DE4134357A1 - Nachrichtenuebertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Nachrichtenübertragungssystem nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Aus der DE-OS 31 18 018 ist ein Nachrichtenübertragungssystem mit ortsfesten Sende/Empfangsstationen, im folgenden Feststationen genannt, und beweglichen Sende/Empfangsstationen, im folgenden bewegliche Stationen genannt, bekannt. Jede Feststation verkehrt über Funk mit einer oder mehreren beweglichen Stationen, die im Zeitmultiplexverfahren mit Vielfachzugriff (TDMA = Time Devision Multiple Access) bedient werden. Die Zahl der beweglichen Stationen, die mit einer Feststation verkehren können, ist jedoch begrenzt und hängt beim TDMA-Verfahren von der Anzahl der zur Verfügung stehenden Zeitschlitze ab. Pro benutzter Trägerfrequenz steht eine bestimmte Anzahl von Zeitschlitzen bereit. In einem Frequenzband endlicher Breite können nur endlich viele Teilnehmer untergebracht werden.

In Ballungsgebieten, in denen viele mobile Stationen (drahtloses Telefonsystem, Mobiltelefon) miteinander verkehren wollen, wäre es daher wünschenswert, Frequenzen mehrfach benutzen zu können. Schon früh wurde daher dazu übergegangen, Gebiete, in denen viele mobile Stationen zu erwarten sind, in eine Vielzahl benachbarter, das Gebiet vollständig überdeckender Zellen aufzuteilen. Jede dieser Zellen enthält eine Feststation, die beispielsweise nach dem TDMA-Verfahren mit den beweglichen Stationen kommuniziert. Benachbarte Zellen benutzen unterschiedliche Frequenzen, Zellen in einem gewissen Abstand voneinander können jedoch gleiche Frequenzen benutzen, da die Leistung der Feststationen so gering gewählt ist, daß sich Zellen mit gleicher Frequenz gegenseitig nicht stören. Die Feststationen selbst können dabei mit einem öffentlichen, drahtgebundenen Telefonnetz über Kabel, Glasfaser oder aber Richtfunkstrecken verbunden sein. Sowohl die Feststationen als auch die beweglichen Stationen benutzen zum Senden und Empfangen Antennen, die keine ausgeprägte Richtcharakteristik haben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Nachrichtenübertragungssystem bereitzustellen, welches die vorhandenen Frequenz-Resourcen noch besser nutzt als das bekannte System. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Nachrichtenübertragungssystem mit der Merkmalskombination des Hauptanspruches. Dabei handelt es sich um Feststationen und bewegliche Stationen in einem Nachrichtenübertragungssystem, die mit Antennen mit Richtcharakteristik ausgerüstet sind, sogenannten phasengesteuerten Gruppenantennen. In Verbindung mit elektronischen Steuereinrichtungen bieten diese Antennen die Möglichkeit, die Antennenkeule in weiten Bereichen elektronisch zu schwenken.

Der Vorteil solcher Antennen besteht darin, daß eine Feststation beispielsweise mit zwei weit voneinander getrennten (großer Winkelabstand) beweglichen Stationen auf derselben Frequenz und, TDMA-Verfahren vorausgesetzt, auf demselben Kanal kommunizieren kann, ohne daß sich die beiden Verbindungen gegenseitig beeinflussen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß eine Verbindung, bei der man sich eines Antennendiagrammes mit starker Richtwirkung bedient, geringere Sendeleistung braucht als ein Antennendiagramm ohne Richtcharakteristik. Daher werden sowohl für die Feststationen als auch für die beweglichen Stationen Sender mit geringerer Ausgangsleistung gebraucht.

Weiterhin wird durch die Verwendung von Antennen mit starker Richtcharakteristik der störende Einfluß von Mehrwegausbreitung unterdrückt oder sogar vollständig ausgeschaltet. Auch wird die Wahrscheinlichkeit für Interferenzen verschiedener Kanäle miteinander verringert. Insgesamt wird das, was man "elektromagnetische Luftverschmutzung" nennt, reduziert.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Die Ansprüche 2 bis 4 beziehen sich auf die phasengesteuerte Gruppenantenne, während die Ansprüche 5 bis 8 den Verbindungsaufbau, das Nachführen der Richtdiagramme der phasengesteuerten Gruppenantenne und die benutzten Übertragungsverfahren betreffen. Die Verwendung phasengesteuerter Gruppenantennen ist unabhängig davon, ob das Nachrichtenübertragungssystem analog, digital, im Zeitmultiplex-, im Frequenzmultiplex- oder im Codemultiplex-Betrieb arbeitet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines zellularen Nachrichtenübertragungssystems,

Fig. 2 schematisch die wesentlichen Elemente einer phasengesteuerten Gruppenantenne,

Fig. 3a eine erste Anordnung einer phasengesteuerten Gruppenantenne,

Fig. 3b eine zweite Anordnung einer phasengesteuerten Gruppenantenne.

Dargestellt ist ein Ausschnitt aus einem solchen System, in dem die Zellen regelmäßige Sechsecke bilden. Die Bedeckung eines Bereiches mit regelmäßigen Sechsecken bewirkt, daß sich die einzelnen Zellen (Sechsecke) nicht überlappen. In drei Zellen sind Feststationen und bewegliche Stationen eingezeichnet. Eine Zelle enthält eine Feststation FS1, eine zweite Zelle eine Feststation FS2 und eine weitere Zelle eine Feststation FSN. In den Zellen befindet sich eine ständig wechselnde Anzahl von Mobilstationen. Verbindungsaufbau und Abwicklung eines Gespräches zwischen zwei Mobilstationen sind nicht Gegenstand der Erfindung und werden daher nicht näher beschrieben. So enthält z. B. die GSM-Spezifikation detaillierte Anweisungen darüber, wie Signalisierungs- und Übertragungskanäle in einem Funksystem auszusehen haben. Die Feststationen FS1, FS2 und FSN sind mit Antennen mit Richtcharakteristik ausgerüstet. Dabei handelt es sich um an sich bekannte phasengesteuerte Gruppenantennen, bei denen mit Hilfe einer elektronischen Steuereinrichtung ein scharf gebündeltes, schwenkbares Antennendiagramm erzeugt werden kann. Eine Feststation, beispielsweise die Feststation FS1, die mit einer solchen Antenne ausgerüstet ist, kann beim Übertragen von Signalen zur Mobilstation MS1 ihre Antennenkeule direkt auf die bewegliche Station MS1 richten. Andererseits können bewegliche Stationen, die ebenfalls mit phasengesteuerten Gruppenantennen ausgerüstet sind, die Antennenkeule ihrer Antennen direkt auf die Feststation richten. Im Fall einer fahrenden beweglichen Station muß noch dafür Sorge getragen werden, daß die Antennenkeule nachgeführt wird, d. h., immer auf die Feststation gerichtet bleibt. Auch dies läßt sich mit Hilfe elektronischer Maßnahmen, die an sich auch bekannt sind, bewerkstelligen.

In Fig. 2 ist das Blockschaltbild einer phasengesteuerten Gruppenantenne wiedergegeben. Mit S1, S2, S3 . . . SN sind N Strahler einer phasengesteuerten Gruppenantenne bezeichnet. Diese Strahler stehen jeweils über Phasenschieber, mit Φ1 bis ΦN bezeichnet, mit einem Netzwerk NW in Verbindung. Dem Netzwerk wird die hochfrequente Energie einer Hochfrequenzquelle HF zugeführt. Im Netzwerk NW, beispielsweise einer Butlermatrik, wird die hochfrequente Energie auf die einzelnen Strahler S1 bis SN aufgeteilt. Die Phasenschieber Φ1 bis ΦN sorgen dafür, daß das von der Antenne abgestrahlte Antennendiagramm schwenkbar ist. Bei den Phasenschiebern handelt es sich um elektronisch steuerbare Phasenschieber mit 4 Bit oder 6 Bit Auflösung. Die Darstellung nach Fig. 2 gibt keinen Aufschluß über die räumliche Anordnung der Strahlerelemente der Antenne. Diese ist Fig. 3 zu entnehmen.

Fig. 3a zeigt eine phasengesteuerte Gruppenantenne, bei der die Strahlerelemente in einer Linie angeordnet sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente wie in Fig. 2. Die Strahlerelemente einer phasengesteuerten Gruppenantenne lassen sich jedoch auch in einer ebenen Anordnung unterbringen, wie dies in Fig. 3b dargestellt ist. Bekannt sind für kurze Wellenlänge sogenannte Hohlleiter-Schlitzarrays.

Ein Verbindungsaufbau zwischen Feststation und Mobilstation ist mit Antennen mit ausgeprägter Richtcharakteristik nur schwer zu bewerkstelligen. Zu diesem Zweck muß es sowohl für die Feststationen FS als auch für die beweglichen Stationen MS möglich sein, Antennendiagramme mit Rundstrahlcharakteristik abzustrahlen. Dies kann auf zweierlei Weise realisiert werden. Zum einen können sowohl die Feststationen FS als auch die beweglichen Stationen MS zusätzlich zu den phasengesteuerten Gruppenantennen mit Antennen mit Rundstrahlcharakteristik versehen sein, die nur dazu dienen, eine Verbindung aufzubauen. Andererseits ist aber auch eine Lösung denkbar, bei der eine phasengesteuerte Gruppenantenne nach Fig. 3b (ebene Anordnung) mechanisch drehbar angebracht ist. Steht die Antennenebene vertikal, zeigt die Antenne eine ausgesprochene Richtcharakteristik. Bei horizontaler Antennenebene liegt ein Antennendiagramm mit Rundstrahlcharakteristik vor.

Für das beschriebene Nachrichtenübertragungssystem mit den phasengesteuerten Gruppenantennen ist es unerheblich, ob die Nachrichtenübertragung analog oder digital vonstatten gebt. Weiterhin ist es ebenfalls nicht erheblich, ob die Übertragung im TDMA-, im FDMA- oder im CDMA-Verfahren vorgenommen wird. Bei allen genannten Verfahren lassen sich phasengesteuerte Gruppenantennen verwenden. Der Einsatz solcher Gruppenantennen ermöglicht es außerdem, daß eine Feststation Antennenkeulen von Trägern gleicher Frequenz auf unterschiedliche bewegliche Stationen richtet, ohne daß es dabei zu Interferenzen kommt. Auf diese Weise wird der für die Nachrichtenübertragung zur Verfügung stehende Frequenzbereich besser ausgenutzt, als wenn Antennen mit Rundstrahlcharakteristik benutzt würden.

Claims (8)

1. Nachrichtenübertragungssystem mit wenigstens einer Feststation (FS), die über Funk Signale zu wenigstens einer beweglichen Station (MS) sendet oder von wenigstens einer beweglichen Station (MS) empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststationen FS mit Antennen mit Richtcharakteristik versehen sind.

2. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Stationen mit Antennen mit Richtcharakteristik versehen sind.

3. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen phasengesteuerte Gruppenantennen sind.

4. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststationen und die beweglichen Stationen elektronische Steuereinrichtungen zur Ansteuerung der phasengesteuerten Gruppenantennen enthalten.

5. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststationen mit Antennen mit Rundstrahlcharakteristik versehen sind.

6. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Stationen mit Antennen mit Rundstrahlcharakteristik versehen sind.

7. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Signalübertragung im Zeitmultiplex- (TDMA) und/oder Frequenzmultiplex- (FDMA) und/oder Codemultiplexverfahren (CDMA).

8. Nachrichtenübertragungssystem nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch elektronische Mittel zur Nachführung von Antennenkeulen.