DE102017110725A1

DE102017110725A1 - Mobilfunksystem mit einem Beamforming-Netzwerk und einem Mehrfachantennensystem, um ein Broadcast-Beam zu erzeugen sowie ein entsprechendes Verfahren hierfür

Info

Publication number: DE102017110725A1
Application number: DE102017110725.8A
Authority: DE
Inventors: Dr. Steinhauser Karl-August
Original assignee: Kathrein SE
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2018-11-22
Also published as: WO2018210535A1; EP3625894A1

Abstract

Ein Mobilfunksystem (1) umfasst ein Beamforming-Netzwerk (2) und ein Mehrfachantennensystem (3), um ein Broadcast-Beam (11) zu erzeugen. Das Mehrfachantennensystem (3) umfasst eine erste Gruppe (4a) von n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) und eine zweite Gruppe (4b) von n-Strahleranordnungen (4b₁, ..., 4b_n). Das Beamforming-Netzwerk (2) ist mit dem Mehrfachantennensystem (3) elektrisch leitend verbunden und dazu ausgebildet über die erste Gruppe (4a) von n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) eine erste Gruppe (8a) von überlappungsfreien Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n) einzustellen und über die zweite Gruppe (4b) von n-Strahleranordnungen (4b₁, ..., 4b_n) eine zweite Gruppe (8b) von überlappungsfreien Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8b₁, ..., 8b_n) einzustellen, wobei die Lage der Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n; 8b₁, ..., 8b_n) derart festgelegt ist, dass zwischen zwei benachbarten Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n; 8b₁, ..., 8b_n) der einen Gruppe (8a; 8b) eine Abstrahl- bzw. Empfangskeule (8b₁, ..., 8b_n; 8a₁, ..., 8a_n) der anderen Gruppe (8b; 8a) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mobilfunksystem oder eine Baugruppe für ein Mobilfunksystem mit einem Beamforming-Netzwerk und einem Mehrfachantennensystem, um ein Broadcast-Beam zu erzeugen, sowie ein entsprechendes Verfahren hierfür.
In Mobilfunksystemen ist es notwendig, dass sogenannte „Broadcast-Informationen“ an alle Teilnehmer einer Mobilfunkzelle übertragen werden können. Gleichzeitig sollen von einzelnen Teilnehmern auch Informationen zurück zur Basisstation übertragen werden, wobei der Aufenthaltsort dieser Teilnehmer innerhalb der Mobilfunkzelle unbekannt ist.
Grundsätzlich ist es daher möglich, solche „Broadcast-Informationen“ nur über ein Antennenelement der Basisstation auszusenden bzw. diese Informationen lediglich über ein Antennenelement zu empfangen. Das Antennendiagramm eines solchen Einzelstrahlers ist relativ breit und erreicht daher alle Teilnehmer in der Mobilfunkzelle. Nachteilig ist hierbei allerdings, dass der EinzelStrahler, also die Sende- und Empfangskeule, auch noch weit in die Nachbarzelle reicht und dort störende Interferenzen zur Folge hat. Das Aussenden bzw. Empfangen dieser „Broadcast-Informationen“ über einen Einzelstrahler, also über ein einzelnes Antennenelement, ist dann nicht anwendbar, wenn Beamforming verwendet wird, also wenn die schmalen „Teilnehmerstrahlen“ im HF-Bereich beispielsweise mit Hilfe von Butler-Matrizen oder Rotman-Linsen erzeugt werden, weil in diesem Fall ein einzelnes Antennenelement (ein Einzelstrahler), nicht separat adressiert werden kann.
Aus der WO 03/047027 A1 ist ebenfalls ein Antennensystem bekannt, mit welchem „Broadcast-Informationen“ an alle Teilnehmer einer Mobilfunkzelle übermittelt werden können. Nachteilig an diesem Mobilfunksystem ist, dass ein separater Verstärker, sowie zusätzlich Eingänge in einem „Combiner“ vorgesehen sind, um das Signal dieses separaten Verstärkers (das diesem Verstärker zugeführte Broadcast-Signal) an die entsprechenden Antennen übermitteln zu können.
Die Sende- und Empfangskeulen der beiden Einzelstrahler überlappen sich dabei über einen nicht unerheblichen Bereich, so dass es hier zu Auslöschungen kommen kann, wenn das Broadcast-Signal einzelnen Antennen mit einer unterschiedlichen Phasenlage zugeführt wird. Dies hätte zum Ergebnis, dass sich das Broadcast-Signal bei einzelnen Teilnehmern destruktiv überlagern würde, so dass diese Teilnehmer das Signal nicht empfangen könnten.
Speziell im Mobilfunk werden zunehmend Mehrfachantennensysteme eingesetzt, um die übertragbare Datenrate zu erhöhen. Mit solchen Mehrfachantennensystemen lassen sich schmalere Antennendiagramme erzeugen, die auf einzelne Teilnehmer individuell zugeschnitten sind. Die Summe dieser unterschiedlichen „Teilnehmer-Strahlen“, also die Summe dieser einzelnen Sende- und Empfangskeulen, deckt dann den ganzen Antennensektor bzw. die Mobilfunkzelle ab. Je mehr unterschiedliche Sende- und Empfangskeulen erzeugt werden, also je mehr unterschiedliche Antennenbeams generiert werden, desto häufiger kann die Gefahr bestehen, dass es in dem Bereich, in welchem sich zwei dieser Sende- und Empfangskeulen überlagern, zu destruktiven Interferenzen kommt, so dass die Teilnehmer in diesem Bereich die „Broadcast-Informationen“ nicht empfangen können. Diese „Broadcast-Informationen“ werden beispielsweise beim Verbindungsaufbau benötigt.
Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ein entsprechendes Mobilfunksystem mit einem Beamforming-Netzwerk und einem Mehrfachantennensystem und ein dazu korrespondierendes Verfahren zu schaffen, um einen Broadcast-Beam zu erzeugen, über den „Broadcast-Informationen“ ausgesendet bzw. entsprechende Signale empfangen werden können.
Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Mobilfunksystem mit einem Beamforming-Netzwerk und einem Mehrfachantennensystem gemäß dem Anspruch 1, sowie durch ein Verfahren, um einen Broadcast-Beam für ein Mobilfunksystem mit einem Beamforming-Netzwerk und einem Mehrfachantennensystem zu erzeugen gemäß dem Anspruch 14 gelöst. In den Unteransprüchen sind erfindungsgemäße Weiterbildungen des Mobilfunksystems angegeben.
Das erfindungsgemäße Mobilfunksystem, welches ein Beamforming-Netzwerk und ein Mehrfachantennensystem umfasst, erlaubt, einen Broadcast-Beam zu erzeugen. Hierzu umfasst das Mehrfachantennensystem zumindest eine Strahlerreihe, die eine erste Gruppe von n-Strahleranordnungen und eine zweite Gruppe von n Strahleranordnungen aufweist, mit n ≥ 2, n ≥ 3, n ≥ 4, n ≥ 5, n ≥ 6, n ≥ 8, n ≥ 10, n ≥ 12, n ≥ 14 oder n ≥ 16 und n Element der natürlichen Zahlen. Das Mehrfachantennensystem sendet und/oder empfängt über beide Gruppen von Strahleranordnungen in zwei linearen, zirkularen oder elliptischen Polarisationen. Die Polarisation der ersten Gruppe der n-Strahleranordnungen ist zu der Polarisation der zweiten Gruppe der n-Strahleranordnungen entkoppelt ausgerichtet. Das Beamforming-Netzwerk umfasst hierzu eine erste Gruppe von n-Antennenanschlüssen und eine zweite Gruppe von n-Antennenanschlüssen, wobei die erste Gruppe der n-Antennenanschlüsse mit der ersten Gruppe der n-Strahleranordnungen elektrisch verbunden ist und wobei die zweite Gruppe der n-Antennenanschlüsse mit der zweiten Gruppe der n-Strahleranordnungen elektrisch verbunden ist. Dabei ist ein Antennenanschluss mit (genau) einer Strahleranordnung elektrisch verbunden. Das Beamforming-Netzwerk ist dann dazu ausgebildet, über die erste Gruppe von n-Strahleranordnungen des Mehrfachantennensystems eine erste Gruppe von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (engl. beams) einzustellen, die unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind. Der Wortlaut „überwiegend überlappungsfrei“ ist dahingehend zu verstehen, dass sich die einzelnen Abstrahl- bzw. Empfangskeulen zu mehr als 70% oder zu mehr als 80% oder zu mehr als 90% oder zu mehr als 95% bezüglich ihrer räumlichen Erstreckung nicht überlappen und damit überlappungsfrei angeordnet sind. Gleiches gilt auch für die zweite Gruppe der n-Strahleranordnungen des Mehrfachantennensystems, durch die eine zweite Gruppe von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (beams) eingestellt werden kann, die ebenfalls unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und zueinander überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei ausgerichtet bzw. angeordnet sind. Die erste Gruppe der Abstrahl- bzw. Empfangskeulen ist zur zweiten Gruppe der Abstrahl- bzw. Empfangskeulen entkoppelt ausgerichtet. Vorzugsweise sind diese in unterschiedlichen Ebenen polarisiert, insbesondere sind sie orthogonal zueinander polarisiert.
Das Beamforming-Netzwerk ist dann dazu ausgebildet, die Lage bzw. Ausrichtung der beiden Gruppen von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen derart festzulegen, dass zwischen zwei benachbarten Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der einen Gruppe eine Abstrahl- bzw. Empfangskeule der anderen Gruppe liegt, wodurch der Broadcast-Beam gebildet ist. Dies bedeutet, dass der Broadcast-Beam eine Summe aus Abstrahl- bzw. Empfangskeulen darstellt, die sowohl der einen als auch der anderen Gruppe angehören. Der Broadcast-Beam deckt dabei die Mobilfunkzelle vollständig bzw. überwiegend ab. Der Broadcast-Beam sagt nichts darüber aus, in welche Richtung die Informationen übertragen werden (uplink (vom Nutzer zur Basisstation) oder downlink (von der Basisstation zum Nutzer)). Der Wortlaut, wonach zwischen zwei benachbarten Abstrahl- bzw. Empfangskeulen einer Gruppe eine Abstrahl- bzw. Empfangskeule einer anderen Gruppe liegt, ist insbesondere im Hinblick auf das Antennendiagramm zu sehen. Die Tatsache, dass sich zwei benachbarte Abstrahl- bzw. Empfangskeulen nicht bzw. überwiegend nicht überlappen, ist dem technischen Sachverhalt geschuldet, dass das Beamforming-Netzwerk nicht alle möglichen Abstrahl- bzw. Empfangskeulen erzeugt, die generiert werden könnten. Der Broadcast-Beam besteht daher aus mehreren Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der ersten Gruppe (vorzugsweise der ersten Polarisation) und mehreren Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der zweiten Gruppe (vorzugsweise der zweiten Polarisation).
Diese Abstrahl- bzw. Empfangskeulen, also dieser Broadcast-Beam wird durch das Beamforming-Netzwerk gleichzeitig erzeugt. Der Wortlaut „gleichzeitig“ bedeutet, dass die „Broadcast-Informationen“ zur selben Zeit über alle Abstrahl- bzw. Empfangskeulen gesendet bzw. einzelne oder mehrere Signale gleichzeitig über einen bzw. mehrere der Abstrahl- bzw. Empfangskeulen empfangen werden.
Das Gleiche gilt auch für das Verfahren, um einen Broadcast-Beam für das Mobilfunksystem mit einem Beamforming-Netzwerk und einem Mehrfachantennensystem zu erzeugen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Beamforming-Netzwerk eine erste Gruppe von n-Signalanschlüssen und eine zweite Gruppe von n-Signalanschlüssen. Weiterhin ist eine Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung vorgesehen, die mit den n-Signalanschlüssen der ersten und der zweiten Gruppe elektrisch verbunden ist. Sie ist dazu ausgebildet, um beispielsweise ein Signal für einen Broadcast-Beam zu erzeugen und dieses Signal mehreren, aber nicht allen der n-Signalanschlüsse der ersten und mehreren, aber nicht allen der n-Signalanschlüsse der zweiten Gruppe von n-Signalanschlüssen zuzuführen, wobei das Beamforming-Netzwerk dazu ausgebildet ist, das Signal, welches an mehreren der n-Signalanschlüsse der ersten und der zweiten Gruppe anliegt, derart umzusetzen, dass dieses über mehrere Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der ersten und zweiten Gruppe ausgesendet wird. Dieses Signal wird dabei an einige, aber nicht an alle der n-Signalanschlüsse der ersten und zweiten Gruppe angelegt. Vorzugsweise korrespondiert dabei jeder Signalanschluss der ersten Gruppe zu einer Abstrahl- bzw. Empfangskeule der ersten Gruppe und jeder Signalanschluss der zweiten Gruppe korrespondiert zu einer Abstrahl- bzw. Empfangskeule der zweiten Gruppe. Wird folglich an einem der n-Signalanschlüsse ein Signal angelegt, so wird dieses über die zu diesem Signalanschluss korrespondierende Abstrahl- bzw. Empfangskeule ausgesendet. Wie bereits erläutert, ist die räumliche Erstreckung der Abstrahl- bzw. Empfangskeule, also eines Beams des Mehrfachantennensystems bezüglich seinen Abmessungen und der Fläche, die diese Abstrahl- bzw. Empfangskeule in der Mobilfunkzelle abdeckt, deutlich kleiner als die Fläche, die über einen Einzelstrahler abgedeckt werden würde. Damit es zu keinen Überlappungen bei den Abstrahl- bzw. Empfangskeulen führt, die nicht zueinander entkoppelt sind, also die beispielsweise über die gleiche Polarisation verfügen, wird dieses Signal durch die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung nicht an allen der n-Signalanschlüsse der ersten und der zweiten Gruppe gleichzeitig angelegt. Es werden lediglich nur diejenigen Signalanschlüsse der ersten und zweiten Gruppe dazu herangezogen, deren korrespondierende Abstrahl- bzw. Empfangskeulen überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander angeordnet sind. Damit über den Broadcast-Beam, also durch die Vielzahl der Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der ersten und der zweiten Gruppe, auch Signale empfangen werden können, ist das Beamforming-Netzwerk dazu ausgebildet, dass das Signal bzw. die Signale, das bzw. die über die Abstrahl- bzw. Empfangskeule der ersten und/oder zweiten Gruppe des Broadcast-Beams empfangen wird bzw. werden, derart umzusetzen, dass dieses bzw. diese an dem jeweiligen einen bzw. den entsprechenden mehreren Signalanschlüssen der ersten und/oder zweiten Gruppe von n-Signalanschlüssen anliegt bzw. anliegen. Die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung detektiert das Signal bzw. diese Signale und verarbeitet diese entsprechend weiter. Unter einer solchen Weiterverarbeitung ist insbesondere eine Analog-DigitalWandlung zu verstehen, wobei das Signal insbesondere noch bezüglich seiner Frequenzen nach unten in Richtung tiefere Frequenzen umgesetzt (gemischt) wird (z.B. Mischung in das Basisband).
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mobilfunksystems ist die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung derart ausgebildet, dass diese lediglich an denjenigen der n-Signalanschlüsse der ersten oder zweiten Gruppe ein Signal für den Broadcast-Beam anlegt oder bei diesen n-Signalanschlüssen ein Signal von einem Broadcast-Beam empfängt bzw. empfangen kann, die zu Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der ersten Gruppe bzw. der zweiten Gruppe von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen korrespondieren. Dadurch ist sichergestellt, dass beim Aussenden eines Signals durch den Broadcast-Beam keine sich überlappenden Abstrahl- bzw. Empfangskeulen verwendet werden, wodurch das auszusendende Signal sonst an bestimmten Stellen innerhalb der Mobilfunkzelle durch destruktive Interferenzen verschwinden würde. Umgekehrt gilt dies natürlich auch für den Empfang von Signalen eines oder mehrerer Teilnehmer.
Grundsätzlich kann die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung mit jedem Signalanschluss der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe der jeweils n-Signalanschlüsse an dem Beamforming-Netzwerk verbunden sein. Vorzugsweise umfasst die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung für jeden dieser Anschlüsse entsprechende Mittel zur Signalaufbereitung bzw. Verarbeitung. Diese Mittel können entsprechende Digital-/Analogwandler bzw. Analog-/Digitalwandler umfassen. Dazu gehören vorzugsweise ebenfalls entsprechende Verstärker, Filter und Mischer.
Grundsätzlich wäre es allerdings auch möglich, dass die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung noch eine Schalteinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, mehrere der n-Signalanschlüsse der ersten Gruppe miteinander und mit mehreren der n-Signalanschlüsse der zweiten Gruppe elektrisch zu verbinden, so dass die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung das Signal für den Broadcast-Beam an die jeweiligen Signalanschlüsse der ersten und der zweiten Gruppe der n-Signalanschlüsse gleichzeitig übermittelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Beamforming-Netzwerk zwei Butler-Matrizen bzw. zwei Rotman-Linsen, wobei die erste Butler-Matrix bzw. die erste Rotman-Linse mit der ersten Gruppe von n-Strahleranordnungen elektrisch verbunden ist und wobei die zweite Butler-Matrix bzw. die zweite Rotman-Linse mit der zweiten Gruppe von n-Strahleranordnungen elektrisch verbunden ist. Bei dem Beamforming-Netzwerk handelt es sich daher um ein rein passives Netzwerk, welches vorzugsweise ausschließlich analoge HF-Signale verarbeitet. Das Beamforming-Netzwerk umfasst dabei n-Signalanschlüsse, an denen die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung angeschlossen ist und n-Antennenanschlüsse, an denen die Strahleranordnungen angeschlossen sind. Dabei werden für n vorzugsweise ausschließlich gerade Werte gewählt, wie beispielsweise 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 oder 16 oder höher. Ungerade Werte wie 3, 5, 7, 9, 11, 13 oder 15 wären allerdings ebenfalls denkbar. Die eine Butler-Matrix bzw. die eine Rotman-Linse erzeugt dabei die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der ersten Gruppe (dient beispielsweise zur Verarbeitung der ersten Polarisation), wohingegen die zweite Butler-Matrix bzw. die zweite Rotman-Linse die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der zweiten Gruppe erzeugt (dient beispielsweise zur Verarbeitung der zweiten Polarisation).
Die erste Gruppe von n-Strahleranordnungen und die zweite Gruppe von n-Strahleranordnungen sind, wie bereits erläutert, vorzugsweise orthogonal zueinander polarisiert. Insbesondere sind diese in einem Winkel von +45° und in einem Winkel von -45° gegenüber einer horizontalen Ebene ausgerichtet. Entlang dieser horizontalen Ebene sind ebenfalls die n-Strahleranordnungen ausgerichtet. Die horizontale Ebene ist dabei die Ebene über dem Boden, von der das Mobilfunksystem beabstandet in einer Höhe h angeordnet ist. Grundsätzlich wäre es auch möglich, dass die erste Gruppe von n-Strahleranordnungen links zirkular polarisiert und die zweite Gruppe von n-Strahleranordnungen rechts zirkular polarisiert ist. Auch eine links elliptische Polarisation bzw. rechts elliptische Polarisation wäre ebenfalls möglich.
Vorzugsweise bildet jeweils eine der n-Strahleranordnungen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe von Strahleranordnungen eine patchstrahlerförmige oder dipolförmige Strahlereinrichtung, die vorzugsweise in Form eines Vektordipols, eines Kreuzdipols oder eines Dipolquadrats ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass es insgesamt n-Strahlereinrichtungen gibt. Die n-Strahlereinrichtungen sind dabei in einer Reihe entlang einer horizontalen bzw. überwiegend horizontalen Ebene (weniger als 10 cm, 7 cm, 5 cm, 3 cm, 1 cm beabstandet von der horizontalen Ebene) nebeneinander angeordnet. Der Abstand zwischen den jeweiligen Strahlereinrichtungen ist auf einen vorbestimmten Wert eingestellt und kann unterschiedlich zwischen zwei Strahlereinrichtungen sein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mobilfunksystems umfasst dieses zumindest m Strahlerreihen, mit m ≥ 2, wobei m eine natürliche Zahl ist. Die m Strahlerreihen umfassen jeweils eine erste Gruppe von bis zu n-Strahleranordnungen und eine zweite Gruppe von bis zu n-Strahleranordnungen. Die Strahlerreihen sind vertikal, vorzugsweise in einer vertikalen Ebene beabstandet zueinander angeordnet, sodass ein Strahler-Array gebildet ist. Es gibt m Beamforming-Netzwerke, wobei jedes der m Beamforming-Netzwerke mit den Strahleranordnungen einer der m Strahlerreihen elektrisch verbunden ist. Die m Beamforming-Netzwerke sind dazu ausgebildet, die Lage bzw. Ausrichtung der jeweils beiden Gruppen von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen jeder der Strahlerreihen derart festzulegen, dass für zwei vertikal benachbarte Strahlerreihen gilt:

a) die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der jeweiligen ersten Gruppen sind überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet; und
b) die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der jeweiligen zweiten Gruppen sind überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet.

Vorzugsweise gibt es dabei m Strahlerreihen, mit m ≥ 2, m ≥ 3, m ≥ 4, m ≥ 6, m ≥ 8, m ≥ 10. Jede der weiteren Strahlerreihen erstreckt sich in einer horizontalen oder überwiegend horizontalen Ebene. Dabei sind bis zu n oder mehr als n weitere (vorzugsweise dipolförmige) Strahlereinrichtungen nebeneinander in jeder Strahlerreihe angeordnet. Die Anzahl an Strahlereinrichtungen pro Strahlerreihe kann auch variieren und muss nicht immer gleich sein. Das Strahler-Array besteht vorzugsweise aus m x n Strahleinrichtungen, wobei weiter vorzugsweise m = n entspricht. Das jeweilige Beamforming-Netzwerk ist dabei wiederum mit den jeweiligen Strahleranordnungen der Strahlerreihen elektrisch verbunden. In diesem Fall gibt es für jede der m-Strahlerreihen zusätzlich zwei Butler-Matrixen bzw. zusätzlich zwei Rotman-Linsen in jedem der zusätzlichen Beamforming-Netzwerke. Jedes Beamforming-Netzwerk ist dabei dazu ausgebildet, die Lage bzw. die Ausrichtung der beiden Gruppen von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der n vorzugsweise dipolförmigen Strahlereinrichtungen jeder der m Strahlerreihen derart festzulegen, dass zwischen zwei vertikal benachbarten Strahlerreihen die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der jeweiligen ersten Gruppen überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind und dass die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der jeweiligen zweiten Gruppen ebenfalls überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind.
Vorzugsweise erfolgt die Speisung der beiden Gruppen von n-Strahleranordnungen von einer Strahlerreihe umgekehrt zur Speisung der beiden Gruppen von n-Strahleranordnungen von einer anderen Strahlerreihe und damit in einer schachbrettartigen Weise, um möglichst einen großen räumlichen Abstand von gleicher/ähnlicher Speisung zu haben. Dies bedeutet beispielsweise, dass bei allen geradzahligen m Strahlerreihen die erste Gruppe der n-Strahleranordnungen mit der ersten Gruppe der n Antennenanschlüsse des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden sind und die zweite Gruppe der n-Strahleranordnungen mit der zweiten Gruppe der n Antennenanschlüsse des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden sind. Umgekehrt gilt für die ungeradzahligen m Strahlerreihen, dass die erste Gruppe der n-Strahleranordnungen mit der zweiten Gruppe der n Antennenanschlüsse des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden sind und die zweite Gruppe der n-Strahleranordnungen mit der ersten Gruppe der n Antennenanschlüsse des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden sind.
Das erfindungsgemäße Mobilfunksystem hat insbesondere den Vorteil, dass die Signale, die dem Beamforming-Netzwerk zugeführt werden, in keinem besonderen Phasenverhältnis zueinander stehen müssen. Grundsätzlich könnten sich zwar die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen einer Gruppe von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen auch deutlich überlappen, allerdings müsste dann sichergestellt sein, dass die einzelnen Signale, die über diese Abstrahl- bzw. Empfangskeulen ausgesendet werden, kohärent sind (keinen Phasenwinkel zueinander aufweisen). Damit dies allerdings erreicht werden kann, müsste das Mobilfunksystem entsprechend kalibriert werden, so dass beispielsweise unterschiedliche Kabellängen der Anschlusskabel zwischen der Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung und den jeweiligen Signalanschlüssen der ersten und der zweiten Gruppe am Beamforming-Netzwerk herausgerechnet werden können. Dies ist allerdings sehr aufwendig und kann mit der hier vorgestellten erfindungsgemäßen Lösung vermieden werden.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Gleiche Gegenstände weisen dieselben Bezugszeichen auf. Die entsprechenden Figuren der Zeichnungen zeigen im Einzelnen:

1A und 1B:
- eine Darstellung eines Mobilfunksystems mit einem Beamforming-Netzwerk und einem Mehrfachantennensystem, wobei 1B den Aufbau der ersten und zweiten Gruppe von n-Strahleranordnungen beschreibt;
2A bis 2C:
- verschiedene Antennendiagramme, in denen unterschiedliche Abstrahl- bzw. Empfangskeulen des Mobilfunksystems aus 1A bei optimaler oder zufälliger Phasenlage dargestellt sind;
3A und 3B:
- verschiedene Darstellungen zweier Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Mobilfunksystems mit einem Beamforming-Netzwerk und einem Mehrfachantennensystem;
4A bis 4D:
- verschiedene Antennendiagramme, in denen unterschiedliche Abstrahl- bzw. Empfangskeulen des erfindungsgemäßen Mobilfunksystems der 3A und 3B bei optimaler oder zufälliger Phasenlage dargestellt sind;
5A, 5B:
- verschiedene Darstellungen eines erfindungsgemäßen Strahler-Arrays bestehend aus mehreren Beamforming-Netzwerken und Strahleranordnungen; und
6: ein Flussdiagramm, das ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen eines Broadcast-Beams beschreibt.

1A beschreibt vereinfacht ein Mobilfunksystem 1 bzw. eine Baugruppe für ein Mobilfunksystem 1, das zumindest ein Beamforming-Netzwerk 2 und ein Mehrfachantennensystem 3 umfasst. Durch das Mobilfunksystem 1, welches beispielsweise auch als Basisstation bezeichnet werden kann, kann ein Broadcast-Beam 11 erzeugt werden, durch den die Mobilfunkzelle ausgeleuchtet werden kann.
Das Mehrfachantennensystem 3 umfasst dabei zumindest eine Strahlerreihe 16₁ , die eine erste Gruppe 4a von n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n und eine zweite Gruppe 4b von n-Strahleranordnungen 4b₁ , ..., 4b_n , mit n ≥ 2 aufweist. Das Mehrfachantennensystem 3 sendet und/oder empfängt über beide Gruppen 4a, 4b von n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n bzw. 4b₁ , ..., 4b_n in zwei linearen, zirkularen oder elliptischen Polarisationen, wobei die Polarisation der ersten Gruppe 4a der n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n zu der Polarisation der zweiten Gruppe 4b der n-Strahleranordnungen 4b₁ , ..., 4b_n entkoppelt ausgerichtet ist. Eine entkoppelte Ausrichtung kann beispielsweise dann vorliegen, wenn beide Gruppen 4a, 4b unterschiedlich polarisiert sind, beispielsweise orthogonal, vorzugsweise -45° und +45°.
In 1B ist dargestellt, wie sich das Mehrfachantennensystem 3 aus der ersten Gruppe 4a von n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n und der zweiten Gruppe 4b von n-Strahleranordnungen 4b₁ , ..., 4b_n zusammensetzt. Zu erkennen ist, dass die n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n bzw. 4b₁ , ..., 4b_n beider Gruppen 4a, 4b unterschiedlich ausgerichtet sind, was eine unterschiedliche Polarisation bewirkt, worüber angedeutet ist, dass diese zueinander entkoppelt ausgerichtet sind.
Dies bedeutet, dass die erste Gruppe 4a der n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n in einer anderen Polarisation sendet und/oder empfängt als die zweite Gruppe 4b der n-Strahleranordnungen 4b₁ , ..., 4b_n . Die erste und die zweite Gruppe 4a, 4b umfassen vorzugsweise die gleiche Anzahl an n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n bzw. 4b₁ , ..., 4b_n . In 1B ist außerdem dargestellt, dass jeweils eine der n-Strahleranordnungen 4a₁ , ... 4a_n der ersten Gruppe 4a und eine der n-Strahleranordnungen 4a₁ , ... 4a_n der zweiten Gruppe 4b eine patchstrahlerförmige oder dipolförmige Strahlereinrichtung 5₁ , ..., 5_n bilden, die vorzugsweise in Form eines Vektordipols, eines Kreuzdipols oder eines Dipolquadrats ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass es insgesamt ebenfalls n-Strahlereinrichtungen 5₁ , ..., 5_n gibt, die im montierten Zustand des Mehrfachantennensystems 3 horizontal oder überwiegend horizontal (mit einer horizontalen Ausrichtung) beabstandet nebeneinander angeordnet sind. Das Mehrfachantennensystem 3 umfasst hierzu noch einen nicht dargestellten Reflektor, an dem die n-Strahlereinrichtungen 5₁ , ..., 5_n mittelbar oder unmittelbar angeordnet sind.
Das gesamte Mehrfachantennensystem 3 ist dabei vorzugsweise in einem Radom untergebracht.
Die n-Strahlereinrichtungen 5₁ , ..., 5_n sind in 1B zur besseren Übersicht gestrichelt dargestellt. Sie sind beabstandet zueinander entlang einer horizontalen oder überwiegend horizontalen Ebene 6 angeordnet, die in 1A gestrichelt dargestellt ist.
Das Beamforming-Netzwerk 2 umfasst eine erste Gruppe 7a von n-Antennenanschlüssen 7a₁ , ..., 7a_n und eine zweite Gruppe 7b von n-Antennenanschlüssen 7b₁ , ..., 7b_n . Die erste Gruppe 7a der n-Antennenanschlüsse 7a₁ , ..., 7a_n ist mit der ersten Gruppe 4a der n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n elektrisch leitend verbunden. Dabei ist jeweils einer der n-Antennenanschlüsse 7a₁ , ..., 7a_n mit einer der n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n elektrisch leitend verbunden. Auch die zweite Gruppe 7b der n-Antennenanschlüsse 7b₁ , ..., 7b_n ist mit der zweiten Gruppe 4b der n-Strahleranordnungen 4b₁ , ..., 4b_n elektrisch leitend verbunden.
Das Beamforming-Netzwerk 2 ist dazu ausgebildet, über die erste Gruppe 4a der n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n des Mehrfachantennensystems 3 eine erste Gruppe 8a von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n einzustellen, die unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten.
Diese Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n können auch als Beams bezeichnet werden.
Gleiches gilt auch für die zweite Gruppe 4b mit ebenfalls n-Strahleranordnungen 4b₁ , ..., 4b_n des Mehrfachantennensystems 3. Über diese können eine zweite Gruppe 8b von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8b₁ , ..., 8b_n eingestellt werden, die ebenfalls unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten.
In 1A ist dargestellt, dass jede Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8a₁ , ..., 8a_n der ersten Gruppe 8a deckungsgleich mit je einer Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8b₁ , ..., 8b_n der zweiten Gruppe 8b ist. Es sind zur besseren Veranschaulichung nur sechs Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n bzw. 8b₁ , ..., 8b_n der ersten und zweiten Gruppe 8a und 8b dargestellt. Grundsätzlich könnten auch n-Abstrahl- und Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n bzw. 8b₁ , ..., 8b_n jeder Gruppe 8a, 8b ausgebildet sein. Die einzelnen Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n bzw. 8b₁ , ..., 8b_n der einzelnen Gruppen 8a, 8b sind allerdings zueinander entkoppelt und insbesondere unterschiedliche polarisiert.
Das Beamforming-Netzwerk 2 umfasst außerdem eine erste Gruppe 9a von n-Signalanschlüssen 9a₁ , ..., 9a_n und eine zweite Gruppe 9b von n-Signalanschlüssen 9b₁ , ..., 9b_n .
Das Beamforming-Netzwerk 2 umfasst zwei Butler-Matrizen 2a, 2b oder zwei Rotman-Linsen. Dabei ist die erste Butler-Matrix 2a bzw. die erste Rotman-Linse mit der ersten Gruppe 4a von n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n elektrisch verbunden. Die zweite Butler-Matrix 2b bzw. die zweite Rotman-Linse ist dagegen mit der zweiten Gruppe 4b von n-Strahleranordnungen 4b₁ , ..., 4b_n elektrisch verbunden. Die Butler-Matrizen 2a, 2b sind jeweils als n x n Matrizen ausgebildet, wobei n mindestens 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 oder 16 entspricht. Vorzugsweise ist n gerade. Jede Butler-Matrix 2a, 2b hat vorzugsweise so viele Antennenanschlüsse 7a₁ , ..., 7a_n bzw. 7b₁ , ..., 7b_n wie die erste bzw. zweite Gruppe 4a, 4b Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n bzw. 4b₁ , ..., 4b_n . Jede Butler-Matrix 2a, 2b hat wiederum so viele Signalanschlüsse 9a₁ , ..., 9a_n bzw. 9b₁ , ..., 9b_n wie Antennenanschlüsse 7a₁ , ..., 7a_n bzw. 7b₁ , ..., 7b_n .
Weiterhin umfasst das Mobilfunksystem 1 noch eine Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10. Die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 ist dabei mit den n-Signalanschlüssen 9a₁ , ..., 9a_n der ersten Gruppe 9a und den n-Signalanschlüssen 9b₁ , ..., 9b_n der zweiten Gruppe 9b elektrisch leitend verbunden. Die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 umfasst Mittel um Signale, insbesondere analoge Signale zu erzeugen und um Signale zu erfassen, insbesondere um analoge Signale in digitale Signale umzuwandeln. Hierzu umfasst die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 vorzugsweise neben einer Prozessoreinheit noch einen A/D-Wandler bzw. D/A-Wandler, Mischer und Filter.
Vorzugsweise umfasst die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 für jeden der n-Signalanschlüsse 9a₁ , ..., 9a_n bzw. 9b₁ , ..., 9b_n der ersten und zweiten Gruppe 9a, 9b einen entsprechenden A/D-Wandler und/oder einen D/A-Wandler und zumindest einen Mischer und zumindest ein Filter.
Die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 ist dazu ausgebildet ein Signal für einen Broadcastbeam 11 zu erzeugen und dieses Signal an mehreren der n-Signalanschlüsse 9a₁ , ..., 9a_n der ersten Gruppe 9a zuzuführen und dieses Signal auch mehreren der n-Signalanschlüsse 9b₁ , ..., 9b_n der zweiten Gruppe 9b zuzuführen. Das Beamforming-Netzwerk 2 ist dann dazu ausgebildet, das Signal, welches an mehreren der n-Signalanschlüssen 9a₁ , ..., 9b_n bzw. 9b₁ , ..., 9b_n der ersten und der zweiten Gruppe 9a, 9b anliegt, derart umzusetzen, dass dieses über mehrere Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n bzw. 8b₁ , ..., 8b_n der ersten und der zweiten Gruppe 8a, 8b ausgesendet wird.
Dies bedeutet, dass ein Signalanschluss 9a₁ , ..., 9a_n der ersten Gruppe 9a des Beamforming-Netzwerks 2 zu genau einer Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8a₁ , ..., 8a_n der ersten Gruppe 8a korrespondiert.
Gleiches gilt auch für einen (bzw. jeden) Signalanschluss 9b₁ , ..., 9b_n der zweiten Gruppe 9b des Beamforming-Netzwerks 2, welche ebenfalls zu (genau) einer Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8b₁ , ..., 8b_n der zweiten Gruppe 8b korrespondiert.
Im umgekehrten Fall gilt dies natürlich auch dann, wenn ein Signal durch die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 empfangen werden soll. Für den Fall, dass ein Signal, welches beispielsweise von einem mobilen Endgerät im Abdeckungsbereich des Mobilfunksystems 1 ausgesendet wird, kann dieses durch die entsprechende Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8a₁ , ..., 8a_n der ersten Gruppe 8a bzw. durch die entsprechende Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8b₁ , ..., 8b_n der zweiten Gruppe 8b empfangen werden. Dieses Signal wird dann der ersten Gruppe 7a mit n-Antennenanschlüssen 7a₁ , ..., 7a_n bzw. der zweiten Gruppe 7b mit n-Antennenanschlüssen 7b₁ , ..., 7b_n zugeführt. Das Beamforming-Netzwerk 2 setzt diese Informationen entsprechend um, so dass das Signal an einen den n-Signalanschlüsse 9a₁ , ..., 9a_n der ersten Gruppe 9a bzw. an einem der n-Signalanschlüsse 9b₁ , ..., 9b_n der zweiten Gruppe 9b ausgegeben wird. Dies bedeutet, dass auch beim Empfang von Signalen eines mobilen Endgeräts die entsprechende Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8a₁ , ..., 8a_n bzw. 8b₁ , ..., 8b_n der jeweiligen Gruppen 8a, 8b zu dem jeweiligen Signalanschluss 9a₁ , ..., 9a_n , bzw. 9b₁ , ..., 9b_n der entsprechenden Gruppe 9a, 9b korrespondiert.
2A zeigt ein Antennendiagramm wie es sich für das Mobilfunksystem 1 gemäß 1A ergeben kann. Das Antennendiagramm ist logarithmisch in Dezibel aufgetragen. Es sind zur besseren Übersicht jeweils sechs Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n bzw. 8b₁ , ..., 8b_n für jede Gruppe 8a, 8b dargestellt. Die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n der ersten Gruppe 8a überlagern sich mit den Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8b₁ , ..., 8b_n der zweiten Gruppe 8b. Neben den Hauptkeulen sind noch Nebenkeulen dargestellt, die für das weitere Verständnis der Anmeldung unberücksichtigt bleiben.
Die einzelnen Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n bzw. 8b₁ , ..., 8b_n der ersten bzw. zweiten Gruppe 8a, 8b sind bezüglich ihrer Lage und Ausrichtung derart gebildet, dass sie die Mobilfunkzelle vollständig beleuchten und möglichst nicht in die Nachbarmobilfunkzellen strahlen.
Würde nun ein Signal über alle Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n und/oder 8b₁ , ..., 8b_n der ersten und/oder zweiten Gruppe 8a, 8b übertragen werden, dann könnte sich ein Broadcast-Beam 11 einstellen, wie er beispielsweise in 2B für die erste Gruppe 8a oder für die zweite Gruppe 8b, die deckungsgleich zur ersten Gruppe 8a ist, dargestellt ist. Die Besonderheit an 2B ist, dass das Signal allen n-Signalanschlüssen 9a₁ , ..., 9a_n der ersten Gruppe 9a bzw. allen n-Signalanschlüssen 9a₁ , ..., 9b_n der zweiten Gruppe 9b mit einer speziell optimierten Phasenlage (es müssen nicht alle Phasen exakt gleich sein, um in jedem Anwendungsfall einen optimalen Broadcast-Beam 11 einstellen zu können), vorzugsweise mit derselben Phasenlage zugeführt wurde. Aus diesem Grund sind in dem Antennendiagramm aus 2B keine destruktiven Interferenzen in den Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n bzw. 8b₁ , ..., 8b_n der ersten bzw. zweiten Gruppe 8a, 8b ausgebildet. Eine solche kohärente Phasenlage kann dann erreicht werden, wenn das Mobilfunksystem 1 umfangreich kalibriert worden ist. Dies ist z.B. dann sichergestellt, wenn das auszusendende Signal zur gleichen Zeit bzw. genau zu einer vorberechneten Zeit an den jeweiligen n-Signalanschlüssen 9a₁ , ..., 9a_n der ersten Gruppe 9a bzw. den n-Signalanschlüssen 9a₁ , ..., 9b_n der zweiten Gruppe 9b ankommt. Ein solches Kalibrierverfahren ist allerdings aufwendig.
Für den Fall, dass das Signal, welches über den Broadcast-Beam 11 ausgesendet werden soll, zu unterschiedlichen, insbesondere zu beliebigen (zufälligen), beispielsweise unvorhersagbaren Zeitpunkten an den jeweiligen n-Signalanschlüssen 9a₁ , ..., 9a_n der ersten Gruppe 9a bzw. den n-Signalanschlüssen 9a₁ , ..., 9b_n der zweiten Gruppe 9b anliegt, kann es in einzelnen oder mehreren Richtungen zu destruktiven Interferenzen 12 kommen, wie diese in 2C zu erkennen sind. In diesen Bereichen der Mobilfunkzelle, wo diese destruktiven Interferenzen 12 vorliegen, kann das Signal, welches über den Broadcast-Beam 11 ausgesendet wird, von den entsprechenden mobilen Endgeräten nicht empfangen werden. Gleiches gilt auch für die Empfangsrichtung, wenn entsprechende Phasendifferenzen zwischen den n-Signalanschlüssen 9a₁ , ..., 9a_n bzw. 9b₁ , ..., 9b_n der ersten und der zweiten Gruppe 9a, 9b des Beamforming-Netzwerks 2 und der Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 vorliegen. Um solche destruktiven Interferenzen 12 zu vermeiden, ist, wie bereits erläutert, eine umfangreiche Kalibrierung notwendig.
Eine solche umfangreiche und teure Kalibrierung ist bei der hier vorliegenden Erfindung nicht notwendig. Die 3A und 3B zeigen ein erfindungsgemäßes Mobilfunksystem 1, bei dem die Signale, die über den Broadcast-Beam 11 übertragen werden sollen, unterschiedliche Signallaufzeiten hin zu den jeweiligen Signalanschlüssen 9a₁ , ..., 9a_n der ersten Gruppe 9a und den Signalanschlüssen 9b₁ , ..., 9b_n der zweiten Gruppe 9b haben dürfen.
Das Beamforming-Netzwerk 2 und die Mehrfachantennenanordnung 3 sind, wie auch die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10, gemäß der Beschreibung zu den vorherigen Figuren aufgebaut, weshalb auf diese verwiesen wird.
Erfindungsgemäß werden allerdings nicht mehr alle Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n der ersten Gruppe 8a und nicht mehr alle Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8b₁ , ..., 8b_n der zweiten Gruppe 8b eingesetzt, um den Broadcast-Beam 11 zu bilden. Das Beamforming-Netzwerk 2 ist dazu ausgebildet, über die erste Gruppe 4a der n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n des Mehrfachantennensystems 3 eine erste Gruppe 8a von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n einzustellen, die unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind.
Selbiges gilt auch für die zweite Gruppe 4b von n-Strahleranordnungen 4b₁ , ..., 4b_n des Mehrfachantennensystems 3. Über diese wird wiederum eine zweite Gruppe 8b von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8b₁ , ..., 8b_n eingestellt, die unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind.
In dem Ausführungsbeispiel der 3A und 3B werden keine direkt zueinander angrenzenden Abstrahl- und Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n bzw. 9a₁ , ..., 9a_n der gleichen Gruppe 8a, 8b eingestellt. Vielmehr werden dazwischen liegende Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n bzw. 8b₁ , ..., 8b_n nicht eingestellt bzw. angeregt bzw. erzeugt. Dies erkennt man daran, dass in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nur lediglich jeder zweite Signalanschluss 9a₁ , ..., 9a_n der ersten Gruppe 9a und nur lediglich jeder zweite Signalanschluss 9b₁ , ..., 9b_n der zweiten Gruppe 9b mit einem Signal beaufschlagt wird. Grundsätzlich wäre es möglich auch nur lediglich jeden dritten oder jeden vierten oder jeden fünften oder jeden sechsten der n-Signalanschlüsse 9a₁ , ..., 9a_n bzw. 9b₁ , ..., 9b_n der ersten bzw. zweiten Gruppe 9a, 9b für das Erzeugen eines Broadcast-Beams 11 zu verwenden. In diesem Fall würde nur jede dritte oder jede vierte oder jede fünfte oder jede sechste Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8a₁ , ..., 8a_n bzw. 8b₁ , ..., 8b_n der ersten oder zweiten Gruppe 8a, 8b verwendet werden.
Den jeweiligen Signalanschlüssen 9a₁ , ..., 9a_n bzw. 9b₁ , ..., 9b_n der ersten bzw. zweiten Gruppe 9a, 9b wird jeweils dasselbe Signal zugeführt bzw. es wird entsprechend ein Signal gemessen, welches an diesen Signalanschlüssen 9a₁ , ..., 9a_n bzw. 9b₁ , ..., 9b_n der jeweiligen Gruppe 9a, 9b ausgegeben wird.
In 3B umfasst die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 noch zumindest eine Schalteinrichtung 13. Diese ist dazu ausgebildet mehrere der n-Signalanschlüsse 9a₁ , ..., 9a_n der ersten Gruppe 9a miteinander und außerdem mit mehreren, aber nicht allen der n-Signalanschlüsse 9b₁ , ..., 9b_n der zweiten Gruppe 9b miteinander elektrisch zu verbinden, so dass die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 das Signal für den Broadcast-Beam gleichzeitig an die jeweiligen Signalanschlüsse 9a₁ , ..., 9a_n bzw. 9b₁ , ..., 9b_n der ersten und zweiten Gruppe 9a, 9b übermittelt.
Die Schalteinrichtung 13 ist dabei dazu ausgebildet jeweils mehrere miteinander verbundene gerade bzw. geradzahlige Signalanschlüsse 9a₁ , ..., 9a_n der ersten Gruppe 9a mit jeweils mehreren ungeraden bzw. ungeradzahligen Signalanschlüssen 9b₁ , ..., 9b_n der zweiten Gruppe 9b elektrisch zu verbinden.
Umgekehrt wäre es natürlich auch möglich mehrere ungerade bzw. ungeradzahlige Signalanschlüsse 9a₁ , ..., 9a_n der ersten Gruppe 9a miteinander und mit mehreren geraden bzw. geradzahligen Signalanschlüssen 9b₁ , ..., 9b_n der zweiten Gruppe 9b miteinander elektrisch zu verbinden.
Die 4A und 4B zeigen ein Antennendiagramm des erfindungsgemäßen Mobilfunksystems 1. In 4A sind diejenigen Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ... 8a_n der ersten Gruppe 8a dargestellt, deren dazu korrespondierenden Signalanschlüsse 9a₁ , ... 9a_n der ersten Gruppe 9a des Beamforming-Netzwerks 2 mit der Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 verbunden bzw. durch diese gespeist sind. Die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 könnte an den dazu korrespondierenden Signalanschlüssen 9a₁ , ... 9a_n der ersten Gruppe 9a auch die jeweiligen Daten bzw. Signale empfangen und/oder verarbeiten. In dem Ausführungsbeispiel der 3A und 3B werden zur besseren Übersicht lediglich drei Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n der ersten Gruppe 8a angeregt. Grundsätzlich könnten es allerdings auch mehrere Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n der ersten Gruppe 8a sein.
Gestrichelt dargestellt sind in 4B die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8b₁ , ..., 8b_n der zweiten Gruppe 8b.
Zu erkennen ist, dass die erzeugten bzw. verwendeten Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n der ersten Gruppe 8a untereinander überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander angeordnet sind. Gleiches gilt auch für die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8b₁ , ..., 8b_n der zweiten Gruppe 8b. Weiterhin ist zu erkennen, dass bei einer Überlagerung dieser Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n und 8b₁ , ..., 8b_n beider Gruppen 8a, 8b der daraus entstehende Broadcast-Beam 11 die Mobilfunkzelle vollständig ausleuchtet, wobei durch die Entkoppelung beider Gruppen 8a, 8b zueinander gewährleistet ist, dass auch bei einer beliebigen Phasenlage der Signale an der ersten Gruppe 9a der n-Signalleitungsanschlüsse 9a₁ , ..., 9a_n und der zweiten Gruppe 9b der n-Signalleitungsanschlüsse 9b₁ , ..., 9b_n keine destruktiven Interferenzen auftreten.
Die 4C zeigt ein Antennendiagramm des erfindungsgemäßen Mobilfunksystems 1, wenn zwischen den Signalen an den Eingängen der n-Signalleitungsanschlüsse 9a₁ , ..., 9a_n bzw. 9b₁ , ..., 9b_n der ersten und zweiten Gruppe 9a, 9b, die zur Erzeugung des Broadcast-Beams 11 verwendet werden, gleiche Phasenbedingungen bzw. speziell optimierte Phasenlagen herrschen, die Signale folglich an den jeweiligen n-Signalleitungsanschlüssen 9a₁ , ..., 9a_n bzw. 9b₁ , ..., 9b_n der ersten und zweiten Gruppe 9a, 9b die gleiche Phasenlage aufweisen, so dass ein Broadcast-Beam 11 entsteht, der die Mobilfunkzelle bestmöglich ausleuchtet. Dies wäre der Optimalfall, der lediglich durch eine entsprechende Kalibrierung sicher zu erreichen ist. Allerdings kommt es durch den erfindungsgemäßen Aufbau bzw. die erfindungsgemäße Ansteuerung des Mobilfunksystems 1 auch ohne eine entsprechende Kalibrierung zu keinen destruktiven Interferenzen.
Die 4D zeigt wie ein Antennendiagramm des erfindungsgemäßen Mobilfunksystems 1 aussehen kann, wenn die entsprechenden Phasen an den Signalanschlüssen 9a₁ , ..., 9a_n bzw. 9b₁ , ..., 9b_n der beiden Gruppen 9a, 9b, die für den Broadcast-Beam 11 verwendet werden, willkürlich gewürfelt zueinander ausgerichtet sind. In diesem Fall kommt es dennoch zu keinen destruktiven Interferenzen 12, wie diese noch in 2C dargestellt sind. Die Mobilfunkzelle ist dennoch weiterhin annähernd optimal ausgeleuchtet.
Erfindungsgemäß ist die Lage bzw. Ausrichtung der beiden Gruppen 8a, 8b von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n bzw. 8b₁ , ..., 8b_n derart festzulegen, dass zwischen zwei benachbarten Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n oder 8b₁ , ..., 8b_n der gleichen Gruppe 8a oder 8b eine Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8b₁ , ..., 8b_n oder 8a₁ , ..., 8a_n der anderen Gruppe 8b oder 8a liegt, wodurch der erfindungsgemäße Broadcast-Beam 11 gebildet ist. Dies bedeutet, dass keine der Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n bzw. 8b₁ , ..., 8b_n , die den Broadcast-Beam 11 bilden, im Antennendiagramm in die gleiche Richtung ausgerichtet sind.
In der Ausführungsform der hier vorliegenden Erfindung gemäß den 3A, 3B sind die erste Gruppe 4a von n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n und die zweite Gruppe 4b von n-Strahleranordnungen 4b₁ , ..., 4b_n orthogonal zueinander polarisiert, insbesondere in einem Winkel von +45° und in einem Winkel von -45° gegenüber einer horizontalen Ebene 6. Andere Polarisationsarten wären ebenfalls denkbar.
Im Hinblick auf die 3A und 3B sind die durch die Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n und 4b₁ , ..., 4b_n der beiden Gruppen 4a und 4b gebildeten n-Strahlereinrichtungen 5₁ , ..., 5_n in einer Reihe entlang der horizontalen Ebene 6 nebeneinander beabstandet angeordnet.
Im Hinblick auf 5A ist dargestellt, dass das Mobilfunksystem 1 ein Strahler-Array 15 umfassen kann. Hierzu umfasst das Mobilfunksystem 1 eine Vielzahl von m Strahlerreihen 16₁ , ..., 16_m , die vorzugsweise gleich aufgebaut sind. Jede dieser weiteren Strahlerreihen 16₂ , ..., 16_m umfasst vorzugsweise bis zu oder mehr als n-Strahlereinrichtungen 5₁ , ..., 5_n .
Die einzelnen Strahlerreihen 16₁ , ..., 16_m sind übereinander beabstandet angeordnet. Dies bedeutet insbesondere, dass jede Strahlerreihe 16₁ , ..., 16_m parallel zu den anderen Strahlerreihen 16₁ , ..., 16_m angeordnet ist. Dies bedeutet, dass sich jede Strahlerreihe 16₁ , ..., 16_m mit ihren n-Strahlereinrichtungen 5₁ , ..., 5_n horizontal erstreckt, beispielsweise in X-Richtung, wohingegen die einzelnen Strahlerreihen 16₁ , ..., 16_m in vertikaler Richtung, beispielsweise in Y-Richtung, versetzt zueinander angeordnet sind und wobei die Hauptabstrahlrichtung dann in Z-Richtung verläuft.
Neben dem bekannten Beamforming-Netzwerk 2 gibt es für jede weitere Strahlerreihe 16₂ , ..., 16_m noch ein weiteres Beamforming-Netzwerk (nicht dargestellt). Dieses ist vorzugsweise genauso aufgebaut wie das bereits beschriebene Beamforming-Netzwerk 2. Die weiteren Beamforming-Netzwerke sind mit den Strahleranordnungen der weiteren Strahlerreihen 16₂ , ..., 16_m elektrisch verbunden. Die Beamforming-Netzwerke 2 sind dazu ausgebildet, die Lage bzw. Ausrichtung der beiden Gruppen 8a, 8b von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n , 8b₁ , ..., 8b_n jeder der m Strahlerreihen 16₁ , ..., 16_m derart festzulegen, dass für zwei vertikal benachbarte Strahlerreihen 16₁ , ..., 16_m gilt:

a) die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n der jeweiligen ersten Gruppen 8a sind überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei (im Antennendiagramm) zueinander ausgerichtet; und
b) die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8b₁ , ..., 8b_n der jeweiligen zweiten Gruppen 8b sind überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei (im Antennendiagramm) zueinander ausgerichtet.

Dies bedeutet, dass jede der m-Strahlerreihen 16₁ , ..., 16_m wiederum mit einem eigenen Beamforming-Netzwerk 2, mit vorzugsweise jeweils zwei Butler-Matrizen 2a, 2b oder zwei Rotman-Linsen elektrisch verbunden ist. Die Butler-Matrizen 2a, 2b zweier aufeinander folgender, benachbarter Strahlerreihen 16₁ , ..., 16_m werden an unterschiedlichen Signalanschlüssen 9a₁ , ..., 9a_n bzw. 9b₁ , ..., 9b_n gespeist. Vorzugweise werden in einer Strahlerreihe 16₁ , ..., 16_m lediglich gerade Signalanschlüsse 9a₁ , ..., 9a_n der ersten Gruppe 9a und ungerade Signalanschlüsse 9b₁ , ..., 9b_n der zweiten Gruppe 9b gespeist, wobei unmittelbar in der benachbarten Strahlerreihe 16₁ , ... 16_m jeweils ungerade Signalanschlüsse 9a₁ , ..., 9a_n der ersten Gruppe 9a und gerade Signalanschlüsse 9b₁ , ..., 9b_n der zweiten Gruppe 9b gespeist werden. Dies könnte selbstverständlich auch umgekehrt sein. Grundsätzlich muss nicht lediglich jeder zweite Signalanschluss 9a₁ , ..., 9a_n bzw. 9b₁ , ..., 9b_n gespeist werden, es könnte auch jeder dritte bzw. jeder vierte bzw. jeder fünfte bzw. jeder sechste gespeist werden.
Für jede weitere Strahlerreihe 16₁ , ..., 16_m mit jeweils n dipolförmigen Strahlereinrichtungen 5₁ , ..., 5_n gibt es jeweils zwei zusätzliche Rotman-Linsen bzw. Butler-Matrizen 2a, 2b. Die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 muss ebenfalls an den geänderten Sachverhalt angepasst werden. In diesem Fall ist sichergestellt, dass auch bei Einsatz des Antennen-Arrays 15, welches mehrere Strahlerreihen 16₁ , ..., 16_m mit je, bzw. bis zu oder mehr als n-Strahlereinrichtungen 5₁ , ..., 5_n umfasst, keine destruktiven Interferenzen auftreten, wenn über dieses Strahler- bzw. Antennen-Array 15 ein Broadcast-Beam 11 erzeugt wird. Vorzugsweise entspricht m = n. Es wäre auch möglich, dass m ≥ n oder m ≤ n sein könnte.
In der 5A sind die einzelnen Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n der ersten Gruppe 8a mit durchgezogener Linie für zumindest drei Strahlerreihen 16₁ , ..., 16_m mit je n-Strahlereinrichtungen 5₁ , ..., 5_n dargestellt. Mit gestrichelter Linie sind die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8b₁ , ..., 8b_n der zweiten Gruppe 8b für drei Strahlerreihen 16₁ , ..., 16_m mit je n-Strahlereinrichtungen 5₁ , ..., 5_n dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n bzw. 8b₁ , ..., 8b_n einer Gruppe 8a oder 8b einer Strahlerreihe 16₁ , ..., 16_m von denen einer direkt aufeinanderfolgenden Reihe 16₁ , ..., 16_m (horizontal) versetzt angeordnet sind. Dadurch wird das Auftreten von destruktiven Interferenzen selbst dann vermieden, wenn dem entsprechenden Beamforming-Netzwerk 2 das Signal, welches in dem Broadcast-Beam 11 ausgesendet werden soll, in einer unbestimmten Phasenlage übergeben wird.
In 5B ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Mobilfunksystems 1 dargestellt. Die ersten Gruppen 4a von bis zu n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n von zwei vertikal benachbarten Strahlerreihen 16₁ , ..., 16_m sind abwechselnd entweder mit der ersten Gruppe 7a (durchgezogene Linie) von bis zu n-Antennenanschlüssen 7a_i , ..., 7a_n des jeweiligen Beamforming-Netzwerks 2 oder mit der zweiten Gruppe 7b (gestrichelte Linie) von bis zu n-Antennenanschlüssen 7b₁ , ..., 7b_n des jeweiligen Beamforming-Netzwerks 2 elektrisch verbunden. Bei den zweiten Gruppen 4b ist dies genau umgekehrt. Diese sind abwechselnd entweder mit der zweiten Gruppe 7b von bis zu n-Antennenanschlüssen 7b₁ , ..., 7b_n des jeweiligen Beamforming-Netzwerks 2 oder mit der ersten Gruppe 7a von bis zu n-Antennenanschlüssen 7a_i , ..., 7a_n des jeweiligen Beamforming-Netzwerks 2 elektrisch verbunden.
Beispielsweise ist die erste Gruppe 4a von bis zu n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n von einer Strahlerreihe 16₁ mit der ersten Gruppe 7a (durchgezogene Linie) von bis zu n-Antennenanschlüssen 7a_i , ..., 7a_n des jeweiligen Beamforming-Netzwerks 2 elektrisch verbunden. Bei der benachbarten Strahlerreihe 16₂ ist die erste Gruppe 4a von bis zu n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n dagegen mit der zweiten Gruppe 7b (gestrichelte Linie) von bis zu n-Antennenanschlüssen 7b₁ , ..., 7b_n des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden. Umgekehrtes gilt für die zweite Gruppe 4b von bis zu n-Strahleranordnungen 4b₁ , ..., 4b_n von den benachbarten Strahlerreihen 16₁ , 16₂ .
Insbesondere gilt, dass bei allen geradzahligen m Strahlerreihen 16₂ , ..., 16_m die erste Gruppe 4a der n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n mit der ersten Gruppe 7a der n Antennenanschlüsse 7a_i , ..., 7a_n des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden sind und die zweite Gruppe 4b der n-Strahleranordnungen 4b₁ , ..., 4b_n mit der zweiten Gruppe 7b der n Antennenanschlüsse 7b₁ , ..., 7b_n des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden sind. Umgekehrt gilt für die ungeradzahligen m Strahlerreihen 16₁ , ..., 16_m-1 , dass die erste Gruppe 4a der n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n mit der zweiten Gruppe 7b der n Antennenanschlüsse 7b₁ , ..., 7b_n des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden sind und dass die zweite Gruppe 4b der n-Strahleranordnungen 4b₁ , ..., 4b_n mit der ersten Gruppe 7a der n Antennenanschlüsse 7a_i , ..., 7a_n des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden sind. Darunter ist auch zu verstehen, dass die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 die einzelnen Beamformung-Netzwerke 2 von zwei vertikal benachbarten Strahlerreihen 16₁ , ..., 16_m vertauscht und damit umgekehrt speist.
Dadurch sind die einzelnen Strahlereinrichtungen 5₁ , ..., 5_n der Strahlerreihen 16₂ , ..., 16_m bestmöglich entkoppelt.
6 zeigt schließlich noch ein Flussdiagramm, das erläutert, wie der Broadcast-Beam 11 erzeugt wird. Grundsätzlich ist ein entsprechendes Mobilfunksystem 1 erforderlich, wie dieses bereits beschrieben wurde. Dieses umfasst ein Mehrfachantennensystem 3 und ein Beamforming-Netzwerk 2. In einem ersten Schritt S₁ wählt bzw. stellt das Beamforming-Netzwerk 2 eine erste Gruppe 8a von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n aus bzw. ein, die über die erste Gruppe 4a von n-Strahleranordnungen 4a₁ , ..., 4a_n des Mehrfachantennensystems 3 unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind. In einem weiteren Verfahrensschritt S₂ wählt bzw. stellt das Beamforming-Netzwerk 2 eine zweite Gruppe 8b von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8b₁ , ..., 8b_n aus bzw. ein, die über die zweite Gruppe 4b von n-Strahleranordnungen 4b₁ , ..., 4b_n des Mehrfachantennensystems 3 unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind. In einem dritten Verfahrensschritt S₃ legt das Beamforming-Netzwerk 2 die Lage bzw. Ausrichtung der beiden Gruppen 8a, 8b von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n und 8b₁ , ..., 8b_n so fest, dass zwischen zwei benachbarten Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8a₁ , ..., 8a_n oder 8b₁ , ..., 8b_n der einen Gruppe 8a oder 8b eine Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8b₁ , ..., 8b_n oder 8a₁ , ..., 8a_n der anderen Gruppe 8b oder 8a liegt, wodurch letztlich der Broadcast-Beam 11 gebildet ist.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Erfindung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 03/047027 A1 [0004]

Claims

Mobilfunksystem (1) mit einem Beamforming-Netzwerk (2) und einem Mehrfachantennensystem (3), um ein Broadcast-Beam (11) zu erzeugen, mit den folgenden Merkmalen: - das Mehrfachantennensystem (3) umfasst zumindest eine Strahlerreihe (16₁); - die zumindest eine Strahlerreihe (16₁) umfasst eine erste Gruppe (4a) von n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) und eine zweite Gruppe (4b) von n-Strahleranordnungen (4b₁, ..., 4b_n), mit n ≥ 2, wobei das Mehrfachantennensystem (3) über beide Gruppen (4a, 4b) von Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n, 4b₁, ..., 4b_n) in zwei linearen, zirkularen oder elliptischen Polarisationen sendet und/oder empfängt, wobei die Polarisation der ersten Gruppe (4a) der n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) zu der Polarisation der zweiten Gruppe (4b) der n-Strahleranordnungen (4b₁, ..., 4b_n) entkoppelt ausgerichtet ist; - das Beamforming-Netzwerk (2) umfasst eine erste Gruppe (7a) von n-Antennenanschlüssen (7a₁, ..., 7a_n) und eine zweite Gruppe (7b) von n-Antennenanschlüssen (7b₁, ..., 7b_n), wobei die erste Gruppe (7a) der n-Antennenanschlüsse (7a₁, ..., 7a_n) mit der ersten Gruppe (4a) der n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) elektrisch verbunden ist und wobei die zweite Gruppe (7b) der n-Antennenanschlüsse (7b₁, ..., 7b_n) mit der zweiten Gruppe (4b) der n-Strahleranordnungen (4b₁, ..., 4b_n) elektrisch verbunden ist; - das Beamforming-Netzwerk (3) ist dazu ausgebildet: a) über die erste Gruppe (4a) von n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) der zumindest einen Strahlerreihe (16₁) des Mehrfachantennensystems (3) eine erste Gruppe (8a) von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n) einzustellen, die unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind; und b) über die zweite Gruppe (4b) von n-Strahleranordnungen (4b₁, ..., 4b_n) der zumindest einen Strahlerreihe (16₁) des Mehrfachantennensystems (3) eine zweite Gruppe (8b) von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8b₁, ..., 8b_n) einzustellen, die unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind; und c) die Lage bzw. Ausrichtung der beiden Gruppen (8a, 8b) von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n; 8b₁, ..., 8b_n) derart festzulegen, dass zwischen zwei benachbarten Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n; 8b₁, ..., 8b_n) der einen Gruppe (8a; 8b) eine Abstrahl- bzw. Empfangskeule (8b₁, ..., 8b_n; (8a₁, ..., 8a_n)) der anderen Gruppe (8b; 8a) liegt, wodurch der Broadcast-Beam (11) gebildet ist.
Mobilfunksystem (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, die folgenden Merkmale: - das Beamforming-Netzwerk (2) umfasst eine erste Gruppe (9a) von n-Signalanschlüssen (9a₁, ..., 9a_n) und eine zweite Gruppe (9b) von n-Signalanschlüssen (9b₁, ..., 9b_n); - mit einer Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung (10); - die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung (10) ist mit den n-Signalanschlüssen (9a₁, ..., 9a_n, 9b₁, ..., 9b_n) der ersten und der zweiten Gruppe (9a, 9b) elektrisch verbunden; - die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung (10) ist dazu ausgebildet: a) ein Signal für einen Broadcast-Beam (11) zu erzeugen und dieses mehreren der n-Signalanschlüsse (9a₁, ..., 9a_n) der ersten Gruppe (9a) und mehreren der n-Signalanschlüsse (9b₁, ..., 9b_n) der zweiten Gruppe (9b) zuzuführen, wobei das Beamforming-Netzwerk (2) dazu ausgebildet ist, das Signal, welches an mehreren der n-Signalanschlüsse (9a₁, ..., 9a_n, 9b₁, ..., 9b_n) der ersten und zweiten Gruppe (9a, 9b) anliegt, derart umzusetzen, dass dieses über mehrere Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n, 8b₁, ..., 8b_n) der ersten und zweiten Gruppe (8a, 8b) ausgesendet wird; und/oder b) ein Signal oder mehrere Signale zu empfangen, das bzw. die an einem oder mehreren der n-Signalanschlüsse (9a₁, ..., 9a_n, 9b₁, ..., 9b_n) der ersten und/oder der zweiten Gruppe (9a, 9b) anliegt bzw. anliegen; das Beamforming-Netzwerk (2) ist dazu ausgebildet, das Signal oder diese Signale, das bzw. die über die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n, 8b₁, ..., 8b_n) der ersten und/oder zweiten Gruppe (8a, 8b) des Broadcast-Beams (11) empfangen wird, derart umzusetzen, dass dieses bzw. diese an dem einen oder den mehreren der n-Signalanschlüsse (9a₁, ..., 9a_n, 9b₁, ..., 9b_n) der ersten und/oder der zweiten Gruppe (9a, 9b) anliegt bzw. anliegen.
Mobilfunksystem (1) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch, die folgenden Merkmale: - die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung (10) ist dazu ausgebildet lediglich an denjenigen der n-Signalanschlüsse (9a₁, ..., 9a_n, 9b₁, ..., 9b_n) der ersten und der zweiten Gruppe (9a, 9b) ein Signal für einen Broadcast-Beam (11) anzulegen oder ein Signal von einem Broadcast-Beam (11) zu empfangen, die zu den Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n, 8b₁, ..., 8b_n) der ersten Gruppe (8a) bzw. der zweiten Gruppe (8b) von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n, 8b₁, ..., 8b_n) korrespondieren, für die gilt: a) die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n) der ersten Gruppe (8a) sind überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander angeordnet; und b) die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8b₁, ..., 8b_n) der zweiten Gruppe (8b) sind überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander angeordnet.
Mobilfunksystem (1) nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch, das folgende Merkmal: - die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung (10) ist dazu ausgebildet lediglich an jedem zweiten oder jedem dritten oder jedem vierten oder jedem fünften der n-Signalanschlüsse (9a₁, ..., 9a_n, 9b₁, ..., 9b_n) der ersten und der zweiten Gruppe (9a, 9b) von n-Signalanschlüssen (9a₁, ..., 9a_n, 9b₁, ..., 9b_n) ein Signal für einen Broadcast-Beam (10) zu senden oder ein Signal von einem Broadcast-Beam (10) zu empfangen, wodurch lediglich Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n) der ersten Gruppe (8a) verwendet werden, die überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander angeordnet sind und wodurch lediglich Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8b₁, ..., 8b_n) der zweiten Gruppe (8b) verwendet werden, die überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander angeordnet sind.
Mobilfunksystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch, die folgenden Merkmale: - die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung (10) umfasst eine Schalteinrichtung (13); - die Schalteinrichtung (13) ist dazu ausgebildet mehrere der n-Signalanschlüsse (9a₁, ..., 9a_n) der ersten Gruppe (9a) der n-Signalanschlüsse (9a₁, ..., 9a_n, 9b₁, ..., 9b_n) miteinander und mit mehreren der n-Signalanschlüsse (9b₁, ..., 9b_n) der zweiten Gruppe (9b) der n-Signalanschlüsse (9a₁, ..., 9a_n, 9b₁, ..., 9b_n) elektrisch zu verbinden, sodass die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung (10) das Signal für den Broadcast-Beam (11) gleichzeitig an die jeweiligen Signalanschlüsse (9a₁, ..., 9a_n, 9b₁, ..., 9b_n) der ersten und zweiten Gruppe (9a, 9b) übermittelt.
Mobilfunksystem (1) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch, das folgende Merkmal: die Schalteinrichtung (13) ist dazu ausgebildet a) jeweils mehrere miteinander verbundenen gerade Signalanschlüsse (9a₁, ..., 9a_n) der ersten Gruppe (9a) der n-Signalanschlüsse (9a₁, ..., 9a_n, 9b₁, ..., 9b_n) mit jeweils mehreren miteinander verbundenen ungeraden Signalanschlüssen (9b₁, ..., 9b_n) der zweiten Gruppe (9b) der n-Signalanschlüsse (9a₁, ..., 9a_n, 9b₁, ..., 9b_n); oder umgekehrt b) jeweils mehrere miteinander verbundenen ungerade Signalanschlüsse (9a₁, ..., 9a_n) der ersten Gruppe (9a) der n-Signalanschlüsse (9a₁, ..., 9a_n, 9b₁, ..., 9b_n) mit jeweils mehreren miteinander verbundenen geraden Signalanschlüssen (9b₁, ..., 9b_n) der zweiten Gruppe (9b) der n-Signalanschlüsse (9a₁, ..., 9a_n, 9b₁, ..., 9b_n) elektrisch zu verbinden.
Mobilfunksystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, das folgende Merkmal: - das Beamforming-Netzwerk (2) umfasst zwei Butler-Matrizen (2a, 2b) oder zwei Rotman-Linsen, wobei die erste Butler-Matrix (2a) bzw. die erste Rotman-Linse mit der ersten Gruppe (4a) von n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) elektrisch verbunden ist und wobei die zweite Butler-Matrix (2b) bzw. die zweite Rotman-Linse mit der zweiten Gruppe (4b) von n-Strahleranordnungen (4b₁, ..., 4b_n) elektrisch verbunden ist.
Mobilfunksystem (1) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch, das folgende Merkmal: - die Butler-Matrizen (2a, 2b) sind jeweils als n x n-Matrizen ausgebildet, wobei n mindestens 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 oder 16 entspricht.
Mobilfunksystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, die folgenden Merkmale: - die erste Gruppe (4a) von n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) und die zweite Gruppe (4b) von n-Strahleranordnungen (4b₁, ..., 4b_n) sind orthogonal zueinander polarisiert, insbesondere in einem Winkel von +45° und in einem Winkel von -45° gegenüber einer horizontalen Ebene (6) ausgerichtet; oder - die erste Gruppe (4a) von n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) ist links zirkular polarisiert und die zweite Gruppe (4b) von n-Strahleranordnungen (4b₁, ..., 4b_n) ist rechts zirkular polarisiert; oder - die erste Gruppe (4a) von n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) ist links elliptisch polarisiert und die zweite Gruppe (4b) von n-Strahleranordnungen (4b₁, ..., 4b_n) ist rechts elliptisch polarisiert.
Mobilfunksystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, das folgende Merkmal: - jeweils eine der n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) der ersten Gruppe (4a) und eine der n-Strahleranordnungen (4b₁, ..., 4b_n) der zweiten Gruppe (4b) der zumindest einen Strahlerreihe (16₁) bilden eine patchstrahlerförmige oder dipolförmige Strahlereinrichtung (5₁, ..., 5_n), die vorzugsweise in Form eines Vektordipols, eines Kreuzdipols oder eines Dipolquadrats ausgebildet ist.
Mobilfunksystem (1) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch, das folgende Merkmal: - die n-Strahlereinrichtungen (5₁, ..., 5_n) der zumindest einen Strahlerreihe (16₁) sind in einer Reihe horizontal nebeneinander oder in einer horizontalen Ebene (6) angeordnet.
Mobilfunksystem (1) nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch, die folgenden Merkmale: - mit zumindest m Strahlerreihen (16₁, ..., 16_m), mit m ≥ 2, wobei m eine natürliche Zahl ist; - die m Strahlerreihen (16₁, ..., 16_m) umfassen jeweils eine erste Gruppe (4) von bis zu n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) und eine zweite Gruppe (4b) von bis zu n-Strahleranordnungen (4b₁, ..., 4b_n) ; - die Strahlerreihen (16₁, ..., 16_m) sind vertikal, vorzugsweise in einer vertikalen Ebene (17) beabstandet zueinander angeordnet, sodass ein Strahler-Array (15) gebildet ist; - mit m Beamforming-Netzwerken (2), wobei jedes der m Beamforming-Netzwerke (2) mit den Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n , 4b₁, ..., 4b_n) einer der m Strahlerreihen (16₁, ..., 16_m) elektrisch verbunden ist; - die m Beamforming-Netzwerke (2) sind dazu ausgebildet, die Lage bzw. Ausrichtung der jeweils beiden Gruppen (8a, 8b) von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n, 8b₁, ..., 8b_n) jeder der Strahlerreihen (16₁, ..., 16_m) derart festzulegen, dass für zwei vertikal benachbarte Strahlerreihen (16₁, ..., 16_m) gilt: a) die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n) der jeweiligen ersten Gruppen (8a) sind überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet; und b) die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8b₁, ..., 8b_n) der jeweiligen zweiten Gruppen (8b) sind überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet.
Mobilfunksystem (1) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch, die folgende Merkmale: - bei den geradzahligen m Strahlerreihen (16₂, ..., 16_m) ist die jeweilige erste Gruppe (4a) der n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) mit der ersten Gruppe (7a) der n Antennenanschlüsse (7a₁, ..., 7a_n) des jeweiligen Beamforming-Netzwerks (2) elektrisch verbunden und die jeweilige zweite Gruppe (4b) der n-Strahleranordnungen (4b₁, ..., 4b_n) mit der zweiten Gruppe (7b) der n Antennenanschlüsse (7b₁, ..., 7b_n) des jeweiligen Beamforming-Netzwerks (2); - bei den ungeradzahligen m Strahlerreihen (16₁, ..., 16_m-1) ist die jeweilige erste Gruppe (4a) der n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) mit der zweiten Gruppe (7b) der n Antennenanschlüsse (7b₁, ..., 7b_n) des jeweiligen Beamforming-Netzwerks (2) elektrisch verbunden und die jeweilige zweite Gruppe (4b) der n-Strahleranordnungen (4b₁, ..., 4b_n) mit der ersten Gruppe (7a) der n Antennenanschlüsse (7a₁, ..., 7a_n) des jeweiligen Beamforming-Netzwerks (2).
Verfahren um ein Broadcast-Beam (11) für ein Mobilfunksystem (1) mit einem Beamforming-Netzwerk (2) und einem Mehrfachantennensystem (3) zu erzeugen, mit den folgenden Merkmalen: - das Mehrfachantennensystem (3) umfasst zumindest eine Strahlerreihe (16₁), die eine erste Gruppe (4a) von n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) und eine zweite Gruppe (4b) von n-Strahleranordnungen (4b₁, ..., 4b_n) aufweist, mit n ≥ 2, wobei das Mehrfachantennensystem (3) über beide Gruppen (4a, 4b) von n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n; 4b₁, ..., 4b_n) in zwei linearen, zirkularen oder elliptischen Polarisationen sendet und/oder empfängt, wobei die Polarisation n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) der ersten Gruppe (4a) zu der Polarisation der n-Strahleranordnungen (4b1, ..., 4bn) der zweiten Gruppe (4b) entkoppelt ausgerichtet ist; - das Beamforming-Netzwerk (2) umfasst eine erste Gruppe (7a) von n-Antennenanschlüssen (7a1, ..., 7an) und eine zweite Gruppe (7b) von n-Antennenanschlüssen (7b₁, ..., 7b_n), wobei die erste Gruppe (7a) der n-Antennenanschlüsse (7a₁, ..., 7a_n) mit der ersten Gruppe (4a) der n-Strahleranordnungen (4a1, ..., 4an) elektrisch verbunden ist und wobei die zweite Gruppe (7b) der n-Antennenanschlüsse (7b₁, ..., 7b_n) mit der zweiten Gruppe (4b) der n-Strahleranordnungen (4b1, ..., 4bn) elektrisch verbunden ist; - das Beamforming-Netzwerk (2) führt die folgenden Verfahrensschritte aus: a) Einstellen einer ersten Gruppe (8a) von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n), die über die erste Gruppe (4a) von n-Strahleranordnungen (4a₁, ..., 4a_n) der zumindest einen Strahlerreihe (16₁) des Mehrfachantennensystems (3) unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind; und b) Einstellen einer zweiten Gruppe (8b) von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8b₁, ..., 8b_n), die über die zweite Gruppe (4b) von n-Strahleranordnungen (4b₁, ..., 4b_n) der zumindest einen Strahlerreihe (16₁) des Mehrfachantennensystems (3) unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind; und c) Festlegen der Lage bzw. Ausrichtung der beiden Gruppen (8a, 8b) von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n; 8b₁, ..., 8b_n), so dass zwischen zwei benachbarten Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a₁, ..., 8a_n; 8b₁, ..., 8b_n) der einen Gruppe (8a; 8b) eine Abstrahl- bzw. Empfangskeule (8b₁, ..., 8b_n; 8a₁, ..., 8a_n) der anderen Gruppe (8b; 8a) liegt, wodurch der Broadcast-Beam (11) gebildet wird.