TIME-MULTIPLEX DIGITAL CELLULAR RADIO SYSTEM

Abstract: 1. Digital cellular radio system with fixed transmitting-receiving stations and with mobile transmitting-receiving stations which can exchange communications with the fixed stations by radio in time division multiplex with multiple access, wherein several fixed stations are controlled from one master station, of which in turn several are connected by relay station with a telephone dialling network, characterised thereby, that the transmitting-receiving stations are equipped for the radio traffic by a residual side band method with suppressed carrier of the frequency f0 in conjunction with a PAK modulation, that the receiving stations display an analog quadrature input part, in which the reception band is mixed with an auxiliary frequency fH = f0 - B6 /2 to an intermediate frequency of zero and selected by low-pass filters (TP), wherein the 6dB-bandwidth of the receiver is designated by B6 , that analog-to-digital converters (A/D) for both quadrature channels follow the analog input part and that the digitalised signals experience a one-sided frequency shift through fH - f0 through complex multiplication (M) with a rotary vector of the magnitude exp[-2 pi j(fH -f0 )t].

Description: Digitales Zellenfwksystem mit Zeitmultiplex Die Erfindung betrifft ein digitales Zellenfunksystem nach detll Obeibegri ff dcs Anspruchs 1, wie es aus der DE-OS 31 18 018 bekannt ist. Zellenfunksysteme, z. B. für den öffentlichen beweglichen Landfunk, benötigen für die Funkübertragung zwischen den mobilen Teilnehmern und den Feststationen je nach Verkehrsaufkommen eine grössere Zahl von Kanälen pro Feststation. Bei den herkömmlichen realisierten Verfahren sind dies Frequenzkanäle (RDMA). In der DE-OS 31 18 018 wurde ein Zeitmultiplexverfahren (TDMA) vorgeschlagen, so dass an die Stelle der Frequenzkalläle Zeitkanäle (Zeitschlitze) zur Übertragung der verschiedenen gleichzeitigen Gespräche treten. Die Übertragung im Zeitschlitz erfolgt digital mit einem orthogonalen Zeichensatz. Damit ist eine Spektrumsverbreiterung verbunden (Spreizung). Diese ermöglicht es, mit Hilfe von Empfangskorrelatoren für die einzelnen Zeichen des Zeichensatzes eine zeitliche Auflösung der einzelnen Wellen im Mehrwegeempfangsfeld zu erreichen und dadurch die Intersymbolinterferenz trotz hoher Übertragungsrate zu vermeiden. Weitere Einzelheiten können der zitierten Offenlegungsschrift entnommen werden. Das TDMA-Verfahren erfordert wegen der zusätzlichen Spektrumsspreizung eine erhebliche HF-Bandbreite. Der Spektrumsbedarf soll aber aus Gründen der Frequenzökonomie nicht grösser sein als bei herkömmlichen FDMA-Systemen. Dabei kommt es in erster Linie nicht auf die Halbwertsbreite (3dB-Bandbreite) des Sendespektrums, sondern auf die gesamte Breite der Emission an, bis herab zu einer spektralen Leistungsdichte, die andere Funkdienste nicht mehr stört. Bei Schmalbandübertragungsverfahren sind besondere band brei tesparende Modulationsverfahrell der Gattung CPFSK (Continuous Phase FSK) entwickelt worden, die durch geeignete Sendesignalformung einen steilen Abfall des Sendespektrums jenseits der Halbwertsbreite erreichen. Diese Verfahren erfordern digitale Prozessoren zur Signal formtl1lg. Wegen einer endlichen Reche1geschwindigkei t sind die CPFSK-Verfahren heute noch nicht für Breitbandmodulation geeignet. Das Sendespektrum kann im Prinzip auch durch sehr steil flankige Filter begrenzt werden, um zu frequenzökonomi schein Verhältnissen zu gelangen. Diese brute force" Methode ist aber sehr aufwendig, da die Sendefilter hinter der Endstufe angeordnet und daher sehr dämpfungsarm sein müssen. Im 900 MHz Band, welches für einen zukünftigen Zellenfunk vorgesehen ist, wären Topfkreise untragbarer Ausmasse erforderlich. Wünschenswert wäre ein Verfahren, das mit einfachen Filtern einen frequenzökonomischen Betrieb gestattet. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein digitales Zellenfunksystem der eingangs genannten Art so zu erweitern, dass eine gegebene Bitrate mit minimaler Bandbreite übertragen werden kann. Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen bzw. Ausbildungen der Erfindung. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren naher erläutert. Gemäss der Erfindung wird vorgeschlagen, für den Funkverkehr ein Restseitenbandverfahren mit unterdrücktem Träger in Verbindung mit einer PSK-Modulation zu verwenden und die dadurch entstehenden Zusatzaufwendungen bei den Empfängerstationen in den ohnehin erforderlichen Digitalteil der Funkgeräte zu verschieben. Durch die Restseitenbandmodulation (RSB) wird die benötigte Bandbreite gegenüber der Zweiseitenbandmodulation (ZSB) halbiert (FIG. 1). Diese Entlastung kann zu Teilen der Frequenzökonomie zugute kommen, und zu Teilen der Reduzierung der Ansprüche an den Formfaktor (Bsyst. / B6) des Sendefilters. B6 bezeichnet die 6dB-Bandbreite des Filters. PSK-Modulationen (2 PSK und 4 PSK) gehören zu den linearen Modulationsverfahren, die für den Korrelationsempfang Voraussetzung sind. Die ebenfalls lineare Amplitudenmodu lation geht im Falle digitaler Modulationssignale und unterdrücktem Träger in PSK-Modulation über. Die Sendestationen zeigen infolge des Übergangs von der Zweiseitenbandmodulation zur Restseitenbandmodulation keine Besonderheiten und sind daher nicht dargestellt. Das Filter zur Begrenzung des Modulationsspektrums hinter dem Modulator erhält lediglich eine andere Bandbreite und Mittenabstimmung als bei der ZSB. Die Sendeendstufe muss als Linearverstärker ausgeführt sein. Diese Massnahme ist aber auch bei linearer Zweiseitenbandmodulation nicht zu umgehen, bedeutet also keinen zusätzlichen Aufwand. Das Schema einer erfindungsgemässen Empfangsstation zeigt FIG. 2. Gemäss dem Homodynprinzip wird das Empfangsband auf eine Zwischenfrequenz vou Null abgemischt und mit Tiefpässen TP selektiert. Zur Erhaltung der Eindeutigkeit des Signals muss der Zwischenfrequenzverstärker zweikanalig ausgelegt werden. Die beiden Kanäle I (In-phase) und Q (Quadrature) müssen hinreichend gleichen Amplituden- und Phasengang aufweisen. Ein Fehler von 1 ... 2dB und 10 ... 20d verursacht einen noch akzeptablen Klirrfaktor. Die Besonderheit der erfindungsgemässen Empfangsstation besteht darin, dass nicht mit der Trägerfrequenz f abge 0 mischt wird, sondern mit einer Hilfsfrequenz fH =0 - B6/2, wobei B6 die 6dB-Bandbreite des Empfängers ist. Daher wird das Restseitenbandsignal zunächst wie ein Zweiseitenbandsignal mit einem entsprechend einfachen analogen Empfängerteil empfangen. Hinter den ZF-Filtern TP erst werden beide Quadraturkanäle in Analog/Digital Wandlern A/D digitalisiert. Die Korrektur der Seitenbandlage erfolgt erst im digitalen Teil durch einseitige Frequenzverschiebung um f - f vermittels einer komplexen 0 Multiplikation M mit einem Drebzeiger expr-27Cj (fHò)tJ. Diese Funktion wird im digitalen Signalprozessor des Funkgeräts erzeugt. Die weitere Signalverarbeitung kann danach sinngemäss wie bei dem bekannten TDMA-Verfahren erfolgen. An die Stelle der reellen Signale tritt das sogenannte analytische Signal mit dem gleichen Informationsgehalt. Wegen der damit nötigen komplexen Verarbeitung kann die Auswertung sinnvoll nur noch in digitalen Prozessoren durchgeführt werden. Das dargestellte Empfängerkonzept ist integrationsfreundlich. Die ZF-Tiefpässe TP können vorteilhaft als aktive RC-Riltor realisiert werden. Die ZZ-Verstärker V sind im Prinzip Gleichspannungsverstärker. Um die bei hoher Verstärkung problematische Nullpunktdrift auszuschalten, werden ihre Stufen vorzugsweise Kondensator-gekoppelt. Dadurch entsteht im Empfangsband um H herum ein schmales Loch der Breite einiger hundert Hertz, vgl. FIG. 3. Die Demodulation des Signals wird dadurch nicht merklich gestört. Eine automatische Pegelregelung der beiden Verstärker kanäla engt die Signaldynamik auf den Aussteuerbereich der A/D-Wandler ein. Der Gleichlauf darf durch die Regelung nicht verlorengehen. Dies wird zweckmässigerweise dadurch erreicht, dass beide Verstärker V unabhängig voneinander auf gleichen konstanten Ausgangspegel ausgeregelt werden. Die Regelgrenzfrequenz muss um mehrere Zehnerpotenzen unter der Signalbandbreite liegen. Dies kann in einem TDMA System eine getastete Regelung des empfangenen Zeitschlitzes erforderlich machen. Da die mittleren Eingangspegel der beiden Quadraturkalläle I und Q gleich sind, müssen dann auch die Verstärkungen gleich sein. Ein nicht mehr störender Restfehler bleibt dadurch, dass die über die Dauer der Regelzeitkonstante betrachteten Kurzzeitmittelwerte der Eingangssignale gegeneinander schwanken, da es sich um unabhängige Zufallsprozesse handelt. Die relative Schwankung liegt bei 1/VW, wenn N das Verhältnis aus Signalbandbreite zu Regelbandbreite ist.

Claims: Patentansprüche 1. Digitales Zellenfunksystem mit ortsfesten Sende/Empfangsstationen und mit beweglichen Sende/Emp fangsstationen, die über Funk im Zeitmultiplex mit Vielfachzugriff mit den ortsfesten Stationen Nachrichten austauschen können, wobei mehrere ortsfeste Stationen von einer Leitstelle gesteuert werden, von denen wiederum mehrere mit einer Überleiteinrichtung zu einem Fernsprech- wahlnetz verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende/Empfangsstationen für den Funkverkehr mit einem Restseitenbandverfahren mit unterdrücktem Träger der Frequenz f in Verbindung mit einer PSK-Modulation ein 0 gerichtet sind. 2. Digitales Zellenfunksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsstati onen einen analogon Quadra tur-Lingangsteil aufweisen, iii welchen das Empfangs- band mit einer Hilfsfrequenz fH = fo - B6/2 auf eine Zwischenfrequenz von Null abgemischt und mit Tiefpässen (TP) selektiert wird, wobei mit B6 die 6dB-Bandbreite des Empfängers bezeichnet ist, dass sich an den analogen Eingangsteil Analog/Digital-Wandler (A/D) für beide Quadraturkanäle anschliessen, und dass die digitalisierten Signale eine einseitige Frequenzverscbiebung um fH - fo erfahren durch komplexe Multiplikation (M) mit einem Drehzeiger der Grösse expC2Ttj(fHfo)t 3. Digitales Zellenfunksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefpässe (TP) als aktive RC-Filter realisiert sind. 4. Digitales Zellenfunksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als ZF-Verstärker (V) Breitbandverstärker mit tiefer unterer Grenzfrequenz vorgesehen sind. 5. Digitales Zellenfunksystem nach Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ZF-Verstärker (V) mittels einer automatischen Pegelregelung in der Signaldynamik auf den Aussteuerbereich der Analog/Digital-Wandler (A/D) regelbar sind. 6. Digitales Zellenfunksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ZF-Verstärker (V) unabhängig voneinander auf gleichen konstanten Ausgangspegel regelbar sind.

Inventors: SCHALLER, WOLFGANG, DR. ING.
Applicants: LICENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH
Application year: 1984
Main classification: H04B1
IPC codes: H04B1, H04W88