DE10028189A1 - Anordnung zum Betrieb mehrerer Endgeräte - Google Patents

Abstract

Für einen besonders einfachen Aufbau und eine möglichst rückwirkungsfreie Kommunikation ist erfindungsgemäß eine Anordnung (1) zum Betrieb einer Mehrzahl von Endgeräten (6) an einer gemeinsamen Antenne (4) mit einem Koppelnetzwerk (2) vorgesehen, welches ein der Antenne (4) zugehöriges erstes Trennelement (8) und ein dem jeweiligen Endgerät (6) zugehöriges zweites Trennelement (10) umfaßt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Betrieb mehrerer Mobilfunk-Endgeräte an einer gemeinsamen Antenne.

Üblicherweise nimmt die Anzahl von Endgeräten für die mobile Kommunikation auch in Fahrzeugen, wie z. B. im Bus, im Automobil, zu. Dabei werden neben dem Einsatz zur Übermittlung von Sprache diese Endgeräte (auch Mobilfunkgeräte genannt) immer häufiger für die Datenübertragung in Telematik- oder Notrufsystemen eingesetzt.

Sowohl aus optischen Gründen als auch aus Platzgründen kann für eine Vielzahl von Endgeräten die erforderliche Anzahl von Antennen am Fahrzeug nicht beliebig erhöht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung zum Betrieb mehrerer Endgeräte an einer gemeinsamen Antenne anzugeben, welche einen besonders einfachen Aufbau aufweist und eine möglichst rückwirkungsfreie Kommunikation ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung zum Betrieb mehrerer Endgeräte an einer gemeinsamen Antenne mit einem Koppelnetzwerk, welches ein der Antenne zugehöriges erstes Trennelement und ein dem jeweiligen Endgerät zugehöriges zweites Trennelement umfaßt. Je nach Ausführung umfaßt das Koppelnetzwerk zusätzlich Verstärker, Splitter und/oder Summierer.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß in einem abgeschlossenen Raum mehrere Endgeräte für eine mobile Kommunikation über eine einzelne Antenne betrieben werden sollten. Damit eine Rückwirkung des einen Endgerätes auf benachbarte Endgeräte vermieden wird, sind bevorzugt Trennelemente zur Trennung von gesendeter und empfangener Leistung vorgesehen. Durch die beiden Trennelemente ist gewährleistet, daß zum einen antennenseitig mittels des ersten Trennelements Sende- und Empfangswellen eines Endgeräts oder mehrerer Endgeräte voneinander getrennt werden. Zum anderen werden durch die den Endgeräten zugehörigen zweiten Trennelemente die Sende- und Empfangswellen des jeweiligen Endgerätes voneinander getrennt, wobei die Kombination oder Trennung der Sende- bzw. Empfangswellen von verschiedenen Endgeräten getrennt voneinander erfolgt. Hierdurch ist eine Rückwirkung eines sendenden Endgerätes auf ein benachbartes Endgerät besonders sicher vermieden. Darüber hinaus wird der Aufwand für die Installation zusätzlicher Antennen für mehrere Endgeräte, insbesondere Mobilfunk-Endgeräte, erheblich reduziert.

Zweckmäßigerweise ist als Trennelement ein Zirkulator oder ein Richtkoppler vorgesehen. Bei dem Zirkulator handelt es sich um ein zyklisch aufgebautes n-Tor, beispielsweise einem 3-Tor, bei dem Signale eines Tores jeweils nur zu dem im Umlaufsinn nächsten Tor gelangen. Somit erfolgt mit Hilfe des Zirkulators eine Trennung von Sende- und Empfangssignal. Zirkulatoren bzw. Richtkoppler werden insbesondere im Zeit-Duplex-Betrieb (auch time division duplex standard genannt, kurz TDD) oder aber auch im Frequenz-Duplex-Betrieb (auch frequency division duplex standard genannt, kurz FDD) als Trennelement verwendet.

Zur Trennung von Sende- und Empfangssignal bei einer Kommunikation im Frequenz-Duplex-Betrieb (auch frequency division duplex standard genannt, kurz FDD), z. B. beim GSM- Netz (GSM = Global System for Mobile Communication), ist vorzugsweise als Trennelement ein Filter, insbesondere ein Duplex-Filter, vorgesehen. Das Duplex-Filter dient dabei der Trennung der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, d. h. der Sende- und Empfangsrichtung. Das Duplex-Filter umfaßt einen bidirektionalen Anschluß und zwei unidirektionale Anschlüsse, die dem jeweils entsprechenden Frequenzband zugeordnet sind.

Zur Aufteilung des von der gemeinsamen Antenne empfangenen Frequenzbandes auf die Endgeräte ist zweckmäßigerweise empfangsseitig ein Teiler vorgesehen. Zur Ausstrahlung der Sendesignale der Endgeräte über die gemeinsame Antenne ist sendeseitig ein Summierer vorgesehen. Zur Kompensation der Verluste der Sende- oder Empfangssignale ist mindestens je ein Verstärkerelement vorgesehen. Dabei ist das Verstärkerelement bevorzugt zwischen dem ersten und dem zweiten Trennelement angeordnet. Bevorzugtermaßen ist der Antenne empfangsseitig ein eigenes Verstärkerelement zugeordnet. Je nach Art und Ausführung der Anordnung sowie in Abhängigkeit von der Kommunikationsart ist vorzugsweise sendeseitig allen Endgeräten ein Verstärkerelement gemeinsam zugeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann sendeseitig den einzelnen Endgeräten ein eigenes Verstärkerelement zugeordnet sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Anordnung zum Betrieb mehrerer Endgeräte an einer gemeinsamen Antenne mit einem Koppelnetzwerk,

Fig. 2 schematisch das Koppelnetzwerk gemäß Fig. 1,

Fig. 3 schematisch eine alternative Ausführung des Koppelnetzwerks gemäß Fig. 1,

Fig. 4 ein Diagramm mit der Übertragungsfunktion eines Duplex-Filters für das GSM-Netz, und

Fig. 5 ein Diagramm mit der Blocking-Funktion für das GSM-Netz.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist eine Anordnung 1 mit einem Koppelnetzwerk 2 zur Aufteilung von über eine Antenne 4 empfangenen Signalen E mit einer Frequenz F auf Endgeräte 6, z. B. mobile Funk- Endgeräte, dargestellt. Alternativ oder zusätzlich dient das Koppelnetzwerk 2 der Bündelung von gesendeten Signalen S der Endgeräte 6.

In Fig. 2 ist schematisch eine Ausführung des Koppelnetzwerks 2 gemäß Fig. 1 dargestellt, welches sich insbesondere für ein Zeit-Duplex-Netz (kurz TDD genannt) eignet. Das Koppelnetzwerk 2 umfaßt ein der Antenne 4 zugehöriges erstes Trennelement 8 sowie eine der Anzahl der Endgeräte 6 entsprechende Anzahl von zweiten Trennelementen 10, die den Endgeräten 6 zugeordnet sind. Als erstes und zweites Trennelement 8 bzw. 10 sind bevorzugt Zirkulatoren vorgesehen, die einen besonders einfachen Aufbau aufweisen und rückwirkungsfrei ausgebildet sind. Alternativ können Richtkoppler verwendet werden.

Zur Kompensation von Verlusten ist empfangsseitig der Antenne 4 ein erstes Verstärkerelement 12 zugeordnet. Sendeseitig ist den Endgeräten 6 zur Kompensation von Verlusten ein gemeinsames zweites Verstärkerelement 14 zugeordnet. Zur Aufteilung der von der Antenne 4 empfangenen Signale E mit der Frequenz F auf die Endgeräte 6 ist nach dem ersten Trennelement 8 ein Teiler 16 angeordnet. Zur Bündelung und Übertragung der Sendesignale S mit der Frequenz F der Endgeräte 6 über die gemeinsame Antenne 4 ist sendeseitig zwischen dem ersten und dem zweiten Trennelement 8 bzw. 10 ein Summierer 18 vorgesehen.

Im Betrieb "Empfang" der Anordnung 1 wird ein empfangenes Signal E(F) nach der gemeinsamen Antenne 4 vom ersten Trennelement 8 von Sendesignalen S(F) getrennt und mittels des Teilers 16 auf die zweiten Trennelemente 10, z. B. Zirkulatoren, aufgeteilt. Die zweiten Trennelemente 10 leiten das empfangene Signal E(F) gleichmäßig an das betreffende Endgerät 6, z. B. ein Mobilfunk-Endgeräte, weiter. Der Verlust beim Empfang des Signals E(F) wird durch das Verstärkerelement 12 kompensiert.

Im Sendefall eines oder mehrerer der Endgeräte 6 wird der wesentliche Teil der Leistung vom zugehörigen zweiten Trennelement 10 über den Summierer 18 an das erste Trennelement 8 und von diesem auf die gemeinsame Antenne 4 geleitet. Der Leistungsverlust beim Senden wird durch das Verstärkerelement 14 kompensiert. Darüber hinaus dienen die Verstärkerelemente 12 und 14 der Verbesserung der Entkopplung der Endgeräte 6 voneinander.

Bei einer Kommunikation im Frequenz-Duplexbetrieb, z. B. GSM, umfaßt das Koppelnetzwerk 2, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, anstelle von Zirkulatoren als Trennelemente 8 bzw. 10 Filter, insbesondere Duplex-Filter. Duplex-Filter werden für GSM-Endgeräte 6 in großer Stückzahl hergestellt und sind daher besonders preiswerte Bauelemente, die Sende- und Empfangskanäle voneinander trennen. Alternativ können als Trennelemente 8 bzw. 10 andere elektronische Bauelemente mit gleicher Funktionalität verwendet werden. Alternativ können im Frequenz-Duplexbetrieb anstelle der Filter auch Zirkulatoren oder Richtkoppler verwendet werden.

Beim Empfangen wird das empfangene Signal E(F) vom Verstärkerelement 12 verstärkt und mittels des Teilers 16 auf die beiden als Duplexfilter ausgeführten Trennelemente 10 und somit auf die Endgeräte 6 aufgeteilt. Im Sendefall findet nach den Trennelementen 10 eine getrennte Verstärkung für jedes Endgerät 6 mittels der Verstärkerelemente 14 statt, um eine bessere Entkopplung der Endgeräte 6 zu gewährleisten und die Verluste in den Filtern der Trennelemente 10 zu kompensieren. D. h. Jedes Endgerät 6 weist sendeseitig im entsprechenden Kanal ein zugehöriges Verstärkerelement 14 auf. Somit ist bei einer GSM-Kommunikation sendeseitig eine der Anzahl der Endgeräte 6 entsprechende Anzahl Verstärkerelementen 14 vorgesehen.

Über das erste Trennelement 8 (= Sende-Filter) wird das mittels des Summierers 18 aus den Sendesignalen S der Endgeräte 6 gebündelte Sendesignal S an die Antenne ausgegeben und abgestrahlt. Fig. 4 zeigt die Übertragungsfunktionen eines Duplexfilters der Firma Murata für GSM. Es zeigt, daß eine Unterdrückung von etwa 40 dB für den jeweils anderen Kanal erreicht wird.

Die Anforderungen an das Duplex- oder Koppelfilter ergibt sich aus den GSM-Spezifikationen, beispielsweise sind in Fig. 5 die Blocking-Anforderungen grafisch dargestellt. Aus der Sendeleistung von GSM errechnet sich daraus eine nötige Kanalunterdrückung von 36 dB.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mittels des Koppelnetzwerks 2 die Anordnung 1 zum Betrieb mehrerer Endgeräte 6 an einer gemeinsamen Antenne 4 geeignet ist. Durch die Verwendung von Zirkulatoren bzw. Filtern als Trennelemente 8 und 10 werden ein- und auslaufende Wellen voneinander getrennt, so daß eine rückwirkungsfreie Kommunikation mehrerer Endgeräte 6 besonders einfach und sicher ermöglicht ist. Insbesondere wird die Bündelung oder die Aufteilung der Sendesignale S bzw. der Empfangssignale E der bzw. auf die verschiedenen Endgeräte 6 getrennt voneinander ausgeführt, d. h. für über die einzelne gemeinsame Antenne 4 auslaufende und einlaufende Wellen erfolgt eine getrennte Summation bzw. Aufteilung. Darüber hinaus werden die Sende- und Empfangssignale S bzw. E getrennt voneinander für ein- und auslaufende Welle verstärkt, wodurch eine besonders gute Entkopplung gegeben ist. Durch eine geeignete Dimensionierung der Komponenten der Anordnung 1 ist diese für alle momentan in Betrieb befindlichen und alle zukünftigen Mobilfunkstandards einsetzbar. Darüber hinaus ist die Anordnung 1 für den Betrieb eines oder gleichzeitig mehrerer terrestrischer oder satellitengestützter Mobilfunkstandards (GSM 900, GSM 1800, AMPS, PDC, CDMA, UMTS, ICO, Globalstar, . . .) geeignet.

Claims (11)

1. Anordnung (1) zum Betrieb einer Mehrzahl von Endgeräten (6) an einer gemeinsamen Antenne (4) mit einem Koppelnetzwerk (2), welches ein der Antenne (4) zugehöriges erstes Trennelement (8) und ein dem jeweiligen Endgerät (6) zugehöriges zweites Trennelement (10) umfaßt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der ein Verstärkerelement (12, 14) zur Kompensation der Verluste vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der das Verstärkerelement (12, 14) zwischen dem ersten und dem zweiten Trennelement angeordnet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei der empfangsseitig der Antenne (4) ein Verstärkerelement (12) zugeordnet ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der sendeseitig allen Endgeräte (6) gemeinsam ein Verstärkerelement (14) zugeordnet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der sendeseitig den Endgeräte (6) jeweils ein zugehöriges Verstärkerelement (14) zugeordnet ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der als Trennelement (8, 10) ein Zirkulator oder ein Richtkoppler vorgesehen ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der als Trennelement (8, 10) ein Filter, insbesondere ein Duplex- Filter, vorgesehen ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der empfangsseitig zur Aufteilung der Empfangssignale (E) auf die Endgeräte (6) ein Teiler (16) vorgesehen ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der sendeseitig zur Ausstrahlung des Sendesignale (S) ein Summierer (18) vorgesehen ist.

11. Verfahren zum Betrieb einer Mehrzahl von Endgeräten (6) an einer gemeinsamen Antenne (4), bei der mehrere Sendesignale (S) und/oder mehrere Empfangssignale (E) von den bzw. für die Endgeräte (6) mittels eines gemeinsamen Koppelnetzwerks (2) gebündelt bzw. getrennt werden.