SE516753C2 - Metod och anordning för bestämning av stabilitetsmarginal i en repeater - Google Patents

Description

20 25 30 516 753 2 Uppfinningens bakgrund - känd teknik Problemet med att förebygga självsvängning och säkerställa en tillräcklig marginal till en sådan instabilitet i repeatrar är väl känt för fackmannen. Normalt övervakas signalnivån (eller effektnivån) på ingången eller utgången under drift av repea- tern för att lösa detta problem.

Ett sätt, se US-A-5,095,528 (Leslie), är att kontinuerligt mäta den genomsnittliga uteffekten hos repeatern och avgöra om denna effektnivå överskrider ett förutbestämt gränsvärde, i vilket fall förstärkningen i repeatern reduceras drastiskt för att återställa ett stabilt drifttillstànd.

Ett annat sätt, som är särskilt användbart i GSM-system som arbetar med en tidsluckor, se WO 97/33381 (Allgon), är att mäta tidsandelen under vilken effektnivàn på en insignal överskrider ett visst gränsvärde, varvid förstärkningen redu- ceras i det fall denna tidsandel är relativt stor, såsom 90% eller till med större. Denna metod kan kombineras med ett test om huruvida skillnaden mellan max- och minimivärdena på insig- nalnivån är mindre än ett givet värde.

I båda dessa kända metoder, liksom i alla andra metoder som används i repeatrar idag, är det dock nödvändigt att justera förstärkningen tämligen drastiskt som svar på en detekterad ökning i signalnivän. I grunden beror detta på att kriterierna som används bara uppfylls när ett tillstånd av instabilitet uppnås. I de kända systemen är det därigenom inte möjligt att erhålla ett kvantifierat värde pà stabilitetsmarginalen som sådan. Därför är det svårt att tillhandahålla en jämn styrning av förstärkningen hos repeatern. 23S93se.doc; 2000-09-21 lO 15 20 25 30 516 753 3 Sammanfattning av uppfinningen Mot denna bakgrund är ett huvudsyfte med föreliggande uppfin- ning att tillhandahålla en metod och en anordning för att av- göra stabilitetsmarginalen, med hänsyn till möjlig självsväng- ning, i en repeater av den typ som diskuterats ovan.

Ett annat syfte är att tillhandahålla en metod, som skulle möjliggöra en jämn styrning av repeatern utan drastiska för- ändringar av förstärkningen. I enlighet med detta skulle det vara möjligt att fastställa ett kvantifierat värde på stabili- tetsmarginalen som sådan.

Dessa och andra syften uppnås enligt föreliggande uppfinning genom att ta två grundläggande steg, nämligen fastställa förstärkningen på repeatern som en funktion av fre- kvensen i ett frekvensband (som skall vara relativt brett), och observera storleken pà vågformiga variationer i den påvi- sade förstärkningen som funktion av frekvensen. Denna storlek utgör ett mått på stabilitetsmarginalen, så att en ökande storlek motsvarar en minskande stabilitetsmarginal.

På detta sätt är det möjligt att erhålla ett mått på stabili- tetsmarginalen även om systemet är i normal drift och fortfa- rande är stabilt. Som följd av detta kan vilka som helst styr- åtgärder göras redan långt innan systemet når ett instabilt tillstånd, och styrningen kan därför genomföras jämnt, dvs. med relativt små justeringar av förstärkningen hos systemet.

Genom att använda en lämplig styralgoritm kan mätsystemet hål- las kvar i ett stabilt tillstånd utan självsvängning. 23593SE.dOC; 2000-09-21 lO 15 20 25 30 516 753 4 Metoden kan utföras med hjälp av en mätningsmottagare kopplad till ingången och/eller utgången pà repeatern med hjälp av en riktkopplare, företrädesvis via en omkopplare som växlar mel- lan ingången och utgången.

För att fastställa förstärkningen eller frekvenssvaret i ett visst frekvensband, förutsatt att de spektrala egenskaperna pà insignalerna är kända, är det tillräckligt att mäta utsignalen som funktion av frekvensen, vilket är fördelaktigt. Därefter kan frekvenssvaret och stabilitetsmarginalen beräknas.

Uppfinningen kommer att förklaras ytterligare nedan med hän- visning till de bifogade ritningarna, som illustrerar en repe- ater och en mätningsmottagare för att bestämma stabilitetsmar- ginalen i enlighet med uppfinningen.

Kort beskrivning av ritningarna Figur 1 visar schematiskt en repeater för användning i ett mo- biltelefonsystem, och en tillhörande anordning för att mäta stabilitetsmarginalen hos systemet, Figur 2 och 3 är schematiska representationer av repeatern och de tillhörande antennerna, som ett enkelt àterkopplat förstär- karsystem, Figur 4 är ett diagram som representerar uteffekten som funk- tion av frekvensen i ett frekvensband, och Figur 5 är ett diagram som representerar storleken pà topp- till-topp på variationerna (pà effekten eller förstärkningen visad i figur 4) som en funktion av stabilitetsmarginalen för repeatern. 23593S8.dOC; 2000-09-21. 10 15 20 25 30 516 753 5 Detaljerad beskrivning av en föredragen utföringsform Den i figur 1 visade repeatern är av den typ som generellt an- vänds i mobila telefonsystem, t.ex. såsom beskrivet i det ovan nämnda dokumentet WO97/33381, inkluderande en första antenn 1 för radiokommunikation mellan repeatern och en mobiltelefon (inte visad) och en andra antenn 2 för motsvarande radiokommu- nikation mellan repeatern och en basstation (inte visad).

De första och andra antennerna 1,2 är förbundna via duplexfil- ter 3,4 med två motsatt riktade länkar, nämligen en upplänk 10 för att överföra signaler som kommer från mobiltelefoner mot den tillhörande basstationen, som tar hand om den cell i vil- ken repeatern och mobiltelefonen befinner sig, och en nedlänk 20 för att överföra signaler i motsatt riktning. Varje länk inkluderar ett antal ömsesidigt parallella förstärkarkedjor.

Varje sådan kedja hanterar en specifik frekvens eller ett fre- kvensband. I figur 1 är förstärkarna i dessa kedjor represen- terade av en förstärkare 11 i upplänken 10 och en förstärkare 21 i nedlänken 20.

I transmissionsledningarna 5,6 som förbinder respektive antenn 1,2 och respektive duplexfilter 3,4, är riktkopplare 30 och 40 anordnade för att möjliggöra mätning av signaler i respektive transmissionsledningssegment 5,6. De mätta signalerna matas via omkopplare 31,41 och bandpassfilter 32,42 till en gemensam omkopplare 50 förbunden med en mätningsmottagare 61. I mät- ningsmottagaren 61 analyseras en viss signal, sà att signalni- vàn som funktion av frekvensen i ett visst frekvensband er- hålls. 23593se.doc; 2000-09-21 10 15 20 25 30 516 753 Det kommer att framgå att riktningskopplarna och omkopplarna är förbundna pà ett sådant sätt att vilken som helst insignal eller utsignal i respektive transmissionsledning 5,6 (syste- mets ingàng eller utgång) kan analyseras.

Uppfinningstanken är baserad pà en förenklad modell av repea- tern såsom representerat i figur 2 och 3. En inkommande RF- signal I (fràn en mobiltelefon, inte visad) propagerar genom luften pà en mikrovàgsbärvàg och träffar den första antennen 1 i figur 2, varefter signalen överförs genom upplänken, repre- senterad av förstärkaren 11, till den andra antennen 2. Ofrán- komligen förs en (normalt sett väldigt liten) del B av signa- len tillbaks genom luften, representerad av läckagevägen 12. I figur 3 representeras repeatern R och de tvà antennerna 1,2 av ett schematiskt, standardiserat styrsystem med ett summerings- element S, en huvudförstärkare ll, ett fördröjningselement 13 och en àterkopplingsslinga 12 motsvarande läckagevägen mellan de tvà antennerna. Fördröjningselementet motsvarar den ofràn- komliga fördröjning som uppträder i filter och andra komponen- ter som normalt ingår i förstärkarkedjor i en repeater av den typ som indikerats ovan.

Pà grund av fördröjningselementet 13 är den effektiva för- stärkningen för systemet i figur 3 beroende av frekvensen. Sá- som kan visas med en Laplacetransformrepresentation av syste- met, varvid man använder frekvensdomänen snarare än tidsdomä- nen, kan kvoten mellan utsignalen och insignalen (eller över- föringsfunktionen som den normalt betecknas i reglerteknik) i systemet i figur 3 representeras som SI1- EE-(is l -glg2e'ds 23593Se.dOC; 2001-10-31 10 15 20 25 30 516 753 där gl är förstärkningen hos förstärkaren ll, g2 är förstärk- ningen i den (schematiska) förstärkaren 14 i återkopplings- slingan 12 och d är fördröjningen i fördröjningselementet 13.

Från denna ekvation är det uppenbart att förstärkningen är en harmonisk funktion av frekvensen.

Ett diagram över frekvenssvaret för uteffekten på signalen i en mottagare visas i figur 4. Kurvan visar ett mönster med harmoniska variationer av effekten P som funktion av frekven- sen f. Det har visats, genom praktiska mätningar, att storle- ken på sådana variationer är ett mått pà stabilitetsmargina- len, fast med ett omvänt förhållande. Därför kommer stabili- tetsmarginalen att öka när storleken pà variationerna, dvs. topp-till-topp värdet minskar, och vice versa.

Figur 5 visar förhållandet mellan isolering eller stabilitets- marginalen SM (horisontell axel eller abscissa i dB) och topp- till-topp värdet eller storleken MA på förstärkningsvariatio- nerna (vertikal axel eller ordinata i decibel).

Det är följaktligen möjligt att fastställa ett funktionellt förhållande mellan insignalen och utsignalen genom att använda anordningen visad i figur 1, och att beräkna stabilitetsmargi- nalen, med hänsyn till möjlig självsvängning, genom det funk- tionsförhàllande som visas i figur 5.

När de spektrala egenskaperna för insignalen är kända i förväg är det tillräckligt att mäta den utgående effektnivån P som funktion av frekvensen f, såsom visas i figur 4. 235935e.d0<:; 2001-10-31 516 753 Naturligtvis kan det beräknade värdet på stabilitetsmarginalen utgöra basen för en styrsignal som styr förstârkningen hos re- peatern, för att hålla stabilitetsmarginalen huvudsakligen konstant på en önskad nivå. För detta ändamål kan mätningsmot- tagaren 61 vara förbunden med en styrenhet 70 anordnad att genomföra en sådan styrning. Om det år önskvärt kan mätningen och styrningen utföras på avstånd, t.ex. från ett drifts- och övervakningscentrum (inte visat) via ett telefonmodem 80 eller någon annan telekommunikationslänk. 23593Se.d0C; 2001-10-31

Claims (10)

10 15 20 25 30 1. .. U .U ,H . ,§. .. .-1 .. . ._ .. 1. -- - ~ f ' ” . . le; =I 'I " ' ' ' I n . , ., »v ».1>~** k* H .H , . i .. .. . .. . - . _' . , . . . .. _ . . . ,. .ä V. 9 PATENTKRAV

1. l. Metod att bestämma stabilitetsmarginalen, med hänsyn till möjlig självsvängning, i en radiofrekvensrepeater som verkar med en förutbestämd fördröjning mellan en ingång (5) och en utgång (6) och har en àterkopplingsslinga mellan utgången och ingången, kännetecknad av stegen att - fastställa förstärkningen på repeatern som funktion av fre- kvensen i ett frekvensband, och - observera storleken (MA) pà vàgformiga variationer i för- stärkningen som funktion av frekvensen, varvid denna stor- lek utgör ett mått pà stabilitetsmarginalen, så att en ökande storlek motsvarar en minskande stabilitetsmarginal.

2. Metod enligt krav 1, varvid de spektrala egenskaperna pà en insignal är kända kännetecknad av: - steget att fastställa förstärkningen som funktion av fre- kvensen utförs genom att mäta en utsignal (P) som funktion av frekvensen (f) i frekvensbandet, och - storleken (MA) pà de vágformiga variationerna och stabili- tetsmarginalen (SM) beräknas med utgångspunkt fràn resulta- tet av det första steget.

3. Metod att styra en radiofrekvensrepeater, som verkar med en förutbestämd fördröjning mellan en ingàng och en utgång och har en àterkopplingsslinga mellan utgången och ingången, kännetecknad av stegen att: - bestämma stabilitetsmarginalen i repeatern i enlighet med krav l eller 2, och - styra förstärkningen hos repeatern i beroende av den be- stämda stabilitetsmarginalen. 23593se.doc; 2000-09-21 10 15 20 25 30 , 1, ,, , . . . ,. . -_! _ , , , .. . > f I] .. . . _ - _* p' * “ , =. n. v>- = »1 _ ' j' . , ,. > nu a u . f vb' (_. , ; Ü , .. .. ,. 1 10

4. Anordning för att bestämma stabilitetsmarginalen, med hän- syn till möjlig självsvängning, i en radiofrekvensrepeater, som verkar med en förutbestämd fördröjning mellan en ingång (5) och en utgång (6) och har en àterkopplingsslinga mellan utgången och ingången, kännetecknad av att anordningen om- fattar minst ett avkännande element (30,40) förbundet med ingången och/eller utgången hos repeatern, och - minst en mätningsmottagare (60) ansluten till nämnda avkän- nande element för att mäta åtminstone en utsignal från re- peatern, varvid stabilitetsmarginalen (SM) beräknas med ut- gångspunkt från denna.

5. Anordningen enligt krav 4, kännetecknad av att nämnda av- kännande element omfattar minst en riktkopplare.

6. Anordningen enligt krav 5, kännetecknad av att två rikt- kopplare är förbundna med en enda mätningsmottagare via en omkopplare (51) för omväxlande mätningar av signalerna vid utgången respektive ingången.

7. Anordningen enligt krav 4, kännetecknad av att: - mätningsmottagaren (60) är ansluten till en styrenhet (70) för styrning av förstärkningen hos repeatern.

8. Anordningen enligt krav 4, kännetecknad av att: - mätningsmottagaren är anslutbar, via ett modem (80), till en central driftsövervakningsenhet, varvid mätningarna och beräkningarna för att bestämma stabilitetsmarginalen kan göras på avstånd.

9. Anordningen enligt krav 4, kännetecknad av att: 23593se.d0C; 2000-09-21 10 516 753 ll ett bandpassfilter (32,42) är anordnat mellan det avkännan- de elementet och mätningsmottagaren.

10. Repeatersystem, innefattande en radiofrekvensrepeater av den typ som har tvà antenner (1,2) och tvà länkar mellan dessa, varvid de båda länkarna omfattar en upplänk (10) för att förstärka signaler fràn en mobiltelefon till en bassta- tion och en nedlänk (20) för att förstärka signaler fràn basstationen till mobiltelefonen, kännetecknat av att repea- tersystemet är försett med en anordning enligt något av kra- ven 4 till 9. 23593se.doc; 2000-09-21