EP3625894A1 - Mobilfunksystem mit einem beamforming-netzwerk und einem mehrfachantennensystem, um ein broadcast-beam zu erzeugen sowie ein entsprechendes verfahren hierfür - Google Patents

Mobilfunksystem mit einem beamforming-netzwerk und einem mehrfachantennensystem, um ein broadcast-beam zu erzeugen sowie ein entsprechendes verfahren hierfür

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Publication number
EP3625894A1
EP3625894A1 EP18721721.1A EP18721721A EP3625894A1 EP 3625894 A1 EP3625894 A1 EP 3625894A1 EP 18721721 A EP18721721 A EP 18721721A EP 3625894 A1 EP3625894 A1 EP 3625894A1
Authority
EP
European Patent Office
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group
radiator
signal
mobile radio
terminals
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18721721.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-August Steinhauser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Original Assignee
Kathrein SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kathrein SE filed Critical Kathrein SE
Publication of EP3625894A1 publication Critical patent/EP3625894A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04B—TRANSMISSION
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    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0491—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas using two or more sectors, i.e. sector diversity
    • H04B7/0495—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas using two or more sectors, i.e. sector diversity using overlapping sectors in the same base station to implement MIMO for antennas
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    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/26—Turnstile or like antennas comprising arrangements of three or more elongated elements disposed radially and symmetrically in a horizontal plane about a common centre
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    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/40—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with phasing matrix
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    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
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    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/062—Two dimensional planar arrays using dipole aerials

Definitions

  • Mobile radio system with a beamforming network and a multi-antenna system to generate a broadcast beam and a corresponding method for this
  • the invention relates to a mobile radio system or an assembly for a mobile radio system with a beamforming network and a multi-antenna system in order to generate a broadcast beam, and to a corresponding method for this.
  • this "broadcast information" via a single radiator ie via a single antenna element
  • beamforming that is, when the narrow "subscriber beams" in the RF region are generated, for example, using Butler arrays or otman lenses, because in this case a single antenna element (a single emitter) can not be addressed separately.
  • the transmitting and receiving lobes of the two individual radiators overlap over a considerable area, so that it can lead to cancellations here, when the broadcast signal is fed to individual antennas with a different phase.
  • the result would be that the broadcast signal would be destructively superimposed on individual subscribers, so that these subscribers could not receive the signal.
  • narrower antenna patterns can be generated, which are individually tailored to individual subscribers.
  • This "broadcast information” is needed, for example, when establishing a connection.
  • the object is achieved by the mobile radio system according to the invention with a beamforming network and a multiple antenna system according to claim 1, and by a method for generating a broadcast beam for a mobile radio system with a beamforming network and a multiple antenna system according to claim 14.
  • the subclaims specify further developments of the mobile radio system according to the invention.
  • the mobile radio system which comprises a beam-forming network and a multiple-antenna system, makes it possible to generate a broadcast beam.
  • the multiple antenna system comprises at least one row of radiators, which has a first group of n-radiator arrangements and a second group of n radiator arrangements, with n> 2, n> 3, n> 4, n> 5, n> 6, n> 8, n> 10, n> 12, n> 14 or n> 16 and n element of the natural numbers.
  • the multiple antenna system transmits and / or receives via both sets of radiator arrays in two linear, circular or elliptical polarizations.
  • the beamforming network comprises a first group of n-antenna connections and a second group of n-antenna connections, the first group of the n-antenna connections being electrically connected to the first group of the n-radiator arrangements and the second group of the n-antenna connections is electrically connected to the second group of n-radiator arrangements.
  • an antenna connection with (exactly) a radiator arrangement is electrically connected.
  • the beamforming network is then designed to set via the first group of n-radiator arrangements of the multiple antenna system a first group of beams, which illuminate different areas of the mobile radio cell and are aligned without overlapping or predominantly without overlap are.
  • the wording "predominantly overlap-free" is to be understood as meaning that the individual emission or reception lobes do not have more than 70% or more than 80% or more than 90% or more than 95% with respect to their spatial extent overlap and thus exceed Lappungsok are arranged.
  • the overlap region over which two emission or reception lobes with respect to their spatial extent overlap is less than 50%, 40%, 30%, 20%, 10% or less than 5% of the spatial extension (spatial extent) of respective individual emission or reception lobe.
  • the second group of n-radiator arrangements of the multiple antenna system by which a second group of radiation beams or receiving beams can be adjusted, which likewise illuminate different areas of the mobile radio cell and are aligned without overlapping or predominantly without overlap. are arranged.
  • the first group of the emission or reception lobes is decoupled to the second group of the emission or reception lobes.
  • these are polarized in different planes, in particular they are polarized orthogonal to each other.
  • the beamforming network is then designed to determine the position or alignment of the two groups of emission or reception lobes in such a way that between two adjacent emission or reception lobes of the one group there is a radiation or reception lobe of the other group, whereby the broadcast beam is formed.
  • the broadcast beam represents a sum of emission or reception lobes that belong to both the one and the other group.
  • the broadcast beam covers the mobile radio cell completely or predominantly. The broadcast beam does not say anything in which direction the information is transmitted (uplink (from user to base station) or downlink
  • the wording according to which a radiation or reception lobe of another group lies between two adjacent emission or reception lobes of one group is to be seen in particular with regard to the antenna diagram.
  • the fact that two neighboring radiating or receiving lobes do not overlap, or predominantly do not overlap, is due to the technical fact that the beamforming network does not generate all the possible radiating or receiving lobes that could be generated.
  • the broadcast beam therefore consists of several Abstrahlt. Receiving lobes of the first group (preferably the first polarization) and a plurality of emission or reception lobes of the second group (preferably the second polarization). This emission or reception lobe, so this broadcast beam is generated by the beamforming network simultaneously.
  • the wording "at the same time” means that the "broadcast information" is transmitted at the same time over all emission or reception lobes or individual or several signals are received simultaneously via one or more of the emission or reception lobes.
  • the beamforming network comprises a first group of n signal terminals and a second group of n signal terminals. Furthermore, a signal generation and detection device is provided, which is electrically connected to the n signal terminals of the first and the second group. It is designed, for example, to generate a signal for a broadcast beam and to supply this signal to a plurality, but not all, of the n signal terminals of the first and several but not all of the n signal terminals of the second group of n signal terminals the beamforming network is configured to convert the signal which is applied to a plurality of the n signal terminals of the first and the second group such that it is transmitted via a plurality of emission and reception lobes of the first and second group.
  • each signal terminal of the first group corresponds to a Abstrahlt.
  • Receiving lobe of the first group and each signal terminal of the second group corresponds to a radiating or receiving lobe of the second group. Consequently, if a signal is applied to one of the n signal terminals, it is transmitted via the emitting or receiving lobe corresponding to this signal terminal.
  • the spatial extent of the emission or reception lobe, ie of a beam of the multiple antenna system with respect to its dimensions and the area which covers this emission or reception lobe in the mobile radio cell is significantly smaller than the area covered by a single radiator would become.
  • this signal is not applied to all of the n signal terminals of the first and second groups by the signal generation and detection means simultaneously. Only those signal terminals of the first and second group are used, the corresponding emission or reception lobes of which are arranged without overlapping or predominantly without overlap with respect to one another.
  • the beamforming network is designed such that the signal or the signals, the or the is received via the Abstrahl- or reception lobe of the first and / or second group of the broadcast beam to be implemented such that this or this at the respective one or the corresponding plurality of signal terminals of the first and / or second group of n signal terminals is present or abut.
  • the signal generation and detection device detects the signal or these signals and processes them accordingly.
  • Such a further processing means in particular, an analog-to-digital conversion, the signal in particular still being converted (mixed) downwards in the direction of its frequencies in the direction of lower frequencies (for example, mixture into the base band).
  • the signal generation and detection device is designed such that it applies only to those of the n signal terminals of the first or second group a signal for the broadcast beam or at these n signal terminals a signal from a broadcast Beam can receive or receive, corresponding to emission or reception lobes of the first group and the second group of emission and reception lobes. This ensures that when emitting a signal through the broadcast beam no overlapping emission or reception lobes are used, whereby the signal to be emitted would otherwise disappear at certain points within the mobile radio cell by destructive interference. Conversely, this of course also applies to the reception of signals from one or more participants.
  • the signal generation and detection device with each signal terminal of the first group and the second group of the respective n- Signal connections to be connected to the beamforming network.
  • the signal generating and detecting means for each of these terminals comprises corresponding means for signal processing.
  • These means may comprise corresponding digital / analog converters or analog / digital converters.
  • These preferably also include appropriate amplifiers, filters and mixers.
  • the signal generation and detection device also comprises a switching device that is designed to electrically connect a plurality of the n signal connections of the first group to one another and to a plurality of the n signal connections of the second group, such that the signal generation and detection means simultaneously transmits the signal for the broadcast beam to the respective signal terminals of the first and second groups of the n signal terminals.
  • the beamforming network comprises two Butler matrices or two otman lenses, wherein the first Butler matrix or the first Rotman lens is electrically connected to the first group of n-radiator arrangements and wherein the second Butler matrix or the second Rotman lens with the second group of n-radiator arrays is electrically connected.
  • the beamforming network is therefore a purely passive network which preferably processes only analogue RF signals.
  • the beamforming network comprises n signal terminals to which the signal generation and detection device is connected and n antenna terminals to which the radiator arrangements are connected. In this case, preferably only straight values are selected for n, such as 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 or 16 or higher.
  • the one Butler matrix or the one Rotman lens thereby generates the emission or reception lobes of the first group (used, for example, for processing the first polarization), whereas the second Butler matrix or the second Rotman lens the emission or Receiving lobes of the second group generates (serves, for example, to process the second polarization).
  • the first group of n-radiator arrangements and the second group of n-radiator arrangements are, as already explained, preferably orthogonal to polarized each other. In particular, they are oriented at an angle of + 45 ° and at an angle of -45 ° with respect to a horizontal plane. Along this horizontal plane, the n-radiator arrangements are also aligned.
  • the horizontal plane is the plane above the ground from which the mobile radio system is arranged at a height h at a distance.
  • a left elliptical polarization or right elliptical polarization would also be possible.
  • one of the n-type radiator arrangements of the first group and the second group of radiator arrangements preferably forms a patch radiator-shaped or dipole-shaped radiator device, which is preferably in the form of a vector dipole, a crossed dipole or a dipole square.
  • the n-radiating devices are arranged side by side in a row along a horizontal or predominantly horizontal plane (less than 10 cm, 7 cm, 5 cm, 3 cm, 1 cm apart from the horizontal plane).
  • the distance between the respective radiator devices is set to a predetermined value and may be different between two radiator devices.
  • this comprises at least m emitter rows, with m> 2, where m is a natural number.
  • the m radiator rows each comprise a first group of up to n radiator arrangements and a second group of up to n radiator arrangements.
  • the rows of emitters are arranged vertically, preferably in a vertical plane spaced from each other, so that a radiator array is formed.
  • the m beamforming networks are designed to determine the position or orientation of the respective two groups of emission or reception lobes of each of the rows of emitters such that the following applies for two vertically adjacent emitter rows: a) the emission or reception lobes of the respective first groups are overlap-free or predominantly overlap-free aligned with each other; and
  • the emission or reception lobes of the respective second groups are aligned without overlap or predominantly without overlap with each other.
  • each of the further emitter rows extends in a horizontal or predominantly horizontal plane.
  • n or more than n further (preferably dipole-shaped) radiator devices are arranged next to one another in each radiator row.
  • the number of radiator devices per radiator row can also vary and does not always have to be the same.
  • the respective beamforming network is in turn electrically connected to the respective radiator arrangements of the radiator rows.
  • each beamforming network is designed to determine the position or orientation of the two groups of emission or reception lobes of the n preferably dipole radiator devices of each of the emitter rows such that between two vertically adjacent emitter rows the emission or reception lobes of the respective the first groups are aligned without overlap or predominantly without overlap to each other and that the radiating or receiving lobes of the respective second groups are also aligned without overlap or predominantly without overlap to each other.
  • the first group of the n-type radiator arrangements are electrically connected to the first group of the n antenna terminals of the respective beamforming network and the second group of the n-radiator arrangements to the second group of n antenna connections of the respective beamforming network are electrically connected.
  • the first group of n-type radiator arrangements are electrically connected to the second group of the n antenna terminals of the respective beamforming network and the second group of n-type radiator arrangements to the first group of n antenna terminals of the respective beamforming network. Network are electrically connected.
  • the mobile radio system according to the invention has the particular advantage that the signals that are fed to the beamforming network, must have no particular phase relationship to each other.
  • the emission or reception lobes of a group of Abstrahlish. Receiving lobes also overlap significantly, but then it would have to be ensured that the individual signals that are emitted via these emission or reception lobes, are coherent (have no phase angle to each other).
  • the mobile radio system would have to be calibrated accordingly so that, for example, different cable lengths of the connection cables between the signal generation and detection device and the respective signal connections of the first and the second group on the beamforming network can be excluded.
  • this is very expensive and can be avoided with the inventive solution presented here.
  • FIGS. 1A and 1B are identical to FIGS. 1A and 1B:
  • FIGS. 2A to 2C a representation of a mobile radio system with a beamforming network and a multiple antenna system, wherein Figure 1B describes the structure of the first and second group of n-radiator arrangements; FIGS. 2A to 2C:
  • FIGS. 3A and 3B are identical to FIGS. 3A and 3B.
  • FIGS. 4A to 4D are identical to FIGS. 4A to 4D.
  • FIGS. 5A, 5B are identical to FIGS. 5A, 5B.
  • radiator array consisting of several beam-forming networks and radiator arrangements
  • FIG. 6 a flow chart illustrating a method according to the invention for
  • FIG. 1A simply describes a mobile radio system 1 or an assembly for a mobile radio system 1, which comprises at least one beamforming network 2 and a multiple antenna system 3.
  • a mobile radio system 1 which can be referred to as a base station, for example, a broadcast beam 1 1 can be generated, through which the mobile radio cell can be lit.
  • the multiple antenna system 3 in this case comprises at least one row of radiators 16i, which has a first group 4a of n radiator arrangements 4a ls 4a n and a second group 4b of n radiator arrangements 4b i, ..., 4b n , with n> 2.
  • the multiple antenna system 3 transmits and / or receives via both groups 4a, 4b of n-type radiator arrays 4a ls 4a n and 4b ls 4b n, respectively, in two linear, circular or elliptical polarizations, the polarization is aligned with the first group 4a of the n-emitter assemblies 4a l 5 ..., n 4a to the polarization of the second group 4b of the n- radiator arrangements 4b ls 4b n decoupled.
  • a decoupled orientation can be present, for example, if both groups 4a, 4b are differently polarized, for example orthogonal, preferably -45 ° and + 45 °.
  • FIG. 1B shows how the multiple antenna system 3 is composed of the first group 4a of n radiator arrangements 4a ls 4a n and the second group 4b of n radiator arrangements 4b ls 4b n . It can be seen that the n-type radiator arrangements 4a 1 5 4a n or 4b 1 5 4b n of both groups 4a, 4b are oriented differently, which causes a different polarization, which indicates that they are aligned with each other decoupled. This means that the first group 4a of the n-type radiator arrangements 4a 1 5
  • the first and the second group 4a, 4b preferably comprise the same number of antenna element arrangements n- 4a ls 4a and 4b n ls 4b n.
  • Figure 1B is shown also that in each case one of the n-emitter assemblies 4a l 5 ... 4a of the first group 4a and the n-emitter assemblies 4a ls n ...
  • the 4a of the second group 4b n is a patch radiator shaped or dipole-shaped radiator device 5 l Form 5 5 n , which is preferably in the form of a vector dipole, a Wiendipols or a Dipolquadrats formed.
  • the multiple antenna system 3 also comprises a reflector, not shown, on which the n radiator devices 5 1 5 5 n are arranged directly or indirectly.
  • the entire multiple antenna system 3 is preferably accommodated in a rotor.
  • the n-radiator devices 5 ls ..., 5 n are shown by dashed lines in FIG. 1B for a better overview. They are spaced apart from each other along a horizon- talen or predominantly horizontal plane 6, which is shown in dashed lines in Figure 1A.
  • the beamforming network 2 comprises a first group 7a of n antenna terminals 7a 1 5 7a n and a second group 7b of n antenna terminals 7b 1 5 7b n .
  • Antenna terminals 7a l 5 7a n is electrically connected to the first group 4a of the n-type radiator arrangements 4a l 5 4a n .
  • one of the n antenna terminals 7a 1, 7a n is in each case electrically conductively connected to one of the n radiator arrangements 4a 1, ..., 4a n .
  • the second group 7b of the n-antenna connections 7b i,..., 7b n is also electrically conductively connected to the second group 4b of the n-radiator arrangements 4b i,..., 4b n .
  • the beamforming network 2 is designed to set via the first group 4a of the n-radiator arrangements 4a l 5 4a n of the multiple antenna system 3, a first group 8a of radiating or receiving lobes 8a l 5 8a n illuminating different areas of the mobile radio cell.
  • These radiation or reception lobes 8a l 5 8 a n can also be referred to as beams.
  • the second group 4b with also n radiator arrangements 4b l 5 4b n of the multiple antenna system 3.
  • a second group 8b of Abstrahl- or reception lobes 8b l 5 8b n are set, which also illuminate different areas of the mobile radio cell ,
  • each emission or reception lobe 8a 1 5 8a n of the first group 8a is congruent with a respective emission lobe 8b i,..., 8b n of the second group 8b.
  • a respective emission lobe 8b i,..., 8b n of the second group 8b there are for ease of illustration, only six radiating or receiving lobes 8a l 5 8a and 8b l5 n n 8b of the first and second groups 8a and 8b.
  • n-emitting and receiving lobes 8a 1 5 8a n or 8b i, 8b n of each group 8a, 8b could also be formed.
  • the beamforming network 2 also includes a first group 9a of n signal terminals 9a i? 9a n and a second group 9b of n signal terminals 9bi, 9b n .
  • the beamforming network 2 comprises two Butler matrices 2a, 2b or two otman lenses.
  • the first Butler matrix 2a and the first Rotman lens having the first group 4a of n-emitter assemblies 4a ls n 4a is electrically connected.
  • the Butler matrices 2a, 2b are each formed as nxn matrices, where n is at least 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1, 12, 13, 14, 15 or 16 corresponds. Preferably, n is straight.
  • Each Butler matrix 2a, 2b preferably has as many antenna terminals 7a and 7b n l 5 7a 7b l5 n as the first or second group 4a, 4b radiator arrangements 4a 4a ls n or 4bi, 4b n.
  • Each Butler matrix 2a, 2b in turn has as many signal terminals 9ai, 9a n or 9bi, 9b n as antenna terminals 7a l 5 7a n
  • the mobile radio system 1 also comprises a signal generation and detection device 10.
  • the signal generation and detection device 10 is connected to the n signal connections 9a i? ..., 9a n of the first group 9a and the n-signal terminals 9 bi, 9b n electrically conductively connected to the second group 9b.
  • the signal generation and detection device 10 comprises means for generating signals, in particular analog signals, and for detecting signals, in particular for converting analog signals into digital signals.
  • the signal generation and detection device 10 preferably comprises, in addition to a processor unit, an A / D converter or D / A converter, mixer and filter.
  • the signal generation and detection means 10 comprises for each of the n signal terminals 9a ls 9a n or 9b l 5 9b n of the first and second group 9a, 9b a corresponding A / D converter and / or a D / A converter and at least one mixer and at least one filter.
  • the signal generation and detection device 10 is configured to generate a signal for a broadcast beam 1 1 and to supply this signal to a plurality of the n signal connections 9 a l 9 a n of the first group 9 a, and to supply this signal to a plurality of the n signal terminals 9bi, 9b n of the second group 9b.
  • the beamforming network 2 is then configured to receive the signal which is applied to a plurality of the n signal terminals 9a i? 9b n or 9b i,. , , , 9b n of the first and second groups 9a, 9b is applied in such a way that it is emitted over a plurality of emission or reception lobes 8a 1 5 8a n or 8bi, 8b n of the first and the second group 8a, 8b becomes.
  • 8a n corresponds to the first group 8a.
  • a signal is to be received by the signal generation and detection device 10.
  • a signal which is emitted, for example, from a mobile terminal in the coverage area of the mobile radio system 1 this can by the corresponding radiating or receiving lobe 8a l 5 8a n of the first group 8a or by the corresponding radiating or Receiving lobe 8bi, 8b n of the second group 8b are received.
  • This signal is then supplied to the first group 7a with n antenna terminals 7a 1 5 7a n or the second group 7b with n antenna terminals 7b i, 7b n .
  • the beamforming network 2 converts this information accordingly, so that the signal is output to one of the n signal terminals 9a 1 5 9a n of the first group 9a and to one of the n signal terminals 9b 1 5b n of the second group 9b0.
  • FIG. 2A shows an antenna diagram as it may result for the mobile radio system 1 according to FIG. 1A.
  • the antenna diagram is logarithmic in Decibel applied.
  • the emission or reception lobes 8a 1 5 8a n of the first group 8a are superimposed on the emission or reception lobes 8b i, 8b n of the second group 8b.
  • side lobes are still displayed, which are disregarded for further understanding of the application.
  • the individual radiating or receiving lobes 8a l 5 8a n or 8 bi, 8b n of the first and second groups 8a, 8b are in terms of their position and orientation is formed such that they illuminate the mobile radio cell completely and preferably not radiate to the neighboring mobile radio cells.
  • a broadcast beam could 1 1 set as he
  • Figure 2B for the first group 8a or for the second group 8b, which is congruent with the first group 8a, is shown.
  • the peculiarity of Figure 2B is that the signal all n-signal terminals 9a l 5 9a n of the first group 9a and all n-signal terminals 9a l 5 9b n the second group 9b with a specially optimized phase position (not all phases must be exact be the same in order to be able to set an optimal broadcast beam 1 1 in each application), preferably with the same phase angle. For this reason, in the antenna diagram of FIG. 2B no destructive interferences are formed in the emission lobes 8a ls 8a n or 8bi, 8b n of the first or second group 8a, 8b. Such a coherent phase position can be achieved when the mobile radio system 1 has been extensively calibrated.
  • destructive interferences 12 may occur in one or more directions, as can be seen in FIG. 2C. In these areas of the mobile radio cell where these destructive interferences 12 are present, the signal which is transmitted via the broadcast beam 1 1 can not be received by the corresponding mobile terminals. The same applies to the receive direction if corresponding phase differences between the n signal terminals 9a i? 9a n or 9bi, 9b n of the first and the second group 9a, 9b of the beamforming network 2 and the signal generation and detection device 10 are present. To avoid such destructive interference 12, as already explained, an extensive calibration is necessary.
  • FIGS 3 A and 3B show a mobile radio system 1 according to the invention, in which the signals to be transmitted via the broadcast beam 1 1, different signal propagation times to the respective signal terminals 9a l 5 9a n of the first group 9a and the signal terminals 9b i , ..., 9b n of the second group 9b.
  • the beamforming network 2 and the multiple antenna arrangement 3, like the signal generation and detection device 10, are constructed according to the description of the previous figures, and therefore reference is made to them.
  • n no longer all emission or reception lobes 8ai, 8a n of the first group 8a and not all Abstrahlging. Receiving lobes 8 bi, n is the second group 8b used 8b to form the broadcast-Beam 1.
  • the beam-forming network 2 is excluded to about the first group 4a of the n-emitter assemblies 4a l 5 4 n of the multiple antenna system 3, a first group 8 of radiating or receiving lobes 8AI, 8a set n, illuminate the different areas of the mobile radio cell and are aligned without overlap or predominantly overlap with each other.
  • te group 8b of Abstrahl- or reception lobes 8bi, 8b n set that illuminate different areas of the mobile radio cell and are aligned without overlap or predominantly overlap with each other.
  • the signal generation and detection device 10 also comprises at least one switching device 13.
  • This is configured to have a plurality of the n signal connections 9a l 5 9a n of the first group 9a with one another and also with a plurality, but not all, of the n signal connections 9b l 5 9b n of the second group 9b to be electrically connected to each other, so that the signal generating and detecting means 10 the signal for the broadcast beam simultaneously to the respective signal terminals 9a l 5 9a n and 9b l 5 9b n the first and second group 9a, 9b transmitted.
  • the switching device 13 is formed to each have a plurality of connected with each other even or even-numbered signal terminals 9a l 5 9a of the first group, each with several 9a n odd and odd signal terminals 9b i, ..., n 9b of the second group to electrically 9b connect.
  • 9a i ..., 9a n of the first group 9a
  • 9b i 9b n of the second group 9b
  • FIGS. 4A and 4B show an antenna diagram of the mobile radio system 1 according to the invention.
  • those emission beams or reception lobes 8ai,... 8a n of the first group 8a are shown whose signal terminals 9a i? 9a n of the first group 9a of the beamforming network 2 connected to the signal generation and detection device 10 and are fed by this.
  • the signal generation and detection device 10 could also receive and / or process the respective data or signals at the corresponding signal terminals 9ai,... 9a n of the first group 9a.
  • FIGS. 3A and 3B for the sake of clarity, only three emission or reception lobes 8a 1, 5 8a n of the first group 8a are excited.
  • the generated or used emission lobes or reception lobes 8ai, 8a n of the first group 8a are arranged mutually overlap-free or predominantly overlap-free relative to one another.
  • the same also applies to the emission or reception lobes 8b i, 8b n of the second group 8b.
  • FIG. 4C shows an antenna diagram of the mobile radio system 1 according to the invention when between the signals at the inputs of the n Signal line terminals 9a i? 9a n or 9bi, 9b n of the first and second group 9a, 9b, which are used to generate the broadcast beam 1 1, the same phase conditions or specially optimized phase positions prevail, the signals consequently at the respective n signal line terminals 9a i? 9a n or 9b i, ..., 9b n of the first and second group 9a, 9b have the same phase position, so that a broadcast beam 1 1 is formed, which illuminates the mobile radio cell as possible. This would be the optimal case, which can only be achieved safely by a corresponding calibration. However, due to the construction according to the invention or the activation of the mobile radio system 1 according to the invention, no destructive interferences occur even without a corresponding calibration.
  • FIG. 4D shows how an antenna diagram of the mobile radio system 1 according to the invention can look if the corresponding phases at the signal terminals 9a i? 9a n or 9 bi, 9b n of the two groups 9a, 9b, which are used for the broadcast beam 1 1, arbitrarily diced are aligned with each other. In this case, however, there are no destructive interferences 12, as they are still shown in Figure 2C. Nevertheless, the mobile radio cell is still illuminated optimally.
  • the position or orientation of the two groups 8a, 8b of radiating or receiving lobes 8a l 5 8a n or 8 bi, 8b n set such that between two adjacent radiating and receiving lobes 8AI, 8a n or 8 bi, 8b n the same group 8a or 8b is a radiation or reception lobe 8b i, ..., 8b n or 8a l 5 ..., 8a n of the other group 8b or 8a, whereby the broadcast beam 1 1 according to the invention is formed ,
  • the first group 4a of n-type radiator arrangements 4a ls 4a n and the second group 4b of n-radiator arrangements 4b ls 4b n are polarized orthogonal to one another, in particular at an angle of +45 ° and at an angle of -45 ° with respect to a horizontal plane 6.
  • Other types of polarization would also be conceivable.
  • the currents emitted by the radiator arrangements 4a i? 4a n and 4b l 5 4b n of the two groups 4a and 4b formed n-radiating devices 5 l 5 5 n arranged in a row along the horizontal plane 6 adjacent to each other.
  • the mobile radio system 1 can comprise a radiator array 15.
  • the mobile radio system 1 comprises a plurality of m radiator rows 16 l 5 16 m , which are preferably constructed the same.
  • Each of these further emitter rows 16 2 , 16 m preferably comprises up to or more than n emitter devices 5 ls ..., 5 n .
  • each radiator row 16 l 5 16 m is arranged one above the other. This means in particular that each radiator row 16 l 5 16 m 16 m 5 is parallel to the other rows of emitters 16 disposed l. This means that each radiator L series with its n-emitter devices 5 5 n 16 extends 5 16 m ls horizontal, for example in the X direction, whereas the individual radiators rows 16 l added 5 16 m in the vertical direction, for example in the Y direction, are arranged to each other and wherein the main emission direction then extends in the Z direction.
  • each additional row of emitters 16 2 , 16 m there is another beamforming network (not shown) for each additional row of emitters 16 2 , 16 m .
  • This is preferably constructed the same as the previously described beam-forming network 2.
  • the other beam-forming networks are electrically connected to the antenna element arrangements of the further emitter rows 16 2, 16 m.
  • the beam-forming networks 2 are adapted to the position or orientation of the two groups 8a, 8b of radiating or receiving lobes 8a l 5 8a n, 8b l 5 8b n each of the m emitter rows 16 l determine 5 16 m such that for two vertically adjacent rows of emitters 16 l 5 16 m, the following applies: a) the emission or reception lobes 8a 1 5 8a n of the respective first groups 8a are aligned without overlapping or predominantly without overlapping (in the antenna diagram); and
  • each of the m emitter rows 16 l 5 16 m is in turn electrically connected to its own beamforming network 2, preferably with two butler matrices 2 a, 2 b or two otman lenses.
  • the Butler matrices 2a, 2b of two successive, adjacent radiator rows 16 l 5 16 m are connected to different signal terminals 9a i? 9a n or 9bi, 9b n fed.
  • 16 l 5 16 m in a row of emitters only straight signal terminals 9a i?
  • each n dipole-shaped radiator devices 5i, n 5 there are two additional 2a Rotman lenses or Butler matrices, 2b.
  • the signal generation and detection device 10 must also be adapted to the changed circumstances. In this case, it is ensured that no destructive interferences occur even when the antenna array 15 is used, which comprises a plurality of rows of emitters 16 l 5 16 m each, or up to or more than n emitter devices 5 l 5 5 n About this emitter or antenna array 15, a broadcast beam 1 1 is generated.
  • m n. It would also be possible that m> n or m ⁇ n.
  • dashed line are the emission or reception lobes 8b l 5 8b n the second group 8b for three rows of radiators 16 l 5 16 m with each n-
  • FIG. 5B shows a further advantage of the mobile radio system 1 according to the invention.
  • the first groups 4a of up to n radiator arrangements 4a ls 4a n of two vertically adjacent rows of radiators 16 l 5 16 m are alternately connected either to the first group 7a (solid line) of up to n antenna terminals 7a l 5 7a n of the respective beamforming Network 2 or with the second group 7b (dashed line) of up to n antenna terminals 7b l 5 7b n of the respective beamforming network 2 electrically connected.
  • the second groups 4b this is exactly the opposite.
  • the first group 4a of up to n radiator arrangements 4a l 5 4a n of a row of radiators 16i is electrically connected to the first group 7a (solid line) of up to n antenna terminals 7a ls 7a n of the respective beamforming network 2.
  • the first group 4a of up to n-emitter assemblies 4a ls 4a n the other hand, with the second group 7b (broken line) of up to n-antenna terminals 7b l 5 7b is n of the respective beam-forming network electrically connected.
  • the individual radiator devices 5 l 5 5 n of the radiator rows 16 2 , ..., 16 m best possible decoupled.
  • FIG. 6 shows a flow chart which explains how the broadcast beam 1 1 is generated.
  • a corresponding mobile radio system 1 is required, as has already been described.
  • This includes a multiple antenna system 3 and a beamforming network 2.
  • the beamforming network 2 selects or sets a first group 8a of emission lobes 8a 1s , 8a n , the n of the multiple antenna system 3 illuminate different areas of the mobile radio cell via the first group 4a of n-emitter assemblies 4a ls 4a and do not overlap or predominantly free of overlap aligned.
  • the beamforming network 2 selects or sets a second group 8b of radiation or reception lobes 8b ls 8b n , respectively, which via the second group 4b of n radiator arrangements 4b i, 4b n of the Multiple antenna system 3 different areas of the mobile radio cell illuminate and are aligned without overlap or predominantly without overlap to each other.
  • the beamforming network 2 determines the position or orientation of the two groups 8a, 8b of emission or reception lobes 8ai, 8a n and 8b 1 5 8b n so that between two adjacent emission fields or receive lobes 8a ls 8a n or 8b ls 8b n the one group 8a or 8b is a radiation or reception lobe 8b l 5 8b n or 8a l 5 8a n the other group 8b or 8a, which ultimately the broadcast beam 1 is formed.
  • the invention is not limited to the described embodiments. In the context of the invention, all described and / or drawn features can be combined with each other as desired.

Abstract

Ein Mobilfunksystem (1) umfasst ein Beamforming-Netzwerk (2) und ein Mehrfachantennensystem (3), um ein Broadcast-Beam (11) zu erzeugen. Das Mehrfachantennensystem (3) umfasst eine erste Gruppe (4a) von n-Strahleranordnungen (4a1,..., 4an) und eine zweite Gruppe (4b) von n-Strahleranordnungen (4b1,..., 4bn). Das Beamforming-Netzwerk (2) ist mit dem Mehrfachantennensystem (3) elektrisch leitend verbunden und dazu ausgebildet über die erste Gruppe (4a) von n-Strahleranordnungen (4a1,..., 4an) eine erste Gruppe (8a) von überlappungsfreien Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a1,..., 8an) einzustellen und über die zweite Gruppe (4b) von n-Strahleranordnungen (4b1,..., 4bn) eine zweite Gruppe (8b) von überlappungsfreien Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8b1,..., 8bn) einzustellen, wobei die Lage der Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a1,..., 8an;8b1,..., 8bn) derart festgelegt ist, dass zwischen zwei benachbarten Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8a1,..., 8an;8b1,..., 8bn) der einen Gruppe (8a; 8b) eine Abstrahl- bzw. Empfangskeule (8b1,..., 8bn;8a1,..., 8an) der anderen Gruppe (8b; 8a) liegt.

Description

Mobilfunksystem mit einem Beamforming-Netzwerk und einem Mehrfachan- tennensystem, um ein Broadcast-Beam zu erzeugen sowie ein entsprechendes Verfahren hierfür
Die Erfindung betrifft ein Mobilfunksystem oder eine Baugruppe für ein Mo- bilfunksystem mit einem Beamforming-Netzwerk und einem Mehrfachanten- nensystem, um ein Broadcast-Beam zu erzeugen, sowie ein entsprechendes Verfahren hierfür.
In Mobilfunksystemen ist es notwendig, dass sogenannte "Broadcast- Informationen" an alle Teilnehmer einer Mobilfunkzelle übertragen werden können. Gleichzeitig sollen von einzelnen Teilnehmern auch Informationen zurück zur Basisstation übertragen werden, wobei der Aufenthaltsort dieser Teilnehmer innerhalb der Mobilfunkzelle unbekannt ist. Grundsätzlich ist es daher möglich, solche "Broadcast- Informationen" nur über ein Antennenelement der Basisstation auszusenden bzw. diese Informationen lediglich über ein Antennenelement zu empfangen. Das Antennendiagramm eines solchen Einzelstrahlers ist relativ breit und erreicht daher alle Teilnehmer in der Mobilfunkzelle. Nachteilig ist hierbei allerdings, dass der Einzel-Strahler, also die Sende- und Empfangskeule, auch noch weit in die Nachbarzelle reicht und dort störende Interferenzen zur Folge hat. Das Aussenden bzw. Empfangen dieser "Broadcast-Informationen" über einen Einzelstrahler, also über ein einzelnes Antennenelement, ist dann nicht anwendbar, wenn Beamforming verwendet wird, also wenn die schmalen "Teilnehmerstrahlen" im HF-Bereich beispielsweise mit Hilfe von Butler-Matrizen oder otman-Linsen erzeugt werden, weil in diesem Fall ein einzelnes Antennenelement (ein Einzelstrahler), nicht separat adressiert werden kann.
Aus der WO 03/047027 AI ist ebenfalls ein Antennensystem bekannt, mit welchem "Broadcast-Informationen" an alle Teilnehmer einer Mobilfunkzelle übermittelt werden können. Nachteilig an diesem Mobilfunksystem ist, dass ein separater Verstärker, sowie zusätzlich Eingänge in einem "Combiner" vor- gesehen sind, um das Signal dieses separaten Verstärkers (das diesem Verstärker zugeführte Broadcast- Signal) an die entsprechenden Antennen übermitteln zu können.
Die Sende- und Empfangskeulen der beiden Einzelstrahler überlappen sich dabei über einen nicht unerheblichen Bereich, so dass es hier zu Auslöschungen kommen kann, wenn das Broadcast- Signal einzelnen Antennen mit einer unterschiedlichen Phasenlage zugeführt wird. Dies hätte zum Ergebnis, dass sich das Broadcast- Signal bei einzelnen Teilnehmern destruktiv überlagern würde, so dass diese Teilnehmer das Signal nicht empfangen könnten.
Speziell im Mobilfunk werden zunehmend Mehrfachantennensysteme eingesetzt, um die übertragbare Datenrate zu erhöhen. Mit solchen Mehrfachanten- nensystemen lassen sich schmalere Antennendiagramme erzeugen, die auf einzelne Teilnehmer individuell zugeschnitten sind. Die Summe dieser unter- schiedlichen "Teilnehmer- Strahlen", also die Summe dieser einzelnen Sende - und Empfangskeulen, deckt dann den ganzen Antennensektor bzw. die Mobilfunkzelle ab. Je mehr unterschiedliche Sende- und Empfangskeulen erzeugt werden, also je mehr unterschiedliche Antennenbeams generiert werden, desto häufiger kann die Gefahr bestehen, dass es in dem Bereich, in welchem sich zwei dieser Sende- und Empfangskeulen überlagern, zu destruktiven Interferenzen kommt, so dass die Teilnehmer in diesem Bereich die "Broadcast- Informationen" nicht empfangen können. Diese "Broadcast-Informationen" werden beispielsweise beim Verbindungsaufbau benötigt. Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ein entsprechendes Mobilfunksystem mit einem Beamforming-Netzwerk und einem Mehrfachan- tennensystem und ein dazu korrespondierendes Verfahren zu schaffen, um einen Broadcast-Beam zu erzeugen, über den "Broadcast-Informationen" ausgesendet bzw. entsprechende Signale empfangen werden können.
Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Mobilfunksystem mit einem Beamforming-Netzwerk und einem Mehrfachantennensystem gemäß dem Anspruch 1, sowie durch ein Verfahren, um einen Broadcast-Beam für ein Mobilfunksystem mit einem Beamforming-Netzwerk und einem Mehrfachantennensystem zu erzeugen gemäß dem Anspruch 14 gelöst. In den Unteransprüchen sind erfindungsgemäße Weiterbildungen des Mobilfunksystems angege- ben.
Das erfindungsgemäße Mobilfunksystem, welches ein Beamforming- Netzwerk und ein Mehrfachantennensystem umfasst, erlaubt, einen Broadcast- Beam zu erzeugen. Hierzu umfasst das Mehrfachantennensystem zumindest eine Strahlerreihe, die eine erste Gruppe von n-Strahleranordnungen und eine zweite Gruppe von n Strahleranordnungen aufweist, mit n > 2, n > 3, n > 4, n > 5, n > 6, n > 8, n > 10, n > 12, n > 14 oder n > 16 und n Element der natürlichen Zahlen. Das Mehrfachantennensystem sendet und/oder empfängt über beide Gruppen von Strahleranordnungen in zwei linearen, zirkulären o- der elliptischen Polarisationen. Die Polarisation der ersten Gruppe der n- Strahleranordnungen ist zu der Polarisation der zweiten Gruppe der n- Strahleranordnungen entkoppelt ausgerichtet. Das Beamforming-Netzwerk umfasst hierzu eine erste Gruppe von n- Antennenanschlüssen und eine zweite Gruppe von n-Antennenanschlüssen, wobei die erste Gruppe der n- Antennenanschlüsse mit der ersten Gruppe der n-Strahleranordnungen elektrisch verbunden ist und wobei die zweite Gruppe der n- Antennenanschlüsse mit der zweiten Gruppe der n-Strahleranordnungen elektrisch verbunden ist. Dabei ist ein Antennenanschluss mit (genau) einer Strahleranordnung elektrisch verbunden. Das Beamforming-Netzwerk ist dann dazu ausgebildet, über die erste Gruppe von n-Strahleranordnungen des Mehr- fachantennensystems eine erste Gruppe von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (engl, beams) einzustellen, die unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind. Der Wortlaut "überwiegend überlappungsfrei" ist dahin- gehend zu verstehen, dass sich die einzelnen Abstrahl- bzw. Empfangskeulen zu mehr als 70% oder zu mehr als 80% oder zu mehr als 90% oder zu mehr als 95% bezüglich ihrer räumlichen Erstreckung nicht überlappen und damit über- lappungsfrei angeordnet sind. Mit anderen Worten ist der Überlappungsbereich über den sich zwei Abstrahl- bzw. Empfangskeulen bzgl. ihrer räumlichen Erstreckung überlappen kleiner als 50%, 40%, 30%, 20%, 10% oder kleiner als 5% der räumlichen Erstreckung (räumliche Ausdehnung) der je- weiligen einzelnen Abstrahl- bzw. Empfangskeule. Gleiches gilt auch für die zweite Gruppe der n- Strahleranordnungen des Mehrfachantennensystems, durch die eine zweite Gruppe von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (beams) eingestellt werden kann, die ebenfalls unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und zueinander überlappungsfrei oder überwiegend über- lappungsfrei ausgerichtet bzw. angeordnet sind. Die erste Gruppe der Abstrahl- bzw. Empfangskeulen ist zur zweiten Gruppe der Abstrahl- bzw. Empfangskeulen entkoppelt ausgerichtet. Vorzugsweise sind diese in unterschiedlichen Ebenen polarisiert, insbesondere sind sie orthogonal zueinander polarisiert.
Das Beamforming-Netzwerk ist dann dazu ausgebildet, die Lage bzw. Ausrichtung der beiden Gruppen von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen derart festzulegen, dass zwischen zwei benachbarten Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der einen Gruppe eine Abstrahl- bzw. Empfangskeule der anderen Gruppe liegt, wodurch der Broadcast-Beam gebildet ist. Dies bedeutet, dass der Broadcast-Beam eine Summe aus Abstrahl- bzw. Empfangskeulen darstellt, die sowohl der einen als auch der anderen Gruppe angehören. Der Broadcast- Beam deckt dabei die Mobilfunkzelle vollständig bzw. überwiegend ab. Der Broadcast-Beam sagt nichts darüber aus, in welche Richtung die Informatio- nen übertragen werden (uplink (vom Nutzer zur Basisstation) oder downlink
(von der Basisstation zum Nutzer)). Der Wortlaut, wonach zwischen zwei benachbarten Abstrahl- bzw. Empfangskeulen einer Gruppe eine Abstrahl- bzw. Empfangskeule einer anderen Gruppe liegt, ist insbesondere im Hinblick auf das Antennendiagramm zu sehen. Die Tatsache, dass sich zwei benachbarte Abstrahl- bzw. Empfangskeulen nicht bzw. überwiegend nicht überlappen, ist dem technischen Sachverhalt geschuldet, dass das Beamforming-Netzwerk nicht alle möglichen Abstrahl- bzw. Empfangskeulen erzeugt, die generiert werden könnten. Der Broadcast-Beam besteht daher aus mehreren Abstrahlbzw. Empfangskeulen der ersten Gruppe (vorzugsweise der ersten Polarisati- on) und mehreren Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der zweiten Gruppe (vorzugsweise der zweiten Polarisation). Diese Abstrahl- bzw. Empfangskeulen, also dieser Broadcast-Beam wird durch das Beamforming-Netzwerk gleichzeitig erzeugt. Der Wortlaut "gleichzeitig" bedeutet, dass die "Broadcast-Informationen" zur selben Zeit über alle Abstrahl- bzw. Empfangskeulen gesendet bzw. einzelne oder mehrere Signale gleichzeitig über einen bzw. mehrere der Abstrahl- bzw. Empfangskeulen empfangen werden.
Das Gleiche gilt auch für das Verfahren, um einen Broadcast-Beam für das Mobilfunksystem mit einem Beamforming-Netzwerk und einem Mehrfachan- tennensystem zu erzeugen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Beamforming-Netzwerk eine erste Gruppe von n-Signalanschlüssen und eine zweite Gruppe von n- Signalanschlüssen. Weiterhin ist eine Signalerzeugungs- und Erfassungsein- richtung vorgesehen, die mit den n-Signalanschlüssen der ersten und der zweiten Gruppe elektrisch verbunden ist. Sie ist dazu ausgebildet, um beispielsweise ein Signal für einen Broadcast-Beam zu erzeugen und dieses Signal mehreren, aber nicht allen der n-Signalanschlüsse der ersten und mehreren, aber nicht allen der n-Signalanschlüsse der zweiten Gruppe von n- Signalanschlüssen zuzuführen, wobei das Beamforming-Netzwerk dazu ausgebildet ist, das Signal, welches an mehreren der n-Signalanschlüsse der ersten und der zweiten Gruppe anliegt, derart umzusetzen, dass dieses über mehrere Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der ersten und zweiten Gruppe ausgesendet wird. Dieses Signal wird dabei an einige, aber nicht an alle der n- Signalanschlüsse der ersten und zweiten Gruppe angelegt. Vorzugsweise korrespondiert dabei jeder Signalanschluss der ersten Gruppe zu einer Abstrahlbzw. Empfangskeule der ersten Gruppe und jeder Signalanschluss der zweiten Gruppe korrespondiert zu einer Abstrahl- bzw. Empfangskeule der zweiten Gruppe. Wird folglich an einem der n-Signalanschlüsse ein Signal angelegt, so wird dieses über die zu diesem Signalanschluss korrespondierende Abstrahl- bzw. Empfangskeule ausgesendet. Wie bereits erläutert, ist die räumliche Erstreckung der Abstrahl- bzw. Empfangskeule, also eines Beams des Mehrfachantennensystems bezüglich seinen Abmessungen und der Fläche, die diese Abstrahl- bzw. Empfangskeule in der Mobilfunkzelle abdeckt, deutlich kleiner als die Fläche, die über einen Einzelstrahler abgedeckt werden würde. Damit es zu keinen Überlappungen bei den Abstrahl- bzw. Empfangskeulen führt, die nicht zueinander entkoppelt sind, also die beispielsweise über die gleiche Polarisation verfügen, wird dieses Signal durch die Signalerzeugungsund Erfassungseinrichtung nicht an allen der n-Signalanschlüsse der ersten und der zweiten Gruppe gleichzeitig angelegt. Es werden lediglich nur diejenigen Signalanschlüsse der ersten und zweiten Gruppe dazu herangezogen, deren korrespondierende Abstrahl- bzw. Empfangskeulen überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander angeordnet sind. Damit über den Broadcast-Beam, also durch die Vielzahl der Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der ersten und der zweiten Gruppe, auch Signale empfangen werden können, ist das Beamforming-Netzwerk dazu ausgebildet, dass das Signal bzw. die Signale, das bzw. die über die Abstrahl- bzw. Empfangskeule der ersten und/oder zweiten Gruppe des Broadcast-Beams empfangen wird bzw. werden, derart umzusetzen, dass dieses bzw. diese an dem jeweiligen einen bzw. den entsprechenden mehreren Signalanschlüssen der ersten und/oder zweiten Gruppe von n-Signalanschlüssen anliegt bzw. anliegen. Die Signaler- zeugungs- und Erfassungseinrichtung detektiert das Signal bzw. diese Signale und verarbeitet diese entsprechend weiter. Unter einer solchen Weiterverarbeitung ist insbesondere eine Analog-Digital- Wandlung zu verstehen, wobei das Signal insbesondere noch bezüglich seiner Frequenzen nach unten in Richtung tiefere Frequenzen umgesetzt (gemischt) wird (z.B. Mischung in das Basis- band).
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mobilfunksystems ist die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung derart ausgebildet, dass diese lediglich an denjenigen der n-Signalanschlüsse der ersten oder zweiten Gruppe ein Signal für den Broadcast-Beam anlegt oder bei diesen n- Signalanschlüssen ein Signal von einem Broadcast-Beam empfängt bzw. empfangen kann, die zu Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der ersten Gruppe bzw. der zweiten Gruppe von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen korrespondieren. Dadurch ist sichergestellt, dass beim Aussenden eines Signals durch den Broadcast-Beam keine sich überlappenden Abstrahl- bzw. Empfangskeulen verwendet werden, wodurch das auszusendende Signal sonst an bestimmten Stellen innerhalb der Mobilfunkzelle durch destruktive Interferenzen verschwinden würde. Umgekehrt gilt dies natürlich auch für den Empfang von Signalen eines oder mehrerer Teilnehmer.
Grundsätzlich kann die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung mit jedem Signalanschluss der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe der jeweils n- Signalanschlüsse an dem Beamforming-Netzwerk verbunden sein. Vorzugsweise umfasst die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung für jeden dieser Anschlüsse entsprechende Mittel zur Signalaufbereitung bzw. Verarbeitung. Diese Mittel können entsprechende Digital-/ Analogwandler bzw. Ana- log-/Digitalwandler umfassen. Dazu gehören vorzugsweise ebenfalls entsprechende Verstärker, Filter und Mischer.
Grundsätzlich wäre es allerdings auch möglich, dass die Signalerzeugungsund Erfassungseinrichtung noch eine Schalteinrichtung umfasst, die dazu aus- gebildet ist, mehrere der n-Signalanschlüsse der ersten Gruppe mit-einander und mit mehreren der n-Signalanschlüsse der zweiten Gruppe elektrisch zu verbinden, so dass die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung das Signal für den Broadcast-Beam an die jeweiligen Signalanschlüsse der ersten und der zweiten Gruppe der n-Signalanschlüsse gleichzeitig übermittelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Beamforming-Netzwerk zwei Butler-Matrizen bzw. zwei otman-Linsen, wobei die erste Butler-Matrix bzw. die erste Rotman-Linse mit der ersten Gruppe von n- Strahleranordnungen elektrisch verbunden ist und wobei die zweite Butler- Matrix bzw. die zweite Rotman-Linse mit der zweiten Gruppe von n- Strahleranordnungen elektrisch verbunden ist. Bei dem Beamforming- Netzwerk handelt es sich daher um ein rein passives Netzwerk, welches vorzugsweise ausschließlich analoge HF-Signale verarbeitet. Das Beamforming- Netzwerk umfasst dabei n-Signalanschlüsse, an denen die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung angeschlossen ist und n-Antennenanschlüsse, an denen die Strahleranordnungen angeschlossen sind. Dabei werden für n vorzugsweise ausschließlich gerade Werte gewählt, wie beispielsweise 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 oder 16 oder höher. Ungerade Werte wie 3, 5, 7, 9, 1 1, 13 oder 15 wären allerdings ebenfalls denkbar. Die eine Butler-Matrix bzw. die eine Rotman-Linse erzeugt dabei die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der ersten Gruppe (dient beispielsweise zur Verarbeitung der ersten Polarisation), wohingegen die zweite Butler-Matrix bzw. die zweite Rotman-Linse die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der zweiten Gruppe erzeugt (dient beispielsweise zur Verarbeitung der zweiten Polarisation).
Die erste Gruppe von n- Strahleranordnungen und die zweite Gruppe von n- Strahleranordnungen sind, wie bereits erläutert, vorzugsweise orthogonal zu- einander polarisiert. Insbesondere sind diese in einem Winkel von +45° und in einem Winkel von -45° gegenüber einer horizontalen Ebene ausgerichtet. Entlang dieser horizontalen Ebene sind ebenfalls die n- Strahleranordnungen ausgerichtet. Die horizontale Ebene ist dabei die Ebene über dem Boden, von der das Mobilfunksystem beabstandet in einer Höhe h angeordnet ist. Grundsätzlich wäre es auch möglich, dass die erste Gruppe von n- Strahleranordnungen links zirkulär polarisiert und die zweite Gruppe von n- Strahleranordnungen rechts zirkulär polarisiert ist. Auch eine links elliptische Polarisation bzw. rechts elliptische Polarisation wäre ebenfalls möglich.
Vorzugsweise bildet jeweils eine der n- Strahleranordnungen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe von Strahleranordnungen eine patchstrahlerförmi- ge oder dipolförmige Strahlereinrichtung, die vorzugsweise in Form eines Vektordipols, eines Kreuzdipols oder eines Dipolquadrats ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass es insgesamt n- Strahlereinrichtungen gibt. Die n- Strahlereinrichtungen sind dabei in einer Reihe entlang einer horizontalen bzw. überwiegend horizontalen Ebene (weniger als 10 cm, 7 cm, 5 cm, 3 cm, 1 cm beabstandet von der horizontalen Ebene) nebeneinander angeordnet. Der Abstand zwischen den jeweiligen Strahlereinrichtungen ist auf einen vorbe- stimmten Wert eingestellt und kann unterschiedlich zwischen zwei Strahlereinrichtungen sein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mobilfunksystems umfasst dieses zumindest m Strahlerreihen, mit m > 2, wobei m eine natürliche Zahl ist. Die m Strahlerreihen umfassen jeweils eine erste Gruppe von bis zu n- Strahleranordnungen und eine zweite Gruppe von bis zu n- Strahleranordnungen. Die Strahlerreihen sind vertikal, vorzugsweise in einer vertikalen Ebene beabstandet zueinander angeordnet, sodass ein Strahler- Array gebildet ist. Es gibt m Beamforming-Netzwerke, wobei jedes der m Beamforming-Netzwerke mit den Strahleranordnungen einer der m Strahlerreihen elektrisch verbunden ist. Die m Beamforming-Netzwerke sind dazu ausgebildet, die Lage bzw. Ausrichtung der jeweils beiden Gruppen von Ab- strahl- bzw. Empfangskeulen jeder der Strahlerreihen derart festzulegen, dass für zwei vertikal benachbarte Strahlerreihen gilt: a) die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der jeweiligen ersten Gruppen sind überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet; und
b) die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der jeweiligen zweiten Gruppen sind überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet.
Vorzugsweise gibt es dabei m Strahlerreihen, mit m > 2, m > 3, m > 4, m > 6, m > 8, m > 10. Jede der weiteren Strahlerreihen erstreckt sich in einer horizon- talen oder überwiegend horizontalen Ebene. Dabei sind bis zu n oder mehr als n weitere (vorzugsweise dipolförmige) Strahlereinrichtungen nebeneinander in jeder Strahlerreihe angeordnet. Die Anzahl an Strahlereinrichtungen pro Strahlerreihe kann auch variieren und muss nicht immer gleich sein. Das Strahler-Array besteht vorzugsweise aus m x n Strahleinrichtungen, wobei weiter vorzugsweise m = n entspricht. Das jeweilige Beamforming-Netzwerk ist dabei wiederum mit den jeweiligen Strahleranordnungen der Strahlerreihen elektrisch verbunden. In diesem Fall gibt es für jede der m- Strahlerreihen zusätzlich zwei Butler-Matrixen bzw. zusätzlich zwei otman-Linsen in jedem der zusätzlichen Beamforming-Netzwerke. Jedes Beamforming-Netzwerk ist dabei dazu ausgebildet, die Lage bzw. die Ausrichtung der beiden Gruppen von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der n vorzugsweise dipolförmigen Strahlereinrichtungen jeder der m Strahlerreihen derart festzulegen, dass zwischen zwei vertikal benachbarten Strahlerreihen die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der jeweiligen ersten Gruppen überlappungsfrei bzw. überwiegend überlap- pungsfrei zueinander ausgerichtet sind und dass die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen der jeweiligen zweiten Gruppen ebenfalls überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind.
Vorzugsweise erfolgt die Speisung der beiden Gruppen von n- Strahleranordnungen von einer Strahlerreihe umgekehrt zur Speisung der beiden Gruppen von n- Strahleranordnungen von einer anderen Strahlerreihe und damit in einer schachbrettartigen Weise, um möglichst einen großen räumlichen Abstand von gleicher/ähnlicher Speisung zu haben. Dies bedeutet beispielsweise, dass bei allen geradzahligen m Strahlerreihen die erste Gruppe der n-Strahleranordnungen mit der ersten Gruppe der n Antennenanschlüsse des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden sind und die zweite Gruppe der n- Strahleranordnungen mit der zweiten Gruppe der n An- tennenanschlüsse des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden sind. Umgekehrt gilt für die ungeradzahligen m Strahlerreihen, dass die erste Gruppe der n-Strahleranordnungen mit der zweiten Gruppe der n Antennenanschlüsse des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden sind und die zweite Gruppe der n- Strahleranordnungen mit der ersten Gruppe der n Antennenanschlüsse des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden sind.
Das erfindungsgemäße Mobilfunksystem hat insbesondere den Vorteil, dass die Signale, die dem Beamforming-Netzwerk zugeführt werden, in keinem besonderen Phasenverhältnis zueinander stehen müssen. Grundsätzlich könnten sich zwar die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen einer Gruppe von Abstrahlbzw. Empfangskeulen auch deutlich überlappen, allerdings müsste dann sichergestellt sein, dass die einzelnen Signale, die über diese Abstrahl- bzw. Empfangskeulen ausgesendet werden, kohärent sind (keinen Phasenwinkel zueinander aufweisen). Damit dies allerdings erreicht werden kann, müsste das Mobilfunksystem entsprechend kalibriert werden, so dass beispielsweise unterschiedliche Kabellängen der Anschlusskabel zwischen der Signalerzeu- gungs- und Erfassungseinrichtung und den jeweiligen Signalanschlüssen der ersten und der zweiten Gruppe am Beamforming-Netzwerk herausgerechnet werden können. Dies ist allerdings sehr aufwendig und kann mit der hier vorgestellten erfindungsgemäßen Lösung vermieden werden.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Gleiche Gegenstände weisen dieselben Bezugszeichen auf. Die entsprechenden Figuren der Zeichnungen zeigen im Einzelnen:
Figuren lA und 1B:
eine Darstellung eines Mobilfunksystems mit einem Beamforming-Netzwerk und einem Mehrfachantennensystem, wobei Figur 1B den Aufbau der ersten und zweiten Gruppe von n- Strahleranordnungen beschreibt; Figuren 2A bis 2C:
verschiedene Antennendiagramme, in denen unterschiedliche Abstrahl- bzw. Empfangskeulen des Mobilfunksystems aus Figur 1 A bei optimaler oder zufälliger Phasenlage dargestellt sind;
Figuren 3A und 3B:
verschiedene Darstellungen zweier Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Mobilfunksystems mit einem Beamforming- Netzwerk und einem Mehrfachantennensystem;
Figuren 4A bis 4D:
verschiedene Antennendiagramme, in denen unterschiedliche Abstrahl- bzw. Empfangskeulen des erfindungsgemäßen Mobilfunksystems der Figuren 3A und 3B bei optimaler oder zufälli- ger Phasenlage dargestellt sind;
Figuren 5A, 5B:
verschiedene Darstellungen eines erfindungsgemäßen Strahler- Arrays bestehend aus mehreren Beamforming-Netzwerken und Strahleranordnungen; und
Figur 6: ein Flussdiagramm, das ein erfindungsgemäßes Verfahren zum
Erzeugen eines Broadcast-Beams beschreibt. Figur 1A beschreibt vereinfacht ein Mobilfunksystem 1 bzw. eine Baugruppe für ein Mobilfunksystem 1 , das zumindest ein Beamforming-Netzwerk 2 und ein Mehrfachantennensystem 3 umfasst. Durch das Mobilfunksystem 1, welches beispielsweise auch als Basisstation bezeichnet werden kann, kann ein Broadcast-Beam 1 1 erzeugt werden, durch den die Mobilfunkzelle ausge- leuchtet werden kann.
Das Mehrfachantennensystem 3 umfasst dabei zumindest eine Strahlerreihe 16i, die eine erste Gruppe 4a von n- Strahleranordnungen 4al s 4an und eine zweite Gruppe 4b von n- Strahleranordnungen 4b i, ..., 4bn, mit n > 2 aufweist. Das Mehrfachantennensystem 3 sendet und/oder empfängt über beide Gruppen 4a, 4b von n-Strahleranordnungen 4al s 4an bzw. 4bl s 4bn in zwei linearen, zirkulären oder elliptischen Polarisationen, wobei die Polarisation der ersten Gruppe 4a der n- Strahleranordnungen 4al 5 ..., 4an zu der Polarisation der zweiten Gruppe 4b der n- Strahleranordnungen 4bl s 4bn entkoppelt ausgerichtet ist. Eine entkoppelte Ausrichtung kann beispielsweise dann vorliegen, wenn beide Gruppen 4a, 4b unterschiedlich polarisiert sind, beispiels- weise orthogonal, vorzugsweise -45° und +45°.
In Figur 1B ist dargestellt, wie sich das Mehrfachantennensystem 3 aus der ersten Gruppe 4a von n- Strahleranordnungen 4al s 4an und der zweiten Gruppe 4b von n- Strahleranordnungen 4bl s 4bn zusammensetzt. Zu erken- nen ist, dass die n-Strahleranordnungen 4al 5 4an bzw. 4bl 5 4bn beider Gruppen 4a, 4b unterschiedlich ausgerichtet sind, was eine unterschiedliche Polarisation bewirkt, worüber angedeutet ist, dass diese zueinander entkoppelt ausgerichtet sind. Dies bedeutet, dass die erste Gruppe 4a der n-Strahleranordnungen 4al 5
4an in einer anderen Polarisation sendet und/oder empfängt als die zweite Gruppe 4b der n-Strahleranordnungen 4b i , 4bn. Die erste und die zweite Gruppe 4a, 4b umfassen vorzugsweise die gleiche Anzahl an n- Strahleranordnungen 4al s 4an bzw. 4bl s 4bn. In Figur 1B ist außerdem dargestellt, dass jeweils eine der n-Strahleranordnungen 4al 5 ... 4an der ersten Gruppe 4a und eine der n-Strahleranordnungen 4al s ... 4an der zweiten Gruppe 4b eine patchstrahlerförmige oder dipolförmige Strahlereinrichtung 5l 5 5n bilden, die vorzugsweise in Form eines Vektordipols, eines Kreuzdipols oder eines Dipolquadrats ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass es insgesamt ebenfalls n-Strahlereinrichtungen 5l s 5n gibt, die im montierten Zustand des Mehr- fachantennensystems 3 horizontal oder überwiegend horizontal (mit einer horizontalen Ausrichtung) beabstandet nebeneinander angeordnet sind. Das Mehrfachantennensystem 3 umfasst hierzu noch einen nicht dargestellten Reflektor, an dem die n- Strahlereinrichtungen 5l 5 5n mittelbar oder unmittel- bar angeordnet sind.
Das gesamte Mehrfachantennensystem 3 ist dabei vorzugsweise in einem Ra- dom untergebracht. Die n- Strahlereinrichtungen 5l s ..., 5n sind in Figur 1B zur besseren Übersicht gestrichelt dargestellt. Sie sind beabstandet zueinander entlang einer horizon- talen oder überwiegend horizontalen Ebene 6 angeordnet, die in Figur 1A gestrichelt dargestellt ist.
Das Beamforming-Netzwerk 2 umfasst eine erste Gruppe 7a von n- Antennenanschlüssen 7al 5 7an und eine zweite Gruppe 7b von n- Antennenanschlüssen 7bl 5 7bn. Die erste Gruppe 7a der n-
Antennenanschlüsse 7al 5 7an ist mit der ersten Gruppe 4a der n- Strahleranordnungen 4al 5 4an elektrisch leitend verbunden. Dabei ist jeweils einer der n- Antennenanschlüsse 7al 5 7an mit einer der n- Strahleranordnungen 4al 5 ..., 4an elektrisch leitend verbunden. Auch die zweite Gruppe 7b der n- Antennenanschlüsse 7b i, ..., 7bn ist mit der zweiten Gruppe 4b der n-Strahleranordnungen 4b i, ..., 4bn elektrisch leitend verbunden.
Das Beamforming-Netzwerk 2 ist dazu ausgebildet, über die erste Gruppe 4a der n-Strahleranordnungen 4al 5 4an des Mehrfachantennensystems 3 eine erste Gruppe 8a von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al 5 8an einzustellen, die unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten.
Diese Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al 5 8 an können auch als Beams bezeichnet werden.
Gleiches gilt auch für die zweite Gruppe 4b mit ebenfalls n- Strahleranordnungen 4bl 5 4bn des Mehrfachantennensystems 3. Über diese können eine zweite Gruppe 8b von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8bl 5 8bn eingestellt werden, die ebenfalls unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten.
In Figur 1A ist dargestellt, dass jede Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8al 5 8an der ersten Gruppe 8a deckungsgleich mit je einer Abstrahl- bzw. Emp- fangskeule 8b i, ..., 8bn der zweiten Gruppe 8b ist. Es sind zur besseren Veranschaulichung nur sechs Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al 5 8an bzw. 8bl5 8bn der ersten und zweiten Gruppe 8a und 8b dargestellt. Grundsätzlich könnten auch n- Abstrahl- und Empfangskeulen 8al 5 8an bzw. 8b i, 8bn jeder Gruppe 8a, 8b ausgebildet sein. Die einzelnen Abstrahl- bzw. Emp- fangskeulen 8al 5 8an bzw. 8bl 5 8bn der einzelnen Gruppen 8a, 8b sind allerdings zueinander entkoppelt und insbesondere unterschiedliche polarisiert. Das Beamforming-Netzwerk 2 umfasst außerdem eine erste Gruppe 9a von n- Signalanschlüssen 9ai ? 9an und eine zweite Gruppe 9b von n- Signalanschlüssen 9bi, 9bn. Das Beamforming-Netzwerk 2 umfasst zwei Butler-Matrizen 2a, 2b oder zwei otman-Linsen. Dabei ist die erste Butler-Matrix 2a bzw. die erste Rotman- Linse mit der ersten Gruppe 4a von n- Strahleranordnungen 4al s 4an elektrisch verbunden. Die zweite Butler-Matrix 2b bzw. die zweite Rotman-Linse ist dagegen mit der zweiten Gruppe 4b von n-Strahleranordnungen 4b i, 4bn elektrisch verbunden. Die Butler-Matrizen 2a, 2b sind jeweils als n x n Matrizen ausgebildet, wobei n mindestens 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1, 12, 13, 14, 15 oder 16 entspricht. Vorzugsweise ist n gerade. Jede Butler-Matrix 2a, 2b hat vorzugsweise so viele Antennenanschlüsse 7al 5 7an bzw. 7bl5 7bn wie die erste bzw. zweite Gruppe 4a, 4b Strahleranordnungen 4al s 4an bzw. 4bi, 4bn. Jede Butler-Matrix 2a, 2b hat wiederum so viele Signalanschlüsse 9ai, 9an bzw. 9bi, 9bn wie Antennenanschlüsse 7al 5 7an
Weiterhin umfasst das Mobilfunksystem 1 noch eine Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10. Die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 ist dabei mit den n-Signalanschlüssen 9ai ? ..., 9an der ersten Gruppe 9a und den n-Signalanschlüssen 9bi, 9bn der zweiten Gruppe 9b elektrisch leitend verbunden. Die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 umfasst Mittel um Signale, insbesondere analoge Signale zu erzeugen und um Signale zu erfassen, insbesondere um analoge Signale in digitale Signale umzuwandeln. Hierzu umfasst die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 vorzugsweise neben einer Prozessoreinheit noch einen A/D-Wandler bzw. D/A- Wandler, Mischer und Filter. Vorzugsweise umfasst die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 für jeden der n-Signalanschlüsse 9al s 9an bzw. 9bl 5 9bn der ersten und zweiten Gruppe 9a, 9b einen entsprechenden A/D-Wandler und/oder einen D/A- Wandler und zumindest einen Mischer und zumindest ein Filter. Die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 ist dazu ausgebildet ein Signal für einen Broadcastbeam 1 1 zu erzeugen und dieses Signal an mehreren der n-Signalanschlüsse 9al s 9an der ersten Gruppe 9a zuzuführen und dieses Signal auch mehreren der n-Signalanschlüsse 9bi, 9bn der zweiten Gruppe 9b zuzuführen. Das Beamforming-Netzwerk 2 ist dann dazu ausgebildet, das Signal, welches an mehreren der n-Signalanschlüssen 9ai ? 9bn bzw. 9b i , . . . , 9bn der ersten und der zweiten Gruppe 9a, 9b anliegt, derart um- 5 zusetzen, dass dieses über mehrere Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al 5 8an bzw. 8bi, 8bn der ersten und der zweiten Gruppe 8a, 8b ausgesendet wird.
Dies bedeutet, dass ein Signalanschluss 9ai ? 9an der ersten Gruppe 9a des o Beamforming-Netzwerks 2 zu genau einer Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8al 5
..., 8an der ersten Gruppe 8a korrespondiert.
Gleiches gilt auch für einen (bzw. jeden) Signalanschluss 9bi, 9bn der zweiten Gruppe 9b des Beamforming-Netzwerks 2, welche ebenfalls zu (ge-5 nau) einer Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8b i , 8bn der zweiten Gruppe 8b korrespondiert.
Im umgekehrten Fall gilt dies natürlich auch dann, wenn ein Signal durch die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 empfangen werden soll. Für o den Fall, dass ein Signal, welches beispielsweise von einem mobilen Endgerät im Abdeckungsbereich des Mobilfunksystems 1 ausgesendet wird, kann dieses durch die entsprechende Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8al 5 8an der ersten Gruppe 8a bzw. durch die entsprechende Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8bi, 8bn der zweiten Gruppe 8b empfangen werden. Dieses Signal wird 5 dann der ersten Gruppe 7a mit n- Antennenanschlüssen 7al 5 7an bzw. der zweiten Gruppe 7b mit n- Antennenanschlüssen 7b i , 7bn zugeführt. Das Beamforming-Netzwerk 2 setzt diese Informationen entsprechend um, so dass das Signal an einen den n-Signalanschlüsse 9al 5 9an der ersten Gruppe 9a bzw. an einem der n-Signalanschlüsse 9bl 5 9bn der zweiten Gruppe 9b0 ausgegeben wird. Dies bedeutet, dass auch beim Empfang von Signalen eines mobilen Endgeräts die entsprechende Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8al 5 8an bzw. 8bi, 8bn der jeweiligen Gruppen 8a, 8b zu dem jeweiligen Signalanschluss 9ai, 9an, bzw. 9bl 5 9bn der entsprechenden Gruppe 9a, 9b korrespondiert.
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Figur 2A zeigt ein Antennendiagramm wie es sich für das Mobilfunksystem 1 gemäß Figur 1A ergeben kann. Das Antennendiagramm ist logarithmisch in Dezibel aufgetragen. Es sind zur besseren Übersicht jeweils sechs Abstrahlbzw. Empfangskeulen 8al 5 8an bzw. 8bi, 8bn für jede Gruppe 8a, 8b dargestellt. Die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al 5 8an der ersten Gruppe 8a überlagern sich mit den Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8b i, 8bn der zweiten Gruppe 8b. Neben den Hauptkeulen sind noch Nebenkeulen dargestellt, die für das weitere Verständnis der Anmeldung unberücksichtigt bleiben.
Die einzelnen Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al 5 8an bzw. 8bi, 8bn der ersten bzw. zweiten Gruppe 8a, 8b sind bezüglich ihrer Lage und Ausrichtung derart gebildet, dass sie die Mobilfunkzelle vollständig beleuchten und möglichst nicht in die Nachbarmobilfunkzellen strahlen.
Würde nun ein Signal über alle Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al 5 8an und/oder 8bl 5 8bn der ersten und/oder zweiten Gruppe 8a, 8b übertragen werden, dann könnte sich ein Broadcast-Beam 1 1 einstellen, wie er beispielsweise in Figur 2B für die erste Gruppe 8a oder für die zweite Gruppe 8b, die deckungsgleich zur ersten Gruppe 8a ist, dargestellt ist. Die Besonderheit an Figur 2B ist, dass das Signal allen n-Signalanschlüssen 9al 5 9an der ersten Gruppe 9a bzw. allen n-Signalanschlüssen 9al 5 9bn der zweiten Gruppe 9b mit einer speziell optimierten Phasenlage (es müssen nicht alle Phasen exakt gleich sein, um in jedem Anwendungsfall einen optimalen Broadcast-Beam 1 1 einstellen zu können), vorzugsweise mit derselben Phasenlage zugeführt wurde. Aus diesem Grund sind in dem Antennendiagramm aus Figur 2B keine destruktiven Interferenzen in den Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al s 8an bzw. 8bi, 8bn der ersten bzw. zweiten Gruppe 8a, 8b ausgebildet. Eine solche kohärente Phasenlage kann dann erreicht werden, wenn das Mobilfunksystem 1 umfangreich kalibriert worden ist. Dies ist z.B. dann sichergestellt, wenn das auszusendende Signal zur gleichen Zeit bzw. genau zu einer vorbe- rechneten Zeit an den jeweiligen n-Signalanschlüssen 9al 5 9an der ersten Gruppe 9a bzw. den n-Signalanschlüssen 9al 5 9bn der zweiten Gruppe 9b ankommt. Ein solches Kalibrierverfahren ist allerdings aufwendig.
Für den Fall, dass das Signal, welches über den Broadcast-Beam 1 1 ausgesen- det werden soll, zu unterschiedlichen, insbesondere zu beliebigen (zufälligen), beispielsweise unvorhersagbaren Zeitpunkten an den jeweiligen n- Signalanschlüssen 9al 5 9an der ersten Gruppe 9a bzw. den n- Signalanschlüssen 9ai ? 9bn der zweiten Gruppe 9b anliegt, kann es in einzelnen oder mehreren Richtungen zu destruktiven Interferenzen 12 kommen, wie diese in Figur 2C zu erkennen sind. In diesen Bereichen der Mobilfunkzelle, wo diese destruktiven Interferenzen 12 vorliegen, kann das Signal, wel- ches über den Broadcast-Beam 1 1 ausgesendet wird, von den entsprechenden mobilen Endgeräten nicht empfangen werden. Gleiches gilt auch für die Empfangsrichtung, wenn entsprechende Phasendifferenzen zwischen den n- Signalanschlüssen 9ai ? 9an bzw. 9bi, 9bn der ersten und der zweiten Gruppe 9a, 9b des Beamforming-Netzwerks 2 und der Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 vorliegen. Um solche destruktiven Interferenzen 12 zu vermeiden, ist, wie bereits erläutert, eine umfangreiche Kalibrierung notwendig.
Eine solche umfangreiche und teure Kalibrierung ist bei der hier vorliegenden Erfindung nicht notwendig. Die Figuren 3 A und 3B zeigen ein erfindungsgemäßes Mobilfunksystem 1, bei dem die Signale, die über den Broadcast-Beam 1 1 übertragen werden sollen, unterschiedliche Signallaufzeiten hin zu den jeweiligen Signalanschlüssen 9al 5 9an der ersten Gruppe 9a und den Signalanschlüssen 9b i, ..., 9bn der zweiten Gruppe 9b haben dürfen.
Das Beamforming-Netzwerk 2 und die Mehrfachantennenanordnung 3 sind, wie auch die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10, gemäß der Beschreibung zu den vorherigen Figuren aufgebaut, weshalb auf diese verwiesen wird.
Erfindungsgemäß werden allerdings nicht mehr alle Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8ai, 8an der ersten Gruppe 8a und nicht mehr alle Abstrahlbzw. Empfangskeulen 8bi, 8bn der zweiten Gruppe 8b eingesetzt, um den Broadcast-Beam 1 1 zu bilden. Das Beamforming-Netzwerk 2 ist dazu ausge- bildet, über die erste Gruppe 4a der n-Strahleranordnungen 4al 5 4an des Mehrfachantennensystems 3 eine erste Gruppe 8a von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8ai, 8an einzustellen, die unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind.
Selbiges gilt auch für die zweite Gruppe 4b von n- Strahleranordnungen 4bl s ..., 4bn des Mehrfachantennensystems 3. Über diese wird wiederum eine zwei- te Gruppe 8b von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8bi, 8bn eingestellt, die unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind. In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 3A und 3B werden keine direkt zueinander angrenzenden Abstrahl- und Empfangskeulen 8al 5 8anbzw. 9ai ? 9an der gleichen Gruppe 8a, 8b eingestellt. Vielmehr werden dazwischen liegende Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al 5 8an bzw. 8bi, 8bn nicht eingestellt bzw. angeregt bzw. erzeugt. Dies erkennt man daran, dass in dem er- fmdungsgemäßen Ausführungsbeispiel nur lediglich jeder zweite Signalan- schluss 9ai, 9an der ersten Gruppe 9a und nur lediglich jeder zweite Sig- nalanschluss 9bi, 9bn der zweiten Gruppe 9b mit einem Signal beaufschlagt wird. Grundsätzlich wäre es möglich auch nur lediglich jeden dritten oder jeden vierten oder jeden fünften oder jeden sechsten der n- Signalanschlüsse 9ai ? 9anbzw. 9bi, 9bn der ersten bzw. zweiten Gruppe 9a, 9b für das Erzeugen eines Broadcast-Beams 1 1 zu verwenden. In diesem Fall würde nur jede dritte oder jede vierte oder jede fünfte oder jede sechste Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8al 5 8an bzw. 8bl 5 8bn der ersten oder zweiten Gruppe 8a, 8b verwendet werden.
Den jeweiligen Signalanschlüssen 9al 5 9an bzw. 9bl 5 9bn der ersten bzw. zweiten Gruppe 9a, 9b wird jeweils dasselbe Signal zugeführt bzw. es wird entsprechend ein Signal gemessen, welches an diesen Signalanschlüssen 9ai, 9anbzw. 9bl 5 9bn der jeweiligen Gruppe 9a, 9b ausgegeben wird. In Figur 3B umfasst die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 noch zumindest eine Schalteinrichtung 13. Diese ist dazu ausgebildet mehrere der n-Signalanschlüsse 9al 5 9an der ersten Gruppe 9a miteinander und außerdem mit mehreren, aber nicht allen der n-Signalanschlüsse 9bl 5 9bn der zweiten Gruppe 9b miteinander elektrisch zu verbinden, so dass die Signaler- zeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 das Signal für den Broadcast-Beam gleichzeitig an die jeweiligen Signalanschlüsse 9al 5 9an bzw. 9bl 5 9bn der ersten und zweiten Gruppe 9a, 9b übermittelt.
Die Schalteinrichtung 13 ist dabei dazu ausgebildet jeweils mehrere miteinan- der verbundene gerade bzw. geradzahlige Signalanschlüsse 9al 5 9an der ersten Gruppe 9a mit jeweils mehreren ungeraden bzw. ungeradzahligen Signalanschlüssen 9b i, ..., 9bn der zweiten Gruppe 9b elektrisch zu verbinden. Umgekehrt wäre es natürlich auch möglich mehrere ungerade bzw. ungeradzahlige Signalanschlüsse 9ai ? ..., 9an der ersten Gruppe 9a miteinander und mit mehreren geraden bzw. geradzahligen Signalanschlüssen 9b i , 9bn der zweiten Gruppe 9b miteinander elektrisch zu verbinden.
Die Figuren 4A und 4B zeigen ein Antennendiagramm des erfindungsgemäßen Mobilfunksystems 1. In Figur 4A sind diejenigen Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8ai, ... 8an der ersten Gruppe 8a dargestellt, deren dazu korrespondierenden Signalanschlüsse 9ai ? ... 9an der ersten Gruppe 9a des Beam- forming-Netzwerks 2 mit der Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 verbunden bzw. durch diese gespeist sind. Die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 könnte an den dazu korrespondierenden Signalanschlüssen 9ai, ... 9an der ersten Gruppe 9a auch die jeweiligen Daten bzw. Signale empfangen und/oder verarbeiten. In dem Ausführungsbeispiel der Fi- guren 3 A und 3B werden zur besseren Übersicht lediglich drei Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al 5 8an der ersten Gruppe 8a angeregt. Grundsätzlich könnten es allerdings auch mehrere Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al 5 8an der ersten Gruppe 8a sein. Gestrichelt dargestellt sind in Figur 4B die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8b i , . . . , 8bn der zweiten Gruppe 8b.
Zu erkennen ist, dass die erzeugten bzw. verwendeten Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8ai, 8an der ersten Gruppe 8a untereinander überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander angeordnet sind. Gleiches gilt auch für die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8b i , 8bn der zweiten Gruppe 8b. Weiterhin ist zu erkennen, dass bei einer Überlagerung dieser Abstrahlbzw. Empfangskeulen 8al 5 8an und 8bi, 8bn beider Gruppen 8a, 8b der daraus entstehende Broadcast-Beam 1 1 die Mobilfunkzelle vollständig aus- leuchtet, wobei durch die Entkoppelung beider Gruppen 8a, 8b zueinander gewährleistet ist, dass auch bei einer beliebigen Phasenlage der Signale an der ersten Gruppe 9a der n-Signalleitungsanschlüsse 9ai ? 9an und der zweiten Gruppe 9b der n-Signalleitungsanschlüsse 9bi, 9bn keine destruktiven Interferenzen auftreten.
Die Figur 4C zeigt ein Antennendiagramm des erfindungsgemäßen Mobilfunksystems 1, wenn zwischen den Signalen an den Eingängen der n- Signalleitungsanschlüsse 9ai ? 9an bzw. 9bi, 9bn der ersten und zweiten Gruppe 9a, 9b, die zur Erzeugung des Broadcast-Beams 1 1 verwendet werden, gleiche Phasenbedingungen bzw. speziell optimierte Phasenlagen herrschen, die Signale folglich an den jeweiligen n-Signalleitungsanschlüssen 9ai ? 9an bzw. 9b i, ..., 9bn der ersten und zweiten Gruppe 9a, 9b die gleiche Phasenlage aufweisen, so dass ein Broadcast-Beam 1 1 entsteht, der die Mobilfunkzelle bestmöglich ausleuchtet. Dies wäre der Optimalfall, der lediglich durch eine entsprechende Kalibrierung sicher zu erreichen ist. Allerdings kommt es durch den erfindungsgemäßen Aufbau bzw. die erfindungsgemäße Ansteuerung des Mobilfunksystems 1 auch ohne eine entsprechende Kalibrierung zu keinen destruktiven Interferenzen.
Die Figur 4D zeigt wie ein Antennendiagramm des erfindungsgemäßen Mobilfunksystems 1 aussehen kann, wenn die entsprechenden Phasen an den Sig- nalanschlüssen 9ai ? 9an bzw. 9bi, 9bn der beiden Gruppen 9a, 9b, die für den Broadcast-Beam 1 1 verwendet werden, willkürlich gewürfelt zueinander ausgerichtet sind. In diesem Fall kommt es dennoch zu keinen destruktiven Interferenzen 12, wie diese noch in Figur 2C dargestellt sind. Die Mobilfunkzelle ist dennoch weiterhin annähernd optimal ausgeleuchtet.
Erfindungsgemäß ist die Lage bzw. Ausrichtung der beiden Gruppen 8a, 8b von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al 5 8an bzw. 8bi, 8bn derart festzulegen, dass zwischen zwei benachbarten Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8ai, 8an oder 8bi, 8bn der gleichen Gruppe 8a oder 8b eine Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8b i, ..., 8bn oder 8al 5 ..., 8an der anderen Gruppe 8b oder 8a liegt, wodurch der erfindungsgemäße Broadcast-Beam 1 1 gebildet ist. Dies bedeutet, dass keine der Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al 5 8anbzw. 8bi, 8bn, die den Broadcast-Beam 1 1 bilden, im Antennendiagramm in die gleiche Richtung ausgerichtet sind.
In der Ausführungsform der hier vorliegenden Erfindung gemäß den Figuren 3A, 3B sind die erste Gruppe 4a von n- Strahleranordnungen 4al s 4an und die zweite Gruppe 4b von n- Strahleranordnungen 4bl s 4bn orthogonal zueinander polarisiert, insbesondere in einem Winkel von +45° und in einem Winkel von -45° gegenüber einer horizontalen Ebene 6. Andere Polarisationsarten wären ebenfalls denkbar. Im Hinblick auf die Figuren 3A und 3B sind die durch die Strahleranordnungen 4ai ? 4an und 4bl 5 4bn der beiden Gruppen 4a und 4b gebildeten n- Strahlereinrichtungen 5l 5 5n in einer Reihe entlang der horizontalen Ebene 6 nebeneinander beabstandet angeordnet.
Im Hinblick auf Figur 5A ist dargestellt, dass das Mobilfunksystem 1 ein Strahler- Array 15 umfassen kann. Hierzu umfasst das Mobilfunksystem 1 eine Vielzahl von m Strahlerreihen 16l 5 16m, die vorzugsweise gleich aufgebaut sind. Jede dieser weiteren Strahlerreihen 162, 16m umfasst vorzugsweise bis zu oder mehr als n-Strahlereinrichtungen 5l s ..., 5n.
Die einzelnen Strahlerreihen 16l 5 16m sind übereinander beabstandet angeordnet. Dies bedeutet insbesondere, dass jede Strahlerreihe 16l 5 16m parallel zu den anderen Strahlerreihen 16l 5 16m angeordnet ist. Dies bedeutet, dass sich jede Strahlerreihe 16l 5 16m mit ihren n- Strahlereinrichtungen 5l s 5n horizontal erstreckt, beispielsweise in X-Richtung, wohingegen die einzelnen Strahlerreihen 16l 5 16m in vertikaler Richtung, beispielsweise in Y- Richtung, versetzt zueinander angeordnet sind und wobei die Hauptabstrahlrichtung dann in Z-Richtung verläuft.
Neben dem bekannten Beamforming-Netzwerk 2 gibt es für jede weitere Strahlerreihe 162, 16m noch ein weiteres Beamforming-Netzwerk (nicht dargestellt). Dieses ist vorzugsweise genauso aufgebaut wie das bereits beschriebene Beamforming-Netzwerk 2. Die weiteren Beamforming-Netzwerke sind mit den Strahleranordnungen der weiteren Strahlerreihen 162, 16m elektrisch verbunden. Die Beamforming-Netzwerke 2 sind dazu ausgebildet, die Lage bzw. Ausrichtung der beiden Gruppen 8a, 8b von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al 5 8an, 8bl 5 8bn jeder der m Strahlerreihen 16l 5 16m derart festzulegen, dass für zwei vertikal benachbarte Strahlerreihen 16l 5 16m gilt: a) die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al 5 8an der jeweiligen ersten Gruppen 8a sind überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei (im Antennendiagramm) zueinander ausgerichtet; und
b) die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8bl 5 8bn der jeweiligen zweiten Gruppen 8b sind überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei (im Antennendiagramm) zueinander ausgerichtet. Dies bedeutet, dass jede der m-Strahlerreihen 16l 5 16m wiederum mit einem eigenen Beamforming-Netzwerk 2, mit vorzugsweise jeweils zwei Butler-Matrizen 2a, 2b oder zwei otman-Linsen elektrisch verbunden ist. Die Butler-Matrizen 2a, 2b zweier aufeinander folgender, benachbarter Strahler- reihen 16l 5 16m werden an unterschiedlichen Signalanschlüssen 9ai ? 9an bzw. 9bi, 9bn gespeist. Vorzugweise werden in einer Strahlerreihe 16l 5 16m lediglich gerade Signalanschlüsse 9ai ? 9an der ersten Gruppe 9a und ungerade Signalanschlüsse 9bi, 9bn der zweiten Gruppe 9b gespeist, wobei unmittelbar in der benachbarten Strahlerreihe 16l 5 ... 16m jeweils unge- rade Signalanschlüsse 9al 5 9an der ersten Gruppe 9a und gerade Signalanschlüsse 9bi, 9bn der zweiten Gruppe 9b gespeist werden. Dies könnte selbstverständlich auch umgekehrt sein. Grundsätzlich muss nicht lediglich jeder zweite Signalanschluss 9al 5 9an bzw. 9bl 5 9bn gespeist werden, es könnte auch jeder dritte bzw. jeder vierte bzw. jeder fünfte bzw. jeder sechste gespeist werden.
Für jede weitere Strahlerreihe 16l 5 16m mit jeweils n dipolförmigen Strahlereinrichtungen 5i, 5n gibt es jeweils zwei zusätzliche Rotman-Linsen bzw. Butler-Matrizen 2a, 2b. Die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrich- tung 10 muss ebenfalls an den geänderten Sachverhalt angepasst werden. In diesem Fall ist sichergestellt, dass auch bei Einsatz des Antennen- Arrays 15, welches mehrere Strahlerreihen 16l 5 16m mit je, bzw. bis zu oder mehr als n-Strahlereinrichtungen 5l 5 5n umfasst, keine destruktiven Interferenzen auftreten, wenn über dieses Strahler- bzw. Antennen- Array 15 ein Broadcast- Beam 1 1 erzeugt wird. Vorzugsweise entspricht m = n. Es wäre auch möglich, dass m > n oder m < n sein könnte.
In der Figur 5A sind die einzelnen Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al s 8an der ersten Gruppe 8a mit durchgezogener Linie für zumindest drei Strah- lerreihen 16l 5 16m mit je n- Strahlereinrichtungen 5l s 5n dargestellt. Mit gestrichelter Linie sind die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8bl 5 8bn der zweiten Gruppe 8b für drei Strahlerreihen 16l 5 16m mit je n-
Strahlereinrichtungen 5l s 5n dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Abstrahlbzw. Empfangskeulen 8al 5 8an bzw. 8bl 5 8bn einer Gruppe 8a oder 8b einer Strahlerreihe 16l 5 16m von denen einer direkt aufeinanderfolgenden Reihe 16l 5 16m (horizontal) versetzt angeordnet sind. Dadurch wird das Auftreten von destruktiven Interferenzen selbst dann vermieden, wenn dem entsprechenden Beamforming-Netzwerk 2 das Signal, welches in dem Broadcast-Beam 1 1 ausgesendet werden soll, in einer unbestimmten Phasenlage übergeben wird. In Figur 5B ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Mobilfunksystems 1 dargestellt. Die ersten Gruppen 4a von bis zu n-Strahleranordnungen 4al s 4an von zwei vertikal benachbarten Strahlerreihen 16l 5 16m sind abwechselnd entweder mit der ersten Gruppe 7a (durchgezogene Linie) von bis zu n-Antennenanschlüssen 7al 5 7an des jeweiligen Beamforming- Netzwerks 2 oder mit der zweiten Gruppe 7b (gestrichelte Linie) von bis zu n- Antennenanschlüssen 7bl 5 7bn des jeweiligen Beamforming-Netzwerks 2 elektrisch verbunden. Bei den zweiten Gruppen 4b ist dies genau umgekehrt. Diese sind abwechselnd entweder mit der zweiten Gruppe 7b von bis zu n- Antennenanschlüssen 7bl 5 7bn des jeweiligen Beamforming-Netzwerks 2 oder mit der ersten Gruppe 7a von bis zu n-Antennenanschlüssen 7al 5 7an des jeweiligen Beamforming-Netzwerks 2 elektrisch verbunden.
Beispielsweise ist die erste Gruppe 4a von bis zu n-Strahleranordnungen 4al 5 4an von einer Strahlerreihe 16i mit der ersten Gruppe 7a (durchgezogene Linie) von bis zu n-Antennenanschlüssen 7al s 7an des jeweiligen Beamforming-Netzwerks 2 elektrisch verbunden. Bei der benachbarten Strahlerreihe 162 ist die erste Gruppe 4a von bis zu n-Strahleranordnungen 4al s 4an dagegen mit der zweiten Gruppe 7b (gestrichelte Linie) von bis zu n- Antennenanschlüssen 7bl 5 7bn des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden. Umgekehrtes gilt für die zweite Gruppe 4b von bis zu n- Strahleranordnungen 4b i, 4bn von den benachbarten Strahlerreihen 16l 5 162.
Insbesondere gilt, dass bei allen geradzahligen m Strahlerreihen 162, 16m die erste Gruppe 4a der n-Strahleranordnungen 4al s 4an mit der ersten Gruppe 7a der n Antennenanschlüsse 7al 5 7an des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden sind und die zweite Gruppe 4b der n- Strahleranordnungen 4b i, 4bn mit der zweiten Gruppe 7b der n Antennenanschlüsse 7bi, 7bn des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden sind. Umgekehrt gilt für die ungeradzahligen m Strahlerreihen 16l 5 16m-i, dass die erste Gruppe 4a der n-Strahleranordnungen 4al 5 4an mit der zweiten Gruppe 7b der n Antennenanschlüsse 7bl 5 7bn des jeweiligen Beamforming-Netzwerks elektrisch verbunden sind und dass die zweite Gruppe 4b der n- Strahleranordnungen 4bl s 4bn mit der ersten Gruppe 7a der n Antennenanschlüsse 7al 5 7an des jeweiligen Beamforming- Netzwerks elektrisch verbunden sind. Darunter ist auch zu verstehen, dass die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung 10 die einzelnen Beamfor- mung-Netzwerke 2 von zwei vertikal benachbarten Strahlerreihen 16l 5 16m vertauscht und damit umgekehrt speist.
Dadurch sind die einzelnen Strahlereinrichtungen 5l 5 5n der Strahlerreihen 162, ... , 16m bestmöglich entkoppelt.
Figur 6 zeigt schließlich noch ein Flussdiagramm, das erläutert, wie der Broadcast-Beam 1 1 erzeugt wird. Grundsätzlich ist ein entsprechendes Mobilfunksystem 1 erforderlich, wie dieses bereits beschrieben wurde. Dieses um- fasst ein Mehrfachantennensystem 3 und ein Beamforming-Netzwerk 2. In einem ersten Schritt Si wählt bzw. stellt das Beamforming-Netzwerk 2 eine erste Gruppe 8a von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8al s ..., 8an aus bzw. ein, die über die erste Gruppe 4a von n- Strahleranordnungen 4al s 4an des Mehrfachantennensystems 3 unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind. In einem weiteren Verfahrensschritt S2 wählt bzw. stellt das Beamforming-Netzwerk 2 eine zweite Gruppe 8b von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8bl s 8bn aus bzw. ein, die über die zweite Gruppe 4b von n-Strahleranordnungen 4b i, 4bn des Mehrfachantennensystems 3 unter- schiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind. In einem dritten Verfahrensschritt S3 legt das Beamforming-Netzwerk 2 die Lage bzw. Ausrichtung der beiden Gruppen 8a, 8b von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen 8ai, 8an und 8bl 5 8bn so fest, dass zwischen zwei benachbarten Ab- strahl- bzw. Empfangskeulen 8al s 8an oder 8bl s 8bn der einen Gruppe 8a oder 8b eine Abstrahl- bzw. Empfangskeule 8bl 5 8bn oder 8al 5 8an der anderen Gruppe 8b oder 8a liegt, wodurch letztlich der Broadcast-Beam 1 1 gebildet ist. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Erfindung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar.

Claims

5
Patentansprüche: 0 1. Mobilfunksystem (1) mit einem Beamforming-Netzwerk (2) und einem Mehrfachantennensystem (3), um ein Broadcast-Beam (1 1) zu erzeugen, mit den folgenden Merkmalen:
- das Mehrfachantennensystem (3) umfasst zumindest eine Strahlerreihe (160;
5 - die zumindest eine Strahlerreihe (161) umfasst eine erste Gruppe (4a) von n-Strahleranordnungen (4al s 4an) und eine zweite Gruppe (4b) von n- Strahleranordnungen (4b l s 4bn), mit n > 2, wobei das Mehrfachantennensystem (3) über beide Gruppen (4a, 4b) von Strahleranordnungen (4al s ..., 4an, 4b i, ..., 4bn) in zwei linearen, zirkulären oder elliptischen Polarisa- o tionen sendet und/oder empfängt, wobei die Polarisation der ersten Gruppe (4a) der n- Strahleranordnungen (4al 5 4an) zu der Polarisation der zweiten Gruppe (4b) der n- Strahleranordnungen (4b l 5 4bn) entkoppelt ausgerichtet ist;
- das Beamforming-Netzwerk (2) umfasst eine erste Gruppe (7a) von n- 5 Antennenanschlüssen (7al 5 7an) und eine zweite Gruppe (7b) von n-
Antennenanschlüssen (7b l 5 7bn), wobei die erste Gruppe (7a) der n- Antennenanschlüsse (7al 5 7an) mit der ersten Gruppe (4a) der n- Strahleranordnungen (4al s 4an) elektrisch verbunden ist und wobei die zweite Gruppe (7b) der n- Antennenanschlüsse (7bi, 7bn) mit der zwei-0 ten Gruppe (4b) der n- Strahleranordnungen (4b i, 4bn) elektrisch verbunden ist;
- das Beamforming-Netzwerk (3) ist dazu ausgebildet:
a) über die erste Gruppe (4a) von n- Strahleranordnungen (4al 5 ..., 4an) der zumindest einen Strahlerreihe (16 des Mehrfachantennensystems (3)5 eine erste Gruppe (8a) von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8al 5
8an) einzustellen, die unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle be- leuchten und überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind; und
b) über die zweite Gruppe (4b) von n- Strahleranordnungen (4b l s 4bn) der zumindest einen Strahlerreihe (16i) des Mehrfachantennensystems
5 (3) eine zweite Gruppe (8b) von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8b i,
8bn) einzustellen, die unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind; und
c) die Lage bzw. Ausrichtung der beiden Gruppen (8a, 8b) von Abstrahl-0 bzw. Empfangskeulen (8al 5 8an; 8bi, 8bn) derart festzulegen, dass zwischen zwei benachbarten Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8al 5 8an; 8bi, 8bn) der einen Gruppe (8a; 8b) eine Abstrahl- bzw. Empfangskeule (8bi, 8bn; (8al 5 8an)) der anderen Gruppe (8b; 8a) liegt, wodurch der Broadcast-Beam (1 1) gebildet ist.
5
2. Mobilfunksystem (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, die folgenden Merkmale:
- das Beamforming-Netzwerk (2) umfasst eine erste Gruppe (9a) von n- Signalanschlüssen (9ai ? 9an) und eine zweite Gruppe (9b) von n- o Signalanschlüssen (9bi, ..., 9bn);
- mit einer Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung (10);
- die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung (10) ist mit den n- Signalanschlüssen (9ai ? 9an, 9bi, 9bn) der ersten und der zweiten Gruppe (9a, 9b) elektrisch verbunden;
5 - die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung (10) ist dazu ausgebildet:
a) ein Signal für einen Broadcast-Beam (1 1) zu erzeugen und dieses mehreren der n-Signalanschlüsse (9ai ? 9an) der ersten Gruppe (9a) und mehreren der n-Signalanschlüsse (9bi, 9bn) der zweiten Gruppe 0 (9b) zuzuführen, wobei das Beamforming-Netzwerk (2) dazu ausgebildet ist, das Signal, welches an mehreren der n-Signalanschlüsse (9ai ?
9an, 9b i, 9bn) der ersten und zweiten Gruppe (9a, 9b) anliegt, derart umzusetzen, dass dieses über mehrere Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8ai, 8an, 8bi, 8bn) der ersten und zweiten Gruppe (8a,5 8b) ausgesendet wird; und/oder b) ein Signal oder mehrere Signale zu empfangen, das bzw. die an einem oder mehreren der n-Signalanschlüsse (9ai, 9an, 9bi, 9bn) der ersten und/oder der zweiten Gruppe (9a, 9b) anliegt bzw. anliegen; das Beamforming-Netzwerk (2) ist dazu ausgebildet, das Signal oder diese Signale, das bzw. die über die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen
(8ai, 8an, 8bi, 8bn) der ersten und/oder zweiten Gruppe (8a, 8b) des Broadcast-Beams (1 1) empfangen wird, derart umzusetzen, dass dieses bzw. diese an dem einen oder den mehreren der n- Signalanschlüsse (9ai ? 9an, 9bi, 9bn) der ersten und/oder der zweiten Gruppe (9a, 9b) anliegt bzw. anliegen.
3. Mobilfunksystem (1) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch, die folgenden Merkmale:
- die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung (10) ist dazu ausgebildet lediglich an denjenigen der n-Signalanschlüsse (9ai ? 9an, 9bi, 9bn) der ersten und der zweiten Gruppe (9a, 9b) ein Signal für einen Broadcast- Beam (1 1) anzulegen oder ein Signal von einem Broadcast-Beam (1 1) zu empfangen, die zu den Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8al 5 8an, 8bi, 8bn) der ersten Gruppe (8a) bzw. der zweiten Gruppe (8b) von Ab- strahl- bzw. Empfangskeulen (8al 5 8an, 8bi, 8bn) korrespondieren, für die gilt:
a) die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8al 5 8an) der ersten Gruppe (8a) sind überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander angeordnet; und
b) die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8b i, 8bn) der zweiten Gruppe (8b) sind überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander angeordnet.
4. Mobilfunksystem (1) nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch, das folgende Merkmal:
- die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung (10) ist dazu ausgebildet lediglich an jedem zweiten oder jedem dritten oder jedem vierten oder jedem fünften der n-Signalanschlüsse (9ai ? 9an, 9bi, 9bn) der ersten und der zweiten Gruppe (9a, 9b) von n-Signalanschlüssen (9ai ? 9an, 9bi, 9bn) ein Signal für einen Broadcast-Beam (10) zu senden oder ein Signal von einem Broadcast-Beam (10) zu empfangen, wodurch lediglich Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8al 5 8an) der ersten Gruppe (8a) ver- wendet werden, die überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander angeordnet sind und wodurch lediglich Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8b i , 8bn) der zweiten Gruppe (8b) verwendet werden, die überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander angeord- net sind.
5. Mobilfunksystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch, die folgenden Merkmale:
- die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung (10) umfasst eine Schalteinrichtung (13);
- die Schalteinrichtung (13) ist dazu ausgebildet mehrere der n- Signalanschlüsse (9ai ? 9an) der ersten Gruppe (9a) der n- Signalanschlüsse (9ai ? 9an, 9bi, 9bn) miteinander und mit mehreren der n- Signalanschlüsse (9b i , 9bn) der zweiten Gruppe (9b) der n- Signalanschlüsse (9ai ? ..., 9an, 9b i, . . . , 9bn) elektrisch zu verbinden, sodass die Signalerzeugungs- und Erfassungseinrichtung (10) das Signal für den Broadcast-Beam (1 1) gleichzeitig an die jeweiligen Signalanschlüsse (9ai ? ..., 9an, 9b i , . . . , 9bn) der ersten und zweiten Gruppe (9a, 9b) übermittelt.
6. Mobilfunksystem (1) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch, das folgende Merkmal:
die Schalteinrichtung (13) ist dazu ausgebildet
a ) jeweils mehrere miteinander verbundenen gerade Signalanschlüsse (9ai ?
9an) der ersten Gruppe (9a) der n-Signalanschlüsse (9ai ? 9an, 9bi, 9bn) mit jeweils mehreren miteinander verbundenen ungeraden Signalanschlüssen (9b i , 9bn) der zweiten Gruppe (9b) der n-
Signalanschlüsse (9ai ? 9an, 9bi, 9bn); oder umgekehrt
b ) jeweils mehrere miteinander verbundenen ungerade Signalanschlüsse (9ai ?
9an) der ersten Gruppe (9a) der n-Signalanschlüsse (9ai ? 9an, 9bi, 9bn) mit jeweils mehreren miteinander verbundenen geraden Signalanschlüssen (9bi, 9bn) der zweiten Gruppe (9b) der n-Signalanschlüsse (9ab ..., 9an, 9bb ..., 9bn)
elektrisch zu verbinden.
7. Mobilfunksystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, das folgende Merkmal: - das Beamforming-Netzwerk (2) umfasst zwei Butler-Matrizen (2a, 2b) oder zwei otman-Linsen, wobei die erste Butler-Matrix (2a) bzw. die erste Rotman-Linse mit der ersten Gruppe (4a) von n- Strahleranordnungen (4ai, 4an) elektrisch verbunden ist und wobei die zweite Butler-Matrix (2b) bzw. die zweite Rotman-Linse mit der zweiten Gruppe (4b) von n- Strahleranordnungen (4b i, ..., 4bn) elektrisch verbunden ist.
8. Mobilfunksystem (1) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch, das folgende Merkmal:
- die Butler-Matrizen (2a, 2b) sind jeweils als n x n-Matrizen ausgebildet, wobei n mindestens 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1, 12, 13, 14, 15 oder 16 entspricht.
9. Mobilfunksystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeich- net durch, die folgenden Merkmale:
- die erste Gruppe (4a) von n- Strahleranordnungen (4al s 4an) und die zweite Gruppe (4b) von n- Strahleranordnungen (4b l s 4bn) sind orthogonal zueinander polarisiert, insbesondere in einem Winkel von +45° und in einem Winkel von -45° gegenüber einer horizontalen Ebene (6) ausge- richtet; oder
- die erste Gruppe (4a) von n- Strahleranordnungen (4al s 4an) ist links zirkulär polarisiert und die zweite Gruppe (4b) von n- Strahleranordnungen (4b i, ..., 4bn) ist rechts zirkulär polarisiert; oder
- die erste Gruppe (4a) von n- Strahleranordnungen (4al s 4an) ist links elliptisch polarisiert und die zweite Gruppe (4b) von n-
Strahleranordnungen (4b i, 4bn) ist rechts elliptisch polarisiert.
10. Mobilfunksystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, das folgende Merkmal:
- jeweils eine der n-Strahleranordnungen (4al s 4an) der ersten Gruppe (4a) und eine der n- Strahleranordnungen (4b l s ..., 4bn) der zweiten Gruppe (4b) der zumindest einen Strahlerreihe (16 bilden eine patchstrahlerför- mige oder dipolförmige Strahlereinrichtung (5l s 5n), die vorzugsweise in Form eines Vektordipols, eines Kreuzdipols oder eines Dipolquadrats ausgebildet ist.
1 1. Mobilfunksystem (1) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch, das folgende Merkmal:
- die n-Strahlereinrichtungen (5l 5 5n) der zumindest einen Strahlerreihe (16i) sind in einer Reihe horizontal nebeneinander oder in einer horizonta- len Ebene (6) angeordnet.
12. Mobilfunksystem (1) nach Anspruch 1 1 , gekennzeichnet durch, die folgenden Merkmale:
- mit zumindest m Strahlerreihen (16l 5 16m), mit m > 2, wobei m eine natürliche Zahl ist;
- die m Strahlerreihen (16l 5 16m) umfassen jeweils eine erste Gruppe (4) von bis zu n- Strahleranordnungen (4al s 4an) und eine zweite Gruppe (4b) von bis zu n-Strahleranordnungen (4b l s ..., 4bn);
- die Strahlerreihen (16l 5 16m) sind vertikal, vorzugsweise in einer verti- kalen Ebene (17) beabstandet zueinander angeordnet, sodass ein Strahler-
Array (15) gebildet ist;
- mit m Beamforming-Netzwerken (2), wobei jedes der m Beamforming- Netzwerke (2) mit den Strahleranordnungen (4al s 4an , 4b i, 4bn) einer der m Strahlerreihen (16l 5 ..., 16m) elektrisch verbunden ist;
- die m Beamforming-Netzwerke (2) sind dazu ausgebildet, die Lage bzw.
Ausrichtung der jeweils beiden Gruppen (8a, 8b) von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8ai, 8an, 8bl 5 8bn) jeder der Strahlerreihen (16l 5 16m) derart festzulegen, dass für zwei vertikal benachbarte Strahlerreihen (\6 16m) gilt:
a) die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8al 5 8an) der jeweiligen ersten Gruppen (8a) sind überlappungsfrei bzw. überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet; und
b) die Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8bi, 8bn) der jeweiligen zweiten Gruppen (8b) sind überlappungsfrei bzw. überwiegend überlap- pungsfrei zueinander ausgerichtet.
13. Mobilfunksystem (1) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch, die folgende Merkmale:
- bei den geradzahligen m Strahlerreihen (162, ..., 16m)ist die jeweilige erste Gruppe (4a) der n- Strahleranordnungen (4al s 4an) mit der ersten Gruppe (7a) der n Antennenanschlüsse (7al 5 7an) des jeweiligen Beamfor- ming-Netzwerks (2) elektrisch verbunden und die jeweilige zweite Gruppe (4b) der n- Strahleranordnungen (4b l s 4bn) mit der zweiten Gruppe (7b) der n Antennenanschlüsse (7b l 5 7bn) des jeweiligen Beamforming- Netzwerks (2);
- bei den ungeradzahligen m Strahlerreihen (16i, 16m-i) ist die jeweilige erste Gruppe (4a) der n-Strahleranordnun- gen (4ai ? 4an) mit der zweiten Gruppe (7b) der n Antennenanschlüsse (7bi, 7bn) des jeweiligen Beamforming-Netzwerks (2) elektrisch verbunden und die jeweilige zweite Gruppe (4b) der n-Strahleranordnungen (4bi, 4bn) mit der ersten Gruppe (7a) der n Antennenanschlüsse (7al 5 ... , 7an) des jeweiligen Beamforming-Netzwerks (2).
14. Verfahren um ein Broadcast-Beam (1 1) für ein Mobilfunksystem (1) mit einem Beamforming-Netzwerk (2) und einem Mehrfachantennensystem (3) zu erzeugen, mit den folgenden Merkmalen:
- das Mehrfachantennensystem (3) umfasst zumindest eine Strahlerreihe (16i), die eine erste Gruppe (4a) von n-Strahleranordnungen (4al s 4an) und eine zweite Gruppe (4b) von n-Strahleranordnungen (4b l s 4bn) aufweist, mit n > 2, wobei das Mehrfachantennensystem (3) über beide Gruppen (4a, 4b) von n-Strahleranordnungen (4al s 4an; 4bls 4bn) in zwei linearen, zirkulären oder elliptischen Polarisationen sendet und/oder empfängt, wobei die Polarisation n-Strahleranordnungen (4al 5 4an) der ersten Gruppe (4a) zu der Polarisation der n-Strahleranordnungen (4b 1, ..., 4bn) der zweiten Gruppe (4b) entkoppelt ausgerichtet ist;
- das Beamforming-Netzwerk (2) umfasst eine erste Gruppe (7a) von n- Antennenanschlüssen (7a 1, 7an) und eine zweite Gruppe (7b) von n-
Antennenanschlüssen (7b l 5 7bn), wobei die erste Gruppe (7a) der n- Antennenanschlüsse (7al 5 7an) mit der ersten Gruppe (4a) der n- Strahleranordnungen (4al, ..., 4an) elektrisch verbunden ist und wobei die zweite Gruppe (7b) der n- Antennenanschlüsse (7bi, 7bn) mit der zwei- ten Gruppe (4b) der n-Strahleranordnungen (4b 1, 4bn) elektrisch verbunden ist;
- das Beamforming-Netzwerk (2) führt die folgenden Verfahrensschritte aus:
a) Einstellen einer ersten Gruppe (8a) von Abstrahl- bzw. Empfangskeu- len (8ai, 8an), die über die erste Gruppe (4a) von n-
Strahleranordnungen (4al s 4an) der zumindest einen Strahlerreihe (16i) des Mehrfachantennensystems (3) unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind; und
b) Einstellen einer zweiten Gruppe (8b) von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8bi, 8bn), die über die zweite Gruppe (4b) von n- Strahleranordnungen (4b i, 4bn) der zumindest einen Strahlerreihe (16i) des Mehrfachantennensystems (3) unterschiedliche Bereiche der Mobilfunkzelle beleuchten und überlappungsfrei oder überwiegend überlappungsfrei zueinander ausgerichtet sind; und
c) Festlegen der Lage bzw. Ausrichtung der beiden Gruppen (8a, 8b) von Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8al 5 8an; 8bi, 8bn), so dass zwischen zwei benachbarten Abstrahl- bzw. Empfangskeulen (8al s 8an; 8bi, 8bn) der einen Gruppe (8a; 8b) eine Abstrahl- bzw. Empfangskeule (8bi, 8bn; 8al 5 8an)der anderen Gruppe (8b; 8a) liegt, wodurch der Broadcast-Beam (1 1) gebildet wird.
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