DE69623009T2

DE69623009T2 - Verfahren und einrichtung zum polarisationsdiversity in einer basisstation unter verwendung von gruppenantennen

Info

Publication number: DE69623009T2
Application number: DE69623009T
Authority: DE
Inventors: Wilkinson Dent
Original assignee: Ericsson Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1995-05-11
Filing date: 1996-05-06
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2016-05-07
Also published as: KR100340948B1; EP0824801B1; DE69623009D1; WO1996036136A1; JPH11510655A; EP0824801A1; CN1097891C; BR9608834A; CN1190508A; KR19990014703A; AU701483B2; AU5728796A; US5724666A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kommunikationssysteme, und insbesondere ein zellulares Funkkommunikationssystem.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Zellulare Kommunikationssysteme werden üblicherweise dazu verwendet. Sprach- und Datenkommunikation für mehrere Mobileinheiten oder Teilnehmer zur Verfügung zu stellen. Analoge Zellularsysteme, beispielsweise mit den Bezeichnungen AMPS, ETACS, MNT-450 und NMT-900 wurden erfolgreich in der gesamten Welt entwickelt. Vor kurzem wurden digitale zellulare Systeme, beispielsweise mit der Bezeichnung IS-45B in Nordamerika, und das gesamteuropäische GSM-System eingeführt. Diese Systeme sind mit weiteren Systemen beispielsweise in dem Buch mit dem Titel Cellular Radio Systems von Baiston et al beschrieben, veröffentlicht von Artech House, Norwood, MA., 1993.
Die erneute Verwendung von Frequenzen wird üblicherweise bei der Zellulartechnologie verwendet, bei welcher Frequenzgruppen zur Verwendung in Bereichen mit begrenzter geographischer Abdeckung zugeordnet werden, die als Zellen bekannt sind. Zellen, die entsprechende Gruppen von Frequenzen enthalten, werden geographisch getrennt, damit Mobileinheiten in unterschiedlichen Zellen gleichzeitig dieselbe Frequenz nutzen können, ohne sich gegenseitig zu stören. Hierdurch können viele tausende Teilnehmer von einem System mit nur einigen hundert Frequenzen bedient werden. Beispielsweise haben in den Vereinigten Staaten Bundesbehörden der zellularen Kommunikation einen Block des UHF-Frequenzspektrums zugeordnet, der weiter in Paare schmaler Frequenzbänder unterteilt ist, die als Kanäle bezeichnet werden. Infolge der Frequenzduplexanordnung ergibt sich eine Kanalpaarung, bei welcher die Sende- und Empfangsfrequenzen in jedem Paar um 45 MHz gegeneinander versetzt sind. Momentan sind 832 Funkkanäle, jeweils mit einer Breite von 30 kHz, zellularen Mobilkommunikationsvorgängen in den Vereinigten Staaten zugeordnet. Um den Frequenzeinschränkungen dieses analogen Systems zu begegnen, wurde ein digitaler Übertragungsstandard zur Verfügung gestellt, der mit IS-54B bezeichnet ist, bei welchem diese Frequenzkanäle weiter in drei Zeitschlitze unterteilt sind.
Wie in Fig. 1 gezeigt, weist ein zellulares Kommunikationssystem 20 nach dem Stand der Technik eine oder mehrere Mobilstationen oder Einheiten 21 auf, eine oder mehrere Basisstationen 23, und ein Mobiltelefonvermittlungsamt (MTSO) 25. Obwohl in Fig. 1 nur drei Zellen 36 dargestellt sind, kann ein typisches zellulares Netzwerk hunderte von Basisstationen, tausende von Mobilstationen und mehr als ein MTSO aufweisen. Jeder Zelle sind ein oder mehrere spezielle Steuerkanäle und ein oder mehrere Sprachkanäle zugeordnet. Eine typische Zelle kann beispielsweise einen Steuerkanal und 21 Sprach/Daten- oder Nutzkanäle aufweisen. Der Steuerkanal ist ein spezieller Kanal, der zum Senden von Zellenidentifizierungs- und Suchrufinformation verwendet wird. Die Nutzkanäle übertragen die Sprach- und Dateninformation.
Das MTSO 25 ist das zentrale Koordinierungselement des gesamten zellularen Netzwerks 20. Es weist typischerweise einen zellularen Prozessor 28 auf, eine zellulare Vermittlungsstelle 29, und stellt auch die Schnittstelle zum öffentlichen Telefonvermittlungsnetz (PSTN) 30 zur Verfügung. Über das zellulare Netzwerk 20 kann eine Duplex- Funkkommunikationsverbindung 32 zwischen zwei Mobilstationen 21 eingerichtet werden, oder zwischen einer Mobilstation 21 und einem Landleitungstelefonbenutzer 33. Die Funktion der Basisstation 23 besteht üblicherweise darin, die Funkkommunikation mit der Mobilstation 21 zu verwalten. In dieser Eigenschaft arbeitet die Basisstation 23 hauptsächlich als Relaisstation für Daten- und Sprachsignale. Weiterhin überwacht die Basisstation 23 die Qualität der Verbindung 32, und überwacht die Stärke des empfangenen Signals von der Mobilstation 21.
Eine typische Basisstation 23 nach dem Stand der Technik ist schematisch in Fig. 2 dargestellt, die als Beispiel die Funktionsbestandteile des Modells Nr. RBS 882 zeigt, hergestellt von Ericsson Telecom AB, Stockholm, Schweden, für das zellulare Mobiltelefonsystem des Typs CMS 8800. Eine vollständige Beschreibung dieses analogen zellularen Netzwerks findet sich der Veröffentlichung Nr. EN/LZT 101 908 R2B, veröffentlicht von Ericsson Telecom AB.
Wie man heute häufig an vielen Fernstraßen sieht, weist die Basisstation 23 eine Steuereinheit 34 und einen Antennenturm 35 auf. Die Steuereinheit 34 umfaßt die Elektronik der Basisstation und ist normalerweise innerhalb einer widerstandsfähigen Umhüllung an der Basis des Turms oder in dessen Nähe angeordnet. Innerhalb dieser Umhüllung befinden sich die Funksteuergruppe 37 oder RCG, eine Vermittlungsfunkschnittstelle (ERI) 38, und eine primäre Stromversorgung 41 zum Umwandeln elektrischer Energie von der Wechselstromleitung, um die einzelnen Bauteile innerhalb der Basisstation 23 zu versorgen, sowie eine Reservestromversorgung 42.
Die ERI 38 stellt Signale zwischen dem MTSO und der Basisstation 23 zur Verfügung. Die ERI 38 empfängt Daten von der RCG 37, und überträgt sie an das MTSO 25 auf einer speziellen MTSO-BS-Verbindung 45. In entgegengesetzter Richtung empfängt die ERI 38 Daten von dem MTSO 25, und schickt sie an die RCG 37 zum nachfolgenden Senden an eine Mobilstation 21.
Die Funksteuergruppe 37 enthält die elektronische Ausrüstung, die zur Durchführung von Funkkommunikation erforderlich ist. Ein Funktionsblockschaltbild einer RCG 37 nach dem Stand der Technik ist in Fig. 3 dargestellt. Die dargestellte Anordnung weist ein Steuerkanalsende/Empfangsmodul (TRM) 51 auf, eine Anzahl an Sprachkanal-TRMs 52, und einen Signalstärkeempfänger 53, und dies stellt eine typische Konfiguration dar, die dazu erforderlich ist, eine Zelle oder einen Vektor einer Zelle zu bedienen. Jedes CRM 51, 52 weist einen jeweiligen Sender 54, Empfänger 55, und eine Steuereinheit 57 auf. Die TRMs 51, 52 sind normalerweise nicht frequenzumschaltbar, sondern arbeiten statt dessen nur in einem vorbestimmten Kanal. Steuerkanäle von der ERI 38 werden von den individuellen Steuereinheiten 57 empfangen. Sprach- und Daten-Nutzsignale werden über eine getrennte Schnittstelle an die ERI 38 umgeleitet.
Jeder einzelne Sender 54 für Steuerung und Sprache ist an einen Sendeübersetzer 58 angeschlossen. Der Sendeübersetzer vereinigt sämtliche Eingangssignale zu einem einzigen Ausgangssignal, das über ein Koaxialkabel 62 der Senderantenne 63 zugeführt wird. Durch Verwendung des Übersetzers 58 können typischerweise bis zu 16 Sender 54 an eine gemeinsame Senderantenne 63 angeschlossen werden. Der Übersetzer 58 wird deswegen verwendet, da häufig eine Einschränkung in Bezug auf Raum auf den Masten und Türmen vorhanden ist, die zum Tragen der Antennen verwendet werden. Im Extremfall kann es erforderlich sein, dass ein Mast mehr als 100 Funkkanäle unterstützt.
Auf der Empfangsseite ist jede von zwei Empfangsantennen 64 mit einem jeweiligen Empfangsübersetzer 66A, 66B gekoppelt, an welchem die empfangenen Signale entsprechend der Frequenz getrennt werden, und zu den einzelnen Empfängern 55 in jedem der TRMs 51, 52 weitergeleitet werden. Die beiden Empfangsantennen 65 sind typischerweise um 3 bis 5 m voneinander beabstandet auf dem Turm angeordnet, so dass sie Signale mit nicht korrelierten Fadingmustern empfangen können, um hierdurch Raumdiversitätsempfang zur Verfügung zu stellen. Es gibt zahlreiche herkömmliche Techniken sowohl für die Vor-Empfangsgieichrichtungs- als auch Nach- Empfangsgleichrichtungs-Diversity, die beispielsweise im Kapitel 10 des Buchs mit dem Titel "Mobile Communications and Engineering" von William C. Y. Lee beschrieben werden, herausgegeben von McGraw-Hill, 1992.
Ein sichtbares Merkmal einer typischen Basisstation 23 stellt der Antennenturm 35 dar. Um eine vernünftige Abdeckungsfläche zu erzielen, sind die Antennen 63, 65 vorzugsweise in einer gewissen Entfernung oberhalb des Erdbodens angeordnet. Nunmehr wird zusätzlich auf die schematisch in Fig. 4A dargestellte Aufsicht nach dem Stand der Technik verwiesen, aus der hervorgeht, dass in ländlichen Gegenden die Türme 35 üblicherweise im Zentrum einer Zelle 36 angeordnet sind, wodurch Abdeckung in allen Richtungen zur Verfügung gestellt wird. In einer Zelle für alle Richtungen werden der Kontrollkanal oder die Kontrollkanäle sowie der aktive Sprachkanal oder die aktiven Sprachkanäle in alle Bereiche der Zelle ausgesendet, üblicherweise von einer einzigen Antenne aus. Wenn Basisstationen 23 dichter aneinander angeordnet sind, kann ein in Sektoren aufgeteiltes Antennensystem wie beim Stand der Technik eingesetzt werden, wie dies schematisch in Fig. 4B dargestellt ist. Die Aufteilung in Sektoren erfordert Richtungsantennen 70, die beispielsweise ein Abstrahlmuster von 120 Grad aufweisen, wie dies in Fig. 4B gezeigt ist. Jeder Sektor 71 stellt selbst eine Zelle dar, die ihren eigenen Kontrollkanal bzw. ihre eigenen Kontrollkanäle sowie ihren eigenen Nutzkanal bzw. ihre eigenen Nutzkanäle aufweist. Es wird darauf hingewiesen, dass der Begriff "Kanal" eine bestimmte Trägerfrequenz in einem analogen System bezeichnen kann, oder eine spezielle Kombination aus Träger und Schlitz in einem Hybrid-TDMA/FDMA- System, beispielsweise IS-54 und GSM.
Fig. 5A zeigt ein typisches Antennensystem nach dem Stand der Technik, wie es voranstehend erläutert wurde. Fig. 5B zeigt zwei Arten von Antennen nach dem Stand der Technik, die bislang diskutiert wurden, eine Antenne für alle Richtungen, beispielsweise einen Dipol 66, und eine Richtungssektorantenne 70, die darüber hinaus beispielsweise einen Reflektor 64 aufweist. Es wird darauf hingewiesen, dass bei einer bestimmten Basisstation normalerweise Sende- und Empfangsantennen vom selben Typ sind.
Es wurde der Einsatz abtastender, phasengesteuerter Antennengruppen in zellularen Kommunikationssystemen vorgeschlagen. Beispielsweise beschreiben Stapleton et al. A Cellular Base Phased Array Antenna System, Proceedings of 1993 IEEE VTC, Seiten. 93-96 eine kreisförmige Gruppe aus Monopol-Abstrahlelementen zur Bereitstellung einer Abtastfähigkeit von 360 Grad. Um Raum-Diversity zur Verfügung zu stellen, ist die Antenne von Stapleton so ausgelegt, dass jedes Strahlungselement die Fähigkeit aufweist, in jedem Kanal zu senden, welcher der Zelle zugeordnet ist.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass passive Mikrostreifengruppen ebenfalls momentan zum Einsatz bei zellularen Basisstationen verfügbar sind. Beispielsweise ist der Typ Nr. 1309.41.0009, der von Huber + Suhner AG in Herisau, Schweiz hergestellt wird, eine aus sieben Elementen bestehende, linear polarisierte, passive Flachplattenantenne mit geformtem Vertikalstrahl zur Verwendung bei zellularen Basisstationen. Diese Gruppe kann die typische Bipolantenne ersetzen, und ist besser geeignet für Orte an den Seiten von Gebäuden oder anderen flachen Oberflächen. In der Anwendungsmitteilung 23.3, veröffentlicht von Huber + Suhner, wird gezeigt, dass eine Großbereichsabdeckung unter Verwendung von Leistungsteilern erhalten werden kann, durch welche Abschnitte der Signale auf verschiedene einzelne Platten umgelenkt werden.
Die Veröffentlichung von Lee et al mit dem Titel "Polarization Diversity System for Mobile Radio" (IEEE Transactions on Communications, Oktober 1972, USA, Vol. COM-20, Nr. 5, ISSN 0090-6778, Seiten 912-923) beschreibt ein Empfänger-Diversity-System mit zwei Zweigen, das den Vorteil aufweist, dass die Antennen der Basisstation so nahe aneinander angebracht werden können, wie dies erwünscht ist. Die Veröffentlichung von Vaughan et al mit dem Titel "Antenna Diversity For Mobile Communications" (Proceedings of the Nordic Seminar on Digital Land Mobile Radiocommunications, Espoo, Finnland, 5.-7. Februar, 1985, Seiten 87-96) beschreibt eine Diversity-Antenne mit einem Übersetzer. Insbesondere gibt die Veröffentlichung von Vaughan et al an, dass Polarisations-Diversity vielversprechend aussieht, da orthogonal polarisierte Basisstationsantennen zusammen angeordnet werden können. Die UK-Patentanmeldung GB-A-2 221 820 beschreibt ein Polarisations-Diversity- Funkkommunikationssystem.
Trotz der theoretischen Vorteile der Raum-Diversity bei Empfangsantennen von Basisstationen eines zellularen Systems kann es sein, dass eine ausreichende Trennung nicht immer erzielt werden kann. Anders ausgedrückt kann es geschehen, dass der Antennenturm keine ausreichende physikalische Trennung von Empfangsantennen ermöglicht, um unkorreliertes Fading für Empfangssignale zu erzielen. Weiterhin kann es auftreten, dass die Orientierung der linear polarisierten Mobilantenne nicht immer zur typischerweise vertikal polarisierten Empfangsantenne an der Basisstation ausgerichtet ist. Darüber hinaus kann bei dem Empfang an der Mobilstation ebenfalls Fading auftreten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Angesichts des voranstehend geschilderten Hintergrunds besteht daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Basisstation eines zellularen Kommunikationssystems, welche verbesserte Kommunikation mit einer Mobilstation zur Verfügung stellen kann, insbesondere unter Berücksichtigung von Fading und/oder einer Fehlausrichtung der Mobilantenne.
Diese und weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung können von einer zellularen Basisstation zur Kommunikation mit zumindest einer Mobilstation in einem zellularen Kommunikationssystem über einen von mehreren zellularen Kommunikationskanälen zur Verfügung gestellt werden. Die Basisstation weist eine erste und eine zweite Antennengruppe auf, eine Antennenmontagevorrichtung, und eine Polarisations-Diversity- Empfängervorrichtung. Die erste Antennengruppe weist mehrere erste Empfangsantennenelemente zum Empfang von Signalen mit einer ersten Polarisation von der Mobilstation über den zellularen Kommunikationskanal auf, die so ausgerichtet sind, dass ein erster Empfangsabdeckungsbereich festgelegt wird. Die zweite Antennengruppe weist zweite mehrere Empfangsantennenelemente zum Empfang von Signalen auf, die eine zweite Polarisation aufweisen, die sich von der ersten Polarisation unterscheidet, von der Mobilstation über den zellularen Kommunikationskanal, und die so ausgerichtet sind, dass ein zweiter Empfangsabdeckungsbereich festgelegt wird.
An der Antennenmontagevorrichtung sind die erste und zweite Antennengruppe so angebracht, dass sich der erste und der zweite Empfangsabdeckungsbereich überlappen. Die Polarisations-Diversity-Empfängervorrichtung ist an die ersten und zweiten mehreren Empfangsantennenelemente angeschlossen, um jeweilige erste und zweite Empfangssignale zu verarbeiten, welche die erste und zweite Polarisation aufweisen, von der Mobilstation in dem Überlappungsbereich, um ein Empfangsausgangssignal mit verbesserter Qualität auf der Grundlage des Polarisations-Diversity-Empfangs zu erzeugen. Die erste Antennengruppe weist darüber hinaus erste mehrere Sendeantennenelemente auf, die in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, um Signale mit der zweiten Polarisation zu senden, um hierdurch eine Polarisationstrennung gegenüber den ersten mehreren Empfangsantennenelementen zur Verfügung zu stellen. Die zweite Antennengruppe weist zweite mehrere Sendeantennenelemente auf, die in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, um Signale mit der ersten Polarisation zu senden, um hierdurch eine Polarisationstrennung gegenüber den zweiten mehreren Empfangsantennenelementen zur Verfügung zu stellen.
Die Montagevorrichtung umfaßt vorzugsweise einen Antennenmast. Alternativ kann die Montagevorrichtung eine andere Stützstruktur umfassen, beispielsweise die Wand eines Gebäudes.
Die Polarisationen können Drehpolarisationen sein. Beispielsweise kann die erste Polarisation Rechts- Zirkularpolarisation sein, und die zweite Polarisation Links- Zirkularpolarisation. Die Mobilstationsantenne weist typischerweise lineare Polarisation auf, kann jedoch in einem Winkel zwischen der Horizontalrichtung und der Vertikalrichtung ausgerichtet sein.
Die Polarisations-Diversity stellt daher ein verstärktes Empfangssignal zur Verfügung, das weniger zu Fading neigt.
Der Polarisations-Diversity-Empfänger weist vorzugsweise eine Signalqualitätsbestimmungsvorrichtung auf, um Signal- Rauschverhältnisse der ersten und zweiten Empfangssignale zu bestimmen, und eine Gewichtungsvorrichtung zum Gewichten der ersten und zweiten Empfangssignale auf der Grundlage ihrer jeweiligen Signal-Rauschverhältnisse, um hierdurch eine Empfangsausgangssignal mit verbesserter Qualität zu erzeugen. Der Polarisations-Diversity-Empfänger weist vorzugsweise weiterhin eine Vorrichtung zur Trennung des ersten und zweiten Empfangssignals auf mehrere jeweilige einzelne Kanäle auf, auf der Grundlage der Frequenz oder des Zeitschlitzes, und zur Verarbeitung jedes der einzelnen Kanäle zur Erzeugung eines jeweiligen Empfangsausgangsignals mit verbesserter Qualität auf der Grundlage des Polarisations-Diversity- Empfangs.
Polarisationstrennung zwischen den Sende- und Empfangsantennenelementen wird ebenfalls gemäß der Erfindung zur Verfügung gestellt. Daher weist die erste Antennengruppe vorzugsweise erste mehrere Senderanntennenelemente auf, die in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, um die zweite Drehpolarisation zu senden, um hierdurch eine Polarisationstrennung gegenüber den ersten mehreren Empfangsantennenelementen zur Verfügung zu stellen. Entsprechend weist die zweite Antennengruppe vorzugsweise zweite mehrere Senderanntennenelemente auf, die in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, um die erste Drehpolarisation zu senden, um hierdurch eine Polarisationstrennung gegenüber den zweiten Empfangsantennenelementen zur Verfügung zu stellen. Weiterhin kann ein jeweiliges Empfangsantennenelement der ersten Antennengruppe und ein jeweiliges Senderanntennenelement der ersten Antennengruppe auf einer gemeinsamen Patch-Antenne vorgesehen sein. Die gemeinsame Patch-Antenne kann Signale mit einer Polarisation empfangen, während sie Signale mit einer anderen Polarisation sendet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Polarisations-Diversity beim Senden von der Basisstation erreicht werden kann, so dass eine Polarisations-Diversity- Verstärkung an der Mobilstation erzielt wird. Die Polarisations-Diversity beim Senden kann unabhängig von der Polarisations-Diversity beim Empfang verwendet werden, oder mit dieser kombiniert. Um eine Polarisations-Diversity- Verstärkung an der Mobilstation zu erzielen, weist die Basisstation vorzugsweise weiterhin eine Wechselpolarisationssendervorrichtung auf, die an die mehreren ersten und zweiten Sendeantennenelemente angeschlossen ist, um abwechselnd Signale bei jeweiligen abwechselnden ersten und zweiten Drehpolarisationen zu senden. Auch die Basisstation weist vorzugsweise eine Senderkodiervorrichtung auf, die an die Wechselpolarisationssendervorrichtung angeschlossen ist, um kodierte und verschachtelte Zeitunterteilungsmehrfachzugriffssignale zu erzeugen, die von der ersten und zweiten Antennengruppe zur Mobilstation gesendet werden. Daher weist eine Mobilstation zur Kommunikation mit der zellularen Basisstation, welche die verschachtelten, kodierte Signale bei jeweiligen wechselnden und ersten zweiten Drehpolarisationen sendet, vorzugsweise eine Antenne auf, um Signale zu empfangen, die von der zellularen Basisstation gesendet werden, und eine Empfängervorrichtung, die an die Antenne angeschlossen ist, zum Entschachteln und Dekodieren der Signale von der zellularen Basisstation, um hierdurch eine Polarisations- Diversity-Verstärkung zu erzielen. Das verschachtelte, kodierte Signal, das von der zellularen Basisstation gesendet wird, ist vorzugsweise ein Signal mit Zeitunterteilungsmehrfachzugriff (TDMA), wobei die Empfängervorrichtung eine Vorrichtung zum Empfang des TDMA- Signals enthält.
Die erste Antennengruppe weist vorzugsweise ein längliches Substrat auf, welches die mehreren ersten Empfangsantennenelemente und die mehreren ersten Sendeantennenelemente trägt, die in Vertikalrichtung verlaufen. Die zweite Antennengruppe ist entsprechend aufgebaut, und ist neben der ersten Antennengruppe angebracht. Sowohl die erste als auch zweite Antennengruppe weist vorzugsweise weiterhin mehrere Sendeverstärker auf dem länglichen Substrat auf, die mit jeweiligen Sendeanntennenelementen verbunden sind, um hierdurch eine Aktivphasengruppenantenne auszubilden. Zum Schutz gegen Umwelteinflüsse weist sowohl die erste als auch zweite Antennengruppe vorzugsweise weiterhin ein für Funk durchlässiges Gehäuse auf, welches das längliche Substrat umgibt.
Ein Verfahrensaspekt der vorliegenden Erfindung dient zum Betrieb einer zellularen Basisstation zur Kommunikation mit zumindest einer Mobilstation. Das Verfahren umfaßt vorzugsweise folgende Schritte: Empfang eines ersten Signals von einer Mobilstation mit einer ersten Polarisation; Empfang eines zweiten Signals von der Mobilstation bei einer Polarisation, die sich von der ersten Polarisation unterscheidet; und Verarbeitung des ersten und zweiten Empfangssignals zur Erzeugung eines Empfangsausgangssignals mit verbesserter Qualität auf der Grundlage des Polarisations-Diversity-Empfangs.
Ein weiterer Verfahrensaspekt der vorliegenden Erfindung dient dazu, Polarisationstrennung zu erreichen, wobei gleichzeitig Diversity-Verstärkung an der Mobilstation erzielt wird. Das Verfahren umfaßt vorzugsweise folgende Schritte: Senden der zweiten Polarisation von einem Ort neben den mehreren ersten Empfangsantennenelementen, um hierdurch Polarisationstrennung zur Verfügung zu stellen; und Senden der ersten Polarisation an einem Ort neben den mehreren zweiten Empfangsantennenelementen, um hierdurch Polarisationstrennung zur Verfügung zu stellen. Das Verfahren umfaßt weiterhin vorzugsweise den Schritt des abwechselnden Sendens von Signalen bei jeweiligen abwechselnden ersten und zweiten Polarisationen, um eine verbesserte Empfangssignalqualität an einer Mobilstation zur Verfügung zu stellen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen deutlich. Es zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild, das die grundlegenden Bauteile eines zellularen Kommunikationssystems beim Stand der Technik erläutert;
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild, das die Funktionsbauteile einer Zellularkommunikationsbasisstation beim Stand der Technik erläutert;
Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild, das die Funktionselemente einer Funksteuergruppe einer Basisstation beim Stand der Technik erläutert;
Fig. 4A eine schematische Aufsicht, die ein zellulares Muster für alle Richtungen im Stand der Technik erläutert;
Fig. 4B eine schematische Aufsicht, die ein in Sektoren aufgeteiltes zellulares Muster beim Stand der Technik erläutert;
Fig. 5A eine schematische Seitenansicht, die ein typisches zellulares Antennensystem nach dem Stand der Technik erläutert;
Fig. 5B eine schematische Seitenansicht, die eine Antenne für alle Richtungen und eine Sektorantenne nach dem Stand der Technik erläutert;
Fig. 6 eine Aufsicht auf eine Basisstation mit mehreren Antennenelementen gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine abgeschnittene Darstellung einer Antennengruppe mit mehreren Patch-Antennenelementen auf einem länglichen Substrat gemäß Fig. 6;
Fig. 8 eine schematische Ansicht einer Antennengruppe gemäß Fig. 7;
Fig. 9 eine perspektivische Vorderansicht eines einzelnen Patch-Antennenelements auf einem länglichen Substrat (ortsfest) gemäß Fig. 7);
Fig. 10 eine Perspektivansicht von hinten eines einzelnen Patch-Antennenelements auf einem länglichen Substrat gemäß Fig. 7;
Fig. 11 eine Aufsicht auf zwei Antennenelementegruppen, welche jeweilige Empfangsabdeckungsbereiche festlegen, gemäß Fig. 6;
Fig. 12 eine Aufsicht auf zwei Antennenelementegruppen, die jeweilige Sendeabdeckungsbereiche festlegen, gemäß Fig. 6.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung wird nunmehr mit weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch in zahlreichen unterschiedlichen Formen verwirklicht werden, und sollte daher nicht so interpretiert sein, als wäre sie auf die hier geschilderten Ausführungsformen beschränkt. Statt dessen sollen diese Ausführungsformen zu dem Zweck dienen, dass die Beschreibung gründlich und vollständig ist, und den Umfang der Erfindung Fachleuten auf diesem Gebiet vollständig vermittelt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen insgesamt gleiche Elemente.
Zuerst ist in Fig. 6 eine Basisstation 200 mit mehreren Antennengruppen dargestellt. Die Antennengruppen sind in einem zylindrischen Muster angeordnet, um die Möglichkeit zur Verfügung zu stellen. Senden und Empfangen in jeder Richtung durchzuführen. Abwechselnde erste und zweite Antennengruppen 210a-d bzw. 212a-d dienen zum Empfang von Signalen mit ersten und zweiten Polarisationen. Ein Polarisations-Diversity- Empfänger 214 ist an jede der ersten und zweiten Antennengruppen 210 bzw. 212 angeschlossen, um jeweilige erste und zweite Empfangssignale zu verarbeiten, die von einer Mobilstation empfangen werden, um ein Empfangsausgangssignal mit verbesserter Qualität zu erzeugen, auf der Grundlage des Polarisations-Diversity-Empfangs. Weiterhin kann das Signal von jeder der Antennengruppen 210a-d und 212a-d durch einen jeweiligen Verstärker 216 verstärkt werden, bevor es einem jeweiligen Polarisations- Diversity-Empfänger 214 zugeführt wird. Wie gezeigt empfängt jeder Polarisations-Diversity-Empfänger Signale von zwei benachbarten Antennengruppen. Wie Fachleute wissen, kann ein höheres Ausmaß an Polarisations-Diversity-Empfang dadurch erzielt werden, dass Signale von mehr als zwei benachbarten Antennengruppen jedem Polarisations-Diversity-Empfänger zugeführt werden.
Genauer gesagt weist jede der ersten Antennengruppen 210a-d vorzugsweise erste mehrere Empfangsantennenelemente zum Empfang von Signalen auf, die eine erste Drehpolarisation aufweisen, wobei die Empfangsantennenelemente in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, um einen ersten Empfangsabdeckungsbereich festzulegen. Die Antennenelemente können zirkuläre Patch-Antennenelemente sein (wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt), oder gekreuzte Dipole, wie dies Fachleuten sofort verständlich wird. Weiterhin können diese Antennenelemente gleichzeitig als Sendeanntennenelemente dienen.
Entsprechend umfaßt jede der zweiten Antennengruppen 212a-d vorzugsweise mehrere zweite Empfangsantennenelemente (wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt), zum Empfang einer zweiten Drehpolarisation, die von der ersten Drehpolarisation verschieden ist, wobei die Empfangsantennenelemente in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, um einen zweiten Empfangsabdeckungsbereich festzulegen. Wiederum können diese Antennenelemente auch gleichzeitig als Sendeanntennenelemente dienen. Eine Antennenmontagevorrichtung, beispielsweise der dargestellte Antennenmast 218, ist vorzugsweise zu dem Zweck vorgesehen, die erste und zweite Antennengruppe so anzubringen, dass sich die benachbarten Empfangsabdeckungsbereiche, die durch benachbarte Antennenelemente festgelegt werden, überlappen.
Eine weggeschnittene Ansicht einer einzelnen Antennengruppe 223 ist in Fig. 7 dargestellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Antennengruppe mehrere Leiterplattenantennenelemente 224 auf, beispielsweise Patch- Antennen. Die Antennenelemente 224, beispielsweise Patch- Antennenelemente, sind auf einem länglichen Substrat 226 vorgesehen, beispielsweise einer Leiterplatte, und diese Patch-Antennen können gleichzeitig als Sende- und Empfangselemente verwendet werden. Das längliche Substrat kann auch weitere Bauteile aufweisen, beispielsweise Eingangsverstärker 228, Eingangsfilter 230b oder Sendefilter 230a, einen rauscharmen Ausgangs- oder Empfangsverstärker ("LNA") 231, und ein Ausgangsfilter 232b oder ein Empfangsfilter 232a, wie dies schematisch in Fig. 8 dargestellt ist. Wie ebenfalls aus Fig. 7 hervorgeht, ist das längliche Substrat 226 mit Patch-Antennen 224 vorzugsweise von einem für Funk durchlässigen, rohrförmigen Gehäuse 234 umgeben. Eine Montagestütze 236 kann dazu verwendet werden, die Antennengruppe mit dem Mast der Basisstation zu verbinden, und das Kabel 220 kann dazu eingesetzt werden, die Antennengruppe 223 an jeweilige Polarisations-Diversity-Empfänger anzuschließen.
Wie schematisch in Fig. 8 dargestellt ist, ist jedes Antennenelement 224 durch eine erste Koppelschaltung 238 mit einer ersten Koppelleitung 239 mit einem gemeinsamen Empfangsfilter 232a und einem rauscharmen Empfangsverstärker 231 gekoppelt. Eine zweite Koppelschaltung 240 mit einer Koppelleitung 241 verteilt ein Sendesignal an die Sendeleistungsverstärker 228. Wie Fachleuten deutlich wird, können die Sendeverstärker entweder Einzelträgerleistungsverstärker (SCPAs) zur Verstärkung eines Signals mit Zeitunterteilungsmehrfachzugriff (TDMA) sein, oder Mehrfachträgerleistungsverstärker (MCPAs) zur Verstärkung einer Zusammensetzung aus mehreren Signalen mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen. Wenn SCPAs verwendet werden, wird ein Signal zu einer einzelnen Hauptrichtung auf einer einzelnen Frequenz geschickt, wogegen bei Verwendung von MCPAs mehrere Signale auf unterschiedlichen Frequenzen in jede Richtung geschickt werden können. In der Empfangsrichtung jedoch ist vorzugsweise der rauscharme Empfangsverstärker 231 immer dazu fähig, Signale auf mehreren Frequenzen zu empfangen und zu verstärken. Zusätzlich zur Kopplungsleitung 240 kann die zweite Koppelschaltung eine Schaltvorrichtung zur dynamischen Unterteilung der Sendegruppe aufweisen, um Sendeuntergruppen zur Verfügung zu stellen, die bei unterschiedlichen Frequenzen in demselben Zeitschlitz arbeiten.
Die Sendeverstärker 228 können Breitbandrauschausgangssignale bei Frequenzen erzeugen, die das Empfangsfrequenzband überlappen, und einen ausreichenden Pegel aufweisen, dass sie den Rauschwert des rauscharmen Empfangsverstärkers 231 beeinträchtigen. Daher können, wie dargestellt, Sendefilter 230a und Empfangsfilter 230a verwendet werden. Das Empfangsfilter 232a kann ein Bandpaßfilter sein, das so abgestimmt ist, dass es das Empfangsfrequenzband durchläßt, und Sendefrequenzsignale abschwächt, während die Sendefilter 230a oder das Eingangsfilter 230b Kerbfilter sein können, um den Durchgang in dem Empfangsfrequenzband abzuschwächen, und das Sendefrequenzband durchzulassen.
Wie Fachleute auf diesem Gebiet wissen, ist ein Empfang mit bevorzugter Richtung eine Vorgehensweise zur Verbesserung der Empfangssignalqualität. Eine weitere Vorgehensweise zur Verbesserung der Empfangssignalqualität besteht im Diversity- Empfang, unter Verwendung von beispielsweise zwei, bevorzugt unabhängigen Kanälen oder mehr, bei weit beabstandeten Antennen (Raum-Diversity), unterschiedlichen Frequenzen (Frequenz-Diversity), oder zu unterschiedlichen Zeiten (Zeit- Diversity oder verschachtelte Wiederholungskodierung). Eine beträchtliche Diversity-Verstärkung wird zur Verfügung gestellt, wenn Signale von Quellen, bei denen ein unkorreliertes Fading auftritt, in einem gemeinsamen Signalprozessor vereinigt werden, im Unterschied zur bloßen Vereinigung von Signalen von unterschiedlichen Antennengruppenelementen, um eine Richtungs-Verstärkung zu erzielen.
Typischerweise ergibt die Vereinigung von Signalen von zwei unterschiedlichen Antennen, bei denen dasselbe Signalfading auftritt, eine Verstärkung von annähernd 3 dB, wogegen dann, wenn es sich um unkorreliertes Rayleigh-Fading handelt, Verstärkungen in der Größenordnung von 7 dB erhalten werden können. Fading kann bei zwei Antennen unkorreliert sein, die nur einige Zoll beabstandet auf einem Mobiltelefon angeordnet sind, jedoch kann infolge eines geometrischen Verstärkungseffekts der Abstand, der an der Basisstation erforderlich ist, einige hundertmal größer sein. Ein relativ enger Abstand ist deswegen an der Mobilstation möglich, da die mehreren Wege, die zu Fading führen, infolge eines Nachfeld-Störechos in der Nähe der Mobilstation auftreten, beispielsweise infolge von Reflexionen von Objekten innerhalb einiger zehn oder hunderte Yard. In Gegenrichtung können sich allerdings diese Reflexionen einige Meilen zur Basisstation ausbreiten, was die geometrische Verstärkung des Antennenabstands hervorruft, der an der Basisstation erforderlich ist. Daher ist ein Abstand von einigen Fuß zwischen benachbarten Antennen an der Basisstation möglicherweise dazu unzureichend, um unkorreliertes Fading mittels Raum-Diversity zu erzielen.
Andererseits läßt sich beobachten, das Fading im wesentlichen unkorreliert ist, wenn Antennen mit orthogonalen Polarisationen verglichen werden. Daher sind die Wechselantennengruppen gemäß der Erfindung vorzugsweise orthogonal polarisiert. So kann beispielsweise jede der ersten Antennengruppen 210 orthogonale Drehpolarisationen verwenden, beispielsweise Rechts-Zirkularpolarisation (RHCP) zum Senden und Links-Zirkularpolarisation (LHCP) zum Empfangen, wogegen jede der zweiten benachbarten Antennengruppen 212 die entgegengesetzten Polarisationen zum Senden bzw. Empfangen verwenden kann. Daher kann Polarisationstrennung bei einer bevorzugten Ausführungsform verwendet werden, um die Sende- und Empfangssignale zu trennten. Die Empfangswege weisen vorzugsweise eine Mehrfachträgerfähigkeit auf, selbst wenn die Sendewege nur eine Einzelträgerfähigkeit aufweisen. Daher werden die empfangenen Signale mit sowohl RHCP als auch LHCP empfangen, welche ein unkorreliertes Fading zeigen. Nach Verarbeitung der Signale von zwei oder mehreren Antennengruppen wird eine Diversity-Verstärkung erzielt, die größer ist als die Richtungs-Verstärkung, die man erhalten würde, wenn sämtliche Antennengruppen die gleiche Empfangspolarisation aufweisen würden.
Fachleuten auf diesem Gebiet wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 deutlich werden, dass jede Antennengruppe vorzugsweise getrennt auf einem länglichen Substrat 226 hergestellt wird, beispielsweise einem langen, dünnen Modul oder einer Leiterplatte. Leiterplatten-Antennenelemente, beispielsweise Patch-Antennen, können einfach als Teil eines derartigen Moduls hergestellt werden, wie Fachleuten sofort deutlich werden wird. Wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt, kann ein zirkuläres Patch-Antennenelement 224 an zwei Versorgungspunkten 270 und 272 angeschlossen werden, und können die beiden Versorgungspunkte an einen gedruckten, Verzweigungsleitungsquadraturkoppler 274 angeschlossen werden, um zwei Versorgungspunkte 270 und 272 mit entgegengesetzter, zirkularer oder Drehpolarisation zur Verfügung zu stellen. Eine Masseverbindung 276 kann dazu verwendet werden, das Antennenelement 224 an eine Masseebene 278 anzuschließen, die so dargestellt ist, dass sie sandwichartig zwischen zwei Schichten des länglichen Substrats 226 eingeschlossen ist. Fachleute werden erkennen, dass aktive Bauteile, beispielsweise Verstärker, und passive Bauteile, beispielsweise Filter, ebenfalls auf dem länglichen Substrat vorgesehen sein können.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, weist jede Antennengruppe vorzugsweise ein für Funk durchlässiges, rohrförmiges Gehäuse 234 auf, welches das längliche Substrat 226 umgibt. Für kaltes Klima können ein Temperatursensor und eine Heizvorrichtung innerhalb des Gehäuses vorgesehen sein.
Mehrere collineare Antennengruppen könne auf einer einzelnen Antennenmontagevorrichtung angebracht sein. Jede Antennengruppe stellt hierdurch eine Richtungswirkung in der Azimuthebene zur Verfügung, und ebenso einen schmalen Strahl in der Vertikalebene, und die Gruppen können so ausgerichtet sein, dass sie unterschiedliche Azimuthsektoren abdecken. Dies kann dadurch erfolgen, dass verschiedene collineare Gruppen um den Antennenmast herum in derselben Höhe angebracht werden, jedoch in unterschiedliche Azimuthsektoren weisen, oder zwei oder mehr Antennengruppen übereinander angebracht werden, welche in dieselben oder in unterschiedliche Azimuthsektoren weisen. Tatsächlich kann die Azimuthausrichtung einer Gruppe unabhängig davon eingestellt werden, wo sie angebracht ist, jedoch ist es vorzuziehen, dass die Gruppen so ausgerichtet sind, dass keine Störung durch die anderen Antennengruppen oder den Mast erfolgt.
Die Basisstation 200 weist vorzugsweise mehrere Antennengruppen 210a-d und 212a-d auf, die in einem kreisförmigen Muster angeordnet sind, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Von jeder Antennengruppe empfangene Signale werden über jeweilige Kabel 220 an jeweilige Verstärker 216 übertragen, bevor sie an jeweilige Polarisations-Diversity- Empfänger 214 angelegt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden Kabelverluste dadurch verringert, dass Mastkopfvorverstärker bei der Antennenanordnung von Fig. 7 vorgesehen werden. Die Mastkopfvorverstärker sorgen für eine Verstärkung vor den jeweiligen Kabeln 220. Wie Fachleute auf diesem Gebiet wissen, kann die Verteilungsfunktion der Verstärker 211 alternativ mit Hilfe eines passiven Strahlteilers erzielt werden. Von zwei benachbarten Antennengruppen empfangene Signale werden, wie dargestellt, jedem Polarisations-Diversity-Empfänger zugeführt. Daher können Signale, die von benachbarten Antennengruppen empfangen werden, durch den jeweiligen Polarisations- Diversity-Empfänger verstärkt werden, was die Auswirkungen von Signalfading verringert.
Zwei benachbarte Antennengruppen 210 und 212 legen jeweils entsprechende Empfangsabdeckungsbereiche 242 und 244 fest, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist. Die Antennengruppen sind so auf dem Mast 218 angebracht, dass die jeweiligen Abdeckungsbereiche 242 und 244 einen Überlappungsbereich 246 festlegen. Daher kann eine Mobilstation 248, beispielsweise ein zellulares Funktelefon 250 in einem Kraftfahrzeug, das sich in dem Überlappungsbereich 246 befindet, Signale senden, die von beiden Antennengruppen 210 und 212 empfangen werden.
Wenn ein Überlappungsbereich Empfangsabdeckungsbereiche von zwei Antennengruppen enthält, die beide Signale mit orthogonalen Polarisationen von einer Mobilstation in dem Überlappungsbereich empfangen, ist dies als Doppel- Polarisations-Diversity bekannt. Fachleute auf diesem Gebiet werden verstehen, dass höhere Niveaus der Polarisations- Diversity ebenfalls im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung erreicht werden können. Beispielsweise kann eine Dreifach-Polarisations-Diversity verwendet werden, wenn ein Überlappungsbereich Abdeckungsbereiche von drei Antennengruppen umfaßt, und ein Dreifach-Polarisations- Diversity-Empfänger verwendet wird, um die von den drei Antennengruppen empfangenen Signale zu vereinigen. Zusätzlich können höhere Niveaus der Polarisations-Diversity zum Senden eingesetzt werden.
Wie voranstehend erläutert empfängt vorzugsweise die erste Antennengruppe 210 Signale mit einer Drehpolarisation, und empfängt die zweite Antennengruppe 212 Signale mit einer zweiten Drehpolarisation. Daher erzeugt die erste Antennengruppe 210 ein empfangenes Signal in Reaktion auf einen Anteil des Signals, das von dem zellularen Funktelefon gesendet wird, und die erste Drehpolarisation aufweist. Im Gegensatz hierzu erzeugt die zweite Antennengruppe 212 ein zweites Empfangssignal in Reaktion auf einen Anteil des Signals, das von dem zellularen Funktelefon gesendet wird, und die zweite Drehpolarisation aufweist. Diese Polarisations-Diversity zwischen den Empfangssignalen der Antennengruppen 210 und 212 gestattet den Betrieb des Polarisations-Diversity-Empfängers 214.
Alternativ können beide Polarisationen von jeder Antennengruppe empfangen werden, entweder durch Konstruktion reiner Empfangsgruppen, oder unter Verwendung von Duplexfiltern anstelle der Sendefilter 230a. In diesem Fall wird ein erstes Empfangssignal mit einer Polarisation, die in Bezug auf das Sendesignal orthogonal ist, dem Verstärker 231 zugeführt, wie bislang. Zusätzlich wird ein zweites Empfangssignal von dem Sendeweg abgetrennt, wobei das zweite Empfangssignal diese Polarisation wie das Sendesignal aufweist. Ein getrennter Verstärker, ähnlich dem Verstärker 231, kann zusätzlich bei diesem zusätzlichen Empfangsweg vorgesehen werden, und beide Polarisationen der empfangenen Signale von einer oder mehrerer Antennengruppen können einem Mehrfach-Diversity-Empfänger 214 zugeführt werden.
Der Polarisations-Diversity-Empfänger 214 weist vorzugsweise eine Vorrichtung, beispielsweise Kanaltrenner 252 auf, um die ersten und zweiten Empfangssignale in mehrere jeweilige einzelne Kanäle aufzuteilen, auf der Grundlage der Frequenz und/oder des Zeitschlitzes, und um jeden der einzelnen Kanäle zu verarbeiten, damit ein jeweiliges Empfangsausgangssignal mit verbesserter Qualität auf der Grundlage des Polarisations-Diversity-Empfangs erzeugt wird.
Der Polarisations-Diversity-Empfänger weist weiterhin vorzugsweise einen Kanalverstärker 254 zur Verarbeitung jedes Paars zugehöriger Signale für jeden Kanal auf, der durch die Kanaltrenner 252 erzeugt wird. Wenn nur ein Kanal von den mehreren Antennengruppen empfangen wird, können die Kanaltrenner 252 entfallen, und kann ein einzelner Kanalverstärker 254 verwendet werden.
Die Kanalverstärker 254 weisen vorzugsweise eine Signalqualitätsbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung von Signal-Rauschverhältnissen der ersten und zweiten Empfangssignale auf, und eine Gewichtungsvorrichtung zum Gewichten der ersten und zweiten Empfangssignale auf der Grundlage ihres jeweiligen Signal-Rauschverhältnisses, um hierdurch das Empfangsausgangssignal mit verbesserter Qualität zu erzeugen. Die Bestimmung von Signal- Rauschverhältnissen und die Gewichtungsverarbeitung verschiedener Empfangssignale wird im US-Patent Nr. 5,191,598 von Bäckström et al beschrieben. Weiterhin beschreibt das US-Patent Nr. 5,499,272 mit dem Titel "Diversity Receiver for Signals With Multipath Time Dispersion" von Bottomley ein alternatives Diversity-Empfänger-Verfahren.
Jede aktive Antennengruppe 223 weist mehrere Funkfrequenz- Leistungssendeverstärker 228 auf, die jeweils über ein Sendefilter 230a mit einem einzeln abstrahlenden Sendeantennenelement 224 gekoppelt sind, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Die Antennenelemente 224 werden vorzugsweise so verwendet, dass sie gleichzeitig senden und empfangen. Leistung wird an jeden Leistungsverstärker 228 über ein Leistungsteilernetzwerk verteilt, beispielsweise eine Koppelschaltung 240. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die voranstehend geschilderten Bauteile vorzugsweise unter Verwendung von Streifenleitungs- oder Mikrostreifenverfahren auf einem Montagesubstrat hergestellt, beispielsweise einer Glas-Epoxy-Leiterplatte, wie dies für Fachleute sofort verständlich wird. Eine Unterteilungsvorrichtung, beispielsweise die Koppelschaltung 240, kann mehrere Eingabe- und Schaltvorrichtungen aufweisen, um auszuwählen, welche Eingangssignale an welche Verstärker 228 verteilt werden. Die Schaltvorrichtung kann durch eine vorprogrammierte Steuervorrichtung aktiviert werden, um für jeden Zeitschlitz zu bestimmen, ob die vollständige Gruppe bei einer Sendefrequenz eingesetzt wird, oder ob Sendeuntergruppen gebildet werden, um mehrere Frequenzen gleichzeitig zu senden.
Die Koppelschaltung 240 ist ein Netzwerk zur Verteilung von Funkfrequenzleistung von einem einzelnen Eingang auf mehrere Ausgänge, und kann vorzugsweise ein Wilkinson-Leistungsteiler sein, ein Zweigführungs- oder Kantenkopplungs-Teiler, oder ein anderes wohlbekanntes Leistungsteilergerät, wie dies beispielsweise im Kapitel 5 von Bahl et al. Microwave Solid State Circuit Design, Wiley & Sons, 1988 beschrieben wird. Die Koppelschaltung 240 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie phasenkohärente Ausgangssignale an jeden Leistungssendeverstärker 228 zur Verfügung stellt. Die Eingangsleistung kann ebenso gleichmäßig und phasengleich auf alle Eingänge der Leistungsverstärker 228 aufgeteilt werden; dies ist als gleichförmige Beleuchtung bekannt, und erzeugt ein symmetrisches Abstrahlmuster. Alternativ können geringfügige Leistungsungleichgewichte und/oder Phasenoffsets vorgesehen werden, falls gewünscht wird, dem Abstrahlungsmuster eine bestimmte Form zu geben, auf der Grundlage der Antennengruppentheorie. Eine Diskussion von Phasenoffsets und Leistungsungleichgewichten findet sich im Teil 2 von Brookner, Practical Phased-Array Antenna Systems, Artech House, 1991. Eine weitere Druckschrift in Bezug auf die Grundlagen der Antennengruppentheorie stellt das Kapitel 7 von Skolnik, Radar Handbook, 2nd Ed., McGraw Hill, 1990 dar. Alternativ kann die durch Schalter ausgewählte Verteilungsanordnung der Koppelschaltung 240 einen aktiven Mikrowellenschalterchip in Form einer integrierten Schaltung einsetzen.
Der Ausgang jedes Filters 230a ist wie dargestellt mit einem jeweiligen abstrahlenden Sendeanntennenelement 224 gekoppelt, das gleichzeitig auch als Empfangsantennenelement arbeiten kann. Dieses Antennenelement kann vorzugsweise eine linear polarisierte Mikrostreifen-Patch-Antenne sein, wie sie auf den Seiten 7-1 bis 7-14 von Johnson et al. Antenna Engineering Handbook - 2nd Edition, McGraw-Hill, 1984 beschrieben wird. Alternativ kann eine zirkulär polarisierte Patch-Antenne, wie sie auf den Seiten 7-14- bis 7-16 der voranstehenden Druckschrift beschrieben ist, entsprechend eingesetzt werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Basisstation 200 sind vorzugsweise die Antennengruppen 210a-d und 212a-d identisch ausgebildet. Jede Antennengruppe besteht vorzugsweise aus Mikrostreifen-Patch-Elementen 224, und ist aus einer Glas-Epoxy-Leiterplatte unter Einsatz von Streifenleitungs- oder Mikrostreifen-Verfahren hergestellt, wie dies für Fachleute auf diesem Gebiet leicht verständlich ist. Die Antennenelemente 224 sind ebenfalls vorzugsweise Mikrostreifen-Patch-Strahlungselemente, wie voranstehend geschildert. Die Patch-Antennenelemente 224 sind vorzugsweise drehpolarisierte Patch-Antennenelemente. Es wird vorgezogen, dass benachbarte Antennengruppen entgegengesetzte Drehpolarisationen aufweisen, nämlich Links- Zirkularpolarisation und Rechts-Zirkularpolarisation.
Die Empfangsantennenelemente 214 sind mit einem gemeinsamen Ausgang über ein Vereinigungsnetzwerk gekuppelt, beispielsweise die Koppelschaltung 238. Das Vereinigungsnetzwerk ist grundlegend entgegengesetzt zum Leistungsteilernetzwerk aufgebaut, und koppelt kohärent die von den Gruppenelementen 240 empfangenen Signale zu einem gemeinsamen Ausgang. Wie voranstehend erwähnt, kann das Vereinigungsnetzwerk Phasenoffsets oder eine abgestufte Kopplung einführen, um eine Strahlformung durchzuführen, oder vertikale Seitenkeulen zu verringern, und unerwünschte tiefe Nullstellen für Mobilgeräte zu verringern, die sich näher nahe am Mast befinden.
Der Ausgang des Vereinigungsnetzwerks ist wie dargestellt mit einem Empfangsfilter 232a und einem rauscharmen Verstärker (LNA) 231 gekoppelt. Herkömmlich befand sich ein entsprechender LNA in der RCG einer herkömmlichen Basisstation, und daher trat bei dem empfangenen Signal ein Übertragungsverlust von 2 bis 4 dB über das IFL-Kabel auf. Ordnet man den LNA 231 auf der Empfangsantennengruppe 223 an, gemäß einem weiteren Vorteil der vorliegenden Erfindung, werden Verluste vor der Verstärkung verringert, was den Rauschwert des Gesamtsystems verbessert, und eine Vergrößerung des Orts/Zellenradius gestattet, oder eine Verringerung der Ausgangsleistung des Mobilgeräts, was die Batterielebensdauer verlängert.
Das verstärkte Empfangssignal von dem LNA 231 wird ebenfalls vorzugsweise gefiltert, um unerwünschte Signalkomponenten zu entfernen, beispielsweise jene, die von den Leistungssendeverstärkern 228 erzeugt werden, und nicht immer vom Empfangsfilter 232a entfernt werden. Daher ist der Ausgang des LNA 231 vorzugsweise an ein Bandpaßfilter angeschlossen, beispielsweise das Ausgangsfilter 232b. Das Bandpaßfilter kann ein Mikrostreifen-Kantenkopplungsfilter sein, wie es beispielsweise im Kapitel 6 von Bahl et al. Microwafe Solid State Circuit Design, Wiley & Sons, 1988 beschrieben wird, ein Keramikresonatorfilter mit hohem k-Wert, oder ein SAW-Filter. Abhängig von der Systembandbreite und dem Sende/Empfangsduplexabstand kann ein Tiefpaß- oder Hochpaßfilter ebenfalls akzeptierbar sein, wie Fachleute auf diesem Gebiet wissen.
Sowohl die Sendesignale als auch die Empfangssignale werden mit der Antennengruppe 223 über ein Kabel 220 gekoppelt, beispielsweise eine Einrichtungsverbindung (IFL). Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt die IFL vorzugsweise ein Bündel aus Koaxialkabeln und Leistungskabeln, um den Leistungssendeverstärkern 228 und dem LNA 231 Energie zuzuführen.
Die Erfindung umfaßt ebenfalls ein Verfahren zum Betrieb einer zellularen Basisstation, die mit zumindest einer Mobilstation kommuniziert, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist. Die Basisstation empfängt ein erstes Signal von der Mobilstation 250 bei einer ersten Polarisation, und empfängt ein zweites Signal von der Mobilstation 250 bei einer Polarisation, die von der ersten Polarisation verschieden ist. Vorzugsweise enthält die Basisstation zwei Antennengruppen 210 und 212, die beide so angeordnet sind, dass sie Signale von dem Überlappungsbereich 246 empfangen. Daher empfängt eine Antennengruppe die Signale mit der ersten Polarisation, und empfängt die andere Antennengruppe die Signale mit der zweiten Polarisation. Die Basisstation verarbeitet dann die ersten und zweiten Empfangssignale zur Erzeugung eines Empfangsausgangssignals mit verbesserter Qualität auf der Grundlage des Polarisations-Diversity- Empfangs.
Antennenazimuthabstrahlungsmuster ähnlich herkömmlichen Sektormustern von 120 Grad können eingesetzt werden, so dass beträchtliche Überlappungen benachbarter Abdeckungsbereiche benachbarter Antennengruppen absichtlich vorgesehen werden. Die Verarbeitung mit einem Polarisations-Diversity-Empfänger kann alternativ auch als adaptive Gruppenverarbeitung angesehen werden, und kann so ausgelegt sein, dass der gewünschte Signalempfang verbessert wird, Störungen verringert werden, oder Signal-Störungsverhältnisse vergrößert werden, wie dies in der PCT-Anmeldung Nr. WO 960473A mit dem Titel "Interference Rejection Combining" von Bottomley beschrieben wird.
Das erste und zweite Empfangssignal wird vorzugsweise von dem Diversity-Empfänger 214 verarbeitet. Der Verarbeitungsschritt umfaßt vorzugsweise die Bestimmung von Signal- Rauschverhältnissen des ersten und zweiten Empfangssignals, und die Gewichtung des ersten und zweiten Empfangssignals auf der Grundlage ihres jeweiligen Signal-Rauschverhältnisses, um das Empfangsausgangssignal mit verbesserter Qualität zu erzeugen. Weiterhin können das erste und zweite Empfangssignal in mehrere jeweilige einzelne Kanäle aufgeteilt werden, auf der Grundlage der Frequenz, und kann jeder der einzelnen Kanäle so verarbeitet werden, dass ein jeweiliges Ausgangsempfangssignal mit verbesserter Qualität auf der Grundlage des Polarisations-Diversity-Empfangs erzeugt wird. Der Schritt des Empfangs des ersten Signals kann dessen Empfang über erste mehrere Empfangsantennenelemente umfassen, welche die Antennengruppe 210 bilden, und in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind. Der Schritt des Empfangs des zweiten Signals kann dessen Empfang über zweite mehrere Empfangsantennenelemente umfassen, welche die Antennengruppe 212 bilden, und in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind.
Dieses Verfahren kann auch den Schritt umfassen, die zweite Polarisation von einem Ort neben der ersten Empfangsantennengruppe 210 zu senden, und die erste Polarisation von einem Ort neben der zweiten Empfangsantennengruppe 212 zu senden, um hierdurch eine Polarisationstrennung zur Verfügung zu stellen. Tatsächlich kann die erste Antennengruppe 210 Signale mit der ersten Polarisation empfangen, während sie die zweite Polarisation sendet, und kann die zweite Antennengruppe 212 Signale mit der zweiten. Drehpolarisation empfangen, während sie Signale mit der ersten Polarisation sendet. Daher können der Diversity-Empfänger 214 von Fig. 11 und der Sendesignalkodierer 282 von Fig. 12 in einer einzelnen Basisstation implementiert sein.
Die Signale können abwechselnd von der Basisstation bei jeweiligen abwechselnden ersten und zweiten Polarisationen gesendet werden, um eine verbesserte Empfangssignalqualität an einer Mobilstation zur Verfügung zu stellen. Die Signale, die von der Basisstation zur Mobilstation gesendet werden, können kodierte und verschachtelte Zeitunterteilungsmehrfachzugriffssignale sein. Weiterhin kann der Schritt des Empfangs der ersten Drehpolarisation den Empfang von Rechts-Zirkularpolarisation umfassen, und kann der Schritt des Empfangs der zweiten Drehpolarisation den Empfang von Links-Zirkularpolarisation umfassen.
Wenn zwei Antennengruppen 210 und 212 denselben Bereich abdecken, oder so ausgerichtet sind, dass sich eine signifikante Überlappung ergibt, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist, kann jede Antennengruppe 210 und 212 gleichzeitig eine Mobilstation 280, beispielsweise ein zellulares Funktelefon, in dem Überlappungsbereich 246 abdecken. Durch Senden aufeinanderfolgender Signalsegmente (beispielsweise TDMA- Rahmen) unter abwechselndem Einsatz der einen und der anderen Antennengruppe mit unterschiedlichen Polarisationen kann erreicht werden, dass das Fading des einen der Signale, die an der Mobilstation empfangen werden, im wesentlichen in aufeinanderfolgenden Segmenten unkorreliert ist. Daher kann eine Polarisations-Diversity-Verstärkung erzielt werden, wenn von der Basisstation an die Mobilstation gesendet wird.
Der Sendevorgang zur Mobilstation kann daher die Verschachtelung kodierter Daten über aufeinanderfolgenden Segmenten einsetzen, so dass das dekodierte Signal Bits umfaßt, die abwechselnd aufeinanderfolgenden Segmenten entnommen werden, die mit relativ hoher und niedriger Qualität empfangen werden. Auf diese Art und Weise ist die mittlere Bitqualität im Dekodierer nicht insgesamt von hoher Qualität oder niedriger Qualität, sondern ausreichend, um eine hohe Wahrscheinlichkeit für eine fehlerfreie Dekodierung sicherzustellen. Diese Vorgehensweise ist besonders nützlich zur Kommunikation mit ortsfesten oder sich mit Wandergeschwindigkeit bewegenden Handtelefonen, bei denen ein langsames Signalfading auftreten kann. Der Polarisationswechsel wandelt wirksam langsames Fading in schnelleres Fading um, das durch Dekodierung und Verschachtelung wirksamer gemittelt wird.
Wie in Fig. 12 gezeigt ist, weist die Basisstation zwei benachbarte Antennengruppen 210 und 212 zum Senden über jeweilige benachbarte Abdeckungsbereiche 242 und 244 auf. Die Antennengruppen sind so angeordnet, dass ihre jeweiligen Abdeckungsbereiche einen Überlappungsbereich 246 festlegen. Daher kann eine Mobilstation 280, beispielsweise ein zellulares Hand-Funktelefon, in dem Überlappungsbereich 246 Signale empfangen, die von beiden Antennengruppen 210 und 212 gesendet werden.
Die Basisstation weist weiterhin einen Sendesignalkodierer 282 auf, um das Signal zu verarbeiten, das an die Mobilstation 280 in dem Überlappungsbereich 246 gesendet werden soll. Der Sendesignalkodierer erzeugt ein Sendesignal, das bei jeweiligen abwechselnden ersten und zweiten Drehpolarisationen verschachtelt und kodiert ist. Vorzugsweise werden die Abschnitte des Signals mit der ersten Drehpolarisation nur an eine der Antennengruppen angelegt, und werden die Abschnitte des Signals mit der zweiten Drehpolarisation an die andere Antennengruppe angelegt.
Eine Basisstationssteuerung, die in Fig. 2 gezeigt ist, und die eine Funksteuergruppe 37 und eine Vermittlungsfunkschnittstelle 38 aufweist, kann für jeden Mobil-Basisanruf bestimmen, ob die eine oder die andere Antennengruppe, oder abwechselnd beide Antennengruppen, zum Senden zur Mobilstation verwendet werden soll. Diese Entscheidung kann auf der Grundlage der jeweiligen Beiträge von Signalen getroffen werden, die bei den beiden Polarisationen empfangen werden, wie in den Diversity- Empfängern 214 gemessen, oder auf der Grundlage der Rückkopplung von der Mobilstation in Bezug darauf, ob das Senden von der einen Antennengruppe oder der anderen Antennengruppe vorgezogen wurde. Zu diesem Zweck kann ein Flag-Bit einen Code in den Sendungen zur Verfügung stellen, um die Polarisation jedes Sendevorgangs anzugeben.
Die Mobilstation 280 weist eine Antenne 284 zum Empfang von Signalen auf, die von der zellularen Basisstation gesendet werden, und einen Empfänger 286, der an die Antenne angeschlossen ist, zum Entschachteln und Dekodieren der Signale von der zellularen Basisstation, um hierdurch eine Polarisations-Diversity-Verstärkung zu erzielen. Weiterhin kann das verschachtelte, kodierte Signal, das von der zellularen Basisstation gesendet wird, ein Signal mit Zeitunterteilungsmehrfachzugriff (TDMA) sein, und kann der Empfänger eine Vorrichtung zum Empfang des TDMA-Signals enthalten. Die voranstehend geschilderte Polarisations-Flag, wenn sie bei TDMA burst-Weise vorgesehen ist, kann dekodiert werden, um die Polarisation jedes empfangenen Bursts anzugeben.
Fig. 12 stellt weiterhin ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einer zellularen Basisstation und zumindest einer Mobilstation 280 dar, welches folgende Schritte umfaßt. Signale werden abwechselnd von der Basisstation bei jeweiligen abwechselnden ersten und zweiten Polarisationen gesendet. Ein Sendesignalkodierer 282 kann dazu verwendet werden, einen einzelnen Sendekanal auf Signale aufzuteilen, die abwechselnde Polarisationen aufweisen, und um die Signale mit abwechselnden Polarisationen an die jeweilige Antennengruppe 210 und 212 anzulegen. Die Mobilstation 280 empfängt die abwechselnden ersten und zweiten Polarisationen, und stellt eine Polarisations-Diversity-Verstärkung zur Verfügung.
Die Basisstation, welche den Sendesignalkodierer 282 und die Antennengruppen 210 und 212 enthält, erzeugt vorzugsweise kodierte und verschachtelte Zeitunterteilungsmehrfachzugriffssignale zum Senden mit den abwechselnden ersten und zweiten Polarisationen. Weiterhin ist die erste Polarisation vorzugsweise Rechts- Zirkularpolarisation, und ist die zweite Polarisation vorzugsweise Links-Zirkularpolarisation.
Zahlreiche Abänderungen und weitere Ausführungsformen der Erfindung werden Fachleuten auf diesem Gebiet auffallen, welche Kenntnis der Lehren haben, die in der voranstehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen angegeben sind. Daher soll die Erfindung nicht auf die speziellen, beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein, und sollen Abänderungen und Ausführungsformen von dem Umfang der beigefügten Patentansprüche umfaßt sein.

Claims

1. Zellulare Basisstation (200) zum Kommunizieren mit zumindest einer Mobilstation (250) in einem zellularen Kommunikationssystem über einen von mehreren zellularen Kommunikationskanälen, wobei die Basisstation (200) aufweist:

eine erste Antennengruppe (210), die erste mehrere Empfangsantennenelemente (224) aufweist, zum Empfang von Signalen, die eine erste Polarisation aufweisen, von der Mobilstation (250) über den zellularen Kommunikationskanal, und so ausgerichtet ist, dass ein erster Empfangsabdeckungsbereich (242) festgelegt wird;

eine zweite Antennengruppe (212), die mehrere zweite Empfangsantennenelemente (224) aufweist, um Signale, die eine von der ersten Polarisation verschiedene, zweite Polarisation aufweisen, von der Mobilstation (250) über den zellularen Kommunikationskanal zu empfangen, und so ausgerichtet ist, dass ein zweiter Empfangsabdeckungsbereich (244) festgelegt wird;

eine Antennenmontagevorrichtung (218) zum Montieren der ersten und zweiten Antennengruppe (210 und 212) auf solche Weise, dass sich die ersten und zweiten Empfangsabdeckungsbereiche (242 und 244) überlappen; und

eine Polarisations-Diversity-Empfängervorrichtung (214), die an die ersten und zweiten mehreren Empfangsantennenelemente (210 und 212) angeschlossen ist, um jeweilige erste und zweite Empfangssignale zu verarbeiten, welche die erste und zweite Polarisation aufweisen, von der Mobilstation (250), indem (246) Überlappungsbereich, um ein Empfangsausgangssignal mit verbesserter Qualität auf der Grundlage des Polarisations-Diversity-Empfangs zu erzeugen;

wobei die erste Antennengruppe (210) darüber hinaus mehrere erste Sendeantennenelemente (224) aufweist, die in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, zum Senden von Signalen, welche die zweite Polarisation aufweisen, um hierdurch eine Polarisationstrennung gegenüber den mehreren ersten Empfangsantennenelementen zur Verfügung zu stellen; und

wobei die zweite Antennengruppe (212) mehrere zweite Sendeantennenelemente (224) aufweist, die in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, um Signale zu senden, welche die erste Polarisation aufweisen, um hierdurch eine Polarisationstrennung gegenüber den mehreren zweiten Empfangsantennenelementen bereit zu stellen.

2. Basisstation (200) nach Anspruch 1, bei welcher die Polarisations-Diversity-Empfängervorrichtung (214) eine Signalqualitätsbestimmungsvorrichtung aufweist, um Signal-Rauschverhältnisse der ersten und zweiten Empfangssignale zu bestimmen, und eine Gewichtungsvorrichtung zum Gewichten der ersten und zweiten Empfangssignale auf der Grundlage ihrer jeweiligen Signal-Rauschverhältnisse, um das Empfangsausgangssignal mit verbesserter Qualität zu erzeugen.

3. Basisstation (200) nach Anspruch 1, bei welcher die Polarisations-Diversity-Empfängervorrichtung (214) weiterhin eine Vorrichtung zum Trennen der ersten und zweiten Empfangssignale in mehrere jeweilige einzelne Kanäle auf der Grundlage der Frequenz auf weist, und zur Verarbeitung jedes der einzelnen Kanäle, um ein jeweiliges Empfangsausgangssignal mit verbesserter Qualität zu erzeugen.

4. Basisstation (200) nach Anspruch 1, bei welcher die Polarisations-Diversity-Empfängervorrichtung (214) weiterhin eine Vorrichtung zum Trennen der ersten und zweiten Empfangssignale in mehrere jeweilige einzelne Kanäle auf der Grundlage des Zeitschlitzes aufweist, und zur Verarbeitung jedes der einzelnen Kanäle zur Erzeugung eines jeweiligen Empfangsausgangssignals mit verbesserter Qualität.

5. Basisstation (200) nach Anspruch 1, bei welcher ein jeweiliges von den Empfangsantennenelementen (214) der ersten Antennengruppe (210) und ein jeweiliges unter den Sendeantennenelementen (224) der ersten Antennengruppe auf einer gemeinsamen Patch-Antenne vorgesehen sind, um Signale mit der ersten Polarisation zu empfangen, und Signale mit der zweiten Polarisation zu senden.

6. Basisstation (200) nach Anspruch 1, welche weiterhin eine Wechselpolarisationssendervorrichtung (282) aufweist, die an die mehreren ersten und zweiten Sendeantennenelemente angeschlossen ist, um abwechselnd Signale mit jeweiligen, wechselnden ersten und zweiten Drehpolarisationen zu senden, um eine verbesserte Empfangssignalqualität an einer Mobilstation (280) zur Verfügung zu stellen.

7. Basisstation (200) nach Anspruch 6, bei welcher die Wechselpolarisationssendervorrichtung (282) weiterhin eine Sendecodiervorrichtung aufweist, um codierte und verschachtelte Zeitunterteilungsmehrfachzugriffssignale zu erzeugen, die von der ersten und der zweiten Antennengruppe an eine Mobilstation (280) gesendet werden.

8. Basisstation (200) nach Anspruch 1, bei welcher die erste Antennengruppe (210) ein längliches Substrat (226) aufweist, welches die mehreren ersten Empfangsantennenelemente (224) trägt, sowie die mehreren ersten Sendeantennenelemente (224), die in einer Vertikalrichtung verlaufen; und bei welcher die zweite Antennengruppe neben dem ersten länglichen Substrat (226) ein zweites, längliches Substrat (226) aufweist, welches die mehreren zweiten Empfangsantennenelemente (224) trägt, sowie die mehreren zweiten Sendeantennenelemente (224), die in einer Vertikalrichtung verlaufen.

9. Basisstation (220) nach Anspruch 8, bei welcher sowohl die erste als auch die zweite Antennengruppe (210 und 212) weiterhin mehrere Sendeverstärker (228) auf dem länglichen Substrat (226) aufweist, die an jeweilige Sendeantennenelemente (224) angeschlossen sind, um hierdurch eine Aktivphasengruppenantenne auszubilden.

10. Basisstation (200) nach Anspruch 8, bei welcher jedes Empfangsantennenelement (224) einen elektrisch leitfähigen Abschnitt auf einem jeweiligen länglichen Substrat (226) aufweist, und bei welcher jedes Sendeantennenelement (224) einen elektrisch leitfähigen Abschnitt auf einem jeweiligen länglichen Substrat (226) aufweist.

11. Basisstation (200) nach Anspruch 8, bei welcher sowohl die ersten als auch zweiten Gruppenantennen (210 und 212) weiterhin eine Empfangsphasenkopplungsvorrichtung auf dem länglichen Substrat (226) aufweisen, die betriebsmäßig an jeweilige Empfangsantennenelemente (224) angeschlossen ist, um Signale von dort phasengleich miteinander zu vereinigen; und bei welcher sowohl die ersten als auch die zweiten Gruppenantennen (210 und 212) weiterhin eine Sendephasenkopplungsvorrichtung (240) auf dem länglichen Substrat (226) aufweisen, die betriebsmäßig an jeweilige Sendeantennenelemente (224) angeschlossen ist, um dorthin gelieferte Signale phasengleich miteinander zu verteilen.

12. Basisstation (200) nach Anspruch 8, bei welcher sowohl die ersten als auch zweiten Antennengruppen (210 und 212) weiterhin ein für Funk durchlässiges Gehäuse (234) aufweisen, welches das längliche Substrat (226) umgibt.

13. Basisstation (200) nach Anspruch 1, bei welcher die mehreren Empfangsantennenelemente (224) eine Vorrichtung zum Empfang von Rechts-Zirkularpolarisation aufweisen, und bei welcher die mehreren zweiten Empfangsantennenelemente (224) eine Vorrichtung zum Empfang von Links-Zirkularpolarisation aufweisen.

14. Zellulare Basisstation (200) zum Kommunizieren mit zumindest einer Mobilstation (250) in einem zellularen Kommunikationssystem über einen von mehreren zellularen Kommunikationskanälen, wobei die Basisstation (200) aufweist:

eine erste Antennengruppe (210), welche mehrere erste Sendeantennenelemente (224) auf weist, zum Senden von Signalen, die eine erste Polarisation aufweisen, an die Mobilstation (280) über den zellularen Kommunikationskanal, und in einem vorbestimmten Muster angeordnet ist, um einen ersten Sendeabdeckungsbereich (242) festzulegen;

eine zweite Antennengruppe (212), die mehrere zweite Sendeantennenelemente (224) aufweist, um Signale mit einer von der ersten Polarisation unterschiedlichen, zweiten Polarisation an die Mobilstation (280) über den zellularen Kommunikationskanal zu senden, und die in einem vorbestimmten Muster angeordnet ist, so dass ein zweiter Sendeabdeckungsbereich (244) vorhanden ist, der sich mit dem ersten Sendeabdeckungsbereich (240) überlappt; und

eine Wechselpolarisationssendervorrichtung (280), die betriebsmäßig mit der ersten und zweiten Antennengruppe (210 und 212) verbunden ist, um abwechselnd Signalsegmente von der ersten und zweiten Antennengruppe (210 und 212) an die Mobilstation (280) zu senden, um eine verbesserte Empfangssignalqualität an der Mobilstation (280) zur Verfügung zu stellen;

wobei die erste Antennengruppe (210) weiterhin mehrere erste Empfangsantennenelemente (224) aufweist, um Signale zu empfangen, welche die zweite Polarisation aufweisen, um hierdurch eine Polarisationstrennung gegenüber den mehreren ersten Sendeantennenelementen (224) zur Verfügung zu stellen, und wobei die zweite Antennengruppe (212) weiterhin mehrere zweite Empfangsantennenelemente (224) aufweist, um Signale zu empfangen, welche die erste Polarisation aufweisen, um hierdurch eine Polarisationstrennung gegenüber den mehreren zweiten Empfangsantennenelementen (224) zur Verfügung zu stellen.

15. Basisstation (200) nach Anspruch 14, bei welcher die Wechselpolarisationssendervorrichtung (280) weiterhin eine Sendercodiervorrichtung aufweist, um codierte und verschachtelte Zeitunterteilungsmehrfachzugriffssignale zu erzeugen, die von der ersten und von der zweiten Antennengruppe an eine Mobilstation gesendet werden.

16. Basisstation (200) nach Anspruch 14, bei welcher die erste Antennengruppe (210) ein längliches Substrat (226) aufweist, welches die mehreren ersten Sendeantennenelemente (224) trägt, die in einer Vertikalrichtung verlaufen; und bei welcher die zweite Antennengruppe (212) neben dem ersten länglichen Substrat (225) ein zweites längliches Substrat (226) aufweist, welches die mehreren zweiten Senderantennenelemente (224) trägt, die in einer Vertikalrichtung verlaufen.

17. Basisstation (200) nach Anspruch 16, bei welcher sowohl die erste als auch zweite Antennengruppe (210 und 212) weiterhin mehrere Sendeverstärker (228) auf dem länglichen Substrat (226) aufweist, die an jeweilige Sendeantennenelemente (224) angeschlossen sind, um hierdurch eine Aktivphasengruppenantenne auszubilden.

18. Basisstation (200) nach Anspruch 16, bei welcher sowohl die ersten als auch zweiten Gruppenantennen (210 und 212) weiterhin eine Sendephasenkopplungsvorrichtung (240) auf dem länglichen Substrat (226) aufweisen, die betriebsmäßig mit jeweiligen Sendeantennenelementen (224) verbunden ist, um dorthin zugeführte Signale phasengleich miteinander zu vereinigen.

19. Basisstation (200) nach Anspruch 16, bei welcher sowohl die ersten als auch zweiten Antennengruppen (210 und 212) weiterhin ein für Funk durchlässiges Gehäuse (234) aufweisen, welches das längliche Substrat (226) umgibt.

20. Basisstation (200) nach Anspruch 14, bei welcher die mehreren ersten Sendeantennenelemente (224) eine Vorrichtung zum Senden von Links-Zirkularpolarisation aufweisen, und bei welcher die mehreren zweiten Sendeantennenelemente (224) eine Vorrichtung zum Senden von Rechts-Zirkularpolarisation aufweisen.

21. Verfahren zum Betrieb einer zellularen Basisstation (200) zum Kommunizieren mit zumindest einer Mobilstation (250) über einen von mehreren zellularen Kommunikationskanälen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

Empfang eines ersten Signals von einer zellularen Mobilstation (250) mit einer ersten Polarisation über den zellularen Kommunikationskanal, wobei der Schritt des Empfangens des ersten Signals dessen Empfang über mehrere erste Antennenelemente (224) einer ersten Antennengruppe (210) umfasst, welche einen ersten Empfangsabdeckungsbereich (242) festlegt;

Empfangen eines zweiten Signals von der zellularen Mobilstation (250) bei einer von der ersten Polarisation verschiedenen Polarisation über den zellularen Kommunikationskanal, wobei der Schritt des Empfangens des zweiten Signals dessen Empfang über mehrere zweite Antennenelemente (224) einer zweiten Antennengruppe (212) umfasst, welche einen zweiten Empfangsabdeckungsbereich (244) festlegt, wobei sich der erste und der zweite Empfangsabdeckungsbereich überlappen;

Verarbeiten der ersten und zweiten Empfangssignale von der Mobilstation zur Erzeugung eines Empfangsausgangssignals mit verbesserter Qualität auf der Grundlage von Polarisations-Diversity-Empfang;

Senden von Signalen, welche die zweite Polarisation auf weisen, von der ersten Antennengruppe (210), um hierdurch eine Polarisationstrennung zur Verfügung zu stellen; und

Senden von Signalen, welche die erste Polarisation aufweisen, von der zweiten Antennengruppe (212), um hierdurch eine Polarisationstrennung zur Verfügung zu stellen.

22. Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem der Schritt der Verarbeitung die Bestimmung von Signal- Rauschverhältnissen der ersten und zweiten Empfangssignale umfasst, und Gewichtung der ersten und zweiten Empfangssignale auf der Grundlage ihrer jeweiligen Signal-Rauschverhältnisse.

23. Verfahren nach Anspruch 21, welches weiterhin den Schritt der Trennung der ersten und zweiten Empfangssignale in mehrere jeweilige einzelne Kanäle auf der Grundlage der Frequenz umfasst, und die Verarbeitung jedes der einzelnen Kanäle zur Erzeugung eines jeweiligen Empfangsausgangssignals mit verbesserter Qualität.

24. Verfahren nach Anspruch 21, welches weiterhin den Schritt umfasst, die ersten und zweiten Empfangssignale auf mehrere jeweilige einzelne Kanäle aufzuteilen, auf der Grundlage eines Zeitschlitzes, und Verarbeitung jedes der einzelnen Kanäle zur Erzeugung eines jeweiligen Empfangsausgangs Signals mit verbesserter Qualität.

25. Verfahren nach Anspruch 21, welches weiterhin den Schritt umfasst, abwechselnd Signale mit jeweils abwechselnden ersten und zweiten Polarisationen zu senden, um eine verbesserte Empfangssignalqualität an einer Mobilstation (280) zur Verfügung zu stellen.

26. Verfahren nach Anspruch 25, welches weiterhin den Schritt umfasst, codierte und verschachtelte Zeitunterteilungsmehrfachzugriffssignale zu erzeugen, die an die Mobilstation (280) gesendet werden.

27. Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem der Schritt des Empfangens der ersten Polarisation den Empfang von Rechts-Zirkularpolarisation umfasst, und bei welchem der Schritt des Empfangens der zweiten Polarisation den Empfang von Links-Zirkularpolarisation umfasst.

ZUSAMMENFASSUNG

Eine Basisstation weist eine erste und eine zweite Antennengruppe zum Empfang erster und zweiter Drehpolarisationen auf, und einen Polarisations-Diversity- Empfänger, der an die erste und zweite Antennengruppe angeschlossen ist, um jeweilige erste und zweite Empfangssignale von einer Mobilstation zu verarbeiten, um ein Empfangsausgangssignal mit verbesserter Qualität zu erzeugen, auf der Grundlage eines Polarisations-Diversity-Empfangs. Polarisationstrennung zwischen den Sende- und Empfangsantennenelementen kann ebenfalls dadurch bereitgestellt werden, dass erste mehrere Sendeantennenelemente für die zweite Polarisation auf einem Substrat angebracht sind, auf welchem die ersten Empfangsantennenelemente vorgesehen sind. Die zweite Antennengruppe weist zweite mehrere Antennenelemente mit zweiter Polarisation auf einem Substrat auf, auf welchem die zweiten Empfangsantennenelemente vorgesehen sind. Um eine Polarisations-Diversity-Verstärkung an der Mobilstation zu erzielen, weist die Basisstation vorzugsweise einen Wechselpolarisationssender zum abwechselnden Senden von Signalen bei jeweiligen wechselnden ersten und zweiten Drehpolarisationen auf. Verfahrensaspekte der Erfindung werden ebenfalls beschrieben.