PL185824B1 - Wzmacniak sygnałów radiowychWzmacniak sygnałów radiowych - Google Patents

Abstract

1. Wzmacniak sygnalów radiowych, ko- rzystnie do ruchomego zastosowania w cyf- rowych, komórkowych sieciach radiowych, w którym odbierane w galezi Downlink (RZ1) i/albo galezi Uplink (RZ2) wzmacniaka sy- gnaly radiowe sa demodulowane i nastepnie tak uzyskane strumienie danych cyfrowych sa znów modulowane zgodnie z norma, wzma- cniane i emitowane, znamienny tym, ze prze- widziana jest inteligentna jednostka steru- jaca (12), która podczas ruchu wzmacniaka przez komórke sama decyduje o majacym na- stapic przelaczeniu na nowa komórke i kon- trolujac ruch sygnalizacyjny w sieci radio- wej 1 samodzielne dostosowywanie przeno- szonych przez wzmacniak kanalów czestotli- wosci do kanalów uzywanych przez sasied- nia kom órke wspomaga przelaczenie (Han- dover) na nowa komórke sieci radiowej. Fig. 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest wzmacniak sygnałów radiowych, korzystnie do ruchomego zastosowania w cyfrowych, komórkowych sieciach radiowych.

Wzmacniak jest rodzajem stacji przekaźnikowej, która odbiera, wzmacnia i znów wysyła sygnały radiowe emitowane ze stacji bazowej sieci radiowej, tak że mogą być one odbierane przez stacje ruchome sieci radiowej. Oczywiście wzmacniak pracuje też w przeciwnym kierunku, to znaczy sygnały radiowe emitowane przez stację ruchomą są przekazywane przez wzmacniak do stacji bazowej sieci ruchomej. W komórkowej sieci radiowej wykorzystuje się często wzmacmaki do rozszerzenia zasięgu, na przykład do zasilania tuneli, dużych budynków, dolin górskich lub podobnych miejsc. Zastosowanie wzmacniaków jest korzystnie w szczególności wówczas, gdy ze względu na brak infrastruktury nie jest możliwe przyłączenie zwykłej stacji bazowej lub wiąże się to ze stosunkowo dużymi nakładami Przewidziano też wzmacniak do użytku ruchomego, zwłaszcza do zastosowania w pociągach.

185 824

Wzmacniak konwencjonalny jest przeznaczony w zasadzie do dwukierunkowego wzmacniania sygnałów radiowych w kierunku Uplink i Downlink, przy czym sygnały radiowe są wysyłane na tej samej częstotliwości, na której są odbierane. Pochodzący ze stacji bazowej sygnał Downlink jest odbierany anteną przyłączową, następnie jest wzmacniany i filtrowany w gałęzi Downlink wzmacniaka i przez antenę zasilającą jest wysyłany w kierunku stacji ruchomej. Jednocześnie sygnał Uplink pochodzący ze stacji ruchomej jest odbierany anteną zasilającą, w gałęzi Uplink wzmacniaka jest wzmacniany, filtrowany i wysyłany do stacji bazowej przez antenę przyłączową. W przypadku zastosowania w pojazdach, jak na przykład szybkie pociągi, wskazuje się na zastosowanie wzmacniaków szerokopasmowych, które przenoszą duży zakres częstotliwości wykorzystywanych w sieci radiowej, żeby zapewnić działanie w każdej przejeżdżanej komórce. Wskutek pracy wzmacniaka w szerokim paśmie występują oczywiście zniekształcenia sygnału (błędy fazowe i amplitudowe, intermodulacja, szumy i podobne zjawiska), które działają bardzo niekorzystnie na jakość połączenia radiowego.

Znany jest z WO-A-95/24783 wzmacniak do systemów radiowych TDMA, który demoduluje sygnały radiowe odbierane w gałęzi Downlink i/albo Uplink i następnie tak uzyskane strumienie danych cyfrowych znów moduluje zgodnie z normą, wzmacnia i emituje. Wzmacniak posiada jednostkę sterującą, która steruje komunikacją między przynależną stacją bazową, wzmacniakiem i zasilaną stacją ruchomą oraz przydziela odpowiednią częstotliwość stacji ruchomej.

US-A-5 548 803 ujawnia wzmacniak, który wzmacnia sygnał odbierany w Downlink lub Uplink i znów wysyła na tej samej lub innej częstotliwości. Wzmacniak posiada w tym celu jednostkę sterującą, która steruje komunikacją między przynależną stacją bazową, wzmacniakiem i zasilaną stacją ruchomą i przydziela odpowiednią częstotliwość stacji ruchomej.

Zadaniem wynalazku jest takie rozwinięcie wzmacniaka określonego wyżej rodzaju, żeby przetwarzane sygnały radiowe traciły jak najmniej na swojej jakości i żeby zapewnione było ruchome zastosowanie wzmacniaka bez zakłóceń.

Przedmiotem wynalazku jest wzmacniak, który demoduluje odbierane sygnały i następnie znów moduluje, a także wybór wzmacnianych częstotliwości.

Zaletą wynalazku jest to, że nie występują duże szumy nieuniknione we wzmacniakach analogowych, a więc poprawia się znacznie jakość połączenia radiowego. Poza tym istotną zaletą jest to, że dzięki inteligentnej jednostce sterującej według wynalazku jest rozpoznawana zmiana kanału niezbędna przy zmianie komórki, co znacznie ułatwia procedurę Handover i czyni wzmacniak szczególnie przydatnym do użytku w pojazdach.

Wzmacniak według wynalazku działa według następującej zasady: Odbierany sygnał jest filtrowany, wzmacniany i demodulowany jak w stacji radiowej danej sieci (stacja ruchoma lub stacja bazowa). Mierzy się przy tym korzystnie natężenie sygnału odbieranego i wykorzystuje jako sygnał do sterowania mocą wyjściową wzmacniacza nadajnika. W sieciach radiowych, które pracują w systemie TDMA (Time Division Multiple Access: wielodostęp z podziałem czasu) natężenie sygnału jest mierzone na bazie szczeliny czasowej. Zdemodulowany strumień danych cyfrowych doprowadza się do modulatora, wzmacnia się i znów emituje.

Ponadto w systemach TDMA następuje zgodnie z systemem formowanie zboczy sygnałów synchronizujących (Power-Ramping), żeby uzyskać możliwie wąskie spektrum łączeniowe. Pomiar natężenia sygnału odbieranego umożliwia sterowanie amplitudą sygnałów synchronizujących. Celem ustabilizowania sterowania amplitudowego w razie zaników sygnału odbierany sygnał może być uśredniany przez kilka ramek czasowych.

Wzmacniak może pracować tylko z selekcją kanałów, a więc w razie zastosowania w pojazdach potrzebna jest adaptacja do danej sytuacji, to znaczy do kanałów częstotliwości wykorzystywanych w danej komórce. Odbywa się to przez nadzorowanie sygnalizacji Downlink, czyli sygnalizacji od stacji bazowej do stacji ruchomej.

Dzięki inteligentnej jednostce sterującej we wzmacniaku musi on przetwarzać (odbiór, demodulacja, modulacja) tylko częstotliwości najsilniejszej w danej sytuacji (komórce sieci radiowej) stacji bazowej, łącznie z częstotliwością kanału organizacyjnego najbliższej silniejszej komórki sąsiedniej (która musi być wyznaczona przez układ logiczny wzmacniaka).

185 824

W tym celu inteligentna jednostka sterująca wzmacniaka musi nadzorować ruch sygnalizacyjny i wyprowadzać z tego następujące informacje:

1. lista częstotliwości wykorzystywanych w najsilniejszej komórce (Serving Cell),

2. lista kanałów organizacyjnych sąsiedniej komórki,

3. zależnie od systemu radiowego, także informacje o kolejności przeskoku częstotliwości (Frequency Hopping) oraz o ich konkretnym przebiegu.

Jeżeli wzmacniak porusza się w komórce, to jego jednostka sterująca musi sama decydować o mającej nastąpić zmianie komórki oraz o wyborze najbardziej odpowiedniej komórki. W razie potrzeby zmiany komórki (Handover) wzmacniak obniża poziom najsilniejszej komórki (Serving Cell) po stronie zasilania i podwyższa poziom docelowej komórki celem zmiany, tak że układ sterowania systemu radiowego poleca automatycznie zmianę połączeń stacji ruchomych w nowej komórce. Gdy pierwsza stacja ruchoma zasilana przez wzmacniak przełączy się na nową komórkę, wzmacniak musi mieć też możliwość obsługi częstotliwości nowej, silniejszej komórki. Informacje o tym, czy stacja ruchoma wzmacnianej komórki jest zasilana przez wzmacniak czy też przez bezpośredni kontakt radiowy ze stacją bazową, można uzyskać poprzez relację czasową obu kierunków ruchu radiowego oraz poprzez moc sygnału stacji ruchomej, który odbiera wzmacniak.

W każdej gałęzi wzmacniaka znajdują się elementy funkcjonalne, jak filtry kanałowe, demodulator, modulator i wzmacniacz nadajnika, ewentualnie połączone równolegle stosownie do liczby kanałów wysokiej częstotliwości.

Wzmacniak posiada wzorzec częstotliwości, który jest celowo synchronizowany przez kanał synchronizacji przebiegającego od stacji bazowej kanału Downlink. Wzorzec ten służy jako centralny generator impulsów synchronizujących generowanie częstotliwości nośnej, modulację, ewentualnie formowanie zboczy sygnałów synchronizacji itd.

Poprzez łącze danych w postaci kanału radiowego między wzmacniakiem i stacją bazową, który to kanał jest elementem składowym kanałów wykorzystywanych przez wzmacniak, można zrealizować zdalne sterowanie i zdalną kontrolę wzmacniaka. Takie łącze danych jest zrealizowane w module, który spełnia funkcję ruchomej stacji danych i który jest częścią inteligentnej jednostki sterującej. Może on być sprzężony bezpośrednio z anteną przyłączową albo może mieć dostęp poprzez multiplekser/demultiplekser do strumieni danych cyfrowych obu gałęzi wzmacniaka.

Z rysunków i ich opisu wynikają dalsze cechy znamienne i zalety wynalazku. Niżej objaśnia się wynalazek na podstawie tylko jednego sposobu realizacji przedstawionego na rysunku, na którym:

fig. 1 przedstawia schematycznie elementy funkcjonalne klasycznego wzmacniaka według stanu techniki;

fig. 2 - schemat układu elementów funkcjonalnych wzmacniaka według wynalazku.

Klasyczny wzmacniak według fig. 1 realizuje w zasadzie dwukierunkowe wzmacnianie nadchodzącego ze stacji bazowej BTS lub stacji ruchomej MS sygnału radiowego w kierunku Uplink i Downlink, przy czym sygnały nadchodzące z kierunku stacji BTS są odbierane za pomocą anteny przyłączowej 1 i dołączonego filtra dupleksowego 3, wzmacniane są w gałęzi Downlink RZ1, są ewentualnie selekcjonowane i poprzez następny filtr dupleksowy 3 oraz antenę zasilającą 2 są znów wysyłane w kierunku stacji ruchomej MS. Gałąź Uplink RZ2 wzmacniaka pracuje w taki sam sposób i przekazuje sygnały nadchodzące ze stacji ruchomej MS do stacji bazowej BTS.

Natomiast wzmacniak według wynalazku przedstawiony na fig. 2 pracuje w inny sposób. Niżej opisano tylko przebieg sygnału Downlink od stacji bazowej BTS do stacji ruchomej MS, który przechodzi przez pierwszą gałąź RZ1 wzmacniaka. W taki sam sposób są przetwarzane sygnały Uplink.

Sygnał radiowy nadchodzący ze stacji ruchomej MS jest doprowadzany przez filtr dupleksowy 3 do wstępnego wzmacniacza 4 i jest obniżany przez mieszacz 5 do jego pasma podstawowego albo częstotliwości pośredniej. Częstotliwość mieszania jest wytwarzana przez generator lokalny 6 Sygnał pasma podstawowego jest doprowadzany przez filtr kanałowy 7 do demodulatora 8, za którym występuje zdemodulowany strumień danych cyfrowych, który

185 824 jest przetwarzany odpowiednio przez modulator 9 na częstotliwość nośną, wzmacniany przez wzmacniacz nadajnikowy 10 i emitowany przez następny filtr dupleksowy 3 z anteny zasilającej 2 na stację ruchomą.

Wzmacniak posiada inteligentną jednostkę sterującą 12, która kontroluje i odpowiednio analizuje ruch sygnalizacyjny między stacjami bazowymi i stacjami ruchomymi, a także natężenie odpowiednich sygnałów odbieranych. Pozwala to przyporządkować łączenie stacji ruchomej ze stacją bazową najkorzystniejszej w danych okolicznościach stacji bazowej oraz wspomagać zmianę komórki (Handover). Ta właściwość predestynuje wzmacniak według wynalazku do zastosowania ruchomego.

Jednostka sterująca 12 dysponuje celowo modułem zdalnego sterowania i zdalnej kontroli, który jest wysterowany przez jeden z kanałów wykorzystywanych przez wzmacniak. Występujący za demodulatorem 8 strumień danych cyfrowych odgałęzia się, przy czym sygnały związane z jednostką sterującą są „wyfiltrowane” przez multiplekser/demultiplekser 13.

Jednostka sterująca 12 dostarcza generowany ze strumienia danych sygnał synchronizacji wzorca częstotliwości 11, który służy jako centralny generator synchronizujący wszystkie generatory lokalne 6. Sygnał synchronizacji jest wytwarzany z kanału synchronizacji demodulowanego sygnału.

Jednostka sterująca 12 jest połączona przewodem sterującym przynajmniej ze wzmacniaczem nadajnikowym 10 gałęzi Downlink i steruje mocą wyjściową wzmacniacza 10.

185 824

RZ2 Fig. 1

RZ2

Fig.2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wzmacniak sygnałów radiowych, korzystnie do ruchomego zastosowania w cyfrowych, komórkowych sieciach radiowych, w którym odbierane w gałęzi Downlink (RZ1) i/albo gałęzi Uplink (RZ2) wzmacniaka sygnały radiowe są demodulowane i następnie tak uzyskane strumienie danych cyfrowych są znów modulowane zgodnie z normą, wzmacniane i emitowane, znamienny tym, że przewidziana jest inteligentna jednostka sterująca (12), która podczas ruchu wzmacniaka przez komórkę sama decyduje o mającym nastąpić przełączeniu na nowa komórkę i kontrolując ruch sygnalizacyjny w sieci radiowej i samodzielne dostosowywanie przenoszonych przez wzmacniak kanałów częstotliwości do kanałów używanych przez sąsiednią komórkę wspomaga przełączenie (Handover) na nową komórkę sieci radiowej.
2. 2. Wzmacniak według zastrz. 1, znamienny tym, że sygnały radiowe odbierane w gałęzi wzmacniaka (RZ1 albo RZ2) są demodulowane i następnie uzyskane strumienie danych cyfrowych są znów modulowane zgodnie z normą, wzmacniane i emitowane, podczas gdy druga gałąź wzmacniaka (RZ2 albo RZ1) pracuje analogicznie.
3. 3. Wzmacniak według jednego z zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że inteligentna jednostka sterująca (12) wspomaga przełączenie na nową komórkę wpływając celowo na poziom emitowanych sygnałów radiowych.
4. 4. Wzmacniak według jednego z zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że poprzez kontrolowanie ruchu sygnalizacyjnego w sieci radiowej następuje sterowanie mocą wysyłanego sygnału i wyznaczanie parametrów dla takiego sterowania mocą.
5. 5. Wzmacniak według jednego z zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że mierzy się natężenie sygnałów radiowych odbieranych ze stacji bazowej (BTS) i wykorzystuje się jako sygnał sterujący do regulacji mocy wzmacniacza nadajnikowego (10).
6. 6. Wzmacniak według jednego z zastrz. 1 albo 5, znamienny tym, że przewidziany jest wzorzec częstotliwości (11) który uzyskuje częstotliwość normalną potrzebną przy modulacji strumienia danych cyfrowych przez synchronizację z sygnałem synchronizacji wysyłanym ze stacji bazowej sieci radiowej.
7. 7. Wzmacniak według jednego z zastrz. 1 albo 6, znamienny tym, że inteligentna jednostka sterująca (12) posiada moduł zdalnej kontroli i/albo zdalnego sterowania, który wykorzystując podzespoły nadawania i odbioru (3-10) wzmacniaka komunikuje się ze stacją bazową sieci radiowej poprzez strumienie danych cyfrowych za pośrednictwem multiplekserów/demultiplekserów (13).