FI79210C

FI79210C - Foergreningsnaet i kedja foer en basstation i ett radiotelefonnaet.

Info

Publication number: FI79210C
Application number: FI881813A
Authority: FI
Inventors: Jaakko Hulkko
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Priority date: 1988-04-18
Filing date: 1988-04-18
Publication date: 1989-11-10
Also published as: ATE141450T1; EP0338471A2; US4998078A; FI881813A0; EP0338471A3; DE68926926D1; DE68926926T2; EP0338471B1; FI79210B

Description

1 79210

Ketjutettu jakoverkko radiopuhelinverkon tukiasemaa varten

Keksintö koskee jakoverkkoa radiopuhelinverkon tukiasemassa, jossa vastaanotettu monikanavainen antennisignaali jaetaan erillisille vastaanottimille jakoyksikön avulla, jolloin jako-yksikkö koostuu suodattimesta, vahvistimesta ja jakoverkosta.

Radiopuhelinverkoissa ja erityisesti solukkopuhelinjärjestelmissä tukiasemat käsittävät useita taajuuskanavia, jotka voivat olla aika- ja/tai taajuuskanavoituja. Rajoitetusta anten-nitilasta ja kaapeloinnin kustannuksista johtuen samaan antenniin pyritään kytkemään useita rinnakkaisia vastaanottimia ja lähettimiä.

Esimerkiksi solukkopuhelinverkon kapasiteettia kasvatettaessa erillisten solujen lukumäärä kasvaa, solujen säde pienenee ja solujen radiokanavien lukumäärä solua kohti kasvaa. Tällaisessa käytössä monikanavaisen tukiaseman yhteen vastaanotto/-lähetinantenniin on tarvetta kytkeä yhtäaikaisesti useampia erillisiä vastaanottimia/lähettimiä.

Seuraavassa käytetty sanonta vastaanotin tai vastaanotto on ymmärrettävä myös siten, että se voi tarkoittaa lähetystä tai lähetintä.

Monikanavainen vastaanotto voidaan toteuttaa ns. jakoyksikön avulla. Jakoyksikön kaikkien liityntöjen tulee olla koko vas-taanottokaistalla hyvin sovitettuja, eivätkä viat erillisissä vastaanottimissa saa häiritä muita toimivia vastaanottimia. Jakoyksikön on oltava helposti laajennettavissa ja myös pienikokoinen. Kuviossa 1 on esitetty tyypillinen tunnettu tällaisen jakoverkon lohkokaavio. Jakoyksikkö koostuu tässä suodattimesta 2, vahvistimesta 3, sekä varsinaisesta antennisig-naalin jakavasta jakoverkosta 1. Monikanavainen antennisignaali ANT tulee suodatettuna ja vahvistettuna jakoverkkoon 1 pisteessä 4.

2 79210

Jakoverkko 1 koostuu tyypillisesti useista rinnakkaisista kahdella, kolmella tms. jakavasta passiivisesta jakajasta, joiden avulla vastaanotetut signaalit jaetaan tasan erillisille vastaanottimille, lähdöt CH1, CH2-CHn. Jakoverkon laajentamista varten verkkoon jätetään usein yksi käyttämätön lähtö EXT. Kuviossa 2 on jakoverkon rakennetta tässä tunnetussa ratkaisussa havainnollistettu.

Kuvatussa jakoyksikössä on ongelmallista toteuttaa jakaminen siten, että tuloksena olisi pienikokoinen ja vähän ulkoista kaapelointia vaativa ratkaisu. Myös verkon laajentaminen saattaa kohdata onaelmia samoinkuin siinä esiintyvät sähköiset puutteet, kuten heikot 1ähtösovitukset ja mahdollisesti pieni eristys lähtöjen välillä.

Keksinnön tehtävänä on siten löytää jakoverkon rakenne, jolla vältetään tunnetun tekniikan haitat ja joka myös helpottaa laitteiden valmistamista ja järjestelmän kokoonpanosuunnitte-lua sekä kaapelointia.

Tehtävä on ratkaistu keksinnön mukaisesti siten, että jako-verkossa on ketjussa N suuntakytkintä, jolloin ketjusta haaroi te taan peräkkäin kullekin N vastaanotti me lie suuntakytki-men kytkennän mukainen osuus suodatetusta ja vahvistetusta antennisiqnaalista . Vastaavasti, kun kyseessä on lähettimen yhteydessä oleva jakoverkko, siinä on ketjussa N suuntakyt-kintä, jolloin ketjuun liitetään peräkkäin kultakin N lähet-timeltä suuntakytkimen kytkennän mukainen osuus suodatettuun ja vahvistettuun antennisignaaliin .

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin suoritusesimerk-kien perusteella sekä oheiseen piirustukseen viitaten, jossa: kuvio 1 esittää lohkokaaviona tunnettua jakoyksikköä; kuvio 2 esittää kuviossa 1 olevan jakoyksikön jakoverkon yk- sityi skohtai semmi n; 3 79210 kuvio 3 on lohkokaavio keksinnön mukaisesta ketjutetusta ja-koverkosta, jossa suuntakytkinten kytkennät ovat yhtäsuuret; kuvio 4 esittää toisen suoritusmuodon keksinnön mukaisesta ketjutetusta jakoverkosta, jossa suuntakytkimien kytkennät ovat eri suuret; ja kuvio 5 esittää lohkokaaviomuodossa keksinnön mukaisen rakenteen sovitettuna 1ähetinratkaisuun.

Kuviossa 3 on esitetty keksinnön mukainen ketjutettu jako-verkko ja sen eräs suoritusmuoto lohkokaaviona. Suodatettu ja vahvistettu monikanavainen antennisignaa1i 4 johdetaan sovitettuihin suuntakytkimiin Hl-Hn , joilla haaroitetaan kanava-yksiköiden vastaanottimille CHl-CHn tulevat signaalit. Vastaanottimet voidaan liittää joko suoraan tai säädettävien vaimentimien ATTl-ATTn kautta. Ketju päätetään impedanssilla I. Tässä suoritusesimerkissä suuntakytkimi en kytkentä k on aina yhtä suuri. Optimaalinen suuntakytkimien kytkentä k on: k = k = 10*1og (1/N) dB, i opt 10 jossa i = l...n, jolloin päädytään mi nimi vaimennukseen. Tällöin on siis: k =k =...=k =k dB.

12 in

Koska kytkentä jokaisessa suuntakytkimessä on sama, vaimenee signaalitaso jokaisen suuntakytkimen jälkeen siten, että i:nnen lähdön jälkeen taso on vaimentunut k /10 .

A = 10*( L-l )*log Π-10 ) + k dB

(lähtö i) 10 verrattuna tuloon 4. Tämän vuoksi jakoverkon jokaisessa lähdössä signaalitaso on erilainen. Lähtökohtaisten vaimennusten, eli käytännössä signaalitasojen eri suuruus voidaan kompensoida joko säädettävillä vaimentimilla ATTl-ATTn tai huomioimalla vaimennusero jakoyksikköön kytketyissä vastaanottimissa kentän voimakkuusarvoja mitattaessa.

4 79210 Säädettäviä vaimentimia käytettäessä vaadittava 1isävaimennus voidaan helposti mitata automaattisesti tukiaseman ollessa ns. RF-silmukka -tilassa kentän voimakkuuslukeman perusteella. Säätö voidaan automatisoida käyttämällä esimerkiksi jänni-teoh,iattuja PIN-di odi vaimentimia. Kuviossa 3 ohjaukset on merkitty viitenumeroilla Cl-Cn. Jakoverkon 11 suuntakytkimet Hl-Hn voivat olla erillisiä ja sijaita suoraan vastaanottimien yhteydessä kanavayksikköjen sisällä, jolloin suuntakyt-kimien välille on helppo saada suuri sähköinen erotus. Tätä tilannetta on kuviossa 3 kuvattu yksiköllä 13, joka mahdollisen vaimentimen ATT sisältäen voi sijaita kanavayksikön yhteydessä. Koska varsinaista erillistä iakoyksikköä ei tällaisessa tapauksessa enää tarvita, muodostuu kokonaisrakenne pieneksi, halvaksi ja yksinkertaiseksi. Lisäksi kaapelointi on yksinkertainen suunnitella ja toteuttaa.

Kuvion 3 osoittamassa tapauksessa suuntakytkimi 11ä on helppo saavuttaa suuri sähköinen erotus myös siksi, että tarvittava kytkentä on pieni. Esimerkiksi 8-kanavaisessa systeemissä se on -9 dB ja esimerkiksi 64-kanavaisessa systeemissä -lfi dB. Suuntakytkimen balansoidulla rakenteella saavutetaan helposti yli -20 dB:n lisäerotus.

Suuntakytkimet Hl-Hn ovat lisäksi keskenään identtisiä, jolloin niiden suunnittelu ja toteutus suurissakin tuotantomäärissä on halpaa ja tarkkaa.

Ketjutetun jakoverkon 11 jatkaminen suunnitellusta pituudesta edelleen käy yksinkertaisesti, koska vaimennus jakoyksikön tulosta 4 lähtöön on pienempi kuin vaimennus kyseessä olevasta tulosta kanavayksiköiden tuloon. Ketjua voidaan jatkaa asettamalla pääteimpedanssin I sijaan vahvistin. Ketjua jatkavan vahvistimen systeemin kokonaiskohinaiukua lisäävä vaikutus on tällaisessa tapauksessa minimaalinen (edellisessä esimerkissä 0,04 dB, jos vahvistimen kohinaluku on 2 dB).

5 79210

Kuvion 3 mukaista ketjutettua jakoverkkoa 11 voidaan luonnollisesti soveltaa käytettäväksi myös lähettimen tai lähettimien yhteydessä, joka tilanne esitetään kaavi oi 1isesti kuviossa 5.

Keksinnön mukainen ketjutettu jakoverkko voidaan myös toteuttaa muuttuvakytkentäisenä. Tällöin suuntakytkimien Bl-Bn ky t-kennät eivät ole yhtä suuret (kuvio 4). Tässä taoauksessa kytkentä k tiukentuu kanavanumeron kasvaessa, kaavan 4 mukaan ki = 10*loa(l/(N-L+l)) dB, jossa i vaihtelee välillä 1-n. Tällöin on voimassa: kl<k2<...<ki<...<kn.

Edellä olevasta kaavasta nähdään, että kun i lähestyy lukua n, tulee kytkennästä kn = O dR, eli muuttuvakytkentäisessä n:ään jakavassa jakoverkossa suuntakytkimiä tarvitaan vain n-1 kappaletta ja n:s suuntakytkin korvataan suoralla kytkennällä kn.

Tämän toisen suoritusesimerkin erikoi sominai suuksi a on paitsi edellä mainittu n:en suuntakytkimen puuttuminen, myös se, että kanavakohtaisia säädettäviä vaimentimia ei lainkaan tarvita. Myös tässä tapauksessa suuntakytkimet voidaan toteuttaa erillisinä suoraan kanavayksikköjen sisällä, jota osoittaa katkoviivoin esitetty yksikkö 23. Myös tällöin on suuntakytkimien välille yksinkertaisesti aikaansaatavissa suuri sähköinen erotus. Samaten voidaan kaapelointi tukiaseman rakenteessa toteuttaa yksinkertaisena.

Myös tässä tapauksessa kuvion 4 mukaista jakoverkkoa voidaan käyttää lähettimen yhteydessä esimerkiksi lohkossa 31 (kuviossa 5 ).

6 79210

Edullisimmin keksinnön mukaisia ketjutettuja jakoverkkoja käytetään monikanavaisissa diversiteettituki asemissa, joissa on yli 16 kanavaa. Tällöin edellä olevan mukaisesti voidaan jakoverkko toteuttaa kanavayksiköiden CHl-CHn sisällä. Suositumman suoritusmuodon mukaisesti tarjoutuu erittäin yksinkertainen kanavien välinen antennikaapelointi ja hyvä jako-verkon laajentamismahdollisuus. Sähköisiltä ominaisuuksiltaan ketjutettu jakoverkko on helpompi toteuttaa asetettujen vaatimusten mukaisesti kuin tavanomainen tekniikan tason mukainen jakoverkko.

Kuviossa 5 on kaavioi 1isesti esitetty keksinnön mukaisen ja-koverkon käyttäminen 1ähetinratkaisussa. Siinä erillisiltä lähettimiltä Tl-Tn tulevat siqnaalit johdetaan jakoverkkoon 31, josta ne tuodaan suodattimen ?. kautta vahvistimelle 3 edelleen johdettavaksi monikanavaisena antennisionaalina antennille ANT. Lähetintapauksessa jakoverkko voidaan toteuttaa joko vakiokytkentäisenä tai muuttuvakytkentäisenä edellä esitettyjen suoritusesimerkkien mukaisesti. Käytännössä kuitenkin 1ähetinkytkennässä käytetyt jakoverkot ovat sellaisia, että tehotasojen on pysyttävä pieninä kantoaaltokohtaisesti, jotta kokonaistehohukka ei nousisi suureksi.

Vaikka edellä on kuvattu yleisesti vain radiopuhelinverkossa tapahtuvaa tämän keksinnön mukaisen jakoverkon sovellutusta, on selvää, että sitä voidaan sovelta vastaavissa muissa tapauksissa.

Erityisesti käyttöä keksinnön mukaiselle jakoverkolle löytyy solukkopuhelinjärjestelmien tukiasemilla.

Claims

7 79210

1. Jakoverkko radiopuhelinverkon tukiasemassa, jossa vastaanotettu monikanavainen antennisignaali (ANT) jaetaan erillisille vastaanottimille (CHl-CHn) jakoyksikön avulla, jolloin jakoyksikkö koostuu suodattimesta (2), vahvistimesta (3) ja jakoverkosta (1), tunnettu siitä, että siinä on ketjussa (11? 21) N suuntakytkintä (Hl-Hn; Bl-Bn), jolloin ketjusta haaroitetaan peräkkäin kullekin N vastaanottimelle (CHl-CHn) suuntakytkimen kytkennän (kl-kn) mukainen osuus suodatetusta ja vahvistetusta antennisignaalista (4).

2. Jakoverkko radiopuhelinverkon tukiasemassa, jossa erillisiltä lähettimiltä (Tl-Tn) tuodut signaalit summataan monikanavaiseksi antennisignaaliksi (ANT) jakoyksikön avulla, jolloin jakoyksikkö koostuu jakoverkosta (31), suodattimesta (2) ja vahvistimesta (3), tunnettu siitä, että siinä on ketjussa (31) N suuntakytkintä (Hl-Hn; Bl-Bn), jolloin ketjuun liitetään peräkkäin kultakin N lähettimeltä (Tl-Tn) suunta-kytkimen kytkennän (kl-kn) mukainen osuus suodatettuun ja vahvistettuun antennisignaaliin (ANT).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen jakoverkko (11), tunnettu siitä, että ketjun (11; 21) suuntakytkimien (Hl-Hn) kytkennät (kl-kn) ovat yhtä suuret, jolloin optimikytkentä on ki = k = lOxlog (l/N) dB, jossa i = l...n. opt 10

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen jakoverkko (11), tunnettu siitä, että erilliset vastaanottimet (CHl-CHn), vastaavasti lähettimet (Tl-Tn), kytketään säädettävän vaimentimen (ATTl-ATTn) kautta kyseiseen suuntakytkimeen (Hl-Hn).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen jakoverkko (11), tunnettu siitä, että vaimentimien (ATTl-ATTn) vaimennukset säädetään (Cl-Cn) automaattisesti tukiaseman testitilassa, jolloin vaimennin on toteutettu esim. jänniteohjattuna PIN-diodivaimentimena. s 79210

6. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen jakoverkko (21, 31), tunnettu siitä, että ketjun suuntakytkimillä (Bl-Bn) on eri suuret kytkennät siten, että kytkentä (ki) kasvaa mentäessä ketjun loppua kohden kaavan ki = 10*log (l/(N-L+l)) dB 10 mukaisesti, kun i = l...n, jolloin viimeinen suuntakytkin (Bn) korvataan suoralla kytkennällä.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen jako-verkko, tunnettu siitä, että suuntakytkimet (13; 23) mahdollisine vaimentimineen ovat sisäänrakennettuja vastaanottimiin tai vastaavasti lähettimiin.