SE523065C2 - Ett gränssnitt och system för att hantera digitala och analogaradiofrekvenssignaler i ett lokalt nätverk - Google Patents

Description

25 30 35 523 065 a Q a ; nu 2 - För cellulära inomhussystem (t.ex. GSM) används huvudsakligen passiv koax för att distribuera radiosignalerna till fjärrantenner (remote antennas).

I den europeiska patentansökan EP 792 048, ”Pointroteur multiprotocoles pour réseaux indudriels”, uppfinnare J.

Alexandre, beskrivs ett system för att sända signaler som har olika protokoll pà samma optiska fiber. En utförandeform kan distribuera analoga och digitala signaler, modulerade pà olika bärvàgor pà samma optiska fiber.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Den föreliggande uppfinningen avser en gemensam digital och radiosignaldistributionsarkitektur som använder standard LAN (Local Area Network)-arkitektur och utrustning för distribution av radiosignaler till fjärrantenner.

Den föreliggande uppfinningen använder ett gemensamt gränssnitt för den digitala- och radiosignaldistributionen_ Detta gränssnitt kan lösa multipla infrastrukturproblem (t.eX. GSM, UMTS) (BTS) och dess genom att distribuera radiosignaler mellan en bastransceiverstation fjärrantenner över den fiberbaserade LAN-infrastrukturen.

Gränssnittet är integrerat i LAN-utrustningen (t.ex.

Ethernet-switch eller Ethernet-koax till fibermedia- konverter). Fiber erbjuder allmänt en väldig bandbredd och kan rymma bàde den digitala överföringen och radiosignalöverföringen.

Den föreliggande uppfinningen använder ett integrerat digitalt och analogt radiofrekvens(RF)-gränssnitt för att sända kombinerade digitala och analoga RF-signaler över fiberbaserade LANs. RF-signalerna matas/tas emot till/fràn optisk transceiver/optiska transceivrar över en separat elektrisk RF-port. De digitala och analoga RF-signalerna 10 15 20 25 30 35 523 065 n ~ - . .o ' ' ' I I I n » a n . ' " n o u . n u o» 3 distribueras över fiberkabel-LAN-arkitekturen.

Radiocellarkitektur kan byggas upp genom att ansluta antenner till de elektriska RF-portarna via LAN- utrustningen. Själva arkitekturen är transparent för överföringen av RF-signaler.

Den föreliggande uppfinningen använder befintlig LAN- arkitektur (kabling och utrustning/anordningar) som möjliggör radiosignaldistribution till làg kostnad, t.ex. för distribuerade antennsystem (DASS) i byggnader. De digitala och radiosignalerna är separerade i frekvensdomänen eller kan separeras spacedomänen genom användning av olika transceiverenheter i LAN-utrustningen eller fibrer i kabeln. Den föreliggande uppfinningen är en distribution av radiosignaler som använder ”Local Area Network Infrastructure (DorSuLANI)” här benämnt gränssnittet.

En fördel med att använda detta gränssnitt är att inga gateways till det publika nätet erfordras, t.ex. jämfört med GSM-on-the-Net, eftersom radio- och digitalsignalerna kan separeras i frekvensdomänen eller i spacedomänen genom att använda olika transceiverenheter i LAN-utrustningen.

Gränssnittet kan ocksà utnyttja trunkledningseffektivitet eftersom basstationen (BS) kan vara centraliserad.

Multipel-infrastrukturer med separata kablings- och accesspunkter, t.ex. fiberbaserat LAN och passiv koax DAS, behövs ej. Uppfinningen gör det möjligt med en enda kablingsinfrastruktur med gemensamma accesspunkter.

Uppfinningen möjliggör reducerade installations-, grupperings-/utspridnings-, drift- och underhàllskostnader (OAM). LANet kan vara publikt eller privat. 10 15 20 25 30 35 523 065 4 KORT BESKRIVNING AV FIGURERNA Man kan pä ett enkelt sätt få en mer fullständig förståelse av den föreliggande uppfinningen och mànga av de tillhörande fördelarna därmed genom hänvisning till den följande detaljerade beskrivningen när den behandlas i anslutning till de bifogade figurerna, i vilka: Figur 1 visar en översikt över gränssnittet.

Figur 2 visar ett FDDI-stamnät med gränssnitt som möjliggör distribution av de digitala- och radiosignalerna till olika byggnader.

Figur 3 visar en typisk Ethernet-LAN-arkitektur inom en byggnad.

Figur 4 visar mätningsuppkoppling/~uppsättning för den kombinerade samtidiga digital-radio-överföringen med användning av standardkomponenter för Gigabit Ethernet.

Figur 5 visar intermoduleringsdämpning för GSM och störande CW-signalsändning över fiberlänken.

Figur 6 visar BER kontra mottagen RF-effekt för GSM 1800- signalen, mätt med TEMS.

Figur 7 visar BER kontra mottagen optisk effekt för 1 Gbit/s dataöverföring (PRBS = 2”-1), för back-to-back och 600 m MM-fiber.

Figur 8 visar en länkbudgetberäkning för typisk GSM inom byggnad.

Figur 9 visar en uppsättning som använder gränssnittet med 4 antenner.

Figur 10 visar överföringsförlust (path loss) kontra avstånd.

Figur ll visar andra uppsättning för Figur 9.

A) Stjärnarkitektur fràn en Ethernet-utrustning till mànga andra Ethernetutrustningar.

B) MCM (Multi Casting Matrix) är i grunden en radiosignalsplitter och combiner. Denna kan också integreras i gränssnittet 100 i radiosignalvägen 112.

C) Fyra fiberpar. Tvà för den digitala signalöverföringen och tva för radiosignalöverföringen (sändning och 10 15 20 25 30 35 525 065 :ߧfi:fr;_J~~~ 5 mottagning). I detta fall har gränssnittet 100 tvà (102).

Figur 12 visar tredje uppsättning för Figur 9. transceiver-enheter A) Med extern LAN optisk-till-elektrisk konverterare. De kallas t.ex. "Base-Tx to-Fibre”-konverter, eller Ethernet Media Converter.

B) Mediakonverter med gränssnittet 100 som ansluter till just fjärrantenner.

C) Ofta görs den optiska anslutningen mellan LAN-utrustning med extern utrustning kallad mediakonverterare (Media Converters) (t.ex. koppar till fiber). Dessa är fristàende enheter designade för diverse LAN-standarder. Man kan även ha fristående konvertrar singelmodfiber till multimodfiber för LAN-förbindelser.

Figur 13 visar fjärde uppsättning för Figur 9.

A) Radiosignalen och digitalsignalen kommer fran samma gränssnitt 100 men med användning av separata sändar och fiberpar behöver de inte termineras pà samma 100-gränssnitt pà annan plats. Den optiska länken med radiosignalen kan t.ex. länk. skarvas direkt till annat gränssnitt 100 för optisk DETALJERAD BESKRIVNING Följande förkortningar används: BER Bitfelsfrekvens (Bit Error Rate) BS Basstation (Base Station) BTS Base Transceiver station CAT5 Kategori 5-kabel, partvinnad koppartràd (Category 5 cable, copper twisted pair) CPU Centralenhet (Central Processing Unit) DAS Distribuerat antennsystem (Distributed Antenna System DR Dynamiskt omfång (Dynamic Range) DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing FDDI Fibre Distributed DATA Interface FTTS Fibre-to-the-Subscriber 10 15 20 25 30 35 I u n. v . , .. .. 523 Û65 -=:n:-~- sw.m~~-- u. ... .. .T ' - . . 2 ' H H u , , _. 0 ~ I . , , o q q n ' J I 1 _ ' u. J.. ; - . o n . . n. a . . - u. 6 GSM Global System for Mobile communications IMD Intermodulation Distorsion LAN Lokalt nät (Local Area Network) MAN Metropolitan Area Networks MM Multimodfiber (Multi-mode fibre) OAM Drift och underhäll (Operation and Maintenance) PRBS Pseudorandom Bit Sequence RF Radiofrekvens (Radio Frequency) TEMS Test Mobile Station TRX Transceiver VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser WAN Wide Area Network WDM Wavelength Division Multiplexing Beträffande figurerna betecknar i dessa samma nummer identiska eller motsvarande delar i de olika presentationerna.

Figur 1 visar en översikt av gränssnitt 100, ett optiskt gränssnitt, för den integrerade digitala- och radiosignalöverföringen. Det kan finnas ett eller flera gränssnitt 100 inom LAN-utrustningen, där varje gränssnitt är anslutet till àtminstone en fiberoptisk standardenhet 106, t.ex. optiska standardkontakter till en optisk fiberkabel 118. Det kan finnas mer än en kabel 118. Kabeln 118 innehåller optisk fiber/optiska fibrer, vilka distribuerar signaler till LAN-utrustning pà olika platser inom en byggnad eller ett eller pá samma plats, t.ex. (fastighets)omràde, se Fig.2 och Fig 3. Varje gränssnitt 100 har àtminstone en gemensam/integrerad optisk transceiver-enhet (TRx) 102 av standardmodell.

Radiosignalerna kan matas/tas emot till/fràn de optiska enheterna 106 över en extern elektrisk RF-port 104. För att kombinera och eller dela upp radiosignalerna pà fler än en antenn eller mata in i fler än en optisk TRx 102 (stjärnarkitektur), kan extern(a) radiosignalsplitter(s)/- 10 15 20 25 30 35 ~ ; - . .- . . - . . - . - . ' . Û Û l $ I I In 7 combiner(s) användas. RF-porten 104 är ansluten/ansluts till en radioenhet 112 över signalväg 120, t.ex. med koaxkabel. Radiosignalvägen och/eller den digitala signalvägen 114 kan vara en direkt anslutning till den optiska transceiverenheten 102 men kan också innehàlla någon radiofrekvensspecifik behandling som t.ex.: Filter, förstärkare, splitters och combiners, duplexers, etc.

Allmänt är gränssnittet 100 transparent om inga radiomodspecifika filter, förstärkare, etc används i radioenhet 112. Om samtidig digital och radiosignalöverföring används över en enskild transceiverenhet 102, krävs en splitter 108 och signal combiners 110 för att separera den digitala signalen och radiosignalen. Splittern 108 och combinern 110 kan behöva filter för att förhindra signaldistorsion fràn den digitala till radiobandet och vice versa.

Basstationen/-stationerna (BSs) eller (t.ex. för GSM/UMTS) fjärrantennenheten/-enheterna (remote antenna unit/s) är anslutna över koaxkablar till den/de elektriska RF-in-/ut- porten/-portarna 104. Gränssnittet 100 är normalt transparent för den digitala- och radiosignalöverföringen inom den optiska länkens bandbredd. Làghastighetsöverföring (low bit rate data transmission) för larm och styrfunktioner mellan basstationen och den anslutna LAN- utrustningen kan utnyttjas över: - 104-gränssnittet/gränssnitten.

~ Separata digitala gränssnitt som kan ansluta direkt till LAN-utrustningens moderkort.

Ett digitalt gränssnitt 116 ansluter LAN-korten till moderkortet, bakstycket, hos LAN-ets centralenhet (Gigabit Ethernet-kort eller gränssnittskortet 100) (CPU), t.ex. switch, hub, router, etc. Moderkortet utför normalt uppgifter som: Styrning av LAN-korten, kryptering, adressering, digital signalbehandling, etc. För 10 15 20 25 30 35 523 065 šfmfif{%?_¿f;ff;;¿ u ° ' ' I I 0 n o ø u « - u » . . - .. 8 radiosignalen kan larm och styrfunktionen i händelse av fel implementeras att behandlas i moderkortet.

Figur 2 visar ett FDDI-stamnät 200 (backbone) med gränssnitt 100 som möjliggör distribution av den digitala- och radiosignalen till olika byggnader A, B, C som är anslutna via en FDDI-ring 222. Gränssnittet 100 är integrerat i FDDI-utrustningen 202 och 218. Enhet 202 kan vara en FDDI-switch eller router. I Figuren 2 är switchen 202 en router som är ansluten till ett WAN (Wide Area Network) 212 över en brandvägg 206. Enheten 218 kan vara en FDDI-switch, router eller concentrator. I byggnad A matas RF utsignalen fràn radiobasstationen 204 in i gränssnittskortet 100 placerat i FDD-routern 202. Efter omvandlingen fràn elektriskt till optiskt i gränssnittet/ tillsammans med den och C i gränssnitten 100 sänds radiosignalen, digitala signalen, till de olika byggnaderna A, B, samma tomtomràde. För tydlighetens skull visas endast ett gränssnitt 100 vid varje FDDI-anordning; för varje punkt- till-punkt-förbindelse med tvà FDDI-anordningar krävs emellertid ett separat gränssnitt 100. ll, förbindelse av fiber och med en linje förbindelse av annan I figur 2, 3, 12 och 13 markeras med tvà linjer kabling.

Inom byggnaderna A, B och C kan radiosignalen normalt sändas vidare, så som visas i Fig. 3, med användning av t.ex. en Ethernet-fiberarkitektur. Ethernetswitchen/- routern 208 i byggnad A är ansluten/ansluts till radiobasstationen över ett gränssnitt 100 i FDDI- utrustningen 202.

I byggnad B är FDDI-koncentratorn 218 ansluten till applikationsservrar 210 och till fjärrantenner 220 över gränssnittet/gränssnitten 100. Fler än en antenn kan 10 15 20 25 30 35 v v u. . , . .. .. 525 065 .nzm----usa-~~-. un. a.. ., ' ^ I 1» , ' ' fl nu a. u . u n. ' F ~ n _ _' v a p - - . . ~ . _ ; ~ .. . .. .. : ; 0 I ~ » nn 9 anslutas till ett gränssnitt 100 genom användning av antingen extern eller intern splitter/combiner.

I byggnad C är datorer 216 och fjärrantenner anslutna till FDDI-utrustningen, där pä liknande sätt som i byggnad B gränssnittet/gränssnitten 100, RF-porten/portarna 104 används för att ansluta till antennerna.

Gränssnittet 100 passar i allmänhet för vilken LAN- arkitektur som helst, t.ex. en blandning av Ethernet, Token ring och FDDI, när fiber utnyttjas för dataöverföringen.

Fig. 3 visar ett exempel pà gränssnittet 100 inom en Ethernet-infrastruktur, se även Fig. 2 byggnad A. Vi förutsätter full duplex mod för Ethernet-fiberarkitekturen, en fiber för sändning och en fiber för mottagning.

Ethernet-switchen 208 pà plats A.1 är ansluten över FDDI- routern 202 till radiobasstationen men kan allmänt vara ansluten till radiobasstationen 204 över koaxkabel. Om Ethernetanordningarna är utrustade med gränssnitt 100 (ett eller flera) kan radiosignalen distribueras inom byggnaden till olika platser A.l och A.2. Den digitala och radiosignalerna kan använda: - samma fiber och optiska transceiverenhet 102, - samma fiber och olika optiska transceiverenheter 102, t.ex. använda WDM (Wavelength Division Multiplexing) med optiska filter, eller - separata fibrer och separata transceiverenheter.

Plats A.l omfattar en brandvägg 206, som är ansluten till Internet (WWW) 312, basstationen (BS) 204, t.ex. GSM/UMTS, ansluten till GSM-nätet 214, ytterligare en Ethernet-switch 208, ytterligare en applikationsserver 210, och datorer 216. Pä plats A.l är en av datorerna 216 ansluten till gränssnittet 100 i Ethernetswitchen 208. Gränssnittet 100 10 15 20 25 30 35 523 065 :Ihffšfjf .fi .--.--;_- ' ' ' ° ° I n - ~ ; . ' - ~ n . . n u. 10 vid den stationära terminalen kan t.ex. vara en extern mediakonverterbox för fiber-till-koax. Olika mobiler 308, som är anslutna till basstationen över fjärrantennerna är angivna i figuren.

Om datorerna 216 avser att sända radiosignaler ansluts de till gränssnittet 100 i Ethernet-switcharna 208, annars ansluts datorerna 216 direkt till Ethernet-switcharna 208.

En portable laptop 304 är fysiskt ansluten till en mobil terminal 308, som t.ex. en GSM/UMTS-terminal, vilken i sin tur är i kontakt med basstationen 204 via koncentratorn 202.

Ethernet-utrustningen 208 pà plats A.2 är ansluten till Ethernet-utrustningen 208 pä plats A1 över gränssnittet 100. Ethernet-switchen pá plats A.2 ansluter vidare till en repeater/router/switch 314 pà plats A.3 över gränssnitten 100 pà bàda platserna. Repeatern/routern/Switchen 314 pá plats A.3 ansluter till en stationär IP-telefon 302, och en stationär dator 216 (i radiomobiler ofta kallade terminalerl). Fjärrantenner är anslutna till gränssnitten 100 pà platserna A.2 och A.3. Gränssnittet 100 kan generellt stödja multipla radiosystem över ett enda gränssnitt 100 om radiosystemen arbetar pà olika frekvenser, t.ex. GSM pá 1,8 GHz och UMTS pá 2 GHz.

Beroende pà radiosystemet, fjärrantennätsystemet, antalet antenner, cellstorlek, miljö, etc. kan radiosignalen behöva externa förstärkare, filter och combiners för radioupplänken och -nedlänken mellan gränssnittet 100 och fjärrantennerna.

Gränssnittet 100 kan byggas upp pà olika sätt: - Gränssnittet 100 har fler än en optisk transceiverenhet 102. En TRX-enhet 102 kan användas för den digitala överföringen och en för radioöverföringen. Tvà optiska 10 15 20 25 30 35 . - - Q .- - - - . u 11 TRX-enheter kan byggas in för redundansändamàl.

~ Varje optisk TRX-enhet 102 har sin egen optiska utgàng Rx och Tx för sändnings- och mottagningsvägarna även om endast en optisk fiber används, dà signalen kan delas upp och kombineras i den optiska domänen med användning av tekniken wavelength division multiplexing.

Allmänt är gränssnittet 100 likt ett kort för digital LAN- utrustning av standardtyp (t.ex. Gigabit Ethernet-kort), som kan pluggas in i moderkortet pà LAN-switchen/routern (t.ex. Gigabit Ethernet-switch). Det är också möjligt att integrera gränssnittet 100 i externkonvertrar för LAN-media (konvertering optiskt-till-elektriskt). I Figur 3, liksom i Figur 2, visas för tydlighetens skull endast ett gränssnitt 100 vid varje LAN-utrustning, ehuru det för varje punkt- till-punkt-anslutning mellan Ethernet-anordningar krävs ett separat gränssnittskort 100.

En viss behandling av radiosignalen kan implementeras i radioenheten 112 (t.ex. filtrering, förstärkning, etc.).

Denna radiosignalbehandling kan ske pá RF eller pà en mellanfrekvens. Om den görs pà en mellanfrekvens krävs upp- och nedkonverterare. Radiosignalen kan sändas pà en mellanfrekvens över fibernätet, med användning av t.ex. frekvensnedkonverterare vid LAN-gränssnittet 100 anslutet till basstationen och frekvensuppkonverterare vid gränssnitten 100 som ansluter till fjärrantennenheterna.

Vid mellanfrekvenser fàr radiosignalen lägre förlust i den optiska länken.

I det amerikanska patentet 6,157,8lO, J.B.

Georges och D.M. Cutrer, ”Distribution of radio-frequency signals through low bandwidth infrastructures”, används en mellanfrekvens till att distribuera radiosignaler mellan basstationen och fjärrantenner.

RF-signalen använder en radiofrekvens-port 104 för in- och utmatning. Det kan också helt enkelt vara en enda RF- 10 15 20 25 30 35 'Ino-u .

I g. 'Û OO -u- un, .. , ' - . ' I uno; - .. . ,, _: - . ~ .- ' -- - n :N : - . . - - a - - . ~ . . , , n, 12 kontakt och sändnings-/mottagningssignalen kan delas upp i radiosignalvägen 120 med användning av radioduplexers.

Ett annat exempel där gränssnittet 100 kan vara av framtida intresse är Ethernet-baserade MANs (Metropolitan Area Networks). Ethernet-baserade MANs visar en växande popularitet. Som i Fig.2 kan en Ethernet-baserad Fibre-to- the-Subscriber (FTTS)-arkitektur användas för att till enskilda distribuera radiosignaler, t.ex. byggnader/fastigheter A, B, och C, med användning av gränssnittet 100.

En uppkoppling/uppsättning enligt Fig.4 har använts för att Visa hur gränssnittet arbetar. Gränssnittet har gjorts med användning av Gigabit Ethernet LAN-utrustning av standardtyp. Penalty-fria samtidiga GSM-1800, basstation 402, mönstergenerator (f=l GHz) och l Gbit/s digital dataöverföring, digital 403, etableras över samma optiska länk 406 i uppkopplingen i Fig.4. I Gigabit Ethernet kan, när man använder multimodfiber, fiberlängder pà upp till 550 meter användas. Detta är minimikravet pà överföringsavstànd för drift vid korta vàglängder pà 850 nm. Multimodfiber ger, ehuru den har högre förluster och dispersion jämförd med singelmodfiber, möjlighet till potentiellt billiga optiska transceiver-enheter.

Gränssnittet allmänt kan användas för varje typ av fiber, laser och radiosystem. Emellertid ställer multimodfiber i kombination med VCSEL 404 för Å=850 nm och 10 mA bias (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) och den samtidiga digitala- och radioöverföringen de största restriktionerna pá länkbudgeten för gränssnittet. För alla de övriga typerna av lasrar och fibrer, sàsom rekommenderade i LAN- standarderna, kan länkprestandan förväntas bli bättre för sàdana fiberlängder.

En överföring fràn GSM-1800 och l Gigabit/s digital data 10 15 20 25 30 35 u . u . . . . . , . . ' __ 13 över en enda optisk länk med användning av 600 meters MM- fiber 406 in-effekten, (multimodfiber) har använts. Fràn den maximala förlust och störningar (noise), Fig. 7, hos fiberradiosystemet har en länkbudgetberäkning gjorts för ett typiskt GSM-system inom en byggnad med hänsyn till cellstorlek per antenn och radiovägsförlust för olika miljöer inomhus. Fiberradiosystemet liknande det som används i den visade uppkopplingen har tillräcklig dynamiskt omràde för typiska distribuerade GSM-antennsystem inomhus även i det fall att fler än en bärvàg sänds över länken.

I uppkopplingen, Fig. 4, används en billig kommersiellt okyld 850 nm VCSEL 404 och PIN fotodiod 408 t.ex. Mitel lA448 SC- tillgänglig, för Å=850 nm med förförstärkare 410, 2A, 8C478 SC-2a. Dessa komponenter är designade för Gigabit-applikationer med Ethernet. MMF-längden är 600 m för att uppfylla de minsta avstàndskraven i lOO0Base-SX Gigabit Ethernet-rekommendationerna. MMF:en 406 är Corning's InfiniCor 600 multimode 50/125 microm-fiber designad för Gigabit Ethernet-överföring, 600 m vid 850 nm 1 Gigabit/s non-return-to- PRBs = 223 - 1, och GSM-radiosignalen som arbetar pá 1800 med användning av laserkällor. zero pseudorandom bit sequence-signalen, Anritsu MP 1604B, Ericsson RBS 2202, MHz, kombineras med användningen av en 6 dB power combiner 412 som arbetar fràn DC 2 GHz. ”Bias”- strömmen pä 10 mA och den kombinerade digitala-, VM>= 0,3 V, och radiosignalen, »gp = 0,4 V, matas till VCSEL 404 med användning av en ”bias tee”.

Efter överföring genom fibern delas signalerna upp i en splitter 414 i en digital och en radioväg.

Bitfelsfrekvensen (BER) för den digitala signalen mättes efter làgpassfiltrering vid 416 och förstärkning vid 417 med användning ett bit error test-set, Anritsu MP l605B, digital dataanalysator 419. Dataöverföringshastigheten pà 1 10 15 20 25 30 35 » . v.. . , - . . . . n n . .. ..,__; ;--- ..._ ~-_--- -.. ... .. , g - . . _ : z . n - . .' ' ; - . .

' I nu . ' n u. n» .. . ., _ nunnrp u 14 Gigabit/s valdes dä det tillgängliga làgpassfiltret hade en cut-off-frekvens pà omkring 1 GHz. Pà sändarplatsen var det nödvändigt att begränsa utspektrat för den digitala signalen inkommande pà GSM-bandet, och pà mottagarplatsen att begränsa GMS-signalen inkommande pá bit error test- setets bredbandsmottagare.

~ BER för radiosignalen mättes med en Ericsson test mobile station (TEMS) 418 för GSM. Circulatorn 420 separerade radio nedlänk och upplänk-vägarna. Fjärrantennen ansluts normalt till circulator-utgången sä som visas i figuren.

I figur 4 visas vidare elektrisk dämpare 422, 426, (~l GHz) en optisk dämpare 424 och ett làgpassfilter 405.

Följande karakteristik har uppmätts för att kvantifiera den optiska länken för den kombinerade analoga - digitala överföringen: - Fiberlänkparametrar - Intermoduleringsdämpning - Blockeringskarakteristik - BER för den digitala och analoga överföringen Ur dessa parametrar beräknas det dynamiska omfänget för den optiska länken. Det dynamiska omfànget jämförs sedan med kraven för dynamiskt omfång vid typiska installationer av GSM distribuerade antennsystem (DAS) inomhus.

För den använda fiberlänken har de följande RF-parametrarna uppmätts: ~ l dB kompressionspunkt är vid ~5 dBm RF-ineffekt till lasern ~ RF-förlust pà ~25 dBm vid 1,8 GHz, dB vid ~2 GHz, för UMTS, för GSM, och 29 för 600 meters M-fiber t.ex. t.ex.

~ Störningsuteffekt (output noise power) ~ -141 dBm/Hz vid optisk mottagare (för 200 kHz BW motsvarar detta ~ 10 15 20 25 30 35 ..... ." '.': 'u- .. ' " “' I~n.., _ :" an.. ,.°°*~ ~ - ont ' i unna - :*'.'.: - - --2 _' - - .- I 1 . . f : 0 n - - - . ..

.... M 15 -88 dBm) Lasern blev ”biased” vid 10 mA vilket motsvarar en laseruteffekt pá ~~l0 dBm. Den optiska dämpningen är <2,5 dB vid Å = 850 nm.

Länkens intermoduleringsdämpning mäts genom att pálägga en GSM-signal och en interfererande CW-signal vid 30 dB under (GSM 05.05 stycke [GSM-specifikation GSM 05.051). effektnivàn för den önskade signalen 4.7.2 referens Denna mätning är relevant för nedlänken dà de icke-linjära elementen i sändarvägen orsakar distorsion om fler än en RF-kanal sänds. Standarden kräver att IMD-produkten ej överstiger -70 dBc eller -36 dBm beroende pä vilket som är störst.

För DAS-GSM inomhusinstallationer är ineffekten vid antennanslutningen typiskt omkring 10 dBm/bárvàg. Fig. 5 visar den uppmätta IMD-effekten kontra ineffekten för den önskade GSM-signalen. En ”efterförstärkare” med en förstärkning pà ~34 dB efter mottagaren har använts för att öka (boost) uteffekten. Man kan se att max. RF-ineffekt till lasern bör vara <1 dBm för att ej överskrida det maximalt tillàtna IMD -36 dBm.

Blockeringskarakteristiken är ett mått pà upplänkens förmåga att ta emot en önskad signal pá sin signalfrekvens i närvaro av en stark oönskad signal, under en bestämd gräns, pà andra frekvenser utan prestandaförsämring.

Eftersom fiberlänken i upplänk kan anses som ”införstärkare” till basstationsmottagaren, och eftersom en GSM-1800 BS används i denna uppkoppling, mäts blockeringskarakteristiken enligt GSM 05.05- Signalnivàn för en önskad specifikationen, avsnitt 5.1.

GSM-signal sätts 3 dB över BS-mottagarkänslighetsgränsen 10 15 20 25 30 35 ~ Q » . u. a | . . . . , , ,_ - . . . . . » n. 16 (inklusive gränssnittslänken med 600-meter MM-fiber) och den oönskade sinusvàgens (800 kHz frán GSM-signalen) signalnivà ökas tills BER visar försämringar. Effekten pà den oönskade sinusvàgen kan ökas upp till ~5 dBm vid laserns ingàng utan att BER försämras i den önskade GSM- signalen.

”BER-penalty” för fiberlänken för den digitala och radioöverföringen har mätts, för att se om de länkorsakade störningarna försämrade känslighetsnivàerna hos radio och optiska mottagarna.

BER för l Gbit/s digital signal kontra mottagen optisk effekt visas i Fig. 6. Den optiska dämparen 424 efter lasern användes för att reducera och balansera den mottagna effekten. Resultatet visas för fiber back-to-back-fallet, ~ 7 m MM-fiber, med GSM-signalen frànslagen och tillslagen, och för 600 M-fiber med GSM-signalen tillslagen. Inget ”penalty” kunde observeras för den samtidiga digitala och radioöverföringen. Uppmätt BER för 600 m MM-fiber med samtidig radioöverföring visade faktiskt nàgot bättre mottagarkänslighet än back-to-back-fallen. Denna skillnad kunde också observeras genom att upprepa mätningarna. En orsak till denna observation kan vara de begränsade laseruppsättningsvillkoren som användes i denna uppsättning, eftersom jämn moddistribution kanske ej uppnàs över en sä kort fiberlängd. Den uppnådda mottagarkänsligheten är ~ -15,5, dBm för ett BER pà 10*1.

För BER-mätningen pà GSM 1800-signalen sattes den optiska dämparen 424 pà noll eftersom den elektriska dämparen 426 framför TEMS-mottagaren användes för att reducera och balansera den mottagna signalnivàn (RXLEV). ”Rá” BER i radio-nedlänken mättes pá radiosändarkanalen (radio broadcast channel). Fig. 7 visar BER som en funktion av mottagen effekt för back-to-back-fallet vid användning av 10 15 20 25 30 35 o o un: q , v o» o " " o -.« .°..: "' I n. ,"_ n n» a u - 1. a a ” " ~ *' ~ 1 n . , - o - n - » . - Q n a . u - ~ . . . . , u, o a» 17 koaxialkabel, koaxkabel ~ 6 m, 600 m MM-fiber med den digitala signalen frànkopplad och med radio- och digitalsignalen igäng samtidigt. Inget BER-penalty observerades för den samtidiga radio och digitalöverföringen över 600 m MMF. Fiberöverföringen back- to-back visade liknande BER-värden för 600 m MM- fiberöverföring och mätningspunkterna har uteslutits i figuren för tydlighets skull. För ineffekter >-102 dBm kunde ingen BER mätas inom den upplösning som gavs av TEMS- utrustningen. Referenskänslighetsnivàn för GSM 1800- terminaler och basstationer är -102 respektive -104 dBm, med max. BER beroende pá typ av kanal, t.ex. datakanal BER S O,l%,/3/_ visade nàgot större BER än radio över fiber-överföringen.

Back-to-back-fallet som använder koaxkabel Denna skillnad ligger inom upplösningen pà den använda TEMS-utrustningen.

För den parallella digitala - GSM-signalöverföringen, begränsar l dB kompressionspunkten ineffekten till lasern.

Fràn max. ineffekt, förlust och störsiffror hos fiberradiosystemet kan vi göra en länkbudgetberäkning för ett typiskt GSM-system i fastighet, så som visas i Fig. 8.

I länkbudgetberäkningen tas hänsyn till förlusten och störningarna pà signalen från en optisk feeder (gränssnitt 100) när hänsyn är tagen till 4 fjärrantenner, se Fig. 9.

I figur 9 visas en basstation GSM 1800 BTS 1-TRX 902 ansluten via förstärkare 904 och en multicastingmatris (MCM 4X4) 906 till en sändare 908 för överföring till mottagare 912 via multimodfiber 910 (längd < 600 m), varvid mottagaren 912 är förbunden med antenner 914, via koax- kabel (0,5”, längd:< 25 m).

Radioupplänken begränsar max. vägförlust för fiberradiosystemet (Fig. 4) till omkring 82 dB.

Länkbudgeten som ges i Fig. 8 är bara en indikation och kan 10 15 20 25 30 35 . ø a . ao 18 optimeras, t.ex. genom noggrann placering av fjärrantennenheterna för att förhindra höga signalnivàer vid radioupplänken för att öka förstärkningen i den första förstärkaren.

För inomhusmiljö kan vägförlusten uppskattas med hjälp av den ”Multiple Wall Model” som finns beskriven i COST Action 231 [COST Action 231, ”Digital mobile radio towards future generation systems", final report l999.]. Genom att ta en rumstorlek pà 4 m och ge en ytmarginal pà 5% kan Den maximala I aktuella vägförlusten som visas i Fig. 10 beräknas. cellradien för 82 dB vägförlust är omkring 20 m. installationer för distribuerade antenner inomhus är cellradier mellan ~l5 till ~25 m mycket vanliga.

Systemlänkbudgeten kan ökas med omkring 6 dB om separata optiska transceiverenheter för den digitala- och radioöverföringen används. Om fler än en GSM-bärvág sänds och om bara en laser används maste RF-ineffekten sänkas med ~ 20xlog(#bärVágor), för att förhindra signalklippning.

Gränssnittsarkitekturen är allmänt skalbar till varje framtida LAN-standard, eftersom radio- och digitalsignalen kan matas till separata optiska transceiverenheter inom t.ex.

LAN-utrustningen, ett gränssnitt 100 med multipla 102-gränssnitt. För framtida LAN-standarder kommer de optiska transceivrarna och fibrerna att kunna stödja högre digitala datahastigheter. Detta kommer i sin tur att vara förmånligt för gränssnitt, då t.ex. länkbudgeten för radioöverföringen kommer att öka. Gränssnittet kan användas för framtida radiostandarder.

Fig. ll visar hur radiosignalen fràn en GSM/UTMS-basstation 1102 kan mats till ett stort antal gränssnitt 1104 100-kort i den LAN-utrustning 1106 som använder en extern 4/4- multicasting-matris 1108. En stjärnarkitektur kan byggas 10 15 20 25 523 065 u n » | n.

- . - . « . - . . . . . Q ~ . Q . - ._ 19 upp med fjärrantenner anslutna till LAN-utrustningen med gränssnitt 100 (ett eller flera). I figuren är också indikerat den digitala och radiosignalöverföringen över separata fiberpar med användning av separata TRx-enheter 102 i gränssnittet 100.

Fig. 12 visar ett exempel pá hur externa mediakonvertrar designade för LAN-överföring kan användas för att integrera gränssnittet 100 med fjärrantenner.

Fig. 13 visar en uppkoppling där radio och digitalsignalen emanerar fràn samma gränssnitt 100 men använder separata sändar- och fiberpar 1302, 1304. Fiberparen mäste inte termineras vid samma gränssnitt 100; de kan termineras pà annan plats. Den optiska länken med radiosignalen kan vara t.ex. direkt skarvad vid 1306 till nàgot annat gränssnitt 100 för optisk länk.

Uppenbarligen kan ett stort antal modifieringar och varianter av den föreliggande uppfinningen vara möjliga i ljuset av presentationerna ovan. Man mäste därför förstà att inom omfånget för de bifogade patentkraven kan den föreliggande uppfinningen utföras pà andra sätt än som specifikt finns beskrivet häri.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 523 065 - 20 PATENTKRAV

1. Ett digitalt och analogt radiofrekvens(RF)- gränssnitt (100) för kommunikation till och frán lokalt nät (Local Area Network, LAN), varvid radiosignaler i det lokala nätet är digitala och analoga, och det lokala nätet (200) har ett optiskt fibernät (222), en basstation, BS, (204) och åtminstone en antenn (220), som är anslutna till LANet, k ä n n e t e c k n a t av att gränssnittet omfattar àtminstone en transceiverenhet (102), àtminstone en RF-port (104), där transceiverenheten är ansluten till RF-porten för distribution av radiosignalerna som matas/tas emot till/fràn transceiver-enheten över RF-porten till basstationen (204) med ytterligare distribution till enhet (216, 208, 302, 304) eller nät (214, 312) eller fjärrantennenhet/-enheter (220) som är anslutna över koaxialkabel/-kablar.

2. Ett gränssnitt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att transceiverenheten är anordnad att samtidigt hantera digitala och analoga signaler.

3. Ett gränssnitt enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att transceiverenheten är ansluten till en optisk enhet (106) som i sin tur är ansluten till fiberkabel (118).

4. Ett gränssnitt enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att RF-porten är ansluten till signalväg (120) som i sin tur är ansluten till radioenhet (112) när samma transceiver används.

5. Ett gränssnitt enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a t av att gränssnittet omfattar signal 10 15 20 25 30 35 523 065 ll splitter (108) och signal combiner (110).

6. Ett gränssnitt enligt patentkrav 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a t av att gränssnittet omfattar ett digitalt gränssnitt (116), som är anslutet till moderkortet (208, 314), moderkortet för den digitala signalen utför hos switchen, en hub, en router etc. där kontroll/styrning av alla gränssnitts-, krypterings-, adresserings-, larm- och styrfunktioner för radiosignalerna. (backbone)(200), (222),innefattande ett

7. Ett system omfattande ett stamnät lokalt nät (LAN, Local Area Network) radionät för digital och analog överföring av ett radiosignaler, varvid ett optiskt nät utnyttjas, utrustning (202, 208), 302, 304, 308), k ä n n e t e c k n a t av att systemet omfattar àtminstone en digital och analog radiofrekvens, RF, radiobasstationer (204), terminaler (216, gränssnitt 100, och/som är anslutet till stamnätet, och gränssnittet omfattar åtminstone en transceiverenhet (102), atminstone en RF-port (104), där transceiver-enheten är ansluten till RF-porten för distribution av de radiosignaler som matas/tas emot till/fràn transceiver- enheten över RF-porten till basstationen (204) med vidare 208, 302, 304) eller nät 312) eller fjärrantennenhet/-enheter (220) som distribution till enhet (216, (212, 214, är anslutna över koaxialkablar (118).

8. Ett system enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a t av att gränssnittet är anslutet en hub, eller en extern till en huvudswitch, en repeater, LAN-mediakonverteranordning.

9. Ett system enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a t av att huvudswitchen är en Ethernet-switch eller en FDDI-switch.