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FACHGEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft eine Basisstationsanordnung und insbesondere
eine Anordnung zum Verbinden einer ersten und zweiten Antenne mit
einer Sender/Empfänger-Einheit
in einer Basisstation.
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BESCHREIBUNG DES STANDES
DER TECHNIK
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Die
schnell wachsende Nachfrage nach Mobilfunk-Telefoniediensten in
den letzten Jahren hat zu einem schnellen Anwachsen der Anzahl von
Basisstationen geführt,
die in Mobilfunksystemen verwendet werden. Insbesondere hat die
Anzahl der kleinen Basisstationen, die ein relativ kleines, als
Zelle bezeichnetes Gebiet versorgen, zugenommen.
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Solche
Zellen, die mitunter als Mikrozellen oder sogar Pikozellen bezeichnet
werden, dienen dazu, Mobilfunk-Telefoniedienste an Orten bereitzustellen,
wo die Teilnehmerdichte hoch ist.
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Kleine
Basisstationen können
jedoch auch in ländlichen
Gebieten, wo die Verkehrsintensität gering ist, geeignet sein.
Dann ist die kleine Basisstation eine kosteneffektive Lösung für eine Vergrößerung des
von Mobilfunk-Telefoniediensten versorgten Gebietes. Dann kann das
von der Basisstation versorgte geographische Gebiet relativ groß sein.
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Eine
solche Basisstation kann eine Sender/Empfänger-Einheit und zwei Antennen
erfordern. Die eine Antenne wird nur verwendet, um ankommende HF-Signale
zu empfangen, während
die andere Antenne verwendet wird, um HF-Signale sowohl zu senden
als auch zu empfangen.
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Eine
Sender/Empfänger-Einheit
kann einen Empfängeranschluß erfordern,
der mit der nur für Empfang
vorgesehenen Antenne verbunden ist. Die andere Antenne ist mit einem
Duplexanschluß verbunden
und sendet und empfängt
HF-Signale. Die Antennen sind voneinander beabstandet, um Diversity
zu ermöglichen.
Solche Basisstationen sind weit verbreitet und befinden sich an
zahlreichen Orten.
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Ein
Problem, das bei einer solchen Basisstation auftritt, besteht darin,
daß es
schwierig ist, ihre Kapazität
zu erhöhen.
Natürlich
könnte
eine zusätzliche
Sender/Empfänger-Einheit
möglicherweise
mittels eines Kombinators oder mittels bestimmter Verteiler mit
den gleichen Antennen verbunden sein. Diese Koppelmittel sind jedoch
relativ teuer und voluminös,
insbesondere der Kombinator.
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Deshalb
ist es ein praktikablerer Lösungsansatz,
die Kapazität
des Systems dadurch zu erhöhen, daß eine zusätzliche
Basisstation hinzugefügt
wird, und zwar komplett mit einer Sender/Empfänger-Einheit und zwei Antennen.
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Kleine
Basisstationen werden jedoch häufig in ästhetisch
sensiblen städtischen
Umgebungen verwendet. In solchen Umgebungen ist es schwierig, geeignete
Basisstationsorte zu finden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flexiblere kleine
Basisstationsanordnung bereitzustellen, die es ermöglicht,
daß die
Kapazität der
Basisstation auf einfachere Weise erhöht wird.
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Eine
weitere Aufgabe besteht darin, eine kosteneffektive Basisstationsanordnung
bereitzustellen.
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Diese
Aufgaben werden in einer Basisstationsanordnung mit einer ersten
Antenne und einer zweiten Antenne gelöst. Diese Antennen sind mit
einem ersten und einem zweiten Anschluß einer Sender/Empfänger-Einheit
zu verbinden. Der erste Anschluß ist
der Duplexanschluß,
und der zweite Anschluß ist
ein Empfängeranschluß. Die Anordnung erfordert
zwei Zirkulator-Einheiten und eine Verteilereinheit mit vier Anschlüssen.
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Der
erste Zirkulator hat einen ersten Anschluß, der mit dem Duplexanschluß der Sender/Empfänger-Einheit
verbunden ist, und einen zweiten Anschluß, der mit der ersten Antenne
verbunden ist, und einen dritten Anschluß, der mit einem ersten Anschluß der Verteilereinheit
verbunden ist. Die Übertragungsrichtung
des Zirkulators ist vom ersten Anschluß zum zweiten Anschluß, vom zweiten Anschluß zum dritten
Anschluß und
vom dritten Anschluß zum
ersten Anschluß.
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Ein
zweiter Zirkulator hat einen ersten Anschluß, der mit der zweiten Antenne
verbunden ist, und einen zweiten Anschluß, der mit einem zweiten Anschluß der Verteilereinheit
verbunden ist. Dieser Zirkulator ist so ausgeführt, daß Signale, die an seinem ersten
Anschluß eingegeben
werden, nur an seinem zweiten Anschluß ausgegeben werden, Signale,
die an seinem ersten Anschluß eingegeben werden,
nur an einen dritten Anschluß ausgegeben werden,
und Signale, die an dem dritten Anschluß eingegeben werden, nur an
seinem ersten Anschluß ausgegeben
werden.
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Die
Verteilereinheit hat einen dritten Anschluß, der mit dem Empfängeranschluß der Sender/Empfänger-Einheit
verbunden ist und so ausgeführt
ist, daß Signale,
die an ihrem ersten Anschluß eingegeben
werden, an ihrem zweiten und dritten Anschluß ausgegeben werden. Signale,
die an ihrem zweiten Anschluß eingegeben
werden, werden an ihrem ersten Anschluß und einem vierten Anschluß ausgegeben.
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Dies
führt zu
einer sauberen, billigen und leicht skalierbaren Anordnung. Wenn
eine zusätzliche
Sender/Empfänger-Einheit
anzubringen ist, dann wird sein Duplexanschluß einfach mit dem dritten Anschluß des zweiten
Zirkulators verbunden und sein Empfängeranschluß mit dem vierten Anschluß des Verteilers.
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Wenn
dagegen keine zusätzliche
Sender/Empfänger-Einheit
benötigt
wird, dann werden diese Anschlüsse
des zweiten Zirkulators und des Verteilers durch angepaßte Widerstandselemente abgeschlossen.
Daher ermöglicht
es eine solche Anordnung, daß eine
Basisstationsanordnung bei der Herstellung mit der Fähigkeit
ausgestattet wird, eine zusätzliche
Sender/Empfänger-Einheit
mit sehr geringen zusätzlichen
Kosten hinzuzufügen.
Größere Serien
werden ermöglicht,
da weniger Typen von Basisstationen hergestellt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Verteiler so ausgeführt,
daß Signale,
die an seinem ersten oder zweiten Anschluß ankommen, derartig ungleichmäßig verteilt
werden, daß die
Dämpfung
zwischen zwei Zirkulatoranschlüssen
kompensiert wird. Dadurch können
standardmäßige Sender/Empfänger-Einheiten
effektiv ohne Modifikationen verwendet werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die eine Sender/Empfänger-Einheit
für Sprachverkehr
und die andere für
Paketdatenverkehr ausgeführt.
Dies bedeutet, daß neue
Dienste zum Mobilfunk-Telefoniesystem an einem Ort hinzugefügt werden
können,
ohne daß extensive Änderungen
der Basisstation erforderlich wären.
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Vorzugsweise
ist die Verteilereinheit ein Mikrostreifen-Abzweigleitungsverteiler.
Dies führt
zu einer Anordnung, die mit billigen Standardkomponenten realisiert
werden kann.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt
schematisch eine kleine Basisstation gemäß dem Stand der Technik dar.
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2a stellt
eine kleine Basisstation gemäß der Erfindung
dar, an der eine Sender/Empfänger-Einheit angebracht
ist.
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2b stellt
eine kleine Basisstation gemäß der Erfindung
dar, an der zwei Sender/Empfänger-Einheiten angebracht
sind.
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BESCHREIBUNG
VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 stellt
schematisch eine kleine Basisstation gemäß dem Stand der Technik dar.
Die Basisstation 100 schließt dann eine erste Antenne 101,
die sowohl zum Senden als auch zum Empfangen von Funksignalen verwendet
wird und die deshalb als Duplexantenne bezeichnet wird, ein. Eine
zweite Antenne 102 wird nur als Empfängerantenne verwendet. Diese
Antennen sind voneinander beabstandet, um Diversity zu erreichen,
und sie reduzieren somit das sogenannte Raleigh-Fading, wie es dem
Fachmann bekannt ist.
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Die
erste Antenne ist mit einem Duplexanschluß 103 einer Sender/Empfänger-Einheit 104 verbunden.
Die zweite Antenne ist mit einem Empfängeranschluß 105 der Sender/Empfänger-Einheit 104 verbunden.
Bei diesem Typ von Sender/Empfänger sind
Filtereinheiten integriert. Dies bedeutet, daß der Empfängeranschluß mit einem Bandpaßfilter 106 versehen
ist und daß der
Duplexanschluß mit
einem Duplexfilter 107 versehen ist. Als Wahlmöglichkeit können auch
ein Leistungsverstärker
zur Übertragung
und ein rauscharmer Verstärker
zum Empfang integriert sein. Eine solche Sender/Empfänger-Einheit
wird mitunter als Mikrobasisstation (M-BS) bezeichnet und kann dann
alle oder den größten Teil der
Funktionalität
aufweisen, der an einem Basisstationsort erforderlich ist, mit Ausnahme
von Antennen.
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Wenn
dieser bekannten Anordnung eine zusätzliche Sender/Empfänger-Einheit
hinzugefügt würde, wäre dies
ein komplizierter Vorgang. Zumindest würde dies zwei Verteiler und
einen Kombinator erfordern. In der kommerziellen Praxis ist dies
jedoch nicht realistisch. Statt dessen wird normalerweise eine zusätzliche
Basisstation aufgebaut, oder es wird als Alternative eine Basisstation
in voller Größe, die für mehrere
Sender/Empfänger-Einheiten
geeignet ist, am ersten Ort gewählt.
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2a stellt
eine kleine Basisstation 200a gemäß der Erfindung dar, an der
nur eine Sender/Empfänger-Einheit 201 angebracht
ist. Die Anordnung erfordert dann eine erste Antenne 202,
die als Duplexantenne verwendet wird, und eine zweite Antenne 203,
die in diesem Fall nur zum Empfangen von Funkfrequenzsignalen verwendet
wird. Die Sender/Empfänger-Einheit 201 kann
vom gleichen Typ sein wie die Sender/Empfänger-Einheit 104 in 1. Er
enthält
daher die gleichen Typen von Filtern (nicht dargestellt).
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Die
Anordnung erfordert ferner eine erste Zirkulator-Einheit 204,
eine zweite Zirkulator-Einheit 205 und
eine Verteilereinheit mit vier Anschlüssen 206. Die Verteilereinheit 206 kann
beispielsweise ein Mikrostreifen-Abzweigleitungsverteiler sein,
der eine Standardkomponente ist. Die erste Zirkulator-Einheit 204 hat
einen ersten Anschluß 207,
der mit dem Duplexanschluß 208 der
Sender/Empfänger-Einheit 201 verbunden
ist, ein zweiter Anschluß 209 ist
mit der Duplexantenne 202 verbunden, und ein dritter Anschluß 210 ist
mit dem ersten Anschluß 211 der Verteilereinheit
mit vier Anschlüssen 206 verbunden. Der
Zirkulator ist eine Standardkomponente mit Eigenschaften, die dem Fachmann
bekannt sind. Er ist so konfiguriert, daß Signale, die an seinem ersten Anschluß 207 eingegeben
werden, nur an dem zweiten Anschluß 209 ausgegeben werden,
und zwar mit sehr niedrigen Verlusten. Ebenso werden Signale, die
an seinem zweiten Anschluß 209 eingegeben werden,
an dem dritten Anschluß 210 ausgegeben, und
Signale, die an dem dritten Anschluß 210 eingegeben werden,
werden am ersten Anschluß 207 ausgegeben.
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Die
zweite Zirkulator-Einheit 205 hat einen ersten Anschluß 212,
der mit der Empfängerantenne 203 verbunden
ist. Ein zweiter Anschluß 213 ist
mit einem zweiten Anschluß 214 der
Verteilereinheit mit vier Anschlüssen 206 verbunden.
Ein dritter Anschluß 215 ist
mit einem ersten angepaßten
Widerstandselement 216 verbunden. Der zweite Zirkulator ist
so konfiguriert, daß Signale,
die an seinem ersten Anschluß 212 eingegeben
werden, nur an dem zweiten Anschluß 213 ausgegeben werden.
Ebenso werden Signale, die an seinem ersten Anschluß 213 eingegeben
werden, am dritten Anschluß 215 ausgegeben,
und Signale, die am dritten Anschluß 215 eingegeben werden,
werden am ersten Anschluß 212 ausgegeben.
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Die
Verteilereinheit mit vier Anschlüssen 206,
die per se dem Fachmann bekannt ist, ist so ausgeführt, daß Signale,
die an einem ihrer Anschlüsse
eingegeben werden, an zwei anderen Anschlüssen ausgegeben werden. Wenn
in diesem Fall ein Signal an ihrem ersten Anschluß 211 eingegeben wird,
wird dieses Signal verteilt und am zweiten Anschluß 214 und
am dritten Anschluß 217 ausgegeben.
Wenn diese beiden Anschlüsse 214, 217 mit
der Basisstationsanordnung angepaßt verbunden sind, treten keine
Reflektionen auf, und folglich tritt am vierten Anschluß 218 nichts
von dieser Signalenergie auf. Wenn ein Signal am zweiten Anschluß 214 eingegeben
wird, dann wird analog dazu dieses Signal verteilt und am ersten 211 und
vierten Anschluß 218 ausgegeben.
Der dritte Anschluß 217 der
Verteilereinheit mit vier Anschlüssen 206 ist
dann mit dem Empfängereingang 219 der
Sender/Empfänger-Einheit 201 verbunden.
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Wenn
in der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung ein Signal vom
Duplexanschluß 208 der
Sender/Empfänger-Einheit 201 übertragen
wird, wird es in den ersten Anschluß 207 der ersten Zirkulator-Einheit 204 eingekoppelt.
Somit wird es am zweiten Anschluß 209 des ersten Zirkulators 204 ausgegeben
und in die erste Antenne 202 eingekoppelt, wo es an die
Luftschnittstelle übertragen
wird.
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Wenn
ein Funkfrequenzsignal an der ersten Antenne 202 empfangen
wird, wird es am zweiten Anschluß 209 der ersten Zirkulator-Einheit 204 eingegeben.
Dieses Signal wird folglich am dritten Anschluß 210 dieser Zirkulator-Einheit 204 ausgegeben.
Das Signal wird dann in den ersten Anschluß 211 der Verteilereinheit 206 eingekoppelt,
und daher wird es verteilt und am zweiten 214 und dritten 217 Anschluß dieses
Verteilers ausgegeben. Das Signal, das am zweiten Anschluß 214 der
Verteilereinheit 206 ausgegeben wird, wird am zweiten Anschluß der zweiten
Zirkulator-Einheit 205 eingegeben. Somit wird es am dritten
Anschluß 215 der
zweiten Zirkulator-Einheit 205 ausgegeben, wo es mittels
des ersten angepaßten
Widerstandselements 216 abgeschlossen wird. Das Signal,
das am dritten Anschluß 217 der
Verteilereinheit 206 ausgegeben wird, wird in den zweiten
Anschluß 219 der
Sender/Empfänger-Einheit 201 eingegeben.
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Wenn
ein Funkfrequenzsignal an der zweiten Antenne 203 empfangen
wird, wird es am ersten Anschluß 212 der
zweiten Zirkulator-Einheit 205 eingegeben. Das Signal wird
folglich am zweiten Anschluß 213 der
Zirkulator-Einheit 205 ausgegeben. Das Signal wird dann
in den zweiten Anschluß 214 der
Verteilereinheit 206 eingekoppelt, und somit wird es verteilt
und am ersten 211 und vierten 218 Anschluß dieses
Verteilers ausgegeben. Das Signal, das vom ersten Anschluß 211 der
Verteilereinheit 206 ausgegeben wird, wird am dritten Anschluß 210 der
ersten Zirkulator-Einheit 204 eingegeben. Somit wird es
am ersten Anschluß 207 der
ersten Zirkulator-Einheit 204 ausgegeben, wo es in den
Duplexanschluß 208 der
Sender/Empfänger-Einheit 201 eingekoppelt wird.
Das Signal, das am vierten Anschluß 218 der Verteilereinheit 206 ausgegeben
wird, wird mittels eines zweiten angepaßten Widerstandselements 220 abgeschlossen.
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Wie
in 2a angegeben, geht ein Teil der Energie, die an
jeder Antenne 202, 203 empfangen wird, in den
Widerstandselementen 216, 220 verloren. Dies erscheint
auf dem ersten Blick ein Nachteil im Vergleich zu dem in 1 beschriebenen
bekannten System. Es ist jedoch nicht schwierig, diesen Verlust
dadurch auszugleichen, daß die
Signalverarbeitungskapazitäten
der Sender/Empfänger-Einheit
vergrößert werden.
Da Basisstationen normalerweise nicht von Batterien abhängig sind,
kann eine zusätzliche
Leistung, die für
diese Signalverarbeitung benötigt
wird, ohne weiteres bereitgestellt werden.
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2b stellt
eine kleine Basisstation gemäß der Erfindung
dar, an der zwei Sender/Empfänger-Einheiten 201, 221 angebracht
sind. Die erste Sender/Empfänger-Einheit 201 kann
dann die Einheit sein, die bereits in Verbindung mit 2a erwähnt worden
ist. Aus Gründen
der größeren Deutlichkeit
wird diese Einheit nunmehr als die Hauptsenderempfänger-Einheit
bezeichnet. Eine zweite Sender/Empfänger-Einheit 221, die als die zusätzliche Sender/Empfänger-Einheit
bezeichnet wird, ist nunmehr auch dem System hinzugefügt.
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Diese
Sender/Empfänger-Einheiten
können vom
gleichen oder von verschiedenen Typen sein. Wenn beispielsweise
die Hauptsenderempfänger-Einheit 201 für Sprachverkehr
angepaßt
ist, kann die zweite Sender/Empfänger-Einheit 221 auch
für Sprachverkehr
angepaßt
sein und wird dann zur Erhöhung
der Kapazität
des Systems verwendet. Sie kann jedoch auch für Paketdatenübertragung
angepaßt
sein, wobei dem System neue Dienste hinzugefügt werden. Dies ist besonders
zweckmäßig bei
Systemen, wo Sprach- und Paketdatenverkehr durch das Mobilfunksystem
abgewickelt werden.
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Wenn
eine zusätzliche
oder Hilfs-Sender/Empfänger-Einheit 221 mit
einer Anordnung gemäß der Erfindung
verbunden ist, ist ein erster Anschluß 222, der ein Duplexanschluß ist, mit
dem dritten Anschluß 215 des
zweiten Zirkulators 205 verbunden. Der zweite Anschluß 223,
der ein Empfängeranschluß ist, ist
mit dem vierten Anschluß 218 der Verteilereinheit 206 verbunden.
Die Widerstandselemente 216, 220, die in 2a gezeigt
sind, sind von ihren jeweiligen Anschlüssen 215, 218 getrennt.
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Die
Signalenergie, die in den Widerstandselementen 216, 220 in 2a abgeschlossen
wurde, wird nunmehr statt dessen an den Empfängeranschlüssen des zusätzlichen
Sender/Empfängers 221 eingegeben.
Außerdem
kann die zusätzliche
Sender/Empfänger-Einheit
Signale übertragen,
die an ihrem Duplexanschluß 222 ausgegeben
werden. Diese Signale werden am dritten Anschluß 215 des zweiten Zirkulators 205 eingegeben
und dann am ersten Anschluß 212 dieses
Zirkulators 205 an die zweite Antenne 203 ausgegeben.
In diesem Fall arbeiten also beide Antennen 202, 203 als
Duplexantennen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Verteilereinheit 206 so ausgelegt, daß Energie
ungleichmäßig verteilt
wird. Dann wird beispielsweise, wenn ein Signal in den ersten Anschluß 211 des
Verteilers eingegeben wird, am zweiten Anschluß 214 ein größerer Teil
der Energie als am dritten Anschluß 217 ausgegeben.
Dieser wird verwendet, um die Dämpfung
zu kompensieren, die das am zweiten Anschluß 214 ausgegebene
Signal beeinträchtigt,
wenn es durch den zweiten Zirkulator 205 läuft. Vorzugsweise
ist die Verteilereinheit 206 so ausgeführt, daß die Signalstärke am dritten
Anschluß 217 der
Verteilereinheit 206 und am dritten Anschluß 215 der
zweiten Zirkulator-Einheit 205 gleich ist. Dies sollte
dann ebenso für
Signale gelten, die am zweiten Anschluß 214 der Verteilereinheit 206 eingegeben
werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile ausführlich beschrieben worden sind,
ist verständlich,
daß verschiedene Änderungen,
Substitutionen und Abwandlungen möglich sind, ohne vom Erfindungsgedanken
und vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert
ist.