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Die
Erfindung betrifft ein Mobilfunkkommunikationssystem und insbesondere,
wenn auch nicht ausschließlich,
sogenannte Mobilfunkkommunikationssysteme, in denen sich "Zellen" in verschiedenen geografischen
Gebieten befinden, die Daten von mobilen oder ortsfesten Sendern
empfangen bzw. Daten an mobile oder ortsfeste Empfänger senden,
die von dem Zellenstandort Hochfrequenzenergie empfangen bzw. an
den Zellenstandort Hochfrequenzenergie senden, die mit solchen Daten
moduliert ist.
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Bei
den derzeitigen zellularen Systemen umfasst eine "Zelle" eine Rundstrahlantenne
oder Richtungsantennen, die normalerweise jeweils einen Sektor der
Zelle erfassen, Hochfrequenzempfänger und
-sender, die mit einer dedizierten Frequenz arbeiten, Umsetzer,
Multiplexer und Vermittlungs- und Steuerausrüstung zum Durchführen einer
Zellenverarbeitung der ersten Ebene, der Überwachung und Verbindungsübergabe
sowie der Überwachungskommunikation
mit einer Mobilfunkvermittlungsstelle (MFVS).
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Jede
MFVS enthält
Ausrüstung
in großem Umfang
und ist mit der Zellenausrüstung
der Zellen innerhalb ihres Überwachungsgebietes
und mit einem Telefonnetz oder öffentlichen
Fernsprechwählnetz
(ÖFWN) über Landleitungen,
beispielsweise Koaxialkabel oder herkömmliche Telefonleitungen, verbunden.
Allgemein ausgedrückt,
enthält
die MFVS eine Vermittlungsmaschine, welche die Verbindung zwischen
den Fernmeldelinien oder Leitungen von dem ÖFWN und den Fernmeldelinien
oder Leitungen von der MFVS zu den Zellen herstellt, sowie ein Steuerungssystem
zum Verwalten der Hochfrequenz (HF)-Empfängerkanäle und der HF-Senderkanäle, die
in jeder Zelle aktiv sind, und der Verbindung zwischen den Fernmeldelinien
von dem ÖFWN
und diesen Kanälen.
Die MFVS ist aufgrund des zusätzlichen
Komplexitätsgrades
bei der Verbindungsüberwachung
und Ruflenkung komplizierter als ein herkömmliches Vermittlungsamt. Dieser
zusätzliche Komplexitätsgrad ist
erforderlich, weil der Netzweg für einzelne
Anrufe während
eines einzelnen Telefonats mehrere Male wechseln kann. Solche Wechsel können eines
oder Kombinationen des Folgenden beinhalten:
- a.
Wechsel der Hochfrequenz, mit der der Anruf arbeitet;
- b. Wechsel der Sektorenantenne an einem Zellenstandort, die
den Anruf abwickelt;
- c. Wechsel des Zellenstandortes, der den Anruf abwickelt; und
- d. Wechsel der Hochfrequenz-Sendeleistung für jeden Kanal an dem Zellenstandort
und der Station.
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Ein
Hauptnachteil der derzeitigen Systeme ist, dass wegen der Frequenzbeschränkungen
der Landleitungen, welche die Zellenausrüstung mit der MFVS-Ausrüstung verbinden,
die Zellenausrüstung die
datenmodulierte Hochfrequenzenergie, die sie empfängt, in
eine Form umwandeln muss, die durch die Landleitungen übertragen
werden kann, und sie muss die Daten, die sie von der MFVS empfängt, welche
durch die Landleitungen in der Frequenz beschränkt ist, in datenmodulierte
Hochfrequenzenergie umwandeln, um sie senden zu können. Infolge dessen
muss die Zelle nicht nur den Hochfrequenzempfänger und die Hochfrequenzsender
und Modulatoren enthalten, sondern auch die Ausrüstung für:
- a.
eine konstante Überwachung,
um bei zunehmendem Verkehr und sich verändernden Rufmustern die Zellenkapazität und die
Ausnutzung des Spektrums zu optimieren;
- b. eine kontinuierliche Neuverwendung und Umordnung von Ausrüstung an
den Zellenstandorten; und
- c. eine entsprechende Neukonfiguration und Justierungen der
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Kapazität der Kommunikationsverbindungen zwischen
der Zelle und der MFVS.
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Folglich
ist die Ausrüstung
an dem Zellenstandort teuer und erhöht die Wartung von – und den Bedarf
an – Wartungsersatzausrüstung am
Standort.
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Der
Umfang an Hochfrequenz- und Verarbeitungsausrüstung an einem Standort bestimmt
die Kapazität
und die Möglichkeiten
des Drahtlosdienstes des Standortes. Die einzelnen Hochfrequenzempfänger und
-sender an einem Standort erhalten bestimmte Frequenzen zugewiesen,
die die Anzahl verfügbarer
aktiver Kanalverbindungen an dem Standort bestimmen. Die Betriebsfrequenzen
der Empfänger und
Sender werden gemäß bestimmter
Drahtlosprotokolle zugewiesen, die das zellulare Spektrum in Kanalblöcke unterteilen,
um die bekannten Probleme von Gleichkanal- und Nachbarkanalstörung unter Zellenstandorten
in einem zellularen System zu vermeiden. Die Vermittlungs- und Verarbeitungsausrüstung an
jedem Standort verwaltet die Datenlenkung, beispielsweise impulsbreitenmodulierte
Daten, Sprachfrequenzdaten oder Daten einer gleitenden Frequenzumtastung,
für aktive
Kanalverbindungen, die zwischen einer Antenne und der MFVS aufgebaut wurden,
beaufsichtigt die Rufeinleitung und Verbindungsweitergabe zwischen
Antennen und überwacht empfangene
Verwaltungsdaten, wie beispielsweise zyklisches Abfragen von Daten,
die zellulare Empfänger
und Sender innerhalb des Detektionsbereichs des Standortes identifizieren.
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Die
MFVS enthält
außerdem
Verarbeitungsausrüstung
zum Verwalten von aktiven Kanalverbindungen zwischen Zellenstandorten
und mobilen oder ortsfesten Empfängern
und Sendern, wie beispielsweise eines Zelltelefons oder Pagers.
Die Ausrüstung
steuert und verwaltet des Weiteren die Lenkung von Verwaltungs-
und Kommunikationsdaten, die über
aktive Kanalverbindungen innerhalb des gesamten Systems übertragen
werden.
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Die
Fragmentierung der Rufbeaufsichtigungs-, -überwachungs- und Steuerungsfunktionen unter den
Zellenstandorten und der MFVS in einem zellularen System führt zu folgenden
Nachteilen. Als erstes müssen
erhebliche Kosten aufgewendet werden, um die Zellenstandortkapazität und die
Protokolldienstmerkmale für
Hochfrequenzausrüstung
an einem Zellenstandort zu ändern,
um es zu ermöglichen,
dass andere oder größere Anteile
des Hochfrequenzspektrums zum Herstellen von aktiven Kanalverbindungen
an dem Zellenstandort genutzt werden können. Des Weiteren erlegen
die hohen Kosten von HF-Ausrüstung
praktische Beschränkungen
bezüglich
der Anzahl von HF-Einheiten auf, die in einen Zellenstandort eingebunden
werden. Außerdem kann
die Hinzufügung
neuer HF-Ausrüstung an
einem Zellenstandort eine teure Neukonfiguration oder Zweckumstellung
von Landleitungsverbindungen zwischen dem Zellenstandort und der
MFVS erforderlich machen, um die vergrößerte Kapazität an dem
betreffenden Standort handhaben zu können. Des Weiteren ist es sehr
schwierig, aktive Kanalverbindungen von einer Antenne zu einer anderen
innerhalb eines Zellenstandortes oder zwischen Antennen verschiedener
Zellenstandorte zu wechseln oder die HF-Sendeleistung, den Empfangsbereich
oder die Sendefrequenz für
eine aktive Kanalverbindung an einem Zellenstandort in Reaktion
auf Änderungen beim
Drahtlosverkehrs und den Rufmustern in dem geografischen Versorgungsgebiet
des zellularen Systems zu ändern.
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Darum
sind die derzeitigen zellularen Systeme mit vielen Nachteilen behaftet.
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Ein
Aufsatz mit dem Titel "Fiber-Optic
Microcell Radio Systems with a Spectrum Delivery Scheme" von Ryutaro Ohmoto
und Mitarbeitern, IEEE Journal on Selected Areas in Communications,
Band 11, Nr. 7, September 1993, Seiten 1108-1117, offenbart ein Mikrozellenfunksystem,
das mit einem zentralisierten Steuerungsverfahren mit einem Spektrumwei tergabeschalter
und einer Hilfsträgerübertragung über eine
Glasfaser arbeitet.
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Patent
US-A-5564075 offenbart ein Verfahren zum Einstellen eines Hochfrequenzleistungspegels
an einer Mobilstation.
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Die
vorliegende Erfindung löst
das Problem des Einstellens eines Hochfrequenzleistungspegels für ein Zellenstandort-Sendesignal.
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Dieses
Problem wird mittels des Systems von Anspruch 1 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis
16.
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung werden nun Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
ein schematisches, vereinfachtes Schaubild eines Mobilfunkkommunikationssystems in
einer ersten Ausführungsform.
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2 ist
ein schematisches, vereinfachtes Schaubild eines Mobilfunkkommunikationssystems in
einer zweiten Ausführungsform.
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3 ist
ein schematisches, vereinfachtes Schaubild einer Ausführungsform
der Empfangsvorrichtung an einem Zellenstandort.
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4 ist
ein schematisches, vereinfachtes Schaubild einer Ausführungsform
der Sendevorrichtung an einem Zellenstandort.
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5 ist
ein schematisches, vereinfachtes Schaubild einer Ausführungsform
der Vorrichtung in einem Vermittlungsamt oder einer MFVS.
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1 veranschaulicht
ein Drahtloskommunikationssystem 10, das über den
Austausch von Telefonfrequenz- oder sonstigen Kommunikationssignalen
zwischen einem zellularen Standort und einem Vermittlungsamt unter
Verwendung optischer Signale, die über Lichtleiterkabel übertragen
werden, arbeitet, zum Konsolidieren und Zentralisieren von Digitalsignalverarbeitungsoperationen
in der MFVS oder dem Vermittlungsamt in dem System 10.
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Wenden
wir uns 1 zu. Das System 10 umfasst
einen Zellenstandort 12, der über ein Breitband-Lichtleiterkabel,
das Glasfasern 161,2 enthält, mit
einem Vermittlungsamt oder einer Mobilfunkvermittlungsstelle (MFVS) 14 verbunden
ist. Das Vermittlungsamt 14 ist in geeigneter Weise mit
einer Basisstationssteuerung (BSS) 116 verbunden. Ein Schalter 120 verbindet
die BSS 116 über
eine geeignete Kommunikationsdatenleitung, wie beispielsweise eine
T1-Leitung, mit einem oder mehreren öffentlichen Fernsprechwählnetzen
(ÖFWNs).
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Wir
bleiben bei 1. Der Zellenstandort 12 umfasst
eine Empfangsvorrichtung, die eine Empfangsantenne 140,
wie beispielsweise eine Rundstrahl-Dipolantenne, enthält, die
mit einer Hochfrequenz (HF)-Abwärtskonvertierungsvorrichtung 144 verbunden
ist. Eine optische Signalsendevorrichtung 146 verbindet
die Abwärtskonvertierungsvorrichtung 144 mit
der Glasfaser 161. Der Zellenstandort 12 umfasst
des Weiteren eine Sendevorrichtung, die eine Sendeantenne 142 enthält, die
mit einer Aufwärtskonvertierungsvorrichtung 150 verbunden
ist. Ein optischer Sendesignalumsetzer 148 verbindet die
Aufwärtskonvertierungsvorrichtung 150 mit
der Faser 162 .
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Das
Vermittlungsamt 14 enthält
eine Sender-Empfänger-Steue rung 122,
die über
geeignete Steuersignaldatenleitungen mit einem Modem 124, einer
Kanalführungsvorrichtung 126,
einem Digitalsignalsynthetisierer 128 und digitalen Verteilern 125, 127 verbunden
ist. Die Kanalführungsvorrichtung 126 verbindet
einen Analog-Digital-Wandler (ADW) 132 mit dem Eingang
des Verteilers 125. Der Verteiler 125 enthält mehrere
Ausgangskanäle 1251,2...n , die mit dem Modem 124 verbunden
sind. Ein optischer Empfangssignalumsetzer 130 verbindet
die Faser 161 mit dem ADW 132.
Der Verteiler 127 enthält
Eingangskanäle 1271,2...m , die mit dem Modem 124 verbunden
sind, und einen Ausgang, der mit dem Synthetisierer 128 verbunden
ist. Ein Digital-Analog-Wandler (DAW) 134 verbindet den
Ausgang des Synthetisierers 128 mit einer optischen Sendesignalvorrichtung 136.
Der optische Signalsender 136 ist mit der Faser 162 verbunden.
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Jede
der Fasern 161,2 enthält in geeigneter Weise
genügend
Bandbreite, um wenigstens einen Kanal zu unterstützen, der ein komplettes Spektrum eines
zellularen oder Privatkommunikationssystems senden oder empfangen
kann. Das Lichtleiterkabel, das die Fasern 161,2 enthält, kann
ein Glasfaserübertragungsmedium
sein, wie es dem Fachmann vertraut ist, beispielsweise eine standardmäßige Einmoden-Glasfaser
mit optimierten Fenstern bei Wellenlängen von 1300 nm und 1550 nm.
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Die
Abwärtskonvertierungsvorrichtung 144 ist
ein herkömmlicher
Hochfrequenz-Überlagerungsumsetzer,
der in geeigneter Weise dafür
konfiguriert ist, analoge Signale, die Frequenzen in jedem Versorgungs-HF-Band
haben, in dem das System 10 installiert ist, in Signale,
die Frequenzen zwischen 30 Hz und 11.030 KHz haben, oder in ZF-Signale
umzuwandeln. Die Aufwärtskonvertierungsvorrichtung 150 ist
ein herkömmlicher
Hochfrequenz-Überlagerungsumsetzer,
der dafür
konfiguriert ist, analoge ZF-Signale in HF-Signale in dem gewünschten
HF-Band umzuwandeln.
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Die
optischen Signalsender 136, 46 und die optischen
Signalumsetzer 130, 148 sind dem Fachmann vertraute
herkömmliche
Strukturen, wie beispielsweise die optischen Sender- bzw. optischen Umsetzerstrukturen,
die eingehend im US-Patent
Nr. 4,768,186 beschrieben sind.
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Der
ADW 132 und der DAW 134 sind allgemein bekannte
Hochgeschwindigkeitsvorrichtungen, die analoge Signale in eine digitale
Darstellung bzw. umgekehrt umwandeln.
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Die
Sender-Empfänger-Steuerung 122 ist eine
allgemein bekannte Mikrosteuerung, die in geeigneter Weise mit einem
Speicher, wie beispielsweise einem RAM (nicht gezeigt), verbunden
ist oder einen solchen Speicher enthält. Die Steuerung 122 führt in dem
Speicher gespeicherte Anweisungen zum Steuern von Verarbeitungsfunktionen
in dem Amt 14 aus, die mit der digitalen Verarbeitung von Datensignalen,
die auf HF-Signale aufmoduliert sind, die an der Empfangsantenne 140 detektiert
werden, und von Datensignalen, die zum Modulieren von HF-Signalen
verwendet werden, die durch die Sendeantenne 142 des Zellenstandortes 12 gesendet werden,
zusammenhängen.
Generell tauscht die Steuerung 122 Verwaltungsdaten aus
und etabliert und verwaltet aktive Kommunikationskanalverbindungen
zu zellularen Stationen, die sich innerhalb der geografischen Versorgungsreichweite
des Zellenstandortes 12 befinden. Die Versorgungsreichweite
ist durch eine Drahtlosdienstfranchise oder die maximalen Sende-
oder Empfangsmöglichkeiten
der Empfangs- und Sendeausrüstung
an dem Zellenstandort 12 bestimmt. Wie weiter unten noch
näher erläutert wird,
kann die Steuerung 122 in geeigneter Weise Steuersignale
in die Kanalführungsvorrichtung 126,
den Synthetisierer 128, die Verteiler 125, 127 und
das Modem 124 einspeisen, um die erfindungsgemäßen Merkmale
der verzögerungsfreien
Steuerung der HF-Trägerfrequenz,
des HF-Leistungspegels, des Protokollformats und der Sende- und
Empfangsantennen, die für
aktive Kanalverbindun gen, die zwischen zellularen Stationen und
dem System 10 hergestellt wurden, verwendet werden, zu
implementieren.
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Die
Kanalführungsvorrichtung 126 ist
ein dem Fachmann vertrautes programmierbares digitales Filter, das
in geeigneter Weise eine Mikrosteuerung zum Ausführen von Anweisungen enthält, die
in einem Speicher, wie beispielsweise einem RAM, gespeichert sind.
Die Anweisungen können
zum Beispiel einen Algorithmus für
eine schnelle Fourier-Transformation enthalten, der die Segmentierung digitaler
Darstellungen analoger Signale, die in einem ZF-Spektrum enthalten
sind, in digitale Darstellungen der analogen Signale, die in voneinander
verschiedenen Spektralbändern
innerhalb des ZF-Spektrum enthalten sind, sowie das Erzeugen eines
zeitgemultiplexten (TDM-) Datenstromes aus Bitpaketen der spektral
segmentierten digitalen Darstellungen der analogen Signale ermöglicht.
Die Steuerung 122 kann, in Reaktion auf Änderungen
der Drahtlosdienstanforderungen an das System 10, in geeigneter
Weise der Kanalführungsvorrichtung 126 Steuersignale
zuführen,
um adaptiv die Anzahl oder die Bandbreite der Spektralbänder zu ändern, die
für die Segmentierung
digitaler Darstellungen analoger Signale verwendet werden. Wenn
beispielsweise die aktiven Kanalverbindungen, die an der Empfangsantenne 140 hergestellt
sind, lediglich zellulare Stationen beinhalten, die gemäß dem TDMA-Protokoll
arbeiten, so kann die Steuerung 122 automatisch die Kanalführungsvorrichtung 126 dafür programmieren oder
umprogrammieren, digitale Darstellungen analoger Signale in 200
KHz breite Spektralbänder
zu segmentieren. Es versteht sich jedoch, dass die Steuerung 122 die
Kanalführungsvorrichtungen 126 dafür programmieren
kann, analoge Signale gemäß jedem
beliebigen bekannten oder vorgeschlagenen Drahtlosprotokoll in Bänder zu
segmentieren.
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Das
Modem 124 ist eine dem Fachmann vertraute digitale Vorrichtung
und enthält
programmierbare digitale Demodulatoren und Modulatoren zur Verarbeitung
eines Basisbanddatenstro mes gemäß dem Drahtlosprotokoll
in Verbindung mit der Übertragung
dieser Basisbanddaten durch die Luft zu oder von einer zellularen
Station. Zum Beispiel kann ein Demodulator oder Modulator in dem
Modem 124 dafür
programmiert sein, Basisbanddatenströme in Verbindung mit einer
Luftübertragung
gemäß dem AMPS-Protokoll
identisch mit der Art und Weise des Empfangs zu lenken. Die Anzahl
der Demodulatoren und Modulatoren, die in der Regel in dem Modem 124 enthalten
sind, wird entsprechend den erwarteten Spitzenbetriebsanforderungen
an das System 10 vorher festgelegt, oder anders ausgedrückt: entsprechend
der Anzahl von aktiven Kanalverbindungen, deren Aufbau zwischen
dem System 10 und zellularen Stationen während Zeiträumen mit
Spitzendienstbelastungen erwartet wird.
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Der
Verteiler 125 ist eine allgemein bekannte steuerbare Vorrichtung,
die dafür
programmiert sein kann, aus einem TDM-Bitstrom digitaler Darstellungen
von Amplituden analoger Signale Bitpakete auszuwählen, die bestimmten Spektralbändern entsprechen,
und die Pakete entsprechend ihren Spektralbändern zu den einzelnen Ausgangskanälen 1251,2...n mit einer gewünschten
Bitrate zu lenken, die vorzugsweise geringer ist als die Rate, mit
der Daten am Eingang des Verteilers 125 empfangen werden.
Oder anders ausgedrückt:
Der Verteiler 125 verteilt die digitalen Darstellungen
analoger Signale auf seine Ausgangskanäle gemäß der spektralen Position der digitalisierten
analogen Signale.
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Der
Verteiler 127 ist eine allgemein bekannte steuerbare Vorrichtung,
die in einer dem Verteiler 125 umgekehrten Weise arbeitet.
Der Verteiler 127 weist digitalen Darstellungen von Basisbandkommunikationskanaldatenströmen, die
gemäß den durch
die Steuerung 122 übermittelten
Steuersignalen über
die einzelnen Eingangskanäle 1271,2...m übertragen werden können, spektrale
Positionen zu. Oder anders ausgedrückt: Die Steuerung 122 wählt die
spektrale Position für
jedes Kommunikationskanalsignal aus, das in den Verteiler 127 eingespeist
wird. Der Verteiler 127 verwendet TDM zum Komprimieren
der Datenbitströme
der einzelnen Kommunikationskanalsignale, denen spektrale Positionen
zugewiesen wurden, sowie zum Erzeugen eines digitalen Ausgangsbitstromes,
der vorzugsweise eine höhere
Bitrate hat als die Kommunikationssignale, die in ihn eingespeist werden.
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Der
Synthetisierer 128 ist eine allgemein bekannte programmierbare
digitale Vorrichtung, die in geeigneter Weise eine Mikrosteuerung
zum Ausführen
von in einem Speicher, wie beispielsweise einem RAM, gespeicherten
Anweisungen enthält.
Die Anweisungen können
zum Beispiel einen Umkehralgorithmus für eine schnelle Fourier-Transformation
enthalten, der es der Mikrosteuerung in dem Synthetisierer 128 ermöglicht,
eine digitale Darstellung einer zusammengesetzten Hülle aus
modulierten analogen Signale zu erzeugen. Jedes digital dargestellte
analoge Signal repräsentiert
ein Signal mit einer Frequenz, die mit einer zugewiesenen spektralen
Position in Verbindung steht, sowie Pakete aus Datenbits, die dieser
spektralen Position zugewiesen sind. Die Pakete aus Datenbits stellen
den Amplitudenpegel der analogen Signale dar. Die Steuerung 122 kann auch
in geeigneter Weise die relativen Pegel der Amplitude für jede der
digitalen Darstellungen analoger Signale steuern, was die Steuerung
des Leistungspegels entsprechender HF-Signale an der Sendeantenne
eines Zellenstandortes ermöglicht.
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Aus
Gründen
der Klarheit und zum Hervorheben der Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
der Betrieb und der Aufbau des Systems 10 im Folgenden
anhand der Übertragung
von Datensignalen zwischen dem Vermittlungsamt 14 und dem Zellenstandort 12 beschrieben.
Diese Datensignale können
zum Beispiel Telefonfrequenzsignale, die zu aktiven Kanalverbindungen
gehören,
die vom Zellenstandort 12 aus zu zellularen Stationen aufgebaut wurden,
oder sonstige Kommunikationsdaten enthalten, die normalerweise zwischen
einem Vermittlungsamt und zellularen Stationen innerhalb der Dienstreichweite
eines Zellenstandortes ausgetauscht werden. Es versteht sich jedoch,
dass das Vermittlungsamt 14 zusätzliche Strukturen enthalten
kann, die dem optischen Signalumsetzer 130, dem optischen Signalsender 136,
dem ADW 132, dem DAW 134, der Kanalführungsvorrichtung 125,
dem Synthetisierer 128 und den Verteilern 125, 127 ähneln und
vorzugsweise mit ihnen identisch sind und dazu dienen, aktive Kanalverbindungen
herzustellen und aufrecht zu erhalten und sonstige Kommunikationsdatensignale
mit anderen Zellenstandorten, die dem Zellenstandort 12 ähneln, auszutauschen.
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Die
Datenmodulation, die auf die analogen Signale angewendet wird, die
durch das System 10 empfangen und durch das System 10 verarbeitet werden,
kann zum Beispiel Amplitudenmodulation (AM), Frequenzmodulation
(FM), Quadraturamplitudenmodulation (QAM), Phasenumtastung (PSK) oder
Quadraturphasenumtastung (QPSK) beinhalten. Zur Veranschaulichung
wird das System 10 im Folgenden anhand der Verarbeitung
analoger Datensignale beschrieben, die mittels AM moduliert werden.
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Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform werden
datenmodulierte analoge HF-Signalübertragungen, die mittels AM
moduliert wurden, von (nicht gezeigten) zellularen Stationen, die
an der Empfangsantenne 140 des Zellenstandortes 12 detektiert werden,
durch die Abwärtskonvertierungsvorrichtung 144 auf
niederfrequentere Signale abwärtskonvertiert.
Die Antenne 140 detektiert alle AM-HF-Signale mit Trägerfrequenzen
innerhalb eines zuvor festgelegten Hochfrequenzbereichs. Die niederfrequenteren
Signale werden zum Modulieren des optischen Signalsenders 146 verwendet,
der ein intensitätsmoduliertes
optisches Empfangssignal an das Amt 14 sendet. Der optische
Signalumsetzer 130 in dem Amt 14 wandelt das optische
Empfangssignal in analoge AM-Signale um, die hinsichtlich Frequenz
und Amplitude elektrisch zu jenen äquivalent sind, die in den optischen
Signalsender 146 eingespeist werden. Der ADW 132 wandelt
jene analogen AM-Signale in eine digitale Darstellungsform als Ströme von Datenbits um,
die zu der Kanalführungsvorrichtung 126 geleitet werden.
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Die
Steuerung 122 übermittelt
Steuersignale an die Kanalführungsvorrichtung 126,
um die Kanalführungsvorrichtung 126 zu
veranlassen, die digital dargestellten AM-Signale in Spektralbänder mit
zuvor festgelegten Bandbreiten zu trennen und zu gruppieren. Die
Frequenzbereiche der Spektralbänder werden
so gewählt,
dass sie den Frequenzen analoger Signale entsprechen, die für die HF-Signale
repräsentativ
sind, deren Empfang an der Antenne 140 für die aktiven
Kanalverbindungen, die am Zellenstandort 12 hergestellt
wurden, erwartet wird. Die Kanalführungsvorrichtung 126 erzeugt
einen TDM-Ausgangsbitstrom, der die spektral segmentierten digitalen
Darstellungen der AM-Signale enthält.
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Der
TDM-Bitstrom wird zu dem Verteiler 125 gelenkt, der einzelne
spektrale Segmente digitaler Darstellungen von AM-Signalen auf die
Ausgangskanäle 1251,2...n legt, um zu gewährleisten,
dass der Datenbitstrom für
einen Ausgangskanal eine geeignete Rate für die Verarbeitung der digitalisierten
Kommunikationsdatensignale in dem Modem 124 und zur Übertragung
zu dem Modem 124 hat. Die Demodulatoren im Modem 124 sind
in geeigneter Weise mit den Ausgangskanälen 1251,2...n verbunden,
so dass Demodulatoren, die für
ein ausgewähltes
Protokoll programmiert wurden, Datensignale mit dem gleichen Protokollformat
verarbeiten. Die Demodulatoren leiten ein oder mehrere Kommunikationskanaldatensignale
je nach dem Drahtlosprotokoll als einzelne digitale Kanalbitströme zu der
BSS 116. Die BSS 116 leitet die Kanalbitströme entweder
zu dem Schalter 120 zur Übertragung zu einem ÖFWN oder
zurück zum
Modem 124 zur Übertragung
an eine zellulare Station, die eine aktive Verbindung zu dem System 10 aufgebaut
hat.
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Die
Steuerung 122 tastet außerdem die Bitströme ab, die
auf die Ausgangskanäle
des Verteilers 125 gelegt wurden, und überwacht die digitalen Darstellungen
der Amplituden der AM-Signale, um die tatsächlich empfangenen HF-Leistungspegel
für die aktiven
Verbindungen, die an dem Zellenstandort 12 aufgebaut wurden,
zu bestimmen. Die HF-Pegel sind proportional der digitalen Darstellung
der Amplituden der AM-Signale,
die in den optischen Signalsender 146 und den ADW 132 eingespeist
wurden.
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In
der Umkehr- oder Senderichtung übermittelt
die Sender-Empfänger-Steuerung 122 Steuersignale
an die BSS 116 und das Modem 124, um die Übertragung
von Basisbandkanaldatensignalen, die für das Senden zu einer zellularen
Station markiert sind, die eine aktive Verbindung zu dem Zellenstandort 12 hergestellt
hat, von dem Schalter 120 zu den Modulatoren des Modems 124 auszuführen. Der
Einfachheit halber wird angenommen, dass alle Basisbandkanaldatensignale,
die von der BSS 116 übermittelt
werden, in digitaler Form vorliegen und für das Senden von der Antenne 142 in
dem System 10 markiert sind. Die Steuerung 122 übermittelt
Steuersignale zum Lenken von Basisbandkanaldatensignalen zu den
Modulatoren in dem Modem 124, die dafür programmiert sind, entsprechend
dem Drahtlosprotokoll für
die zellulare Zielstation für
die jeweiligen Basisbandkanaldatensignale zu arbeiten. Die Modulatoren
in dem Modem 124 lenken die Basisbandkanaldatensignale
zu den Eingangskanälen 1271,2...m der Verteiler 127.
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Auf
der Grundlage von Steuersignalen, die von der Steuerung 122 kommen,
setzt der Verteiler 127 die Datenströme für die Basisbandkanalsignale in
spektrale Positionen, die mit der Erzeugung digitaler Darstellungen
von analogen AM-Signalen in Verbindung stehen, die Frequenzen haben,
die den HF-Trägerfrequenzen
entsprechen, die für
die Übertragung
von Kommunikationssignalen für
die jeweiligen aktiven Kanalver bindungen vorgemerkt sind. Der Verteiler 127 komprimiert
die spektral positionierten Kanaldatensignale mittels TDM und übermittelt
einen komprimierten Bitstrom mit hoher Rate an den Synthetisierer 128,
wobei die Bitrate vorzugsweise größer ist als die, die in den
Verteiler 127 eingespeist wird.
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Die
Steuerung 122 übermittelt
Steuersignale zu dem Synthetisierer 128, um die Erzeugung
digitaler Darstellungen analoger Signale vorzunehmen, die durch
die spektral positionierten Basisbandkanaldaten moduliert sind.
Die Steuersignale sorgen dafür, dass
die digitale Darstellung der Amplitude für ein analoges Signal proportional
dem HF-Leistungspegel
ist, der an einem Zellenstandort zu senden ist, und dass die Frequenz
eines analogen Signals zu der HF-Frequenz zum Senden für die Basisbandkanaldaten
in Beziehung steht. Die spektralen Positionen sorgen für eine Korrelation
der Frequenzen der zu erzeugenden Signale mit den Kanaldatenströmen, die
jeweils zum Modulieren dieser Signale verwendet werden. Der Synthetisierer 128 übermittelt
den Bitstrom, der die digitalen Darstellungen der AM-Signale enthält, zu dem
DAW 134, der sie in analoge AM-Signale zurückkonvertiert.
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Die
analogen AM-Signale modulieren den optischen Signalsender 136 zum
Erzeugen eines intensitätsmodulierten
optischen Sendesignals. Das optische Sendesignal wird über die
Faser 162 zu dem optischen Signalumsetzer 148 geleitet,
der das optische Sendesignal in der gleichen Weise in die elektrische
Form zurückkonvertiert
wie der optische Empfänger 130.
Die elektrische Signaldarstellung des optischen Sendesignals wird
in die Aufwärtskonvertierungsvorrichtung 150 eingespeist,
welche die niederfrequenteren AM-Signale in entsprechende modulierte
HF-Trägersignale
umwandelt. Diese HF-Signale werden durch die Sendeantenne 142 zu
zellularen Zielstationen gesendet. Jedes gesendete HF-Signal hat
eine Frequenz gleich jener, die für die entsprechende aktive Verbindung
in dem Vermittlungsamt 14 ausgewählt wurde, was sich auf Steuersignale
stützt, die
durch die Steuerung 122 an den Verteiler 127 und den
Synthetisierer 128 übermittelt
wurden. Des Weiteren entsprechen die Leistungspegel der modulierten
HF-Signale, die an der Sendeantenne 142 gesendet wurden,
den digitalen Darstellungen der Amplituden der analogen Signale,
was sich ebenfalls auf die Steuersignale stützt, die durch die Steuerung 122 an den
Synthetisierer 128 übermittelt
wurden.
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Die
vorliegende Ausführungsform
ermöglicht somit
die Konsolidierung und Zentralisierung von Breitbanddigitalsignalverarbeitungsoperationen
in dem Amt 14. Die Empfangs- und Sendeausrüstung an
dem Zellenstandort 12 wird effektiv über Lichtleiterkabel zu dem
Amt 14 übertragen.
Eine Verarbeitung von Daten erfolgt nicht an dem einzelnen Zellenstandort 12,
und das gesamte zum Ziel gesetzte HF-Spektrum wird in dem Amt 14 verarbeitet.
Die Steuerung 122 kann Steuersignale zu den Komponenten
innerhalb des Amtes 14 übermitteln,
und zwar zu der Kanalführungsvorrichtung 126,
dem Synthetisierer 128, den Demodulatoren und Modulatoren
in dem Modem 124 und den Verteilern 125 und 127,
um eine dynamische Echtzeit-Zuweisung der HF-Trägerfrequenz, des HF-Sendeleistungspegels
und des Drahtlosprotokollformats für die Demodulation und Modulation
von Kommunikationssignalen zu ermöglichen. Somit kann die Steuerung 122 verzögerungsfrei
die Sende- und Empfangskapazität
des Systems 10 in Reaktion auf Änderungen beim Drahtlosdienstbedarf
variieren.
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Die
Zentralisierung von Verarbeitungsoperationen in dem Amt 14 kann
auch die Anzahl der Komponenten und die Größe eines Zellenstandortes in dem
System 10 verringern und Wirtschaftlichkeitsvorteile bei
der Wartung der Ausrüstung
mit sich bringen. Des Weiteren minimiert die Konsolidierung typischer
Zellenstandortverarbeitungsfunktionen in dem Amt 14 – wie beispielsweise
die Verbindungsübergabe
eines Gesprächs
zwischen Sektoren desselben Antennensystems, der Empfang und die
Bestätigung von
zellularen Stationen mit aktiven Kanalverbindungen, das Eintreten
in das Gebiet, das durch eine bestimmte Antenne versorgt wird, und
das Abtasten des Spektrums auf Rufe und sonstige Signale, die nicht durch
eine Antenne verarbeitet werden – die Menge des Verwaltungsdatenverkehrs
zwischen einem Amt und einem Zellenstandort, wodurch die Kapazität des zellularen
Systems vergrößert wird.
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Außerdem kann
ein Zellenstandort eine deutlich vergrößerte Kapazität haben,
weil die Daten, die für
das Modulieren von HF-Signalen, die von dem Zellenstandort zu senden
sind, verwendet werden, digital in dem Amt 14 erzeugt werden.
Zum Beispiel hätte
die analoge Darstellung des ZF-Spektrums keine harmonischen Signale,
die üblicherweise
durch herkömmliche
Kombinationsverfahren erzeugt werden, wodurch die Zuordnung von
mehr aktiven Kanälen
möglich
wird, die innerhalb der Grenzen der Filter in einer zellularen Station
liegen. Des Weiteren gestattet die Erzeugung von ZF-Signalen in
dem Vermittlungsamt für
alle Antennen in dem System eine dynamische Zuteilung von Kanälen innerhalb
des HF-Spektrums,
um den Dienstbedarf zu decken, wobei die Kanalzuteilung lediglich
durch Antenne-zu-Antenne-Interferenzen beschränkt ist.
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Des
Weiteren sorgt die Übertragung
von Kommunikationsdaten über
Glasfasern mittels Intensitätsmodulation
anstelle von digitalen Modulationstechniken für einen wirtschaftlichen Transport
von Kommunikationssignalen über
große
Distanzen. Der Zellenstandort führt
eine begrenzte Verarbeitung an den empfangenen HF-Signalen aus,
und das gesamte empfangene HF-Spektrum
wird in seiner ursprünglichen
Form über
ein Glasfaserkabel zu dem Vermittlungsamt transportiert. Außerdem wird
ein kleiner Teil der spektralen Bandbreite in der Glasfaser für die Übertragung
des Spektrums von Signalen beansprucht, die an einer Antenne eines
Zellenstandortes detektiert werden. Es werden auch weniger Verstärker zum
Verbinden eines langen Glasfaserkabels benötigt, weil die Bitgeschwindigkeiten,
die bei der Intensitätsmodulation
beibehalten werden müssen, nicht
so hoch sind wie jene, die für
das Übertragen von
digital modulierten Signalen benötigt
werden, die in Glasfasern eingespeist werden. Die Verstärker, die benutzt
werden können,
wie beispielsweise ZF-Verstärker,
die das optische Signal in eine elektrische ZF-Form umwandeln, eine
Verstärkung
ausführen und
dann die elektrischen Signale zurück in optische Signale konvertieren,
oder alternativ optische Verstärker,
die das optische Signal im optischen Bereich verstärken, sind
auch einfacher und preiswerter als jene, die in digital modulierten
optischen Systemen verwendet werden.
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2 veranschaulicht
eine zweite Ausführungsform
eines Systems 100, das in Aufbau und Betrieb dem System 10 ähnelt, nur
dass niederfrequentere analoge AM-Signale, die detektierten modulierten
HF-Signalen oder sonstigen Kommunikationssignalen, die an ein Vermittlungsamt übermittelt
werden, oder Datensignalen, die an einen Zellenstandort zu übermitteln
sind, entsprechen, durch einen Frequenzmodulator in frequenzmodulierte
(FM-) Signale umgewandelt werden, bevor sie an einen optischen Signalenergiegenerator
eines optischen Signalsenders übermittelt
werden. Das System 100 enthält ebenso Mittel zum Zurückkonvertieren
von FM-Signalen in AM-Signale. Die Umwandlung von AM-Signalen in
FM-Form zum Modulieren
der Intensität
des optischen Energieausgangs eines optischen Generators ist detailliert
im US-Patent Nr.
4,786,186 beschrieben. Die AM-Signale werden vorzugsweise in FM-Form
konvertiert, bevor sie zum Modulieren eines optischen Signals verwendet
werden, um eine Rauschverbesserung zu erreichen. Es werden gleiche
Bezugszahlen verwendet, um Komponenten in dem System 100 zu
bezeichnen, die oben unter Bezug auf das System 10 eingehend
beschrieben wurden.
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Wenden
wir uns 2 zu. Das System 100 enthält einen
Zellenstandort 112, der mit einem Vermittlungsamt 114 verbunden
ist. Der Zellenstandort 112 enthält ähnliche Komponenten und Verbindungen
wie der Zellenstandort 12, nur dass ein Frequenzmodulator 172 die
Abwärtskonvertierungsvorrichtung 144 mit
dem optischen Signalsender 146 verbindet und ein Frequenzmodulationsdiskriminator 188 den
optischen Signalumsetzer 148 mit der Aufwärtskonvertierungsvorrichtung 150 verbindet.
Der Zellenstandort 112 enthält des Weiteren eine Dienstkanal-
und Dienstleitungsvorrichtung oder Servicevorrichtung 152,
die mit der Abwärtskonvertierungsvorrichtung 144 und
der Aufwärtskonvertierungsvorrichtung 150 verbunden
ist.
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Das
Amt 114 wird in einer ähnlichen
Weise modifiziert, um eine Umwandlung zwischen FM- und AM-Form und
umgekehrt zu ermöglichen.
Das Amt 114 enthält ähnliche
Komponenten und Verbindungen wie das Amt 14 und enthält des Weiteren
einen Frequenzmodulationsdiskriminator 216, der den optischen
Signalumsetzer 130 mit dem ADW 132 verbindet,
und einen Frequenzmodulator 222, der den DAW 134 mit
dem optischen Signalsender 136 verbindet. Das Amt 114 enthält des Weiteren
eine Servicevorrichtung 158, die mit dem Diskriminator 216 und
dem Modulator 222 verbunden ist.
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Die
Modulatoren 172 und 222 sind allgemein bekannte
Frequenzmodulatoren, wie beispielsweise spannungsgesteuerte Oszillatoren,
die eine hoch-lineare FM-Darstellung mit breiter Varianz eines analogen
AM-Signals erzeugen. Die Diskriminatoren 188 und 216 sind
allgemein bekannte Frequenzdemodulatoren, die FM-Signale zu AM-Signalen
demodulieren.
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Die
Servicevorrichtung 152 ist eine allgemein bekannte Zellenstandortvorrichtung,
die Zellenstandortwartungsdaten zu einem Vermittlungsamt, wie beispielsweise
dem Amt 114, übermittelt
und von dort Antwortmeldungen empfängt. Gleichermaßen ist die
Servicevorrichtung 158 eine allgemein bekannte Vermittlungsamtvorrichtung,
die Zellenstandortwartungsdaten von einem Vermittlungsamt zurück zu dem
Zellenstandort überträgt, der
Dienstdatensignale zu dem Vermittlungsamt übertrug. Die Servicevorrichtungen 152 und 158 führen in
Kombination allgemein bekannte Systemverwaltungsoperationen aus, wie
beispielsweise das Überwachen
von Warnlampen, die an einem Zellenstandort angebracht sind, und
das Überwachen
von Änderungen
beim empfangenen Leistungspegel über
ein Glasfaserkabel, durch den Austausch von Daten auf einem Kanal über das
Glasfaserkabel, das eine direkte Kommunikation zwischen dem Vermittlungsamt
und einem Zellenstandort ermöglicht.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform kann
ein System 300 mehrere Empfangs- und Sendeantennen umfassen,
die sich an einem oder mehreren Zellenstandorten 300A befinden,
die dem Zellenstandort 112 ähneln, und kann verzögerungsfrei aktive
Kanalverbindungen unter Antennen und den Zellenstandorten 300A,
die mit einem Amt 300B verbunden sind, gemäß den sich ändernden
Kommunikationserfordernissen für
das System 300 und den hier besprochenen erfindungsgemäßen Technik ändern. In
dem System 300 ähnelt
das Amt 300B dem Amt 114 und umfasst mehrere Gruppen
von Diskriminatoren, ADWs und Kanalführungsvorrichtungen und mehrere
Gruppen von Frequenzmodulatoren, DAWs und Synthetisierern für die Empfangs-
bzw. Sendeantennen, die in dem System 300 enthalten sind. Eine
Steuerung in dem Amt 300B steuert jene Komponenten für die Auswahl
der Empfangs- und Sendeantenne für
eine aktive Kanalverbindung, die mit dem System 300 aufgebaut
wurde, um es zu ermöglichen, dass
das System 300 als ein virtueller einzelner Zellenstandort
mit mehreren Antennen arbeiten kann. Es werden gleiche Bezugszahlen
verwendet, um Komponenten in dem System 300, das in Verbindung mit
den 3, 4 und 5 unten
veranschaulicht ist, zu bezeich nen, die oben unter Bezug auf die Systeme 10 und 100 beschrieben
wurden.
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3 veranschaulicht
eine bevorzugte Empfangsvorrichtung, die an dem Zellenstandort 300A implementiert
werden kann, zum Detektieren datenmodulierter HF-Signale an jeder
von mehreren Antennen. Wenden wir uns 3 zu. Der
Zellenstandort 300A kann in geeigneter Weise Bandpassfilter (BPFs) 160A,B,C umfassen, die die Empfangsantennen 140A,B,C jeweils mit Eingängen von
rauscharmen Verstärkern
(RAVs) 162A,B,C verbinden. Die
Empfangsantennen 140A,B,C sind
vorzugsweise Richtungsantennen, die jeweils einen eigenen Sektor
der Zelle abdecken. Erste Eingänge
von Mischern 164A,B,C sind jeweils
mit Ausgängen
der RAVs 162A,B,C verbunden, und
zweite Eingänge
der Mischer 164A,B,C sind jeweils
mit einem Überlagerungsoszillator
(ÜO) 141 verbunden.
Ausgänge
der Mischer 164A und 164B sind über BPFs 168A bzw. 168B mit ersten Eingängen von Kombinierern 170A bzw. 170B verbunden.
Eine Servicevorrichtung 152 ist mit zweiten Eingängen der
Kombinierer 170A und 170B verbunden. Der Mischer 164c enthält eine
Ausgang, der mit einem BPF 1680 verbunden
ist. Frequenzmodulatoren 172A,B sind
mit Ausgängen
der Kombinierer 170A bzw. 170B verbunden, und ein Frequenzmodulator 172c ist
mit dem BPF 168c verbunden. BPFs 174A,B,C verbinden
Ausgänge
der Frequenzmodulatoren 172A,B,C jeweils
mit einem Kombinierer 177. Der Kombinierer 177 ist
mit einem optischen Signalsender 146 verbunden.
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4 veranschaulicht
eine bevorzugte Ausführungsform
einer Sendevorrichtung, die an dem Zellenstandort 300A implementiert
werden kann, zum Senden datenmodulierter HF-Signale an beliebigen von mehreren Antennen.
Wenden wir uns 4 zu. Die Sendevorrichtung kann
in geeigneter Weise einen optischen Signalumsetzer 148 umfassen,
der mit einem Leistungsteiler 184 mit drei Ausgängen verbunden
ist. Die Bandpassfilter 186A,B,C verbinden die
Ausgänge
des Teilers 184 jeweils mit FM-Diskriminatoren 188A,B,C . BPFs 190A,B,C verbinden
Ausgänge
der FM-Diskriminatoren 188A,B,C jeweils
mit ersten Eingängen
von Mischern 194A,B,C . Die Mischer 194A,B,C enthalten zweite Eingänge, von
denen jeder mit dem ÜO 141 verbunden
ist, und Ausgänge,
die jeweils über
BPFs 192A,B,C mit Hochleistungsverstärkern (HLVs) 191A,B,C , verbunden sind. BPFs 197A und 197B verbinden
die Ausgänge
der BPFs 190B bzw. 190C mit der Servicevorrichtung 152.
Die HLVs 191A,B,C sind jeweils
mit Sendeantennen 142A,B,C verbunden.
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Der ÜO 141 ist
eine allgemein bekannte Vorrichtung, die ein stabiles Festfrequenz-Ausgangssignal
erzeugt. Die Mischer 164A,B,C und 194A,B,C sind allgemein bekannte Vorrichtungen,
die ein Bezugssignal, wie beispielsweise das, das durch den ÜO 141 bereitgestellt
wird, zum Überlagern
von Signalen zwischen einem Frequenzbereich und einem anderen, wie
beispielsweise zwischen HF und ZF oder ZF und HF, verwenden. Die
RAVs 162 sind herkömmliche Vorrichtungen,
die in geeigneter Weise die Leistung von HF-Trägersignalen erhöhen.
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Bei
einer Ausführungsform
kann jeder der HLVs 191A,B,C in
geeigneter Weise eine Anordnung aus hoch-linearen, rauschfreien
GaAs-Festkörper-Breitbandleistungsverstärkern mit
einer Leistung von 10 Watt umfassen. Jede dieser GaAs-Verstärkeranordnungen
kann einen beliebigen Teil des HF-Spektrums verstärken und ist in geeigneter
Weise in die Oberfläche
einer entsprechenden Sendeantenne 142 eingebettet, die
vorzugsweise eine konkave Oberfläche
aufweist, um eine konstruktive Interferenz und Strahlung von einem
Brennpunkt zu ermöglichen,
der um eine zuvor festgelegte Distanz von dem Zellenstandort 112 entfernt
liegt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass ein Sektor in dem Zellenstandort 112 lediglich
Sendestärke
verliert und nicht ausfällt,
wenn es mit einem oder mehreren der GaAs-Verstärker in einem der HLVs 191 für eine jeweilige
Antenne 142 zu Problemen kommt. Des Weiteren ermöglicht es
die Verwendung von HLVs an einem Zellenstandort, dass HF-Signale
im freien Raum kombiniert werden, um die Entstehung harmonischer Signale
beim Übertragen
von HF-Signalen zu minimieren, was andernfalls die Ausnutzung des HF-Spektrums
und die Aufrechterhaltung der Signallinearität einschränken würde.
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5 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
des Amtes 300B zum Verarbeiten von Datensignalen, die mit
dem Zellenstandort 300A über die Fasern 161,2 in Form von intensitätsmodulierten
optischen Signalen ausgetauscht werden. Wenden wir uns 5 zu.
Das Amt 300B umfasst einen optischen Signalumsetzer 130,
der mit einem Leistungsteiler 212, BPFs 214A,B,C , FM-Diskriminatoren 216A,B,C , BPFs 231A,B,C und
BPFs 229A,B in der gleichen Weise
verbunden ist, in der der optische Signalumsetzer 148 mit
dem Leistungsteiler 184, den BPFs 186A,B,C ,
den FM-Diskriminatoren 188A,B,C ,
den BPFs 190A,B,C bzw. den BPFs 197A,B an dem in 4 gezeigten
Zellenstandort 300A verbunden ist.
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Das
Amt 300B umfasst des Weiteren ein Digitalsignalverarbeitungs-Teilsystem 200,
das ADWs 132A,B,C , die jeweils
mit Kanalführungsvorrichtungen 126A,B,C verbunden sind, und Synthetisierer 128A,B,C , die jeweils mit DAWs 134A,B,C verbunden sind, enthält. Die
ADWs 130A,B,C sind jeweils mit
BPFs 231A,B,C verbunden. Eingänge von
digitalen Verteilern 125A,B,C sind
jeweils mit den Kanalführungsvorrichtungen 126A,B,C verbunden. Ausgangskanäle 125A1,A2,A3 , 125B1,B2,B3 und 125C1,C2,C3 der Verteiler 125A,B,C sind jeweils direkt mit der Steuerung 122 verbunden.
Ausgangskanäle 125A4,A5...An , 125B4,B5...Bn und 125C4,C5...Cn der Verteiler 125A,B,C sind jeweils mit Routing-Ports 242 eines
digitalen Schalters 240 verbunden. Der Schalter 240 enthält elektronische
Gatter 243 zum Herstellen eines Verbindungsweges zwischen
einem Routing-Port und einem von mehreren Demodulatoren 2501,2...p oder Modulatoren 2521,2...q in dem Modem 124.
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Eingangskanäle 127A1,A2...Am , 127B1,B2...Bm und 127C1,C2...Cm der Verteiler 127A,B,C sind ebenfalls jeweils mit den
Routing-Ports 242 des
Schalters 240 verbunden. Eingangskanäle 12A1,A2,A3 , 127B1,B2,B3 und 127C1,C2,C3 der
Verteiler 127A,B,C sind jewels
mit der Steuerung 122 verbunden. Die Verteiler 127A,B,C enthalten des Weiteren Ausgänge, die
jeweils mit den Synthetisierern 128A,B,C verbunden
sind. Kombinierer 237B,C verbinden
die DRWs 134B,C jeweils mit BPFs 235B,C , und ein BPF 235A ist
mit dem DAW 134A verbunden. Die
Servicevorrichtung 158 ist ebenfalls mit jedem der Kombinierer 237B,C verbunden. Der optische Signalsender 136 ist
mit einem Kombinierer 218, BPFs 220A,B,C ,
Modulatoren 222A,B,C und den BPFs 235A,B,C in der gleichen Weise verbunden,
in der der optische Signalsender 146 mit dem Kombinierer 177,
den BPFs 174A,B,C bzw. den Modulatoren 172A,B,C an dem in 3 gezeigten
Zellenstandort 300A verbunden ist.
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Die
BPFs 160A,B,C und 192A,B,C sind dem Fachmann vertraute Filter
mit Durchlassbereichen, die für
den HF-Arbeitsbereich geeignet sind, der durch das System 300 bedient
wird. Der Durchlassbereich kann zum Beispiel bei ungefähr 800,
900 oder 1900 MHz liegen, was den Betriebsvorgaben des europäischen,
des US-amerikanischen oder des Privatkommunikationssystem (PKS)-Netzes
für. ein zellulares
System entspricht. Zur Veranschaulichung arbeitet das System 300 entsprechend
den US-amerikanischen Vorgaben. Es versteht sich, dass zu den Drahtlosprotokollen
beispielsweise AMPS, CDMA, TDMA, GSM oder jegliches später entwickelte
Protokoll gehören
kann, welches das Strahlungsspektrum in geeigneter Weise unterteilt.
Die BPFs 168A,B,C und 190A,B,C sind allgemein bekannte Filter
mit 15 MHz breiten Durchlassbereichen in dem entsprechenden niederfrequenteren
oder ZF-Arbeitsbereich des Systems 300. Die BPFs 197A,B und 229A,B sind
allgemein bekannte Bandpassfilter mit Durchlassbereichen, die dafür geeignet
sind, Datensignale an die Servicevorrichtungen 152 bzw. 158 zu übermitteln.
Die Kombinierer 170A , 170B , 237A und 237B sind allgemein bekannte Summierungsverstärker.
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Die
Modulatoren in den beiden Gruppen der Frequenzmodulato- ren 172A,B,C und 222A,B,C haben jeweils
Schwerpunktfrequenzen, die um ungefähr 135 MHz voneinander versetzt
sind. Diese Versetzungen nutzen die Bandbreitenkapazität der Faser 16 aus,
die in der Regel 500 MHz beträgt,
und verhindern eine Intermodulation unter FM-Darstellungen von niederfrequenten
analogen Signalen, wenn sie in einem Kombinierer kombiniert werden.
Die Demodulationsfrequenzen, die in den Diskriminatoren 216A,B,C und 188A,B,C verwendet
werden, entsprechen den Schwerpunktfrequenzen der Frequenzmodulatoren 172A,B,C bzw. 222A,B,C .
Die Schwerpunktfrequenzen und die Demodulationsfrequenzen in dem
Amt 300B und dem Zellenstandort 300A werden aufeinander abgestimmt,
um einen Signalweg herzustellen, der sich zwischen einer ausgewählten Antenne
an dem Zellenstandort 300A und dem digitalen System 200 erstreckt.
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Die
BPFs 174A,B,C und 214A,B,C und die BPFs 186A,B,C und 220A,B,C sind allgemein bekannte Filter mit
Durchlassbereichen, deren Schwerpunkt etwa um die Schwerpunkt- und
Demodulationsfrequenzen der Modulatoren und der Diskriminatoren 172A,B,C und 216A,B,C bzw. 188A,B,C und 222A,B,C herum
liegt, wobei die Bandbreiten zweckmäßigerweise gleich der Summe
des Doppelten der maximalen Abweichung der Schwerpunktfrequenz eines
Modulators und dem Doppelten der höchsten Frequenz des analogen
Signals, das dem Modulator zugeführt
wird, sind.
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Der
Schalter 240 ist eine allgemein bekannte, digital steuerbare
Vorrichtung mit elektronischen Gattern 243, die auf der
Grundlage von Steuersignalen geöffnet
oder gesteuert werden können,
um ausgewählte
Signalwege zu und von den einzelnen Routing-Ports 242 und
Orten, die mit den elektronischen Gattern 243 verbunden
sind, herzustellen.
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Die
Leistungsteiler 184 und 212 sind allgemein bekannte Vorrichtungen,
die ein empfangenes Signal gleichmäßig in mehrere identische Ausgangssignale
mit geringeren Leistungspegeln aufteilen.
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Der
Zellenstandort 300A und das Amt 300B tauschen
Datensignale über
die Fasern 161,2 aus, und die Datensignale
werden in dem Amt 300B digital verarbeitet, um aktive Kanalverbindungen
herzustellen oder aufrecht zu erhalten, Verwaltungssteuersignaldaten
mit zellularen Stationen in der Dienstreichweite des Zellenstandortes 300A auszutauschen
und sich um die Versorgung an dem Zellenstandort 300A in
der folgenden Weise zu kümmern. Das
gesamte Spektrum von datenmodulierten HF-Signalen wird an jeder
der Empfangsantennen 140A,B,C detektiert
und von dort jeweils über
die BPFs 160A,B,C geleitet, um
Signale zu eliminieren, die außerhalb des
HF-Arbeitsspektrums des Systems 300 liegen. Die RAVs 162A,B,C verstärken die gefilterten HF-Signale
auf einen geeigneten Pegel, damit die Mischer 164A,B,C ,
die ein zuvor festgelegtes Signal verwenden, das durch den ÜO 141 zugeführt wird,
sie jeweils in niederfrequentere AM-Signale umwandeln können. Die
BPFs 168A,B,C filtern die jeweiligen
niederfrequenteren Signale. Die Kombinierer 170A und 170B summieren alle Dienstdatensignale,
die vorzugsweise im ZF-Bereich
liegen, die von der Servicevorrichtung 152 übermittelt
werden, wobei die AM-Signale von den Mischern 164A bzw. 164B zugeführt werden. Der Übersichtlichkeit
halber werden Kommunikationssignale, die zu datenmodulierten HF-Signalen gehören, die
an einer bestimmten Empfangsantenne 140 detektiert werden,
sowie jegliche Dienstdatensignale, die mit den Kommunikationssignalen
kombiniert werden, die an einer bestimmten Empfangsantenne detektiert
werden, gemeinsam als ein Empfangsantennenbündel bezeichnet. Der Einfachheit
halber werden Dienstdatensignale im Folgenden nicht besprochen.
Es versteht sich jedoch, dass diese Dienstdatensignale in einer ähnliche
Weise verarbeitet werden würden
wie die ausgetauschten Kommunikationssignale.
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Die
AM-Signale, welche die drei Empfangsantennenbündelsignale bilden, werden
jeweils den Modulatoren 172A,B,C zugeführt, von
denen jeder eine eigenständige,
hoch-lineare FM-Darstellung
mit breiter Varianz der jeweiligen Empfangsantennenbündelsignale
erzeugt. Die BPFs 174A,B,C eliminieren
aus den jeweiligen FM-Darstellungen jegliche Signale außerhalb
der gewünschten
Bänder,
die jeweils den Schwerpunktfrequenzen der Modulatoren 172A,B,C entsprechen. Die Schwerpunktfrequenzen
der Modulatoren 172A,B,C können zum
Beispiel auf 70, 230 bzw. 350 MHz eingestellt werden, um eine Intermodulation zu
verhindern, wenn die jeweiligen FM-Darstellungen in dem Kombinierer 177 kombiniert
werden. Die kombinierten FM-Signale von dem Kombinierer 177 werden
in den optischen Sender 146 eingespeist, der ein intensitätsmoduliertes
optisches Empfangsdatensignal zum Routen über die Faser 161 zu dem Amt 300B erzeugt.
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In
dem Amt 300B wird das optische Empfangssignal durch den
optischen Signalumsetzer 130 in elektrische Signalform
konvertiert und über
den Leistungsteiler 212 identisch über die BPFs 214A,B,C und zu den FM-Diskriminatoren 216A,B,C gelenkt. Die FM-Diskriminatoren 216A,B,C demodulieren die FM-Signale zu
AM-Signalen, die den AM-Signalen in dem Zellenstandort 300A entsprechen,
die jeweils den Signalwegen für
die Antennen 140A,B,C zugeordnet sind.
Die BPFs 231A,B,C filtern jeweils
die Ausgänge der
Diskriminatoren 216A,B,C , um Stör- oder
Intermodulationssignale zu eliminieren. Die BPFs 229A,B trennen analoge Signale, die von
den FM-Diskriminatoren 216A,B kommen
und die Dienstdatensignale darstellen, die von der Servicevorrichtung 152 stammen.
Diese Dienstdatensignale werden zu der Servicevorrichtung 158 für eine herkömmliche
Verarbeitung gelenkt. Ähnlich
dem System 10 erzeugen die ADWs 130A,B,C digitale
Darstellungen der AM-Signale in den jeweiligen Empfangsantennenbündelsignalen und übermitteln
diese Bitströme
jeweils zu den Kanalführungsvorrichtungen 126A,B,C . Die Kanalführungsvorrichtun gen 126A,B,C segmentieren die digitalen Darstellungen
der AM-Signale jeweils für
die Empfangsantennenbündel
entsprechend ihrer Position in dem Spektrum. Die Steuerung 122 kann
zum Beispiel Steuersignale in die Kanalführungsvorrichtung 126A einspeisen, um das Filtern der digitalen Darstellungen
der AM-Signale des jeweiligen Empfangsantennenbündelsignals in Spektralbänder zu ermöglichen,
die eine Bandbreite von 200 KHz für GSM oder TDMA, eine Bandbreite
von 30 KHz in AMPS-Anwendungen oder jegliche Kombination von Bandbreiten
in gemischten oder künftigen
Anwendungen haben.
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Die
Steuerung 122 übermittelt
ebenfalls Steuersignale an die Verteiler 125A,B,C und
den Schalter 240 zum Herstellen der Signalwege zum Routen spektraler
Segmente der Datenbitpakete, die durch die Kanalführungsvorrichtungen 126A,B,C bereitgestellt werden, zwischen
Kommunikationsausgangskanälen
der jeweiligen Verteiler 125A,B,C und
Demodulatoren 2501,2...p . Zum Beispiel
kann ein spektrales Segment, das einem Kommunikationssignal entspricht,
das in der Empfangsantenne 140A detektiert wurde
und das AMPS-Protokollformat aufweist, zum Routen von der Kanalführungsvorrichtung 126A über den
Verteilerkanal 125A4 und zu dem
Demodulator 2501 ausgewählt werden.
Der Demodulator 2501 würde dafür programmiert
sein, modulierte Datenbits gemäß dem AMPS-Drahtlosprotokollformat
zu verarbeiten.
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Die
Demodulatoren 2501,2...p in dem
Modem 124 lenken die verarbeiteten Kommunikationskanaldatenströme zu der
BSS 116 zur Weiterverarbeitung und Weiterleitung entsprechend
herkömmlichen Techniken.
Die BSS 116 kann die Basisbanddatensignale für eine aktive
Kanalverbindung in dem System 300 zu dem Schalter 120 zum
Routen zu einem Zielort eines öffentlichen
Fernsprechwählnetzes übermitteln.
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Außerdem übermittelt
die Steuerung 122 Steuersignale zu den Verteilern 125A,B,C zum Routen digitaler Darstellungen
der spektral segmentierten Kanaldatenbitströme über die Ausgangskanäle 125A1,A2,A3 , 125B1,B2,B3 bzw. 125C1,C2,C3 direkt zu der Steuerung 122.
Diese Datenströme
können
Verwaltungskommunikationssignale von zellularen Stationen innerhalb
des geografisch versorgbaren Gebietes des Zellenstandortes 300A sowie
Telefonkommunikationssignale, die zu aktiven Kanalverbindungen gehören, die
zu dem Zellenstandort 300A aufgebaut wurden, enthalten.
Die Steuerung 122 verarbeitet die Datensignale, die zu
aktiven Kanalverbindungen gehören,
zum Bestimmen des tatsächlich
empfangenen HF-Leistungspegels in den Antennen 142A,B,C für die HF-Signale,
deren Empfang an jeder der jeweiligen Antennen des Zellenstandortes 300A erwartet
wird. Die tatsächlichen
HF-Leistungspegel sind proportional der digitalen Darstellung der
Amplituden der AM-Signale, die von den Kanalführungsvorrichtungen 126A,B,C jeweils zu den Verteilern 125A,B,C übermittelt werden.
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Es
ist anzumerken, dass HF-Kommunikationsdatensignale, die zu anderen
aktiven Kanalverbindungen gehören,
die zu dem System 100 oder einem benachbarten Drahtlossystem
aufgebaut wurden, in einem oder mehreren der Spektralbänder der Datenbitströme enthalten
sein können,
die in der Kanalführungsvorrichtung 126A,B,C erzeugt werden. Die Steuerung 122 übermittelt
jedoch lediglich Steuersignale an die Verteiler 125A,B,C und
den Schalter 240 zum Herstellen eines Verbindungsweges
zu den Demodulatoren 2501,2...p ,
der Datenbitströme
lenkt, die Kommunikationssignalen für aktive Kanalverbindungen
entsprechen, wobei die Bitströme
Frequenzen repräsentieren,
die jenen HF-Trägern
entsprechen, die für
die aktiven Kanalverbindungen erwartet werden, die an dem Zellenstandort 300A aufgebaut
sind.
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Außerdem kann
die Steuerung 122 eine Digitalsignalverarbeitung an allen
segmentierten Bitströmen
vornehmen, die in die Verteiler 125A,B,C eingespeist
werden, um den Status jeglicher HF-Signale zu überwachen, die an beliebigen
der Empfangsantennen in dem System 300 detektiert werden.
Weil die Steuerung 122 kontinuierlich die Statusaktualisierung
von Drahtlosübertragungen
in dem System 300 überwachen
kann, kann die Steuerung 122 eine aktive Kanalverbindung
praktisch verzögerungsfrei
an jeder Antenne in dem System 300 erneut aufbauen oder
zum ersten Mal aufbauen, wenn dies notwendig wird, wie zum Beispiel
dann, wenn eine Antenne oder der gesamte Zellenstandort vollständig ausfällt.
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Des
Weiteren steuert die Steuerung 122 das Routen von Verwaltungsdatensignalen
und Kommunikationsdatensignalen, die den aktiven Kanalverbindungen
zugehören,
von dem Amt 300B zu dem Zellenstandort 300A, wie
folgt. Die Steuerung 122 überwacht die Übertragung
von Basisbandkommunikationsdatenströmen zu der BSS 116 von
dem Schalter 120 und übermittelt
Steuersignale zu der BSS 116, dem Modem 124 und
dem Schalter 240 zum Herstellen von Verbindungswegen von
der BSS 116 über
die Modulatoren 2521,2...q und
zu Datenkanaleingängen
in den Verteilern 127A,B,C gemäß dem Drahtlosprotokollformat
und der Sendeantenne in dem Zellenstandort 300A, die zum
Senden der Kommunikationskanaldaten als modulierte HF-Signale ausgewählt wurde. Zum
Beispiel kann die Steuerung 122 einen Verbindungsweg von
einem oder mehreren der Modulatoren 252 zu dem Verteiler 127A zum Routen von Kanaldatensignalen
zur Übertragung
von der Antenne 142A herstellen.
Des Weiteren übermittelt
die Steuerung 122 Verwaltungsdatensignale über die
Kanaleingänge
zu den Verteilern 127A,B,C . Aus
Gründen
der Einfachheit werden diese Verwaltungssignale im Folgenden nicht
berücksichtigt.
Es ist anzumerken, dass sie in einer Weise ähnlich den Kommunikationskanalbitströmen verarbeitet
werden würden.
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Die
Steuerung 122 übermittelt
Steuersignale zu den Verteilern 127A,B,C zur
spektralen Positionierung von Kommunikationssignalbitströmen, um
jeweils die Erzeugung digitaler Darstellungen von AM-Signalen mit
gewünschten
Frequenzen in den Synthetisierern 128A,B,C zu
ermöglichen.
Je nach dem empfangenen Leistungspegel für die HF-Signale, die für die aktiven
Kanalverbindungen detektiert werden, die an dem Zellenstandort 300A aufgebaut
sind, übermittelt
die Steuerung 122 Steuersignale zu den Synthetisierern 128A,B,C zum Erzeugen digitaler Darstellungen
von AM-Signalen mit Amplituden, die dem gewünschten HF-Leistungspegel für Übertragungen in
aufwärtskonvertierter
Form als datenmodulierte HF-Signale an den Antennen 142A,B,C entsprechen. Zum Beispiel kann
die Steuerung 122 in geeigneter Weise Steuersignale zu
dem Synthetisierer 128A übermitteln,
um den Leistungspegel für
eine HF-Signalübertragung,
die zu einer aktiven Kanalverbindung gehört, in dem Maße zu erhöhen oder
zu verringern, wie sich die zellulare Station, die zu der Verbindung
gehört,
weiter von der Sendeantenne, die der Verbindung für die Dauer
eines Drahtlosdatenaustauschs zugewiesen ist, weg bewegt oder näher zu dieser
Sendeantenne hin bewegt. Des Weiteren übermittelt die Steuerung 122 Steuersignale
zu den Synthetisierern 128A,B,C zum
Erzeugen einer digitalen Darstellung von AM-Signalen mit Frequenzen
gemäß den spektralen
Positionen der Kanaldatenströme,
so dass die Frequenzen den gewünschten
HF-Trägerfrequenzen
für die
aktiven Kanalverbindungen entsprechen, nachdem am Zellenstandort 300A die
Aufwärtskonvertierung
stattgefunden hat.
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Die
DAWs 134A,B,C konvertieren die
digitalen Darstellungen von AM-Signalen, die durch die Synthetisierer 128A,B,C erzeugt werden, in analoge AM-Signale,
die dann jeweils in dem BPF 235A,B,C gefiltert werden.
Der Einfachheit halber wird angenommen, dass die Servicevorrichtung 158 keine
Dienstsignale bereitstellt. Diese AM-Signale oder Sendeantennenbündel werden
in FM-Form umgewandelt und dann zum Erzeugen eines intensitätsmodulierten
optischen Sendesignals in dem optischen Signalsender 136 in
der gleichen Weise, wie oben beschrieben, verwendet. Das optische
Sendesignal wird über
die Faser 162 zu dem Zellenstandort 300A gelenkt.
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An
dem Zellenstandort 300A konvertiert der optische Umsetzer 148 das
optische Sendesignal in ein elektrisches Signal, das die Form von
FM-Signalen hat. Die FM-Darstellungen werden über den Leistungsteiler 184 und
die BPFs 186A,B,C zur Unterteilung
in drei eigenständige,
gefilterte FM-Darstellungen
gelenkt, die jeweils selektiv in den FM-Diskriminatoren 188A,B,C zu
AM-Signalen demoduliert werden, die den einzelnen AM-Sendebündelsignalen entsprechen,
die in dem Amt 300B erzeugt werden. Diese Sendebündel-AM-Signale
werden in den BPFs 190A,B,C gefiltert
und dann jeweils in den Mischern 194A,B,C zu
entsprechenden datenmodulierten HF-Signalen konvertiert. Diese HF-Signale
werden in den BPFs 192A,B,C weiter
gefiltert, bevor sie zu den HLVs 191A,B,C gelenkt
werden, die jeweils die HF-Übertragung
an der Antenne 142A,B,C vornehmen.
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Wie
aus dem oben Dargelegten zu erkennen ist, überwinden die Ausführungsformen
Nachteile von Systemen des Standes der Technik durch die Verwendung
der Vorrichtung, die in meinem US-Patent Nr. 4,768,186 offenbart
ist, zum Verbinden der Ausrüstung
an einem Zellenstandort mit der MFVS sowie durch die Verlagerung
von Funktionen der Ausrüstung
eines Zellenstandortes nach dem Stand der Technik in die MFVS. Auf
diese Weise wird der Umfang der Zellenstandortausrüstung wesentlich verringert,
wobei die damit verbundene Senkung der Kosten für die Ausrüstung am Zellenstandort ungefähr 70 %
beträgt.
Die Gesamtausrüstungskosten
eines zellularen Systems werden um ungefähr 45 % gesenkt, und die Wartungskosten
des Systems werden verringert.