DE69717430T2 - Kanalselektiver wiederholer fur mobiles telefonsystem - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen kanalselektiven Zwischenverstärker für die Mobiltelephonie nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
• Ein Mehrkanal-Zwischenverstärker ist in EP-A-681 374 offenbart.
• In zellularen Mobiltelefonsystemen gibt es notwendigerweise innerhalb der Zellen Gebiete mit solch schlechten Empfangsbedingungen bezüglich ihrer Basisstationen, dass man von einem Funkschatten sprechen muss. Dies kann große unterirdische Parkgaragen oder dergleichen betreffen, aber auch natürliche Hindernisse, Gebäude usw., wo die Verwendung eines Zwischenverstärkers die natürliche Art wäre, das Gebiet in seine natürliche Zelle einzufügen.
• 1 zeigt ein Blockdiagramm eines solchen bekannten kanalselektiven Zwischenverstärkers, welcher in einem solchen Diagramm als symmetrisch dargestellt ist, und wobei nach den jeweiligen rauscharmen Verstärkern LNA, Dämpfungsschaltungen ATT und Verteilern PD nur eine Kanalschaltung gezeigt ist, welche mit einem Leistungsverstärker PA und einer Isolatorschaltung abschließt, wobei der Ausgang mit einem Kombinator PC verbunden ist, welcher die verschiedenen Sendersignale addiert, für die Übertragung über ein Duplexfilter über die Antenne. Das gleiche Duplexfilter empfängt die Sendersignale an den anderen Zweig im Diagramm. In 2 wird gezeigt, wie die verschiedenen Kanäle, hier vier, durch die abschließenden Verstärkerausgänge zum Kombinator geführt werden, welcher hier die Isolierschaltungen umfasst.
• Der Grund für die Anordnung der Kanaltrennung für die Verarbeitung im Zwischenverstärker ist, dass es extrem hohe Linearitätsanforderungen gibt, um eine Interferenz in der Form von Zwischenmodulationsprodukten, gegenüber welchen Mobiltelefonsysteme extrem empfindlich sind, zu vermeiden.
• Gleichzeitig bedeutet die gleiche Linearitätsanforderung, dass bekannte Kombinatoren zur Erfüllung der Erfordernisse keine hohe Effizienz haben können – man kann mit Verlusten von 7 dB (theoretisch mindestens 6 dB) für einen Kombinator rechnen. Zusätzlich gibt es Filterverluste von ungefähr 0,5 dB und Kabelverluste von 2,5 dB zwischen dem abschließenden Verstärker in dem jeweiligen Kabel und der Antenne. Die Ausgangsleistung P aus der Antenne in jener Verbindung erfordert die Ausgangsleistung 10P aus dem abschließenden Verstärker. Dies erhöht die Kosten für den Verstärker und die Energieversorgung, und besondere Kosten entstehen für die Wärmeabführung der verbrauchten Energie.
• Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung einen wirtschaftlicheren und vorteilhafteren kanalselektiven Zwischenverstärker für die Mobiltelephonie bereitzustellen.
• Diese und weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst, indem ein kanalselektiver Zwischenverstärker der in der Einführung erwähnten Art gemäß der Merkmale hergestellt wird, welche im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dargelegt sind.
• Die Sendeantennen sind als Patch-Antennen entworfen. Dies gestattet eine integrierte Struktur.
• Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
• Für eine nähere Beschreibung der Idee von Patch-Antennen wird Bezug genommen auf das Dokument von James & Hall: Microstrip Antenna Theory and Design (1981).
• Die Erfindung wird nun in Zusammenhang mit einer Ausführung und den Figuren näher beschrieben. Die bereits beschriebene 1 zeigt ein Blockdiagramm eines bekannten kanalselektiven Zwischenverstärkers. Die ebenfalls bereits beschriebene 2 zeigt ausführlicher die Kombination der Ausgangssignale aus den getrennten Kanälen. 3 zeigt in der Form eines Blockdiagramms eine Antennenverbindung. 4 zeigt ein Antennensystem (nicht gemäß der Erfindung), 5 zeigt einen Weg zur Vergrößerung der Isolierung zwischen den Antennen. 6 zeigt eine Anordnung zur Trennung der Kanäle gemäß der Erfindung.
• Der Kombinator in einem Zwischenverstärker wird zumindest auf der Seite weggelassen, die zum Gebiet des Funkschattens gerichtet ist, welcher zu den Mobilstationen sendet. Für die Seite, welche zu einer Basisstation gerichtet ist, ist es manchmal möglich, gerichtete Antennen bzw. Richtantennen zu verwenden, mit einer solchen Antennenverstärkung, dass nur kleine Leistungsbeträge erforderlich sind, so dass die Nachteile eines Kombinators sich verringern. Andererseits könnte eine Konstruktion mit einer Antenne pro sendendem Kanal und einer gemeinsamen Empfängerantenne für beide Enden eines geteilten Zwischenverstärkers geeignet sein.
• 3 zeigt wie die verschiedenen Kanäle nach dem Trennen und Filtern (in BP in 1 bzw. MF in 3) in jedem ihrer Verstärker PA verstärkt werden. Nach dem Durchlaufen eines Isolators und eines Bandpassfilters, gehen die Signale jeweils zu ihrer eigenen Antenne.
• Das Kombinieren der Senderleistungen für die verschiedenen Kanäle findet somit in der Luft statt, und man vermeidet dadurch nicht-lineare Elemente, da in der Luft keine Zwischenmodulation bzw. Intermodulation stattfindet.
• Eine Platte mit Patch-Antennen wird als eine Antennenanordnung verwendet, eine zum Empfangen M und eine Anzahl von Senderantennen S, entsprechend der Kanalzahl. Ein Beispiel geht aus 4 hervor, wo Patch-Antennen, rechteckige Metallplatten, auf einer Platte mit guten Hochfrequenzeigenschaften montiert sind. Ihre Breite ist ungefähr die Hälfte der Wellenlänge, ihre Länge etwas größer. Die Ausstrahlungen sind ungefähr dipolartig und polarisiert. Die Speisung findet von der Rückseite her statt, wodurch die Wahl der Anschlusspunkte die Einstellung bestimmt. Passenderweise sind die Filter, Verstärker, Isolatoren usw. hinter der Platte angeordnet, vorzugsweise größtenteils in Mikrostreifen-Technik oder dergleichen, und die Platte schließt auf der Unterseite mit einem Schutzgehäuse ab. Dies gestattet eine viel leichtere und flexiblere Installation als bei bekannten Zwischenverstärkern.
• In Übereinstimmung mit der Erfindung wird eine gegenseitige Beeinflussung dadurch vermieden, dass die Senderantennen mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen angeordnet sind, wie in Anspruch 1 definiert. Ein Beispiel hiervon ist in 6 gezeigt, wo die Patch-Antennen S in vier verschiedene Richtungen verlängert sind. Durch Speisung der Patch-Antennen von verschiedenen Seiten, können die verschiedenen Polarisationsrichtungen auch erzielt werden.
• Durch die Erfindung wird ein wirtschaftlicher Zwischenverstärker erhalten, dem eine höhere Ausgangsleistung und dadurch ein größeres Abdeckungsgebiet gegeben werden kann. Der Stromverbrauch kann verringert werden, genauso wie die Kühlungserfordernisse. Eine höhere MTBF und höhere Linearität können garantiert werden.
• Eine Voraussetzung für das gute Funktionieren der Erfindung ist, dass die Isolierung zwischen den Patch-Antennen ausreichend gut ist. Es kann in diesem Fall passend sein, die Senderantennen einen gegenseitigen Abstand von der Hälfte der Wellenlänge (in Luft) oder mehr haben zu lassen.
• Sollte es notwendig sein, ist es möglich durch Dämpfung und Phasenrotation nach 5 eine weitere Verbesserung zu erzielen. Wenn eine Antenne über die Luft ein schlechtes Signal von der anderen bekommt, dann kann dies mit einem in der Phase um 180 Grad verschobenen Signal gleichen Betrags kompensiert werden.

Claims (4)

1. Kanalselektiver Zwischenverstärker für die Mobiltelephonie, wobei der Zwischenverstärker eine erste Antennenanordnung hat, welche für die Platzierung innerhalb der Kommunikationsreichweite einer Basisstation vorgesehen ist, und eine zweite Antennenanordnung, welche für das Senden/Empfangen in einem aus der Basisstation schwer zu erreichenden Bereich vorgesehen ist, und welche Antennenanordnungen beide sowohl für das Senden als auch Empfangen vorgesehen sind, wobei ein in einer der Antennenanordnungen empfangenes Signal in einen Kanal aus einer Vielzahl von frequenzselektiven Kanälen gerichtet wird, um nach der Verstärkung in dem entsprechenden Kanal auf solche Weise gesendet zu werden, dass ein von der ersten Antennenanordnung empfangenes Signal aus der zweiten Antennenanordnung gesendet wird, und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zweite Antennenanordnung mit einer Vielzahl von Senderantennen ausgestattet ist, wobei jede angeschlossen ist, um Signale aus einem ausgewählten Kanal der Vielzahl von frequenzselektiven Kanälen zu senden, für die Kombination in der Luft mit Signalen ausanderen frequenzselektiven Kanälen, die aus anderen Senderantennen der Vielzahl gesendet werden, wobei die getrennten Senderantennen Patch-Antennen sind, die auf einer gemeinsamen Platte zusammen mit einer Empfängerantenne montiert sind, und deren Polarisationsrichtungen gegenseitig drehend versetzt sind, um den Einfluss von Wechselwirkungen zu eliminieren.
2. Kanalselektiver Zwischenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste als auch die zweite Antennenanordnung die gleiche Zahl von Senderantennen wie selektive Kanäle hat.
3. Kanalselektiver Zwischenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte ein Laminat mit guter Hochfrequenzcharakteristik ist, und dass hinter der Platte Verstärkerschaltungen montiert sind, die zu den Antennen gehören, deren Ausgangsleiter über Isolatorschaltungen durch das Laminat zu den jeweiligen Patch-Antennen gezogen und an Punkten verbunden sind, welche dem ausgangsangepassten Widerstand der jeweiligen Schaltungen entsprechen.
4. Kanalselektiver Zwischenverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Paaren von Senderantennen Netzwerke angeordnet sind mit einem 180°-Phasenverschieber und einer Dämpfungsschaltung in Reihe, um den Einfluss von Wechselwirkungen zu eliminieren.