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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Basisstation mit einer ersten
und einer zweiten Basiseinheit. Insbesondere betrifft die Erfindung
eine Basisstation, bei der jede Basiseinheit folgendes umfasst:
- – ein
Antennensystem zum Senden und Empfangen von Funksignalen,
- – einen
Senderteil zum Verarbeiten von Signalen zur Übertragung durch das Antennensystem,
- – einen
ersten Empfängerteil
zum Verarbeiten von durch das Antennensystem empfangenen Signalen,
- – einen
Verteiler zum Verteilen von durch das Antennensystem empfangenen
Signalen,
- – einen
zweiten Empfängerteil,
der mit dem Verteiler der anderen Basiseinheit verbunden ist, zum Verarbeiten
von Signalen, die durch das Antennensystem der anderen Basiseinheit
empfangen werden, und
- – wobei
die Signale, die vom ersten Empfängerteil verarbeitet
werden, und die Signale, die vom zweiten Empfängerteil verarbeitet werden,
Diversity-Empfang ermöglichen.
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Heutzutage
bestehen verschiedene mobile Kommunikationssysteme. Im allgemeinen
wird ein definierter Bereich durch einen Betreiber mit einem sogenannten
zellularen Funknetzwerksystem versorgt, bei dem jede Zelle durch
eine Basisstation versorgt wird, die Signale eines definierten Standards, der
einer Gruppe entnommen wurde, die z.B. GSM900, GSM1800, PDC, ETACS
umfasst, sendet und empfängt.
Wenn ein Betreiber seinen Teilnehmern zusätzliche Verkehrskapazität oder Dienste
bereitstellen möchte,
muss er zusätzliche
Ausrüstung zur
vorhandenen Ausrüstung
an einem Basisstationsstandort hinzufügen. Wenn er zum Beispiel die Verkehrskapazität in einem
durch GSM spezifizierten Standard erhöhen möchte, um mehr Teilnehmer von einem
Basisstationsstandort aus zu versorgen, muss er zusätzliche
Sender-Empfänger oder
eine neue Basisstation desselben Standards neben der vorhandenen
hinzufügen.
Wenn er neue Dienste zusätzlich
zu den vorhandenen bereitstellen möchte, wie zum Beispiel einen
neuen Standard, muss er normalerweise ebenfalls eine neue Basisstation
neben der vorhandenen hinzufügen.
Aber er hat einige Einschränkungen
zu beachten, wenn er zusätzliche
Ausrüstung
zur vorhandenen Ausrüstung
an einem Basisstationsstandort hinzufügt. Zum Beispiel ist es in
einigen Bereichen nicht gestattet, zusätzliche Antennen an diesem
Basisstationsstandort hinzuzufügen.
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Dem
Fachmann ist bekannt, dass zur Erhöhung der Verkehrskapazität in einem
zellularen GSM-Funknetzwerksystem
ein Sender und Empfänger
für ein
zusätzliches
Trägersignal
zu einem Basisstationsstandort hinzugefügt werden. Wie zum Beispiel
in WO 95/06367 dargestellt, kann dies durch eine Anordnung erreicht
werden, bei der eine Basisstation mit einem Sender in einer solchen
Weise mit einem Zwei-Antennen-System verbunden wird, dass keine
zusätzliche
Antenne am Basisstationsstandort erforderlich ist. Signale werden
ohne Leistungsverlust gesendet, indem die Verwendung eines Kombinators
im Sendeteil vermieden wird. Daher werden die vom zusätzlichen
Sender gesendeten Signale zur Antenne der vorhandenen Basisstation
weitergeleitet, die vorher nur zum Empfang verwendet wurde. Die
vorhandenen und die neuen Sender-Empfänger werden in einer solchen
Weise verbunden, dass das Antennensystem Signale empfängt, die
für den
Diversity-Empfang verwendet werden. Eine Einschränkung besteht darin, dass in
Fällen,
wo viel mehr Kapazität
benötigt
wird, zusätzliche
Antennen erforderlich sind, um Kombinatoren zu vermeiden.
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Die
Patentschrift EP 0566603B offenbart ein Basisstationssystem mit
Basisstationen für
verschiedene Typen von Mobiltelefonsystemen wie TACS, ETACS oder
GSM unter Verwendung vorhandener Antennen und Antennenkabel an einem
Basisstationsstandort, um den Teilnehmern zusätzliche Dienste bereitzustellen.
Der Nachteil hierbei besteht darin, dass zusätzliche Filtereinrichtungen
erforderlich sind, um die Signale von allen Sendern zu einer Senderantenne
zu führen.
Die daraus folgende Gemeinschaftsnutzung einer Antenne durch mehrere
gesendete Signale hat Nachteile wie zum Beispiel Intermodulation
oder Verringerung der Leistung. Auch ist es unmöglich, Signale unterschiedlicher
Standards unter Verwendung unterschiedlicher Modulationsmethoden,
aber mit demselben Frequenzbereich oder überlappenden Frequenzbereichen
zu kombinieren.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, hohe Verkehrskapazität für Sprachkanäle bereitzustellen
oder gleichzeitig Sprachkanäle
und Datendienste durch eine Basisstation bereitzustellen. Es ist
eine weitere Aufgabe der Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile
des Standes der Technik zu vermeiden. Das wird durch die Lehren
aus Anspruch 1 erreicht.
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In
Anspruch 1 und in diesem gesamten Text bedeutet eine andere Signalspezifikation
einen anderen Modulationstyp.
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Vorteilhafterweise
wird ein Kombinator zum Kombinieren mindestens zweier Sender sowohl
in der ersten Basiseinheit als auch in der zweiten Basiseinheit
verwendet, um hohe Verkehrskapazität und/oder hohe Kapazität bei Datenratendiensten
zu erreichen.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den Ansprüchen
2–5 beschrieben.
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Gemäß Anspruch
2 ist es für
die Erhöhung der
Verkehrskapazität
von Vorteil, einen Filterkombinator zu verwenden, um hohe Kapazität pro Sendeantenne
bei wenig verlustbehafteter Kombination der Signale von den Sendern
zu erreichen.
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Gemäß Anspruch
3 ist es vorteilhaft, zum Erreichen hoher Kapazität bei Datenratendiensten und/oder
um volle Frequenzhopping-(Frequenzsprung-)Fähigkeit zu ermöglichen,
einen Hybridkombinator zu verwenden, der eine niedrige Verzerrung von
Methoden höherer
Modulation wie 8PSK oder 16QAM besitzt.
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Nachfolgend
wird die Erfindung entsprechend den Zeichnungen und anhand von Beispielen ausführlicher
beschrieben.
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1 zeigt
eine Basisstation mit zwei verbundenen Basiseinheiten.
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2a zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung.
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2b zeigt
den Versorgungsbereich der Basisstation, die hohen Sprachkanal-Verkehr
und Dienste hoher Datenrate bereitstellt.
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4 zeigt
eine Basisstation mit einer Basiseinheit, die gemäß der Erfindung
aufgerüstet
werden kann.
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Identisch
bezeichnete Elemente, die in unterschiedlichen Zeichnungen auftreten,
bezeichnen dasselbe Element.
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Vorhandene
Basisstationen der zweiten Generation in einem digitalen zellularen
Netzwerk, z.B. einem GSM-Netzwerk, wurden entwickelt, um vorwiegend
Sprachkanal-Funktionalität
bereitzustellen. Der Aufbau und die Betriebsweise des Systems sind in
M. Mouly & M.-B.
Pautet, "The GSM
system for Communications",
Palaisean France, 1992, beschrieben. 4 zeigt
eine typische, dem Stand der Technik entsprechende, in GSM900 spezifizierte
Basisstation mit einer Basiseinheit 100 zum Senden und Empfangen
von Signalen über
ein Antennensystem 110. In einem Senderteil 120 verarbeiten
mehrere Sender Tx11–Tx1N
die Signale zur Übermittlung über einen
Kombinator 121 und einen Diplexer DPX1 an eine Antenne 111.
Dieselbe Antenne kann verwendet werden, um Signale zu empfangen,
die den Diplexer DPX1 nur in Richtung zum Empfängerteil 130 über einen
Verstärker
LNA11 durchlaufen und im Empfängerteil 130 verarbeitet
werden. Signale, die von einer zweiten Antenne 112 empfangen
werden und über ein
Filterelement BP1 und einen Verstärker LNA12 an einen zweiten
Empfängerteil 150 übermittelt
werden, werden auch in diesem zweiten Empfängerteil 150 in einer
solchen Weise verarbeitet, dass zusammen mit dem vom ersten Empfängerteil 130 empfangenen
Signal beide Signale zur Erhöhung
der Qualität
des Signalempfangs durch einen sogenannten Diversity-Empfang verwendet
werden können.
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GSM900
zum Beispiel ist mit zwei Frequenzbändern zum Senden und Empfangen
nahe bei 900 MHz und zur Verwendung einer Gauß-Minimalumtastungs-(GMSK-)Modulation
spezifiziert. Die verfügbaren
Frequenzen in beiden Frequenzbändern
sind unterschiedlichen Basisstationen, die jeweils einen definierten
Bereich innerhalb eines zellularen Netzwerks versorgen, zugewiesen.
Die Anzahl der jeder Basisstation zugewiesenen Frequenzen bestimmt die
verfügbare
Verkehrskapazität
der Zelle für Sprachkanäle. Die
maximale Anzahl von Sendern Tx11–Tx1N im Senderteil 120 der
Basisstation hängt von
den zugewiesenen Frequenzen innerhalb des versorgten Bereichs ab.
Wenn es erforderlich ist, die Verkehrskapazität zu erhöhen, um mehr Teilnehmer innerhalb
des versorgten Bereichs zu versorgen, sind zusätzliche Sender erforderlich.
Eine einfache Möglichkeit
besteht darin, eine weitere Basisstation zu der vorhandenen hinzuzufügen, um
denselben Bereich zu versorgen.
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Während das
Hinzufügen
von Sendern, die Signale derselben Spezifikation senden, durch die verfügbaren Frequenzen
eingeschränkt
ist, besteht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wie in 1 dargestellt,
darin, eine separate Basiseinheit 200 zum Senden und Empfangen
von Signalen anderer Spezifikation zur vorhandenen Basiseinheit 100 hinzuzufügen. Zum
Beispiel kann eine Kombination von zwei Basiseinheiten, wobei eine
in GSM900 spezifizierte Signale sendet und empfängt und die andere in GSM1800
sendet und empfängt,
oder eine Kombination von GSM1800 und UMTS verwendet werden. Die
Vorteile bestehen darin, dass die Anzahl der Sprachkanäle wegen
der Verwendung von Frequenzen aus Frequenzbändern aus einem anderen Standard
erhöht
werden kann.
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Eine
zusätzliche
Basiseinheit hat normalerweise ihr eigenes Antennensystem, das dem
Basisstationsstandort hinzugefügt
wird. Um die Notwendigkeit zu vermeiden, zusätzliche Antennensysteme am
Basisstationsstandort hinzuzufügen,
und um die Anzahl der Antennen begrenzen, werden die vorhandenen
Antennen von beiden Einheiten verwendet. Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung, bei der zusätzliche
Sprachkanal-Kapazität
hinzugefügt wird,
während
dieselbe Anzahl von Antennen verwendet wird, ist in 3 gezeigt.
Die erste Basiseinheit 100 wird zum Beispiel zur Unterstützung von GSM900
verwendet, während
die zweite Basiseinheit 200 GSM1800-Funktionalität unterstützt. Beide Basiseinheiten
sind in einer solchen Weise verbunden, dass die Anzahl von Antennen
nicht erhöht
wird.
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Der
Senderteil 120 der ersten Basiseinheit 100 weist
mehrere Sender Tx11–Tx1N
für die
innerhalb des GSM900-Systems verwendeten Frequenzen auf. Die Signale
jedes Senders werden durch einen Kombinator 121 kombiniert
und dann über
einen Diplexer DPX1 an die Antenne 111 übermittelt. Vorteilhafterweise
wird ein Filterkombinator als Kombinatorelement 121 verwendet,
um hohe Verkehrskapazität
zu erreichen.
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Wenn
eine vorhandene Basiseinheit zu einer Basisstation gemäß 3 aufgerüstet wird,
wird die Antenne 112 der vorher bestehenden Basiseinheit von
der zweiten Empfängereinheit 150 getrennt
und mit dem Diplexer DPX2 der zweiten Basiseinheit 200 verbunden.
Der Senderteil 220 der zweiten Basiseinheit 200 umfasst
mehrere Sender Tx21–Tx2N
für die innerhalb
des GSM1800-Systems verwendeten Frequenzen. Die Signale jedes Senders
werden durch einen Kombinator 221 kombiniert und dann über einen
Diplexer DPX2 an die Antenne 112 übermittelt. Ein Filterkombinator
ist möglich,
aber ein Hybridkombinator wird vorteilhafterweise als Kombinatorelement 221 verwendet,
was volle Frequenzhopping-Fähigkeit
ermöglicht.
Auf diese Weise können bessere Übertragungsqualität und bessere
Frequenz-Wiederverwendung in einem Mobilfunk-Kommunikationsnetzwerk
bereitgestellt werden, während dieselbe
Anzahl von Antennen beibehalten wird.
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Der
erste Empfängerteil 130 der
ersten Basiseinheit 100 empfängt Signale von der Antenne 111 über den
Diplexer DPX1 und einen Verstärker
LNA1. Ein Verteiler 140 ist in den Signalweg zwischen der Antenne 111 und
dem ersten Empfänger 130 eingefügt, um von
der Antenne 111 empfangene Signale der zweiten Spezifikation
zu extrahieren. Diese extrahierten Signale werden zum Diversity-Empfang
der zweiten Basiseinheit 200 verwendet. Ebenso ist ein Verteiler 240 zwischen
der Antenne 112 und dem ersten Empfängerteil 230 angeordnet,
um von der Antenne 112 empfangene Signale der ersten Spezifikation
zu extrahieren. Die extrahierten Signale durchlaufen Filterelement
BP1, BP2 und zusätzliche
Verstärker
LNA12, LNA22. Ein Regulierungselement A1, A2 ist eingefügt, um die
extrahierten Signale für
die weitere Verarbeitung durch die jeweiligen Empfängerteile
zu regulieren. Diese Regulierung kann mit der Verstärkung und/oder
Frequenz und/oder Phase der extrahierten Signale durchgeführt werden.
Mit einer solchen Anordnung werden mehrere Vorteile erreicht. Die
Sprachkanal-Kapazität
wird erhöht,
die Anzahl von Antennen ist dieselbe wie vor der Aufrüstung der
ersten Basiseinheit 100 durch eine zweite Basiseinheit 200,
und außerdem
bleibt der Diversity-Empfang erhalten.
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3 zeigt
eine Anordnung, die ausgehend von einer vorhandenen GSM900-Basiseinheit 100 mit
einer zweiten Basiseinheit mit GSM1800-Funktionalität bei minimalem
Ausrüstungsaufwand
aufgerüstet
wurde. Die Aufrüstung
ist bisher folgendermaßen durchgeführt worden:
Trennen einer Antenne 112 von der ersten Basiseinheit 100 und
Verbinden derselben mit der zweiten Basiseinheit 200, Einfügen von
Verteilern 140 und 240 in den Empfangszweig jeder
Basiseinheit und Hinzufügen
zweier zusätzlicher Kabel,
um die Verteiler mit den jeweiligen Empfängerteilen 150 und 250 zu
verbinden. Es ist offenkundig, dass die Antennen 111 und 112 zum
Senden von Signalen mindestens der Spezifikation der jeweiligen Basiseinheit
und zum Empfangen von Signalen beider Spezifikationen geeignet sein
müssen.
Andernfalls müssen
die Antennen durch geeignete ersetzt werden, wobei jedoch die Anzahl
von Antennen nicht erhöht
wird. Eine solche Anordnung zum Erreichen hoher Sprachkanal-Verkehrskapazität, wie in 3 gezeigt,
können
zum Beispiel Kombinationen von Basiseinheiten, wie oben beschrieben,
sowie Kombinationen von GSM900 und GSM450 oder GSM und IS136 oder
GSM und NMT oder GSM und UMTS oder GSM- und EDGE-Kombinationen sein.
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Es
gibt einen weiteren Vorteil bei der Verwendung von Kombinationen
wie zum Beispiel GSM und UMTS oder GSM und EDGE. UMTS wie auch EDGE
sind dafür
spezifiziert, hohe Datenraten zu unterstützen, verglichen mit GSM-Systemen,
die vor allem zur Unterstützung
von Sprachkanal-Verkehr entwickelt wurden. Das heißt, dass
die beschriebenen Ausführungsformen
imstande sind, gleichzeitig Sprachkanal-Verkehr und hohe Datenraten
in einem Bereich zu unterstützen.
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Die
in 3 gezeigte bevorzugte Ausführungsform kann ohne weiteres
für eine
Kombination eines GSM900- und eines UMTS-Systems verwendet werden,
um gleichzeitig Sprachkanal-Verkehr und hohe Datenraten zu unterstützen. Der
Verteiler 140, 240 muss vor dem Diplexer DPX1,
DPX2 eingefügt
werden, wenn der Diplexer nicht imstande ist, Frequenzen beider
Spezifikationen zu unterstützen. Vor
allem wenn eine vorhandene Basiseinheit 100 für GSM mit
einer zweiten Basiseinheit 200 für eine UMTS-Spezifikation aufgerüstet wird, muss der Verteiler 140 zwischen
der Antenne und dem Diplexer DPX1 eingefügt werden, weil ein Diplexer
und ein Verstärker
im allgemeinen einen begrenzten Frequenzbereich haben.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 2a gezeigt.
Hier ist die erste Basiseinheit 100 ein GSM900-System,
während
die zweite Basiseinheit 200 ein EDGE-System des gleichen Frequenzbandes
ist. In 2a ist der Verteiler 140, 240 in
einer solchen Weise angeordnet, dass er das Diversity-Signal direkt
vor dem ersten Empfängerteil 130, 230 der
Basiseinheit 100, 200 extrahiert. Dies ist möglich, weil
beide Basiseinheiten zur Unterstützung von
GSM900- bzw. EDGE-Funktionalität
dasselbe Frequenzband verwenden und die vorhandenen Elemente innerhalb
des Empfangsweges wiederverwendet werden können. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
ist die erste Basiseinheit 100 ein GSM900-System und hat einen
Filterkombinator als Kombinatorelement 121, was hohe Kapazität pro Sendeantenne 111 bei
niedriger Kombination der Signale von den Sendern Tx11–TxN1 ermöglicht.
Die zweite Basiseinheit 200 ist ein EDGE-System und verwendet
als Kombinatorelement 212 einen Hybridkombinator, was wegen
niedriger Signalverzerrung bei Methoden höherer Modulation wie 8PSK oder 16QAM
volle Frequenzhopping-Fähigkeit
für über Antenne 112 gesendete
Signale ermöglicht.
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Der
Hauptvorteil der Kombination aus einer für GSM900 spezifizierten Basiseinheit 100 und
einer zweiten für
das EDGE-System spezifizierten Basiseinheit 200 besteht
darin, dass die zweite Basiseinheit hohe Datenrate und/oder Sprachkanal-Kapazität unterstützen kann.
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Wie
oben beschrieben, ist der Kombinator 221 ein bekannter
Hybridkombinator. Ein Hybridkombinator, der in die Basiseinheit
integriert ist, die die EDGE-Spezifikation unterstützt, hat
den Vorteil, dass die Verzerrung der Signale im Vergleich zu einem
Filterkombinator niedrig ist, was höhere Datenraten bei gegebener
Streckendämpfung
zwischen der sendenden Basiseinheit und einem Teilnehmer ermöglicht.
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Die
Basiseinheit für
EDGE ermöglicht
es vorzugsweise, zwischen zwei Modulationsmodi umzuschalten, wobei
der eine GMSK für
Sprachkanal-Verkehr unterstützt
und der zweite den 8PSK-Modus für Verkehr
höherer
Datenrate unterstützt.
In diesem Fall kann die Kombination von Basiseinheiten, die für GSM900
und EDGE spezifiziert sind, einmal die Sprachkanal-Kapazität erhöhen, wenn
die EDGE-Basiseinheit
im GMSK-Modulationsmodus ist, und kann ein andermal gleichzeitig
Sprachkanal-Kapazität
und hohe Datenrate unterstützen,
wenn die EDGE-Basiseinheit im 8PSK-Modulationsmodus ist.
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2b zeigt
den Bereich, der von einer Kombination aus einer ersten für GSM900
spezifizierten Basiseinheit und einer zweiten für EDGE spezifizierten Basiseinheit
versorgt wird, wie mit Bezug auf 2a beschrieben.
In einem inneren Bereich 1' werden
gleichzeitig hohe Datenrate und hoher Sprachkanal-Kapazität unterstützt, wenn
die zweite Basiseinheit 200 im 8PSK-Modulationsmodus ist. Der
aufgerüstete
Bereich 1 außerhalb
des Bereichs 1' kann
nur mit einer GMSK-Modulation durch die zweite Basiseinheit versorgt
werden. In diesem Bereich können
Datenverkehr- und Sprachkanal-Verkehrsdienste gleich der ersten
für GSM
spezifizierten Basiseinheit 100 durch die zweite, für EDGE spezifizierte
Basiseinheit 200 erreicht werden.