EP1300909A1 - Anordnung zum Phasenabgleich von Zuleitungskabeln einer Antennenanordnung mit Hilfe eines Sendepilottons - Google Patents

Anordnung zum Phasenabgleich von Zuleitungskabeln einer Antennenanordnung mit Hilfe eines Sendepilottons Download PDF

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EP1300909A1
EP1300909A1 EP01123993A EP01123993A EP1300909A1 EP 1300909 A1 EP1300909 A1 EP 1300909A1 EP 01123993 A EP01123993 A EP 01123993A EP 01123993 A EP01123993 A EP 01123993A EP 1300909 A1 EP1300909 A1 EP 1300909A1
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EP
European Patent Office
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signal
pilot tone
arrangement according
circuit
transmission
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EP1300909B1 (de
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Friedrich Dr. Schumacher
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/267—Phased-array testing or checking devices

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for phase adjustment of N supply cables serving to control an antenna arrangement with the help of a broadcast pilot.
  • antenna arrangements are included Single antennas are used, which are controlled via supply cables become. These supply cables influence through existing ones mechanical length differences or by phase differences among themselves the radiation diagram of the antenna arrangement, which is why these phase differences are determined by the system Must not exceed maximum values.
  • the so-called "switched-beam" radio communication systems is used is for control of the N individual antennas, for example, an NxN Butler matrix upstream.
  • NxN Butler matrix upstream.
  • N supply cables are arranged, which, for example, for certain applications should be essentially the same length.
  • a typical value here for example, a maximum permissible phase difference of ⁇ 5 ° between the individual supply cables.
  • the lengths of the supply cables are usually compared before commissioning an antenna arrangement in such a way that first on using a network analyzer a supply cable used as a reference cable Phase difference between the individual supply cables determined and then a phase adjustment to a uniform Phase by shortening the individual supply cables accordingly he follows. It is advantageous on one Basic length part of the supply cable as a so-called "Jumper cable" trained, the basic length preferred to Phase adjustment is used.
  • phase adjustment of the supply cables takes place on site because the electrical lengths of the supply cables during the Location assembly changed by bending the supply cable.
  • the one used to determine the phase difference for example Network analyzer used by an assembly team is common trained as a relatively expensive laboratory device and is through its weight, its mechanical dimensions and its Sensitivity to environmental influences only limited for Commissioning on site suitable.
  • a transmission pilot tone is shifted in time, that is successively, coupled into each individual supply cable and after going through the corresponding one Supply cable decoupled again as a reception pilot tone.
  • the arrangement according to the invention enables phase adjustment both before start-up and during operation of the antenna arrangement and is advantageously carried out with the aid of an adjustment device to be operated from the outside by a service team.
  • a phase actuator for the phase adjustment is provided for each of the total of N supply cables.
  • these N phase actuators are designed as externally operated differential rotary capacitors, which means that there is no need for complex electrical actuation of the phase actuators.
  • a rough adjustment is advantageously carried out at the factory the supply cable in length and one-sided waterproof connector assembly, while on site only one Fine adjustment in phase difference using the phase actuators is made.
  • the problem already described penetrating moisture is avoided and costs and working time saved.
  • phase differences are determined via a serial Interface with the help of a standard laptop, which is the function of a “local maintenance terminal (LMT) "takes over.
  • LMT local maintenance terminal
  • the phase differences of the supply cables are advantageously determined at different frequencies, as a result of which an increase in the accuracy of the phase adjustment is achieved.
  • the transmission pilot tone coupled into the individual supply cables fulfills the criteria of a so-called "Spurios Emission" of a carrier frequency specified in the ETSI specifications, since the transmission pilot tone also reaches the antenna arrangement for radiation.
  • N 4 supply cables L1, L2, L3, L4, which are used to control an antenna arrangement Serve ANT.
  • the supply cables L1 to L4 are on the one hand connected to a decoupling device AKE, the Antenna arrangement is connected upstream, and on the other hand a matching device AGE and a coupling device EKE connected to a transmitter SE.
  • a transmission pilot tone SP arrives at the coupling device EKE and with the help of the AGE adjustment device offset in each of the supply cables L1 to L4.
  • the decoupling device AKE With With the help of the decoupling device AKE, it becomes the respective one Receiving pilot tone EP from the corresponding supply cable L1, L2, L3, L4 decoupled again. Then be relative Phase differences between the supply cables L1 to L4 determined using the AGE matching device accordingly system-related specifications are corrected.
  • the adjustment device has a means for adjusting the phase difference AGE for each of the supply cables L1 to L4 one controllable phase actuator PSG1, PSG2, PSG3, PSG4 on, each as an externally operated differential variable capacitor is executed.
  • the coupling device EKE has a switch S with a Input for receiving the transmission pilot SP and first to Nth, the first to the Nth lead cables L1 to L4, respectively assigned outputs.
  • Each of the N outputs of the switch S a coupler K11, K12, K13, K14 is connected downstream in each case, that the transmission pilot tone SP by the switch S one after the other in one of the supply cables L1 to L4 is coupled.
  • the decoupling device AKE has for decoupling the Reception pilot EP from the respective supply cable L1 to L4 first to Nth, each the first to Nth supply cable Couplers K21, K22, K23, K24 assigned to L1 to L4 and a combiner CB, via which the decoupled one Receiving pilot tone EP to a pilot tone input PTI Pilot tone device PTE for signal processing arrives.
  • the transmit pilot tone SP generated. This arrives via a pilot tone output PTO the coupling device EKE.
  • An example here is coupling the transmission pilot SP via the switch S and the coupler K11 into the supply cable L1 shown. With the help of the coupler K21 it is called Reception pilot tone decoupled again and reaches the Combiner CB to the pilot tone device PTE.
  • the pilot tone device PTE has n data outputs with a connected to its downstream control device CTL, for example a laptop DV as an LMT terminal over m lines is connected downstream. With the help of the laptop DV, the Phase differences between the supply cables L1 to L4 determined.
  • the antenna arrangement is ANT as a phased array antenna arrangement with four individual antennas A1, A2, A3, A4 executed that upstream of the antenna arrangement ANT Butler Matrix BM can be controlled.
  • the sending device SE includes a COMB combiner with four outputs for feeding signals into the four supply cables L1 to L4 and four inputs for recording input signals PA1, PA2, PA3, PA4.
  • the pilot tone device PTE has a reception circuit ES connected to the pilot tone input PTI, a transmission circuit SS connected to the pilot tone output PTO, a first and a second signal processing circuit SAS1 or SAS2 and a demodulation device DEM.
  • the demodulation device DEM is via the signal conditioning circuit SAS1 with the receiving circuit ES and over the Signal conditioning circuit SAS2 with the transmission circuit SS connected.
  • a synthesizer clocked with a clock signal CLK1 SYN is used to feed a synthesizer signal into the receiving circuit ES and in the transmitting circuit SS.
  • On pseudo-noise generator clocked with the clock signal CLK1 PNG is used to feed a pseudo-noise signal into the second signal processing circuit SAS2 and in the demodulation device DEM.
  • the receiving circuit ES has a receiving mixer ESM, on the input side via a reception band pass ESBP the receiving pilot tone EP and on the other hand the synthesizer signal of the synthesizer SYN is fed and its output connected to the first signal processing circuit SAS1 is.
  • reception pilot EP In order to enable a synchronous detection of the reception pilot EP, is used for the formation of the SP pilot and for the analysis of the reception pilot EP the same synthesizer SYN used.
  • the first signal processing circuit SAS1 has a series circuit from a first amplifier V1, a first Bandpass BP1, a second amplifier V2, a limiter BG and a second bandpass BP2.
  • One from the first signal conditioning circuit SAS1 formed output signal is the first input signal to the demodulator DEM.
  • the second signal processing circuit SAS2 has a series circuit from a mixer MI, an oscillator OSZ, a Doubler VD and a bandpass BP.
  • One from the mixer MI from a signal from the oscillator OSZ and that from the pseudo-noise generator PNG supplied pseudo-noise signal first output signal is present at the transmission circuit SS.
  • One formed by the doubler VD from the signal of the oscillator OSZ The signal lies as after passing through the bandpass BP second input signal at the demodulation device DEM on.
  • the transmission circuit SS has a transmission mixer SSM, the first output signal of the mixer MI on the input side second signal processing circuit SAS2 and the synthesizer signal are fed and its output with a transmission band pass SSBP is connected. Its output signal forms the Transmission pilot tone SP.
  • the demodulation device DEM has an I / Q demodulator I / Q-DEM with two outputs I and Q, each with one Capacitor C1 or C2 to an output branch AZ1 or AZ2 are coupled for further processing of a I / Q demodulator supplied I-signal IS or Q-signal IQ.
  • the I / Q demodulator I / Q-DEM is the first input signal and the second input signal of the demodulation device DEM supplied.
  • the first and second output branches AZ1 and AZ2 of the demodulation device DEM each has an inverter INV, a switch US, a low pass TP and an analog-to-digital converter ADC on, depending on the switch US of the pseudo-noise signal controlling it, the I signal IS or the Q signal QS either via the inverter INV or directly to the low pass TP.
  • One from each Low pass TP to the corresponding analog-digital converter ADC-guided signal arrives as a digital data signal a total of n data outputs from the pilot tone device PTE.
  • the reception band pass ESBP and the transmission band pass SSBP have a pass band from 935 to 960 MHz.
  • the bandpasses BP1 and BP2 of the first signal processing circuit SAS1 have a bandwidth of 1.6 MHz.
  • the bandpass BP of the second signal processing circuit SAS2 has a pass frequency of 221 MHz.
  • the low-pass filters TP of the two output branches AZ1 and AZ2 of the demodulation device DEM have a cut-off frequency of 30 Hz.
  • the synthesizer SYN provides synthesizer signals with a frequency of 824 MHz or 850 MHz, the clock frequency CLK1 of the synthesizer SYN and the pseudo-noise generator PNG has a frequency of 1 MHz, while the signal of the oscillator OSZ has a frequency of 110.6 MHz.
  • the output signal of the reception mixer ESM advantageously has a frequency of 110.6 MHz, since there are suitable SAW filters in this frequency range.
  • the signal processed there can be limited by the limiter BG, since it is subsequently only required for a phase measurement and it is synchronously demodulated by means of the oscillator OSZ at 110.6 MHz.
  • the I / Q demodulator I / Q-DEM provided for this purpose for generating the I signal IS or the Q signal IQ as 90 ° vectors divides the frequency of the signals supplied to it, which is why a doubler VD is connected downstream of the oscillator OSZ ,
  • the transmit pilot tone SP or the receive pilot tone EP is included phase-modulated or demodulated the pseudo-noise signal. This causes a spread to approximately 1 MHz.
  • the synchronous Demodulation using the I / Q demodulator I / Q-DEM is created as the modulation signal, the I signal or the Q signal in the baseband. These two signals are capacitively coupled, to an offset caused by the I / Q demodulator eliminate. Then both output signals of the I / Q demodulator I / Q-DEM with the pseudo-noise signal via the Switch US back probed, an almost offset-free DC voltage arises.
  • any existing ones Interference signals in their frequency "wide-swept” and this with the simple low pass TP of the respective output branch AZ1 or AZ2 effectively filtered out.
  • Such a DC voltage is then generated with the help of each Analog-digital converter ADC of the two output branches AZ1 or AZ2 are converted into digital data signals that are the n data outputs of the pilot tone device PTE arrive.
  • the maximum power at the input of the antenna arrangement ANT is a level of + 42dBm. With an allowed intermodulation distance of 70 dB, this results in an intermodulation level of -28dBm. The maximum permitted level of spurious emissions is -36dBm. If 6dB is taken into account as a reserve, the realizable signal-to-noise ratio of the sending or receiving pilot is approx. -14dB.

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  • Transceivers (AREA)
  • Transmitters (AREA)

Abstract

Anordnung zum Phasenabgleich von Zuleitungskabeln einer Antennenanordnung mit Hilfe eines Sendepilottons. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Phasenabgleich von zur Ansteuerung einer Antennenanordnung dienenden Zuleitungskabeln mit Hilfe eines Sendepilottons. Eine sendeseitig angeordnete Pilottoneinrichtung erzeugt den Sendepilotton, der in jedes einzelne der Zuleitungskabel eingekoppelt wird und jeweils als Empfangspilotton an eine der Antennenanordnung vorgeschaltete Auskoppeleinrichtung gelangt. Mit deren Hilfe wird er aus dem jeweiligen Zuleitungskabel ausgekoppelt und zur Ermittlung von Phasenunterschieden der Zuleitungskabel weiterverarbeitet. Die dadurch bestimmten Phasenunterschiede der Zuleitungskabel werden mit Hilfe einer Abgleicheinrichtung, die zwischen der Einkoppeleinrichtung und den Zuleitungskabeln angeordnet ist, ausgeglichen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Phasenabgleich von N zur Ansteuerung einer Antennenanordnung dienenden Zuleitungskabeln mit Hilfe eines Sendepilottons.
Bei Funkkommunikationssystemen werden Antennenanordnungen mit Einzelantennen verwendet, die über Zuleitungskabel angesteuert werden. Diese Zuleitungskabel beeinflussen durch vorhandene mechanischen Längenunterschiede bzw. durch Phasenunterschiede untereinander das Strahlungsdiagramm der Antennenanordnung, weshalb diese Phasenunterschiede systembedingt vorgegebene Maximalwerte nicht überschreiten dürfen.
Bei einer aus N Einzelantennen bestehenden Phased-Array-Antennenanordnung, die bei sogenannten "Switched-Beam"-Funkkommunikationssystemen zur Anwendung kommt, ist zur Ansteuerung der N Einzelantennen beispielsweise eine NxN Butler-Matrix vorgeschaltet. Zwischen der Butler-Matrix und einer Sendeeinrichtung sind insgesamt N Zuleitungskabel angeordnet, die beispielsweise für bestimmte Anwendungsfälle im wesentlichen gleichlang sein sollen. Als typischer Wert wird hier beispielsweise ein maximal zulässiger Phasenunterschied von ±5° der einzelnen Zuleitungskabel untereinander gefordert.
Ein Abgleich der Längen der Zuleitungskabel erfolgt dabei üblicherweise vor Inbetriebnahme einer Antennenanordnung derart, dass zuerst mit Hilfe eines Network-Analysers ein auf ein als Referenzkabel dienendes Zuleitungskabel bezogener Phasenunterschied zwischen den einzelnen Zuleitungskabeln bestimmt wird und anschließend ein Phasenabgleich auf eine einheitliche Phase durch entsprechendes Kürzen der einzelnen Zuleitungskabel erfolgt. Vorteilhafterweise ist auf einer Grundlänge ein Teil des Zuleitungskabels als sogenanntes "Jumperkabel" ausgebildet, dessen Grundlänge bevorzugt zum Phasenabgleich verwendet wird.
Der Phasenabgleich der Zuleitungskabel erfolgt vor Ort, da sich die elektrischen Längen der Zuleitungskabel während der Standort-Montage durch Biegungen der Zuleitungskabel verändert. Nach erfolgter Inbetriebnahme des Funkkommunikationssystems bzw. deren Antennenanordnungen ist eine Überprüfung des Phasenabgleichs bzw. des Phasenunterschieds im einzelnen nicht mehr vorgesehen bzw. während des Betriebs der Antennenanordnung nicht durchführbar.
Der zur Bestimmung des Phasenunterschieds von beispielsweise einem Montageteam verwendete Network-Analyser ist üblicherweise als relativ teures Laborgerät ausgebildet und ist durch sein Gewicht, seine mechanische Abmessungen sowie durch seine Empfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen nur begrenzt für Inbetriebnahmen vor Ort geeignet.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Antennenanordnung einen einfacheren Phasenabgleich von Zuleitungskabeln ohne aufwändige Messmittel und ohne Einschränkungen bezüglich Messzeitpunkt, Messdauer und Betriebszustand der Antennenanordnung zu ermöglichen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Sendepilotton zeitlich versetzt, also nacheinander, in jedes einzelne Zuleitungskabel eingekoppelt und nach dem jeweiligen Durchlaufen des entsprechenden Zuleitungskabels wieder als Empfangspilotton ausgekoppelt. Durch den erfindungsgemäßen Vergleich des Sende- und des Empfangspilottons werden zwischen den Zuleitungskabeln Phasenunterschiede ermittelt und diese mit Hilfe einer den Zuleitungskabeln vorgeschalteten Abgleicheinrichtung entsprechend korrigiert.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht den Phasenabgleich sowohl vor der Inbetriebnahme als auch während des Betriebs der Antennenanordnung und wird vorteilhafterweise mit Hilfe einer von außen durch ein Serviceteam zu bedienenden Abgleicheinrichtung durchgeführt.
In der Abgleicheinrichtung ist dabei für jedes einzelne der insgesamt N Zuleitungskabel jeweils ein Phasenstellglied für den Phasenabgleich vorgesehen. In einer vorteilhaften Weiterbildung sind diese N Phasenstellglieder als extern zu bedienende Differential-Drehkondensatoren ausgeführt, wodurch auf eine aufwändige elektrische Ansteuerung der Phasenstellglieder verzichtet werden kann.
Vorteilhafterweise erfolgt werksseitig bereits ein Grobabgleich der Zuleitungskabel in der Länge und eine beidseitige wasserfeste Steckermontage, während vor Ort nur noch ein Feinabgleich im Phasenunterschied mit Hilfe der Phasenstellglieder vorgenommen wird. Das bereits beschriebene Problem eindringender Feuchtigkeit wird vermieden und Kosten und Arbeitszeit eingespart.
Die Ermittlung der Phasenunterschiede erfolgt über eine serielle Schnittstelle mit Hilfe eines handelsüblichen Laptop's, der die Funktion eines "Local-Maintenance-Terminals (LMT)" übernimmt.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung werden die Phasenunterschiede der Zuleitungskabel vorteilhafterweise bei verschiedenen Frequenzen bestimmt, wodurch eine Erhöhung der Genauigkeit des Phasenabgleichs erreicht wird.
Erfindungsgemäß erfüllt dabei der in die einzelnen Zuleitungskabel eingekoppelte Sendepilotton die in den ETSI-Spezifikationen festgelegten Kriterien einer sogenannten "Spurios Emission" einer Trägerfrequenz, da der Sendepilotton ja ebenfalls zur Abstrahlung an die Antennenanordnung gelangt.
Erfindungsgemäß werden vorteilhafterweise für den Sendepilotton Trägerfrequenzen verwendet, die sich knapp unterhalb einer systembedingt vorgegebenen unteren Frequenzbandgrenze bzw. knapp oberhalb einer oberen Frequenzbandgrenze befinden. Dies bietet den Vorteil, dass sich in der Nähe dieser Trägerfrequenzen keine für Übertragungen benutzte Trägerfrequenzen sondern höchstens Intermodulationsprodukte befinden. Zusätzlich sperren in diesem Frequenzbereich als Empfangs- bzw. Sendebandpass verwendete Duplexfilter noch nicht.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
FIG 1
eine erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung und Abgleich eines Phasenunterschieds von Zuleitungskabeln einer Antennenanordnung, und
FIG 2
ein Schaltbeispiel zur Realisierung einer in FIG 1 verwendeten, erfindungsgemäßen Pilottoneinrichtung.
FIG 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung und zum Abgleich eines Phasenunterschieds von N=4 Zuleitungskabeln L1, L2, L3, L4, die zur Ansteuerung einer Antennenanordnung ANT dienen. Die Zuleitungskabel L1 bis L4 sind einerseits mit einer Auskoppeleinrichtung AKE verbunden, die der Antenennanordnung ANT vorgeschaltet ist, und andererseits über eine Abgleicheinrichtung AGE und eine Einkoppeleinrichtung EKE mit einer Sendeeinrichtung SE verbunden.
Ein Sendepilotton SP gelangt an die Einkoppeleinrichtung EKE und mit deren Hilfe über die Abgleicheinrichtung AGE zeitlich versetzt in jedes einzelne der Zuleitungskabel L1 bis L4. Mit Hilfe der Auskoppeleinrichtung AKE wird er als jeweiliger Empfangspilotton EP aus dem entsprechenden Zuleitungskabel L1, L2, L3, L4 wieder ausgekoppelt. Anschließend werden relative Phasenunterschiede zwischen den Zuleitungskabeln L1 bis L4 ermittelt, die mit Hilfe der Abgleicheinrichtung AGE entsprechend systembedingter Vorgaben korrigiert werden.
Zum Abgleich des Phasenunterschieds weist die Abgleicheinrichtung AGE für jedes einzelne der Zuleitungskabel L1 bis L4 je ein steuerbares Phasenstellglied PSG1, PSG2, PSG3, PSG4 auf, das jeweils als extern zu bedienender Differential-Drehkondensator ausgeführt ist.
Die Einkoppeleinrichtung EKE weist einen Schalter S mit einem Eingang zur Aufnahme des Sendepilottons SP und erste bis N-te, jeweils dem ersten bis N-ten Zuleitungskabel L1 bis L4 zugeordnete Ausgänge auf. Jedem der N Ausgänge des Schalters S ist jeweils ein Koppler K11, K12, K13, K14 derart nachgeschaltet, dass der Sendepilotton SP durch den Schalter S zeitlich versetzt nacheinander in jeweils eines der Zuleitungskabel L1 bis L4 eingekoppelt wird.
Die Auskoppeleinrichtung AKE weist zum Auskoppeln des Empfangspilottons EP aus dem jeweiligen Zuleitungskabel L1 bis L4 erste bis N-te, jeweils dem ersten bis N-ten Zuleitungskabel L1 bis L4 zugeordnete Koppler K21, K22, K23, K24 und einen Combiner CB auf, über den der jeweils ausgekoppelte Empfangspilotton EP über einen Pilottoneingang PTI an eine Pilottoneinrichtung PTE zur signaltechnischen Weiterverarbeitung gelangt.
Mit Hilfe der Pilottoneinrichtung PTE wird der Sendepilotton SP erzeugt. Dieser gelangt über einen Pilottonausgang PTO an die Einkoppeleinrichtung EKE.
Beispielhaft sei hier ein Einkoppeln des Sendepilottons SP über den Schalter S und den Koppler K11 in das Zuleitungskabel L1 gezeigt. Mit Hilfe des Kopplers K21 wird er als Empfangspilotton EP wieder ausgekoppelt und gelangt über den Combiner CB an die Pilottoneinrichtung PTE.
Die Pilottoneinrichtung PTE ist über n Datenausgänge mit einer ihr nachgeschalteten Kontrolleinrichtung CTL verbunden, der beispielsweise ein Laptop DV als LMT-Terminal über m Leitungen nachgeschaltet ist. Mit Hilfe des Laptop DV werden die Phasenunterschiede zwischen den Zuleitungskabeln L1 bis L4 ermittelt.
In diesem Beispiel ist die Antennenanordnung ANT als Phased-Array-Antennenanordnung mit vier Einzelantennen A1, A2, A3, A4 ausgeführt, die über eine der Antennenanordnung ANT vorgeschaltete Butler-Matrix BM angesteuert werden. Die Sendeeinrichtung SE beinhaltet einen Combiner COMB mit vier Ausgängen für eine Einspeisung von Signalen in die vier Zuleitungskabel L1 bis L4 und vier Eingänge für eine Aufnahme von Eingangssignalen PA1, PA2, PA3, PA4.
FIG 2 zeigt ein Schaltbeispiel zur Realisierung der in FIG 1 geschilderten Pilottoneinrichtung PTE.
Die Pilottoneinrichtung PTE weist eine mit dem Pilottoneingang PTI verbundene Empfangsschaltung ES, eine mit dem Pilottonausgang PTO verbundene Sendeschaltung SS, eine erste und eine zweite Signalaufbereitungsschaltung SAS1 bzw. SAS2 und eine Demodulationseinrichtung DEM auf.
Die Demodulationseinrichtung DEM ist über die Signalaufbereitungsschaltung SAS1 mit der Empfangsschaltung ES und über die Signalaufbereitungsschaltung SAS2 mit der Sendeschaltung SS verbunden. Ein mit einem Clock-Signal CLK1 getakteter Synthesizer SYN dient zur Einspeisung eines Synthesizersignals in die Empfangsschaltung ES und in die Sendeschaltung SS. Ein mit dem Clock-Signal CLK1 getakteter Pseudo-Noise-Generator PNG dient zur Einspeisung eines Pseudo-Noise-Signals in die zweite Signalaufbereitungsschaltung SAS2 und in die Demodulationseinrichtung DEM.
Die Empfangsschaltung ES weist einen Empfangsmischer ESM auf, dem eingangsseitig einerseits über einen Empfangsbandpass ESBP der Empfangspilotton EP und andererseits das Synthesizersignal des Synthesizers SYN zugeführt ist und dessen Ausgang mit der ersten Signalaufbereitungsschaltung SAS1 verbunden ist.
Um eine synchrone Detektion des Empfangspilottons EP zu ermöglichen, wird für die Bildung des Sendepilottons SP und für die Analyse des Empfangspilottons EP der gleiche Synthesizer SYN verwendet.
Die erste Signalaufbereitungsschaltung SAS1 weist eine Serienschaltung aus einem ersten Verstärker V1, einem ersten Bandpass BP1, einem zweiten Verstärker V2, einem Begrenzer BG und einem zweiten Bandpass BP2 auf. Ein von der ersten Signalaufbereitungsschaltung SAS1 gebildetes Ausgangssignal liegt als erstes Eingangssignal am Demodulator DEM an.
Die zweite Signalaufbereitungsschaltung SAS2 weist eine Serienschaltung aus einem Mischer MI, einem Oszillator OSZ, einem Verdoppler VD und einem Bandpass BP auf. Ein vom Mischer MI aus einem Signal des Oszillators OSZ und dem vom Pseudo-Noise-Generator PNG geliefertem Pseudo-Noise-Signal gebildetes erstes Ausgangssignal liegt an der Sendeschaltung SS an.
Ein vom Verdoppler VD aus dem Signal des Oszillators OSZ gebildetes Signal liegt nach Durchlaufen des Bandpasses BP als zweites Eingangssignal an der Demodulationseinrichtung DEM an.
Die Sendeschaltung SS weist einen Sendemischer SSM auf, dem eingangsseitig das erste Ausgangssignal des Mischers MI der zweiten Signalaufbereitungsschaltung SAS2 und das Synthesizersignal zugeführt sind und dessen Ausgang mit einem Sendebandpass SSBP verbunden ist. Dessen Ausgangssignal bildet den Sendepilotton SP.
Die Demodulationseinrichtung DEM weist einen I/Q-Demodulator I/Q-DEM mit zwei Ausgängen I bzw. Q auf, die über je einen Kondensator C1 bzw. C2 an je einen Ausgangszweig AZ1 bzw. AZ2 angekoppelt sind, für eine weitere Verarbeitung eines vom I/Q-Demodulator gelieferten I-Signals IS bzw. Q-Signals IQ. Als Eingangssignale sind dem I/Q-Demodualtor I/Q-DEM das erste und das zweite Eingangssignal der Demodulationseinrichtung DEM zugeführt.
Der erste und der zweite Ausgangszweig AZ1 bzw. AZ2 der Demodulationseinrichtung DEM weist jeweils einen Invertierer INV, einen Umschalter US, einen Tiefpass TP und einen Analog-Digital-Wandler ADC auf, wobei über den Umschalter US in Abhängigkeit des ihn steuernden Pseudo-Noise-Signals das I-Signal IS bzw. das Q-Signal QS entweder über den Invertierer INV oder direkt an den Tiefpass TP gelangt. Ein vom jeweiligen Tiefpass TP an den entsprechenden Analog-Digital-Wandler ADC geleitetes Signal gelangt als digitales Datensignal an insgesamt n Datenausgänge der Pilottoneinrichtung PTE.
Zur Dimensionierung bei einem GSM 900 Funkkommunikationssystem werden beispielhaft nachfolgende Dimensionierungen vorgenommen.
Der Empfangsbandpass ESBP und der Sendebandpass SSBP weisen einen Durchlassbereich von 935 bis 960 MHz auf.
Die Bandpässe BP1 und BP2 der ersten Signalaufbereitungsschaltung SAS1 weisen eine Bandbreite von 1,6 MHz auf. Der Bandpass BP der zweiten Signalaufbereitungsschaltung SAS2 weist eine Durchlassfrequenz von 221 MHz auf.
Die Tiefpässe TP der beiden Ausgangszweige AZ1 bzw. AZ2 der Demodulationseinrichtung DEM weisen eine Grenzfrequenz von 30 Hz auf.
Der Synthesizer SYN liefert Synthesizersignale mit einer Frequenz von 824 MHz bzw. 850 MHz, die Clockfrequenz CLK1 des Synthesizers SYN und des Pseudo-Noise-Generators PNG weist eine Frequenz von 1 MHz auf, während das Signal des Oszillators OSZ eine Frequenz von 110,6 MHz aufweist.
Das Ausgangssignal des Empfangsmischers ESM weist vorteilhafterweise eine Frequenz von 110,6 MHz auf, da es in diesem Frequenzbereich geeignete SAW-Filter gibt. Das dort aufbereitete Signal kann durch den Begrenzer BG begrenzt werden, da es nachfolgend nur für eine Phasenmessung benötigt wird und es mittels des Oszillators OSZ bei 110,6 MHz synchron demoduliert wird.
Der hierfür vorgesehene I/Q-Demodulator I/Q-DEM zur Erzeugung des I-Signals IS bzw. des Q-Signals IQ als 90° Vektoren, teilt die Frequenz der ihm zugeführten Signale, weshalb dem Oszillator OSZ ein Verdoppler VD entsprechend nachgeschaltet ist.
Wegen der für die Auswertung des Phasenunterschieds erforderlichen Synchronisation, wird der Sendepilotton SP aus dem Synthesizersignal und einem Zwischenfrequenz-Oszillatorsignal zusammengesetzt.
Der Sendepilotton SP bzw. der Empfangspilotton EP wird mit dem Pseudo-Noise-Signal phasenmoduliert bzw. demoduliert. Dies bewirkt eine Spreizung auf ca. 1MHz. Bei der synchronen Demodulation mit Hilfe des I/Q-Demodualtors I/Q-DEM entsteht als Modulationssignal das I-Signal bzw. das Q-Signal im Basisband. Diese beiden Signale werden jeweils kapazitiv gekoppelt, um einen durch den I/Q-Demodulator bedingten Offset zu eliminieren. Anschließend werden beide Ausgangssignale des I/Q-Demodulators I/Q-DEM mit dem Pseudo-Noise-Signal über den Umschalter US rückgetastet, wobei eine nahezu offsetfreie Gleichspannung entsteht. Gleichzeitig werden eventuell vorhandene Störsignale in ihrer Frequenz "breitgetastet" und diese mit dem einfachen Tiefpass TP des jeweiligen Ausgangszweiges AZ1 bzw. AZ2 wirkungsvoll weggefiltert. Eine derart erzeugte Gleichspannung wird anschließend mit Hilfe des jeweiligen Analog-Digital-Wandlers ADC der beiden Ausgangszweige AZ1 bzw. AZ2 in digitale Datensignale umgewandelt, die an die n Datenausgänge der Pilottoneinrichtung PTE gelangen.
Bei einem vorteilhaft verwendeten 2:1 Combiner CB bei der Auskoppeleinrichtung AKE errechnet sich als maximale Leistung am Eingang der Antennenanordnung ANT ein Pegel von +42dBm. Bei einem erlaubten Intermodulationsabstand von 70 dB ergibt sich somit ein Intermodulationspegel von -28dBm.
Ein erlaubter Pegel einer Störausstrahlung (Spurious Emission) liegt maximal bei -36dBm. Berücksichtigt man noch 6dB als Reserve, so ergibt sich ein realisierbarer Störabstand des Sende- bzw. Empfangspilottons von ca. -14dB.

Claims (15)

  1. Anordnung zum Phasenabgleich von N zur Ansteuerung einer Antennenanordnung (ANT) dienenden Zuleitungskabeln (L1,L2,L3,L4) mit Hilfe eines Sendepilottons (SP),
    bei der die N Zuleitungskabel (L1,L2,L3,L4) einerseits mit einer der Antennenanordnung (ANT) vorgeschalteten Auskoppeleinrichtung (AKE) und andererseits über eine Abgleicheinrichtung (AGE) und eine Einkoppeleinrichtung (EKE) mit einer Sendeeinrichtung (SE) verbunden sind, bei der über die Einkoppeleinrichtung (EKE) der Sendepilotton (SP) nacheinander in je eines der N Zuleitungskabel (L1,L2,L3,L4) einkoppelbar und als Empfangspilotton (EP) über die Auskoppeleinrichtung (AKE) wieder auskoppelbar ist, und
    bei der mit Hilfe des über die Auskoppeleinrichtung (AKE) ausgekoppelten Empfangspilottons (EP) Phasenunterschiede zwischen den N Zuleitungskabeln (L1,L2,L3,L4) feststellbar und mit Hilfe der Abgleicheinrichtung (AGE) korrigierbar sind.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der in der Abgleicheinrichtung (AGE) jedem der N Zuleitungskabel (L1,L2,L3,L4) ein steuerbares Phasenstellglied (PSG1,PSG2,PSG3,PSG4) für den Phasenabgleich zugeordnet ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Einkoppeleinrichtung (EKE) einen Schalter (S) mit einem Eingang zur Aufnahme des Sendepilottons (SP) und einen ersten bis N-ten, jeweils dem ersten bis N-ten Zuleitungskabel (L1,L2,L3,L4) zugeordnete Ausgänge aufweist und jedem der N Ausgänge jeweils ein Koppler (K11,K12,K13,K14) zum Einkoppeln des Sendepilottons (SP) in das entsprechende Zuleitungskabel (L1,L2,L3,L4) nachgeschaltet ist und mit Hilfe des Schalters (S) der Sendepilotton (SP) in jeweils eines der N Zuleitungskabel (L1,L2,L3,L4) einkoppelbar ist.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Auskoppeleinrichtung (AKE) einen ersten bis N-ten, jeweils dem ersten bis N-ten Zuleitungskabel (L1,L2,L3,L4) zugeordnete Koppler (K21,K22,K23,K24) zum Auskoppeln des Empfangspilottons (EP) und einen Combiner (CB) aufweist, über den der jeweils ausgekoppelte Empfangspilotton (EP) an eine Pilottoneinrichtung (PTE) zur signaltechnischen Weiterverarbeitung gelangt.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der die Pilottoneinrichtung (PTE) einerseits über einen Pilottoneingang (PTI) mit dem Combiner (CB) zum Empfang des Empfangspilottons (EP) und andererseits über einen Pilottonausgang (PTO) mit der Einkoppeleinrichtung (EKE) zur Einspeisung des Sendepilottons (SP) in die Einkoppeleinrichtung (EKE) verbunden ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, bei der die Pilottoneinrichtung (PTE) über Datenausgänge mit einer ihr nachgeschalteten Kontrolleinrichtung (CTL) verbunden ist, mit deren Hilfe und mit Hilfe eines mit ihr verbundenen LMT-Terminals (DV) Phasenunterschiede zwischen den Zuleitungskabeln (L1,L2,L3,L4) feststellbar sind.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der die Pilottoneinrichtung (PTE) eine mit dem Pilottoneingang (PTI) verbundene Empfangsschaltung(ES), eine mit dem Pilottonausgang (PTO) verbundene Sendeschaltung (SS), sowie eine über erste und zweite Signalaufbereitungsschaltung (SAS1,SAS2) mit der Empfangs- und Sendeschaltung (ES,SS) verbundene Demodulationseinrichtung (DEM), einen mit einem Clock-Signal (CLK1) getakteten Synthesizer (SYN) zur Einspeisung eines Synthesizersignals in die Empfangs- und Sendeschaltung (ES,SS) und einen mit dem Clock-Signal (CLK1) getakteten Pseudo-Noise-Generator (PNG) zur Einspeisung eines Pseudo-Noise-Signals in die zweite Signalaufbereitungsschaltung (SAS2) und in die Demodulationseinrichtung (DEM) aufweist.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, bei der die Empfangsschaltung (ES), die einen Empfangsmischer (ESM) aufweist, dem eingangsseitig einerseits über einen Empfangsbandpass (ESBP) der Empfangspilotton (EP) und andererseits das Synthesizersignal zugeführt ist und dessen Ausgang mit der ersten Signalaufbereitungsschaltung (SAS1) verbunden ist.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, bei der die erste Signalaufbereitungsschaltung (SAS1) aus einer Serienschaltung eines ersten Verstärkers (V1), eines ersten Bandpasses (BP1), eines zweiten Verstärkers (V2), eines Begrenzers (BG) und eines zweiten Bandpasses (BP2) besteht.
  10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der die zweite Signalaufbereitungsschaltung (SAS2) aus einer Serienschaltung mit einem Mischer (MI), einem Oszillator (OSZ), einem Verdoppler (VD) und einem Bandpass (BP) besteht, wobei ein vom Mischer (MI) aus dem Signal des Oszillators und dem Pseudo-Noise-Signal gebildetes erstes Ausgangssignal an der Sendeschaltung (SS) und ein vom Bandpass (BP) gebildetes zweites Ausgangssignal an der Demodulationseinrichtung (DEM) anliegt.
  11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der die Sendeschaltung (SS) einen Sendemischer (SSM) aufweist, dem eingangsseitig das erste Ausgangssignal des Mischers (MI) der zweiten Signalaufbereitungsschaltung (SAS2) und das Synthesizersignal zugeführt sind und dessen Ausgang mit einem Sendebandpass (SSBP) verbunden ist, wobei das Ausgangssignal des Sendebandpasses (SSBP) den Sendepilotton (SP) darstellt.
  12. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei der die Demodulationseinrichtung (DEM) einen I/Q-Demodulator (I/Q-DEM) mit zwei über je einen Kondensator (C1,C2) angekoppelte Ausgangszweige (AZ1,AZ2) für ein I-Signal (IS) und ein Q-Signal (QS) aufweist.
  13. Anordnung nach Anspruch 12, bei der der erste und der zweite Ausgangszweig (AZ1,AZ2) der Demodulationseinrichtung (DEM) jeweils einen Invertierer (INV), einen Umschalter (US), einen Tiefpass (TP) und einen Analog-Digital-Wandler (ADC) aufweisen, wobei über den Umschalter (US) in Abhängigkeit des ihn steuernden Pseudo-Noise-Signals das I-Signal (IS) bzw. das Q-Signal (QS) entweder über den Invertierer (INV) oder direkt an den Tiefpass (TP) gelangt.
  14. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, bei der
    der Empfangsbandpass (ESBP) und der Sendebandpass (SSBP) einen Durchlassbereich von 935 bis 960 MHz aufweisen,
    die Bandpässe (BP1,BP2) der ersten Signalaufbereitungsschaltung (SAS1) eine Bandbreite von 1,6 MHz aufweisen,
    bei der die Tiefpässe (TP) der Ausgangszweige (AZ1,AZ2) der Demodulationseinrichtung (DEM) eine Grenzfrequenz von 30 Hz aufweisen,
    bei der der Synthesizer (SYN) Synthesizersignale mit einer Frequenz von 824 MHz bzw. 850 MHz aufweist,
    bei der die Clockfrequenz (CLK1) des Synthesizers (SYN) und des Pseudo-Noise-Generators (PNG) eine Frequenz von 1 MHz aufweist,
    bei der das Ausgangssignal des Empfangsmischers (ESM) eine Frequenz von 110,6 MHz aufweist,
    bei der der Bandpass (BP) der zweiten Signalaufbereitungsschaltung (SAS2) eine Durchlassfrequenz von 221 MHz und das Signal des Oszillators (OSZ) eine Frequenz von 110,6 MHz aufweist.
  15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Antennenanordnung (ANT) als Phased-Array-Antennenanordnung mit vorgeschalteter Butler-Matrix (BM) ausgebildet ist und die zur Ansteuerung von N Einzelantennen (A1,A2,A3,A4) dienende Butler-Matrix (BM) mit den N Zuleitungskabel (L1,L2,L3,L4) verbunden ist.
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