DE69709389T2

DE69709389T2 - Zellularbasisstation mit homodynempfänger

Info

Publication number: DE69709389T2
Application number: DE69709389T
Authority: DE
Inventors: W. Dent
Original assignee: Ericsson Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: US5918169A; JP2001501403A; EP0934630B1; CN1238864A; TW359924B; AU4590897A; EP0934630A1; CA2267372A1; DE69709389D1; KR20000048583A; WO1998013944A1; AU719716B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Zellularfunk- Basisstationen, und insbesondere auf eine Zellularfunk- Basisstation, welche eine Homodyn-Umwandlung von empfangenen Zellularbasis-Signalen in komplexe Basisband-Signale verwendet.

Beschreibung des Standes der Technik

Gegenwärtig existierende Zellularfunk-Basisstationen benötigen eine teure Ausstattung, um sowohl den Steuerkanal als auch die Verkehrskanäle zu empfangen, welche durch Zellularkommunikationstechnologie verwendet werden. Der Steuerkanal trägt Signale, welche die zellularen Sprachsignale steuern, die zwischen den Zellularfunk- Basisstationen und Mobileinheiten laufen. Die Verkehrskanäle tragen die Sprachübertragungsdaten zwischen Basisstationen und Mobileinheiten. Die bedeutenden Gerätekosten, welche mit herkömmlichen Empfängern, die in Zellularfunk-Basisstationen verwendet werden, einhergehen, erhöhen die damit einhergehenden Kosten für die Benutzer von Zellulartechnologie. Eine Basisstation, welche bedeutend geringere Geräteanforderungen und Gerätekosten hat, schafft große Vorteile sowohl für Zellulardienst-Anbieter als auch Kunden, welche für Zellulardienste bezahlen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer Homodyn- Zellularbasisstation, welche den Steuerkanal und jeden der Verkehrskanäle eines Zellularband-Signals unter Verwendung eines Homodyn-Empfängers in Zusammenspiel mit einem Einzelkanal-Empfänger empfängt. Die Basisstation enthält eine Antenne zum Empfangen von Zellularband-Signalen und ein zugehöriges Filter und einen Verstärker zur Verarbeitung von empfangenen Zellularband-Signalen. Über ein Pufferpaar sind ein herkömmlicher Einzelkanal-Empfänger zum Empfangen des Steuerkanals und ein Homodyn-Empfänger zum Empfangen der Verkehrskanäle mit der Antenne gekoppelt.
Der Homodyn-Empfänger besteht aus einem Quadratur- Abwärtswandler zum Mischen des Zellularband-Signals mit einem lokalen Oszillatorsignal, um das Zellularsignal in ein I,Q- Ausgangssignal herabzuwandeln. Die Signalfrequenz des lokalen Oszillators entspricht der Steuerkanalfrequenz des Zellularband-Signals. Dies ermöglicht, dass alle Gleichstrom- Verschiebungen innerhalb des I,Q-Ausgangssignals nur innerhalb des Steuerkanals liegen. Ein Hochpassfilter entfernt jegliche Gleichstrom-Verschiebungskomponenten und den Steuerkanal aus dem I,Q-Ausgangssignal des Quadratur- Abwärtswandlers. Der Rest des Signals wird dann unter Verwendung eines Analog/Digital-Wandlers digitalisiert. Das Digitalsignal wird als nächstes von einem Digitalsignal- Prozessor (DSP) bearbeitet, und jeder der Verkehrskanäle wird unter Verwendung von Digitalfilterung aus dem digitalisierten Signal extrahiert.
Der Einzelkanal-Empfänger ist konfiguriert, um nur den Steuerkanal des Zellularband-Signals zu erfassen, da dieser Kanal aus dem vom Homodyn-Empfänger verarbeiteten Signal gefiltert wird. Sobald sie erfasst sind, werden der Steuerkanal und die getrennten Verkehrskanäle durch die Zellularbasisstation nach Notwendigkeit verarbeitet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein besseres Verständnis des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ergibt sich durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung, zusammen genommen mit den begleitenden Zeichnungen, wobei
Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, das den Prozess veranschaulicht, der von der Homodyn- Zellularbasisstation bezüglich der Kanäle eines empfangenen Zellularband-Signals ausgeführt wird;
Fig. 2 ein Blockdiagramm der Homodyn-Zellularbasisstation ist, und
Fig. 3 eine sektoririsierte Antennenfiguration veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, und insbesondere auf Fig. 1, wird der Prozess veranschaulicht, welcher von der Homodyn-Zellularbasisstation bezüglich der Kanäle des Zellularband-Signals durchgeführt wird. Anfänglich wird bei Schritt 10 ein Zellularband-Signal von der Basisstation empfangen und von einem Empfängerpaar verarbeitet. Einer der Empfänger führt eine Homodyn-Umwandlung bezüglich des Zellularband-Signals durch, und wandelt bei Schritt 12 das Signal in ein komplexes Basisband-Signal um. Die Homodyn- Wandlung des Zellularbasisband-Signals wird ausführlicher unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.
Bei Schritt 14 wird das komplexe Basisband-Signal von einem Digital/Analog-Wandler digitalisiert, und bei Schritt 16 von einem digitalen Signal-Prozessor verarbeitet. Der digital Signalprozessor führt eine Kanaltrennung des umgewandelten Basisband-Signals durch, um in dem empfangenen Zellularband- Signal jeden der Verkehrskanäle zu extrahieren. Der zweite Empfänger ist ein Einzelkanal-Empfänger, der darauf abgestimmt ist bei Schritt 18 den Steuerkanal im Zellularband-Signal zu erfassen.
In Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer Zellularbasisstation veranschaulicht, welche den unter Bezugnahme der Fig. 1 beschriebenen Prozess implementiert. Die Zellularbasisstation hat eine Antenne 20, um Zellularband-Signale aus einer Vielzahl von Mobileinheiten (nicht abgebildet) zu empfangen. Die empfangenen Signale werden über ein Bandpassfilter 22 geleitet, um alle anderen Signale als Zellularband- Mobileinheitssignale abzuweisen. Die gefilterten Zellular- Signale werden über einen Verstärker 24 verstärkt und dann durch ein Paar von Puffern 26 zu einem Homodyn-Empfänger 27 und einem Einzelkanal-Empfänger 29 geleitet. Die Puffer 26 begrenzen die Möglichkeit, dass eine Homodyn- Abwärtswandlungs-Oszillatorstreuung den Empfang des Einzelkanal-Empfängers 29 stört. In einer bevorzugten Ausführung umfassen die Puffer Hochisolations- Pufferverstärker und/oder Ferrit-Isolatoren, die mit den Eingängen des Homodyn-Empfängers 27 und des Einzelkanal- Empfängers 29 gekoppelt sind.
Ein Quadratur-Abwärtswandler 28 (I,Q-Mischer) mischt das empfangene Zellularband-Signal mit einem lokalen Signal, das von einem lokalen Oszillator 30 erzeugt wird, um das Signal in ein komplexes Basisband-I,Q-Signal herabzuwandeln. Der Abwärtswandler 28 und der lokale Oszillator 30 bilden den Homodyn-Empfänger 27. Der Homodyn-Empfänger 27 leidet unter dem bekannten Problem von Gleichstrom-Verschiebungen in den I,Q-Ausgangssignalen des Abwärtswandlers 28, wie in dem der Anmelderin gehörenden US-Patent Nr. 5,241,702 beschrieben, welches hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Die Gleichstrom-Verschiebung innerhalb der I,Q-Ausgangssignale sind von größerem Betrag als die empfangenen Zellularsignal- Komponenten. Somit besteht die Möglichkeit, dass ein gewünschter Abschnitt des Zellular-Signals verloren geht oder verdeckt wird.
Das Problem von Gleichstrom-Verschiebungen wird gemäß dieser Erfindung überwunden, indem der lokale Oszillator 30 auf die gleiche Frequenz eingestellt wird wie die Frequenz des Steuerkanals, welcher der Zelle in dem Zellular-Band zugeordnet ist. Dies ist möglich, da der Steuerkanal ein Kanal fester Frequenz ist. Indem die Frequenz des lokalen Oszillators gleich der Steuerkanal-Frequenz eingestellt wird, bildet der Steuerkanal auf die Null-Frequenz oder Gleichstrom im komplexen I,Q-Basisband ab, und somit ist der Steuerkanal der einzige Frequenzkanal, der durch unerwünschte Gleichstrom-Verschiebungen aus der Quadratur-Wandlung gestört wird.
Da alle Verkehrskanäle um mindestens eine Verkehrskanal- Bandbreite gegenüber dem Gleichstrom versetzt sind, sind die Verkehrskanäle gegenüber einer Störung durch die Gleichstrom- Verschiebung geschützt. Die Verkehrskanäle sind weiterhin geschützt durch das Filtern des Signals aus dem Quadratur- Abwärtswandler 28 über einen Hochpassfilter 32, um unerwünschte Gleichstrom-Verschiebungen und Steuerkanalenergie aus dem Signal zu entfernen. Eine Hochpassfilterung des Signals verhindert auch, dass eine vorübergehend in ihrer Leistung nicht gesteuerte Mobileinheit einen beliebigen Zugriff auf den Steuerkanal vornimmt, und den Homodyn-Empfänger 27 überlastet.
Die gefilterten I,Q-Ausgaben des Homodyn-Empfängers 27 werden unter Verwendung eines Analog/Digital-Wandlers 34 digitalisiert. Das digitalisierte Signal wird dann von einem digitalen Signalprozessor 36 bearbeitet. Der digitale Signalprozessor 36 führt eine Kanaltrennung bezüglich des Digitalsignals durch, um unter Verwendung von digitalen Filterfunktionalitäten, welche innerhalb des digitalen Signalprozessors 36 kodiert sind, jeden der Sprachkanäle aus dem Digitalsignal zu extrahieren.
Der Steuerkanal wird auf einem separaten, herkömmlichen Einzelkanal-Empfänger 29 empfangen, der auf die Steuerkanal- Frequenz abgestimmt ist. Der Steuerkanal und die Verkehrskanäle werden dann durch die Zellularbasisstations- Steuerung (nicht abgebildet) verarbeitet, um Zellular- Kommunikationen zwischen der Basisstation und einer Mobileinheit zu steuern.
In einem GSM-System belegt der Steuerkanal einen TDMA- Zeitschlitz auf einer festen Frequenz. Verkehrsignale belegen andere Zeitschlitze der TDMA-Rahmenperiode, und können einem Frequenzspringen bzw. Hopping unterliegen. Die Steuerkanal- Empfängerausgabe in einem GSM-System wird zusammen mit der Ausgabe der digital getrennten Verkehrskanäle von einem Signalsortierer 38 (gestrichelt gezeigt) verarbeitet, welcher die einem Frequenzspringen unterzogenen Zeitschlitze jedes Verkehrskanals wieder zusammensetzt, um die von dem Springen befreiten Signale für die Verarbeitung zu rekonstruieren. Dies ist als "Basisbandfrequenz-Entspringen" (baseband frequency de-hopping) bekannt. Wenn AMPS oder IS54 (D-AMPS) Systeme verwendet werden, ist kein Frequenzspringen vorhanden, und es ist kein Signalsortierer 38 erforderlich.
In einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung, welche ein sektorisiertes Signal mit 120 Grad-Sektorantennen innerhalb von drei Zellen umfasst (Fig. 3), wird die Homodyn-Zentralfrequenz des lokalen Oszillators eines Sektors ausgewählt als Rufkanal eines anderen Sektors, so dass die Isolierung zwischen unterschiedlichen Sektorantennen eine zusätzliche Isolierung zwischen dem Homodyn-Empfänger und dem herkömmlichen Empfänger schafft.
Alternativ kann die Frequenz des lokalen Oszillators eines bestimmten Sektors absichtlich gleich einer Steuerkanalfrequenz oder Verkehrskanalfrequenz gewählt werden, die einem anderen Sektor oder einer benachbarten Basisstation zugewiesen ist, da jene Frequenz in jenem bestimmten Sektor nicht verwendet wird.
Obwohl eine Ausführung des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht und der vorangegangenen ausführlichen Beschreibung beschrieben wurden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführung beschränkt ist, sondern zahlreichen Umordnungen, Modifikationen und Ersetzungen unterzogen werden kann.

Claims

1. Zellularbasisstation, umfassend:

ein Mittel zum Empfangen eines Zellularband-Signals;

ein Homodynwandler zur Umwandlung des Zellularband- Signals in ein komplexes Basisband-Signal, umfassend:

einen Quadratur-Abwärtswandler (30) zum Mischen des Zellularband-Signals mit einem lokalen Oszillatorsignal; und

einen lokalen Oszillator (28) zur Erzeugung des lokalen Oszillatorsignals, wobei die Frequenz des erzeugten lokalen Oszillatorsignals einer Steuerkanalfrequenz des Zellularband-Signals entspricht, so dass alle Gleichstrom-Verschiebungen in dem komplexen Basisbandsignal mit der Steuerkanalfrequenz in Beziehung stehen,

ein Hochpassfilter (32) zur Herausnahme des Steuerkanals aus dem komplexen Basisbandsignal;

ein Mittel zur Digitalisierung des komplexen Basisbandsignals;

ein Mittel zur Verarbeitung des digitalisierten komplexen Basisbandsignals, um Verkehrskanäle vom Basisbandsignal zu trennen; und

ein Einzelkanalempfänger (29) zum Empfangen eines Steuerkanals innerhalb des Zellularband-Signals.

2. Basisstation nach Anspruch 1, wobei das Empfangsmittel ferner enthält:

eine Antenne (20) zum Empfangen des Zellularband- Signals;

ein Bandpassfilter (22) zur Abweisung von anderen Signalen als dem Zellularband-Signal, und

einen Verstärker (24) zur Verstärkung des empfangenen Zellularband-Signals.

3. Basisstation nach Anspruch 2, ferner enthaltend erste und zweite Puffer (26) um das Mittel zur Durchführung einer Homodynumwandlung und den Einzelkanalempfänger (29) mit der Antenne zu koppeln.

4. Basisstation nach Anspruch 1, ferner enthaltend ein Signalsortier-Mittel (38) zum sequentiellen Auswählen der getrennten Verkehrskanäle nach einer vorbestimmten Frequenzsprung-Sequenz, um die einem Frequenzspringen unterzogenen Verkehrssignale wieder zusammen zu setzen.

5. Zellularfunkbasisstation umfassend:

eine Antenne (20) zum Empfangen eines Zellularband- Signals;

einen Mehrkanal-Homodynempfänger (27), der mit der Antenne gekoppelt ist, um das empfangene Zellularband- Signal in ein komplexes Basisbandsignal umzuwandeln, wobei der Homodynempfänger eine Homodyn-Abwärtswandlung des empfangen Zellularband-Signals in ein komplexes Basisbandsignal unter Verwendung eines lokalen Oszillatorsignals durchführt, das eine Frequenz hat, die einer Steuerkanalfrequenz des Zellularband-Signals entspricht, so dass die Steuerkanalfrequenz ein einziger Frequenzkanal in dem Basisbandsignal ist, der durch Gleichstrom-Verschiebungen beeinflusst wird;

ein Hochpassfilter zur Herausnahme der Steuerkanalfrequenz aus dem komplexen Basisbandsignal;

ein Mittel zum digitalen Extrahieren von Verkehrskanälen aus dem Basisbandsignal; und

einen Einzelkanalempfänger, der mit der Antenne gekoppelt ist, um den Steuerkanal zu empfangen.

6. Basisstation nach Anspruch 5, wobei der Homodynempfänger weiterhin enthält:

einen Quadratur-Abwärtswandler (30) zum Mischen des Zellularband-Signals mit dem lokalen Oszillatorsignal; und

einen lokalen Oszillator (28) zur Erzeugung des lokalen Oszillatorsignals.

7. Basisstation nach Anspruch 5, ferner enthaltend erste und zweite Puffer (26) zur Kopplung des Homodynempfängers (27) und des Einzelkanalempfängers (29) mit der Antenne (20).

8. Basisstation nach Anspruch 5, ferner enthaltend einen Signalsortierer (38) zum sequentiellen Auswählen von Ausgängen des Mehrkanalempfängers nach einer vorbestimmten Frequenzsprung-Sequenz, um die einem Frequenzspringen unterzogene Verkehrsinformation wieder zusammenzusetzen.

9. Verfahren zur Verarbeitung eines Zellularband-Signals, das Sprachkanäle und einen Steuerkanal enthält, unter Verwendung eines Homodynempfängers, umfassend:

Empfangen (10) eines Zellularband-Signals;

Durchführung (12) einer Homodynumwandlung des Zellularband-Signals in ein komplexes Basisbandsignal, unter Verwendung eines lokalen Oszillatorsignals, das eine Frequenz hat, die einer Steuerkanalfrequenz des Zellularband-Signals entspricht, so dass alle Gleichstrom-Verschiebungen des komplexen Basisbandsignals innerhalb einer Frequenz des Steuerkanals liegen;

Filtern der Gleichstrom-Verschiebung und des Steuerkanals aus dem umgewandelten komplexen Basisbandsignal;

Extrahieren (14, 16) der Sprachkanäle aus dem umgewandelten komplexen Basisbandsignals; und

Extrahieren (18) des Steuerkanals aus dem empfangenen Zellularband-Signal unter Verwendung eines Einzelkanalempfängers (29).

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt der Durchführung einer Homodynumwandlung ferner die Schritte enthält:

Auswählen des lokalen Oszillatorsignals, das die zur Steuerkanalfrequenz äquivalente Frequenz hat, um sicherzustellen, dass alle Gleichstrom-Verschiebungen innerhalb der Steuerkanalfrequenz sind; und

Mischen des lokalen Oszillatorsignals mit dem Zellularband-Signal, um das komplexe Basisbandsignal zu erzeugen.

11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Extrahierens des Sprachkanals ferner die Schritte enthält:

Digitalisieren (14) des komplexen Basisbandsignals; und

digitales Filtern (16) des komplexen Basisbandsignals, um das Basisbandsignal in jeden der Sprachkanäle zu trennen.