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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Einstellung der
Verstärkung
eines einen Downlink-Pfad und einen Uplink-Pfad aufweisenden Repeaters,
insbesondere eines mobilen Repeaters.
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Ein
derartiger Repeater wird insbesondere im Mobilfunkbereich eingesetzt
und dient in einem entsprechenden Mobilfunksystem zur Versorgung von
Funkteilnehmern, die in Folge hoher Dämpfung des hochfrequenten Signals
nicht direkt von einer Basisstation erreicht werden können. Dazu
weist der Repeater zwischen einem Anschluss für eine Anbindungsantenne und
einem Anschluss für
eine Versorgungsantenne zwei Verstärkergruppen auf, die als Downlink-Pfad
und als Uplink-Pfad bezeichnet werden. Im Downlink-Pfad werden die über die
Anbindungsantenne von der Basisstation empfangenen Signale gefiltert
und verstärkt
sowie anschließend über die
Versorgungsantenne als verstärkte
Sendesignale an die oder jede zu versorgende Mobilstation weitergeleitet.
Analog dient der Uplink-Pfad
zur Verstärkung
der von der jeweiligen Mobilstation kommenden Signale und zu deren
Weiterleitung an die Basisstation.
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Um
die hierzu erforderliche Transparenz zwischen der Basisstation und
der oder jeder Mobilstation zu gewährleisten, werden beide Verstärkergruppen
oder -pfade üblicherweise
auf gleiche Verstärkung
eingestellt. Die erhebliche Bedeutung der Transparenz ist darin
begründet,
dass der Rechner der Basisstation aus dem empfangenen Signalpegel auf
die Streckendämpfung
schließt
und den Sendepegel der Mobilstation steuert. Dabei ist zu gewährleisten,
dass einerseits eine Übersteuerung
der Verstärker
verhindert und andererseits ein maximaler Sendepegel nicht überschritten
wird. Hierzu können in
den Verstärkern
oder Verstärker-Pfaden des Repeaters
Schutzschaltungen vorgesehen sein, die das Ausgangssignal automatisch
bei Übersteuerung
auf einen maximalen Wert zurückregeln.
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Derartige
Schutzschaltungen sind in der Nachrichtentechnik als automatische
Pegelregelung bekannt und werden als Automatic Level Control (ALC)
bezeichnet.
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Zur
Funkversorgung von Verkehrsmitteln, wie beispielsweise Eisenbahnzügen, werden
ebenfalls Repeater eingesetzt. Während
bei einem stationären
Repeater die automatische Pegelregelung (ALC) im Downlink-Pfad bei
korrekter Pegelung nicht anspricht, wird eine entsprechende Pegelregelung
im Uplink-Pfad bei nahegelegenen Mobilstationen aktiv. Da sich bei
einem beweglichen oder mobilen Repeater die Streckendämpfung zwischen
der Basisstation und der Mobilstation ständig ändert, kann auch bei korrekter
Pegelung eine Übersteuerung
im Downlink auftreten. In einem solchen Fall wird die Pegelregelung
im Downlink aktiv, wodurch die entsprechende Verstärkung reduziert
wird. Dadurch wird jedoch das zuvor noch vorhandene Gleichgewicht
der Verstärkung
in beiden Richtungen gestört
und die gewünschte
Transparenz geht verloren.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur
Einstellung der Verstärkung
eines Repeaters anzugeben, mit der unter Vermeidung der genannten
Nachteile eine geeignete Anpassung der Verstärkung in beiden Pfaden des Repeaters
erzielt wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind
Gegenstand der Unteransprüche.
Die Pegelanpassung erfolgt insbesondere auch bei einem beweglichen
Repeater automatisch.
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Zweckmäßigerweise
ist die automatische Pegelanpassung im Downlink-Pfad durch eine
analoge oder digitale Regelschleife realisiert, in der entsprechende
Regelgrößen generiert
werden. Diese Regelgrößen werden
zur Einstellung oder Steuerung der Dämpfung im Uplink-Pfad oder
-Zweig herangezogen. Dabei werden die Dämpfungswerte sowohl im Downlink-Pfad
als auch im Uplink-Pfad derart in Übereinstimmung gebracht, dass
stets beide Dämpfungen
gleich groß sind.
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Somit
bleibt in besonders einfacher Art und Weise zuverlässig die
Transparenz erhalten oder wird automatisch wieder hergestellt.
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Die
Verarbeitung der oder jeder Regelgröße zur automatischen Pegelanpassung
erfolgt beispielsweise analog. Dabei wird eine im Regelkreis generierte
Stellgröße einerseits
zur Einstellung der Dämpfung
im Downlink-Pfad herangezogen, so dass dessen gewünschter
Ausgangspegel erhalten bleibt. Diese Stellgröße wird zudem simultan nun
auch dazu verwendet, die Dämpfung
im Uplink-Pfad derart einzustellen, dass dort die augenblickliche
Gesamt-Verstärkung
der Verstärkung
im Downlink-Pfad entspricht. Die beschriebene Verarbeitung hinsichtlich der
Dämpfungs-
oder Verstärkungseinstellung
sowie hinsichtlich der gesamten Signalverarbeitung im Downlink-
und im Uplink-Pfad kann jedoch vorteilhafterweise auch digital,
insbesondere mittels eines Controllers oder Signalprozessors, erfolgen.
Dabei wird die Stellgröße für beide
Pfade logisch verarbeitet und über
Digital-Analog-Wandler
(DAC) an entsprechende, digital steuerbare variable Dämpfungsglieder
ausgegeben.
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Die
Vorrichtung umfasst zweckmäßigerweise
einen Regelverstärker,
der zunächst
ein Steuersignal zur automatischen Pegelregelung im Downlink-Pfad
erzeugt. Zur simultanen Einstellung auch der Verstärkung im
Uplink-Pfad ist ein dort vorgesehenes Dämpfungsglied mit dem Regelverstärker z. B. über einen
Steuerverstärker
verbunden. Dabei kann das Dämpfungsglied
an verschiedenen Stellen im zweckmäßigerweise aus mehreren Verstärkerstufen
aufgebauten Uplink-Pfad angeordnet sein. So kann dieses Dämpfungsglied
einem Endverstärker oder
einer Endstufe unmittelbar oder über
einen dieser wiederum vorgeordneten Verstärker stufe vorgeschaltet sein.
Bei der letztgenannten Alternative liegt das Dämpfungsglied dann praktisch
im Eingang des Uplink-Pfades.
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Die
zur automatischen Pegeleinstellung oder Pegelregelung im Downlink-Pfad
vorgesehene Regelschleife umfasst zweckmäßigerweise zusätzlich zum
Regelverstärker
und zum dort vorgesehenen (ersten) variablen Dämpfungsglied einen Detektor, der
beispielsweise Teil einer Regelelektronik ist. Dieser Detektor überwacht
das im Downlink-Pfad erzeugte Ausgangssignal im Hinblick auf einen überhöhten oder
zu hohen Pegel. Aus dem Ergebnis dieser in Form eines Soll-Ist-Vergleichs durchgeführten Überwachung
generiert der mit dem Detektor verbundene oder diesen enthaltende
elektronische Regelverstärker
die Stellgröße zur Ansteuerung
des im Downlink-Pfad vorgesehenen Dämpfungsglieds. Diese Stellgröße wird
dann simultan einer Verarbeitungseinrichtung in Form des Steuerverstärkers oder eines
dem Regelverstärker
nachgeschalteten Rechners zugeführt.
Dieser kann ein separater Signalprozessor oder auch ein bei einem
Repeater üblicherweise
vorgesehenes Steuerteil sein. Die Verarbeitungseinrichtung steuert
dann gleichzeitig das ebenfalls variable Dämpfungsglied im Uplink-Pfad
an und stellt dort die Verstärkung
gleichzeitig mit der Verstärkungseinstellung
im Downlink-Pfad ein.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen die 1 bis 4 Blockschaltbilder
eines Repeaters mit zur Verstärkungseinstellung oder
automatischen Pegelanpassung vorgesehenen Komponenten.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt
schematisch einen Repeater oder Repeater-Verstärker 1 mit einem ersten
Anschluss 2, an den eine Anbindungsantenne 3 angeschlossen
ist, und mit einem zweiten Anschluss 4, an den eine Versorgungsantenne 5 angeschlossen
ist. Der Repeater 1 kommuniziert einerseits über die
Anbindungsantenne 3 mit einer (nicht dargestellten) Basisstation
und andererseits über
die Versorgungsantenne 5 mit einer Anzahl von (nicht dargestellten)
Mobilstationen. Der Weg von der Basisstation über den Repeater 1 zu
der oder jeder Mobilstation wird als Down-Link bezeichnet, während der
umgekehrte Weg als Up-Link bezeichnet wird.
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Der
beispielsweise von einem Schienenfahrzeug mitgeführte und somit bewegliche oder
mobile Repeater 1 dient zur Verstärkung der von Basisstation
ankommenden und an eine im Empfangsbereich des Repeaters 1 liegende
Mobilstation weiterzuleitenden Signale sowie zur Verstärkung deren
Signale an die Basisstation. Die in einem derartigen Mobilfunksystem
gesendeten und empfangenen hochfrequenten Signale sind beispielsweise
nach dem GSM-Standart (Global System for Mobil Communication) phasenmoduliert.
Zur Verstärkung
der von der Basisstation an die oder jede Mobilstation gesendeten
Signale sowie zur Verstärkung
der Signale in umgekehrter Richtung ist der Repeater 1 aus
zwei parallelen Wegen aufgebaut, die als Downlink-Pfad 6 und
als Uplink-Pfad 7 bezeichnet werden. Jeder Pfad 6, 7 weist
eine Anzahl von Verstärkerstufen 8 bis 10 bzw. 11 bis 13 auf.
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Der
Downlink-Pfad 6 ist eingangsseitig über eine Frequenzweiche 14 an
den Anschluss 2 für
die Anbindungsantenne 3 geführt. An diesen Anschluss 2 ist
der Uplink-Pfad 7 ausgangsseitig ebenfalls über eine
Frequenzweiche 15 geführt.
Analog sind der Downlink-Pfad 6 ausgangsseitig über eine
Frequenzweiche 16 und der Uplink-Pfad 7 eingangsseitig über eine
weitere Frequenzweiche 17 an den Anschluss 4 für die Versorgungsantenne 5 geführt. Über diese Frequenzweichen 14 bis 17 im
Bereich der Anschlüsse 2 und 4 ist
die Parallelschaltung der beiden Pfade 6 und 7 des
Repeaters 1 realisiert.
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Im
Downlink-Pfad 6 befindet sich ein erstes Dämpfungsglied 18,
das im Ausführungsbeispiel
zwischen die beiden Vorverstärkerstufen 8 und 9 geschaltet
ist. Der dem Verstärker 9 nachgeordneten Endstufe
(Endverstärker) 10 der
Verstärkerschaltung ist
eine einen Detektor 19 und einen Regelverstärker 20 aufweisende Regelanordnung
oder -elektronik nachgeschaltet. Der Regelverstärker 20 ist ausgangsseitig
mit dem variablen Dämpfungsglied 18 verbunden.
Der Detektor 19 und der Regelverstärker 20 der Regelanordnung
oder Regelelektronik bilden zusammen mit dem variablen Dämpfungsglied 18 einen
Regelkreis zur automatischen Pegelregelung (ALC) im Downlink-Pfad 6.
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Der
Regelverstärker 20 ist
außerdem
ausgangsseitig über
einen Steuerverstärker 21 mit
einem zweiten variablen Dämpfungsglied 22 verbunden,
das in den Uplink-Pfad 7 geschaltet ist. Während im
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 dieses zweite
Dämpfungsglied 22 zwischen
den Endverstärker
oder die Endstufe 13 und den oder jeden Vorverstärker 11, 12 geschaltet
ist, ist dieses im Ausführungsbeispiel
gemäß 2 zwischen
die beiden Vorverstärkerstufen 11, 12 geschaltet.
In dieser Ausführungsform,
bei der der Repeater 1 ansonsten gemäß der Ausführungsform nach 1 aufgebaut
ist, liegt somit das zweite Dämpfungsglied 22 am
Eingang oder im Eingangsbereich des Uplink-Pfades 7.
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Beim
Betrieb des Repeaters gelangen die hochfrequenten Signale oder Eingangssignale
S der Basisstation von der Anbindungsantenne 3 über die Frequenzweiche 13 auf
die Verstärkerstufen 8 bis 10 im
Downlink-Pfad 6. Die verstärkten Signale Sv werden
in der Regleranordnung oder Regelelektronik 19, 20 hinsichtlich
deren Signalpegel geprüft.
Dazu überwacht
der Detektor 19 die verstärkten Signale Sv bezüglich einer Überschreitung
eines maximalen Signalpegels. Dies erfolgt an Hand eines Soll-Ist-Vergleichs,
wozu dem Detektor 19 ein Soll-Pegel SP vorgegeben
ist oder zugeführt
wird. Aus einer Abweichung des Signalpegels von diesem Sollpegel
SP generiert der Regelverstärker 20 eine
Stellgröße SG, die
als Steuersignal dem variablen Dämpfungsglied 18 im
Downlink-Pfad 6 zugeführt wird.
Wird der maximal vorgegebene Pegel oder Sollpegel SP überschritten,
so wird das im Eingangsbereich oder an beliebiger Stelle des Downlink-Pfades 6 vorgesehene
variable Dämpfungsglied 18 derart
eingestellt oder angesteuert, dass der gewünschte Ausgangspegel des Downlink-Pfad 6 erhalten
bleibt.
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Diese
im Regelkreis 19 bis 20 vorhandene Stellgröße SG wird über den
Steuerverstärker 21 dem
zweiten variablen Dämpfungsglied 22 im Uplink-Pfad 7 simultan
als Steuersignal ST zugeführt.
Dabei wird das Dämpfungsglied 22 derart
eingestellt oder angesteuert, dass die momentane Gesamt-Verstärkung im
Uplink-Pfad 7 der
Verstärkung des
Downlink-Pfades 6 entspricht. Auf diese besonders effektive
Art und Weise erfolgt eine automatische Pegelanpassung der beiden
Pfade 6, 7 des Repeaters 1 aneinander,
wobei die Verarbeitung der Stellgröße SG analog erfolgt.
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Alternativ
kann die Verarbeitung der Regelgrößen des Regelkreises 19 bis 20 und
damit die Verarbeitung der Stellgröße SG auch digital erfolgen. Dazu
ist gemäß den 3 und 4 eine
Verarbeitungseinrichtung 23 bzw. 24 vorgesehen.
Diese ist im Ausführungsbeispiel
gemäß 3 zweckmäßigerweise
das Steuerteil des ansonsten wiederum gleichartig aufgebauten Repeaters 1.
Die Verarbeitungseinrichtung in Form des Steuerteils 23 bzw.
des Rechners 24 nach 4, der beispielsweise
ein Controller oder ein Signalprozessor ist, liest die Stellgröße SG ein.
Die mittels des Steuerteils 23 bzw. des Signalprozessors
oder Rechners 24 logisch verarbeitete Stellgröße SG wird
dem zweiten Dämpfungsglied 22 über einen
Digital/Analog-Wandler 25 bzw. 26 als Steuersignal
ST ausgegeben. Dieser steuert dann das zweite Dämpfungsglied 22 direkt
oder über einen
Steuerverstärker 27 an.
Bei direkter Ansteuerung entfällt
somit der Steuerverstärker 27.
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In
einer weiteren zweckmäßigen Weiterbildung
kann das erste Dämpfungsglied 18 im
Downlink-Pfad 6 auch digital eingestellt werden, so dass dann
die gesamte Signalverarbeitung in einem Rechner, z. B. in einem
Controller oder Signalprozessor, erfolgt.
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Bei
allen Ausführungsformen
wird mittels dieses Verfahrens die Verstärkung im Downlink-Pfad 6 und
im Uplink-Pfad 7 derart eingestellt, dass eine automatische
Verstärkungs-Anpassung
oder automatische Pegelanpassung in beiden Pfaden 6 und 7 erfolgt.
Dazu wird insbesondere die Verstärkung
im Uplink-Pfad 7 beim Ansprechen der durch das erste Dämpfungsglied 18 sowie
den Detektor 19 und den Regelverstärker 20 gebildeten
automatischen Pegelregelung (ALC) des Downlink-Pfad 6 reduziert. Diese automatische
Pegelregelung des Downlink-Pfad 6 kann dabei durch eine
analoge oder digitale Regelschleife realisiert sein. Die dort anzutreffenden
Regelgrößen werden
genutzt, um das zweite Dämpfungsglied 22 im
Uplink-Zweig 7 derart einzustellen oder anzusteuern, dass
die Dämpfungswerte
im Downlink-Pfad 6 und die Dämpfungswerte im Uplink-Pfad
aneinander angepasst oder in Gleichlauf gebracht werden. Somit ist
sichergestellt, dass in beiden Pfaden 6 und 7 die
Dämpfungen
stets gleich groß sind.
Dadurch wird die eingangs erwähnte Transparenz
zwischen der Basisstation und der oder jeder Mobilstation automatisch
wiederhergestellt, wenn beispielsweise aufgrund des sich bewegenden Repeaters 1 das
Gleichgewicht der Verstärkung
in beiden Richtungen, d. h. über
den Downlink-Pfad 6 einerseits und den Uplink-Pfad 7 andererseits,
gestört
worden ist.
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- 1
- Repeater
- 2
- Anschluss
- 3
- Anbindungsantenne
- 4
- Anschluss
- 5
- Versorgungsantenne
- 6
- Downlink-Pfad
- 7
- Uplink-Pfad
- 8–10
- Verstärkerstufe
- 11–13
- Verstärkerstufe
- 14–17
- Frequenzweiche
- 18
- (erstes)
Dämpfungsglied
- 19
- Detektor
- 20
- Regelverstärker
- 21
- Steuerverstärker
- 22
- (zweites)
Dämpfungsglied
- 23
- Steuerteil
- 24
- Rechner
- 25,
26
- Digital/Analog-Wandler
- 27
- Steuerverstärker