DE69113251T2 - Funksendeempfänger. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die Realisierung des Frequenzsprungverfahrens in Funksendesystemen, Funkempfangssystemen und in Funktransceiversystemen.
• Die Spezifikationen des europäischen Mobilfunksystems GSM (General Systeme Mobile) definieren eine sogenannte Frequenzsprungfunktion, bei der die Sendefrequenz während der Signalübertragung und entsprechend die Empfangsfrequenz beim Empfangende kontinuierlich verändert werden, indem eine geeignete Anzahl von Frequenzen, beispielsweise vier vorbestimmte Frequenzen verwendet werden. Das Frequenzsprungverfahren hat zwei vorteilhafte Auswirkungen, nämlich Frequenzdiversity und Mehrfachinterferenz. Frequenzdiversity verbessert die Qualität einer Funkverbindung hauptsächlich in Fällen, wo der Funksender und der Funkempfänger sich langsam relativ zueinander bewegen. Falls die Frequenz einer Funkverbindung bei einem digitalen Mobilfunksystem von einem Kanalzeitschlitz zum anderen ausreichend geändert wird, korrelieren Fadingsituationen, die den verschiedenen Kanalzeitschlitzen anhängen, nicht miteinander, und dadurch verbessert die in dem System verwendete Zeitschlitz-Verschachtelung die übertragungsqualität beim Empfang, wenn ein Fading auftritt. Die Mehrfach-Interferenzwirkung basiert auf der Tatsache, daß die Frequenzsprungsequenzen der Basisstationen, die dieselben oder benachbarte Frequenzen verwenden, verschieden sind oder zumindest verschiedene Phasen haben, wodurch die Frequenzen, die sich Überlagern, ebenfalls von einem Zeitschlitz zum anderen variieren, und die Auswirkung von starken Störquellen wird zwischen mehreren Funkverbindungen geteilt und somit wird die Störwirkung bei einer individuellen Verbindung verringert.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Funksystem, das eine derartige Freguenzsprungfunktion realisiert, bereitzustellen.
• Dies wird mit Hilfe eines Funksendesystems gemäß der Erfindung erreicht, wobei das System Einrichtungen aufweist, um mindestens ein Signal auf mindestens zwei Sendefrequenzen zu senden, wobei die Sendefrequenzen in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Frequenzsprungsequenz variieren. Das System ist dadurch gekennzeichnet, daß es für jede Sendefrequenz einen Festfrequenz-Funksender aufweist und eine Einrichtung umfaßt, um mindestens das eine Signal als Basisbandsignal von den Basisbandsignal-Verarbeitungsstufen zu den Festfrequenz- Funksendern gemäß der Frequenzsprungsequenz umzuschalten.
• Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Funkempfangs- System, das Funkempfangseinrichtungen aufweist, um mindestens ein Signal auf mindestens zwei Empfangsfrequenzen zu empfangen, die in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Frequenzsprungsequenz variieren. Das System ist dadurch gekennzeichnet, daß es für jede Empfangsfrequenz einen Festfrequenz-Funkempfänger aufweist, und eine Einrichtung umfaßt, um mindestens das eine empfangene Signal als Basisbandsignal von den Festfrequenz- Funkempfängern zu den Basisbandsignal-Verarbeitungsstufen gemaß der Frequenzsprungsequenz umzuschalten.
• Die Erfindung betrifft ferner ein Funktransceiversystem, das Funktransceiver-Einrichtungen aufweist, um mindestens ein abgehendes Signal auf mindestens zwei Sendefrequenzen zu senden, die in Abhängigkeit einer vorbestimmten Frequenz-sprungsequenz variieren, und um mindestens ein ankommendes Signal auf mindestens zwei Empfangsfrequenzen zu empfangen, die in Abhängigkeit der Frequenzsprungsequenz variieren. Das System ist dadurch gekennzeichnet, daß es für jedes Paar von Sende- und Empfangsfrequenzen einen Festfrequenz-Funktransceiver aufweist und eine Einrichtung umfaßt, um mindestens das eine abgehende Signal als Basisbandsignal von den Basisbandsignal-Verarbeitungsstufen zu den Festfrequenz-Transceivern umzuschalten, und um mindestens das eine empfangene, ankommende Signal als Basisbandsignal von den Festfrequenz-Transceivern zu den Basisband-Verarbeitungsstufen in Abhängigkeit von der Frequenzsprungsequenz umzuschalten.
• Der Kerngedanke dieser Erfindung ist, daß ein separater, festgeschalteter Festfrequenzsender oder -empfänger für jede Sende- oder Empfangsfrequenz vorgesehen ist, und daß das Frequenzsprungverfahren ausgeführt wird, indem man die Basisbandsignale umschaltet. Zum Beispiel wird bewirkt, daß die Frequenz eines abgehenden Signals in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Sprungalgorithmus springt, indem man ein Basisbandsignal der Reihe nach zu den verschiedenen Sendern umschaltet. Die Signale von den Festfrequenzsendern werden von einer Kombinationseinrichtung zu einer Sendeantenne zusammengefaßt.
• Die Erfindung bietet eine Lösung zu einem ernsthaften Problem in Verbindung mit der Realisierung des Frequenzsprungverfahrens insbesondere bei dem GSM-System. Gemäß dem Frequenzsprungalgorithmus muß die Basisstation des Systems die Frequenz der Funkverbindung zweimal innerhalb jedes Signalrahmens ändern. Da die Basisstation den TDMA-Rahmen in jeden Zeitschlitz sendet, ist es notwendig, daß die Sendefrequenz während eines Schutzintervalls von ungefähr 30 us zwischen den Zeitschlitzen geändert werden kann. Die Frequenzsynthesizer der Sender und die Kombinationseinrichtung, die die gesendeten Signale zu einer gemeinsamen Antenne zusammenfaßt, müssen ebenfalls genügend Zeit haben, sich in einer zeitlich regulierten Beziehung an den Frequenzsprungalgorithmus anzupassen, falls Sender mit variablen Frequenzen verwendet werden. In Wirklichkeit ist jedoch die Realisierung insbesondere von Sendefiltern mit variabler Frequenz auf eine solche Weise, daß sie ausreichend schnell und wirtschaftlich sind, sehr schwierig. Die Realisierung der Kombinationseinrichtung ohne Sendefilter oder Breitband-Sendefilter führt zu komplizierten Konstruktionen und hohen Signaldämpfungen. Wenn Festfrequenz-Funksender gemäß der Erfindung verwendet werden, können die Sendefilter ebenfalls fest eingestellt werden, um somit die oben genannten Probleme zu vermeiden. Ferner ist die Konstruktion des Festfrequenzsenders (Frequenzsynthesizer) einfacher und vorteilhafter als die Konstruktion des Senders mit variabler Frequenz. Dasselbe gilt für den Empfänger.
• Die Erfindung wird nun im Detail anhand einer Ausführungsform in bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Transceiversystems gemäß der Erfindung;
• Fig. 2 ein Blockschaltbild mit den wesentlichen Merkmalen der Basisbandeinheiten 7a bis 7c von Fig. 1; und
• Fig. 3 das Multiplexverfahren der seriellen Zeitmultiplexbusse 8a und 9a von Fig. 1 in die Sende- und Empfangsrichtung.
• Das Frequenzsprungverfahren gemäß der Erfindung kann bei jedem Funksystem angewendet werden, das mehrere Funksender, Funkempfänger oder Funktransceiver aufweist. Es ist jedoch insbesondere für den Gebrauch bei digitalen Zellular-Mobilfunksystemen wie z. B. bei dem GSM-Mobilfunksystem geeignet, um das Frequenzsprungverfahren bei der Funkverbindung zwischen den Basisstationen und den Mobilfunkstationen (beispielsweise Mobiltelefone) zu realisieren.
• Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Transceiversystems gemäß der Erfindung. Das System weist mindestens zwei, vorzugsweise vier Transceivereinheiten 6a, 6b und 6c auf. Beim GSM-System arbeitet jeder Transceiver im Duplexbetrieb und der Duplexabstand zwischen seinen empfangenen und sendenden RF-Frequenzen beträgt 45 MHz. Der vom System verwendete Frequenzbereich liegt vorzugsweise zwischen 800 und 1000 MHZ. Die Transceiver 6a bis 6c weisen wechselseitig unterschiedliche, feste Sende- und Empfangsfrequenzen auf. Die Ausgänge 10a bis 10c der Transceiver 6a bis 6c sind mit einer Funkfrequenz-Kombinationseinrichtung 1 verbunden, die die Sender der Transceiver 6a bis 6c zu einer gemeinsamen Sendeantenne 2 und die Empfänger zu einer gemeinsamen Empfangsantenne 3 zusammenfaßt. Alternativ können zwei Empfangsantennen vorgesehen sein, falls Mehrfachempfang angewendet wird. Die Funkfrequenz-Kombinationseinrichtung 1 enthält ein Sendefilter vom Bandpaßtyp für den Sender jeder Transceivereinheit 6, wobei das Filter automatisch oder manuell auf die Sendefrequenz des einzelnen Senders abgestimmt wird. Dementsprechend umfaßt die Kombinationseinrichtung 1 ein Empfangsfilter für die Empfänger jeder Transceivereinheit 6, wobei das Filter von dem Antennensignal ein Signal in das Band der Empfangsfrequenzen abtrennt, daraufhin verstärkt und es auf sämtliche Empfänger verteilt.
• Das System von Fig. 1 umfaßt ferner mehrere Basisbandsignal- Verarbeitungseinheiten 7a, 7b und 7c, die für die Transceivereinheiten 6a bis 6c Basisband-Modulationssignale erzeugen und die von den Transceivern empfangenen und in die Basisbandfrequenz umgewandelten Signale verarbeiten. Eine Schaltmatrix 5 vom Koppelpunkttyp ist zwischen den Transceivereinheiten 6a bis 6c und den Basisbandsignal-Verarbeitungseinheiten 7a bis 7c vorgesehen. Diese Matrix schaltet die Basisband-Sendesignale, die von den Basisbandsignal-Verarbeitungseinheiten 7 erzeugt werden, zu den verschiedenen Transceivern 6a bis 6c gemäß einer vorbestimmten Frequenzsprungsequenz auf eine solche Weise um, daß die Sendefrequenz eines Signals, das von einer bestimmten Basisbandsignal-Verarbeitungseinheit 7 erzeugt wird, von einer Sendefrequenz zur nächsten springt. Entsprechend schaltet die Schaltmatrix 5 die von den Transceivern empfangenen und in die Basisbandfrequenz umgewandelten Signale zu den Basisbandsignal- Verarbeitungseinheiten 7a bis 7c in Abhängigkeit von der vorbestimmten Frequenzsprungsequenz um.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das zu sendende Signal ein serielles, digitales Zeitmultiplex-Signal, das mehrere, vorzugsweise acht Kanalzeitschlitze aufweist. Fig. 2 zeigt die Hauptfunktionsschaltungen der Signal-Verarbeitungseinheiten 7a bis 7c von Fig. 1 für das oben beschriebene Digitalsignal. Die Basisbandverarbeitung der Signale findet vollständig in den Einheiten 7a bis 7c statt. Im allgemeinen werden die zu sendenden Daten kodiert und in einer Rahmenstruktur des Signals in den Basisbandsignal-Verarbeitungseinheiten 7a bis 7c angeordnet. Beim Empfang werden die Daten demoduliert, die Rahmenstruktur wird zerlegt, und die Decodierung wird durchgeführt. Insbesondere werden die Daten (beispielsweise Sprache) von anderen Teilen des Funksystems, wie z. B. von der Steuerung der Basisstation bei dem GSM-System von einer Kanal-Codiereinheit 71 vor der Übertragung verarbeitet. Die Kanal-Codiereinheit 71 kann beispielsweise die folgenden Funktionen durchführen: Anpassung der Übertragungsgeschwindigkeit, Kanalcodierung, Verschachtelung, Verschlüsselung, Aufbau eines TDMA-Rahmens und Einstellen der Senderleistungssteuerung. Innerhalb jedes Zeitschlitzes sendet die Einheit 71 ein Bündel, welches die Daten enthält, die in diesen speziellen Zeitschlitz gesendet werden sollen, zu einer Schnittstelleneinheit 74. Die Schnittstelle 74 wandelt die von der Einheit 71 empfangenen parallele Daten in eine serielle Form um und sendet sie in serieller Form über die Schaltmatrix 5 zu den einzelnen Transceivern 6a bis 6b, wobei die Matrix 5 das serielle Basisbandsignal in einem entsprechenden Zeitschlitz zu einem der Transceiver in Abhängigkeit von dem Frequenzsprungalgorithmus umschaltet. Entsprechend empfängt die Schnittstelle 74 ein serielles Signal von einem Bus 8 innerhalb jedes empfangenden Zeitschlitzes. Das serielle Signal wird von der Schaltmatrix 5 in Abhängigkeit von dem Frequenzsprungalgorithmus ausgewählt und enthält Basisband-Abtastwerte, die von dem Signal abgeleitet werden, das von einem Transceiver 6a bis 6c empfangen wird. Die Schnittstelle 74 gibt diese Abtastwerte in paralleler Form an einen Demodulator 73 ab, der diese Abtastwerte verarbeitet. Der Demodulator 73 umfaßt beispielsweise die folgenden Funktionen: Puffern der Abtastwerte, Entschlüsselung, GMSK-Demodulation. Der Demodulator 73 gibt die dernodulierten Daten an eine Kanal-Decodiereinheit 72 ab, die beispielsweise die folgenden Funktionen ausführt: Zusammenfassen der Signale von verschiedenen Antennen, wenn eine Mehrfachantenne verwendet wird (2 Empfangsantennen), Zerlegen der Rahmenstruktur, Unterbrechen der Verschachtelung, Faltungsdecodierung, Blockdecodierung, zyklische Blocksicherung (CRC) und Fehlerberichtigung, Anpassung der Übertragungsgeschwindigkeit. Die Kanal-Decodiereinheit 72 sendet die decodierten Daten ferner an andere Einheiten und, beispielsweise, an die Steuerung der Basisstation des GSM-Systems, wenn sich das Transceiver-System bei der Basisstation befindet.
• In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Modulator, der dem Demodulator 73 entspricht, in jedem Transceiver 6a bis 6c vorgesehen, wobei der Modulator die zu sendenden Daten moduliert und in eine geeignete Funktfrequenz umwandelt. Entsprechend werden die beim Empfang empfangenen Daten von dem Transceiver in eine Basisbandfrequenz umgewandelt und für die Demodulation verarbeitet. Die Demodulation findet erst in den Einheiten 7a bis 7c statt. Zusätzlich weist jeder Transceiver 6a bis 6b eine Einheit auf, die der seriellen Schnittstelleneinheit 74 entspricht, um das serielle Signal von der Basisbandeinheit 7a bis 7c über die Schaltmatrix 5 zu empfangen, wobei die Basisbandeinheit mit der Schaltmatrix ständig verbunden ist, und um entsprechend ein serielles Signal zu derselben Basisbandeinheit zu senden.
• Wie oben schon erwähnt, besitzt jede Basisbandsignal-Verarbeitungseinheit 7a bis 7c einen doppelgerichteten seriellen Bus 8a bis 8c, der sie mit einem jeweiligen Anschluß in der Schaltmatrix verbindet. Gleichermaßen ist jeder Transceiver 6a bis 6c über einen separaten doppelgerichteten seriellen Bus 9a bis 9c mit einem jeweiligen Anschluß in der Schaltmatrix 5 verbunden. Somit wird eine doppelgerichtete, digitale Zeitteilerverbindung zwischen jeder Signalverarbeitungseinheit 7 und dem speziellen Transceiver errichtet, der damit gemäß dem Frequenzsprungalgorithmus über die Schaltmatrix verbunden ist. Vorzugsweise werden die Basisbandsignal-Verarbeitungseinrichtungen 7a bis 7c nach jeder Übertragung oder nach jedem Empfang eines Kanalzeitschlitzes während den Schutzintervallen zwischen den Kanalzeitschlitzen mit einem neuen Transceiver verbunden. Doppelgerichtet bedeutet, daß derselbe Bus bei verschiedenen Zeiten für die Zeitschlitze in sowohl der Übertragungsrichtung als auch in der Empfangsrichtung verwendet wird. Ein Zeitschlitz, der die GSM-Spezifikation erfüllt, kann in mehrere, kürzere Zeitfenster zur Leitung dieses seriellen Busses unterteilt werden, wobei die Fenster dem Senden (Tx), dem Empfang (Rx) und dem Testen (Test), wie in Fig. 3 gezeigt, zugeordnet sind. Die veranschaulichte Zeiteinteilung dieser seriellen Verbindung ist möglich aufgrund der Tatsache, daß die Sende- und Empfangsmomente des GSM-Systems nicht simultan sind. Eine solche serielle, doppeltgerichtete Übertragung zwischen den Einheiten 7a bis 7c und 6a bis 6c ist im Vergleich mit einem parallelen Bus einfacher und vorteilhafter, außerdem reduziert sie den Bedarf an Kabelverlegungen, da derselbe Bus sowohl in der Sende- als auch in der Empfangsrichtung verwendet wird und die Realisierung der Schaltmatrix 5 vereinfacht.
• Die beigefügten Zeichnungen und die darauf bezogene Beschreibung sollen nur die Erfindung veranschaulichen. Die Systeme gemäß der Erfindung können im Detail innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche variieren.

Claims (11)

1. Funksystem, das Einrichtungen (6a bis 6c) aufweist, um mindestens ein Signal auf mindestens zwei Sendefrequenzen zu senden, wobei die Sendefrequenzen in Abhängigkeit von einer vorbestimmenten Frequenzsprungsequenz variieren, dadurch gekennzeichnet,

daß das System folgendes aufweist: einen Festfrequenz-Funksender (6a bis 6c) für jede Sendefrequenz und

eine Einrichtung (5), um mindestens das eine Signal als Basisbandsignal von Basisbandsignal-Verarbeitungsstufen (7a bis 7c) zu den Festfrequenz-Funksendern (6a bis 6c) gemäß der Frequenzsprungsequenz umzuschalten.

2. Funkempfangssystem, das Einrichtungen (6a bis 6c) aufweist, um mindestens ein Signal auf mindestens zwei Empfangsfrequenzen zu empfangen, die in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Frequenzsprungsequenz variieren, dadurch gekennzeichnet,

daß das System folgendes aufweist:

einen Festfrequenz-Funkempfänger (6a bis 6b) für jede Empfangsfrequenz und

eine Einrichtung, um mindestens das eine empfangene Signal als Basisbandsignal von den Festfrequenz-Funkempfängern (6a bis 6c) zu Basisbandsignal-Verarbeitungsstufen (7a bis 7c) gemäß der Frequenzsprungsequenz umzuschalten.

3. Funktransceiversystem, das Funktransceiver-Einrichtungen (6a bis 6c) aufweist, um mindestens ein abgehendes Signal auf mindestens zwei Sendefrequenzen zu senden, wobei die Sendefrequenzen in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Frequenzsprungsequenz variieren, und um mindestens ein ankommendes Signal auf mindestens zwei Empfangsfrequenzen zu empfangen, wobei die Empfangsfrequenzen in Abhängigkeit von der Frequenzsprungsequenz variieren, dadurch gekennzeichnet,

daß das System folgendes aufweist:

einen Festfrequenz-Funktransceiver (6a bis 6c) für jedes Paar von Sende- und Empfangsfrequenzen und

eine Einrichtung, um mindestens das eine abgehende Signal als Basisbandsignal von Basisbandsignal-Verarbeitungsstufen (7a bis 7c) zu den Festfrequenz-Transceivern (6a bis 6c) umzuschalten und um mindestens das eine empfangene, ankommende Signal als Basisbandsignal von den Festfrequenz-Transceivern zu den Basisbandsignal-Verarbeitungsstufen (7a bis 7c) in Abhängigkeit von der Frequenzsprungsequenz umzuschalten.

4. System nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schalteinrichtung (5) eine Schaltmatrix ist.

5. System nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens das eine Basisbandsignal ein serielles Digitalsignal ist.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet

daß das serielle Digitalsignal ein Zeitmultiplex-Signal ist, das acht Kanalzeitschlitze aufweist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Basisbandsignal-Verarbeitungseinrichtungen nach jedem Senden oder Empfangen eines Kanalzeitschlitzes in Abhängigkeit von der Frequenzsprungsequenz auf einen anderen Funksender oder -empfänger umgeschaltet wird.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die Basisbandsignal-Verarbeitungseinrichtungen (7a bis 7c) vorzugsweise nach jedem Senden oder Empfangen eines Kanalzeitschlitzes während Schutzintervallen zwischen den Kanalzeitschlitzen zu einem neuen Transceiver umgeschaltet wird.

9. System nach Anspruch 1 oder nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die Funksender an eine gemeinsame Antenne mittels einer Kombinationseinheit (1) gekoppelt sind, die für jeden Funksender ein Sendefilter aufweist.

10. Transceiversystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

daß das System mehrere Basisbandsignal-Verarbeitungseinheiten (7a bis 7c) aufweist, die jeweils ein empfangenes ankommendes Zeitmultiplexsignal und ein abgehendes Zeitmultiplexsignal verarbeiten,

und daß jede Basisbandeinheit (7a bis 7c) an die Transceiver (6a bis 6c) über einen seriellen Zeitteiler (8, 9) anschließbar ist, der durch die Schalteinrichtung (5) sowohl den Empfangs- als auch den Sende-Richtungssignalen der Basisbandeinheit gemeinsam zugeordnet ist.

11. Transceiversystern nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß Steuersignale über den seriellen Zeitteiler (8, 9) zumindest von der Basisbandeinheit zu dem Transceiver gesendet werden.