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Gegenstand
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft drahtlose Kommunikationssysteme und insbesondere
digitale Mobilfunkkommunikationsnetzwerke, wobei besonders auf eine
Antennensystemarchitektur Bezug genommen wird, die intelligent,
modular und kompatibel ist, d.h. mit jeder Node-B oder Basisstation
verbindbar ist, da die Antenne von mehreren Betreibern gemeinsam genutzt
werden kann, so dass die verschiedenen Basisstationen der Letztgenannten
mit dieser Antenne verbindbar sind. Darüber hinaus impliziert die Kompatibilität, dass
die Antennensystemarchitektur ungeachtet des Herstellers an das
Funkinterface (RF) (1a), b) &c)), das zusammen
mit dem Rest des Basisstationsgeräts verwendet wird, anschließbar ist, was
bedeutet, dass es nicht erforderlich ist, die Basisstation zu verändern oder
zu modifizieren, wenn die herkömmliche
Antenne durch die erfindungsgemäße Antenne
ersetzt werden soll.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Verwendung intelligenter Antennen ist eine sehr vielversprechende
Lösung
für Mobilfunkkommunikationssysteme,
da sie eine erhebliche Steigerung der Kapazität des Systems ermöglichen.
Diese Antennen sind jedoch in die Basisstation integriert und lassen
weder eine vollständige
Modularisierung, das heißt,
eine der steigenden Nachfrage entsprechende Erhöhung der Anzahl der betriebenen
Kanäle durch
Einsetzen neuer Module, noch das Installieren der intelligenten
Antenne unabhängig
vom Rest der Basisstation zu. Infolgedessen müssen Betreiber eines Mobilfunksystemnetzwerks
die Anzahl der in Betrieb zu nehmenden Kanäle vorhersehen und festlegen,
ob sie eine intelligente Antenne vorsehen oder nicht, da sie, falls
sie sich nach dem Installieren entscheiden, eine Antenne dieses
Typs vorzusehen, gezwungen wären,
die gesamte Basisstation durch eine andere auszutauschen, welche
eine Antenne mit diesen Merkmalen und der geeigneten Anzahl von
Kanälen
aufweist.
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Ein
weiterer ernster Nachteil besteht darin, dass diese Netzwerkinfrastruktur
nicht von mehreren Betreibern gemeinsam genutzt werden kann. Diese müssen jeweils
ihre eigene intelligente Antenne installieren, woraus sich als Folge
erhebliche Auswirkungen auf Städte
und die Umwelt ergeben.
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Ein
weiteres Problem, das sich stellt, ist, dass lediglich einen Standard
von Mobilfunkkommunikation unterstützen können und eine intelligente Antenne
nicht von Betreibern verschiedener Systeme gemeinsam genutzt werden
kann, wie beispielsweise dem Global System for Mobile Telecommunicatiions
System (GSM) Standard, dem Universal Mobile Telecommunications System
(UMTS) Standard, dem Multichannel Multipoint Distribution System (MMDS)
Standard, dem Local Multipoint Distribution Service (LMDS) Standard,
und anderen.
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Beschreibung
der Erfindung
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Der
Stand der Technik, wie er in den Dokumenten (D1): "P. B. Kennington:
Emerging technologies for software radio. ELECTRONICS & COMMUNICATIONS
ENGINEERING JOURNAL, vol. 11, no. 2, April 1999 (1999-04), Seiten
69-83" und (D2): USB-6,317,586
B1 (HAARDT MARTIN), 13. November 2001 (200111-13) beschrieben ist,
offenbart im ersten Fall (D1) Software-Funkarchitekturen für Empfänger und
Sender, die für
Handgeräte
und auch für Basisstationen
geeignet sind, und im zweiten Fall (D2) drahtlose Datenübertragungsverfahren
für Basisstationen.
In beiden Fällen
wird, wie erwähnt,
der Stand der Technik für
Basisstationen angewandt und ist daher nicht auf eine intelligente,
modulare und kompatible Antennensystemeinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung anwendbar. Ferner ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, obwohl einige Ideen des Standes der Technik verwendet
werden, dieses intelligente, modulare und kompatible Antennen system
zu schaffen, das durch Demodulieren, Formen des Signals nach einem
gewählten
Diagrammanpassungskriterium, und erneutem Modulieren erreicht wird,
wobei das Verfahren für
das Senden und das Empfangen gleich ist (DEREM-Konzept), so dass
es sich um ein eigenständiges
Gerät handelt, das
nicht in der Basisstation oder dem Node-B integriert werden muss.
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Die
zuvor beschriebenen Probleme werden durch die Anwendung der vorliegenden
Erfindung gelöst.
Sie besteht aus der Bildung einer modularen, intelligenten und kompatiblen
Antennensystemarchitektur, die mit dem Rest der Basisstation kompatibel ist,
das heißt
an das RF-Interface eines beliebigen Node-B oder einer beliebigen
Basisstation anschließbar
ist.
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Die
Intelligenz bezieht sich auf die Möglichkeit der Antenne, ein
variables Strahlungsdiagramm aufzuweisen, das in der Lage ist, auf
den erforderlichen Benutzer fokussierte gerichtete Strahlen zu erzeugen
oder auszuwählen.
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Sie
ist dahingehend modular, dass sie eine allmähliche Zunahme der betriebenen
Kanäle
und der benutzten Frequenzbänder
ermöglicht,
indem sie neue Funkfrequenzmodule einschließt. Sie ist dahingehend modular,
dass sie die Verwendung dieser intelligenten Antenne durch eine
zunehmende Anzahl neuer Betreiber ermöglicht. Ferner ist sie unabhängig von
und kompatibel mit dem Rest der Basisstation, da der Betreiber eine
Basisstation (ohne intelligente Antenne), die zunächst eine
herkömmliche
Bereichsantenne verwendet, errichten und diese bei erforderlicher
Kapazitätssteigerung
später
durch die erfindungsgemäße intelligente
Antenne ersetzen kann. Das Modularisationskonzept basiert auf der
Verwendung von Kombinatoren (beim Senden) und Teilern (beim Empfangen)
vor und nach dem Senden und Empfange auf einem jeweiligen Kanal.
Das Senden und Empfangen werden durch Duplexer getrennt. Das Hinzufügen neuer
Kanäle
oder das Verwenden neuer Bänder
kann durch Hinzufügen
neuer Funkfrequenzmodule sowohl für das Senden, als auch für das Empfangen
erfolgen.
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Ferner
ermöglicht
sie das gemeinsame Nutzen der Antenne durch mehrere Betreiber, derart dass
deren unterschiedliche Basisstationen mit dieser verbunden sind.
Die Funk-Softwareverfahren ermöglichen
ebenfalls die gemeinsame Nutzung der intelligenten Antenne durch
unterschiedliche Kommunikationsstandards, wie GSM, UMTS, MMDS, LMDS und
andere, einschließlich
der erforderlichen Verarbeitungsmodule.
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Die
Kompatibilität
bezieht sich auf die Möglichkeit
der Verwendung dieser Antenne zusammen mit dem Rest der Geräte der Basisstation
ungeachtet des Herstellers, wodurch es möglich ist, sie mit Basisstationen
zu verwenden, die nicht ausdrücklich
zur Verwendung mit dieser ausgebildet sind. Anders ausgedrückt: es
ist nicht erforderlich, die Basisstation zu wechseln, wenn die herkömmliche
Antenne durch eine erfindungsgemäße Antenne
ausgetauscht werden soll, da diese ein direktes Anschließen an das Funkinterface
ermöglicht,
sowohl an den Senderleistungsverstärkerausgang, als auch an den
Eingang des rauscharmen Verstärkers
des Empfängers
des Node-B oder der Basisstation, ohne dass eine Veränderung
oder Modifizierung der Hardware oder der Software derselben erforderlich
ist. Das intelligente, modulare und kompatible Multistandard-Antennensystem
ermöglicht
somit den direkten Austausch der herkömmlichen Antennen der Node-B
oder Basisstationen durch Lösen
der Verbindung ihrer Koaxialverbinder von diesen und durch Anschließen der
Verbinder der erfindungsgemäßen Antenne.
Diese Eigenschaft wird erreicht durch Demodulieren, Formen des Strahls
mit dem gewählten
Diagrammanpassungskriterium und erneutes Modulieren, wobei der Vorgang für das Senden
und das Empfangen gleich ist (DEREM-Konzept). Auf diese Weise wird
die Qualität
des Signals durch eine Verarbeitung verbessert, die für den Rest
der Geräte
der Basisstation (beispielsweise Node-B in UMTS-Terminologie) transparent ist.
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Die
Architektur der kompatiblen, modularen und intelligenten Antenne
für Mobilfunkkommunikation
in Umgebungen mit mehreren Betreibern und mehreren Standards besteht
erfindungsgemäß grundsätzlich aus:
einem Antennen-Subsystem, das die Gruppe der Strahlungselemente,
Duplexer, rauscharme Verstärker
für den
Empfang, kombinierende Netzwerke für das Senden und teilende Netzwerke
für das
Empfangen, und passive Steuerelemente des Antennendiagramms aufweist;
einem RF/IF-Subsystem, das sämtliche
analogen Komponenten, die mit dem Sender und dem Empfänger ein- hergehen, Verstärker, Frequenzwandler,
Filter, Leistungsverstärker
und A/D-sowie D/A-Wandler
einschließt;
ein Funk-Software-Subsystem, das sämtliche Kanalteilungsvorgänge, das
Modulieren, Demodulieren, Filtern, Codieren und Decodieren, einschließt, die
mit den digitalen Sende- und Empfangsvorgängen einhergehen; einem adaptiven
Algorithmus-Subsystem, das die digitalen Vorgänge einschließt, die
mit der Signalsteuerung der gesamten Antenne sowohl beim Senden,
als auch beim Empfangen einhergehen. Dieses Subsystem hängt eng mit
dem vorgenannten zusammen.
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Diese
und andere Merkmale, die im Verlaufe der Beschreibung erläutert werden,
ermöglichen
ein konfigurierbares und sehr flexibles System, das an die Anforderungen
eines jeden Benutzers anpassbar ist. Somit kann es in den folgenden
Konfigurationen verwendet werden:
- 1. Ein Betreiber – ein Standard.
Durch Verwenden dieser Konfiguration kann das variable Strahlungsdiagramm,
welches die intelligenten Antennen bieten, am besten genutzt werden.
- 2. Ein Betreiber – mehrere
Standards. Bei einem Betreiber, der Lizenzen in verschiedenen Bändern besitzt
und die intelligente Antenne an der selben Stelle für die Systeme
der verschiedenen Standards nutzen möchte.
- 3. Mehrere Betreiber – ein
Standard. Dies ermöglicht
mehreren Betreibern, die den selben Kommunikationsstandard verwenden,
die selbe intelligente Antenne gemeinsam zu nutzen.
- 4. Mehrere Betreiber – mehrere
Standards. Dies ermöglicht
es mehreren Betreibern, die selbe intelligente Antenne gemeinsam
zu nutzen, egal ob sie einen gemeinsamen oder unterschiedliche Kommunikationsstandards
verwenden.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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Zur
Vervollständigung
der nachfolgenden Beschreibung und zum besseren Verständnis der Merkmale
der Erfindung, geht mit dieser Beschreibung ein Satz Zeichnungen
einher, der ein fester Bestandteil derselben ist und welcher als
Beispiel und nicht einschränkend
zeigt:
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1a) ein Diagramm einer herkömmlichen Basisstation,
die einen beliebigen Mobilfunkkommunikationsstandard (GSM, UMTS,
MMDS, LMDS und andere) aufweisen kann,
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1b) ein Diagramm der herkömmlichen Antenne
im von dem RF-Interface
des Node-B oder der Basisstation getrennten Zustand,
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1c) eine erfindungsgemäße Antenne, angeschlossen an
das Rf-Interface
des Node-B oder der Basisstation,
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2 ein
Diagramm eines kompatiblen, einsteckbaren, modularen, intelligenten
Multistandard-Antennensystems für
die Mobilfunkkommunikation in Umgebungen mit mehreren Betreibern
und mehreren Standards entsprechend der vorliegenden Erfindung,
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3 ein
Diagramm der modularen Architektur eines kompatiblen, einsteckbaren,
modularen, intelligenten erfindungsgemäßen Multistandard-Antennensystems,
das für
die Unterstützung
mehrerer Betreiber mit einem Standard ausgebildet ist,
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4 ein
Diagramm des Funk-Subsystems,
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5 ein
Diagramm der für
den digitalen Empfänger
erforderlichen Hardware,
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6 ein
Diagramm der Konfiguration des Strahlformungs-Subsystems, wobei das Uplink für den UMTS-Standard
als Beispiel dient.
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Bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung
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Vor
der Beschreibung der erfindungsgemäßen Antenne ist es erforderlich,
das Diagramm in 1 zu beschreiben, das einer
herkömmlichen
Basisstation entspricht, welche ein System (1) (nicht intelligenter)
herkömmlicher
Antennen, eine Verbindung (2), über welche ein Signal von der
Antenne zu den Geräten
(3) der Basisstation geleitet wird (beispielsweise Node-B
in UMTS-Terminologie). Schließlich
ist die herkömmliche
Basisstation über
eine Verbindung (4) mit dem Rest des Netzwerks (5)
verbunden.
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Üblicherweise
muss jedoch in dem gleichen Erfassungsbereich die typische Basisstationsstruktur normalerweise
an verschiedenen Stellen so oft wiederholt werden, wie unterschiedliche
Systeme und Betreiber vorliegen. Ist beispielsweise beabsichtigt, einen
bestimmten Bereich zu erfassen, in dem der GSM-Betreiber, weitere
drei UMTS-Betreiber und weitere drei MMDS-Betreiber arbeiten, wären neun verschiedene
Funkstruktursysteme erforderlich. Dies hat erhebliche Auswirkungen
auf Städte
und die Umwelt.
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Dieses
Problem zu lösen
ist der Grund für
die Entwicklung des erfindungsgemäßen mit mehreren Standards
kompatiblen, das heißt
mit dem RF-Interface
jedes Node-B oder jeder Basisstation verbindbaren, modularen intelligenten
Antennensystems für Mobilfunkkommunikation
in Umgebungen mit mehreren Betreibern und mehreren Standards, wobei
der Block (6) dem allgemeinen Diagramm des Systems in 2 entspricht,
wobei das Bezugszeichen (7) das Antennen-Array bezeichnet,
welches mit einem Diplexer (8) verbunden ist, der das Signal
in die verschiedenen verwendeten Bänder aufteilt (9),
wobei der Block (10) das UMTS-Modul, der Block (11)
das GSM-A1800-Modul
und (12) das Modul bezeichnet, welches dem nten Standard
entspricht. Jedes dieser Module weist in einem ähnlichen Aufbau auf: einen RF-Block
(13), einen Funk-Software-Block (14), und einen
Strahlformungsblock (15). Die Ausgangssignale der Blöcke (10),
(11), (12) laufen zu den übrigen Geräten (16) jeder der
Basisstationen der verschiedenen Betreiber der verschiedenen Standards
(Node-B bei UMTS, BTS bei GSM, etc.).
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Wie
aus der 2 ersichtlich, ermöglicht die dargestellte
Architektur dier gemeinsame Verwendung eines erfindungsgemäßen mit
mehreren Standards kompatiblen, das heißt mit dem RF-Interface jedes
Node-B oder jeder Basisstation verbindbaren, modularen intelligenten
Antennensystems durch verschiedene Betreiber, die unterschiedliche
Standards haben, so dass es die Modularität der Architektur erlaubt,
die Zahl der Betreiber zu erhöhen,
und diesen aufgrund der durch die Funk-Software gegebene Flexibilität möglich ist,
die verschiedenen Kommunikationsstandards zu unterstützen. Bei
einem bestimmten Standard wird das Kompatibilitätskonzept durch Demodulieren,
Formen des Strahls mit dem gewählten Diagrammanpassungskriterium
und erneutes Modulieren (DEREM-Konzept) verwirklicht.
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3 zeigt
die modulare Architektur eines für
mehrere Standards kompatiblen, das heißt mit dem RF-Interface jedes
Node-B oder jeder Basisstation verbindbaren, modularen intelligenten
Antennensystems, das zum Unterstützen
verschiedener Betreiber in einem bestimmten Standard ausgebildet
ist, wobei eine Gruppe von Antennen (17) für jede der
orthogonalen Polarisationen, die in den Blöcken (18) und (19)
zusammengefasst sind, erkennbar ist, so dass jede Antenne (17)
von einem Duplexer/Combiner/Teiler (20) gesteuert wird,
der die Kanäle
trennt. Das Verfahren verläuft
jeweils wie folgt: eine Funkfrequenzwandlung (RF) in eine Zwischenfrequenz
(IF) mittels der Konverter (21); Analog/Digital-Umwandlung
(A/D) durch einen Analog/Digital- und Digital/Analog-Konverterblock
(22); digitale Demodulation durch einen digitalen Sender-/Empfängerblock (23)
und eine optimale Kombination der Signale der Verschiedenen Antennen
entsprechend des Formungs kriteriums für jeden Kanal durch einen Strahlformer
(24). Der Vorgang ist anschließend für jeden Kanal ähnlich,
das heißt
es erfolgt eine digitale Modulation (23), eine Digital/Analog-Umwandlung
(22) und eine Umwandlung von der Zwischenfrequenz in die Funkfrequenz
(21). Danach werden die Kanäle mittels eines Duplexer/Combiner/Teilers
(20) kombiniert, um die Nodes (25) der verschiedenen
Betreiber mit dem Service zu versorgen. Der Sendevorgang ist zu dem
zuvor erläuterten
Empfangsvorgang analog, jedoch laufen die Signale in umgekehrter
Richtung, d.h. von den Nodes der verschiedenen Betreiber (25) zu
den Antennen (17), oder anders ausgedrückt: das Signal eines bestimmten
Nodes wird in die verschiedenen Kanäle (20) aufgeteilt,
wobei sich der Ablauf für
jeden Kanal wie folgt darstellt: RF/IF-Umwandlung (21),
A/D-Umwandlung (22),
digitale Demodulation (23), Strahlformung (24),
digitale Remodulation (23), D/A-Umwandlung (22),
IF/RF-Umwandlung (21). Anschließend werden die Kanäle (20)
kombiniert und an die Antennen übertragen.
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Der
in der 3 mit dem Bezugszeichen (26) gekennzeichnete
Bereich steht der Modularität nicht
entgegen, da ein Implementieren durch Funk-Software-Technologie
möglich
ist, und es sich daher um eine Software handelt, die in bezug auf
sie gesamte Hardware aufdatiert werden kann.
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4 zeigt
die entsprechenden Elemente des RF-Systems, bei denen es sich um
die folgenden handelt:
- 27. Antennen-Array mit Kreuzpolarisierung.
- 28. Duplexer: Die Funktion dieser Komponente besteht
darin, die Sende- und die Empfangssignale, welche die Antenne erreichen,
zu trennen.
- 29. Low-noise-Verstärker
(LNA): Dies ist ein Low-Noise-Verstärker für den Empfang, der so eng wie
möglich
an dem Antennen-Konnektor angeordnet wird.
- 30. Leistungsverstärker:
Zum Senden verstärken
diese, und zwar bei RF-Frequenzen, ein Maximum von zwei Trägerwellen
auf das erforderliche Energieniveau. Es ist eine sehr hohe Linearität erforderlich,
um Intermodulationsprobeleme zwischen den verschiedenen Trägerwellen
zu vermeiden.
- 31. Teiler: Diese handhaben das Teilen des Signals und
dessen Verstärkung,
damit das Signal mit der erforderlichen Energie in die RF/IF-Stufe
eintritt.
- 32. Passive Kombinationsvorrichtung: Dies ist die Komponente,
die das Kombinieren der Signale aus den RF-Sendern durchführt, um
die Signale dann zu verstärken.
- 33. RF/IF-Stufe: Dies ist die Stufe, die das Konvertieren
von RF auf IF durchführt.
Sie weist die erforderlichen Filter, Verstärker, Mischvorrichtungen und
Oszillatoren auf. Für
den Fall des Moduls gemäß der UMTS-Norm
beträgt
die Bandbreite dieser Schaltungen 5 MHz (außer bei dem RF-Filter). Auf
dieser Stufe wird für
die Zeitteilungsduplex-(TDD-)Anwendung und für die Frequenzteilungsduplex-(FDD-)Anwendung
eine unterschiedliche Konzeption durchgeführt.
- 34. A/D- und D/A-Konverter.
- 35. Digitalverarbeitungsmodul: Dieses weist einen Gleichphasen-/Quadratur(I/Q-)Demodulator
auf, und die Verarbeitung wird in Funk-Software durchgeführt. An
diesem Punkt bestehen zwei Optionen zur Implementierung. Gemäß der ersten
Option wird ein Kombinationsvorgang der beiden Ketten durchgeführt (Hauptkette
und Diversitäts-Kette),
um dann den Strahlformer zu erreichen. Gemäß der zweiten Option werden
beide Operationen gleichzeitig durchgeführt, wobei die Signale derart
behandelt werden, als ob sie von zwei unabhängigen Antennen kämen (Vorgang
in Diversität:
der Vorgang wählt
die optimale Kombination der beiden Eingangssignale, um das beste
Signal/Rausch- plus -Interferenz-Verhältnis (S/N+I) zu erhalten).
- 36. Modulator, Generator von Diversitäts-Signalen.
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5 zeigt
das Schaubild der Hardware, die für den Digitalempfänger erforderlich
ist, zu dem das Digitalverarbeitungssignal gehört. Die Figur zeigt den A/D-Konverter
(37), den numerischen Oszillator (38) der fo-Frequenz
(39). Das Ausgangssignal des Oszillators und seine 90°-Phasenverschiebung
durch den Block (40) multiplizieren das Digitalsignal,
welches, nachdem es durch den Block (41) dezimiert worden ist,
phasengleiche (42) und Quadratursignale (43) bewirkt.
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6 zeigt
die Konfiguration des Strahlenformungs-Subsystems, wobei der Fall
des Uplinks für die
UMTS-Norm als Beispiel verwendet wird. Das für den adaptiven Vorgang vorgesehene
Subsystem ist verantwortlich für
das Aktualisieren des Array-Faktors, wobei es für das Formen das Synchronisations-Pilot-Referenzsignal
verwendet, das über
den speziell zugeordneten physischen Steuerkanal (Dedicated Physical
Control Channel DPCCH) für
jeden der User gesendet wird. Die Elemente in dieser Figur sind:
- – (44),
(45) und (46) repräsentieren den ersten (DPCCH_1),
zweiten (DPCCH_2) und nten (DPCCH_N) DPCCH-Kanal.
- – (47)
Lang-Code-CDMA- (Code-Teilungs-Mehrfachzugriffs- (Code Division
Multiple Access)) Dekodierer. Dieser besteht einfach aus einer Multiplikation
durch den Kanalisierungscode, der einen bestimmten User innerhalb
einer Zelle identifiziert.
- – (48)
Kurz-Code-CDMA-Dekodierer. Dieser besteht aus einer Multiplikation
mit dem Misch- oder Zufalls-Code, der jede Zelle identifiziert.
- – (49)
Tiefpassfiler.
- – (50),
(51) und (52) zeigen die Multiplikatoren mittels
des Formungsgewichts des ersten (W_1) bzw: zweiten (W_2) bzw. nten (W_N) Array-Faktors.
- – Das
Eingangssignal, multipliziert mit dem Array-Faktor, wird subtrahiert
von dem Pilot-Referenzsignal, Referenz DPCCH (53).
- – Das
Resultat der vorstehenden Operation ist das Eingangssignal des Blocks
(54), der den Minimierungs-Algorithmus enthält. Das
Ausgangssignal dieses Blocks ist der aktualisierte Gewichtsvektor
(55).
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Es
folgt eine detaillierte Erläuterung
des mehrfachstandard-kompatiblen, in das RF-Interface jeder Node-B-
oder Basisstation einsteckbaren modularen intelligenten Antennensystems,
das hier beschrieben worden ist, jedoch bei Anwendung zur Verwendung
mit der UMTS-Norm:
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Es
wird ein adaptives Array als intelligente Antenne verwendet. In
dieser Antenne existieren vier Subsysteme, die eng verbunden sind,
in manchen Fällen
sogar in Bezug auf die Hardware. 3 zeigt das
Schaubild der Systemblöcke.
In der Figur sind vier Subsysteme ersichtlich:
- 1.
Antennen-Subsystem. Dieses enthält
den Satz von Ausstrahlungselementen, Duplexer, rauscharmem Verstärker auf
Empfang, Kombinations-Netzwerke
auf Sendung und Teiler auf Empfang, und passive Steuerelemente des
Antenne-Schaubilds.
- 2. RF/IF-Subsystem. Dieses enthält sämtliche Analog-Komponenten,
die dem Sender und dem Empfänger
zugeordnet sind. Verstärker,
Frequenz-Konverter, Filter, Leistungsverstärker und A/D und D/A.
- 3. Funk-Software-Subsystem. Dieses enthält sämtliche Kanaltrennungsvorgänge, Modulation, Demodulation,
Filterung und Breitband-CDMA-Kodierung und Dekodierung, die mit
den digitalen Sende- und Empfangsvorgängen zusammenhängen.
- 4. Adaptives Alogorithmus-Subsystem. Dieses enthält die digitalen
Vorgänge,
die mit der Signalsteuerung der gesamten Antenne sowohl beim Empfang
als auch bei der Sendung zusammenhängen. Dieses Subsystem steht
in engem Zusammenhang mit dem vorherigen.
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Das
Antennen-Subsystem zur Anwendung für das UMTS-adaptive Array weist
eine Gruppe vertikaler linearer Arrays auf, die durch übereinstimmend
oder alternierend doppelt polarisierte Antennen gebildet sind. Im
Prinzip bestehen die Basisstationen aus drei Sektoren, so dass jede
der flachen Gruppen eine derjenigen mit einer 120°-Abdeckung ersetzt.
Bei den Basiselementen jeder Gruppe handelt es sich um eine vertikale
Platte doppelter linearer Polarisation (±45° oder V/H) mit vertikalen Strahlbreiten
von ungefähr
7,5° und
Strahlbreiten in der horizontalen Ebene von 65° oder 90°. Im Fall der 65°-Strahlbreite
beträgt
der typische Verstärkungsfaktor
17 dBi.
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Das
RF-Subsystem ist in dem Schaubild gemäß 4 detaillierter
unterteilt gezeigt, obwohl es selbstverständlich insgesamt in dem gleichen
Modul angeordnet werden kann. Die Komponenten dieses Systems sind
diejenigen, die in der Beschreibung der Figuren erwähnt sind.
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Das
IF ist im High-Zustand gewählt,
um eine bessere Beseitigung des Bildbands zu ermöglichen, wodurch mögliche Interferenzen
vermieden werden. Die digitale Konvertierung wird in IF durchgeführt, so dass
Filter- und Analogphasen-Rauschen vermieden werden.
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Das
Funk-Software-Subsystem weist einen A/D-Konverter mit hoher Kapazität auf (z.B.
75 MHz, 12/14 Bits), gefolgt von einem digitalen I/Q-Konverter, der durch
ein NCO wie z.B. das in 5 gezeigte gesteuert wird und
bei dem kein Phasenrauschen erzeugt wird und die Merkmale verbessert
sind. Das Abtasten wird mit der gewünschten Frequenz (fs) in Abhängigkeit von
dem Wert des IF durchgeführt,
um das Nyquist-Theorem zu erfüllen.
Das NCO erzeugt Sinus- und Cosinus-Signale entsprechend der fs-Frequenz,
die aus dem A/D-Konverter gewählt
ist. Die Frequenzveränderung
besteht nur aus dem Schreiben eines numerischen Werts in das Register. Das
erzeugte Signale modifiziert seine Frequenz nicht, und somit wird
kein Phasenrauschen eingeführt.
Als nächstes
wird zum Reduzieren der Abtastfrequenz auf die für die Bandbreite des Signals
erforderliche Frequenz der M-Raten-Dezimator eingeführt. In
unserem Fall sollte M gleich 16 sein (IF = 70 MHz, fs = 80 MHz und
Bandbreite = 5 MHz). Als nächstes
werden die Signalverarbeitungskarten platziert, wobei die Spreading-/Unspreading-Vorgänge durch
Software ausgeführt
werden, um jeden der Kanäle
zu separieren, und das Spreading-/Unspreading zum erneuten Erzeugen
des CDMA-Signals (FDD-Modus) erfolgt. Ferner werden die durch Code separierten
Signale mit den Array-Faktor-Gewichten [w]
für das
Strahlformen bei jedem der Kanäle
multipliziert.
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Das
für den
adaptiven Vorgang vorgesehene Subsystem ist verantwortlich für das Berechnen
dieser Gewichte, wobei für
die Formung das Synchronisations-Pilot-Referenzsignal verwendet
wird, das von dem speziell zugeordneten physischen Steuerkanal für jeden
der User gesendet wird. Bei dem hier vorgeschlagenen Formungs-Algorithmus
handelt es sich um eine temporäre
Referenz Eins. Ein Konfigurationsbeispiel dieses Formers für das Uplink
ist in 6 gezeigt. Nicht einbezogen ist das RAKE (eine
Empfänger-Struktur, die sich
wie ein an das empfangene Mehrfachweg-Signal angepasster Filter
verhält,
so dass ihre nachteilige Wirkung beseitigt werden kann), und somit
wird das System vereinfacht, indem die intelligente Antenne, die
nur zu dem Hauptweg gerichtet ist, für die Beseitigung verantwortlich
gemacht wird.
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Die
Implementierung des Downlink wird in der gleichen Weise durchgeführt, wobei
zu beachten ist, dass die Kanäle
gleichzeitig moduliert werden, teilweise real und teilweise imaginär.
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Eine
erste Version der intelligenten Antenne wurde zur Verwendung mit
der UMTS-Norm geplant. Diese Implementation ist modular, da sie
eine Vergrößerung der
Anzahl der verwendeten Kanäle
erlaubt. Die Modularität
macht es möglich,
verschiedene Betreiber mit einem Servicevorgang zu bedienen, und diese
Tatsache bedeutet, dass diese Netzwerk-Infrastruktur gemeinsam benutzt
werden kann. Dies resultiert in einer besseren Nutzung der Infrastrukturen sowie
in einer geringeren visuellen oder umweltmäßigen Beeinflussung. Ferner
bietet das implementierte System die Möglichkeit, mit jedem System
von Basisstationen verwendet zu werden; anders ausgedrückt ist
das System mit jedem Hersteller von B-Knotenpunkten kompatibel.