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Dokumentenidentifikation DE19649855A1 04.06.1998
Titel Repeater für Funksignale
Anmelder DeTeMobil Deutsche Telekom MobilNet GmbH, 53227 Bonn, DE
Erfinder Hoder, Mathias, Dipl.-Ing., 53229 Bonn, DE;
Kreuz, Wolfgang, Dipl.-Ing., 53123 Bonn, DE
DE-Anmeldedatum 02.12.1996
DE-Aktenzeichen 19649855
Offenlegungstag 04.06.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.06.1998
IPC-Hauptklasse H04B 7/15
IPC-Nebenklasse H04B 1/54   H04B 1/59   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Repeater für Funksignale, vorzugsweise für den mobilen Einsatz in digitalen zellularen Funknetzen.
Die im Downlink- und/oder Uplink-Zweig des Repeaters empfangenen Funksignale werden demoduliert, und anschließend die so gewonnenen digitalen Datenströme wieder normgerecht moduliert, verstärkt und ausgesendet. Es ist eine intelligente Steuereinheit vorgesehen, die durch Überwachung des Signalisierungsverkehrs im Funknetz und selbständige Abstimmung der vom Repeater übertragenen Frequenzkanäle auf die von der Nachbarfunkzelle verwendeten Kanäle einen Wechsel der Funkverbindung (Handover) in eine neue Funkzelle unterstützt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Repeater für Funksignale, vorzugsweise für den mobilen Einsatz in digitalen, zellularen Funknetzen.

Ein Repeater ist eine Art Relaisstation, welcher die von einer Basisstation eines Funknetzes ausgestrahlten Funksignale empfängt, verstärkt und wieder aussendet, so daß diese von Mobilstationen des Funknetzes empfangen werden können. Natürlich arbeitet ein Repeater auch in entgegengesetzter Richtung, d. h. die von einer Mobilstation abgestrahlten Funksignale werden durch den Repeater an eine Basisstation des Funknetzes weitergeleitet. In zellularen Funknetzes werden häufig Repeater zur Erweiterung eines Funkversorgungsbereiches, z. B. für die Versorgung von Tunneln, großen Gebäuden, Bergtälern oder ähnlichem eingesetzt. Der Einsatz von Repeatern ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn aufgrund fehlender Infrastruktur die leitungsgemäße Anschaltung einer herkömmlichen Basisstation nicht oder nur mit unverhältnismäßig großem Aufwand möglich ist. Es gibt auch für den mobilen Einsatz vorgesehene Repeater, insbesondere für den Einsatz in Zügen.

Das Prinzip herkömmlicher Repeater ist die bidirektionale Verstärkung der Funksignale in Uplink- und Downlink-Richtung, wobei die Funksignale auf derselben Frequenz ausgesendet werden, auf der sie empfangen wurden. Das von der Basisstation entstammende Downlink-Signal wird mit einer Anbindungsantenne empfangen, im Downlink-Zweig des Repeaters verstärkt, gefiltert und über eine Versorgungsantenne in Richtung zur Mobilstation ausgesendet. Gleichzeitig wird das von der Mobilstation stammende Uplink-Signal mit der Versorgungsantenne empfangen, im Uplink-Zweig des Repeaters verstärkt, gefiltert und über die Anbindungsantenne zur Basisstation ausgesendet. Beim Einsatz in Fahrzeugen, wie z. B. in Schnellzügen, ist man darauf angewiesen, Breitbandrepeater einzusetzen, welche einen großen Bereich der im Funknetz verwendeten Frequenzen übertragen, um die Funktion in jeder durchfahrenen Zelle zu gewährleisten. Durch die Breitbandarbeitsweise des Repeaters treten dabei naturgemäß Verzerrungen des Signals auf (Phasen- und Amplitudenfehler, Intermodulation, Rauschen und ähnliches), die sich sehr nachteilig auf die Qualität der Funkverbindung auswirken.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Repeater der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die verarbeiteten Funksignale möglichst wenig Qualitätsverlust erleiden und ein störungsfreier, mobiler Einsatz des Repeaters gewährleistet ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1.

Gegenstand der Erfindung ist ein Repeater, der die empfangenen Signale demoduliert und anschließend neu moduliert, sowie eine Auswahl der zu repeatierenden Frequenzen trifft.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß das bei analogen Repeatern unvermeidliche, große Rauschen nicht auftritt und somit die Qualität der Funkverbindung erheblich verbessert wird. Weiterer, wesentlicher Vorteil ist, daß durch die erfindungsgemäße intelligente Steuereinheit, ein aufgrund eines Zellwechsels notwendiger Kanalwechsel erkannt wird, was die Handover-Prozedur erheblich erleichtert und den Repeater besonders geeignet für den Einsatz in Fahrzeugen macht.

Der erfindungsgemäße Repeater arbeitet nach folgendem Wirkprinzip:

Das empfangene Signal wird wie in einer Funkstation des betreffenden Funknetzes (Mobilstation oder Basisstation) gefiltert, verstärkt und demoduliert. Dabei wird vorzugsweise die Empfangsfeldstärke gemessen und als Steuersignal für die Steuerung der Ausgangsleistung des Sendeverstärkers verwendet. Bei Funknetzen, die mit TDMA (Time Division Multiple Access: Vielfachzugriff im Zeitmultiplex) arbeiten, erfolgt die Messung der Empfangsfeldstärke auf Zeitschlitzbasis. Der demodulierte, digitale Datenstrom wird einem Modulator zugeführt, verstärkt und wieder ausgesendet.

Darüber hinaus wird bei TDMA-Systemen eine systemengerechte Formung der Burst-Flanken (Power-Ramping) vorgenommen, um ein möglichst schmales Schaltspektrum zu erhalten. Die Burst- Amplitude wird durch die gemessene Empfangsfeldstärke gesteuert. Zur Stabilisierung der Amplitudensteuerung gegenüber Störungen durch Fading kann dabei eine Mittelung des Empfangssignals über mehrere Zeitrahmen durchgeführt werden.

Da der Repeater nur kanalselektiv arbeiten kann, ist im Falle des Einsatzes in Fahrzeugen eine Adaption an die jeweilige Zellsituation, d. h. die in der Zelle verwendeten Frequenzkanäle erforderlich. Dies wird durch das Überwachen der Downlink-Signalisierung, d. h. der Signalisierung von der Basisstation zur Mobilstation, erreicht.

Durch die intelligente Steuereinheit im Repeater läßt sich erreichen, daß der Repeater nur die Frequenzen der am stärksten zu empfangenden Basisstation (Funkzelle) des jeweiligen Funknetzes behandeln muß (empfangen, demodulieren und modulieren), zuzüglich der Frequenz des Organisationskanals der nächst stärkeren Nachbarzelle (welche durch die Logik des Repeaters ermittelt werden muß). Dazu muß die intelligente Steuereinheit des Repeaters den Signalisierungsverkehr überwachen und folgende Informationen daraus extrahieren:

  • 1. die Liste der in der stärksten Zelle (Serving Cell) verwendeten Frequenzen,
  • 2. die Liste der Organisationskanäle der Nachbarzelle,
  • 3. je nach Funksystem auch Informationen über die Sequenz von Frequenzsprungverfahren (Frequency Hopping) sowie deren konkreten Ablauf.

Wird der Repeater durch eine Zelle bewegt, so muß dessen Steuereinheit selbst die Entscheidung über den bevorstehenden Wechsel in eine neue Funkzelle treffen können und auch die am besten geeignete Zelle auswählen. Ist ein Zellwechsel (Handover) erforderlich, senkt der Repeater den Pegel der stärksten Zelle (Serving Cell) auf der Versorgungsseite ab und erhöht den Pegel der Zielzelle für den Wechsel, so daß die Steuerung des Funksystems automatisch den Wechsel der Verbindungen der Mobilstationen in die neue Zelle veranlaßt. Sobald die erste Mobilstation, die über den Repeater versorgt wird, in die neue Zelle gewechselt hat, muß der Repeater auch die Frequenzen der neuen, stärkeren bedienen können. Die Information, ob eine Mobilstation der repeatierten Zelle über den Repeater versorgt wird oder über den direkten Funkkontakt zur Basisstation, läßt sich über die zeitliche Beziehung beider Richtungen des Funkverkehrs und über die Leistung des Signals der Mobilstation, das der Repeater empfängt, ermitteln.

Je Repeater-Zweig werden Funktionseinheiten wie Kanalfilter, Demodulator, Modulator und Sendeverstärker gegebenenfalls entsprechend der Anzahl der Hochfrequenzkanäle mehrfach parallel geschaltet.

Der Repeater enthält ein Frequenznormal, welches zweckmäßigerweise über den Synchronisationskanal des von der Basisstation kommenden Downlink-Kanals synchronisiert wird. Dieses Frequenznormal dient als zentraler Taktgeber zur Generierung der Trägerfrequenz, der Modulation, gegebenenfalls der Burstformung etc.

Über eine Datenverbindung in Form eines Funkkanals zwischen Repeater und Basisstation, welcher Funkkanal Bestandteil der vom Repeater verwendeten Kanäle ist, läßt sich eine Fernsteuerung und Fernüberwachung des Repeaters realisieren. Die Realisierung dieser Datenverbindung übernimmt eine Baugruppe, die die Funktionalität einer datenfähigen Mobilstation hat und welche Teil der intelligenten Steuereinheit ist. Diese kann entweder direkt mit der Anbindungsantenne gekoppelt oder über einen Multiplexer/Demultiplexer an die digitalen Datenströme der beiden Repeater-Zweige angekoppelt sein und auf diese zugreifen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung der Funktionseinheiten eines klassischen Repeaters nach dem Stand der Technik;

Fig. 2: eine schematische Darstellung der Funktionseinheiten des erfindungsgemäßen Repeaters.

Ein klassischer Repeater gemäß Fig. 1 führt im wesentlichen eine bidirektionale Verstärkung der von einer Basisstation BTS bzw. Mobilstation MS kommenden Funksignal in Uplink- und Downlink-Richtung durch, wobei die von der Richtung Basisstation BTS kommenden Funksignale mittels einer Anbindungsantenne 1 und einem nachgeschalteten Duplexfilter 3 empfangen werden, im Downlink-Repeaterzweig RZ1 verstärkt, möglicherweise selektiert und über einen weiteren Duplexfilter 3 und eine Versorgungsantenne 2 in Richtung zur Mobilstation MS wieder ausgesendet werden. Der Uplink- Repeaterzweig RZ2 arbeitet in gleicher Weise und leitet die von der Mobilstation MS kommenden Signale an die Basisstation BTS weiter.

Der erfindungsgemäße Repeater gemäß Fig. 2 arbeitet dagegen auf andere Weise. Nachfolgend wird lediglich der Lauf eines Downlink-Signals von der Basisstation BTS zur Mobilstation MS beschrieben, welches einen ersten Repeaterzweig RZ1 durchläuft. Die Verarbeitung der Uplink-Signale folgt in gleicher Weise.

Das von der Mobilstation BTS kommende Funksignal wird über einen Duplex-Filter 3 einem Vorverstärker 4 zugeführt und über einen Mischer 5 in sein Basisfrequenzband bzw. eine Zwischenfrequenz herabgesetzt. Die Mischfrequenz wird durch einen Lokaloszillator 6 erzeugt. Das Basisbandsignal wird über einen Kanalfilter 7 auf einen Demodulator 8 geleitet. Nach dem Demodulator liegt der demodulierte, digitale Datenstrom vor. Dieser wird nun durch einen Modulator 9 entsprechend aufbereitet und auf eine Trägerfrequenz moduliert, durch einen Sendeverstärker 10 verstärkt und über einen weiteren Duplexfilter 3 von der Versorgungsantenne 2 zur Mobilstation hin abgestrahlt.

Der Repeater verfügt über eine intelligente Steuereinheit 12, welche den Signalisierungsverkehr zwischen Basisstationen und Mobilstationen, sowie die jeweiligen Empfangsfeldstärken überwacht und entsprechend auswertet. Somit ist es möglich, die Verbindung der Mobilstation mit einer Basisstation der jeweils günstigsten Basisstation zuzuordnen und einen Zellenwechsel (Handover) zu unterstützen. Diese Fähigkeit prädestiniert den erfindungsgemäßen Repeater für den mobilen Einsatz.

Die Steuereinheit 12 verfügt zweckmäßigerweise über eine Fernsteuer- und Fernüberwachungseinheit, die durch einen vom Repeater verwendeten Kanal angesteuert wird. Der nach dem Demodulator 8 anliegende, digitale Datenstrom wird abgezweigt, wobei die für die Steuereinheit relevanten Signale durch einen Mulitplexer/Demultiplexer 13 "herausgefiltert" werden.

Die Steuereinheit 12 liefert ein aus dem Datenstrom generiertes Synchronisationssignal an das Frequenznormal 11, welches als zentraler Taktgeber für alle Lokaloszillatoren 6 dient. Das Synchronisationssignal wird aus dem Synchronisationskanal des demodulierten Signals erzeugt.

Die Steuereinheit 12 ist über eine Steuerleitung zumindest mit dem Sendeverstärker 10 des Downlink-Zweiges verbunden und steuert hierüber die Ausgangsleistung des Sendeverstärkers 10. Bezugszeichenliste 1 Anbindungsantenne

2 Versorgungsantenne

3 Duplex-Filter

4 Vorverstärker

5 Mischer

6 Lokaloszillator

7 Kanalfilter

8 Demodulator

9 Modulator

10 Sendeverstärker

11 Frequenznormal

12 Intelligente Steuereinheit

13 Multiplexer/Demultiplexer

BTS Basistation

MS Mobilstation


Anspruch[de]
  1. 1. Repeater für Funksignale, vorzugsweise für den mobilen Einsatz in digitalen zellularen Funknetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die im Downlink- (RZ1) und/oder Uplink- Zweig (RZ2) des Repeaters empfangenen Funksignale demoduliert werden, und anschließend die so gewonnenen digitalen Datenströme wieder normgerecht moduliert, verstärkt und ausgesendet werden, daß eine intelligente Steuereinheit (12) vorgesehen ist, die durch Überwachung des Signalisierungsverkehrs im Funknetz und selbständige Abstimmung der vom Repeater übertragenen Frequenzkanäle auf die von der Nachbarfunkzelle verwendeten Kanäle einen Wechsel der Funkverbindung (Handover) in eine neue Funkzelle unterstützt.
  2. 2. Repeater nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Repeaterzweig (RZ1 bzw. RZ2) empfangenen Funksignale demoduliert werden, und anschließend die gewonnenen digitalen Datenströme wieder normgerecht moduliert, verstärkt und ausgesendet werden, während der andere Repeaterzweig (RZ2 bzw. RZ1) analog arbeitet.
  3. 3. Repeater nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die intelligente Steuereinheit (12) den Wechsel der Funkverbindung in eine neue Zelle durch gezielte Beeinflussung des Signalpegels der abgestrahlten Funksignale forciert.
  4. 4. Repeater nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leistungssteuerung des ausgesendeten Signals und die Ermittlung der Parameter für diese Leistungssteuerung durch Überwachung des Signalisierungsverkehrs im Funknetz erfolgt.
  5. 5. Repeater nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsfeldstärke der von der Basisstation (BTS) empfangenen Funksignale gemessen und als Steuersignal für die Leistungsregelung des Sendeverstärkers (10) verwendet wird.
  6. 6. Repeater nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenznormal (11) vorgesehen ist, das die bei der Modulation des digitalen Datenstroms benötigte Normalfrequenz durch Synchronisation auf das von der Basisstation des Funknetzes abgestrahlte Synchronisationssignal gewinnt.
  7. 7. Repeater nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die intelligente Steuereinheit (12) eine Fernüberwachungs- und/oder Fernsteuereinheit umfaßt, die unter Ausnutzung der Sende- und Empfangsbaugruppen (3-10) des Repeaters über die digitalen Datenströme unter Zwischenschaltung von Multiplexern/Demultiplexern (13) mit der Basisstation des Funknetzes kommuniziert.






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