DE60203136T2

DE60203136T2 - ADAPTIVE ANTENNA ARRAY FOR CELLULAR RADIO

Info

Publication number: DE60203136T2
Application number: DE60203136T
Authority: DE
Inventors: Christopher John Romsey TARRAN
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 2001-11-15
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2022-11-01
Also published as: GB2382229A; EP1444752B1; GB0127415D0; EP1444752A1; DE60203136D1; ES2238637T3; WO2003043123A1; ATE290254T1

Abstract

An adaptive antenna array comprises a plurality of parallel spaced linear arrays. A first group of closely spaced linear arrays 230 has a distance between adjacent linear arrays of about 0.5 g . A second group 240 has a wider separation between adjacent linear arrays, in the range 1 - 10 g . The antenna elements of the linear arrays may be dipoles or flat plate elements. A reflector may be included. The array might also include a third group (502,504) of transmit linear arrays. The first group 230 provides a good sector coverage beam whilst the second 240 group provides good spatial diversity. The adaptive antenna array has application in cellular telecommunication base stations using the UTMS WCDMA standard.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft Zellularfunk-Kommunikationssysteme, und sie betrifft speziell eine Antennenkonfiguration für Zellularfunksysteme einer zukünftigen Geberation.The The present invention relates to cellular radio communications systems, and relates to Specifically, an antenna configuration for cellular radio systems future Give ration.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Zellularfunksysteme sind gegenwärtig überall in der Welt weit verbreitet, da über sie Mobilfunkteilnehmern Telekommunikationsdienstleistungen zur Verfügung gestellt werden. Die Bezeichnung Zellularfunksysteme hängt damit zusammen, dass sie ein geographisches Gebiet in Zellen unterteilen; im Mittelpunkt jeder Zelle befindet sich eine Basisstation, über welche Mobilstationen (Mobiltelefone) kommunizieren, wobei jede Basisstation normalerweise mit Antennenarrays (Antennenfeldern) ausgerüstet ist, die in Sektoren angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Zellen wird so festgelegt, dass Gleichkanalstörungen auf einem akzeptablen Niveau gehalten werden.Cellular radio systems are currently in everywhere the world is widespread, over there they provide telecommunications services to mobile subscribers disposal be put. The term cellular radio systems depends on it together that they divide a geographical area into cells; At the center of each cell is a base station over which Mobile stations (mobile phones) communicate with each base station normally equipped with antenna arrays (antenna fields), which are arranged in sectors. The distance between the cells is set so that co-channel interference is at an acceptable level Level are kept.

Um für eine wachsende Anzahl von Teilnehmern drahtloser Kommunikationssysteme mit damit einhergehenden zunehmenden Risiken von Störbeeinflussungen Dienstleistungen zur Verfügung zu stellen, beruht der einzuschlagende Weg dem Anschein nach auf adaptiven intelligenten Antennen (Smart Antennas). Das bedeutet, dass durch eine geeignete Gewichtung von Amplituden und Phasen die von verschiedenen Antennenelementen (Einzelstrahlern) ausgesendeten Funkstrahlen der Basisstation gesteuert werden, wodurch starke Strahlenbündel in der Richtung des Mobilfunkteilnehmers geformt werden, während in Richtung der Quellen von Störbeeinflussungen eine Nullpeilung erfolgt. Dadurch kann eine Erhöhung der Reichweite und eine Erhöhung der Leistung erzielt werden.Around for one growing number of subscribers wireless communication systems with concomitant increasing risks of interference Services available The path to be taken is apparently based on adaptive smart antennas. That means, that by a suitable weighting of amplitudes and phases that of different antenna elements (individual emitters) emitted Radio beams are controlled by the base station, creating strong beams in the direction of the mobile subscriber are formed while in Direction of sources of interference a zero bearing takes place. This can increase the range and one increase the performance can be achieved.

Obwohl die potentiellen Vorteile adaptiver intelligenter Antennen seit mehreren Jahren bekannt sind, traten bei der Entwicklung von für den Verkauf bestimmten Modellen viele Probleme auf, darunter Probleme im Zusammenhang mit den Kosten und der Zuverlässigkeit. Der derzeitige Trend geht in Richtung einer erhöhten Zuverlässigkeit bei gleichzeitiger Senkung der Preise.Even though the potential benefits of adaptive smart antennas since several years ago, occurred in the development of intended for sale Models have many problems, including problems related to the cost and the reliability. The current trend is toward increased reliability while reducing costs the price.

Trotzdem sind auch auf anderen Gebieten Verbesserungen erforderlich: Diversity-Gewinn, um nur ein Merkmal zu nennen. Intelligente Antennen wurden bisher so konstruiert, dass ihre Elemente in Abständen montiert sind, die dem 0,5-fachen der Wellenlänge entsprechen. Diese herkömmliche Herangehensweise sorgt für eine herkömmliche Strahlformung (Beamforming), führt jedoch für eine gegebene Anzahl von Elementen zu einer kleinen Apertur (Strahlaustrittsfläche), und dies ist für die Raumdiversity nicht günstig. Als Alternative hierzu wurden bei einigen Lösungsansätzen zwei solche Arrays mit weiten Abständen verwendet, um für einen Diversity-Gewinn zu sorgen; ein solches Array ist jedoch für eine adaptive Unterdrückung von Störbeeinflussungen suboptimal, und der Diversity-Gewinn ist auf wenig mehr als 2-Elemente-Diversity begrenzt. In EP-A-1050923 (Lucent) wird ein Antennensystem offenbart, das kohärente und nichtkohärente Empfangscharakteristiken aufweist. In EP-A-755090 (Nortel) wird eine Antennen-Strahlsteuerungsanordnung für die Abwärtsverbindung bereitgestellt.Nevertheless Improvements are also needed in other areas: Diversity Profit, to name just one feature. Smart antennas have been so far designed so that their elements are mounted at intervals, the 0.5 times the wavelength correspond. This conventional Approach ensures a conventional one Beamforming (Beamforming), leads however for a given number of elements to a small aperture (beam exit surface), and this is for the space diversity not cheap. Alternatively, in some approaches, two such arrays have been used intervals used to for to provide a diversity gain; however, such an array is adaptive suppression from interferences suboptimal, and the diversity gain is on little more than 2-element diversity limited. EP-A-1050923 (Lucent) discloses an antenna system, the coherent one and non-coherent Receiving characteristics has. In EP-A-755090 (Nortel) is an antenna beam control device for the downlink provided.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Antennenarray bereitzustellen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antennenarray mit gutem Diversity-Gewinn und hoher Richtwirkung bereitzustellen.task It is the object of the present invention to provide an improved antenna array provide. In particular, it is an object of the present invention an antenna array with good diversity gain and high directivity provide.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein adaptives Antennenarray bereitgestellt, welches eine Vielzahl von parallelen, in Abständen voneinander angeordneten linearen Antennenarrays umfasst, wobei die parallelen, in Abständen voneinander angeordneten linearen Antennenarrays in einer ersten und einer zweiten Gruppe, die sich nebeneinander befinden, angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den linearen Antennenarrays in den beiden Gruppen unterschiedlich ist, wobei der Zwischenraum zwischen den Elementen der ersten Gruppe in der Größenordnung von 0,5 Wellenlängen liegt und der Zwischenraum der Elemente in der zweiten Gruppe im Bereich von 1–10 Wellenlängen liegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Array ferner eine dritte Gruppe von linearen Antennenarrays umfasst, wobei die dritte Gruppe hinsichtlich des Abstands zwischen den Elementen dem zweiten Array entspricht und so neben der ersten Gruppe angeordnet ist, dass das Array symmetrisch bezüglich einer Mittelachse ist, wobei die Antennen an einen Strahlformer angeschlossen sind, so dass sie sowohl im Sendebetrieb als auch im Empfangsbetrieb betrieben werden können; und wobei das Antennenarray ferner zwei weitere Antennenarrays umfasst, die hinsichtlich des Abstands zwischen den Elementen dem ersten Array entsprechen, wobei jedes weitere Array vier parallele lineare Arrays und ein Array, das zwischen den zwei linearen Antennenarrays des zweiten bzw. dritten Arrays angeordnet ist, umfasst, wobei die weiteren Arrays im Sendebetrieb so betrieben werden können, dass sie Raumdiversity mit zwei Zweigen (Two-branch Space Diversity) unterstützen und damit eine Signalisierung unter Verwendung des Frequenzduplex-Verfahrens (Frequency Division Duplex, FDD) ermöglichen.According to a first aspect of the invention, there is provided an adaptive antenna array comprising a plurality of parallel spaced-apart linear antenna arrays, wherein the parallel spaced-apart linear antenna arrays are arranged in a first and a second group located side by side with the spacing between the linear antenna arrays in the two groups being different, with the spacing between the elements of the first group being on the order of 0.5 wavelengths and the spacing of the elements in the second group being in the range of 1-10 wavelengths characterized in that the array further comprises a third group of linear antenna arrays, the third group corresponding to the second array in terms of the distance between the elements and being arranged next to the first group such that the array is symmetrical with respect to a central axis wherein the antennas are connected to a beam former, so that they can be operated both in the transmission mode and in the receiving mode; and wherein the antenna array further comprises two further antenna arrays corresponding in spacing between the elements to the first array, each further array including four parallel linear arrays and an array disposed between the two linear antenna arrays of the second and third arrays, respectively in which the further arrays can be operated in the transmission mode so that they support two-branch space diversity, and thus a signaling using the frequency division duplex method (Frequency Division Duplex, FDD).

Die Antennen können Dipole, Flachantennen oder andere Typen sein. Vorzugsweise ist ein Reflektor vorgesehen, um die Richtwirkung zu verbessern und, bei einer in Sektoren aufgeteilten Array-Konfiguration, die Störbeeinflussung zwischen nebeneinander befindlichen planaren Arrays zu verringern.The Antennas can Be dipoles, flat antennas or other types. Preferably, a Reflector provided to improve the directivity and, at a sectored array configuration, the interference between adjacent planar arrays.

Der Abstand zwischen den nebeneinander befindlichen Antennenarrays kann größer als der besagte Abstand zwischen den linearen Antennenarrays der ersten Gruppe sein. Die Apertur des Antennenarrays kann hinsichtlich der Breite zehn bis zwanzig Wellenlängen entsprechen.Of the Distance between the adjacent antenna arrays can greater than the said distance between the linear antenna arrays of the first Be a group. The aperture of the antenna array can with regard to Width ten to twenty wavelengths correspond.

Der Typ der Antennenelemente kann aus der Gruppe gewählt werden, welche unter anderem Dipolantennen-Elemente und Flachantennen-Elemente umfasst. Gegebenenfalls kann ein Reflektor vorgesehen sein, um dadurch die Richtwirkung zu verbessern und die Störbeeinflussungen zwischen nebeneinander befindlichen planaren Arrays zu verringern.Of the Type of antenna elements can be chosen from among others Dipole antenna elements and flat antenna elements comprises. Possibly a reflector can be provided to thereby the directivity to improve and the interference between adjacent planar arrays.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines adaptives Antennenarrays bereitgestellt, welches eine Vielzahl von parallelen, in Abständen voneinander angeordneten linearen Antennenarrays umfasst, wobei die parallelen, in Abständen voneinander angeordneten linearen Antennenarrays in einer ersten, einer zweiten und einer dritten Gruppe, die sich nebeneinander befinden, angeordnet sind, wobei die zweite und die dritte Gruppe symmetrisch um die erste Gruppe herum angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den linearen Antennenarrays der ersten Gruppe von dem der zweiten und dritten Gruppe verschieden ist, wobei der Zwischenraum zwischen den Elementen der ersten Gruppe in der Größenordnung von 0,5 Wellenlängen liegt und der Zwischenraum der Elemente in der zweiten und dritten Gruppe im Bereich von 1–10 Wellenlängen liegt, wobei das Verfahren in einem Empfangsbetrieb die Schritte des Empfangens von Positionsdaten des Teilnehmers und des Verwendens dieser Daten in Strahlformungsmitteln, um auf geeignete Weise die Phasen- und Amplitudengewichte zu bestimmen und dadurch die Sende- und Empfangssignale zu richten, umfasst; und wobei zwei weitere Antennenarrays vorgesehen sind, die hinsichtlich des Abstands zwischen den Elementen dem ersten Array entsprechen, wobei jedes weitere Array vier parallele lineare Arrays umfasst, wobei das zweite und das dritte Array jeweils zwei Antennenarrays mit einem jeweils zwischen ihnen angeordneten weiteren Array aufweisen, wobei im Sendebetrieb die Antennenanordnung in der Lage ist, Raumdiversity mit zwei Zweigen (Two-branch Space Diversity) zu unterstützen und damit eine Signalisierung unter Verwendung des Frequenzduplex-Verfahrens (Frequency Division Duplex, FDD) zu ermöglichen.According to one Another aspect of the present invention is a method for Operation of an adaptive antenna array provided, which a Variety of parallel, at intervals comprising mutually arranged linear antenna arrays, wherein the parallel, at intervals arranged linear array antennas in a first, a second and a third group, which are next to each other, are arranged, wherein the second and the third group symmetrical are arranged around the first group, with the distance between the linear antenna arrays of the first group of the second and third group is different, with the space between the elements of the first group is on the order of 0.5 wavelengths and the space between the elements in the second and third groups in the range of 1-10 wavelength lies, wherein the method in a receive operation the steps receiving position data of the subscriber and using of this data in beamforming means in order to suitably adjust the phase and to determine amplitude weights and thereby the transmit and receive signals includes; and wherein two further antenna arrays are provided are the first in terms of the distance between the elements Array, each additional array being four parallel linear arrays wherein the second and third arrays each comprise two antenna arrays having a respective further array arranged between them, wherein in the transmission mode, the antenna arrangement is capable of space diversity to support with two branches (two-branch space diversity) and thus a signaling using the frequency duplex method (Frequency Division Duplex, FDD).

Durch die vorliegende Erfindung wird eine neue Array-Geometrie für intelligente Antennen bereitgestellt, die eine große Apertur aufweist, welche einen guten Diversity-Gewinn, eine hohe Richtwirkung, eine gute adaptive Unterdrückung von Störbeeinflussungen, gute Schätzungen der Ankunftsrichtung und die Fähigkeit, einen guten Sektorenstrahl für Rundfunkinformationen zu formen, sicherstellt. Alle diese Punkte sind wünschenswerte Merkmale einer intelligenten Zellularfunk-Antenne. Durch die Erfindung wird somit eine gute Raumdiversity sichergestellt, was zu einem guten Auflösungsvermögen für Raum-Vielfachzugriffsysteme (Space Division Multiple Access Systems) beiträgt.By The present invention will provide a new array geometry for intelligent Antenna provided, which has a large aperture, which has a good diversity gain, high directivity, good adaptive suppression from interferences, good estimates the direction of arrival and the ability a good sector beam for Ensuring broadcasting information ensures. All these points are desirable Features of a smart cellular radio antenna. By the invention Thus, a good space diversity is ensured, resulting in a good resolution for space-access systems (Space Division Multiple Access Systems) contributes.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Durch das Studium der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungsblätter wird die Erfindung besser verständlich, und es können verschiedene weitere Aspekte und Merkmale der Erfindung sichtbar werden, wobei:By the study of the following description and attached drawing sheets will be the invention better understood, and it can various other aspects and features of the invention visible where:

1 eine Antenne nach dem bisherigen Stand der Technik zeigt; 1 shows an antenna according to the prior art;

2 eine schematische Darstellung einer gemäß der Erfindung hergestellten planaren Gruppenantenne zeigt; 2 a schematic representation of a planar array antenna produced according to the invention shows;

3 eine Ansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 3 shows a view of a first embodiment of the present invention;

4 ein Diagramm ist, welches zu Vergleichszwecken bestimmte Werte des Diversity-Gewinns für eine gemäß der Erfindung hergestellte Antenne zeigt; 4 Figure 3 is a graph showing for comparison purposes certain values of diversity gain for an antenna made according to the invention;

5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt. 5 shows a further embodiment of the invention.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Nachfolgend wird als Beispiel die von den Erfindern in Betracht gezogene Art und Weise der Ausführung der Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Einzelheiten dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Für Fachleute wird jedoch offensichtlich werden, dass die vorliegende Erfindung auch mit Abweichungen von diesen speziellen Einzelheiten realisiert werden kann.following As an example, the type considered by the inventors is considered and way of execution of the invention. In the following description will be numerous special details set out to be comprehensive understanding to enable the present invention. However, it will be apparent to those skilled in the art be that the present invention also with deviations from These specific details can be realized.

1 zeigt ein Beispiel einer Antennenkonfiguration nach dem bisherigen Stand der Technik, wobei eine Basisstation 100 drei Sektoren aufweist und dementsprechend drei Sätze von planaren Arrays 102 aufweist, wobei jedes planare Array sechs lineare Array-Antennen (Gruppenantennen) 104 umfasst, wobei die linearen Array-Antennen 104 in Abständen voneinander angeordnet sind, die ungefähr einer halben Wellenlänge entsprechen, wobei die vertikalen Mittelachsen der Arrays 102 voneinander einen Abstand von ungefähr zehn Wellenlängen aufweisen. Es ist leicht einzusehen, dass diese planaren Arrays 102 geeignete Antennenkeulen liefern, doch nur einen begrenzten Diversity-Gewinn erzielen werden. Das heißt, in einer zu den planaren Arrays orthogonalen Richtung wird ein großer Antennengewinn ohne einen Diversity-Gewinn vorhanden sein, während in Richtungen zwischen den planaren Arrays ein geringer Antennengewinn, jedoch ein großer Diversity-Gewinn vorliegen wird. Zu den möglichen anderen Varianten gehört die Anordnung von zwei solchen Antennenarrays oder einzelnen linearen Array-Antennen in bestimmten Abständen, wodurch die Antennen eine gute Raumdiversity gewährleisten können: Der Abstand zwischen den Arrays liegt normalerweise in der Größenordnung von zehn Wellenlängen. Dieses Array führt jedoch zu einer schlechten Strahlformung. In Richtungen, die zu den zwei Zweigen für den jeweiligen Sektor senkrecht sind, wird ein mittelgroßer Antennengewinn mit einem großen Diversity-Gewinn erzeugt; in der Richtung, welche der Trennung zwischen den jeweiligen Sektoren entspricht, ist ein geringer Antennengewinn vorhanden, jedoch ein großer Diversity-Gewinn. Es sind auch andere Formen von Diversity möglich, wie etwa Polarisationsdiversity. Auf der Abwärtsstrecke kann derselbe Strahl bei jeder Polarisation verwendet werden, wobei zwischen den Polarisationen Sende-Diversity (STTD oder TxAA) angewendet wird. In einer zum jeweiligen Array senkrechten Richtung werden ein mittelgroßer Antennengewinn und ein großer Diversity-Gewinn vorhanden sein, und wie oben sind in der Richtung zwischen den Sektoren ein geringer Antennengewinn und ein großer Diversity-Gewinn vorhanden. 1 shows an example of a prior art antenna configuration, wherein a base station 100 has three sectors and accordingly three sets of planar Ar rays 102 each planar array having six linear array antennas (array antennas) 104 includes, wherein the linear array antennas 104 are arranged at distances from one another which correspond to approximately half a wavelength, the vertical center axes of the arrays 102 have a distance of about ten wavelengths from each other. It's easy to see that these planar arrays 102 provide suitable antenna lobes, but will only achieve a limited diversity gain. That is, in a direction orthogonal to the planar arrays, there will be a large antenna gain without diversity gain, while in directions between the planar arrays there will be a low antenna gain but a large diversity gain. Other possible variants include the arrangement of two such antenna arrays or individual linear array antennas at certain distances, allowing the antennas to ensure good space diversity: the spacing between the arrays is typically on the order of ten wavelengths. However, this array leads to poor beam shaping. In directions perpendicular to the two branches for the respective sector, a medium-sized antenna gain with a large diversity gain is generated; in the direction corresponding to the separation between the respective sectors, there is a small antenna gain but a large diversity gain. Other forms of diversity are possible, such as polarization diversity. On the downlink, the same beam can be used at each polarization, with transmit diversity (STTD or TxAA) applied between the polarizations. In a direction perpendicular to each array, there will be a medium antenna gain and a large diversity gain, and as above, there will be low antenna gain and diversity gain in the direction between sectors.

Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, welche eine Antennenanordnung 200 zeigt, die ein aus acht Elementen bestehendes Antennenarray 202 umfasst. Jedes der acht Antennenelemente 204–218 umfasst ein lineares Array 220, und die linearen Arrays sind parallel zueinander und in bestimmten Abständen voneinander angeordnet, wie aus 2 am besten ersichtlich ist. In dem in den 2 und 3 dargestellten Beispiel bestehen die Antennenelemente aus kollinearen Dipol-Stapeln. Das Array umfasst drei Gruppen: eine erste, mittlere Gruppe 230, die aus vier Antennenelementen 208–214 besteht, welche in Abständen von ungefähr einer halben Wellenlänge voneinander angeordnet sind, um für einen Strahl mit einer guten Sektor-Abddeckung mit Nur-Phasen-Gewichtung (Phase Only Weighting) zu sorgen; und eine zweite und eine dritte Gruppe, 240, 250, welche die restlichen Antennenelemente umfassen, sind vom Mittelpunkt aus auf beiden Seiten nach außen gespreizt. Die Symmetrie bezüglich des Mittelpunkts sorgt für einen mechanischen Schwerpunkt im Mittelpunkt. Dies kann die Montage der Antenne erleichtern. Ferner ist das Antennenarray bei einer Installation im Freien extremen Wetterbedingungen ausgesetzt: Winde, die Sturmstärke erreichen können, erfordern, dass die Konstruktion besonders stabil ist. Die zweite und die dritte Gruppe unterstützen die Erzielung einer guten Raumdiversity. Ein Kalibriernetz, das zusammen mit Leistungsverstärkern und Low-Noise-Verstärkern am Array montiert ist, ist nicht dargestellt.Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG 2 which describes an antenna arrangement 200 shows that an eight-element antenna array 202 includes. Each of the eight antenna elements 204 - 218 includes a linear array 220 , and the linear arrays are arranged parallel to each other and at certain distances from each other, as seen from 2 best seen. In the in the 2 and 3 As shown, the antenna elements consist of collinear dipole stacks. The array consists of three groups: a first, middle group 230 consisting of four antenna elements 208 - 214 arranged at intervals of about half a wavelength apart from each other to provide a beam with good sector-only phase-weighting coverage; and a second and a third group, 240 . 250 comprising the remaining antenna elements are spread outwardly from the center on both sides. The symmetry with respect to the center ensures a mechanical center of gravity. This can facilitate the mounting of the antenna. Furthermore, when installed outdoors, the antenna array is exposed to extreme weather conditions: winds that can reach gale force require the construction to be particularly stable. The second and third groups support the achievement of good space diversity. A calibration network, which is mounted on the array along with power amplifiers and low-noise amplifiers, is not shown.

Die erste Gruppe 230 des Arrays kann eine ungerade Anzahl linearer Arrays umfassen, und sie kann zum Beispiel eine Dreier-Gruppe umfassen. Die zweite und die dritte Gruppe können in gleichen Abständen angeordnete Antennen umfassen, mit zwei, drei, vier oder mehr Antennen. Die spezielle Anzahl ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt, doch wird die Wahl der Konfiguration durch ein angemessenes Kosten-Leistungs-Verhältnis bestimmt. Bei einer anderen Ausführungsform ist das Array asymmetrisch, und es ist keine dritte Antennengruppe vorhanden. Bei einer solchen Ausführungsform sind auf einer Seite eine erste Gruppe von in geringen Abständen voneinander angeordneten Antennen und eine zweite Gruppe von in weiteren Abständen voneinander angeordneten Antennen vorhanden.The first group 230 of the array may comprise an odd number of linear arrays and may, for example, comprise a triad group. The second and third groups may comprise equidistant antennas, with two, three, four or more antennas. The specific number is not limited to the illustrated examples, but the choice of configuration is determined by an appropriate cost-performance ratio. In another embodiment, the array is asymmetric and there is no third antenna array. In such an embodiment, on one side there are a first group of closely spaced antennas and a second group of antennas spaced further apart.

Der Aspekt des Diversity-Gewinns der vorgeschlagenen ungleichförmigen Anordnung (unregelmäßiges Array) ist in 4 dargestellt. Die obere Kurve stellt die Reaktion dar, wenn ein einziges Antennenelement vorhanden ist, d. h. wenn keine intelligente Antenne vorliegt. Die mittlere Kurve stellt die Reaktion eines herkömmlichen, 8 Elemente umfassenden regelmäßigen Arrays mit Abständen von 0,5 Wellenlängen dar. Die untere Kurve stellt die Reaktion eines 8 Elemente umfassenden ungleichförmigen Arrays dar, und es können für einen gegebenen Wert von E_b/N₀ wesentlich niedrigere Bitfehlerraten (Bit Error Rates, BER) erzielt werden.The diversity gain aspect of the proposed nonuniform array (irregular array) is in 4 shown. The upper curve represents the reaction when a single antenna element is present, ie when there is no smart antenna. The middle curve represents the response of a conventional 8-element array at 0.5 wavelength intervals. The lower curve represents the response of a nonuniform array of 8 elements, and for a given value of E _b / N ₀ significantly lower bit error rates (BER) can be achieved.

Bei einer weiteren Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, sind weitere Sendeelemente vorgesehen, welche für Systeme von Nutzen sein könnten, die in einem Frequenzduplex-Modus betrieben werden, wie etwa UMTS WCDMA. Die weiteren Sendeelemente 502, 504 sind in den Zwischenräumen eines Basis-Arrays montiert, in Zwischenpositionen der zweiten oder dritten Antennengruppe, obwohl auch andere Positionen möglich wären. Eine Antennendiversity mit zwei Zweigen (Two-branch Antenna Diversity) wird auf der Abwärtsstrecke ermöglicht, wie es entsprechend dem UMTS WCDMA Standard erforderlich ist. Die zwei Sende-Arrays werden elektronisch in Richtung eines Teilnehmers gesteuert und danach optimal kombiniert, um dadurch für optimale Diversity zu sorgen. In jedem der Sende-Arrays sind vier Antennenelemente vorgesehen. Wie leicht einzusehen ist, sorgt die Verwendung von separaten Antennenelementen für die Empfangs- und Sendefunktionen für eine Isolation und erleichtert somit die Konstruktion der Duplex-Filter.In a further embodiment, in 5 is shown, further transmitting elements are provided, which could be useful for systems operating in a frequency duplex mode, such as UMTS WCDMA. The other transmission elements 502 . 504 are mounted in the interstices of a base array, in intermediate positions of the second or third antenna array, although other positions would be possible. Two-branch antenna diversity is enabled on the downlink as required by the UMTS WCDMA standard. The two transmit arrays are electronically controlled towards a subscriber and then optimally combined to provide optimal diversity. In each of the transmit arrays four antenna elements are provided. As can be readily appreciated, the use of separate antenna elements for the receive and transmit functions provides isolation and thus facilitates the construction of the duplex filters.

Im Betrieb ist die intelligente Basisstation in der Lage, Positionsdaten von Teilnehmerstationen zu empfangen, um dadurch auf bekannte Art und Weise eine geeignete Phasen- und Amplituden-Gewichtung der gesendeten Signale vorzunehmen und Signale zu empfangen. Sämtliche Antennenelemente werden praktisch verwendet; es kann jedoch zweckmäßig sein, die Signalstärke für sehr nahe befindliche Teilnehmer zu reduzieren, um die ausgestrahlte Leistung zu verringern und die Betriebsleistung der Steuerschaltung in der Basisstation zu verringern. Es ist leicht einzusehen, dass die durch die Antennengruppen definierte weite Apertur den Raumdiversity-Empfang auf eine wirtschaftliche Art und Weise verbessern wird.in the Operation, the intelligent base station is able to position data receive from subscriber stations, thereby in known manner and to make an appropriate phase and amplitude weighting of the transmitted signals and receive signals. All Antenna elements are practically used; however, it may be appropriate the signal strength for very to reduce nearby subscribers to the broadcast Reduce power and the operating power of the control circuit in the base station. It is easy to see that the wide aperture defined by the antenna groups sets the space diversity reception to one economic way will improve.

Die Geometrie bietet die folgenden Vorteile: eine große Apertur (in weiten Abständen angeordnete Elemente) für eine gute Raumdiversity; hohe Richtwirkung (hohes Verhältnis zwischen Gewinn in der gewünschten Richtung und Integral des Gewinns in allen Richtungen); gute Unterdrückung von Störbeeinflussungen (ein unregelmäßiges Array verursacht keine Rasterkeulen, die Störbeeinflussung in den Nebenzipfeln kann ohne Zusammenbruch im Hauptstrahl unterdrückt werden); gute Schätzungen der Ankunftsrichtung ohne Zweideutigkeit; gutes Auflösungsvermögen für SDMA (Space Division Multiple Access, Raum-Vielfachzugriff); und Rundfunk-Strahl mit guter 120-Grad-Sektor-Abdeckung möglich durch Nur-Phasen-Gewichtung (Phase Only Weighting) der mittleren, in Abständen von 0,5 Wellenlängen voneinander angeordneten vier Elemente.The Geometry offers the following advantages: a large aperture (at long intervals arranged elements) for a good space diversity; high directivity (high ratio between Profit in the desired Direction and integral of profit in all directions); good suppression of interferences (an irregular array causes no raster lobes, the interference in the side lobes can be suppressed without collapse in the main ray); good estimates the direction of arrival without ambiguity; good resolution for SDMA (Space Division Multiple Access, Space Multiple Access); and broadcasting beam with good 120 degree sector coverage possible through phase-only weighting (Phase only weighting) of the middle, at intervals of 0.5 wavelengths from each other arranged four elements.

In 3 ist das Antennenarray 230, 240 mit einer Batterie von digitalen Sender-Empfänger-Vorrichtungen 232 verbunden. Die nachfolgenden kohärenten Mehrkanal-Daten von den einzelnen Antennenelementen werden mittels digitaler Signalverarbeitung so verarbeitet, dass Phasen- und Amplituden-Gewichtungen für die Elemente des Arrays angewendet werden. Diese Gewichtungen können berechnet werden, um Beam-Patterns (Strahl-Raster) in der Richtung der gewünschten Signale anzuwenden, während Null-Patterns in den Richtungen von Störsignalen geliefert werden. Auf diese Weise wird der Signal-Geräusch-plus-Störungs-Abstand maximiert. Außerdem werden Gewichtungen berechnet, welche Kombinationen der Signale von den einzelnen Antennen in einem optimalen Verhältnis gewährleisten.In 3 is the antenna array 230 . 240 with a battery of digital transceiver devices 232 connected. The subsequent multi-channel coherent data from the individual antenna elements are processed by digital signal processing to apply phase and amplitude weights to the elements of the array. These weights can be calculated to apply beam patterns in the direction of the desired signals, while providing null patterns in the directions of jamming signals. In this way, the signal-noise-plus-noise ratio is maximized. In addition, weights are calculated which ensure combinations of the signals from the individual antennas in an optimal ratio.

Außerdem werden aus dem vollständigen, acht Elemente umfassenden Array Schätzungen der Ankunftsrichtung berechnet. Die unregelmäßige Natur das Arrays ermöglicht eine gute Winkelschätzung und eine gute adaptive Unterdrückung von Störbeeinflussungen ohne durch Rasterkeulen verursachte Probleme. Die weite Apertur sorgt für ein gutes Auflösungsvermögen und eine gute Raumdiversity. Die mittleren vier Elemente von in geringem Abstand (in der Größenordnung von 0,5 Lambda) angeordneten Elementen werden beim Senden verwendet, um einen Strahl mit einer guten 120-Grad-Sektor-Abdeckung für den Rundfunkverkehr zur Verfügung zu stellen.In addition, will from the full, eight Elements comprehensive array estimates calculated the direction of arrival. The irregular nature of the array allows for a good angle estimation and a good adaptive suppression from interferences without problems caused by grid lobes. The wide aperture takes care of a good resolution and a good space diversity. The middle four elements of in low Distance (in the order of magnitude of 0.5 lambda) are used in the transmission, to provide a beam with a good 120 degree sector coverage for broadcast traffic.

Was die in 5 dargestellte Ausführungsform anbelangt, wird die Unterstützung von Frequenzduplex-(FDD-)Signalen berücksichtigt. Zwischen dem Array und den digitalen Sender-Empfängern ist eine Reihe von zusätzlichen Duplex-Filtern (Duplex-Weichen) vorhanden. Beim Empfang funktioniert das Array so, wie oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde. Beim Senden jedoch sind zwei zusätzliche, vier Elemente umfassende Arrays 502 und 504 vorgesehen. Diese Arrays ermöglichen Raumdiversity mit zwei Zweigen (Two-branch Spatial Diversity) auf der Abwärtsstrecke, was ein vom Standard gefordertes Merkmal ist.What the in 5 As far as the illustrated embodiment is concerned, support for frequency division duplex (FDD) signals is considered. There are a number of additional duplex filters (duplex switches) between the array and the digital transceivers. Upon reception, the array works as described above with reference to FIG 3 has been described. However, when sending, there are two additional four-element arrays 502 and 504 intended. These arrays enable two-branch spatial diversity on the downlink, which is a standard feature.

Claims

An adaptive antenna array comprising a plurality of parallel, spaced-apart linear antenna arrays, said parallel arrayed linear antenna arrays being arranged in a first (FIG. 230 ) and a second ( 240 ) Group, which are located next to each other, the spacing between the linear antenna arrays in the two groups being different, the space between the elements of the first group being on the order of 0.5 wavelengths, and the spacing of the elements in the array second group is in the range of 1-10 wavelengths, characterized in that the array further comprises a third ( 240 ) Group of linear antenna arrays, wherein the third group corresponds in terms of the distance between the elements of the second array and is arranged next to the first group, that the array is symmetrical with respect to a central axis; and wherein two further antenna arrays ( 502 . 504 ), wherein the further antenna arrays correspond in terms of the distance between the elements to the first array, each further array comprising four parallel linear arrays and an array arranged between the two linear antenna arrays of the second and third arrays, respectively Further arrays in the transmission mode can be operated so that they space diversity with two branches (two-branch space diversity) un support and thus signaling using the frequency division duplex (FDD).

An antenna array according to claim 1, wherein the distance between the adjacent antenna arrays greater than the said distance between the linear antenna arrays of the first Group is.

An antenna array according to claim 1, wherein the aperture of the array corresponds to the width of ten to twenty wavelengths.

Antenna array according to one of the preceding claims, wherein the antenna elements are selected from the group which dipole antenna elements and flat antenna elements.

Antenna configuration according to claim 1 or claim 2, wherein a reflector is provided, thereby the directivity to improve and interference to reduce.

A method of operating an adaptive antenna array comprising a plurality of parallel, spaced-apart linear antenna arrays, wherein the parallel spaced-apart linear antenna arrays in a first, a second and a third group ( 230 . 240 The second and third groups are arranged symmetrically about the first group, the distance between the linear antenna arrays of the first group being different from that of the second and third groups, the space between the elements of the first group ( 230 ) is on the order of 0.5 wavelengths and the spacing of the elements in the second and third groups ( 240 ) is in the range of 1-10 wavelengths, the method in a receive mode comprising the steps of receiving subscriber position data and using that data in beamforming means ( 232 ) to suitably determine the phase and amplitude weights and thereby direct the transmit and receive signals; and wherein two further antenna arrays ( 502 . 504 ), wherein the further antenna arrays correspond in terms of the distance between the elements to the first array, each further array comprising four parallel linear arrays, the second and the third array each having two antenna arrays with a respective further array ( 502 . 504 In transmission mode, the antenna arrangement is capable of supporting two-branch space diversity and thus enabling FDD signaling.