DE4321909C2 - Antennenanordnung und Mobilfunknetz - Google Patents
Antennenanordnung und MobilfunknetzInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für Basisstationen eines zellular auf
gebauten Mobilfunknetzes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Mobil
funknetz zur Verwendung der Antennenanordnung.
Basisstationen von zellular aufgebauten Mobilfunknetzen wie z. B. dem Mobilfunknetz
nach dem ETSI-GSM-Standard
wickeln den Funkverkehr mit den Mobilstationen ab, die sich in den von ihnen be
dienten Zellen aufhalten; sie sind mit einer Sende/Empfangseinrichtung sowie mit
einer Mehrzahl von Sende- und Empfangsantennen ausgerüstet. Die Antennen sind
im allgemeinen in drei Gruppen rund um einen Antennenturm angeordnet, wobei jede
Gruppe einen Sektor in der Azimutebene abdeckt, dessen Öffnungswinkel in der Re
gel etwa 2π/3 beträgt. Jede dieser Gruppen besteht aus drei übereinander angeord
neten Antennen. Die mittlere Antenne bildet dabei die Sendeantenne, während die
obere und untere Antenne Empfangsantennen sind (zur Verbesserung des Emp
fangs durch "Ortsdiversity"). Derartige Antennenanordnungen sind bekannt aus DE 28 15 670 C2
und Mishima, H. et al. (Base Station Antenna and Multiplexer for 800 MHz
Band Land Mobile Telephone System. In: Review of the Electrical Communication
Laboratories, Vol. 25, Num. 11-12, Nov.-Dec. 1977, Seiten 1255 bis 1269)
Um eine (aktive) Mobilstation innerhalb eines solchen Netzes ausfindig zu machen,
wird üblicherweise über sämtliche Basisstationen ein Suchruf ausgesendet, der von
der gesuchten Mobilstation beantwortet wird. Das Antwortsignal wird in der Regel
von derjenigen Basisstation mit der besten Empfangsqualität empfangen, der die
Zelle zugeordnet ist, in der sich die Mobilstation gerade befindet. Mithin ist mit dieser
Methode eine Ortung der Mobilstation zumindest mit der Genauigkeit eines Gebiets
von mehreren direkt benachbarten Zellen möglich.
Für eine Ortung der Mobilstation mit einer höheren Genauigkeit sind dagegen weitere
Maßnahmen erforderlich. So wurde beispielsweise bereits vorgeschlagen, die einzel
nen Basisstationen eines solchen Netzes zusätzlich mit Peilstationen auszurüsten,
die jeweils per Standleitung oder per Funk mit der zugehörigen Basisstation verbun
den sind und über diese Verbindung kommandiert werden können. Bei
dieser Lösung wird der Standort der zuvor (z. B. über Such
ruf grob) georteten Mobilstation genau bestimmt, indem zum
einen eine Laufzeitmessung der zwischen Basisstation und
Mobilstation ausgetauschten Funksignale durchgeführt wird,
um die Entfernung der Mobilstation von der Basisstation zu
bestimmen, und zum anderen eine Peilung durch die zugeord
nete Peilstation durchgeführt wird, um den Peil- bzw. Azi
mutwinkel zu bestimmen. Alternativ hierzu kann der Stand
ort der Mobilstation natürlich auch über eine Kreuzpeilung
von zwei oder mehreren benachbarten Peilstationen ermit
telt werden, die gegebenenfalls auch durch eine Lauf
zeitmessung ergänzt werden kann. Mit dieser Maßnahme kann
der genaue Standort einer Mobilstation innerhalb einer
Zelle eines solchen Netzes festgestellt werden.
Um Peilungen im gesamten Netz durchführen zu können,
müßten sämtliche Basisstationen mit solchen Peilstationen
ausgerüstet werden, was insbesondere im Hinblick auf die
Installation von zusätzlichen Peil-Antennenarrays mit ei
nem sehr hohen Aufwand und mit sehr hohen Investitionsko
sten verbunden wäre.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Anten
nenanordnung für Basisstationen eines zellular aufgebauten
Mobilfunknetzes sowie ein Mobilfunknetz zu schaffen, die bzw. das mit möglichst wenig zu
sätzlichen Antennen für Peilzwecke auskommt und die Antennenanordnung den
noch als Antennenarray für eine an die Basisstation ange
schlossene Peilstation dienen kann.
Die Lösung dieser Aufgabe ist hinsichtlich der Antennenanordnung durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Mobilfunknetzes durch die Merkmale des Patentanspruchs 7 wiedergegeben.
Die übrigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und
Weiterbildungen der Erfindung.
Da in den einzelnen Basisstationen (z. B. eines Mobil
funknetzes nach dem ETSI-GSM-Standard) i. a. bereits bis zu
drei Sektoren mit einem Öffnungswinkel von jeweils etwa
2π/3 vorhanden sind und da vor einer Peilung der Verbin
dungsaufbau mit der zu ortenden Mobilstation ein
schließlich der Auswahl des optimalen Sende/Empfangssek
tors bereits erfolgt sein muß, kann in einem solchen Netz
die Erfindung besonders vorteilhaft eingesetzt werden, da
sie mit einer sehr geringen Zahl von zusätzlichen Antennen
auskommt und dennoch eine Peilung in jedem Sektor ermög
licht ist. Beim Einsatz in einem Mobilfunknetz nach dem
ETSI-GSM-Standard ergeben sich mit der erfindungsgemäßen
Antennenanordnung folgende Vorteile:
- - die in der Basisstation vorhandenen GSM-Empfangs antennen werden von der Peilstation mitbenutzt;
- - an einem schlanken Turm (Durchmesser typisch ≦ 50 cm) sind maximal nur drei zusätzliche Empfangsan tennen erforderlich, die baugleich mit den bereits vorhandenen GSM-Empfangsantennen sein können;
- - an einem dicken Turm (Durchmesser typisch < 50 cm) sind maximal nur bis zu sechs zusätzliche Empfangsantennen erforderlich, die ebenfalls bau gleich mit den bereits vorhandenen GSM-Empfangsan tennen sein können;
- - für die Peilstation ist grundsätzlich nur ein ein ziger dreikanaliger Peilempfänger erforderlich, der für die Peilstationen aller Basisstationen gleich ausgeführt sein kann, wobei die Eichung der einzelnen Peilempfänger selbstverständlich indivi duell für jeden einzelnen Empfänger durchgeführt werden muß;
- - die Lösung ist völlig systemkompatibel mit dem D- Netz der Deutschen Bundespost;
- - vorhandene Montageplätze bzw. erprobte Montage- und Antennen- und Empfangs-/Auswertetechnik der GSM-Komponenten einer Basisstation können ohne weiteres mitbenutzt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein bevorzugtes erstes Ausführungsbeispiel der er
findungsgemäßen Antennenanordnung an einem dicken
Turm (im Querschnitt);
Fig. 2 ein bevorzugtes zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Antennenanordnung an einem
schlanken Turm (im Querschnitt).
Die beiden Figuren zeigen Antennentürme 4 im Querschnitt,
wie sie beispielsweise für Basisstationen eines Mobil
funknetzes nach dem ETSI-GSM-Standard verwendet werden.
Die Türme 4 unterscheiden sich im wesentlichen nur durch
ihren Durchmesser: in Fig. 1 ist ein "dicker" Turm darge
stellt, dessen Querschnitt im Bereich der Antennenanord
nung (beispielhaft) größer 50 cm ist, und in Fig. 2 ist
eine "schlanker" Turm dargestellt, dessen Querschnitt im
Bereich der Antennenanordnung (beispielhaft) kleiner oder
gleich 50 cm ist.
In den Figuren sind - aus Gründen der Übersichtlichkeit -
nicht die Antennen der Antennenanordnung dargestellt, son
dern nur deren horizontale Antennendiagramme 1a-c, 2a-c,
3a-c bzw. 1a-c und 2a-c.
Die Antennen sind in der Azimutebene rund um den Turm 4
verteilt, wobei die Azimutebene bei diesen beiden Ausfüh
rungsbeispielen (beispielhaft) in drei Sektoren a, b, c
mit einen Öffnungswinkel von je 2π/3 unterteilt ist. Für
jeden der drei Sektoren a-c ist in beiden Ausführungsbei
spielen je eine Empfangsantenne 1a-c zusammen mit je einer
(in den Figuren nicht gezeigten) Sendeantenne für die Ab
wicklung des Funkverkehrs zwischen der zugehörigen (und in
den Figuren nicht gezeigten) Basisstation und den (eben
falls in den Figuren nicht gezeigten) Mobilstationen vor
gesehen (oberhalb bzw. unterhalb der Empfangsantenne 1a-c
können weitere Empfangsantennen vorgesehen werden, um die
Empfangsqualität durch Ortsdiversity zu verbessern).
Ergänzt werden diese Empfangsantennen 1a-c durch weitere
Empfangsantennen 2a-c und 3a-c (Fig. 1) bzw. 2a-c (Fig.
2), die in der Azimutebene jeweils links und rechts neben
der eigentlichen "Mobilfunknetz"-Empfangsantenne 1a-c an
geordnet sind (Fig. 1) bzw. zwischen diesen Antennen (Fig.
2). Der Abstand d dieser zusätzlichen Antennen 2a, 3a bzw.
2b, 3b bzw. 2c, 3c von den von ihnen eingeschlossenen Emp
fangsantennen 1a bzw. 1b bzw. 1c (Fig. 1) bzw. von den je
weils benachbarten Empfangsantennen 1a, 1b bzw. 1b, 1c
bzw. 1c, 1a liegt dabei jeweils im Bereich λ/2 < d ≦ λ,
wobei λ die Wellenlänge bei der Betriebs- bzw. Empfangs
frequenz ist.
In Fig. 1 bilden diese Antennenpaare 2a, 3a bzw. 2b, 3b
bzw. 2c, 3c zusammen mit der zugehörigen Empfangsantenne
1a bzw. 1b bzw. 1c jeweils ein Großbasis-Antennenarray für
die Peilung von Mobilstationen, die sich in dem zugeordne
ten Sektor a bzw. b bzw. c aufhalten.
Bei dieser Lösung macht man sich den Umstand zunutze, daß
die Funkverbindung zwischen der zu peilenden Mobilstation
und der Basisstation vor der Peilung bereits aufgebaut
worden ist und bereits aufgrund der Auswertung der empfan
genen Funksignale feststeht, in welchem Sektor a-c sich
die gesuchte Mobilstation befindet, so daß deshalb nur
noch eine Sektorpeilung durchgeführt werden muß, denn im
allgemeinen weisen direkt empfangene Funksignale eine hö
here Feldstärke auf als z. B. reflektierte Signale, so daß
in nahezu 100% aller Fälle diejenige Empfangsantenne 1a
bzw. 1b bzw. 1c, die die höchste Empfangsfeldstärke für
ein bestimmtes Funksignal aufweist, den Sektor a bzw. b
bzw. c kennzeichnet, in dem sich die gesuchte Mobilstation
momentan befindet.
Die drei Antennenarrays 1a, 2a, 3a bzw. 1b, 2b, 3b bzw.
1c, 2c, 3c sind in einer bevorzugten Ausführungsform über
Antennenverteiler und nachgeschaltete Antennenwahlschalter
(beides in der Figur nicht gezeigt) mit einem für alle drei
Antennenarrays gemeinsamen dreikanaligen Peilempfänger,
(in der Figur ebenfalls nicht gezeigt) verbunden. Während
die Antennenwahlschalter die Umschaltung des gemeinsamen
Peilempfängers von einem Antennenarray zum anderen gestat
ten, erlauben die Antennenverteiler parallel den kontinu
ierlichen Betrieb des zugehörigen Basisstation-Empfangs,
da über die Antennenverteiler die "normalen" Empfangsan
tennen 1a-c permanent mit der Basisstation verbunden wer
den können, ohne daß das zusätzliche Aufschalten des Peil
empfängers (über die Antennenwahlschalter) den normalen
Empfang der Basisstation stört.
Befindet sich z. B. die gesuchte Mobilstation im Sektor b,
wird die Empfangsantenne 1b die stärksten Funksignale beim
Verbindungsaufbau empfangen, so daß bei der anschließenden
Peilung nur das Antennenarray 1b, 2b, 3b (Fig. 1) bzw. 2b,
1b, 2c (Fig. 2) über die Antennenwahlschalter mit dem
dreikanaligen Peilempfänger zu verbinden ist.
Durch die Mitnutzung der in jedem Fall für die Abwicklung
des Funkverkehrs mit den Mobilstationen benötigten Emp
fangsantennen 1a-c für die Peilung einer solchen Mobilsta
tion wird der Aufwand bei den Peil-Antennenarrays erheb
lich reduziert (ohne daß dadurch der normale Empfang der
Basisstation gestört wird). Im Beispiel der Fig. 1 werden
zum Aufbau der drei Antennenarrays mit je drei Einzelan
tennen nur sechs zusätzliche Antennen 2a-c und 3a-c und
entsprechend nur sechs zusätzliche Antennenzuleitungen
(Koaxialkabel) zu diesen Antennen benötigt. Die zusätzli
chen Antennen können von der Bauausführung identisch sein
mit den "normalen" Empfangsantennen 1a-c des Mobilfunknet
zes.
Die Anzahl der für Peilzwecke zusätzlich benötigter Anten
nen kann bei einem schlanken Turm (oder bei einem dicken
Turm, bei dem die Antennenanordnung im oberen "schlanken"
Bereich des Turms angebracht ist) noch weiter reduziert
werden, wie das Ausführungsbeispiel in Fig. 2 zeigt.
Während in Fig. 1 der Abstand zwischen den einzelnen
Antennenarrays 2a, 1a, 3a bzw. 2b, 1b, 3b bzw. 2c, 1c, 3c
aufgrund der Dicke des Turms 4 mehr als λ beträgt, kann
bei einem entsprechend schlanken Turm 4 ein Turmdurchmes
ser gefunden werden, bei dem ein für benachbarte
Antennenarrays 2a, 1a, 2b und 2b, 1b, 2c bzw. 2b, 1b, 2c
und 2c, 1c, 2a bzw. 2c, 1c, 2a und 2a, 1a, 2b gemeinsam
nutzbare zusätzliche Antennen 2b bzw. 2c bzw. 2a gleich
weit von den beiden jeweils direkt benachbarten Empfangs
antennen 1a und 1b bzw. 1b und 1c bzw. 1c und 1a entfernt
ist mit einem Abstand λ/2 < d ≦ λ.
Dieser Fall ist in Fig. 2 dargestellt, dort sind nur noch
drei zusätzliche Antennen 2a, 2b, 2c erforderlich, um zu
sammen mit den "normalen" Empfangsantennen 1a, 1b, 1c des
Mobilfunknetzes für jeden Sektor a, b, c jeweils ein An
tennenarray für Peilzwecke zu bilden nämlich 2a, 1a, 2b
bzw. 2b, 1b, 2c bzw. 2c, 1c, 2a. Alternativ können natür
lich auch die drei folgenden Antennenarrays mit dieser An
ordnung gebildet werden: 1a, 2b, 1b bzw. 1b, 2c, 1c bzw.
1c, 2a, 1a. Entsprechend sind bei diesem Ausführungsbei
spiel auch nur drei zusätzliche Antennenzuleitungen (Ko
axialkabel) erforderlich.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die gezeig
ten Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
So kann die Zahl der Sektoren (mit entsprechend kleinerem
Öffnungswinkel) insgesamt höher sein.
Auch müssen nicht alle Sektoren mit Peil-Antennenarrays
versorgt sein. Beispielsweise reicht es bei Peilanlagen
längs einer Küstenstraße aus, nur zwei von drei Sektoren
mit Empfangsantennen zu bestücken, wenn von der dritten
Seite (Wasserseite) keine Mobilstationen (Schiffe) in
Funkreichweite zu erwarten sind.
Claims (7)
1. Antennenanordnung für Basisstationen eines zellular aufgebauten Mobilfunk
netzes, mit mindestens zwei in der Azimutebene nebeneinander und zu ei
nem Antennenarray verschaltbar angeordneten Empfangsantennen, welche
unterschiedliche Sektoren (a, b, c) in der Azimutebene ausleuchten, dadurch
gekennzeichnet,
dass die zusammengeschalteten Empfangsantennen (2a, 1a, 3a; 2b, 1b, 3b; 2c, 1c, 3c bzw. 2a, 1a, 2b; 2b, 1b, 2c; 2c, 1c, 2a) ein Antennenarray für einen der jeweiligen Basisstation zugeordneten Sektorpeiler bilden,
dass mindestens eine Empfangsantenne (1a; 1b; 1c) der mindestens zwei Empfangsantennen (2a, 1a, 3a; 2b, 1b, 3b; 2c, 1c, 3c bzw. 2a, 1a, 2b; 2b, 1b, 2c; 2c, 1c, 2a) der einzelnen Sektoren (a; b; c) jeweils zusätzlich mit der zugeordneten Basisstation verbunden ist oder von dem Sektor peiler auf die zugeordnete Basisstation umschaltbar ist.
dass die zusammengeschalteten Empfangsantennen (2a, 1a, 3a; 2b, 1b, 3b; 2c, 1c, 3c bzw. 2a, 1a, 2b; 2b, 1b, 2c; 2c, 1c, 2a) ein Antennenarray für einen der jeweiligen Basisstation zugeordneten Sektorpeiler bilden,
dass mindestens eine Empfangsantenne (1a; 1b; 1c) der mindestens zwei Empfangsantennen (2a, 1a, 3a; 2b, 1b, 3b; 2c, 1c, 3c bzw. 2a, 1a, 2b; 2b, 1b, 2c; 2c, 1c, 2a) der einzelnen Sektoren (a; b; c) jeweils zusätzlich mit der zugeordneten Basisstation verbunden ist oder von dem Sektor peiler auf die zugeordnete Basisstation umschaltbar ist.
2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Azimutebene in n gleich große oder zumindest gleich große Sektoren (a-c)
mit einem Sektorwinkel von 2π/n aufgeteilt ist, daß die n Sektoren (a-c) durch
insgesamt 2n Empfangsantennen (1a-c, 2a-c) ausgeleuchtet sind, daß der
Winkel zwischen den Hauptstrahlrichtungen direkt benachbarter Empfangs
antennen (1a, 2a; 2a, 1c; 1c, 2c; 2c, 1b; 1b, 2b; 2b, 1a) π/n beträgt, daß die
Empfangsantennen (1a-c, 2a-c) in der Azimutebene derart angeordnet sind,
daß auf eine zusätzlich mit der Basisstation verbundene oder auf die Basis
station umschaltbare Empfangsantenne (1a-c) immer eine nicht mit der Ba
sisstation verbundene oder auf diese umschaltbare Empfangsantenne (2a-c)
folgt und umgekehrt und daß die nicht mit der Basisstation verbundenen oder
auf diese umschaltbaren Empfangsantennen (2a, 2b, 2c) jeweils mit der ei
nen (1c; 1a; 1b) und/oder der anderen (1a; 1b; 1c) direkt benachbarten und
mit der Basisstation verbundenen oder auf diese umschaltbaren Empfangs
antenne zu einem Antennenarray (2a, 1c, 2c bzw. 2a, 1a, 2b bzw. 2b, 1b, 2c
bzw. 1a, 2a, 1c bzw. 1a, 2b, 1b bzw. 1b, 2c, 1c) zusammenschaltbar sind.
3. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Antennenarrays mit einer
ungeraden Zahl von Empfangsantennen (2a, 1a, 3a; 2b, 1b,
3b; 2c, 1c, 3c bzw. 2a, 1a, 2b; 2b, 1b, 2c; 2c, 1c, 2a)
jeweils die mittlere Empfangsantenne (1a; 1b; 1c) mit der
Basisstation verbunden oder auf die Basisstation umschalt
bar ist und daß die Hauptstrahlrichtung dieser mit der Ba
sisstation verbundenen oder auf diese umschaltbaren Emp
fangsantennen (1a; 1b; 1c) in der Azimutebene mit der Win
kelhalbierenden des zugehörigen Sektors (a-c) zusammen
fällt oder zumindest nur unwesentlich davon abweicht.
4. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die einzelnen Empfangsantennen (1a-c, 2a-c, 3a-c; 1a-
c, 2a-c) oder Antennenarrays der einzelnen Sektoren (a-c) über eine Anten
nenwahlschalteinrichtung auf einen gemeinsamen n-kanaligen Peilempfän
ger aufschaltbar sind.
5. Antennenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die einzelnen Empfangsantennen (1a-c, 2a-c,
3a-c; 1a-c, 2a-c) oder Antennenarrays der einzelnen Sekto
ren (a-c) jeweils über einen Antennenverteiler mit der An
tennenwahlschalteinrichtung verbunden sind und daß die zu
sätzlich mit der Basisstation verbundenen Empfangsantennen
(1a-c) jeweils über den ihnen jeweils zugeordneten Anten
nenverteiler mit der Basisstation verbunden sind.
6. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis direkt be
nachbarter Empfangsantennen eines Antennenarrays (2a, 1a,
3a; 2b, 1b, 3b; 2c, 1c, 3c bzw. 2a, 1a, 2b; 2b, 1b, 2c;
2c, 1c, 2a) jeweils im Bereich λ/2 < d ≦ λ liegt mit λ
gleich der Wellenlängen bei der Betriebs- bzw. Empfangs
frequenz.
7. Mobilfunknetz nach dem ETSI-GSM-Standard und mit Peilstationen zur Or
tung von Mobilstationen, gekennzeichnet durch die Verwendung von Anten
nenanordnungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19934321909 DE4321909C2 (de) | 1993-07-01 | 1993-07-01 | Antennenanordnung und Mobilfunknetz |
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DE19934321909 DE4321909C2 (de) | 1993-07-01 | 1993-07-01 | Antennenanordnung und Mobilfunknetz |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4321909A1 DE4321909A1 (de) | 1995-03-02 |
DE4321909C2 true DE4321909C2 (de) | 2003-02-27 |
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ID=6491704
Family Applications (1)
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DE19934321909 Expired - Fee Related DE4321909C2 (de) | 1993-07-01 | 1993-07-01 | Antennenanordnung und Mobilfunknetz |
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1993
- 1993-07-01 DE DE19934321909 patent/DE4321909C2/de not_active Expired - Fee Related
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