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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung einer Vielzahl von
Signalen. Sie bezieht sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf
die simultane Übertragung
und Verteilung kodierter, mit Frequenzteilung gemultiplexter (COFDM)-Signale
bei einem zellularen Zugriff zu Rundfunkdiensten und einer interaktiven
Fernseh(CABSINET)-Mikrozelle.
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Übertragung
und Verteilung digitaler Videosignale, beispielsweise für Set-Top-Boxen
in privaten Haushalten (oder sonst wo) , nimmt dank Programmen wie
Video auf Anforderung (Video on Demand) zu. In der Vergangenheit
wurden solche Videosignale über
Kabel übertragen.
Nun sind jedoch Technologien zur Übertragung von Videosignalen über HF-Mittel
zu einer Anzahl von Endverbrauchern verfügbar. Diese Entwicklung bietet
den Vorteil, dass keine Kabel mehr zu individuellen privaten Haushalten
verlegt werden müssen,
was arbeitsintensiv ist und Schaden für die Umwelt verursacht. Digitale
Videosignale können
nunmehr über
eine Basis-Station (welche Signale überträgt) zu einer Anzahl von Mikrozellen
gesendet werden. Diese Mikrozellen können einen Funk-Wiederholungs-Verstärker und
eine Anzahl von Set-Top-Boxen ent halten, welche zum Empfang der übertragenen
digitalen Videosignale dienen.
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Das UK-Patent GB 2 318 947 beschreibt
eine intelligente digitale Bündelungselektrode
und abgestimmte Antennenanordnungen zur Installation in einem Satelliten.
Das System bietet mehrfache aktive Strahlen innerhalb einer Empfangsbereichs-Region
zur Kommunikationen mit einem Benutzer auf der Erdoberfläche. Es
gibt keine Hinweise auf die Verwendung der Bündelungselektrode in einem
System, welches zur simultanen Übertragung
und Verteilung von COFDM-Signalen geeignet ist.
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US-Patent 5,428,600 beschreibt ein
System, welches simultan im Frequenzbereich einen schmalbandigen
BFSK-Träger
(empfangen vom Transmitter A) extrahiert und ein breitbandiges CDMA-Signal
(empfangen vom Sender Bi) entstreut oder korreliert. Die beiden
Signale werden durch Verwendung eines Phasenmodulators kombiniert,
um ein Frequenzspektrum eines breitbandigen CDMA-Signals und eines
BFSK-Trägersignals
zu erzeugen. Der BFSK-Träger
wird dann von der Empfangsstation B zur Hilfe bei der Daten-Wiedergewinnung und
Demodulation benutzt.
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Ein Ziel des in dem zuvor erwähnten US-Patent
beschriebenen Systems ist es, das Trägersignal und Daten von zwei
entfernt liegenden Quellen für
DCMA/FDMA herauszuziehen und dann die Signale zur Verwendung durch
eine Empfangsstation wieder zu kombinieren.
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Die europäische Patentanmeldung
EP 762 661 A2 beschreibt
einen kanalisierten Mehrfach-Trägersignal-Prozessor
zum Ausglei chen von Leistungspegeln individueller Träger eines
Multi-Trägersignals
innerhalb eines vorbestimmten dynamischen Bereichs. Der Signalprozessor
teilt eine Mehrzahl von Kanälen
in individuelle Kanäle
auf unter Verwendung einer 1:N-Leistungs-Teilungs-Stufe und einer Mischstufe
zur analogen Signalverarbeitung. Der größte Nachteil dieses Systems
besteht darin, dass das HF-Eingangs-Empfängersignal beträchtlichem
Güteverlust
unterworfen ist, der von der 1:N-Leistungs-Teilungs-Stufe verursacht
wird.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung und Verteilung kodierter,
mit orthogonaler Frequenzteilung gemultiplexter Signale zur Übertragung
digitaler Videosignale zu einer Vielzahl von Endverbrauchern zu
schaffen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung
wird ein Verfahren zur Übertragung
einer Vielzahl kodierter, mit orthogonaler Frequenzteilung gemultiplexter
Signale geschaffen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a)
Empfangen einer Vielzahl von Eingangssignalen; b) Dämpfen der
Eingangssignale; c) Bandpassfiltern der gedämpften Signale; d) Mischen
der bandpassgefilterten und gedämpften
Signale mit einem Einzel-Frequenz-Signal zum Erzeugen gemischter
Signale in einer vorbestimmten Bandbreite; e) Dämpfen der gemischten Signale;
f) Bandpassfiltern der in Schritt e) gedämpften Signale; g) Vorverstärken der
bandpassgefilterten Signale von Schritt f); h) Dämpfen der vorverstärkten Signale;
i) Verstärken
der gedämpften
vorverstärkten
Signale; j) Bandpassfiltern der in Schritt i verstärkten Signale;
und k) Übertragen
der bandpassgefilterten Signale von Schritt j) zu ei ner Vielzahl
von Empfängern,
so dass jeder Empfänger,
wenn er in geeigneter Weise abgestimmt ist, ein separates übertragenes
Signal empfängt.
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Vorzugsweise befinden sich die Signale
im Mikrowellen-Bereich
des elektromagnetischen Spektrums.
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Das Verfahren kann ebenfalls die
Schritte zum Erzeugen statischen Entladungsschutzes und des Schutzes
vor Antennen-Anschluss-Fehlanpassung
umfassen. Ein Weg, dieses zu erreichen besteht darin, an einer geeigneten
Stelle in der Schaltung einen DC-Block (Gleichstromblockierung)
vorzusehen.
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Die Erfindung kann dazu benutzt werden,
zusätzliche
Signale zu empfangen und zu übertragen,
welche zur Synchronisation von beispielsweise Daten-Symbol-Raten
und Mitten-Frequenzen verwendet werden. Diese zusätzlichen
Signale können
COFDM-Signale sein.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung ist eine Vorrichtung zur Übertragung einer Vielzahl kodierter,
mit orthogonaler Frequenzteilung gemultiplexter Signale vorgesehen,
umfassend: a) Mittel zum Empfangen einer Vielzahl von Eingangssignalen;
b) erste Dämpfungsmittel
(10) zum Dämpfen
dieser Eingangssignale; c) erste Bandpassfilter-Mittel (14)
zum Bandpassfiltern der gedämpften
Signale; d) Einzel-Frequenz-Erzeugungs-Mittel (32, 34, 36)
zum Erzeugen eines einzelnen Einzel-Frequenz-Signals; e) Mischmittel
(16) zum Mischen der Frequenz des ersten bandpassgefilterten
Signals mit einem Einzel-Frequenz-Signal zum Erzeugen gemischter
Signale in einer vorbestimmten Bandbreite; f) zweite Dämpfungsmittel
(18) zum Dämpfen
der gemischten Signale; g) zweite Bandpassfilter-Mittel (20)
zum Bandpassfiltern der gedämpften
gemischten Signale; h) Vorverstärker-Mittel
(22) zum Vorverstärken
der zweiten bandpassgefilterten Signale; i) dritte Dämpfungsmittel
(24) zum Dämpfen
der vorverstärkten
Signale; j) Verstärkungsmittel
(26) zum Verstärken
der gedämpften
vorverstärkten
Signale; k) dritte Bandpassfilter-Mittel (28) zum Bandpassfiltern
der in Schritt j) verstärkten
Signale; und 1) Mittel (40) zum Übertragen der dritten bandpassgefilterten
Signale zu einer Vielzahl von Empfängern, so dass jeder Empfänger, wenn
er in geeigneter Weise abgestimmt ist, ein separates übertragenes
Signal empfängt.
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Die Vorrichtung kann ebenfalls Gleichstrom-Signal-Blockierungsmittel
zum Schutz der internen HF-Schaltung vor statischen oder anderen
Entladungen umfassen.
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Die ersten Dämpfungsmittel bestehen vorzugsweise
aus einem eingangs-geschalteten Zwischenfrequenz-(d.h. üblicherweise
höher in
der Frequenz als die Datenfrequenz, aber niedriger in der Frequenz
als der Träger)-Dämpfungsglied,
welches im Bereich von 0 dB bis –70 dB arbeitet.
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Die Mischmittel zur Umsetzung der
Frequenz der Signale bestehen vorzugsweise aus einem doppelt symmetrischen Übertragungs-Mischer.
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Vorzugsweise kann die Vorrichtung
ebenfalls Mittel zum Schutz vor Antennen-Anschluss-Fehlanpassung,
wie beispielsweise einen Zirkulator, enthalten.
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Die Verstärkungsmittel zur Verstärkung des
Signals können
aus einem HF-Hochleistungs-Verstärker bestehen.
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Das Mittel zur Übertragung des COFDM-Signals
ist vorzugsweise eine duale Polarisations-Antenne.
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Die Einzel-Frequenz-Erzeugungs-Mittel
umfassen vorzugsweise einen phasenverriegelten Oszillator, einen
hoch-stabilen thermostabilisierten Kristall-Oszillator und ein Bandpassfilter.
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Die Bandpassfilter-Mittel bestehen
vorzugsweise aus einem Bandpassfilter mit geringer Betriebsdämpfung,
wie beispielsweise einem Inter-Digital-Filter.
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Im Betrieb ist ein Energieversorgungs-Mittel
vorgesehen, und dieses kann enthalten: ein lineares Netzteil zur
Aufrechterhaltung einer regulierten Energieversorgung; und ein Schalt-Netzteil, welche
ebenfalls zur Erzeugung einer regulierten Energieversorgung verwendet
werden kann.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird
nachfolgend nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren
beschrieben, in denen zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines 5,8 GHz-Funk-Wiederholverstärkers; und
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2 ein
Blockschaltbild eines den Wiederholverstärker enthaltenden Systems.
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Es ist ein 5,8 GHz-Funk-Wiederholverstärker 2 mit
fünf Stufen
gezeigt. Er ist in der Lage, vierzehn kodierte, mit orthogonaler
Frequenzteilung gemultiplexte (COFDM)-Signale und einen Signalkanal
bei einem zellularen Zugriff zu Rundfunkdiensten und interaktiven
Fernseh-(CABSINET)-Mikrozellen simultan zu übertragen und zu verteilen.
Der Wiederholverstärker
kann modifiziert werden, so dass er mehr oder weniger Signale verarbeiten
kann.
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Im Detail umfasst der 5,8 GHz-Funk-Wiederholverstärker nach 1 ein eingangs-geschaltetes
Zwischenfrequenz-(ZF)-Dämpfungsglied 10 (Arbeitsbereich
0 dB bis –70
dB), ein 815 MHz-Bandpassfilter 14 (FL1), einen aufwärts umwandelnden
Mischer 16, einen hoch-stabilen thermo-stabilisierten Kristall-Oszillator 36 (OCXO),
einen 4970 MHz phasenverriegelten Oszillator 34 (PLO),
ein 4970 MHz Bandpassfilter 32 (FL2), 5785 MHz Bandpassfilter 20, 28 (FL3,
FL4), einen 5785 MHz Vorverstärker 22,
einen 5785 MHz Hochleistungs-Verstärker 26 und einen
5785 MHz Zirkulator 30.
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Im Anschluss an die ZF-Dämpfung und
Bandpassfilterung mit FL1 wird von dem doppelt symmetrischen Übertragungs-Mischer 16 eine
Aufwärts-Umwandlung
des 755 MHz zum 875 MHz-Band zum 5725 MHz zum 5845 MHz-Band durchgeführt. Der
Mischer-Ausgang wird mit FL3 gefiltert, einem Bandpassfilter 20 mit geringer
Betriebsdämpfung,
wie beispielsweise einem roter-digitalen Filter. Dieses Filter 20 unterdrückt die Durchspeisung
des örtlichen
Oszillator-(LO)-Durchgangskondensators von dem Mischer und selektiert
das obere Seitenband. Der Übertragungs-Puffer 22 verstärkt das ausgewählte Seitenband
vor, wodurch die Verstärkungs-Anforderung
für den
5785 MHz-HF-Hochleistungs-Verstärker
verringert wird.
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FL4, ein Bandpassfilter mit geringer
Betriebsdämpfung,
wie beispielsweise ein inter-digitales Filter, wird zur weiteren
Unterdrückung
sowohl des Übertragungs-LO-Verlustes
als auch des unerwünschten
Seitenbandes verwendet.
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Der HF-Hochleistungs-Verstärker 26 hebt
das Übertragungssignal
auf einen Pegel von annähernd
+20 dBm (dB Signalverstärkung
in Bezug auf 1 mW) pro Kanal an, wie an einem Antennen-Ausgangs-SMA-Verbindungs-Ausgang
gemessen. Zur Befriedigung der hohen Stromversorgungs-Anforderung
des Hochleistungs-Verstärkers 26 wird
ein Schalt-Netzteil 44 verwendet.
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Im Anschluss an FL4 werden ein Zirkulator 30 und
ein DC-Block 38
zum Gewährleisten
von Schutz vor Antennen-Anschluss-Fehlanpassung bzw. statischer Entladung
verwendet.
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Die 8 dBi (dB-Verstärkung in
Bezug auf einen isotropen Radiator) dual polarisierte Richtantenne 40 besteht
aus einer linearen Anordnung gestapelter ko-planarer Mikroband-Steckantennen.
Die Antenne 40 erreicht eine Azimut-Abdeckung von etwa
90 Grad.
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Der phasenverriegelte Oszillator
(PLO) erzeugt ein abstimmbares (±2%) 4970 MHz LO-Signal aus
einer +15 V 400 mA Gleichstromversorgung. Der PLO 4970 MHz-Ausgang
wird von einem Hochleistungs-82,833333-MHz-thermo-stabilisierenden
Kristall-Oszillator
(OCXO) abgeleitet. Dieser OCXO besitzt eine Tempera turstabilität von +
0,025 ppm zwischen –20
und +60°C,
Alterung ±1
ppm pro Jahr und vorbestimmte Frequenz von ±0,2 ppm.
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Der 4970 MHz PLO produziert über +10
dBm Ausgangs-Treiberleistung
aus einer 0 dBm Eingangs-Treiberleistung. Die Phasen-Rauschleistung
ist besser als –96
dBc/Hz bei 1 KHz-Offset.
Ausgangs-Störsignale
sind besser als –73
dBc (dB-Signal-Verstärkung in
Bezug auf den Signalträger)
bei 275 KHz, und Ausgangs-Oberschwingungen sind besser als –70 dBc.
FL2, ein Bandpassfilter mit geringer Betriebsdämpfung wie beispielsweise ein
inter-digitales Filter, wird zur Unterdrückung unerwünschter LO-Ausgangs-Oberschwingungen verwendet.
Im Anschluss an die Bandpassfilterung mit FL2, wird das 4970 MHz LO-Signal
an den Eingangsanschluss des Aufwärts-Umwandlungs-Mischers angelegt.
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Zwei separate lineare Netzteile werden
zur Erzeugung regulierter Energieversorgungen zu dem OCXO und PLO
verwendet. Ein Schalt- Netzteil (SMPS) wird zur Gewährleistung
einer regulierten Energieversorgung zum Vor-Verstärker und
zum Hochleistungs-Verstärker verwendet.
Alle Energieversorgungs-Einheiten werden mit 230 V ac 50/60 Hz-Netzanschluss
betrieben und bieten ausreichende Brumm-Unterdrückung und Ladungs-Regulierung.
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Tabellen
1 und
3 geben
die elektrischen, Umgebungs- bzw. mechanischen Spezifikationen des
5,8 GHz Funk-Widerholverstärkers nach
1 zur Übertragung und Verteilung von
14 COFDM-Signalen wieder.
Tabelle
3 – Mechanische
Spezifikationen
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2 ist
ein schematisches Diagramm eines Systems mit zwei Benutzern A und
B und einem Wiederhol-Verstärker 2.
In der Praxis können
sehr viel mehr Benutzer beteiligt sein, aber der Einfachheit halber sind
nur zwei gezeigt. Benutzer A (das sogenannte Kopfende) kann mit
Benutzer 3 (dem Verbraucher) über Wiederhol-Verstärker 2 kommunizieren,
um beispielsweise interaktive Fernsehspiele zu spielen oder andere Zwei-Wege-Kommunikationen
durchzuführen.
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Obgleich die Erfindung nur an einem
Ausführungsbeispiel
beschrieben wird, kann es erwünscht
sein, das vorgenannte Ausführungsbeispiel
abzuwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise
ist nur die Übertragung
von 5,8 GHz-Signalen
auf vierzehn Empfängern
abgehandelt worden. Es sind jedoch auch andere Übertragungsfrequenzen bzw.
Anzahlen von Empfängern
möglich
durch Veränderung
der OCXO 36 und PLO 34 Mitten-Frequenzen und der Bandbreite der Bandpassfilter 14, 20 und 28.
Beispielsweise kann die Bandbreite der Filter 14, 20 und 28 für 28 Benutzer
auf 300 MHz erhöht
werden. Gleichfalls kann, obwohl die Erfindung als in einem Übertragungs-Modus
arbeitend beschrieben worden ist, diese ebenso gut in einem Empfangs-Modus arbeiten.
Daher können
die Merkmale der Erfindung in einem Empfänger enthalten sein.