FI84539C - Basstation foer ett radiosystem. - Google Patents

Description

1 84539

Tukiasema radiojärjestelmää varten

Keksinnön kohteena on tukiasema radiojärjestelmää varten, joka tukiasema käsittää tukiaseman ja liikkuvien 5 asemien välisen radioyhteyden laadun valvomista varten suodatinvälineen valvontasignaalin kehittämiseksi halutun valvontasignaalitaajuuden omaavasta suorakaideaaltosig-naalista, jolloin valvontasignaalin taajuus on muutettavissa suorakaidesignaalin taajuutta muuttamalla, lähe-10 tinvälineen valvontasignaalin lähettämiseksi liikkuvalle radioasemalle, vastaanotinvälineen liikkuvalta radioasemalta takaisin lähetetyn valvontasignaalin vastaanottamiseksi, ja signaalinkäsittelyvälineet käytetyn radioyhteyden laadun määrittämiseksi vastaanotetun valvontasignaalin 15 avulla.

NMT (Nordic Mobile Telephone)-matkapuhelinjärjestelmässä tukiaseman ja matkapuhelimen välisen radioyhteyden laatua valvotaan erityisillä valvontasignaaleilla. Tukiasema kehittää valvontasignaalin alipäästösuodattamal-20 la kellosignaalista, jolla on haluttu valvontasignaalitaajuus. NMT-järjestelmässä on käytössä neljä valvontasignaa-litaajuutta 30 Hz:n välein. Tukiasema lähettää valvonta-signaalin matkapuhelimelle, joka palauttaa valvontasignaalin välittömästi takaisin tukiasemalle ja tukiasema mää-25 rittää vastaanotetun valvontasignaalin avulla käytetyn ra dioyhteyden laadun, erityisesti signaalikohinasuhteen.

Nykyisissä tukiasemissa valvontasignaalin generoiva, signaalikohinasuhteen mittaava ja tukiasemalle tulevan valvontasignaalin taajuuden tunnistava laite perustuu dis-30 kreeteillä komponenteilla toteutettuihin aikajatkuviin suodattimiin, jolloin kukin suodatintoiminto suoritetaan kaikille neljälle valvontasignaalitaajuudelle samalla kiinteällä suodattimena. Tällöin johtuen suodattimien kiinteästä päästökaistasta ja näin ollen suodatusfunktion 35 erilaisuudesta eri taajuuksilla aiheutuu valvontasignaa- 2 84539 lien välille tasoero, joka näkyy tukiasemalta matkapuhelimelle lähtevän valvontasignaalin deviaation vaihteluna. Valvontasignaalien tasoero vaikuttaa myös S/N-suhteen mittaustarkkuuteen .

5 Tukiasema mittaa myös vastaanotetun valvontasignaa lin taajuutta varmistaakseen mittaavansa oikeaa liikkuvaa asemaa. Tunnistettaessa riittää tieto siitä, onko taajuus oikea vai jokin muu neljästä mahdollisesta. Myös valvonta-signaalien tunnistus kärsii edellä mainitusta valvontasig-10 naalien välisestä tasoerosta, koska tunnistus perustuu vastaanotetun valvontasignaalin ja 60 Hz:n päässä valvon-tasignaalista olevan inkektiosignaalin sekoittamiseen ja näin syntyneen erosignaalin kaistanpäästösuodatukseen ja ilmaisuun.

15 Esillä olevan keksinnön päämääränä on tukiasema, jolla vältetään edellä mainitut valvontasignaaleihin liittyvät epäkohdat.

Tämä saavutetaan keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukaisesti tukiasemalla, jolle on tunnusomaista, että 20 suodatinväline käsittää Switched capacitor -tekniikalla toteutetun suodattimen.

Keksinnön toisen suoritusmuodon mukaiselle tukiasemalle on tunnusomaista, että signaalinkäsittelyvälineet sisältävät Switched capacitor -tekniikalla toteutettuja 25 suodattimia.

Keksinnössä hyödynnetään Switched capacitor -tekniikalla toteutettujen suodattimien sitä ominaisuutta, että niiden keski- ja/tai rajataajuudet ovat riippuvaisia niitä ohjaavan kellosignaalin taajuudesta. Kun Switched 30 capacitor -suodattimien kellosignaalit on tahdistettu suo- rakaideaaltosignaaliin ja kellosignaalien taajuus muuttuu samassa suhteessa kuin suorakaideaaltosignaalin taajuus, Switched capacitor -suodatin adaptoituu automaattisesti uudelle valvontasignaalitaajuudelle, jolloin kaikki suo-35 dattimien suorittamat signaalinkäsittelyfunktiot ovat yh- 3 84539 täläisiä kaikille valvontasignaaleille taajuudesta riippumatta. Tällöin valvontasignaalin taso säilyy vakiona kaikilla eri valvontasignaalin taajuuksilla. Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa suodattimien kellosignaalit jae-5 taan samasta pääkellosignaalista kuin suorakaideaaltosig- naali eli valvontasignaalitaajuus. Kun lisäksi signaali-taajuuksia muutetaan muuttamalla pääkellosignaalin taajuutta on yksinkertaisella tavalla saatu aikaan sekä signaalien tahdistus että vakio taajuussuhde signaalien vä-10 lille.

Vaikka Switched capacitor -suodattimien käyttö pelkästään valvontasignaalien generoinnissa tai vaihtoehtoisesti vastaanotetun valvontasignaalin signaalinkäsittelyssä tuo parannuksen aikaisemmin tunnettuihin ratkaisuihin 15 verrattuna, paras tulos saavutetaan käyttämällä Switched capacitor -suodattimia sekä generoinnissa että vastaanotossa.

Eräs Switched capacitor -tekniikalla saavutettu lisäetu on, että se mahdollistaa laitteiston korkean integ-20 rointiasteen.

Keksintöä selitetään nyt yksityiskohtaisemmin viitaten oheiseen piirrokseen, jossa kuvio 1 esittää lohkokaavion tukiaseman valvonta-signaalien käsittelyyn tarvittavasta osasta.

25 NMT-matkapuhelinjärjestelmä on ns. solukkopuhelin- järjestelmä, jossa järjestelmän kattama maantieteellinen alue on jaettu pienempiin, toisiinsa liittyviin maantieteellisiin alueisiin eli soluihin, joissa kussakin on yksi tai useampi kiinteä tukiasema, joka on yhteydessä solun 30 sisällä oleviin liikkuviin matkapuhelimiin. Tässä yhtey dessä ei tarkemmin käsitellä NMT-järjestelmän rakennetta vaan tältä osin viitataan seuraaviin julkaisuihin: [1] NMT Doc.4.1981 Technical specification for the base station equipment 35 [2] NMT Doc.900-4 Technical specification for the 4 84539 base station equipment [3] Addendum to NMT Doc.900-4 Revised 1988-04-01.

[4] NMT Doc. 900-1.

Myös tukiaseman ja matkapuhelimen välisen signa-5 loinnin ja varsinkin valvontasignaalien osalta viitataan edellä mainittuihin spesifikaatioihin.

Kuvioon 1 viitaten käsitellään aluksi valvontasignaalien generointia tukiasemalla. Tukiasema käsittää kellosignaalin synnyttävän lähteen, esimerkiksi kideoskil-10 laattorin 16, joka syöttää kellosignaalin fc säädettävälle jakajapiirille 20. Jakajapiiri 20 jakaa kellosignaalin fc taajuudenasetussignaalin FSET määräämällä jakajatermillä muodostaen pääkellosignaalin CLK. Pääkellosignaali CLK jaetaan kiinteällä jakajapiirillä 2, joka muodostaa val-15 vontasignaalitaajuisen suorakaideaaltosignaalin CK sekä yhden tai useamman suodatuskellosignaalin mCK, jonka taajuus edullisesti on signaalin CK taajuuden monikerta. Suo-rakaideaaltosignaali CK alipäästösuodatetaan alipäästösuo-datinlohkolla 1, joka sisältää Switched capacitor -ali-20 päästösuodattimen ja tasonsäädön. SC-suodatinta ohjataan kellosignaalilla mCK, jolloin sen rajataajuus adaptoituu automaattisesti suorakaideaaltosignaalien taajuuden mukaan. Suodatinlohkon 1 ulostulosignaali on sinimuotoinen valvontasignaali CST, joka normaalissa toiminnassa johde-25 taan kytkinyksikön 14 kautta aikajatkuvalle alipäästösuo-dattimelle 12, joka suodattaa valvontasignaalista kello-signaalin mCK. Suodattimen 12 ulostulosignaali johdetaan tukiaseman lähetinyksikölle 15 lähetettäväksi lähetinan-tennin 18 kautta liikkuvalle radioasemalle.

30 Valvontasignaali CST syötetään lisäksi tasonilmaisi- melle 13, joka tarkkailee valvontasignaalin tasoa varmistaen, että se on tiettyjen raja-arvojen välisessä ikkunassa. Mikäli valvontasignaalin taso joutuu tämän ikkunan ulkopuolelle ilmaisin 13 synnyttää signaalin X3, jota voi-35 daan käyttää esim. lohkon 1 tasonsäädön ohjaukseen.

5 84539

Liikkuvan aseman palauttama ja tukiaseman vastaanotinantennilla 19 ja vastaanotinosalla 17 vastaanotettu valvontasignaali alipäästösuodatetaan normaalilla aikajatkuvalla alipäästösuodattimella 11, joka rajoittaa valvon-5 tasignaalin taajuuskaistan yläpäätä laskostumisen estämi seksi myöhemmissä asteissa. Suodattimen 11 ulostulosignaali suodatetaan Switched capacitor -kaistanpäästösuodatti-mella valvontasignaalin saamiseksi paremmin esille kohinasta. Kaistanpäästösuodattimen 3 keskitaajuus asettuu 10 automaattisesti valvontasignaalitaajuudelle sopivaksi, koska suodatinta kellotetaan edellä mainitulla kellosignaalilla mCK.

Suodattimen 3 ulostulossa oleva vastaanotettu valvontasignaali CSR johdetaan kytkinyksikön 14 kautta sekoit-15 timelle 4 ja kaistanpäästösuodattimelle 5. Sekoittajassa 4 vastaanotettu valvontasignaali CSR sekoitetaan lähetetyn valvontasignaalin CST tai muun valvontasignaalitaajuisen injektiosignaalin kanssa, jolloin erotaajuus on nolla ja sekoittajan ulostulossa esiintyy vain kohinasignaali ja 20 sekoitettujen signaalien summataajuus, joka tässä tapauksessa on kaksi kertaa valvontasignaalitaajuus. Sumraataa-juus ja dc-komponentti suodatetaan pois kohinasignaalista dc-erotuksella sekä Switched capacitor -alipäästösuodattimella 10, jolloin tulokseksi saadaan valvontasignaalin 25 taajuuden ympärillä olevaan kohinaan verrannollinen signaali Y,. Alipäästösuodatinta 10 ohjataan edellä mainitulla kellosignaalilla mCK, jolloin sen rajataajuus automaattisesti asettuu kullekin valvontasignaalitaajuudelle sopivaksi.

30 Toisessa haarassa vastaanotettu valvontasignaali CSR

suodatetaan kaistanleveydeltään säädettävällä, monipolku-tyyppisellä kaistanpäästösuodattimellä 5, jonka kaistanleveys on edullisesti alle 1 Hz. Suodattimen nousuajän lyhentämiseksi suodatus kuitenkin aloitetaan suhteellisesti 35 leveämmällä kaistanleveydellä, josta kaistanleveyttä ka- 6 84539 vennetaan sopivaksi esimerkiksi kolmessa portaassa 100 ms: n aikana. Kaistanpäästösuodatinta 5 ohjataan edellä mainitulla kellosignaalilla mCK, joka määrää sen keskitaa-juuden. Kaistanpäästösuodatin 5 suodattaa vastaanotetusta 5 valvontasignaalista CSR kohinan, jolloin tulokseksi saadaan puhdas valvontasignaali Y2. Signaali Y2 kaistanpäästösuoda-tetaan vielä Switched capacitor -kaistanpäästösuodattimel-la 6, jolla on leveämpi päästökaista kuin suodattimena 5, suodattimessa 5 syntyneiden harmonisten taajuuksien suo-10 dattamiseksi pois signaalista Y2. Myös suodatinta 6 ohjataan edellä mainitulla kellosignaalilla mCK. Suodattimen 6 ulostulosignaali Y3 ja kohinasignaali Y, johdetaan kumpikin kahdelle signaalinkäsittelylohkolle 8 ja 9, joissa tapahtuu signaalin vahvistaminen, tasasuuntaus alipäästö-15 suodatus, desimointi, integrointi ja lopuksi signaaleihin verrannollisten tasajännitteiden vertailu. Vahvistamalla joko signaalia Y3 tai kohinasignaalia Y1 omissa haaroissaan voidaan säätää S/N-suhteen kynnysraja, jonka ylittämisen tai alittamisen vertailutulos ilmaisee. S/N-suhteella voi 20 olla kaksi valvontarajaa: ylempi raja, joka on alueella 10-40 dB, ilmoittaa radioyhteyden laadun niin huonoksi, että on syytä etsiä uusi radioyhteys, ja alempi raja, joka on alueella -5...+10 dB, aiheuttaa puhelun katkaisemisen, jos parempaa radioyhteyttä ei ole löydetty. Myös lohkoissa 25 8 ja 9 on kaikki suodatintoiminnot toteutettu Switched capacitor -suodattimilla, joita ohjataan edellä mainitulla kellotaajuudella mCK.

Vastaanotettu valvontasignaali tunnistetaan oikeaksi tarkkailemalla kaistanpäästösuodattimen 6 ulostulosig-30 naalin Y3 tasoa tasonilmaisimella 7. Tasonilmaisin 7 vertaa signaalin Y2 tasoa tiettyyn kynnysarvoon ja tunnistaa vastaanotetun valvontasignaalin oikeaksi, jos signaalin taso ylittää ennalta määrätyn kynnystason.

Keksinnössä käytettävien Switched capacitor -suo-35 dattimien sisäinen rakenne on alan ammattimiehen tuntema.

7 84539

Switched capacitor -tekniikan perusidea on, että kondensaattorilla ja kytkimillä voidaan simuloida vastusta, jolloin kun ns. "normaalin" RC-suodatinrakenteen R (vastus) korvataan tällaisella rakenteella, saadaan suodattimen 5 parametrit määrättyä kapasitanssien suhteilla ja kytkimiä ohjaavalla kellotaajuudella. Switched capacitor -suodattimien rakenteen ja toteutuksen osalta viitataan julkaisuun "Analog MOS Integrated Circuits for Signal Processing", R. Gregorian & G.C. Temes, Wiley, 1986 (ss. 265-10 296).

Kytkinyksikön 14 avulla voidaan lähetettävä CST val-vontasignaali ohjata suoraan sekoittajalle 4 ja kaistan-päästösuodattimelle 5, kun liikkuvan radioaseman ja tukiaseman välillä ei ole puheyhteyttä.

15 Kuvio ja siihen liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Yksityiskohdiltaan esillä olevan keksinnön mukainen tukiasema voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Esimerkiksi Switched capacitor -suodattimia ohjaavia kellosig-20 naaleja voi olla useita ja ne voidaan kehittää eri pääkel-losignaalista kuin valvontasignaalitaajuinen suorakaide-aaltosignaali. Tällöin on kuitenkin erikseen huolehdittava kellosignaalien synkronoinnista ja niiden taajuuden muuttamisesta samassa suhteessa suorakaideaaltosignaalin kans-2 5 sa.

30 35

Claims (12)

1. Tukiasema radiojärjestelmää varten, joka tukiasema käsittää tukiaseman ja liikkuvien asemien välisen 5 radioyhteyden laadun valvomista varten suodatinvälineen (1, 2, 16) valvontasignaalin kehittämiseksi halutun valvontasignaalitaajuuden omaavasta suorakaideaaltosignaalista (CK), jolloin valvontasignaalin taajuus on muutettavissa suorakaidesignaalin taajuutta 10 muuttamalla, lähetinvälineen (15) valvontasignaalin lähettämiseksi liikkuvalle radioasemalle, vastaanotinvälineen (17) liikkuvalta radioasemalta takaisin lähetetyn valvontasignaalin vastaanottamiseksi, 15 signaalinkäsittely välineet (3-11) käytetyn radioyh teyden laadun määrittämiseksi vastaanotetun valvontasignaalin avulla, tunnettu siitä, että suodatinväline (1) käsittää Switched capacitor -tekniikalla toteutetun suodattimen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tukiasema, tun nettu siitä, että mainittu suodatinväline on alipääs-tösuodatin, jota ohjataan suorakaideaaltosignaalin (CK) kanssa tahdistetulla kellosignaalilla (mCK).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tukiasema, 25 t u nn e t t u siitä, että suorakaideaaltosignaali (CK) ja kellosignaali (mCK) on muodostettu samasta pääkellosig-naalista (CLK) jakajapiireillä (2).

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen tukiasema, tunnettu siitä, että kellosignaalin (mCK) taa- 30 juus on suorakaidesignaalin (CK) monikerta.

5. Tukiasema radiojärjestelmää varten, joka tukiasema käsittää tukiaseman ja liikkuvien asemien välisen radioyhteyden valvomista varten suodatinvälineen (1, 2, 16) valvontasignaalin ke-35 hittämiseksi halutun valvontasignaalitaajuuden omaavasta 9 84539 suorakaideaaltosignaalista (CK), jolloin valvontasignaalin taajuus on muutettavissa suorakaidesignaalin taajuutta muuttamalla, lähetinvälineen (15) valvontasignaalin lähettämi-5 seksi liikkuvalle radioasemalle, vastaanotinvälineen (17) liikkuvalta radioasemalta takaisin lähetetyn valvontasignaalin vastaanottamiseksi, signaalinkäsittelyvälineet (3-11) käytetyn radioyhteyden laadun määrittämiseksi vastaanotetun valvontasig- 10 naalin avulla, tunnettu siitä, että signaalinkäsittelyvälineet sisältävät Switched capacitor -tekniikalla toteutettuja suodattimia (3, 5, 6, 8, 9).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen tukiasema, tunnettu siitä, että mainittuja Switched capacitor-suo- 15 dattimia ohjataan yhdellä tai useammalla valvontasignaalin kanssa tahdistetulla kellosignaalilla (mCK).

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen tukiasema, t u nn e t t u siitä, että suorakaideaaltosignaali (CK) ja kellosignaali (mCK) on muodostettu samasta pääkellosig- 20 naalista (CLK) jakajapiireillä (2).

8. Patenttivaatimuksen 5, 6 tai 7 mukainen tukiasema, tunnettu siitä, että kellosignaalin (mCK) taajuus on suorakaidesignaalin (CK) monikerta.

8 84539

9. Patenttivaatimuksen 5, 6, 7 tai 8 mukainen tuki- 25 asema, tunnettu siitä, että signaalinkäsittelyvä lineet käsittävät vastaanotetun valvontasignaalin tunnistamista varten kapeakaistaisen kaistanpäästösuodattimen (5) kohinan suodattamiseksi pois valvontasignaalista ja vertailijavälineen (7) kaistanpäästösuodatetun signaalin 30 tason tarkkailemiseksi ja tunnistussignaalin antamiseksi, jos signaalin taso ylittää ennalta määrätyn kynnystason.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 5-9 mukainen tukiasema, tunnettu siitä, että signaalinkäsittelyvälineet käsittävät vastaanotetun valvontasignaalin S/N-suh- 35 teen määrittämistä varten 10 84539 kaistanpäästösuodattimen (5) kohinan suodattamiseksi pois valvontasignaalista, sekoittimen (4) vastaanotetun valvontasignaalin ja lähetetyn valvontasignaalin sekoittamiseksi ja Switched 5 capacitor -alipäästösuodattimen (10) sekoittimen ulostulosignaalin suodattamiseksi, jolloin alipäästösuodattimen (10) ulostulosignaali on vastaanotetussa valvontasig-naalissa olevaan kohinaan verrannollinen signaali, välineet (8,9) S/N-suhteen määrittämiseksi mainit- 10 tujen kohinaan verrannollisen signaalin ja kaistanpäästö-suodatetun valvontasignaalin avulla.

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen tukiasema, tunnettu siitä, että mainittu kohinan suodattava kaistanpäästösuodatin (5) on monipolkusuodatin, jonka 15 kaistanleveys on edullisesti alle 1 Hz.

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen tukiasema, tunnettu siitä, että kohinaa suodattavan kaistanpäästösuodattimen (5) ja S/N-suhteen määrittävien välineiden (8, 9) väliin on kytketty toinen, suhteellisesti le- 20 veäkaistaisempi Switched capacitor -kaistanpäästösuodatin (6). 11 84539