FR2810456A1 - Dispositif d'antenne reconfigurable pour station de telecommunication - Google Patents
Dispositif d'antenne reconfigurable pour station de telecommunication Download PDFInfo
- Publication number
- FR2810456A1 FR2810456A1 FR0007889A FR0007889A FR2810456A1 FR 2810456 A1 FR2810456 A1 FR 2810456A1 FR 0007889 A FR0007889 A FR 0007889A FR 0007889 A FR0007889 A FR 0007889A FR 2810456 A1 FR2810456 A1 FR 2810456A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- antenna device
- antenna
- configuration means
- beamformer
- radiating elements
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 27
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 3
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/12—Supports; Mounting means
- H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
- H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
- H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
- H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/22—Antenna units of the array energised non-uniformly in amplitude or phase, e.g. tapered array or binomial array
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/02—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole
- H01Q3/04—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole for varying one co-ordinate of the orientation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/22—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation in accordance with variation of frequency of radiated wave
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Radio Transmission System (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
L'invention est de manière générale relative à un dispositif d'antenne pour station de télécommunication, apte à émettre ou à recevoir un signal et comprenant une pluralité d'éléments rayonnants disposés selon un arrangement périodique présentant au moins une périodicité spatiale. Le dispositif comporte des moyens de configuration d'antenne adaptés à faire varier la valeur de ladite périodicité spatiale en fonction des conditions de transmission. Le dispositif d'antenne peut notamment être configuré de manière à opérer selon un mode de formation de faisceau ou selon un mode de diversité spatiale.
Description
La présente invention concerne de manière générale un dispositif
d'antenne, notamment pour station de télécommunication et plus particulièrement un dispositif
d'antenne comprenant un arrangement périodique d'éléments rayonnants.
Les développements récents des systèmes d'antennes pour la téléphonie mobile ont mis en évidence un intérêt croissant pour les antennes dites " intelligentes ". Une telle antenne est constituée d'un réseau d'antennes élémentaires de pas inférieur ou égal à la demi-longueur d'onde de la fréquence de transmission, pouvant être utilisées aussi bien en émission qu'en réception. Selon le cas, les signaux d'entrée ou de sortie des antennes élémentaires sont déphasés et pondérés de manière à obtenir le diagramme de rayonnement souhaité. Ainsi, par exemple, une antenne intelligente équipant une station de base peut former un faisceau pointant dans la direction d'un terminal mobile et/ou supprimer une interférence provenant d'une direction déterminée. On connaît également les systèmes de téléphonie mobile dits à diversité spatiale permettant de combattre l'évanouissement (fading) du signal dû à la propagation selon des trajets multiples. Ces systèmes utilisent une pluralité d'antennes, espacées typiquement de quatre à dix fois la longueur d'onde de la fréquence de transmission et mettent à profit le fait que les signaux reçus par des antennes suffisamment distantes sont décorrélés. Ainsi des signaux s'étant propagés selon plusieurs trajets jusqu'à une première antenne (première branche de diversité) donnant lieu à une interférence destructive, pourront en revanche donner lieu à une interférence constructive à une autre antenne (seconde branche de diversité). La diversité de réception est alors exploitée, par exemple en ce que l'on sélectionne, à un instant donné, la branche de diversité donnant le meilleur rapport signal sur bruit (Selective Combining) ou que l'on somme les différentes branches après les avoir pondérées par un gain égal au complexe conjugué du coefficient complexe d'atténuation sur la branche considérée
(Maximal Ratio Combining).
Les réseaux d'antennes tels qu'évoqués plus haut s'accommodent mal d'un fonctionnement en diversité spatiale car les signaux reçus par deux antennes consécutives ne sont généralement pas suffisamment décorrélés. On peut alors penser à augmenter le pas du réseau, comme cela a été proposé dans l'article de H. Yoshinaga et al. intitulé " Performance of adaptive array antenna with widely spaced antenna elements " paru dans Proceedings of VTC '99, pages 72-76. Cependant, l'augmentation du pas introduit inévitablement des lobes de réseau dans le diagramme
de rayonnement, ce qui nuit a la sélectivité spatiale du système.
On sait, d'autre part, que les systèmes de télécommunications mobiles utilisent différentes fréquences de transmission, typiquement 900 MHz et 1800 MHz pour les systèmes GSM, 2GHz pour les futurs systèmes UMTS et des fréquences encore plus élevées, probablement dans la bande 20-30 GHz, pour la téléphonie mobile par satellite. Les réseaux d'antennes étant, on l'a vu, conçus pour une fréquence donnée, les antennes intelligentes déployées pour une génération de téléphonie mobile ne fonctionneront pas ou fort mal à la génération suivante. L'opérateur doit alors
supporter à chaque génération le coût considérable d'un nouvel équipement.
Le but de l'invention est de proposer une antenne intelligente ne présentant pas les inconvénients précités, à savoir permettant aussi bien la formation de faisceau que la réception en diversité et pouvant facilement s'adapter à une nouvelle norme de
téléphonie mobile.
A cet effet, le dispositif d'antenne selon l'invention comprend une pluralité d'éléments rayonnants disposés selon un arrangement périodique présentant au moins une périodicité spatiale, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de configuration d'antenne adaptés à faire varier la valeur de ladite périodicité spatiale en fonction des
conditions de transmission.
Selon une première caractéristique de l'invention, le dispositif d'antenne comprend un formateur de faisceau adapté à former un faisceau dans au moins une première direction à partir des signaux d'entrée et/ou de sortie des éléments rayonnants. Selon une seconde caractéristique de l'invention, le dispositif d'antenne comprend au moins un formateur de faisceau adapté à rejeter un signal interférent dans au moins une seconde direction à partir des signaux de sortie des éléments rayonnants. Selon une troisième caractéristique de l'invention le dispositif d'antenne comprend un récepteur ou un émetteur adapté à recevoir ou à émettre en diversité
spatiale.
Un autre mode de réalisation de l'invention comprend un système mixte apte à fonctionner soit comme formateur de faisceau soit comme récepteur en diversité spatiale, les moyens de configuration fixant le pas du réseau à une valeur inférieure ou égale à une demi-longueur d'onde lorsque le système mixte fonctionne comme formateur de faisceau et à une valeur sensiblement supérieure à la longueur d'onde
lorsqu'il fonctionne comme récepteur en diversité spatiale.
Avantageusement, les moyens de configuration sont adaptés à placer l'antenne dans une configuration intermédiaire sans traitement d'antenne pendant la phase de variation de la périodicité spatiale. Avantageusement encore, les moyens de configuration comprennent des moyens d'hystérésis ou de temporisation aptes à supprimer les changements intempestifs de
ladite périodicité spatiale.
Selon une première variante de l'invention, les moyens de configuration comprennent au moins un rail dans lequel les supports des éléments rayonnants
peuvent coulisser.
Selon une seconde variante de l'invention les éléments rayonnants sont constitués d'une pluralité d'antennes élémentaires. Les moyens de configuration comprennent une pluralité d'unités adaptées à pondérer et sommer un ensemble de signaux de sortie d'antennes élémentaires adjacentes, un commutateur dirigeant certains signaux de sortie desdites unités vers les entrées d'au moins un formateur de faisceau, la périodicité spatiale des éléments rayonnants étant modifiée en sélectionnant les signaux de sortie d'antennes élémentaires et les signaux de sortie de
ces unités.
Avantageusement, les conditions de transmission sont une ou plusieurs caractéristiques de la transmission parmi le taux d'erreurs binaires, le taux d'erreurs paquets, le rapport puissance du signal à bruit plus interférence, la qualité de service,
la puissance consommée par l'émetteur responsable de la transmission.
Enfin, le dispositif d'antenne selon l'invention peut &être intégré dans un terminal
mobile ou une station de base.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres,
apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de
réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints parmi
lesquels: La Fig. 1 représente un dispositif d'antenne selon un premier mode de réalisation de l'invention; La Fig. 2 représente un dispositif d'antenne selon un second mode de réalisation de l'invention, La Fig. 3 représente un système mixte utile au premier mode de réalisation de l'invention; La Fig. 4 représente un premier dispositif de déplacement d'antenne utile à la réalisation de l'invention; La Fig. 5 représente un deuxième dispositif de déplacement d'antenne utile à la réalisation de l'invention; La Fig. 6 illustre un mode de réalisation de l'invention utilisant un troisième dispositif de déplacement d'antenne; La Fig. 7 illustre le fonctionnement du mode de réalisation de l'invention
représentée en Fig. 6.
Le dispositif d'antenne selon l'invention comprend de manière générale un
réseau d'antennes dont le pas est variable en fonction des conditions de transmission.
Par réseau d'antennes on entend tout arrangement d'antennes présentant au moins une périodicité spatiale. En d'autres termes, le réseau peut &être linéaire, circulaire,
matriciel, hexagonal sans que la généralité de l'invention en soit affectée.
Par conditions de transmission on entend toute caractéristique de la transmission ou tout facteur pouvant l'affecter. Ce sera en premier lieu la fréquence de la porteuse utilisée. Ce sera ensuite le type de la propagation: propagation à forte ou faible diversité spatiale, propagation à trajets multiples avec composante en ligne directe ou spéculaire (modèle de Rice) ou dépourvue d'une telle composante (modèle de Rayleigh). Ce sera aussi la présence ou l'absence de sources interférentes. Ce sera encore d'autres facteurs influençant ou caractérisant le taux d'erreurs (binaires ou paquets) comme par exemple le rapport puissance du signal à bruit plus interférence
(SIR), la qualité de service (QoS).
Les conditions de transmission énoncées ci-dessus de manière non limitative peuvent faire préférer un mode d'utilisation du réseau selon un mode de réception (ou d'émission) en diversité spatiale ou un mode de formation de faisceau. Par exemple, si le réseau d'antennes d'une station de base reçoit un signal d'un terminal mobile ayant subi une dispersion de Rayleigh, il pourra y avoir avantage à opter pour une configuration en diversité spatiale. En revanche si des sources interférentes sont présentes ou si le système doit fonctionner en accès multiple par division spatiale (SDMA), il y aura lieu d'opter pour la configuration en formation de faisceau. Le choix de la configuration dépend du niveau de performance de la transmission en terme de taux d'erreurs binaires ou paquets, de rapport puissance du signal à bruit plus interférence (SIR), de qualité de service (QoS) ou de puissance consommée par l'émetteur. Dans certains cas, ce niveau de performance est prévisible: par exemple, dans le cas d'une propagation du signal sans dispersion de type Rice et en l'absence de signaux interférents, il y aura intérêt à opter pour une configuration en formation de faisceau, tant à l'émission qu'à la réception, ce afin de minimiser la puissance consommée par l'émetteur. Dans d'autres cas encore, le choix de la configuration sera fondé sur des résultats de simulation ou des statistiques d'utilisation. En l'absence de tels critères, le choix dépendra de mesures en temps réel effectuées pour l'une et/ou
l'autre configuration.
Si le système opte pour une configuration en formation de faisceau, le pas du réseau sera fixé à une valeur inférieure ou égale à la demi- longueur d'onde de la fréquence porteuse utilisée pour la transmission alors que si le système opte pour la configuration en diversité spatiale, le pas du réseau sera fixé à une valeur supérieure à
la longueur d'onde.
Le dispositif d'antenne selon l'invention fonctionne bien entendu aussi bien en réception qu'en émission. Ceci se conçoit aisément lorsqu'un faisceau est dirigé vers une station émettrice ou réceptrice mais s'applique tout aussi valablement dans le cadre de la diversité spatiale. Ainsi lorsque l'environnement d'une station de base n'est pas propice à la propagation selon des trajets multiples, le réseau d'antennes peut être configuré de manière à introduire de la diversité spatiale à l'émission en
augmentant son pas.
La Fig. I représente schématiquement un premier mode de réalisation de l'invention. Le réseau 110 constitué d'antennes 1101... I 10,on est ici, à titre d'exemple, un réseau linéaire mais un réseau d'un autre type aurait pu être utilisé. Le dispositif d'antenne a été illustré en mode de réception. Les signaux de sortie des antennes 11Oi sont transmis par les duplexeurs 120i aux entrées d'amplificateurs à faible bruit (LNA) i. Après amplification, les signaux sont fournis à un module 140 de traitement d'antenne qui peut être soit un formateur de faisceau BF, soit un récepteur en diversité spatiale DR si seule l'une ou l'autre configuration est autorisée, soit encore un système mixte permettant l'une et l'autre comme nous le verrons plus loin. En mode d'émission, les signaux issus du module 140 sont dirigés vers les amplificateurs de puissance 131i puis vers les duplexeurs 120i avant d'être envoyés sur les antennes i. Le dispositif comprend en outre un module 160 analysant les conditions de transmission et choisissant, le cas échéant, entre une configuration en formation de faisceau et une configuration en diversité spatiale. L'algorithme de décision présentera avantageusement une hystérésis ou respectera une temporisation après commutation afin d'éviter les changements de configuration intempestifs. Le module 160 fournit au module de calcul 170 les paramètres permettant de calculer les déphasages et les coefficients de pondération nécessaires au formateur de faisceau ainsi que les coefficients complexes de gains de fading nécessaires au récepteur en diversité. Bien que le système représenté ne comporte qu'un seul formateur de faisceau, il va de soi cependant que plusieurs formateurs de faisceau travaillant en parallèle pour former des faisceaux dans des directions différentes sont envisageables. Dans ce cas, le module de calcul fournit les déphasages et coefficients de pondération à tous les formateurs. Enfin, le module 160 fournit au contrôleur de position des antennes la valeur de pas de réseau à adopter. Le module 160 transmet les signaux nécessaires au(x) dispositif(s) de déplacement d'antenne afin que les antennes soient positionnées
selon le pas souhaité.
Les signaux de sortie du formateur de faisceau sont par exemple dirigés vers un dispositif d'égalisation ou vers un décodeur de canal. Plus généralement, le traitement d'antenne peut être imbriqué avec d'autres fonctions de traitement du signal en bande de base. Ainsi l'égalisation peut aussi être effectuée branche par branche (configuration en diversité) ou voie par voie (configuration en formation de
faisceau), préalablement au traitement d'antenne.
La Fig. 2 représente schématiquement un second mode de réalisation de l'invention. Le dispositif comprend un réseau 210 constitué d'antennes 2101...210n, couplées à travers des duplexeurs 220.... 220, à un étage d'amplification faible bruit 230. Les signaux amplifiés sont ensuite dirigés au moyen de commutateurs Sl S2... S, vers un (ou des) formateur(s) de faisceau 241 ou bien vers un récepteur travaillant en diversité spatiale 242. L'état des commutateurs est commandé par un module 260 analysant les conditions de transmission. Ce module fournit également au contrôleur de positionnement des antennes la valeur du pas de réseau à adopter. Il transmet en outre à un premier module de calcul 271 un jeu de paramètres permettant de déterminer les déphasages et les coefficients de pondération requis pour la formation de faisceau. Ces paramètres sont par exemple la direction d'arrivée du signal à recevoir, la direction d'arrivée d'un signal interférent, la largeur de lobe du faisceau, l'erreur quadratique moyenne ou l'erreur instantanée entre le signal reçu et un signal de référence. Il fournit à un second module de calcul 272 les paramètres nécessaires à l'estimation des gains complexes de fading à appliquer aux signaux des différentes antennes. Le passage d'un mode de configuration à l'autre se fait en basculant les commutateurs et en modifiant le pas du réseau. Pour la formation de faisceau le pas du réseau est fixé à une valeur inférieure ou égale à la demi-longueur d'onde de la fréquence porteuse utilisée alors que pour la réception en diversité spatiale un pas sensiblement supérieur à la longueur d'onde, typiquement de 4 à 10 fois sa valeur, sera retenu. La modification du pas n'étant pas instantanée, il importe de réduire les transitoires lors de la commutation. Pour ce faire, la commutation est préparée de la manière suivante. Supposons le cas d'un passage de configuration en formation de faisceau à une configuration en diversité spatiale ou à une autre configuration de faisceau avec pas de réseau différent. Les déphasages sont basculés, ou plus avantageusement progressivement amenés à la valeur nulle et les coefficient de pondération à la valeur 1, entraînant un élargissement et un dépointage du faisceau (ou des faisceaux). Ainsi par exemple, si le réseau est du type circulaire, on passera d'un diagramme sectoriel à un diagramme omnidirectionnel. Si le réseau ne couvre qu'un
secteur, on passera de même d'un diagramme à lobe étroit à un diagramme sectoriel.
Lorsque le traitement d'antenne (ici la formation de faisceau) est ainsi supprimé, le dispositif est peu sensible à une variation du pas du réseau et la modification du pas
peut intervenir sans risque de génération de valeurs aberrantes.
Si la configuration d'arrivée est également une formation de faisceau, le dispositif fait passer les déphasages et les coefficients de pondération à leurs
nouvelles valeurs calculées par le module 271.
Si la configuration d'arrivée est la diversité spatiale, le dispositif bascule les
commutateurs Si et applique le traitement de diversité spatiale.
La Fig. 3 représente un système mixte pouvant être utilisé dans la réalisation du dispositif d'antenne illustré en Fig. 1. Le bloc 140 de la Fig. 1 comprend une pluralité de modules 300k et un couple de sommateurs 360, 361. La structure du module 300k découle de la constatation que certaines opérations effectuées pour la formation de faisceau et pour la réception en diversité sont analogues. Le signal rk(t) en sortie du LNA 130k subit d'abord une démodulation en quadrature au moyen des multiplicateurs 310 et 311 puis un filtrage passe-bas grâce aux filtres 330 et 331 qui éliminent les composantes à 2f0. Le signal complexe rk de composantes rk et rkQ est ensuite multiplié par une valeur complexe Gk de composantes Gkl et GCkQ pour obtenir un produit complexe de composantes rkl*Gkl-rkQ*GkQ et rkl*GkQ+rkQ*Gkl. Les produits complexes issus des modules 300k sont sommés par les sommateurs 360 et 361 et la somme résultante est dirigée vers les sorties I et Q du module 140. Si la configuration de formation de faisceau est sélectionnée la valeur complexe Gk est choisie égale à Pk exp(-jqIk) o pk est le coefficient de pondération et (Ik de déphasage applicable à l'antenne k. Les modules 300k associés aux sommateurs 360 et 361 opèrent alors comme un formateur de faisceau en bande de base conventionnel. En revanche si la configuration en diversité est retenue, la valeur complexe Gk est choisie égale à g k o gk est le gain complexe de fading associé à l'antenne k. La combinaison des modules 300k, des sommateurs 360 et 361, fonctionnent alors comme un récepteur en diversité de type MRC (Maximum Ratio Combining). Bien entendu, d'autres types de traitement de diversité sont envisageables: ainsi l'on pourra choisir Gk=G*ô(k-ko) o k0 est l'indice de la branche donnant le meilleur rapport sur bruit (Selective
Combining) ou bien encore Gk=G Vk o G est un gain donné.
Le passage d'une configuration à l'autre et de manière plus générale le changement du pas du réseau est préparée en fixant les coefficients Gk à la valeur 1, ou plus avantageusement, en amenant progressivement, dans une phase initiale, les coefficients Gk à la valeur 1 afin d'éviter tout phénomène transitoire. Le pas du réseau est ensuite modifié dans une phase intermédiaire. Après le changement du pas, les coefficients GQ sont fixés à leurs nouvelles valeurs de consigne, ou plus avantageusement amenés progressivement, dans une phase finale, à leurs nouvelles valeurs de consigne afin d'éviter tout phénomène transitoire. Dans le cas o le module 300k est réalisé de manière numérique, par exemple au moyen de convertisseurs A/D en sortie des filtres 330 et 331, la phase initiale et la phase finale peuvent évidemment être instantanées. Cependant si l'on souhaite éviter tout effet transitoire en aval du module 300k, un lissage sera avantageusement utilisé dans la phase initiale et la phase finale. La Fig. 4 représente un premier dispositif mécanique de déplacement des antennes d'un réseau. Le dispositif comprend un rail 400 ayant un profil en U dont les bords sont recourbés vers le centre du rail et dans lequel peuvent se déplacer des supports d'antennes 410. Un glissement aisé est assuré par des rouleaux (non représentés) équipant le fond et les parois intérieures du rail ou tout autre moyen équivalent. Sur chaque support d'antenne est fixée une patte 430 possédant à son extrémité libre un passage fileté 431. Des moteurs 440 entraînent en rotation des vis sans fin 420 tournant dans les passages filetés 431. Ainsi, en commandant les moteurs 440 de manière appropriée, les supports d'antenne peuvent être translatés de manière à
respecter un espacement donné.
La Fig. 5 représente un second dispositif mécanique de déplacement des antennes d'un réseau. Les supports d'antenne 510 peuvent là aussi glisser à l'intérieur d'un rail 500. Pour chaque support sont prévues deux lames 520 pouvant pivoter autour d'un axe 530. Les lames d'un support sont reliées en leurs extrémités par des axes 540 aux extrémités des lames des supports adjacents. L'ensemble des lames forme donc un treillis comprimable ou dépliable à volonté tout en garantissant un espacement identique entre les différentes antennes. La compression ou l'expansion du treillis est assurée par une vis sans fin entraînée par un moteur et un passage fileté solidaire du support d'antenne à une extrémité mobile du treillis. La seconde extrémité peut être fixe ou également mobile. Dans ce dernier cas, les deux extrémités mobiles seront avantageusement équipées toutes deux du dispositif de déplacement. Il est clair que d'autres dispositifs peuvent être envisagés selon le type du réseau. Par exemple si
le réseau est matriciel, plusieurs rails parallèles seront employés et l'écartement inter-
rail sera réglé au moyen de dispositifs à vis sans fin ou à treillis déformable comme décrits en Figs. 4 et 5. Si le réseau est circulaire, des dispositifs de déplacement d'antenne sur crémaillère en arc de cercle ou au moyen d'un mécanisme de type
parapluie sont également envisageables.
La Fig. 6 illustre un mode de réalisation de l'invention utilisant un dispositif électronique de variation du pas du réseau. Ce dispositif se prête bien aux applications nécessitant une reconfiguration rapide. Pour des raisons de clarté, les duplexeurs et les amplificateurs bas bruit n'ont pas été représentés. Le dispositif est constitué d'un grand nombre d'antennes élémentaires 61 lj, par exemple des antennes à fente (slot antennas) ou des antennes de type microstrip, chaque antenne élémentaire 61 lj étant reliée à un ensemble des unités de groupage 620jk,.., 620j+k. De manière équivalente, chaque unité de groupage 620j reçoit sur ses entrées les signaux des antennes élémentaires 61 lj-k,...,61 Ij+k. La sortie de chaque unité de groupage est reliée à un commutateur 630 dirigeant certaines sorties d'unités de groupage (en fait les sorties des unités actives comme nous le verrons plus loin) vers les entrées du formateur de faisceau 640 (voire à des formateurs de faisceau opérant en parallèle) ou à un
récepteur à diversité spatiale ou bien encore à un système mixte comme vu plus haut.
Le rôle des circuits de groupage est de simuler un réseau de pas désiré. Le fonctionnement des circuits de groupage est expliqué en Fig. 7. Trois exemples de simulation de pas de réseau A,B,C y sont représentés. En abscisse sont portés les numéros d'ordre j des antennes élémentaires et en ordonnées sont portées des valeurs de coefficients de pondération. L'exemple A est un cas simple o les antennes élémentaires sont groupées par paquets de même taille q. Le pas du réseau équivalent est alors q*d o d est le pas du réseau de base. Les signaux de sortie des antennes élémentaires subissent tous la même pondération dans les unités de groupage avant d'y être sommés. Au dessous de la ligne des abscisses ont été indiquées les unités de groupage actives sous la forme Cj o j est l'indice de l'unité 620j active et z est un sous-ensemble de (-k,-k+l,..., 0,...,k-l,k) des connections retenues pour la pondération, les autres étant multipliées par un coefficient nul ou inhibées. L'exemple B montre la réalisation d'un réseau équivalent de pas de forme (2p+l)d/2 o p est un entier. Le réseau est simulé en alternant des paquets de p et de p+l antennes élémentaires. La différence de niveau de pondération entre les paquets de p et de p+l éléments est due à la normalisation en fonction du nombre d'antennes élémentaires par paquet. Enfin l'exemple C illustre le cas général ou l'on souhaite simuler un réseau de pas fractionnaire d*q/p avec q, p entiers et q>p. On détermine tout d'abord la distribution d'amplitude D correspondant au diagramme de rayonnement désiré d'une antenne équivalente 610j, par exemple au moyen d'une transformée de Fourier inverse. Cette distribution est répétée à la périodicité souhaitée et les coefficients de pondération sont obtenus comme les valeurs de cette distribution prises aux points du réseau de base. Les valeurs sont ensuite normalisées (non représentées) pour que la puissance reçue par paquet soit constante. Pour des raisons de simplification, la distribution illustrée est triangulaire bien qu'en pratique elle sera gaussienne ou correspondra à une portion de sinus cardinal. Pour chaque antenne équivalente l'ensemble des 2k+l points de plus forte amplitude sont retenus pour la pondération et cet ensemble détermine l'unité de groupage qui sera active pour cette antenne. Bien que les coefficients de pondération illustrés soient réels, il est clair qu'en général ces coefficients seront complexes de manière à prendre en compte les différences de phase entre antennes élémentaires pour un angle d'incidence donné. Dans ce dernier cas, toutefois, le fonctionnement en mode multifaisceau nécessiterait la réplication de
l'étage de groupage pour chaque formateur de faisceau.
Bien que certaines fonctionnalités de l'invention aient été représentées sous une forme de traitement analogique, il est bien entendu qu'elles peuvent être 1il implémentées de manière numérique et être exécutées par des processeurs numériques
dédiés ou universels.
Claims (14)
1) Dispositif d'antenne, notamment pour station de télécommunication, apte à émettre ou à recevoir un signal, comprenant une pluralité d'éléments rayonnants (110j,210j,610j) disposés selon un arrangement périodique présentant au moins une périodicité spatiale (P), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de configuration d'antenne (150,160,170, 250,260,271,272) adaptés à faire varier la valeur de ladite
périodicité spatiale en fonction des conditions de transmission.
2) Dispositif d'antenne selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend au moins un formateur de faisceau (140, 241) adapté à former un faisceau dans au moins une première direction à partir des signaux d'entrée et/ou de sortie
desdits éléments rayonnants.
3) Dispositif d'antenne selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comprend au moins un formateur de faisceau (140, 241) adapté à rejeter un signal interférent dans au moins une seconde direction à partir des signaux de sortie desdits
éléments rayonnants.
4) Dispositif d'antenne selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que, la transmission du signal se faisant sur une fréquence porteuse, lesdits moyens de configuration fixent ladite périodicité spatiale à une valeur inférieure ou égale à la
demi-longueur d'onde de ladite fréquence porteuse.
) Dispositif d'antenne selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un récepteur ou un émetteur (140, 242) adapté à recevoir ou à émettre en diversité spatiale. 6) Dispositif d'antenne selon la revendication 5, caractérisé en ce que, la transmission se faisant sur une fréquence porteuse, les moyens de configuration fixent ladite périodicité spatiale à une valeur supérieure à la longueur d'onde de ladite
fréquence porteuse.
7) Dispositif d'antenne selon les revendications 2 ou 3 et 4 ou 5 caractérisé en ce
qu'il comprend une pluralité de commutateurs (Sj) dirigeant les signaux d'entrée ou sortie d'antenne soit vers le formateur de faisceau (241) soit vers l'émetteur ou le récepteur (242) en diversité spatiale, les moyens de configuration fixant le pas du réseau à une valeur inférieure ou égale à une demi-longueur d'onde de la fréquence porteuse des signaux lorsque ceux-ci sont commutés vers le formateur de faisceau et à une valeur supérieure à ladite longueur d'onde s'ils sont commutés vers l'émetteur ou
le récepteur en diversité spatiale.
8) Dispositif d'antenne selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un système mixte (140) apte à fonctionner soit comme formateur de faisceau soit comme récepteur en diversité spatiale, les moyens de configuration fixant le pas du réseau à une valeur inférieure ou égale à une demi-longueur d'onde lorsque le système mixte fonctionne comme formateur de faisceau et à une valeur supérieure à la
longueur d'onde lorsqu'il fonctionne comme récepteur en diversité spatiale.
9) Dispositif d'antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
en ce que les moyens de configuration sont adaptés à placer l'antenne dans une configuration intermédiaire sans traitement d'antenne pendant la phase de variation de
ladite périodicité spatiale.
) Dispositif d'antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
en ce que les moyens de configuration comprennent des moyens d'hystérésis ou de temporisation aptes à supprimer les changements intempestifs de ladite périodicité spatiale.
11) Dispositif d'antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
en ce que, les éléments rayonnants étant fixés sur des supports (410,510), les moyens de configuration comprennent au moins un rail (400,500) dans lequel les supports des
éléments rayonnants peuvent coulisser.
12) Dispositif d'antenne selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de configuration comprennent une pluralité de vis sans fin (420) engagées dans des passages filetés (431) solidaires des supports des éléments rayonnants, l'espacement entre les éléments rayonnants variant en fonction de la rotation desdites
vis.
13) Dispositif d'antenne selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de configuration comprennent un treillis déformable (520,540) dont les noeuds (530) sont reliés aux supports des éléments rayonnants, l'espacement entre éléments
rayonnants variant en fonction de la compression ou de l'expansion dudit treillis.
14) Dispositif d'antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
en ce que les éléments rayonnants (610j) sont constitués d'une pluralité d'antennes
élémentaires (61 lj).
) Dispositif d'antenne selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens de configuration comprennent une pluralité d'unités (620j) adaptées à pondérer et sommer un ensemble de signaux de sortie d'antennes élémentaires adjacentes (611jk,...,611j+k), un commutateur (630) dirigeant certains signaux de sortie desdites unités vers les entrées d'au moins un formateur de faisceau (640), la périodicité spatiale des éléments rayonnants étant modifiée en sélectionnant les
signaux de sortie d'antennes élémentaires et les signaux de sortie desdites unités.
16) Dispositif d'antenne pour station de télécommunication selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites conditions de transmission
sont une ou plusieurs caractéristiques de la transmission parmi le taux d'erreurs binaires, le taux d'erreurs paquets, le rapport puissance du signal à bruit plus interférence, la qualité de service, la puissance consommée par l'émetteur responsable
de la transmission.
17) Terminal mobile comprenant un dispositif d'antenne selon l'une des
revendications précédentes.
18) Station de base comprenant un dispositif d'antenne selon l'une des
revendications 1 à 16.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0007889A FR2810456B1 (fr) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | Dispositif d'antenne reconfigurable pour station de telecommunication |
| US09/863,470 US6496157B1 (en) | 2000-06-20 | 2001-05-24 | Reconfigurable antenna device for a telecommunication station |
| EP01401513A EP1168499A1 (fr) | 2000-06-20 | 2001-06-12 | Dispositif d'antenne reconfigurable pour station de télécommunication |
| CNB011219653A CN1153490C (zh) | 2000-06-20 | 2001-06-19 | 电信台的可重新配置天线装置 |
| JP2001184711A JP2002050991A (ja) | 2000-06-20 | 2001-06-19 | 無線局用構成可変アンテナ装置、移動端末及び基地局 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0007889A FR2810456B1 (fr) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | Dispositif d'antenne reconfigurable pour station de telecommunication |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2810456A1 true FR2810456A1 (fr) | 2001-12-21 |
| FR2810456B1 FR2810456B1 (fr) | 2005-02-11 |
Family
ID=8851472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0007889A Expired - Fee Related FR2810456B1 (fr) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | Dispositif d'antenne reconfigurable pour station de telecommunication |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6496157B1 (fr) |
| EP (1) | EP1168499A1 (fr) |
| JP (1) | JP2002050991A (fr) |
| CN (1) | CN1153490C (fr) |
| FR (1) | FR2810456B1 (fr) |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3600218B2 (ja) | 2002-03-20 | 2004-12-15 | 三洋電機株式会社 | 無線端末装置、送信指向性制御方法および送信指向性制御プログラム |
| CN1599486A (zh) * | 2003-09-19 | 2005-03-23 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 具有控制阵列天线中各阵元间距的装置的无线通信设备 |
| US7015871B2 (en) | 2003-12-18 | 2006-03-21 | Kathrein-Werke Kg | Mobile radio antenna arrangement for a base station |
| ES2222108B1 (es) * | 2004-04-02 | 2006-03-16 | Pesa Telecom, S.A. | "dispositivo para la transformacion de antenas de transmision de ondas de telefonia y metodo para efectuar dicha transformacion". |
| US7379840B2 (en) * | 2004-07-12 | 2008-05-27 | Raytheon Company | Arranging mobile sensors into a predetermined pattern |
| WO2007037630A1 (fr) * | 2005-09-28 | 2007-04-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Appareil et procede pour combiner des signaux filtres spatialement au moyen d'une combinaison a rapport maximal |
| KR101292814B1 (ko) * | 2005-09-28 | 2013-08-02 | 한국전자통신연구원 | 공간 필터링된 수신 신호들의 최고 비율 조합 방법 및 이를위한 장치 |
| US20070090957A1 (en) * | 2005-10-25 | 2007-04-26 | M/A-Com, Inc. | RFID antenna rack assembly |
| KR100834724B1 (ko) * | 2006-06-07 | 2008-06-05 | 주식회사 이엠따블유안테나 | 배열 간격이 자동 조절되는 배열 안테나 시스템 |
| JP4869972B2 (ja) * | 2007-02-14 | 2012-02-08 | 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ | ユーザ装置、送信方法、及び無線通信システム |
| US10490892B2 (en) * | 2007-12-06 | 2019-11-26 | Spatial Digital Systems, Inc. | Satellite ground terminal incorporating a smart antenna that rejects interference |
| JP2009253379A (ja) * | 2008-04-01 | 2009-10-29 | Canon Inc | 無線通信装置及び方法 |
| US20110032143A1 (en) * | 2009-08-05 | 2011-02-10 | Yulan Sun | Fixed User Terminal for Inclined Orbit Satellite Operation |
| JP5374796B2 (ja) * | 2010-01-15 | 2013-12-25 | 京セラ株式会社 | 通信装置および通信方法 |
| EP2539960B1 (fr) | 2010-02-25 | 2014-07-23 | Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) | Noeud de système de communication comportant réseau de reconfiguration |
| WO2011103918A1 (fr) * | 2010-02-25 | 2011-09-01 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) | Nœud de système de communication comportant matrice de transformation |
| JP5809482B2 (ja) | 2011-08-15 | 2015-11-11 | 株式会社Ｎｔｔドコモ | 無線通信システム、無線基地局及び無線通信方法 |
| US8730104B2 (en) | 2012-05-14 | 2014-05-20 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Programmable wide-band radio frequency feed network |
| US9848370B1 (en) * | 2015-03-16 | 2017-12-19 | Rkf Engineering Solutions Llc | Satellite beamforming |
| US10720704B2 (en) * | 2015-09-17 | 2020-07-21 | Gilat Satellite Networks Ltd. | Mobile antenna tracking |
| EP3306327B1 (fr) | 2016-10-06 | 2019-06-12 | Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG | Réseau d'antennes, système et procédé d'essai d'un dispositif sous essai |
| CN108267720B (zh) * | 2018-01-31 | 2021-08-13 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关及调度方法 |
| US20230198141A1 (en) * | 2018-04-13 | 2023-06-22 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Antenna direction weightings |
| CN109950691A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-06-28 | 瑞声科技(新加坡)有限公司 | 毫米波阵列天线和移动终端 |
| CN111029793A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-17 | 南京理工大学 | 一种高频率敏感度频扫天线 |
| US11448722B2 (en) * | 2020-03-26 | 2022-09-20 | Intel Corporation | Apparatus, system and method of communicating radar signals |
| CN111884702B (zh) * | 2020-06-12 | 2021-11-30 | 航天科工空间工程发展有限公司 | 一种低轨卫星通信信令装置的设计方法、装置及系统 |
| US20220086820A1 (en) * | 2020-09-16 | 2022-03-17 | Qualcomm Incorporated | Real time control of an electronically configurable deflector |
| CN114784480B (zh) * | 2022-06-16 | 2022-09-30 | 西安欣创电子技术有限公司 | 一种相控阵天线 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0437372A2 (fr) * | 1990-01-12 | 1991-07-17 | Rockwell International Corporation | Système pour déterminer la direction ou l'attitude au moyen de signaux de satellites GPS |
| US5726662A (en) * | 1995-11-29 | 1998-03-10 | Northrop Grumman Corporation | Frequency compensated multi-beam antenna and method therefor |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09284047A (ja) * | 1996-04-11 | 1997-10-31 | Jisedai Eisei Tsushin Hoso Syst Kenkyusho:Kk | マルチビーム給電装置 |
| FR2760900B1 (fr) * | 1997-03-17 | 1999-05-28 | Centre Nat Etd Spatiales | Antenne pour satellite a defilement |
| BR9812816A (pt) * | 1997-09-15 | 2000-08-08 | Adaptive Telecom Inc | Processos para comunicação sem fio, e para eficientemente determinar na estação base um canal espacial da unidade móvel em um sistema de comunicação sem fio, e, estação base de cdma |
| US5936592A (en) * | 1998-06-05 | 1999-08-10 | Ramanujam; Parthasarathy | Reconfigurable multiple beam satellite reflector antenna with an array feed |
-
2000
- 2000-06-20 FR FR0007889A patent/FR2810456B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-05-24 US US09/863,470 patent/US6496157B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-06-12 EP EP01401513A patent/EP1168499A1/fr not_active Withdrawn
- 2001-06-19 CN CNB011219653A patent/CN1153490C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2001-06-19 JP JP2001184711A patent/JP2002050991A/ja not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0437372A2 (fr) * | 1990-01-12 | 1991-07-17 | Rockwell International Corporation | Système pour déterminer la direction ou l'attitude au moyen de signaux de satellites GPS |
| US5726662A (en) * | 1995-11-29 | 1998-03-10 | Northrop Grumman Corporation | Frequency compensated multi-beam antenna and method therefor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1153490C (zh) | 2004-06-09 |
| JP2002050991A (ja) | 2002-02-15 |
| FR2810456B1 (fr) | 2005-02-11 |
| CN1329447A (zh) | 2002-01-02 |
| US6496157B1 (en) | 2002-12-17 |
| EP1168499A1 (fr) | 2002-01-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2810456A1 (fr) | Dispositif d'antenne reconfigurable pour station de telecommunication | |
| EP1255362B1 (fr) | Méthode et dispositif de réception de signal | |
| EP0803991B1 (fr) | Procédé pour optimiser la communication radio entre une base fixe et un mobile | |
| US7411547B2 (en) | Antenna array including virtual antenna elements | |
| FR2715523A1 (fr) | Récepteur et procédé de réception pour un système d'accès multiple par répartition par code. | |
| JP5140090B2 (ja) | 複数の同時送信機が受信機における信号分離をサポートするための波動伝送パターン | |
| EP3188399B1 (fr) | Émetteur récepteur ibfd à module de transposition de fréquence non réciproque | |
| FR2746233A1 (fr) | Procede de determination de coefficients de ponderation dans un recepteur radio amdc | |
| EP3343784B1 (fr) | Procede de lutte anti-interferences par filtrage spatial ou filtrage spatio-temporel dans un recepteur multi-voies | |
| Abu-Surra et al. | End-to-end 140 GHz wireless link demonstration with fully-digital beamformed system | |
| FR2682838A1 (fr) | Recepteur et emetteur radio produisant une diversite. | |
| JP5140089B2 (ja) | 受信機における信号分離をサポートするための波動伝送パターン | |
| EP3503431B1 (fr) | Procede de couverture multifaisceaux par regroupement de faisceaux elementaires de meme couleur, et charge utile de telecommunications pour mettre en uvre un tel procede | |
| FR2813465A1 (fr) | Methode d'estimation conjointe de canal et de direction d'arrivee | |
| FR2792116A1 (fr) | Formation numerique de faisceaux | |
| EP0841759B1 (fr) | Procédé de calibration d'émission d'une station de base équipée d'une antenne à plusieurs capteurs | |
| FR2813729A1 (fr) | Recepteur cdma adaptatif uni-modulaire | |
| EP0669729B1 (fr) | Procédé permettant une égalisation multivoie dans un récepteur radioélectrique, en présence d'interférences et de multitrajets de propagation | |
| EP3503413B1 (fr) | Récepteur uwb impulsionnel multi-antenne | |
| EP1067688A2 (fr) | Filtre numérique et procédé d'isolation de canal dans un système de communication haute fréquence | |
| Vian et al. | Smart lens antenna arrays | |
| EP1522119B1 (fr) | Dephaseur capable de variation de phase continue | |
| WO2007054559A1 (fr) | Systeme de radiocommunication ultra large bande a antenne dispersive pilotee en frequence | |
| FR2780817A1 (fr) | Procede d'orientation de faisceau(x) rayonnant(s) radioelectrique(s) pour la communication entre une station de base et un radiotelephone mobile, et station de base correspondante | |
| Uthansakul et al. | An investigation into smart antenna configurations for wideband communication |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CA | Change of address | ||
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20090228 |