SE505476C2 - Anordning och förfarande vid signalöverföring - Google Patents

Description

15 20 25 35 505 476 2 hemmaregister ordnade i eller i anslutning till mobilkopplingscentra. Själva basstationen innehåller ett antal kanalenheter som vardera är utrustade med radiosändare, radiomottagare och en kontrollenhet, där den sistnämnda används exempelvis för datakommunikation med mobilkopplingscentra och datasignalering med mobila stationer. När ett samtal är uppkopplat mellan en mobil abonnent och en fast abonnent eller en annan mobil abonnent, överförs tal på radioförbindelsen mellan den mobila stationen och en talkanalsenhet i en basstation som befinner sig i närheten av den mobila stationen. Basstationen kan således kommunicera med mobila stationer som befinner sig inom ett givet område i närheten av basstationen.

En basstation kan täcka ett eller flera områden beroende på vilket slag av antenn som basstationen utnyttjar. Dessa områden eller celler kan exempelvis bestå av s k omniriktceller eller sektorceller. En s k omniriktantenn sänder lika i alla riktningar och ett cirkelformat område som omger basstationen kommer då att täckas. Om cellerna är s k sektorceller är basstationen ofta utrustad med tre riktantenner som vardera täcker en 120-graders sektorcell. I detta fall är vissa kanalenheter förbundna. med antenner som täcker en första antenngruppsektorcell medan andra kanalenheter hör till den andra respektive tredje antenngruppen och basstationen betjänar således tre sektorceller. Beroende på de praktiska omständigheterna behöver det givetvis inte vara just tre sektorceller; om exempelvis en gata skall täckas behövs kanske bara en sektor.

De kanaler som används för kommunikation mellan en mobilstation och en basstation är dels kontrollkanaler som huvudsakligen används för samtalsuppkoppling dels analoga eller digitala kanaler för tal och data. Generellt arbetar alla radioakanaler i en och samma cell på olika frekvenser. Även grannceller utnyttjar olika frekvenser; annars skulle interferens uppträda p g a överlapp mellan celler.

Emellertid tillräckligt långt ifrån varandra geografiskt sett, vilket kallas användes samma radiokanaler för celler som är 10 15 20 25 30 505 476 för kanalåteranvändning.

För analoga cellulära mobilsystem används i allmänhet frekvensdelningsmultipelaccess (FDMA) medan i digitala system såsom exempelvis GSM, ADC osv.

(TDMA) på radioförbindelsen. Även CDMA (Code Division Multiple utnyttjas tidsdelningsmultipelaccess Access) kan givetvis användas.

I exempelvis GSM-systemet har vad som ovan betecknats bassystem uppdelats dels i ett basstationskopplingscentrum (BSC) till vilket ett antal bassändtagarstationer (BTS) är anordnade. Gruppen av BTS:er styrs styr sådana funktioner som handover och effektförsörjning osv. Varje cell har av en BSC, där BSC:en exempelvis en BTS som använder en uppsättning radiokanaler vilka såsom ovan nämnts skiljer sig ifrån de kanaler som används i grannceller. I detta fall är det således BTS som är anordnad i anslutning till respektive antennanordning. Basstationen eller BTS:en innehåller all radio- och transmissionsgränssnittsutrustning som är nödvändig i radioanläggningen oavsett om en eller flera celler täckes. I basstationer (BS eller BTS) förstärks information på ett antal radiofrekvensbärvågor och överförs till en mottagare. Eftersom det kan finnas många mobila stationer krävs också ett stort antal bärfrekvenser. Detta i» sin tur gör att såväl förstärknings- anordningar som kombinerare som kombinerar signalerna på olika frekvenser, tenderar att bli dyra. Dessutom blir basstationerna onödigt stora.

Olika anordningar är kända idag. I en känd anordning, som t.ex. illustreras i figur 1, utnyttjas s k "single carrier power amplification“ (SCPA). Därvid förstärkes varje signalfrekvens- komponent fu,...,fM i en högeffekts-SCPA som omfattar ett antal separata förstärkningsanordningar, i figuren alla betecknade SAO för enkelhets skull. Därefter förstärkta frekvenskomponenterna i en filterkombineringsenhet lAo där de i kombineras de figuren visade filtren 7 utnyttjas för att filtrera bort störningar och dylikt. Således erhålles en multifrekvenssignal vilken matas 10 15 20 25 30 35 505 476 4 känd figur 2 kombineras först ett antal till en schematiskt illustreras i antenn 6A0. I en annan anordning som mycket signalfrekvenskomponenter fm,...,fm i en kombinerare lB° till en multifrekvenssignal. Multifrekvenssignalen förstärkes därefter i en "multi carrier power amplifier" (MCPA) 580 varefter den matas till en antenn 6Bo. ställs allt större krav på basstationer. Exempelvis i stadsmiljö krävs att Emellertid, med alltmer utbyggda mobilkommunikationsnät, de inte skall vara för stora och klumpiga, ej ha för hög vikt osv. estetiska skäl att Att uppfylla dessa kan det vara av betydelse av små och lätta.

Dessutom basstationerna kan hållas önskemål är med idag kända anordningar är svårt. Dessutom blir mängden signaler som snabbt skall hanteras successivt allt större, vilket i sig är en komplicerande faktor som dessutom gör uppfyllandet av ovan nämnda önskemål än svårare. I städer ställs dessutom olika speciella krav beroende på den aktuella bebyggelsen osv i ett område för att tillhandahålla de önskade täcknings- områdena.

EP-A-O 687 031 visar en basstationsantennanordning där en mast eller en byggnad är försedd med en gruppantenn med tillhörande lobformare, diplexorer och antennelektronikenhet omfattande förstärkare. Antennelektronikenheten är förbunden via ett elektronikskàp med en basstation som i sin tur är anordnad till ett basstationskopplingscentrum BSC. Av de skäl som diskuterats ovan blir antennanordningen alltför komplex, skrymmande och kostsam.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Vad som behövs är således en anordning såsom inledningsvis angetts som kan förstärka och kombinera ett antal signaler av olika frekvens utan att vara komplex. Dessutom behövs en anordning som är flexibel och har hög prestanda. En anordning behövs också vilken ej består av komplicerade och dyra komponenter utan att förhållandevis enkla och billiga komponenter, förstärkningsanordningar kan användas. Vidare behövs en anordning såsom exempelvis 10 15 20 25 30 35 505 476 5 som är billig och som är liten till sin storlek så att den inte verkar skrymmande eller är klumpig att hantera exempelvis vid uppsättning och underhåll i stadsmiljö. Vidare behövs en anordning Dessutom behövs som endast behöver låg DC-effektförsörjning. anordning som kan till varierande speciellt en anpassas ingångsfrekvenser och som är flexibel.

Därför anges genom föreliggande uppfinning en anordning där en kombineringsenhet är anordnad i exempelvis en basstation i vilken ett antal kombineras till en multifrekvenssignal vilken skall överföras till signaler innehållande olika frekvenskomponenter en antennanordning. Anntennanordningen är försedd med en effekt- delningsenhet för uppdelning av den överförda multifrekvenssignalen i ett antal, företrädesvis lika, delsignaler. Dessutom omfattar .antennanordningen ett antal styrbara filteranordningar som ur de olika delsignalerna, som alla är likadana och multifrekvenssignaler, filtrerar fram var sin frekvens. Vanligen enkelhetsskäl, enfrekvenssignaler inte rena enfrekvenssignaler utan de innehåller är vad som i det följande av betecknas oftast även några andra komponenter i någon utsträckning. Genom filtren är signalnivåerna på dessa reducerade. I antennanordningen är vidare ett antal förstärkningsanordningar anordnade i vilka sagda utfiltrerade frekvenssignaler förstärkes innan de matas till ett antal stràlningselement. Fördelaktigt består kombineraren av ett passivt nät. Multifrekvenssignaler som överförs mellan basstationen och antennanordningen kan exempelvis överföras via en signalmatningsanordning som kan bestå av en koaxialkabel men den kan även bestå av vågledare e.d. Den i antennanordningen anordnade delningsenheten består av ett passivt effektdelningsnät i enlighet med ett fördelaktigt avstämbara filteranordningarna består i ett fördelaktigt utföringsexempel av elektriskt styrbara filter. Alternativt skulle utföringsexempel. De särdeles de kunna bestå av optiskt styrbara filter eller filter som på något annat sätt är styrbara. I ett speciellt utföringsexempel är till varje filteranordning ordnad en separat förstärkningsanordning för förstärkning av endast den från respektive filteranordning erhållna 10 15 20 25 505 476 6 matas till ett till förstärkningsanordningen hörande strålningselement. signalen vilken i sin tur Enligt ett alternativt utföringsexempel kan en förstärknings- anordning vara gemensam för två eller flera filteranordningar.

Vidare kan i ett -annat alternativt utföringsexempel en enfrekvenssignal matas till fler än ett strålningselement via ett antal förstärkningsanordningar.

Genom exempelvis elektriskt styrbara bandpassfilter kan således för respektive filter en frekvens ställas in medan väsentligen alla andra filtreras ut. Stràlningselementen består av antenner såsom exempelvis konventionella dipoler. I alternativa utföringsexempel kan de bestå av microstripanordningar, t ex s k patchantenner eller slitsantenner som består av ett antal slitsar i en kopparyta.

Microstripanordningarna kan vara av godtycklig form. Enligt olika utföringsexempel kan åtminstone ett antal av filtren, eller alla filtren, vara inställda på olika frekvenser.

I ett speciellt utföringsexempel kan alla filteranordningar ställas in på en och samma frekvens. Därigenom erhålles en förstärkt signal och en hög uteffekt på den frekvensen. Alternativt kan några av filteranordningarna ställas in på en och samma frekvens medan andra är inställda på olika frekvenser såsom ovan diskuterats. På det sättet kan man fördela den tillgängliga uteffekten på önskat sätt på önskade frekvenser. Såsom torde vara uppenbart föreligger här ett stort antal variationsmöjligheter.

Lobformningen kan ske genom variering av fasen. För justering kan t.ex. om ett strålningselement är defekt, amplituden (och fasen) varieras för enfrekvenssignalerna så att önskad lobform kan fås.

P g a av de önskemål som finns avseende små, lätta och billiga antennanordningar som kan ta hand om en multifrekvenssignal som innehåller exempelvis ett stort antal frekvenser tillhandahålles därför också genom uppfinningen en antennanordning i vilken en 10 15 20 25 505 476 7 effektdelningsenhet är' anordnad i. vilken nuüïáfrekvenssignalen delas upp i ett antal likadana multifrekvensdelsignaler. Dessutom omfattar den. ett antal styrbara filteranordningar genom vilka önskade enfrekvenssignaler kan erhàllas ur delsignalerna samt ett antal förstärkningsanordningar för separat förstärkning av dessa enfrekvenssignaler. Lämpligen kan filteranordningarna bestå av elektriskt styrbara filter. Speciellt kan förhållandet antalet elektriskt styrbara filter- antalet förstärkningsanordningar vara 1:1, dvs en förstärkningsanordning är anordnad till varje elektriskt styrbart filter liksom det kan vara anordnat ett antennelement för varje förstärkt enfrekvenssignal.

Uppfinningen avser också en basstationsanordning i vilken ingår en basstationsenhet med ett antal sändtagare, beroende pá system en basstation eller en.bassändtagarstation (GSM) som bildar gränssnitt för ett antal mobila stationer och en antennanordning där signaler överförs mellan basstationsenheten och antennanordningen via en signalöverföringsanordning. I basstationsenheten finns en effekt- kombineringsenhet för kombinering av ett antal signaler av olika frekvens till en multifrekvenssignal för överföring till antennanordningen. Denna i sin tur omfattar en effektdelningsenhet i vilken den överförda multifrekvenssignalen delas upp i ett antal likadana multifrekvenssignaler och genom ett antal styrbara filteranordningar filtreras ett antal enfrekvenssignaler fram vilka separat förstärkes och matas till ett antal antennelement. Genom elektriskt signalfrekvenser eller önskad signalfrekvens ställas in. de exempelvis styrbara filtren kan önskade Enligt uppfinningen anges också ett cellulärt mobilkommunika- tionssystem i vilket det är anordnat ett antal basstationer som vardera täcker en eller flera celler. Varje basstation omfattar en fast radiobasstationsenhet och en antennanordning för kommunikation med mobila stationer inom den. eller de celler som täckes av basstationen på ett antal bärarfrekvenser. I radiobasstations- enheten alternativt i antennanordningen eller separat (eller anordnad) finnes en kombineringsanordning i vilken ett antal 10 15 20 25 u) 'A1 505 476 8 signaler kombineras till en multifrekvenssignal. I antenn- anordningen finns en delningsanordning för uppdelning av multifrekvenssignalen i ett antal delsignaler och vidare är där anordnat ett antal t ex elektriskt styrbara filteranordningar genom vilka en eller flera önskade frekvenser kan ställas in. Dessa förstärkes företrädesvis i separat i antennanordningen anordnade förstärkningsanordningar för likaledes separat matning till i antennanordningen ingående stràlningselement, företrädesvis ett strålningselement för varje signal ifrån respektive förstärknings- anordning.

Enligt fördelaktiga utföringsexempel av uppfinningen användes monolitiska integrerade mikrovågskretsar.

Det är en fördel med föreliggande uppfinning att man uppnår prestanda och flexibilitet som överträffar vad som är möjligt genom kända anordningar. Genom att endast ett antal enfrekvenssignaler behöver förstärkas, kan enkla förstärkaranordningar användas vilket är en klar fördel. Genom användandet av de styrbara filtren kan (MIC, Monolithic Integrated Circuits) användas vilket är en betydande monolitiska integrerade mikrovàgskretsar Microwave fördel. Dessutom är det av stor betydelse att, genom användandet av (likadana) ställbara .filter, kan man förändra antennens karaktäristik och generellt genom uppfinningen kan enkla komponenter användas. Genom utformandet är det dessutom lätt att byta ut filter eller en liksom att eller en reparera eller exempelvis ett går sönder osv. filter förstärkningsanordning/en antenn bortfallet försäkringsanordning genom att enkelt styra de andra filtren på åtgärda exempelvis av ett lämpligt sätt så att önskad lobform erhålles. Vidare är det en fördel att basstationer respektive basstationsantennanordningar exempelvis i städer och på andra ställen där det är önskvärt att dessa är små och estetiska kan vara stationer eller antenner med dessa egenskaper. Dessutom är det såväl en teknisk som en ekonomisk fördel att förgreningsnät utan intelligens. såväl kombinerare som effektdelare är enkla 10 15 20 25 u\ U | 505 476 9 I ett speciellt utföringsexempel användes en antenn för varje frekvens vilket är synnerligen fördelaktigt eftersom det resulterar i ett system som är enkelt avseende frekvensmatning osv.

KORTFATTAD FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas på ett icke begränsande sätt under hänvisning till bifogade figurer i vilka: FIG FIG FIG FIG FIG FIG FIG FIG 3 4B schematiskt visar ett exempel på en anordning enligt uppfinningen, visar ett första alternativt utförande av uppfinningen, visar ett andra alternativt utförande av uppfinningen, schematiskt illustrerar ett cellulärt mobil- kommunikationssystem (GSM), illustrerar TDMA kanaltilldelning i systemet enligt Fig 5, mycket schematiskt illustrerar ett exempel på kanaláteranvändning som kan tillämpas i systemet enligt Fig 5, illustrerar mycket schematiskt ett alternativt cellulärt mobilkommunikationssystem i vilket uppfinningen kan tillämpas och visar ett flödesdiagram.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN I figur 3 illustreras ett första utföringsexempel av uppfinningen avseende en anordning 100 för överföring av ett antal signaler som vardera innehåller en frekvenskomponent mellan en basstationsenhet 10 15 20 25 35 505 476 10 10 och en antennanordning 20. Ett antal signaler av olika frekvens f1,...,fn tillföres en kombineringsanordning l vilken är anordnad i en basstation 10. Med basstation avses här exempelvis en BTS såsom i GSM-systemet eller basstation (tillhörande antenn betecknas här separat antennanordning 20) som dessa är utformade exempelvis i ADC (D-AMPS osv) sändar/mottagarfunktionerna är anordnade i själva.basstationen till där såväl kopplingsfunktioner som själva skillnad från i GSM där till en basstationskopplingscentral BSC ett antal bassändtagarstationer BTS är anordnade. Kombineringen av de f1,...,f sker i ett passivt olika frekvenskomponenterna X1 kombineringsnät l.

Effektdelare, dvs omvända kombinerare, av ett antal olika slag är i sig kända och de används när effekten behöver delas för att man ska få en god impedansanpassning vid ett antal olika portar. Ett exempel på effektdelare består av s k resistiva effektdelare. En fördel med dylika kretsar är att de har en bred arbetsbandbredd men däremot är isoleringsvärdena mellan utgångsportarna relativt låga.

Dessutom har de ganska höga ingàngsförluster. Så kallade reaktiva effektdelare är fördelaktiga gentemot de förra genom att de har lägre ingångsförluster och högre isolation mellan portarna. En nackdel är betydligt arbetsbandbredd. Ett exempel på en sådan effektdelare är en s k emellertid att de har en mindre Wilkinson effektdelare. Reaktiva effektdelare med betydligt högre arbetsbandbredd är emellertid också kända. Beroende på funktion och önskemål kan lämpliga effektdelare väljas.

Genom kombineringen i kombineringsanordningen 1 erhålles en multifrekvenssignal. Denna matas till antennanordningen 20 via en signalmatningsanordning 2. Denna signalmatningsanordning 2 kan exempelvis bestå av en koaxialkabel men den kan också bestå av t ex vágledare, stripline. Vad som används beror på frekvensen och längden. Exempelvis kan det handla om avstånd som ligger på mellan omkring 50-70 m, självfallet är dock uppfinningen ej begränsad till dylika utföranden; föreliggande uppfinning. Koaxialkabel kan användas för att man ej avståndet är i sig betydelselöst för 10 15 20 25 35 505 476 ll ska få för stora förluster.

I antennanordningen 20 är en effektkombinerare 3 anordnad. En effektkombinerare är i princip samma sak som en effektdelare såsom diskuterats ovan, med den skillnaden att den är ansluten på motsatt sätt, dvs när en signal kommer in i ett passivt förgreningsnät delas den upp i ett antal delsignaler. I det illustrerade fallet kommer således en multifrekvenssignal in vilken i effektdelaren 3 delas upp i ett antal väsentligen likadana multifrekvens- delssignaler $n4,...,$n. Givetvis skulle de kunna vara olika, men speciellt fördelaktigt är de lika. Antennanordningen 20 omfattar dessutom ett antal elektriskt styrbara filter 41,42,...,4n, vilka företrädesvis kan vara likadana, till vardera av vilka matas en multifrekvensdelsignal $U...,$v De elektriskt styrbara filtren 41,...,4n ställes in så att från vart och ett erhålles en signal av önskad frekvens. I varje elektriskt styrbart filter filtreras alla övriga frekvenser bort utom just den som önskas för respektive filter. Således företrädesvis är identiska. Uppfinningen är emellertid ej begränsad erhålles ett antal enfrekvenssignaler vilka till att de är identiska utan de kan även vara olika. Dessa signaler förstärkes i en till varje elektriskt styrbart filter anordnad förstärkningsanordning 5U...,5n(där sagda förstärknings- anordningar enligt fördelaktiga utföranden kan vara likadana) varefter den förstärkta enfrekvenssignalen ut från respektive förstärkning-sanordning matas till vardera ett strålningselement 61, .. ., 6n förstärkningsanordningar. vilka är anordnade i anslutning till respektive Med frekvenssignaler avses frekvenser där de frekvenskomponenter förutom den för vilket filtret ställs in antingen filtreras bort helt (idealt filtreras alla bort fullständigt, men detta är oftast ej möjligt med realistiska anordningar) eller dämpas, dvs dess signalstyrkenivåer minskas. Detta räcker för att betydligt enklare och billigare förstärkare skall kunna användas än vad som hitintills varit möjligt. Detta beror på att förstärkarna måste vektorsumman dimensioneras- för peak-peak-amplituden för 10 15 20 25 35 505 476 12 (spänningarna) av de frekvenskomponenter som signalen innehåller.

Utan filter ställs höga krav på förstärkarnas linjariseringssystem, vilka då blir effektförbrukningen hög. Om däremot filtret kan ställas in så att transistorer osv. komplexa. Dessutom är ett antal frekvenskomponenter filtreras bort och de intilliggande signalnivåer minskas, kan enkla speciellt kan MMIC-tekniken frekvenskomponenternas förstärkningsanordningar användas, utnyttjas.

Effektdelningsanordningen 3 är ett enkelt förgreningsnätverk utan intelligens och samtliga frekvenser fördelas till varje gren. De elektriskt styrbara filter som används kan vara av i sig känt slag.

Väsentligt är att små elektriskt styrbara filter användes men sådana är i dagsläget allmänt tillgängliga. Varje filter släpper således igenom en signal med den önskade frekvensen. Därigenom kan i sin tur mycket enkla förstärkningsanordningar 51,...,&1utnyttjas såsom ovan diskuterats. Genom utnyttjandet av styrbara filter kan antennens karakteristik. Genom man således och ändra utförandet såsom beskrivet i uppfinningen är det lätt att åtgärda styra eller byta ut eller ändra frekvensinställning hos övriga filter om exempelvis ett filter går sönder osv. och det möjliggör användandet av betydligt enklare komponenter än i hitintills kända anordningar.

Givetvis kan på motsvarande sätt förstärkaranordningar, antenner osv. bytas ut.

Antennanordningarna kan dessutom hållas små t ex vara integrerade med förstärkningsanordningarna, i. synnerhet i. stadsmiljö eller liknande. I det visade utföringsexemplet har varje strålnings- element 61,...,6n sin frekvens. Strålningselementen 61,...,6n kan exempelvis bestå av konventionella dipoler. Alternativt kan s k microstripteknik utnyttjas, däribland är s k patch-antenner kända liksom slitsantenner vilka består av slitsar i en Cu-yta. Om s k patch-antenner användes, kan dessa ha olika form, vilken som väljes beror på de egenskaper man vill ha. Även andra alternativ är möjliga. Varje strålningselement eller 10 15 20 25 30 (O (J- 13 varje antenn matas med en signal av formeln. AÅsin(ugt+$¿) där i=l,...,n och A anger amplituden, w anger frekvensen och $ fasen.

Varje antenn ger upphov till en vågfront och den totala vågfronten ställer in från antennanordningen kan styras genom att man frekvenserna på önskade värden. Ju större ri är, desto större styrflexibilitet erhålles. Detta gör att man kan skapa just den vågfront som man vill ha; i själva verket kan man bestämma hur själva antennloben skall se ut. Om exempelvis antenn x (ej visad) skulle gå sönder kan effekterna av detta begränsas genom styrning av de andra filtren så att lobformen blir väsentligen den önskade.

Alternativt kan filtren bytas ut.

Generellt sett finns två sätt att styra vàgformen, antingen genom att styra signalernas frekvens eller fas m. Här styr man i själva verket genom att variera fasen eftersom de mobila stationerna lyssnar på frekvenserna vilka därför givetvis ej kan ändras. Själva filtren ligger lämpligen i basstationen. 51,...,5n består fördelaktigt av diskreta förstärkarsteg på i sig känt sätt. I ett speciellt utföringsexempel kan alla styrbara filter i anordningen intelligensen för styrning av Förstärkningsanordningarna ställas in på en och samma frekvens. Därigenom får man en antenn som förstärker en signal och som dessutom har en hög uteffekt.

Alternativt kan vissa filter ställas in på samma frekvens medan andra ställs in på en annan eller olika frekvenser osv.

Figur 4a visar ett alternativt utföringsexempel av uppfinningen.

Endast antennanordningen 21 är visad. Basstationsenheten 10 är oförändrad. En effektdelare 31 där multifrekvenssignalen såsom beskrivet i det multifrekvenssignal fn kommer in till en föregående delas upp på ett antal lika multifrekvensdelssignaler. ..,41n. Emellertid .,412 som båda levererar en signal till samma förstärkare 51”. Förstärkaren Sln Dessa matas till ett antal styrbara filter 4lU. har man här två elektriskt styrbara filter 4lU.. emottar emellertid en signal ifrån ett elektriskt styrbart filter 41n. sätt. Exempelvis skulle genomgående en förstärkningsanordning kunna Detta utföringsexempel kan givetvis varieras på ett antal 10 15 20 25 505 476 14 elektriskt förstärkningsanordning till tre elektriskt styrbara filter eller tänkbar detta fall är vara anordnad till två styrbara filter, en varje annan kombination. I förstärkningsanordningen 51” något mer komplicerad än den i det utföringsexemplet eftersom tvà olika föregående beskrivna frekvenser måste förstärkas och matas till strålningselementet 61”. utföringsexempel av till en Figur 4b visar ett annat alternativt uppfinningen där en multifrekvenssignal ft inkommer antennanordning 22. Även här är endast antennanordningen visad eftersom basstationsenheten och överföringsanordningen i princip kan vara oförändrade. Liksom i det föregående delas multifrekvens- signalen i. effektdelaren 32 upp :i ett antal multifrekvensdel- signaler vilka matas till de styrbara filtren 42U,...,42n. Här matas den ur filtret 42,3 erhållna enfrekvenssignalen till tre olika förstärkningsanordningar Slu 512, 513vilka i sin tur överför respektive signaler till strålningselementen 61v 612, 61y.I övrigt gäller motsvarande resonemang som förts med avseende på figur 4a, dvs varje kombination är tänkbar. I antennanordningarna 21 respektive 22 är mellan filtren och förstärkningsanordningarna i förekommande fall anordnade enkla effektkombinerare respektive effektdelare vilka emellertid ej visas i figuren eftersom deras funktion torde framgå klart. Även i dessa fall kan givetvis frekvenserna ställas in på ett antal olika sätt; exempelvis kan ett antal styrbara filter ställas in på samma frekvens eller också alla på olika frekvenser, alla på samma frekvens etc.

Figur 5 visar mycket schematiskt ett cellulärt mobilkommunikations- system, exempelvis GSM-systemet. Detta kan förenklat sägas bestå basstationssystem. I kopplingssystemet MSCI , MSCZ , besöksregister VLR, VLR2, hemmaregister vilket är en databas där abonnenten registreras och som innehåller abonnentinformation osv. består av ett av ett kopplingssystem och ett ingår bl a mobilkopplingscentra Basstationssystemet i GSM antal basstationskopplingscentra BSC,, BSC, till vardera av vilket hör ett antal bassändtagarstationer BTSL2¿ resp. BTS4¿ vilka kort ofta 10 15 20 25 505 476 15 benämns basstationer. Systemet är uppbyggt kring ett nät av intilliggande radioceller vilka tillsammans ger full täckning av ett serviceområde. Varje cell har en BTS som verkar på en uppsättning radiokanaler. Dessa skiljer sig ifrån de kanaler som används i grannceller för att man skall undvika interferensproblem (se fig. 6). Ett BTS:er styrs i sin tur av ett basstationskopplingscentrum BSC. BSC:n styr handover och ef fektförsörj ning osv. Basstationskopplingscentralerna BSC” BSC, betjänas i sin tur av sagda mobilkopplingscentra MSCUMSC, antal funktioner såsom vilka i sin tur styr samtal till och från exempelvis det publika nätet, det integrerade digitala tjänstenätet osv. på i sig känt sätt. Det område som en MSCI/VLR, MSC,/VLR2 betjänar är uppdelat i antal lokaliseringsområden LAI,LAn. Ett lokaliseringsområde är det område inom vilket en mobil station MS kan röra sig fritt utan att förse MSC:n som styr lokaliseringsområdet med uppdaterad lokaliseringsinformation. Ett lokalseringsområde kan omfatta flera celler och vara beroende av en eller flera BSC:er men tillhör såsom ovan nämnts en enda MSC. Lokaliseringsområdet i sin tur är uppdelat i ett antal celler.

I ett cellulärt system återanvändes alla frekvenser, dvs de användes av olika celler som dock inte får ligga för nära varandra för att inte interferensproblem skall uppträda. Ett exempel på återanvändning visas i figur 7 till vilken àterkommes senare. Pâ speciellt mellan mobilstation MS och BTS TDMA. För radioförbindelsen, utnyttjar GSM frekvensband användes 8 tidluckor. Det är således 8 fysiska kanaler per bärvåg i GSM, nämligen kanalerna 0-7 eller tidluckorna 0-7.

Detta illustreras schematiskt i figur 6 där exempelvis upp till 8 tidsdelningsmultipelaccess, varje mobiler kan använda samma frekvensband genom att använda olika tidluckor. I figuren använder MSl tidlucka 1 i frekvensband 1 medan mobilen MS2 använder tidlucka 4 i samma frekvensband vid mottagning ifrån BTS. Motsvarande utförande gäller för mobilerna MS3, MS4 som använder tidluckorna 3 respektive 6 i frekvensband 2. antal basstationer (basstationsenheter) I figur 5 visas ett 10 15 20 25 35 'egenskaper hos och slag av antenn som användes, 505 476 16 lO1,l02,lO3,lO4,lO5med tillhörande antennanordningar 2O1,202,2O3etc. förbundna genom respektive signalmatnings-anordningar 221,222,223; dvs anordningarna är exempelvis utformade såsom beskrivits ovan under hävisning till figurerna 3 alternativt 4a, 4b. BTS1 är indikerad med en streckad linje, för övriga enheter med index 2-5 gäller givetvis motsvarande men de är av tydlighetsskäl ej indikerade. Såsom ovan nämnts tillämpas frekvensåteranvändning vilket är användning av radiokanaler på samma bärvågsfrekvenser som täcker geografiskt olika områden. Dessa områden måste separeras från varandra i sådan utsträckning att ingen interferens uppträder eller åtminstone inte i sådan grad att det är mer störande än vad som kan accepteras. För att kunna utforma ett cellulärt system utnyttjar man kvoten mellan nivån på en mottagen önskad signal och nivån på den mottagna icke önskade signalen vilket definieras såsom bärvågsinterferenskvoten. Denna beror bl a på mobilens läge, terräng och olika anordningar som kan bidra till spridning liksom dess höjd, belägenhet osv. Olika frekvensåteran-vändningsmönster utnyttjas.

I figur 7 visas schematiskt det s k 7/21 cellmönstret. Geometrin är sådan att det är tre sektorceller vid varje s k site, dvs BTS.

Varje cell använder 60 graders sändarantenner och två 60 graders mottagningsantenner och varje cell får ungefärligen formen av en hexagon. I det s k 7/21 mönstret användes 21 frekvensgrupper i ett 7-sites återanvändningsmönster. Detta än" emellertid endast ett exempel. Inom den feta linjen i figuren återanvändes alltså ej några frekvenser där frek-vensgrupperna är betecknade Al-A3, Bl- B3,...,Gl-G3.

I figur 8 visas ett mobilkommunikationssystem i likhet med i figur 5 där emellertid basstationerna inte är uppdelade i BSC:er till vilka ett antal BTS:er BS1,BS2,BS3,BS4 (endast BS1 illustrerad i analogi med fig 5) omfattar funktionen av såväl BSC som BTS. I analogi med vad som sagts i det detta fall och är ordnade utan där basstationerna föregående är uppfinningen tillämpbar även i överföring av signaler mellan basstationsenheterna lO1',lOf,lO3',l04' och till dessa hörande antennanordningar 10 15 20 25 505 476 17 201',202',203',20j sker såsom beskrivet under hänvisning till Fig. 3,4A, 48.

I figur 9 _visas ett flödesdiagram avseende överföring av radiosignaler mellan basstationsenhet och tillhörande antenn- anordning utföringsexempel. I basstationsenheten kombineras i en kombinerare ett antal signaler med olika frekvens till en multifrekvenssignal, 150. Multifrekvenssignalen överföres, 160, därefter till antennanordningen. I denna delas den inkommande enligt ett multifrekvenssignalen upp i ett antal likadana multifrekvensdel- signaler, 170, i en effektdelare. Därefter ställes ett antal i antennanordningen anordnade styrbara filteranordningar in, 180, vilket lämpligen görs via basstationen. Hur och var de ställes in kan givetvis göras på lämpligt sätt. Därefter, 190, filtreras oönskade frekvenskomponenter bort i ' respektive exempelvis elektriskt styrbart filter så att ett antal enfrekvenssignaler erhålles. 200, i ett förstärkningsanordningar, exempelvis en förstärkningsanordning för Dessa förstärkes sedan, antal vardera enfrekvenssignalen varefter slutligen, 210, de förstärkta enfrekvenssignalerna matas till vardera ett strålningselement.

Det är en fördel med uppfinningen att genom integrationen av förstärkaranordningarna och strålningselementen blir det möjligt att använda styrbara bandpassfilter beroende på att RF- effektnivåerna hålles låga. DC-effektprestanda är hög beroende på de låga effektförlusterna mellan det slutliga förstärkarsteget och respektive stràlningselement och beroende på att man, åtminstone (dvs väsentligen delvis, endast förstärker enfrekvenssignaler enfrekvenssignaler, signalnivàerna för övriga komponenter är minskade) varigenom man undviker att behöva tillgripa effektförbrukande linjeriseringsmetoder. Genom uppfinningen kan anordningarna göras mindre än vad som är hitintills känt beroende på att bl a, integrationsnivå möjliggöres. Dessutom erhålles en hög grad av flexibilitet. komplexiteten är lägre varigenom en högre 10 15 505 476 18 Dessutom kan uppfinningen varieras såsom ovan nämnts på ett antal sätt och. medger såväl multifrekvensöverföring, singelfrekvens- transmission genom avstämmning av alla filter till en och samma frekvens med hög effekt som s k hög-EIRP-transmission där EIRP stàr för ekvivalent isotrop utstrålad effekt som är ett mått på den utstràlade effekten från en antenn i antennens huvudriktning. EIRP är definierat som den inmatade effekten multiplicerat med antennförstärkningen. Dessutom kan multifrekvenstransmission kombineras med EIRP transmission. Fördelaktigt innefattar de elektriskt styrbara filtren amplitud och/eller fasreglerings- anordningar vilket ytterligare underlättar adaptiv lobformning.

Uppfinningen är ej begränsad till visade utföringsformer utan kan fritt varieras inom ramen för patentkraven.

Claims (29)

10 15 20 25 30 35 505 476 19 PATENTKRAV

1. l. Anordning (100) vid överföring av ett antal signaler vardera innehållande en frekvenskomponent (f1,...,fn) mellan en basstationsenhet (l0;lO1,...,l05;101',...,1O4') och en antennanordning (2O;2l;22;2O1,...,205;2O1',...,2O4') omfattande ett antal strálningselement (6,...,6n;6ln,61n;6l1,622,6l3,62n), där anordningen (100) omfattar' en till basstationen (10) anordnad kombineringsenhet ( l ) för vardera en frekvenskomponent innehållande signalerna till en multifrekvens- kombinering av de signal vilken överföres till antennanordningen (2O;2l;22;2Ol,...,2O5;2O1',...,2O4'), k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att antennanordningen (2O;2l;22;201,...,2O5;201',...,20,') omfattar en effektdelningsenhet (3;3l;32) för uppdelning av multifrekvens- signalen i ett antal företrädesvis lika multifrekvensdelsignaler ($,,...,$n) och ett (41, . . . , 4n; 41,, . . . , 41,; 4213, 42n) för extrahering av enfrekvenssignaler ur vardera av åtminstone ett antal av multifrekvensdelsignalerna, och att anordningar (51,...,5n;5ln,...,5ln;52,...,52n) i vilka enfrekvens- signalerna förstärkes före.matning till ett antal stràlningselement (61,...,6n;6lu,6l,;621,...,62n). antal styrbara filteranordningar antennanordningen omfattar ett antal förstärknings-

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att kombineringsenheten (1) består av ett passivt nät.

3. Anordning enligt patentkrav l eller 2, d ä r a v , att mellan basstationsenheten (1O;l01,...,lO5;lO1',...,lO4') och antennanordningen (20;2l;22;2O1,...,2O5;2O1',...,2O4') är anordnad (2;21,...,25) för k ä n n e t e c k n a d en signalmatningsanordning överföring av multifrekvenssignalen. 10 15 20 25 30 505 476 20

4. Anordning enligt patentkrav 3, d ä r a v , (2;21,..,25) k ä n n e t e c k n a d att signalmatningsanordningen består av en koaxialkabel.

5. Anordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att signalmatningsanordningen (2;21,...,25) består av en vågledare.

6. Anordning enligt något av föregående patentkrav, d ä r a v , (3;3l;32) k ä n n e t e c k n a d att delningsenheten består av ett passivt effektdelningsnät.

7. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att de styrbara filteranordningarna (41,...,4n;41,,...,4ln;42H,42n) är elektriskt styrbara.

8. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att till förstärkningsanordning filteranordning (41,...,4n) hör en separat (51,.. .,5n) i enfrekvenssignaler förstärkes. varje vilka respektive

9. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c R n a d d ä r a v , att till stràlningselement (61,...,6n). varje förstärkningsanordning (5U...,5n) hör ett

10. Anordning enligt något av patentkraven 1-7, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att en förstärkningsanordning (5ln) är gemensam för åtminstone två filteranordningar (411,4l2).

11. ll. Anordning enligt något av patentkraven 1-7, 10 15 20 25 30 35 595 476 21 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , samma enfrekvenssignal matas till fler än ett .,6n). att en och strålningselement (6U..

12. Anordning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att de elektriskt styrbara filteranordningarna (41,...,4n;411,...,4ln;42U,...,42n) består av bandpassfilter.

13. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att strålningselementen består av dipoler (61,.. .,6n;6l12,.. .,6ln;621,.. .,62n).

14. Anordning enligt något av patentkraven 1-12, d ä r a v , .,6n;6l12,.. .,61n;621,.. .,62n) av micro-stripanordningar, t ex patch-antenner e.d. k ä n n e t e c k n a d att strålningselementen (61,.. består

15. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att åtminstone ett antal av de styrbara filteranordningarna ställes in på olika frekvenser.

16. Anordning enligt något av patentkraven 1-14, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att alla filteranordningar ställes in på en och samma frekvens så att en förstärkt signal och hög uteffekt erhålles.

17. Anordning enligt patentkrav 15, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att dessutom ett antal filteranordningar ställes in på en och samma frekvens och att tillgänglig uteffekt kan fördelas på önskade frekvenser.

18. Anordning enligt något av föregående patentkrav, 10 15 20 25 30 505 476 22 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att i de styrbara filteranordningarna är medel anordnade för fas och/eller amplitudreglering.

19. Antennanordning (2O;2l;22;201,...,205;2O1',...,204'L'exempelvis avsedd för en radiobasstation, där till sagda antennanordning inkommer en multifrekvenssignal, d ä r a v , (2O;21;22;201,...,2O5;2O1',...,204') är (3;3l;32) multifrekvenssignalen delas upp i. ett antal företrädesvis lika k ä n n e t e c k n a d att i anordnad åtminstone en effektdelningsenhet antennanordningen i vilken multifrekvensdelsignaler och att vidare ett antal styrbara filteranordningar (41,...,4n;4l1,...,41n;42B,...,42n) är anordnade vilka styres så att från varje filteranordning erhålles en enfrekvenssignal av en önskad frekvens, och att åtminstone ett antal av sagda enfrekvenssignaler förstärkes separat.

20. Antennanordning enligt patentkrav 19, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att filteranordningarna (41,...,4n;4l1,...,4ln;42u,...,42n) består av elektriskt styrbara filter.

21. Antennanordning enligt patentkrav 20, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att till varje elektriskt styrbart filter (4U...,4n) är anordnad en förstärkningsanordning (51,...,5n)i.vilka respektiveeenfrekvens- signaler förstärkes och att sagda förstärkta signaler matas till ett antal stràlningselement (61,...,6n).

22. Antennanordning enligt något av föregående ptentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att monolitiska integrerade mikrovågskretsar (MMIC) användes.

23. Basstationsanordning omfattande en basstationsenhet (lO;1O1,...,1O5;lOl',...,lO4') med ett antal sändtagare bildande en sändtagaranordning vilka bildar gränssnitt för ett antal mobila 10 15 20 25 505 476 23 stationercxflïenantennanordning(20;2l;22;20U...,2O5;2Oj,...,2OQ) där signaler överförs mellan sändtagaranordningen och antenn- anordningen via en signalöverföringsanordning (2:2U...,25), där basstationsenheten vidare omfattar en effektkombineringsenhet för kombinering av ett antal signaler av olika frekvens till en multifrekvenssignal för överföring till antennanordningen (20;21;22;201,...,2O5;2O1',...,2O4'), k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att antennanordningen (2O;2l;22;2O1,...,2O5;2O1',...,2O4') omfattar en effektdelningsenhet (3;3l;32) i vilken den överförda multi- frekvenssignalen delas upp i ett antal företrädesvis lika multifrekvensdelsignaler och att genom ett antal styrbara filteranordningar (4U...,4n;411,...,41n;42u,...,42n)filtreras fram ett antal enfrekvenssignaler vilka separat förstärkes och matas tillettantalstràlningselement(61,...,Q¿61u....,6L¿62U...,62n).

24. Basstationsanordning enligt patentkrav 23, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att filteranordningarna omfattar elektriskt styrbara filter vilka kan ställas in så att önskad(e) signalfrekvens(er) kan erhållas.

25. Cellulärt mobilkommunikationssystem i vilket är anordnat ett antal basstationer (BTS,,.,.,BTS5;BS1,...,BS4) som vardera täcker en eller fler celler där varje basstation omfattar en basstationsenhet (1O;1OU...,105;1Of,...,104') och. en antenn- anordning (201,...,2O5;2O1',...,204') för kommunikation med mobila stationer på ett antal bärvågsfrekvenser inom den eller de celler som täckes av basstationen, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att antennanordningen (201,...,2O5;2O1',...,204')4mnfattar'ett antal elektriskt styrbara filteranordningar genom vilka en eller flera signaler av önskade frekvenser kan ställas in och att dessa förstärkes genom i antennanordningen anordnade förstärknings- anordningar för matning till i antennanordningen ingående strâlningselement. 10 15 20 25 3C 505 476 24

26. Förfarande för överföring av ett antal signaler av olika frekvens mellan en basstationsenhet (lO;lO1,...,l05;lO1',...,lO,') (20;2l;22;2O1,...,2O5;2O1',...,2O4') omfattande ett antal stràlningselement omfattande följande steg: och en antennanordning - kombinering av signalerna av olika frekvens i basstationsenheten till en multifrekvenssignal, - överföring' av lnultifrekvenssignalen Atill antennanordningen (2O;21;22;201,...,205;2O1',...,204'), k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att det dessutom omfattar följande steg: (2O;21;22;2O1,...,2Og av multifrekvenssignalen i ett antal före- - uppdelning i antennanordningen 2O1',...,2O4') trädesvis likadana multifrekvensdelsignaler, styrbara filteranordningar - inställning av ett antal (41,...,4n;4l1,...,4ln;42u,...,42n) på så sätt ett antal enfrekvenssignaler av önskad frekvens erhålles, - förstärkning av sagda enfrekvenssignaler, och - matning av de förstärkta signalerna till ett antal strålningselement.

27. Förfarande enligt patentkrav 26, k ä n n e t e c k n a t -d»ä r a v , att varje enfrekvenssignal förstärkes i en till respektive filteranordning hörande förstärkningsanordning.

28. Förfarande enligt patentkrav 27, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att från varje förstärkningsanordning överföres en förstärkt enfrekvenssignal till ett separat stràlningselement.

29. Förfarande enligt något av ptentkraven 26-28, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att varje styrbar filteranordning är så inställd att fler än en signal av samma frekvens erhålles.