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Hintergrund der Erfindung
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I. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf drahtlose Telekommunikation. Insbesondere bezieht sich
die vorliegende Erfindung auf ein Funkfrequenz-Transceiversystem zum Koppeln von Funkfrequenzsignalen
an digitale Modems, die für
drahtlose Telekommunikation verwendet werden.
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II. Beschreibung des Standes
der Technik
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Drahtlose Telefonsysteme liefern
Telefoniedienste durch Verwendung einer Teilnehmereinheit und einer
Basisstation, die miteinander unter Verwendung von Funkfrequenzsignalen
(RF Signalen) kommunizieren. Die Teilnehmereinheit sieht für ein Individuum,
genannt "Teilnehmer", eine Schnittstelle mit
der Basisstation vor, und die Basisstation sieht für die Teilnehmereinheit
eine Schnittstelle mit einem Verbindungsverarbeitungszentrum vor.
Zellulare drahtlose Telefonsysteme umfassen die Verwendung mehrerer
Basisstationen, die über
ein gegebenes Gebiet verteilt sind, wodurch es möglich wird, die Teilnehmereinheit
in einer hoch mobilen Art und Weise einzusetzen. Die Teilnehmereinheit
gleicht oft einem kompakten Telefon-Handapparat mit einer Antenne, und
wird normalerweise vom Teilnehmer während des Betriebs getragen,
um in einer vollständig
mobilen Art und Weise Telefonverbindungen aufzubauen und entgegenzunehmen.
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Digitale drahtlose Telefonsysteme
verarbeiten und Übertragen
die mit einer Kommunikationssitzung oder einer Telefonverbindung
assoziierten Daten auf verschiedene, spezialisierte Arten, um die verfügbare RF
Bandbreite (RF = radio frequency, Funkfrequenz) effizienter als
analoge drahtlose Telefonsysteme auszunutzen. Um diese Verarbeitung
zu erreichen, umfaßt
die Teilnehmereinheit für
ein digitales drahtloses Telefonssystem ein Modem, das sowohl Sprache
als auch Dateninformationen zwischen analogen und digitalen Signalformaten
konvertiert. und ein RF Transceiversystem, welches eine Antenne
und eine RF Signalverarbeitungsschaltung aufweist. Das Modem ist eingerichtet
zum korrekten Demodulieren von Signalen, die durch das Transceiversystem
geliefert werden, und die in einem Bereich von Dezibel (dB) Pegeln
liegen, die mit dem Bereich von Entfernungen von der Basisstation
korrespondieren, vom welchem erwartet wird, daß die Teilnehmereinheit darin
arbeitet.
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Digitale drahtlose Telekommunikationssysteme
mit Codevielfachzugriff (CDMA = Code Division Multiple Access),
in der Technik wohlbekannt, plazieren die für die Kommunikation verwendeten
RF Signale in eine Spreizspektrum-Wellenform durch Anwendung eines
Spreizcodes, um die RF Bandbreiteneffizienz des Systems noch weiter
zu steigern. In einigen CDMA digitalen drahtlosen Telekommunikationssystem
wird die Stärke
des ausgehenden Signals mit der Zeit in einer genau überwachten
Art grundlegend variiert, um die Interferenz zwischen den von verschiedenen
Teilnehmereinheiten erzeugten RF Signalen zu reduzieren. Dies erlaubt
das Ausführen der
maximalen Anzahl von Kommunikationssitzungen über eine gegebene RF Bandbreite.
Aufgrund des hohen Betrags der Leistungsvariation wird allerdings
auch eine Leistungsbegrenzung durchgeführt, um sicherzustellen, daß das Transceiversystem
nicht durch Überlastung
beschädigt
wird. Eine Implementierung einer solchen Leistungsbegrenzung ist
beschrieben in der US Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/203,151
mit dem Titel "Reverse
Link, Transmit Power Correction an Limitation in a Radiotelephone
System", eingereicht
am 3. März
1993 und dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen.
Sowohl die Funktion zur Leistungsbegrenzung als auch die Funktion
zu Leistungssteuerung setzen voraus, daß das Modem und das RF Transceiversystem
mittels verschiedener Steuersignale verbunden sind, da beide eine
Rolle beim Bestimmen der Stärke
des ausgehenden RF Signals spielen.
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Das Transceiversystem und das Modem,
die eine Teilnehmereinheit für
ein digitales drahtloses Telefonsystem bilden, befinden sich während des
Betriebs im Allgemeinen nah beieinander. Dies wird hauptsächlich gemacht,
um die Teilnehmereinheit für den
Zweck der Mobilität
kompakt zu halten, was traditionell der Hauptvorteil drahtloser
Telefonsysteme ist. Andere Vorteile werden allerdings durch die
kompakte Anordnung ebenfalls erreicht. Ein Vorteil liegt darin,
daß die
Empfindlichkeit der Teilnehmereinheit gegenüber Veränderun gen in der Umgebung verringert
wird, indem die Länge
der Verbindungen zwischen den Systemen, die die Teilnehmereinheit
bilden, klein gehalten wird. Dies verringert die Sorge, daß diese
Umgebungsparameter die Leistungsfähigkeit der Teilnehmereinheit
beeinflussen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Signalverarbeitungsschaltung
innerhalb des Transceiversystems nahe der Antenne liegt. Dies erlaubt
die Verarbeitung des eingehenden Signals bzw. des Empfangssignals
(Rx) nach Empfang durch die Antenne mit geringstmöglichem Signalverlust
und geringstmöglicher
Rauscheinschleppung. Schließlich
ermöglicht
das Kompakthalten der Teilnehmereinheit den Austausch von Steuersignalen
zwischen dem Modem und dem Transceiversystem. Dies erlaubt die Kooperation
der beiden Systeme beim Ausführen
verschiedener Funktionen einschließlich der Funktion zur Leistungsbegrenzung,
wie oben im Kontext eines CDMA drahtlosen Telefonsystems beschrieben.
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Allerdings liefert eine kompakte
Konfiguration der Teilnehmereinheit nicht notwendigerweise eine
optimale Übertragung
und einen optimalen Empfang der RF Signale, die für das Durchführen der drahtlosen
Kommunikation verwendet werden. Dies liegt daran, daß sich die
Teilnehmereinheit während der
Benutzung normalerweise nahe am Teilnehmer befindet und der Teilnehmer
sich oft ein einer für
den Empfang und das Senden von RF Signalen schlechten Position befindet,
etwa innerhalb eines Gebäudes
oder hinter einem Berg. Diese nicht-optimale Plazierung des Transceiversystems
wird allerdings aufgrund der verschiedenen, durch die kompakte Konfiguration
der Teilnehmereinheit erzeugten und oben beschriebenen Vorteile,
einschließlich
Mobilität,
toleriert.
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In einigen drahtlosen Telekommunikationssystemen
ist Mobilität
allerdings nicht von vordergründiger
Bedeutung. Ein solches System ist beschrieben in der ebenfalls anhängigen US
Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/384,291 mit dem Titel "Concentrated Subscriber
System for Wireless Local Loop",
eingereicht am 31. Januar 1995 und dem Rechtsnachfolger der vorliegenden
Erfindung zugewiesen. Das konzentrierte Teilnehmersystem liefert
drahtlose Telefoniedienste zu reduzierten Kosten im Vergleich zu älteren drahtlosen
Telefonsystemen, indem es mehreren Teilnehmern erlaubt, sich mit
einer Basisstation über
RF Signale unter Verwendung eines Satzes ge meinsam verwendeter Modems und
eines Transceiversystems zu verbinden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die im Teilnehmersystem verwendeten Modems gleich oder ähnlich denen
der Teilnehmereinheiten des Standes der Technik, so daß die Entwicklungskosten
des konzentrierten Teilnehmersystems reduziert werden. Das konzentrierte
Teilnehmersystem wird während
des Einsatzes an einem festen Ort plaziert, der innerhalb eines
gleich großen
oder größeren Bereiches
von Entfernungen von der Basisstation sein kann wie jene für eine mobile
Teilnehmereinheit des Standes der Technik zutreffenden. Dies liegt
daran, daß die konzentrierte
Teilnehmereinheit dafür
vorgesehen ist, preiswerte, nicht-mobile Telefoniedienste sowohl
in Gebieten zu liefern, in denen mobile Telefoniedienste verfügbar sind,
als auch in Gebieten, in denen mobile Telefoniedienste nicht verfügbar sind
und somit sowohl für
Gebiete, in denen eine Basisstation in der Nähe ist, als auch für Gebiete,
in denen eine Basisstation nicht in der Nähe ist. Im bevorzugten Ausführungs-
beispiel beinhaltet das konzentrierte Teilnehmersystem die Verwendung
von CDMA drahtloser Telefonsystem-Technologie.
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Da das konzentrierte Teilnehmersystem während der
Verwendung nicht mobil ist, besteht keine Notwendigkeit für Kompaktheit
wie im Fall der mobilen Teilnehmereinheit des Standes der Technik. Folglich
kann der Empfang des konzentrierten Teilnehmersystems verbessert
werden, indem die Antenne abseits des Teilnehmers an einem Ort positioniert
wird, welcher verbesserte RF Signalsende- und Signalempfangseigenschaften
aufweist. Damit eine solche Anordnung in einer digitalen drahtlosen
Umgebung korrekt arbeiten kann, ist es allerdings wünschenswert.
verschiedene zusätzliche
Vorteile der kompakten Systeme in dieser weniger kompakten Anordnung
zu bewahren. Diese Vorteile beinhalten den vereinfachten Austausch
von Steuersignalen zwischen dem Transceiversystem und dem Modemsystem,
die nahe Plazierung der RF Signalverarbeitungsschaltung zur Antenne
innerhalb des Transceiversystems sowie die Fähigkeit, unter variierenden Umweltbedingungen
zu arbeiten. Es ist daher wünschenswert,
ein Transceiversystem vorzusehen, welches diese Vorteile liefert
und gleichzeitig das optimale Plazieren der Antenne erlaubt. Da
das konzentrierte Teilnehmersystem zu Kostenreduzierung im bevorzugten
Ausführungsbeispiel
die digitalen Modems einer herkömmlichen
mobilen Teil nehmereinheit verwendet, jedoch im Betrieb in einem
erweiterten Bereich von Entfernungen von der Basisstation positioniert
sein kann, ist es außerdem
wünschenswert,
daß das
Transceiversystem die Stärke
des Rx Signals an den Bereich von Dezibel Pegeln anpaßt, für welche
die Modems ursprünglich
entworfen wurden, so daß die
Verarbeitung der Signale durch die Modems korrekt erfolgen kann.
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EP-A-0,622,907 beschreibt eine Prozedur für das Verwenden
eines Funktelefons mit externen Verstärkermitteln für das Empfangen,
Verstärken
und Übertragen
eines Funkfrequenz-Empfangssignals an das Funktelefon, wobei in
dem Funktelefon ein Empfangsfrequenzsignal an einen Front-End-Verstärker geliefert
wird. Wenn die externen Verstärkermittel
mit dem Funktelefon verbunden sind, wird der Front-End-Verstärker umgangen,
oder seine Verstärkung
wird so eingestellt, daß sie
geringer ist. Das Steuersignal ist vorzugsweise ein Spannungssteuerungssignal
mit Gleichspannungsfrequenz oder niedriger Frequenz, erzeugt durch
die Verstärkermittel, welches
durch die Verstärkermittel
zu dem Empfangssignal addiert wird und im Funktelefon vom Empfangssignal
in ein Steuersignal des Front-End-Verstärkers separiert wird. GB-A-2,253,119
beschreibt einen Telekommunikationsadapter, welcher es einem (orts)festen
Telefonsystem, das für
den Betrieb im öffentlichen
leitungsvermittelnden Telefonnetzwerk (PSTN = Public Switched Telephone
Network) angepaßt
ist, erlaubt, über ein
Funk-Telekommunikationsnetzwerk zu arbeiten. Das feste Telekommunikationssystem
ist für
den Betrieb über
ein persönliches
Kommunikationsnetzwerk (PCN = Personal Communications Network) angepaßt. Die
Verbindung der Drahtschleife des festen Telefonssystems zum PSTN
wird am Übergabepunkt zum
Teilnehmer aufgetrennt, und ein Telekommunikationsadapter wird in
die Drahtschleife eingebunden. Der Adapter weist eine Antenne zum Übertragen
und Empfangen von Funksigna- len von und zum PCN auf.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ausgehend von Vorstehendem wird ein Transceiversystem
für das
drahtlose konzentrierte Teilnehmersystem für Telefonie beschrieben, welches
die Pla zierung einer Antenne an einem Ort mit optimalem Empfang
erlaubt und mit existierenden oder minimal modifizierten digitalen
Modems verbunden werden kann. Das Transceiversystem weist folgendes
auf: eine Antenne, ein Antennen-Schnittstellensystem bzw. ein Antennen-Interfacesystem
und ein Modem-Schnittstellensystem
bzw. ein Modem-Interfacesystem, separiert durch ein Koaxialkabel.
Die Antenne wird an einem Ort plaziert, welcher optimalen Empfang
aufweist, beispielsweise auf dem Dach eines Gebäudes, und in der Nähe des Antennen-Schnittstellensystems.
Das Koaxialkabel koppelt das Antennen-Schnittstellensystem mit dem Modem-Schnittstellensystem,
welches im Gebäude
angeordnet ist, so daß es
für Zwecke
der Wartung und Konfiguration leicht zugänglich ist, und so daß es mit dem
Rest des konzentrierten Teilnehmersystems gekoppelt werden kann.
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Um die Verwendung von Modems, die
für die Verwendung
in herkömmlichen
mobilen Teilnehmereinheiten konzipiert wurden, für die Demodulation der durch
die Antenne empfangenen RF Signale zu ermöglichen, weist das Modem-Schnittstellensystem einen
variablen Dämpfer
bzw. Abschwächer
(attenuator) mit zwei Zuständen
und ein Dämpfungsregister auf,
die so konfiguriert sind, daß sie
die Stärke
des eingehenden Signals entweder reduzieren, wenn sich das konzentrierte
Teilnehmersystem nahe einer Basisstation befindet, oder das eingehende
Signal ohne Dämpfung
durchleiten, wenn sich die konzentrierte Teilnehmereinheit an einem
weiter entfernten Ort befindet. Sobald das konzentrierte Teilnehmersystem
installiert wurde, stellt ein Signalverlust-Detektierungssystem den Signalverlust
fest, dem das "Empfangs" Signal (Rx, "receive") unterliegt, bevor es
an die Modems weitergeleitet wird, und dem das Sendesignal (Tx, "transmit") unterliegt, bevor
es an die Antenne geleitet wird, abhängig von Änderungen der Umgebungsbedingungen.
Das Signalverlust-Detektierungssystem weist einen Detektor auf,
der in dem Modem- Schnittstellensystem angeordnet ist und der ein
oszillierendes Signal empfängt,
welches vom Antennen-Schnittstellensystem über das Koaxialkabel übertragen
wird, und ein Dämpfungsglied, welches
durch den Detektor gesteuert wird. Ein differentieller Integrator
innerhalb des Signalverlust-Detektierungssystems bestimmt die Differenz
zwischen dem oszillierenden Signal und einem entsprechenden Referenzwert,
so daß der
Verlust, dem die Signale Rx und Tx unterliegen, konstant bleibt
oder "normalisiert" wird.
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Zusätzlich wird über das
Koaxialkabel Gleichstromleistung (DC power) vom dem Modem-Schnittstellensystem
an das Antennen-Schnittstellensystem übertragen, so daß das Antennen-Schnittstellensystem
einfach installiert und positioniert werden kann, und zwar ausschließlich unter Berücksichtigung
des optimalen Empfangs, unabhängig
von der Verfügbarkeit
einer Stromversorgung. Das Antennen-Schnittstellensystem ermöglicht es mehreren
Modems, ein Signal unter Verwendung eines einzigen Leistungsverstärkers zu
erzeugen, indem es ein Maximalleistungs-Begrenzungssystem aufweist,
welches detektiert, wenn das erzeugte Signal die Kapazität des Übertragungsleistungsverstärkers überschreitet
und welches ansprechend darauf ein Alarmsignal an das Modem-Schnittstellensystem überträgt, so daß das Modem-Schnittstellensystem dem
Rest des konzentrierten Teilnehmersystems signalisieren kann.
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Gemäß eines ersten Aspekts der
vorliegenden Erfindung wird somit ein draht loses Telefon-Transceiversystem
vorgesehen, das folgendes aufweist: Mittel zum Empfangen und Senden
bzw. Übertragen
von Funkwellensignalen; erste Mittel zum Verarbeiten der Funkwellensignale,
die an die Mittel zum Empfangen und Senden gekoppelt sind, um die Funkwellensignale
in einem für
die Übertragung
geeigneten Zustand zu bringen, wobei die ersten Mittel folgendes
aufweisen: Mittel zum Verstärken
der Funkwellensignale mit einer minimalen Rauscheinschleppung bzw.
Rauschbeifügung,
und zwar nachfolgend zu deren Empfang durch die Mittel zum Empfangen
und Senden der Funkwellensignale, und Leistungsverstärkermittel,
die an die Mittel zum Empfangen und Senden der Funkwellensignale
gekoppelt sind, und zwar zum Erzeugen eines abgehenden Funkfrequenzsignals
für die Übertragung
durch die Mittel zum Empfangen und Senden der Funkwellensignale;
ein leitendes Kabel für
die Verbreitung bzw. Weiterleitung der Funkwellensignale, wobei
das leitende Kabel ein erstes Ende und ein zweites Ende hat und
wobei das erste Ende an die ersten Mittel zum Verarbeiten gekoppelt
ist; zweite Mittel zum Verarbeiten der Funkwellensignale, die an
das zweite Ende des leitenden Kabels gekoppelt sind, welche die
Funkwellensignale in einen Zustand für die Demodulation versetzen.
Das System zeichnet sich dadurch aus, daß die ersten Mittel ferner
folgendes aufweisen: variable Dämpfungsmittel,
die an die Leistungsverstär-
kermittel gekoppelt sind, zum Dämpfen des
ausgehenden Funkwellensignals vor der Übertragung und Leistungsausgabe-Detektionsmittel
zum Steuern der variablen Dämpfungsmittel
durch Erzeugen und Anlegen eines Dämpfungssignals an die variablen
Dämpfungsmittel,
wenn die Leistungsverstärkermittel
ein Signal mit einem Leistungspegel erzeugen, der größer ist
als ein vorbestimmter Pegel; dritte Mittel, die an das leitende
Kabel gekoppelt sind, zum Einspeisen eines ersten oszillierenden
Signals in das leitende Kabel und zum Bestimmen eines Betrages eines
Signalverlusts, dem das erste oszillierende Signal unterliegt, wenn
es über
das leitende Kabel übertragen
wird; und vierte Mittel zum Erzeugen eines zweiten oszillierenden
Signals ansprechend auf das Dämpfungssignal,
wobei die vierten Mittel an die Leistungsausgabe-Detektionsmittel und an das leitende
Kabel gekoppelt sind und wobei das zweite oszillierende Signal über das
leitende Kabel gesendet wird, um für die weitere Steuerung des
Leistungspegels des Signals, welches durch die Leistungsverstärkermittel
erzeugt wird, eingesetzt zu werden.
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Gemäß eines zweiten Aspekts der
vorliegenden Erfindung wird ein konzentriertes Teilnehmer-Transceiversystem
vorgesehen, welches ein drahtloses Telefon-Transceiversystem gemäß des ersten
Aspekts der Erfindung und eine Bank von Modems bzw. eine Modembank
aufweist, wobei das Modem-Schnittstellensystem
an die Modembank gekoppelt ist und wobei das Modem-Schnittstellensystem angeordnet
ist für
die Verarbeitung von Funkfrequenzsignalen, die von der Modembank
empfangen werden, für
die Übertragung
zu dem Antennen-Schnittstellensystem und für die Verarbeitung von Funkfrequenzsignalen,
die von dem Antennen-Schnittstellensystem empfangen wurden, für die Übertragung
zu der Modembank.
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Gemäß eines dritten Aspekts der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verarbeiten von Funkfrequenzsignalen
vorgesehen, welches folgende Schritte aufweist: Empfangen eines
Funkfrequenzsignals durch Empfangen des Funkfrequenzsignals mittels
einer Antenne, Verstärken
des Funkfrequenzsignals mittels eines Verstärkers mit niedrigem Rauschen,
Weiterleiten des Funkfrequenzsignals und eines ersten oszillierenden
Signals über
ein lei tendes Kabel, Bestimmen eines Betrages eines Signalverlustes,
hervorgerufen durch das leitende Kabel, mittels des ersten oszillierenden
Signals und Dämpfen
des Funkfrequenzsignals basierend auf dem Betrag des Signalver-
lusts, und Senden eines Funkfrequenzsignals durch Erzeugen eines
Ausgabesignals für
die Übertragung
durch die Antenne mittels eines Leistungsverstärkers und Erzeugen eines zweiten
oszillierenden Signals für
die Übertragung über das
leitende Kabel, wenn der Leistungsverstärker ein Signal mit einem Leistungspegel
erzeugt, welcher größer ist
als ein vorbestimmter Pegel, wobei das zweite oszillierende Signal
für die
Verwendung bei der weiteren Steuerung des Leistungspegels des Signals
erzeugt wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die Merkmale, Gegenstände und
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der untenstehenden
detaillierten Beschreibung deutlicher bei Betrachtung im Zusammenhang
mit den Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszeichen durchweg gleiche Merkmale
bezeichnen, und worin:
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1 ein
Diagramm eines zellularen Telefonsystems ist, welches in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung konfiguriert ist;
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2 ein
Blockdiagramm eines konzentrierten Teilnehmer-Systemcontrollers
ist, der in Übereinstimmung
mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
der Erfindung konfiguriert ist;
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3 ein
Blockdiagramm eines Antennen-Schnittstellensystems und einer Antenne
ist, die in Übereinstimmung
mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
der Erfindung konfiguriert sind; und
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4 ein
Blockdiagramm eines Modem-Schnittstellensystems ist, das in Übereinstimmung
mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der
Erfindung konfiguriert ist.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Ein Verfahren und eine Anordnung
zum Vorsehen einer Funkfrequenzschnittstelle für ein konzentriertes Teilnehmersystem
werden beschrieben. Die fol gende Beschreibung erfolgt im Kontext
eines digitalen zellularen Telefonsystems mit Codevielfachzugriff.
Es ist für
Jene mit Fachkenntnissen leicht ersichtlich, daß Ausführungsbeispiele der Erfindung
in einer Vielzahl von funk- basierten drahtlosen Telekommunikationssystemen,
die digitale oder analoge Modulation für einzelne oder mehrere Basisstationen oder
satellitengestützte
Gateways verwenden, praktiziert werden können. Ferner ist, obgleich
ein Koaxialkabel in der folgenden Beschreibung verwendet wird, die
Verwendung anderer drahtbasierter Übertragungsmedien offensichtlich.
In verschiedenen anderen Fällen
wird eine variable Dämpfung
bestimmter Signale ausgeführt,
um einen gewünschten
Dezibel Pegel zu erreichen. Es ist selbstverständlich, daß eine variable Verstärkung dieser
Signale angewendet werden kann, um gleichwirkende Ergebnisse zu erzielen.
Ferner wird in der folgenden Beschreibung eine Vielzahl von wohlbekannten
Systemen und Schnittstellen in Blockform dargestellt. Dies dient
der Vermeidung unnötiger
Verfremdung der Offenbarung der vorliegenden Erfindung.
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1 ist
ein Blockdiagramm eines zellularen Telefonsystems, welches in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Eine Basis-Transceiverstation 102 überträgt und empfängt Funkfrequenz-Signale
(RF Signale) zu und von entfernten Kommunikationseinheiten 100 und 112.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden diese RF Signale in Übereinstimmung mit
den CDMA Spreizspektrum-Verfahren moduliert, welche in US Patent
Nummer 4,901,307 ('307)
mit dem Titel "Spread
Spectrum Multiple Access Communication System Using a Satellite
or Terrestrial Repeater" und
in US Patent Nummer 5,103,459 ('459) mit
dem Titel "System
and Method for Generating Signal Wave Forms in a CDMA Cellular Telephone
System", zugewiesen
an QUALCOMMTM Incorporated, sowie in der Spezifikation IS-95 der
Telecommunication Industry Association (2001 Pennsylvania Avenue,
Suite 800, Washington, DC 20006) mit dem Titel "Mobile Station-Base Station Compatibility
Standard for Dual Mode Wideband Spread Spectrum Cellular Systems" (IS-95) beschrieben
sind. Die Basis-Transceiverstation 102 ist
zusätzlich
mit einem Basisstation-Controller (BSC) 104 verbunden,
und zwar unter Verwendung einer beliebigen einer Vielzahl von Möglichkeiten,
einschließlich
Mikrowellenverbindung, Erdbasis- Drahtverbindungen,
Faseroptisches Kabel oder einer Kombination dieser Möglichkeiten.
Der BSC 104 ist mit dem öffentlichen Telefonvermittlungsnetzwerk
(PSTN) 106 mittels einer Mobiltelefon-Vermittlungsstelle
(MSC = Mobile Switching Center) 105 verbunden, was die
Herstellung einer Vielzahl von Kommunikationssitzungen oder Telefonverbindungen
zwischen der Basis-Transceiverstation 102,
einer Basis-Transceiverstation 110 und anderen Basis-Transceiverstationen 108 ermöglicht.
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Die Basis-Transceiverstation 110 ist
mit dem BSC 104 in einer ähnlichen Weise wie die Basis-Transceiverstation 102 verbunden
und kommuniziert mit einer entfernten Kommunikationseinheit 112 und
einem konzentrierten Teilnehmersystem (CSS = Concentrated Subscriber
System) 113 mittels RF Signalen, welche in Übereinstimmung
mit den oben genannten Patenten '459
und '307 und der
Spezifikation IS-95 moduliert werden. Innerhalb des CSS 113 sind Teilnehmereinheiten 116(1)
bis (50) mit einem CSS Controller 114 gekoppelt, welcher
die Schnittstellenfunktion mit der Basis-Transceiverstation 110 ausführt. Die
Teilnehmereinheiten 116(1) bis (50) werden in einer ähnlichen
Weise wie Standardtelefone benutzt, um Telefonverbindungen zu initiie-
ren und zu empfangen und können
in einigen Fällen
herkömmliche
drahtbasierte, pulscodemodulierte Telefonapparate oder andere Typen
von Telefonapparaten mit Mikrofon und Lautsprecher sein. Obgleich
der CSS Controller 114 mit einer direkten Verbindung zu
den Teilnehmereinheiten 116 dargestellt ist, werden alternative
Verfahren für
den Informationsaustausch betrachtet, einschließlich einer vereinfachten Form
von funkwellenbasierter Kommunikation. Ferner können alternative Anzahlen von
Teilnehmereinheiten 116 mit dem CSS Controller 114 gekoppelt
sein als die dargestellten fünfzig
Einheiten.
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2 ist
ein Blockdiagramm des CSS Controllers 114 aus 1, konfiguriert in Übereinstimmung
mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der
Erfindung. Ein Antennen-Interfacesystem bzw. ein Antennen-Schnittstellensystem 270 überträgt und empfängt Spreizband-modulierte
RF Signale von und zur Basis-Transceiverstation 110 aus 1 über eine Antenne 250.
Die empfangenen Signale werden mittels eines Koaxialkabels 251 und
eines Modem-Interfacesystems
bzw. eines Modem-Schnittstellensystems 252 an eine Mo dembank 260 geliefert,
welche aus Modems 262(1) bis (16) besteht. Die übertragenen
Signale werden durch die Modembank 260 erzeugt und durch
das Modem-Schnittstellensystem 252 und das Koaxialkabel 251 an
das Antennen-Schnittstellensystem 270 übertragen,
welches die Signale an die Antenne 250 liefert. Ein Multiplexersystem 266 koppelt
Teilnehmerleitungen 256(1) bis (50) mit den Modems 262(1)
bis (16) der Modembank 260. Ein Steuersystem 254 empfängt und
liefert Informationen zur Modembank 260 und steuert das Multiplexersystem 266 unter
Verwendung von in einem Speicher-Subsystem 253 gespeicherten
Informationen. Der Betrieb und die Konfiguration des Steuersystems 254,
der Modems 262 und des Multiplexersystems 266 sind
in der oben genannten, ebenfalls anhängigen Anmeldung "Concentrated Subscriber
System for Wireless Local Loop" beschrieben.
Obgleich sechzehn Modems dargestellt sind, ist die Verwendung verschiedener
Anzahlen von Modems konsistent mit dem Betrieb der Erfindung.
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3 ist
ein Blockdiagramm des Antennen-Schnittstellensystems 270,
wenn in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung konfiguriert. Ein Duplexer 302 ist mit dem
Eingang eines Verstärkers 304 mit
niedrigem Rauschen (low noise amplifier) und dem Ausgang eines Kopplers 305 sowie
mit der Antenne 250 verbunden. Ein Duplexer 312 ist
mit dem Ausgang des Verstärkers 304 mit
niedrigem Rauschen und dem Eingang eines variablen Dämpfungsgliedes
bzw. variablen Dämpfers 313 sowie
mit dem Koaxialkabel 251 verbunden. Ein Übertragungsleistungsverstärker 306 ist
zwischen dem Koppler 305 und dem variablen Dämpfer 313 plaziert.
Ein Detektor 307 ist mittels des Kopplers 305 mit
dem Ausgang des Übertragungsleistungsverstärkers 306 und
mit dem Eingang eines differentiellen Integrators 309,
an dessen anderen Eingang eine Referenzspannung angelegt ist, verbunden.
Die Ausgabe des differentiellen Integrators 309 wird an
den Steuereingang des variablen Dämpfers 313 und an einen
Niederfrequenz-Oszillator 316 angelegt. Eine Induktivität bzw. Spule 322 verbindet
den Niederfrequenz-Oszillator 316 und ein Leistungsverteilungssystem 300 mit
dem Koaxialkabel 251. Ein Hochfrequenz-Oszillator 325 ist
mittels einer Kapazität
bzw. eines Kondensators 321, eines Widerstands 329 und eines
Tiefpaß-Filters 330 mit
dem Koaxialkabel 251 gekoppelt. Der Leistungsverstärker 306 und
der Verstärker 304 mit niedrigem
Rauschen können
durch eine Reihe von Verstärkerschaltungen
und Filterschaltungen gebildet werden, die an verschiedenen Stellen
innerhalb des Signalpfads angeordnet sind, jedoch zur Vereinfachung
der Darstellung als einheitliches System gezeigt sind.
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Während
des Betriebs wird ein durch die Antenne 250 empfangenes
Empfangssignal (Rx Signal) an den Duplexer 302 geleitet,
welcher das Trägersignal
an den Verstärker 304 mit
niedrigem Rauschen weiterleitet. Der Verstärker 304 mit niedrigem
Rauschen verstärkt
das relativ schwache Rx Trägersignal auf
einen Dezibel Pegel, der größer ist
als der Dezibel Pegel, welcher durch eines der Modems 262 geeignet
demoduliert wird, und zwar um einen Betrag, der zumindest so groß wie der
maximale erwartete Signalverlust ist, der durch das Koaxialkabel 251 und etwaige
andere Zwischenschaltungen hervorgerufen wird. Das verstärkte Rx
Trägersignal
wird anschließend
durch den Duplexer 312 und das Koaxialkabel 251 an
das Modem-Schnittstellensystem 252 (2) geleitet. Ausgehende
oder Übertragungsbzw.
Sendesignale (Tx Signale), die von dem Modem-Schnittstellensystem 252 durch
das Koaxialkabel 251 übertragen
werden, werden durch den Duplexer 312 an den variablen
Dämpfer 313 geleitet,
welcher das Signal an den Leistungsverstärker 306 leitet. Das
resultierende verstärkte
Signal, erzeugt am Ausgang des Leistungsverstärkers 306, wird durch
den Koppler 305 und den Duplexer 302 an die Antenne 250 geleitet,
von wo aus es an die Basis-Transceiverstation 110 aus 1 übertragen wird.
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Der Detektor 307 empfängt ein
Signal vom Koppler 305, welches prinzipiell proportional
zum Tx Trägersignal
am Ausgang des Leistungsverstärkers ist
und ermittelt eine proportionale DC Spannung bzw. Gleichspannung,
welche an den differentiellen Integrator 309 angelegt wird.
Obwohl die Verwendung einer proportionalen Beziehung zwischen den Signalen
am Eingang und Ausgang des Detektors 307 bevorzugt ist,
können
andere Beziehungen, welche die durch den Leistungsverstärker 306 erzeugte Leistung
anzeigen, ebenfalls angewendet werden und werden Jenen mit Fachkenntnissen
leicht ersichtlich sein. Der differentielle Integrator 309 erzeugt ein
weiteres Gleichspannungssignal bzw. DC Spannungssignal basierend
auf der Differenz zwischen der Gleichspannung vom Detektor 307 und
der Referenzspannung. Falls die Spannung vom Detektor 307 geringer
ist als die Referenzspannung, wird die zweite Gleichspannung vom
differentiellen Integrator 309 auf einen ersten Pegel gesetzt,
welcher im bevorzugten Ausführungsbeispiel
elf Volt beträgt,
wobei ein beliebiger anderer Spannungspegel einfach substituiert
werden kann. Sobald die Gleichspannung vom Detektor 307 die
Referenzspannung übersteigt,
beginnt die Gleichspannung vom differentiellen Integrator 309,
in Proportion zu der Differenz zwischen der Gleichspannung vom Detektor 307 und
der Referenzspannung geringer zu werden. Wiederum ist die Anwendung
einer proportionalen Beziehung zwischen den Eingaben und der Ausgabe
des Systems, in diesem Fall des differentiellen Integrators 309,
bevorzugt, jedoch nicht notwendig, und andere Beziehungen zwischen
den Eingängen
und den Ausgängen
des differentiellen Integrators 309, welche ähnliche
Ergebnisse liefern, werden Jenen mit Fachkenntnissen leicht ersichtlich
sein.
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Der variable Dämpfer 313 reagiert
auf diesen durch den differentiellen Integrator 309 festgelegte Verringerung
der Spannung, indem dem Übertragungssignal,
welches vom Duplexer 312 empfangen wurde, eine Dämpfung aufgeprägt wird.
Diese Dämpfung
wird erhöht
in Proportion zu dem Betrag, um den sich die Spannung, die durch
den differentiellen Integrator 309 festgelegt wird, verringert.
Wenn die Gleichspannung vom differentiellen Integrator 309 an-
fängt,
unter elf Volt zu fallen, beginnt außerdem der Niederfrequenz-Oszillator 316 mit
dem Erzeugen eines niederfrequenten Signals, welches durch die Induktivität bzw. Spule 322 und
das Koaxialkabel 251 an das Modem-Schnittstellensystem 252 übertragen wird.
Dieses niederfrequente Signal bildet ein Leistungs-Alarmsignal,
welches durch das Modem-Schnittstellensystem 252 und das
Steuersystem 254 genutzt wird, um weitere Leistungssteuerfunktionen
auszuführen.
Verschiedene alternative Verfahren zum Ausführen dieser Rückkoppelschleife, neben
der Verwendung einer Verringerung der Gleichspannung von differentiellen
Integrator 309 zum Bewirken einer Erhöhung des durch den variablen
Dämpfer 309 aufgeprägten Dämpfungsbetrags, werden
Jenen mit Fachkenntnissen leicht ersichtlich sein. Folglich wird
die Leistung des Ausgabesignals vom Leistungsverstärker 306 bei
einem vorbestimmten Maximum gehalten, und es wird somit verhindert, daß der Lei- stungsverstärker 306 einen
Ausgabeleistungspegel erzeugt, der jenseits dieses vorbestimmten
Maximums liegt.
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Der Hochfrequenz-Oszillator 325 erzeugt ständig ein
Signalverlust-Detektionssignal, welches eine Frequenz aufweist,
die nahe der Frequenzen der Signale Rx und Tx liegt, über welche
mehrere Telefonverbindungen und andere Kommunikationssitzungen befördert werden.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
sollte diese Frequenz hinreichend nahe der Signale Rx und Tx liegen,
so daß das
Frequenzverlust-Detektionssignal einem Signalverlust unterliegt,
der ähnlich
dem Verlust ist, dem die Signale Rx und Tx unterliegen, wenn sie über das
Koaxialkabel 251 übertragen
werden. Andererseits ist die Verwendung von Signalverlust-Detektionssignalen, deren
Frequenz nicht nahe der Frequenz der Signale Rx und Tx liegt, ebenfalls
konsistent mit der vorliegenden Erfindung. Die Stärke des
Signalverlust-Detektionssignals wird außerdem streng überwacht,
damit der Betrag des Verlusts, dem es bei der Übertragung über das Koaxialkabel unterliegt,
gemessen werden kann. Das Signalverlust-Detektionssignal wird durch das Tiefpaß-Filter 330,
den Kondensator 321 und den Widerstand 329 zum
Koaxialkabel 251 übertragen,
welches das Signal an das Modem-Schnittstellensystem 252 weiterleitet.
Das Leistungsverteilungssystem 300 empfängt eine Gleichspannung vom
Modem-Schnittstellensystem 252 über das Koaxialkabel 251 und
verteilt die Leistung an die verschiedenen anderen Systeme, die
das Antennen-Schnittstellensystem 270 bilden, und zwar über Verbindungen,
die zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt sind.
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4 ist
ein Blockdiagramm des Modem-Schnittstellensystems 252,
wenn es in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung konfiguriert ist. Das verstärkte Rx Signal vom Antennen-Schnittstellensystem 270 aus 3 wird durch das Koaxialkabel 251 durch
eine Kapazität bzw.
einen Kondensator 352 an ein variables Dämpfungsglied
bzw. einen variablen Dämpfer 350 geleitet.
Das Signal vom Dämpfer 350 durchläuft anschließend einen
Koppler 355, ein Dämpfungsglied
bzw. einen Dämpfer 354,
einen Duplexer 356 und erreicht einen Verstärker 358 mit
niedrigem Rauschen (low noise amplifier). Der Verstärker 358 mit
niedrigem Rauschen verstärkt
das Signal und liefert es an einen Splitter 360, welcher
es in vier Signale aufteilt, welche an vier Modemsysteme (nicht
dargestellt) geliefert werden, welche jeweils vier Modems aufweisen, die
dann die sechzehn Modems der Modembank 260 bilden. Die
Tx Signale der vier Modemsysteme, welche die Modembank 260 aus 2 bilden, werden durch einen
Summierer 362 kombiniert und durch einen Leistungsverstärker 364 geleitet,
welcher sie verstärkt,
und durch den Duplexer 356, den variablen Dämpfer 354,
den Koppler 355 und den Dämpfer 350. Das resultierende
Tx Signal wird anschließend durch
den Kondensator 352 und das Koaxialkabel 251 an
das Antennen-Schnittstellensystem 270 geleitet. Ein Leistungserzeugungssystem 380 ist
mit dem Koaxialkabel 251 durch eine Induktivität bzw. Spule 382 gekoppelt.
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Ein Bandpaß-Filter 366 empfängt ein
Signal vom Koppler 355, welches proportional zu dem Signal
am Ausgang des Dämpfers 350 ist
und filtert den Hauptteil des Rauschens und der Signalanteile, die nicht
die Frequenz des durch den Hochfrequenz-Oszillator 325 aus 3 aufweisen, heraus. Dadurch wird
das Signal vom Hochfrequenz-Oszillator 325 an einen Detektor 368 geleitet,
welcher eine korrespondierende Gleichspannung erzeugt, welche an
den Eingang eines differentiellen Integrators 370 angelegt
wird. Der differentielle Integrator 370 erzeugt eine Gleichspannung
basierend auf der Differenz zwischen der Spannung vom Detektor 368 und
der Referenzspannung, die an seinem anderen Eingang angelegt wird,
und legt die erzeugte Gleichspannung an den variablen Dämpfer 350 an.
Das Signal vom differenti- eilen Integrator 370 veranlaßt den variablen
Dämpfer 350,
die Stärke
des Trägersignals
vom Antennen-Schnittstellensystem 270 entsprechend zu reduzieren,
so daß der
durch das Koaxialkabel aufgeprägte
Verlust normalisiert wird und das Signal in einen Dezibel Bereich
plaziert werden kann, welcher durch eines der Modems 262 der
Modembank 260 einfach und korrekt demoduliert werden kann.
Die Referenzspannung wird an den differentiellen Integrator 370 dergestalt
angelegt, daß die
durch den variablen Dämpfer 350 aufgeprägte Dämpfung mit
der Erhöhung
des durch das Koaxialkabel 251 aufgeprägten Signalverlusts reduziert
wird, wodurch ein fester Betrag für den Signalverlust festgelegt
wird, welcher dem Signal auf seinem Weg zwischen der Antennen-Schnittstellenkarte
und der Modem-Schnittstellenkarte aufgeprägt wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird der Betrag des Signalverlusts auf den allein vom Koaxialkabel 251 mit der
am wenigsten optimalen Konfiguration und unter den am wenigsten
optimalen Bedingungen erwarteten Verlustbetrag gesetzt. Dies ermöglicht,
daß die Signalstärke, die
an die Modems angelegt wird, konstant bleibt, und zwar ungeachtet
sich ändernder Längen des
Koaxialkabels 251 und sich ändernder Betriebsumgebungen
und Temperaturen. Das Leistungserzeugungssystem 380 liefert
DC bzw. Gleichstrom durch das Koaxialkabel 251 und die
Spule 382 an das Antennen-Schnittstellensystem 270.
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Ein Bandpaß-Filter 372 ermöglicht es
dem niederfrequenten Signal, welches vom Niederfrequenz-Oszillator 316 aus 3 erzeugt wird, nach der Übertragung
durch eine Induktivität
bzw. Spule 377 und eine Kapazität bzw. einen Kondensator 378 einen
Detektor 374 zu erreichen. Wenn der Detektor 374 dieses
niederfrequente Signal empfängt,
erzeugt er ein Leistungs-Alarmsignal, welches an das Steuersystem 254 aus 2 geliefert wird. Ein UHF
Einstellungsregister bzw. ein UHF Anpassungsregister 376 ist
so eingestellt, daß es
den Dämpfer 354 entweder aktiviert
oder deaktiviert, und zwar abhängig
von der Entfernung des konzentrierten Teilnehmersystems 113 aus 1 von der Basis-Transceiverstation 110 aus 1. Falls das konzentrierte
Teilnehmersystem in geringer Entfernung zu der Basis-Transceiverstation
angeordnet ist, ist das Register so gesetzt, daß der Dämpfer 354 aktiviert
ist, so daß die
Stärke
des durch den Duplexer 356 empfangenen Signals reduziert
wird. Ist das CSS in einer signifikanten Entfernung von dem Basisstation-Transceiver 110 angeordnet,
ist das UHF Anpassungsregister 376 zum Deaktivieren des
Dämpfers 354 eingestellt,
so daß die
Signalstärke,
die am Duplexer 356 anliegt, nicht reduziert wird. Dies
sieht für
das konzentrierte Teilnehmersystem einen erweiterten Dynamikbereich
für das
Empfangen und das Übertragen
von Signalen vor, und erhöht
somit den Bereich von Entfernungen, in welchem es korrekt mit der
Basis-Transceiverstation 110 interagieren kann. Das Übertragungs-Trägersignal
von der Modembank 260 aus 2 und
vom Summierer 362 aus 4 werden
ebenfalls durch die Dämpfer 354 und 350 übertragen,
was dabei hilft, sicherzustellen, daß die Differenz zwischen dem
Dezibel Pegel der Empfangs-Trägersignale
und der Sende-Trägersignale
innerhalb eines vorbestimmten Bereichs bleibt, welcher im bevorzugten
Aus führungsbeispiel
der durch die Spezifikation IS-95 vorgeschriebene ist. Es wird allerdings
auch betrachtet, daß das
Tx Trägersignal
den Dämpfer 354 umgehen kann,
falls eine solche Konfiguration wünschenswert wäre.
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Indem ein Transceiversystem vorgesehen wird,
welches die Antenne an ein konzentriertes Teilnehmersystem durch
ein Koaxialkabel, wie vorstehend beschrieben, koppelt, kann ein
konzentriertes Teilnehmersystem implementiert werden, welches verbesserte Übertragungs-
und Empfangsfähigkeiten aufweist.
Dies liegt daran, daß die
Antenne an einem entfernten Ort plaziert werden kann, an dem die
für die
Kommunikation verwendeten RF Signale einfacher übertragen und empfangen werden
können, während die
Teilnehmereinheiten in geringer Entfernung zu den Teilnehmern verbleiben,
wenn ein solches Transceiversystem in ein konzentriertes Teilnehmersystem
aufgenommen wird. Die Fähigkeit, ein
Koaxialkabel für
die Verbindung der Antenne mit dem konzentrierten Teilnehmersystem
zu verwenden, wird durch die selbstregulierende Signalverlust-Steuermöglichkeit
ermöglicht,
welche mittels eines Antennen-Schnittstellensystems vorgesehen wird,
welches ein hochfrequentes Signal erzeugt, welches durch das Koaxialkabel übertragen
wird, und mittels eines Modem-Schnittstellensystems, welches den
Betrag der dem Trägersignal
aufgeprägten Dämpfung anhand
des Verlustes einstellt, dem dieses hochfrequente Signal unterliegt.
Dies erlaubt eine Normalisierung des Signalverlusts über eine Vielfalt
von Kabellängen
und Konfigurationen und über
eine Vielfalt von Umgebungsbedingungen, einschließlich Temperatur,
so daß der
Dezibel Pegel des an die Modems gelieferten Signals im gewünschten Bereich
ist. Die Möglichkeit,
die Antenne an einem optimalen Ort anzuordnen, wird ferner dadurch
verbessert, indem Leistung bzw. Energie vom Modem-Schnittstellensystem
an das Antennen-Schnittstellensystem durch das Koaxialkabel übertragen wird,
so daß die
Notwendigkeit eliminiert wird, das Transceiversystem in der Nähe einer
Leistungsquelle bzw. Energiequelle zu plazieren.
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Zusätzlich erhöht die Verwendung des UHF Anpassungsregisters
innerhalb des Modem-Schnittstellensystems den Bereich von Entfernungen
von der Basisstation, in welchem das konzentrierte Teilnehmersystem
korrekt arbeiten kann, und zwar bei Verwendung von Standard-Digitalmodems
des Standes der Technik, indem das Modem-Schnittstellensystem für eine zusätzliche
Signaldämpfung
konfiguriert werden kann. Dies erlaubt die Verwendung von digitalen
Modems des Standes der Technik innerhalb des konzentrierten Teilnehmersystems,
was die Kosten für
Entwicklung und Implementierung des konzentrierten Teilnehmersystems
verringert. Die Verwendung einer Leistungsausgabe-Detektorschaltung,
angeordnet im Antennen-Schnittstellensystem, welche dem Modemsystem
mit einem niederfrequenten Signal, welches über das Koaxialkabel übertragen
wird, signalisiert, sieht eine Leistungs steuerungs- und Leistungsbegrenzungsfunktionalität innerhalb
des Transceiversystems vor. Diese Leistungssteuerungs- und Leistungsbegrenzungsfunktionalität ermöglicht die
Anwendung von CDMA digitalen zellularen Modems, welche die Leistungsausgabe
erheblich variieren müssen,
um wie oben beschrieben eine Telefonverbindung durchzuführen, für ein konzentriertes
Teilnehmersystem mit dem beschriebenen Transceiversystem. Die Verwendung von
CDMA digitalen zellularen Modems ist wünschenswert aufgrund ihrer
verbesserten Bandbreitenausnutzung und Kommunikationsqualität.
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Somit wurde ein Transceiversystem
zum Anschluß an
digitale zellulare Modems beschrieben. Vielfältige alternative Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden Jenen mit Fachkenntnissen leicht ersichtlich
sein. Die oben gelieferte beispielhafte Ausführung dient lediglich Darstellungszwecken
und darf nicht als den Bereich der Erfindung einschränkend aufgefaßt werden.