DE19627154C1 - Funkstation zum Senden und Empfangen digitaler Informationen in einem Mobil-Kommunikationssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Funkstation zum Senden und Emp­ fangen digitaler Informationen in einem Mobil-Kommunikations­ system entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 3.

Funkstationen dienen der Übertragung von Informationen mit Hilfe elektromagnetischer Wellen. Das Frequenzspektrum der in Frage kommenden elektromagnetischen Wellen reicht von wenigen kHz bis zu mehreren hundert GHz, wobei insbesondere das Fre­ quenzspektrum im unteren Gigaherzbereich durch die Entwick­ lung der Mobilfunktechnik an Bedeutung gewonnen hat. So wer­ den Funkstationen für die Mobilfunktechnik bei ca. 0,9 und 1,8 GHz eingesetzt. Ein Mobil-Kommunikationssystem ist bei­ spielsweise das GSM-Mobilfunknetz (Global System for Mobile Communications), aber auch bekannte Drahtlos-Kommunikations­ netze, z. B. nach dem DECT-Standart, realisieren ein solches Mobil-Kommunikationssystem.

Sind diese Funkstationen dafür vorgesehen, Informationen so­ wohl zu senden als auch zu empfangen, umfassen sie zumindest eine Empfangseinheit und zumindest eine Sendeeinheit. In der Sendeeinheit werden die zu sendenden Informationen erzeugt. Die Empfangseinheit dient zur Auswertung der Information der Empfangssignale.

Eine solche Funkstation ist beispielsweise als Basisstation aus der deutschen Patentanmeldung 195 47 288.8 bekannt. Diese Funkstation umfaßt weiterhin eine Antenne zum Senden und Emp­ fangen. So werden über diese Antenne sowohl die Sendesignale gesendet als auch die Empfangssignale empfangen. Diese Funk­ station weist jedoch den Nachteil auf, daß die Sendesignale mehrerer Sendeeinrichtungen über Leistungskombiner kombiniert werden müssen. Ein Leistungskombiner, der z. B. durch ein Hybrid realisiert ist, bringt Verluste von größer als 3 dB mit sich, wodurch sich die an den Antennen zur Verfügung stehende Sendeleistung mindestens auf die Hälfte verringert.

Aus der Druckschrift "Fernschreib- und Datenübertragung über Kurzwelle", L. Wiesner, Siemens Aktiengesellschaft, dritte Auflage, 1980, Seiten 94 bis 104, sind verschiedene Möglich­ keiten der Realisierung eines Diversityempfangs bekannt. Un­ ter anderem wird die Möglichkeit des Polarisationsdiversity vorgestellt, bei der zum Diversityempfang zwei Antennen ver­ wendet werden, von denen die eine z. B. vertikal und die an­ dere horizontal polarisiert ist. Ein solches Antennensystem ist auch aus der deutschen Patentschrift DE 20 32 002 B2 bekannt. Diese Schriften stellen Realisierungen des Diver­ sityempfangs vor, die jedoch auf räumlich getrennten Antennen basieren und zudem die Problematik des Sendebetriebes nicht berücksichtigen.

Herkömmliche Mobil-Kommunikationssysteme, siehe Siemens Func­ tion Specification, A30862-X1001-A314-03-7659, MOBNET, vom 25.08.1995, S. 5-2, realisieren eine Funkstation mit Diver­ sitybetrieb auch dadurch, daß getrennte Antennen zum Senden und für jeden einzelnen Diversity-Empfangszweig vorliegen. Damit wird jedoch ein erhöhter Bedarf an Antennen geschaffen. Bei gegenwärtigen Mobil-Kommunikationssystemen besteht jedoch ein erheblicher öffentlicher Druck auf die Netzbetreiber, mit wenigen Antennenstandorten auszukommen. Hierbei bedeutet das Bereitstellen von getrennten Antennen für das Senden und das Empfangen im Diversityempfang einen erheblichen Nachteil.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Funk­ station zum Senden und Empfangen digitaler Informationen in einem Mobil-Kommunikationssystem anzugeben, die zum Senden die Sendesignale der Sendeeinrichtungen nur geringfügig dämpft und nur wenige Antennenstandorte erfordert.

Diese Aufgabe wird jeweils durch die erfindungsgemäße Funkstation des Patentanspruchs 1 bzw. 3 gelöst. Vorteilhafte Weiter­ bildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß besteht eine Antenne dieser Funkstation aus einem ersten und einem zweiten Erregersystem mit unterschied­ licher Polarisation. Zur gemeinsamen Nutzung der Antenne zum Senden und Empfangen verbindet ein erster Duplexer zumindest eine erste Sendeeinheit und eine erste Empfangseinheit mit einer gemeinsamen ersten Antennenleitung. Das erste Erreger­ system ist über die erste Antennenleitung mit dem ersten Duplexer verbunden. Das zweite Erregersystem weist eine Verbindung mit zumindest der zweiten Sendeeinheit über eine zweite Antennenleitung auf. Damit ist es möglich, die Sende­ signale der zwei Sendeeinheiten auch ohne den Einsatz eines Leistungskombiners dämpfungsarm zur Antenne zu führen und sie erst im Funkfeld zu kombinieren.

Alternativ sind zwei Antennen, jeweils mit einem ersten und einem zweiten Erregersystem mit unterschiedlicher Polarisa­ tion , vorgesehen. Damit können zumindest drei Sendeein­ heiten, günstiger jedoch vier, dämpfungsarm mit den Antennen verbunden werden. Zusätzlich hat diese Anordnung den Vorteil, daß ein Diversity-Empfang ermöglicht wird. Der Diversity- Empfang kann dabei durch Raum- oder Polarisationsdiversity, oder über beides, erreicht werden. Es ist vorteilhaft, nicht nur unterschiedlich polarisierte, sondern auch räumlich mög­ lichst stark getrennte Erregersysteme zum Diversity-Empfang einzusetzen.

Die erfindungsgemäße Funkstation erfüllt vorteilhafterweise gleichzeitig die Forderung nach einer Reduzierung der Anzahl von Antennen und die Anforderungen eines Mobil-Kommunika­ tionssystem bezüglich geringer Verluste bei der Übertragung der Sendesignale. Damit ist es Netzbetreibern möglich, vor allem in Ballungszentren strenge Auflagen, z. B. an optische und ästhetische Wirkungen des Antennensystems zu erfüllen.

Gemäß vorteilhaften Weiterbildungen haben das erste und das zweite Erregersystem einer Antenne einen gemeinsamen geo­ metrischen Mittelpunkt. Durch eine solche Anordnung der Er­ regersysteme kann der Platzbedarf der Antenne weiter ve­ rringert werden. Für einen hohen Antennengewinn werden für die Erregersysteme vorteilhafterweise Elementegruppen einge­ setzt. Durch entsprechende Anordnungen der Elemente der Erregersysteme lassen sich ohne großen zusätzlichen Aufwand die Erzeugung von Strahlungsdiagrammen unterschiedlicher Polarisation realisieren.

Werden mehrere Empfangseinheiten in der Funkstation verwen­ det, dann ist es vorteilhaft, sie jeweils mit einem ersten und zweiten Trennverstärker (bei zwei Erregersystemen zum Diversity-Einpfang) zu verbinden und durch die Trennverstärker die Leistung der von zwei Erregersystemen empfangenen Emp­ fangssignale entsprechend auf die Empfangseinheiten zu ver­ teilen. Durch den Einsatz von Trennverstärkern kann eine größere Anzahl von Empfangseinheiten eingesetzt werden, wobei die Anzahl der Empfangseinheiten mit der Anzahl der Träger­ frequenzen korrespondiert.

Gemäß weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungs­ gemäßen Funkstation und insbesondere der Antenne sind die Erregersysteme derart angeordnet, daß die Kreuzpolarisations­ entkopplung der Erregersysteme mindestens 30 dB beträgt. Diese Entkopplung entspricht bei üblicher Aufstellung der Entkopplung von zwei Antennen mit einem Meter Abstand bei 90° MHz. Durch diese Maßnahme soll gewährleistet werden, daß die Wechselwirkungen zwischen den sendenden und empfangenden Erregersystemen gering sind und damit auch die Sende- und Empfangszweige der Funkstation voneinander entkoppelt sind.

Eine hohe Kreuzpolarisationskopplung wird z. B. erreicht, indem die Polarisationsebene des ersten und zweiten Erreger­ systems zueinander ca. 90 Grad geneigt sind. Die Neigung der Polarisationsebenen beider Erregersysteme im Vergleich zur Horizontalen kann auf verschiedene Art und Weise festgelegt sein. Besonders vorteilhaft ist es, beide Polarisationsebenen ca. 45 Grad zur Horizontalen zu neigen, damit sind sie nach diversen Reflexionen auf der Funkstrecke oder auch durch den direkten Ausbreitungspfad im Mittel gleichberechtigt bei der empfangenden Funkstation. Eine weitere vorteilhafte Reali­ sierungsvariante sieht vor, daß die Polarisationsebene eines die Sendesignale abstrahlenden Erregersystems etwa senkrecht zur Horizontalen ist. Diese Neigung korrespondiert zu den bisher üblichen Anordnungen von Sendeantennen.

Die erfindungsgemäße Funkstation soll im folgenden unter Zu­ hilfenahme von zeichnerischen Darstellungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine Funkstation mit zwei jeweils um 45 Grad zur Hori­ zontalen geneigten Erregersystemen, mit zwei Sendeeinheiten und einer Empfangseinheit,

Fig. 2 eine Funkstation mit zwei Antennen, jeweils mit zwei zueinander um 90 Grad geneigten Erregersystemen, für die abgestrahlten Sendesignale und mit zwei Duplexern, und

Fig. 3 eine Funkstation mit zwei Antennen, jeweils mit zwei zueinander um 90 Grad geneigten Erregersystemen, und für die abgestrahlten Sendesignale und mit vier Duplexern.

Die nachfolgend beispielhaft beschriebene Funkstation FS ist als Basisstation in einem GSM-Mobilfunksystem ausgebildet. Die Funkstation FS nach Fig. 1 besteht aus einer Antenne A, einer Empfangseinheit RX1 und zwei Sendeeinheiten TX1, TX2. Diese Antenne A besteht aus zwei Erregersystemen AE1, AE2. Das erste Erregersystem AE1 ist mit der ersten Antennen­ leitung Ltg1 und das zweite Erregersystem AE2 ist mit der zweiten Antennenleitung Ltg2 verbunden. Beide Erregersysteme AE1, AE2 sind ca. 45 Grad zur Horizontalen der Erde und zueinander um ca. 90 Grad geneigt. Alternativ kann das erste Erregersystem AE1 auch senkrecht zur Horizontalen angeordnet und ca. 90 Grad zum zweiten Erregersystem AE2 geneigt sein. Damit weist das Abstrahlungsdiagramm der Sendesignale tx der ersten Sendeeinheit TX1 eine vertikale Polarisation auf.

Entsprechend der Neigung der Erregersysteme AE1, AE2 sind auch die Polarisationsebenen ihrer Abstrahlungsrichtungen geneigt. Bei den Erregersystemen AE1, AE2 handelt es sich z. B. um Gruppenantennen, die jeweils aus mehreren Einzel­ elementen bestehen.

Der erste Duplexer DX1 verbindet die erste Sendeeinheit TX1 und die erste Empfangseinheiten RX1 mit der ersten Antennen­ leitung Ltg1. Die zweite Sendeeinheit TX2 ist direkt mit der zweiten Antennenleitung Ltg2 verbunden. Die Antennenleitungen Ltg1, Ltg2 führen zur Antenne A. Lediglich durch Kabel- und Übergangsverluste gedämpft werden die Sendesignale tx zur Antenne A geführt. Es werden keine Leistungskombiner, wie z. B. Hybride mit 3 dB zusätzlicher Dämpfung, benötigt. Die erste Antennenleitung Ltg1 überträgt Sendesignale tx und Empfangssignale rx, wogegen die zweite Antennenleitung Ltg2 nur Sendesignale tx überträgt.

Die Funkstation FS nach Fig. 2 besteht aus einer ersten und zweiten Antenne A1, A2, die jeweils ein erstes und ein zweites Erregersystem AE1, AE2 aufweisen. Bei zwar erhöhten Platzbedarf für die zwei Antennen A1, A2 ist es möglich, zwei weitere Sendeeinheiten TX3, TX4 dämpfungsarm mit der Antenne A2 zu verbinden und Sendesignale tx zu übertragen. Ein zweiter Duplexer DX2 verbindet eine vierte Sendeeinheit TX4 und eine zweite Empfangseinheit RX2 mit dem zweiten Erreger­ system AE2 der zweiten Antenne A2 über die vierte Antennen­ leitung Ltg4.

Die zweite und dritte Sendeeinheit TX2, TX3 sind über ein erstes bzw. zweites Sendefilter DCF1, TXF2 zur Bandfilterung der Sendesignale tx mit der zweiten bzw. dritten Antennen­ leitung Ltg2, Ltg3 verbunden.

Die zwei getrennten Antennen A1, A2 mit jeweils zwei z. B. kreuzpolarisierten Erregersystemen AE1, AE2 benötigen keinen Leistungskombiner, so daß bei gleicher Ausgangsleistung der Sendeeinheiten TX1 bis TX4 eine im Vergleich zur Verwendung von Hybriden um etwa 4 dB höhere Leistungsabstrahlung der Funkstation FS realisiert wird.

Ein Erregersystem AE1 der zusätzlichen Antenne A2 wird zum Diversity-Empfang genutzt. Die Verteilung der Nutzung der Erregersysteme AE1, AE2 der beiden Antennen A1, A2 kann jedoch auch auf andere Weise erfolgen, hier sind gemäß der Erfindung verschiedene Varianten entsprechend der konkreten Anforderungen an den Platzbedarf und die Sendeleistung mög­ lich. Es erweist sich als vorteilhaft, die zum Diversity- Empfang verwendeten Erregersysteme AE1, AE2 derart aus­ zuwählen, daß sie unterschiedliche Polarisation und zusätz­ lich einen räumlichen Abstand aufweisen. Damit wird auch das Empfangsverhalten wesentliche verbessert.

Die Funkstation FS nach Fig. 3 ist eine Weiterbildung der bereits für Fig. 2 beschriebenen Funkstation FS, bei der um die Baugruppenvielfalt gering zu halten auch für die zweite und die dritte Sendeeinheit TX2, TX3 jeweils Duplexer DX2, DX3 eingesetzt werden, wobei ein angepaßter Abschluß für diese Duplexer DX2, DX3 vorgesehen ist.

Für die Funkstationen FS nach den Fig. 1 bis 3 können die Antennenleitungen Ltg1 bis Ltg4 ebenso auf eine einzige oder auf eine Anzahl von physikalischen Leitungen, die geringer als die der Erregersysteme AE1, AE2 ist, durch Duplexen reduziert werden. Für die Duplexer werden vorteilhafterweise Duplex-Filter verwendet.

Claims (13)

1. Funkstation (FS) zum Senden und Empfangen digitaler Infor­ mationen in einem Mobil-Kommunikationssystem,

• - mit einer Antenne (A) zum Senden und Empfangen,
• - mit zumindest zwei Sendeeinheiten (TX1, TX2, . . , TXn),
• - mit zumindest einer ersten Empfangseinheit (RX1, RX2, . . . ,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Antenne (A) ein erstes und ein zweites Erregersystem (AE1, AE2) mit unterschiedlicher Polarisation aufweist,
• - ein erster Duplexer (DX1) die erste Sendeeinheit (TX1) und die erste Empfangseinheit (RX1) mit einer gemeinsamen ersten Antennenleitung (Ltg1) verbindet,
• - das erste Erregersystem (AE1) über die erste Antennenlei­ tung (Ltg1) mit dem ersten Duplexer (DX1) verbunden ist, und
• - das zweite Erregersystem (AE2) über eine zweite Antennen­ leitung (Ltg2) eine Verbindung mit zumindest der zweiten Sendeeinheit (TX2) aufweist.

2. Funkstation (FS) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindung des zweiten Erregersystems (AE2) mit der zweiten Sendeeinheit (TX2) über einen zweiten Duplexer (DX2) erfolgt, und
der zweite Duplexer (DX2) eine zweite Empfangseinheit und die zweite Sendeeinheit (TX2) mit der gemeinsamen zweiten Antennenleitung (Ltg2) verbindet.

3. Funkstation (FS) zum Senden und Empfangen digitaler Infor­ mationen in einem Mobil-Kommunikationssystem,

• - mit zumindest einer ersten und zweiten Antenne (A1, A2) zum Senden und Empfangen,
• - mit zumindest drei Sendeeinheiten (TX1, TX2, . . , TXn),
• - mit zumindest einer ersten Empfangseinheit (RX1, RX2,. dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Antennen (A1, A2) jeweils ein erstes und zweites Erregersystem (AE1, AE2) mit unterschiedlicher Polarisation aufweisen,
• - ein erster Duplexer (DX1) die erste Sendeeinheit (TX1) und die erste Empfangseinheit (RX1) mit einer gemeinsamen ersten Antennenleitung (Ltg1) verbindet,
• - das erste Erregersystem (AE1) der ersten Antenne (A1) über die erste Antennenleitung (Ltg1) mit dem ersten Duplexer (DX1) verbunden ist,
• - das zweite Erregersystem (AE2) der ersten Antenne (A1) über eine zweite Antennenleitung (Ltg2) mit der zweiten Sende­ einheit (TX2) verbunden ist,
• - ein zweiter Duplexer (DX2) die vierte Sendeeinheit (TX4) und die zweite Empfangseinheit (RX2) mit einer gemeinsamen vierten Antennenleitung (Ltg4) verbindet,
• - das erste Erregersystem (AE1) der zweiten Antenne (A2) über die vierte Antennenleitung (Ltg4) mit dem zweiten Duplexer (DX2) verbunden ist, und
• - das zweite Erregersystem (AE2) der zweiten Antenne (A3) über eine dritte Antennenleitung (Ltg3) mit der dritten Sendeeinheit (TX3) verbunden ist.

4. Funkstation (FS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Erregersysteme (AE1, AE2) einen gemeinsamen geometrischen Mittelpunkt haben.

5. Funkstation (FS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregersysteme (AE1, AE2) durch Elementegruppen gebildet werden.

6. Funkstation (FS) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtungen (RX1, RX2, . . . ) zum Diversity- Empfang genutzt wird.

7. Funkstation (FS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregersysteme (AE1, AE2) derart angeordnet sind, daß die Kreuzpolarisationsentkopplung mindestens 30 dB beträgt.

8. Funkstation (FS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsebenen des ersten und zweiten Erreger­ systems (AE1, 2) zueinander 90° oder nahezu 90° geneigt sind.

9. Funkstation (FS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsebenen des ersten und zweiten Erreger­ systems (AE1, 2) 45° oder nahezu 45° zur Horizontalen geneigt sind.

10. Funkstation (FS) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsebene eines die Sendesignale (tx) abstrahlenden Erregersystems (AE1) 90° oder nahezu 90° zur Horizontalen geneigt ist.

11. Funkstation (FS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Antennenleitungen (Ltg1, Ltg2) auf gemeinsamen physikalischen Leitungen realisiert werden.

12. Funkstation (FS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Basisstation eines Mobilfunknetzes bildet.