DE3789775T2

DE3789775T2 - Funkübertragungssystem mit verminderter Interferenz.

Info

Publication number: DE3789775T2
Application number: DE3789775T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi C O Nec Corporat Ikeda
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-02-10
Filing date: 1987-02-09
Publication date: 1994-08-18
Anticipated expiration: 2007-02-10
Also published as: DE3789775D1; CA1265201A; EP0236759A2; EP0236759B1; US4803738A; JPS62185415A; AU589085B2; AU6863087A; EP0236759A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Funkübertragungssystem, bei dem einerseits mehrere Sender-Empfänger zentral in einer Knotenstation angeordnet sind, und andererseits mehrere entsprechende Sender-Empfänger zufällig verteilt in entfernten Unterstationen angeordnet sind, um Zweiweg-Richtfunkstrecken zwischen der Knotenstation und den Unterstationen einzurichten.
Die Qualität der Richtfunkstrecke von der Unter- zur Knotenstation wird durch die Interferenz zwischen benachbarten Unterstationen bestimmt, wobei diese Interferenz durch das Verhältnis eines Signals, das von einer gewünschten Unterstation gesendet und bei der Hauptstrahlungskeulenempfindlichkeit der Parabolantenne einer Knotenstation empfangen wird, zu einem von einer unerwünschten Unterstation gesendeten Signal, das normalerweise bei einer Seitenkeulenempfindlichkeit der Antenne empfangen wird, quantitativ bestimmt wird. Dieses Verhältnis des gewünschten Signals zum unerwünschten Signal (D/U-Verhältnis) wird normalerweise innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs geregelt. Niederschläge verursachen jedoch verschiedene Dämpfungen im Hauptkeulen- bzw. im Seitenkeulensendepfad. Insbesondere besitzen, wenn die gewünschte und die unerwünschte Unterstation weit voneinander beabstandet sind, der Hauptkeulen- und der Nebenkeulenpfad eine deutlich unterschiedliche Niederschlagdämpfung, was zu einer Verschlechterung des D/U-Verhältnisses führen kann.
Bei herkömmlichen Funkkommunikationssystemen wird der Knotenstation und allen Unterstationen des Systems ein einziges Frequenzpaar zugewiesen, wobei benachbarte Unterstationen normalerweise so voneinander beabstandet sind, daß sie von der Knotenstation aus betrachtet unter einem minimalen Azimutwinkel von 90 bis 120 Grad angeordnet sind, um das erforderliche D/U-Verhältnis zu erfüllen. Wenn innerhalb dieses Azimutwinkels eine zusätzliche Unterstation angeordnet werden soll, wird den zusätzlichen Richtfunkstrecken normalerweise ein anderes Frequenzpaar zugewiesen, um das D/U-Verhältnis im erforderlichen Bereich zu halten. Es wird jedoch erwünscht, die Anzahl von Unterstationen zu erhöhen, die in einem vorgegebenen Überdeckungsbereich angeordnet werden können.
Die JP-A-5672547 betrifft ein Frequenzabtast-Rundstrahl-Funkkommunikationssystem. Um die Verstärkung der Antenne der Basisstation zu erhöhen und die Antenne eines Nebenanschlusses im Kleinformat herzustellen, wird der Arbeitsbereich in konzentrische Kreise aufgeteilt. Dem Arbeitsbereich jedes konzentrischen Kreises wird eine andere Frequenz zugewiesen. In diesem System ist die Antenne der Basisstation eine Frequenzhorizontalebenen-Rundstrahlantenne. Weil der Horizontalebenen-Rundstrahl zum Bestrahlen eines aus konzentrischen Kreisen mit einer engen Ringform gebildeten Arbeitsbereichs für eine Frequenz ausreichend ist, kann verglichen damit, wenn die gesamten Arbeitsbereiche aller konzentrischen Kreise mit Hilfe eines Strahls überdeckt werden, eine engere Strahlbreite gewählt und eine höhere Verstärkung erreicht werden. Wenn eine konstante Kommunikationsleistung erzeugt wird, kann die Antenne des Nebenanschlusses im Kleinformat hergestellt werden. Die Zentralstation kann nicht gleichzeitig Punkt-zu-Punkt-Richtfunkstrecken zu den jeweiligen Unterstationen errichten.
Die GB-A-2132454 betrifft eine Funkkommunikationsvorrichtung, bei der ein adaptives Senderleistungssteuersystem verwendet wird. Bei diesem System wird der empfangene Signalpegel bei einem entfernten Empfänger überwacht, wobei ein Kontrollsignal, das eine Funktion des Signalpegels ist, zur sendenden Station zurückgesendet wird, um die Senderausgangsleistung gegebenenfalls anzupassen. Durch die Übertragung des niedrigsten Leistungspegels, der mit den Systemzielen vereinbar ist, können die Empfangsschaltungen, durch die eine solche Systemsteuerung durchgeführt wird, in einem hochlinearen Modus betrieben werden, wobei die Interferenz zwischen den Kanälen wesentlich verringert wird. Das Dokument beschreibt keine Feldstärkebeziehung zwischen längeren und kürzeren Richtfunkstrecken oder einen linearen Zusammenhang zwischen der Feldstärke einer Richtfunkstrecke und der Länge der Richtfunkstrecke.

Zusammenfassung der Erfindung

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Funkkommunikationssystem bereitzustellen, bei dem eine große Anzahl von Unterstationen angeordnet werden kann, um die Kommunikations-Richtfunkstrecken auf wirtschaftliche Weise zu erhöhen.
Bei der vorliegenden Erfindung besitzt ein Funkkommunikationssystem eine in einem Arbeitsbereich zentral angeordnete Knotenstation und mehrere entfernte Unterstationen. Das System weist mehrere Richtantennen in der Knotenstation und mehrere in den Unterstationen angeordnete Unterstation-Sender-Empfänger auf, die jeweils den Richtantennen der Knotenstation angepaßt sind, um dazwischen mehrere Paare von Zweiweg-Punkt-zu-Punkt-Richtfunkstrecken zu errichten. Der Arbeitsbereich wird in mehrere konzentrische Zonen aufgeteilt, wobei jeder Zone ein Paar verschiedener Frequenzen oder ein Paar verschiedener Polarisationsebenen zugeordnet ist. Jede Zone weist eine oder mehrere Unterstationen auf. Der Sendeleistungspegel jeder Richtantenne der Knotenstation und jeder der Unterstation-Sender-Empfänger wird so eingestellt, daß die schönwetter-Empfangsfeldstärke an jedem Ende einer Richtfunkstrecke mit einer größeren Länge größer ist als die schönwetter-Empfangsfeldstärke an jedem Ende einer Richtfunkstrecke mit einer kleineren Länge, so daß die Empfangsfeldstärke an jedem Ende der Richtfunkstrecken als Funktion von deren Länge linear zunimmt.
Indem den aufgeteilten Zonen verschiedene Frequenzpaare oder verschiedene Polarisationsebenenpaare zugewiesen werden, und durch die als Funktion des Abstands von der Sendestation linear zunehmende Feldstärke, kann das D/U-Verhältnis um einen Faktor 1/4 verringert werden, was eine Verringerung des minimalen Azimutwinkelabstands der Unterstation, betrachtet von der Knotenstation, um einen Faktor von 1/6 bis 1/10 darstellt.
Vorzugsweise ist die Schönwetter-Empfangsfeldstärke gegeben durch:
wobei k = ganzzahlige Variable, die einen Einheitswert zum Identifizieren der Zonen enthält;
l = Abstand zwischen der Knotenstation und jeder der Unterstationen;
lk = Abstand von jedem Ende jeder Richtfunkstrecke zu einer Grenze zwischen der (k-1)-ten und der k-ten Zone;
l(k-1) = Abstand von jedem Ende jeder Richtfunkstrecke zu einer Grenze zwischen der (k-2)-ten Zone und der (k-1)-ten Zone;
RLk = Schönwetter-Empfangsfeldstärke, die bei einem Abstand lk gemessen wird, wenn der Sendeleistungspegel jeder Zweiweg-Richtfunkstrecke maximal ist;
ML(k-1) = Differenz zwischen der Schönwetter-Empfangsfeldstärke beim Abstand l(k-1) und der dort zulässigen Niederschlag-Empfangsfeldstärke; und
MLk = Differenz zwischen der Schönwetter-Empfangsfeldstärke beim Abstand lk und der dort zulässigen Niederschlag-Empfangsfeldstärke.

Kurzbeschreibung der Abbildungen

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Abbildungen ausführlich beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Arbeitsbereichs eines Funkkommunikationssystems;
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Funkkommunikationssystems; und
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Empfangsfeldstärkenkennlinie an jeder Unterstation im Vergleich mit einer entsprechenden Kennlinie eines herkömmlichen Systems.

Ausführliche Beschreibung

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems. Das System weist eine Knotenstation 1 und Unterstationen 2a, 2b und 2c innerhalb eines Arbeitsbereichs auf. Der Arbeitsbereich ist in eine zentrale Zone 3 und mehrere konzentrische Ringzonen 4 aufgeteilt. Für Zwecke der Vereinfachung sind nur zwei Zonen dargestellt. Die Knotenstation 1 ist in der Mitte der zentralen Zone 3 angeordnet, wobei die Unterstationen 2a und 2b in der Außenzone 4, aber in einem ausreichenden Abstand voneinander angeordnet sind, um zu ermöglichen, daß ein herkömmliches Frequenzpaar zum Herstellen interferenzfreier individueller Richtfunkstrecken verwendet wird. Die Unterstation 2c ist innerhalb der zentralen Zone 3, jedoch in der Nähe der Unterstation 2b angeordnet. Die zentrale Zone 3 hat einen Radius l&sub1; und die Außenzone einen Radius 12, der doppelt so groß ist wie der Radius l&sub1;. Jeder Zone ist ein Paar vorgegebener Frequenzen zugewiesen, eines für die Knotenstation und ein anderes für die Unterstationen in dieser Zone. Bei der dargestellten Ausführungsform sind den Zonen 3 und 4 jeweils zwei Frequenzpaare f&sub1; und f&sub2; zugeordnet. Die Knotenstation 1 errichtet Paare von Zweiweg-Richtfunkstrecken jeweils zu den Unterstationen 2a und 2b auf dem Frequenzpaar f&sub2; und ein Paar Zweiweg-Richtfunkstrecken zur Unterstation 2c auf dem Frequenzpaar f&sub1;. Durch diese zonenbezogene Frequenzzuweisung kann das Verhältnis des gewünschten Signals zum ungewünschten Signal (D/U-Verhältnis) jeder Richtfunkstrecke von der Knoten- zu einer Unterstation während eines Niederschlags auf die Hälfte des schlechtesten D/U-Werts eines Systems verringert werden, bei dem ein einzelnes Frequenzpaar für alle Zonen verwendet wird.
Wie in Fig. 2 dargestellt, weist die Knotenstation 1 mehrere jeweils den Unterstationen 2a, 2b und 2c zugeordnete Sender-Empfängereinheiten 1a, 1b bzw. 1c auf. Jede Sender- Empfängereinheit der Knotenstation weist einen Sender 10, der eine Trägerwelle einer bestimmten Frequenz mit einem Basisbandsignal moduliert, und ein Bereichsdämpfungsglied 11 auf, der den Ausgang des Senders 10 über einen Duplexer 12 auf eine Parabolantenne 13 koppelt. Ein über die Antenne 13 empfangenes Signal durchläuft den Duplexer 12 und wird einem Empfänger 14 zugeführt, in dem das Signal zu einem Basisbandsignal demoduliert wird. Den Sender-Empfängereinheiten 1a und 1b der Knotenstation werden Sendefrequenzen f&sub2;' zugewiesen, um die Richtfunkstrecken zu den in der Frequenz-f&sub2;-Zone 4 angeordneten Unterstationen 2a und 2c zu errichten, wobei der Knotenstationseinheit 1c eine Frequenz f&sub1;' zugewiesen wird, um eine Richtfunkstrecke zu der in der Frequenz-f&sub1;-Zone 3 angeordneten Unterstation 2c zu errichten. Jede der Unterstationen ist gleich aufgebaut wie die einzelnen Sender-Empfängereinheiten der Knotenstation. Den Unterstationen 2a und 2b wird eine Frequenz f&sub2;'' zugewiesen, um Richtfunkstrecken zu den Sender-Empfängereinheiten 1a und 1b der Knotenstation zu errichten, wobei der Unterstation 2c eine Frequenz f&sub1;'' zugewiesen wird, um eine Verbindungsstrecke zur Sender-Empfängereinheit 1c der Knotenstation zu errichten. Die Frequenzen f&sub1;' und f&sub1;'' bilden ein Frequenzpaar für die zentrale Zone 3, wobei die Frequenzen f&sub2;' und f&sub2;'' ein anderes Frequenzpaar für die Außenzone 4 bilden.
Um die Veränderung des D/U-Wertes zu minimieren wird das Bereichsdämpfungsglied 11 an jeder Station so eingestellt, daß sich die folgende Beziehung für die zentrale Zone 3 ergibt:
und die folgende Beziehung für die Außenzone 4:
wobei l = Länge jeder Richtfunkstrecke;
RL = Schönwetter-Empfangsfeldstärke gemessen in dBm beim Abstand 1 (vergl. Fig. 3);
RL&sub1; = Schönwetter-Empfangsfeldstärke gemessen in dBm beim Abstand 11, wobei der Sendeleistungspegel jeder Richtfunkstrecke maximal eingestellt ist;
RL&sub2; = Schönwetter-Empfangsfeldstärke gemessen in dBm beim Abstand 12, wobei der Sendeleistungspegel jeder Richtfunkstrecke maximal eingestellt ist;
ML&sub1; = zulässige Dämpfung bzw. Differenz zwischen der Schönwetter-Empfangsfeldstärke und der zulässigen Niederschlag-Empfangsfeldstärke beim Abstand l&sub1; von jedem Ende jeder Richtfunkstrecke; und
ML&sub2; = zulässige Dämpfung bzw. Differenz zwischen der Schönwetter-Empfangsfeldstärke und der zulässigen Niederschlag-Empfangsfeldstärke beim Abstand l&sub2; von jedem Ende jeder Verbindungsstrecke.
Die Gleichungen 1 und 2 folgen einer Empfangsfeldstärkenkennlinie, wie bei 20 in Fig. 3 dargestellt, die zeigt, daß die Empfangsfeldstärke an jeder Unterstation des Systems als Funktion des Abstands von der Knotenstation linear ansteigt. Das Dämpfungsglied jedes Sender-Empfängers an der Knotenstation 1 wird so eingestellt, daß die Feldstärke der entsprechenden Unterstation die Gleichung 1 oder 2 erfüllt. Auf diese Weise ist der Schönwetter-D/U-Wert einer Richtfunkstrecke zwischen der Knotenstation und der nächsten der Unterstationen in einer vorgegebenen Zone am meisten von der Interferenz durch die am weitesten entfernte Unterstation der gleichen Zone betroffen, wobei der Niederschlag- D/U-Wert einer Richtfunkstrecke zwischen der Knotenstation und der am weitesten entfernten Unterstation eines vorgegebenen Bereichs am meisten von der Interferenz durch die nächste Unterstation der gleichen Zone betroffen ist. Durch die vorstehend beschriebene Feldstärkenanpassung verändert sich der D/U-Wert jeder Richtfunkstrecke von der Knoten- zu jeder Unterstation in einem Bereich, der dem halben Bereich der D/U-Veränderungen der durch ein herkömmliches Verfahren errichteten Richtfunkstrecken von der Knoten- zu einer Unterstation entspricht, bei dem die Feldstärke unabhängig vom Abstand von der Knotenstation normalerweise auf einen konstanten Wert eingestellt wird.
Die gleiche Feldstärkenanpassung wird an jeder Unterstation bezüglich ihrer Richtfunkstrecke von der Unter- zur Knotenstation unter Verwendung des Bereichsdämpfungsglieds 11 der Unterstation durchgeführt, so daß die Empfangsfeldstärke am Knotenstationsende der Richtfunkstrecke von der Unter- zur Knotenstation die vorstehend beschriebenen linearen Gleichungen erfüllt, wobei an der Knotenstation bezüglich jeder Unterstation eine ähnliche Kennlinie wie in Fig. 3 erhalten werden kann. Der D/U-Wert der Richtfunkstrecke von der Unter- zur Knotenstation verändert sich daher in einem Bereich, der halb so groß ist wie der Änderungsbereich des D/U-Werts eines entsprechenden herkömmlichen Systems.
Die Gesamtveränderung des D/U-Werts kann daher erfindungsgemäß auf 1/4 der herkömmlichen Veränderung des D/U- Werts verringert werden. Weil die an der Knotenstation erhaltene Feldstärke eines Signals von einer ungewünschten Unterstation außerdem durch die Seitenkeulenempfindlichkeit einer Antenne der Knotenstation bestimmt wird, und die Empfindlichkeit der Antenne als Funktion des Azimutwinkels nichtlinear ist, stellt die Verringerung auf 1/4 der D/U- Verhältnisänderung betrachtet von der Knotenstation eine Verringerung des minimalen Azimutwinkels zwischen benachbarten Unterstationen um einen Faktor von 1/6 bis 1/10 des herkömmlichen minimalen Azimutwinkels dar. Daher kann die Anzahl der in einem vorstehend beschriebenen Funkkommunikationen angeordneten Unterstationen um einen Faktor von 6 bis 10 erhöht werden.
Obwohl eine Ausführungsform beschrieben wurde, bei der verschiedene Frequenzpaare verschiedenen Zonen zugeordnet sind, können den verschiedenen Zonen ebensogut verschiedene Polarisationsebenen zugeordnet werden.

Claims

1. Funkkommunikationssystem zum Überdecken eines Bereichs, der in konzentrische Zonen unterteilt ist, denen jeweils ein Paar verschiedener Frequenzen (f&sub1;', f&sub1;''; f&sub2;', f&sub2;'') oder verschiedener Polarisationsebenen zugewiesen sind, mit einer im Bereich zentral angeordneten Knotenstation. (1) und mehreren in den unterteilten Zonen angeordneten Unterstationen (2a, 2b, 2c) mit jeweiligen Sender-Empfängern, dadurch gekennzeichnet, daß die Knotenstation (1) mehrere Richtantennen (13a, 13b, 13c) aufweist, die jeweils den entfernt angeordneten Unterstationen (2a, 2b, 2c) zugeordnet sind, zum gleichzeitigen Errichten mehrerer Zweiweg-Punkt-zu- Punkt-Richtfunkstrecken zu den jeweiligen Unterstationen (2a, 2b, 2c), und die Knotenstation (1) sowie die Unterstationen (2a, 2b, 2c) eine derartige Schönwetter- Empfangsfeldstärke an jeder der Richtfunkstrecken aufweisen, daß die Empfangsfeldstärke längerer Richtfunkstrecken größer ist als die Empfangsfeldstärke kürzerer Richtfunkstrecken, wobei zwischen der Empfangsfeldstärke jeder Richtfunkstrecke und der Länge der Richtfunkstrecke ein linearer Zusammenhang besteht.

2. Funkkommunikationssystem nach Anspruch l, wobei die Schönwetter-Empfangsfeldstärke gegeben ist durch

wobei k = ganzzahlige Variable, die einen Einheitswert zum Identifizieren der Zonen enthält;

l = Abstand zwischen der Knotenstation und jeder der Unterstationen;

lk = Abstand von jedem Ende jeder Richtfunkstrecke zu einer Grenze zwischen der (k-1)-ten und der k-ten Zone;

l(k-1) = Abstand von jedem Ende jeder Richtfunkstrecke zu einer Grenze zwischen der (k-2)-ten Zone und der (k-1)-ten Zone;

RLk = Schönwetter-Empfangsfeldstärke, die bei einem Abstand lk gemessen wird, wenn der Sendeleistungspegel jeder Zweiweg-Richtfunkstrecke maximal ist;

ML(k-1) = Differenz zwischen der Schönwetter-Empfangsfeldstärke beim Abstand l(k-1) und der dort zulässigen Niederschlag-Empfangsfeldstärke; und

MLk = Differenz zwischen der Schönwetter-Empfangsfeldstärke beim Abstand lk und der dort zulässigen Niederschlag-Empfangsfeldstärke.