DE60125382T2

DE60125382T2 - Zellulare antenne

Info

Publication number: DE60125382T2
Application number: DE60125382T
Authority: DE
Inventors: Daniel Whitby RHODES; Andrew Thomas Johnsonville GRAY; Arthur George Pukerua Bay ROBERTS; Peter Bruce Khandallah GRAHAM
Original assignee: Andrew LLC
Current assignee: Commscope Technologies LLC
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: KR20080064992A; US20040038714A1; ATE349080T1; CN1441979A; AU2009251001A1; US7899496B2; EP1317782B1; KR20030024777A; AU2006252225B2; EP1689026A1; AU2001280303B2; ES2278770T3; EP2088641A1; EP1317782A1; AU2009251003B2; KR20090033403A; US20090203406A1; AU8030301A; EP1633016A3; WO2002005383A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne zur Kommunikation mit mobilen Geräten in einem landstationierten Zellularkommunikationssystem. Die Erfindung betrifft auch ein Antennensystem und ein Zellularkommunikationssystem, das eine oder mehrere Antennen einbezieht.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Antennen, die in frühen Zellularbasisstationen verwendet wurden, beinhalteten typischerweise keine Mittel zum Variieren der Antennenstrahlrichtung und mussten an einer Haltestruktur unter einem Neigungswinkel angebracht werden, der erforderlich ist, um einen Strahl bereitzustellen, der den erforderlichen Zellenüberdeckungsbereich erzeugt. Neuere Antennen haben Mittel zum abgesetzten Justieren von Abwärtsneigung des Strahles einer Antenne einer Zellularbasisstation. WO 96/14670 beschreibt eine Antenne, die mechanisch justierbare Phasenschieber aufweist, die variable elektrische Phasenverschiebungen im Speiseweg der Antenne erzeugen, um Abwärtsneigung des Strahls einer Antenne zu bewirken.
Phased-Array-Antennen, die in Radaranwendungen verwendet werden, stellen sowohl Azimutstrahllenkung als auch vertikale Strahlneigung (Abwärtsneigung) bereit, um den Strahl einer Antenne in eine gewünschte Richtung zu richten. Derartige Antennen haben typischerweise aktive Schaltelemente eingesetzt und sind von komplexem und aufwendigem Aufbau gewesen.
Wenn mehr als ein Kennzeichen des Strahls einer Antenne einer Zellularbasisstation variiert werden könnte, könnten Zellularkommunikationssysteme beim Zuteilen von Kapazität zu gewünschten Gebieten flexibler sein.
Die frühere Patentanmeldung WO 96/14670 des Anmelders beschreibt ein Antennensteuerungssystem zum abgesetzten Justieren der Abwärtsneigung einer Mehrheit von Antennen. Die Steuerung 80 befindet sich an der Basis einer Zellularbasisstation, und ein separates Kabel 78 ist erforderlich, um jede Antenne zu steuern. Dies erfordert, dass jedes Mal, wenn eine neue Antenne hinzugefügt wird, ein neues Steuerungskabel 78 vom Mastkopf zu Steuerung 80 verlegt wird.
Im System nach WO 96/14670 ist jede Antenne durch den Anschluss definiert, an dem Kabel 78 angeschlossen ist. Die Anzahl Antennen, die durch eine Steuerung 80 gesteuert werden können, ist durch die Anzahl verfügbarer Anschlüsse begrenzt.
Systeme nach Stand der Technik haben proprietäre Steuerungen benutzt, um Antennenkennzeichen abgesetzt zu justieren. Es wäre wünschenswert, zu ermöglichen, dass Standardgeräte, die verbreitet verfügbar sind, benutzt werden, um die Antennensteuerungssysteme zu programmieren und zu steuern.
US 5115248 beschreibt eine Array-Antenne, die eine Butler-Matrix verwendet, um Leistungverteilung zwischen Antennenelementen in einer fokussierten Antenne für ein Satellitenkommunikationssystem zu variieren. Das Butler-Matrix-System schaltet zwischen festen Strahlen um, statt kontinuierlich variable Justierung zu erlauben.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Antennensteuerungssystem, eine Antenne und ein Antennensystem bereitzustellen, das mindestens einige der Einschränkungen des Standes der Technik überwindet oder mindestens der Öffentlichkeit eine nützliche Wahlmöglichkeit bietet.
Ein erster Aspekt der Erfindung stellt eine Antenne zur Kommunikation mit mobilen Geräten in einem landstationierten Zellularkommunikationssystem via einen Antennenstrahl mit einer Breite und einem Winkel bereit, wobei die Antenne umfasst:
eine Mehrheit von abstrahlenden Elementen und
ein Speisenetz von einer Speiseleitung zu den abstrahlenden Elementen, wobei das Speisenetz umfasst:
Leistungsteilungsmittel zum Variieren der Leistungsteilung zwischen abstrahlenden Elementen, um die Breite des Antennenstrahls zu variieren; und
Phasenverschiebungsmittel zum Variieren der Phase von Signalen, die an die abstrahlenden Elemente gesendet oder von diesen empfangen wurden, um den Winkel des Antennenstrahls zu variieren.
Der erste Aspekt stellt ein bevorzugtes Speisenetz bereit, das justierbare Strahlungsbreite und justierbaren Strahlungswinkel bietet (der in den Azimut- und/oder Abwärtsneigungsrichtungen justierbar sein kann).
Vorzugsweise teilt das Leistungsteilungsmittel die Leistung zwischen einem oder mehreren mittigen abstrahlenden Elementen und zwei oder mehreren äußeren abstrahlenden Elementen, die im Array auf entgegengesetzten Seiten des mittigen abstrahlenden Elements bzw. der Elemente positioniert sind.
Vorzugsweise ist das Leistungsteilungsmittel ein im Wesentlichen nicht dämpfender Leistungsteiler, der beispielsweise ein Paar Hybridkoppler und einen Phasenschieber zwischen den Hybridkopplern beinhaltet.
Vorzugsweise justiert das Abwärtsneigungs- oder Azimut-Phasenverschiebungsmittel die relative Phase zwischen dem Paar äußerer abstrahlender Elemente.
Vorzugsweise ist die Phasenbeziehung zwischen dem (den) mittigen abstrahlenden Element(n) und dem Leistungsteilungsmittel im Wesentlichen für alle Stahlungswinkel fest.
Vorzugsweise beinhaltet das Array mindestens drei Zeilen und mindestens drei Spalten abstrahlende Elemente.
Die Antenne ist besonders für ein Codemultiplexsystem (CDMA- oder W-CDMA) geeignet, das einen CDMA-Codierer und/oder -Decodierer einsetzt.
Typischerweise ist die Antenne Teil eines landstationierten Antennensystems, das Steuerungsmittel umfasst, die angepasst sind, der bzw. den Antenne(n) Signale bereitzustellen, um ein Kennzeichen des Antennenstrahls zu justieren.
Das Steuerungsmittel beinhaltet typischerweise einen Lokalempfänger, der angepasst ist, Befehle von einem abgesetzten Kontrollzentrum zu empfangen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird jetzt anhand eines Beispiels unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, wobei:
1: eine Array-Antenne mit drei abstrahlenden Elementen zeigt;
2: ein Prinzipschaltbild des Speisenetzes für die in 1 gezeigte Antenne zeigt;
2A: den variablen Leistungsteiler zeigt;
3: eine Array-Antenne mit sechs Elementen zeigt;
4: ein Prinzipschaltbild des Speisenetzes der in 3 gezeigten Antenne zeigt;
5: eine Array-Antenne mit vier Elementen zeigt;
6: ein Prinzipschaltbild des Speisenetzes der in 5 gezeigten Antenne zeigt;
7: eine Array-Antenne mit zehn Elementen zeigt;
8 ein Prinzipschaltbild des Speisenetzes der in 7 gezeigten Antenne zeigt.
9: die Steuerungsanordnung der in 7 und 8 gezeigten Antenne zeigt.
10: ein Zellularkommunikationssystem zeigt.
11 bis 14: eine Ausführungsform zeigt, die nur Phasenschieber benutzt.
15 und 16: eine Ausführungsform zeigen, die nur Phasenschieber zum Justieren von Antennenstrahlrichtung und -strahlungsbreite in zwei Dimensionen benutzt.
17: eine Minimalimplementierung zum Bewirken von Strahllenkung und Strahlungsbreitenjustierung zeigt.
18: ein Antennensystem gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
19: eine erste Steuerungssystem-Implementierung für die Ausführungsform nach 18 zeigt.
20: eine zweite Steuerungssystem-Implementierung für die Ausführungsform nach 18 zeigt.
21: eine dritte Steuerungssystem-Implementierung für die Ausführungsform nach 18 zeigt.
22: ein Antennensystem gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
23: eine erste Steuerungssystem-Implementierung für die Ausführungsform nach 22 zeigt.
24: eine zweite Steuerungssystem-Implementierung für die Ausführungsform nach 22 zeigt.
25: ein Antennensystem gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
26: das Steuerungssystem der in 25 gezeigten Ausführungsform zeigt.
27: ein Antennensystem gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
28: eine Steuerungssystem-Implementierung für die Ausführungsform nach 27 zeigt.
29: ein abgesetztes Steuerungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
30: ein abgesetztes Steuerungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
31: eine grafische Benutzerschnittstelle gemäß einer Ausführungsform zeigt.
32: eine Benutzerschnittstelle zum Justieren von Abwärtsneigung zeigt.
33: eine tabellarische Schnittstelle zeigt.
34: eine Zeitplan-Schnittstelle zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BESTEN ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Bezug nehmend auf 1 weist eine Antenne 1 ein Array von drei abstrahlenden Elementen 2, 3, 4 auf, die in einer einzelnen Zeile angeordnet sind. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild des Speisenetzes 5 von einem Verbinder 6 zu den abstrahlenden Elementen 2, 3 und 4. Leistungsteiler 7 teilt Leistung zwischen Antennen 2 und 4 und Antenne 3. Justierung von Leistungsteiler 7 resultiert in Variation der Strahlungsbreite des Strahls von Antenne 1.
Leistungsteiler 7 ist in 2A detailliert gezeigt. Ein erster Hybridkoppler 71 weist einen Eingangsanschluss 72 auf, der mit Verbinder 6 und einem Anschluss 73 gekoppelt ist, der isoliert ist. Der Hybridkoppler 71 zerlegt das Eingangssignal in zwei Signale mit gleicher Amplitude, die auf Leitungen 74, 75 mit einer Phasendifferenz von 90 ausgegeben werden. Die Phase des Signals auf Leitung 75 kann durch einen Phasenschieber 79 justiert werden, der die Länge L2 von Leitung 75 verglichen mit der Länge L1 von Leitung 74 justiert. Die Leitungen 74, 75 sind mit einem zweiten Hybridkoppler 76 gekoppelt, der die Signale zerlegt und mit einer Phasenverschiebung von 90 kombiniert. Wenn L1 = L2 ist, interferieren die Signale konstruktiv an Ausgang 78 und heben sich an Ausgang 77 auf. Wenn L1 ≠ L2 ist, wird das Signal zwischen Ausgängen 77, 78 geteilt, wobei das Verhältnis durch die Position des Phasenschiebers 79 bestimmt ist. Bei einem gewissen Verhältnis zwischen L1 und L2 wird das gesamte Signal an Ausgang 77 ausgegeben, und an Ausgang 78 wird kein Signal ausgegeben. Zu beachten ist, dass der Leistungsteiler 7 im Wesentlichen nicht dämpfend ist – das heißt, dass er keinerlei Dämpfungsglieder (wie z.B. Widerstände) einsetzt, die Leistungsverlust und Überhitzung zur Folge hätten.
Phasenschieber 8 und 9 variieren differenziell die Phase der abstrahlenden Elemente 2 und 4 in Bezug auf das abstrahlende Element 3. Phasenschieber 8 und 9 können innerhalb eines einzelnen variablen differenziellen Phasenschiebers des in WO 96/14670 beschriebenen Typs integriert sein. Justierung von Phasenschiebern 8 und 9 resultiert in Azimutlenkung des Antennenstrahls.
Das einfache Drei-Elemente-Array, das in 1 und 2 beschrieben ist, erlaubt somit Azimutlenkung durch Justierung von Phasenschiebern 8 und 9 und azimutale Strahlungsbreitenjustierung durch Variation von Leistungsteiler 7.
Jetzt Bezug nehmend auf 3 beinhaltet Antenne 10 sechs abstrahlende Elemente 11 bis 16. In 4 ist ein Prinzipschaltbild des Speisenetzes für die in 3 gezeigte Antenne gezeigt.
Signale werden zum oder vom Verbinder 17 über das Speisenetz 18 zu oder von den abstrahlenden Elementen transportiert. Phasenschieber 19 variiert die Phase von Signalen, die von abstrahlenden Elementen 11, 12 und 13 empfangen oder zu diesen gesendet werden, in Bezug auf jene, die von abstrahlenden Elementen 14, 15 und 16 empfangen oder zu diesen gesendet werden. Variation der Phase zwischen den Zeilen abstrahlender Elemente 11 bis 13 verglichen mit jener von Zeilen 14 bis 16 resultiert in vertikalem Neigen des Strahls der Antenne (Abwärtsneigung). Justierung von Phasenschieber 19 kann somit benutzt werden, um Abwärtsneigung des Strahls der Antenne zu bewirken.
Die Leistungsteiler 20 und 23 und die Phasenschieber 21, 22, 24 und 25 arbeiten in der in Bezug auf 2 beschriebenen Art und Weise. Leistungsteiler 20 und 23 können justiert werden, um die Strahlungsbreite des Strahls der Antenne zu modifizieren, und Phasenschieber 21 und 22 und Phasenschieber 24 und 25 können justiert werden, um das Azimut des Strahls der Antenne zu modifizieren. Leistungsteiler 20 und 23 können durch eine gemeinsame mechanische Verbindung angesteuert sein, sodass die Strahlungsbreite gleichmäßig für beide Zeilen abstrahlender Elemente justiert wird. In gleicher Weise können Phasenschieber 21 und 22 und Phasenschieber 24 und 25 durch eine gemeinsame mechanische Verbindung angesteuert werden, sodass das Azimut des Strahls der Antenne für beide Zeilen konstant ist.
Jetzt Bezug nehmend auf 5 ist eine alternative Rautenanordnung von Elementen gezeigt. Antenne 30 beinhaltet abstrahlende Elemente 31, 32, 33 und 34. 6 zeigt das Speisenetz für die in 5 gezeigte Antennenanordnung.
Phasenschieber 35 und 36 variieren differenziell die Phase der Signale, die abstrahlenden Elementen 31 und 34 zugeführt werden, verglichen mit der Phase von Signalen, die abstrahlenden Elementen 32 und 33 zugeführt werden. Justierung von Phasenschiebern 35 und 36 kann somit Abwärtsneigung des Strahls der Antenne justieren. Phasenschieber 35 und 36 können als ein einzelner variabler differenzieller Phasenschieber bereitgestellt sein.
Leistungsteiler 37 justiert die Leistungsteilung zwischen abstrahlenden Elementen 32 und 33 und abstrahlenden Elementen 31 und 34. Dies ermöglicht Justierung von Strahlungsbreite des Strahls der Antenne.
Phasenschieber 38 und 39 erlauben variables differenzielles Phasenverschieben der Phase von Signalen, die abstrahlenden Elementen 32 und 33 zugeführt oder von diesen empfangen werden, in Bezug auf die Phase von Signalen, die abstrahlenden Elementen 31 und 34 zugeführt oder von diesen empfangen werden. Dies ermöglicht Justierung des Azimuts des Strahls der Antenne. Phasenschieber 38 und 39 können als ein einzelner variabler differenzieller Phasenschieber bereitgestellt sein.
Jetzt Bezug nehmend auf 7 ist eine Antennenkonfiguration einer bevorzugten Konstruktion zur Verwendung in Zellularkommunikations-Basisstationen gezeigt. Eine Antenne zur Verwendung in einer Zellularbasisstation beinhaltet vorzugsweise mindestens 3 Spalten von Elementen und 3 vertikal in einem Abstand voneinander angeordnete Gruppen von Elementen. Dies ermöglicht, dass gute Strahlsymmetrie erreicht wird. Antenne 40 beinhaltet abstrahlende Elemente 41 bis 50, die in drei Spalten angeordnet sind: 42, 45 und 48; 41, 44, 47 und 50 und 43, 46 und 49. Die abstrahlenden Elemente sind außerdem in drei Gruppen 41–43; 44–47 und 48–50 geteilt. Diese drei Gruppen fallen in drei breite Zeilen über Antenne 40 hinweg.
Jetzt Bezug nehmend auf 8 ist das Speisenetz 51 prinzipiell gezeigt. Phasenschieber 52 und 53 verschieben die Phase von Signalen, die von der ersten Zeile abstrahlender Elemente (41–43) und der dritten Zeile abstrahlender Elemente (48–50) empfangen oder an diese gesendet werden, differenziell in Bezug auf die mittlere Zeile abstrahlender Elemente (44–47). Dies erlaubt, dass die Abwärtsneigung des Strahls der Antenne durch Variation von Phasenschiebern 52 und 53 justiert wird. Phasenschieber 52 und 53 können ein einzelner variabler differenzieller Phasenschieber sein.
Leistungsteiler 54 bis 56 können justiert sein, um Strahlungsbreite in derselben Art und Weise zu variieren, die vorher beschrieben wurde. Leistungsteiler 54 bis 56 sind vorzugsweise so aufgebaut und angeordnet, dass sie gleichzeitig justiert werden, sodass die Strahlungsbreite der Antenne für jede Gruppe von abstrahlenden Elementen konstant ist.
Phasenschieber 57 bis 62 arbeiten in derselben Art und Weise wie vorher diskutiert, um Azimutlenkung zu bewirken. Jedes Paar Phasenschieber 57 und 58; 59 und 60 und 61 und 62 kann aus einem einzelnen variablen differenziellen Phasenschieber bestehen. Diese Phasenschieber sind wiederum vorzugsweise als Tandem angesteuert, sodass das Azimut des Strahls jeder Gruppe von abstrahlenden Elementen ausgerichtet ist.
Eine andere bevorzugte Anordnung ist ein Array von 15 abstrahlenden Elementen, die in regelmäßiger Weise in 5 Zeilen und 3 Spalten angeordnet sind.
Man wird verstehen, dass abhängig von den Anforderungen für eine bestimmte Anwendung ein Bereich anderer möglicher abstrahlender Elemente und Speiseanordnungen eingesetzt werden kann.
Die abstrahlenden Elemente, die in diesen Ausführungsformen gezeigt sind, sind Dipolpaare, die zur Verwendung in einer Zweifachpolarisationsantenne geeignet sind. Falls für andere Anwendungen geeignet, können andere abstrahlende Elemente an die Stelle gesetzt werden.
Jetzt Bezug nehmend auf 9 sind Steuerungsmittel zum Steuern der Phasenschieber der in 7 und 8 gezeigten Antenne gezeigt. Ein Steuerungsmittel 63 steuert Bewegungsmittel 64 bis 66 an. Bewegungsmittel 64 bis 66 können geeignet übersetzte elektrische Motoren oder dergleichen sein.
Bewegungsmittel 64 justieren einen variablen differenziellen Phasenschieber 70 (Phasenschieber 52 und 53), um die Abwärtsneigung des Strahls der Antenne zu variieren. Bewegungsmittel 65 justieren Phasenschieber 80, 81 und 82 (Phasenschieber 57–62) über Verbindungen 69, um das Azimut des Strahls der Antenne zu justieren. Bewegungsmittel 66 justieren Leistungsteiler 54 bis 56 über Verbindungen 68, um Strahlungsbreite des Strahls der Antenne zu justieren. Die Ansteuermechanismen und Verbindungen können des Typs sein, der in WO 96/14670 beschrieben ist.
Anschluss 83 ermöglicht es Steuerungsmittel 63, mit einem abgesetzten Steuerungsmittel zu kommunizieren. Typischerweise wird Anschluss 83 mit einem Modem verbunden, um abgesetzte Kommunikation mit einem Kontrollzentrum über eine physikalische oder drahtlose Kommunikation zu erleichtern. Steuerungsmittel 63 kann Informationen über die aktuelle Konfiguration und den Status der Antenne zum abgesetzten Kontrollzentrum übermitteln, und das abgesetzte Kontrollzentrum kann Befehle zum Justieren der Abwärtsneigung, des Azimuts oder der Strahlungsbreite der Antenne bereitstellen, die durch Steuerungsmittel 63 umgesetzt werden können. Steuerungsmittel 63 steuert vorzugsweise eine Mehrheit von Antennen desselben Typs wie Antenne 40.
Jetzt Bezug nehmend auf 10 ist dort ein Zellularkommunikationssystem gezeigt, in dem ein Kontrollzentrum 84 über Datenverbindungen 89 bis 91 (physikalisch oder drahtlos) mit Steuerungsmitteln 63, 85 und 86 verbunden ist. Antennen 87, 88 und 92–97 sind vom selben Typ wie die oben beschriebene Antenne 40. Die Phasenschieber der Antennen 40, 87 und 88 können durch Steuerungsmittel 63 gemäß Befehlen gesteuert werden, die vom Kontrollzentrum 84 über die Datenverbindung 89 empfangen werden. In ähnlicher Weise sind Antennen 92 bis 94 an einer anderen Zellularbasisstation durch Steuerungsmittel 85 und sind Antennen 95 bis 97 durch Steuerungsmittel 86 gesteuert.
Man wird verstehen, dass jedwede Anzahl von Steuerungen 63, 85 und 86 durch ein zentrales Kontrollzentrum 84 gesteuert sein kann. Dies ermöglicht, dass die Zonen, die durch Antennen 40, 87 und 88, Antennen 92–94 und Antennen 95 bis 97 überdeckt sind, durch Kontrollzentrum 84 dynamisch gesteuert werden, um jedwedem Bedarf gerecht zu werden, der an ein Kommunikationssystem gerichtet wird, oder um das System auf jedwedes gewünschte Muster der Überdeckung zu konfigurieren.
In einer alternativen Anordnung kann das feste Kontrollzentrum 84 durch eine mobile (sich bewegende) Netzoptimierungseinheit ersetzt (oder ergänzt) werden, die über eine drahtlose Verbindung kommuniziert.
Jetzt Bezug nehmend auf 11 bis 13 ist eine alternative Anordnung gezeigt, in der Azimutlenkung und Strahlungsbreitenjustierung nur durch die Verwendung von Phasenschiebern erreicht wird.
In dieser Ausführungsform sind Phasenschieber 103 und 104 unabhängig justierbar. Jedoch könnten Phasenschieber 103 und 104 durch geeignete Verbindungen angesteuert sein, die es ermöglichen, dass die Phasenschieber 103 und 104 differenziell und in nicht differenzieller Art und Weise justiert werden, um Azimutlenkung und Strahlungsbreitenjustierung in gewünschter Art und Weise zu erreichen.
Abstrahlendes Element 100 ist direkt mit Speisepunkt 105 verbunden, abstrahlendes Element 101 ist über Phasenschieber 103 mit Speisepunkt 105 verbunden, und abstrahlendes Element 102 ist über Phasenschieber 104 mit Speisepunkt 105 verbunden. Phasenschieber 103 und 104 können unabhängig durch geeignete Bewegungsmittel wie z.B. einen geeignet übersetzten Elektromotor angesteuert sein, der auf Steuerungssignale von einem Steuerungsmittel anspricht, wie z.B. ein Steuerungsmittel 63, das in 9 und 10 gezeigt ist.
In 11 sind Phasenschieber 103 und 104 zu sehen, wie sie in einer differenziellen Art und Weise justiert sind, um Strahllenkung zu bewirken. In 12 und 13 sind Phasenschieber 103 und 10 im Einklang justiert, um Aufweiten oder Verengen des Strahls der Antenne zu bewirken. Man wird verstehen, dass, wenn die Phasenverschiebung zu Antennen 101 und 102 erhöht wird, der Strahl der Antenne ausgeweitet wird, und dass, wenn die Phasenverschiebung verringert wird, der Strahl der Antenne verengt wird. Man wird verstehen, dass unabhängige Justierung von Phasenschiebern 103 und 104 ermöglicht, dass Lenkung und Strahlungsbreitenjustierung gleichzeitig unter Verwendung von nur zwei Phasenschiebern vorgenommen wird.
14 zeigt die physikalische Anordnung von abstrahlenden Elementen 100 bis 102 einer Panelantenne 106.
Jetzt Bezug nehmend auf 15 und 16 ist eine Ausführungsform des in 11 bis 14 beschriebenen Konzepts gezeigt, das ein zweidimensionales Array abstrahlender Elemente verwendet. In diesem Fall sind abstrahlende Elemente 107 bis 110 von Panelantenne 111 in einer Rautenkonfiguration angeordnet.
Wie in 16 gezeigt, ist jedes abstrahlende Element 107 bis 110 über einen Phasenschieber 112 bis 115 mit Speisepunkt 116 verbunden. Jeder der Phasenschieber 112 bis 115 ist unabhängig justierbar. Differenzielle Justierung von Phasenschiebern 114 und 115 kann Azimutstrahllenkung erzeugen. Nicht differenzielle Justierung von Phasenschiebern 114 und 115 kann die Strahlungsbreite in der horizontalen Ebene ändern. Differenzielle Justierung von Phasenschiebern 112 und 113 kann Strahlneigung in der vertikalen Ebene zur Folge haben. Nicht differenzielle Justierung von Phasenschiebern 112 und 113 kann Strahlungsbreitenjustierung in der vertikalen Ebene zur Folge haben.
Diese Anordnung ermöglicht somit Strahllenkung in den vertikalen und horizontalen Ebenen ebenso wie Strahlungsbreitenjustierung in den vertikalen und horizontalen Ebenen.
15 und 16 zeigt eine Minimalimplementierung des Konzepts, und man wird verstehen, dass abhängig von der betroffenen Anwendung größere Anzahlen abstrahlender Element wünschenswert sein können. Obgleich die Phasenschieber 112 bis 115 als unabhängig justierbar beschrieben worden sind, wird man verstehen, dass die Phasenschieber in geeigneter Weise über gemeinsame mechanische Verbindungen angesteuert sein können, um gewünschte Strahlform- und Richtungsjustierungen zu erreichen.
Jetzt Bezug nehmend auf 17 ist der Vollständigkeit halber eine Minimalimplementierung zum Bewirken von Strahlungsbreitenjustierung und Azimutlenkung beschrieben. Leistungsteiler 119 teilt Leistung zwischen abstrahlenden Elementen 117 und 118, um Strahlungsbreitenjustierung zu bewirken. Phasenschieber 121 kann justiert werden, um Azimutlenkung zu bewirken. Diese Ausführungsform ist der Vollständigkeit halber beschrieben und wäre aufgrund des Mangels an Symmetrie des Strahls, wenn abstrahlende Elemente 117 und 118 nicht gleich angesteuert werden, keine bevorzugte Konstruktion.
In einem System des in 10 gezeigten Typs wird man verstehen, dass Kontrollzentrum 84 die Strahlungsbreite und/oder Strahlrichtung einer Anzahl von Antennen möglicherweise gleichzeitig justieren muss. Justierung des Zellenüberdeckungsbereichs einer Antenne kann eine Lücke hinterlassen, die durch eine andere Antenne gefüllt werden muss. Kontrollzentrum 84 weist vorzugsweise geeignete Berechnungsmittel und Software auf, um erforderliche Antennenjustierungen zu berechnen, um einen gewünschten Überdeckungsbereich zu erzielen.
Bezug nehmend auf 18 gibt es ein Antennensystem 201, das aus einer Struktur 202 besteht, die eine Mehrheit von Antennen 203 bis 205 hält. Jede der Antennen 203–205 kann eine der in 1–17 gezeigten Antennen sein. Eine Sendeeinheit stellt Antennen 203 bis 205 Steuerungssignale bereit, indem Steuerdaten auf HF-Speisekabel zu den Antennen eingespeist werden. Sendemittel 206 weist einen Schnittstellenanschluss auf, der über serielles Kabel 207 mit Buchse 208 verbunden ist. Ein Taschencomputer, wie z.B. ein Palm Pilot (^TM), ist mit einer Schnittstelleneinheit 210 verbunden, die über Kabel 211 mit Buchse 208 verbunden ist. Schnittstelleneinheit 210 stellt Verbindung zu einem Anschluss des Taschencomputers 209 her und wandelt aus einem seriellen RS 232-Kommunikationsprotokoll in ein serielles RS 485-Protokoll um. Alternativ kann Taschencomputer 209 Verbindung zu Sendemittel 206 durch eine direkte RS 232-Verbindung herstellen.
19 bis 21 zeigt drei mögliche Steuerungssystem-Implementierungen für das Antennensystem nach 18. Ähnliche Komponenten sind durchweg mit ähnlichen Bezugszeichen versehen worden.
Als Erstes Bezug nehmend auf 19 ist eine erste Steuerungssystem-Implementierung gezeigt. In diesem Fall speist Sendemittel 206 Steuerdaten auf jede HF-Speiseleitung 212, 213, 214 zu jeder Antenne 203, 204 und 205 ein. Jede Antenne beinhaltet individuelles Stellmittel 215, 216 und 217, das Steuerdaten aus dem jeweiligen HF-Kabel 212, 213 und 214 extrahiert und Aktoren 218, 219 und 220 in Übereinstimmung mit den Steuerdaten ansteuert. Typischerweise sind Aktoren 218 bis 220 elektromechanische Mittel zum relativen Bewegen von Teilen eines oder mehrerer Phasenschieber jeder Antenne, um Abwärtsneigung und/oder Azimut und/oder Strahlungsbreite zu justieren. Die Verwendung elektromechanischer Phasenschieber stellt sicher, dass die Betriebsparameter im Falle eines Stromausfalls unverändert bleiben. Stellmittel 215 bis 217 können auch Sendeempfänger für Antennen 203 bis 205 beinhalten.
Jede Antenne 203, 204 und 205 ist auch mit eindeutigen Identifikationsmitteln 221, 222 und 223 versehen. Dies kann ein Chip sein, der eine eindeutige Zahl, eine Reihe von Schaltern oder Widerständen usw. speichert. Dies ermöglicht, dass die Stellmittel 215, 216 und 217 jede Antenne eindeutig identifizieren und Informationen im Zusammenhang mit der Antennen-ID bereitstellen. Obgleich in nachfolgenden Zeichnungen nicht gezeigt, kann dieses Merkmal in jede andere unten beschriebene Ausführungsform einbezogen sein.
Das Sendemittel 206 kann an jedem genehmen Ort bereitgestellt sein, beispielsweise innerhalb einer Basisstation. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass keine spezielle Steuerungsverkabelung erforderlich ist, um jede Antenne 203, 204 und 205 zu steuern oder Informationen bezüglich jeder Antenne zu erlangen. In Benutzung kann ein Taschencomputer (Personal Digital Assistant, PDA) 209, wie z.B. ein Palm Pilot (TM), über geeignete Schnittstellenmittel 207, 208, 210 und 211 mit Sendemittel 206 verbunden sein, um Kommunikation zwischen Stellmitteln 215 bis 217 und Taschencomputer 209 zu erleichtern. Die aktuellen Attribute jeder Antenne wie z.B. Abwärtsneigung, Strahlungsbreite und Azimut können zu Taschencomputer 209 heruntergeladen und Justierungen durch Eingeben von Daten an Taschencomputer 209 und Senden dieser zu Stellmitteln 215, 216 und 217 vorgenommen werden.
Alternativ können Einstellungen oder ein Zeitplan zukünftiger Einstellungen aus Taschencomputer 209 zu Stellmitteln 215 bis 217 heruntergeladen werden, und die Antenne arbeitet in Übereinstimmung damit. Beispielsweise können die erforderlichen Antenneneinstellungen für unterschiedliche Zeiträume als Datei vom Taschencomputer 209 zu jedem Stellmittel 215 bis 217 übertragen werden, die dann in Übereinstimmung mit dem Zeitplan arbeiten.
Jetzt Bezug nehmend auf 20 ist eine zweite Steuerungssystem-Implementierung gezeigt. In diesem Fall werden Steuerdaten von Sendemittel 206 über ein einzelnes Stellmittel 224 extrahiert, das jeden Aktor 218, 219 und 220 über dedizierte Kabel ansteuert. Stellmittel 224 ist vorzugsweise oben an einer Struktur in unmittelbarer Nähe zu Antennen 203, 204, 205 bereitgestellt, um die von Stellmittel 224 bis zu Antennen 203, 204 und 205 benötigte Kabellänge zu minimieren. Da nur kurze Verbindungswege erforderlich sind, ist die immer noch ein erheblicher Vorteil gegenüber der Notwendigkeit, vom Boden einer Antennenbasisstation zu jeder Antenne zu verkabeln.
Jetzt Bezug nehmend auf 21 ist die Implementierung jener nach 20 ähnlich mit der Ausnahme, dass Steuerdaten-Empfangsmittel 225 serielle Steuerdaten Stellmitteln 226, 227 und 228 zuführt, die Steuerdaten extrahieren, die für jene Antenne relevant sind, und Aktoren 218, 219 und 220 ansteuern. Stellmittel 226, 227 und 228 können auch Datensendeempfänger für Antennen 203 bis 205 beinhalten.
Jetzt Bezug nehmend auf 22 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt, wobei Signale den Stellmitteln über eine serielle Leitung statt durch Einfügen von Steuerdaten auf die HF-Speiseleitung zugeführt werden. In diesem Fall ist serielle Leitung 230 von Buchse 208 mit Stellmitteln oben an einer Struktur verbunden. In allen Fällen, in denen eine direkte Verbindung bereitgestellt ist, ist geeigneter Blitzschutz erforderlich.
Wie in der Ausführungsform nach 23 gezeigt, ist serielle Leitung 230 von Buchse 208 zu Stellmittel 231 von Antenne 203 verbunden, die über eine serielle Leitung mit Stellmitteln 232 und 233 verbunden ist. In diesem Fall ist die serielle Leitung eine serielle RS 485-Verbindung. Das Medium für die serielle RS 485-Verbindung kann ein verdrilltes Zweidrahtkabel, ein Koaxialkabel oder ein optisches Glasfaserkabel sein. Zu weiteren geeigneten Protokollen können ein CAN-Bus oder eine 1-Wire^TM-Verbindung usw. zählen. Stellmittel 231, 232 und 233 steuern Aktoren 218, 219 und 220 in Übereinstimmung mit Steuerdaten, die über serielle Leitung 230 zugeführt werden.
Wieder können Details zur aktuellen Konfiguration jeder Antenne von Stellmitteln 231, 232 oder 233 zu Taschencomputer 209 heruntergeladen werden, und Betriebsparameter können in Echtzeit justiert werden, oder eine Datei kann vom Taschencomputer zu jedem Stellmittel 231 bis 233 heruntergeladen werden, um den Betrieb der Antennen zeitlich zu planen.
Jetzt Bezug nehmend auf 24 ist eine zweite Implementierung der Ausführungsform nach 21 gezeigt. In diesem Fall steuert ein einzelnes Stellmittel 234 direkt Aktoren 218, 219 und 220 in Übereinstimmung mit Steuerdaten an, die über serielle Leitung 230 zugeführt werden. Diese Anordnung ist insofern einfacher, als sie nur ein Stellmittel 234 pro Standort statt eines pro Antenne benötigt. Stellmittel 234 können auch Sendeempfänger für jede Antenne 203, 204 und 205 beinhalten.
Man wird verstehen, dass beide Implementierungen nur ein einzelnes serielles Kabel erfordern, das einem Stellmittel bereitzustellen ist, um Steuerung aller Antennen einer Zellularantennen-Basisstation zu ermöglichen. Dies erfordert einfach, dass neue Antennen am Mastkopf mit den Stellmitteln zu verbinden sind, ohne dass irgendeine zusätzliche Verkabelung von den Stellmitteln zur Basis der Haltestruktur zu installieren ist.
Jetzt Bezug nehmend auf 25 ist eine drahtlose Ausführungsform gezeigt. In dieser Ausführungsform kommuniziert ein Taschencomputer 240, der des Sendens und Empfangens drahtloser Kommunikationsbeiträge fähig ist, mit Stellmittel 241 eines Antennensystems 201. Alternativ kann Taschencomputer 240 über einen Anschluss, wie z.B. einen seriellen Kommunikationsanschluss, mit einem drahtlosen Sendeempfänger gekoppelt sein. Wie in 26 gezeigt, kann Stellmittel 241 Aktoren 218, 219 und 220 von Antennen 203, 204 und 205 direkt antreiben. Drahtlose Kommunikation kann über geeignete Hochfrequenz-Kommunikation erfolgen, obgleich darauf zu achten ist, Interferenz mit der Zellularbasisstation zu vermeiden. Alternativ kann optische oder andere drahtlose Kommunikation eingesetzt werden. Infrarotkommunikation kann benutzt werden, oder eine optische Faser kann in verbundener Weise zwischen Stellmittel 241 und einem Verbinder angeordnet sein, der ausgelegt ist, mit einem optischen Anschluss von Taschencomputer 240 in Eingriff zu stehen. Drahtlose Kommunikation weist den Vorteil auf, dass kein Blitzschutz erforderlich ist.
Jetzt Bezug nehmend auf die Ausführungsform nach 27 und 28 kommuniziert Taschencomputer 242 direkt mit jedem Stellmittel 243 bis 245, um Aktoren 218 bis 220 direkt zu steuern. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass jede Antenne 203, 204, 205 eigenständig ist und keine zusätzliche Verkabelung erforderlich ist, wenn jede Antenne installiert wird.
Dort, wo oben Bezug auf Aktoren 218, 219 und 220 genommen wird, wird man verstehen, dass die Anzahl Aktoren, die in jeder Antenne verwendet wird, abhängig von der Funktionalität der Antenne variiert, also davon, ob Abwärtsneigung oder Strahlungsbreitenjustierung und/oder Azimutjustierung eingesetzt werden.
Leistung kann jedem Stellmittel durch Entnehmen aus den HF-Speiseleitungen, separate Stromversorgungsleitungen oder eine unabhängige Stromversorgung zugeführt werden, wie z.B. Solarzellen, die eine Batterie laden. Eine separate Stromversorgungsleitung kann mit einer seriellen Kommunikationsleitung integriert, wo sie benutzt wird, und mit jedem Stellmittel in Reihe verbunden sein. Eine unabhängige Stromversorgung kann in jede Antenne oder die Stellmittel integriert sein.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Stellmittel benutzt worden, um Phasenschieber im Speiseweg zu abstrahlenden Antennenelementen zu steuern, und können Datensendeempfänger für die Antennen beinhalten. Das Steuerungssystem der Erfindung könnte so erweitert werden, dass das Stellmittel eine Anzahl anderer Elemente des Antennensystems steuert. Rauscharme Verstärker oben an der Struktur können über das Stellmittel aktiv gesteuert werden, um Gewinn einzustellen. Filter könnten durch das Stellmittel aktiv gesteuert werden. In einigen Anwendungen können auch Duplexer und/oder Diplexer gesteuert werden, um zwischen bidirektionalem und unidirektionalem Betrieb oder umgekehrt umzuschalten.
Es ist ferner vorstellbar, dass die Hauptsender und -empfänger einer Zellularbasisstation oben an einer Struktur nahe den Antennen bereitgestellt sein könnten. Eine einzelne optische Verbindung könnte benutzt werden, um Telekommunikationsdaten sowie Steuerdaten zu übermitteln. Die Stellmittel könnten mit der Basisstationsausrüstung integriert werden oder davon getrennt bleiben.
Jetzt Bezug nehmend auf 29 ist ein System zur abgesetzten Informationsabfrage oder Steuerung von Antennensystemen gezeigt. In diesem Fall ist ein Computer 250 über ein WAN 251 mit Basisstation 252 verbunden. Das WAN kann eine vermittelte Schaltung oder paketvermittelte Verbindung sein, die Internet-Protokolle oder zelluläre Paketprotokolle verwendet, so erforderlich. Die Basisstation kommuniziert mit Basisstations-Netzhardware 253 und einer Antennensteuerungseinheit 254. Antennensteuerungseinheit 254 kommuniziert über LAN 255 mit einem Antennenstellmittel 256. In der Ausführungsform nach 18 kann Antennensteuerungseinheit 254 Sendemittel 206 und können Stellmittel 215 bis 217, 224 und 225 bis 228 Stellmittel 256 entsprechen. In der Ausführungsform nach 23 und 24 kann Stellmittel 256 Stellmitteln 231 bis 233 und 234 entsprechen.
Die Ausführungsform nach 29 versetzt einen Netzbetreiber in die Lage, ein Antennensystem über Kommunikation mit der Basisstation zu steuern. Dies ermöglicht einem Netzbetreiber, Informationen bezüglich der aktuellen Konfiguration einer beliebigen Antenne herunterzuladen, um die Konfiguration einer beliebigen Antenne aktiv zu steuern, und zu Stellmitteln 256 einen Zeitplan des Betriebs für eine beliebige Antenne herunterzuladen. Eine Tabelle der Übereinstimmung zwischen Antennenidentifikationsmitteln (siehe 221 bis 223 in 19) kann auf Computer 250 unterhalten werden, sodass ein Netzbetreiber Antennen über einen dem Netzbetreiber zugewiesenen Identifikationscode adressieren kann.
Jetzt Bezug nehmend auf 30 ist ein abgesetztes Steuerungssystem über ein standardmäßiges Telekommunikationsnetz gezeigt. In diesem Fall kommuniziert ein Gerät wie z.B. ein Laptop 260 oder ein Taschencomputer 261 über ein Telekommunikationsnetz 262 mit der Schnittstelle von Datenkommunikationsausrüstung 263 zu Antennensteuerungseinheit 264. Datenkommunikationsausrüstung 263 kann ein Router, ein Modem, eine Bridge usw. sein. Antennensteuerungsmittel 264 kann über LAN 265 mit Stellmittel 266 kommunizieren. Stellmittel 266 kann Stellmittel 215 bis 217, 224, 225 bis 228, 231 bis 233, 234, 241 oder 243 bis 245 der vorher beschriebenen Ausführungsformen entsprechen. Man wird verstehen, dass Geräte 260 und 261 direkt mit Stellmittel 266 kommunizieren können, wenn sie lokal angeordnet sind. Dieses System ermöglicht abgesetzte Datenabfrage und Steuerung durch einen Netzbetreiber über eine standardmäßige Telekommunikationsverbindung. Dies erlaubt Steuerung eines Antennensystems abgesetzt über eine Basisstation oder einen separaten Telekommunikationskanal, ohne irgendeinen Hardware- oder Protokollstandard Dritter einhalten zu müssen.
LANs 255 und 265 können verdrillte Zweidraht-, Koaxial- oder optische Faserverbindungen zur seriellen Datenkommunikation unter Einsatz eines geeigneten Kommunikationsprotokolls sein, wie gewünscht.
Jetzt Bezug nehmend auf 31 wird die grafische Benutzerschnittstelle eines Taschencomputers beschrieben. Man wird verstehen, dass die Beschreibung unten direkt auf einen Computer anwendbar ist, der ein Eingabegerät wie z.B. eine Maus verwendet. 31 zeigt eine Anzahl von Grafikelementen, die den Strahlüberdeckungsbereich für einen Zellularkommunikationsstandort mit drei Sektoren darstellen. Keulen 271, 272 und 273 stellen den Strahlüberdeckungsbereich der drei Antennen des Telekommunikationsstandorts dar. Wird Keule 271 ausgewählt, beispielsweise durch Tippen mit einem Stift auf den Bildschirm, können Steuerleisten 274 und 275 erscheinen. Durch Klicken mit dem Stift auf eine Leiste und Verschieben derselben an eine gewünschte Position kann die Form von Keule 271 justiert werden. Die Form von Keule 271 kann gleicherweise unter Benutzung von Leiste 275 justiert werden. Man wird verstehen, dass durch Justieren von Leiste 274 und 275 sowohl azimutale Lenkung als auch azimutale Strahlungsbreite für Keule 271 justiert werden können. Der Zahlenwert des Winkels der Azimutlenkung gegenüber normal und die zahlenmäßige Veränderung der Strahlungsbreite können angezeigt werden. Im in 31 gezeigten Beispiel ist eine Azimutlenkungs-Veränderung von 2° durch Zahlenwert 276 angezeigt und eine Verengung der Strahlungsbreite um 15° auf beiden Seiten ist durch Zahlenwerte 277 und 278 angezeigt.
Jede Keule 271, 272, 273 kann auf diese Weise justiert werden, und wenn eine gewünschte Konfiguration erreicht ist, können diese Informationen wie oben beschrieben an ein Stellmittel gesendet werden, sodass die tatsächlichen Antenneneinstellungen justiert werden, um mit jenen übereinzustimmen, die auf der grafischen Benutzerschnittstelle gezeigt sind. In gleicher Weise können die tatsächlichen Einstellungen einer Antenne aus den Stellmitteln heruntergeladen und auf dem Bildschirm eines Taschencomputers angezeigt werden. Dies ermöglicht, dass die aktuelle Konfiguration in einer leicht verständlichen Art und Weise angezeigt wird und dass Justierungen über die Verwendung einer komfortablen grafischen Benutzerschnittstelle vorgenommen werden.
In einer Verfeinerung des oben beschriebenen Verfahrens kann auch ein Mittel zur automatischen Kompensation bereitgestellt sein. Wenn eine Antenne justiert wird, kann dies Lücken im Überdeckungsbereich zu Folge haben. Um entsprechend nachzujustieren, können die Betriebsparameter der anderen Antennen automatisch justiert werden, um sicherzustellen, dass der erforderliche Überdeckungsbereich weiterhin beibehalten wird. Der erforderliche Überdeckungsbereich und die Optimierungsparameter können für jeden Standort eingestellt werden. Die automatische Kompensation kann basierend auf diesen Informationen die erforderlichen Betriebsparameter für die Antennen automatisch berechnen. In einigen Fällen kann es notwendig sein, Überdeckung in alle Richtungen bereitzustellen. In anderen Situationen können nur gewisse Bereiche Überdeckung verlangen. Innerhalb unterschiedlicher Bereiche kann unterschiedliche Kapazität erforderlich sein. Die automatischen Kompensationsmittel optimieren die Überdeckung und die gemeinsame Nutzung von Kapazität zwischen Sektoren für die Standortbedingungen.
Jetzt Bezug nehmend auf 32 ist eine grafische Benutzerschnittstelle zum Justieren von Abwärtsneigung gezeigt. Die grafische Benutzerschnittstelle ist in der Form von Steuerleisten 281, 282 und 283 zum Justieren von Abwärtsneigung für jeden Standort.
Jetzt Bezug nehmend auf 33 ist eine einfache Tabellenanzeigen-Schnittstelle gezeigt. In diesem Fall können die Strahlneigung, das Strahlazimut und die Strahlungsbreite in Tabellenform betrachtet und durch Auswählen eines Kastens und Eingeben eines Wertes justiert werden.
Jetzt Bezug nehmend auf 34 ist eine Zeitplanungs-Schnittstelle gezeigt. Mithilfe der Zeitplanungs-Schnittstelle können betriebliche Parameter für die Antennen unter Nutzung der grafischen Benutzerschnittstelle nach 31 oder 33 eingestellt werden. Ein Benutzer kann dann die Zeiträume während einer Woche definieren, während denen die Konfiguration zu verwenden ist. Andere Konfigurationen können in gleicher Weise für andere Zeiträume identifiziert werden. Wie in 34 gezeigt, sind Konfigurationen 290, 291 und 292 zu sehen, die für unterschiedliche Zeiträume während einer Woche geplant sind. Ein derartiger Zeitplan kann auf einem Taschencomputer, Computer usw. erstellt werden, und der gesamte Zeitplan kann zu einem Stellmittel heruntergeladen werden, das dann die Antenne gemäß dem Zeitplan steuert.
Dies ermöglicht es einem Netzbetreiber, Kapazität zuzuteilen, um dem Bedarf zu entsprechen, wie sich dieser über die Zeit ändert. Dies ermöglicht effizientere Verwendung verfügbaren Spektrums. Theoretische Berechnungen weisen darauf hin, dass erhebliche Verbesserungen in der Netzkapazität durch Nutzung derartiger aktiver Sektorsteuerung erreicht werden können. Derartige Steuerbarkeit kann die Anzahl von Standorten reduzieren, die zur Bereitstellung von Überdeckung für einen Bereich erforderlich sind, wobei konzentrierte Überdeckung für kleine geografische Bereiche bei Spitzenbedarf möglich ist, ohne spezielle Überdeckung bereitzustellen (z.B. um Ereignisse in Stadien usw. zu überdecken). Die Flexibilität des Systems ermöglicht auch Störfallüberdeckung in dem Fall, dass an einem Standort eine Fehlfunktion vorliegt, und vermeidet Ausfallzeiten im Zusammenhang mit Standortwartung.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Antennensystem bereit, das einfache Steuerung und Programmierbarkeit unter Verwendung von Standardgeräten wie z.B. Taschencomputern ermöglicht. Das System erleichtert das Hinzufügen neuer Antennen, wobei minimale zusätzliche Verkabelung erforderlich ist.
Die Erfindung stellt auch eine Antenne bereit, in der Abwärtsneigung und Strahlungsbreite, Azimut und Strahlungsbreite oder Azimut, Strahlungsbreite und Abwärtsneigung des Strahls einer Antenne unabhängig und abgesetzt gesteuert werden können. Der Antenne erlaubt somit größere Flexibilität bei der Steuerung des Strahls der Antenne, um den Bereich aktiv zu steuern, der durch einen Antennenstrahl in einem Zellularkommunikationssystem überdeckt ist.
Dort, wo in der vorstehenden Beschreibung Bezug auf ganze Zahlen oder Komponenten genommen wurde, die bekannte Entsprechungen aufweisen, sind solche Entsprechungen hierin einbezogen, als seinen sie einzeln dargelegt.

Claims

Antenne (10) zur Kommunikation mit mobilen Geräten in einem landstationierten Zellularkommunikationssystem via einen Antennenstrahl mit einer Breite und einem Winkel, wobei die Antenne umfasst: eine Mehrheit von abstrahlenden Elementen (11–16); und ein Speisenetz von einer Speiseleitung zu den abstrahlenden Elementen (11–16), dadurch gekennzeichnet, dass das Speisenetzwerk umfasst: Leistungsteilungsmittel (20, 23) zum Variieren der Leistungsteilung zwischen abstrahlenden Elementen, um die Breite des Antennenstrahls zu variieren; und Phasenverschiebungsmittel (19, 21, 22, 24, 25) zum Variieren der Phase von Signalen, die an die abstrahlenden Elemente gesendet oder von diesen empfangen wurden, um den Winkel des Antennenstrahls zu variieren.
Antenne nach Anspruch 1, wobei das Leistungsteilungsmittel die Leistung zwischen einem oder mehreren mittigen abstrahlenden Elementen (12; 15) und zwei oder mehreren äußeren abstrahlenden Elementen (11, 13; 14, 16) teilt, die auf entgegengesetzten Seiten des mittigen abstrahlenden Elements bzw. der Elemente (12; 15) positioniert sind.
Antenne des Anspruchs 1 oder 2, wobei das Leistungsteilungsmittel im Wesentlichen nicht dämpfend ist.
Antenne nach Anspruch 2, wobei das Phasenverschiebungsmittel die relative Phase zwischen dem Paar äußerer abstrahlendender Elemente justiert.
Antenne nach Anspruch 4, wobei die Phasenbeziehung zwischen dem (den) mittigen abstrahlenden Element(n) und dem Leistungsteilungsmittel im Wesentlichen für alle Strahlungswinkelwerte fest ist.
Antenne nach einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Winkel ein Azimutwinkel ist.
Antenne nach einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 6, wobei der Winkel ein Abwärtsneigungswinkel ist.
Antenne nach den Ansprüchen 6 und 7, wobei das Phasenverschiebungsmittel den Azimut- und Abwärtsneigungswinkel des Antennenstrahls variieren kann.
Antenne nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das oder jedes Phasenverschiebungsmittel durch Variieren der relativen Position von zwei oder mehreren Phasenverschiebungskomponenten justiert wird.
Landstationiertes Antennensystem, das eine oder mehrere Antennen (10) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche umfasst; und ein Codierer zum Codieren von Abwärtssignalen zur Übertragung an die abstrahlenden Elemente in Übereinstimmung mit einem Codemultiplexzugriffsplan (CDMA).
Landstationiertes Antennensystem, das eine oder mehrere Antennen nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9 umfasst; und ein Decodierer zum Decodieren von Aufwärtssignalen, die von den abstrahlenden Elementen, in Übereinstimmung mit einem Codemultiplexzugriffsplan (CDMA) empfangen wurden.
Landstationiertes Antennensystem nach Anspruch 10 oder 11, das Steuerungsmittel (63) umfasst, die angepasst sind der bzw. den Antenne(n) Signale bereitzustellen, um ein Kennzeichen des Antennenstrahls zu justieren.
Landstationiertes Antennensystem, das eine oder mehrere Antennen nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 12 umfasst; und Steuerungsmittel, die angepasst sind, der Antenne bzw. den Antennen Signale zum Justieren eines Kennzeichens des Antennenstrahls bereitzustellen.
System nach Anspruch 13, wobei das Steuerungsmittel einen Lokalempfänger umfasst, der angepasst ist, Befehle von einem abgesetzten Kontrollzentrum zu empfangen.
System nach Anspruch 13 oder 14, das eine Mehrheit von Antennen umfasst, und wobei das Steuerungsmittel einschließt: Mittel zum Empfangen eines Befehls, um ein Strahlkennzeichen einer der Antennen zu ändern; Mittel zum Berechnen der Strahlkennzeichen, die für alle der Antennen erforderlich sind, um einen gewünschten Überdeckungsbereich zu erzielen; und Mittel zum Justieren einer oder mehrerer Strahlkennzeichen jeder Antenne, wie erforderlich, um den gewünschten Überdeckungsbereich zu erzielen.
System nach Anspruch 12. 13, 14 oder 15, wobei das Steuerungsmittel umfasst: Grafische Benutzerschnittstellenmittel zum grafischen Anzeigen von Parametern der Konfiguration einer Mehrheit von Antennen, wobei, unter Nutzung eines Eingabegeräts, grafische Elemente manipuliert werden können, um Parameter der Konfiguration zu justieren; und Kommunikationsmittel zum Senden von Steuerungssignalen an ein Stellmittel, um Parameter einer Antenne in Übereinstimmung mit jenen zu justieren, die von der grafischen Benutzerschnittstelle angezeigt werden.
System nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Antenne eine Antenne nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9 ist.
Landstationiertes Zellularkommunikationssystem, das ein oder mehrere Systeme nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 17 umfasst; und ein abgesetztes Kontrollzentrum (84) zur Ausgabe von Befehlen an jedes System, um Antennenstrahlkennzeichen jedes Systems zu justieren.
Antenne eines beliebigen der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Leistungsteilungsmittel umfasst: einen justierbaren Phasenschieber zum Justieren der relativen Phase zwischen Signalen auf einem Paar Signalleitungen; und einen Hybridkoppler, der an das Paar Signalleitungen gekoppelt ist.
Antenne nach Anspruch 19, wobei der justierbare Phasenschieber die Länge einer des Paars von Signalleitungen verglichen mit der Länge der anderen Signalleitung justiert.
Antenne nach Anspruch 19 oder 20, wobei der Hybridkoppler ein 90-Grad-Hybridkoppler ist.
Antenne nach Anspruch 19, 20 oder 21, wobei der Leistungskoppler weiter einen Verteiler/Kombinator umfasst, der an das Paar Signalleitungen gekoppelt ist.
Antenne nach Anspruch 22, wobei der Verteiler/Kombinator ein Hybridkoppler ist.
Antenne nach Anspruch 23, wobei der Verteiler/Kombinator ein 90-Grad-Hybridkoppler ist.