DE69706666T2

DE69706666T2 - Zerteilbare sendende gruppenantenne für zellulare basisstation und verfahren dafür

Info

Publication number: DE69706666T2
Application number: DE69706666T
Authority: DE
Inventors: Wilkinson Dent
Original assignee: Ericsson Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2017-04-12
Also published as: AU717560B2; US6151310A; DE69706666D1; CA2249583A1; AU2675997A; WO1997040594A1; EP0894370B1; EP0894370A1; JP2000509579A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme und Verfahren für drahtlose Kommunikationen und insbesondere Systeme und Verfahren für drahtlose zellulare Kommunikationen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Zellulare Kommunikationssysteme werden gewöhnlicherweise verwendet, um Sprach- und Datenkommunikationen für eine Vielzahl von mobilen Einheiten oder Teilnehmern bereit zu stellen. Analoge zellulare Systems, die als AMPS, ETACS, NMT- 450 und NMT-900 bezeichnet werden, sind überall in der Welt erfolgreich entwickelt worden. Seit kurzem sind digitale zellulare Systeme, die als IS-54B in Nordamerika bezeichnet werden, und das pan-europäische GSM-System eingeführt worden. Diese Systeme und andere werden zum Beispiel in dem Buch mit dem Titel "Cellular Radio Systems" von Balston et al., veröffentlicht von Arteck House, Norwood, MA., 1993 beschrieben.
Eine Frequenzwiederverwendung wird gewöhnlicherweise in einer zellularen Technologie verwendet, bei der Gruppen von Frequenzen zur Verwendung in Bereichen einer begrenzten geografischen Abdeckung, die als Zellen bekannt sind, zugeordnet werden. Zellen, die äquivalente Gruppen von Frequenzen enthalten, werden geografisch getrennt, um Mobileinheiten in unterschiedlichen Zellen zu ermöglichen, die gleiche Frequenz zu verwenden, ohne einander zu stören. Dadurch können viele Tausende von Teilnehmern von einem System mit nur mehreren hundert Frequenzen bedient werden.
In den Vereinigten Staaten haben zum Beispiel Bundesbehören zellularen Kommunikationen einen Block des UHF- Frequenzspektrums zugeordnet, welches weiter in Paare mit schmalen Frequenzbändern aufgeteilt ist, die als Kanäle bezeichnet werden. Eine Kanalpaarung ergibt sich aus der Frequenzduplexanordnung, bei der die Sende- und Empfangsfrequenzen in jedem Paar um 45 MHz versetzt sind. Gegenwärtig gibt es 832, 30Hz breite Funkkanäle, die zellularen Mobilkommunikationen in den Vereinigten Staaten zugeordnet sind. Um die Kapazitätsbeschränkungen dieses analogen Systems anzusprechen, ist ein digitaler Übertragungsstandard bereitgestellt worden, der als IS-54B bezeichnet wird und bei dem diese Frequenzkanäle weiter in drei. Zeitschlitze unterteilt werden.
Wie in Fig. 1 dargestellt, umfasst ein zellulares Kommunikationssystem 20 wie in dem Stand der Technik eine oder mehrere Mobilstationen oder Einheiten 21, eine oder mehrere Basisstationen und eine Mobiltelefon- Vermittlungsstelle (MTSO) 25. Obwohl nur drei Zellen 36 in Fig. 1 gezeigt sind, kann ein typisches zellulares Netz Hunderte von Basisstationen, Tausende von Mobilstationen und mehr als eine MTSO (Mobile Telefone Switching Office) umfassen. Jeder Zelle wird einer oder mehrere speziell dafür vorgesehene Steuerkanäle und ein oder mehrere Sprachkanäle zugeordnet. Eine typische Zelle kann zum Beispiel einen Steuerkanal und 21 Sprach/Daten- oder Verkehrs-Kanäle aufweisen. Der Steuerkanal ist ein speziell vorgesehener Kanal, der zum Übertragen von Zellenidentifikations- und Ausrufungs-Information verwendet wird. Die Verkehrskanäle führen die Sprach- und Dateninformation.
Die MTSO 25 ist das zentrale Koordinationselement des gesamten zellularen Netzes 20. Sie umfasst typischerweise einen zellularen Prozessor 28, eine zellulare Vermittlung 29 und stellt auch die Schnittstelle zu dem öffentlichen Telefonvermittlungsnetz (PSTN) 30 bereit. Durch das zellulare Netz 20 kann zwischen zwei Mobilstationen 21 oder zwischen einer Mobilstation 21 und einem Landleitungs-Telefonbenutzer 33 eine Duplex-Funkkommunikationsstrecke 32 bewirkt werden. Die Funktion der Basisstation 23 besteht gewöhnlicherweise darin, die Funkkommunikation mit der Mobilstation 21 zu behandeln. In dieser Kapazität arbeitet die Basisstation 23 hauptsächlich als eine Übergabestation (Relaisstation) für Daten- und Sprachsignale. Die Basisstation 23 überwacht auch die Qualität der Strecke 32 und überwacht die empfangene Signalstärke von der Mobilstation 21.
Eine typische Basisstation 23 wie in dem Stand der Technik ist schematisch in Fig. 2 dargestellt, die als ein Beispiel die Funktionskomponenten eines Modells mit der Nummer RBS 882 zeigt, das von Ericsson Telecom AB, Stockholm, Schweden, für das CMS 8800 zellulare Mobiltelefonsystem hergestellt wird. Eine vollständige Beschreibung dieses analogen zellularen Netzes ist von der Ericsson Telecom AB in einer Veröffentlichung mit der Nummer EN/LZT 101 908 R2B bereitgestellt.
Als ein nunmehr üblicher Anblick entlang vieler Autobahnen umfasst die Basisstation 23 eine Steuereinheit 34 und einen Antennenturm 35. Die Steuereinheit 34 umfasst die Basisstations-Elektronik und ist gewöhnlicherweise in einem stoßfesten Gehäuse an der oder in der Nähe von der Basis des Turms positioniert. Innerhalb dieses Gehäuses sind die Funksteuerungsgruppe 37 oder RCG (Radio Control Group), eine Vermittlungsfunkschnittstelle (Exchange Radio Interface, ERI) 38 und eine primäre Energieversorgung 41 zum Umwandeln von elektrischer Energie von dem AC-Netz in Energie für die einzelnen Komponenten innerhalb der Basisstation 23 und eine Reserveenergieversorgung 42 vorgesehen.
Die ERI 38 stellt Signale zwischen der MTSO 25 und der Basisstation 23 bereit. Die ERI 38 empfängt Daten von der RCG 37 und transferiert diese an die MTSO 25 auf einer speziell vorgesehenen MTSO-BS-Strecke 45. In der umgekehrten Richtung empfängt die ERI 38 Daten von der MTSO 25 und sendet diese an die RCG für eine nachfolgende Übertragung an eine Mobilstation 21.
Die Funksteuerungsgruppe 37 umfasst die elektronischen Geräte, die zum Bewirken von Funkkommunikationen erforderlich sind. Ein Funktionsblookdiagramm einer RCG 37 wie im Stand der Technik ist in Fig. 3 gezeigt. Die gezeigte Konfiguration stellt ein Steuerkanal-Sende/Empfangs-Modul (TRM) 51, eine Anzahl von Sprachkanal-TRMs und einen Signalstärkeempfänger 53 dar, so wie dies eine typische Konfiguration ist, die zum Bedienen einer Zelle oder eines Sektors einer Zelle benötigt wird. Jedes TRM 51, 52 umfasst einen jeweiligen Sender 54, einen Empfänger 55 und eine Steuereinheit 57. Die TRMs 51 und 52 sind typischerweise nicht Frequenz-agil und arbeiten anstelle davon auf nur einem vorgegebenen Kanal. Steuersignale von der ERI 38 werden von den einzelnen Steuereinheiten 57 empfangen. Sprach- und Datenverkehrssignale werden über einer getrennte Schnittstelle ERI 38 gelenkt.
Jeder einzelne Sender 54 für eine Steuerung und für Sprache ist mit einem Sendekombinierer 58 verbunden. Der Sendekombinierer kombiniert sämtliche Eingangssignale auf einen einzelnen Ausgang, der durch ein koaxiales Kabel 62 mit der Sendeantenne 63 gekoppelt ist. Durch die Verwendung des Kombinierers 58 können typischerweise bis zum 16 Sender 54 mit einer gemeinsamen Sendeantenne 63 verbunden werden. Der Kombinierer 58 wird verwendet, weil oft viel Platz auf den Masten und Türmen vorhanden ist, die zum Halten der Antennen verwendet werden. In einem extremen Fall kann gefordert werden, dass ein Mast über hundert Funkkanäle unterstützt.
Auf der Empfangsseite ist jede der zwei Empfangsantennen 65 mit einem jeweiligen Empfangskombinierer 66A, 66B gekoppelt, wo die Signale, die empfangen werden, in Übereinstimmung mit der frequenz getrennt und an die einzelnen Empfänger 55 in jedem der TRMs 51, 52 weitergeleitet werden. Die zwei Empfangsantennen 65 sind typischerweise 3 bis 5 Meter von dem Turm beabstandet, so dass sie Signale mit nicht korrelierten Schwundmustern empfangen können, um dadurch einen Raum- Diversity-Empfang bereitzustellen. Es gibt viele herkömmliche Techniken für eine Vorerfassungs- und Nacherfassungs- Diversity, die zum Beispiel im Kapitel 10 des Buchs mit dem Titel "Mobile Communications Engineering", Von William C.Y. Lee, veröffentlicht von McGraw-Hill, 1992 beschrieben sind.
Ein sichtbares Merkmal einer typischen Basisstation 23 ist der Antennenturm 35. Um ein angemessenes Abdeckungsgebiet zu erzielen, werden die Antennen 63, 65 bevorzugtineinem gewissen Abstand über dem Boden installiert. Wenn man nun zusätzlich die herkömmliche schematische Aufsichtillustration der Fig. 4B betrachtet, befinden sich in ländlichen Gebieten die Türme 35 gewöhnlicherweise in der Mitte einer Zelle 36, wodurch eine Rundstrahlabdeckung bereitgestellt wird. In einer Rundstrahlzelle wird, werden der Steuerkanal (die Steuerkanäle) und der aktive Sprachkanal (die aktiven- Sprachkanäle) in sämtlichen Gebieten der Zelle - gewöhnlicherweise von einer einzelnen Antenne - ausgesendet. Wenn Basisstationen 23 dichter angeordnet sind, kann ein sektoriertes Antennensystem wie im Stand der Technik verwendet werden und wird durch das schematische Diagramm der Fig. 4B gezeigt. Eine Sektorierung erfordert Richtantennen 70, die zum Beispiel ein Abstrahlmuster mit 120º aufweisen, wie in Fig. 4B dargestellt. Jeder Sektor 71 ist selbst eine Zelle mit seinem eigenen Steuerkanal (seinen eigenen Steuerkanalen) und Verkehrskanal (Verkehrskanäle). Es sei darauf hingewiesen, dass "Kanal" sich auf eine spezifische Trägerfrequenz in einem analogen System oder auf eine spezifische Träger/Schlitz-Kombination in einem hybriden TDMA/FDMA-System wie IS-54 und GSM beziehen kann.
Fig. 5A zeigt ein typisches Antennensystem wie in dem Stand der Technik und wie voranstehend diskutiert. Fig. 5B zeigt zwei Typen von herkömmlichen Antennen, die voranstehend diskutiert worden sind - eine Rundstrahlantenne wie ein Dipol 66 und eine Richtsektorantenne 70, die ferner zum Beispiel einen Reflektor 64 umfasst. Es sei darauf hingewiesen, dass Sende- und Empfangsantennen typischerweise von dem gleichen Typ für eine gegebene Basisstation sind.
Die Verwendung von abtastenden Phasenfeldantennen (Phased Array Antennas) in zellularen Kommunikationssystemen ist vorgeschlagen worden. Zum Beispiel beschreiben Stapleton et a1. in "A Cellular Base Phased Array Antenna System ", Proceedings of the 93rd IEEE VTC, Seiten 93-96 ein zirkulares Feld von Monopol-Abstrahlelementen, um eine Abtastfähigkeit mit 360º bereitzustellen. Die Antenne von Stapleton ist so ausgelegt, dass jedes Abstrahlelement das Potential zum Senden auf jedem Kanal, der der Zelle zugeordnet ist, aufweist.
Es sei darauf hingewiesen, dass passive Mikrostreifenfelder ebenfalls gegenwärtig zur Verwendung mit zellulären Basisstationen verfügbar sind. Zum Beispiel ist der Typ mit der Nummer 1309.41.0009, der von Huber + Suhner AG in Herisau, Schweiz, hergestellt wird, eine linear polarisierte Flachplatten-Passivantenne mit sieben Elementen und mit einem geformten Elevationsstrahl zur Verwendung in zellularen Basisstationen. Dieses Feld kann die typische Dipolantenne ersetzen und eignet sich mehr für Stellen auf den Seiten von Gebäuden oder anderen flachen Oberflächen. In der Anmeldungsnote 20.3, die von Huber + Suhner veröffentlicht wird, wird gezeigt, dass eine Abdeckung über ein großes Gebiet über die Verwendung von Leistungsteilern erhalten werden kann, wodurch Abschnitte der Signale auf sieben einzelne Platten umgeleitet werden.
Das U.S. Patent Nr. 5.299.198 von Kay et al. mit dem Titel "Method and Apparatus For Exploitation Of Voice Inactivity To Increase The Capacity Of A Time Division Multiple Access Radio Communications System" diskutiert ein Mobiltelefonsystem, welches mehrere Sprachverkehrskanäle auf einen einzelnen Träger unter Verwendung eines TDMA-Protokolls multiplexiert. Die Kapazität des Mobiltelefonsystems wird erhöht, indem eine Sprachverkehrskapazität nicht auf einer Konversationsbasis, sondern auf einer Sprach-Spurt-Basis zugewiesen wird.
Trotz der voranstehend erwähnten zellularen Basisstationen besteht weiterhin eine Nachfrage in dem technischen Gebiet nach Basisstationen mit verbesserten zellularen Kommunikationskapazitäten und verringerten Kosten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist eine Basisstation mit einer Antenne, die weniger Kanäle bei einer höheren Leistung und mehrere Kanäle bei einer geringeren Leistung während jedes TDMA-Zeitschlitzes wenden kann, was eine dynamische Zuordnung von Antennenressourcen in Übereinstimmung mit dem Bereich, der Anzahl und der Orte von aktiven Mobilstationen erlaubt. Insbesondere kann die Antenne ein Hochleistungs- Zellularfunksignal während eines ersten TDMA-Zeitschlitzes, zwei Mittelleistungs-Zellularfunksignale während eines zweiten TDMA-Zeitschlitzes und vier Niederleistungs- Zellularfunksignale während eines dritten TDMA-Zeitschlitzes senden. Demzufolge kann die Basisstation das Hochleistungs- Zellularfunksignal an eine Mobilfunkstation in der Nähe der Grenze des Sendeabdeckungsgebiets senden, die zwei Zellularfunksignale mit einer mittleren Leistung an zwei Mobilstationen in mittleren Abständen von der Basisstation senden, und die vier zellularen Funksignale mit niedriger Leistung an vier mobile Stationen senden, die sich relativ nahe zu der Basisstation befinden. Die ersten, zweiten und dritten Zeitschlitze, die bei jeweils einer hohen, mittleren und niedrigen Leistung verwendet werden, können auf die Verteilung von Mobilstationen zugeschnitten werden.
Die Antenne kann die zellularen Funksignale mit der hohen, mittleren und niedrigen Leistung unter Verwendung von verfügbaren zellularen Frequenzen senken. Zum Beispiel kann das zellulare Funksignal mit hoher Leistung über eine Frequenz f&sub1; gesendet werden, die zwei zellularen Funksignale mit mittleren Leistungen können über Frequenzen f&sub1; und f&sub2; gesendet werden, und die vier zellularen Funksignale mit niedriger Leistung können unter Verwendung von Frequenzen f&sub1;, f&sub2;, f&sub3; und f&sub4; gesendet werden. Diese Zuordnung von Frequenzen in einer ersten Basisstation ermöglicht die Verwendung der gleichen vier Frequenzen in einer benachbarten Basisstation. Zum Beispiel kann an der zweiten Basisstation das zellulare Funksignal mit hoher Leistung unter Verwendung der Frequenz f&sub4; übertragen werden, die zwei zellularen Funksignale mit mittlerer Leistung können unter Verwendung der Frequenzen f&sub3; und f&sub4; gesendet werden und die vier zellularen Funksignale mit niedriger Leistung können unter Verwendung der Frequenzen f&sub1;, f&sub2;, f&sub3; und f&sub4; gesendet werden. Die Möglichkeit einer Störung zwischen zwei Basisstationen wird verringert, weil die Funksignale mit hoher und mittlerer Leistung für jede Antenne auf verschiedenen Frequenzen arbeiten. Die einzige Duplizierung von Frequenzen tritt im Hinblick auf die zellularen Funksignale mit niedriger Leistung auf, die Abdeckungsgebiete von benachbarten Basisstationen nicht überlappen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Zeitteilungs-Vielfach-Zugriff-(Time Division Multiple Access-)Basisstation zum Kommunizieren mit einer Vielzahl von Mobilstationen in einem zellularen Kommunikationssystem unter Verwendung einer Vielzahl von Zeitteilungs-Vielfachzugriff- Zeitschlitzen eine Antenne, die ein Feld von Sendeantennenelementen und eine Funkfrequenz- Vermittlungsstelle umfasst. Der Modulator erzeugt ein erstes zellulares Funksignal für eine Übertragung während eines ersten Zeitteilungs-Vielfachzugriff-Zeitschlitzes sowie zweite und dritte zellulare Funksignale für eine gleichzeitige Übertragung während eines zweiten Zeitteilungs- Vielfachzugriff-Zeitschlitzes. Zusätzlich werden die zweiten und dritten zellularen Sendekanäle auf verschiedenen Frequenzen erzeugt. Die Funkfrequenz-Vermittlungsstelle koppelt das erste zellulare Funksignal an eine erste Vielzahl von Sendeantennenelementen während des ersten Zeitteilungs- Vielfachzugriff-Zeitschlitzes und koppelt dann die zweiten und dritten zellularen Funksignale an die jeweilige zweiten und dritte Vielzahlen von Sendeantennenelementen während des zweiten Zeitteilungs-Vielfachzugriff-Zeitschlitzes. Demzufolge kann die Basisstation verschiedene Anzahlen von zellularen Funksignalen während verschiedener Zeitteilungs- Vielfachzugriff-Zeitschlitzen übertragen, während jedes Antennenelement eine Abstrahlung von Energie nur bei einer einzelnen Frequenz fortsetzt. Dies erleichtert die Konstruktion von aktiven Sendeelementen unter Verwendung von effizienten Klasse-C-Leistungsverstärkern, die nur eine einzelne Frequenz zu einer Zeit verstärken, ohne eine unerwünschte Intermodulation zu verursachen.
Vorzugsweise umfassen die zweiten und dritten Vielzahlen von Sendeantennenelementen jeweilige Untersätze der ersten Vielzahl von Sendeantennenelementen, so dass das erste zellulare Funksignal bei einer höheren Leistung als die zweiten und dritten zellularen Funksignale gesendet werden. Demzufolge kann ein zellulares Funksignal während eines Zeitteilungs-Vielfachzugriff-Zeitschlitzes gesendet werden, während zellulare Funksignale mit einer niedrigeren Leistung gleichzeitig während eines anderen Zeitteilungs- Vielfachzugriff-Zeitschlitzes gesendet werden können. Diese Leistungszuordnung kann durch eine Antenne erreicht werden, bei der jedes Sendeantennenelement ein Fleckenantennenelement (Patch-Antennen-Element) ist, welches vorzugsweise mit einem jeweiligen Klasse-C-Sendeverstärker verbunden ist. Demzufolge kann ein zellulares Funksignal mit hoher Leistung durch Verwenden von sämtlichen Patch-Antennen-Elementen gleichzeitig gesendet werden und zellulare Funksignale mit niedrigerer Leistung können durch Verwenden nur eines Abschnitts der aktiven Patch-Antennen-Elemente gesendet werden. Mehrere Mobilstationen empfangen somit einen Dienst auf der gleichen Frequenz während unterschiedlicher Zeitteilungs-Vielfachzugriff-Zeitschlitze. Ferner können mehrere Mobilstationen einen Dienst auf unterschiedlichen Frequenzen während des gleichen Zeitteilungs- Vielfachzugriffs-Schlitzes empfangen.
Zusätzlich kann die Basisstation vierte, fünfte, sechste und siebte zellulare Funksignale auf verschiedenen Frequenzen für eine Übertragung während eines dritten Zeitteilungs- Vielfachzugriff-Zeitschlitzes erzeugen. Die Funkfrequenzvermittlungsstelle koppelt die vierten, fünften, sechsten und siebten zellularen Funksignale an die jeweilige vierte, fünfte, sechste und siebte Vielzahl von Sendeantennenelementen während eines dritten Zeitteilungs- Vielfachzugriff-Zeitschlitzes. Demzufolge kann jedes der vierten bis siebten zellularen Funksignale bei einer niedrigeren Leistung als jedes der ersten bis dritten zellularen Funksignale gesendet werden.
Die Antenne definiert vorzugsweise ein erstes Sendeabdeckungsgebiet, über dem die ersten, zweiten und dritten zellularen Sendekanäle gesendet werden. Zusätzlich kann die Basisstation eine zweite Antenne umfassen, die ein zweites Sendeabdeckungsgebiet definiert, welches wenigstens mit einem Abschnitt des ersten Sendeabdeckungsgebiets überlappt. Die zweite Antenne sendet ein Aussendesteuersignal über eine vorgegebene Frequenz während eines vorgegebenen Zeitteilungs-Vielfachzugriff-Zeitschlitzes. Ferner wird Energie von der zweiten Antenne über die vorgegebene Frequenz während jedes Zeitteilungs-Vielfachzugriff-Zeitschlitzes bei einem vorgegebenen Leistungspegel gesendet. Demzufolge kann die Basisstation ein Aussendesteuersignal senden, welches mit dem GSM-Standardprotokoll übereinstimmt, was erfordert, dass das Steuersignal über eine Frequenz mit einer konstanten Leistung in sämtlichen Zeitschlitzen gesendet wird.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Basisstation eine Antenne, die ein Feld von Sendeantennenelementen, eine Hochleistungs-Sendeeinrichtung und eine Niederleistungs-Sendeeinrichtung umfasst. Die Hochleistungs-Sendeeinrichtung sendet ein Hochleistungs- Zellularfunksignal von einer ersten Vielzahl der Sendeelemente während eines ersten Zeitteilungs- Vielfachzugriff-Zeitschlitzes. Die Niederleistungs- Sendeeinrichtung sendet ein Niederleistung-Zellularfunksignal von einer zweiten Vielzahl der Sendeantennenelemente während eines zweiten Zeitteilungs-Vielfachzugriff-Zeitschlitzes. Demzufolge können zellulare Funksignale mit hoher und niedriger Leistung in verschiedene Zeitteilungs- Vielfachzugriff-Zeitschlitze aufgenommen werden. Ferner ist die zweite Vielzahl von Sendeelementen vorzugsweise kleiner als die erste Vielzahl von Sendeelementen, so dass das zellulare Funksignal mit hoher Leistung bei einer höheren Leistung als das zellulare Funksignal mit niedrigerer Leistung gesendet wird. Demzufolge können mehrere zellulare Funksignale mit niedriger Leistung von der Antenne gleichzeitig gesendet werden. Zusätzlich können die zellularen Funksignale mit niedriger Leistung mit einem breiteren vertikalen Strahlmuster als das zellulare Funksignal mit hoher Leistung gesendet werden, um eine bessere Abdeckung für Mobilstationen bereitzustellen, die sich relativ nahe zu der Basisstation befinden, die bei einem negativen Elevationswinkel relativ zu der Antenne sein können.
In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein zellulares System zum Kommunizieren mit einer Vielzahl von Mobilstationen eine erste Basisstation mit einer ersten Antenne und eine zweite Basisstation, die benachbart zu der ersten Basisstation angeordnet ist und eine zweite Antenne aufweist. Die erste Antenne der ersten Basisstation sendet ein erstes zellulares Funksignal bei einer ersten zellularen Frequenz. Die zweite Antenne der zweiten Basisstation sendet ein zweites zellulares Funksignal bei einer zweiten zellularen Frequenz mit einer höheren Leistung und sendet ein drittes zellulares Funksignal bei der ersten zellularen Frequenz bei niedriger Leistung, um eine Störung zwischen den ersten und dritten zellularen Funksignalen zu verringern, ohne die erste Frequenz an beiden Basisstationen erneut zu verwenden. Insbesondere kann die erste Antenne ein erstes Sendeabdeckungsgebiet definieren, über dem das zellulare Funksignal gesendet wird, und die zweite Antenne kann ein zweites Sendeabdeckungsgebiet definieren, über dem das zweite zellulare Funksignal gesendet wird. Die zweite Antenne definiert auch ein drittes Sendeabdeckungsgebiet, über dem das dritte zellulare Funksignal gesendet wird, und die ersten und zweiten Sendeabdeckungsgebiete überlappen sich, während sich die ersten und dritten Sendeabdeckungsgebiete nicht überlappen. Demzufolge können benachbarte zellulare Basisstationen gemeinsame Sendefrequenzen während der gleichen TDMA- Zeitschlitze ohne eine signifikante Störung zwischen den beiden gemeinsam verwenden.
Wie voranstehend diskutiert, ermöglicht die vorliegende Erfindung die Übertragung von wenigeren zellularen Funksignalen bei einer höheren Leistung oder eine größere Anzahl von zellularen Funkstationen bei einer niedrigeren Leistung während eines einzelnen Zeitteilungs- Vielfachzugriff-Zeitschlitzes, Demzufolge können Leistungs- und Kapazitäts-Einschränkungen für jeden Zeitteilungs- Vielfachzugriff-Zeitschlitz auf Grundlage der Anzahl und der Orte von aktiven Mobilstationen in dem Sendeabdeckungsgebiet für eine Basisstation bereitgestellt werden. D. h., eine geringere Anzahl von zellularen Funksignalen mit einer höheren Leistung kann verwendet werden, um an Mobilstationen in einem größeren Abstand von der Basisstation während eines Zeitteilungs-Vielfachzugriff-Zeitschlitzes zu senden, während eine größere Anzahl von weniger leistungsfähigen zellularen Funksignalen verwendet werden können, um an mehrere Mobilstationen in einem kürzeren Abstand von der Basisstation während eines zweiten Zeitteilungs-Vielfachzugriff- Zeitschlitzes zu senden.
Zusätzlich ermöglicht die Zuordnung von zellularen Funksignalen nach der Frequenz und der Leistung bei einer ersten Basisstation die Duplizierung der gleichen Frequenzen in einer benachbarten Basisstation, ohne eine signifikante Störung zwischen den beiden zu verursachen, indem eine Anordnung derart getroffen wird, dass die gleichen Frequenzen nicht bei einer hohen Leistung gleichzeitig gesendet werden. Ferner ermöglicht die Verwendung von Patch-Antennen- Elementen, die in Felder (Arrays) unterteilt werden können, dass die Erfindung bei relativ geringen Kosten implementiert wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm, das die grundlegenden Komponenten eines Zellularkommunikationssystems wie in dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm, das die funktionellen Komponenten einer zellularen Kommunikationsbasisstation wie in dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm, welches die funktionalen Elemente einer Funksteuerungsgruppe (Radio Control Group) einer Basisstation wie in dem Stand der Technik darstellt;
Fig. 4A eine schematische Aufsicht, die ein Rundstrahl- Zellularmuster wie in dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 4B eine schematische Aufsicht, die ein sektoriertes zellulares Muster wie in dem Stand der Technik darstellt;
Fig. 5A eine schematische Seitenansicht, die ein typisches zellulares Antennensystem wie in dem Stand der Technik darstellt;
Fig. 5B eine schematische Seitenansicht, die eine Rundstrahlantenne und eine Sektorantenne wie in dem Sand der Technik zeigt;
Fig. 6 eine Aufsicht auf eine Basisstation mit einer Vielzahl von Antennen gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine Ansicht von oben auf die Basisstation der Fig. 6;
Fig. 8 eine ausgeschnittene Ansicht einer Antenne mit einer Vielzahl von Patch-Antennen-Elementen auf einem länglichen Substrat gemäß Fig. 7;
Fig. 9 eine schematische Ansicht einer Antenne gemäß Fig. 8;
Fig. 10 eine vordere perspektivische Ansicht eines einzelnen Patch-Antennen-Elements auf einem länglichen Substrat gemäß Fig. 8;
Fig. 11 eine rückwärtige perspektivische Ansicht eines einzelnen Patch-Antennen-Elements auf einem länglichen Substrat gemäß Fig. 8;
Fig. 12 ein Diagramm einer Zuordnung von Kanälen nach der Frequenz über Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA-) Zeitschlitzen;
Fig. 13 eine Aufsicht eines Abschnitts der Basisstation in Fig. 6, die eine Antenne und die jeweiligen Sendeabdeckungsgebiete, die zu verschiedenen Sendeleistungen gehören, darstellt;
Fig. 14 eine Seitenansicht der Sendeabdeckungsgebiete der Fig. 13;
Fig. 15 eine Aufsicht auf einen Abschnitt der Basisstation der Fig. 6, die zwei benachbarte Antennen und die jeweiligen Sendeabdeckungsgebiete zeigt; und
Fig. 16 eine Aufsicht auf zwei benachbarte Basisstationen gemäß der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung wird nun vollständiger nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielerlei anderen Ausbildungen umgesetzt werden und sollte nicht so betrachtet werden, als ob sie auf die hier aufgeführten Ausführungsformen beschränkt ist. Anstelle davon sind diese Ausführungsformen vorgesehen, so dass diese Offenbarung gründlich und vollständig sein wird und den Umfang der Erfindung einem Durchschnittsfachmann vollständig vermitteln wird. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente überall.
Bezug nehmend zunächst auf die Fig. 6 und 7 wird eine Basisstation 300, die eine Vielzahl von Antennen 322a-f umfasst, beschrieben. Die Antennen sind in einem zylindrischen Muster angeordnet, um Signale bei jeder Richtung zu senden. Jede der sechs Antennen definiert vorzugsweise ein Sendeabdeckungsgebiet, welches sich von der Basisstation in der Größenordnung von 120º im Azimuth heraus erstreckt. Demzufolge können die sechs Antennen um die Basisstation herum bei 60º-Intervallen gleichmäßig beabstandet sein, so dass benachbarte Antennen überlappende Sendeabdeckungsgebiete definieren. Ferner ist die Basisstation vorzugsweise ein Zeitteilungs-Vielfachzugriff- (Time Division Multiple Acxcess, TDMA-)Basisstation, bei der jede Antenne mehrere zellulare Funksignale über eine Frequenz senden kann, die in Zeitschlitze aufgeteilt ist. Mit anderen Worten, jedes zellulare Funksignal wird über einen getrennten Kommunikationskanal gesendet, der durch einen Zeitschlitz und eine Frequenz definiert ist.
Zusätzlich sind die sechs Antennen auf der Basisstation vorzugsweise in zwei Gruppen aufgeteilt. Die erste Gruppe umfasst Antennen 322a, 322c und 322e und jede der Antennen kann ein zellulares Funksignal bei einer Frequenz bei hoher Leistung senden, zwei zellulare Funksignale bei zwei Frequenzen einer mittleren Leistung senden, oder vier zellulare Funksignale bei vier Frequenzen bei niedriger Leistung während irgendeines Zeitteilungs-Vielfachzugriff- (TDMA-)Zeitschlitz senden. Demzufolge kann eine einzelne von diesen Antennen ein zellulares Funksignal bei hoher Leistung an eine zellulare Mobilstation in der Nähe der Grenze des Sendeabdeckungsgebiets während eines TDMA-Zeitschlitzes senden, zwei Kanäle bei einer mittlere Leistung an zwei zellulare Mobilstationen, die sich in einem mittleren Abstand von der Antenne befinden, während eines zweiten TDMA- Zeitschlitzes senden, und vier Kanäle bei einer niedrigen Leistung an vier zellulare Mobilstationen, die sich relativ nahe zu der Antenne befinden, während eines dritten TDMA- Zeitschlitzes senden. Die Basisstation kann dadurch dynamisch Frequenzen und einen Leistungs-TDMA-Zeitschlitz durch einen TDMA-Zeitschlitz in Übereinstimmung mit der Anzahl von aktiven Mobilzellularstationen innerhalb des Sendeabdeckungsgebiets und dem Abstand von diesen aktiven Mobilstationen von der Basisstation zuordnen. Durch Zuordnen von vier Frequenzen zu jeder dieser Antennen kann ferner die Basisstation Frequenzen und Leistungspegel über dem gesamten Sendeabdeckungsgebiet für die Basisstation zuordnen. Die vier Frequenzen, die von jeder Antenne verwendet werden, können auch von TDMA-Rahmen zu TDMA-Rahmen in Übereinstimmung mit einem Frequenzsprungalgorithmus, der von den GSM-Standards definiert wird, verändert werden.
Das zweite Antennenfeld umfasst Antennen 322b, 322d und 322f, und jede von diesen Antennen kann eine einzelne Frequenz bei hoher Leistung während jedes TDMA-Zeitschlitzes senden. Vorzugsweise ist einer der TDMA-Zeitschlitze für jede von diesem Antennen einem Aussendesteuersignal speziell zugewiesen, und Energie wird immer in jedem der anderen Zeitschlitze bei der gleichen hohen Leistung gesendet, wodurch ermöglicht wird, dass das Aussendesteuersignal schneller identifiziert werden kann, wenn eine zellulare Mobilstation zuerst das jeweilige Empfangsabdeckungsgebiet betritt. Durch gleichmäßiges Beabstanden der Antennen in dem zweiten Feld um die Basisstation herum kann ein Aussendesteuersignal (Broadcast-Steuersignal) von einer zellularen Mobilstation irgendwo innerhalb des Sendeabdeckungsgebiets der Basisstation empfangen werden. Insbesondere unterstützt diese Anordnung die Aussendung eines Aussendesteuersignals auf einer festen Frequenz mit einem konstanten Energiepegel, wie von dem GSM-Standardprotokoll gefordert. Somit kann eine Basisstation gemäß der Erfindung Kanäle sowohl mit einem Frequenzsprung als auch ohne einen Sprung unterstützen.
Jede der Antennen 322a-f umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von Sendeantennenelementen zum Senden von Signalen, die eine vorgegebene Rotationspolarisation aufweisen können. Diese Antennenelemente sind in einem vorgegebenen Muster angeordnet, um jeweilige Sendeabdeckungsgebiete für jede von diesen Antennen zu definieren. Die Antennenelemente können zirkulare Patch-Antennen-Elemente (wie in den Fig. 8 und 9 dargestellt) oder gekreuzte Dipole sein, wie dies ein Durchschnittsfachmann sofort verstehen würde. Zusätzlich können diese Antennenelemente gleichzeitig als Empfangsantennenelemente dienen. Eine Antennenanbringungseinrichtung, wie der dargestellte Antennenmast 318, ist vorzugsweise zum Anbringen der Antennen vorgesehen, so dass die benachbarten Empfangsabdeckungsgebiete, die von benachbarten Antennen definiert werden, sich nicht überlappen.
Ein weggeschnittener Abschnitt einer einzelnen Antenne 322 ist in Fig. 8 gezeigt. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Antenne eine Vielzahl von Antennenelementen 224, eine gedruckte Schaltungsplatine, beispielsweise Patch- Antennen-Elemente. Die Patch-Antennen-Elemente 224 sind auf einem länglichen Substrat 226 wie einer gedruckten Schaltungsplatine vorgesehen, und diese Patch-Antennen- Elemente können als Sende- und Empfangselemente gleichzeitig verwendet werden. Das längliche Substrat kann auch mit anderen Komponenten versehen werden, wie Eingangsverstärker 228, einem Sendefilter 230a, einem Ausgangs- oder Empfangs- Empfänger mit niedrigem Rauschen ("LNA") 231, und einem Ausgangsfilter 232b oder Empfangsfilter 232a, wie schematisch in Fig. 9 dargestellt. Wie weiter in Fig. 8 dargestellt, ist das längliche Substrat 226 mit Patch-Antennen 224 vorzugsweise in einem Funktransparenten röhrenförmigen Gehäuse 234 eingeschlossen. Ein Anbringungsbügel 236 kann verwendet werden, um die Antenne an dem Basisstationsmast anzubringen und das Kabel 220 kann verwendet werden, um die Antenne 322 mit zellularen Empfängern zu verbinden. Zusätzlich kann ein Temperatursensor und ein Erwärmer in dem Gehäuse für kältere Klimazonen enthalten sein.
Wie schematisch in Fig. 9 dargestellt, verteilt eine Funkfrequenz-(RF-)Schaltmatrix 314 Sendesignale an die Sendeleistungsverstärker 228. Wie ein Durchschnittsfachmann sofort verstehen wird, sind die Sendeverstärker vorzugsweise Leistungsverstärker mit einem einzelnen Träger (SCPAs) (wie Klasse-C-Leistungsverstärker) zum Verstärken des Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA-)Signals. Für den Fall, das SCPAs verwendet werden, wird ein Signal in Richtung auf eine einzelne Hauptrichtung auf einer einzelne Frequenz hin gerichtet. In der Empfangsrichtung ist jedoch der Empfangsverstärker 231 mit niedrigem Rauschen vorzugsweise immer in der Lage, Signale auf mehreren Frequenzen zu empfangen und zu verstärken. Jedes Antennenelement 224 ist auch über die Kopplungsschaltung 238, die eine Kopplungsleitung 239 einschließt, mit einem gemeinsamen Empfangsfilter 232a und einem Empfangsverstärker 231 mit geringem Rauschen gekoppelt.
Die RF-Schaltmatrix 319 weist Eingänge für vier Sendesignale auf, wobei jedes Sendesignal eine getrennte zellulare Frequenz f&sub1;-f&sub4; aufweist, und jeder Sendeverstärker 228 steuert jeweilige Sendeantennenelemente 224 an. Die RF- Schaltmatrix 319 kann ein Sendesignal bei einer zellularen Frequenz f&sub1; an sämtliche Sendeverstärker 228 während eines TDMA-Zeitschlitzes zum Senden eines zellularen Funksignals bei einer höheren Leistung (Modus 1 Betrieb) anlegen. Die RF- Schaltmatrix kann dann ein Sendesignal bei einer zellularen Frequenz f&sub1; an vier der Sendeverstärker anlegen, während ein zweites Sendesignal bei einer zweiten zellularen Frequenz f&sub2; an die übrigen vier Sendeverstärker während eines zweiten TDMA-Zeitschlitzes angelegt wird, um zwei zellulare Funksignale bei mittlerer Leistung zu senden (Modus 2 Betrieb). Die RF-Schaltmatrix kann dann vier Sendesignale mit jeweiligen zellularen Frequenzen f&sub1;-f&sub4; an zwei jeweilige Sendeverstärker jeweils während eines dritten TDMA- Zeitschlitzes anlegen, um vier zellulare Funksignale bei niedriger Leistung zu senden (Modus 3 Betrieb).
Im Allgemeinen kann die RF-Vermittlungsstelle durch zwei binäre Bits gesteuert werden, die für jeden Ausgang bestimmen, welches der vier Eingangssignale an diesen Ausgang weitergegeben werden wird. 8 Bits werden somit benötigt, um sämtliche vier Ausgänge zu steuern. Ein 8-Bit Byte bestimmt die Feldkonfiguration für jeden Zeitschlitz, so dass 8 8-Bit Bytes die Konfiguration während eines TDMA-Rahmens bestimmen. Diese Information kann in einem Speicher in der Schaltstelle gespeichert werden und kann zyklisch synchron zu dem TDMA- Rahmen zurückgewonnen werden und durch eine Steuereinrichtung 321 nur dann geändert werden, wenn die Zuordnung von Feldelementen zu Zeitschlitzen und Frequenzen geändert werden soll.
Eine Steuereinrichtung 321, die betriebsmäßig mit der RF- Schaltmatrix verbunden ist, bestimmt für jeden TDMA- Zeitschlitz die Anzahl von zellularen Funksignalen, die gesendet werden sollen, die Frequenzen, bei denen die zellularen Funksignale gesendet werden sollen, und die Leistung für jedes zellulare Funksignal auf Grundlage der Anzahl und des Orts von aktiven zellularen Mobilstationen in dem Empfangsabdeckungsgebiet der Antenne. Nach Bestimmen der Zuordnung von Signalen für einen TDMA-Zeitschlitz erzeugt die Steuereinrichtung vorzugsweise einen digitalen Steuercode, der anzeigt, welche Eingänge an der RF-Schaltmatrix an welche Sendeverstärker angelegt werden sollen. Der digitale Code wird an die RF-Schaltstelle für jeden TDMA-Zeitschlitz angelegt. Beispielsweise kann der digitale Code ein Steuerbyte mit 8 Bit sein, das ausreicht, um jede der möglichen Kombinationen von RF-Schalteingang und Sendeverstärker zu definieren. Wie ein Durchschnittsfachmann verstehen wird, kann die Steuereinrichtung 321 als ein Spezialzweck-Computer, ein Allzweck-Computer mit einer Software für einen speziellen Zweck, einer Hardware für einen speziellen Zweck oder Kombinationen davon implementiert werden.
Ein Modulator 323 kodiert eine zellulare digitale Information auf jeder der zellularen Frequenzen, die während jedes TDMA- Zeitschlitzes verwendet werden. Wie voranstehend diskutiert, bestimmt die Steuereinrichtung 321 die Anzahl von Kanälen, die für jeden TDMA-Zeitschlitz benötigt werden, sowie die Frequenz und die Leistung für jeden Kanal und bei jedem Zeitschlitz auf Grundlage der Anzahl und der Orte von aktiven mobilen zellularen Stationen in dem jeweiligen Sendeabdeckungsgebiet. Demzufolge wird Information von der Steuereinrichtung an den Modulator 323 für jeden TDMA- Zeitschlitz gesendet, die den Modulator 323 darüber anweist, welche Frequenzen mit welchem Sendesignal kodiert werden sollen, wodurch die zellularen Kommunikationssendekanäle für jeden Zeitschlitz zugeordnet werden.
Die Sendeverstärker 228 können Ausgänge mit einem Breitbandrauschen bei mit dem Empfangsfrequenzband überlappenden Frequenzen erzeugen, die von einer ausreichenden Größe sind, um die Rauschzahl des Empfangsverstärkers 231 mit niedrigem Rauschen zu verschlechtern. Demzufolge kann ein Sendefilter 230a und Empfangsfilter 232a wie dargestellt verwendet werden. Das Empfangsfilter 232a kann ein Bandpassfilter sein, welches zum Durchlassen des Empfangsfrequenzbands und zum Dämpfen von Sendefrequenzsignalen abgestimmt ist, während das Sendefilter 230a ein Bandsperrenfilter sein kann, um eine Übertragung in dem Empfangsfrequenzband zu dämpfen und das Sendefrequenzband durchzulassen.
Wie sich von Durchschnittsfachleuten unter Bezugnahme auf Fig. 8 entnehmen lässt, ist jede Antenne vorzugsweise getrennt auf einem länglichen Substrat 226 wie einem langen dünnen Modul oder einer gedruckten Schaltungsplatine hergestellt. Antennenelemente auf einer gedruckten Schaltungsplatine, wie Patch-Antennen, können leicht als ein Teil eines derartigen Moduls hergestellt werden, wie sich von Durchschnittsfachleuten leicht ersehen lässt. Wie in den Fig. 10 und 11 gezeigt, kann ein zirkulares Patch-Antennen-Element 224 an zwei Speisepunkten 270 und 272 gespeist und die zwei Speisepunkte mit einem gedruckten Verzweigungsleitungs- Quadraturkoppler 274 verbunden werden, um zwei Speisepunkte 270 und 272 mit einer entgegengesetzten zirkularen oder rotationsmäßigen Polarisation zu versehen. Eine Masseverbindung 276 kann verwendet werden, um das Antennenelement 224 mit einer Masseebene 278 zu verbinden, die zwischen zwei Schichten des länglichen Substrats 226 eingebettet ist. Wie sich von Durchschnittsfachleuten verstehen lässt, können aktive Elemente wie Verstärker und passive Elemente wie Filter ebenfalls auf dem länglichen Substrat angebracht oder konstruiert werden.
Mehrere Antennen können auf einer einzelnen Antennenanbringung angebracht werden. Jede Antenne stellt dadurch eine Richtwirkung in der Azimuth-Ebene sowie einen schmalen Strahl in der vertikalen Ebene bereit, und die Antennen können orientiert werden, um verschiedene Azimuth- Sektoren abzudecken. Dies kann durchgeführt werden, indem verschiedene kollineare Antennen um den Antennenmast herum in der gleichen Höhe, aber in verschiedene Azimuth-Sektoren weisend, oder durch Anbringen von zwei oder mehreren Antennen übereinander, die in die gleichen oder verschiedene Azimuth- Sektoren weisen, angebracht werden. Tatsächlich kann die Azimuth-Richtung der Antenne unabhängig davon eingestellt werden, wo sie angebracht ist, aber es wird bevorzugt, dass die Antennen so ausgerichtet sind, dass keine Störung von den anderen Antennen oder von dem Mast vorhanden ist.
Fig. 12 zeigt die Zuordnung von Frequenzen über TDMA- Zeitschlitze für eine einzelne Antenne in einer Basisstation gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie sich von Durchschnittsfachleuten in dem technischen Gebiet ersehen lässt, kann eine einzelne Frequenz in eine Vielzahl von TDMA- Zeitschlitzen aufgeteilt werden, die eine Vielzahl von Kommunikationskanälen definieren, wodurch die Übertragung einer Vielzahl von zellularen Funksignalen über die einzelne Frequenz ermöglicht wird. Zum Beispiel sieht das GSM- Standardprotokoll vor, dass jede zellulare Frequenz in acht Zeitschlitze t&sub1;-t&sub8; pro TDMA-Rahmen aufgeteilt wird, wobei acht Kommunikationskanäle definiert werden und die Übertragung von acht zellularen Funksignalen über eine Frequenz ermöglicht wird.
In TDMA-Zeitschlitzen 1-5, t&sub1;-t&sub5; der Fig. 12, sendet die Antenne über eine einzelne Frequenz f&sub1; von dem vollständigen Feld der Sendeantennenelemente, wodurch fünf zellulare Funksignale mit hoher Leistung bereitgestellt werden. Diese Hochleistungsübertragung wird hier und in den Figuren als Modus 1 Betrieb bezeichnet, und ein zellulares Funksignal mit hoher Leistung kann pro Zeitschlitz übertragen werden. In dem Modus 1 Betrieb stellt die RF-Schaltstelle 319 (in Fig. 9 gezeigt) das zellulare Funksignal mit eine Frequenz f&sub1; an sämtlichen Sendeantennenelementen 224 durch jeweilige Sendeverstärker 228 während jeweiliger Zeitschlitze bereit.
In TDMA-Zeitschlitzen 6, 7, t&sub6;-t&sub7; der Fig. 12, sendet die Antenne über einer Frequenz f&sub1; von einer Hälfte des Felds von Antennenelementen und über eine andere Frequenz f&sub2; von der anderen Hälfte des Felds von Antennenelementen, wodurch vier zellulare Funksignale mit mittlerer Leistung bereitgestellt werden. Die effektive abgestrahlte Leistung in jeder Richtung kann in diesem Modus um 6 dB verringert werden. Diese Übertragung mit mittlerer Leistung wird hier und in den Figuren als Modus 3 Betrieb bezeichnet und zwei zellulare Funksignale mit mittlerer Leistung können pro TDMA- Zeitschlitz übertragen werden. In dem Modus 2 Betrieb stellt die RF-Schaltstelle 319 (in Fig. 9 gezeigt) die zellularen Funksignale mit Frequenzen f&sub1; und f&sub2; an jeweiligen Hälften des Felds von Sendeantennenelementen 22,4 über jeweilige Sendeverstärker 228 während jeweiliger TDMA-Zeitschlitze bereit.
In dem TDMA-Zeitschlitz 8, t&sub8; der Fig. 12, sendet die Antenne über vier Frequenzen f&sub1;-f&sub4; von jeweiligen Vierteln des Felds von Antennenelementen, wodurch vier zellulare Funksignale mit niedriger Leistung bereitgestellt werden. Diese Übertragung mit niedriger Leistung wird hier und in den Figuren als Modus 3 Betrieb bezeichnet und vier zellulare Funksignale mit niedriger Leistung können pro TDMA-Zeitschlitz übertragen werden. In dem Modus 3 Betrieb stellt die RF-Schaltstelle 319 (in Fig. 9 gezeigt) die zellularen Funksignale mit Frequenzen f&sub1;&submin;f&sub4; an jeweiligen Vierteln des Felds von Sendeantennenelementen 224 über jeweilige Sendeverstärker 228 während jeweiliger TDMA-Zeitschlitze bereit. Andere Moden sind ebenfalls verfügbar, wie eine Aussendung bei einer Frequenz unter Verwendung von 3/4 der Elemente und einer Aussendung mit einer anderen Frequenz unter Verwendung von 1/4 der Elemente.
Die jeweiligen Bereiche einer Übertragung für eine Antenne 322a, die in den Moden 1, 3 arbeitet, sind in Fig. 13 dargestellt. Wie gezeigt, definiert eine Antenne 322a ein 120º Azimuth-Sendeabdeckungsgebiet 340. Demzufolge können drei Antennen, die gleichermaßen um die Basisstation 318 herum beabstandet sind, einen Dreimodus-Betrieb mit einer 360º-Abdeckung bereitstellen. Wie bezüglich Fig. 9 voranstehend diskutiert wurde, kann eine Antenne mit acht Sendeelementen 224 in vier Unterfelder von jeweils zwei Sendeelementen aufgeteilt werden und jedes Sendeelement würde durch einen jeweiligen Sendeverstärker 228 angesteuert. Jeder von diesen Verstärkern kann ein 1-Watt-Verstärker sein. Demzufolge kann ein Signal, welches von sämtlichen Sendeelementen in dem Modus 1 Betrieb gesendet wird, eine Leistung von 8 Watt kombiniert mit einer maximalen Antennenrichtwirkung aufweisen, ein Signal, welches durch vier Sendeelemente in einem Modus 2 Betrieb gesendet wird, kann eine Leistung von 4 Watt kombiniert mit einer um 3 dB reduzierten Richtwirkung aufweisen, und ein Signal, welches von zwei Sendeelementen in einem Modus 3 Betrieb gesendet wird, kann eine Leistung von 2 Watt kombiniert mit einer um 6 dB verringerten Richtwirkung aufweisen.
Wie in Fig. 13 gezeigt, kann ein zellularer Sendekanal mit hoher Leistung, der durch das volle Feld von Sendeelementen in dem Modus 1 Betrieb gesendet wird, in einen vollständigen Bereich rmax Antenne 322a reichen. Ein zellularer Sendekanal mit mittlerer Leistung, der durch eine Hälfte der Sendeelemente in dem Modus 2 Betrieb mit einem um 6 dB geringeren EIRP gesendet wird, kann in einen mittleren Bereich von rmax/21/2 der Antenne 322a reichen, und zwar aufgrund der vierten Potenz des Abstands Ausbreitungsgesetzes für zellulare Landmobil-Funksysteme. Ein zellularer Sendekanal mit niedriger Leistung, der durch ein Viertel der Sendeelemente in dem Modus 3 Betrieb bei einem um 12 dB geringerem EIRP gesendet wird, kann in einen kürzeren Bereich wie rmax/2 hineinreichen. Fig. 14 zeigt die vertikalen Strahlbreiten in jedem der drei Betriebsmoden. Höhere Pegel der Leistung stellen somit einen größeren Übertragungsbereich bereit, während geringere Pegel der Leistung eine erhöhte vertikale Strahlbreite bereitstellen. Demzufolge können höhere Leistungspegel verwendet werden, um an weiter entfernte Mobilstationen zu senden, während geringere Leistungspegel verwendet werden können, um an Mobilstationen zu senden, die sich relativ nahe zu der Basisstation befinden und die bei einem signifikanten negativen Elevationswinkel bezüglich der Antenne positioniert werden können.
Anders ausgedrückt, die Antenne kann ein zellulares Funksignal mit voller Leistung an eine zellulare Mobilstation 341a irgendwo (innerhalb von rmax) in dem Sendeabdeckungsgebiet 340 während eines ersten TDMA- Zeitschlitzes in einem Modus 1 Betrieb senden. Die Antenne kann zwei zellulare Funksignale bei mittlerer Leistung an zwei zellulare Mobilstationen 341b-c innerhalb eines mittleren Bereichs (wie innerhalb von rmax/ 2) in dem Sendeabdeckungsgebiet während eines zweiten TDMA- Zeitschlitzes in einem Modus 2 Betrieb senden. Die Antenne kann vier zellulare Funksignale bei niedriger Leistung an vier zellulare Mobilstationen 341d-g innerhalb eines kürzeren Bereichs (wie innerhalb von rmax/2) in dem Sendeabdeckungsgebiet während eines dritten TDMA- Zeitschlitzes in einem Modus 3 Betrieb senden. Weitere Betriebsmoden können von der Basisstation der vorliegenden Erfindung auch unterstützt werden. Zum Beispiel kann die Antenne einen zellularen Sendekanal bei mittlerer Leistung und zwei zellulare Sendekanäle bei niedriger Leistung während eines TDMA-Zeitschlitzes senden. Für eine gleichförmige Gebietsverteilung von Mobilstationen würde angenommen werden, dass die Hälfte der Mobilstationen innerhalb von rmax/ 2 und rmax liegt, wobei 1/4 jeweils in den anderen zwei Bereichen liegen. Die Anzahl von Zeitschlitzen für jeden Bereich kann entsprechend zugeordnet werden.
Zwei benachbarte Antennen 322a und 322b von Fig. 7 zusammen mit den jeweiligen Empfangsabdeckungsgebieten 340 und 342 sind in Fig. 15 dargestellt. Die Antenne 322a und ihr jeweiliges Sendeabdeckungsgebiet 340 mit drei Bereichen und drei Betriebsmoden wird ausführlich unter Bezugnahme auf Fig. 13 und 14 oben diskutiert. Die Antenne 322b ist um den Mast 318 um ungefähr 60º von der Antenne 322a herum beabstandet und definiert ein zweites Sendeabdeckungsgebiet 342. Beide Sendeabdeckungsgebiete erstrecken sich ungefähr 120º im Azimuth und überlappen deshalb. Demzufolge kann eine Mobilstation in der Überlappung der zwei Bereiche Signale empfangen, die von beiden Antennen übertragen werden.
Die Antenne 322b umfasst vorzugsweise ein Feld von Sendeantennenelementen, die gleichzeitig Signale mit einer einzelnen Frequenz f&sub5; während jedes großen TDMA-Zeitschlitzes senden. Diese Frequenz f&sub5; ist vorzugsweise unterschiedlich zu denjenigen, die von benachbarten Antennen gesendet werden, wodurch die Möglichkeit einer Störung zwischen benachbarten Antennen verringert wird. Demzufolge sendet die Antenne 322b über eine einzelne Frequenz bei einer vollen Leistung während jedes TDMA-Zeitschlitzes.
Die Signale, die von der Antenne 322b gesendet werden, werden vorzugsweise während einzelner TDMA-Zeitschlitzen gesendet, wie voranstehend unter Bezugnahme der Antenne 322a diskutiert, und einer von diesen Zeitschlitzen kann zum Senden eines Aussendesteuersignals verwendet werden. Der Zeitschlitz und die Frequenz, über die das Aussendesteuersignal gesendet wird, definieren den Aussendesteuerkanal (Broadcast Control Channel BCH). Wie Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet erkennen werden, wird das Aussendesteuersignal verwendet, um eine zellulare Systeminformation, zum Beispiel Sendefrequenzen, Empfangsfrequenzen und verfügbare Kanäle, zu senden. Zusätzlich werden die übrigen TDMA-Zeitschlitze, die von der Antenne 322b bei der Frequenz f&sub5; gesendet werden, vorzugsweise bei einer vollen Leistung gesendet, was ermöglicht, dass das Aussendesteuersignal durch eine abtastende zellulare Mobilstation einfacher gefunden werden kann.
Vorzugsweise werden Daten auf der Steuerkanalfrequenz bei jedem TDMA-Zeitschlitz gesendet, unabhängig davon, ob ein Kommunikationskanal benötigt wird oder nicht. D. h., Blinddaten (Dummy-Daten) können übertragen werden, wenn ein Kommunikationskanal in einem oder mehreren der TDMA- Zeitschlitze nicht benötigt wird, was es einfacher macht, das Aussendesteuersignal zu lokalisieren. Durch Bereitstellen des Sendesteuersignals auf einer Frequenz, bei der Daten während jedes TDMA-Zeitschlitzes bei voller Leistung übertragen werden, können die Anforderungen des GSM-Standardprotokolls erfüllt werden. Durch Bereitstellen von drei Antennen, die bei verschiedenen Frequenzen arbeiten, beabstandet um 120º um die Basisstation herum, kann ferner ein Aussendesteuerkanal über dem gesamten Azimuthbereich der Basisstation bereitgestellt werden.
Ein zellulares System mit zwei benachbarten Basisstationen ist in Fig. 16 gezeigt. Wie gezeigt, umfasst jede Basisstation drei jeweilige Antennen 362a-c und 372a-c, die jeweilige Sendeabdeckungsgebiete 364a-c und 374a-c definieren. Zum Beispiel können drei Antennen, die in einem gleichen Abstand um jede der Basisstationen herum angeordnet sind, und 120º Azimuth-Sendeabdeckungsgebiete definieren, ein kreisförmiges Gebiet um jede Basisstation herum abdecken. Eine Überlappung der Sendeabdeckungsgebiete der zwei Basisstationen stellt eine ununterbrochene Abdeckung zwischen den zwei Basisstationen bereit.
Jede Antenne 362a-c und 372a-c umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von Sendeantennenelementen, die verwendet werden können, um ein zellulares Funksignal mit hoher Leistung während eines TDMA-Zeitschlitzes zu senden (Modus 1 Betrieb); zwei zellulare Funksignale mit mittlerer Leistung während eines anderen TDMA-Zeitschlitzes zu übertragen (Modus 2 Betrieb); und vier zellulare Funksignale mit niedriger Leistung während eines noch anderen TDMA-Zeitschlitzes (Modus 3 Betrieb) zu übertragen; wie voranstehend diskutiert. Die Übertragungsbereiche für jeden dieser Betriebsmoden sind mit konzentrischen Kreisen um jede Basisstation herum angezeigt, mit Modus 1, Modus 2 und Modus 3 bezeichnet.
Wie dargestellt, überlappt das Sendeabdeckungsgebiet für die Antenne 362a der Basisstation 360 während eines Modus 1 Betriebs und das Sendeabdeckungsgebiet für eine Antenne 372a der Basisstation 370 während eines Modus 1 Betriebs. Demzufolge können Signale von diesen zwei Antennen sich stören, wenn über eine gemeinsame Frequenz während eines gemeinsamen TDMA-Zeitschlitzes gesendet wird. Es wird deshalb bevorzugt, dass eine Antenne eine Frequenz für einen Modus 1 Betrieb verwendet und die andere Antenne eine andere Frequenz für einen Modus 1 Betrieb verwendet. Um die Wiederverwendung von verfügbaren Frequenzen zu maximieren, wird gewünscht, dass die Antennen 362a und 372a einen gemeinsamen Satz von Frequenzen verwenden.
Wie voranstehend diskutiert, kann eine Antenne 362a ein zellulares Funksignal mit hoher Leistung mit einer Frequenz f&sub1; während eines TDMA-Zeitschlitzes (Modus 1) senden; zwei zellulare Funksignale mit mittlerer Leistung mit Frequenzen f&sub1; und f&sub2; während eines anderen TDMA-Zeitschlitz senden (Modus 2); und vier zellulare Funksignale mit niedriger Leistung mit Frequenzen f&sub1;, f&sub2;, f&sub3; und f&sub4; während eines noch anderen TDMA-Zeitschlitzes senden (Modus 3). Durch geeignetes Zuordnen von Frequenzen kann die Antenne 372a in sämtlichen drei Moden mit den gleichen vier Frequenzen ohne eine signifikante Störung trotz der Überlappung der Sendeabdeckungsgebiete arbeiten. Zum Beispiel kann die Antenne 372a ein zellulares Funksignal mit hoher Leistung mit einer Frequenz f&sub4; während eines TDMA-Zeitschlitzes (Modus 1) senden; zwei zellulare Funksignale mit mittlerer Leistung mit den Frequenzen f&sub3; und f&sub4; während eines anderen TDMA- Zeitschlitzes senden (Modus 2); und vier zellulare Funksignale mit niedriger Leistung mit Frequenzen f&sub1;, f&sub2;, f&sub3; und f&sub4; während noch eines anderen TDMA-Zeitschlitzes senden (Modus 3).
Selbst wenn Antennen 362a und 372a beide in einem Modus 1 während des gleichen TDMA-Zeitschlitzes senden, würde demzufolge eine nicht signifikante Störung vorhanden sein, weil die Übertragungen unterschiedliche Frequenzen aufweisen. Wenn die Antenne 362a ein zellulares Funksignal mit niedriger Leistung über der Frequenz f&sub4; (Modus 3) sendet und die Antenne 37a ein zellulares Funksignal mit hoher Leistung über der Frequenz f&sub4; während des gleichen TDMA-Zeitschlitzes sendet, wird eine nicht signifikante Störung vorhanden sein, weil keine Überlappung der Sendeabdeckungsgebiete in diesen Betriebsmoden vorhanden ist.
Somit existieren viele Freiheitsgrade, wenn Basisstationen zeitsynchronisiert sind, um sicherzustellen, dass die gleichen Frequenzen nicht bei einer hohen Leistung zur gleichen Zeit gewählt werden. Mit anderen Worten, durch eine Synchronisation der TDMA-Zeitschlitze der zwei Basisstationen können die Antennen 362a und 372a beide über die gleiche Frequenz bei einer hohen Leistung ohne eine signifikante Störung senden, solange wie beide Antennen nicht die gleiche Frequenz bei hoher Leistung während des gleichen Zeitschlitzes senden. Die Synchronisation von TDMA- Zeitschlitzen von benachbarten Basisstationen wurde zum Beispiel in der U.S.-5.844.894 diskutiert. Ferner kann jede Basisstation bei einer hohen Leistung über der gleichen Frequenz während unterschiedlicher TDMA-Zeitschlitze ohne eine signifikante Störung arbeiten, vorausgesetzt, dass beide Basisstationen nicht über der gleichen Frequenz während dem gleichen TDMA-Zeitschlitz senden.
Jede der drei Antennen auf jeder Basisstation sendet vorzugsweise mit einem einzigartigen Satz von vier Frequenzen, um eine Störung zwischen benachbarten Antennen zu verringern. Wie voranstehend diskutiert, können jedoch die gleichen 12 Frequenzen von zwei benachbarten Basisstationen verwendet werden. Zusätzlich können die Frequenzen so zugeordnet werden, dass überlappende Sendeabdeckungsgebiete von benachbarten Antennen den gleichen Satz von Frequenzen während des gleichen Zeitschlitzes nicht verwenden. Obwohl in Fig. 16 zur Klarheit nicht gezeigt, kann jede Basisstation 360 und 370 auch zusätzliche Antennen zum Senden eines Aussendesteuersignals umfassen, wie voranstehend unter Bezugnahme auf Fig. 15 diskutiert. Die Frequenzen des Aussendesteuersignals von einem Ort können an benachbarten Orten für Übertragungen mit niedriger Leistung verwendet werden (Modus 3).
Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Übertragen einer Vielzahl von zellularen Funksignalen von einer zellularen Basisstation an eine Vielzahl von Mobilstationen unter Verwendung einer Vielzahl von TDMA- Zeitschlitzen. Dieses Verfahren wird unter Bezugnahme auf Fig. 13 erläutert. Das Verfahren umfasst den Schritt zum Senden eines ersten zellularen Funksignals während eines ersten TDMA-Zeitschlitzes, wobei das erste zellulare Funksignal bei einem ersten Leistungspegel gesendet wird. Dieses Verfahren umfasst auch den Schritt zum Senden eines zweiten zellularen Funksignals während eines zweiten TDMA- Zeitschlitzes, wobei das zweite Funksignal bei einem zweiten Leistungspegel, der kleiner als der erste Leistungspegel ist, gesendet wird. Zusätzlich kann ein drittes zellulares Funksignal während des zweiten TDMA-Zeitschlitzes übertragen werden, wobei das dritte Funksignal bei dem zweiten Leistungspegel gesendet wird.
Zum Beispiel kann das erste zellulare Funksignal in Übereinstimmung mit einem Modus 1 Betrieb an eine zellulare Mobilstation 341a gesendet werden, die in einem Abstand rmax von der Basisstation ist. Die zweiten und dritten zellularen Funksignale können in Übereinstimmung mit einem Modus 2 Betrieb an zwei zellulare Mobilstationen 341b und 341c gesendet werden, die in einem Abstand rmax/ 2 von der Basisstation sind. Insbesondere können die ersten und zweiten Funksignale bei einer ersten Frequenz gesendet werden und das dritte Funksignal kann bei einer zweiten Frequenz gesendet werden. Es gibt eine nicht signifikante Störung zwischen den ersten und zweiten Funksignalen, weil jedes während eines anderen TDMA-Zeitschlitzes übertragen wird. Es gibt eine nicht signifikante Störung zwischen den zweiten und dritten zellularen Funksignalen, weil jedes bei einer unterschiedlichen Frequenz gesendet wird.
Die ersten, zweiten und dritten zellularen Funksignale können von einer gemeinsamen Antenne auf der Basisstation gesendet werden. Diese Antenne kann eine Vielzahl von Patch-Antennen- Elementen umfassen, wie voranstehend diskutiert. Insbesondere kann die Antenne ein Sendeabdeckungsgebiet mit einem 120º Azimuth-Muster senden. Demzufolge können drei derartige Antennen, die gleichmäßig um die Basisstation herum beabstandet sind, eine 360º-Abdeckung bereitstellen. Vorzugsweise arbeitet jede Antenne auf der Basisstation mit einem einzigartigen Satz von Frequenzen, um die Möglichkeit einer Störung zwischen Antennen auf der Basisstation zu verringern.
Ein erstes zellulares Funksignal kann an eine erste mobile zellulare Station 341a gesendet werden, die in einem ersten Abstand von der Basisstation ist, und zweite und dritte zellulare Funksignale können an zweite und dritte zellulare Mobilstationen 341b und 341c gesendet werden, die sich in zweiten und dritten Abständen von der Basisstation befinden. Insbesondere kann die erste mobile zellulare Station in einem weiteren Abstand von der Basisstation als die zweiten und dritten zellularen Mobilstationen angeordnet sein.
Ein Verfahren kann auch den Schritt zum Senden von vierten, fünften, sechsten und siebten zellularen Funksignalen während eines dritten TDMA-Zeitschlitzes umfassen, wobei die vierten, fünften, sechsten und siebten zellularen Funksignale bei einem dritten Leistungspegel gesendet werden, der kleiner als der zweite Leistungspegel ist. Demzufolge können die vierten bis siebten zellularen Funksignale an Mobilstationen 341d, 341e, 341f und 341g gesendet werden, die relativ nahe zu der Basisstation angeordnet sind. Zum Beispiel können diese zellularen Mobilstationen in einem Abstand rmax/2 von der Antenne angeordnet sein.
Das Verfahren kann auch den Schritt zum Senden eines Aussendesteuersignals über eine vorgegebene Frequenz während einem vorgegebenem TDMA-Zeitschlitz bei dem ersten Leistungspegel umfassen. Ferner kann Energie über die vorgegebene Frequenz während jedem TDMA-Zeitschlitz bei dem ersten Leistungspegel gesendet werden. Demzufolge kann das Aussendesteuersignal in Übereinstimmung mit dem GSM- Standardprotokoll gesendet werden.

Claims

1. Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)-Basisstation zum Kommunizieren mit einer Vielzahl von Mobilstationen in einem zellularen Kommunikationssystem unter Verwendung einer Vielzahl von Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)- Zeitschlitzen, wobei die Basisstation umfasst:

eine Antenne, die ein Feld von Sendeantennenelementen umfasst;

eine Hochleistungs-Sendeeinrichtung zum Senden eines Hochleistungs-Zellularfunksignals von einer ersten Vielzahl der Sendeantennenelemente während eines ersten Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)-Zeitschlitzes; und

eine Niederleistungs-Sendeeinrichtung zum Senden eines Niederleistungs-Zellularfunksignals von einer zweiten Vielzahl der Sendeantennenelemente während eines zweiten Zeitteilungs-Vielfachzugriffs-(TDMA)-Zeitschlitzes.

2. Basisstation nach Anspruch 1, wobei die zweite Vielzahl von Sendeelementen kleiner als die erste Vielzahl von Sendeelementen ist, so dass das Hochleistungs- Zellularfunksignal bei einer höheren Leistung als das Niederleistungs-Zellularfunksignal gesendet wird.

3. Basisstation nach Anspruch 2, wobei das Hochleistungs- Zellularfunksignal mit einer größeren Richtwirkung als das Niederleistungs-Zellularfunksignal gesendet wird.

4. Basisstation nach Anspruch 1, wobei das Hochleistungs- Zellularfunksignal und das Niederleistungs- Zellularfunksignal bei einer gemeinsamen Frequenz gesendet werden.

5. Basisstation nach Anspruch 4, ferner umfassend:

eine zweite Niederleistungs-Sendeeinrichtung zum Senden eines zweiten Niederleistungs-Zellularfunksignals von einer dritten Vielzahl der Sendeantennenelemente bei einer zweiten Frequenz während des zweiten Zeitteilungs- Vielfachzugriff-(TDMA)-Zeitschlitzes, wobei die zweiten und dritten Vielzahlen von Sendeantennenelemente getrennte Untersätze von Sendeantennenelementen aus der ersten Vielzahl von Sendeantennenelementen umfassen, so dass das Hochleistungs-Zellularfunksignal bei einer höheren Leistung als die ersten und zweiten Niederleistungs-Zellularfunksignale übertragen werden.

6. Basisstation nach Anspruch 1, ferner umfassend:

eine Mittelleistungs-Sendeeinrichtung zum Senden eines Mittelleistungs-Zellularfunksignals von einer dritten Vielzahl der Sendeantennenelemente während eines dritten Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)-Zeitschlitzes, wobei die dritte Vielzahl von Sendeelementen kleiner als die erste Vielzahl von Sendeelementen und größer als die zweite Vielzahl der Sendeelemente ist, so dass das Hochleistungs-Zellularfunksignal bei einer höheren Leistung als das Mittelleistungs-Zellularfunksignal gesendet wird, und das Mittelleistungs- Zellularfunksignal bei einer höheren Leistung als das Niederleistungs-Zellularfunksignal gesendet wird.

7. Basisstation nach Anspruch 1, wobei das Hochleistungs- Zellularfunksignal an eine erste Zellularmobilstation in einem ersten Abstand von der Antenne gesendet wird, und das Niederleistungs-Zellularfunksignal an eine zweite zellulare Mobilstation in einem zweiten Abstand von der Antenne gesendet wird, wobei der erste Abstand länger als der zweite Abstand ist.

8. Basisstation nach Anspruch 1, wobei die Antenne ein erstes Sendeabdeckungsgebiet definiert, über das die Hoch- und Niederleistungs-Zellularfunksignale gesendet werden, wobei die Basisstation ferner umfasst:

eine zweite Antenne, die ein zweites Sendeabdeckungsgebiet definiert, welches wenigstens mit einem Abschnitt des ersten Sendeabdeckungsgebiets überlappt, wobei die zweite Antenne ein Rundsende- Steuersignal über einer vorgegebenen Frequenz während eines vorgegebenen Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)- Zeitschlitzes bei einem vorgegebenen Leistungspegel sendet, wobei eine Energie von der zweiten Antenne über die vorgegebene Frequenz während jedes Zeitteilungs- Vielfachzugriff-(TDMA)-Zeitschlitzes bei dem vorgegebenen Leistungspegel gesendet wird.

9. Basisstation nach Anspruch 8, wobei das Rundsende- Steuersignal einem GSM Standardprotokoll angepasst ist.

10. Verfahren zum Senden einer Vielzahl von Zellularfunksignalen von einer zellularen Basisstation an eine Vielzahl von Mobilstationen unter Verwendung einer Vielzahl von Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)- Zeitschlitzen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Senden eines ersten zellularen Funksignals während eines ersten Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)- Zeitschlitzes, wobei das erste zellulare Funksignal bei einem ersten Leistungspegel gesendet wird;

Senden eines zweiten zellularen Funksignals während eines zweiten Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)- Zeitschlitzes, wobei das zweite zellulare Funksignal bei einem zweiten Leistungspegel kleiner als der erste Leistungspegel gesendet wird; und

Senden eines dritten zellularen Funksignals während des zweiten Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDNA)- Zeitschlitzes, wobei das dritte zellulare Funksignal bei dem zweiten Leistungspegel gesendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die ersten und zweiten zellularen Funksignale bei einer ersten Frequenz gesendet werden und das dritte zellulare Funksignal bei einer zweiten Frequenz gesendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die ersten, zweiten und dritten zellularen Funksignale von einer gemeinsamen Antenne auf der Basisstation gesendet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das erste zellulare Funksignal an eine erste mobile zellulare Station in einem ersten Abstand von der Basisstation gesendet wird, das zweite zellulare Funksignal an eine zweite mobile zellulare Station in einem zweiten Abstand von der Basisstation gesendet wird, und das dritte zellulare Funksignal an eine dritte mobile zellulare Station in einem dritten Abstand von der Basisstation gesendet wird, wobei der erste Abstand relativ zu den zweiten und dritten Abständen lang ist.

14. Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend den folgenden Schritt:

Senden von vierten, fünften, sechsten und siebten zellularen Funksignalen während eines dritten Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)-Zeitschlitzes, wobei die vierten, fünften, sechsten und siebten zellularen Funksignale bei einem dritten Leistungspegel, der niedriger als der zweite Leistungspegel ist, gesendet werden.

15. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den folgenden Schritt:

Senden eines Rundsende-Steuersignals über einer vorgegebenen Frequenz während eines vorgegebenen Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)-Zeitschlitzes bei dem ersten Leistungspegel, wobei Energie über der vorgegebenen Frequenz während jedes Zeitteilungs- Vielfachzugriff-(TDMA)-Zeitschlitzes bei dem ersten Leistungspegel gesendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Rundsende- Steuersignal einem GSM Standardprotokoll angepasst ist.

17. Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)-Zellularsystem zum Kommunizieren mit einer Vielzahl von Mobilstationen, wobei das Zellularsystem umfasst:

eine erste Basisstation mit einer ersten Antenne zum Senden eines ersten zellularen Funksignals bei einem ersten Leistungspegel während eines ersten Zeitteilungs- Vielfachzugriff-(TDMA)-Zeitschlitzes, und zum Senden eines zweiten zellularen Funksignals bei einem zweiten Leistungspegel während eines zweiten Zeitteilungs- Vielfachzugriff-(TDMA)-Zeitschlitzes, wobei der erste Leistungspegel relativ zu dem zweiten Leistungspegel hoch ist; und

eine zweite Basisstation benachbart zu der ersten Basisstation, wobei die zweite Basisstation eine zweite Antenne zum Senden eines dritten zellularen Funksignals bei einem dritten Leistungspegels während des zweiten Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)-Zeitschlitzes und zum Senden eines vierten zellularen Funksignals bei einem vierten Leistungspegel während des ersten Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)-Zeitschlitzes aufweist, wobei der dritte Leistungspegel relativ zu dem vierten Leistungspegel hoch ist, wodurch eine Störung zwischen den ersten und zweiten Basisstationen verringert wird.

18. Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)-Zellularsystem nach Anspruch 17, wobei jedes der ersten, zweiten, dritten und vierten zellularen Funksignale über eine gemeinsame Frequenz gesendet wird.

19. Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)-Zellularsystem nach Anspruch 17, wobei die Zeitteilungs-Vielfachzugriff- (TDMA)-Zeitschlitze der ersten und zweiten Basisstationen synchronisiert sind.

20. Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)-Zellularsystem nach Anspruch 19, wobei:

das erste zellulare Funksignal von der ersten Antenne über ein erstes Sendeabdeckungsgebiet gesendet wird und das zweite zellulare Funksignal von der ersten Antenne über ein zweites Sendeabdeckungsgebiet gesendet wird, wobei das erste Sendeabdeckungsgebiet sich über einen größeren Abstand von der ersten Antenne als das zweite Sendeabdeckungsgebiet erstreckt;

das dritte zellulare Funksignal von der zweiten Antenne über ein drittes Sendeabdeckungsgebiet gesendet wird und das vierte zellulare Funksignal über ein viertes Sendeabdeckungsgebiet gesendet wird, wobei das dritte Sendeabdeckungsgebiet sich über einen größeren Abstand von der zweiten Antenne als das vierte Sendeabdeckungsgebiet erstreckt;

das erste Sendeabdeckungsgebiet mit einem Abschnitt des dritten Sendeabdeckungsgebiets überlappt;

das zweite Sendeabdeckungsgebiet mit den dritten und vierten Sendeabdeckungsgebieten nicht überlappt; und

das vierte Sendeabdeckungsgebiet mit den ersten und zweiten Sendeabdeckungsgebieten nicht überlappt.

21. Zeitteilungs-Vielfachzugriff-(TDMA)-Zellularsystem nach Anspruch 17, wobei die erste Antenne das zweite zellulare Funksignal über eine erste Frequenz sendet und wobei die erste Antenne ferner ein fünftes zellulares Funksignal über eine zweite Frequenz bei einem zweiten Leistungspegel während des zweiten Zeitteilungs- Vielfachzugriff-(TDMA)-Zeitschlitzes sendet.

22. Funkfrequenz-Vermittlungsstelle zur Verwendung in einer Phasenfeldantenne, die Zeitteilungs- Multiplexierungssignale in einer Anzahl von Zeitschlitzen sendet, umfassend:

eine erste Vielzahl von Eingängen für modulierte Zeitteilungs-multiplexierte Funkfrequenzsignale;

eine zweite Vielzahl von Ausgängen zum Ausgeben von gewählten der TDM HF Eingangssignale;

eine Wähleinrichtung zum Wählen, welche der Eingangssignale von jedem der Ausgänge ausgegeben werden;

eine Speichereinrichtung, um für jeden der TDM Zeitschlitze einen Satz von Eingangs-zu-Ausgangs- Signalauswahlen, die verwendet werden sollen, zu speichern;

eine Durchschalteinrichtung zum Zurückholen der Auswahlen aus dem Speicher synchron zu den TDM Zeitschlitzen.

23. Vermittlungsstelle nach Anspruch 22, ferner umfassend eine Programmiereinrichtung zum Verändern der gespeicherten Auswahlen, um Sendevorgänge auf ein sich änderndes Verkehrsmuster, welches gesendet werden soll, anzupassen.