УСТРОЙСТВО РЕТРАНСЛЯЦИИ РАДИОСИГНАЛА СИСТЕМЫ СВЯЗИ С МНОГОСТАНЦИОННЫМ ДОСТУПОМ И КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ Российский патент 1999 года по МПК H04B7/04 H04B7/26 H04J13/00 

Изобретение относится к устройству ретрансляции радиосигнала системы связи с многостанционным доступом и кодовым разделением каналов для обеспечения связи в зоне отсутствия приема радиосигнала (в затененной зоне), особенно внутри зданий.

В общем случае системы сотовой связи, например, системы с многостанционным доступом и кодовым разделением каналов (CDMA) содержат множество базовых станций, установленных в качестве постоянных сотовых узлов, и множество мобильных станций, подключенных к каждой базовой станции для приема вызова от соответствующей базовой станции. Каждая базовая станция установлена стационарно, в то время как каждая мобильная станция изменяет свое положение в соответствии с перемещениями пользователя. Например, мобильная станция может располагаться внутри здания, на станции метро, в подземной галерее и т.п. При передаче радиосигнала от базовой станции во внутреннее помещение здания происходят большие потери. Радиосигнал внутри здания характеризуется замиранием вследствие многолучевого распространения с очень короткой задержкой. Следовательно, если радиосигнал базовой станции передается внутри здания, характеристики сигнала ухудшаются. Кроме того, если радиосигнал базовой станции передается с задней стороны стены или лифта, характеристики сигнала также ухудшаются в связи с эффектом тени.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания устройства ретрансляции радиосигнала для расширения зоны обслуживания системы связи CDMA для поддержки обслуживания вызова, даже если мобильная станция находится в затененной зоне радиосигнала, для снижения потерь при передаче радиосигнала базовой станции на мобильную станцию, а также для предотвращения ухудшения характеристик сигнала, передаваемого от базовой станции.

Поставленная задача решается тем, что в настоящем изобретении предлагается устройство ретрансляции радиосигнала системы связи CDMA, в котором установлено множество антенн с временным и пространственным разнесением и сигнал CDMA, обработанный базовой станцией, передается на соответствующую мобильную станцию посредством временного и пространственного разнесения.

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения устройство ретрансляции системы связи CDMA включает в себя первую антенну, вторую антенну, разнесенную на расстояние, отличающееся от разнесения первой антенны, одну базовую станцию и устройство сопряжения с разнесенными антеннами, подключенное между базовой станцией и первой и второй антеннами, для приема сигнала, передаваемого от базовой станции, задержки принимаемого сигнала на заранее установленное время, и передачи незадержанного сигнала и задержанного сигнала на первую и вторую антенны соответственно. Предпочтительно, чтобы устройство сопряжения с разнесенными антеннами задерживало сигнал, передаваемый от базовой станции, по меньшей мере на одну микросекунду, передавало незадержанный сигнал на первую антенну и передавало задержанный сигнал на вторую антенну. Кроме того, первая и вторая антенны устанавливаются в затененной зоне радиосигнала для поддержания связи внутри здания.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения устройство ретрансляции системы связи CDMA включает в себя одну базовую станцию, множество разнесенных антенн, подключенных друг к другу с некоторым интервалом, и множество разнесенных элементов, соответствующих множеству разнесенных антенн. Первый элемент из множества разнесенных элементов, который электрически подключен между базовой станцией и первой антенной из множества разнесенных антенн, принимает и обрабатывает сигнал, передаваемый от базовой станции, и передает обработанный сигнал на первую антенну. Каждый из оставшихся разнесенных элементов обрабатывает сигнал, обработанный предыдущим элементом, и передает обработанный сигнал на следующую антенну и на следующий элемент. Предпочтительно, чтобы каждый из разнесенных элементов компенсировал потери в сигнале, обработанном предыдущим элементом, причем потери возникают в электрическом соединении разнесенных элементов. Каждый из разнесенных элементов выполняет компенсацию входного сигнала, задерживает компенсированный сигнал на заранее установленное время, предпочтительно 2.5 микросекунды, и передает задержанный сигнал на следующий элемент. Кроме того, каждый из разнесенных элементов через кабельное соединение подключен ко всем другим разнесенным элементам и приводится в действие от источника электропитания постоянного тока, подключенного через кабель. Антенны устанавливаются в затененной зоне радиосигнала для поддержания связи с внутренними помещениями в здании.

Настоящее изобретение будет в дальнейшем подробно описано со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах одинаковые ссылочные позиции или символы обозначают одинаковые части. Для дальнейшей ясности, в последующем описании известные признаки и конструкции не описываются. Кроме того, используемая в нижеследующем описании терминология привязана к функциям настоящего изобретения и может отличаться от принятой у разработчиков микроэлектронной аппаратуры. Следовательно, смысл используемых терминов вытекает из конкретного содержания всего описания.

В числе чертежей:
фиг. 1 изображает блок-схему устройства ретрансляции радиосигнала системы связи CDMA согласно настоящему изобретению;
фиг. 2 - 2 а - подробную блок-схему устройства сопряжения с рассредоточенными антеннами, показанного на фиг. 1; и
Фиг. 3 - подробную блок-схему элемента, показанного на фиг. 1.

Обратимся к фиг. 1, на которой устройство ретрансляции системы связи CDMA согласно настоящему изобретению включает в себя базовую станцию 100 и антенное устройство 150, содержащее разнесенные антенны. Базовая станция 100 имеет цифровой сигнальный процессор 110 для обработки цифровых сигналов с целью генерирования сигнала промежуточной частоты и обработки полученного сигнала промежуточной частоты для восстановления цифрового сигнала, и приемопередатчик 120 для обработки сигнала промежуточной частоты, генерируемого цифровым процессором 110, для передачи высокочастотного сигнала CDMA во внутреннее помещение и обработки высокочастотного сигнала CDMA, полученного из внутреннего помещения, для генерирования сигнала промежуточной частоты. Структура базовой станции известна специалистам в данной области техники. Разнесенное антенное устройство 150 имеет устройство сопряжения (DAI) 200 с разнесенными антеннами и разнесенный антенный элемент (DAE) 300, которые вместе создают временное и пространственное разнесение для поддержания связи даже в затененной зоне радиосигнала, например, внутри здания, на станции метро, в подземной галерее и т.п.

DAI 200, который электрически подключен между приемопередатчиком 120 базовой станции 100 и DAE 300 через терминал Tx_IN принимает высокочастотный сигнал S11 с частотой 869-894 МГц, передаваемый приемопередатчиком 120, ослабляет и усиливает сигнал S11 и формирует на своем терминале Tx_OUT A ослабленный и усиленный сигнал, в виде сигнала S14. Кроме того, DAI 200 задерживает ослабленный и усиленный сигнал на заранее предусмотренное время и на терминале Tx_ OUT B формирует задержанный сигнал в виде сигнала S15. Среди сигналов, формируемых в DAI 200, сигнал S15, который задерживается на 1.25 мкс по сравнению с сигналом S14, заставляет мобильную станцию работать как RAKE приемник. DAI 200 через терминалы Rx_IN A и Rx_IN B принимает также сигнал S16 частотой 824-849 МГц и сигнал S17 частотой 824-849 МГц соответственно, ослабляет и усиливает полученные сигналы S16 и S17, формирует ослабленный и усиленный сигналы в виде сигналов S12 и S13 и подает сигналы S12 и S13 на приемопередатчик 120 базовой станции 100 через свои терминалы Rx_OUT A и Rx_OUT B, соответственно.

DAE 300 включает первую цепочку DAE, состоящую из ряда антенн ANT A1 и ANT A2, подключенных друг к другу с некоторым интервалом, и разнесенные элементы 300A1 и 300A2, соответствующие антеннам ANT A1 и ANT A2, и вторую цепочку DAE, состоящую из ряда антенн ANT B1 и ANT B2, подключенных друг к другу с интервалом, отличающимся от принятого в первой цепочке DAE, и рассредоточенные элементы 300B1 и 300B2, соответствующие антеннам ANT B1 и ANT B2. Следует иметь в виду, что разнесенные элементы 300A1 и 300B1 одинаково установлены на некотором расстоянии, образуя первый узел Node #1, а разнесенные элементы 300A1 и 300B2 одинаково установлены на другом расстоянии, образуя второй узел Node #2, что создает пространственное разнесение. Также необходимо заметить, что количество разнесенных элементов и антенн может быть увеличено, хотя на фиг. 1 показаны цепочки DAE, имеющие только два разнесенных элемента и две антенны.

Один разнесенный элемент передает сигнал, получаемый от DAI 200 или другого разнесенного элемента на мобильную станцию через антенну, и передает сигнал, полученный от мобильной станции, на другой разнесенный элемент или на DAI 200. Каждый разнесенный элемент задерживает сигнал CDMA, который передается из приемопередатчика 120 базовой станции 100 и обрабатывается DAI 200. Два разнесенных элемента первого узла Node #1 принимают соответственно сигналы, задержанные на 0 мкс и на 1.25 мкс, от DAI 200, передают сигналы, задержанные еще на 2.5 мкс, на следующий узел Node #2 и передают полученные сигналы на мобильную станцию через антенны ANT A1 и ANT B1. Поскольку мобильная станция принимает сигналы, переданные из двух узлов, она может работать как RAKE приемник. Например, если мобильная станция перемещается от второго узла к первому узлу, то поскольку уровень сигналов с задержкой 0 мкс и с задержкой 1.25 мкс становится меньше, а уровень сигналов с задержкой 2.5 мкс и с задержкой 3.75 мкс становится больше, мобильная станция принимает сигналы, создаваемые вторым узлом. Это означает, что мобильная станция работает как RAKE приемник.

На фиг. 2 представлен DAI 200, показанный на фиг. 1. Сигнал S11 частотой 869-894 МГц, передаваемый от приемопередатчика 120, базовой станции 100, проходит через аттенюатор 211 и усилитель 212 и разделяется на сигналы S21 и S22 двунаправленным делителем мощности 213. Сигнал S22 задерживается на 1.25 мкс схемой задержки 216. Такое значение задержки вынуждает мобильную станцию работать как RAKE приемник, поскольку в условиях работы системы связи с мобильными объектами с частотой 800 МГц необходима задержка в 1 мкс или более. Затухание, вносимое схемой задержки 216, компенсируется усилителем 217. Контроль за нормальным генерированием сигналов S21 и S22 осуществляется направленными ответвителями 214 и 218, соответственно. После этого сигналы S21 и S22 снова ослабляются аттенюаторами 215 и 219 и генерируются в виде сигналов S14 и S15 через терминалы Tx_OUT A и Tx_OUT B, соответственно.

DAI 200 принимает также сигналы от DAE 300 через терминалы Rx_IN A и Rx_ IN B. Полученные сигналы S16 и S17 усиливаются до стабильного уровня аттенюаторами 221, 231, 233, 225 и 235 и усилителями 222, 232, 224 и 234 (на фиг. 2a). Направленные ответвители 226 и 236 контролируют, нормально формируются сигналы S16 и S17. Регулируемые аттенюаторы настраивают уровень приема таким образом, чтобы обеспечить усиление, соответствующее потерям в кабеле между DAE 300 и DAI 200 так, чтобы на приемопередатчике 120 базовой станции 100 не был бы избыточный уровень принимаемого сигнала.

На фиг. 3 представлен разнесенный элемент, показанный на фиг. 1. Указанный элемент передает (здесь и далее называется "прямой антенный тракт") сигнал, принятый от DAI 200, либо от другого разнесенного элемента на мобильную станцию через антенну, и передает (здесь и далее называется "обратный антенный тракт") сигнал, принятый от мобильной станции через антенну, на DAI 200, либо другой разнесенный элемент. Кроме того, разнесенный элемент передает (здесь и далее называется "прямой тракт ретрансляции") сигнал, полученный от другого разнесенного элемента, на еще один разнесенный элемент и передает (здесь и далее называется "обратный тракт ретрансляции") сигнал, полученный от другого разнесенного элемента, на еще один разнесенный элемент или на DAI 200. На фиг. 3 ссылочные символьные позиции PTH1, PTH2, PTH3 и PTH4 обозначают прямой тракт ретрансляции, прямой антенный тракт, обратный антенный тракт и обратный тракт ретрансляции.

В дальнейшем будет описан прямой тракт.

Сигнал, подаваемый на разнесенный элемент, регулируется регулируемым аттенюатором 311 по уровню так, чтобы потери (соответствующие длине d, показанной на фиг. 1) в кабеле, подсоединенном между разнесенными элементами или между DAI 200 и разнесенным элементом, можно было скомпенсировать в прямом тракте ретрансляции PTH1. Если известен тип и длина кабеля d, то поскольку определяются потери в кабеле, усилитель 312 усиливает сигнал до уровня, соответствующего потерям. Однако длина кабеля d в зависимости от разнесенного элемента может отличаться, а значит, и могут отличаться потери в кабеле. Следовательно, выходной уровень прямого/обратного тракта ретрансляции поддерживается постоянным путем регулирования степени затухания с использованием регулируемого аттенюатора 311 при начальной установке системы. Сигнал, проходящий через усилитель 312, делится делителем мощности 313 на два сигнала, а именно, сигнал тракта ретрансляции S31 и сигнал антенного тракта S32. Сигнал тракта ретрансляции S31 задерживается схемой задержки 314 на 2.5 мкс, усиливается усилителем 315 на величину затухания, вызванного схемой задержки 314, и передается на другой усилительный элемент. Сигнал антенного тракта S32 снова регулируется регулируемым аттенюатором 316 так, чтобы сигнал передачи, генерируемый регулируемым аттенюатором через антенну, мог бы иметь постоянный уровень. Сигнал, формируемый на выходе регулируемого аттенюатора 316, усиливается усилителем 317, передается на антенну через дуплексер 320 и излучается в пространство. Излучаемый сигнал принимается мобильной станцией.

В дальнейшем будет описан обратный тракт.

Сигнал, принимаемый рассредоточенным элементом, регулируется по уровню регулируемым аттенюатором 32, так чтобы в обратном тракте ретрансляции были скомпенсированы потери в кабеле, соединяющем разнесенные элементы. Сигнал, ослабленный регулируемым аттенюатором 323, усиливается усилителем 323, задерживается схемой задержки 325 на 2.5 мкс и суммируется с сигналом обратного антенного тракта S33 с помощью двунаправленного сумматора мощностей 326. Сигнал, полученный от антенны, передается на малошумящий усилитель 321 через дуплексер 320. Сигнал, усиленный малошумящим усилителем, регулируется по уровню регулируемым аттенюатором 322 для поддержания постоянного уровня сигнала в обратном антенном тракте. Сигнал обратного антенного тракта S33, отрегулированный по уровню регулируемым аттенюатором 322, суммируется с сигналом обратного тракта ретрансляции S34 с помощью сумматора мощностей 326, усиливается усилителем 327 и передается на DAI 200 или разнесенный элемент.

В прямом/обратном тракте ретрансляции потери в кабеле между DAI и разнесенным элементом или между разнесенными элементами непрерывно компенсируются разнесенным элементом и сигнал с отрегулированным уровнем передается на разнесенный элемент следующей ступени. Следовательно, зона обслуживания увеличивается и системой можно эффективно управлять. Питание на постоянном токе (DC), необходимое для работы каждого разнесенного элемента, подается с помощью кабеля, и каждый разнесенный элемент использует источник DC питания посредством кабельного соединения. Однако подавать дополнительную мощность DC к каждому разнесенному элементу нет необходимости.

Как было описано выше, множество антенн сконструировано с временным и пространственным разнесением, и сигнал CDMA, обработанный на базовой станции, передается на соответствующую мобильную станцию посредством временного и пространственного разнесения. Следовательно, обслуживание вызова может быть распространено и на мобильную станцию, расположенную в затененной зоне, например, внутри здания, на станции метро, в подземной галерее и т.п. Кроме того, радиосигнал базовой станции передается на мобильную станцию без ухудшения характеристик или потерь.

Следует уяснить, что настоящее изобретение не ограничено раскрытым выше конкретным лучшим вариантом выполнения, а предусматривает наличие и других вариантов в рамках описания и патентной формулы.

Устройство содержит базовую станцию, множество разнесенных антенн, соединенных друг с другом с некоторым интервалом, и множество разнесенных элементов, причем первый из указанного множества разнесенных элементов электрически подключен между базовой станцией и первой из указанного множества разнесенных антенн, принимает и обрабатывает сигнал, передаваемый с базовой станции, передает обработанный сигнал на первую антенну, и каждый из оставшихся разнесенных элементов обрабатывает сигнал, обработанный предыдущим элементом, и передает обработанный сигнал на следующую антенну и на следующий элемент. Каждый из разнесенных элементов компенсирует потери сигнала, обработанного предыдущим элементом, возникающие в электрическом соединении разнесенных элементов, осуществляет компенсацию входного сигнала, задерживает скомпенсированный сигнал на по меньшей мере 2,5 мкс и передает задержанный сигнал на следующий элемент. Технический результат заключается в расширении зоны обслуживания, поддержке обслуживания вызова, снижении потерь при передаче радиосигнала базовой станции и предотвращении ухудшения характеристик этого радиосигнала. 3 с. и 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство ретрансляции радиосигнала системы связи с многостанционным доступом и кодовым разделением каналов для передачи и приема сигнала многостанционного доступа с кодовым разделением каналов, содержащее первую антенну, вторую антенну, разнесенную на расстояние, отличающееся от расстояния, соответствующего разнесению указанной первой антенны, базовую станцию и устройство сопряжения с разнесенными антеннами, подключенное между базовой станцией и первой и второй антеннами, для приема сигнала, передаваемого с базовой станции, задержки принятого сигнала на заранее установленное время и передачи незадержанного сигнала и задержанного сигнала на первую и вторую антенны соответственно, отличающееся тем, что величина задержки принятого сигнала, обеспечиваемой устройством сопряжения с разнесенными антеннами, составляет по меньшей мере 1 мкс. 2. Устройство ретрансляции радиосигнала системы связи с многостанционным доступом и кодовым разделением каналов для передачи и приема сигнала многостанционного доступа с кодовым разделением каналов, содержащее базовую станцию, множество разнесенных антенн, соединенных друг с другом с некоторым интервалом и множество разнесенных элементов соответствующих указанному множеству разнесенных антенн, причем первый из указанного множества разнесенных элементов электрически подключен между базовой станцией и первой из указанного множества разнесенных антенн, принимает и обрабатывает сигнал, передаваемый с базовой станции, передает обработанный сигнал на первую антенну и каждый из оставшихся разнесенных элементов обрабатывает сигнал, обработанный предыдущим элементом, и передает обработанный сигнал на следующую антенну и на следующий элемент, отличающееся тем, что каждый из разнесенных элементов компенсирует потери сигнала, обработанного предыдущим элементом, возникающие в электрическом соединении разнесенных элементов, осуществляет компенсацию входного сигнала, задерживает скомпенсированный сигнал на заранее установленное время, передает задержанный сигнал на следующий элемент, при этом величина задержки составляет по меньшей мере 2,5 мкс. 3. Устройство ретрансляции радиосигнала по п.2, отличающееся тем, что каждый из указанных разнесенных элементов подсоединен посредством кабеля ко всем другим разнесенным элементам и запитывается от источника питания постоянного тока, подаваемого через указанный кабель. 4. Устройство ретрансляции радиосигнала системы связи с многостанционным доступом и кодовым разделением каналов для передачи и приема сигнала многостанционного доступа с кодовым разделением каналов, содержащее первую цепочку разнесенных антенн, подсоединенных ко всем другим на некотором расстоянии, вторую цепочку разнесенных антенн, подсоединенных ко всем другим на расстоянии, отличном от расстояния в указанной первой цепочке разнесенных антенн, базовую станцию, устройство сопряжения с разнесенными антеннами, подключенное между базовой станцией и первой и второй цепочками антенн, для приема сигнала, передаваемого от базовой станции, задержки принятого сигнала на заранее установленное время и передачи незадержанного сигнала и задержанного сигнала на первую и вторую цепочки разнесенных антенн соответственно, первый ряд разнесенных элементов, соответствующих указанной первой цепочке разнесенных антенн, второй ряд разнесенных элементов, соответствующих указанной второй цепочке разнесенных антенн, причем первые разнесенные элементы из указанных первой и второй цепочек разнесенных элементов, электрически подключенных между устройством сопряжения с разнесенными антеннами и первыми разнесенными антеннами из указанных первой и второй цепочек, принимают и обрабатывают сигналы, передаваемые от указанного устройства сопряжения с разнесенными антеннами, и передают обработанные сигналы на указанные первые разнесенные антенны, а каждый из оставшихся разнесенных элементов обрабатывает сигнал, обработанный предыдущим элементом, и передает обработанный сигнал на следующую антенну и на следующий элемент, отличающееся тем, что величина задержки принятого сигнала, обеспечиваемой устройством сопряжения с разнесенными антеннами, составляет по меньшей мере 1 мкс, каждый из указанных разнесенных элементов компенсирует потери сигнала, обработанного предыдущим элементом, возникающие в электрическом соединении разнесенных элементов, осуществляет компенсацию входного сигнала, производит задержку скомпенсированного сигнала на заранее установленное время и передает задержанный сигнал на следующий элемент, при этом величина задержки скомпенсированного сигнала производимой каждым из разнесенных элементов, составляет по меньшей мере 2,5 мкс. 5. Устройство ретрансляции радиосигнала по п.4, отличающееся тем, что каждый из указанных разнесенных элементов подсоединен посредством кабеля ко всем другим разнесенным элементам и запитывается от источника питания постоянного тока, подаваемого через указанный кабель.