SE512437C2 - Förfarande och anordning för reducering av intermodulationsdistortion vid radiokommunikation - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 512 437 2 produkter kommer då att återutsändas via antennen. Detta resulterar i oönskade störningar hos sändaren ifråga, vilket givetvis är en nackdel med denna typ av antenn.

I enlighet med känd teknik kan det ovannämnda problemet i princip lösas och intermodulationsdistorsionen reduceras genom att utnyttja en aktiv antenn som innefattar för- stärkare som uppvisar en mycket hög grad av linjäritet, d.v.s. vid utgångsstegen hos respektive antennförstärkare.

En nackdel med denna lösning är dock att den kräver en relativt hög effektförbrukning hos de aktuella förstärkarna, vilket i sin tur resulterar i relativt kostnadskrävande förstärkare.

En annan lösning på det ovannämnda problemet är att filtrera de överförda signalerna, närmare bestämt genom att utnyttja bandpassfilter som placeras efter respektive förstärkare i antennen. På så vis kan intermodulations- produkter som ligger utanför det aktuella överförda signal- bandet dämpas. De intermodulationsprodukter som istället ligger inom det överförda signalbandet kan dämpas genom att anordna isolatorer vid förstärkarnas utgångar. Dessa isolatorer kan då inrättas så att de dämpar den infallande, interfererande signalen soulmatas från antennelementen till förstärkarna, medan den sända signalen som går i riktningen från förstärkarna till antennelement tillåts passera huvudsakligen utan att dämpas.

En nackdel med att utnyttja de ovannämnda metoderna avseende filtrering och isolering är att dessa metoder ökar kostnaden och storleken hos antennen. 5I princip kan också intermodulationsprodukter reduceras genom att placera en viss basstation så långt som möjligt från intilliggande, störande radiosändare. En nackdel med denna lösning är dock att den kan stå i kontrast..mot 10 15 20 25 30 35 512 437 3 uppställda krav på avsedd täckning, hos exempelvis ett mobiltelefonisystem och att den kan öka den totala mängden basstationer som krävs för att täcka ett givet geografiskt område.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN: Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förbättrat förfarande vid radiokommunikation, i synner- het för reducering av intermodulationsdistorsion till följd av signaler som infaller mot en aktiv gruppantenn. Detta ändamål uppnås medelst ett förfarande vars särdrag framgår av efterföljande patentkrav 1. Detta ändamål uppnås också medelst en anordning för radiokommunikation, vars särdrag framgår av efterföljande patentkrav 5.

Uppfinningen avser ett förfarande för reducering av intermodulationsdistorsion vid radiokommunikation, varvid _ en för utsändning avsedd signal matas till en aktiv antenn för utsändning i. en huvudlob. Antennen innefattar ett flertal sändarsteg som vart och ett förses med en_delsignal och som innefattar ett ingångssteg, en förstärkare, ett utgångssteg samt ett antennelement. Förfarandet enligt uppfinningen kännetecknas av det innefattar en första fasvridning av respektive delsignal före respektive förstärkare och en andra fasvridning av respektive delsignal efter respektive förstärkare. Vidare väljes summan av den första fasvridningen och den andra fasvridningen till ett värde som är konstant. Dessutom väljes nämnda andra fasvridning så att en från antennen utsänd intermodulationslob styrs ut. i en riktning som väsentligen avviker från riktningen hos nämnda huvudlob.

Genom.uppfinningen uppnås en väsentlig fördel genom att den 'huvudlob i vilken den uppfinningsenliga antennens signaler sänds kan göras fri från intermodulationsprodukter till följd av infallande radiosignaler från andra intilliggande WHW HW|WWW¶*WmuH¶vw\\f m I» wvww wß1ww*~»wH« 10 15 20k 25 30 35 i 512 437 4 sändare. Detta leder i sin tur till minskade krav avseende sådan intermodulation, t.ex. genom en minskning av kraven avseende utnyttjandet av filter och respektive förstärkare. Dessutom leder uppfinningen till minskade krav vad beträffar linjäriteten hos respektive isolatorer hos förstärkare.

Ytterligare fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen framgår av de efterföljande beroende patentkraven.

FIGURBESKRIVNING: w Uppfinningen kommer i det följande att förklaras närmare med hänvisning till ett föredraget utföringsexempel och de bifogade ritningarna, i vilka: figur 1 visar i schematisk form en aktiv gruppantenn utformad i enlighet med den föreliggande uppfinningen, och figur 2 visar i schematisk form ett radiokommunikations- system vid vilken uppfinningen kan utnyttjas.

FÖREDRAGEN UTFöRINGsFoRn/x: Den föreliggande uppfinningen är avsedd för radiokommu- nikation, i synnerhet i samband med mobiltelefonisystem, och syftar till att medge en reducering av oönskad intermodulationsdistorsion. I enlighet med en föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken visas schematiskt i figur 1, innefattar uppfinningen en för radiokommunikation avsedd sändarstation, lämpligen i form av en basstation 1 för ett mobiltelefonisystem. Basstationen 1 är i sin tur* ansluten till en antenn 2 som företrädesvis är av typen, aktiv gruppantenn.

En signal S som är avsedd för utsändning från antennen 2 matas från basstationen 1 till antennen 2 via en.matarled-» 10 15 20 25 30 35 512 437 5 ning 3. Denna matarledning 3 är härvid ansluten till en i antennen 2 ingående fördelningskrets 4, med vars hjälp signalen S fördelas mellan ett förutbestämt antal sändarsteg, vilka i figur 1 visas i form av ett första sändarsteg Sa, ett andra sändarsteg Sb och ett nzte sändarsteg Sn. På så vis delas signalen S upp i delsignaler S1, S2, Sn vilka matas till respektive sändarsteg 5a, 5b, 5n.

Det första sändarsteget 5a (liksom de övriga sändarstegen som ingår i antennen 2) innefattar ett ingångssteg 6 till vilket den motsvarande delsignalen S,matas. Delsignalen S, matas vidare till en förstärkare 7, i vilken den förstärks.

Den förstärkta signalen förs vidare till ett utgångssteg 8 och därefter vidare till ett antennelement 9, från vilket den utsänds. Enligt vad som framgår av figur 1 är de övriga sändarstegen 5b, Sn uppbyggd på ett sätt som motsvarar vad som förklarats ovan med hänvisning till det första sändar- steget 5a.

Ingångssteget 6 är inrättat för fasvridning av den inkommande delsignal S, en viss fasvinkel Om. Vidare är utgångssteget 8 inrättat att fasvrida en via förstärkaren 7 förstärkt signal en viss fasvinkel Ûm.

Enligt vad som kommer att beskrivas i detalj nedan är det en grundprincip bakom uppfinningen att fasvridningen Gm i respektive ingångssteg 6 (d.v.s. de ingângssteg som ingår i respektive sändarsteg Sa, Sb, Sn) och fasvridningen Gm i respektive utgångssteg 8 (d.v.s. de utgångssteg som ingår i respektive sändarsteg Sa, 5b,'5n) väljes så att den totala fasvridningen, d.v.s. summan av fasförskjutningen i respektive ingångssteg och utgångssteg, är lika stor hos samtliga sändarsteg 5a,-8b, Sn. Detta kan också skrivas som att ' ' ' ' ' “' E". HW! 10 15 20 25 30 35 512 437 Om + Gm = konstant vad beträffar samtliga de i antennen 1 ingående sändar- stegen 5a, 5b, 5n.

Vidare är antennen 2 enligt uppfinningen inrättad så att fasförskjutningen Gm hos respektive utgångssteg 8 företrädesvis ges stegvis ökande värden, närmare bestämt så att Gm = n-a + b varvid n är en multipel som företrädesvis svarar mot ordningstalet hos det sändarsteg i vilket det aktuella utgångssteget ingår, varvid a utgörs av en förutbestämd konstant samt varvid b utgörs av ytterligare förutbestämd konstant. På så vis blir den utgående fasvridningen i det första sändarsteget Sa lika med a+b, den utgående fasvridningen i det andra sändarsteget 5b lika med 2a+b och den utgående fasvridningen i det nzte sändarsteget 5n lika- med na+b.

Uppfinningens funktion kommer nu att förklaras i detalj och med hänvisning till figur 2, som i schematisk form visar ett radiokommunikationssystem vid vilket uppfinningen kan utnyttjas. I figuren visas den ovan beskrivna basstationen 1 och den aktiva antennen 2. I avsikt att illustrera uppfinningens funktion antas härvid att basstationen 1 befinner sig i närheten av en ytterligare basstation 10, »till vilken en andra antenn_11 finns ansluten via en andra matarledning 12. Detta innebär att radiostrålning som utsänds från den andra basstationen 10 kommer att infalla i riktning mot den första stationen 1 och bestrâla denna.

Den första basstationen I är inrättad för utsändning av den ovannämnda signalen S »i en första ~huvudlob ~13 med du 10 15 .20 25 30 35 512 437 7 förutbestämd riktningi.förhållande till den andra antennen ll. På motsvarande sätt är den andra basstationen 10 och den andra antennen 11 inrättade för utsändning av en ytterligare signal Sw i en andra huvudlob 14 med förutbestämd riktning. I avsikt att beskriva uppfinningens funktion antas att den andra huvudloben 14 är riktad mot den första basstationen 1, enligt vad som framgår av figur 2.

Under drift av den uppfinningsenliga antennen 2 i närheten av den andra antennen 11 kommer således den förstnämnda antennen 2 att bestrålas av radiosignaler från den andra antennen 11. Med hänvisning till figur 1 och figur 2 gäller att en del av dessa signaler kommer att matas in i respektive förstärkare 7 hos den första antennen 2, via respektive antennelement 9 (jfr. figur 1). Detta medför normalt att distorsion i form av intermodulationsprodukter genereras till följd av viss icke-linjäritet i respektive förstärkare 7. Dessa intermodulationsprodukter kommer då att matas tillbaks och återutsändas via den första antennen 20 Den ovan beskrivna, oönskade intermodulationsdistorsionen kan reduceras väsentligt med hjälp av den föreliggande uppfinningen genonx att belägga signalerna S” SU, Sn i respektive sändarsteg Sa, Sb, 5n med den ovan beskrivna fasvridningen Gm, Gm före och efter respektive förstärkare 7. Genom att i enlighet med uppfinningen dessutom välja en gradvis ökande fasvridning Qnhos respektive utgångssteg 8, d.v.s. en fasvridning som för varje sändarsteg uppfyller villkoret âm = n-a + b, fås att de interfererande signalerna från den andra antennen 11 (jfr. figur 2) och som mottages av den första antennen 2 kommer att beläggas med en-viss fasvridning när de matas in via respektive antennelement 9 och utgângssteg 8 och vidare till -respektive förstärkare 7. De intermodulationsprodukter som PI'| 'W 'WWW H H H H! 1! 1' ! G i!! 10 15 20 25 30 35 512 437 8 genereras på så vis kommer således att åter passera respektive utgångssteg 8 och därvid fasvridas på nytt i samband med att de matas till respektive antennelement.

Sammantaget gör detta att signalen S som är avsedd att matas ut via den första antennen 2 kommer att bibehålla riktningen hos sin huvudlob 13, medan de intermodulations- produkter som också sänds ut från antennen 2 kommer att uppvisa en intermodulationslob 15 med en fasfront som är fasförskjuten 2a grader jämfört med huvudloben 13. Detta medför i sin tur att intermodulationsloben 15 kommer att kunna styras bort i en riktning som avviker_ från huvudlobens 13 riktning, d.v.s. där den inte orsakar störningar på sändningen med den första antennen 2.

I enlighet med uppfinningen kan således intermodulations- loben 15 styras bort från huvudloben 13 som motsvarar den första signalen S. Detta medför en fördel i det att respektive förstärkare 8 kan utformas med minskade krav vad beträffar låg intermodulation och hög linjäritet.

Den ovannämnda konstanten a väljes främst i beroende av vilken utstyrningsvinkel som önskas för intermodulations- loben 15 från antennen 2 i förhållande till den förväntade utfallsvinkeln hos den andra antennens ll huvudlob 14.

För en störsignal som infaller rätvinkligt mot den första antennen 2 förväntas även.den utsända intermodulationsloben 15 sändas ut rätvinkligt. Med uppfinningen kan dock den utsända intermodulationsloben 15 styras ut 2a grader från den förväntade, vinkelräta riktningen. Påg så vis kan intermodulationsloben 15 styras i en riktning där den gör minimal skada. I exempelvis tillämpningar i form av mobiltelefonisystem gäller ofta att den första antennen 2 (och den första huvudloben 13) samt den andra antennen ll (och den andra huvudloben 14) är positionerade på huvudsakligen samma höjd. I sådana fall är det fördelaktigt 10 15 20 25 30 35 512 437 9 att styra intermodulationsloben 15 i riktning' upp mot himlen (d.v.s. 2a=90°), varvid minimal störning fås. I andra typer av radiokommunikationssystem kan dock andra förutsättningar gälla för exempelvis vinkeln hos infallande störsignaler och den önskade vinkeln hos intermodulations- loben 15.

Uppfinningen är inte begränsad till ovan beskrivna och på ritningarna visade utföringsexempel, utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Exempelvis kan antalet sändarsteg i den uppfinningsenliga antennen 2 variera. Vidare gäller att antennelementen 9 kan arrangeras geometriskt'på olika sätt och inte behöver begränsas till att arrangeras längs en rad, såsom visas i figur 1.

Vidare är uppfinningen inte begränsad till användning i samband.med.mobiltelefonisystem, utan kan utnyttjas i andra radiokommunikationssystem där aktiva matrisantenner utnyttjas.

Valet av fasförskjutningen Gm hos respektive ingångssteg 6 och fasförskjutningen Gm hos respektive utgângssteg 8 kan variera, exempelvis i beroende av aktuell antennkonstruk- tion. Enligt ett alternativt utförande av uppfinningen kan dessutom nämnda fasförskjutningar styras att variera dynamiskt istället för att väljas till fasta värden. Vid en sådan dynamisk styrning inrättas respektive ingångssteg 6 och respektive utgångssteg 8 så att de kan kontrolleras på lämpligt sätt så att intermodulationsloben 15 tillåts styras ut i en lämplig vinkel i beroende av aktuell tillämpning.

Vidare kan fasförskjutningen Hm hos respektive utgångssteg 8 väljas på annat sätt än den linjärt tilltagande fördel- ning som beskrivits ovan. Exempelvis kan fasförskjutningen 512 437 10 Gm växelvis anta värdena +/- 90°. Även andra val är möjliga inom ramen för uppfinningen.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 512 437 11 PATENTKRAV:

1. Förfarande för reducering av intermodulationsdistorsion vid radiokommunikation, varvid en för utsändning avsedd signal (S) matas till en aktiv antenn (2) för utsändning i en huvudlob (13), varvid antennen (2) innefattar ett flertal sändarsteg (Sa, 5b, Sn) som vart och ett förses med en delsignal (SH S2,Eä) och som innefattar ett ingångssteg (6), en förstärkare (7), ett utgångssteg (8) samt ett antennelement (9), k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att förfarandet innefattar: en första fasvridning (Gm) av respektive delsignal före respektive förstärkare (7), en andra fasvridning (Gm) av respektive delsignal efter respektive förstärkare (7), varvid summan av den första fasvridningen (Gm) och den andra fasvridningen (Gm) väljes till ett värde som är konstant, samt att nämnda andra fasvridning (Gm) väljes så att en från antennen (2) utsänd intermodulationslob (15) styrs ut i en riktning som väsentligen avviker från riktningen hos nämnda huvudlob (13).

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda andra fasvridning (Gm) väljes till värden som är stegvis ökande hos respektive sändarsteg (5a, 5b, sn).

3. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda andra fasvridning (Gm) väljes till värden som för respektive sändarsteg (5a, 5b, 5n) utgörs av IH!! 10 15 20 25 30 35 512 437 12 summan av en multipel av en första förutbestämd konstant (a) och en andra förutbestämd konstant (b).

4. Förfarande enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda andra fasvridning (Gm) väljes till värden där nämnda nmltipel nwtsvarar ordningstalet för respektive sändarsteg (5a, 5b, 5n).

5. Anordning för reducering av intermodulationsdistorsion vid radiokommunikation, innefattande en aktiv antenn (2) för utsändning av en signal (S) i en huvudlob (13), varvid den aktiva antennen (2) innefattar ett flertal sändarsteg (Sa, 5b, Sn) som vart och ett förses med en delsignal (SH SU Sn) och som innefattar ett ingångssteg (6), ett utgângssteg (8) samt ett antennelement (9), k ä n n e - t e c k n a d. d ä r a v, att respektive ingângssteg (6) är inrättat för en första fasvridning (Gm) av respektive delsignal (SQ, att respektive utgångssteg (8) är inrättat för en andra fasvridning (Gm) av respektive delsignal, varvid ingângsstegen (6) och utgângsstegen (8) är så utformade att summan av den första fasvridningen (Gm) och den andra fasvridningen (Gm) har ett värde som är konstant och att nämnda andra fasvridning (Gm) väljes så att en från antennen (2) utsänd intermodulationslob (15) styrs ut i en riktning som väsentligen avviker från riktningen hos nämnda huvudlob (13).

6. Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda utgângssteg (8) är utformad så att nämnda andra fasvridning (Gm) ges värden som är stegvis ökande hos respektive sändarsteg (5a, 5b, Sn).

7. Mobiltelefonisystenn innefattande åtminstone en, bas- station (1) samt en till denna ansluten anordning enligt något av patentkrav 5 eller 6.