DE69215372T2 - Antenneneinrichtung für Basisstation - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf eine Antenneneinrichtung für eine Basisstation zur Verwendung in einem Zellularfunk-Kommunikationssystem.
• Zellular-Funksysteme werden derzeit in weitgehendem Umfang in der gesamten Welt verwendet, um eine Telekommunikation mit ortsbeweglichen Teilnehmern zu ermöglichen. Um die Kapazitätsanforderungen innerhalb der zur Verfügung stehenden Frequenzbandzuteilung zu erfüllen, unterteilen Zellular-Funksysteme einen zu überdeckenden geographischen Bereich in Zellen. Am Mittelpunkt jeder Zelle befindet sich eine Basisstation, über die die ortsbeweglichen Stationen in Verbindung treten. Die verfügbaren Kommunikationskanäle sind derart auf die Zellen aufgeteilt, daß die gleiche Gruppe von Kanälen durch bestimmte Zellen erneut verwendet wird. Der Abstand zwischen den einen Kanal erneut verwendenden Zellen ist so geplant, daß Gleichkanal-Stärungen auf einen tolerierbaren Pegelgehalten werden.
• Wenn ein neues Zellular-Funksystem zu Anfang eingerichtet wird, sind die Betreiber in vielen Fällen daran interessiert, die Reichweite in Aufwärtsrichtung (ortsbewegliche Station zur Basis-Station) und Abwärtsrichtung (Basis-Station zur ortsbeweglichen Station) zu einem Maximum zu machen. Die Reichweiten sind in vielen Systemen in Aufwärtsrichtung begrenzt, und zwar aufgrund der relativ niedrigen Sendeleistungspegel von handgehaltenen ortsbeweglichen Stationen. Jede Vergrößerung der Reichweite bedeutet, daß eine geringere Anzahl von Zellen erforderlich ist, um einen vorgegebenen geographischen Bereich zu überdecken, wodurch die Anzahl der Basis-Stationen und damit die entsprechenden Infrastruktur-Kosten verringert werden.
• Wenn ein Zellular-Funksystem ausgereift ist, können die Kapazitätsanforderungen in vielen Fällen, insbesondere in Städten, bis zu einem Punkt ansteigen, an dem eine größere Anzahl von eine kleinere Größe aufweisenden Zellen benötigt wird, um die erforderliche Kapazität pro Flächeneinheit zur Verfügung zu stellen. Der zur Schaffung dieser kleineren Zellen verwendete Vorgang ist als Zellenaufteilung bekannt. Jede Technik, die eine zusätzliche Kapazität ohne die Notwendigkeit einer Zellenaufteilung ergibt, verringert wiederum die Anzahl von Basis- Stations-Positionen und die zugehörigen Infrastruktur-Kosten.
• Die an der Stelle der Basis-Station verwendete Antenne kann gegebenenfalls beträchtliche Verbesserungen hinsichtlich der Reichweite und Kapazität eines Zellular-Funksystems ergeben. Das ideale Basisstations-Antennendiagramm ist ein Strahl mit einer schmalen Winkelbreite, wie dies in Fig. 1a gezeigt ist. Der schmale Strahl wird auf die gewünschte ortsbewegliche Station gerichtet und ist sowohl in den Azimuth- als auch Elevations-Ebenen schmal und folgt den Bewegungen der ortsbeweglichen Stationen. Verglichen mit einer Rundstrahlantenne hat ein derartiger Strahl den doppelten Vorteil eines hohen Gewinns, was zu einer vergrößerten Reichweite bei durch thermisches Rauschen beschränkten anfänglichen Installationen führt, und der Unterdrückung von Störungen aufgrund von Zellen, die die gleichen Kanäle erneut verwenden, so daß eine höhere Kapazität ohne eine Zellenaufteilung in ausgereiften Installationen ermöglicht wird. Der schmale Strahl verringert Störungen in symmetrischer Weise, sowohl in Aufwärts- als auch in Abwärtsrichtung. In der Aufwärtsrichtung ist der Empfänger der Basisstation gegen Störungen geschützt, die von Sendern von Mobilstationen in die gleichen Kanäle erneut verwendenden Zellen erzeugt werden, siehe Fig. 1b. In Abwärtsrichtung ist es unwahrscheinlich, daß sich die ortsbewegliche Station im Strahl von Basisstations-Sendern in den die gleichen Kanäle erneut verwendenden Zellen befindet. Das Ausmaß des Vorteils einer Antenne mit schmalem Strahl gegenüber einer Rundstrahlantenne ist eine Funktion der Strahlbreite. Je schmaler die Strahlbreite ist, desto größer ist der Vorteil, doch muß hier ein Kompromiß hinsichtlich der vergrößerten Abmessungen und der Kompliziertheit der Antenne geschlossen werden.
• Obwohl der schmale Strahl mit Hochfrequenz (typischerweise im Bereich von 900 oder 1800 MHz) gebildet wird, kann er in zweckmäßiger Weise als analog zu einem Laserstrahl betrachtet werden, der von der Basis-Station ausgeht und die ortsbeweglichen Stationen verfolgt. Bei Betrachtung im Vergleich zu einer Rundstrahlantenne ergibt dies eindeutig einen eine hohe Qualität aufweisenden Übertragungspfad mit minimalen Störungen.
• Einige der möglichen Vorteile von Antennen mit schmalen Strahlen für Zellularfunk wurden in der Literatur erkannt, siehe beispielsweise die Veröffentlichungen 'A Spectrum Efficient Cellular Base Station Antenna Architecture', S.C. Swales und M.A. Beach, Personal & Mobile Radio Communications Conference, Warwick, 1991 und 'Proposed Advanced Base Station Antennas for Future Cellular Mobile Radio Systems', W.S. Davies, R.J. Long und E. Vinnal, Australian Telecomms Research, Bd. 22, Nr. 1, S. 53-60. Bei derzeit verwendeten Systemen ermöglicht die Art und Weise, wie Richtantennen verwendet werden, nur die Erzielung relativ kleiner Vorteile. Die Verwendung von Richtantennen in heutigen Zellular-Funksystemen beruht auf dem Prinzip der Sektorbildung, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die Haupt- Störquellen in einem Zellularsystem ergeben sich aus den sogenannten Gleichkanal-Zellen ersten Ranges. Eine Basis- Stations-Rundstrahlantenne empfängt Störungen von allen sechs Gleichkanal-Zellen ersten Ranges (Fig. 2a). Wenn eine Antenne mit einer nominellen Strahlbreite von 120º verwendet wird, was einer Konfiguration mit drei Sektoren entspricht, so werden Störungen von lediglich zwei Gleichkanal-Zellen ersten Ranges (Fig. 2b) empfangen. Wenn eine Antenne mit einer Strahlbreite von 60º verwendet wird, was einer Konfiguration mit sechs Sektoren entspricht, so werden Störungen lediglich von einer der Gleichkanal-Zellen ersten Ranges (Fig. 2c) empfangen. Bei in Sektoren unterteilten Zellen sind die Zellularfunk-Sendeempfänger an der Basis-Station lediglich mit einem Sektor (oder einer Antenne) verbunden, und sie können nicht in anderen Sektoren der gleichen Zelle verwendet werden.
• Die Sektorunterteilungs-Lösung hinsichtlich der Verwendung von Richtantennen hat ihre sinnvolle Grenze bei einer Strahlbreite von 60º erreicht und kann nicht weitergehen. Diese Lösung ergibt zwei grundsätzliche Nachteile:
• (a) Die Zellularfunk-Sendeempfänger sind bestimmten Sektoren ausschließlich zugeordnet, was zu erheblich hohen Werten einer Bündelungs-Unwirksamkeit führt. In der Praxis bedeutet dies, daß eine wesentlich größere Anzahl von Sendeempfängern an der Stelle der Basis-Station erforderlich ist, als dies für eine Rundstrahl-Zelle der gleichen Kapazität erforderlich sein würde.
• (b) Jeder Sektor wird von dem Zellularfunk-Netz (d.h. dem Basisstation-Steuergerät und den Mobilfunk-Vermittlungen) als eine getrennte Zelle behandelt. Dies bedeutet, daß wenn sich die ortsbewegliche Station zwischen zwei Sektoren bewegt, eine erhebliche Wechselwirkung zwischen der Basis-Station und dem Netz erforderlich ist, um das Gespräch zwischen den Sektoren der gleichen Basis-Station zu übergeben. Diese Wechselwirkung, die eine Signalisierung und Verarbeitung an dem Steuergerät der Basis-Station und dessen Vermittlung erfordert, stellt eine hohe Zusatzbelastung des Netzes dar und verringert die Kapazität.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Basisstations- Anordnung geschaffen, die eine Vielzahl von Antennengruppen, wobei jede Antennengruppe in der Lage ist, getrennte überlappende schmale Strahlen in Azimuthrichtung auszubilden, eine Vielzahl von Hochfrequenz-Sendeempfängern, jeweils zum Senden und Empfangen von Hochfrequenzsignalen für ein oder mehrere Gespräche, Schalter-Matrix-Einrichtungen, getrennte Verstärkereinrichtungen für jeden Strahl und Steuereinrichtungen umfaßt, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Steuereinrichtung betreibbar ist, um einen bestimmten Sendeempfänger über die Schalter-Matrix-Einrichtung auf irgendeine Antennengruppe zu schalten, so daß Hochfrequenz-Gesprächssignale mit einer ortsbeweglichen Station, die sich in irgendeinem Bereich befindet, der von den schmalen Strahlen überdeckt wird, mit dem gleichen Sendeempfänger ausgetauscht werden können.
• Vorzugsweise umfaßt die Anordnung weiterhin getrennte Verstärkereinrichtungen für jeden Strahl, wobei die Verstärkereinrichtungen zwischen der Schalter-Matrix-Einrichtung und jeder Antennengruppe angeordnet sind. Das Senden und Empfangen kann über eine gemeinsame Antennenapertur erfolgen. Es können weiterhin Einrichtungen zur Überwachung der Strahlqualität jedes Empfangskanals aufjedem Strahl vorgesehen sein, wobei die Schalter-Matrix-Steuereinrichtungen auf die Strahlüberwachungseinrichtungen ansprechen, um das Schalten von Gesprächen während des Verlaufs derartiger Gespräche zu steuern. Die Antennengruppen umfassen vorzugsweise Reihen und Spalten von Antennenelementen, wobei jede Gruppe mit einer getrennten Elevations-Strahlformungs-Einrichtung für jede Spalte von Elementen versehen ist und getrennte Sende- und Empfangs- Azimut-Strahlformungs-Einrichtungen mit allen den Elevations- Strahlformungs-Einrichtungen über Diplexer-Einrichtungen gekoppelt sind.
• Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Basisstations-Anordnung geschaffen, die eine Vielzahl von Antennengruppen, wobei jede Antennengruppe in der Lage ist, getrennte, sich überlappende, schmale Strahlen in Azimutrichtung zu bilden, eine Vielzahl von Hochfrequenz-Sendeempfängern, jeweils zum Senden und zum Empfangen von Hochfrequenz-Signalen für ein oder mehrere Gespräche, eine Schalter-Matrix-Einrichtung, getrennte Verstärkereinrichtungen für jeden Strahl und eine Steuereinrichtung umfaßt, wobei die Steuereinrichtung so betreibbar ist, daß ein bestimmter Sendeempfänger über die Schaltermatrix-Einrichtung auf irgendeine Antennengruppe geschaltet wird, so daß Hochfrequenz-Gesprächssignale mit einer ortsbeweglichen Station, die sich in irgendeinem Bereich befindet, der durch die schmalen Strahlen überdeckt ist, mit dem gleichen Sendeempfänger ausgetauscht werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
• - für ein vorgegebenes Signal, das von einer ortsbeweglichen Station empfangen wird, wird der beste auszuwählende Strahl auf der Aufwärtsstrecke dadurch bestimmt, daß die Qualität der empfangenen Signalstärke von der ortsbeweglichen Station gemessen wird,
• - es wird die Antennengruppe ausgewählt, die den besten Strahl für einen vorgebenen Kanal auf der Abwärtsstrecke ergeben würde,
• - es wird ein Signal von einem Sendeempfänger über eine Sende- Schalter-Matrix und durch die ausgewählte Antennengruppe an die ortsbewegliche Station ausgesandt.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
• Fig. 1a und 1b schematisch die Verwendung einer Antenne mit schmalem Strahl für eine Kommunikation zwischen einer Basis-Station und einer ortsbeweglichen Station zeigen,
• Fig. 2a bis 2c schematisch das Prinzip der Sektorunterteilung einer Basis-Station zeigen,
• Fig. 3 ein Blockschaltbild der Hauptelemente einer Basisstation ist,
• Fig. 4 ein Blockschaltbild der Bestandteile einer Basisstation mit mehrfachen schmalen Strahlen ist,
• Fig. 5 die Grundprinzipien einer Schaltmatrix zeigt, und
• Fig. 6 die Betriebsweise einer Basis-Station mit einer Vielzahl von schmalen Strahlen zeigt.
• Die Hauptelemente einer Antennenanordnung oder Antenneneinrichtung für eine Basis-Station gemäß Fig. 3, umfassen einen Mast, einen Turm oder ein Gebäude 10, das die Antennengruppe oder Antennengruppen 12 und die zugehörige Antennen-Elektronikeinheit 14 trägt, die Strahlformungseinrichtungen, Diplexer und Verstärker einschließt. Die Antennen-Elektronikeinheit 14 ist über eine Elektronik-Kabineneinheit 16 mit der Basis- Station 18 verbunden, die durch ein Basisstations-Steuergerät 20 gesteuert wird.
• Eine ausführliche Darstellung der Bestandteile der Basisstation-Antenneneinrichtung ist in Fig. 4 gezeigt. Es ist lediglich eine der Antennengruppen gezeigt. Jede Antennengruppe 40 umfaßt eine übliche Gruppe von einzelnen Antennenelementen 42, die in Reihen und Spalten angeordnet sind. Jede Spalte von Elementen wird über ein Elevations-Strahlformungs-Netzwerk 44 gespeist. Jedes Elevations-Strahlformungs-Netzwerk kombiniert die Elemente einer Spalte zu einem einzigen Speisepunkt. Die Amplituden und Phasenbeziehungen der Hochfrequenzsignale, die mit der Elevations-Strahlformungseinrichtung gekoppelt sind, bestimmen das Elevations-Strahldiagramm der Antenne sowohl für Senden als auch für Empfang. Die Sende- und Empfangssignale für jede Elevations-Strahlformungseinrichtung sind mit der Strahlformungseinrichtung über einzelne Diplexer oder Trennweichen 46 gekoppelt. Filter, die gerade die Sende- bzw. Empfangs-Frequenzbereiche überdecken, können für diesen Zweck verwendet werden. Im Sendepfad werden die Diplexer 46 aus getrennten Leistungs-Linearverstärkern 48 gespeist, und zwar einen Linearverstärker für jede Elevations-Strahlformungseinrichtung. Diese Linearverstärker verstärken die Hochfrequenzsignale bis zu den Leistungspegeln, die für die Aussendung erforderlich sind. Die Leistungsverstärker müssen eine hohe Linearität aufweisen, weil die Signale von jedem Sender gleichzeitig die Verstärker durchlaufen, ohne daß erhebliche Intermodulations-Produkte erzeugt werden. In dem Empfangspfad speisen die Diplexer 46 getrennte, im wesentlichen identische Verstärker 50 mit geringem Rauschen, und zwar jeweils einen für jede Elevations- Strahlformungseinrichtung. Die ein geringes Rauschen aufweisenden Verstärker sind erforderlich, um die schwachen empfangenen Hochfrequenzsignale vor irgendwelchen Systemverlusten zu verstärken, um eine niedrige Rauschzahl (eine hohe Empfindlichkeit) in dem nachfolgenden Empfangspfad auszubilden.
• Die Leistungs-Linearverstärker sind ihrerseits mit den Ausgängen von Azimut-Strahlformungseinrichtungen 52, eine für jede Gruppe, verbunden. Die Azimut-Strahlformungseinrichtungen weisen mehrfache Ausgangsanschlüsse, einen für jede Elevations- Strahlformungseinrichtung, über den betreffenden Leistungs- Linearverstärker auf. Die Phasen- und Amplituden-Beziehungen der Ausgangssignale der Strahlformungseinrichtungen steuern das Azimut-Strahldiagramm von der Antennengruppe. Die Strahlformungseinrichtung weist mehrfache Eingangsanschlüsse auf, von denen jeder einen unterschiedlichen Azimut-Strahl im Raum ergibt. In gleicher Weise weist der Empfangspfad eine entsprechende Azimut-Strahlformungseinrichtung 54 für jede Gruppe auf. Diese Strahlformungseinrichtung kombiniert die mehrfachen Eingänge von den Elevations-Strahlformungseinrichtungen über die ein geringes Rauschen aufweisenden Verstärker, um mehrfache Ausgänge, jeweils einen für einen anderen Azimut-Strahl im Raum, zu liefern. Die Phasen- und Amplituden-Beziehungen, die in dem Kombinationsvorgang verwendet werden, steuern die Azimut- Strahlformen. Die Sende- und Empfangs-Azimut-Strahlformungseinrichtungen sind im wesentlichen identische Schaltungen, die in einer reziproken Weise verwendet werden. Eine gut bekannte Art von Strahlformungseinrichtungen ist die Butler-Matrix.
• Signale zu den Azimut-Strahlformungseinrichtungen und von diesen werden durch Sende- und Empfangs-Schaltermatrix-Einheiten 56 und 58 weitergeleitet. Jede Schaltermatrix-Einheit umfaßt einen Hochfrequenz-Kreuzschienen-Schalter, der es ermöglicht, daß irgendeiner seiner Eingänge mit irgendeinem seiner Ausgänge verbunden werden kann. Die Schaltermatrix-Konstruktion ist derart, daß irgendeine Anzahl von Sendern oder Empfängern gleichzeitig mit dem Anschluß irgendeiner Strahlformungseinrichtung verbunden werden kann. Somit können, wenn dies erforderlich ist, alle Sender mit einem einzigen Strahl-Anschluß zu einer vorgegebenen Zeit verbunden werden. In gleicher Weise können alle Empfänger erforderlichenfalls mit dem gleichen Strahlanschluß gleichzeitig verbunden werden. Die Schaltermatrix-Einheiten werden unter der Steuerung eines Steuerprozessors 60 betrieben. Eine typische Schaltermatrix-Struktur ist in Fig. 5 gezeigt. Eine Gruppe von parallelen Empfängern 62, einer für jeden Strahl, ermöglicht es, daß jeder Empfangskanal hinsichtlich jedes Strahl gleichzeitig überwacht werden kann. Für jeden Kanal messen die Empfänger die Qualität des Nutzsignals der gewünschten ortsbeweglichen Station, das an jedem Strahl vorhanden ist. Die Information, an welchem Empfänger sich der 'beste' Strahl befindet, wird dem Steuerprozessor zugeführt. Die von den Empfängern verwendete Qualitätsmessung ändert sich in Abhängigkeit von dem speziellen betreffenden Zellularsystem. In einfachen Fällen ist dieses Maß der höchste Leistungspegel, während in anderen Fällen das Träger-/Störverhältnis verwendet wird. Die grundlegende Funktion des Steuerprozessors 60 besteht darin, die Sende- und Empfangs-Schaltermatrix-Einheiten derart zu steuern, daß der beste Strahl (normalerweise derjenige, der auf die geographische Position der ortsbeweglichen Stationen gerichtet ist) für einen vorgegebenen Kanal ausgewählt wird. Die Eingangssignale an den Steuerprozessor sind die Strahlqualitätsdaten von den parallelen Empfängern und in manchen Fällen Daten von dem Sendeempfänger-Steuerbus in der Basisstation. Der letztere ermöglicht es dem Steuerprozessor, eine vorgegebene Zuordnung der ortsbeweglichen Station zu verschiedenen Steuer- und Verkehrskanälen in dem System während des Verlaufs eines Gesprächs zu überwachen. Die Kenntnis darüber, zu welchem Kanal die ortsbewegliche Station bewegt wird, ermöglicht eine prompte und unterbrechungsfreie Zuordnung zu dem besten Strahl. Die verwendeten Steueralgorithmen fallen in zwei grundlegende Klassen, eine für die anfängliche Erfassung des besten Strahls für ein neues Gespräch und eine für die Verfolgung und Nachführung des besten Strahls, wenn ein Gespräch abgewickelt wird. Es wird erwartet, daß sich aufgrund unterschiedlicher Mehrpfad-Bedingungen die Parameter in den Steueralgorithmen für ländliche und städtische Zellen ändern. Die Bestimmung der Strahlauswahl für die Aufwärtsstrecke wird zur Auswahl des entsprechenden Strahls für die Abwärtsstrecke verwendet. Die Schaltermatrix-Einheiten sind über Hochfrequenz-Buspfade mit einer Gruppe von Sendeempfängern 64 gekoppelt, und zwar jeweils einem für jeden Kanal, der von der Basisstation geliefert wird. Die Sendeempfänger werden unter der Steuerung durch das Basisstations-Steuergerät 66 betrieben, das weiterhin eine Gesamtsteuerung für den Schaltermatrix-Steuerprozessor 60 ergibt.
• Die wesentlichen Merkmale der Erfindung können nunmehr ausführlicher betrachtet und der üblichen Basisstation mit Sektorunterteilung gegenübergestellt werden. Es ist nicht ein einzelnes Merkmal der Erfindung, sondern vielmehr die Gesamtarchitektur (die Funktionen und deren präzise Anordnung), die die praktische und wirtschaftliche Realisierung des Konzeptes mit schmalem Strahl ergibt.
• Bei Betrachtung vom Netzwerk-Standpunkt aus, erscheint das Antennensystem mit schmalen Strahlen als Zellenstandort mit Rundstrahleigenschaften. Weil jeder Sendeempfänger auf jeden Strahl geschaltet werden kann und damit auf jede Richtung gerichtet werden kann, ergeben sich keine Sektoren. Damit entfallen innerhalb des Netzwerkes alle Signalisierungs- und Verarbeitungsvorgänge, die mit Übergaben von einem Sektor zum anderen in Verbindung stehen. Weiterhin beseitigt die Tatsache, daß die Sendeempfänger in jeder beliebigen Richtung verwendet werden können, die Bündelungs-Unwirksamkeit von Standorten mit Sektorunterteilung. Diese Faktoren beseitigen nicht nur eine beträchtliche Last auf das Netzwerk, sondern ermöglichen es dem Antennensystem auch, effektiv schmalere Bandbreiten zu verwenden, als dies anderenfalls möglich sein würde.
• Die Position der Verstärker 48,50 am oberen Ende des Mastes oder des Gebäudes bildet den Schlüssel für die gesamte Architektur. Zunächst ist das Konzept des Umschaltens der Sender auf irgendeinen Strahl unpraktisch, sofern es nicht ohne die Erzeugung von Intermodulationsprodukten erzielt werden kann oder ohne daß diese zumindestens auf einem sehr niedrigen Pegel gehalten werden. Dies ist nicht möglich, wenn versucht würde, die Leistungspegel, die bis zu 50 Watt betragen können, an den Ausgängen der Sendeempfänger zu schalten. Es ist erforderlich, vor der Leistungsverstärkung zu schalten. Zweitens müssen, wenn die Leistungsverstärkung am unteren Ende des Mastes oder Gebäudes erfolgt, die Hochfrequenz-Speisekabel sehr geringe Verluste aufweisen, so daß sie groß und aufwendig werden. Dies würde eine beträchtliche praktische Beschränkung hinsichtlich der Anzahl von Strahlen darstellen, die man in einem System haben könnte.
• Durch Anordnung der Verstärker am oberen Ende des Mastes oder eines Gebäudes werden die vorstehenden Probleme gelöst. Die genaue Position in der Architektur innerhalb der Antennen- Elektronik ist immer noch kritisch. Andere Faktoren, die berücksichtigt werden müssen, bestehen darin, daß, weil die einzelnen Verstärker nunmehr die Signale von allen Sendern gleichzeitig weiterleiten, die Intermodulationsprodukte wiederum auf einem sehr niedrigen Pegel liegen müssen. Weiterhin müssen, weil die Verstärker am oberen Ende des Mastes angeordnet sind, sie extrem zuverlässig sein, und Ausfälle sollten graduell und nicht in Form einer katastrophalen Verschlechterung des Betriebsverhaltens des Systems erfolgen.
• Die Anordnung der Leistungs-Linearverstärker 48 zwischen der Sende-Azimut-Strahlformungseinrichtung 52 und den Diplexern 46 ergibt einen ausgezeichneten Kompromiß zwischen vorstehenden Faktoren und den Kosten. Wenn ein vollständiger Leistungs- Linearverstärker ausfallen würde (was aufgrund der äußerst redundanten Konstruktion derartiger Leistungsverstärker unwahrscheinlich ist), so würde der Haupteffekt in einer geringfügigen Verschlechterung des Nebenkeulenpegels der Strahldiagramme bestehen. Wenn im Vergleich hierzu die Leistungs- Linearverstärker am Eingang der Sende-Azimut-Strahlformungseinrichtung angeordnet sein würden, so würde ein Ausfall den Verlust eines vollständigen Strahls und den entsprechenden Verlust an Überdeckung innerhalb der Zelle bedeuten. Weil die Leistungs-Linearverstärker verteilt sind, einer für jede Elevations-Strahlformungseinrichtung, bedeutet dies, daß die Leistung jedes Verstärkers relativ klein ist, wobei die abschließende Kombination im Raum durch die Antennengruppe 40 erfolgt. Die geringe Betriebsleistung der Leistungs-Linearverstärker ermöglicht es, die Intermodulationsforderungen zu erfüllen. Noch geringere Betriebsleistungen könnten erzielt werden, wenn die Leistungs-Linearverstärker an jedem Antennenelement angeordnet sein würden. Obwohl dies an sich praktisch ist, würde dies nicht für den erforderlichen Diplexer pro Antennenelement der Fall sein.
• Ein möglicher Nachteil der Erfindung besteht darin, daß eine relativ große Antennenapertur in Ausdrücken von Wellenlängen erforderlich ist, um die schmalen Strahlen zu erzeugen. Wenn die Antennenapertur sehr groß sein würde, so könnte dies ästhetische und strukturelle Probleme aufgrund der Windbelastung usw. an manchen Standorten ergeben. Dieser mögliche Nachteil wird dadurch überwunden, daß die gleiche Antennengruppe 40 zum Senden und Empfangen verwendet wird. Auf diese Weise ist der Umriß der Antenne für eine annehmbare Strahlbreite kleiner als der von vielen üblichen Zellenstandorten. Damit ist die Verwendung von Diplexern für das Senden und Empfangen durch die gemeinsame Apertur ein Schlüsselmerkmal der Architektur.
• Fig. 6 zeigt den Systembetrieb. Fig. 6a zeigt das Konzept einer Vielzahl von schmalen, sich überlappenden Strahlen, die den die Basistation umgebenden Bereich überdecken. Die Strahlen sind mit b1 - b24 bezeichnet. Fig. 6b zeigt, wie zum Zeitpunkt t&sub1; vier Mobilstationen ms1 - ms4 durch Strahlen b2, b10 und b21 bedient werden. Der Strahl b2 bedient zwei Mobilstationen ms2 und ms3 zu dieser Zeit. Wenn sich die Mobilstationen geographisch bezüglich der Basisstation zum Zeitpunkt t&sub2; bewegen, bedient der Strahl b22 nunmehr die ortsbewegliche Station ms1, während b4 ms3 bedient und b8 ms4 bedient. Die Mobilstation ms2 hat sich zum Zeitpunkt t&sub2; aus der Zellenüberdeckung dieser Basisstation herausbewegt und wird nunmehr durch eine angrenzende (nicht gezeigte) Basisstation bedient.

Claims (7)

1. Antenneneinrichtung für eine Basisstation, mit:

einer Vielzahl von Antennengruppen (40), wobei jede Antennengruppe in der Lage ist, getrennte, sich überlappende schmale Strahlen (b1-b24) in Azimutrichtung zu bilden,

einer Vielzahl von Hochfrequenz-Sendeempfängern (64), jeweils zum Senden und zum Empfangen von Hochfrequenzsignalen für ein oder mehrere Gespräche,

einer Schaltermatrix-Einrichtung (56,58) und getrennten Verstärkereinrichtungen für jeden Strahl, und

einer Steuereinrichtung (60),

dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuereinrichtung zum Schalten eines bestimmten Sendeempfängers über die Schaltermatrix-Einrichtung an irgendeine Antennengruppe betreibbar ist, wodurch Hochfrequenz-Gesprächssignale mit einer ortsbeweglichen Station, die sich in irgendeinem Bereich befindet, der von den schmalen Strahlen überdeckt ist, mit dem gleichen Sendeempfänger ausgetauscht werden können.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der das Senden und der Empfang über eine gemeinsame Antennen-Apertur bewirkt wird.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, die weiterhin Einrichtungen (62) zur Überwachung der Strahlqualität jedes Empfangskanals an jedem Strahl einschließt, wobei die Schaltermatrix-Steuereinrichtung auf die Strahlüberwachungseinrichtungen anspricht, um das Schalten von Gesprächen während des Verlaufs dieser Gespräche zu steuern.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Antennengruppen Reihen und Spalten von Antennenelementen umfassen, wobei jede Gruppe mit getrennten Elevationsstrahlformungseinrichtungen für jede Spalte von Elementen versehen ist und wobei getrennte Sender- und Empfangs- Azimut-Strahlformungseinrichtungen mit allen Elevations- Strahlformungseinrichtungen über Diplexer-Einrichtungen (46) gekoppelt sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 5, bei der die Verstärkereinrichtungen (48,50) zwischen den Azimut-Strahlformungseinrichtungen und den Diplexer-Einrichtungen angeordnet sind.

6. Verfahren zum Betrieb einer Basis-Station-Anordnung mit einer Vielzahl von Antennengruppen (40), wobei jede Antennengruppe getrennte, sich überlappende, schmale Strahlen (b1 - b24) in Azimut-Richtung formen kann, einer Vielzahl von Hochfrequenz-Sendeempfängern (64), jeweils einer zum Aussenden und Empfangen von Hochfrequenzsignalen für ein oder mehrere Gespräche, Schaltermatrix-Einrichtungen (56, 58), getrennten Verstärkereinrichtungen für jeden Strahl, und mit einer Steuereinrichtung (60), wobei die Steuereinrichtung zum Schalten eines bestimmten Sendeempfängers über die Schaltermatrix-Einrichtung an irgendeine Gruppe betreibbar ist, wodurch Hochfrequenz-Gesprächssignale mit einer ortsbeweglichen Station, die sich in irgendeinem Bereich befindet, der durch die schmalen Strahlen überdeckt ist, mit dem gleichen Sendeempfänger ausgetauscht werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

für ein vorgegebenes Signal, das von einer ortsbeweglichen Station empfangen wird, wird der beste auf der Aufwärtsstrecke auszuwählende Strahl durch Messen der Qualität der empfangenen Signalstärke von der ortsbeweglichen Station bestimmt,

es wird die Antennengruppe ausgewählt, die den besten Strahl für einen vorgegebenen Kanal auf der Abwärtsstrecke ergeben würde,

es wird ein Signal von einem Sendeempfänger über eine Sende-Schaltermatrix und durch die ausgewählte Antennengruppe zu der ortsbeweglichen Station übertragen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Antennen sowohl zum Senden als auch zum Empfangen verwendet werden, und bei dem die auszusendenden Signale über Diplexer-Einrichtungen (64) geleitet werden, bevor sie zur Antennengruppe ausgesandt werden, wobei die zu empfangenden Signale durch die Dixplexereinrichtung geleitet werden, bevor sie durch die Schaltermatrix hindurchgeleitet werden.