SE467518B - Mobilradio-kommunikationssystem med ett naetverk av repeater-stationer - Google Patents

Description

467 518 det A och den uppringda abonnenten nås via en ej visad växel eller motsvarande. När länken väl upprättats sänds retursigna- ler från den uppringda abonnenten till den mobila enheten 2 via basstationen la. På detta sätt upprättas en telefonförbin- delse mellan den mobila enheten 2 och abonnenten.

I detta kända, med direktlänkar arbetande system är den mobila enhetens sändningseffekt mindre än basstationens. För att uppväga denna skillnad har basstationen ett högkänsligt mottagningssystem, t.ex. en s;k. space-diversity-mottagare, en sektoriserad mottagare etc.Utgångseffekten från den mobila enheten är vanligen endast en 1/25 - 1/160 av uteffekten från basstationen. Den mobila enhetens uteffekt är vanligen 0.6 - 4 W medan basstationens uteffekt är 100 W.

I ett mobilradio-kommunikationssystem av detta slag måste den mobila enhetens sändare ha tämligen hög utgångseffekt vilket oundvikligen innebär en förhöjd effektförbrukning. Batteriets kapacitet måste vara tämligen hög och det är svårt att tillverka en liten och lätt portabel mobiltelefon.

Föreliggande uppfinning syftar till att övervinna de ovan nämnda nackdelarna med den kända tekniken och uppfinningen avser att åstadkomma ett förbättrat mobilradio-kommunikations- system i vilket uteffekten från den mobila enhetens sändare är avsevärt reducerad och den mobila enhetens storlek och vikt därför är påtagligt reducerad.

I mobilradio-kommunikationssystemet enligt uppfinningen är basstationer förlagda i centra av huvud-driftområden som är bildade av en intilliggande grupp av hexagoner eller partiellt överlappande cirklar medan repeaterstationer eller enkelrik- tade relästationer är förlagda i varje hörn eller skärnings- punkt. Repeaterstationerna har mottagningsantenner med rikt- verkan vilka är motstående successiva cirkelbågar i omgivande mindre driftsområden vilka på likartat sätt är bildade av en 4-67 518 ring av hexagoner eller cirklar, förstärkare för hög förstärkning av de signaler som mottas från mobila enheter i de mindre driftsområdena, samt smalbandiga sändningsantenner som reläar de förstärkta signalerna till den basstation som är belägen närmast varje mobil enhet. Genom detta arrangemang kan utgångseffekten av sändaren i den mobila enheten reduceras avsevärt eftersom det avstånd som krävs för att nå antingen en basstation eller en repeaterstation från en godtycklig punkt reduceras.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan i anslutning till de bifogade ritningarna, i vilka fig. 1 schematiskt visar ett typiskt mobiltelefonsystem i enlighet med känd teknik, fig. 2 schematiskt visar ett mobiltelefonsystem i enlighet med en utföringsform av föreliggande uppfinning, fig. 3a visar ett blockschema av en intern sektion i en repeaterstation i fig. 2, fig. 3b schematiskt visar driftsområden för en repeaterstation i fig. 2, fig. 4 är ett blockschema som visar funktionen av systemet i fig. 2 och 3, fig. 5 är ett blockschema som visar en intern sektion i repeaterförstärkaren i fig. 4, och fig. 6 visar ett repeater-driftområde som är indelat i sex intilliggande sektorer.

Det i fig. 2 visade mobiltelefonsystemet enligt uppfinningen innefattar ett flertal repeaterstationer 3a, 3b.~.3m som 467 518 vardera är förlagda i varsitt hörn eller i varsin av gränspunkterna i hexagonala driftsområden A, B, C vilka täcks av basstationerna la, lb, lc medan de områden som omger dessa repeaterstationer 3a-3m i sin tur är indelade i repeater- driftområden (de mindre hexagonala områdena visade med streckade linjer) för att på så sätt bilda en finare bikake- array inuti eller superponerad på en grovare bikake-array.

I detta sammanhang bör omnämnas att det inte alltid är nödvändigt eller ens möjligt att förlägga repeaterstationerna exakt i de gränspunkter där varje driftområde A, B och C ligger intill två övriga driftområden.I den händelse att en sändning från en mobil enhet inte kan mottas med tillräcklig känslighet till följd av förekomst av berg, byggnader etc. är det självklart lämpligt att förlägga repeaterstationerna på andra lämpliga näraliggande punkter.

Storleken eller arean av repeater-driftområdena är väsentligen lika för alla repeater-driftområden och är därför även väsentligen lika stor som den återstående centrala "kärn"- arean i resp. driftområde, A, B, C, såsom visas med de streckade linjerna i fig. 2 men även här kan storlekarna variera till följd av förekomst av berg, byggnader etc. Det exakta arrangemanget av repeater-driftområdena beror på mottagarantennernas förstärkning, mottagarkänsligheterna etc.

Fig. 3a visar den interna sektionen i varje repeaterstation 3a-3m (repeaterstationen 3d i fig. 1 tas som exempel i fig. 3a och 3b) och fig. 3b visar de areor eller sektorer 40, 41, 42 i vilka repeater-driftområdet X är indelat, varvid varje sektor svarar mot varsin av basstationerna la, lb resp. lc.

Som framgår ur fig. 3a finns för var och en av dessa första, andra resp. tredje sektorer 40, 41 och 42 två mottagnings- antenner 3la, 3lb; 32a, 32b resp. 33a, 33b. Varje mottagnings- antenn är av den typ, som har riktverkan. Riktverkan är ca. 467 518 1200. Utgångssignalerna från mottagningsantennerna förstärks till en på förhand bestämd nivå i repeaterstation-förstärkare 34a, 34b; 35a, 35b; 36a, 36b. Utsignalerna från dessa förstärkare sänds i sin tur till den resp. basstation la, lb, lc som svarar mot resp. sektor som täcks av riktantennerna 37a, 37b; 38a, 38b; 39a, 39b. Riktantennerna har hög riktverkan. Ur fig. 3b framgår att en utsignal från en mobil enhet i den första sektorn 40 sänds till basstationen la via repeaterstationen 3d och att en signal från en mobil enhet i den andra sektorn 41 på likartat sätt sänds till den tillhörande basstationen lb med repeaterstationen 3d och att en signal från en mobil enhet som befinner sig i den tredje sektorn 42 sänds till sin basstation lc med samma repeater- station 3d.

När en mobil enhet kör ut ur den första sektorn 40 men fortfarande befinner sig inom det centrala kärnområdet i driftområdet A kommer signalerna från den mobila enheten att sändas direkt till basstationen la.

Parabolantenner eller motsvarande antenner vilkas lobbredder är så smala och skarpa att loberna riktas endast mot en speciell basstation används såsom sändarantenner vid repeater- stationerna, och mottagarantennerna 31a-33b och sändaranten- nerna 37a-39b är vid repeaterstationen monterade på de övre och undre delarna av en stålmast på förutbestämda avstånd från varandra för tillförsäkrande av tillräcklig signalisolering utan överhöring eller interferens. Dubbla system med mottagar- antenner, repeaterförstärkare och sändarantenner finns anord- nade i var och en av de första, andra och tredje sektorerna för att medge diversity-mod-drift såsom beskrivs nedan.

Antag, att den mobila enheten 2 är belägen i den första sektorn 40 till repeaterstationen 3d såsom visas i fig. 2. En signal från den mobila enhetens sändare 21 (fig. 4) utstrålas av den mobila enhetens antenn 22 och mottas av antennerna 3la, 467 518 3lb i repeaterstationen. Signalen förstärks därefter till en bestämd nivå i repeaterförstärkare 34a, 34b och sänds till basstationen la med antennerna 37a, 37b. Den från repeaterstationen 3d utsända signalen mottas av antennerna lla, llb i basstationen och förstärks samt nivådetekteras i mottagare l2a, l2b. Den starkaste utgångssignalen från de två mottagarna l2a, l2b väljs med en ej visad komparatorstyrd diversity-strömställare 13 och går till en anropad abonnent via en ej visad telefonväxel för att på så sätt etablera en telefonförbindelse mellan den mobila enheten och abonnenten.

Fig. 5 är ett blockschema som visar det interna arrangemanget av en av repeaterstation-förstärkarna i figu 4. En HF-signal från den mobila enheten 2 mottas av repeaterstationens 3d antenn 31a och går genom ett bredbandsfilter 341 till en för- förstärkare 342 där signalen förstärks. Den förstärkta signalen fördelas på åtminstone två kanaler med hjälp av en fördelare 342 och utsätts för val och förstärkning i varje kanal, som är allokerad till kanalenheter 344a-344n. Dessa kanalenheter 344a-344n täcker en bandbredd från över 10 kHz till åtskilliga MHz och den erfordrade signalen väljs således genom att kombinera dessa kanalenheter för att på så sätt eliminera eventuellt förekommande interfererande vågor.

Utsignalerna från kanalenheterna 344a-344n kombineras i en kombinerare 345, förstärks i en effektförstärkare 346 och sänds till basstationen la. Repeater-förstärkarna 34a-36b i fig. 3a har en förstärkning på upp till 100 dB, antennför- stärkningen inberäknad, och därför kommer den till basstatio- nen reläade sändningen att ske på tillfredsställande sätt även om sändningsuteffekten från de mobila enheterna är mycket låg.

Fig. 6 visar en modifiering av uppfinningen där varje repeaterdriftområde i fig. 3b i sin tur är uppdelat i två underområden. så att totalt sex sektorer bildas.

Repeaterstationen 3d är försedd med sex mottagarantenner med riktverkan. Mot varje antenn svarar således en sektor och f» 467 518 varje antenn har en riktverkan på 600.

När den mobila enheten befinner sig i sektorn 43 kommer en signal från den mobila enheten att sändas till basstationen la via en mottagarantenn, som har en riktningsverkan på 600 och som är monterad vid repeaterstationen 3d. När den mobila enheten befinner sig i sektorn 44 kommer en signal från denna att sändas till basstationen la via en annan mottagningsantenn i samma repeaterstation och även denna antenn har en riktver- kan på 60cÄ På samma sätt kommer en mobil enhet i sektorerna 45 eller 46 att så i förbindelse med basstationen lb och när den mobila enheten kör i sektorerna 47 eller 48 står den i förbindelse med basstationen lc. Det övriga arrangemanget i denna modifiering är 'väsentligen identiskt. med det som beskrivits i samband med fig. 3b.

I enlighet med föreliggande uppfinning kommer de effektiva huvud-driftområdena A, B, C enligt den kända tekniken att reduceras till en tredjedel av de ursprungliga areorna eller zonerna genom att repeaterstationer installeras i områdenas hörn och detta medger att den nödvändiga utgångseffekten från varje mobil enhet kan reduceras till en l/6000 av basstatio- nernas uteffekt tack vare den förstärkning (på totalt ca. 100 dB) som repeaterstationerna 3a-3m tillhandahåller. Att en sådan väsentlig reducering av den mobila enhetens utgångs- effekt kan ernås beror på att den maximala räckvidden eller sändningsavståndet för varje mobil enhet reducerats till mindre än sex tiondelar (i själva verket 0,58) av den erfordrade räckvidden enligt den kända tekniken och på att en sändares utgångseffekt ökar exponentiellt såsom funktion av räckvidden.

Ehuru de ovanstående utföringsformerna beskrivits i samband med en mobiltelefon kan föreliggande uppfinning tillämpas i samband med andra mobil radio-kommunikationsystem i vilka samma fördelar erhålls. 467 518 Såsom redan omnämnts har hexagonala driftområden visats omges basstatíonerna och repeaterstationerna men dessa områden är i själva verket partiellt överlappande cirklar. m;

Claims (9)

467 518 PATENTKRAV

1. l. Mobilradio-kommunikationssystem, k ä n n e t e c k n a t av att det innefattar a) ett flertal geografiska, inbördes intilliggande huvud- driftområden (A, B, C) som är bildade av åtminstone tre partiellt överlappande cirklar vilka är så orienterade att deras centrum ligger i varsitt hörn av en triangel, b) ett flertal basstationer (lb, lb, lc) som vardera innefattar mottagnings- och sändningsantenner belägna centralt i resp. huvud-driftsområde, c) en mobil enhet (2) innefattande en sändare och en mottagare, och d) ett flertal repeater-stationer (3a-3m) var och en anordnad runt varsin basstation i cirklarnas skärningspunkter, varvid varje repeater-station dels ligger ungefärligen i centrum av ett omgivande cirkulärt under-driftsområde, dels innefattar ett första antennorgan för mottagning av en signal, som sänds från den mobila enheten i under-driftsområdet, organ för förstärkning av denna signal, samt ett andra antennorgan för sändning av den förstärkta signalen till den basstation som ligger närmast den mobila enheten.

2. Mobilradio-kommunikationssystem enligt kravfih k ä n - n et e c k n a t av att a) de cirklar som bildar huvud-driftområdena har samma diameter och skär varandra i en gemensam punkt, och av att b) triangeln är en liksidig triangel.

3. Mobilradio-kommunikationssystem enligt krav l, k ä n n e- t e c k n a t av att de cirklar som bildar under-driftområdena har samma diametrar och partiellt överlappar varandra för att bilda a) en ring av cirklar vilken ring omger varje huvud- driftområde, och b) en återstående cirkel om omger varje basstation och 467 518 lO som har samma diameter som under-driftområdenas diametrar så att räckvidden för den mobila enhetens sändare kan begränsas till radien av de cirklar som bildar under-driftområdena.

4. Mobilradio-kommunikationssystem enligt krav 2, k ä n n e- t e c k n a t av att de cirklar som bildar under-driftområdena har samma diametrar och partiellt överlappar varandra för att bilda a) en ring av cirklar som omger varje huvud-driftområde, och b) en återstående cirkel som omger varje basstation och som har samma diameter som de cirklar som bilar under- driftområdena så att räckvidden för den mobila enhetens sändare kan begränsas till radien av de cirklar som bildar under-driftområdena.

5. Mobilradio-kommunikationssystem enligt krav 4, k ä n n e- t e c k n a t av att a) varje första antennorgan innefattar tre antenner som vardera har en riktverkan på l20° och som är orienterade så att de spänner över intilliggande 1200 breda sektorer (40, 41, 42) av en cirkel och som vardera har sina centrumaxlar inriktade mot tillhörande basstationer, och av att b) varje andra antennorgan innefattar tre antenner med smal riktverkan, vilka vardrera är orienterade mot tillhörande basstationer.

6. Mobilradio-kommunikationssystem enligt krav 5, k ä n n e- t e c k n a t av att de första och andra antennorganen är anordnade på tillräckligt stort avstånd från varandra på en vertikal mast för undvikande av interferens mellan utsända och mottagna signaler.

7. Mobilradio-kommunikationssystem enligt krav 6, k ä n n e- t e c k n a t av att sändar- och mottagarantennerna vid varje basstation är rundstrålande. 'z 467 518 ll

8. Mobilradio-kommunikationssystem enligt krav 4, k ä n n e- t e c k n a t av att a) varje första antennorgan innefattar sex antenner var och en med en riktverkan på 60° och var och en orienterad så att den täcker intilliggande sektorer (43-48) som är 600 breda och av att b) varje andra antennorgan innefattar tre antenner med smal riktverkan vilka var och en är orienterade mot till- hörande basstationer.

9. Mobilradio-kommunikationssystem enligt krav 4, k ä n n e- t e c k n a t av att arean av varje återstående cirkel som omger en basstation är apparoximativt en tredjedel av arena av de cirklar som bildar huvud-driftområdena.