DE69314276T2 - Verfahren zur einstellung eines hf-bandpassfilters - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Abstimmen eines HF-Bandpaßfilters gemäß den Oberbegriffen der beigefügten Ansprüche 1 und 3.
• Die erfindungsgemäßen Verfahren sollen insbesondere zum Abstimmen sogenannter Kombinierer-Filter eines GSM-Systems oder eines ähnlichen Mobilfunknetzes verwendet werden, jedoch können sie auch bei Bandpaßfiltern zur Anwendung kommen, die für andere Zwecke geeignet sind, wobei die Frequenzsteuerung der Filter eine Leistungsmessung bei einer ausgewählten Frequenz erforderlich macht.
• Ein Kombinierer ist eine Vorrichtung, durch die viele Sender mit derselben Antenne oder Antennenleitung verbunden werden. Jeder Funksender wird dann über ein separates Bandpaßfilter, nämlich ein sogenanntes Kombinierer-Filter, mit einer Antenne oder einer Antennenleitung verbunden. Die mittlere Frequenz jedes Bandpaßfilters wird auf die mittlere Frequenz des jeweiligen Funksenders abgestimmt. Die Aufgabe der Filter besteht einerseits in der Einspeisung eines Übertragungssignals eines einzelnen Funksenders in die Antenne mit so geringen Verlusten wie möglich und andererseits in der möglichst wirksamen Verhinderung eines Eintritts von Übertragungssignalen mit anderen Frequenzen von den anderen Funksendern in diesen speziellen Funksender von der Antennenrichtung her. Traditionellerweise sind Kombinierer-Filter fest auf die Übertragungsfrequenzen von Funksendern abgestimmt worden. Es ist dann nicht möglich gewesen, die Übertragungsfrequenz eines Funksenders zu verändern, ohne gleichzeitig das Kombinierer-Filter oder dessen Abstimmung zu verändern.
• Es ist jedoch häufig wünschenswert, die Frequenzen von Funksendern in einfacher und rascher Weise verändern zu können. Ein solcher Fall ist eine Basisstation eines zellularen Mobiltelefonsystems zum Beispiel, bei dem der Basisstation spezielle Sende- und Empfangskanäle zugeteilt werden. Wenn die Kanalzuteilung des Systems bei Bedarf geändert werden kann, indem man die Sende- und Empfangsfrequenzen der Basisstationen ändert, ist es möglich, die Kanalkapazität des Systems in flexibler und effektiver Weise unter sich ändernden Bedingungen auszunutzen. Aus diesem Grund sind Kombinierer-Filter entwikkelt worden, deren mittlere Frequenz automatisch geändert wird, wenn sich die Übertragungsfrequenz ändert.
• Die Abstimmung dieser automatisch abgestimmten Kombinierer- Filter (siehe US-A-4 726 071) basiert auf einer Messung einer HF-Leistung, die von einem Eingang der Filter reflektiert wird, oder einer HF-Leistung, die die Kombinierer-Filter durchläuft. Die mittlere Frequenz des Filters wird auf eine Frequenz verriegelt, bei der die reflektierte Leistung ihr Minimum hat oder die sich fortpflanzende Leistung ihr Maximum hat.
• Bei GSM- und PCN-Mobiltelefonnetzen dient eine sogenannte GMSK-Modulation (Gaußsche Mindestwert-Umtastung) als Verfahren zum Modulieren eines Sendersignals. Dieses Modulationsverfahren ist eines mit relativ breitem Band für Signale, die den Bedingungen in der Praxis entsprechen, was dazu führt, daß es schwierig ist, Kombinierer-Filter auf eine korrekte Frequenz abzustimmen, wobei die erzielte Abstimmungsgenauigkeit recht bescheiden bleibt.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Schaffung eines Verfahrens, mit dem Kombinierer-Filter genauer als früher auf eine korrekte Frequenz abgestimmt werden können. Erreicht wird dies mit dem Verfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des beigefügten Anspruchs 1 gekennzeichnet ist, oder mit dem Verfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des beigefügten Anspruchs 3 gekennzeichnet ist.
• Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß man ein Bandpaßfilter für eine mittlere Frequenz sucht, bei der die sich durch das Filter hindurch ausbreitende Leistung ihr Maximum hat oder die von dem Eingang des Filters reflektierte Leistung ihr Minimum hat, und zwar (wenigstens) zwei Mal, wobei in beiden Fällen ein solches Modulationssignal verwendet wird, das das Spektrum des zu erzielenden Signals als Ergebnis der Modulation mit einem scharfen Peak (einem Träger) mit einer vorbestimmten Frequenz liefert, und die endgültige Frequenz auf der Basis von (wenigstens) zwei Abstimmungswerten festgelegt wird, die man durch die auf der Grundlage dieser HF-Signale durchgeführten Abstimmungsvorgänge erhält.
• Durch die erfindungsgemäße Lösung läßt sich ein HF- Bandpaßfilter in einer einfacheren und genaueren Weise als früher auf eine korrekte Frequenz abstimmen.
• Im folgenden werden die Erfindung und die bevorzugten Ausführungsformen derselben unter Bezugnahme auf die Beispiele gemäß den beigefügten Zeichnungen noch ausführlicher erläutert. Dabei zeigen:
• Fig.1 ein Blockdiagramm eines typischen Sendersystems, das in Form von Kombinierer-Filtern realisiert ist, wobei bei dem System eine mittlere Frequenz eines Durchlaßbands eines Bandpaßfilters (Kombinierer-Filters) in Abhängigkeit von einer sich durch das Filter hindurch fortpflanzenden HF-Leistung abgestimmt wird;
• Fig. 2 ein Blockdiagramm eines typischen Sendersystems, das in Form von Kobinierer-Filtern realisiert ist, wobei das System eine mittlere Frequenz eines Durchlaßbands eines Bandpaßfilters (Kombinierer-Filters) in Abhängigkeit von einer von einem Eingang des Filters reflektierten HF-Leistung abgestimmt wird;
• Fig. 3 ein Blockdiagramm eines an sich bekannten GMSK-Modulators, der bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Sendern verwendet wird;
• Fig. 4a ein typisches Spektrum einer GMSK-Modulation;
• Fig. 4b ein Spektrum eines ersten Signals zur Verwendung bei einem erfindungsgemäßen Verfahren; und
• Fig. 4c ein Spektrum eines zweiten Signals zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
• Fig. 1 zeigt ein Funksendersystem, das zu einem GSM-Mobiltelefonnetz oder dergleichen gehört, wobei das System n Funksender TX1, TX2 ... TXn mit jeweiligen Übertragungsfrequenzen f1, f2 ... fn aufweist, die zum Beispiel im Bereich von 920 bis 960 MHz liegen. Jeder Funksender ist über Bandpaßfilter 10&sub1;, 10&sub2; ... 10n, welche auf jeweilige Frequenzen abgestimmt sind, mit einem gemeinsamen Summierpunkt S1 verbunden und weiter über eine Richtungskopplungseinrichtung 12 mit einer gemeinsamen Sendeantenne ANT verbunden. (Eine Verbindung jedes Senders mit dem entsprechenden Bandpaßfilter findet bei diesem Beispiel über einen Zirkulator 11&sub1;, 11&sub2; bzw. 11n statt. Zirkulatoren sind jedoch für die Erfindung nicht erforderlich.) Ein in die Sendeantenne ANT einzuspeisendes Signal beinhaltet somit die Frequenzen aller Sender. Die in Fig. 1 gezeigten Bandpaßfilter 101, 102 ... 10n, die mehrere Sender mit der gemeinsamen Antenne verbinden, werden im allgemeinen als Kombinierer-Filter bezeichnet.
• Das Funksendersystem weist ferner eine Steuereinheit 13 auf, die einen zum jeweiligen Kombinierer-Filter zugehörigen Schrittmotor 14&sub1;, 14&sub2; bzw. 14n steuert, wobei jeder Schrittmotor eine mittlere Frequenz des jeweiligen Kombinierer-Filters abstimmt. Bei jedem Filter handelt es sich um ein Schmalbandfilter, dessen mittlere Frequenz so eng wie möglich auf die Frequenz eines Übertragungsträgers abgestimmt werden soll, so daß das zu übertragende Signal mit den geringstmöglichen Verlusten zu der Antenne ANT gelangt. In dem Beispiel der Fig. 1 wird die mittlere Frequenz in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von einer sich durch das Bandpaßfilter hindurch fortpflanzenden HF-Leistung abgestimmt. Mittels des Richtungskopplers 12 wird von einem Ausgangssignal jedes Filters getrennt ein Abtastsignal PF entnommen, wobei das Abtastsignal proportional zu der Signalleistung bei der das Filter durchlaufenden Übertragungsfrequenz ist. Das Abtastsignal wird in die Steuereinheit 13 eingespeist, so daß dadurch die mittlere Frequenz des Filters mittels des Schrittmotors derart abgestimmt wird, daß sich der Pegel des Abtastsignals auf seinem Maximum befindet.
• Das Beipiel der Fig. 2 entspricht dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 mit der Ausnahme, daß jedes Kombinierer-Filter 10&sub1; ... 10n nun in einer anderen an sich bekannten Weise abgestimmt wird, nämlich in Abhängigkeit von einer HF-Leistung, die von einem Eingang eines Kombinierer-Filters reflektiert wird. Aus diesem Grund weist die Antennenleitung keinen Richtungskoppler auf, jedoch ist mit jedem Senderzweig, und zwar mit dem Eingang des Kombinierer-Filters, eine separate Richtungskopplungseinrichtung 12&sub1;, 12&sub2; bzw. 12n verbunden. In diesem Fall wird durch jeden Richtungskoppler ein Abtastsignal PR von einer Signalkomponente entnommen, die von dem Eingang des Filters reflektiert worden ist, wobei das Abtastsignal proportional zu der Leistung der Signalkomponente ist und in die Steuereinheit 13 eingespeist wird. Mit Hilfe jedes Schrittmotors stimmt die Steuereinheit 13 die mittlere Frequenz des jweiligen Filters in einer derartigen Weise ab, daß der Pegel des Abtastsignals auf seinem Minimum ist.
• Vorstehend sind die beiden bekannten Verfahrensweisen zum Abstimmen eines Kombinierer-Filters beschrieben worden, auf denen das erfindungsgemäße Verfahren basiert. Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im folgenden ausführlicher erläutert.
• Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines an sich bekannten GMSK- Modulators, der zu den Sendern TX1 ... TXn geört, und Fig. 4a wiederum zeigt ein typisches Signalspektrum S1, das sich als Ergebnis einer GMSK-Modulation ergibt. Der GMSK-Modulator besitzt eine Codiereinheit 31, ein Gaußsches Filter 32, an das der Ausgang der Codiereinheit angeschlossen ist, sowie eine Modulationseinheit 33, an die der Ausgang des Filters angeschlossen ist. In der Codiereinheit erfolgt eine differenzmäßige Codierung ankommender Daten, das codierte Signal wird in dem Gaußschen Filter 32 gefiltert, und das gefilterte Signal wird in der Modulationseinheit 33 auf die Trägerfrequenz moduliert. Da die Struktur des GMSK-Modulators an sich bekannt ist und keinen Bezug zu dem eigentlichen Erfindungsgedanken hat, erfolgt in diesem Zusammenhang keine ausführlichere Beschreibung desselben. Die Arbeitsweise des Modulators ist ausführlicher z.B. in den Paragraphen 2.4 bis 2.6 der GSM-Spezifikation 05.04 (Version 3.1.1) dargestellt.
• Das Spektrum S1 eines HF-Signals, das von dem Ausgang der Modulationseinheit 33 zu erhalten und in ein Kombinierer-Filter einzuspeisen ist, ist typischerweise ähnlich dem in Fig. 4a gezeigten Spektrum, d.h. es ist relativ breit. In einer Situation in der Praxis zu übertragende Daten oder Zufallsdaten, die an die in einer Situation in der Praxis zu übertragenden Daten erinnern, haben dabei als Modulationsdaten gedient.
• Eine Eigenschaft der GMSK-Modulation besteht jedoch darin, daß das Spektrum des als Ergebnis der Modulation erzielbaren Signals einen scharfen Peak (einen Träger) bei einer vorbestimmten Frequenz aufweist, der von der eigentlichen Nenn-Trägerfrequenz fc (fc ist f1, f2 usw. oder fn) abweicht, wenn für die Modulationsdaten eine spezielle vorbestimmte Bitfolge verwendet wird. Mit anderen Worten, es tritt der Träger als scharfer Peak bei einer Frequenz auf, die eine vorbestimmte Distanz von der Nenn-Trägerfrequenz versetzt worden ist. Wenn zum Beispiel eine Bitfolge 11111... verwendet wird, ist die Spektrumspitze um etwa +(1/4)T von der Nenn-Trägerfrequenz versetzt, wobei 1/T die zu verwendende Übertragungsgeschwindigkeit ist (bei einem GSM-System beträgt die Übertragungsgeschwindigkeit 270 833 kbit/s). Bei Verwendung einer Bitfolge 010101... ist somit die Spektrumspitze um etwa -(1/4T) von der Nenn-Trägerfrequenz versetzt.
• Gemäß der Erfindung wird diese Eigenschaft beim Abstimmen von Kombinierer-Filtern in einer derartigen Weise ausgenutzt, daß der Träger zuerst z.B. mit der Bitfolge 1111... moduliert wird, die in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen A1 dargestellt ist. Dann ist ein Spektrum S2 eines von der Modulationseinheit 33 an den Eingang eines Kombinierer-Filters gelieferten HF-Signals ähnlich dem in Fig. 4b gezeigten Frequenzspektrum. Das Spektrum weist nun einen scharfen Peak (einen Träger) bei einer Frequenz auf, die einen Offset von etwa + Δf (Δf=1/4T) von der Nenn-Trägerfrequenz fc aufweist. Unter Verwendung dieses Signals wird eine mittlere Frequenz, bei der die sich durch das Filter hindurch fortpflanzende Leistung ihr Maximum hat oder die von dem Eingang des Filters reflektierte Leistung ihr Minimum hat, für das Kombinierer-Filter gesucht, d.h. es wird entweder das in Fig. 1 veranschaulichte Verfahren oder das in Fig. 2 veranschaulichte Verfahren verwendet. Die erste Information hinsichtlich einer auf diese Weise erhaltenen mittleren Frequenz wird gespeichert.
• In dem nachfolgenden Schritt wird der Träger zum Beispiel mit der Bitfolge 010101... moduliert, die in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen A2 bezeichnet ist. Ein Spektrum S3 eines HF-Signals, das von der Modulationseinheit an den Eingang eines Kombinierer-Filters geliefert wird, ist dann ähnlich dem in Fig. 4c gezeigten Spektrum. Das Spektrum hat nun einen scharfen Peak (einen Träger) bei einer Frequenz, die einen
• Offset von etwa -Δf (Δf=1/4T) von der Nenn-Trägerfrequenz fc hat. (In der Praxis weisen die sich als Ergebnis der Modulation ergebenden Spektren S1 und S2 auch schwächere Komponenten bei anderen Frequenzen auf, jedoch sind diese aus Gründen der Klarheit in den Fig. 4b und 4c nicht dargestellt.) Unter Verwendung dieses zweiten Signals wird wieder eine mittlere Frequenz, bei der die sich durch das Filter hindurch fortpflanzende Leistung ihr Maximum hat oder die von dem Eingang des Filters reflektierte Leistung ihr Minimum hat, für das Kombinierer-Filter gesucht. Mit anderen Worten, es wird also wieder das in Fig. 1 dargestellte Verfahren oder das in Fig. 2 dargestellte Verfahren verwendet. Die auf diese Weise erhaltene zweite Information hinsichtlich einer mittleren Frequenz wird gespeichert.
• Bei dem letzten Schritt handelt es sich um die abschließende Abstimmung des Kombinierer-Filters durch Abstimmen der mittleren Frequenz auf einen Wert in der Mitte zwischen der ersten und der zweiten Mittelfrequenz-Information.
• Die Erfindung ist vorstehend zwar unter Bezugnahme auf ein Beispiel der beigefügten Zeichnungen beschrieben worden, wobei jedoch klar ist&sub1; daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern im Rahmen des Erfindungsgedankens, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, in vielen verschiedenen Weisen modifiziert werden kann. Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf ein Kombinierer-Filter erläutert worden ist, das zu einem GSM-System gehört, kann die Erfindung zum Beispiel auch bei anderen Systemen verwendet werden, die von der GMSK- Modulation oder anderen Modulationsverfahren mit den betreffenden Eigenschaften Gebrauch machen. Im Prinzip läßt sich das Verfahren auch derart ausführen, daß der erste und der zweite Offset der Trägerfrequenz voneinander verschiedene Absolutwerte haben. Bei dem obigen Beispiel heißt dies, daß unterschiedliche Übertragungsgeschwindigkeiten bei den jeweiligen Verfahrensschritten verwendet werden. Die Verfahrensvorgänge können jedoch kombiniert werden, wobei dies bedeutet, daß eine Messung sowohl der reflektierten HF-Leistung als auch der durchgelassenen HF-Leistung verwendet wird, um eine Abstimmung in einer derartigen Weise vorzunehmen, daß die Steuereinheit jedesmal die Abstimmungsweise in Abhängigkeit von einer externen Last auswählt. Da unterschiedliche Lastsituationen einen unterschiedlichen Einfluß auf die Abtastsignale PF und PR haben, kann dieses kombinierte Abstimmverfahren den Einfluß dieser externen Lasten auf die Abstimmung reduzieren.

Claims (4)

1. Verfahren zum Abstimmen eines HF-Bandpaßfilters, insbesondere eines Kombinierer-Filters (10&sub1;, 10&sub2; ... 10n), das zu einem GSM-System oder dergleichen gehört, wobei bei dem Verfahren ein HF-Signal mit einer bestimmten Nenn-Trägerfrequenz (fc) in das HF-Bandpaßfilter eingespeist wird und eine mittlere Frequenz eines Durchlaßbands des HF-Eandpaßfilters in Abhängigkeit von einer sich durch das Bandpaßfilter hindurch fortpflanzenden HF-Leistung abgestimmt wird,

gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(a) ein in das Filter (10&sub1;, 10&sub2; ... 10n) einzuspeisender Träger wird mit einem Signal moduliert, das einen ersten vorbestimmten Offset (+Δf) der Trägerfrequenz von ihrer Nennfrequenz (fc) hervorruft,

(b) es wird eine mittlere Frequenz, bei der die sich durch das Filter hindurch fortpflanzende Leistung ihr Maximum hat, für das Bandpaßfilter gesucht,

(c) die im Schritt (b) erhaltene erste mittlere Frequenz wird gespeichert,

(d) der in das Filter (10&sub1;, 10&sub2; ... 10n) einzuspeisende Träger wird mit einem Signal moduliert, das einen zweiten vorbestimmten Offset (-Δf) der Trägerfrequenz von ihrer Nennfrequenz (fc) hervorruft,

(e) es wird eine mittlere Frequenz, bei der die sich durch das Filter hindurch fortpflanzende Leistung ihr Maximum hat, für das Bandpaßfilter gesucht,

(f) die in Schritt (e) erhaltene zweite mittlere Frequenz wird gespeichert, und

(g) das Filter wird abgestimmt durch Abstimmen seiner mittleren Frequenz auf einen Wert, der auf der Basis der in den Schritten (c) and (f) erhaltenen Frequenzwerte bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schritten (a) und (d) der Träger mit Signalen moduliert wird, die im wesentliche gleiche Offsets der Trägerfrequenz, jedoch in entgegengesetzten Richtungen, hervorrufen, so daß dadurch das Filter im Schritt (g) auf einen Wert in der Mitte zwischen den erhaltenen Frequenzwerten abgestimmt wird.

3. Verfahren zum Abstimmen eines HF-Bandpaßfilters, insbesondere eines Kombinierer-Filters (10&sub1;, 10&sub2; ... 10n), wobei bei dem Verfahren ein HF-Signal mit einer bestimmten Nenn- Trägerfrequenz (fc) in das HF-Bandpaßfilter eingespeist wird und eine mittlere Frequenz eines Durchlaßbands des HF-Bandpaßfilters in Abhängigkeit von einer von einem Eingang des Bandpaßfilters reflektierten HF-Leistung abgestimmt wird,

gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(a) ein Träger wird mit einem Signal moduliert, das einen ersten vorbestimmten Offset (+Δf) der Trägerfrequenz hervorruft,

(b) es wird eine mittlere Frequenz, bei der die von dem Eingang des Filters reflektierte Leistung ihr Minimum hat, für das Bandpaßfilter gesucht,

(c) die im Schritt (b) erhaltene erste mittlere Frequenz wird gespeichert,

(d) der Träger wird mit einem Signal moduliert, das einen zweiten vorbestimmten Offset (-Δf) der Trägerfrequenz hervorruft,

(e) es wird eine mittlere Frequenz, bei der die von dem Eingang des Filters reflektierte Leistung ihr Minimum hat, für das Bandpaßfilter gesucht,

(f) die in Schritt (e) erhaltene zweite mittlere Frequenz wird gespeichert, und

(g) das Filter wird abgestimmt durch Abstimmen seiner mittleren Frequenz auf einen Wert, der auf der Basis der in den Schritten (c) and (f) erhaltenen Frequenzwerte bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schritten (a) und (d) der Träger mit Signalen moduliert wird, die im wesentliche gleiche Offsets der Trägerfrequenz, jedoch in entgegengesetzten Richtungen, hervorrufen, so daß dadurch das Filter im Schritt (g) auf einen Wert in der Mitte zwischen den erhaltenen Frequenzwerten abgestimmt wird.