ES2275271T3 - Equipo y procedimiento para la eleccion de antena en un sistema telef onico inalambrico. - Google Patents
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Abstract
EL ESPACIO RADIOELECTRICO CUBIERTO POR EL EQUIPO TRANSMISOR/RECEPTOR, POR EJEMPLO UNA ESTACION BASE DE UN TELEFONO INALAMBRICO, ES CUBIERTO A SU VEZ POR DOS O MAS ANTENAS DIRECCIONALES (3, 4), CADA UNA DE LAS CUALES DA COBERTURA A UNA ZONA PARCIAL, Y EN CADA MOMENTO SE ACTIVA LA ANTENA DIRECCIONAL EN LA CUYA ZONA DE COBERTURA SE ENCUENTRA EL EQUIPO MOVIL TRANSMISOR/RECEPTOR DE RADIO, O SEA POR EJEMPLO LA PARTE MOVIL DEL TELEFONO INALAMBRICO (DIVERSIDAD DE ANTENA). LA INVENCION PUEDE EMPLEARSE CON VENTAJA EN TELEFONOS SIN CORDON.
Description
Equipo y procedimiento para la elección de
antena en un sistema telefónico inalámbrico.
La invención se refiere a un procedimiento según
el concepto general de la reivindicación 1. Además, se refiere la
invención a un equipo para realizar este procedimiento.
El alcance en un sistema de comunicaciones sin
hilos, por ejemplo un teléfono inalámbrico, compuesto por un equipo
estacionario y un equipo móvil emisor/receptor de radio, viene
determinado esencialmente por su potencia de emisión y su
sensibilidad de recepción. Al respecto, la potencia de emisión es
por lo general uniforme en todas las direcciones, es decir, se
emite en forma casi esférica, para por un lado ser utilizable
universalmente en cualquier entorno y por otro lado para lograr en
todas direcciones el mismo alcance. Pero si se considera un único
instante, entonces desde el punto de vista del equipo estacionario
emisor/receptor de radio, es decir, en el ejemplo de la estación de
base un teléfono inalámbrico, sólo se emite una fracción de la
energía de emisión en la dirección del equipo emisor/receptor de
radio, es decir, en el ejemplo la parte móvil del teléfono sin
hilos. La parte con mucho más importante de la energía de emisión no
se utiliza, por el contrario, y puede incluso repercutir
perturbando aparatos ajenos.
Sería deseable un equipo emisor/receptor de
radio estacionario con una antena direccional de haz agudo, que
emite la energía disponible concentrándola precisamente en aquella
dirección en la que se encuentra en ese momento el equipo móvil
emisor/receptor de radio. No obstante, para ello seria necesario un
gasto considerable para localizar el equipo móvil, es decir, en el
ejemplo la parte móvil de un teléfono inalámbrico, así como para la
orientación exacta de la antena direccional.
Por la
JP-1-202036 se conoce un sistema de
telecomunicaciones que dispone de una estación de base con una
antena de orientación variable, un detector para captar la
orientación o el lugar de estancia de una estación móvil que
comunica con la estación de base y un equipo para el control de la
orientación de la antena en la dirección o en el lugar que el
detector ha captado.
Por Wireless Networks-Catching
The Mobile
Future (Redes inalámbricas- Comprendiendo el futuro móvil)"5º Simposio Internacional IEEE sobre comunicaciones personales, interiores y móviles por radio" (PIMRC' 94) y ICCC Regional Meeting on Wireless Computer Networks (WCN), Actas de Wireless Networks Catching, vol. 4, 18-23, septiembre 1994, Amsterdam, NL, páginas 1075-1080 vol. 4, XP000571909 P.E. Mogensen y otros "Mediciones de configuración de antenas para microcélulas DECT" es un sistema para ensayos para medir las características de emisión de determinadas configuraciones de antena en un sistema de telecomunicaciones con estándar DECT, en que se vigila la transmisión de señales entre un equipo móvil emisor/receptor de radio y un equipo estacionario emisor/receptor de radio. Se determina entonces qué potencial de mejora existe en la utilización de antenas direccionales en el equipo estacionario emisor/receptor de radio. Para los llamados ensayos de diversidad se utiliza entonces un receptor doble compuesto por dos receptores individuales, que registran a la vez. Para la medición casi simultánea con una configuración de antena direccional de cuatro elementos, está integrada una configuración de conmutadores que conecta sincrónicamente con una velocidad de marco TDMA que funciona en segundo plano.
Future (Redes inalámbricas- Comprendiendo el futuro móvil)"5º Simposio Internacional IEEE sobre comunicaciones personales, interiores y móviles por radio" (PIMRC' 94) y ICCC Regional Meeting on Wireless Computer Networks (WCN), Actas de Wireless Networks Catching, vol. 4, 18-23, septiembre 1994, Amsterdam, NL, páginas 1075-1080 vol. 4, XP000571909 P.E. Mogensen y otros "Mediciones de configuración de antenas para microcélulas DECT" es un sistema para ensayos para medir las características de emisión de determinadas configuraciones de antena en un sistema de telecomunicaciones con estándar DECT, en que se vigila la transmisión de señales entre un equipo móvil emisor/receptor de radio y un equipo estacionario emisor/receptor de radio. Se determina entonces qué potencial de mejora existe en la utilización de antenas direccionales en el equipo estacionario emisor/receptor de radio. Para los llamados ensayos de diversidad se utiliza entonces un receptor doble compuesto por dos receptores individuales, que registran a la vez. Para la medición casi simultánea con una configuración de antena direccional de cuatro elementos, está integrada una configuración de conmutadores que conecta sincrónicamente con una velocidad de marco TDMA que funciona en segundo plano.
Es tarea de la invención lograr una posibilidad
bastante más económica de mejorar el comportamiento en transmisión
entre el equipo emisor/receptor de radio móvil y el estacionario de
un sistema de telecomunicaciones, en particular de un teléfono
inalámbrico.
Esta tarea se resuelve en un procedimiento según
el concepto general de la reivindicación 1, mediante las
particularidades indicadas en la parte caracterizadora de esta
reivindicación.
Desde luego, esta forma de diversidad de antena
ha de distinguirse de la que se utiliza para combatir los efectos
del desvanecimiento y que es conocida por el modelo de utilidad
alemán 92 14 455. Si se realiza por parte del equipo estacionario
emisor/receptor de radio del sistema el procedimiento de diversidad
de antenas configurado según la invención con antenas
direccionales, entonces no es posible la utilización de un sistema
de diversidad de antenas anti-desvanecimiento por
parte del equipo estacionario emisor/receptor de radio, es decir,
por ejemplo por parte de la estación de base de un teléfono
inalámbrico, salvo que cada antena direccional estuviese realizada
doble. La función de la diversidad de antenas
anti-desvanecimiento conocida, puede desplazarse no
obstante al equipo móvil emisor/receptor de radio del sistema, es
decir, en el ejemplo a la parte móvil de un teléfono inalámbrico o
bien limitarse esta función a la parte móvil.
Ventajosos perfeccionamientos del procedimiento
indicado en la reivindicación 1, se indican en las reivindicaciones
2 a 4.
Un equipo para realizar el procedimiento
correspondiente a la invención, así como ventajosos
perfeccionamientos y formas constructivas, se exponen en las
reivindicaciones 5 a 8.
La invención y sus ventajas esenciales se
describirán a continuación en base a nueve figuras, que en su
conjunto muestran distribuciones de emisión en un plano de sección,
por ejemplo el plano de sección horizontal.
En la figura 1 se representa el caso conocido,
en el que mediante una antena de emisión omnidireccional 1 se emite
la potencia de emisión de un equipo estacionario emisor/receptor de
radio, por ejemplo de la estación de base de un teléfono
inalámbrico, uniformemente a su entorno, o bien las señales de radio
que proceden de un equipo móvil emisor/receptor de radio, por
ejemplo la parte móvil del teléfono inalámbrico, son recibidas por
este equipo estacionario emisor/receptor de radio uniformemente por
todos lados. La antena 1 tiene así una llamada característica de
emisión omnidireccional 2, con la que en cualquier dirección se
logra el mismo alcance A. Cuando se considera solamente un único
instante, sólo emite el equipo estacionario emisor/receptor de
radio una fracción de la energía de emisión en la dirección del
equipo móvil emisor/receptor de radio, no aprovechándose por el
contrario con mucho la mayor parte de la energía de emisión.
Por el contrario, muestra la figura 2 el reparto
de la zona representada con línea discontinua con el alcance A en
dos zonas parciales, y cada una de estas dos zonas parciales es
cubierta por el equipo estacionario emisor/receptor de radio, en
cada caso por una antena 3 y 4, respectivamente, con característica
direccional 5 y 6, respectivamente. Entonces y en función del tipo
de diversidad de antena es activa en cada caso aquélla de ambas
antenas direccionales 3 y 4 en cuya zona parcial se encuentra el
equipo móvil emisor/receptor de radio. Puesto que en el caso
representado en la figura 2 el alcance A permanece constante, puede
reducirse la potencia de emisión y la sensibilidad de recepción del
equipo estacionario.
Una comparación de la figura 3, en la que se
representa, en coincidencia con la figura 1, la característica de
emisión omnidireccional 2 de una antena 1 de un equipo estacionario
emisor/receptor de radio, es decir, por ejemplo la estación de base
de un teléfono inalámbrico con el alcance A, con la figura 4, en la
que a través de en cada caso una de ambas antenas direccionales 7 y
8 se emite (caso de emisión) en cada caso cuando la conexión es
activa la misma energía o bien muestra la misma sensibilidad de
recepción (caso de recepción) que en el caso de la figura 3,
muestra que el alcance A' aumenta respecto al de la figura 3 en el
factor \sqrt{2} cuando se propaga en el espacio libre. Las
figuras 3 y 4 muestran por lo tanto la ganancia de alcance que es
de esperar en una diversidad de antenas realizada según la invención
y sin variar la potencia de emisión/sensibilidad de recepción. En
el ejemplo de la figura 4, está conectada en el instante
representado la curva característica de antena 9 correspondiente a
la antena direccional 7 y representada con línea continua en activo,
y por el contrario la curva característica 10 representada en línea
discontinua de la antena direccional 8 no esta activa en ese
momento, ya que el equipo móvil emisor/receptor de radio se
encuentra en la zona de radio parcial cubierta por la antena
direccional 7 con el alcance A'.
Se observa por lo tanto que una concentración de
la potencia de emisión en una semiesfera se corresponde con el
doblado de la potencia emitida en esta semiesfera. Un doblado de la
potencia de emisión se corresponde así a una elevación del alcance
en el factor \sqrt{2}.
En base a las figuras 5 a 9, se describen
ventajas esenciales del procedimiento según la invención para un
teléfono inalámbrico compuesto por una estación de base 11 y una
parte móvil 12. En el caso usual, que se representa en la figura 5,
presentan la estación de base 11 y la parte móvil 12 respectivas
antenas con característica de emisión omnidireccional 13 y 14
respectivamente. La distancia B entre la estación de base 11 y la
parte móvil 12 ha de dimensionarse en este ejemplo tal que para los
alcances previstos puedan realizarse precisamente todavía
comunicaciones por radio.
La figura 6 muestra ahora el caso, según la
invención, en el que con una potencia de emisión o bien sensibilidad
de recepción no modificada respecto al caso de la figura 5,
utilizando una antena con una característica direccional 15 en la
estación de base 11, se incrementa el alcance del sistema de
comunicaciones, en el caso representado del teléfono inalámbrico,
en el factor \sqrt{2} en propagación en el espacio libre. La parte
móvil 12 es alcanzable entonces desde la estación de base 11 cuando
su distancia es considerablemente mayor que la distancia B en el
caso de la figura 5, que muestra el estado real antes de la
invención. Si no se utiliza el procedimiento según la invención
para aumentar el alcance, como en la figura 6, entonces pueden
reducirse las exigencias en cuanto a la sensibilidad de recepción
de la estación de base 11 y de la parte móvil 12, de lo que resultan
por lo general posibilidades de reducción de coste. Este caso lo
muestra la figura 7, en la que la zona en la que la señal de
emisión no es inferior a un nivel normalizado, se ha representado
con una línea continua y la zona en la que una señal puede ser
recibida con al menos el nivel normalizado, se ha representado con
línea discontinua. La estación de base 11 envía por lo tanto aquí
con una potencia de emisión aumentada debido a la ganancia de la
característica direccional 16, con lo que puede reducirse la
sensibilidad representada en línea discontinua del receptor de la
parte móvil 12. A la inversa, cuando se envían señales desde de la
parte móvil 12, debido a la utilización de una antena direccional en
la estación de base 11, puede reducirse igualmente la sensibilidad
de recepción, ya que la característica direccional reducida 17
(representada en línea discontinua) sigue siendo suficiente para
recibir sin problemas las señales emitidas por la parte móvil
10.
Si no se utiliza el procedimiento
correspondiente a la invención para aumentar el alcance, entonces,
alternativamente a la reducción de la sensibilidad de recepción, lo
que se ha explicado en base a la figura 7, puede reducirse la
potencia de emisión en la estación de base 11 y en la parte móvil
12. Este caso se representa en la figura 8. Debido al inferior
consumo de energía, esto da lugar a un aumento de la duración de
funcionamiento de la parte móvil 12 alimentada por baterías. En la
figura 8 se ha representado con línea continua la zona en la que el
nivel de la señal de emisión no es inferior a un nivel normalizado y
con línea discontinua la zona en la que una señal puede ser
recibida con al menos el nivel normalizado. En el caso de emisiones
por parte de la estación de base 11, es suficiente allí, debido a
la utilización de una característica direccional 18, una potencia
de emisión inferior para alcanzar por radio la parte móvil 12. Si
por el contrario ha de recibirse con la estación de base 11
entonces es suficiente una potencia de emisión reducida de la parte
móvil 12, ya que la estación de base 11, con la característica
direccional 19 representada con línea discontinua, presenta una
sensibilidad de recepción aumentada.
En términos generales rige que mediante la
utilización del procedimiento correspondiente a la invención resulta
una reducción de la emisión de perturbaciones. Precisamente en
aquella zona parcial en la que no se encuentra la parte móvil 12,
no se emite potencia alguna, es decir, aparatos ajenos que se
encuentren dentro de esta zona parcial no se ven perturbados. Si no
se utiliza el procedimiento de la invención para aumentar el
alcance, entonces puede reducirse la potencia de emisión de la
parte móvil 12, tal como ya se ha explicado antes. De esta manera
se reduce la acción perturbadora sobre sistemas ajenos en el entorno
de la parte móvil 12.
En base a la figura 9 se describirá a
continuación que existe también la posibilidad de compaginar las
distintas ventajas del procedimiento correspondiente a la invención
en la parte móvil 12.
La potencia de emisión y la sensibilidad de
recepción de la estación de base 11 permanecen invariables hasta el
punto de conexión de la antena. Mediante la característica
direccional 20 que aporta una ganancia en la zona parcial de radio
de la antena direccional, aumenta no obstante de manera efectiva en
esta zona parcial de radio tanto la potencia de emisión como
también la sensibilidad de recepción.
La "mayor" potencia de emisión efectiva de
la estación de base 11 permite la reducción de la sensibilidad de
recepción de la parte móvil 12. Puesto que está previsto que una
estación de base 11 mantenga el contacto con varias partes móviles,
tiene lugar un ahorro múltiple de costes en el receptor de la parte
móvil 12.
La "mayor" sensibilidad efectiva de la
estación de base 11, permite también la reducción de la potencia de
emisión de la parte móvil 12. De esta manera se reduce por un lado
el consumo de potencia de la parte móvil 12, es decir, resulta una
mayor duración en servicio o bien se precisa de un acumulador más
pequeño y con ello más favorable. Por otro lado se reduce la acción
perturbadora sobre sistemas ajenos en las proximidades de la parte
móvil 12.
La antena direccional o las antenas
direccionales del equipo estacionario emisor/receptor de radio
pueden ajustarse de manera conveniente de forma diferente mediante
un equipo de ajuste de dirección.
Como antenas direccionales ajustables pueden
utilizarse ventajosamente las llamadas antenas
Quick-Heading-Beam, que han de
considerarse como un desarrollo posterior de los emisores
direccionales de semionda verticales y que en cada caso están
compuestos por cuatro emisores de semionda verticales con cuatro
elementos parasitarios, que están dispuestos a una distancia de en
cada caso 0,15 \lambda (\lambda = longitud de onda) del emisor
de semionda y cuyas longitudes se conmutan tal que a elección actúan
bien como directores o bien como reflectores. De esta manera se
logra que el emisor direccional con su dirección principal de
emisión cubra mediante la correspondiente conmutación todas las
direcciones sin girar mecánicamente la antena. En su funcionamiento
se corresponde la antena
Quick-Heading-Beam aproximadamente
con una antena Yagi de tres elementos.
Claims (8)
1. Procedimiento para la transmisión de señales
en un sistema de comunicaciones entre un equipo emisor/receptor de
radio dotado de un equipo móvil de antenas, en particular la parte
móvil de un teléfono inalámbrico, y un equipo emisor/receptor de
radio estacionario que presenta un equipo de antena estacionario, en
particular la estación de base de un teléfono inalámbrico, con las
siguientes etapas de procedimiento:
- -
- Cobertura de la zona de radio a abarcar por el equipo estacionario emisor/receptor de radio mediante al menos dos antenas direccionales autónomas (3, 4) que forman en su conjunto el equipo estacionario de antenas;
- -
- división de los espacios de radio a abarcar en espacios parciales de radio;
- -
- cobertura de la correspondiente zona parcial ce radio del espacio de radio a abarcar mediante en cada caso una de las antenas direccionales (3, 4) autónomas, de las que al menos hay dos;
caracterizado por la activación según el
modo de diversidad de antenas de la correspondiente antena
direccional (3) de las antenas direccionales autónomas (3, 4) de
las que al menos hay dos, en cuyo correspondiente espacio parcial
de radio se encuentra el equipo móvil emisor/receptor de radio,
estando conectada a activo en cada momento, tanto al enviar como
también al recibir datos, a un equipo de antenas móviles y desde el
mismo, sólo una única antena direccional (3) de las antenas
direccionales (3) autónomas de las que al menos hay dos.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la suma de los espacios parciales de
radio cubiertos por todas las antenas direccionales (3, 4) del
equipo estacionario emisor/receptor de radio, forman al menos un
espacio de radio aproximadamente simétrico respecto a un punto.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por una orientabilidad realizable manualmente
de las antenas direccionales (7, 8), con lo que el espacio de radio
cubierto por las mismas puede adaptarse al correspondiente entorno
existente, por ejemplo un edificio.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
elección de la antena direccional (3, 4) a activar en cada caso, se
realiza en base a medidas comparativas de la intensidad de campo de
recepción en el equipo estacionario emisor/receptor de radio.
5. Equipo para la transmisión de señales en un
sistema de comunicaciones entre un equipo móvil emisor/receptor de
radio, en particular la parte móvil de un teléfono inalámbrico, y un
equipo estacionario emisor/receptor de radio, en particular la
estación de base de un teléfono inalámbrico, que presenta un equipo
móvil de antenas en el equipo móvil emisor/receptor de radio y un
equipo estacionario de antenas en el equipo estacionario
emisor/receptor de radio, estando formado el equipo estacionario de
antenas por al menos dos antenas autónomas (3, 4), que cubren en su
conjunto un espacio de radio que ha de ser abarcado por el equipo
estacionario emisor/receptor de radio, cubriendo cada una de las
antenas direccionales autónomas (3, 4), de las que al menos hay dos,
en cada caso un espacio parcial de radio correspondiente del
espacio de radio a cubrir por el equipo estacionario
emisor/receptor de radio,
caracterizado porque está activada la
correspondiente antena direccional (3) de las antenas direccionales
existentes (3, 4) de las que al menos hay dos, según el modo de
diversidad de antenas, en cuyo espacio parcial de radio
correspondiente se encuentra el equipo emisor/receptor móvil de
radio, estando conectada en cada instante a activo, tanto al emitir
como también al recibir datos hacia y desde el equipo móvil de
antenas, en cada caso sólo una única antena direccional (3)
autónoma de las dos que al menos existen.
6. Equipo según la reivindicación,
caracterizado porque está previsto un equipo de ajuste de
dirección para las antenas direccionales (7, 8) del equipo
estacionario emisor/receptor de radio.
7. Equipo según una de las reivindicaciones 5 ó
6, caracterizado porque en el equipo emisor/receptor de radio
está previsto un equipo de medida mediante el cual se miden las
intensidades de campo de recepción de las señales que llegan de un
equipo móvil emisor/receptor de radio a través de las distintas
antenas direccionales (3, 4) existentes y porque está previsto un
equipo de comparación y elección, que compara las intensidades de
campo de recepción y averigua cuál es la mayor, con lo que se activa
aquella antena direccional (3) en la que existe la máxima
intensidad de campo de recepción.
8. Equipo según una de las reivindicaciones 5 a
7, caracterizado porque las antenas direccionales (7, 8) del
equipo estacionario emisor/receptor de radio están formadas por las
llamadas antenas Quick-Heading-Beam,
compuestas en cada caso por un emisor vertical de semionda con
cuatro elementos parasitarios dispuestos a una distancia de en cada
caso 0,15 \lambda (\lambda = longitud de onda) del emisor de
semionda cuyas longitudes se conmutan de tal manera que funcionan a
elección bien como directores o como reflectores.
Applications Claiming Priority (2)
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