgung eines großen
geografischen Gebietes.
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Bei
ungünstigen
Antennenstandorten von Basisstationen für Mobilfunksysteme ergibt sich
oftmals ein großer
Abstand zwischen der Antenne und demjenigen Punkt, an dem wünschenswerter
Weise die wesentlichen Komponenten der Basisstation angeordnet werden
sollen. Daher sind die letztgenannten Komponenten über sehr
lange Kabel mit der Antenne zu verbinden, so dass es zu starken
Dämpfungen
der über
die Kabel geführten
Signale kommt. Um vor allem im Empfangszweig diese zusätzliche
Kabeldämpfung
zu kompensieren, werden in Antennenähe häufig abgesetzte Teileinheiten
der Basisstation installiert, die oft als TMA (Tower Mounted Amplifier)
bezeichnet werden. Das von der Antenne empfangene Hochfrequenzsignal
wird dabei in der abgesetzten Teileinheit der Basisstation mittels
eines Duplexers vom in der Gegenrichtung zu übertragenden Hochfre quenzsendesignal
getrennt, rauscharm verstärkt
und mittels eines weiteren Duplexers wieder mit dem Hochfrequenzsendesignal
kombiniert und über
eine gemeinsame Leitung zur sogenannten lokalen Teileinheit der
Basisstation, die die oben erwähnten
wesentlichen Komponenten der Basisstation enthält, übertragen. In der lokalen Teileinheit
müssen
die über
die gemeinsame Leitung zu übertragenden
Sende- und Empfangssignale wieder voneinander getrennt werden, wofür wiederum
ein Duplexer notwendig ist. Bei vielen Mobilfunksystemen ist der Duplex-Frequenzband-Abstand
zwischen Sendezweig und Empfangszweig sehr gering. Beispielsweise
beträgt
er bei UMTS-FDD (Universal Mobile Telecommunication Standard-Frequency
Division Duplex) in Deutschland nur 90 MHz bei einem Empfangsfrequenzband
im Bereich von 1920 bis 1980 MHz und einem Sendefrequenzband von
2110 bis 2170 MHz. Um das Sende- und das Empfangsband trotz des
geringen Bandabstandes in den Duplexern voneinander trennen zu können, ist
ein hoher Aufwand erforderlich, weshalb derartige Duplexer äußerst kostspielig
sind.
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Die
Duplexer an beiden Enden der die abgesetzte Teileinheit und die
lokale Teileinheit verbindenden Leitung könnten zwar eingespart werden,
falls die Sende- und Empfangssignale zwischen den beiden Teileinheiten
auf getrennten Kabeln übertragen würden und
erst kurz vor der Antenne einmalig kombiniert bzw. getrennt werden
würden.
Somit wäre
in der gesamten Übertragungskette
nur noch ein Duplexer notwendig. Jedoch ist es häufig aus Platzgründen erwünscht, die
Anzahl der verwendeten Leitungen bzw. Kabel möglichst gering zu halten. Außerdem können auch
die Kosten des die beiden Teileinheiten verbindenden Kabels hoch
sein, insbesondere wenn der Abstand zwischen den beiden Teileinheiten
groß ist.
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In
der JP 06-350 537 A sind eine mit einer Antenne verbundene Basisstation
und eine davon abgesetzte Steuerstation über einen Lichtwellenleiter miteinander
verbunden. Über
den Lichtwellenleiter werden die Empfangssignale der Basisstation
zur Steuerstation übermittelt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Realisierung
einer Sende- und Empfangsstation für ein Funkkommunikationssystem anzugeben,
die zwei Teileinheiten aufweist, die über eine Leitung miteinander
verbunden sind, über
die sowohl das Sendesignal als auch das Empfangssignal zu übertragen
sind.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Sende- und Empfangsstation gemäß Anspruch
1 sowie dem Verfahren zum Betrieb einer Sende- und Empfangsstation
gemäß dem nebengeordneten
Anspruch gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
Sende- und Empfangsstation für
ein Funkkommunikationssystem weist zwei Teileinheiten auf, die über eine
Leitung miteinander verbunden sind sowie einen Sendezweig für einen über eine Luftschnittstelle
zu übertragendes
Sendesignal und einen Empfangszweig für einen über die Luftschnittstelle zu
empfangendes Empfangssignal. Die Leitung ist sowohl Bestandteil
des Sendezweigs als auch des Empfangszweigs. Der Sendezweig weist
einen ersten Frequenzumsetzer auf zum Umsetzen des Sendesignals
von einer niedrigeren auf eine höhere
Frequenz und der Empfangszweig einen zweiten Frequenzumsetzer zum
Umsetzen des Empfangssignals von einer höheren auf eine niedrigere Frequenz. Der
erste Frequenzumsetzer ist in einer der beiden Teileinheiten und
der zweite Frequenzumsetzer in der anderen Teileinheit angeordnet.
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Dadurch,
dass die beiden Frequenzumsetzer in unterschiedlichen Teileinheiten
der Sende- und Empfangsstation angeordnet sind, wird erreicht, dass bei
der Übertragung über die
gemeinsame Leitung zwischen den beiden Teileinheiten nur entweder
das Sendesignal oder das Empfangssignal die jeweils höhere Frequenz
hat, während
das jeweils andere Signal die jeweils niedrigere Frequenz aufweist.
Dadurch wird erreicht, dass der Bandabstand zwischen dem Sendesignal
und dem Emp fangssignal während der
gleichzeitigen Übertragung über die
Leitung wesentlich größer sein
kann, als wenn beide Signale entweder mit jeweils niedrigerer Frequenz
oder jeweils höherer
Frequenz über
die Leitung übertragen werden.
Aufgrund des erzielbaren größeren Bandabstandes
ist es daher möglich,
auf kostspielige Duplexer, die in der Lage sind, auch Signale mit
nur geringem Bandabstand voneinander zu trennen, auf beiden Seiten
der Leitung zu verzichten und stattdessen kostengünstige Frequenzweichen
zu verwenden, an die bezüglich
der Frequenztrennung nicht so hohe Anforderungen zu stellen sind.
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Neben
der gemeinsamen Leitung für
den Sende- und Empfangszweig können
die Teileinheiten noch durch weitere Leitungen miteinander verbunden
sein, die zum Beispiel zur Stromversorgung dienen.
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Es
ist auch möglich, über die
gemeinsame Leitung zusätzlich
die Stromversorgung durchzuführen
(dies entspricht einem weiteren Signal mit der Frequenz Null).
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung sind die höheren Frequenzen des ersten
und des zweiten Frequenzumsetzers Hochfrequenzen, mittels derer das
Sendesignal über
die Luftschnittstelle aussendbar und das Empfangssignal über die
Luftschnittstelle empfangbar ist. Dass bedeutet, dass eines der
beiden Signale über
die Leitung im Hochfrequenzbereich übertragen wird, während das
andere Signal über
die Leitung mit deutlich geringerer Frequenz, beispielsweise einer
Zwischenfrequenz oder sogar im Basisband (Niederfrequenzbereich) übertragen wird.
Hierdurch kann erreicht werden, dass der Bandabstand zwischen den
beiden Signalen besonders groß ist,
so dass eine Trennung der beiden Signale durch entsprechende Frequenzweichen
in besonders einfacher Weise möglich
ist.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Sende- und Empfangsstation
einen Generator für
ein Referenzsignal auf, der in einer der beiden Teileinheiten angeordnet
ist und des sen Ausgang mit der Leitung verbunden ist, so dass das
Referenzsignal zu anderen Teileinheit übertragbar ist. Der Frequenzumsetzer
in der anderen Teileinheit ist dabei in Abhängigkeit vom Referenzsignal
steuerbar. Bei dieser Weiterbildung werden über die gemeinsame Leitung
daher insgesamt drei Signale übertragen, nämlich das
Sendesignal, das Empfangssignal und das Referenzsignal. Durch entsprechende
Wahl des Frequenzbandes für
das Referenzsignal kann auch für
dieses drittes Signal eine gute frequenzmäßige Trennbarkeit gegenüber dem
Sendesignal und dem Empfangssignal erzielt werden.
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Die
Erfindung ist auf Sende- und Empfangsstationen für beliebige Funkkommunikationssysteme anwendbar.
Sie eignet sich jedoch insbesondere zum Einsatz in Basisstationen
für Mobilfunksysteme.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht Verfahrensschritte vor, die zum Betrieb der erfindungsgemäßen Sende-
und Empfangsstation sowie deren Weiterbildungen notwendig sind.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Die
Figur zeigt als Sende- und Empfangsstation eine Basisstation für ein UMTS-FDD-Mobilfunksystem.
Die Erfindung ist jedoch für
Basisstationen beliebiger Mobilfunksysteme anwendbar, die zwei Teileinheiten
aufweisen. Außerdem
ist die Anwendung der Erfindung nicht auf Mobilfunksysteme beschränkt, sondern
kann für
Sende- und Empfangsstationen beliebiger Funkkommunikationssysteme erfolgen.
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Gemäß der Figur
weist die Basisstation eine erste Teileinheit U1 und eine zweite
Teileinheit U2 auf. Bei der ersten Teileinheit U1 handelt es sich
um eine lokale Einheit, die die wesentlichen Komponenten der Basisstation
enthält.
Die zweite Teileinheit U2 ist eine abgesetzte Einheit, die mit einer
Antenne A verbunden ist, über
die die Basisstation Sendesignale SS aussendet und Empfangssignale
RS empfängt. Die
Antenne A kann in die zweite Teileinheit U2 integriert sein oder
separat von dieser ausgeführt
sein. Die erste Teileinheit U1 weist eine Signalverarbeitungseinheit 1 auf,
in der eine Verarbeitung der digitalisierten Sendesignale SS und
Empfangssignale RS erfolgt. Die Signalverarbeitungseinheit 1 ist
mit weiteren Komponenten des Mobilfunksystems verbunden (in der
Figur nicht dargestellt), wie beispielsweise einem Basisstationscontroller.
Von diesen zentralen Einheiten empfängt sie zu übertragende Daten und sie überträgt empfangene
Daten dorthin. Im oberen Teil der Figur ist ein Sendezweig für das auszusendende
Sendesignal SS und im unteren Teil der Figur ein Empfangszweig für das Empfangssignal
RS dargestellt. Die beiden Teileinheiten U1, U2 sind über eine
gemeinsame Leitung L in Form eines Hochfrequenzkabels miteinander
verbunden. Die Leitung L ist Bestandteil sowohl des Sendezweiges
als auch des Empfangszweiges.
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Im
Sendezweig werden die in der Signalverarbeitungseinheit 1 erzeugten
Basisbandsignale über
einen Digital-/Analog-Wandler 2 in eine Zwischenfrequenzlage umgesetzt,
anschließend
durch einen ersten Frequenzumsetzer FC1 in Hochfrequenzsignale umgewandelt,
anschließend
leistungsmäßig in einem
Verstärker 3 verstärkt und über eine erste
Frequenzweiche FW1 der Leitung L zugeführt. In der zweiten Teileinheit
U2 wird das Sendesignal SS im Sendezweig von der Leitung L über eine
zweite Frequenzweiche FW2 durch einen weiteren Verstärker 4 (der
bei anderen Ausführungsbeispielen
der Erfindung auch entfallen kann) erneut verstärkt und über einen Duplexer 5 der
Antenne A zugeführt,
die das Sendesignal SS über
die Luftschnittstelle aussendet.
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Im
Empfangszweig wird das von der Antenne A über die Luftschnittstelle empfangene
hochfrequente Empfangssignal RS im Duplexer 5 vom in der Gegenrichtung
zu übertragenden
Sendesignal SS getrennt, rauscharm in einem Verstärker 6 verstärkt, in
einem Filter 7 gefiltert, in einem zweiten Fre quenzumsetzer
FC2 rauscharm von der Hochfrequenz in eine Zwischenfrequenz umgesetzt
und über
die zweite Frequenzweiche FW2 der Leitung L zugeführt. In der
ersten Teileinheit U1 gelangt das Empfangssignal RS über die
erste Frequenzweiche FW1 und einen Verstärker 8 und ein diesem
nachgeschaltetes Filter 9 zu einem Analog-/Digital-Wandler 10,
der das Empfangssignal RS von der Zwischenfrequenz in das Basisband
umsetzt. Das Empfangssignal RS wird anschließend in der Signalverarbeitungseinheit 1 weiterverarbeitet.
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Eventuell
in den Sende- und Empfangszweigen noch weiter benötigte Verstärker, Dämpfungsglieder
oder Filter sind dem Fachmann bekannt und aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Figur
nicht dargestellt.
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Die
erste Teileinheit U1 weist eine Generator G für ein Referenzsignal c auf,
in dessen Abhängigkeit
sowohl der erste Frequenzumsetzer FC1 als auch der zweite Frequenzumsetzer
FC2 gesteuert wird. Der Generator G der ersten Teileinheit U1 leitet aus
dem Referenzsignal c ein Steuersignal C1 für den ersten Frequenzumsetzer
FC1 ab. Gleichzeitig wird das Referenzsignal c über die erste Frequenzweiche
FW1 und die Leitung L sowie die zweite Frequenzweiche FW2 zu einem
Lokaloszillator 11 innerhalb der zweiten Teileinheit U2 übertragen.
Dort wird aus dem Referenzsignal c ein Steuersignal C2 zum Steuern
des zweiten Frequenzumsetzers FC2 abgeleitet.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
liegt die Zwischenfrequenz sowohl für das Sendesignal SS als auch
für das
Empfangssignal RS im Bereich 100 bis 150 MHz. Die Hochfrequenz für das Empfangssignal
RS liegt im Bereich 1920 bis 1980 MHz und die Hochfrequenz für das Sendesignal
SS im Bereich 2110 bis 2170 MHz. Die Frequenz des Referenzsignals
c beträgt
etwa 40 MHz. Das Basisbandsignal innerhalb der Signalverarbeitungseinheit 1 beträgt sowohl
für das
Sendesignal SS als auch für
das Empfangssignal RS zwischen 0 und 20 MHz. Da bei diesem Ausführungsbeispiel
das Sendesignal SS im Hochfrequenzbereich und das Empfangssignal
RS im Zwischenfrequenzbereich über
die Leitung L übertragen
wird, lassen sich beide trotz der Übertragung über die gemeinsame Leitung
L durch die beiden Frequenzweichen FW1, FW2 leicht voneinander trennen.
Da auch das Referenzsignal c einen deutlichen Bandabstand zum Zwischenfrequenzbereich
des Empfangssignals RS aufweist, lassen sich Sendesignal SS und
Empfangssignal RS auch einfach vom Referenzsignal c trennen. Daher
können
die Frequenzweichen FW1, FW2 kostengünstig realisiert werden.
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Bei
anderen Ausführungsbeispielen
der Erfindung kann das Referenzsignal c auch in der zweiten Teileinheit
U2 erzeugt und über
die Leitung L zur ersten Teileinheit U1 übertragen werden. Es ist auch möglich, das
zum Steuern der Frequenzumsetzer FC1, FC2 voneinander unabhängige Steuersignale C1,
C2 verwendet werden. Ferner kann das Referenzsignal c zwischen den
beiden Teileinheiten U1, U2 über
eine separate Leitung übertragen
werden.
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Bei
wiederum anderen Ausführungsbeispielen
der Erfindung ist es möglich,
dass der erste Frequenzumsetzer FC1 für das Sendesignal SS in der zweiten
Teileinheit U2 und der zweite Frequenzumsetzer FC2 für das Empfangssignal
RS in der ersten Teileinheit U1 angeordnet ist. Bei diesen Ausführungsbeispielen
erfolgt dann eine Übertragung über die
Leitung L für
das Sendesignal SS im Zwischenfrequenzbereich und für das Empfangssignal
RS im Hochfrequenzbereich.
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Bei
anderen Ausführungsbeispielen
der Erfindung können
weitere Frequenzumsetzer im Sende- und/oder Empfangszweig vorgesehen
sein, die in weiteren Stufen eine Umsetzung der Zwischenfrequenzsignale
auf weitere Zwischenfrequenzen vornehmen. Es sind auch Ausführungsbeispiele
möglich,
bei denen eine Umsetzung in den Zwischenfrequenzbereichen entfällt und
die Frequenzumsetzer FC1, FC2 unmittelbar eine Umsetzung vom Basisband
in den Hochfrequenzbereich bzw. umgekehrt vornehmen.
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Die
Frequenzweichen FC1, FC2 können durch
einfache Tiefpässe,
Hochpässe
und Bandpässe
realisiert werden. Werden dagegen, abweichend von der Erfindung,
sowohl das Sendesignal SS als auch das Empfangssignal RS im Hochfrequenzbereich über die
Leitung L übertragen,
müssen
Duplexer zur Trennung von Sende- und
Empfangszweig mit aufwendigen und damit teuren Hochfrequenzfiltern
zum Einsatz kommen.
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Die
Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass Frequenzweichen der genannten
Art eine wesentlich geringere Einfügedämpfung für das jeweils zu übertragende
Signal als die genannten Duplexer haben, so dass eine verbesserte
Signalqualität
erzielbar ist oder die Leistung der Verstärker 3, 4, 6, 8 bei
gleicher Signalqualität
reduziert werden kann. Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel
ergibt sich für
den Empfangszweig der weitere Vorteil, dass die Dämpfung durch
die Leitung L für
die Übertragung
im Zwischenfrequenzbereich deutlich geringer ist als im Falle von
einer Übertragung
von Hochfrequenzsignalen. Dies ist für den Empfangszweig von besonderer Bedeutung,
da die Empfangssignale für
gewöhnlich eine
viel geringere Signalstärke
aufweisen, als die Sendesignale.
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Günstig beim
in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel
ist auch, dass der Leistungsverstärker 3 zusammen mit
der von ihm benötigten
Kühlvorrichtung
in der lokalen ersten Teileinheit U1 angeordnet ist. Zu derartigen
Kühlvorrichtungen
gehören Kühlrippen
und Lüfter,
die bei einer Anordnung des Verstärkers 3 in der zweiten
Einheit U2 zu einem erhöhten
Platzbedarf und Gewicht führen
würde.
Dies ist insbesondere bei einer Mastmontage der mit der Antenne
A verbundenen zweiten Teileinheit U2 unerwünscht.