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Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
zellulare Mehrband-Funktelefonsysteme,
in denen die verschiedenen Bänder
verschiedenen Diensteanbietern zugeordnet sind, siehe auch WO-A-92
13400.
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Stand der
Technik
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Zellulare Funktelefon-Versorgungsbereiche sind
typischerweise unter zwei oder mehr Diensteanbietern aufgeteilt.
Jeder Diensteanbieter arbeitet in einem bestimmten Frequenzband,
das für
seine Teilnehmer einmalig ist. Ein Beispiel ist die Aufteilung von
Versorgungsbereichen in zwei getrennte Frequenzbänder 800 MHz und 1,5 GHz, die
zwei getrennte Teilnehmergruppen versorgen (z. B. PDC – Personal
Digital Cellular, ein japanischer Standard). Ein weiteres Beispiel
ist GSM (d. h. Groupe Speziale Mobile, ein europäischer Standard). Diese getrennten
Teilnehmergruppen können
von einem versorgt werden, der gemeinsames Eigentum ist aber getrennte
und unabhängige
Gerätebasen
benutzt, um Verbindungsbearbeitungs- und Luftschnittstellendienst
im Versorgungsbereich bereitzustellen. In den meisten Fällen wird
jede Teilnehmergruppe von einem anderen Diensteanbieter versorgt.
Dies ist der Fall in Japan, wo nach den gegenwärtig zugelassenen leitenden
digitalen Zellularstandards (PDC) in Japan unterschiedliche Diensteanbieter
unterschiedliche Teilnehmergruppen mit unterschiedlichen Frequenzen
versorgen.
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So wie es gegenwärtig von PDC in Betracht gezogen
wird, ist das jedes Band bedienende Zellularsystem für nur ein
Frequenzband aufgebaut und ausgelegt. Die Bereitstellung von Dienst
in jedem der zwei Bänder
erfordert daher die Bereitstellung getrennter und unterschiedlicher
Mobilvermittlungsstellen, Basis stationssteuerungen und Funksender/Empfängereinheiten
aufgrund der Aufteilung der Versorgungsfrequenzen. Die unterschiedlichen Dienste
spiegeln sich nur in der Frequenz wieder, da sie sich beide gemeinsame
Verbindungsbearbeitungsanordnungen und -protokolle teilen. Es erfordert
die Verdopplung von Geräten,
deren einziges ausgeprägtes
Merkmal ist, mit zwei weit unterschiedlichen Frequenzen zu funktionieren.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Ein zellulares Zweifrequenz-Funktelefonsystem
mit einem gemeinsamen Anbieter, der zwei unterschiedliche Teilnehmergruppen
versorgt, oder mit unterschiedlichen Diensteanbietern, die Mobilteilnehmer
in einem ersten und zweiten getrennten Frequenzbereich versorgen,
benutzt eingangsseitige Frequenzwandlungsverfahren zum Versorgen
beider Frequenzbereiche mit minimaler Geräteverdopplung. Eine erste Dienstgruppe
wird durch ein erstes System mit einer Mobilvermittlungsstelle (MSC – Mobile Switching
Center), einer ersten Basisstationssteuerung (BSC – Base Station
Controller), erster Sendeeinrichtung, erster Funksender/Empfängereinrichtung,
einem ersten linearen Verstärker
und einer ersten Antenne versorgt. Diese gesamte Komponentenkette
ist zur Unterstützung
von Luftschnittstellenübertragung
und -empfang im ersten Frequenzband, in dem die erste Gruppe versorgt
wird, ausgelegt.
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Nach einem Aspekt der Erfindung versorgt ein
zellulares Zweifrequenz-Funktelefonsystem Mobilteilnehmer in zwei
verschiedenen Teilnehmergruppen in einem ersten und zweiten getrennten
Frequenzbereich unter Verwendung einer gemeinsamen MSC. In der beispielhaften
Ausführungsform
ist dieser erste und zweite getrennte Frequenzbereich 800 MHz bzw.
1,5 GHz. Die erste Gruppe (800 MHz) wird durch eine Serienanordnung
von Sende- und Funkgeräten versorgt,
die einen Funksender/Empfänger, Verstärker und
Antenne umfassen, die im 800 MHz-Frequenzband wirken. Die zweite
Teilnehmergruppe wird durch Geräte
versorgt, die in der Luftschnittstelle mit 1,5 GHz wirken, die direkt
mit dem Funksender/Empfänger
verbunden ist, der das 800 MHz-Band versorgt. Die der zweiten Teilnehmergruppe
(1,5 GHz) zugeordneten Geräte
umfassen einen Frequenzwandler zum Umwandeln von Abwärtsstreckensignalen
aus dem die erste Gruppe versorgenden ersten Frequenzbereich (800
MHz) in den die zweite Gruppe von Teilnehmern versorgenden zweiten
Frequenzbereich (1,5 GHz). Auf ähnliche
Weise werden Aufwärtsstreckensignale
aus der zweiten Gruppe von Frequenzen (1,5 GHz) in die erste Gruppe
von Frequenzen (800 MHz) umgewandelt und mit dieser Frequenz an
den Funksender/Empfänger
angelegt.
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In der obenerwähnten Anordnung bedient eine
gemeinsame MSC beide Bänder
von 800 MHz und 1,5 GHz und ist mit einem ersten und zweiten Teilnehmergruppenkennzeichnungsregister
(SGIR – Subscriber
Group Identification Register) verbunden, die eine Datenbank für die zwei
getrennten Teilnehmergruppen beider Systeme bereitstellen. Die Teilnehmergruppenkennzeichnungsregister
können aus
der MS ID den bestimmten Diensteanbieter dieser MS identifizieren.
Das zellulare System jedes Diensteanbieters ist daher im Gesamtsystem
so organisiert, daß es
als virtuelles doppeltes Zellularsystem arbeitet.
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Eine Basisstation eines zellularen
Funktelefonsystems nach der Erfindung kann zwei getrennte Teilnehmergruppen
mit zwei unterschiedlichen Frequenzbereichen und an zwei unterschiedlichen
geographischen Orten versorgen. In einem derartigen System umfaßt ein erstes
zellulares Funktelefonsystem (800 MHz) 800 MHz-Funkbasisstationen
(RBS – Radio
Base Stations), die eine Signalübertragungseinrichtung
in Verbindung mit einem 800-MHz-Funksender/Empfänger umfaßt, und eine erste Luftschnittstelle
(800 MHz) versorgt die erste Teil nehmergruppe. Die zweite Teilnehmergruppe
(1,5 GHz) wird durch 1,5-GHz-RBS versorgt, die eine zweite Signalübertragungseinrichtung,
einen 800 MHz-Funksender/Empfänger
und einen Frequenzwandler umfassen, der den 800-MHz-Funksender/Empfänger mit einer
1,5-GHz-Luftschnittstelle
verbinden. Der Frequenzwandler liefert Aufwärts- und Abwärtsstreckensignale
in dem 1,5-GHz-Frequenzbereich, der der zweiten Teilnehmergruppe
zugewiesen ist. Die Signalübertragungseinrichtungen
erlauben den 800 MHz- und 1,5-GHz-RBS die Fähigkeit zum Kommunizieren mit
einer geographisch entfernten MSC.
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Kommunikation zwischen den Signalübertragungseinrichtungen
und den gemeinsamen MSC kann über
Metallkabel des T1-Netzträgers
oder über Kommunikationskabel
zur optischen Übertragung stattfinden.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung
kann ein zur Versorgung einer bestimmten Teilnehmergruppe ausgelegtes
System durch Anwendung von Frequenzwandlungsverfahren zum Ermöglichen
der Versorgung der anderen Teilnehmergruppe durch die Stationsgeräte mit einer
anderen Teilnehmergruppe mit getrennten virtuellen Systemen geteilt
werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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In der Zeichnung ist
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1 ein
Schaltschema von zwei getrennten zellularen Funktelefondiensten,
die mit zwei getrennten Frequenzbändern arbeiten und unterschiedliche
Kunden in einem gemeinsamen Versorgungsbereich versorgen,
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2 ein
Schaltschema einer Anordnung zum Minimieren von Geräteverdopplung
in einem zellularen Funktelefonsystem, das zwei unterschiedliche
Kundengruppen in unterschiedlichen Frequenzbändern versorgt;
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3, 4 und 5 Schaltschemas weiterer Anordnungen
zum Minimieren von Geräteverdopplung in
einem zellularen Funktelefonsystem, das zwei unterschiedliche Kundengruppen
in unterschiedlichen Frequenzbändern
versorgt;
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6 und 7 Schaltschemas von Anordnungen
zur Verwendung optischer Übertragungsverfahren
für ein
zellulares Mehrband-Dienstsystem, die auf einen sektorisierten Versorgungsbereich
angewandt werden; und
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8 und 9 ausführliche Schaltschemas eines
Sende- bzw. Empfangssystems
für ein
zellulares Mehrband-Dienstsystem,
die auf ein sektorisiertes Dienstsystem wie das in der 7 dargestellte angewandt
werden.
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Ausführliche
Beschreibung
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Ein herkömmliches zellulares Funktelefonsystem,
das zwei unabhängigen
Diensteanbietern die Bereitstellung von Funktelefondienst für zwei Teilnehmergruppen
ermöglicht,
ist in 1 dargestellt. Jeder
Diensteanbieter weist ein unabhängiges
System auf, um Dienst in einem unterschiedlichen Frequenzband zu
bieten. Das erste System 151 soll Funktelefondienst zwischen
Mobilteilnehmern (MS) 107, Teilnehmern des ersten Diensteanbieters 151 und
dem öffentlichen
Wählnetz 100 bieten.
Dieses erste System arbeitet in einem ersten Frequenzband und enthält eine
Mobilvermittlungsstelle 101, eine Basisstationsteuerung
(BSC – Base
Station Controller) 102, eine Signalübertragungseinrichtung 103,
einen Sender/Empfänger 104,
einen Verstärker 105 und
eine Antenne 106. In einem Teilnehmerinformationsregister
(SR) 110 ist die Datenbank von Mobilteilnehmern 107 enthalten,
die durch dieses erste System versorgt werden.
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Ein zweites Funktelefonsystem 152 eines zweiten
Diensteanbieters zur Versorgung von MS 117, die an diesem
Dienst teilnehmen, enthält
eine Mobilvermittlungsstelle (MSC – Mobile Switching Center) 111 mit
einem zugehörigen
Teilnehmerinformationsregister (SR) 120, das die Datenbank
von durch das zweite System versorgten Teilnehmern umfaßt, eine
Basisstationssteuerung (BSC Base Station Controller) 112,
eine Übertragungsschaltung 113,
einen Sender/Empfänger 114,
einen Verstärker 115 und
eine Antenne 116. Die Komponenten dieses Systems sind sich
sehr ähnlich,
da die beiden Systeme die gleichen Verbindungsvorgänge und
-protokolle aufweisen. Die Geräte
unterscheiden sich nur in den Schaltungen, die Signale in dem zu
versorgenden Frequenzband verarbeiten.
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Im Schaltschema der 2 ist ein Dienst von beiden Diensteanbietern
für MS
in beiden Frequenzbändern
anbietendes Funktelefonsystem dargestellt, das die Verwendung gemeinsamer
Verbindungsbearbeitungsgeräte
maximiert. Dadurch kann leicht ein gleichzeitiger Zweibanddienst
für die
MS beider Systeme unter Verwendung von Verbindungsbearbeitungsgeräten kommend
mit Ausnahme der Luftschnittstellengeräte bereitgestellt werden. Nach der
Darstellung können
beide Diensteanbieter eine gemeinsame Mobilvermittlungstelle 101,
eine gemeinsame Basisstationssteuerung (BSC) 102, eine gemeinsame Übertragungsschaltung 103 und
einen gemeinsamen Sender/Empfänger 104 benutzen.
Zur Bereitstellung von Datenbankinformationen über die MS beider Systeme ist
ein Teilnehmerinformationsregister (SR 1) 211 und (SR 2) 221 an
die MSC 101 angekoppelt. Auch ist ein Teilnehmergruppenidentifikationsregister
(SGIR) 225 an die MSC 101 angekoppelt, um Datenbankinformationen über die
Teilnehmergruppe der MS bereitzustellen. Die Versorgung der MS 107 des
ersten Frequenzbandes findet über den
Sender/Empfänger 114,
den Verstärker 115 und die
Antenne 106 auf dieselbe Weise, wie die MS 107 im
System der 1 versorgt wird,
statt.
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Ein Frequenzwandler 222 ist
mit der Ausgangsleitung des Sender/Empfängers 104 oder als Alternative
durch einen Koppler 225 mit der Ausgangsleitung des Senders/Empfängers 104 verbunden.
Von einem Empfangsoszillator 223 wird ein Mischsignal zugeführt. Der
Frequenzwandler 222 ist über den Zweirichtungsverstärker 224 mit
der Antenne 216 verbunden, die abgehende Signale abstrahlt und
ankommende Signale empfängt.
Ankommende Signale von im zweiten Frequenzband arbeitenden MS 117 werden
von der Antenne 216 empfangen und vom Frequenzwandler 222 in
ein Signal im ersten Frequenzband umgewandelt. Das in das erste
Frequenzband umgewandelte Signal wird vom Koppler 225 an
den Sender/Empfänger 104 angekoppelt. Das
in der gestrichelten Linie 231 eingeschlossene Gerät ist einzig
dem Bereich des zweiten Frequenzbandes zugeordnet. Das ankommende
Funktelefonsignal im zweiten Frequenzband wird in das erste Frequenzband
umgewandelt und wird über
den Koppler 225 an den Sender/Empfänger 104 angelegt,
um im ersten Frequenzband von denselben Verbindungsbearbeitungsgeräten bearbeitet
zu werden, die für
die Versorgung der das erste Frequenzband benutzenden Teilnehmer
benutzt werden. Die MS 117 wird vom Teilnehmergruppenidentifikationsregister
(SGIR) 225 als zur zweiten Teilnehmergruppe gehörend identifiziert
und ihre Teilnehmerinformationen werden vom Teilnehmerinformationsregister
(SR 2) 221 erhalten.
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In einer bestimmten Ausführungsform
können
beide Frequenzbandausgaben zur Versorgung einer gemeinsamen MS benutzt
werden. Die zwei Frequenzausgaben können zu MS mit der Fähigkeit zur
Annahme beider Frequenzbänder übertragen werden,
um Frequenzdiversity für
die MS 218 bereitzustellen, die in der Lage ist, Funktelefonsignale
in beiden Funktelefon-Frequenzbändern zu übertragen und
zu empfangen.
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Ein in 3 gezeigtes
virtuelles Doppelsystem stellt Dienst für zwei Gruppen von Mobilteilnehmern
bereit, die normalerweise von zwei unterschiedlichen Diensteanbietern
versorgt werden, die jeweils in unterschiedlichen Frequenzbereichen
arbeiten. Das System zur Versorgung der ersten Teilnehmergruppe
umfaßt
die mit dem öffentlichen
Wählnetz
PSTN 100 verbundene MSC 101. Die MSC 101 ist
mit der BSC 102 verbunden, die wiederum mit den der ersten
Teilnehmergruppe zugeordneten Geräten 351 verbunden
ist. Diese Geräte
enthalten eine Signalübertragungseinrichtung 303,
die wiederum mit dem Sender/Empfänger 304 verbunden
ist. Der Ausgang des Senders/Empfängers 304 ist über den
Verstärker 305 mit
der Antenne 306 verbunden, die Signale zu und von der ersten
Teilnehmergruppe im ersten Frequenzband ausstrahlt und empfängt.
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Die zweite Teilnehmergruppe wird
von einem zweiten Diensteanbieter versorgt und betreibt im zweiten
Frequenzband dem zweiten, durch 352 bezeichneten Diensteanbieter
zugeordnete Geräte. Diese
Geräte
umfassen eine Übertragungseinrichtung 313,
die mit der BSC 302 verbunden ist. Der Ausgang der Signalübertragungseinrichtung 313 ist über den
Sender/Empfänger 314,
der Dienst im ersten Frequenzband bietet, und den Verstärker 315 mit der
Ausstrahlungs- und
Empfangsantenne 316, die Dienst im zweiten Frequenzband
bereitstellt, und dem Frequenzwandler 322 verbunden.
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Eine weitere Anordnung zur Versorgung
der Teilnehmer von zwei unterschiedlichen Diensteanbietern ist in 4 dargestellt. Das öffentliche
Wählnetz
PSTN 100 ist mit der MSC 101 verbunden, die wiederum
direkt mit dem BSC 102, der Signalübertragungssteuerung 104 und
dem Verstärker 105 verbunden
ist. Dieses System wird im ersten Frequenzband betrieben und die
Antenne strahlt Funktelefonsignale zur ersten Gruppe von Teilnehmern aus
und empfängt
Funktelefonsignale von dieser.
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Ein Hilfsverarbeitungssystem zur
Versorgung der zweiten Gruppe von Teilnehmern ist an den TRX 104 angekoppelt.
Die Abwärtsstreckenausgabe vom
TRX 104 ist mit dem elektrooptischen Wandler 431 verbunden,
der über
ein Lichtfaser-Übertragungskabel
an den elektrooptischen Wandler 433 angekoppelt ist. Der
Wandler 433 ist mit dem Frequenzwandler 422 verbunden,
der als Reaktion auf den Empfangsoszillator 423 Signalfrequenzen
zwischen den ersten und zweiten Bändern der ersten und zweiten
Teilnehmergruppen umwandelt. Die Aufwärtsstreckensignale werden an
der Antenne 416 empfangen und über den Rückweg in den Eingang des TRX 104 eingespeist.
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In der in 5 gezeigten Anordnung ist das System
zur Versorgung beider Diensteanbieter mit minimaler Geräteverdopplung
ausgelegt. Die zwei Systeme teilen sich eine gemeinsame Signalübertragungseinrichtung 103 und
die zwei Ausstrahlungs- und Empfangsantennen 106 und 516 befinden
sich im wesentlichen am gleichen Ort. Die der von einem zweiten
Diensteanbieter versorgten zweiten Gruppe von Teilnehmern zugeordneten
Geräte 552 umfassen
ein Lichtfaserkabel 535, wodurch die Antenne 516 sich
entfernt von der ersten Antenne 106 befinden kann.
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Viele Zellenbereiche werden von Richtantennen
versorgt, wobei der Zellenbereich in verschiedene Sektoren eingeteilt
ist. Das in 6 gezeigte
System zeigt, wie ein Sender/Empfänger 603 durch getrennte
Lichtfaserkabel 635 in verschiedenen Sektoren mit Antennen 606 bis 616 verbunden
sein kann, wobei jedes einzelne Kabel einem einzelnen Sektor zugeordnet
ist. Die Kabel sind mit in einem Schrank 622 mit den Frequenzwandlern
enthaltenen getrennten Frequenzwandlern verbunden. Die Frequenzwandler
sind über
ein Verstärkerfeld
mit einer Mehrzahl von Antennen 606 bis 616 verbunden,
wobei jede Antenne einen getrennten Sektorausgang versorgt. Der TRX 603 arbeitet
in einem ersten Band von Frequenzen, während die Antennen 606 bis 616 in
einem zweiten Band von Frequenzen ausstrahlen.
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In der Anordnung der 7 wird die Ausgabe des Sender/Empfängers 703 an
einen Frequenzmultiplexer 745 angelegt und über ein
einzelnes Lichtfaserkabel 735 zu einem an die Antennen 706 bis 716 angekoppelten
Frequenzwandler übertragen. Dieses
Kabel führt
die mehrfachen Signale, die jeweils vom Frequenzmultiplexer 745 geliefert
werden. Der Sender/Empfänger 703 arbeitet
in einem ersten Band von Frequenzen, während die Antenne 706 bis 716 in
einem zweiten Band von Frequenzen arbeiten.
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In 8 und 9 ist ein zellulares Funktelefonsystem
für den
Betrieb, wo eine Mehrzahl von Frequenzbändern unterschiedliche Dienstsektoren
definieren, gezeigt. In der 8 benutzt
der Übertragungsteil
der Basisstation drei Sender/Empfänger 801, 802 und 803,
einen für
jeden durch die Antennen 841, 842 und 843 auszustrahlenden
Sektor. Drei Basisstations-Funksender/empfänger (TRX) 801, 802 und 803,
die jeweils Dienst über
die Lichtfaser 825 für
einen unterschiedlichen Sektor in einem unterschiedlichen Frequenzsegment
bereitstellen, sind jeweils mit einem Mischer bzw. Frequenzwandler 811, 812 bzw. 813 verbunden.
Jeder Frequenzwandler ist mit einem Empfangsoszillator 807, 808 bzw. 809 verbunden.
Die jeweiligen Frequenzen sind f1 für den Oszillator 807,
f2 für
den Oszillator 808 und f3 für den Oszillator 809.
Die Ausgabe jedes Frequenzwandlers liegt in einem Frequenzband.
Diese Ausgaben werden in den Summierungsschaltungen 815 und 817 summiert,
um ein zusammengesetztes Signal zu bilden, das an eine elektro-optische
Wandlervorrichtung 819 angelegt wird. Das sich ergebende
optische Signal wird über
ein Lichtfaserkabel 825 zum opto-elektrischen Wandler 829 am
entfernten Ende des Lichtfaserkabels 825 übertragen.
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Die Ausgabe des opto-elektrischen
Wandlers wird parallel an die drei Frequenzwandler 831, 832 und 833 angelegt.
Die Empfangsoszillatoren 837, 838 und 939 legen
die Signalfrequenzen f'1, f'2 und f'3 an die Wandler 831, 832 und 833 an.
Damit können
die Abwärtsstreckensignale
am Ausgang der Antennen 841, 842 und 843 das
zweite Frequenzband versorgen, das ursprünglich von den das erste Frequenzband
versorgenden Sender/Empfängern 810, 802 und 803 übertragen
wurde.
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In der 9 ist
die Empfangsanordnung dargestellt. Die Aufwärtsstreckensignale von jedem
der drei Sektoren werden von den Antennen 941, 942 und 943 empfangen.
An diesen Antennen empfangene Aufwärtsstreckensignale werden von
einem das zweite Frequenzband versorgenden Wandler verarbeitet.
Diese Signale werden in ihrer Frequenz von den Frequenzwandlern 931, 932 und 933 als
Reaktion auf die Empfangsoszillatorquellen 937, 938 und 939 frequenzmäßig in die
Frequenzen g'1, g'2 und g'3 umgewandelt. Die Frequenzwandlersignale
werden in den Kombinierschaltungen 916 und 917 kombiniert und
an die elektro-optische Wandlerschaltung 929 angelegt.
Das optische Signal wird über
das Lichtfaserkabel 925 zum opto-elektrischen Wandler 919 übertragen
und an die Frequenzwandler 911, 912 und 913 angelegt,
um die richtige Frequenz für
die Funksender/empfänger 901, 902 und 903 bereitzustellen,
die das erste Frequenzband versorgen.
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Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme
auf bestimmte Frequenzbereiche einer bestimmten Systemanordnung
beschrieben worden ist, ist leicht erkennbar, daß viele Variationen dieser
Anordnung zur Versorgung unterschiedlicher Systeme mit unterschiedlicher
Frequenz vom Fachmann ausgearbeitet werden können, ohne aus dem Rahmen der
Erfindung zu weichen.