DE3508285C1 - Funkueberleitstelle fuer ein Mobilfunknetz - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Funküberleitstelle für ein Mobilfunknetz mit mehreren, einander jeweils paarweise zugeordneten Sendern und Empfängern (Sender-Empfängergarnituren) bei der die Sender-Empfängergarnituren einerseits über eine Schnittstelle mit einer Vermittlungseinrichtung und andererseits über ein Koppelnetzwerk mit einer Antennenanordnung verbunden sind.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Für die Durchführung eines Funkverkehrs zwischen mobilen Sende-Empfangsstationen werden Funkkonzentratoren benötigt, die sozusagen eine Schnittstelle zwischen dem eigentlichen mobilen Funknetz und einem weiterführenden stationären Netz darstellen. Solche als Funküberleitstellen bezeichnete Funkkonzentratoren können selbst ortsfeste Stationen oder aber auch semimobile Stationen sein. Beispielsweise ist in der Literaturstelle IEEE Transactions on Vehicular Technologie Vol. VT-27, No. 4, Nov. 1978, Seiten 205-211 ein solches mobiles Funksystem mit einer Funküberleitstelle für die mobilen Sende-Empfangsstationen beschrieben.

Wie sich zeigt, treten bei der praktischen Ausführung der Hochfrequenzseite einer solchen Funküberleitstelle eine Reihe von Problemen auf. Wird beispielsweise sämtlichen Sender-Empfängergarnituren eine einzige Antenne zugeordnet, muß mit hohen Verlusten in dem diese Antenne mit den Sender-Empfängergarnituren verbindenden Koppelnetzwerk gerechnet werden, was insbesondere bei der verfügbaren Sendeleistung negativ zu Buche schlägt.

Auch die Verwendung einer Antenne für jede Sender-Empfängergarnitur hat erhebliche Nachteile dann, wenn die verwendeten Radiofrequenzen relativ niedrig, beispielsweise im Kurzwellenbereich liegen, so daß die Antennen große Abmessungen aufweisen und durch die unvermeidbare Antennenverkopplung Verformungen des Strahlungsdiagramms der einzelnen Antennen auftreten. Einzelantennen bedingen aber auch im Falle einer semimobilen Funküberleitstelle einen außerordentlich großen konstruktiven Aufwand für den ausfahrbaren Antennenmast, weil hier jeder Einzelantenne ein aufrollbares Antennenkabel zugeordnet werden muß.

Bedingt durch die bei Funkverbindungen unvermeidbare Mehrwegeausbreitung der Funksignale müssen für die Empfänger der Sender-Empfängergarnituren im allgemeinen zusätzliche Maßnahmen zur Verbesserung des Empfangsbetriebs in Form von Diversityeinrichtungen getroffen werden. Die Anwendung eines Frequenz- oder Strahldiversity führt bei einer solchen Funküberleitstelle, wie beispielsweise die Literaturstelle EP 01 18 357 zeigt, zu einem zusätzlichen Aufwand für die Antennenanordnung.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Funküberleitstelle der einleitend beschriebenen Art eine Lösung anzugeben, die mit einem relativ geringen technischen Aufwand auskommt und für eine größere Anzahl von Sender-Empfängergarnituren eine Gesamtanordnung schafft, die optimale Sende- und Empfangseigenschaften für sämtliche Sender-Empfängergarnituren gewährleistet.

Diese Aufgabe wird für eine Funküberleitstelle gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Optimierung der Betriebseigenschaften einer Funküberleitstelle bei möglichst geringem fertigungstechnischen Aufwand dann gegeben ist, wenn

• 1. als Antennenanordnung eine gerade Anzahl von Rundstrahlern verwendet wird, die gleichmäßig verteilt auf dem Umfang eines Kreises angeordnet sind,
• 2. jeweils zwei der Rundstrahler für einen Zweiwegesignalempfang jedem der als Diversityempfänger ausgebildeten Empfänger der Sender-Empfängergarnituren zugeordnet werden und
• 3. alle vorhandenen Rundstrahler einzeln den Sendern der Sender-Empfängergarnituren so zugeordnet werden, daß möglichst wenig Sendern gemeinsam ein Rundstrahler zur Verfügung steht.

Die so gestaltete Antennenanordnung weist einen außerordentlich geringen Grad der gegenseitigen Verkopplung der Rundstrahler auf, ermöglicht deshalb auch bei geringem Aufwand einen guten Zweiwegesignalempfang und hält die unvermeidlichen Koppelverluste bei der Ankopplung von zwei und mehr Sendern an einen Rundstrahler in möglichst niedrigen Grenzen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach dem Patentanspruch 1 sind in den weiteren Patentansprüchen 2 bis 8 angegeben.

Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung bedeuten die der näheren Erläuterung der Erfindung dienenden Figuren

Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Überleiteinrichtung in Blockschaltbilddarstellung,

Fig. 2 die schematische Darstellung einer Antennenanordnung mit acht Rundstrahlern,

Fig. 3 eine weitere Antennenanordnung mit acht Rundstrahlern,

Fig. 4 das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles für einen Diversityempfänger einer Sender-Empfängergarnitur,

Fig. 5 das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles eines Diversityempfängers einer Sender-Empfängergarnitur,

Fig. 6 eine Variante des Regelnetzwerkes des Blockschaltbildes nach Fig. 5,

Fig. 7 eine Variante des sendeseitigen Koppelteilnetzwerks bei der Funküberleitstelle nach Fig. 1.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Das Blockschaltbild der Funküberleitstelle nach Fig. 1 weist acht Sender-Empfängergarnituren G mit jeweils einem Sender S, einem Diversityempfänger E und einem Steuernetzwerk ST auf. Die Steuernetzwerke ST verarbeiten die Netzdaten und setzen die Betriebsdaten der Sender-Empfängergarnituren. Sie werden gemeinsam über einen Datenbus B angesteuert. Die Sender-Empfängergarnituren G stehen hinsichtlich ihrer Senderausgänge und ihrer Diversityempfängereingänge über das Koppelnetzwerk KN mit der Antennenanordnung A in Verbindung, die aus vier Rundstrahlern A1, A2, . . . A4 besteht. Die Rundstrahler A1, A2 . . . A4 sind hier am Umfang eines Kreises gleichmäßig verteilt angeordnet. Das Koppelnetzwerk KN weist auf seiten der Rundstrahler A1, A2 . . . A4 jeweils einen Antennenumschalter AS mit den Schaltkontakten T und R auf, wie es für Zeit-Duplexbetrieb üblich ist. Über den Schaltkontakt T verbindet der Antennenumschalter AS die Rundstrahler jeweils mit dem Ausgang eines sendeseitigen 3dB-Kopplers KS, dessen beiden Eingänge jeweils über eine Richtungsleitung I mit dem Ausgang eines Senders S einer Sender-Empfängergarnitur G verbunden sind. Weiterhin kann jeder der Rundstrahler A1, A2, . . . A4 über den Schaltkontakt R des zugehörigen Antennenumschalters AS mit dem Eingang eines Antennenvorverstärkers AV verbunden werden, der über vier Ausgänge verfügt. Diese vier Ausgänge des Antennenvorverstärkers AV sind jeweils mit dem einen Eingang von vier Diversityempfängern E von vier Sender-Empfängergarnituren G verbunden. Wie Fig. 1 erkennen läßt, sind die zweiten Eingänge der Diversityempfänger E dieser vier Sender-Empfängergarnituren G in gleicher Weise mit dem Antennenvorverstärker AV für den Rundstrahler A3 über den zugehörigen Antennenumschalter AS verbunden. Die Rundstrahler A1 und A3 deren gegenseitiger Abstand durch den Durchmesser des Kreises gegeben ist, auf dessen Umfang gleichmäßig verteilt die vier Rundstrahler A1, A2 . . . A4 angeordnet sind, bilden somit die beiden Hochfrequenzeingänge der Diversityempfänger E der genannten vier Sender-Empfängergarnituren G. In gleicher Weise sind die Diversityempfänger E der übrigen vier Sender-Empfängergarnituren G über Antennenvorverstärker AV mit den Rundstrahlern A2 und A4 über deren zugehörigen Antennenumschalter AS verbindbar.

Besonders günstig gestalten sich in diesem Zusammenhang die Verhältnisse, wenn der Frequenzbereich, in dem die Funküberleitstelle nach Fig. 1 arbeitet, im Bereich von 150 MHz und darüber liegt, da hierfür kostengünstige Richtungsleitungen mit kleinen Abmessungen zur Verfügung stehen. Auch ergeben sich im Bereich oberhalb 100 MHz bereits günstige kleinere Abmessungen für die Rundstrahler, beispielsweise in Form von Ganzwellen-Dipolen, so daß sich insbesondere bei semimobilen Funküberleitstellen dieser Art ausreichend kleine Abmessungen für die Antennenanordnung ergeben.

Die Sender-Empfängergarnituren G sind über ihr Steuernetzwerk ST mit einer Schnittstelle IF für eine Vermittlungseinrichtung VM verbunden, über die die ankommenden wie die abgehenden Signalkanäle zwischen dem stationären Netz und den mobilen Sende-Empfangsstationen vermittelt werden.

Die im Blockschaltbild der Fig. 1 dargestellte Funküberleitstelle stellt zwar ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel dar, doch ist die Erfindung keineswegs auf eine solche Anordnung beschränkt. Insbesondere kann die Zahl der Sender-Empfängergarnituren G wie auch die Anzahl der Rundstrahler einschließlich der Gestalt des Koppelnetzwerkes KN variieren.

Fig. 2 zeigt beispielsweise eine Antennenanordnung A mit acht Rundstrahlern A1, A2 . . . A8 die ebenfalls auf einem Kreis mit dem Durchmesser d gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Beiden Signaleingängen eines Diversityempfängers E einer Sender-Empfängergarnitur G sind dabei jeweils solche Rundstrahlerpaare A1/A2, A3/A4, A5/A6 und A7/A8 zugeordnet, deren gegenseitiger Abstand gleich dem Kreisdurchmesser d ist. Auch diese Anordnung weist eine relativ geringe gegenseitige Verkopplung der Rundstrahler auf, so daß das Strahlungsdiagramm eines Rundstrahlers relativ wenig von den übrigen Rundstrahlern beeinflußt wird.

Eine Variante der Antennenanordnung A nach Fig. 2 zeigt Fig. 3. Hier sind zur Optimierung der gegenseitigen Entkopplung die Rundstrahler A3, A4 . . . A8 gegen die Kreisebene, in der die Rundstrahler angeordnet sind, unter 45 Grad geneigt.

Das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels für einen Diversityempfänger E einer Sender-Empfängergarnitur G nach Fig. 1 zeigt auf der Radiofrequenzseite RF zwei Zwischenfrequenzumsetzer U1 und U2 die das auf beiden Signalwegen ankommende Signal in eine Zwischenfrequenzebene umsetzen. Der Umsetzoszillator, der beiden Zwischenfrequenzumsetzern U1 und U2 gemeinsam ist, ist ein Synthesizer, der bei Durchführung eines Frequenzsprungbetriebs vom Steuernetzwerk ST fortlaufend neue Frequenzadressen an seinem Frequenzadresseneingang fa empfängt. Zu den Zwischenfrequenzumsetzern U1 und U2 gehören noch die ihnen nachgeschalteten Bandpaßfilter BP1 und BP2, deren Ausgänge über einen empfangsseitigen 3dB-Koppler KE jeweils mit einem Demodulator DM verbunden sind. Die demodulierten Zwischenfrequenzsignale werden anschließend in den Regeneratoren RG regeneriert und einem Kommunikationsprozessor COM zugeführt, der das jeweils bessere Signal der weiteren Empfängerschaltung zuleitet.

Das Blockschaltbild des zweiten Ausführungsbeispiels für einen Diversityempfänger E weist die gleiche Umsetzeinrichtung auf. Hier sind jedoch die Ausgänge der Bandpaßfilter BP1 und BP2 mit den beiden Signaleingängen e1 und e2 eines Regelnetzwerkes RN verbunden das ausgangsseitig über die Ausgänge S und D die hier anstehenden Signale jeweils an einen Empfänger RE1 und RE2 abgibt. Das Regelnetzwerk RN weist in einem der beiden Signalzweige, und zwar auf Seiten des Signaleingangs e1, ein Phasendrehglied PH auf, das über einen Phasenvergleicher PD so eingestellt wird, daß die an den beiden Signaleingängen der Koppelanordnung COP ankommenden Signale gleiche Phase aufweisen. Die Koppelanordnung COP bildet von diesen beiden eingangsseitigen Signalen am Ausgang S ein Summensignal und am Ausgang D ein Differenzsignal die den zugehörigen Empfängern RE1 und RE2 zugeführt werden. Diese Art der Phasenregelung durch den Phasenvergleicher PD ermöglicht eine außerordentlich schnelle Regelung im Sinne einer Optimierung des Summensignals und des Differenzsignals an den beiden Ausgängen S und D des Regelnetzwerks RN, so daß diese Regelung auch bei Anwendung eines schnellen Frequenzsprungverfahrens einsetzbar ist.

Weisen die beiden Rundstrahler, die die Hochfrequenzsignaleingänge für einen Diversityempfänger E abgeben einen gegenseitigen Abstand d auf, der größer ist als eine Wellenlänge der empfangenen Radioträgerfrequenz, dann muß damit gerechnet werden, daß die Feldstärke, mit der das ankommende Signal an den beiden Rundstrahlern einfällt, unterschiedlich groß ist. Um hier das Summensignal und das Differenzsignal an den Ausgängen S und D des Regelnetzwerkes RN zu optimieren, ist es sinnvoll, die an den bei den Signaleingängen der Koppelanordnung COP ankommenden Signale so zu regeln, daß sie nicht nur hinsichtlich ihrer Phase gleich sondern auch hinsichtlich ihrer Amplitude gleich groß sind.

Eine entsprechende Variante des Regelnetzwerkes RN zeigt Fig. 6. Auf seiten der Signaleingänge e1 und e2 weist dieses modifizierte Regelnetzwerk RN eine automatische Verstärkungsregeleinrichtung AGC auf, die die beiden ankommenden Signale an den Eingängen der Koppelanordnung COP miteinander vergleicht und den nötigen Ausgleich herstellt. Das einstellbare Phasendrehglied PH ist hier in Signalflußrichtung hinter der Verstärkungsregeleinrichtung AGC im einen Signalweg angeordnet, da im allgemeinen eine Amplitudenänderung auch eine Phasenänderung zur Folge hat. Durch die hier getroffene Anordnung wird sichergestellt, daß eine über die Verstärkungsregeleinrichtung AGC hervorgerufene Änderung der Signalverstärkung in einem der beiden Signalzweige und die dadurch hervorgerufene Phasenänderung durch das Phasendrehglied PH stets sofort ausgeregelt wird.

Fig. 7 zeigt noch eine Variante eines der vier sendeseitigen Koppelteilnetzwerke SKT des Koppelnetzwerks KN nach Fig. 1. Bei diesem sendeseitigen Koppelteilnetzwerk SKT wird davon ausgegangen, daß nicht immer alle Sender S der Sender-Empfängergarnituren G in Betrieb sind. Wenn also nur ein Sender S von den beiden Sendern, die über den sendeseitigen 3dB-Koppler KS auf den zugehörigen Rundstrahler der Antennenanordnung A arbeitet, ist es sinnvoll, hierzu den sendeseitigen 3dB-Koppler KS zu umgehen um die Koppeldämpfung zu vermeiden. Hierzu sind auf der Ausgangsseite der Richtungsleitung jeweils ein Umschalter S1 und S2 angeordnet, die den zugehörigen Sender wahlweise an den zugehörigen Eingang des sendeseitigen 3dB-Kopplers KS oder aber über einen zusätzlichen Schaltkontakt des Antennenumschalters AS unmittelbar mit dem zugehörigen Rundstrahler verbinden.

Gewerbliche Verwertbarkeit

Die beschriebene Funkleitstelle eignet sich in besonderer Weise für einen semimobilen Einsatz in einem taktischen mobilen Funknetz, läßt sich aber auch in gleicher Weise als ortsfeste Funküberleitstelle für zivile mobile Funknetze, beispielsweise im Bereich des öffentlichen Landfunkes einsetzen.

Liste der in den Figuren der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen

A = Antennenanordnung
A1, A2 . . . A8 = Rundstrahler
KN = Koppelnetzwerk
AS = Antennenumschalter
SKT = Koppelteilnetzwerk
KS = sendeseitiger 3dB-Koppler
R = Schaltkontakt Empfänger
T = Schaltkontakt Sender
I = Richtungsleitung
AV = Antennenvorverstärker
S = Sender
G = Sender-Empfängergarnitur
E = Diversityempfänger
B = Datenbus
St = Steuernetzwerk
IF = Schnittstelle
VM = Vermittlungseinrichtung
d = Kreisdurchmesser
RF = Radiofrequenzseite
U1, U2 = Zwischenfrequenzumsetzer
fa = Frequenzadresseneingang
SYN = Synthesizer
BP1, BP2 = Bandpaßfilter
KE = empfangsseitiger 3dB-Koppler
RN = Regelnetzwerk
e1, e2 = Signaleingang
PH = Phasendrehglied
PD = Phasenvergleicher
COP = Koppelanordnung
DM = Demodulator
RG = Regenerator
COM = Kommunikationsprozessor
RE1, RE2 = Empfänger
AGC = Verstärkungsregeleinrichtung
S1, S2 = Umschalter

Claims (8)

1. Funküberleitstelle für ein Mobilfunknetz mit mehreren, einander jeweils paarweise zugeordneten Sendern und Empfängern (Sender-Empfängergarnituren), bei der die Sender-Empfängergarnituren einerseits über eine Schnittstelle mit einer Vermittlungseinrichtung und andererseits über ein Koppelnetzwerk mit einer Antennenanordnung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnung (A) aus einer geraden Anzahl von Rundstrahlern (A1, A2 . . . A8) besteht, die gleichmäßig verteilt auf dem Umfang eines Kreises angeordnet sind, daß ferner die Empfänger der Sender-Empfängergarnituren (G) Diversityempfänger (E) sind, denen jeweils zwei Rundstrahler der Antennenanordnung als Empfangsantennen für den Empfang eines ankommenden Signals auf zwei Wegen zugeordnet sind und daß den Sendern (S) der Sender-Empfängergarnituren jeweils ein Rundstrahler der Antennenanordnung als Sendeantenne zur Verfügung steht.

2. Funküberleitstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einem Diversityempfänger (E) zugeordneten Rundstrahler (A1, A2 . . . A8) einen durch den Kreisdurchmesser (d) bestimmten gegenseitigen Abstand aufweisen.

3. Funküberleitstelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungsweg zwischen dem Ausgang eines Senders (S) einer Sender-Empfängergarnitur (G) und dem ihm zugeordneten Rundstrahler (A1, A2, . . . A8) eine Richtungsleitung (I) vorgesehen ist.

4. Funküberleitstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender (S) von zwei und mehr Sender-Empfängergarnituren (G) über eine 3dB-Koppleranordnung mit einem Rundstrahler (A1, A2 . . . A8) der Antennenanordnung (A) verbunden sind und daß hierbei jeder Sender über eine Richtungsleitung (I) mit der 3dB-Koppleranordnung in Verbindung steht.

5. Funküberleitstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundstrahler (A1, A2 . . . A8) der Antennenanordnung (A) über Antennenumschalter (AS) für sich wahlweise als Sende- oder als Empfangsantennen für die Sender-Empfängergarnituren (G) wirksam sind.

6. Funküberleitstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer vier Rundstrahler (A1, A2, A3, A4) aufweisenden Antennenanordnung (A) für acht Sender-Empfängergarnituren (G) jeweils zwei Sender über eine aus einem 3dB-Koppler (KS) bestehende 3dB-Koppleranordnung und jeweils vier Diversityempfänger (E) für jeweils einen Signalweg über einen Antennenvorverstärker (AV) an einen Rundstrahler mittels des zugehörigen Antennenumschalters (AS) wahlweise anschaltbar sind.

7. Funküberleitstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zuordnung von wenigstens zwei Sendern (S) einer Sender-Empfängergarnitur (G) zu einem Rundstrahler (A1, A2 . . . A8) der Antennenanordnung (A) wenigstens einer der Sender in Verbindung mit einem Umschalter (S1, S2) wahlweise unmittelbar über den Antennenumschalter (AS) mit dem Rundstrahler verbindbar ist.

8. Funküberleitstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender-Empfängergarnituren (G) jeweils mit einem Steuernetzwerk (St) für die wahlweise Durchführung eines Betriebs mit festen Radiofrequenzen oder eines Frequenzsprungbetriebes ausgerüstet sind und daß die Steuernetzwerke der Sender-Empfängergarnituren gemeinsam mit einem Datenbus (B) in Verbindung stehen.