DE19535441A1 - Antenne einer Zentralstation eines Punkt-zu-Mehrpunkt-Richtfunksystems - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Antenne einer Zentralstation eines Punkt-zu-Mehrpunkt-Richtfunksystems die mit mehreren umliegenden, mit Richtantennen ausgestatteten, Teilnehmerstationen kommuniziert, welche Antenne eine sektorierte Charakteristik erzeugt.

Ein Punkt-zu-Mehrpunkt-Richtfunksystem ist in der DE 34 20 917 A1 beschrieben. In dieser Druckschrift ist beiläufig erwähnt, daß die Zentralstation eine Antenne aufweist, die entweder eine Rundstrahl- oder eine Sektorcharakteristik aufweist. Um eine Rundstrahlcharakteristik zu erzeugen, die das gesamte, die Zentralstation umgebende Gebiet abdeckt, kann mit einer einzigen Antenne (Dipol) gearbeitet werden. Alternativ dazu kann das die Zentralstation umgebende Gebiet in einzelne Sektoren aufgeteilt werden, wobei für die Ausleuchtung jedes Sektors eine eigene Antenne zuständig ist. Diese bekannten Antennenanordnungen machen eine hohe Sendeleistung sowohl von der Zentralstation als auch von den Teilnehmerstationen erforderlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antenne der eingangs genannten Art anzugeben, die eine möglichst geringe Sendeleistung sowohl auf Seiten der Zentralstation als auch auf Seiten der Teilnehmerstationen erfordert und eine möglichst hohe Übertragungsqualität gewährleistet.

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Dadurch, daß gemäß der Erfindung die Antennencharakteristik der Zentralstation in Sektoren unterteilt ist, die streng auf die umliegenden Teilnehmerstationen begrenzt sind, kommen sowohl die Zentralstationen als auch die Teilnehmerstationen mit einer relativ geringen Sendeleistung aus und es ist eine hohe Übertragungsqualität in beiden Übertragungsrichtungen zwischen der Feststation und den Teilnehmerstationen gewährleistet. Durch die Konzentration der Sendecharakteristik der Zentralstation werden Störungen anderer nicht zu dem Punkt-zu-Mehrpunkt-Richtfunksystem gehörender Funksysteme gering gehalten. Außerdem wird dadurch die elektromagnetische Umweltverträglichkeit (EMUV) verbessert. Durch Konzentration der Empfangs-Charakteristik der Zentralstation auf die vorhandenen Teilnehmerstationen benötigen diese eine nur relativ geringe Sendeleistung um eine gute Übertragungsqualität von den Teilnehmerstationen zu der Feststation zu gewährleisten. Störungen des Punkt-zu- Mehrpunkt-Richtfunksystems durch andere Funksysteme werden damit weitgehend ausgeschlossen. Eine besonders starke Konzentration der Antennencharakteristik der Zentralstation auf die Teilnehmerstationen wird dadurch erreicht, daß die Antenne der Zentralstation Sende- und/oder Empfangskeulen in den mit einzelnen oder mehreren Teilnehmerstationen belegten Sektoren bildet. Vorteilhafterweise werden örtlich voneinander getrennte Sektoren bzw. Keulen in dem selben Kanal, d. h. auf derselben Frequenz oder in demselben Zeitschlitz oder in demselben Code betrieben. Es ist auch vorteilhaft, wenn die Antenne der Zentralstation nur dann eine Sende- oder Empfangskeule auf eine Teilnehmerstation ausrichtet, wenn eine Nachrichtenverbindung zwischen beiden hergestellt werden soll, und sie die Richtcharakteristik nach Beendigung der Verbindung wieder abbaut. Für diesen Fall ist es zweckmäßig, einen Signalisierungskanal zwischen allen Teilnehmerstationen und der Zentralstation vorzusehen, der Informationen darüber enthält, für welche Teilnehmerstationen Funkstrecken auf- bzw. abzubauen sind. Ein solcher Signalisierungskanal könnte über eine Rundstrahlcharakteristik übertragen werden.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Punkt-zu-Mehrpunkt-Richtfunksystems und Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines Strahlformungsnetzwerkes für die Antenne der Zentralstation.

Bei dem in der Fig. 1 angedeuteten Punkt-zu-Mehrpunkt- Richtfunksystem sind um eine Zentralstation ZS herum beispielsweise sechs Teilnehmerstationen TS1 . . . TS6 angeordnet. Die Abstände zwischen den einzelnen Teilnehmerstationen TS1 . . . TS6 sind sehr unterschiedlich. Eine in der Zentralstation ZS vorhandene Antenne bildet eine sektorierte Charakteristik, die vorzugsweise sowohl für das Aus senden von Nachrichten an die Teilnehmerstationen TS1 . . . TS6 als auch für den Empfang von Nachrichten, welche die Teilnehmerstationen TS1 . . . TS6 an die Zentralstation ZS aussenden, ausgenutzt wird. Die einzelnen Sektoren S1 . . . S4 welche in der Fig. 1 durch Schraffur angedeutet sind, sind eng auf die Gebiete begrenzt, in denen die Teilnehmerstationen TS1 . . . TS6 liegen. Die Sektoren S1 . . . S6 der Antennencharakteristik sind möglichst eng auf die Gebiete begrenzt, in denen eine oder auch mehrere Teilnehmerstationen TS1 . . . TS6 liegen. Sektorielle Bereiche, in denen sich keine Teilnehmerstationen befinden, werden von der Antennencharakteristik dabei ausgespart. Die von der Antenne ausgestrahlte Leistung wird also möglichst eng auf die vorhandenen Teilnehmerstationen TS1 . . . TS6 konzentriert. Das bringt eine Ersparnis an Sendeleistung und es wird nahezu keine Störstrahlung für andere Funksysteme erzeugt. Liegen mehrere Teilnehmerstationen TS3, TS4 bzw. TS5, TS6 sehr dicht nebeneinander, so ist es zweckmäßig, diese einem Sektor S3 bzw. S4 der Antennencharakteristik zuzuordnen.

Ein Übersprechen zwischen benachbarten Sektoren und der Antennencharakteristik kann dadurch verringert werden, daß deren Felder orthogonal zueinander polarisiert sind.

Die beste Übertragungsqualität (Senden und Empfangen) zwischen der Zentralstation ZS und den einzelnen Teilnehmerstationen TS1 . . . TS6 wird dadurch erzielt, daß die Sektoren der Antennencharakteristik die Form einer Keule K1, K2, K4 oder auch mehrerer Keulen K3, K34 haben. Wie Fig. 1 zeigt, gibt es nun mehrere Varianten für die Zuordnung der Keulen zu dem einzelnen Teilnehmerstationen. So kann ein Sektor S1 bzw. S2 aus einer Keule K1 bzw. K2 bestehen, die auf eine einzige Teilnehmerstation TS1 bzw. TS2 ausgerichtet ist. In einem anderen Fall bildet die Antenne zwei Keulen K33 und K34 in einem Sektor S3 aus, wobei jeweils eine Keule K33, K34 auf eine Teilnehmerstation TS3, TS4 ausgerichtet ist. Um ein Übersprechen zwischen beiden Keulen K33 und K34 zu vermeiden, erzeugt die Antenne für die auf die Teilnehmerstation TS3 ausgerichtete Keule bei der Teilnehmerstation TS4 einen Dämpfungspol und umgekehrt. Auch können von einer Keule K4 in einem Sektor S4 zwei oder mehrere Teilnehmerstationen TS5, TS6 erfaßt werden.

Im Sinne der Leistungsersparnis ist es vorteilhaft, wenn die Antenne der Zentralstation ZS nur dann eine Verbindung zu einer Teilnehmerstation herstellt, wenn ein Nachrichtenaustausch zwischen beiden stattfinden soll. Nach Beendigung des Nachrichtenaustausches baut die Antenne der Zentralstation ZS die Verbindung wieder ab.

Die Informationen darüber, für welche Teilnehmerstationen Verbindungen auf- bzw. abzubauen sind, kann über einen Signalisierungskanal zwischen den Teilnehmerstationen und der Zentralstation ausgetauscht werden. Für einen solchen Signalisierungskanal ist es zweckmäßig, wenn eine hierfür vorgesehene Antenne der Zentralstation eine Rundstrahlcharakteristik erzeugt, die alle Teilnehmerstationen TS1 . . . TS6 gleichzeitig erfaßt.

Über Keulen die räumlich voneinander getrennt sind, können Nachrichten in demselben physikalischen Kanal, d. h. auf derselben Frequenz oder in demselben Zeitschlitz oder in demselben Code, übertragen werden. Für die Erzeugung der zuvor beschriebenen keulenförmigen Charakteristik ist der Einsatz einer adaptiven Array-Antenne von Vorteil. Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, besteht eine solche Array-Antenne aus einer Vielzahl von Antennenelementen A1, . . . Ai, . . , AI. Diese Antennenelemente A1 . . . A1 sind so verteilt angeordnet, daß sie bei entsprechender Ansteuerung über Strahlformungsnetzwerke BF1, . . . , Bfl . . . , BFL jede bzgl. Richtung und Öffnungswinkel gewünschte Strahlungskeule erzeugen. Für jeden der L vorhandenen Nachrichtenkanäle NK1, . . . , Nkl . . . , NKL ist ein Strahlformungsnetzwerk BF1, . . . , Bfl, . . . , Bfl, . . . , BL vorhanden. Die in der Schaltung der Fig. 2 eingezeichneten zwei Pfeilrichtungen deuten an, daß mit der Schaltung sowohl Sendekeulen als auch Empfangskeulen erzeugt werden können. Im Sendefall ist zwischen jedem einzelnen Antennenelement A1 . . . AI und den Strahlformungsnetzwerken BF1 . . . BFL ein Multiplexer und im Empfangsfall ein Demultiplexer geschaltet. In der Fig. 2 sind Multiplexer und Demultiplexer mit dem gemeinsamen Bezugszeichen DMX1, . . . , DMXi, . . . , DMXI bezeichnet. Soll beispielsweise ein Nachrichtenkanal NKL mit einer bzgl. Richtung und Öffnungswinkel ganz bestimmten Keule ausgesendet werden, so wird dieser Kanal MKL im Strahlformungsnetzwerk BFL in so viele Einzelsignale aufgesplittet wie es Antennenelemente A1 . . . AI für die Erzeugung der zugehörigen Sendekeule gibt. Jedes dieser Einzelsignale wird mit einem Wichtungsfaktor w1L, . . . , wiL, . . . , wIL multipliziert. Diese Wichtungsfaktoren sind als Vektoren in einem gesonderten Speicher abgelegt und so bemessen, daß die mit ihnen gewichteten, den einzelnen Antennenelementen A1 . . . AI zugeführten Signale in der Summe die gewünschte Sendekeule bilden. Die den Antennenelementen A1 . . . AI vorgeschalteten Multiplexer DMX1 . . . DMXI fassen die für das jeweilige Antennenelement A1 . . . AI bestimmten gewichteten Signale aller Nachrichtenkanäle NK1 . . . NKL zusammen. Die Art des Multiplexers DMX1 . . . DMXI richtet sich danach, ob das Richtfunksystem im Frequenzmultiplex (FDMA), Zeitmultiplex (TDMA) oder Code-Multiplex (CDMA) betrieben wird. Im Empfangsfall werden die von den einzelnen Antennenelementen A1 . . . AI empfangenen Teilsignale in umgekehrter Richtung zusammengefaßt, entsprechend gewichtet und daraus die empfangengen Nachrichtenkanäle NK1 . . . NKL abgeleitet.

Sollen, wie bereits vorangehend beschrieben, einzelne Kanäle mehrfach genutzt werden, d. h. Nachrichten werden über örtlich voneinander getrennte Keulen im selben Kanal übertragen, so muß dieser Umstand bei der Wichtung der einzelnen Nachrichtenkanäle berücksichtigt werden.

Die Sektor- und Keuleneinteilung können für die Sende- und für die Empfangsrichtung gleich sein. Sie können aber auch für beide Richtungen unterschiedlich sein, je nachdem was sich günstiger auf die Signalübertragungsqualität auswirkt.

Die Sender und Empfänger können so ausgelegt sein, daß sie auf verschiedene Modulationsarten (z. B. n-PSK, n-QPSK, mit n = 1,2, . . . oder M-QAM mit M = 4 . . . 256) umschaltbar sind, so daß Datenübertragungen mit teilnehmerindividuellen Bandbreiten möglich ist. Es ist auch zweckmäßig, die Sendeleistungen teilnehmerindividuell einstellen zu können.

Claims (11)

1. Antenne einer Zentralstation eines Punkt-zu-Mehrpunkt- Richtfunksystems, die mit mehreren umliegenden Teilnehmerstationen kommuniziert, welche Antenne eine sektorierte Charakteristik erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennencharakteristik solche Sektoren (S1 . . . S4) aufweist, die bzgl. ihrer Richtung und ihres Öffnungswinkels so ausgelegt sind, daß jeder einzelne Sektor (S1 . . . S4) möglichst eng auf das von einer oder mehreren Teilnehmerstationen (TS1 . . . TS6) belegte Gebiet begrenzt ist.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Felder benachbarter Charakteristik- Sektoren (S1 . . . S4) orthogonal zueinander polarisiert sind.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Sektoren der Antennencharakteristik die Form einer Keule (K1, K2, K3, K33, K34, K4) haben.

4. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Sektoren (S3) der Antennencharakteristik mehrere Keule (K33, K34) aufweisen.

5. Antenne nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Keule (K4) gleichzeitig auf mehrere Teilnehmerstationen (TS5, TS6) ausgerichtet ist.

6. Antenne nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Keule (K1, K2, K33, K34, K4) erst dann auf eine Teilnehmerstation (TS1 . . . TS6) ausrichtet, wenn eine Nachrichtenverbindung zwischen beiden hergestellt werden soll, und sie die Keule nach Beendigung der Verbindung wieder abbaut.

7. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie über mindestens zwei örtlich voneinander getrennte Sektoren oder Keulen in demselben Kanal - d. h. auf derselben Frequenz oder in demselben Zeitschlitz oder in demselben Code - mit verschiedenen Teilnehmerstationen kommuniziert.

8. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Array aus mehreren Antennenelementen (A1, . . . Ai, . . . , AI) ist, die über Strahlformungsnetzwerke (BF1, . . . , BFi, . . . , BFI) angesteuert werden.

9. Antenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenelemente (A1, . . . Ai, . . . , AI) über Multiplexer/Demultiplexer (DMX1, . . . , DMXi, . . . , DMXI) mit dem Strahlformungsnetzwerk (BF1, . . . , BFi, . . . , BFI) verbunden sind.

10. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine Rundstrahlcharakteristik erzeugen kann, über die ein Signalisierungskanal zwischen allen Teilnehmerstationen (TS1 . . . TS6) und der Zentralstation (ZS) übertragbar ist, der vorzugsweise Informationen darüber enthält, für welche Teilnehmerstationen (TS1 . . . TS6) Keulen auf- bzw. abzubauen sind.

11. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jede einzelne Keule eine von mehreren Modulationsarten wählbar ist.