DE19737136A1

DE19737136A1 - Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung

Info

Publication number: DE19737136A1
Application number: DE19737136A
Authority: DE
Inventors: Takashi Fukagawa; Makoto Hasegawa; Akihiko Matsuoka; Naoki Adachi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-08-28
Filing date: 1997-08-26
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2017-08-27
Also published as: GB9717163D0; JP3204111B2; GB2316807B; GB2316807A; CN1176566A; CN1150781C; JPH1070502A; DE19737136C2; KR100298112B1; KR19980019108A; US6188913B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antennenvor richtung mit steuerbarer Richtwirkung zur Verwendung in Ba sisstationen und Mobilstationen eines mobilen Kommunikations systems wie beispielsweise ein Funkrufsystem, ein zellulares Telefonsystem, usw.

Gemäß dem Stand der Technik wurden Verfahren wie beispiels weise Zeitmultiplex (TDMA), Frequenzmultiplex (FDMA), Code multiplex (CDMA) usw. als Verfahren zur Durchführung einer Kommunikation mit einer Vielzahl von Mobilstationen innerhalb zugewiesener Bereiche entsprechender Basisstationen eines mo bilen Kommunikationssystems verwendet. Beim Zeitmultiplex wird ein Kanal mit einer einzelnen Frequenz in äquidistante Intervalle entlang der Zeitachse eingeteilt, um Übertragungs schlitze zum Ermöglichen einer Übertragung zwischen einer Vielzahl von Mobilstationen und einer Basisstation bereitzu stellen, während dies beim Frequenzmultiplex durch Verwenden einer Vielzahl verschiedener Frequenzkanäle erreicht wird. Alternativ dazu, führen beim Codemultiplex eine Vielzahl von Mobilstationen eine Spektralzerstreuungsmodulation unter Ver wendung von Daten durch, die so kodiert sind, daß sicherge stellt ist, daß keine gegenseitige Korrelation zwischen den entsprechenden Signalen auftritt, die durch eine Basisstation von den verschiedenen Mobilstationen erhalten werden, um da durch eine Übertragung zwischen den Mobilstationen und der Basisstation innerhalb desselben Frequenzbands zu ermögli chen.

Mit einem solchen bekannten System ist im allgemeinen ledig lich eine Übertragung zwischen einer Basisstation und den Mo bilstationen möglich, die sich innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation befinden, d. h. einem Bereich nominal vorbe stimmter Größe. In der Praxis wird üblicherweise der durch eine Basisstation von einer Mobilstation empfangene Signalpe gel als Indikator dafür verwendet, ob sich die Mobilstation innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation befindet. Ebenso sind im allgemeinen die durch eine Basisstation und die innerhalb des Betriebsbereichs dieser Basisstation be findlichen Mobilstationen verwendeten Funkübertragungsfre quenzen vorbestimmt, so daß diese nicht zu einer Beeinflus sung der Übertragung zwischen einer benachbarten Basisstation und den innerhalb des Betriebsbereichs der benachbarten Ba sisstation befindlichen Mobilstationen führt.

Bei der Verwendung einer solchen bekannten Technologie ist die Anzahl von Mobilstationen, die durch den Betriebsbereich einer einzelnen Basisstation versorgt werden können, beim Zeitmultiplex auf die Gesamtzahl der den Mobilstationen zuge wiesenen Kommunikationsschlitze beschränkt, während die An zahl von Mobilstationen beim Frequenzmultiplex auf die Ge samtzahl der Frequenzkanäle und beim Codemultiplex durch den Wirksamkeitsgrad der Störvermeidung beschränkt ist (der durch das Verhältnis der Datenübertragungsrate zu der Zerhackungs rate (Chiprate) der Spektralstreuung bestimmt wird). Es gibt Beschränkungen hinsichtlich der verfügbaren Frequenzen, so daß die Anzahl von Kanalfrequenzen und die Frequenzbandbrei ten, die dem mobilen Kommunikationssystem zugeteilt werden können, beschränkt ist, was zu einer oberen Begrenzung der Anzahl von durch ein mobiles Kommunikationssystem versorgba ren Mobilstationen führt. Darüber hinaus können Fälle auftre ten, in denen eine Basisstation verfügbare Übertragungskanäle aufweist, während die Schlitze oder Übertragungskanäle einer benachbarten Basisstation vollständig besetzt sind, da der Betriebsbereich einer Basisstation und die Frequenzen oder Anzahl von TDMA-Schlitzen, die durch eine Basisstation für die Kommunikation mit Mobilstationen verwendet werden können, fest ist. Gemäß dem Stand der Technik ist es in einem solchen Fall, d. h. in dem innerhalb des Gesamtsystems Übertragungska nalkapazität verfügbar ist, aufgrund mangelnder Übertragungs kanalkapazität in einer oder mehreren Basisstationen zeitwei se nicht möglich, eine Übertragung durchzuführen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorge nannten Probleme durch Bereitstellen eines mobilen Kommunika tionssystems mit hohem Nutzungsgrad der Übertragungskanalres sourcen zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung gemäß den Patentansprüchen 1, 5 bzw. 20.

Erfindungsgemäß weist jede Basisstation des mobilen Kommuni kationssystems eine Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung zum Schätzen der Einfallsrichtung der von einer Mobilstation empfangenen Funkwellen auf, um dadurch die Richtung der Mo bilstation bezüglich der Antenne der Basisstation zu schät zen. Basierend auf den Ergebnissen eines solchen Schätzvor gangs wird die Richtcharakteristik der Antenne der Basissta tion durch die Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung so ge bildet, daß ein Richtwirkungsmaximum auf die Mobilstation ausgerichtet ist. Dazu steuert die Antennenrichtwirkungssteu ereinrichtung die Phase und Amplitude der entsprechenden Sen de-/Empfangssignale, die den die Array-Antenne bildenden Ar rayelementen zugeführt bzw. von diesen empfangen werden, in geeigneter Weise.

Die Abstrahlung von Funkwellen einer Basisstation in Richtung von Mobilstationen, zu denen keine Übertragung beabsichtigt ist, kann dadurch unterdrückt werden, wodurch eine Beeinflußung anderer Basisstationen und Mobilstationen eliminiert wird und eine Kommunikation mit entsprechenden innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstationen unter Verwendung eines lediglich geringen Sendeleistungspegels möglich ist, während die Anzahl von innerhalb des gesamten mobilen Kommu nikationssystems benötigten Übertragungskanalfrequenzen ver ringert werden kann. Dies bedeutet, daß es bei bekannten mo bilen Kommunikationssystemen, in denen beispielsweise FDM verwendet wird, zur Vermeidung der Gefahr gegenseitiger Stö rungen erforderlich war, eng benachbarten Basisstationen in nerhalb des Systems entsprechend verschiedene Frequenzkanal gruppen zuzuweisen, obwohl ausreichend beabstandeten Basis stationen identische Frequenzkanalgruppen zugewiesen werden konnten.

Darüber hinaus erfolgt die Formgebung der Antennenrichtwir kung adaptiv. D.h., während eine Basisstation eine Kommunika tion mit einer bestimmten Mobilstation durchführt, kann die Richtung der Mobilstation während jeder aufeinanderfolgenden Periode, in der die Basisstation ein Signal von der Mobilsta tion empfängt, geschätzt werden, so daß die Orientierung des Antennenmaximums adaptiv entsprechend nacheinander geschätz ten Richtungen dieser Basisstation während der Kommunikation mit der Mobilstation geändert werden kann.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung einer einfachen linearen Array-Antenne (oder eine Gruppe von Array-Antennen, die zum Bereitstellen einer 360°-Azimutabdeckung angeordnet sind) in jeder Basisstation, um die Einfallsrich tung der von einer Mobilstation empfangenen Funkwellen zu er halten, wobei angenommen wird, daß die (Azimut)-Richtung der Mobilstation bezüglich der Antenne mit dieser Einfallsrich tung der Funkwellen übereinstimmt. Die so erhaltene Rich tungsinformation wird dann zum Ausrichten eines entsprechen den Richtwirkungsmaximums der Antenne verwendet. Durch eine solche Operation wird die Antennenrichtwirkung unabhängig von der Distanz zwischen der Mobilstation und der Basisstation geformt. Eine solche Operation stellt eine ausreichend genaue Richtungsinformation zur Verfügung, solange der Elevations winkel der Mobilstation bezüglich der Basisstation relativ klein ist, beispielsweise falls sich die Mobilstation in aus reichender Entfernung von der Basisstation befindet.

Alternativ ist es zum Erzielen einer höheren Genauigkeit der Formgebung der Strahlungscharakteristik der Basisstation zum Erhalten einer wirksameren Verringerung der Beeinflussungsge fahr der durch benachbarte Basisstationen durchgeführten Kom munikation bei der vorliegenden Erfindung möglich, die tat sächliche Position einer Mobilstation bezüglich der Basissta tion zu schätzen, wobei die Position beispielsweise als Azi mutwinkel und Sichtlinienentfernung angegeben wird, und ein Maximum der Antennenrichtwirkung zu erzeugen, das entspre chend dieser Position geformt ist. In diesem Fall ist eine genauere Schätzung der Mobilstationsrichtungen und damit eine genauere Formgebung der Antennenrichtwirkung möglich, um si cherzustellen, daß das Richtwirkungsmaximum für die Kommuni kation mit einer bestimmten Mobilstation eine ausreichende Größe aufweist, während die Gefahr der Beeinflussung einer von anderen Basisstationen durchgeführten Kommunikation mini miert wird. Eine solche Positionsschätzung weist auch den Vorteil auf, daß die Grenzen eines jeden Betriebsbereichs ge nau bestimmt werden können, d. h. die Übergabe einer Mobilsta tion von einer Basisstation zu einer benachbarten Basisstati on kann korrekt durchgeführt werden, wenn sich die Mobilsta tion vom Betriebsbereich einer Basisstation in den einer an deren Basisstation bewegt.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung für eine Basisstation eines mo bilen Kommunikationssystems bereitgestellt, wobei das mobile Kommunikationssystem zumindest eine Basisstation und eine Vielzahl von Mobilstationen aufweist, wobei die Vorrichtung umfaßt
eine Array-Antenne mit einer Anordnung von Antennenelementen, zum Senden und Empfangen von Funkwellen zu und von einer Mo bilstation, die sich innerhalb eines vorbestimmten Betriebs bereichs der Basisstation befindet,
einer Frequenzumwandlungseinrichtung zum Umwandeln entspre chender empfangener Signale der Antennenelemente in entspre chende Zwischenfrequenzsignale oder Basisbandsignale während einer Empfangsbetriebsart der Basisstation, und zum Umwandeln eines Sendesignals im Zwischenfrequenzbereich oder Basisfre quenzbereich in den Antennenelementen entsprechende Sendesi gnale im Sendefrequenzbereich, und zum Zuführen der Sendesi gnale zu den Antennenelementen während einer Sendebetriebsart der Basisstation,
eine Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung zum Verarbeiten der Zwischenfrequenzsignale oder Basisbandsignale der Fre quenzumwandlungseinrichtung während der Empfangsbetriebsart, zum Schätzen einer Einfallsrichtung der Funkwellen der Mobil station, um dadurch eine geschätzte Richtung der Mobilstation bezüglich der Basisstation herzuleiten, und zum Erzeugen von die geschätzte Richtung angebenden Richtungsdaten,
eine Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung zum Steuern der Phase und Amplitude der den Antennenelementen entsprechenden Empfangssignale während der Empfangsbetriebsart und der den Antennenelementen entsprechenden Sendesignale während der Sendebetriebsart, um dadurch eine Richtwirkung der Array-Antenne zu bestimmen, und
eine Maximumerzeugungseinrichtung zum von den Richtungsdaten abhängigen Erzeugen von Steuersignalen während der Sendebe triebsart und der Empfangsbetriebsart zum Steuern der Anten nenrichtwirkungssteuereinrichtung, so daß ein in der ge schätzten Richtung der Mobilstation aus gerichtetes Maximum der Richtwirkung gebildet wird.

Die Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung umfaßt vorzugswei se eine von den Steuersignalen der Maximumerzeugungseinrich tung abhängige Einrichtung zum Steuern der Phase und Amplitu de der entsprechenden Empfangssignale der Antennenelemente und Sendesignale der Antennenelemente, wenn sich diese im Zwischenfrequenz- oder Basisbandfrequenzbereich befinden.

Es ist jedoch auch möglich, die Vorrichtung mit einer Ein richtung zu konfigurieren zum periodischen Steuern der Anten nenrichtwirkungssteuereinrichtung zum Einrichten einer im we sentlichen gleichförmigen Richtwirkung der Antenne, und so auszugestalten, daß die Einfallsrichtungsbewertungseinrich tung jede geschätzte Richtung lediglich während des Einrich tens des Zustands gleichförmiger Richtwirkung herleitet. In diesem Fall kann die Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung eine von den Steuersignalen der Maximumerzeugungseinrichtung abhängige Einrichtung aufweisen zum direkten Steuern der Pha se und Amplitude der den Antennenelementen während der Sende- und Empfangsbetriebsart zugeführten oder von diesen empfange nen entsprechenden Signale, d. h. wenn sich diese Signale im Sendefrequenzbereich befinden.

Zusätzlich zu der Tatsache, daß die entsprechenden Einfalls richtungen der Funkwellen durch die Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtung zum Schätzen der entsprechenden Richtungen der innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation befindli chen Mobilstationen bezüglich der Basisstation verwendet wer den können, repräsentiert die Gesamtzahl der dadurch erhalte nen Richtungen die Anzahl der in dem Betriebsbereich betrie benen Mobilstationen, so daß auch diese Information durch die Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung hergeleitet werden kann. Eine solche Vorrichtung kann darüber hinaus umfassen:
eine Einrichtung zum Beurteilen, ob die geschätzte Zahl von Mobilstationen innerhalb des Betriebsbereichs größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen der Array-Antenne ist, und
eine Einrichtung zum Steuern der Maximumerzeugungseinrichtung derart, daß dann, wenn die geschätzte Zahl von Mobilstationen als größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen bewertet wird, die Steuersignale während der Empfangsbetriebsart der Basisstation so erzeugt werden, daß die Antennenrichtwir kungssteuereinrichtung die Phase und Amplitude der entspre chenden empfangenen Signale der Antennenelemente so steuert, daß ein einzelnes Richtwirkungsmaximum erzeugt wird, und das Maximum über einen Gesamtrichtwirkungsänderungsbereich der Array-Antenne geschwenkt wird.

Auf diese Weise werden durch die Einfallsrichtungsbewertungs einrichtung entsprechende Richtungen der Mobilstationen in nerhalb des Betriebsbereichs als Richtungen erhalten, in de nen Empfangssignale erfaßt werden. Die Basisstation führt nacheinander eine Kommunikation mit jeder der Mobilstationen durch, für die entsprechende Richtungen erfaßt wurden, d. h. während aufeinanderfolgender Intervalle, in denen das Maximum in die entsprechenden Richtungen dieser Mobilstationen ge schwenkt worden ist.

Die Erfindung ist weiterhin anwendbar in einem mobilen Kommu nikationssystem mit einer Vielzahl von Basisstationen mit entsprechenden benachbarten lokalen Bereichen, wobei die Ba sisstationen zum Austauschen von geschätzte Richtungen der Mobilstationen angebenden Daten verbunden sind, wobei die Ar ray-Antenne einer jeden Basisstation eine lineare Array-Antenne mit entlang einer Array-Achse beabstandeten Elementen ist, und wobei jede Basisstation weiterhin umfaßt: eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung zum Empfan gen erster Richtungsdaten von der Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtung der Basisstation, die die geschätzte Ein fallsrichtung der von einer Mobilstation empfangenen Funkwel len angeben, zum Verarbeiten der Richtungsdaten in Verbindung mit bekannten Daten, die eine Höhe der Array-Antenne über Grund angeben, zum Erhalten von ersten Bodenhöhendaten, die einen ersten Bereich möglicher Positionen der Mobilstation angeben, und zum Empfangen zweiter und dritter Richtungsdaten von entsprechenden Einfallsrichtungsbewertungseinrichtungen zumindest zweier anderer Basisstationen, die entsprechende Einfallsrichtungen der Funkwellen der Mobilstation bezüglich den anderen Basisstationen angeben, zum Verarbeiten der zwei ten und dritten Richtungsdaten zum Erhalten zweiter und drit ter Bodenhöhendaten, die zweite bzw. dritte Bereiche mögli cher Positionen der Mobilstation angeben, zum Herleiten einer geschätzten Position der Mobilstation anhand der ersten, zweiten und dritten Bodenhöhendaten und zum Erzeugen von die geschätzte Position angebenden Positionsdaten, und zum Zufüh ren der Positionsdaten zu der Maximumerzeugungseinrichtung; und wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennen richtwirkungssteuereinrichtung zugeführt werden, zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung derart, daß sowohl die Ausrichtung eines Maximums der Richtwirkung als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position be stimmt wird.

Die lineare Array-Antenne einer solchen Basisstation ist vor zugsweise so ausgestaltet, daß eine Azimut-Richtwirkung in nerhalb eines Bereichs von 180° möglich ist, wobei der Be reich möglicher Positionen einer Mobilstation als eine ge schätzte Schnittlinie zwischen dem Boden und einer Hälfte ei ner konischen Oberfläche, die die Array-Achse der Antenne als ihre Mittelachse aufweist, hergeleitet wird, wobei die koni sche Oberfläche einen Öffnungswinkel aufweist, der doppelt so groß ist, wie ein zwischen der Richtung einfallender Funkwel len der Mobilstation und der Array-Achse gebildeter Winkel.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird durch die Erfindung eine An tennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung bereitge stellt, wobei die Array-Antenne einer Basisstation eine li neare Array-Antenne mit entlang einer Array-Achse beabstande ten Elementen ist, weiterhin umfassend:
eine E-Feldstärkenmeßeinrichtung zum Messen eines Werts der elektrischen Feldstärke der von einer Mobilstation empfange nen Funkwellen, und
eine Positionsbewertungseinrichtung zum Umwandeln des kombi nierten Signalstärkenwerts in einen Wert einer geschätzten Sichtlinienentfernung der Mobilstation von der Array-Antenne, zum Verarbeiten des geschätzten Abstandswerts in Verbindung mit einem bekannten Höhenwert der Array-Antenne über Grund zum Erhalten von Bodenhöhendaten, die einen Bereich möglicher Positionen der Mobilstation angeben, zum Verarbeiten der Bo denhöhendaten in Verbindung mit den von der Einfallsrich tungsbewertungseinrichtung zugeführten geschätzten Richtungs daten der Mobilstation, um eine geschätzte Position der Mo bilstation bezüglich der Array-Antenne angebende Positionsda ten zu erhalten, und zum Zuführen der Positionsdaten zu der Maximumerzeugungseinrichtung;
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennenricht wirkungssteuereinrichtung zugeführt werden zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung, so daß sowohl die Ausrichtung eines Richtwirkungsmaximums als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position bestimmt wird.

Alternativ kann jede Mobilstation umfassen:
eine Verschiebungsvektorerzeugungseinrichtung zum Herleiten eines Verschiebungsvektors, der einen Unterschied zwischen einer Position der Mobilstation in einem ersten Zeitpunkt (t₁) und eine Position der Mobilstation in einem auf den er sten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt angibt, und
eine Einrichtung zum Funkübertragen der den Verschiebungsvek tor angebenden Daten zu der Basisstation;
wobei die Array-Antenne der Basisstation eine lineare Array-Antenne ist, deren Elemente entlang einer Array-Achse beab standet sind, und wobei die Basisstation weiterhin umfaßt eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung die in dem ersten Zeitpunkt (t₁) die von der Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtung zugeführten geschätzten Richtungsdaten für die Mobilstation im Zusammenhang mit einem bekannten Höhen wert der Array-Antenne über Grund verarbeitet, um erste Bo denhöhendaten zu erhalten, die einen ersten Bereich möglicher Positionen der Mobilstation angeben, und die in dem zweiten Zeitpunkt (t₂) die geschätzten Richtungsdaten für die Mobil station und den Höhenwert verarbeitet, um zweite Bodenhöhen daten herzuleiten, die einen zweiten Bereich möglicher Posi tionen der Mobilstation angeben, zum Verarbeiten des Ver schiebungsvektorwerts im Zusammenhang mit den ersten Bodenhö hendaten und den zweiten Bodenhöhendaten, um die Position der Mobilstation in dem zweiten Zeitpunkt (t₂) zu schätzen, zum Erzeugen von die geschätzte Position angebenden Positionsda ten und zum Zuführen der Positionsdaten zu der Maximumerzeu gungseinrichtung; und
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennenricht wirkungssteuereinrichtung zum Steuern der Antennenrichtwir kungssteuereinrichtung zugeführt werden, so daß sowohl die Ausrichtung eines Richtwirkungsmaximums als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position bestimmt wird.

Als weiterer Aspekt kann eine solche Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung, wobei die Array-Antenne einer Ba sisstation eine lineare Array-Antenne mit entlang einer Ar ray-Achse beabstandeten Elementen ist, umfassen:
eine Antennendrehvorrichtung zum Drehen der Array-Antenne, wobei sich die Array-Achse in einer horizontalen Ebene dreht, und
eine Positionsbewertungseinrichtung zum Empfangen der Rich tungsinformation und zum Verarbeiten von zumindest ersten Richtungsdaten von der Einfallsrichtungsbewertungseinrich tung, die eine in einer ersten Winkelposition der Array-Achse hergeleitete erste geschätzte Richtung angeben, und zweiten Richtungsdaten, die eine nach einer Drehung der Array-Achse in eine zweite Winkelposition hergeleitete zweite geschätzte Richtung angeben, um die Position der Mobilstation zu schät zen und die geschätzte Position angebende Positionsdaten zu erzeugen;
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennenricht wirkungssteuereinrichtung zum Steuern der Antennenrichtwir kungssteuereinrichtung zugeführt werden, so daß sowohl die Ausrichtung eines Richtwirkungsmaximums als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position bestimmt wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Antennen-Vor richtung mit steuerbarer Richtwirkung für eine Basisstati on bereitgestellt, die weiterhin umfaßt
eine Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungseinrichtung zum Schätzen der Ausbreitungsverzögerungszeit der von einer Mo bilstation empfangenen Funkwellen,
eine E-Feldstärkenmeßeinrichtung zum Messen der entsprechen den elektrischen Feldstärken von als direkte Wellen empfange nen Funkwellen und als reflektierte Wellen empfangene Funk wellen der Mobilstation, und
eine Ausbreitungswegausgleichseinrichtung zum Empfangen der Einfallsrichtungsdaten von der Einfallsrichtungsbewertungs einrichtung und eines geschätzten Werts der Ausbreitungsver zögerungszeit von der Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungs einrichtung, und zum Kompensieren eines von der Mobilstation empfangenen Signals hinsichtlich der Wirkungen von Mehrwege ausbreitungssignalen, basierend auf der geschätzten Funkwel lenausbreitungsverzögerungszeit und einem Verhältnis der elektrischen Feldstärken der direkten Wellen und der reflek tierten Wellen, falls die durch die Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtung erhaltenen Schätzergebnisse der Funkwellen einfallsrichtung angeben, daß die Mobilstation die einzige Mobilstation innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation ist.

Bei einer solchen Vorrichtung kann die Ausbreitungswegaus gleichseinrichtung eine Vielzahl von kaskadierten Verzöge rungselementen aufweisen zum Beaufschlagen des empfangenen Signals mit aufeinanderfolgenden Verzögerungsinkrementen, und eine Einrichtung zum Kombinieren entsprechender Ausgangs signale der Verzögerungselemente in Anteilen, die entspre chend der geschätzten Funkwellenausbreitungsverzögerungszeit und des Verhältnisses der elektrischen Feldstärken der direk ten Wellen und der reflektierten Wellen festgelegt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann eine Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung einer Basisstation ebenso umfassen eine Nullpunkterzeugungseinrichtung zum Einrichten von Null punkten der Richtcharakteristik der Array-Antenne, die in den Richtungen von (N-1) Mobilstationen ausgerichtet sind, wo bei N eine ganze Zahl größer Eins ist, falls entsprechende Funkwelleneinfallsrichtungen für N Mobilstationen durch die Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung geschätzt wurden.

Durch eine solche Vorrichtung kann die Störwahrscheinlichkeit zwischen den durch eine Basisstation gesendeten Signalen und der Kommunikation zwischen anderen Basisstationen und Mobil stationen des Systems weiter verringert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird durch die Erfindung eine An tennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung für eine Ba sisstation eines mobilen Kommunikationssystems mit zumindest einer Basisstation und einer Vielzahl von Mobilstationen be reitgestellt, mit
einer linearen Array-Antenne mit entlang einer Array-Achse beabstandeten Elementen, zumindest einem versetzten Antennenelement mit einer Richt wirkung in einer gegenüber der Array-Achse der Array-Antenne um einen festen Winkel versetzten Richtung,
einer Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung zum Empfangen entsprechender Empfangssignale des versetzten Antennenele ments und einer Gruppe von Elementen der Array-Antenne als Empfangssignale einer ersten Antennenelementgruppe, und zum Empfangen entsprechender Empfangssignale der übrigen Elemente der Array-Antenne als Empfangssignale einer zweiten Anten nenelementgruppe, zum Kombinieren der Empfangssignale der Elemente der ersten Antennengruppe und zum Kombinieren der Empfangssignale der entsprechenden Elemente der zweiten An tennengruppe, um dadurch zwei kombinierte Empfangssignale zu erhalten, zum Erhalten der Größe der Differenz zwischen den kombinierten Empfangssignalen, und zum Schätzen der Richtung, in der sich eine Mobilstation befindet, basierend auf der Differenz zwischen den Größen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird durch die Erfindung eine An tennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung für eine Ba sisstation eines mobilen Kommunikationssystems mit einer Vielzahl von Mobilstationen bereitgestellt, wobei die Basis station weiterhin eine zur Einfallsrichtungsbewertung verwen dete erste Array-Antenne umfaßt und eine lediglich als Daten sende- und -empfangsantenne dienende zweite Array-Antenne.

Bei einem solchen Aufbau, in dem erste und zweite Array-Antennen für die Richtungsbewertung bzw. den Datensende- /empfangsvorgang verwendet werden, kann in der Basisstation eine Einrichtung vorgesehen sein, durch die diese beiden An tennen, falls erforderlich, für die Richtungsbewertung ver wendet werden können. Gemäß diesem Aspekt umfaßt die Anten nenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung einer Basisstati on im einzelnen:
eine Einrichtung zum Beurteilen, ob eine durch die Einfalls richtungsbewertungseinrichtung geschätzte Zahl von Mobilsta tionen größer als die Anzahl von Elementen der ersten Array-Antenne ist,
eine Einrichtung zum Durchführen einer Steuerung, bei der entsprechende Empfangssignale aller Elemente der ersten Ar ray-Antenne und aller Elemente der zweiten Array-Antenne durch die Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung zum Schätzen der Einfallsrichtung der Funkwellen von Mobilstationen ge meinsam verwendet werden und zum Korrigieren der geschätzten Zahl der Mobilstationen, die sich innerhalb des lokalen Be reichs befinden, falls festgestellt wird, daß die geschätzte Zahl von Mobilstationen größer als die Zahl der Elemente der ersten Array-Antenne ist.

Bei einer solchen Vorrichtung kann es vorkommen, daß die ge schätzten Ergebnisse nicht korrekt erhalten wurden, falls die Anzahl von Mobilstationen, die als erstes von der Einfalls richtungsbewertungseinrichtung als Schätzergebnis erhalten wird (d. h. durch Verwenden ausschließlich der ersten Array-Antenne), größer als die Anzahl von Elementen der ersten Ar ray-Antenne ist. In diesem Fall können auch die Elemente der zweiten Array-Antenne (d. h. Datensende- und -empfangsantenne) verwendet werden, um dadurch die Gesamtzahl von bei der Be wertung der Anzahl von Mobilstationen und ihren Richtungen verwendeten Antennenelemente zu vergrößern. Die maximale An zahl von Mobilstationen, für die durch die Einfallsrichtungs bewertungseinrichtung entsprechende Richtungen gleichzeitig geschätzt werden können, kann dadurch erhöht werden.

Bei der vorliegenden Erfindung ist die Formgebung der Anten nenrichtwirkung einer Basisstationsantenne nicht notwendiger weise auf ein in der Richtung einer bestimmten Mobilstation ausgerichtetes einzelnes Maximum beschränkt. Es ist ebenso möglich, gleichzeitig eine Vielzahl von in entsprechenden ge schätzten Richtungen einer Anzahl von Mobilstationen ausge richteten Maxima zu bilden.

Weiterhin ist es möglich, ein einzelnes Maximum zu bilden, das so geformt ist, daß eine Kommunikation mit jeder einer Vielzahl von ausreichend benachbarten Mobilstationen möglich ist, wobei die Gefahr einer Störung der Kommunikation zwi schen anderen Basisstationen und Mobilstationen des Systems minimiert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrich tung mit steuerbarer Richtwirkung;

Fig. 2 ein konzeptionelles Diagramm mit Richtwirkungsmaxima der Antenne einer Basisstation, die entsprechend den ge schätzten Richtungen von Mobilstationen gebildet sind;

Fig. 3 ein Diagramm eines Beispiels einer Array-Antenne zum Bereitstellen einer 360°-Azimutrichtwirkungssteuerung unter Verwendung von Streifenleiterantennen;

Fig. 4 einen allgemeinen Schaltplan eines Frequenzumwand lungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1;

Fig. 5 einen allgemeinen Schaltplan eines Antennenrichtwir kungssteuerteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1, wobei die Steuerung der Antennenrichtwirkung durch Steuern der Pha se und Amplitude von entsprechenden Elementen einer Array-Antenne entsprechenden Basisbandsignalen erfolgt;

Fig. 6 ein Flußdiagramm zum Darstellen der Funktionsweise ei nes Einfallsrichtungsbewertungsteils des Ausführungsbeispiels - gemäß Fig. 1;

Fig. 7 ein Flußdiagramm zum Darstellen der Funktionsweise ei nes Maxiumerzeugungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1;

Fig. 8 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines ersten al ternativen Aufbaus des ersten Ausführungsbeispiels, wobei die Steuerung der Antennenrichtwirkung durch direktes Steuern der Phase und Amplitude der entsprechenden Elementen der Array-Antenne entsprechenden Sendefrequenzsignale erfolgt;

Fig. 9 einen allgemeinen Schaltplan eines Frequenzumwand lungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 8, der ledig lich für Empfangssignale der Antennenelemente verwendet wird;

Fig. 10 einen allgemeinen Schaltplan eines Frequenzumwand lungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 8, der ledig lich für ein Sendesignal verwendet wird;

Fig. 11 einen allgemeinen Schaltplan eines Antennenrichtwir kungssteuerteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 8;

Fig. 12 ein Flußdiagramm zum Darstellen der Funktionsweise eines Maximumerzeugungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 8;

Fig. 13 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines zweiten alternativen Aufbaus des ersten Ausführungsbeispiels, wobei die Steuerung der Antennenrichtwirkung durch direktes Steuern der Phase und Amplitude von den entsprechenden Elementen der Array-Antenne entsprechenden Sendefrequenzsignalen erfolgt;

Fig. 14 einen allgemeinen Schaltplan eines Frequenzumwand lungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 13;

Fig. 15 einen allgemeinen Schaltplan eines Antennenrichtwir kungssteuerteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 13;

Fig. 16 ein Flußdiagramm zum Darstellen der Funktionsweise eines Maximumerzeugungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 13;

Fig. 17 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrich tung mit steuerbarer Richtwirkung mit entsprechend getrennten Array-Antennen für die Richtungsbewertung und Datenübertra gung;

Fig. 18 einen allgemeinen Schaltplan eines Frequenzumwand lungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 17;

Fig. 19 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrich tung mit steuerbarer Richtwirkung;

Fig. 20 einen allgemeinen Schaltplan eines Frequenzumwand lungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 19;

Fig. 21 zeigt einen allgemeinen Schaltplan eines Antennen richtwirkungssteuerteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 20;

Fig. 22A, 22B, 22C bilden ein Flußdiagramm der Funktions weise eines Einfallsrichtungsbewertungsteils des Ausführungs beispiels gemäß Fig. 20, wobei die Richtungsbewertung basie rend auf einem aufeinanderfolgenden Schwenken eines Ricbtwir kungsmaximums einer Array-Antenne unter Erfassung von Emp fangssignalen der Mobilstationen durchgeführt wird, falls festgestellt wird, daß eine geschätzte Zahl von Mobilstatio nen größer oder gleich einer Gesamtzahl von Array-Antennenelementen ist;

Fig. 23, 24, 25, 26, 27A, 27B und 28A, 28B konzeptionelle Diagramme zum Darstellen des Prinzips des Schätzvorgangs ei nes Bereichs möglicher Positionen einer Mobilstation, als Schnittlinie zwischen dem Boden und einer konischen Oberflä che mit einem Halböffnungswinkel, der dem Winkel zwischen der Richtung einfallender Funkwellen der Mobilstation und der Achse einer die Funkwellen empfangenden linearen Array-Antenne entspricht;

Fig. 29 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, das eine Bewertung entsprechender Positionen von Mobilstationen durch eine Ba sisstation ermöglicht;

Fig. 30, 31 konzeptionelle Diagramme zum Darstellen des Grundprinzips des vierten Ausführungsbeispiels;

Fig. 32 ein Flußdiagramm der Funktionsweise eines Mobilstati onspositionsbewertungsteils des vierten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 29;

Fig. 33 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, bei dem eine Bewer tung entsprechender Positionen von Mobilstationen durch eine Basisstation möglich ist;

Fig. 34 ein Flußdiagramm der Funktionsweise eines Mobilstati onspositionsbewertungsteils des vierten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 33;

Fig. 35 einen Schaltplan eines Feldstärkemeßteils des fünften Ausführungsbeispiels;

Fig. 36 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, das eine Bewertung entsprechender Positionen von Mobilstationen durch eine Ba sisstation ermöglicht;

Fig. 37 ein konzeptionelles Diagramm zum Darstellen der Grundprinzipien des sechsten Ausführungsbeispiels;

Fig. 38A, 38B ein Flußdiagramm der Funktionsweise eines Mobilstationspositionsbewertungsteils des sechsten Ausfüh rungsbeispiels gemäß Fig. 36;

Fig. 39 ein Grundsystemblockschaltbild eines Verschiebungs vektorerzeugungsteils einer Mobilstation des sechsten Ausfüh rungsbeispiels;

Fig. 40 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines siebten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, das eine Bewertung entsprechender Positionen von Mobilstationen durch eine Ba sisstation basierend auf einer Drehung einer linearen Array-Antenne ermöglicht;

Fig. 41 ein konzeptionelles Diagramm zum Darstellen der Grundprinzipien des siebten Ausführungsbeispiels;

Fig. 42 ein Flußdiagramm der Funktionsweise eines Mobilstati onspositionsbewertungsteils des siebten Ausführungsbeispiels;

Fig. 43 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines achten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, das eine Kompensation der Empfangssignale und Sendesignale einer Basisstation hin sichtlich der Auswirkungen einer Mehrwegeausbreitung ermög licht;

Fig. 44 eine Schaltplan eines beispielhaften Ausbreitungs wegausgleichsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 43;

Fig. 45 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines achten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, das einen Ausgleich der Übertragungskanalnutzung unter entsprechenden Basissta tionen in einem mobilen Kommunikationssystem ermöglicht, bei dem jeder einer Vielzahl von Basisstationen eine feste Anzahl von Übertragungskanälen zugeordnet ist;

Fig. 46A, 46B ein Flußdiagramm der Funktionsweise eines Bereichsübergabesteuerteils einer Basisstation des achten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 45;

Fig. 47 ein konzeptionelles Diagramm zum Darstellen der Grundprinzipien des achten Ausführungsbeispiels;

Fig. 48 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines neunten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, wobei jede Mobilsta tion in zufällig bestimmten Zeitschlitzen Steuersignale für die Richtungsbewertung aussendet;

Fig. 49 zeigt eine Schaltplan eines beispielhaften Teils ei nes in einer Basisstation des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 48 verwendeten variablen Bandpaßfilters;

Fig. 50 ein Zeitdiagramm zum Darstellen der Beziehung zwi schen den zufällig bestimmten Zeitschlitzen und der Steuerung des variablen Bandpaßfilters in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 48;

Fig. 51 ein Grundsystemblockschaltbild eines beispielhaften Steuersignalsendeteils in einer Mobilstation des Ausführungs beispiels gemäß Fig. 48;

Fig. 52 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines zehnten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, das eine Erzeugung von Nullpunkten der Antennenrichtwirkung einer Basisstations antenne ermöglicht, die in entsprechende Richtungen von Mo bilstationen ausgerichtet sind, mit denen die Basisstation gerade nicht kommuniziert;

Fig. 53 ein Flußdiagramm der Funktionsweise eines Einfalls richtungsbestimmungsteils in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 52;

Fig. 54 ein Flußdiagramm der Funktionsweise eines Nullpunkt erzeugungsteils in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 52;

Fig. 55 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines elften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, wobei eine Basissta tion die Differenz zwischen den Richtcharakteristiken einer linearen Array-Antenne und eines gegenüber der Achse der Ar ray-Antenne versetzten Antennenelements verwendet zum Erhal ten der Richtung einer Mobilstation;

Fig. 56 ein Flußdiagramm der Funktionsweise eines Einfalls richtungsbestimmungsteils in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 55;

Fig. 57 einen Kurvenverlauf entsprechender Richtcharakteri stiken einer ersten und zweiten Gruppe von Antennenelementen, die in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 55 verwendet wer den; und

Fig. 58 einen Kurvenverlauf eines Verhältnisses zwischen der Einfallsrichtung von Funkwellen und den Differenzwerten zwi schen den Charakteristiken gemäß Fig. 57.

Fig. 1 zeigt ein Systemblockschaltbild eines ersten Ausfüh rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung. In Fig. 1 kennzeichnet das Be zugszeichen 11 eine Array-Antenne einer Basisstation eines mobilen Kommunikationssystems. Die Array-Antenne 11 besteht aus einer Vielzahl von Antennenelementen, die hier als 11a, 11b, 11c gekennzeichnet sind, und kann beispielsweise eine Streifenleiterantenne oder eine Anordnung beabstandeter Di polantennen mit Rückreflektorelementen sein. Das Bezugszei chen 12 kennzeichnet einen Einfallsrichtungsbewertungsteil zum Verarbeiten der durch die Elemente der Array-Antenne 11 erhaltenen Empfangssignale, um die entsprechenden Einfalls richtungen der von Mobilstationen ges endeten Funkwellen zu schätzen. Das Bezugszeichen 15 kennzeichnet einen Maximumer zeugungsteil zum Verarbeiten der von dem Einfallsrichtungsbe wertungsteil 12 zugeführten Richtungsdaten, um Steuersignale zum Steuern eines Antennenrichtwirkungssteuerteils 13 so zu erzeugen, daß Richtwirkungsmaxima der Array-Antenne 11 in die durch den Maximumerzeugungsteil 15 bestimmten entsprechenden Richtungen ausgerichtet sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel dient der Antennenrichtwir kungssteuerteil 13 auch zum Umwandeln eines Basisband-Sende signals in entsprechende ZF-Sendesignale der Anten nenelemente während des Sendevorgangs der Basisstation, und zum Umwandeln empfangener ZF-Signale der Antennenelemente in ein empfangenes Basisbandsignal während des Empfangsvorgangs der Basisstation.

Das Bezugszeichen 14 kennzeichnet einen Frequenzumwandlungs teil, der bei diesem Ausführungsbeispiel während des Sende vorgangs eine Aufwärtswandlung der modulierten Zwischenfre quenzsignale in ein Sendefrequenzband, d. h. Funkfrequenzband, durchführt, und während des Empfangsvorgangs eine Abwärts wandlung der empfangenen Funksignale in ZF-Signale.

Fig. 4 bzw. Fig. 5 zeigen Einzelheiten des internen Aufbaus des Frequenzumwandlungsteils 14 und des Antennenrichtwir kungssteuerteils 13 des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1.

Wie durch den Schalter 13g in Fig. 5 angedeutet ist, kann das System zwischen einer Empfangsbetriebsart (RX) und einer Sen debetriebsart (TX) umgeschaltet werden. In der Sendebetriebs art wird ein Basisbandsignal durch jedes entsprechende Paar von verstärkungsgesteuerten Verstärkern 13d, 13e verstärkt, und jedes sich ergebende verstärkte Signalpaar wird einem Paar von Multiplizierern (d. h. Mischern) 13a, 13c gemeinsam mit einem von einer Frequenzquelle 13f zugeführten Festfre quenzsignal zugeführt, um dadurch in ein entsprechendes Paar modulierter Zwischenfrequenz-(ZF)-Signale umgewandelt zu wer den. Die Phase des einem dieser Multiplizierer zugeführten Festfrequenzsignals wird durch einen 90°-Phasenschieber 13b um 90° verschoben, und das sich ergebende Paar modulierter ZF-Signale addiert, um ein einzelnes moduliertes ZF-Signal zu erhalten, dessen Phase und Amplitude durch die Kombination der Verstärkungsfaktoren der Verstärker 13d, 13e bestimmt wird. (Zur Vereinfachung der Beschreibung sind in den Zeich nungen keine ZF-Filter dargestellt.)

Diese Verstärkungsfaktoren werden durch entsprechende von dem Maximumerzeugungsteil 15 zugeführte Verstärkungsfaktorsteuer signale bestimmt, wie später beschrieben wird. Jedes auf die se Weise erhaltene phasen- und verstärkungsgesteuerte ZF-Signal wird dem Frequenzumwandlungsteil 14 zugeführt.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, wird jedes auf diese Weise von dem Antennenrichtwirkungsteil 13 zugeführte phasen- und ver stärkungsgesteuerte ZF-Signal in einen entsprechenden Multi plizierer 14a eingegeben, dem auch ein festes Hochfrequenzsi gnal einer Frequenzquelle 14b zugeführt wird, um dadurch ein entsprechendes moduliertes Funkfrequenzsendesignal zu erhal ten. Jedes dieser Sendesignale wird einem entsprechenden Ele ment der Array-Antenne 11 zugeführt.

Wird das System in die Empfangsbetriebsart versetzt, so wird jedes HF-Empfangssignal eines Antennenelements der Array-Antenne 11 in einen entsprechenden Multiplizierer 14a einge geben, um dadurch in ein entsprechendes ZF-Signal abwärtsge wandelt zu werden, das sowohl dem Einfallsrichtungsbewer tungsteil 12 als auch dem Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 zugeführt wird. In dem Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 kann davon ausgegangen werden, daß jeder der Multiplizierer 13a, 13c und der Verstärkter 13d und 13e mit gegenüber dem für die Sendebetriebsart beschriebenen Betrieb umgekehrtem Eingabe/Ausgabe-Signalfluß arbeitet (d. h. unter Verwendung von Einrichtungen, auf die zur Vereinfachung der Beschreibung in der Zeichnung verzichtet wurde). In diesem Fall wird jedes von einem Antennenelement empfangene ZF-Signal in beide Mul tiplizierer 13a, 13c eingegeben, um dadurch zwei entsprechen de Basisbandsignale zu erhalten, die sich in ihrer Phase um 90° unterscheiden und die durch das entsprechende Verstärker paar 13d, 13e entsprechend verstärkt werden. Das resultieren de Paar von Basisbandsignalen wird dann kombiniert zum Erhal ten eines Basisbandsignals dessen Phase und Amplitude durch die entsprechenden Verstärkungsfaktoren bestimmt werden, die durch die von dem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 zuge führten Steuersignale für die Verstärker 13d, 13e eingestellt wurden. Die auf diese Weise erhaltenen entsprechenden phasen- und amplitudengesteuerten Basisbandsignale der entsprechenden Antennenelemente werden zum Erhalten des abschließenden Ba sisband-Empfangssignals kombiniert.

Auf diese Weise werden die entsprechenden Werte der Verstär kung und Phasenverschiebung, die auf jedes der Empfangs- oder Sendesignale der Antennenelemente der Array-Antenne 11 ange wendet werden, sowohl während des Sendevorgangs als auch wäh rend des Empfangsvorgangs so bestimmt, daß eine bestimmte Strahlungscharakteristik der Antenne erzielt wird, so daß die Basisstation mit einer oder mehreren bestimmten Mobilstatio nen kommunizieren kann, d. h. Mobilstationen, die sich inner halb des Betriebsbereichs der Basisstation befinden.

Um die entsprechenden Einfallsrichtungen der von diesen Mo bilstationen gesendeten Funkwellen festzustellen, führt der Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 periodisch einen Vorgang zum Verarbeiten der entsprechenden Empfangssignale der Anten nenelemente während der Empfangsbetriebsart des Systems unter Verwendung einer Technik wie beispielsweise die Verfahren MUSIC (Multiple Signal Classification) oder ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) durch. Ein solches Verfahren kann zum Schätzen der entsprechenden Einfallsrichtungen der von einer oder meh reren Mobilstationen abgestrahlten Funkwellen verwendet wer den, um dadurch die entsprechenden Richtungen dieser Mobil stationen bezüglich der Antenne 11 zu schätzen.

Es können verschiedene Arten von Array-Antennen als die Ar ray-Antenne 11 verwendet werden. Insbesondere ist es möglich, eine einfache lineare Array-Antenne zu verwenden, da keine sehr genau definierte Richtwirkung erforderlich ist. Das be deutet, daß die Einfallsrichtung der durch die Elemente einer linearen Array-Antenne empfangenen Funkwellen bei nicht über mäßig großem Höhenunterschied zwischen der Antenne 11 und jeder Mobilstation oder bei ausreichend großer Entfernung ei ner jeden Mobilstation von der Antenne 11 ungefähr mit der Azimutrichtung der Quelle der Funkwellen übereinstimmt.

Das MUSIC-Verfahren wird beispielsweise durch Schmidt in "IEEE Transactions on Antennas and Propagation", Vol. AP-34, Nr. 3, März 1986 beschrieben, während das ESPRIT-Verfahren durch Roy und Kailath in "IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing", Vol. 37, Nr. 7, Juli 1989 be schrieben wird.

Darüber hinaus bestimmt die Basisstation beispielsweise ba sierend auf entsprechenden Empfangssignalstärkenpegeln ver schiedener Mobilstationen, welche dieser Mobilstationen sich gerade innerhalb des Betriebsbereichs dieser Basisstation be findet. Da solche Verfahren zum Bestimmen des Betriebsbe reichs einer Basisstation eines mobilen Kommunikationssystems bekannt sind, wird auf eine weitere Beschreibung dieser ver zichtet.

Die geschätzten Richtungen der innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation befindlichen Mobilstationen werden durch den Maximumerzeugungsteil 15 zum Bestimmen geeigneter Werte für die dem Antennenrichtwirkungssteuerteil zugeführten Steuersi gnale verwendet, zum Steuern der entsprechenden Phasenver schiebungs- und Verstärkungsgrade, mit denen die von den Ele menten der Array-Antenne 11 empfangenen oder durch diese ge sendeten entsprechenden Signale beaufschlagt werden, wie vor stehend beschrieben wurde. Die auf diese Weise für jedes der Antennenelementsignale eingerichteten Phasenverschiebungs- und Verstärkungswerte werden durch den Maximumerzeugungsteil bestimmt, während die Basisstation mit einer Mobilstation kommuniziert, um dadurch ein in die für diese Mobilstation geschätzte Richtung aus gerichtetes Maximum der Antennenricht wirkung zu erzeugen. Dadurch wird sichergestellt, daß:

(a) minimale Sendeleistungs- und Empfangsempfindlichkeitspe gel in der Basisstation für eine solche Kommunikation mit der Mobilstation erforderlich sind, und
(b) die Störwahrscheinlichkeit zwischen einer solchen Kommu nikation mit Mobilstationen innerhalb des Betriebsbereichs einer Basisstation und einer innerhalb eines benachbarten Be triebsbereichs einer anderen Basisstation des mobilen Kommu nikationssystems durchgeführten Kommunikation minimal ist.

Fig. 2 zeigt ein einfaches Diagramm zur konzeptionellen Dar stellung der Beziehung zwischen einer Basisstation und inner halb des Betriebsbereichs der Basisstation befindlichen Mo bilstationen. In Fig. 2 kennzeichnet das Bezugszeichen 21 ei ne Basisstation, 23 eine Antennenrichtwirkungskeule, die durch den Antennenrichtwirkungssteuerteil der Basisstation gebildet wird, 24 und 25 entsprechende Mobilstationen. Unter der Annahme, daß sich beide Mobilstationen 24, 25 innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation 21 befinden, könnte die Strahlungscharakteristik 23 der Array-Antenne 11 der Basis station 21 gemäß Fig. 2 gebildet sein, wobei entsprechende Maxima der Antennenrichtwirkung in die Richtungen der Mobil stationen 24 und 25 ausgerichtet sind.

In dem in Fig. 2 gezeigten Fall könnte angenommen werden, daß zwei Mobilstationen vorhanden sind, deren Sendesignale gleichzeitig durch die Array-Antenne 11 empfangen werden. Selbst wenn diese beide Sendesignale dasselbe Frequenzband verwenden, weisen die von den Mobilstationen empfangenen ent sprechenden Signale keine gegenseitige Korrelation auf, falls die Sendesignale mit entsprechend verschiedenen Daten modu liert sind, so daß es für den Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 möglich ist, die entsprechenden Richtungen der beiden Mo bilstationen zu erfassen. Es können höchstens die entspre chenden Richtungen einer solchen Zahl von Mobilstationen be urteilt werden, die nicht größer ist als die Gesamtzahl der Antennenelemente der Basisstationsantenne.

Somit können die Anzahl von innerhalb des Betriebsbereichs einer Basisstation betriebenen Mobilstationen und die ent sprechenden Richtungen dieser Mobilstationen basierend auf den Einfallsrichtungen der durch die Mobilstationen ausgesen deten Funkwellen erhalten werden.

Solange nichts anderes erwähnt ist, wird im folgenden für je des der beschriebenen Ausführungsbeispiele angenommen, daß in jeder Basisstation eine lineare Array-Antenne mit horizontal angeordneter Array-Achse und damit lediglich einer Azimut richtwirkungsfähigkeit verwendet wird. In diesem Fall wird durch den Begriff "Richtung einer Mobilstation bezüglich der Antenne einer Basisstation" ein Wert des Azimutwinkels be zeichnet.

Obwohl in dem Beispiel gemäß Fig. 5 angenommen wird, daß die vorgenannte Veränderung der Phase und Amplitude auf die Sen de- oder Empfangssignale im Basisbandbereich angewendet wird, wäre es ebenso möglich, diese Veränderung im Zwischenfre quenzbereich (ZF) vorzunehmen. In diesem Fall würde bei spielsweise jeder der Multiplizierer 14a in Fig. 4 durch ein Paar von Multiplizierern ersetzt, d. h. ein erster Multipli zierer zum Durchführen einer direkten Aufwärtswandlung von der ZF-Frequenz oder Abwärtswandlung in die ZF-Frequenz und ein zweiter Multiplizierer zum Durchführen einer Aufwärts- oder Abwärtswandlung mit 90° Phasenverschiebung. Das ZF-Signal eines jeden solchen Multiplizierers würde einem ver stärkungsgesteuerten Verstärker zugeführt bzw. von diesem er halten, in gleicher Weise wie bei den Multiplizieren 13a, 13c gemäß Fig. 5.

Zur Vereinfachung der Beschreibung weist die Array-Antenne 11 gemäß Fig. 1 lediglich drei Antennenelemente auf, wobei die tatsächliche Anzahl von Elementen jedoch selbstverständlich wesentlich größer sein kann. Weiterhin ist es im allgemeinen erforderlich, daß die Array-Antenne einer Basisstation Funk wellen aus dem gesamten 360°-Bereich des Azimutwinkels emp fangen kann. Dies kann durch eine Array-Antenne mit in einem Kreis angeordneten Antennenelementen erreicht werden. Es ist jedoch genauso möglich, eine Vielzahl linearer Array-Antennen zu verwenden, von denen jede eine horizontal angeordnete Ar ray-Achse und eine Richtwirkung auf lediglich einer Seite aufweist. Eine solche lineare Array-Antenne kann als lineare Streifenleiterantenne oder lineare Anordnung vertikaler Di polantennen mit jeweils einem Rückreflektor ausgestaltet sein. Um die erforderliche 360°-Azimutabdeckung zu erzielen, kann ein Paar solcher Array-Antennen Rücken an Rücken ange ordnet sein, d. h. jede Array-Antenne stellt eine Azimutabdec kung von 180° bereit. Alternativ ist es gemäß Fig. 3 möglich, eine Gruppe von drei Array-Antennen 800, 801, 802 (bei diesem Beispiel Streifenleiterantennen) anzuordnen, wobei jede eine Azimutabdeckung von 120° bereitstellt.

Fig. 6 zeigt ein Grundflußdiagramm der durch den Einfalls richtungsbewertungsteil 12 ausgeführten Verarbeitung zum Her leiten von die entsprechenden Richtungen der Mobilstationen angebenden Daten. Im Schritt S1 kennzeichnen die "N aufeinan derfolgenden Datenbits" ein mit N aufeinanderfolgenden Daten bits moduliertes ZF-Signal, da bei diesem Ausführungsbeispiel angenommen wird, daß die empfangenen ZF-Signale für die Rich tungsbewertungsverarbeitung verwendet werden. Bei dem MUSIC- oder ESPRIT-Verfahren wird die Schätzgenauigkeit durch die Menge der verarbeiteten Empfangsdaten beeinflußt, d. h. für einen gewünschten Genauigkeitsgrad muß bei jeder Richtungsbe wertungsoperation eine minimale Anzahl von aufeinanderfolgen den Empfangsbits verwendet werden.

Im allgemeinen führt der als S3 in Fig. 6 gezeigte Schritt lediglich dazu, daß dem Maximumerzeugungsteil 15 die Rich tungsdaten einer bestimmten Mobilstation gleichzeitig zuge führt werden, d. h. einer Mobilstation, mit der die Basissta tion gerade kommuniziert oder zu kommunizieren beginnt. Ob wohl vorstehend nicht speziell beschrieben, weisen der Ein fallsrichtungsbewertungsteil oder der Maximumerzeugungsteil auch einen Speicher auf zum zeitweiligen Speichern geschätz ter Richtungsdaten in den Intervallen zwischen den Richtungs bewertungsoperationen durch den Einfallsrichtungsbewertungs teil, z. B. zum Zuführen der Daten zu dem Maximumerzeugungs teil während des Sendevorgangs der Basisstation.

Weiterhin kann der Einfallsrichtungsbewertungsteil die ge schätzte Richtungsinformation zum Schätzen der Gesamtzahl von gerade im Betriebsbereich der Basisstation befindlichen Mo bilstationen verwenden.

Fig. 7 zeigt ein grundlegendes Flußdiagramm der durch den Ma ximumerzeugungsteil 15 ausgeführten Verarbeitung zum Bearbei ten der von dem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 zugeführ ten Richtungsdaten. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden der Phasenverschiebungswinkel und die Verstärkung, die auf die empfangenen oder gesendeten Signale angewendet werden, durch die für die Verstärker des Antennenrichtwirkungssteuerteils 13 gemäß vorstehender Beschreibung eingerichteten entspre chenden Verstärkungsfaktoren bestimmt, so daß geeignete Werte für diese Verstärkungsfaktoren im Schritt S2 gemäß Fig. 7 be stimmt werden, zum Erzeugen von entsprechenden Maxima der An tennenrichtwirkung in jeder der durch den Einfallsrichtungs bewertungsteil 12 festgestellten Richtungen. Im allgemeinen wird, wie vorstehend erwähnt, nur ein in der Richtung einer bestimmten Mobilstation aus gerichtetes Maximum zur selben Zeit erzeugt. Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung jedoch nicht auf eine solche Anordnung beschränkt, sondern es können auch eine Vielzahl von entsprechend einer Vielzahl von Mobil stationen ausgerichteten Maxima zeitgleich erzeugt werden.

Der Kürze wegen werden Einrichtungen zum Zuordnen jeder ge schätzten Richtung zu der Identität einer bestimmten Mobil station nicht beschrieben, da Verfahren zum Identifizieren von Mobilstationen eines mobilen Kommunikationssystems be reits bekannt sind.

Fig. 8 zeigt ein Systemblockschaltbild eines ersten alterna tiven Aufbaus des ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbei spiels. In Fig. 8 kennzeichnet das Bezugszeichen 33 den An tennenrichtwirkungssteuerteil. Die Vorrichtung gemäß Fig. 8 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 1 darin, daß der Anten nenrichtwirkungssteuerteil 33 eine direkte Steuerung entspre chender auf jedes der (HF)-Sendesignale oder Empfangssignale der Elemente der Array-Antenne angewendeter Phasenverschie bungen und Verstärkungsfaktoren zum Bestimmen der Richtwir kung der Array-Antenne 11 durchführt. Wie bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1, kann der Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 bei dieser Vorrichtung die Richtungen von Mobilstationen während des Empfangs der Daten der Mobilstationen schätzen, d. h. wäh rend eines normalen Empfangsvorgangs. Maxima der Richtwirkung der Array-Antenne 11 werden jedoch lediglich während des Sen devorgangs gebildet. Da die Operation ansonsten mit der der Vorrichtung gemäß Fig. 1 übereinstimmt, werden lediglich die sich unterscheidenden Punkte beschrieben. Fig. 9 zeigt den internen Aufbau des Frequenzumwandlungsteils 34. Gemäß der Darstellung erfolgt beim Empfangsvorgang die Abwärtswandlung der Empfangssignale der Antennenelemente in die ZF-Ebene durch Multiplizierer 216, und die Umwandlung von der ZF-Ebene in das Basisband durch Multiplizierer 213, wobei die Basis bandsignale durch Verstärker 214 verstärkt und zum Erhalten des abschließenden Empfangssignals kombiniert werden. Ein zweiter Frequenzumwandlungsteil 35 ist gemäß Fig. 10 aufge baut und dient zum Zuführen eines HF-Sendesignals zu dem An tennenrichtwirkungssteuerteil 33. Der Aufbau des Antennen richtwirkungssteuerteils ist in Fig. 11 dargestellt. Hierbei wird das Sendesignal eines jeden Antennenelements einer Pha senverschiebung durch einen Phasenschieber 33b und einer Ver stärkung durch einen Verstärker 33a unterzogen, die durch von dem Maximumerzeugungsteil 32 zugeführte Steuersignale ent sprechend den dem Antennenrichtwirkungssteuerteil 33 von dem Maximumerzeugungsteil 32 zugeführten Einfallsrichtungsdaten bestimmt werden. Die durch den Maximumerzeugungsteil 32 gemäß diesem Ausführungsbeispiel durchgeführte Verarbeitungssequenz im Ansprechen auf einen Satz von durch den Einfallsrichtungs bewertungsteil 12 zugeführten Richtungsdaten ist in Fig. 12 dargestellt. Diese unterscheidet sich von der in Fig. 7 dar gestellten Verarbeitung lediglich darin, daß Steuersignale zur direkten Steuerung der entsprechenden auf die Signale der Antennenelemente anzuwendenden Phasenverschiebungsgrade an stelle der Verstärkungsfaktorsteuersignale erzeugt werden.

Ein zweiter alternativer Aufbau des ersten Ausführungsbei spiels ist in Fig. 13 dargestellt. Die Funktionen des Ein fallsrichtungsbewertungsteils 12 gemäß Fig. 13 stimmen mit denen des vorstehend beschriebenen Einfallsrichtungsbewer tungsteil 12 gemäß Fig. 1 überein. Entsprechend der Vorrich tung gemäß Fig. 1 werden hier in Richtung der Mobilstationen ausgerichtete Richtwirkungsmaxima sowohl während des Sende als auch während des Empfangsvorgangs erzeugt. Es ist jedoch erforderlich die auf die Empfangssignale der Antennenelemente anzuwendenden Phasenverschiebungs- und Verstärkungsgrade auf entsprechend identische Werte einzustellen, bevor die resul tierenden ZF- oder Basisbandsignale zum Schätzen der Ein fallsrichtungen der Funkwellen verwendet werden. In Fig. 13 werden die entsprechenden Sende- oder Empfangssignale der Elemente der Antenne 11 über den Antennenrichtwirkungssteuer teil zu dem Frequenzumwandlungsteil 259 weitergeleitet. Wäh rend eines Empfangsvorgangs werden die ZF-Signale der Anten nenelemente dem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 in einem Zustand zugeführt, in dem durch den Antennenrichtwirkungs steuerteil 257 identische Phasenverschiebungs- und Verstär kungsgrade auf jedes der empfangenen (HF)-Signale der Anten nenelemente angewendet werden, falls eine Einfallsrichtungs bewertungsoperation durchzuführen ist. Nachdem die Richtungs information auf diese Weise erhalten wurde, erzeugt der Maxi mumerzeugungsteil Steuersignale zum Anwenden entsprechender Phasenverschiebungs- und Verstärkungsgrade auf die Sen de/Empfangssignale der Antennenelemente, um dadurch Richtwir kungsmaxima in jeder der für die Mobilstationen bestimmten Richtungen zu erzeugen.

Fig. 14 zeigt den internen Aufbau des Frequenzumwandlungs teils 259, Fig. 15 den Aufbau des Antennenrichtwirkungssteu erteils 257 und Fig. 16 die durch den Maximumerzeugungsteil 258 ausgeführte Verarbeitungssequenz, wenn eine Richtungsbe wertungsoperation durch den Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 durchgeführt wird. Wie in Fig. 16 dargestellt ist, erzeugt der Maximumerzeugungsteil 258 vor dem tatsächlichen Beginn einer Richtungsbewertungsoperation durch den Einfallsrich tungsbewertungsteil 12 Steuersignale zum Sicherstellen, daß identische Phasenverschiebungsgerade (z. B. Null) und Verstär kungsgrade auf jedes der Empfangssignale der Antennenelemente der Array-Antenne 11 angewendet werden. Danach entspricht die Funktionsweise des Maximumerzeugungsteils der vorstehend be züglich Fig. 12 beschriebenen.

Fig. 17 zeigt ein Systemblockschaltbild eines zweiten erfin dungsgemäßen Ausführungsbeispiels. In Fig. 17 kennzeichnet das Bezugszeichen 41 eine erste Array-Antenne, die lediglich für Empfangssignale zur Einfallsrichtungsbewertung verwendet wird, während das Bezugszeichen 42 eine zweite Array-Antenne kennzeichnet, die ausschließlich als Datensende- und -empfangsantenne verwendet wird. Der Einfallsrichtungsbewer tungsteil 12, der Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 und der Maximumerzeugungsteil 15 sind miteinander verbunden und ar beiten in gleicher Weise wie die entsprechend gekennzeichne ten Teile des in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbei spiels.

Der interne Aufbau des Frequenzumwandlungsteils 45 gemäß die sem Ausführungsbeispiel ist in Fig. 18 dargestellt. Gemäß der Darstellung werden die entsprechenden Empfangssignale der Elemente der zweiten Array-Antenne 41 nach deren Umwandlung in die ZF-Ebene dem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 zuge führt. Daraus geht hervor, daß sich dieses Ausführungsbei spiel von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ledig lich darin unterscheidet, daß eine Array-Antenne vorgesehen ist, die zum Erhalten von Empfangssignalen zur Verwendung bei der Einfallsrichtungsbewertung verwendet wird, wobei die Funktionsweise ansonsten mit der des ersten Ausführungsbei spiels gemäß Fig. 1 übereinstimmt.

Wie vorstehend beschrieben, ist es für den Einfallsrichtungs bewertungsteil lediglich dann möglich, genaue Richtungsinfor mationen für jede der Mobilstationen, von denen Funkwellen empfangen wurden, und eine genaue Bewertung der Gesamtzahl dieser Mobilstationen zu erzielen, wenn die Anzahl von Mobil stationen nicht größer als die Gesamtzahl der Elemente der Array-Antenne ist, deren Signale für die Richtungsbewertung verwendet werden. Fig. 19 zeigt ein Systemblockschaltbild ei nes dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, bei dem die vorgenannte Beschränkung vermieden wird. In Fig. 19 kenn zeichnet das Bezugszeichen 51 eine erste Array-Antenne, die normalerweise zum Erhalten von Empfangssignalen für die Ein fallsrichtungsbewertung vorgesehen ist, und das Bezugszeichen 52 eine zweite Array-Antenne, die normalerweise als Datensen de- und -empfangsantenne vorgesehen ist. Das Bezugszeichen 53 kennzeichnet einen Einfallsrichtungsbewertungsteil, 54 einen Antennenrichtwirkungssteuerteil, 55 einen Frequenzumwand lungsteil, 56 einen Empfangssignalstärkenbeurteilungsteil und 57 einen Maximumerzeugungsteil.

Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels stellt sich wie folgt dar. Der Einfallsrichtungsbewertungsteil 53 verwen det die empfangenen Signale der entsprechen 87862 00070 552 001000280000000200012000285918775100040 0002019737136 00004 87743den Elemente der Array-Antenne 51 zum Schätzen der Anzahl und Richtungen der sich innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation befind lichen Mobilstationen. Wird festgestellt, daß die geschätzte Zahl von Mobilstationen geringer ist als die Anzahl von Ele menten der Array-Antenne 51, so deutet dies an, daß die durch den Einfallsrichtungsbewertungsteil 53 erhaltenen Richtungs daten zuverlässig sind, und somit stimmt der nachfolgende Ab lauf mit dem für das vorhergehende Ausführungsbeispiel be schriebenen überein, d. h. der Maximumerzeugungsteil 57 er zeugt Steuersignale, wodurch der Antennenrichtwirkungssteuer teil 54 eine Richtwirkung mit in den entsprechenden Richtun gen der innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation be findlichen Mobilstationen ausgerichteten Maxima erzeugt, wor auf dann eine Kommunikation mit den Mobilstationen durchge führt werden kann.

Wird jedoch festgestellt, daß die geschätzte Zahl von Mobil stationen mit der Anzahl von Elementen der Array-Antenne 51 übereinstimmt, so gibt dies entweder einen Zustand an, bei dem die Anzahl von Mobilstationen tatsächlich größer ist als die Anzahl von Elementen der Array-Antenne 51, oder einen Zu stand, bei dem die Anzahl von Mobilstationen wirklich mit der Anzahl von Elementen der Array-Antenne 51 übereinstimmt. Es besteht somit bei den von dem Einfallsrichtungsbewertungsteil 53 erhaltenen Schätzergebnissen eine Fehlermöglichkeit. Aus diesem Grunde verwendet der Einfallsrichtungsbewertungsteil 53 in einem solchen Fall die Empfangssignale aller Elemente sowohl der Datensende- und Empfangsantenne 52 als auch der ersten Array-Antenne 51 zum Bewerten der Einfallsrichtungen der von den Mobilstationen stammenden Funkwellen.

Wird anhand der so erhaltenen Schätzergebnisse festgestellt, daß die Anzahl von Mobilstationen innerhalb des Betriebsbe reichs der Basisstation geringer ist als die Gesamtzahl der Elemente der Array-Antenne 51 und der Datensende- und Emp fangsantenne 52, so gibt dies an, daß die Schätzergebnisse als richtig betrachtet werden können. In diesem Fall bewirken die Steuersignale des Maximumerzeugungsteil 57, daß der An tennenrichtwirkungssteuerteil 54 die Antennenrichtwirkungsma xima in Richtungen der innerhalb des Betriebsbereichs der Ba sisstation befindlichen Mobilstationen ausrichtet, worauf dann eine Kommunikation mit den Mobilstationen durchgeführt werden kann.

Wird festgestellt, daß die durch den Einfallsrichtungsbewer tungsteil als Schätzergebnis unter-Verwendung der Elemente sowohl der ersten Array-Antenne 51 als auch der Datensende- und Empfangsantenne 52 erhaltene Anzahl von Mobilstationen mit der Summe der Elemente der Array-Antenne 51 und der Da tensende- und -empfangsantenne 52 übereinstimmt, so kann dies entweder einen Zustand andeuten, bei dem die Anzahl von Mo bilstationen größer ist als die Gesamtzahl der Elemente der Array-Antenne 51 und der Datensende- und -empfangsantenne 52 ist, oder einen Zustand, bei dem die Anzahl von Mobilstatio nen tatsächlich der Anzahl von Elementen der Array-Antenne 51 und der Datensende- und -empfangsantenne 52 übereinstimmt. Es besteht somit die Möglichkeit, daß die durch den Einfalls richtungsbewertungsteil erhaltenen Schätzergebnisse fehler haft sind. Aus diesem Grund erzeugt der Maximumerzeugungsteil 57 in diesem Fall Steuersignale, wodurch der Antennenricht wirkungssteuerteil 54 die Phase und Amplitude der entspre chenden den verschiedenen Elementen der ersten Array-Antenne 51 und der Datensende- und -empfangsantenne 52 zugeführten oder von diesen empfangenen Signale geändert werden, um da durch ein Schwenken eines einzelnen Maximums der Antennen richtwirkung über den gesamten Schwenkbereich (d. h. im allge meinen über einen Azimutwinkel von 360°) durchzuführen, wobei die Vorrichtung in der Empfangsbetriebsart betrieben wird. Während dieses Schwenkvorgangs wird die Stärke eines jeden von einer Mobilstation erhaltenen Empfangssignals beurteilt (z. B. durch den Empfangssignalstärkenbeurteilungsteil 56 ba sierend auf dem Pegel des resultierenden Basisbandsignals). Während dieses Schwenkvorgangs wird der Schwenkvorgang bei jedem Empfang eines Signals einer Mobilstation, das aufgrund seiner ausreichenden Stärke eine innerhalb des Betriebsbe reichs der Basisstation befindliche Mobilstation anzeigt, zeitweise angehalten, und es erfolgt eine Kommunikation der Basisstation mit dieser Mobilstation (beispielsweise für ein vorbestimmtes Zeitintervall oder ein erforderliches Zeitin tervall). Der Schwenkvorgang wird danach wieder aufgenommen bis ein Empfangssignal der nächsten innerhalb des Betriebsbe reichs befindlichen Mobilstation erfaßt wird, wobei dann eine Kommunikation mit dieser Mobilstation erfolgt, usw. für jede der innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstatio nen aufeinanderfolgend. Auf diese Weise kann eine Kommunika tion mit jeder der sich innerhalb des Betriebsbereichs be findlichen Mobilstationen durch einen Time-Sharing-Betrieb durchgeführt werden.

Fig. 20 zeigt den internen Aufbau des Frequenzumwandlungs teils 55, während Fig. 21 den Aufbau des Antennenrichtwir kungssteuerteils 54 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt. Gemäß der Darstellung werden die empfangenen ZF-Signale eines jeden Elements der Antennen 51, 52 dem Einfallsrichtungsbe wertungsteil 53 zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus können die Sendesignale und Empfangssignale eines jeden Antennenele ments sowohl der ersten als auch der zweiten Array-Antenne 51 und 52 gemäß der Darstellung in Fig. 21 hinsichtlich ihrer Phase und Amplitude anhand der den Verstärkern 54d, 54e von dem Maximumerzeugungsteil 57 zugeführten Verstärkungsfaktor steuersignale gesteuert werden. Dadurch kann der Maximumer zeugungsteil 57 eine einzelne Richtwirkungskeule, d. h. ein einzelnes Maximum der Richtwirkung, erzeugen und das Maximum nacheinander über den gesamten Steuerbereich schwenken, wie vorstehend beschrieben wurde. Im einzelnen kann ein solcher Schwenkvorgang als aufeinanderfolgende vollständige Drehungen des Maximums durchgeführt werden, falls Array-Antennen mit 360°-Azimutabdeckung verwendet werden.

Die Fig. 22A, 22B und 22C bilden ein Flußdiagramm der durch den Einfallsrichtungsbewertungsteil 53 gemäß diesem Ausführungsbeispiel durchgeführten Verarbeitung. Gemäß Fig. 22A erfolgt ein Entscheidungsschritt (S2) zum Beurteilen, ob es möglich ist, daß die unter Verwendung ausschließlich der Empfangssignale der Elemente der Antenne 51 erhaltenen Schätzergebnisse falsch sind. Besteht eine solche Möglich keit, so wird die in Fig. 22B gezeigte Verarbeitung durchge führt. Hierbei erfolgt wiederum ein Entscheidungsschritt (S7) zum Beurteilen, ob es möglich ist, daß die unter Verwendung der Empfangssignale beider Antennen 51 und 52 erhaltenen Schätzergebnisse falsch sind. Besteht eine solche Möglich keit, so wird die in Fig. 22C gezeigte Verarbeitung zum Durchführen der vorstehend beschriebenen Strahlschwenkopera tion ausgeführt, durch Erzeugen von sich aufeinanderfolgend ändernden Richtungen des Maximums und Zuführen dieser Daten zu dem Maximumerzeugungsteil. Bei dem Beispiel gemäß Fig. 22C wird angenommen, daß eine solche Operation lediglich für eine als Schwenkoperationsintervall gekennzeichnete vorbestimmte Zeitdauer fortgesetzt wird, worauf der Ablauf zum Schritt S1 gemäß Fig. 22A zurückkehrt. Wie durch die Schritte in Fig. 22C angegeben ist, wird angenommen, daß der Schwenkvorgang bei jedem Erfassen von Funkwellen einer sich innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation befindlichen Mobilstation angehalten wird, d. h. die dem Maximumerzeugungsteil zugeführ ten Richtungsdaten werden während eines Intervalls, in dem eine Kommunikation zwischen der Basisstation und dieser Mo bilstation stattfindet, unverändert beibehalten. Dabei kann es sich um ein festes Intervall oder ein Intervall einer für eine bestimmte Kommunikation erforderlichen Länge handeln. Der Schwenkvorgang wird dann wiederaufgenommen bis Funkwellen einer anderen innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mo bilstation erfaßt werden, usw. bis das Ende des Schwenkopera tionsintervalls erfaßt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß ein grund legender Vorteil dieses Ausführungsbeispiels im Vergleich zu jedem der vorgenannten Ausführungsbeispiele darin besteht, daß die Anzahl von durch eine Basisstation verwaltbaren Mo bilstationen nicht auf die Gesamtzahl der Array-Antennenelemente, von denen Empfangssignale zum Zwecke der Einfallsrichtungsbewertung erhalten werden können, beschränkt ist. Das bedeutet, daß selbst bei einer Zahl von Mobilstatio nen innerhalb des Betriebsbereichs einer Basisstation, die größer als die Gesamtzahl von Array-Antennenelementen ist, ein Schwenkvorgang eines Antennenrichtwirkungsmaximums durch geführt werden kann, um alle innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstationen zu erfassen und mit diesen zu kommunizieren.

Selbstverständlich ist es ebenso möglich, ein solches Schwenk/Erfassungs-Merkmal mit dem ersten oder zweiten Aus führungsbeispiel der Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung zu kombinieren, um den vorgenannten Vorteil zu erzielen.

Vor der Beschreibung eines vierten erfindungsgemäßen Ausfüh rungsbeispiels werden einige Grundprinzipien einer linearen Array-Antenne als wesentliche Merkmale dieses Ausführungsbei spiels unter Bezugnahme auf zunächst Fig. 23 zusammengefaßt. Dort ist das Verhältnis zwischen Funkwellen Sm(t) darge stellt, die auf eine lineare Array-Antenne mit in einem Ab stand d angeordneten Elementen E auftreffen. Die Einfalls richtung der Funkwellen wird hier als Winkel θm zwischen die ser Richtung und einer Senkrechten zu der Arrayrichtung der Antenne angegeben. Gemäß der Darstellung ergibt sich aufgrund des Wegunterschieds d·sin θm zwischen der beim Erreichen dieser Elemente zurückgelegten Distanz einer Wellenfront ein Phasenunterschied zwischen den von benachbarten Elementen der Antenne erhaltenen Signalen. Wird jedoch die Einfallsrichtung der Funkwellen für eine solche Antenne geschätzt, z. B. unter Verwendung des MUSIC-Verfahrens, und falls die Antenne Funk wellen aus sich bezüglich ihrer Array-Achse in 360° erstrec kenden Richtungen empfangen kann, so stellt der dadurch ge schätzte Winkel den Halböffnungswinkel eines Kegels dar, des sen Oberfläche alle möglichen Richtungen definiert, aus denen die Funkwellen tatsächlich herrühren. Dies ist in Fig. 24 für eine lineare Array-Antenne 210, deren Array-Achse sich ent lang der Linie 313 erstreckt, dargestellt. Kann die Antenne 310 Funkwellen aus lediglich einer Seite empfangen (d. h. ist eine Richtwirkung in einem Bereich von 180° Azimutwinkel mit im wesentlichen keiner Richtwirkung in der Elevation mög lich), wie bei einer sich horizontal erstreckenden Streifen leiterantenne oder einem Dipolarray mit entsprechenden Rück reflektoren, so bildet der Bereich möglicher Einfallsrichtun gen der Funkwellen einen Halbkegel 311, wie dargestellt. Nachfolgend wird dieser als Einfallsrichtungshalbkegel be zeichnet.

Fig. 25 zeigt eine konzeptionelle Darstellung der Beziehung zwischen der linearen Array-Antenne 301 einer Basisstation 300 und einer Mobilstation 302, die Funkwellen aussendet, die die Antenne 301 entlang einer durch eine Linie 304 angedeute ten Richtung erreichen. Das in Fig. 25 gezeigte xyz-Koordinatensystem wird zur Beschreibung dieser Beziehung ver wendet, d. h. der Mittelpunkt der Antenne 301 stellt den Ur sprung dar.

Wird die Höhe der Antenne 301 über Grund als h (d. h. das Grundniveau beträgt -h) und der Winkel der einfallenden Funk wellen einer Mobilstation als 0 (gemessen von der x-Achse) bezeichnet, so ergibt sich die Schnittlinie zwischen dem Ein fallsrichtungshalbkegel und dem Boden wie folgt:

y² = x²tan²θ - h²

Die Lagebeziehung in der Draufsicht ist in Fig. 6 darge stellt, wobei der Azimutwinkel der Mobilstation 302 bezüglich der Antenne 301 als θ_A (gemessen von der x-Achse) bezeichnet wird. Ist der Elevationswinkel der Mobilstation 302 bezüglich der Array-Antenne 301 klein (d. h. die Mobilstation 302 befin det sich im wesentlichen auf derselben Höhe wie die Antenne 302, oder ist im Verhältnis zum Höhenunterschied ausreichend weit von der Antenne 301 entfernt) wie in der Ansicht entlang der x-Achse gemäß Fig. 27A dargestellt ist, dann wird die Einfallsrichtung der Funkwellen der Mobilstation 302 durch den Azimutwinkel der Mobilstation 302 bezüglich der Antenne 301 repräsentiert. Dies geht aus Fig. 27B hervor, in der das Bezugszeichen 305 den vorgenannten Einfallsrichtungshalbkegel bei einer Betrachtung entlang der x-Achse kennzeichnet. Die vorgenannten Ausführungsbeispiele basieren auf dieser Annah me, d. h. das der Elevationswinkel einer jeden Mobilstation ausreichend gering ist.

Ist der Elevationswinkel dagegen beachtlich, wie in Fig. 28A dargestellt ist, so geht aus Fig. 28B hervor, daß die Ein fallsrichtung der von der Mobilstation 302 empfangenen Funk wellen nicht genau durch die Azimutrichtung der Mobilstation angegeben werden kann. Falls die Position der Mobilstation 302 geschätzt werden kann, so kann die Azimutrichtung der Mo bilstation (z. B. durch die in Polarkoordinaten ausgedrückte Position) genau erhalten werden. Weiterhin kann der von der Basisstation auf die Mobilstation gerichtete Sendeleistungs pegel während der Kommunikation mit der Mobilstation auf ei nen hinsichtlich der Distanz von der Mobilstation zu der Ba sisstation geeigneten Wert eingestellt werden, falls die Richtung bekannt ist, d. h. die Richtwirkung der Antenne kann genau eingerichtet werden, so daß Störungen anderer Basissta tionen und Mobilstationen des mobilen Kommunikationssystems wirksamer verhindert werden können. Aus diesen Gründen ermög licht das vierte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel eine Positionsbewertung einer Mobilstation durch eine Basisstati on, bevor die Kommunikation mit dieser Mobilstation beginnt.

Fig. 29 zeigt ein Systemblockschaltbild des vierten Ausfüh rungsbeispiels einer Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung. In Fig. 29 weist eine Basisstation 67 eine li neare Array-Antenne 61, einen Einfallsrichtungsbewertungsteil 12, einen Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 und einen Fre quenzumwandlungsteil 14 auf, jeweils gemäß der Beschreibung der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Die Steuersignale für den Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 werden bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen Maximumerzeugungsteil 65 er zeugt. Die Funktionsweise des Maximumerzeugungsteils 65 äh nelt der des Maximumerzeugungsteils 15 der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, unterscheidet sich jedoch darin, daß die durch den Maximumerzeugungsteil 65 erzeugten Verstär kungsfaktorsteuersignale den Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 veranlassen, ein entsprechend der Position einer Mobilsta tion, mit der gerade eine Kommunikation durchgeführt wird, geformtes Maximum zu erzeugen, d. h. wobei das Maximum in der Azimutrichtung ausgerichtet ist, die Größe des Maximums je doch entsprechend der Sichtliniendistanz dieser Mobilstation bestimmt wird. Durch den Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 erzeugte Einfallsrichtungsdaten werden einem Mobilstationspo sitionsbewertungsteil 402 zugeführt. Die Basisstation 67 wird über Kommunikationskabel 406, 407 mit anderen benachbarten Basisstationen des Systems wie beispielsweise Basisstationen 68, 69 verbunden. Die durch die Einfallsrichtungsbewertungs teile einer jeden dieser Basisstationen erhaltenen geschätz ten Einfallsrichtungsdaten werden dem Mobilstationspositions bewertungsteil 402 der Basisstation 67 zugeführt, und der Mo bilstationspositionsbewertungsteil 402 berechnet die ge schätzten Positionen entsprechender Mobilstationen basierend auf den so zugeführten Daten. Soll die Basisstation 67 eine Kommunikation mit einer Mobilstation durchführen, für die ei ne geschätzte Position erhalten wurde, so werden die Azimut richtung und die Sichtliniendistanz dieser Mobilstation ange bende Daten 403 dem Maximumerzeugungsteil 65 durch den Mobil stationspositionsbewertungsteil 402 zugeführt, um dadurch ei ne Formgebung der Richtwirkung der linearen Array-Antenne 61 zu erzielen, die für die Position dieser Mobilstation geeig net ist.

Fig. 30 zeigt ein Diagramm zum Darstellen der Grundprinzipien der durch den Mobilstationspositionsbewertungsteil 402 durch geführten Positionsbewertung. In Fig. 30 kennzeichnen die Be zugszeichen 61, 73 bzw. 75 die linearen Array-Antennen der Basisstationen 67, 68, 69 gemäß Fig. 29. Basierend auf der Einfallsrichtungsinformation einer bestimmten Mobilstation, die durch ihren eigenen Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 und jeden Einfallsrichtungsbewertungsteil der Basisstationen 68, 69 erhalten wird, berechnet der Mobilstationspositionsbe wertungsteil 402 der Basisstation 67 die Schnittlinie des Einfallsrichtungshalbkegels dieser Mobilstation gemäß vorste hender Beschreibung. Im folgenden wird angenommen, daß der entsprechende Höhenwert h für jede der Basisstationen als konstant betrachtet wird, d. h. es wird ein flacher Untergrund angenommen. Die resultierenden Schnittlinien 72, 74, 76 wer den dadurch erhalten, wobei der Schnittpunkt 77 die Position der gewünschten Mobilstation angibt.

Ist der Untergrund tatsächlich flach, so wären zur Bewertung der Position einer Mobilstation lediglich zwei solcher Schnittlinien erforderlich. Da dies jedoch im allgemeinen nicht zutrifft (d. h. der Wert von h ist nicht konstant), wer den zur Erhöhung der Genauigkeit der Positionsbewertung drei Schnittlinien verwendet. Dies geht aus Fig. 31 hervor, in der angenommen wird, daß die fragliche Mobilstation tatsächlich höher als in der Berechnung der Linien 72, 74, 76 angenommen angeordnet ist. In diesem Fall treffen sich die Schnittlinien nicht in einem einzigen Punkt, sondern weisen gemäß der Dar stellung drei getrennte Schnittpunkte auf. In diesem Fall wird jedoch die Position der Mobilstation durch den Mobilsta tionspositionsbewertungsteil 402 als der mittlere Punkt zwi schen diesen drei Schnittpunkten erhalten, d. h. der Punkt 77.

Die dadurch erhaltene Positionsinformation wird den anderen Basisstationen des Systems über die vorgenannten Kommunikati onskabel 406, 407 zur Verfügung gestellt. Nach dem Schätzen der Position einer Mobilstation führt diejenige Basisstation eine Kommunikation mit dieser Mobilstation durch, die den ge ringsten Abstand zu dieser Mobilstation aufweist oder dieje nige Basisstation (der in ausreichender Nähe zu der Mobilsta tion befindlichen Basisstationen), die gerade mit der gering sten Zahl von Mobilstationen kommuniziert.

Fig. 32 zeigt ein Flußdiagramm der durch den Mobilstationspo sitionsbewertungsteil 402 durchgeführten Verarbeitung zum Schätzen der Position einer Mobilstation. Obwohl der Schritt S3 in diesem Diagramm als ein Schritt des Auffindens des Schnittpunkts zwischen drei Schnittlinien zwischen Einfalls richtungshalbkegeln und dem Boden definiert ist, besteht der Schritt S3 im allgemeinen aus dem Auffinden des vorgenannten mittleren Punkts als die geschätzte Position, d. h. ein von jeder der drei Schnittlinien gleichbeabstandeter Punkt, da sich gemäß der vorstehenden Beschreibung diese drei Linien tatsächlich nicht in einem einzelnen Punkt schneiden könnten.

Unter der Annahme, daß die Positionsinformation in kartesi schen Koordinaten erhalten wurde, wird diese Information im Schritt S4 in Polarkoordinaten umgewandelt, um dadurch die Azimutrichtung und die Sichtlinienentfernung der Mobilstation bezüglich der Antenne der für die Kommunikation mit der Mo bilstation beabsichtigten Basisstation zu erhalten. Diese Da ten werden dann dem Maximumerzeugungsteil dieser Basisstation zugeführt, um die durch diese Basisstation erzeugte Antennen richtwirkung in geeigneter Weise entsprechend der Position der Mobilstation zu formen, d. h. ein Charakteristikmaximum zu erzeugen, das in der Azimutrichtung der Mobilstation ausge richtet ist und einen für den Abstand der Mobilstation geeig neten Sendeleistungspegel bereitstellt.

Obwohl bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel die Verwen dung von drei benachbarten Basisstationen zum Erhalten der Daten für die Positionsbewertung einer Mobilstation beschrie ben wurde, kann auch eine größere Zahl von Basisstationen für diesen Zweck herangezogen werden, d. h. zum Erhalten einer größeren Zahl von Schnittlinien zwischen Einfallsrichtungs halbkegeln und dem Boden, um dadurch eine größere Genauigkeit bei der Positionsbewertung zu erzielen.

Weiterhin sind verschiedene Abwandlungen des vorgenannten Ausführungsbeispiels denkbar, beispielsweise durch Bereit stellen einer Quelle gespeicherter topographischer Daten in jeder Basisstation, die Höhenveränderungen des Umgebungsbe reichs angeben, zum Erhalten der tatsächlichen Schnittlinien zwischen den Einfallsrichtungshalbkegeln und dem Boden, d. h. als dreidimensionale Linie.

Somit ist bei diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung von linearen Array-Antennen und der durch die entsprechenden Ein fallsrichtungsbewertungsteile dreier oder mehr Basisstationen erhaltenen Schätzergebnisse möglich, die Position einer Mo bilstation zu bestimmen und dadurch die Antennenrichtcharak teristik einer Basisstation in geeigneter Weise einzustellen, so daß eine Kommunikation zwischen dieser Mobilstation und der Basisstation mit minimaler Störwahrscheinlichkeit der Kommunikation zwischen anderen Mobilstationen und Basissta tionen ermöglicht wird.

Fig. 33 zeigt ein Systemblockschaltbild eines fünften Ausfüh rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung. In Fig. 33 entsprechen die ent sprechenden Funktionsweisen einer linearen Array-Antenne 61, eines Einfallsrichtungsbewertungsteils 12, eines Antennen richtwirkungssteuerteils 13, eines Frequenzumwandlungsteils 14 und eines Maximumerzeugungsteils 65 denen des vorhergehen den Ausführungsbeispiels, so daß auf eine detaillierte Be schreibung verzichtet wird. Das Bezugszeichen 84 kennzeichnet einen E-Feldstärkemeßteil zum Messen der von einer Mobilsta tion empfangenen elektrischen Feldstärke, d. h. basierend auf der von der Mobilstation empfangenen Empfangssignalstärke, und das Bezugszeichen 86 einen Mobilstationspositionsbewer tungsteil zum Empfangen von Eingangswerten 87, 88 von dem Feldstärkemeßteil 84 bzw. dem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12. Der Mobilstationspositionsbewertungsteil 84 führt dem Ma ximumerzeugungsteil 65 Ausgangswerte 86 zu, die eine Kombina tion des Azimutwinkels und der Sichtlinienentfernung für jede Mobilstation angegeben, deren Position geschätzt wird.

Der E-Feldstärkemeßteil 84 kann gemäß Fig. 35 lediglich als eine Gruppe von Empfangssignalstärkendetektoren 84a aufgebaut sein, die auf die entsprechenden Empfangssignale der Elemente der Array-Antenne 61 ansprechen, und deren Ausgangssignale in einem Addierer 84b aufsummiert werden. Das resultierende Sum mensignal kann einer Analog-Digital-Umwandlung in einer in der Zeichnung nicht dargestellten Einrichtung unterzogen wer den, um dem Mobilstationspositionsbewertungsteil 81 als digi taler Datenwert zugeführt zu werden.

Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels stellt sich wie folgt dar. Der Pegel der Empfangsfeldstärke einer Mobil station wird als Maß für die Sichtlinienentfernung dieser Mo bilstation von der Antenne der Basisstation verwendet, d. h. da die Verringerungsrate der Empfangsfeldstärke von Funkwel len in Abhängigkeit der Übertragungsdistanz bekannt ist. Dar über hinaus kann der Elevationswinkel der Mobilstation unter der Annahme, daß der Boden um die Basisstation im wesentli chen flach ist, aus der bekannten Höhe (h) der Antenne der Basisstation und der gemessenen Sichtlinienentfernung (r) der Mobilstation berechnet werden. Mit anderen Worten kann der geschätzte Abstand r der Mobilstation als Definition einer die Basisstationsantenne umgebenden Kugel mit Radius r be trachtet werden. Die Schnittlinie zwischen der Oberfläche dieser Kugel und dem Boden (dessen Höhe bezüglich der Antenne -h beträgt), d. h. der Ort der in einer Sichtlinienentfernung r von der Antenne 61 befindlichen Positionen, bildet den Be reich möglicher Positionen der Mobilstation. Bei der Antenne 61 handelt es sich um eine lineare Array-Antenne, wie für die vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschrieben wurde. Der Mobilstationspositionsbewertungsteil 81 empfängt geschätzte Richtungsdaten von dem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12, d. h. Daten zum Spezifizieren des Winkels der von einer Mobil station empfangenen einfallenden Funkwellen bezüglich der Ar ray-Achse der Antenne 61, berechnet die Gruppe der die Schnittlinie des vorgenannten Einfallsrichtungshalbkegels bildenden Positionen, d. h. in kartesischen Koordinaten (xy), und ermittelt den Schnittpunkt zwischen dieser Schnittlinie und der Schnittlinie zwischen der vorgenannten Kugeloberflä che mit Radius r und dem Boden, um dadurch die geschätzte Po sition der Mobilstation zu erhalten.

Die so ermittelte Positionsinformation wird danach in Polar koordinaten umgewandelt, um dadurch den gewünschten Azimut winkel der Mobilstation bezüglich der Array-Antenne 61 zu er halten. Der Azimutwinkel und der Sichtlinienentfernungswert r werden dann dem Maximumerzeugungsteil 65 als Daten 86 zuge führt, der daraus Steuersignale für den Antennenrichtwir kungssteuerteil 13 erzeugt, zum Herstellen einer Antennen richtwirkung, die für die Kommunikation mit der Mobilstation, deren Position geschätzt wurde, geeignet geformt ist.

Fig. 34 zeigt ein Flußdiagramm der durch den Mobilstationspo sitionsbewertungsteil 81 in diesem Fall ausgeführten Verar beitungssequenz.

Wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist es bei diesem Ausführungsbeispiel ebenso möglich, gespeicherte Topo graphiedaten der eine Basisstation umgebenden Region zu ver wenden, um die Schnittlinie zwischen einem Einfallsrichtungs halbkegel und der Bodenoberfläche genauer zu bestimmen, d. h. als dreidimensionale Linie.

Selbstverständlich ist es ebenso möglich, bei der vorgenann ten Positionsbewertungsprozedur ausschließlich Polarkoordina ten zu verwenden. D.h. die entsprechenden Werte des Elevati onswinkels der Punkte entlang der Schnittlinie des Einfalls richtungshalbkegels mit dem Boden können unter Verwendung des Höhenwerts der Basisstationsantenne berechnet werden, der Elevationswinkel der Mobilstation kann anhand der geschätzten Sichtlinienentfernung der Mobilstation und der Antennenhöhe über Grund geschätzt und der Wert des Elevationswinkels dann mit jedem Wert des für die Einfallsrichtungshalbkegel-Schnitt linie erhaltenen Elevationswinkels verglichen werden, um die erforderliche Position der Mobilstation zu ermitteln, d. h. die Position auf der Schnittlinie zwischen dem Halbkegel und dem Boden, die denselben Wert des Elevationswinkels auf weist, wie der unter Verwendung des geschätzten Abstands der Mobilstation erhaltene.

Gemäß vorstehender Erläuterung kann die Basisstation bei die sem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Position der Mobilstation durch Messen der elektrischen Feldstärke der durch die Basisstation von der Mobilstation empfangenen Funk wellen schätzen, wenn sich eine Mobilstation innerhalb des Betriebsbereichs einer Basisstation befindet, um dadurch die Entfernung der Mobilstation von der Antenne der Basisstation zu schätzen. Diese geschätzte Entfernung wird dann in der Vorrichtung in Verbindung mit der geschätzten Einfallsrich tung der Funkwellen dieser Mobilstation zum Schätzen der Po sition der Mobilstation herangezogen, und danach wird die Po sitionsinformation zur geeigneten Formgebung der Richtwirkung der Antenne der Basisstation verwendet, um eine Kommunikation mit der Mobilstation zu ermöglichen, wobei die Störwahr scheinlichkeit der Kommunikationen zwischen anderen Mobilsta tionen und Basisstationen minimiert wird.

Fig. 36 zeigt ein Systemblockschaltbild eines sechsten Aus führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung. In Fig. 36 kennzeichnet das Be zugszeichen 90 eine Basisstation mit einer linearen Array-Antenne 61, einem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12, einem Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 und einem Maximumerzeu gungsteil 65, deren Funktionsweisen mit denen der entspre chend numerierten Komponenten der vorhergehenden Ausführungs beispiele übereinstimmen, so daß auf eine detaillierte Be schreibung dieser verzichtet wird. Die Basisstation 90 ent hält weiterhin einen Mobilstationspositionsbewertungsteil 91 zum Empfangen von Einfallsrichtungsdaten 94 des Einfallsrich tungsbewertungsteils 12 und auch zum Empfangen des Basisband-Em pfangssignals als Eingabe 96, zur Verwendung bei der Bewer tung der Empfangssignalstärke gemäß nachfolgender Beschrei bung. Der Mobilstationspositionsbewertungsteil 91 erzeugt ge schätzte Positionsdaten für jede der entsprechenden Mobilsta tionen, d. h. Azimutwinkel- und Sichtlinienentfernungsdaten gemäß der Beschreibung des vorhergehenden Ausführungsbei spiels, die dem Maximumerzeugungsteil 65 zugeführt werden.

Das Bezugszeichen 450 kennzeichnet eine Mobilstation, die als innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation 90 befindlich betrachtet wird. Die Mobilstation 450 ist mit einem Verschie bungsvektorerzeugungsteil 452 ausgestattet, der periodisch einen ersten Zeitpunkt (t₁) definiert und in einem zweiten Zeitpunkt (t₂) nach einem festen Zeitintervall Daten herlei tet, die einen Verschiebungsvektor angeben, der eine(n) seit dem ersten Zeitpunkt (t₁) auftretende(n) Verschiebungsbetrag und -richtung der Mobilstation 450 angibt. Die Verschiebungs vektordaten werden einem Datenübertragungsteil 453 zugeführt, um per Funk zu der Basisstation 90 übertragen zu werden.

Das entsprechende Auftreten der Zeitpunkte t₁, t₂ wird sowohl in dem Mobilstationspositionsbewertungsteil 91 der Basissta tion 90 als auch in der Mobilstation 450 definiert. Dies kann entweder dadurch sichergestellt werden, daß diese Zeitpunkte als regelmäßig auftretende feste Punkte entlang der Zeitachse vorbestimmt werden, oder daß eine Synchronisierinformation per Funk von der Mobilstation 450 zu der Basisstation 90 übertragen wird.

Die Grundprinzipien dieses Ausführungsbeispiels werden unter Bezugnahme auf Fig. 37 als Draufsicht auf die lineare Array-Antenne 61 beschrieben, wobei die Array-Achse der Antenne das Bezugszeichen 422 aufweist. In einem ersten Zeitpunkt t₁ wer den einfallende Funkwellen der Mobilstation 450 von der Ba sisstation 90 empfangen, wird die Einfallsrichtung durch den Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 hergeleitet, und die ge schätzten Richtungsdaten dem Mobilstationspositionsbewer tungsteil 91 zugeführt. Der Mobilstationspositionsbewertungs teil 91 erzeugt danach den Einfallsrichtungshalbkegel ange bende Daten gemäß der Beschreibung des vorhergehenden Ausfüh rungsbeispiels, um die Schnittlinie 423 zwischen dem Ein fallsrichtungshalbkegel und dem Boden angebende Daten zu er halten, und speichert diese Daten in einem Speicher. Ist der Zeitpunkt t₂ erreicht, so überträgt die Mobilstation 450 ei nen Verschiebungsvektor 420 angebende Daten, d. h. seit dem Zeitpunkt t₁ aufgetretene(r) Betrag und Richtung der Bewegung der Mobilstation 450, zu der Basisstation 90. Dabei empfängt der Mobilstationspositionsbewertungsteil 91 der Basisstation 90 einen neuen Wert der geschätzten Funkwelleneinfallsrich tung von dem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12, und leitet Daten her, die die neue Schnittlinie zwischen dem Einfalls richtungshalbkegel und dem Boden angeben, wobei diese Schnittlinie durch das Bezugszeichen 424 in Fig. 37 gekenn zeichnet ist.

Der Mobilstationspositionsbewertungsteil 91 verarbeitet dann die den Verschiebungsvektor 420 angebenden Daten, die die Schnittlinie 423 angebenden Daten, und die die Schnittlinie 424 angebenden Daten, um das auf den Linien 423 bzw. 424 be findliche Punktepaar zu ermitteln, das durch eine mit dem Verschiebungsvektor 420 übereinstimmende Vektorentfernung ge trennt ist. Diese Punkte werden in Fig. 37 durch die Bezugs zeichen 425 und 426 gekennzeichnet, wobei erkennbar ist, daß der Punkt 426 die aktuelle geschätzte Position der Mobilsta tion 450 repräsentiert (d. h. zum Zeitpunkt t₂), z. B. in kar tesischen Koordinaten (xy) ausgedrückt.

Die so erhaltenen Positionsdaten werden unter Verwendung der so erhaltenen geschätzten Bodenposition und der bekannten Hö he h der Antenne 61 über Grund in Polarkoordinaten umgewan delt, und die Werte des Azimutwinkels und der Sichtlinienent fernung der Mobilstation 450 bezüglich der Antenne 61 werden dann dem Maximumerzeugungsteil 65 zugeführt, der dadurch den Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 zum Durchführen einer Pha sen- und Amplitudensteuerung ansteuert, um eine für die Kom munikation mit der Mobilstation 450 geeignet geformte Anten nenrichtwirkung zu erzeugen, gemäß der Beschreibung des vor hergehenden Ausführungsbeispiels.

Fig. 38A, 38B bilden ein Flußdiagramm eines Beispiels des durch den Mobilstationspositionsbewertungsteil 91 ausgeführ ten Ablaufs zum Durchführen einer Mobilstationspositionsbe wertung gemäß vorstehender Beschreibung. Bei diesem Beispiel wird angenommen, daß die die Schnittlinie zwischen dem Ein fallsrichtungshalbkegel und dem Boden angebenden Daten zum Zeitpunkt t₁ gespeichert und danach aus gelesen und zum Zeit punkt t₂ verwendet werden. Selbstverständlich wäre es jedoch auch möglich, zum Zeitpunkt t₁ nur den von dem Einfallsrich tungsbewertungsteil 12 zugeführten Einfallsrichtungswinkel wert zu speichern, und alle erforderlichen Berechnungsverar beitungen zum Zeitpunkt t₂ durchzuführen. Fig. 38B zeigt die Inhalte eines Schritts S8 in Fig. 38A, wodurch die in Fig. 37 dargestellte Operation zum Erhalten des Punkts 426 unter Ver wendung des erhaltenen Verschiebungsvektors 420 durchgeführt wird.

Verschiedene Anordnungen sind zum Einsatz des Verschiebungs vektorerzeugungsteils 452 der Mobilstation 450 denkbar. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß es sich bei der Mobilstation 450 um ein Kraftfahrzeug handelt. Somit kann der Verschiebungsvektorerzeugungsteil 452 grundlegend so auf gebaut sein, wie in dem Blockschaltbild gemäß Fig. 39 darge stellt ist. Hierbei werden von der Bewegung eines Fahrzeu grads 460 abgeleitete Impulse durch einen Geschwindigkeitsim pulsdetektor 461 erhalten, und die Impulse werden einem Zäh lerteil 462 gemeinsam mit von einem Bewegungsrichtungsdetek tor 463 zugeführten Richtungsdaten, die die aktuelle Bewe gungsrichtung der Mobilstation angeben, zugeführt. Der Bewe gungsrichtungsdetektor 463 kann beispielsweise auf einem Kreiselkompaß basieren. Der Zählerteil 462 kann beispielswei se aus einem Paar von zwei Richtungszählern aufgebaut sein, d. h. ein erster Zähler, der entsprechend der Größe und Rich tung der Ost-West-Komponente des aktuellen Bewegungszustands des Fahrzeugs aufwärts und abwärts zählt, und ein zweiter Zähler der in gleicher Weise entsprechend der Nord-Süd-Komponente aufwärts und abwärts zählt, wobei jeder der Zähler zu dem vorgenannten Zeitpunkt t₁ auf Null zurückgesetzt wird.

Fig. 40 zeigt ein Systemblockschaltbild eines siebten Ausfüh rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung. In Fig. 40 weisen die lineare Array-Antenne 61, der Einfallsrichtungsbewertungsteil 12, der Antennenrichtwirkungssteuerteil 13, der Frequenzumwandlerteil 14 und 65 entsprechende Funktionsweisen auf, die mit denen der entsprechend numerierten Teile vorhergehender Ausfüh rungsbeispiels übereinstimmen, so daß auf eine detaillierte Beschreibung dieser verzichtet wird. Das Bezugszeichen 487 kennzeichnet einen Antennenrotator zum physikalischen Drehen der linearen Array-Antenne, wobei sich die Array-Achse der Antenne in einer horizontalen Ebene dreht. Der Antennenrota tor 487 wird durch ein Antennenrotationssteuerteil 486 ge steuert. Im folgenden wird angenommen, daß der Antennenrota tionssteuerteil 486 periodisch den Rotator 487 zum Drehen der linearen Array-Antenne 61 um zumindest eine vollständige Um drehung veranlaßt. Während dieser Drehung sendet der Anten nenrotationssteuerteil 486 Meldedaten 489 zu einem Mobilsta tionspositionsbewertungsteil 482, die aufeinanderfolgende Azimutwinkel angebende, in die die Array-Achse der Antenne gedreht wird. Der Mobilstationspositionsbewertungsteil 482 verwendet von dem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 während dieser Antennendrehung zugeführte Einfallsrichtungsinforma tionen zum Schätzen der entsprechenden Positionen einer oder mehrerer Mobilstationen, die sich innerhalb des Betriebsbe reichs der Basisstation befinden. Die auf diese Weise ge schätzte Positionsinformation wird dem Maximumerzeugungsteil 65 zugeführt, um bei der Steuerung des Antennenrichtwirkungs steuerteils 13 zum Durchführen der Phasen- und Amplituden steuerung von Sende- und Empfangssignalen der Antennenelemen te verwendet zu werden, um dadurch eine geeignete Antennen richtwirkung zu erzeugen, wie für die vorhergehenden Ausfüh rungsbeispiele beschrieben wurde.

Die Funktionsweise der Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung und dem vorgenannten Aufbau stellt sich unter Bezugnahme auf zunächst Fig. 41 wie folgt dar. Dort ist eine Draufsicht gezeigt mit der sich in der durch den Pfeil ange gebenen Richtung drehenden Antenne 61, wobei die Array-Achse der Antenne 61 gemäß der Darstellung von einer Position 471 in eine Position 472 gedreht wird. Im folgenden wird angenom men, daß sich die Antennenachse in einem ersten Zeitpunkt t₁ in einer Position 471 befindet, und in einem zweiten Zeit punkt t₂ die Position 472 erreicht. Zum Zeitpunkt t₁ empfängt der Mobilstationspositionsbewertungsteil 482 Daten von dem Antennenrotationssteuerteil 486, die angeben, daß sich die Antennenachse in der Azimutposition 471 befindet, und emp fängt Einfallsrichtungsdaten von dem Einfallsrichtungsbewer tungsteil 12, die den Winkel zwischen der Antennenarrayachse und der Einfallsrichtung der von einer bestimmten Mobilstati on empfangenen Funkwellen angeben, und berechnet die Schnitt linie zwischen dem entsprechenden Einfallsrichtungshalbkegel und dem Boden angebende Daten. Diese erste Schnittlinie wird in Fig. 41 durch das Bezugszeichen 473 gekennzeichnet. Hat sich die Antenne 61 zum Zeitpunkt t₂ zu der Position 472 ge dreht, so wird der vorgenannte Prozeß wiederholt, um eine zweite Schnittlinie 474 zwischen dem Einfallsrichtungshalbke gel und dem Boden zu erhalten. Der Schnittpunkt zwischen die sen beiden Schnittlinien 473, 474 wird dann berechnet, um da durch die aktuelle Position der Mobilstation bezüglich der xy-Ebene zu erhalten. Danach wird die bekannte Höhe der An tenne 61 zum Erhalten dieser Position in Polarkoordinaten verwendet, um dadurch die Azimutrichtung und Sichtlinienent fernung der Mobilstation bezüglich der Antenne 61 zu erhal ten. Diese Information wird dann dem Maximumerzeugungsteil 65 zugeführt.

Um eine größere Genauigkeit der Positionsbewertung zu erhal ten, können vorzugsweise an drei oder mehr aufeinanderfolgen den Winkelpositionen der Antenne erhaltene Richtungsinforma tionen zum Schätzen der Mobilstationsposition verwendet wer den, anstelle der Verwendung lediglich zweier Winkelpositio nen wie in dem Beispiel gemäß Fig. 41.

Fig. 42 zeigt ein Flußdiagramm der durch den Mobilstationspo sitionsbewertungsteil 482 zum Erhalten der Positionsinforma tion gemäß der vorstehenden Beschreibung durchgeführten Ver arbeitungssequenz, für den Fall, daß Richtungsinformationen an drei aufeinanderfolgenden Winkelpositionen der Array-Antenne 61 zum Schätzen der Position einer Mobilstation ver wendet werden. Obwohl in Fig. 42 angenommen wird, daß die Schnittlinie zwischen einem Einfallsrichtungshalbkegel und dem Boden angebende Daten in jedem der Schritte S3 und S6 zur Verwendung in dem Berechnungsschritt S9 gespeichert werden, wäre es selbstverständlich auch möglich, in den Schritten S3 und S6, d. h. zu den Zeitpunkten t₁ und t₂, lediglich die ent sprechende Einfallsrichtungsinformation zu speichern, und im Schritt S8, d. h. zum Zeitpunkt t₃, alle erforderlichen Be rechnungsverarbeitungen zum Erhalten der drei Schnittlinien zwischen den entsprechenden Einfallsrichtungshalbkegeln durchzuführen.

Somit kann bei diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, wie vorstehend beschrieben, die Position einer Mobilstation durch Drehen einer linearen Array-Antenne innerhalb einer ho rizontalen Ebene als ein Schnittpunkt geschätzt werden, der aus für entsprechende Drehwinkel der Antenne erhaltenen Schätzergebnissen erhalten wurde. Die Positionsinformation kann dann für eine geeignete Formgebung der Richtwirkung der Antenne verwendet werden, wie für die vorhergehenden Ausfüh rungsbeispiele beschrieben wurde.

Fig. 43 zeigt ein Systemblockschaltbild eines achten Ausfüh rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung. In Fig. 43 stimmen die entspre chenden Funktionsweisen einer Array-Antenne 11, eines Ein fallsrichtungsbewertungsteils 12, eines Antennenrichtwir kungssteuerteils 13, eines Frequenzumwandlungsteils 14 und eines Maximumerzeugungsteils 15 mit den für die entsprechen den Teile des in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels beschriebenen überein, so daß auf eine detaillierte Beschrei bung verzichtet wird. Das Bezugszeichen 115 kennzeichnet ei nen Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungsteil und 116 einen Ausbreitungswegausgleichsteil. Das Bezugzeichen 117 kenn zeichnet einen E-Feldstärkemeßteil, der beispielsweise den in Fig. 35 gezeigten Aufbau aufweisen kann und nachstehend be schrieben wird.

Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels stellt sich wie folgt dar. Der Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 schätzt die Einfallsrichtung der Funkwellen einer Mobilstation, und der Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungsteil 115 schätzt eine Ausbreitungsverzögerungszeit der von der Mobilstation empfangenen Funkwellen. Das bedeutet, falls aufgrund der Re flektion von durch die Mobilstation gesendeten Funkwellen an Gebäuden, Bergen usw. reflektierte Funkwellen auftreten, die die Antenne 11 der Basisstation erreichen, so kann eine In terferenz zwischen den direkt empfangenen Funkwellen und sol chen reflektierten Funkwellen auftreten, was zu einer Mehrwe geverzerrung des Empfangssignals führt. Befindet sich ledig lich eine einzelne Mobilstation innerhalb des Betriebsbe reichs der Basisstation, so besteht das durch die Antenne 11 empfangene Signal lediglich aus den direkten Funkwellen und den reflektierten Funkwellen dieser Mobilstation. In diesem Fall verwendet der Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungsteil 115 das MUSIC-Verfahren zum Schätzen der Zeitverzögerung zwi schen der Ankunft der direkten Wellen und der der reflektier ten Wellen. (Es wäre genauso möglich, daß vorgenannte ESPRIT-Verfahren für diesen Zweck zu verwenden.)

Der E-Feldstärkemeßteil 117 mißt die elektrische Feldstärke der direkten Funkwellen und der reflektierten Funkwellen durch Erhalten der kombinierten Empfangssignale der Elemente der Array-Antenne 11, und verwendet diese zum Berechnen der elektrischen Feldstärke. Der Ausbreitungswegausgleichsteil 116 verwendet den Wert der Verzögerungszeit zwischen den di rekt empfangenen Funkwellen und den reflektierten Funkwellen der durch den Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungsteil 115 geschätzt wurde, und die Werte der elektrischen Feldstärke für die direkt empfangenen Funkwellen und die reflektierten Funkwellen, die durch den E-Feldstärkemeßteil 117 geschätzt wurde, zum Auslöschen der Verzögerungszeiten der direkten Wellen und der reflektierten Wellen, durch Anwenden einer Verzögerungs- und Amplitudenkompensation des Empfangssignals der Array-Antenne 11, nachdem dieses durch den Frequenzum wandlungsteil 14 in das Basisband umgewandelt wurde (oder durch eine Kombination des Frequenzumwandlungsteils 14 und des Antennenrichtwirkungssteuerteils 13, wie in Fig. 43). Es ist zu beachten, daß es ebenso möglich wäre, diese Funktion durch den Frequenzumwandlungsteil 14 durch Einwirken auf das Empfangssignal nach der Umwandlung in die ZF-Frequenz durch zuführen. Im einzelnen wird die Verzögerungskompensation durch Übertragen des Empfangssignals über eine Reihe von Ver zögerungselementen und anteiliges Kombinieren der entspre chenden Ausgangssignale der Verzögerungselemente erzielt, wo durch der Verzögerung entgegengewirkt wird. Darüber hinaus können die entsprechenden Anteile dieser verzögerten Signale entsprechend dem Verhältnis der entsprechenden elektrischen Feldstärken der direkten Wellen und der reflektierten Wellen modifiziert werden, bevor diese zum Erhalten des abschließen den Empfangssignals kombiniert werden. Es ist dadurch mög lich, ein von den Auswirkungen der Mehrwegeverzerrung befrei tes abschließendes Empfangssignal zu erhalten.

Darüber hinaus können die während des Empfangsvorgangs erhal tenen Werte der Ausbreitungsverzögerungszeit und das Verhält nis der elektrischen Feldstärke bei dem nachfolgenden Sende vorgang zum Addieren eines vorausgesagten Signals der reflek tierten Welle zu dem Basisbandsendesignal verwendet werden, wobei das resultierende Signal auf die Sendefrequenz fre quenzgewandelt und durch die Array-Antenne 11 gesendet wird.

Fig. 44 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels für den Aufbau des Ausbreitungswegausgleichsteils 116. Hier wird das von dem Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 ausgegebene Basis bandempfangssignal dem ersten einer Gruppe von kaskadierten Verzögerungselementen 500 zugeführt, wobei das Ausgangssignal eines jeden Verzögerungselements einem entsprechenden Ver stärker 501 eingegeben wird. Jeder Verstärker 501 ist mit ei nem Paar Verstärkungssteuereingangsanschlüssen 501a, 501b ausgestattet, wobei die Verstärkung des Verstärkers durch ei ne Kombination der an diese Anschlüsse angelegten Steuersig nalpegel bestimmt wird. Ein den Betrag der geschätzten Aus breitungsverzögerungszeit angebendes Signal des Ausbreitungs verzögerungszeitbewertungsteils 115 und ein das vorgenannte Verhältnis der E-Feldstärken der direkten und reflektierten Wellen angebendes Signal werden an die entsprechenden Steuer eingangsanschlüsse 501a, 501b eines jeden Verstärkers 501 an gelegt, wie dargestellt. Die resultierenden Ausgangssignale der Verstärker 501 werden durch einen Addierer 502 kombi niert, um das abschließende Basisbandempfangssignal zu erhal ten, das von den Auswirkungen der Mehrwegeausbreitungsverzer rung befreit ist.

In gleicher Weise wird das Basisbandsendesignal in jeden der Gruppe von Verstärkern 501 eingegeben, von denen jeder in der vorstehenden Weise gesteuert wird, wobei das resultierende Ausgangssignal der Verstärker 501 an entsprechende Eingänge einer Gruppe kaskadierter Verzögerungselemente 500 angelegt wird. Das Basisbandsendesignal mit dem hinzugefügten vorge nannten vorausgesagten Signal der reflektierten Welle wird von dem letzten dieser kaskadierten Verzögerungselemente 500 ausgegeben und dem Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 und da her dem Frequenzumwandlungsteil 14 zur Aufwärtswandlung in das HF-Sendesignal zugeführt.

Somit kann bei dem vorgenannten erfindungsgemäßen Ausfüh rungsbeispiel eine Kompensation der Mehrwegeausbreitungsver zerrung eines durch eine Basisstation von einer Mobilstation empfangenen Funksignals und ebenfalls eines durch die Basis station erzeugten Sendesignals vor dem tatsächlichen Senden per Funk erfolgen. Dadurch kann eine zuverlässige Kommunika tion zwischen einer Basisstation und einer Mobilstation si chergestellt werden, trotz des Auftretens der durch das Vor handensein großer Gebäude oder anderer Hindernisse innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation verursachten Mehrwege ausbreitungsstörung der Funkübertragung.

Fig. 45 zeigt ein Systemblockschaltbild eines neunten Ausfüh rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung. In der nachfolgenden Beschrei bung wird angenommen, daß das Ausführungsbeispiel bei einem zellularen Telefonsystem eingesetzt ist, d. h. gemäß der Dar stellung in Fig. 47, wobei Basisstationen 127, 128, 129 zuge wiesene entsprechende sechseckige Betriebsbereiche aufweisen, die entsprechende Zellen des Kommunikationssystems bilden. In Fig. 45 ist jede der entsprechenden Basisstationen 127 mit einer Array-Antenne 11, einem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12, einem Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 und einem Fre quenzumwandlungsteil 14 ausgestattet. Diese weisen die für die entsprechend numerierten Komponenten vorhergehender Aus führungsbeispiele beschriebenen Funktionen auf, so daß auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird. Zudem ist je de der Basisstationen mit einem Mobilstationspositionsbewer tungsteil 125 und einem Bereichsumschaltsteuerteil 126 ausge stattet. Jeder Bereichsumschaltsteuerteil 126 einer Basissta tion ist gemäß der Darstellung über ein Kommunikationskabel 123 zum gegenseitigen Datenaustausch mit dem der anderen Ba sisstationen verbunden, wie nachfolgend beschrieben wird.

Der Mobilstationspositionsbewertungsteil 125 kann beispiels weise entsprechend der Beschreibung der einen Mobilstati onspositionsbewertungsteil aufweisenden vorhergehenden Aus führungsbeispiele aufgebaut sein, so daß auf eine weitere Be schreibung verzichtet wird. In diesem Fall handelt es sich bei der Array-Antenne 11 um eine feste oder drehbare lineare Array-Antenne.

Unter nochmaliger Bezugnahme auf Fig. 27 sind zusätzlich zu den Basisstationen 127, 128 und 129 eine durch 134, 135, 136, 137, 138 und 139 gekennzeichnete Gruppe von Mobilstationen innerhalb der Zelle der Basisstation 129 angeordnet, während zwei Mobilstationen 141, 142 innerhalb der Zelle der Basis station 127 angeordnet sind, und eine einzelne Mobilstation 143 innerhalb der Zelle der Basisstation 128. Das Bezugszei chen 140 kennzeichnet eine Antennenrichtkeule der Basisstati on 128, d. h. die Richtwirkung der Antenne dieser Basisstation ist entsprechend dem Bezugszeichen 140 durch den Antennen richtwirkungssteuerteil 13 der Basisstation 128 unter der Steuerung des Bereichsumschaltsteuerteils 126 der Basisstati on 128 geformt. Somit enthält jeder Bereichsumschaltsteuer teil 126 neben anderen Funktionen die Funktion des Maximumer zeugungsteils, die in Fig. 33 für das fünfte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel gezeigt und nachstehend beschrieben ist.

Dem Bereichsumschaltsteuerteil 126 einer jeden Basisstation wird für jede Mobilstation, von der gerade ein Signal empfan gen wird, eine Identifikationsinformation zugeführt, d. h. aus dem resultierenden empfangenen Basissignal erhalten. Da Ein richtungen zum Senden und Empfangen solcher Identifikati onsinformationen bereits bekannt sind, wird hier auf eine Be schreibung verzichtet.

In jeder Basisstation verwendet der Einfallsrichtungsbewer tungsteil 12 die von innerhalb der Zelle (d. h. Betriebsbe reich) dieser Basisstation befindlichen Mobilstationen erhal tenen Empfangssignale zum Schätzen der sich innerhalb dieses Bereichs befindlichen Zahl von Mobilstationen und der Ein fallsrichtungen der Funkwellen von jeder dieser Stationen. Diese Information wird dem Mobilstationspositionsbewertungs teil 125 zugeführt, der die entsprechenden Positionen dieser Mobilstationen innerhalb der Zelle schätzt und die Positions information dem Bereichsumschaltsteuerteil 126 zuführt.

Darüber hinaus empfängt der Bereichsumschaltsteuerteil 126 einer Basisstation von den Basisstationen einer jeden einer Gruppe von benachbarten Zellen:

(a) eine Information, die entweder die Anzahl der im Augen blick für diese andere Basisstation verfügbaren überschüssi gen Übertragungskanäle angibt, oder ob die Anzahl von Über tragungskanälen nicht ausreichend ist,
(b) eine Identifikationsinformation für jede von einer oder mehreren gewählten Mobilstationen innerhalb des Betriebsbe reichs der anderen Basisstation, d. h. Mobilstationen, für de ren Verwaltung die Übertragungskanalkapazität der anderen Ba sisstation nicht ausreicht, und die noch keiner anderen Ba sisstation übergeben worden sind.

Es wird beispielsweise angenommen, daß jede der in Fig. 47 gezeigten Basisstationen eine Kanalkapazität zur Durchführung einer Kommunikation mit maximal drei Mobilstationen aufweist. In diesem Fall weist die Basisstation 127 eine Überschußkapa zität von einem Kommunikationskanal auf, die Basisstation 128 eine Überschußkapazität von zwei Kommunikationskanälen, und die Basisstation 129 ein Kapazitätsdefizit von drei Kommuni kationskanälen, da sich im Augenblick sechs Mobilstationen innerhalb der Zelle der Basisstation 129 befinden, sofern je de Basisstation auf eine Kommunikation lediglich mit den in nerhalb ihrer Zelle befindlichen Mobilstationen beschränkt ist.

Die Funktion des Bereichsumschaltsteuerteils 126 einer jeden Basisstation besteht darin, die durch die Basisstationen ver waltete entsprechende Zahl von Mobilstationen auszugleichen. Besteht innerhalb einer Zelle eine nicht ausreichende Über tragungskanalkapazität, so wird (sofern möglich) die Kommuni kation mit der überschüssigen Zahl von innerhalb der Zelle befindlichen Mobilstationen der Basisstation einer benachbar ten Zelle übergeben. In dem Beispiel gemäß Fig. 47 weist die Basisstation 128 verfügbare Übertragungskapazität auf, d. h. für eine Kommunikation mit zwei weiteren Mobilstationen. Un ter dieser Bedingung teilt die Mobilstation 129 (nach dem Übersenden der vorgenannten Mobilstationsidentifikationsin formation) den Mobilstationen 138, 139 mit, entsprechend ver fügbare Übertragungskanäle auf die Basisstation 128 umzu schalten. Empfängt die Basisstation 128 dann Funkwellen von diesen Mobilstationen, so schätzt der Einfallsrichtungsbewer tungsteil dieser Basisstation die entsprechenden Richtungen dieser Mobilstationen, und der Mobilstationspositionsbewer tungsteil 125 die entsprechenden Positionen der Mobilstation 138, 139. Soll danach eine Kommunikation mit einer dieser Mo bilstationen erfolgen, so veranlaßt der Bereichsumschaltsteu erteil 126, daß der Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 eine geeignete Größe und Richtung des Antennenrichtwirkungsmaxi mums erzeugt, und die Kommunikation erfolgt so, als ob sich diese Mobilstationen 138, 139 innerhalb des Betriebsbereichs (Zelle) der Basisstation 128 befinden würden. In gleicher Weise wird die Mobilstation 137 an die Basisstation 127 über geben.

Somit erfolgt bei dem Beispiel gemäß Fig. 47, in dem sich neun Mobilstationen innerhalb der Bereiche dreier Basissta tionen befinden, ein ,Ausgleich der Anzahl von durch die ent sprechenden Basisstationen verwalteten Mobilstationen dahin gehend, daß jede Basisstation mit drei Mobilstationen kommu niziert.

Vorzugsweise erfolgt der Ausgleich so, daß beim Übergeben von Mobilstationen von einer ersten Zelle an eine zweite Zelle die sich am nächsten zu der zweiten Zelle befindlichen "überschüssigen" Mobilstationen zur Übergabe ausgewählt wer den. Somit hält die Basisstation 129 die Kommunikation beim Beispiel gemäß Fig. 47 mit den gegenüber den Mobilstationen 137, 138, 139 von den Zellen der Basisstationen 127, 129 wei ter entfernten Mobilstationen 134, 135, 136 aufrecht.

Obwohl vorstehend angenommen wurde, daß der Antennenrichtwir kungssteuerteil einer Basisstation so gesteuert wird, daß für jede für eine Mobilstation geschätzte verschiedene Richtung oder Position entsprechend verschiedene Maxima der Antennen richtwirkung gebildet werden, ist es gleichfalls möglich, ei ne Antennenrichtwirkung mit einem die Positionen einer Viel zahl von Mobilstationen gleichzeitig abdeckenden Maximum zu erzeugen (d. h. Mobilstationen mit entsprechend geschätzten Positionen). Dies ist in Fig. 47 dargestellt, wobei die Ba sisstation 128 ihre Antennenrichtwirkung so steuert, daß ein einzelnes Richtwirkungsmaximum 140 gebildet ist, dessen Form eine Kommunikation nicht nur mit der einzelnen innerhalb ih res eigenen Bereichs befindlichen Mobilstation 143 ermöglicht wird, sondern auch mit den beiden Mobilstationen 138, 139, die sich am nächsten innerhalb des Betriebsbereichs der Ba sisstation 129 befinden.

Fig. 46A, 46B bilden ein Flußdiagramm der bei diesem Aus führungsbeispiel durch den Bereichsumschaltsteuerteil 126 ei ner jeden Basisstation durchgeführten Verarbeitung. In diesem Diagramm wird die Anzahl der für die Basisstation verfügbaren Übertragungskanälen durch einen Parameter n_B ausgedrückt, der einen positiven Wert, null oder einen negativen Wert abhängig davon annehmen kann, ob diese Basisstation übrige Übertra gungskapazität, keine, Übertragungskapazität oder nicht aus reichende Übertragungskapazität aufweist. Ist die Übertra gungskanalkapazität nicht ausreichend, so sendet der Um schaltsteuerteil 126 der Basisstation gemäß Schritt S9 eine Information an jeden Bereichsumschaltsteuerteil 126 benach barter Basisstationen, um diesen die nicht ausreichende Ka nalkapazität mitzuteilen, wobei innerhalb der lokalen Zelle befindliche ausgewählte Mobilstationen, die an diese anderen Basisstationen zu übergeben sind, identifiziert werden. In dem Beispiel gemäß Fig. 47 würde die Basisstation 129 bei spielsweise den Basisstationen 127, 128 die Anzahl nicht aus reichender Übertragungskanäle (d. h. 3) und eine drei Mobil stationen 137, 138 und 139 identifizierende Information mit teilen.

Somit kann die Antennenrichtwirkung bei diesem erfindungsge mäßen Ausführungsbeispiel so bestimmt werden, daß die ent sprechende Anzahl von mit jeder einer Vielzahl von Basissta tionen kommunizierenden Mobilstationen ausgeglichen wird, wo durch sichergestellt wird, daß die verfügbare Übertragungska nalkapazität des gesamten Kommunikationssystems wirksam ge nutzt werden kann.

Mit den vorhergehenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispie len kann eine Basisstation die entsprechenden Richtungen le diglich einer Maximalzahl von Mobilstationen lokalisieren, die geringer ist als die Gesamtzahl von Elementen der Array-Antenne der Basisstation (solange keine Antennendrehung er folgt). Bei diesem Ausführungsbeispiel überträgt jede Mobil station zwischenzeitlich Steuersignale, die von einer Basis station lediglich zum Lokalisieren der Richtung der Mobilsta tion verwendet werden, und nicht für die Datenkommunikation zwischen der Mobilstation und der Basisstation.

Fig. 48 zeigt ein Systemblockschaltbild des zehnten Ausfüh rungsbeispiels. Im folgenden wird angenommen, daß die Array-Antenne 11 insgesamt drei Antennenelemente aufweist. In Fig. 48, kennzeichnet das Bezugszeichen 150 eine Basisstation mit einer Array-Antenne 11, einem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12, einem Antennenrichtwirkungssteuerteil 13, einem Frequenz umwandlungsteil 14 und einem Maximumerzeugungsteil 15, deren Funktionsweise der entsprechenden Beschreibung der vorherge henden Ausführungsbeispiele entspricht. Des weiteren ist die Basisstation 150 mit einem variablen Frequenzfilter 145 aus gestattet, das die entsprechenden Empfangssignale der Elemen te der Array-Antenne 11 nach deren Umwandlung auf eine Zwi schenfrequenz durch den Frequenzumwandlungsteil 14 empfängt (d. h. bevor eine Zwischenfrequenzfilterverarbeitung auf diese Signale angewendet wurde), jedes dieser Signale durch einen entsprechenden einer Gruppe von variablen Bandpaßfilterteilen 144 leitet, und das resultierende Signal dem Einfallsrich tungsbewertungsteil 12 zuführt. Das Bezugszeichen 146 kenn zeichnet eine Mobilstation mit einem Steuersignalübertra gungsteil, der Steuersignale gemäß nachfolgender Beschreibung erzeugt und diese per Funk zu der Basisstation 150 überträgt.

Fig. 50 zeigt ein Diagramm eines Beispiels der Zeitpunkte, zu denen Steuersignale durch den entsprechenden Steuersi gnalübertragungsteil einer Vielzahl von Mobilstationen über tragen werden, wobei die durch sechs Mobilstationen übertra genen Steuersignalsequenzen als #1, #2, #3, #4, #5 bzw. #6 gekennzeichnet sind. Die Bezugszeichen 501, 502, 503, 504, 505, 506 kennzeichnen entsprechende Zeitschlitze. In jeder Mobilstation, z. B. der Mobilstation 146 gemäß Fig. 48, wählt der Steuersignalübertragungsteil 147 zufällig Schlitze aus den in Fig. 50 gezeigten Zeitschlitzen und auch eine Frequenz aus den vier Frequenzen f1, f2, f3, f4 aus, um als Steuersig nal während eines solchen zufällig gewählten Zeitschlitzes zu einer Basisstation übertragen zu werden. Wird ein Steuer signal einer Mobilstation durch die Array-Antenne 11 einer Basisstation empfangen, so werden die entsprechenden Emp fangssignale eines jeden der Elemente der Array-Antenne nach der Frequenzumwandlung durch den Frequenzumwandlungsteil 14 auf die Zwischenfrequenz in die entsprechenden variablen Bandpaßfilterteile 144 des variablen Frequenzfilters 145 ein gegeben. Die entsprechenden Frequenzen, in die die empfange nen Signalfrequenzen f1, f2, f3 und f4 durch den Frequenzum wandlungsteil 14 umgewandelt werden, werden als F1, F2, F3 und F4 bezeichnet. Jeder der variablen Bandpaßfilterteile des Filters 145 wird so gesteuert, daß der Filterdurchlaßbereich zum aufeinanderfolgenden Durchlassen der Frequenzen F1, F2, F3 und F4 während vier entsprechenden Unterintervallen des Zeitschlitzes eingestellt wird. In Fig. 50 werden diese Un terintervalle beispielsweise im Falle des Zeitschlitzes 501 als 501a, 501b, 501c, 501d bezeichnet. Während eine der Fre quenzen F1 bis F4 durchgelassen wird, befindet sich das Fil ter bezüglich der anderen drei Frequenzen im gesperrten Zu stand. Die Ausgangssignale des variablen Frequenzfilters 145 (d. h. den entsprechenden Empfangssignalen der Elemente der Antenne 11 entsprechend) werden dem Einfallsrichtungsbewer tungsteil 142 zugeführt, der dann die Einfallsrichtungen der Funkwellen dieser Mobilstationen schätzt.

Wie vorstehend beschrieben, kann der Einfallsrichtungsbewer tungsteil 12 einer Basisstation die entsprechenden Richtungen einer Vielzahl von über dieselben Frequenzkanäle übertragen den Mobilstationen schätzen, falls die übertragenen Signale durch entsprechend verschiedene Daten moduliert sind und falls die Anzahl dieser Mobilstationen geringer ist als die Anzahl der Antennenelemente der Basisstation. Beträgt die An zahl der Antennenelemente drei, so kann die Einfallsrich tungsinformation korrekt geschätzt werden, da in jedem der Zeitschlitze 501, 502, 503 die Anzahl von denselben Frequenz kanal gleichzeitig verwendenden Mobilstationen geringer als drei ist. Während eines jeden Unterintervalls der Zeitschlit ze 501, 502 usw. erfolgt die Bewertung der Einfallsrichtungen der Funkwellen für maximal zwei Mobilstationen, (d. h. die während dieses Zeitschlitzes ein Steuersignal der gerade durch das variable Frequenzfilter 145 gewählten Frequenz übertragenden), das Filter wird zum Wählen einer anderen Fre quenz in dem nächsten Unterintervall umgeschaltet, und der Einfallsrichtungsbewertungsteil 142 schätzt dann gleichzeitig die Einfallsrichtungen von Funkwellen einer anderen Mobilsta tion oder -stationen.

Fig. 51 zeigt ein Beispiel eines Aufbaus des Steuersig nalübertragungsteils 147 einer Mobilstation gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Hierbei werden aus einem ROM (Nur-Lese-Speicher) 160 ausgelesene Daten an einen Modulator 161 ge meinsam mit einem durch einen Frequenzsynthesizer 163 erzeug ten Trägersignal einer Kanalfrequenz angelegt. Der Frequenz synthesizer wählt zufällig eine der vier möglichen Kanalfre quenzen in zufällig bestimmten Zeitschlitzen unter Steuerung von auf Grundlage von durch einen Zufallsgenerator 162 er zeugten Zufallszahlen erhaltenen Steuersignalen. Die aus dem ROM ausgelesenen Daten unterscheiden sich für jede der Mobil stationen des Systems in entsprechender Weise.

Nach der Beendigung der Richtungsbewertungsoperationen für alle Steuersignalfrequenzen, veranlaßt der Maximumerzeugungs teil 15 den Antennenrichtwirkungssteuerteil 143 zum Durchfüh ren einer Phasen- und Amplitudensteuerung des Sende- oder Empfangssignals für jedes der Elemente der Array-Antenne 141, um das Antennenrichtwirkungsmaximum auf die Mobilstation zu richten, mit der gerade kommuniziert wird, wie für die vor hergehenden Ausführungsbeispiele beschrieben wurde.

In dem Zeitschlitz 504 des Beispiels gemäß Fig. 50 können keine korrekten Schätzergebnisse erhalten werden, da drei Mo bilstationen vorhanden sind, die dieselbe Steuersignalfre quenz (f4) gleichzeitig übertragen, d. h. die Anzahl von Mo bilstationen ist größer oder gleich der Anzahl von Anten nenelementen. Weiterhin kann der Zeitschlitz 5 nicht für die Einfallsrichtungsbewertung verwendet werden, da während die ses Schlitzes keine Mobilstation ein Steuersignal überträgt. In einem solchen Fall behält der Antennenrichtwirkungssteuer teil die Antennenrichtwirkungsmaxima in unverändertem Zustand bei, bis korrekte Resultate erhalten werden können. In dem Zeitschlitz 506 ist die Anzahl von durch die Mobilstationen gleichzeitig übertragenen Frequenzen geringer als die Zahl der Antennenelemente, so daß korrekte Schätzergebnisse er zielt werden können.

Jeder der variablen Bandpaßfilterteile des variablen Fre quenzfilters 145 kann beispielsweise gemäß Fig. 49 aufgebaut sein. Hierbei werden entsprechende einer Gruppe von vier Bandpaßfiltern 603, 604, 605, 606, die die Frequenzen F1, F2, F3, F4 (entsprechend den Steuersignalfrequenzen f1, f2, f3, f4, wie vorstehend beschrieben) durchlassen, nacheinander während den vier Unterintervallen eines jeden Zeitschlitzes durch Schalter 600, 601 ausgewählt, die durch einen Filter auswahlzeitsteuerungsteil 602 gesteuert werden.

Somit werden die Frequenzen und Zeitschlitze der durch die Mobilstationen übertragenen Steuersignale bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zufällig ausgewählt, so daß eine Basisstation die Einfallsrichtungen der Funkwellen der Mobilstationen durch Abwechseln der Durchlaßbereichs-Mitten frequenzen eines variablen Frequenzfilters erhalten kann, und es ist daher für die Basisstation möglich, entspre chende Richtungen einer Zahl von Mobilstationen zu erfassen, die größer ist als die Gesamtzahl von Elementen der Array-Antenne der Basisstation.

Es ist ersichtlich, daß dieses Ausführungsbeispiel zum Be reitstellen einer Mobilstationspositionsbewertungsfunktion gemäß den vorhergehenden Ausführungsbeispielen modifiziert werden könnte. In diesem Fall könnten die entsprechenden Po sitionen einer Zahl von Mobilstationen geschätzt werden, die größer ist als die Gesamtzahl der Elemente der Array-Antenne.

Fig. 52 zeigt ein Systemblockschaltbild eines elften Ausfüh rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung. Dieses Ausführungsbeispiel un terscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen darin, daß die Antennenrichtwirkung einer Basisstation so ge formt werden kann, daß ein einzelnes Maximum in der Richtung einer gerade mit der Basisstation kommunizierenden Mobilsta tion ausgerichtet ist, während Nullstellen der Antennenricht wirkung ebenso erzeugt werden, die in den für andere inner halb des Betriebsbereichs der Basisstation befindliche Mobil stationen geschätzten Richtungen entsprechend ausgerichtet sind. Als Resultat kann die Störungswahrscheinlichkeit von zwischen anderen benachbarten Basisstationen und Mobilstatio nen durchgeführten Kommunikationen minimiert werden, selbst wenn eine solche Übertragung unter Verwendung desselben Fre quenzkanals erfolgt.

In Fig. 52 weisen eine Array-Antenne 11, ein Frequenzumwand lungsteil 14 und ein Maximumerzeugungsteil 15 entsprechende Funktionen auf, die mit denen der entsprechenden Teile vor hergehender Ausführungsbeispiele übereinstimmen. Ein Ein fallsrichtungsbewertungsteil 701 weist im wesentlichen die selbe Funktion auf wie für den Einfallsrichtungsbewertungs teil 12 der vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, d. h. Bewerten der entsprechenden Richtungen von Mobil stationen bezüglich der Antenne 11, d. h. insgesamt N Mobil stationen. Allerdings wird der Einfallsrichtungsbewertungs teil 701 darüber hinaus durch von einem Empfangsrichtungsaus wahlteil 702 zugeführte Daten zum Auswählen einer dieser N Richtungen als Antennenmaximumrichtung und der übrigen ge schätzten (N-1) Richtungen als Antennennullstellenrichtun gen gesteuert. Darüber hinaus weist ein Antennenrichtwir kungssteuerteil 700 im wesentlichen dieselbe Funktionsweise auf, wie für den Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 der vor hergehenden Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, d. h. Durchführen einer Phasen- und Amplitudensteuerung der Sende- oder Empfangssignale der Antennenelemente der Antenne 11, um eine bestimmte Form der Richtwirkung bereitzustellen. Unter Bezugnahme auf Fig. 5 des ersten Ausführungsbeispiels wird allerdings jeder der Verstärker 13d, 13e des Antennenricht wirkungssteuerteils 700 zudem durch ein Paar von Verstär kungsfaktorsteuersignalen gesteuert, d. h. ein erstes Signal, das von einem Nullpunkterzeugungsteil 703 zugeführt wird, und ein zweites Signal, das von einem Maximumerzeugungsteil 15 zugeführt wird. Somit wird die für die Antenne 11 eingerich tete Richtwirkung durch eine Kombination der von dem Maximu merzeugungsteil 15 und dem Nullpunkterzeugungsteil 703 er zeugten Steuersignale bestimmt.

Daten, die die vorgenannte Antennenmaximumrichtung spezifi zieren, werden dem Maximumerzeugungsteil 15 durch den Ein fallsrichtungsbewertungsteil 701 zugeführt, während Daten, die die entsprechenden Nullpunktrichtungen spezifizieren, dem Nullpunkterzeugungsteil 703 durch den Einfallsrichtungsbewer tungsteil 701 zugeführt werden. Der Antennenrichtwirkungs steuerteil wird dadurch durch den Nullpunkterzeugungsteil 703 und den Maximumerzeugungsteil 15 zum Einrichten einer Anten nenrichtwirkung mit-einem in der geschätzten Maximumrichtung ausgerichteten einzelnen Maximum und entsprechenden in jeder der anderen geschätzten Richtungen von Mobilstationen ausge richteten Nullpunkten gesteuert.

Der Empfangsrichtungsauswahlteil 702 wählt aufeinanderfolgend entsprechende der durch den Einfallsrichtungsbewertungsteil geschätzten Richtungen als Antennenmaximumrichtung aus, bei spielsweise während jedem der Kommunikationsintervalle kon stanter Dauer. Auf diese Weise kann jede der innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation befindlichen Mobilstationen durch eine zeitmultiplexartige Operation nacheinander mit der Basisstation kommunizieren.

Fig. 53 zeigt ein Flußdiagramm der durch den Einfallsrich tungsbewertungsteil 701 dieses Ausführungsbeispiels durchge führten Verarbeitung zum Erzielen der vorstehend beschriebe nen Operation, zum Zuführen von die Maximumrichtung spezifi zierenden Daten zu dem Maximumerzeugungsteil 15 und die ent sprechenden Nullpunktrichtungen spezifizierenden Daten zu dem Nullpunkterzeugungsteil 703. Fig. 54 zeigt ein Flußdiagramm der durch den Nullpunkterzeugungsteil 703 durchgeführten Ope rationen zum Erzeugen von dem Antennenrichtwirkungssteuerteil 700 zugeführten Steuersignalen zum Einrichten von Nullpunkten für jede der im Ansprechen auf die von dem Einfallsrichtungs bewertungsteil 701 zugeführten Richtungsdaten als Nullpunkt richtungen ausgewählten Richtungen.

Fig. 55 zeigt ein Systemblockschaltbild eines zwölften Aus führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung. In Fig. 55 kennzeichnet das Be zugszeichen 171 eine Array-Antenne, 172 einen Einfallsrich tungsbewertungsteil, 15 einen Maximumerzeugungsteil, 173 ei nen Antennenrichtwirkungssteuerteil und 174 einen Frequenzum wandlungsteil. Das Bezugszeichen 175 kennzeichnet ein abge setztes Antennenelement (im folgenden Offset-Antennenelement genannt), während die Bezugszeichen 176, 177 und 178 ein erstes, zweites und drittes Element der Array-Antenne 171 kenn zeichnen. Es wird angenommen, daß es sich bei der Antenne 171 um eine lineare Array-Antenne handelt, so daß lediglich Azi mutwinkel einfallender Funkwellen geschätzt werden können. Als praktisches Beispiel könnte die Array-Antenne 171 aus drei in einer horizontalen Zeile angeordneten Dipolantennen mit jeweils einem Rückreflektorelement bestehen, während die Offset-Antenne 175 aus einer einzelnen Dipolantenne mit einem Rückreflektor bestehen könnte, die um einen geeigneten Azi mutwinkel (z. B. 90°) gegenüber der Array-Richtung der Antenne 171 versetzt angeordnet sein kann. Es ist jedoch ersichtlich, daß andere Arten des Antennenaufbaus zur Verwendung in diesem Ausführungsbeispiel denkbar sind.

Die Fig. 57, 58 zeigen Diagramme zum Erläutern der Funkti onsprinzipien des Einfallsrichtungsbewertungsteils 172. In Fig. 57 kennzeichnet das Bezugszeichen 181 die Antennenricht charakteristik (Empfangssignalamplitude über dem Azimutwinkel der sendenden Mobilstation), die sich aus einer ersten Gruppe von lediglich aus den Elementen der Array-Antenne 171 beste henden Antennenelemente ergibt, und 182 die Antennenrichtcha rakteristik, die sich aus einer zweiten Gruppe von das Offset-Antennenelement 175 enthaltenden Antennenelementen er gibt. In Fig. 58 kennzeichnet das Bezugszeichen 183 die Be ziehung zwischen dem Azimutwinkel der sendenden Mobilstation und Differenzwerten zwischen den von der ersten Gruppe von Antennenelementen erhaltenen kombinierten Empfangssig nalamplituden und den, von der zweiten Gruppe von Antennenele menten erhaltenen kombinierten Empfangssignalamplituden, d. h. eine die Differenz zwischen den Charakteristiken 181, 182 ge mäß Fig. 57 angebende Charakteristik. Es ist ersichtlich, daß die Charakteristik 181 eine zuverlässige Genauigkeit ledig lich für einen Winkelbereich aufweist, innerhalb dem beide Charakteristiken 181, 182 von Null verschiedene Signalampli tuden aufweisen, d. h. der Bereich -θ bis θ in Fig. 58.

Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels stellt sich wie folgt dar. Werden Funkwellen von einer Mobilstation durch die Array-Antenne 171 und das Offset-Antennenelement 175 emp fangen, so kombiniert der Einfallsrichtungsbewertungsteil 172 die Empfangssignale entsprechender Antennenelementgruppen und schätzt den Azimutwinkel der einfallenden Funkwellen, d. h. der sendenden Mobilstation, basierend auf den Differenzen zwischen den Größen der entsprechenden Empfangssignale der ersten und zweiten Antennenelementgruppe. Die Antennenele mentgruppen können beispielsweise aus einer aus dem ersten Element 176 und dem zweiten Element 177 der Array-Antenne 171 gebildeten ersten Antennenelementgruppe bestehen und einer aus dem dritten Element 178 der Array-Antenne und dem Offset-Antennenelement 175 gebildeten zweiten Antennenelementgruppe.

Die in Fig. 57 gezeigte Charakteristik 183 stellt eine Bezie hung her zwischen der Funkwelleneinfallsrichtung und der Dif ferenzgröße zwischen den kombinierten Signalen der ersten An tennenelementgruppe und den kombinierten Signalen der zweiten Antennenelementgruppe. Der Einfallsrichtungsbewertungsteil kann dadurch die Azimutrichtung bestimmen, in der sich eine Mobilstation befindet.

Die Richtungsinformation wird dann dem Maximumerzeugungsteil zugeführt, der Steuersignale erzeugt zum Veranlassen des Antennenrichtwirkungssteuerteils 173 zum Anwenden einer Ver stärkungs- und Phasensteuerung der Empfangs- und Sendesigna le, um dadurch ein Maximum der Antennenrichtwirkung zu erzeu gen, wie für die vorhergehenden Ausführungsbeispiele be schrieben wurde.

Fig. 56 zeigt ein Flußdiagramm eines beispielhaften einfachen Algorithmus der durch den Einfallsrichtungsbewertungsteil dieses Ausführungsbeispiels periodisch ausgeführt werden kann, um basierend auf den entsprechenden kombinierten Emp fangssignalen der ersten und zweiten Gruppe von Antennenele menten geschätzte Richtungswerte zu erhalten.

Somit ist es mit dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemä ßen Ausführungsbeispiel durch geeignetes Verwenden einer Ar ray-Antenne und eines Offset-Antennenelements in Kombination möglich, die Richtung einer Mobilstation unter Verwendung der Antennenrichtwirkung zu schätzen.

Selbstverständlich wäre es möglich, eine im Vergleich zu dem Beispiel gemäß Fig. 55 größere Zahl von Elementen in der Ar ray-Antenne 171 und der Offset-Antenne 175 zu verwenden. Ebenso könnte zum Bereitstellen eines ausreichenden Bereichs der Richtungsabdeckung eine Vielzahl von Antennengruppen ge mäß dem in Fig. 55 gezeigten Beispiel verwendet werden, wobei die Array-Antennen in entsprechend verschiedenen Winkeln aus gerichtet sind. Als Alternative könnte der Antennenaufbau ge dreht werden, wie bei dem in Fig. 40 gezeigten Ausführungs beispiel, um ein Schätzen der Funkwelleneinfallsrichtungen in einem Azimutbereich von 360° zu ermöglichen.

Gemäß vorstehender Beschreibung können anhand der vorliegen den Erfindung die entsprechenden Richtungen einer oder mehre rer Mobilstationen durch eine Basisstation eines mobilen Kom munikationssystems geschätzt werden, und die Richtwirkung ei ner Array-Antenne der Basisstation kann adaptiv entsprechend den geschätzten Richtungen gesteuert werden, wodurch eine ef fiziente Nutzung der Übertragungsfrequenzen und der Sendelei stung möglich ist, d. h. eine Verringerung der Störwahrschein lichkeit von Kommunikationen zwischen anderen Basisstationen und Mobilstationen des mobilen Kommunikationssystems.

Wie vorstehend beschrieben kann eine erfindungsgemäße Vor richtung so aufgebaut werden, daß die Antennenrichtwirkung ein Maximum aufweist, das für eine Kommunikation mit einer bestimmten Mobilstation geformt ist, d. h. in der Art, daß entsprechende verschiedene Maxima entsprechend der durch die Basisstation ausgeführten Kommunikation mit entsprechend ver schiedenen Mobilstationen gebildet werden, oder, alternativ dazu, in der Art, daß die Antennenrichtwirkung mit einem Ma ximum gebildet wird, das so geformt ist, daß eine Kommunika tion mit einer Vielzahl von in nicht weit beabstandeten ge schätzten Richtungen befindlichen Mobilstationen möglich ist, wie in dem Beispiel gemäß Fig. 47 dargestellt ist.

Es ist ersichtlich, daß die verschiedenen Merkmale der vor stehend beschriebenen Ausführungsbeispiele mit denen anderer Ausführungsbeispiele kombiniert werden können.

Es wird ein mobiles Kommunikationssystem offenbart, wobei je de Basisstation mit einer Array-Antenne ausgestattet ist, ei nem Teil zum Schätzen der entsprechenden Richtungen einer oder mehrerer Mobilstationen, mit denen die Basisstation kom muniziert, basierend auf geschätzten Einfallsrichtungen der von diesen Mobilstationen empfangenen Funkwellen, und Teilen zum Verarbeiten entsprechender Signale der die Array-Antenne bildenden Antennenelemente, um dadurch die Strahlungscharak teristik der Antenne so zu formen, daß in die geschätzten Richtungen dieser Mobilstationen ausgerichtete Richtwirkungs maxima gebildet werden, wobei eine Formgebungsmöglichkeit dieser Maxima entsprechend den geschätzten Positionen dieser Mobilstationen enthalten sein kann, wodurch Störungen zwi schen Übertragungen dieser Basisstation und Kommunikationen zwischen anderen benachbarten Stationen dieses Systems mini miert werden, und die Anzahl erforderlicher verschiedener Sendefrequenzen des Gesamtsystems minimiert wird.

Claims

1. Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung für ei ne Basisstation eines mobilen Kommunikationssystems mit zu mindest einer Basisstation (21) und einer Vielzahl von Mobil stationen (24, 25), mit:
einer Array-Antenne (11) mit einer Anordnung von Antennenele menten (11a, 11b, 11c), zum Senden und Empfangen von Funkwel len zu und von einer Mobilstation, die sich innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs der Basisstation befindet, einer Frequenzumwandlungseinrichtung (14) zum Umwandeln ent sprechender empfangener Signale der Antennenelemente in ent sprechende Zwischenfrequenzsignale oder Basisbandsignale wäh rend einer Empfangsbetriebsart der Basisstation, und zum Um wandeln eines Sendesignals im Zwischenfrequenzbereich oder Basisfrequenzbereich in den Antennenelementen entsprechende Sendesignale im Sendefrequenzbereich, und zum Zuführen der Sendesignale zu den Antennenelementen während einer Sendebe triebsart der Basisstation,
einer Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (12) zum Verar beiten der Zwischenfrequenzsignale oder Basisbandsignale der Frequenzumwandlungseinrichtung während der Empfangsbetriebs art, zum Schätzen einer Einfallsrichtung der Funkwellen der Mobilstation, um dadurch eine geschätzte Richtung der Mobil station bezüglich der Basisstation herzuleiten, und zum Er zeugen von die geschätzte Richtung angebenden Richtungsdaten,
einer Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung (13) zum Steuern der Phase und Amplitude der den Antennenelementen entspre chenden Empfangssignale während der Empfangsbetriebsart und der den Antennenelementen entsprechenden Sendesignale während der Sendebetriebsart, um dadurch eine Richtwirkung der Array-Antenne zu bestimmen, und
einer Maximumerzeugungseinrichtung (15) zum von den Rich tungsdaten abhängigen Erzeugen von Steuersignalen während der Sendebetriebsart und der Empfangsbetriebsart zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung, so daß ein in der ge schätzten Richtung der Mobilstation aus gerichtetes Maximum der Richtwirkung gebildet wird.

2. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Antennen richtwirkungssteuereinrichtung (13) eine von den Steuersigna len der Maximumerzeugungseinrichtung (15) abhängige Einrich tung (13a-13e) aufweist zum Steuern der Phase und Amplitude der entsprechenden Empfangssignale der Antennenelemente und Sendesignale der Antennenelemente, die sich im Zwischenfre quenz- oder Basisbandfrequenzbereich befinden.

3. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Einrichtung zum periodischen Steuern der Antennenricht wirkungssteuereinrichtung (13) zum Einrichten einer im we sentlichen gleichförmigen Richtwirkung der Antenne, wobei der Einfallsrichtungsbewertungsteil (12) die geschätzte Richtung lediglich während des Einrichtens des Zustands gleichförmiger Richtwirkung herleitet, und wobei die Antennenrichtwirkungs steuereinrichtung (13) eine von den Steuersignalen der Maxi mumerzeugungseinrichtung (15) abhängige Einrichtung aufweist zum direkten Steuern der Phase und Amplitude der entsprechen den im Sendefrequenzbereich befindlichen Sende- und Empfangs signale der Antennenelemente.

4. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend eine Einrichtung zum Erfassen, daß ein Signal einer sich innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstation empfangen wird, wobei der Einfallsrichtungsbe wertungsteil (12) weiterhin umfaßt:
eine Einrichtung zum Herleiten einer geschätzten Zahl von sich gerade innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mo bilstationen,
eine Einrichtung zum Beurteilen, ob die geschätzte Zahl von Mobilstationen innerhalb des Betriebsbereichs größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen der Array-Antenne (11) ist, und
eine Einrichtung zum Steuern der Maximumerzeugungseinrichtung (15) derart, daß dann, wenn die geschätzte Zahl von Mobilsta tionen als größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen bewertet wird, die Steuersignale während der Empfangsbe triebsart der Basisstation so erzeugt werden, daß die Anten nenrichtwirkungssteuereinrichtung die Phase und Amplitude der entsprechenden empfangenen Signale der Antennenelemente so steuert, daß ein einzelnes Richtwirkungsmaximum erzeugt wird und das Maximum über einen Gesamtrichtwirkungsänderungsbe reich der Array-Antenne geschwenkt wird;
wodurch entsprechende Richtungen der Mobilstationen innerhalb des Betriebsbereichs durch die Einfallsrichtungsbewertungs einrichtung als entsprechende Richtungen erhalten werden, in denen Empfangssignale erfaßt werden, und wobei die Basissta tion nacheinander eine Kommunikation mit jeder der Mobilsta tionen durchführt, für die entsprechende Richtungen dadurch erfaßt wurden, während aufeinanderfolgenden Intervallen, in denen das Maximum in die entsprechenden Richtungen dieser Mo bilstationen geschwenkt worden ist.

5. Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung für ei ne Basisstation eines mobilen Kommunikationssystems mit zu mindest einer Basisstation (21) und einer Vielzahl von Mobil stationen (24, 25), mit:
einer ersten Array-Antenne (41) mit einer Anordnung von An tennenelementen, zum Empfangen von Funkwellen einer oder meh rerer Mobilstationen, die sich innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs der Basisstation befinden,
einer zweiten Array-Antenne (42) mit einer Anordnung von An tennenelementen, zum Senden und Empfangen von Funkwellen zum Kommunizieren mit einer aus den Mobilstationen ausgewählten Mobilstation,
einer Frequenzumwandlungseinrichtung (45) zum Umwandeln ent sprechender Empfangssignale der Antennenelemente der ersten und zweiten Array-Antenne in entsprechende Zwischenfrequenz- oder Basisbandsignale während einer Empfangsbetriebsart der Basisstation, und zum Umwandeln eines Sendesignals im Zwi schenfrequenzbereich oder Basisfrequenzbereich in den Anten nenelementen der zweiten Array-Antenne entsprechende Sendesi gnale im Sendefrequenzbereich, und zum Zuführen der Sendesi gnale zu den entsprechenden Antennenelementen der zweiten Ar ray-Antenne während einer Sendebetriebsart der Basisstation,
einer Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (12) zum Verar beiten der durch die Frequenzumwandlungseinrichtung aus den Empfangssignalen der ersten Array-Antenne gewonnenen Zwi schenfrequenzsignale oder Basisbandsignale, um dadurch ent sprechende Einfallsrichtungen der Funkwellen der innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstationen zu schätzen, zum Erzeugen von die geschätzte Richtung angebenden Rich tungsdaten, und zum Schätzen einer Gesamtzahl der innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstationen,
einer Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung (13) zum Steuern der Phase und Amplitude der den Antennenelementen der zweiten Array-Antenne entsprechenden Empfangssignale während der Emp fangsbetriebsart und der den Antennenelementen der zweiten Array-Antenne entsprechenden Sendesignale während der Sende betriebsart, um dadurch eine Richtwirkung der zweiten Array-Antenne zu bestimmen, und
einer Maximumerzeugungseinrichtung (15) zum von den Rich tungsdaten abhängigen Erzeugen von Steuersignalen während der Sendebetriebsart und der Empfangsbetriebsart zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung, so daß ein in der ge schätzten Richtung der ausgewählten Mobilstation ausgerichte tes Maximum der Richtwirkung gebildet wird.

6. Antennenvorrichtung nach Anspruch 5, weiterhin umfassend
eine Einrichtung zum Beurteilen, ob die durch die Einfalls richtungbewertungseinrichtung (12) geschätzte Zahl von Mobil stationen größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen der ersten Array-Antenne (41) ist, und
eine Einrichtung zum Steuern der Maximumerzeugungseinrichtung (15) derart, daß dann, wenn die geschätzte Zahl von Mobilsta tionen als größer oder gleich der Gesamtzahl der Elemente der ersten Array-Antenne bewertet wird, die entsprechenden von allen Elementen der ersten Array-Antenne (41) und allen Ele menten der zweiten Array-Antenne (42) erhaltenen Empfangs signale gemeinsam durch die Einfallsrichtungsbewertungsein richtung (12) zum Schätzen der Einfallsrichtung der Funkwel len von Mobilstationen und zum Herleiten einer korrigierten geschätzten Zahl der innerhalb des Betriebsbereichs befindli chen Mobilstationen verwendet werden.

7. Antennenvorrichtung nach Anspruch 6, weiterhin umfassend eine Einrichtung zum Beurteilen, ob die korrigierte geschätz te Zahl von Mobilstationen innerhalb des Betriebsbereichs größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen der ersten Array-Antenne (41) und der zweiten Array-Antenne (42) ist, und
eine Einrichtung zum Steuern der Maximumerzeugungseinrichtung (15) derart, daß dann, wenn die geschätzte Zahl größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen bewertet wird, die Steu ersignale während der Empfangsbetriebsart der Basisstation so erzeugt werden, daß die Antennenrichtwirkungssteuereinrich tung die Phase und Amplitude der entsprechenden empfangenen Signale der Antennenelemente so steuert, daß ein einzelnes Maximum der Richtcharakteristik erzeugt wird und das Maximum über einen Gesamtrichtwirkungsänderungsbereich der ersten Ar ray-Antenne geschwenkt wird, und
eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Erfassen des Emp fangs von durch entsprechende innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstationen gesendeten Funkwellen, um dadurch entsprechende erfaßte Richtungen der Mobilstationen bezüglich der Basisstation zu erhalten;
wobei die Basisstation nacheinander eine Kommunikation mit jeder der Mobilstationen durchführt, für die entsprechende Richtungen dadurch erfaßt wurden, während aufeinanderfolgen den Intervallen, in denen das Maximum in die entsprechenden Richtungen dieser Mobilstationen geschwenkt worden ist.

8. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das mobilen Kommunikationssystem eine Vielzahl von Ba sisstationen (67, 68, 69) mit entsprechenden Betriebsberei chen aufweist, die zum Austauschen von Daten miteinander ver bunden sind, und wobei jede der Basisstationen weiterhin um faßt:
eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung (402) zum Empfangen der Richtung einer Mobilstation von der Einfalls richtungsbewertungseinrichtung der Basisstation (67) und zum Empfangen von Richtungsdaten der Mobilstation bezüglich ande rer Basisstationen von entsprechenden Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtungen zumindest zweier anderer Basisstationen (68, 69), zum Verarbeiten der Daten zum Erhalten einer ge schätzte Position der Mobilstation und zum Erzeugen von die geschätzte Position angebenden Positionsdaten, und zum Zufüh ren der Positionsdaten zu der Maximumerzeugungseinrichtung (65);
und wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennen richtwirkungssteuereinrichtung (13) zugeführt werden, zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung derart, daß sowohl die Ausrichtung eines Maximums der Richtwirkung als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position bestimmt wird.

9. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das mobilen Kommunikationssystem eine Vielzahl von Ba sisstationen (67, 68, 69) mit entsprechenden benachbarten lo kalen Bereichen aufweist, die zum Austauschen von geschätzte Richtungen der Mobilstationen angebenden Daten miteinander verbunden sind, wobei, jede Array-Antenne (61) einer Basissta tion eine lineare Array-Antenne mit entlang einer Array-Achse beabstandeten Elementen ist, wobei jede Basisstation weiter hin umfaßt:
eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung (402) zum Empfangen erster Richtungsdaten von der Einfallsrichtungsbe wertungseinrichtung (12) der Basisstation (67), die die ge schätzte Einfallsrichtung der von einer Mobilstation empfan genen Funkwellen angeben, zum Verarbeiten der Richtungsdaten in Verbindung mit bekannten Daten, die eine Höhe der Array-Antenne über Grund angeben, zum Erhalten von ersten Bodenhö hendaten, die einen ersten Bereich möglicher Positionen der Mobilstation angeben, und zum Empfangen zweiter und dritter Richtungsdaten von entsprechenden Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtungen zumindest zweier anderer Basisstationen (68, 69), die entsprechende Einfallsrichtungen der Funkwellen der Mobilstation bezüglich den anderen Basisstationen ange ben, zum Verarbeiten der zweiten und dritten Richtungsdaten zum Erhalten zweiter und dritter Bodenhöhendaten, die zweite bzw. dritte Bereiche möglicher Positionen der Mobilstation angeben, zum Herleiten einer geschätzten Position der Mobil station anhand der ersten, zweiten und dritten Bodenhöhenda ten und zum Erzeugen von die geschätzte Position angebenden Positionsdaten, und zum Zuführen der Positionsdaten zu der Maximumerzeugungseinrichtung (65);
und wobei die Maximumerzeugungseinrichtung (65) in Abhängig keit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Anten nenrichtwirkungssteuereinrichtung (13) zugeführt werden, zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung derart, daß sowohl die Ausrichtung eines Maximums der Richtwirkung als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position bestimmt wird.

10. Antennenvorrichtung nach Anspruch 9, wobei jede der li nearen Array-Antennen (61) so ausgestaltet ist, daß eine Azi mut-Richtwirkung innerhalb eines Bereichs von 180° möglich ist, und wobei jeder Bereich möglicher Positionen der Mobil station als eine geschätzte Schnittlinie zwischen dem Boden und einer Hälfte einer, konischen Oberfläche hergeleitet wird, die die Array-Achse als ihre Mittelachse aufweist, wobei die konische Oberfläche einen Öffnungswinkel aufweist, der dop pelt so groß ist, wie ein zwischen der Richtung einfallender Funkwellen der Mobilstation und der Array-Achse gebildeter Winkel.

11. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Array-Antenne einer Basisstation eine lineare Ar ray-Antenne (61) mit entlang einer Array-Achse beabstandeten Elementen ist, weiterhin umfassend:
eine E-Feldstärkenmeßeinrichtung (84) zum Messen eines Werts der elektrischen Feldstärke der von einer Mobilstation emp fangenen Funkwellen, und
eine Positionsbewertungseinrichtung (81) zum Umwandeln des kombinierten Signalstärkenwerts in einen Wert einer geschätz ten Sichtlinienentfernung der Mobilstation von der Array-Antenne, zum Verarbeiten des geschätzten Abstandswerts in Verbindung mit einem bekannten Höhenwert der Array-Antenne über Grund zum Erhalten von Bodenhöhendaten, die einen Be reich möglicher Positionen der Mobilstation angeben, zum Ver arbeiten der Bodenhöhendaten in Verbindung mit den von der Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (12) zugeführten ge schätzten Richtungsdaten der Mobilstation, um eine geschätzte Position der Mobilstation bezüglich der Array-Antenne ange bende Positionsdaten zu erhalten, und zum Zuführen der Posi tionsdaten zu der Maximumerzeugungseinrichtung (65);
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennenricht wirkungssteuereinrichtung (13) zugeführt werden, zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung derart, daß sowohl die Ausrichtung eines Maximums der Richtwirkung als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position be stimmt wird.

12. Antennenvorrichtung nach Anspruch 11, wobei jede der li nearen Array-Antennen (61) so ausgestaltet ist, daß eine Azi mut-Richtwirkung innerhalb eines Bereichs von 180° möglich ist, wobei der Bereich möglicher Positionen einer Mobilstati on als eine geschätzte Schnittlinie zwischen dem Boden und einer Hälfte einer konischen Oberfläche, die die Array-Achse der Antenne als ihre Mittelachse aufweist, hergeleitet wird, wobei die konische Oberfläche einen Öffnungswinkel aufweist, der doppelt so groß ist, wie ein zwischen der Richtung ein fallender Funkwellen der Mobilstation und der Array-Achse ge bildeter Winkel.

13. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede Mobilstation (450) umfaßt
eine Verschiebungsvektorerzeugungseinrichtung (452) zum Her leiten eines Verschiebungsvektors, der einen Unterschied zwi schen einer Position der Mobilstation in einem ersten Zeit punkt (t₁) und eine Position der Mobilstation in einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt (t₂) angibt, und
eine Einrichtung (453) zum Funkübertragen der den Verschie bungsvektor angebenden Daten zu der Basisstation (90);
wobei die Array-Antenne (61) der Basisstation eine lineare Array-Antenne ist, deren Elemente entlang einer Array-Achse beabstandet sind, wobei die Basisstation weiterhin umfaßt eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung (91), die in dem ersten Zeitpunkt (t₁) die von der Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtung (12) zugeführten geschätzten Richtungsdaten für die Mobilstation im Zusammenhang mit einem bekannten Hö henwert der Array-Antenne über Grund verarbeitet, um erste Bodenhöhendaten zu erhalten, die einen ersten Bereich mögli cher Positionen der Mobilstation angeben, und die in dem zweiten Zeitpunkt (t₂) die geschätzten Richtungsdaten für die Mobilstation und den Höhenwert verarbeitet, um zweite Boden höhendaten herzuleiten, die einen zweiten Bereich möglicher Positionen der Mobilstation angeben, zum Verarbeiten des Ver schiebungsvektorwerts im Zusammenhang mit den ersten Bodenhö hendaten und den zweiten Bodenhöhendaten, um die Position der Mobilstation in dem zweiten Zeitpunkt (t₂) zu schätzen, zum Erzeugen von die geschätzte Position angebenden Positionsda ten und zum Zuführen der Positionsdaten zu der Maximumerzeu gungseinrichtung (65); und
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung (65) in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennen richtwirkungssteuereinrichtung (13) zum Steuern der Antennen richtwirkungssteuereinrichtung zugeführt werden, so daß so wohl die Ausrichtung eines Richtwirkungsmaximums als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position be stimmt wird.

14. Antennenvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die lineare Array-Antenne (61) so ausgestaltet ist, daß eine Azimut-Richt wirkung innerhalb eines Bereichs von 180° möglich ist, wobei der Bereich möglicher Positionen der Mobilstation als eine geschätzte Schnittlinie zwischen dem Boden und einer Hälfte einer konischen Oberfläche, die die Array-Achse der Antenne als ihre Mittelachse aufweist, hergeleitet wird, wo bei die konische Oberfläche einen Öffnungswinkel aufweist, der doppelt so groß ist, wie ein zwischen der Richtung ein fallender Funkwellen der Mobilstation und der Array-Achse ge bildeter Winkel.

15. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Array-Antenne (61) der Basisstation eine lineare Array-Antenne mit entlang einer Array-Achse beabstandeten Elementen ist, weiterhin umfassend:
eine Antennendrehvorrichtung (487) zum Drehen der Array-Antenne, wobei sich die Array-Achse in einer horizontalen Ebene dreht, und
eine Positionsbewertungseinrichtung (482) zum Empfangen der Richtungsinformation und zum Verarbeiten von zumindest ersten Richtungsdaten von der Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (12), die eine in einer ersten Winkelposition der Array-Achse hergeleitete erste geschätzte Richtung angeben, und zweiten Richtungsdaten, die eine nach einer Drehung der Array-Achse in eine zweite Winkelposition hergeleitete zweite geschätzte Richtung angeben, um die Position der Mobilstation zu schät zen und die geschätzte Position angebende Positionsdaten zu erzeugen;
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung (65) in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennen richtwirkungssteuereinrichtung (13) zum Steuern der Antennen richtwirkungssteuereinrichtung zugeführt werden, so daß so wohl die Ausrichtung eines Richtwirkungsmaximums als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position be stimmt wird.

16. Antennenvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die lineare Array-Antenne (61) so ausgestaltet ist, daß eine Azimut-Richt wirkung innerhalb eines Bereichs von 180° möglich ist, und wobei die Positionsbewertungseinrichtung (482) die ersten Richtungsdaten in Verbindung mit einem bekannten Höhenwert der Array-Antenne über Grund verarbeitet zum Her leiten eines ersten Bereichs möglicher Positionen der Mobil station als eine erste geschätzte Schnittlinie zwischen dem Boden und einer Hälfte einer konischen Oberfläche, die die Array-Achse der Antenne als ihre Mittelachse aufweist, wobei die konische Oberfläche einen Öffnungswinkel aufweist, der doppelt so groß ist, wie ein zwischen der Richtung einfallen der Funkwellen der Mobilstation und der Array-Achse gebilde ter Winkel,
die zweiten Richtungsdaten in Verbindung mit dem Höhenwert verarbeitet zum Herleiten eines zweiten Bereichs möglicher Positionen der Mobilstation als eine zweite geschätzte Schnittlinie zwischen der konischen Oberfläche und dem Boden, und
einen Schnittpunkt zwischen der ersten und zweiten Schnittli nie als die Position der Mobilstation erhält.

17. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend
eine Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungseinrichtung (115) zum Schätzen der Ausbreitungsverzögerungszeit der von einer Mobilstation empfangenen Funkwellen,
eine E-Feldstärkenmeßeinrichtung (117) zum Messen der ent sprechenden elektrischen Feldstärken von als direkte Wellen empfangenen Funkwellen und als reflektierte Wellen empfange nen Funkwellen der Mobilstation, und
eine Ausbreitungswegausgleichseinrichtung (116) zum Empfangen der Einfallsrichtungsdaten von der Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtung (12) und eines geschätzten Werts der Aus breitungsverzögerungszeit von der Ausbreitungsverzögerungs zeitbewertungseinrichtung, und zum Kompensieren eines von der Mobilstation empfangenen Signals hinsichtlich der Wirkungen von Mehrwegeausbreitungssignalen, basierend auf der geschätz ten Funkwellenausbreitungsverzögerungszeit und einem Verhält nis der elektrischen Feldstärken der direkten Wellen und der reflektierten Wellen, falls die durch die Einfallsrichtungs bewertungseinrichtung erhaltenen Schätzergebnisse der Funk welleneinfallsrichtung angeben, daß die Mobilstation die ein zige Mobilstation innerhalb des Betriebsbereichs der Basis station ist.

18. Antennenvorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Ausbrei tungswegausgleichseinrichtung (116) eine Vielzahl von kaska dierten Verzögerungselementen (500) aufweist zum Beaufschla gen des empfangenen Signals mit aufeinanderfolgenden Verzöge rungsinkrementen, und eine Einrichtung (501, 502) zum Kombi nieren entsprechender Ausgangssignale der Verzögerungselemen te in Anteilen, die entsprechend der geschätzten Funkwellen ausbreitungsverzögerungszeit und dem Verhältnis der elektri schen Feldstärken der direkten Wellen und der reflektierten Wellen festgelegt werden.

19. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend eine Nullpunkterzeugungseinrichtung (703) zum Einrichten von Nullpunkten der Richtwirkung der Array-Antenne, die in den Richtungen von (N-1) Mobilstationen ausgerichtet sind, wo bei N eine ganze Zahl größer Eins ist, falls entsprechende Funkwelleneinfallsrichtungen für N Mobilstationen durch die Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (701) geschätzt wur den.

20. Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung für ei ne Basisstation eines mobilen Kommunikationssystems mit einer Basisstation und einer Vielzahl von Mobilstationen, mit einer linearen Array-Antenne (171) mit entlang einer Array-Achse beabstandeten Elementen (176-178),
zumindest einem versetzten Antennenelement (175) mit einer Richtwirkung in einer gegenüber der Array-Achse der Array-Antenne um einen festen Winkel versetzten Richtung,
einer Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (172) zum Emp fangen entsprechender Empfangssignale des versetzten Anten nenelements und einer Gruppe von Elementen der Array-Antenne als Empfangssignale einer ersten Antennenelementgruppe, und zum Empfangen entsprechender Empfangssignale der übrigen Ele mente der Array-Antenne als Empfangssignale einer zweiten An tennenelementgruppe, während einer Empfangsbetriebsart der Basisstation, zum Kombinieren der Empfangssignale der Elemen te der ersten Antennengruppe und zum Kombinieren der Emp fangssignale der entsprechenden Elemente der zweiten Anten nengruppe, um dadurch zwei kombinierte Empfangssignale zu er halten, zum Erhalten der Größe der Differenz zwischen den kombinierten Empfangssignalen, und zum Schätzen der Richtung, in der sich eine Mobilstation befindet, basierend auf der Differenz zwischen den Größen, und zum Erzeugen von die Rich tung angebenden Richtungsdaten,
einer Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung (173) zum Steu ern der Phase und Amplitude der den Antennenelementen der Ar ray-Antenne entsprechenden Empfangssignale während der Emp fangsbetriebsart und der den Antennenelementen entsprechenden Sendesignale während der Sendebetriebsart der Basisstation, um dadurch eine Richtwirkung der Array-Antenne zu bestimmen, und
einer Maximumerzeugungseinrichtung (15) zum von den Rich tungsdaten abhängigen Erzeugen von Steuersignalen während der Sendebetriebsart und der Empfangsbetriebsart zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung, so daß ein in der ge schätzten Richtung der Mobilstation aus gerichtetes Maximum der Richtwirkung gebildet wird.

21. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das mobile Kommunikationssystem eine Vielzahl von Ba sisstationen (127-129) aufweist und wobei die Basisstationen über Kommunikationsleitungen (123) zum Datenaustausch mitein ander verbunden sind, wobei für jede der Basisstationen eine feste Anzahl von Übertragungskanälen zur Kommunikation mit Mobilstationen verfügbar sind, wobei jede der Basisstationen weiterhin umfaßt eine Einrichtung (126) zum Herleiten ent sprechender Identifikationsinformationen für innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation befindliche Mobilstationen, wobei die Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (12) die ge schätzten Einfallsrichtungen der Funkwellen der Mobilstatio nen zum Schätzen einer Gesamtzahl der gerade innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation befindlichen Mobilstationen verwendet, wobei die Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung einer jeden Basisstation weiterhin ein Herleiten geschätzter Richtungsdaten für innerhalb von außerhalb des Betriebsbe reichs der Basisstation befindlichen Betriebsbereichen be findliche Mobilstationen ermöglicht, und wobei jede der Ba sisstationen weiterhin umfaßt:
eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung (125) zum Empfangen der Richtungsdaten der Einfallsrichtungsbewertungs einrichtung, und zum Verwenden der Richtungsdaten zum Schät zen entsprechender Positionen von Mobilstationen und zum Er zeugen von die Positionen angebenden Positionsdaten, und eine Antennenrichtcharakteristikauswahleinrichtung (126) zum Empfangen der geschätzten Zahl von Mobilstationen von der Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung und der Positionsdaten von der Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung, und zum Verarbeiten der Zahl von Mobilstationen und der Positionsda ten durch
Bestimmen einer für die Basisstation gerade verfügbaren Zahl von Übertragungskanälen oder einer Zahl von Mobilstationen, für die keine Übertragungskanäle verfügbar sind, basierend auf der geschätzten Zahl von Mobilstationen und zugewiesenen Zahl von Übertragungskanälen,
Empfangen von Daten einer oder mehrerer anderer Basisstatio nen, die entsprechende Identifikationsinformationen ausge wählter, innerhalb des Betriebsbereichs der anderen Basissta tionen befindlicher Mobilstationen spezifizieren, Erhalten von entsprechenden Positionsdaten der ausgewählten Mobilsta tionen von der Mobilstationspositionserfassungseinrichtung zusätzlich zu den Positionsdaten der innerhalb des Betriebs bereichs befindlichen Mobilstationen, und Erzeugen und Zufüh ren von Steuersignalen zu der Antennenrichtwirkungssteuerein richtung (13), zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuer einrichtung zum Erzeugen von für die Kommunikation der Basis-Station mit den innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstationen und den gewählten Mobilstationen innerhalb der Betriebsbereiche anderer Basisstationen erforderlichen Maxima der Antennenrichtwirkung, falls festgestellt wird, daß einer oder mehr Übertragungskanäle verfügbar sind, und
Senden von Identifikationsinformationen ausgewählter, inner halb des Betriebsbereichs der Basisstation befindlicher Mo bilstationen an andere Basisstationen, falls bei der Beurtei lungsoperation festgestellt wird, daß keine ausreichende Zahl von Übertragungskanälen verfügbar ist.

22. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede der Mobilstationen weiterhin umfaßt eine Steuersi gnalübertragungseinrichtung (147) zum Durchführen einer Funk übertragung unter Verwendung zufällig gewählter Frequenzkanä le in zufällig gewählten Zeitschlitzen konstanter Dauer, die aus einer festen Zeitschlitzsequenz gewählt werden, wobei die Frequenzkanäle aus N Frequenzkanälen gewählt werden, wobei N eine ganze Zahl ist, wobei die Einfallsrichtungsbewertungs einrichtung (12) der Basisstation die Richtungsbewertung ba sierend auf entsprechenden Empfangssignalen der Antennenele mente (11a, 11b, 11c) nach der Umwandlung in den Zwischenfre quenzbereich durch die Frequenzumwandlungseinrichtung (14) durchführt, und wobei die Basisstation weiterhin umfaßt:
eine Gruppe von Bandpaßfiltern (144) variabler Frequenz zum entsprechenden Weiterleiten der Zwischenfrequenzsignale der Antennenelemente zu der Einfallsrichtungsbewertungseinrich tung, und
eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Verändern eines Durchlaßbereichs der Filter mit variabler Frequenz in aufein anderfolgenden N Unterintervallen konstanter Dauer eines je den der Zeitschlitze, damit jedes Filter mit variabler Fre quenz nacheinander aufeinanderfolgenden Frequenzkanälen ent sprechende Zwischenfrequenzwerte in aufeinanderfolgenden Un terintervallen innerhalb eines jeden der Zeitschlitze durch lassen kann.