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Bereich der
Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft
die Verbindung von Funkgeräten
mit Antennen und insbesondere eine modulare Verbindungsmatrix, um
ein beliebiges einer Vielzahl von Funkgeräten mit einer beliebigen einer Vielzahl
von Antennen über
eine Matrix zu verbinden.
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Der Erfindung
zugrunde liegender allgemeiner Stand der Technik
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In einer Landmobilfunk-Basisstation
werden gewöhnlich
mehrere Antennen verwendet, um Hochfrequenz-(HF-)Signale für eine Vielzahl
von Funkkanaleinheiten (Funkgeräten)
zu senden und zu empfangen. Bei diesen bekannten Systemen umfasst
jede Funkkanaleinheit einen Sendeteil, um HF-Signale zu erzeugen
und sie bei der Betriebsfrequenz der Funkkanaleinheit zu senden,
und einen Empfangsteil, um HF-Signale bei der Betriebsfrequenz der
Funkkanaleinheit zu empfangen.
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Zum Senden von HF-Signalen wird jede
Antenne mit einer oder mehreren der Funkkanaleinheiten verbunden,
um vom Sendeteil der entsprechenden Funkkanaleinheiten bereitgestellte
Signale zu senden. Wenn mehr als eine Funkkanaleinheit HF-Signale über eine
einzige Antenne senden soll, werden die von den Funkkanaleinheiten
bereitgestellten HF-Signale in einem Kombinator (combiner) verknüpft, und
der Kombinator stellt der Antenne die verknüpften HF-Signale bereit, damit
diese sie senden kann.
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Zum Empfang von HF-Signalen wird
jede Antenne mit einer oder mehreren der Funkkanaleinheiten verbunden,
um dem Empfangsteil der Funkkanaleinheiten emp fangene HF-Signale
bereitzustellen. Wenn die Antenne mehr als einer Funkkanaleinheit
empfangene HF-Signale bereitstellen soll, wird der Ausgang der Antenne
mit einem Teiler (Splitter) verbunden, der das von der zugehörigen Antenne
empfangene HF-Signal in eine Vielzahl von Signalteilen gleicher
Leistung teilt. Die Teile des empfangenen HF-Signals werden dann
den zugehörigen
Funkkanaleinheiten bereitgestellt. Wenn die Funkkanaleinheit einen
Empfänger
für Mehrwegeempfang
(Diversity-Empfänger)
umfasst, beispielsweise einen Empfänger mit zwei Eingängen, der
zwischen den beiden HF-Signalen das stärkste HF-Signal zur Demodulation
auswählen
kann, wird die Funkkanaleinheit mit zwei Antennen verbunden.
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Bei der vorstehend beschriebenen
Landmobilfunk-Basisstation wird jede Funkkanaleinheit direkt mit einer
oder zwei ihr zugeordneten Antennen verbunden, um HF-Signale zu senden
und zu empfangen. Daher müssen
die Antennen im Allgemeinen über
Rundstrahl-Eigenschaften verfügen,
um den korrekten Empfang von HF-Signalen
von Mobilfunkgeräten
und das Senden von HF-Signalen an Mobilfunkgeräte (Mobilfunkteilnehmer) sicherzustellen.
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Es ist allgemein bekannt, dass sich
eine verbesserte Übertragung
und ein verbesserter Empfang von HF-Signalen zwischen einer Funkkanaleinheit
an einer Mobilfunk-Basisstation und einem Mobilfunkteilnehmer erreichen
lassen, indem man eine Gruppe von Richtantennen an der Mobilfunk-Basisstation
verwendet. Bei einer solchen Mobilfunk-Basisstation, die über eine
große
Zahl von Funkkanaleinheiten, beispielsweise 60 Funkkanaleinheiten,
und eine große
Zahl von Richtantennen, beispielsweise 16 Richtantennen, verfügt, gibt es
jedoch ein erhebliches Problem in Bezug auf die Verbindung des Sendeteils
und des Empfangsteils der Funkkanaleinheiten mit den Richtantennen,
um eine optimale Sende- beziehungsweise Empfangsqualität der HF-Signale
zu erzielen.
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Ein Funknetz mit einer Koppelanordnung,
die dazu dient, Funkgeräte
mit einer aus einer Vielzahl von Antennen ausgewählten Antenne zu verbinden,
ist in der Europäischen
Patentschrift
EP 0439 939 offen
gelegt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Zu den Aufgaben der Erfindung gehört der Aufbau
einer modularen Verbindungsmatrix, um eine beliebige einer Vielzahl
von Funkkanaleinheiten mit einer beliebigen einer Vielzahl von Antennen über eine
Matrix zu verbinden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht in der Bereitstellung einer modularen Verbindungsmatrix,
die eine Vielzahl von Modulen hat, welche schnell zusammengebaut
werden können,
um eine Vielzahl (N) von Antennen mit einer Vielzahl (M) von Funkkanaleinheiten über eine
Matrix zu verbinden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht in der Bereitstellung einer modularen Verbindungsmatrix
mit Modulen, die über
Koaxialschnelltrennstecker verfügen,
um eine Vielzahl (N) von Antennen mit einer Vielzahl (M) von Funkkanaleinheiten über eine
Matrix zu verbinden.
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Noch eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht in der Bereitstellung einer modularen Verbindungsmatrix
mit einer Vielzahl von Modulen, die leicht und wirtschaftlich herzustellen
sind und sich einfach zusammenbauen lassen, um eine Vielzahl (M)
von Funkkanaleinheiten mit einer Vielzahl (N) von Antennen über eine
Matrix zu verbinden.
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Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht in der Bereitstellung einer modularen Verbindungsmatrix,
um ein Empfangsgerät
(receive terminal) einer jeden einer Vielzahl von Funkkanaleinheiten
mit einer beliebigen einer Vielzahl von Antennen dynamisch zu verbinden,
die, normalerweise während
einer Abtastperiode, bei der Betriebsfrequenz der einen Funkkanaleinheit
die größte Signalstärke bei
den empfangenen HF-Signalen aufweist.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht in der Bereitstellung einer modularen Verbindungsmatrix,
um ein Sendegerät
(transmit terminal) einer jeden einer Vielzahl von Funkkanaleinheiten
mit einer beliebigen einer Vielzahl von Antennen dynamisch zu verbinden,
die, normalerweise während
einer Abtastperiode, am besten geeignet ist, um HF-Signale bei der
Betriebsfrequenz der einen Funkka naleinheit in eine Richtung zu
senden, die dem für
die gesendeten HF-Signale gewünschten
Ziel entspricht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
verbindet eine modulare Verbindungsmatrix eine Vielzahl (M) von Funkkanaleinheiten
mit einer Vielzahl (N) von Antennen; jede Funkkanaleinheit wird
mit einem ersten Anschluss an einem entsprechenden ersten Schaltmodul
verbunden, das über
eine Vielzahl (N) von zweiten Anschlüssen verfügt, und jede Antenne wird mit
einem ersten Anschluss eines entsprechenden Antennenschnittstellenmoduls
verbunden, das über
eine Vielzahl (X) von zweiten Anschlüssen verfügt; die zweiten Anschlüsse an den
ersten Schaltmodulen werden so konfiguriert, dass sie mit den zweiten
Anschlüssen
an den Antennenschnittstellenmodulen verbunden werden können, und
die zweiten Anschlüsse
an den Modulen sind so angeordnet, dass mindestens ein zweiter Anschluss
an jedem der ersten Schaltmodule mit mindestens einem zweiten Anschluss
an jedem der Antennenschnittstellenmodule verbunden werden kann;
jedes der ersten Schaltmodule ermöglicht die Verbindung des ersten
Anschlusses mit einem beliebigen der zweiten Anschlüsse, wodurch
jede Funkkanaleinheit mit einer beliebigen der Antennen verbunden
werden kann.
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In weiterer Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung wird eine Schaltersteuerung bereitgestellt, die die Verbindung
des ersten Anschlusses mit einem beliebigen der zweiten Anschlüsse an den
ersten Schaltmodulen steuert.
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In noch weiterer Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung wird ein Paar modularer Verbindungsmatrizen bereitgestellt,
das eine modulare Funksignal-Sendeverbindungsmatrix
beinhaltet, die dazu dient, ein Sendegerät einer jeden der Funkkanaleinheiten
mit einer beliebigen der Antennen zu verbinden, um HF-Signale zu
senden, sowie eine modulare Funksignal-Empfangsverbindungsmatrix,
die dazu dient, ein Empfangsgerät
einer jeden der Funkkanaleinheiten mit einer beliebigen der Antennen
zu verbinden, um den entsprechenden Funkkanaleinheiten von den Antennen
empfangene HF-Signale bereitzustellen.
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In weiterer Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung wird bei der modularen Funksignal-Empfangsverbindungsmatrix
der erste Anschluss an jedem ersten Schaltmodul mit einem Empfangsanschluss
an der entsprechenden Funkkanaleinheit verbunden, und jedes Antennenschnittstellenmodul
ist ein Splitter, der ein von der entsprechenden Antenne empfangenes
Signal in eine Vielzahl (X) von geteilten Signalen teilt, von denen
jedes die gleiche Signalstärke,
nämlich
einen Bruchteil (1/X) der empfangenen Signalstärke, hat.
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In weiterer Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung umfasst die Schaltersteuerung eine Vielzahl (Y) von zweiten
Schaltmodulen, die über
eine Vielzahl (N) von zweiten Anschlüssen sowie einen ersten Anschluss
verfügen,
der mit einem Abtastempfänger
verbunden wird, wobei jeder Abtastempfänger entsprechenden der Funkkanaleinheiten
zugeordnet wird; wobei die zweiten Anschlüsse an den zweiten Schaltmodulen
so konfiguriert werden, dass sie mit den zweiten Anschlüssen an
den Antennenschnittstellenmodulen verbunden werden können, und
die zweiten Anschlüsse
an den Modulen werden so angeordnet, dass mindestens ein zweiter
Anschluss an jedem zweiten Schaltmodul mit mindestens einem zweiten
Anschluss an jedem der Antennenschnittstellenmodule verbunden werden
kann. Jedes zweite Schaltmodul wird so konfiguriert, dass jeder
Abtastempfänger
mit einer beliebigen der Antennen verbunden werden kann, und jeder
Abtastempfänger stellt
einem Mikrocontroller Ausgangsdatensignale bereit, die die an jeder
der Antennen bei den Betriebsfrequenzen der entsprechenden der Funkkanaleinheiten
empfangene Signalstärke
angeben, um die Antenne zu ermitteln, die bei der zugewiesenen Frequenz
der entsprechenden der Funkkanaleinheiten die größte Signalstärke aufweist,
wobei der Mikrocontroller den ersten Schaltmodulen des Weiteren
Steuersignale bereitstellt, um jede Funkkanaleinheit mit der Antenne
zu verbinden, welche als die Antenne angegeben wird, die bei der Betriebsfrequenz
der Funkkanaleinheit die größte Signalstärke aufweist.
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In weiterer Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung wird bei der modularen Funksignal-Sendeverbindungsmatrix
der erste Anschluss an jedem ersten Schaltmodul mit einem Sendeanschluss
an der entsprechenden Funkkanaleinheit verbunden, und jedes Antennenschnittstellenmodul
ist ein Kombinator, der von den Funkkanaleinheiten an seinen zweiten
Anschlüssen
bereitgestellte HF-Signale zu einem kombinierten HF-Signal verknüpft, welches über den
zweiten Anschluss des Antennenschnittstellenmoduls einer entsprechenden
Antenne bereitgestellt wird.
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Weiterhin in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung verfügt
jede Funkkanaleinheit über
einen Diversity-Empfänger,
der Signale von zwei Antennen empfangen und das Signal mit der größten Signalstärke feststellen
kann, und jedes erste Schaltmodul in einer modularen Funksignal-Empfangsverbindungsmatrix
ist mit zwei ersten Anschlüssen
zur Verbindung mit den beiden Diversity-Empfängeranschlüssen des
entsprechenden Diversity-Empfängers
der Funkkanaleinheit versehen, der Mikrocontroller stellt den ersten Schaltmodulen
Steuersignale bereit, die die beiden Antennen anzeigen, welche bei
der Betriebsfrequenz einer jeden der zugehörigen Funkkanaleinheiten die
größere Signalstärke aufweisen,
und die ersten Schaltmodule verbinden einen der ersten Anschlüsse mit
der Antenne, die die größte Signalstärke aufweist,
und den anderen der ersten Anschlüsse mit der Antenne, die die
zweitgrößte Signalstärke aufweist.
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In noch weiterer Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung steuert der Mikrocontroller jedes erste Schaltmodul in
der modularen Funksignal-Sendeverbindungsmatrix
so, dass der erste Anschluss mit der Antenne verbunden wird, die
als die Antenne mit der größten Signalstärke angegeben
wird, wenn ein Signal für
die entsprechende Funkkanaleinheit in der modularen Funksignal-Empfangsverbindungsmatrix
empfangen wird.
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Die vorliegende Erfindung stellt
eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar,
indem sie zwischen einer Vielzahl von Funkkanaleinheiten und einer
Vielzahl von Antennen eine modulare Verbindungsmatrix bereitstellt.
Eine solche modulare Verbindungsmatrix gestattet die Verwendung
einer Vielzahl von Richtantennen an einer Landmobilfunk-Basisstation,
um HF-Signale besser senden und empfangen zu können. Darüber hinaus können die
modularen Komponenten, die die Matrix bilden, einfach hergestellt
und getestet werden, und sie stellen daher ein einfaches und wirtschaftliches
Mittel zur Verbindung von Funkkanaleinheiten mit Antennen bereit.
Die modularen Einheiten der modularen Verbindungsmatrix lassen sich
einfach zusammenbauen und stellen eine zuverlässige Verbindung zwischen einer
beliebigen Funkkanaleinheit und einer beliebigen Antenne bereit.
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Die vorstehenden und andere Aufgaben,
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden
ausführlichen
Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung
und bei Betrachtung der beigefügten
Zeichnungen deutlicher hervor.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Blockschaltbild der modularen Verbindungsmatrix der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine perspektivische Darstellung eines aus Splitter und Kombinator
bestehenden Moduls der modularen Verbindungsmatrix von 1;
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3 ist
eine perspektivische Darstellung eines ersten Schaltmoduls der modularen
Verbindungsmatrix von 1;
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4 ist
eine perspektivische Darstellung eines zweiten Schaltmoduls der
modularen Verbindungsmatrix von 1;
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5 ist
eine perspektivische Darstellung der modularen Verbindungsmatrix
von 1;
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6 ist
eine Seitenansicht eines Koaxialschnelltrennsteckverbinders;
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7 ist
eine Seitenansicht eines Koaxialschnelltrennsteckverbinders;
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8 ist
eine Blockschaltbild einer modularen Verbindungsmatrix, die zum
Senden von HF-Signalen verwendet wird;
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9 ist
eine Blockschaltbild einer ersten alternativen Ausführungsform
der modularen Verbindungsmatrix von 1;
und
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10 ist
eine Blockschaltbild einer zweiten alternativen Ausführungsform
der modularen Verbindungsmatrix von 1.
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Beste Art
und Weise der Durchführung
der Erfindung
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Bezug nehmend auf 1, wird die modulare Verbindungsmatrix 200 dazu
verwendet, eine Vielzahl (N) von Antennen 202 mit einer
Vielzahl (M) von Funkkanaleinheiten 203 zu verbinden. 1 ist ein Beispiel für eine modulare
Funksignal-Empfangsverbindungsmatrix,
z. B. eine modulare Verbindungsmatrix, die verwendet wird, um Empfangsgeräten, die
an den Funkkanaleinheiten 203 montiert sind, an den Antennen 202 empfangene
Signale bereitzustellen. Obgleich die Erfindung in 1 mit Bezug auf den Empfang von Signalen
durch die Funkkanaleinheiten beschrieben und veranschaulicht ist,
kann die Erfindung ebenso für
das Senden von HF-Signalen verwendet werden, die von den Funkkanaleinheiten
bereitgestellt werden, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
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Die modulare Verbindungsmatrix 200 umfasst
eine Vielzahl (N) von Signalteilermodulen 205, wobei ein
Signalteilermodul 205 jeder der Antennen 202 zugeordnet
ist. Jede Antenne 202 ist mit ihren zugehörigen Signalteilermodulen 205 über ein
Bandpassfilter 208 und einen einstellbaren Vorverstärker 210 verbunden,
der die empfangenen Signale verstärkt, bevor sie den Signalteilern 205 zugeführt werden.
In 1 sind sechzehn (16)
Antennen 202 gezeigt, die mit sechzehn (16) Signalteilermodulen 205 verbunden
sind. Bei den Signalteilermodulen 205 handelt es sich um
Leistungsteiler, die die verstärkten
HF-Signale in eine Vielzahl (X) gleicher Teile teilen, beispielsweise
hat jedes der gleichen Teile die gleiche Signalcharakteristik (Signalform)
wie das verstärkte
HF-Signal bei einem Bruchteil (1/X) der Signalstärke. Zum Beispiel kann ein
20-poliger Leistungsteiler mit einem Frequenzbereich von 824 MHz
bis 894 MHz und einer Einfügungsdämpfung von
16 dB zur Verwendung als Signalteiler gewählt werden. In 2 ist jedes Signalteilermodul 205 als
ein Modul gezeigt, das das empfangene HF-Signal in 20 gleiche Teile
teilt.
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Auch Bezug nehmend auf 2, umfasst das Signalteilermodul 205 einen
Eingangsanschluss 212, an dem die von der Antenne bereitgestellten
verstärkten
Signale in das Signalteilermodul 205 eingegeben werden.
Das Signalteilermodul 205 umfasst auch eine Vielzahl (X)
von Ausgangsanschlüssen 215,
an denen die glei chen Teile der verstärkten HF-Signale bereitgestellt
werden. 3 zeigt das
Signalteilermodul 205, das 20 Ausgangsanschlüsse hat.
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Nochmals Bezug nehmend auf 1, umfasst die modulare
Verbindungsmatrix 200 auch eine Vielzahl (M) von ersten
Schaltmodulen (Funkschaltmodulen) 217. Jeder Funkkanaleinheit 203 ist
ein erstes Schaltmodul 217 zugeordnet. Auch Bezug nehmend
auf 3, umfasst jedes
der ersten Schaltmodule 217 ein Paar erste Anschlüsse 222 zur
Verbindung mit einem Paar Empfängeranschlüssen an
der entsprechenden Funkkanaleinheit 203 (1). Jedes erste Schaltmodul 217 umfasst
auch eine Vielzahl (N) von zweiten Anschlüssen 225. Jeder der
ersten Anschlüsse 222 und
jeder der zweiten Anschlüsse 225 ist
mit einem elektronischen Schalter 230 verbunden, der sich
in dem ersten Schaltmodul 217 befindet. Der elektronische
Schalter 230 ist auch mit einem Erdungsanschluss 231,
einem Stromversorgungsanschluss 232 und einem Steueranschluss 235 verbunden,
die an dem ersten Schaltmodul 217 angebracht sind. Wie
nachstehend ausführlicher beschrieben
wird, ist der elektronische Schalter 230 ein zweipoliger
Schalter mit N Schaltstellungen, der durch Steuersignale betätigt wird,
die dem Steueranschluss 235 bereitgestellt werden, um jeden
der ersten Anschlüsse 222 mit
einem der zweiten Anschlüsse 225 zu
verbinden. Der elektronische Schalter 230 kann ein zweipoliger
elektronischer Schalter mit sechzehn Schaltstellungen vom Typ SW9481
sein, der von der Celwave Divison von Raclio Frequency Systems,
Inc. hergestellt, von einem 15-V-Gleichspannungsnetzgerät versorgt
und von einem pulsbreitenmodulierten Datenstrom gesteuert wird,
der sowohl Zeitsteuerungs-(Takt-)Daten als auch Steuer(Schalt-)Daten
enthält.
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Nun Bezug nehmend auf die 1, 2, 3 und 5, sind die zweiten Anschlüsse 215, 225 an
den Signalteilermodulen 205 und auch den ersten Schaltmodulen 217 so
konfiguriert und angeordnet, dass jeder der zweiten Anschlüsse 225 an
den ersten Schaltmodulen 217 mit einem zweiten Anschluss 215 an
jedem Signalteilermodul 205 verbunden werden kann. Der
Fachmann versteht daher, dass bei Verwendung der vorstehend beschriebenen
Anordnung aufgrund dessen, dass die ersten Schaltmodule 217 über eine
Matrix mit den Signalteilermodulen 205 verbunden sind,
jedem der ersten Schaltmodule 217 ein Teil (1/X) des HF-Signals
zugeführt
wird, das von einer jeden Antenne 202 ausgegeben wird.
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Bezug nehmend auf 2, umfasst das Signalteilermodul 205 ein
Gehäuse 236,
das gewöhnlich rechteckig
ist, wobei der erste Anschluss 212 in der Mitte von einer
der kürzeren
Seiten (Nebenachse) des Rechtecks angebracht ist, um die vorstehend
beschriebene Matrixverbindung der ersten Schaltmodule 217 mit dem
Signalteilermodul 205 zu bewerkstelligen. Die zweiten Anschlüsse 215 des
Signalteilermoduls 205 sind in zwei Gruppen geteilt und
auf den gegenüberliegenden
langen Seiten (Hauptachse) des rechteckigen Gehäuses in gleichen Abständen angeordnet.
Sowohl der erste Anschluss 212 als auch die zweiten Anschlüsse 215 am
Signalteilermodul 205 sind Koaxialschnelltrennstecker 238 von
dem in 6 gezeigten Typ.
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Bezug nehmend auf 3, umfasst das erste Schaltmodul 217 ebenfalls
ein gewöhnlich
rechteckiges Gehäuse 237.
Die ersten Anschlüsse 222 sind
in gleichmäßigen Abständen um
einen zentralen Punkt von einer langen Seite (Hauptachse) des Gehäuses 237 des
ersten Schaltmoduls angeordnet. Die zweiten Anschlüsse 225 sind
auf der anderen langen Seite (Hauptachse) des Gehäuses 237 angebracht,
wo sich auch der Erdungsanschluss 231, der Stromversorgungsanschluss 232 und
der Steueranschluss 235 befinden. Alle Anschlüsse an dem
ersten Schaltmodul 217 sind Koaxialschnelltrennbuchsen 239 von
dem in 7 gezeigten Typ.
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Der Koaxialschnelltrennstecker 238 und
die Koaxialschnelltrennbuchse 239, die in den 6 und 7 gezeigt sind, können unter bekannten Anschlüssen ausgewählt werden,
die für
eine Verbindung miteinander vorgesehen sind, um eine Verbindung
zwischen ihnen herzustellen. Die Abmessungen der Anschlüsse werden so
gewählt,
dass, wenn der Stecker und die Buchse miteinander verbunden sind,
für ausreichend
Reibung zwischen ihnen gesorgt ist, um eine solide und sichere Verbindung
bereitzustellen, ohne Gewinde oder andere Verriegelungsmittel erforderlich
zu machen.
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Nun Bezug nehmend auf die 2, 3 und 5,
wird die Anordnung der zweiten Anschlüsse 225 an dem ersten
Schaltmodul 217 so gewählt,
dass, wenn die Signalteilermodule 205 nebeneinander angeordnet
und die Reihen der zweiten Anschlüsse 215 parallel zueinander
ausgerichtet werden, die zweiten Anschlüsse 225 eines ersten
Schaltmoduls 217, das senkrecht zu den parallelen Reihen
der zweiten Anschlüsse 215 des
Signalteilermoduls 205 angeordnet wird, mit diesen eine
Steckverbindung herstellen können.
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Nochmals Bezug nehmend auf 1, ist auch eine Vielzahl
(Y) von zweiten Schaltmodulen 240 zur Verbindung mit den
Signalteilermodulen 205 bereitgestellt. Auch Bezug nehmend
auf 4, umfasst das zweite
Schaltmodul 240 ein gewöhnlich
rechteckiges Gehäuse 242.
Ein erster Anschluss 245 ist auf einer der langen Seiten
(Hauptachse) des Gehäuses 242 angebracht,
und auf der anderen langen Seite (Hauptachse) des Gehäuses befindet
sich eine Vielzahl (N) von zweiten Anschlüssen 248, ein Erdungsanschluss 250,
ein Stromversorgungsanschluss 251 und ein Steueranschluss 254.
Im Gehäuse 242 des
zweiten Schaltmoduls befindet sich ein elektronischer Schalter 257,
der mit allen Anschlüssen 245, 248, 250, 251, 254,
die an dem zweiten Schaltmodul 240 angebracht sind, verbunden
ist. Der elektronische Schalter 257 ist ein einpoliger
Schalter mit N Schaltstellungen, der, von den über den Steueranschluss 254 bereitgestellten
Steuersignalen gesteuert, den ersten Anschluss 245 mit
einem beliebigen der zweiten Anschlüsse 248 verbindet,
wie nachstehend ausführlicher
beschrieben wird. Der elektronische Schalter 257 kann ein
einpoliger elektronischer Schalter mit 16 Schaltstellungen vom Typ
SW9480 sein, der von der Celwave Division von Radio Frequency Systems,
Inc. hergestellt, von einer 15-V-Gleichspannungsnetzgerät versorgt
und von einem pulsbreitenmodulierten Datens##euerungs-(Takt-) Nochmals
Bezug nehmend auf 1,
ist der erste Anschluss 245 (4)
an jedem der zweiten Schaltmodule 140 mit einem entsprechenden
HF-Abtastempfänger 260 verbunden.
Zu jedem HF-Abtastempfänger 260 gehört eine
Phasenregelschleife-(PLL-)Einheit 263 und ein Mikrocontroller 267,
z. B. eine HC11F1 (PLL) von Motorola. Wie nachstehend ausführlicher
beschrieben wird, steuert der Mikrocontroller 267 die Phasenregelschleife
(PLL-Schaltung) 263, die wiederum die Empfangsfrequenz
des HF-Abtastempfängers
steuert, um bei ausgewählten
Frequenzen, die bestimmten der Funkkanaleinheiten 203 zugewiesen sind,
nacheinander HF-Signale zu empfangen, und der Mikrocontroller 267 steuert
auch das zweite Schaltmodul 240, um den HF-Abtastempfänger 260 über die
Teiler 205 nacheinander mit den Antennen 202 zu
verbinden. Der HF-Abtastempfänger 260 stellt
dann fest, welche Antennen 202 bei den Betriebsfrequenzen
der ausgewählten
Funkkanaleinheiten 203 die größte Signalstärke aufweisen
und meldet dies dem Mikrocontroller 267. Der Mikrocontroller 267 steuert
dann die ersten Schaltmodule 217 der ausgewählten Funkkanaleinheiten 203,
um diese mit den beiden Antennen 202 zu verbinden, die
die größte Signalstärke aufweisen.
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Nochmals Bezug nehmend auf die 2, 4 und 5,
sind wie bei den ersten Schaltmodulen 217 alle zweiten
Anschlüsse 248 an
den zweiten Schaltmodulen 240 Koaxialschnelltrennbuchsen 239 von
dem in 7 gezeigten Typ.
Wie bei den ersten Schaltmodulen 217 sind die zweiten Anschlüsse 248 an
dem zweiten Schaltmodul 240 außerdem so angeordnet, dass
sich die zweiten Anschlüsse 248, 215 miteinander
verbinden lassen, wenn sie senkrecht zu den Reihen der zweiten Anschlüsse 215 an
dem Signalteilermodul 205 angeordnet werden.
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Der Betrieb der modularen Funksignal-Empfangsverbindungsmatrix 200 lässt sich
am besten anhand eines Beispiels verstehen. Bezug nehmend auf 1, werden fünfzehn (15)
erste Schaltmodule 217 zur Verbindung mit fünfzehn (15)
entsprechenden Funkkanaleinheiten 203 bereitgestellt. Die
Funkkanaleinheiten 203 und die ersten Schaltmodule 217 werden
in Gruppen gleicher Zahl aufgeteilt, und jeder Gruppe werden ein entsprechendes
zweites Schaltmodul 240, ein HF-Abtastempfänger 260, ein Mikrocontroller 267 und
eine PLL-Schaltung 263 zugeordnet. In dem Beispiel von 1 werden die ersten Schaltmodule 217 und
die Funkkanaleinheiten 203 in fünf Gruppen zu je drei aufgeteilt.
Folglich gibt es fünf
zweite Schaltmodule 240, HF-Abtastempfänger 260, PLL-Schaltungen 263 und
Mikrocontroller 267.
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Es gibt 16 Signalteilermodule 205,
wobei jeder Antenne 202 eines zugeordnet wird. Jedes der
Signalteilermodule 205 umfasst 22 Anschlüsse 215.
An jedem der Signalteilermodule 205 werden 15 der zweiten Anschlüsse zur
Verbindung mit den 15 ersten Schaltmodulen 217 bereitgestellt,
und die restlichen fünf
zweiten Anschlüsse 215 am
Signalteilermodul 205 werden zur Verbindung mit den fünf zweiten
Schaltmodulen 240 bereitgestellt. Die Verbindung der Signalteilermodule 205,
der ersten Schaltmodule 217 und der zweiten Schaltmodule 240 ist
in 5 veranschaulicht.
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Die Signalteilermodule 205 sind
nebeneinander angeordnet, wobei die beiden Reihen der zweiten Anschlüsse 215 an
jedem Signalteilermodul 205 parallel zu den Reihen der
zweiten Anschlüsse 215 an
den anderen Signalteilermodulen 205 angeordnet sind. Zehn
der ersten Schaltmodule 217 sind nebeneinander angeordnet,
wobei die Reihen ihrer zweiten Anschlüsse 225 parallel zueinander
und senkrecht zu den Reihen der zweiten Anschlüsse 215 an den Signalteilermodulen 205 angeordnet
sind. Die Koaxialschnelltrennstecker und -buchsen 238, 239 (6 und 7) werden dann miteinander verbunden,
so dass mindestens einer der zweiten Anschlüsse 225 an jedem der
10 ersten Schaltmodule 217 mit mindestens einem der zweiten
Anschlüsse 215 an
jedem der 16 Signalteilermodule 205 verbunden ist. Die
restlichen fünf
ersten Schaltmodule 217 und die fünf zweiten Schaltmodule 240 werden
auf einer gegenüberliegenden
Seite der 16 nebeneinander angeordneten Signalteilermodule 205 in
der gleichen Weise angeordnet.
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Bei Verwendung der vorstehend beschriebenen
modularen Verbindungsmatrix werden auf der Grundlage der folgenden
Parameter verschiedene Beziehungen hergestellt:
| N = | die
Anzahl der Antennen |
| M = | die
Anzahl der Funkkanaleinheiten |
| Y = | die
Anzahl der Gruppen, in die die Funkkanaleinheiten eingeteilt werden |
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Zu den Beziehungen, die mit den vorstehend
genannten Parametern hergestellt werden, gehören:
| die
Anzahl der Signalteilermodule | =
N |
| die
Anzahl der ersten Schaltmodule | =
M |
| die
Anzahl der zweiten Schaltmodule | =
Y |
| die
Anzahl der zweiten Anschlüsse
an den ersten und zweiten Schaltmodulen | =
N |
| die
Anzahl der zweiten Anschlüsse
an den Signalteilermodulen | X
= (M + Y) |
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Jeder Mikrocontroller 267 steuert
eine entsprechende PLL-Schaltung 263, ein zweites Schaltmodul 240 und
drei erste Schaltmodule 217 in jeder der fünf Gruppen.
Jede Funkkanaleinheit 203 sendet und empfängt HF-Signale
bei einer zugeordneten (Betriebs-)Frequenz, und die PLL-Schleife 263 ist
so konfiguriert, dass sie die Empfangsfrequenz des HF-Abtastempfängers steuert,
um nacheinander HF-Signale bei drei verschiedenen Frequenzen zu
empfangen, wobei jede der drei Frequenzen den Betriebsfrequenzen
der drei Funkkanaleinheiten in ihrer entsprechenden Gruppe entspricht.
Vom Mikrocontroller 267 gesteuert, wählt das zweite Schaltmodul 240 eine
der 16 Antennen 202 aus. Die von der Antenne 202 bereitgestellten
Signale werden über
das Bandpassfilter 208 dem einstellbaren Verstärker 210 zugeführt, wo
die empfangenen Signale verstärkt
werden. Als Nächstes
wird das empfangene Signal dem entsprechenden Signalteilermodul 205 bereitgestellt,
wo das Signal in 20 gleiche Teile aufgeteilt wird. Einer der gleichen
Teile wird jedem der zweiten Schaltmodule 240 zugeführt.
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Auf einer Leitung 270 stellt
der Mikrocontroller 267 dem Steuergerät 254 (4) des zweiten Schaltmoduls 240 ein
Steuersignal bereit, um die Stellung des einpoligen Schalters 257 mit
16 Schaltstellungen (4)
des zweiten Schaltmoduls 240 zur Antennenauswahl zu steuern.
Der Teil des verstärkten
HF-Signals von der ausgewählten
Antenne wird über
den ersten Anschluss 245 (4)
des zweiten Schaltmoduls 240 einer Leitung 272 bereitgestellt,
die an den HF-Abtastempfänger 260 angeschlossen
ist. Der Mikrocontroller stellt der PLL-Schleife 263 auf
einer Leitung 275 auch Steuersignale bereit, sobald eine
Antenne ausgewählt worden
ist, um die PLL-Schleife zu steuern, um wiederum die Empfangsfrequenz
des HF-Abtastempfängers 260 zu
steuern, um bei den drei verschiedenen Frequenzen, die den drei
Funkkanaleinheiten innerhalb der entsprechenden Gruppe entsprechen,
nacheinander HF-Signale zu empfangen. Steuersignale werden dem HF-Abtastempfänger 260 auf
einer Leitung 278 von der PLL-Schaltung bereitgestellt.
Von der PLL-Schaltung gesteuert, misst der HF-Abtastempfänger 260 zuerst
den Leistungspegel des HF-Signals auf der Leitung 272 bei
der ersten Frequenz. Der HF-Abtastempfänger stellt dem Mikrocontroller 267 auf
einer Leitung 280 ein Signal bereit, das den Leistungspegel
des Signals auf der Leitung 272 bei der ersten Frequenz
anzeigt. Anschließend
stellt der Mikrocontroller 267 auf der Leitung 275 der PLL-Schaltung 263 ein
Steuersignal bereit, die wiederum den HF-Abtastempfänger 260 steuert,
um HF-Signale bei der zweiten Frequenz zu empfangen. Der HF-Abtastempfänger stellt
dem Mikrocontroller 267 dann auf der Leitung 280 einen
zweiten Messwert des Leistungspegels des empfangenen Signals bei
der zweiten Anregungsfrequenz bereit. Diese Prozedur wird für die dritte
Frequenz wiederholt.
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Nachdem an einer Antenne bei den
drei verschiedenen Anregungsfrequenzen Messungen durchgeführt wurden,
stellt der Mikrocontroller dem zweiten Schaltmodul 240 auf
der Leitung 270 ein Steuersignal bereit, um die nächste Antenne 202 auszuwählen. Das
von der nächsten
Antenne 202 bereitgestellte Signal wird dann bei den drei
Anregungsfrequenzen gemessen, und diese Messwerte werden vom Mikrocontroller 267 aufgezeichnet.
Diese Prozedur wird für
alle 16 Antennen 202 wiederholt. Jede Antenne 202 wird
bei allen drei Frequenzen ungefähr
8 Mal pro Sekunde abgetastet. Der Mikrocontroller 267 hält den laufenden
Durchschnitt der empfangenen Signalstärke bei den drei Betriebsfrequenzen
der Funkkanaleinheiten für
alle 16 Antennen fest und stellt jedem der ersten Schaltmodule 217 in
der entsprechenden Gruppe auf der Leitung 285 ein Steuersignal
bereit, das die beiden Antennen anzeigt, die bei der Betriebsfrequenz
der entsprechenden Funkkanaleinheit die größte Signalstärke aufweisen.
Der elektronische zweipolige Schalter 230 mit 16 Schaltstellungen (3) in dem ersten Schaltmodul 217 verbindet
zwei der zweiten Anschlüsse 225 (3) mit den beiden ersten
Anschlüssen 222 (3) als Antwort auf das Steuersignal
auf der Leitung 285 vom Mikrocontroller 267. Wie
in der Technik bekannt ist, wählt
der Diversity-Verstärker
der Funkkanaleinheit dann zwischen den beiden Eingangssignalen ein
Signal aus, um dem Empfänger
ein Eingangssignal zuzuführen.
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Da die Antennen 202 Richtantennen
sind, steuert der Mikrocontroller das zweite Schaltmodul 240 so, dass
es die Antennen 202 in der Weise abtastet, dass benachbarte
Antennen nicht hintereinander abgetastet werden, sondern vielmehr
Antennen von verschiedenen Richtungsquadranten hintereinander abgetastet
werden. Wenn die Antennen beispielsweise fortlaufend mit 1 bis 16
nummeriert sind, können
sie in der folgenden Reihenfolge abgetastet werden: 1, 4, 7, 10,
13, 16, 3, 6, 9, 12, 15, 2, 5, 8, 11, 14.
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Die Erfindung wurde bisher mit Bezug
auf eine modulare Funksignal-Empfangsverbindungsmatrix
beschrieben. Die Erfindung ist jedoch auch auf eine modulare Funksignal-Sendeverbindungsmatrix
anwendbar, beispielsweise eine modulare Verbindungsmatrix, die zur
Verbindung einer Vielzahl von Funkkanaleinheiten mit einer Vielzahl
von Antennen verwendet wird, um von den Funkkanaleinheiten bereitgestellte
Signale über die
Antennen zu senden.
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Bezug nehmend auf 8, ist eine modulare Sendeverbindungsmatrix 900 ähnlich der
modularen Empfangsverbindungsmatrix 200 (1), außer dass das erste Schaltmodul 917 mit
einem ersten Anschluss zur Verbindung mit einem Sendegerät einer
Funkkanaleinheit 203 versehen ist. Außerdem werden die Signalteilermodule 205 (1) durch Kombinatormodule 905 ersetzt,
die HF-Signale, welche der Vielzahl ihrer zweiten Anschlüsse bereitgestellt
werden, zu einem kombinierten HF-Signal
verknüpfen,
das von dem ersten Anschluss über
einen Verstärker 910 und
ein Filter 908 einer Antenne 202 bereitgestellt
wird, um es zu senden. Es wird davon ausgegangen, dass die Antenne 202,
die als die Antenne angegeben wird, die bei der Betriebsfrequenz
der Funkkanaleinheit die größte Signalstärke bei
den empfangenen Signalen aufweist, die beste Antenne für das Senden
von Signalen ist, die von der Funkkanaleinheit bereitgestellt werden,
und daher sind ein zweites Schaltmodul und eine entsprechende PLL-Schaltung
eines Abtastempfängers
sowie ein Mikrocontroller in der modularen Sendeverbindungsmatrix 900 nicht
erforderlich. Stattdessen wird jedes erste Schaltmodul der modularen
Sendeverbindungsmatrix so gesteuert, dass es seinen ersten Anschluss
mit seinem zweiten Anschluss verbindet, der der Antenne entspricht,
die bei der Betriebsfrequenz der entsprechenden Funkkanaleinheit
die größte Signalstärke aufweist.
Da die fünf
zweiten Schaltmodule in der modularen Sendeverbindungsmatrix 900 nicht
erforderlich sind, können
die Kombinatormodule 905 außerdem so konfiguriert werden, dass
sie an fünf
Ersatzlasten (dummy loads) 915 angeschlossen werden können, die
an den fünf
nicht verwendeten zweiten Anschlüssen
angebracht werden. Alternativ dazu kann jedes Kombinatormodul 905 mit
nur 15 zweiten Anschlüssen
zur Verbindung mit den 15 ersten Schaltmodulen versehen werden.
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Die Erfindung wurde bisher so beschrieben,
dass 15 Funkkanaleinheiten mit den 16 Antennen verbunden werden
können.
Wenn die Anzahl der Funkkanaleinheiten oder die Anzahl der Antennen
auf Wunsch erhöht
werden soll, können
die modularen Komponenten entsprechend geändert werden. Alternativ dazu
kann eine Vielzahl von modularen Verbindungsmatrizen bereitgestellt
werden, um die Anzahl der Funkkanaleinheiten zu erhöhen. Bezug
nehmend auf 9, können beispielsweise
vier modulare Verbindungsmatrizen 930 bereitgestellt werden,
jede zur Verbindung mit 15 Funkkanaleinheiten und 16 Antennen 202.
Jede der modularen Verbindungsmatrizen 930 kann über einen
zweiten Kombinator oder Teiler 935 mit den Antennen 202 verbunden
werden, um die gewünschte
Gesamtzahl an Funkkanaleinheiten und Antennen zu erreichen. Wie in 10 gezeigt ist, gibt es
vier modulare Verbindungsmatrizen 930, von denen jede 15
Funkkanaleinheiten für
insgesamt 60 Funkkanaleinheiten hat, die an 16 Antennen angeschlossen
sind.
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Die Erfindung wurde hier so beschrieben,
dass sie Module verwendet, die sich direkt miteinander verbinden
lassen, um die Matrixverbindung einer beliebigen einer Vielzahl
von Antennen mit einer beliebigen einer Vielzahl von Funkkanaleinheiten
zu ermöglichen.
In einer anderen Ausführungsform
der Erfindung können
die Komponenten der Matrixverbindung jedoch mit bekannten Koaxialkabeln
verbunden werden, statt Verbindungsmodule zur Erzeugung der Matrix
bereitzustellen. Ein Beispiel für
eine solche Matrixverbindung (Sendematrix), bei der Koaxialkabel
verwendet werden, ist in 10 schematisch
veranschaulicht. Bei einer Verbindung zur Übertragung von HF-Signalen
mit 60 Schaltern, die 60 Funkkanaleinheiten mit 16 Antennen über 16 Kombinatoren
zugeordnet sind, sind 960 Koaxialkabel zwischen den Kombinatoren
und den Schaltern notwendig. Ebenso sind 960 Koaxialkabel
zwischen 60 Schaltern und 16 Teilern für HF-Signale notwendig, die
von den 16 Antennen empfangen werden. Obgleich diese Ausführungsform
die gewünschte
Matrixverbindung der Funkkanaleinheiten und der Antennen ermöglicht,
sind die physische Masse der Kabel und die Kosten für Anschlüsse, Kabel,
Kabelmontage und Inspektion beträchtlich.