FI105511B - Menetelmä usean signaalin yhdistämiseksi ja tukiasema - Google Patents

Description

1 105511

Menetelmä usean signaalin yhdistämiseksi ja tukiasema Tekniikan ala

Keksinnön kohteena on menetelmä usean signaalin yh-5 distämiseksi, jota menetelmää käytetään radioverkon tukiasemassa, jossa muodostetaan kantoaaltoja, joka tukiasema käsittää lähettimiä, jotka muodostavat signaaleja, modu-lointivälineet, jotka moduloivat muodostettuja kantoaaltoja muodostetuilla signaaleilla, ja antennin, jonka 10 avulla signaalit lähetetään kantoaaltoon moduloituina, ja välineitä, jotka vahvistavat kantoaaltoja.

Lisäksi keksinnön kohteena on tukiasema, jota käytetään usean signaalin yhdistämiseksi radioverkossa, joka tukiasema käsittää antennin, modulointivälineet, jotka 15 muodostavat ja moduloivat kantoaaltoja, välineitä, jotka vahvistavat moduloituja kantoaaltoja, ja lähettimiä, jotka muodostavat kantoaaltoja moduloivia signaaleja, jotka lähetetään antennia apuna käyttäen kantoaaltoon moduloituina.

20 Tekniikan taso

Solukkoradiojärjestelmissä kuten GSM/DCS-järjestelmissä tukiaseman antenni lähettää useita tukiaseman lähettimien muodostamia signaaleja. Signaalit moduloivat kanto- . · aaltoa ja kantoaallot lähetetään radiotielle radiokanavaa * · ...

• · · ' 25 pitkin. On olemassa useita eri menetelmiä lähettimien muo- • · · - dostamien signaalien lähettämiseksi radiotielle käyttäen • · · • ·’ ainoastaan yhtä antennia. Tukiasemassa käytetään yleensä erilaisia yhdisteli jöitä, joiden tehtävänä on yhdistää usea lähetin samaan antenniin.

3 0 Usein lähettävä, ja vastaanottava antenni eivät ole näköyhteydessä, vaan"häkösuoralla on maaston tai rakennus- .···. ten aiheuttamia esteitä, ja vastaanottimessa havaittu sig- • · . .1··. naali on summa useasta reittiä edenneistä ja esteistä hei- « 1 jastuneista säteistä^ jotka ovat erivaiheisia. Usean eri- • ♦ · '.· 35 vaiheisen signaalin summa noudattaa Rayleigh-jakaumaa, kun h/· vaiheet ovat satunnaisesti jakautuneita. Signaalin häipy- ;·1·. minen on riippuvainen myös signaalin taajuudesta. Signaa- • · • · « · 2 105511

Iin taajuusselektiivinen häipyminen on eräs syy siihen, että digitaalisissa solukkoradioverkoissa on otettu käyttöön taajuushyppelytekniikka. Taajuushyppely tarkoittaa sitä, että yhteydellä käytettävää lähetystaajuutta muute-5 taan ennalta määrätyin väliajoin. Taajuushyppelyn ansiosta siirronlaatua voidaan parantaa erityisesti sellaisissa tapauksissa, joissa tilaajapäätelaite liikkuu hyvin hitaasti tai pysyy paikallaan, kuten on usein laita soitettaessa esimerkiksi käsipuhelimilla. Taajuushyppelyn aikaansaaman 10 taajuustoisteen lisäksi menetelmästä on hyötyä radioyhteyden aiheuttaman interferenssin hajottamisessa usealle taajuudelle, jolloin hetkellinen häiriö jollain tietyllä taajuudella jää pieneksi.

Jotta taajuushyppelystä saataisiin suuri hyöty di-15 gitaalisissa GSM- ja DCS-järjestelmissä, tulisi käytettävien taajuuksien lukumäärä olla suurempi kuin neljä. Nykyisin käytetään yleisesti kapeakaistaisia lähetinyhdiste-lijöitä tukiasemissa. Kapeakaistaiset yhdistelijät, joiden tehtävänä on siis yhdistää usea lähetin samaan antenniin, 20 rajoittavat taajuushyppelyssä käytettävien taajuuksien lukumäärän varsinaisten lähetinvastaanotinyksiköiden ja yh-distelysuodattimien lukumäärään. Siten esimerkiksi tukia-se-massa, jossa on käytössä kolme lähetinvastaanotinyksik- ·, ; köä ja kolme yhdistinsuodatinta, on mahdollista käyttää • * · 25 taajuushyppelyssä kolmea taajuutta.

I * · /,*; Kapeakaistaiset lähetinyhdistelijät ovat suuria ja I t ( : ·* monimutkaisia komponentteja, mikä johtuu niiden vaatimasta viritysmahdollisuudesta. On myös kehitetty laajakaistaisia V:.'· yhdisteli jöitä, jotka eivät vaadi vastaavaa viritystä.

: 30 Laajakaistaiset lähetinyhdistelijät yhdessä taajuus- hyppelevien syntetisaattoreiden kanssa eivät rajoita käy-.*·*. tettävien taajuuksien lukumäärää. Laajakaistaisten yhdis- 9 9 9 .···. telijöiden ongelmana on kuitenkin se, että yhdistelyvai- • · mennukset tulevat huomattavan suuriksi verrattuna kapea-i V 35 kaistaisiin yhdistelijöihin, kun enemmän kuin kaksi lähe-tintä yhdistetään samalla laajakaistaisella yhdistelijäl-lä. Täten laajakaistaisia yhdisteli jöitä ei ole ollut mah- • · • « · • · i 3 105511 dollista käyttää tukiasemilla, joilta vaadittava liikenne-kapasiteetti on suuri, vaan on ollut pakko käyttää kapeakaistaisia yhdistelijoitä. Tästä johtuen taajuushyppelyn toteutus näillä tukiasemilla on ollut puutteellista.

5 Moduloidut kantoaallot on myös voitu vaihtoehtoi sesti yhdistää ennen lopullista signaalin vahvistamista. Vahvistimena on käytetty erityisesti lineaarista vahvistinta. Lineaarisen vahvistimen haittana on ollut kuitenkin sen vaikea tekninen toteuttaminen, koska vahvistimen line-10 aarisuusvaatimukset ovat olleet korkeat. Lisäksi lineaaristen vahvistimien hyötysuhde on ollut huono.

Keksinnön tunnusmerkit

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin mahdol-15 listaa usean lähettimen yhdistäminen samaan antenniin siten, että taajuushyppely on helposti toteutettavissa. Keksinnön tarkoituksena on edelleen toteuttaa tukiasema, jossa kantoaallon vahvistamiseen käytetään sellaista vahvistinta, joka on helposti toteutettavissa.

20 Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että vastaanotetaan kullakin modulointivälineellä signaaleja ainakin kahdelta lähettimeltä, ja moduloidaan jokaisen lähettimen lähettä-·. : millä signaaleilla omaa kantoaaltoa, jolloin kukin kanto- 25 aalto sisältää moduloinnin jälkeen ainakin kaksi tukiase- • · · man lähetystaajuutta, ja muodostetaan saman modulointivä- • · · : ·’ lineen moduloimilla kantoaalloilla kantoaaltoryhmä, vah- « · · ...1 vistetaan jokaista kantoaaltoryhmää omassa välineessä, ja yhdistetään jokainen vahvistettu kantoaaltoryhmä, ja lähe- » · ί 3 0 tetään yhdistetyt kantoaaltoryhmät saman antennin kautta radiotielle.

Keksinnön mukaiselle tukiasemalle on tunnusomaista, • · · .,···. että kukin modulointiväline vastaanottaa signaaleja aina- a · _________ kin kahdelta lähettimeltä, joista jokaisen lähettämät sig- • * * : 35 naalit moduloivat omaa kantoaaltoa, jolloin kukin kanto- :...· aalto sisältää moduloinnin jälkeen ainakin kaksi tukiase- man lähetystaajuutta, ja saman modulointivälineen moduloi- • · • · 4 105511 mat kantoaallot muodostavat kantoaaltoryhmän, joista jokainen viedään vahvistettavaksi omalle välineelle, ja että tukiasema käsittää välineet, jotka yhdistävät jokaisen vahvistetun kantoaaltoryhmän, jonka jälkeen yhdistetyt 5 kantoaaltoryhmät lähetetään saman antennin kautta radiotielle .

Keksinnön mukaisella menetelmällä saavutetaan huomattavia etuja. Menetelmässä kantoaaltoa moduloidaan kahdella eri signaalilla ja useat kantoaallot yhdistetään si-10 ten, että kantoaallot voidaan lähettää yhdellä antennilla. Menetelmässä käytetään edullisesti DDS-modulointimenetel-mää, jonka ansiosta esimerkiksi kahden moduloivan signaalin toteuttaminen voidaan tehdä helposti. Lisäksi kantoaaltoja vahvistetaan vahvistimella, jonka lineaarisuusvaa-15 timukset ovat helposti toteutettavissa. Edelleen kantoaaltojen yhdistäminen samaan antenniin tehdään laajakaistaisesta, joka mahdollistaa taajuushyppelyn käyttämisen.

Keksinnön mukaisen menetelmän edulliset suoritusmuodot ilmenevät myös oheisista epäitsenäisistä patentti-20 vaatimuksista ja keksinnön mukaisen tukiaseman edulliset toteutusmuodot ilmenevät oheisista liittyvistä epäitsenäisistä patenttivaatimuksista.

·. : Kuvioiden selitys 25 Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viitaten • · · • · · .1*1 oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa • ♦ · * kuvio 1 esittää solukkoradiojärjestelmää, jossa • · · • keksinnön mukaista tukiasemaa voidaan käyttää ja kuvio 2 esittää erään keksinnön mukaisen tukiaseman • ·· V : 30 rakennetta lohkokaavion avulla.

Edullisten toimintamuotojen kuvaus • · * .*·*. Kuviossa 1 esitetään solukkoradiojärjestelmä, jossa • « » keksinnön mukaista ratkaisua voidaan käyttää. Solukko-: ' 35 radiojärjestelmä käsittää kussakin solussa ainakin yhden tukiaseman 200 ja joukon tilaajapäätelaitteita 100. Tilaa-japäätelaitteet 100 käsittävät antennin 101 ja tukiasema • · • · · I · 5 105511 antennin 206 signaalin lähettämiseksi ja vastaanottamiseksi. Tukiasema 200 on yhteydessä alueellaan oleviin tilaa-japäätelaitteisiin 100. Tukiasemasta 200 on myös yhteys tukiasemaohjaimeen 300, joka ohjaa tukiaseman 200 toimin-5 taa ja välittää tilaajapäätelaitteiden 100 puhelut edelleen kiinteään verkkoon tai järjestelmän muihin osiin. Tukiaseman 200 ja tukiasemaohjaimen 300 välinen yhteys on toteutettu esimerkiksi PCM-tekniikalla. Kuviossa tukiasema 200 ja tilaajapäätelaite 100 toimivat lähetinvastaanotti-10 minä. Keksinnön mukaista tukiasemaa 200 voidaan edullisesti käyttää esimerkiksi digitaalisissa GSM- ja DCS-solukko-radiojärjestelmissä, joissa käytetään taajuushyppelytek-niikkaa.

Kuvion 1 mukaisessa solukkoradiojärjestelmässä tu-15 kiasema 200 ja tilaajapäätelaitteet 100 lähettävät toisilleen kantoaallon avulla signaalia. Lähetetyn signaalin avulla muodostetaan tukiaseman 200 ja tilaajapäätelaitteiden 100 välinen yhteys. Lähetetty signaali käsittää informaatiota. Ennen signaalin lähetystä signaali moduloidaan. 20 Moduloinnissa esimerkiksi digitaalisella signaalilla moduloidaan kantoaaltoa. Vastaanotossa kantoaalto demoduloidaan, jolloin kantoaallosta erotetaan informaatiota käsittävä signaali.

·. : Kuviossa 2 havainnollistetaan erään keksinnön edul- . .·. 25 lisen toteutusmuodon mukaisen tukiaseman 200 rakennetta « 1 · .1" lohkokaavion avulla. Keksinnön mukainen tukiasema 200 kä- « · • « 1 sittää joukon lähettimiä 201, modulointivälineet 202 ja • · - - ···· antennin 206. Kuvion mukaisessa ratkaisussa lähettimet 201 • · · --- ovat yhteydessä modulointivälineisiin 202. Modulointiväli- • · · · 30 neet 202 muodostavat kantoaaltosignaalin ja moduloivat kantoaaltosignaalia. Tukiasema 200 lähettää kantoaaltoon moduloitua signaalia tilaajapäätelaitteille 100. Lisäksi • · · tukiasema 200 käsittää välineet 203 signaalin vahvistami- • · · seksi, välineet 204 lähettimien 201 yhdistämiseksi anten-• ’ 35 niin 206. Edelleen tukiasema 200 käsittää välineiden 204 ja antennin 206 välille kytketyn antennisuodattimen 205. Antennisuodatin 205 toimii duplex-suodattimena, jota tar- e 105511 vitaan silloin, kun lähetin- ja vastaanotinantennina käytetään samaa fyysistä antennia.

Kuvion mukaisessa ratkaisussa on edullisesti kaksi lähetintä 201 yhteydessä samaan modulointivälineisiin 202. 5 Lähettimet 201 lähettävät modulointivälineisiin 202 signaalia, jotka signaalit moduloivat modulointivälineissä 202 muodostettua kantoaaltoa. Modulointivälineet 202 käyttävät kantoaaltoa moduloidessaan edullisesti DDS-menetel-mää (DDS = Direct Digital Synthesis), jolla on mahdollista 10 toteuttaa helposti erilaisia modulointimenetelmiä. DDS-menetelmässä referenssitaajuudesta generoidaan digitaalisesti lähtötaajuus. DDS-menetelmä soveltuu erittäin hyvin käytettäväksi etenkin taajuushyppelyä- ja hajaspektritek-niikkaa käyttäviin solukkoradiojärjestelmiin. Modulointi-15 välineet 202 moduloivat siis kuvion mukaisessa ratkaisussa kahden lähettimen 201 muodostamalla signaalilla kantoaaltoa .

Kantoaallon moduloitui sen jälkeen kantoaalto johdetaan välineille 203, jotka toimivat vahvistimena. Välineet 20 203 vahvistavat kantoaaltoa siten, että kantoaalto etenee tarpeeksi kauas tukiasemasta 200 tilaajapäätelaitteille 100. Välineet 203 on edullisesti toteutettu puolilineaari-sena, jolloin välineiden 203 lineaarisuusvaatimukset saa-·.: daan kohtuullisiksi verrattuna esimerkiksi lineaarisen /.·, 25 vahvistimen lineaarisuusvaatimuksiin. Lisäksi puolilineaa- • · · risen vahvistimen toteuttaminen on suhteellisen helppoa, • · · • ja mainitulle vahvistimelle saadaan hyvä hyötysuhde. Kan- • · · ···’· toaallon vahvistamisen jälkeen kantoaalto johdetaan anten- nisuodattimen 205 kautta antennille 206. Tämän jälkeen • · · V * 30 kantoaalto lähetetään edelleen tukiaseman 200 kuuluvuus- alueella oleville tilaajapäätelaitteille 100.

·*'*: Mikäli tukiasema 200 käsittää useampia kuin kaksi • · · .··*. lähetintä 201, niin tukiasemassa 200 muodostetaan useampia « i · kantoaaltoja. Kantoaaltoja muodostetaan sen verran, että i « · ! ·' 35 kuhunkin kantoaaltoon tulee edullisesti kahden lähettimen « i · 201 muodostama signaali. Muodostetut useat kantoaallot yh-distetään välineissä 204, jolloin samaan antenniin 206 • » « · « • · · • · 7 105511 kytketään siis useiden lähettimien 201 muodostamat signaalit. Välineet 204 on edullisesti toteutettu laajakaistaisella yhdistelijällä. Mainittu yhdistelijä mahdollistaa taajuushyppelyn käyttämisen solukkoradioverkossa.

5 Keksinnön mukaisessa tukiasemassa 200 kytketään yh teen antenniin 206 useita lähettimiä 201. Lähetin 201 muodostaa signaalin, joka moduloi kantoaaltoa. Edullisesti kantoaaltoa moduloidaan kahdella eri signaalilla. Moduloitu kantoaalto vahvistetaan, ja mikäli kantoaaltoja on muo-10 dostettu useita, niin kantoaallot yhdistetään esimerkiksi hybridiyhdistelijässä 204. Yhdistelijä 204 on sovitettu yhdistämään useita kantoaaltoja yhden antennin 206 kautta radiotielle lähetettäväksi.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten 15 oheisten piirustusten mukaiseen esimerkkiin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

• « « · • · • · · • · • · « .....

·· 1 • · · —· -= τ=· =·- =·— · - • 1 • · • · · .... t · · · • ... — ;--- • · • · · • · · • · « • · · • · · • · · • · • · • · · — —.....

♦ ♦ · .......

- · • · • at · - — - · · t —— « · · • · • · • 1 · • · • a · * M » • · 1 • 1 • 1 • · · « · 1

Claims (10)

1. Menetelmä usean signaalin yhdistämiseksi, jota 5 menetelmää käytetään radioverkon tukiasemassa (200), jossa muodostetaan kantoaaltoja, joka tukiasema (200) käsittää lähettimiä (201), jotka muodostavat signaaleja, moduloin-tivälineet (202), jotka moduloivat muodostettuja kantoaaltoja muodostetuilla signaaleilla, ja antennin (206), jonka 10 avulla signaalit lähetetään kantoaaltoon moduloituina, ja välineitä (203), jotka vahvistavat kantoaaltoja, tunnettu siitä, että vastaanotetaan kullakin modulointivälineellä (202) signaaleja ainakin kahdelta lähettimeltä (201), ja modu-15 loidaan jokaisen lähettimen (201) lähettämillä signaaleilla omaa kantoaaltoa, jolloin kukin kantoaalto sisältää moduloinnin jälkeen ainakin kaksi tukiaseman (200) lähetys-taajuutta, ja muodostetaan saman modulointivälineen (202) moduloimilla kantoaalloilla kantoaaltoryhmä, ’*20 vahvistetaan jokaista kantoaaltoryhmää omassa väli- neessä (203) , ja • · I : ·' yhdistetään jokainen vahvistettu kantoaaltoryhmä, * ja lähetetään yhdistetyt kantoaaltoryhmät saman an-tennin (206) kautta radiotielle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että kantoaaltojen yhdistäminen samaan antenniin (206) tehdään laa jakaistaisesti. • · ·

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n- • · · n e t t u siitä, että menetelmää käytetään taajuushyppe- ·· : *·· 30 lyä käyttävissä GSM/DCS- radioverkoissa. • · · ί,,.ϊ

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n- ··. n e t t u siitä, että moduloinnissa käytetään DDS-mene- • ♦ · telmää tai DDS-menetelmää vastaavaa menetelmää. i i

5. Tukiasema (200), jota käytetään usean signaalin 35 yhdistämiseksi radioverkossa, joka tukiasema (200) käsit- i 105511 9 tää antennin (206), modulointivälineet (202), jotka muodostavat ja moduloivat kantoaaltoja, välineitä (203), jotka vahvistavat moduloituja kantoaaltoja, ja lähettimiä (201), jotka muodostavat kantoaaltoja moduloivia signaa-5 leja, jotka lähetetään antennia (206) apuna käyttäen kantoaaltoon moduloituina, tunnettu siitä, että kukin modulointiväline (202) vastaanottaa signaaleja ainakin kahdelta lähettimeltä (201), joista jokaisen lähettämät signaalit moduloivat omaa kantoaaltoa, jolloin 10 kukin kantoaalto sisältää moduloinnin jälkeen ainakin kaksi tukiaseman (200) lähetystaajuutta, ja saman modulointi-välineen (202) moduloimat kantoaallot muodostavat kanto-aaltoryhmän, joista jokainen viedään vahvistettavaksi omalle välineelle (203), ja että 15 tukiasema (200) käsittää välineet (204), jotka yh distävät jokaisen vahvistetun kantoaaltoryhmän, jonka jälkeen yhdistetyt kantoaaltoryhmät lähetetään saman antennin (206) kautta radiotielle.

. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen tukiasema (200), \ 20 tunnettu siitä, että välineet (206) ovat laaja- • « · kaistaiset. • I

( • ·' 7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen tukiasema (200), t « i < ________ ··.: tunnettu siitä, että modulointivälineet (202) « \i,' käyttävät kantoaallon moduloinnissa DDS-menetelmää tai I I I ί,·' '· 25 DDS-menetelmää vastaavaa menetelmää.

8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen tukiasema (200), tunnettu siitä, että välineet (203) ovat • · edullisesti puolilineaariset. • · · *“ • ___

• 9. Patenttivaatimuksen 5 mukainen tukiasema (200), ·· • · _______-___ ϊ *’ 30 tunnettu siitä, että tukiasemaa (200) käytetään • ·« etenkin taajuushyppelyä käyttävissä GSM/DCS-radioverkois-sa.

• ♦ · 10 10551 1