FI97178B

FI97178B - Distribution amplifier arrangement for a receiver group

Info

Publication number: FI97178B
Application number: FI935382A
Authority: FI
Inventors: Tapani Kaerki
Original assignee: Nokia Telecommunications Oy
Priority date: 1993-12-01
Filing date: 1993-12-01
Publication date: 1996-07-15
Also published as: FI935382A0; FI97178C; AU1110995A; WO1995015618A1; FI935382L

Description

9717897178

Vastaanotinryhmän jakovahvistinsovitelma Tämän keksinnön kohteena on vastaanotinryhmän jako-5 vahvistinsovitelma, johon kuuluu antenniväline, sovitusvä-line antennivälineen kytkemiseksi vahvistinvälineeseen sekä välineet vahvistinvälineen lähdöstä saatujen signaalien syöttämiseksi edelleen vastaanotinryhmään kuuluvalle vastaanotinyksikölle.The present invention relates to a receiver group splitter-5 amplifier arrangement comprising antenna means, matching means for connecting the antenna means to the amplifier means and means for further transmitting signals from the output of the amplifier means to a receiver unit belonging to the receiver group.

10 Keksintö liittyy erityisesti solukkoradiojärjestel- män tukiasemaan, joka käsittää yhden yhteisen antennin, jonka avulla tukiasemassa oleva vastaanotin tai vastaanottimet vastaanottavat tukiaseman radiopeittoalueella sijaitsevien aktiivisten radiolähettimien lähettämiä signaa-15 leja. Antennilla vastaanotetut signaalit syötetään tu kiaseman jakovahvistimen kautta eri vastaanottimille.In particular, the invention relates to a base station of a cellular radio system comprising one common antenna by means of which the receiver or receivers in the base station receive signals transmitted by active radio transmitters located in the radio coverage area of the base station. The signals received by the antenna are fed through a base station distribution amplifier to different receivers.

Tulosovituksella tarkoitetaan tässä yhteydessä antennin ja esivahvistimen impedanssien sovittamista keskenään yhteensopiviksi siten, että olosuhteet ovat optimaa-20 liset signaaleja syötettäessä jompaan kumpaan suuntaan, jolloin tehohäviöt ovat mahdollisimman pieniä. Tukiaseman jakovahvistimen tulosovitukselle on asetettu kaksi keskenään ristiriitaista vaatimusta. Tukiaseman toiminnan testaamisen yhteydessä suoritettavia antennimittauksia varten 25 on tulosovituksen oltava niin sanottu "gain-sovitus", eli kompleksikonjugaatti sovitus esivahvistimen suhteen. Normaalin liikennetoiminnan aikana tulisi ensimmäisen asteen tulosovituksen sitä vastoin olla niin sanottu kohinasovi-tus vastaanottimen kohinaluvun (herkkyyden) optimoimisek-30 si. Kohinasovitusta ja kompleksikonjugaattisovitusta on lähemmin kuvattu esimerkiksi kirjassa "Microwave transistor amplifiers", Gozales Guillermo, Prentice-Hall, Inc., New Jersey, USA, 1984, ISBN: 0-13-581646-7.In this context, result matching means matching the impedances of the antenna and the preamplifier so that the conditions are optimal when the signals are fed in either direction, whereby the power losses are as small as possible. There are two conflicting requirements for the input matching of the base station splitter. For antenna measurements to be performed in connection with testing the operation of a base station, the result matching must be a so-called "gain matching", i.e. a complex conjugate matching with respect to the preamplifier. In normal traffic operation, on the other hand, the first-order result matching should be a so-called noise matching to optimize the noise figure (sensitivity) of the receiver. Noise matching and complex conjugate matching are described in more detail, for example, in "Microwave transistor amplifiers", Gozales Guillermo, Prentice-Hall, Inc., New Jersey, USA, 1984, ISBN: 0-13-581646-7.

Eräässä tunnetussa ratkaisussa on edellä mainittuja 35 vaatimuksia pyritty noudattamaan tekemällä kompromissi 97178 2 kyseisten vaatimusten välillä. Tämä ratkaisu kuitenkin johtaa siihen, että antennimittauksesta tulee epävarma, joissakin tilanteissa jopa virheellinen. Tukiaseman normaalin liikennetoiminnan aikana vuorostaan kyseinen komp-5 romissi johtaa tilanteeseen, jossa kohinasovitus ei ole optimaalinen, minkä vuoksi vastaanottimen herkkyys on huono.In a known solution, an attempt has been made to comply with the above-mentioned 35 requirements by making a compromise 97178 2 between these requirements. However, this solution results in the antenna measurement becoming uncertain, in some situations even incorrect. During normal traffic operation of the base station, in turn, this compromise leads to a situation where the noise matching is not optimal, resulting in poor receiver sensitivity.

Eräässä toisessa tunnetussa ratkaisussa on jakovah-vistimen signaalitie jaettu kahteen rinnakkaiseen haaraan 10 heti tulossa, jolloin kumpaankin haaraan on sovitettu transistorivahvistinasteita. Tällöin jakajan vaimennus (3 - 4 dB) parantaa tuloliittimelle näkyvää sovitusta anten-nimittauksen yhteydessä, vaikka jonkinlainen kohinasovitus on voitu toteuttaa rinnakkaisten esivahvistimien tuloon. 15 Tämän tunnetun ratkaisun heikkoutena on se, että rinnakkain kytkettyjen vahvistimien kohinaluku on teoriassakin noin 1.5 dB huonompi kuin yhden vastaavan vahvistimen. Tämä johtuu siitä, että hyötysignaali vaimenee tulojaka-jassa ainakin 3 dB, mutta kohina ei vaimene, koska pohja-20 kohina on läsnä 174 dBm/Hz tasolla myös jakajan jälkeen. Tämän lisäksi rinnakkaisten vahvistimien tulossa syntyvät kohinasignaalit summautuvat keskenään ainakin jossakin määrin, jolloin koko vastaanotinketjun herkkyys huononee noin 1 - 1.5 dB.In another known solution, the signal path of the dividing amplifier is divided into two parallel branches 10 immediately on arrival, in which case transistor amplifier stages are arranged in each branch. In this case, the attenuation of the divider (3 to 4 dB) improves the visible fit to the input terminal during antenna naming, although some kind of noise matching may have been implemented at the input of the parallel preamplifiers. 15 The weakness of this known solution is that the noise figure of the amplifiers connected in parallel is, in theory, about 1.5 dB worse than that of one corresponding amplifier. This is because the useful signal is attenuated in the input divider by at least 3 dB, but the noise is not attenuated because bottom-20 noise is present at the level of 174 dBm / Hz even after the divider. In addition, the noise signals generated by the input of the parallel amplifiers add up to each other at least to some extent, whereby the sensitivity of the entire receiver chain deteriorates by about 1 to 1.5 dB.

* 25 Tämän keksinnön tarkoitus on poistaa edellä maini tut ongelmat, ja tarjota käyttöön jakovahvistinsovitelma, jonka avulla saadaan aikaan paras mahdollinen kohinaluku (herkkyys) esivahvistimelle tukiaseman normaalin liikennetoiminnan aikana, ja jonka avulla tukiaseman toiminnan 30 testauksen yhteydessä suoritettavan antennimittauksen tarkkuus säilyy parhaimmillaan. Nämä päämäärät saavutetaan keksinnön mukaisella jakovahvistinsovitelmalla, jolle on tunnusomaista, että sovitelma käsittää ohjausyksikön, joka on sovitettu muuttamaan sovitusvälineen tilaa kahden vaih-35 toehtoisen tulosovitustilan välillä, että vastaanottimienThe object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems, and to provide a splitter amplifier arrangement which provides the best possible noise figure (sensitivity) for the preamplifier during normal traffic operation of the base station and which maintains the accuracy of antenna measurement when testing base station operation. These objects are achieved by a distribution amplifier arrangement according to the invention, characterized in that the arrangement comprises a control unit adapted to change the state of the matching means between two alternative input matching states, so that the receivers

IIII

3 97178 normaalin liikennetoiminnan aikana ohjausyksikkö asettaa sovitusvälineen tilaan, jossa antennivälineen tulosovitus on kohinasovitus, ja että antennivälineen testauksen ajaksi ohjausyksikkö asettaa sovitusvälineen tilaan, jossa an-5 tennivälineen tulosovitus on kompleksikonjugaattisovitus.3 97178 during normal traffic operation, the control unit sets the matching means to a state where the input matching of the antenna means is noise matching, and that during the testing of the antenna means, the control unit sets the matching means to the input matching of the antenna means to complex conjugate matching.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että jakovah-vistimen tulosovituspiiristä tehdään muunneltava siten, että antennimittauksen ajaksi tulosovituspiiri asetetaan sellaiseen tilaan, jossa tulosovituspiiri on parhaimmil-10 laan antennimittausten kannalta, eli sellaiseen tilaan, jossa kompleksikonjugaattisovitus toteutuu. Vastaavasti liikennöinnin aikana tulosovituspiiri asetetaan tilaan, jossa se on optimoitu kohinan (herkkyyden) kannalta. Keksinnön mukaisen sovitelman merkittävimmät edut ovat näin 15 ollen, että minkäänlaista kompromissia ei tarvitse tehdä jakovahvistimen tulosovitukselle asetettujen vaatimusten välillä, koska tulosovituspiirin tilaa voidaan muuttaa kulloinkin tarvittavien optimaalisten ominaisuuksien saavuttamiseksi sovitelmaan kuuluvan ohjausyksikön ansiosta. 20 Eräälle keksinnön mukaisen sovituksen edulliselle suoritusmuodolle on tunnusomaista, että vastaanotinryhmä on osa solukkoradiojärjestelmän, edullisesti GSM-järjes-telmän, tukiasemaa.The invention is based on the idea that the input matching circuit of the splitter amplifier is modified so that during the antenna measurement the input matching circuit is set to a state where the input matching circuit is best for antenna measurements, i.e. a state where the complex conjugate matching takes place. Correspondingly, during communication, the result matching circuit is set to a state where it is optimized for noise (sensitivity). The most significant advantages of the arrangement according to the invention are thus that no compromise has to be made between the requirements for the input matching of the distribution amplifier, since the state of the input matching circuit can be changed to achieve the optimal characteristics required by the control unit. A preferred embodiment of the adaptation according to the invention is characterized in that the receiver group is part of a base station of a cellular radio system, preferably a GSM system.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin sen *. 25 ensimmäisen edullisen suoritusmuodon avulla viitaten oheiseen kuvioon, joka esittää lohkokaaviota eräästä keksinnön mukaisen jakovahvistinsovitelman edullisesta suoritusmuodosta .The invention is described in more detail below in its *. 25 with reference to a first preferred embodiment with reference to the accompanying figure, which shows a block diagram of a preferred embodiment of a splitter amplifier arrangement according to the invention.

Kuviossa näkyvä jakovahvistinsovitelma voi olla 30 esimerkiksi GSM-järjestelmän tukiasemassa oleva jakovah vistinsovitelma. GSM-järjestelmän rakennetta ja toimintaa on kuvattu esimerkiksi kirjassa "The GSM system for mobile communications", M. Mouly & M-B Pautet, Palaisean, France, 1992, ISBN: 2-9507190-0-7, minkä vuoksi sitä ei lähemmin 35 kuvata tässä yhteydessä.The distribution amplifier arrangement shown in the figure may be, for example, a distribution amplifier arrangement in a base station of the GSM system. The structure and operation of the GSM system are described, for example, in "The GSM system for mobile communications", M. Mouly & MB Pautet, Palaisean, France, 1992, ISBN: 2-9507190-0-7, therefore it is not described in more detail here. in connection with.

4 971784 97178

Kuvion esittämälle jakovahvistimelle syötetään antenniliitännän 1 kautta tukiaseman antennilla 10 vastaanotettuja signaaleja suodattimen 2 kautta. Suodattimen lähtöön on kytketty tulosovituspiiri 3, jonka avulla tu-5 kiaseman antennin ja esivahvistiraen 4 impedanssit sovitetaan keskenään yhteensopiviksi siten, että tukiasemassa olevien vastaanottimien herkkyydet ovat parhaimmillaan tukiaseman normaalin liikennetoiminnan aikana. Tällöin esivahvistimen 4 ja tukiaseman antennin 10 välisen sovi-10 tuksen tulee olla kohinasovitus.The signals received by the base station antenna 10 are fed to the distribution amplifier shown in the figure via the antenna connection 1 via the filter 2. An input matching circuit 3 is connected to the output of the filter, by means of which the impedances of the base station antenna and the preamplifier strip 4 are matched so that the sensitivities of the receivers in the base station are at their best during normal traffic operation of the base station. In this case, the match between the preamplifier 4 and the base station antenna 10 must be a noise match.

Sovituspiirin 3 ja esivahvistimen 4 väliin on sovitettu kytkin 5, jonka avulla tukiaseman antennilla vastaanotetut signaalit johdetaan valinnaisesti joko esivah-vistimelle 4 tai 7. Esivahvistimet 4 ja 7 ovat tyypiltään 15 identtisiä. Kahta vahvistinta tarvitaan, jotta tukiaseman toiminta ei keskeytyisi jomman kumman vahvistimen toimintahäiriön sattuessa. Esivahvistimista 4 ja 7 käytetään kerrallaan vain toista, toisen ollessa varalla häiriötilanteita varten.A switch 5 is arranged between the matching circuit 3 and the preamplifier 4, by means of which the signals received by the base station antenna are optionally fed to either the preamplifier 4 or 7. The preamplifiers 4 and 7 are identical in type 15. Two amplifiers are needed to prevent the base station from interrupting in the event of a malfunction in either amplifier. Only one of the preamplifiers 4 and 7 is used at a time, with the other in reserve for interference situations.

20 Vahvistimien 4 ja 7 tulot on kytketty kytkimeen 5, joka tyypiltään on identtinen kytkimen 6 kanssa. Kytkimiä 5 ja 6 ohjataan häiriötilanteissa tukiasemassa olevan ohjausyksikön avulla (ei esitetty kuviossa).The inputs of the amplifiers 4 and 7 are connected to a switch 5, which is identical in type to the switch 6. Switches 5 and 6 are controlled in the event of disturbances by means of a control unit in the base station (not shown in the figure).

Kytkimen 6 lähtö on kytketty haaroituselimiin 8, 25 joiden avulla jakovahvistimesta haarotetaan vastaanotetut signaalit tukiasemissa oleville vastaanottimille RX 1 - 4.The output of the switch 6 is connected to the branching means 8, 25 by means of which the received signals are branched from the distribution amplifier to the receivers RX 1 to 4 in the base stations.

Tukiaseman toiminnan testauksen yhteydessä sovitus-piiri 3 asetetaan testitilaan, antennimittausten suorittamisen ajaksi. Tällöin tukiaseman antennin ja esivahvisti-30 men 4 välinen sovitus on niin sanottu gain-sovitus, eli kompleksikonjugaatti sovitus.In connection with testing the operation of the base station, the matching circuit 3 is set to the test mode, for the duration of the antenna measurements. In this case, the matching between the base station antenna and the preamplifier 30 is a so-called gain matching, i.e. a complex conjugate matching.

Sovituspiirin 3 asettaminen testitilaan tapahtuu siten, että tukiasemassa olevan ohjausyksiköstä 9 syötetään ohjaussignaali sovituspiirille 3. Kuviossa näkyvä oh-35 jausyksikön 9 lähdön 13 kautta syötettävä signaali, jonkaThe matching circuit 3 is set to the test mode by supplying a control signal from the control unit 9 in the base station to the matching circuit 3. The signal shown in the figure is fed through the output 13 of the control unit 9, which

IIII

5 97178 jännite on joko 0 V tai 0,7 V, riippuen siitä halutanko saada aikaan kompleksikonjugaatti- vai kohinasovitus.The voltage of 97178 is either 0 V or 0.7 V, depending on whether the rod is intended to provide complex conjugate or noise matching.

Sovituspiiri 3 käsittää sovituselimen 11, joka joko maadoitetaan tai ei maadoiteta toisesta päästään, jolloin 5 se joko on tai ei ole olemassa suodattimen 2 ja esivahvis-timen 4 välisen RF-signaalin kannalta, eli antennisovituk-sen tila vaihtelee. Sovituselimen 11 maadoitus, johon ohjausyksikkö 9 vaikuttaa, on kuvion esittämässä tapauksessa toteutettu PIN-diodilla 12, jonka kautta kulkeva virta on 10 ohjausyksikön 9 vaikutuksesta riippuen esimerkiksi joko 0 mA tai 15 mA.The matching circuit 3 comprises a matching element 11, which is either grounded or not grounded at one end, whereby it either exists or does not exist in terms of the RF signal between the filter 2 and the preamplifier 4, i.e. the state of the antenna matching varies. In the case shown in the figure, the grounding of the matching element 11, which is influenced by the control unit 9, is realized by a PIN diode 12, through which the current 10 is, for example, either 0 mA or 15 mA, depending on the influence of the control unit 9.

On ymmärrettävä että edellä oleva selitys ja siihen liittyvät kuviot on ainoastaan tarkoitettu havainnollistamaan erästä keksinnön mukaisen sovitelman edullista suori-15 tusmuotoa rajoittamatta itse keksintöä. Näin ollen keksinnön mukaista sovitelma voidaan hyödyntää myös muissa yhteyksissä kuin pelkästään solukkoradiojärjestelmien tukiasemissa, vaikka keksintöä on edellä selostettu lähinnä tukiasemiin liittyen. Keksinnön mukaisen sovitelman edul-20 liset suoritusmuodot voivat näin ollen vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.It is to be understood that the foregoing description and the accompanying drawings are intended only to illustrate a preferred embodiment of the arrangement according to the invention, without limiting the invention itself. Thus, the arrangement according to the invention can also be utilized in other contexts than only in the base stations of cellular radio systems, although the invention has been described above mainly in connection with base stations. Preferred embodiments of the arrangement according to the invention may thus vary within the scope of the appended claims.

Claims

A distribution amplifier arrangement for a receiver array, comprising an antenna means 5 (10), an adapter means (3) intended to connect the antenna means to an amplifier means (4), and means (8) for transmitting signals from the output of the amplifier means. gang to a receiver unit in the receiver group, characterized in that the arrangement comprises a controller (9) arranged to change the status of the adapter (3) between two alternative connection states, that during the normal traffic usage of the receiver units, the controller (9) changes the adapter (3). a status where the antenna means (10) connection adaptation is a noise adaptation, and for testing the antenna means (10), the control unit (9) changes the adapter means (3) to a status where the antenna means (10) connection adaptation is a complex conjugate adaptation.

2. An adaptation according to claim 1, characterized in that the receiver group is part of a base station in a cellular radio system, preferably the GSM system. 25