DE19737136A1 - Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung - Google Patents
Antennenvorrichtung mit steuerbarer RichtwirkungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antennenvor
richtung mit steuerbarer Richtwirkung zur Verwendung in Ba
sisstationen und Mobilstationen eines mobilen Kommunikations
systems wie beispielsweise ein Funkrufsystem, ein zellulares
Telefonsystem, usw.
Gemäß dem Stand der Technik wurden Verfahren wie beispiels
weise Zeitmultiplex (TDMA), Frequenzmultiplex (FDMA), Code
multiplex (CDMA) usw. als Verfahren zur Durchführung einer
Kommunikation mit einer Vielzahl von Mobilstationen innerhalb
zugewiesener Bereiche entsprechender Basisstationen eines mo
bilen Kommunikationssystems verwendet. Beim Zeitmultiplex
wird ein Kanal mit einer einzelnen Frequenz in äquidistante
Intervalle entlang der Zeitachse eingeteilt, um Übertragungs
schlitze zum Ermöglichen einer Übertragung zwischen einer
Vielzahl von Mobilstationen und einer Basisstation bereitzu
stellen, während dies beim Frequenzmultiplex durch Verwenden
einer Vielzahl verschiedener Frequenzkanäle erreicht wird.
Alternativ dazu, führen beim Codemultiplex eine Vielzahl von
Mobilstationen eine Spektralzerstreuungsmodulation unter Ver
wendung von Daten durch, die so kodiert sind, daß sicherge
stellt ist, daß keine gegenseitige Korrelation zwischen den
entsprechenden Signalen auftritt, die durch eine Basisstation
von den verschiedenen Mobilstationen erhalten werden, um da
durch eine Übertragung zwischen den Mobilstationen und der
Basisstation innerhalb desselben Frequenzbands zu ermögli
chen.
Mit einem solchen bekannten System ist im allgemeinen ledig
lich eine Übertragung zwischen einer Basisstation und den Mo
bilstationen möglich, die sich innerhalb des Betriebsbereichs
der Basisstation befinden, d. h. einem Bereich nominal vorbe
stimmter Größe. In der Praxis wird üblicherweise der durch
eine Basisstation von einer Mobilstation empfangene Signalpe
gel als Indikator dafür verwendet, ob sich die Mobilstation
innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation befindet.
Ebenso sind im allgemeinen die durch eine Basisstation und
die innerhalb des Betriebsbereichs dieser Basisstation be
findlichen Mobilstationen verwendeten Funkübertragungsfre
quenzen vorbestimmt, so daß diese nicht zu einer Beeinflus
sung der Übertragung zwischen einer benachbarten Basisstation
und den innerhalb des Betriebsbereichs der benachbarten Ba
sisstation befindlichen Mobilstationen führt.
Bei der Verwendung einer solchen bekannten Technologie ist
die Anzahl von Mobilstationen, die durch den Betriebsbereich
einer einzelnen Basisstation versorgt werden können, beim
Zeitmultiplex auf die Gesamtzahl der den Mobilstationen zuge
wiesenen Kommunikationsschlitze beschränkt, während die An
zahl von Mobilstationen beim Frequenzmultiplex auf die Ge
samtzahl der Frequenzkanäle und beim Codemultiplex durch den
Wirksamkeitsgrad der Störvermeidung beschränkt ist (der durch
das Verhältnis der Datenübertragungsrate zu der Zerhackungs
rate (Chiprate) der Spektralstreuung bestimmt wird). Es gibt
Beschränkungen hinsichtlich der verfügbaren Frequenzen, so
daß die Anzahl von Kanalfrequenzen und die Frequenzbandbrei
ten, die dem mobilen Kommunikationssystem zugeteilt werden
können, beschränkt ist, was zu einer oberen Begrenzung der
Anzahl von durch ein mobiles Kommunikationssystem versorgba
ren Mobilstationen führt. Darüber hinaus können Fälle auftre
ten, in denen eine Basisstation verfügbare Übertragungskanäle
aufweist, während die Schlitze oder Übertragungskanäle einer
benachbarten Basisstation vollständig besetzt sind, da der
Betriebsbereich einer Basisstation und die Frequenzen oder
Anzahl von TDMA-Schlitzen, die durch eine Basisstation für
die Kommunikation mit Mobilstationen verwendet werden können,
fest ist. Gemäß dem Stand der Technik ist es in einem solchen
Fall, d. h. in dem innerhalb des Gesamtsystems Übertragungska
nalkapazität verfügbar ist, aufgrund mangelnder Übertragungs
kanalkapazität in einer oder mehreren Basisstationen zeitwei
se nicht möglich, eine Übertragung durchzuführen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorge
nannten Probleme durch Bereitstellen eines mobilen Kommunika
tionssystems mit hohem Nutzungsgrad der Übertragungskanalres
sourcen zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Antennenvorrichtung mit
steuerbarer Richtwirkung gemäß den Patentansprüchen 1, 5 bzw.
20.
Erfindungsgemäß weist jede Basisstation des mobilen Kommuni
kationssystems eine Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung
zum Schätzen der Einfallsrichtung der von einer Mobilstation
empfangenen Funkwellen auf, um dadurch die Richtung der Mo
bilstation bezüglich der Antenne der Basisstation zu schät
zen. Basierend auf den Ergebnissen eines solchen Schätzvor
gangs wird die Richtcharakteristik der Antenne der Basissta
tion durch die Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung so ge
bildet, daß ein Richtwirkungsmaximum auf die Mobilstation
ausgerichtet ist. Dazu steuert die Antennenrichtwirkungssteu
ereinrichtung die Phase und Amplitude der entsprechenden Sen
de-/Empfangssignale, die den die Array-Antenne bildenden Ar
rayelementen zugeführt bzw. von diesen empfangen werden, in
geeigneter Weise.
Die Abstrahlung von Funkwellen einer Basisstation in Richtung
von Mobilstationen, zu denen keine Übertragung beabsichtigt
ist, kann dadurch unterdrückt werden, wodurch eine Beeinflußung
anderer Basisstationen und Mobilstationen eliminiert
wird und eine Kommunikation mit entsprechenden innerhalb des
Betriebsbereichs befindlichen Mobilstationen unter Verwendung
eines lediglich geringen Sendeleistungspegels möglich ist,
während die Anzahl von innerhalb des gesamten mobilen Kommu
nikationssystems benötigten Übertragungskanalfrequenzen ver
ringert werden kann. Dies bedeutet, daß es bei bekannten mo
bilen Kommunikationssystemen, in denen beispielsweise FDM
verwendet wird, zur Vermeidung der Gefahr gegenseitiger Stö
rungen erforderlich war, eng benachbarten Basisstationen in
nerhalb des Systems entsprechend verschiedene Frequenzkanal
gruppen zuzuweisen, obwohl ausreichend beabstandeten Basis
stationen identische Frequenzkanalgruppen zugewiesen werden
konnten.
Darüber hinaus erfolgt die Formgebung der Antennenrichtwir
kung adaptiv. D.h., während eine Basisstation eine Kommunika
tion mit einer bestimmten Mobilstation durchführt, kann die
Richtung der Mobilstation während jeder aufeinanderfolgenden
Periode, in der die Basisstation ein Signal von der Mobilsta
tion empfängt, geschätzt werden, so daß die Orientierung des
Antennenmaximums adaptiv entsprechend nacheinander geschätz
ten Richtungen dieser Basisstation während der Kommunikation
mit der Mobilstation geändert werden kann.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung einer
einfachen linearen Array-Antenne (oder eine Gruppe von Array-Antennen,
die zum Bereitstellen einer 360°-Azimutabdeckung
angeordnet sind) in jeder Basisstation, um die Einfallsrich
tung der von einer Mobilstation empfangenen Funkwellen zu er
halten, wobei angenommen wird, daß die (Azimut)-Richtung der
Mobilstation bezüglich der Antenne mit dieser Einfallsrich
tung der Funkwellen übereinstimmt. Die so erhaltene Rich
tungsinformation wird dann zum Ausrichten eines entsprechen
den Richtwirkungsmaximums der Antenne verwendet. Durch eine
solche Operation wird die Antennenrichtwirkung unabhängig von
der Distanz zwischen der Mobilstation und der Basisstation
geformt. Eine solche Operation stellt eine ausreichend genaue
Richtungsinformation zur Verfügung, solange der Elevations
winkel der Mobilstation bezüglich der Basisstation relativ
klein ist, beispielsweise falls sich die Mobilstation in aus
reichender Entfernung von der Basisstation befindet.
Alternativ ist es zum Erzielen einer höheren Genauigkeit der
Formgebung der Strahlungscharakteristik der Basisstation zum
Erhalten einer wirksameren Verringerung der Beeinflussungsge
fahr der durch benachbarte Basisstationen durchgeführten Kom
munikation bei der vorliegenden Erfindung möglich, die tat
sächliche Position einer Mobilstation bezüglich der Basissta
tion zu schätzen, wobei die Position beispielsweise als Azi
mutwinkel und Sichtlinienentfernung angegeben wird, und ein
Maximum der Antennenrichtwirkung zu erzeugen, das entspre
chend dieser Position geformt ist. In diesem Fall ist eine
genauere Schätzung der Mobilstationsrichtungen und damit eine
genauere Formgebung der Antennenrichtwirkung möglich, um si
cherzustellen, daß das Richtwirkungsmaximum für die Kommuni
kation mit einer bestimmten Mobilstation eine ausreichende
Größe aufweist, während die Gefahr der Beeinflussung einer
von anderen Basisstationen durchgeführten Kommunikation mini
miert wird. Eine solche Positionsschätzung weist auch den
Vorteil auf, daß die Grenzen eines jeden Betriebsbereichs ge
nau bestimmt werden können, d. h. die Übergabe einer Mobilsta
tion von einer Basisstation zu einer benachbarten Basisstati
on kann korrekt durchgeführt werden, wenn sich die Mobilsta
tion vom Betriebsbereich einer Basisstation in den einer an
deren Basisstation bewegt.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine Antennenvorrichtung
mit steuerbarer Richtwirkung für eine Basisstation eines mo
bilen Kommunikationssystems bereitgestellt, wobei das mobile
Kommunikationssystem zumindest eine Basisstation und eine
Vielzahl von Mobilstationen aufweist, wobei die Vorrichtung
umfaßt
eine Array-Antenne mit einer Anordnung von Antennenelementen, zum Senden und Empfangen von Funkwellen zu und von einer Mo bilstation, die sich innerhalb eines vorbestimmten Betriebs bereichs der Basisstation befindet,
einer Frequenzumwandlungseinrichtung zum Umwandeln entspre chender empfangener Signale der Antennenelemente in entspre chende Zwischenfrequenzsignale oder Basisbandsignale während einer Empfangsbetriebsart der Basisstation, und zum Umwandeln eines Sendesignals im Zwischenfrequenzbereich oder Basisfre quenzbereich in den Antennenelementen entsprechende Sendesi gnale im Sendefrequenzbereich, und zum Zuführen der Sendesi gnale zu den Antennenelementen während einer Sendebetriebsart der Basisstation,
eine Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung zum Verarbeiten der Zwischenfrequenzsignale oder Basisbandsignale der Fre quenzumwandlungseinrichtung während der Empfangsbetriebsart, zum Schätzen einer Einfallsrichtung der Funkwellen der Mobil station, um dadurch eine geschätzte Richtung der Mobilstation bezüglich der Basisstation herzuleiten, und zum Erzeugen von die geschätzte Richtung angebenden Richtungsdaten,
eine Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung zum Steuern der Phase und Amplitude der den Antennenelementen entsprechenden Empfangssignale während der Empfangsbetriebsart und der den Antennenelementen entsprechenden Sendesignale während der Sendebetriebsart, um dadurch eine Richtwirkung der Array-Antenne zu bestimmen, und
eine Maximumerzeugungseinrichtung zum von den Richtungsdaten abhängigen Erzeugen von Steuersignalen während der Sendebe triebsart und der Empfangsbetriebsart zum Steuern der Anten nenrichtwirkungssteuereinrichtung, so daß ein in der ge schätzten Richtung der Mobilstation aus gerichtetes Maximum der Richtwirkung gebildet wird.
eine Array-Antenne mit einer Anordnung von Antennenelementen, zum Senden und Empfangen von Funkwellen zu und von einer Mo bilstation, die sich innerhalb eines vorbestimmten Betriebs bereichs der Basisstation befindet,
einer Frequenzumwandlungseinrichtung zum Umwandeln entspre chender empfangener Signale der Antennenelemente in entspre chende Zwischenfrequenzsignale oder Basisbandsignale während einer Empfangsbetriebsart der Basisstation, und zum Umwandeln eines Sendesignals im Zwischenfrequenzbereich oder Basisfre quenzbereich in den Antennenelementen entsprechende Sendesi gnale im Sendefrequenzbereich, und zum Zuführen der Sendesi gnale zu den Antennenelementen während einer Sendebetriebsart der Basisstation,
eine Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung zum Verarbeiten der Zwischenfrequenzsignale oder Basisbandsignale der Fre quenzumwandlungseinrichtung während der Empfangsbetriebsart, zum Schätzen einer Einfallsrichtung der Funkwellen der Mobil station, um dadurch eine geschätzte Richtung der Mobilstation bezüglich der Basisstation herzuleiten, und zum Erzeugen von die geschätzte Richtung angebenden Richtungsdaten,
eine Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung zum Steuern der Phase und Amplitude der den Antennenelementen entsprechenden Empfangssignale während der Empfangsbetriebsart und der den Antennenelementen entsprechenden Sendesignale während der Sendebetriebsart, um dadurch eine Richtwirkung der Array-Antenne zu bestimmen, und
eine Maximumerzeugungseinrichtung zum von den Richtungsdaten abhängigen Erzeugen von Steuersignalen während der Sendebe triebsart und der Empfangsbetriebsart zum Steuern der Anten nenrichtwirkungssteuereinrichtung, so daß ein in der ge schätzten Richtung der Mobilstation aus gerichtetes Maximum der Richtwirkung gebildet wird.
Die Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung umfaßt vorzugswei
se eine von den Steuersignalen der Maximumerzeugungseinrich
tung abhängige Einrichtung zum Steuern der Phase und Amplitu
de der entsprechenden Empfangssignale der Antennenelemente
und Sendesignale der Antennenelemente, wenn sich diese im
Zwischenfrequenz- oder Basisbandfrequenzbereich befinden.
Es ist jedoch auch möglich, die Vorrichtung mit einer Ein
richtung zu konfigurieren zum periodischen Steuern der Anten
nenrichtwirkungssteuereinrichtung zum Einrichten einer im we
sentlichen gleichförmigen Richtwirkung der Antenne, und so
auszugestalten, daß die Einfallsrichtungsbewertungseinrich
tung jede geschätzte Richtung lediglich während des Einrich
tens des Zustands gleichförmiger Richtwirkung herleitet. In
diesem Fall kann die Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung
eine von den Steuersignalen der Maximumerzeugungseinrichtung
abhängige Einrichtung aufweisen zum direkten Steuern der Pha
se und Amplitude der den Antennenelementen während der Sende-
und Empfangsbetriebsart zugeführten oder von diesen empfange
nen entsprechenden Signale, d. h. wenn sich diese Signale im
Sendefrequenzbereich befinden.
Zusätzlich zu der Tatsache, daß die entsprechenden Einfalls
richtungen der Funkwellen durch die Einfallsrichtungsbewer
tungseinrichtung zum Schätzen der entsprechenden Richtungen
der innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation befindli
chen Mobilstationen bezüglich der Basisstation verwendet wer
den können, repräsentiert die Gesamtzahl der dadurch erhalte
nen Richtungen die Anzahl der in dem Betriebsbereich betrie
benen Mobilstationen, so daß auch diese Information durch die
Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung hergeleitet werden
kann. Eine solche Vorrichtung kann darüber hinaus umfassen:
eine Einrichtung zum Beurteilen, ob die geschätzte Zahl von Mobilstationen innerhalb des Betriebsbereichs größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen der Array-Antenne ist, und
eine Einrichtung zum Steuern der Maximumerzeugungseinrichtung derart, daß dann, wenn die geschätzte Zahl von Mobilstationen als größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen bewertet wird, die Steuersignale während der Empfangsbetriebsart der Basisstation so erzeugt werden, daß die Antennenrichtwir kungssteuereinrichtung die Phase und Amplitude der entspre chenden empfangenen Signale der Antennenelemente so steuert, daß ein einzelnes Richtwirkungsmaximum erzeugt wird, und das Maximum über einen Gesamtrichtwirkungsänderungsbereich der Array-Antenne geschwenkt wird.
eine Einrichtung zum Beurteilen, ob die geschätzte Zahl von Mobilstationen innerhalb des Betriebsbereichs größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen der Array-Antenne ist, und
eine Einrichtung zum Steuern der Maximumerzeugungseinrichtung derart, daß dann, wenn die geschätzte Zahl von Mobilstationen als größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen bewertet wird, die Steuersignale während der Empfangsbetriebsart der Basisstation so erzeugt werden, daß die Antennenrichtwir kungssteuereinrichtung die Phase und Amplitude der entspre chenden empfangenen Signale der Antennenelemente so steuert, daß ein einzelnes Richtwirkungsmaximum erzeugt wird, und das Maximum über einen Gesamtrichtwirkungsänderungsbereich der Array-Antenne geschwenkt wird.
Auf diese Weise werden durch die Einfallsrichtungsbewertungs
einrichtung entsprechende Richtungen der Mobilstationen in
nerhalb des Betriebsbereichs als Richtungen erhalten, in de
nen Empfangssignale erfaßt werden. Die Basisstation führt
nacheinander eine Kommunikation mit jeder der Mobilstationen
durch, für die entsprechende Richtungen erfaßt wurden, d. h.
während aufeinanderfolgender Intervalle, in denen das Maximum
in die entsprechenden Richtungen dieser Mobilstationen ge
schwenkt worden ist.
Die Erfindung ist weiterhin anwendbar in einem mobilen Kommu
nikationssystem mit einer Vielzahl von Basisstationen mit
entsprechenden benachbarten lokalen Bereichen, wobei die Ba
sisstationen zum Austauschen von geschätzte Richtungen der
Mobilstationen angebenden Daten verbunden sind, wobei die Ar
ray-Antenne einer jeden Basisstation eine lineare Array-Antenne
mit entlang einer Array-Achse beabstandeten Elementen
ist, und wobei jede Basisstation weiterhin umfaßt:
eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung zum Empfan
gen erster Richtungsdaten von der Einfallsrichtungsbewer
tungseinrichtung der Basisstation, die die geschätzte Ein
fallsrichtung der von einer Mobilstation empfangenen Funkwel
len angeben, zum Verarbeiten der Richtungsdaten in Verbindung
mit bekannten Daten, die eine Höhe der Array-Antenne über
Grund angeben, zum Erhalten von ersten Bodenhöhendaten, die
einen ersten Bereich möglicher Positionen der Mobilstation
angeben, und zum Empfangen zweiter und dritter Richtungsdaten
von entsprechenden Einfallsrichtungsbewertungseinrichtungen
zumindest zweier anderer Basisstationen, die entsprechende
Einfallsrichtungen der Funkwellen der Mobilstation bezüglich
den anderen Basisstationen angeben, zum Verarbeiten der zwei
ten und dritten Richtungsdaten zum Erhalten zweiter und drit
ter Bodenhöhendaten, die zweite bzw. dritte Bereiche mögli
cher Positionen der Mobilstation angeben, zum Herleiten einer
geschätzten Position der Mobilstation anhand der ersten,
zweiten und dritten Bodenhöhendaten und zum Erzeugen von die
geschätzte Position angebenden Positionsdaten, und zum Zufüh
ren der Positionsdaten zu der Maximumerzeugungseinrichtung;
und wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit
der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennen
richtwirkungssteuereinrichtung zugeführt werden, zum Steuern
der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung derart, daß sowohl
die Ausrichtung eines Maximums der Richtwirkung als auch die
Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position be
stimmt wird.
Die lineare Array-Antenne einer solchen Basisstation ist vor
zugsweise so ausgestaltet, daß eine Azimut-Richtwirkung in
nerhalb eines Bereichs von 180° möglich ist, wobei der Be
reich möglicher Positionen einer Mobilstation als eine ge
schätzte Schnittlinie zwischen dem Boden und einer Hälfte ei
ner konischen Oberfläche, die die Array-Achse der Antenne als
ihre Mittelachse aufweist, hergeleitet wird, wobei die koni
sche Oberfläche einen Öffnungswinkel aufweist, der doppelt so
groß ist, wie ein zwischen der Richtung einfallender Funkwel
len der Mobilstation und der Array-Achse gebildeter Winkel.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird durch die Erfindung eine An
tennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung bereitge
stellt, wobei die Array-Antenne einer Basisstation eine li
neare Array-Antenne mit entlang einer Array-Achse beabstande
ten Elementen ist, weiterhin umfassend:
eine E-Feldstärkenmeßeinrichtung zum Messen eines Werts der elektrischen Feldstärke der von einer Mobilstation empfange nen Funkwellen, und
eine Positionsbewertungseinrichtung zum Umwandeln des kombi nierten Signalstärkenwerts in einen Wert einer geschätzten Sichtlinienentfernung der Mobilstation von der Array-Antenne, zum Verarbeiten des geschätzten Abstandswerts in Verbindung mit einem bekannten Höhenwert der Array-Antenne über Grund zum Erhalten von Bodenhöhendaten, die einen Bereich möglicher Positionen der Mobilstation angeben, zum Verarbeiten der Bo denhöhendaten in Verbindung mit den von der Einfallsrich tungsbewertungseinrichtung zugeführten geschätzten Richtungs daten der Mobilstation, um eine geschätzte Position der Mo bilstation bezüglich der Array-Antenne angebende Positionsda ten zu erhalten, und zum Zuführen der Positionsdaten zu der Maximumerzeugungseinrichtung;
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennenricht wirkungssteuereinrichtung zugeführt werden zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung, so daß sowohl die Ausrichtung eines Richtwirkungsmaximums als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position bestimmt wird.
eine E-Feldstärkenmeßeinrichtung zum Messen eines Werts der elektrischen Feldstärke der von einer Mobilstation empfange nen Funkwellen, und
eine Positionsbewertungseinrichtung zum Umwandeln des kombi nierten Signalstärkenwerts in einen Wert einer geschätzten Sichtlinienentfernung der Mobilstation von der Array-Antenne, zum Verarbeiten des geschätzten Abstandswerts in Verbindung mit einem bekannten Höhenwert der Array-Antenne über Grund zum Erhalten von Bodenhöhendaten, die einen Bereich möglicher Positionen der Mobilstation angeben, zum Verarbeiten der Bo denhöhendaten in Verbindung mit den von der Einfallsrich tungsbewertungseinrichtung zugeführten geschätzten Richtungs daten der Mobilstation, um eine geschätzte Position der Mo bilstation bezüglich der Array-Antenne angebende Positionsda ten zu erhalten, und zum Zuführen der Positionsdaten zu der Maximumerzeugungseinrichtung;
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennenricht wirkungssteuereinrichtung zugeführt werden zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung, so daß sowohl die Ausrichtung eines Richtwirkungsmaximums als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position bestimmt wird.
Alternativ kann jede Mobilstation umfassen:
eine Verschiebungsvektorerzeugungseinrichtung zum Herleiten eines Verschiebungsvektors, der einen Unterschied zwischen einer Position der Mobilstation in einem ersten Zeitpunkt (t₁) und eine Position der Mobilstation in einem auf den er sten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt angibt, und
eine Einrichtung zum Funkübertragen der den Verschiebungsvek tor angebenden Daten zu der Basisstation;
wobei die Array-Antenne der Basisstation eine lineare Array-Antenne ist, deren Elemente entlang einer Array-Achse beab standet sind, und wobei die Basisstation weiterhin umfaßt eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung die in dem ersten Zeitpunkt (t₁) die von der Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtung zugeführten geschätzten Richtungsdaten für die Mobilstation im Zusammenhang mit einem bekannten Höhen wert der Array-Antenne über Grund verarbeitet, um erste Bo denhöhendaten zu erhalten, die einen ersten Bereich möglicher Positionen der Mobilstation angeben, und die in dem zweiten Zeitpunkt (t₂) die geschätzten Richtungsdaten für die Mobil station und den Höhenwert verarbeitet, um zweite Bodenhöhen daten herzuleiten, die einen zweiten Bereich möglicher Posi tionen der Mobilstation angeben, zum Verarbeiten des Ver schiebungsvektorwerts im Zusammenhang mit den ersten Bodenhö hendaten und den zweiten Bodenhöhendaten, um die Position der Mobilstation in dem zweiten Zeitpunkt (t₂) zu schätzen, zum Erzeugen von die geschätzte Position angebenden Positionsda ten und zum Zuführen der Positionsdaten zu der Maximumerzeu gungseinrichtung; und
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennenricht wirkungssteuereinrichtung zum Steuern der Antennenrichtwir kungssteuereinrichtung zugeführt werden, so daß sowohl die Ausrichtung eines Richtwirkungsmaximums als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position bestimmt wird.
eine Verschiebungsvektorerzeugungseinrichtung zum Herleiten eines Verschiebungsvektors, der einen Unterschied zwischen einer Position der Mobilstation in einem ersten Zeitpunkt (t₁) und eine Position der Mobilstation in einem auf den er sten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt angibt, und
eine Einrichtung zum Funkübertragen der den Verschiebungsvek tor angebenden Daten zu der Basisstation;
wobei die Array-Antenne der Basisstation eine lineare Array-Antenne ist, deren Elemente entlang einer Array-Achse beab standet sind, und wobei die Basisstation weiterhin umfaßt eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung die in dem ersten Zeitpunkt (t₁) die von der Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtung zugeführten geschätzten Richtungsdaten für die Mobilstation im Zusammenhang mit einem bekannten Höhen wert der Array-Antenne über Grund verarbeitet, um erste Bo denhöhendaten zu erhalten, die einen ersten Bereich möglicher Positionen der Mobilstation angeben, und die in dem zweiten Zeitpunkt (t₂) die geschätzten Richtungsdaten für die Mobil station und den Höhenwert verarbeitet, um zweite Bodenhöhen daten herzuleiten, die einen zweiten Bereich möglicher Posi tionen der Mobilstation angeben, zum Verarbeiten des Ver schiebungsvektorwerts im Zusammenhang mit den ersten Bodenhö hendaten und den zweiten Bodenhöhendaten, um die Position der Mobilstation in dem zweiten Zeitpunkt (t₂) zu schätzen, zum Erzeugen von die geschätzte Position angebenden Positionsda ten und zum Zuführen der Positionsdaten zu der Maximumerzeu gungseinrichtung; und
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennenricht wirkungssteuereinrichtung zum Steuern der Antennenrichtwir kungssteuereinrichtung zugeführt werden, so daß sowohl die Ausrichtung eines Richtwirkungsmaximums als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position bestimmt wird.
Als weiterer Aspekt kann eine solche Antennenvorrichtung mit
steuerbarer Richtwirkung, wobei die Array-Antenne einer Ba
sisstation eine lineare Array-Antenne mit entlang einer Ar
ray-Achse beabstandeten Elementen ist, umfassen:
eine Antennendrehvorrichtung zum Drehen der Array-Antenne, wobei sich die Array-Achse in einer horizontalen Ebene dreht, und
eine Positionsbewertungseinrichtung zum Empfangen der Rich tungsinformation und zum Verarbeiten von zumindest ersten Richtungsdaten von der Einfallsrichtungsbewertungseinrich tung, die eine in einer ersten Winkelposition der Array-Achse hergeleitete erste geschätzte Richtung angeben, und zweiten Richtungsdaten, die eine nach einer Drehung der Array-Achse in eine zweite Winkelposition hergeleitete zweite geschätzte Richtung angeben, um die Position der Mobilstation zu schät zen und die geschätzte Position angebende Positionsdaten zu erzeugen;
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennenricht wirkungssteuereinrichtung zum Steuern der Antennenrichtwir kungssteuereinrichtung zugeführt werden, so daß sowohl die Ausrichtung eines Richtwirkungsmaximums als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position bestimmt wird.
eine Antennendrehvorrichtung zum Drehen der Array-Antenne, wobei sich die Array-Achse in einer horizontalen Ebene dreht, und
eine Positionsbewertungseinrichtung zum Empfangen der Rich tungsinformation und zum Verarbeiten von zumindest ersten Richtungsdaten von der Einfallsrichtungsbewertungseinrich tung, die eine in einer ersten Winkelposition der Array-Achse hergeleitete erste geschätzte Richtung angeben, und zweiten Richtungsdaten, die eine nach einer Drehung der Array-Achse in eine zweite Winkelposition hergeleitete zweite geschätzte Richtung angeben, um die Position der Mobilstation zu schät zen und die geschätzte Position angebende Positionsdaten zu erzeugen;
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennenricht wirkungssteuereinrichtung zum Steuern der Antennenrichtwir kungssteuereinrichtung zugeführt werden, so daß sowohl die Ausrichtung eines Richtwirkungsmaximums als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position bestimmt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Antennen-Vor
richtung mit steuerbarer Richtwirkung für eine Basisstati
on bereitgestellt, die weiterhin umfaßt
eine Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungseinrichtung zum Schätzen der Ausbreitungsverzögerungszeit der von einer Mo bilstation empfangenen Funkwellen,
eine E-Feldstärkenmeßeinrichtung zum Messen der entsprechen den elektrischen Feldstärken von als direkte Wellen empfange nen Funkwellen und als reflektierte Wellen empfangene Funk wellen der Mobilstation, und
eine Ausbreitungswegausgleichseinrichtung zum Empfangen der Einfallsrichtungsdaten von der Einfallsrichtungsbewertungs einrichtung und eines geschätzten Werts der Ausbreitungsver zögerungszeit von der Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungs einrichtung, und zum Kompensieren eines von der Mobilstation empfangenen Signals hinsichtlich der Wirkungen von Mehrwege ausbreitungssignalen, basierend auf der geschätzten Funkwel lenausbreitungsverzögerungszeit und einem Verhältnis der elektrischen Feldstärken der direkten Wellen und der reflek tierten Wellen, falls die durch die Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtung erhaltenen Schätzergebnisse der Funkwellen einfallsrichtung angeben, daß die Mobilstation die einzige Mobilstation innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation ist.
eine Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungseinrichtung zum Schätzen der Ausbreitungsverzögerungszeit der von einer Mo bilstation empfangenen Funkwellen,
eine E-Feldstärkenmeßeinrichtung zum Messen der entsprechen den elektrischen Feldstärken von als direkte Wellen empfange nen Funkwellen und als reflektierte Wellen empfangene Funk wellen der Mobilstation, und
eine Ausbreitungswegausgleichseinrichtung zum Empfangen der Einfallsrichtungsdaten von der Einfallsrichtungsbewertungs einrichtung und eines geschätzten Werts der Ausbreitungsver zögerungszeit von der Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungs einrichtung, und zum Kompensieren eines von der Mobilstation empfangenen Signals hinsichtlich der Wirkungen von Mehrwege ausbreitungssignalen, basierend auf der geschätzten Funkwel lenausbreitungsverzögerungszeit und einem Verhältnis der elektrischen Feldstärken der direkten Wellen und der reflek tierten Wellen, falls die durch die Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtung erhaltenen Schätzergebnisse der Funkwellen einfallsrichtung angeben, daß die Mobilstation die einzige Mobilstation innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation ist.
Bei einer solchen Vorrichtung kann die Ausbreitungswegaus
gleichseinrichtung eine Vielzahl von kaskadierten Verzöge
rungselementen aufweisen zum Beaufschlagen des empfangenen
Signals mit aufeinanderfolgenden Verzögerungsinkrementen, und
eine Einrichtung zum Kombinieren entsprechender Ausgangs
signale der Verzögerungselemente in Anteilen, die entspre
chend der geschätzten Funkwellenausbreitungsverzögerungszeit
und des Verhältnisses der elektrischen Feldstärken der direk
ten Wellen und der reflektierten Wellen festgelegt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann eine Antennenvorrichtung mit
steuerbarer Richtwirkung einer Basisstation ebenso umfassen
eine Nullpunkterzeugungseinrichtung zum Einrichten von Null
punkten der Richtcharakteristik der Array-Antenne, die in den
Richtungen von (N-1) Mobilstationen ausgerichtet sind, wo
bei N eine ganze Zahl größer Eins ist, falls entsprechende
Funkwelleneinfallsrichtungen für N Mobilstationen durch die
Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung geschätzt wurden.
Durch eine solche Vorrichtung kann die Störwahrscheinlichkeit
zwischen den durch eine Basisstation gesendeten Signalen und
der Kommunikation zwischen anderen Basisstationen und Mobil
stationen des Systems weiter verringert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird durch die Erfindung eine An
tennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung für eine Ba
sisstation eines mobilen Kommunikationssystems mit zumindest
einer Basisstation und einer Vielzahl von Mobilstationen be
reitgestellt, mit
einer linearen Array-Antenne mit entlang einer Array-Achse beabstandeten Elementen, zumindest einem versetzten Antennenelement mit einer Richt wirkung in einer gegenüber der Array-Achse der Array-Antenne um einen festen Winkel versetzten Richtung,
einer Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung zum Empfangen entsprechender Empfangssignale des versetzten Antennenele ments und einer Gruppe von Elementen der Array-Antenne als Empfangssignale einer ersten Antennenelementgruppe, und zum Empfangen entsprechender Empfangssignale der übrigen Elemente der Array-Antenne als Empfangssignale einer zweiten Anten nenelementgruppe, zum Kombinieren der Empfangssignale der Elemente der ersten Antennengruppe und zum Kombinieren der Empfangssignale der entsprechenden Elemente der zweiten An tennengruppe, um dadurch zwei kombinierte Empfangssignale zu erhalten, zum Erhalten der Größe der Differenz zwischen den kombinierten Empfangssignalen, und zum Schätzen der Richtung, in der sich eine Mobilstation befindet, basierend auf der Differenz zwischen den Größen.
einer linearen Array-Antenne mit entlang einer Array-Achse beabstandeten Elementen, zumindest einem versetzten Antennenelement mit einer Richt wirkung in einer gegenüber der Array-Achse der Array-Antenne um einen festen Winkel versetzten Richtung,
einer Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung zum Empfangen entsprechender Empfangssignale des versetzten Antennenele ments und einer Gruppe von Elementen der Array-Antenne als Empfangssignale einer ersten Antennenelementgruppe, und zum Empfangen entsprechender Empfangssignale der übrigen Elemente der Array-Antenne als Empfangssignale einer zweiten Anten nenelementgruppe, zum Kombinieren der Empfangssignale der Elemente der ersten Antennengruppe und zum Kombinieren der Empfangssignale der entsprechenden Elemente der zweiten An tennengruppe, um dadurch zwei kombinierte Empfangssignale zu erhalten, zum Erhalten der Größe der Differenz zwischen den kombinierten Empfangssignalen, und zum Schätzen der Richtung, in der sich eine Mobilstation befindet, basierend auf der Differenz zwischen den Größen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird durch die Erfindung eine An
tennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung für eine Ba
sisstation eines mobilen Kommunikationssystems mit einer
Vielzahl von Mobilstationen bereitgestellt, wobei die Basis
station weiterhin eine zur Einfallsrichtungsbewertung verwen
dete erste Array-Antenne umfaßt und eine lediglich als Daten
sende- und -empfangsantenne dienende zweite Array-Antenne.
Bei einem solchen Aufbau, in dem erste und zweite Array-Antennen
für die Richtungsbewertung bzw. den Datensende-
/empfangsvorgang verwendet werden, kann in der Basisstation
eine Einrichtung vorgesehen sein, durch die diese beiden An
tennen, falls erforderlich, für die Richtungsbewertung ver
wendet werden können. Gemäß diesem Aspekt umfaßt die Anten
nenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung einer Basisstati
on im einzelnen:
eine Einrichtung zum Beurteilen, ob eine durch die Einfalls richtungsbewertungseinrichtung geschätzte Zahl von Mobilsta tionen größer als die Anzahl von Elementen der ersten Array-Antenne ist,
eine Einrichtung zum Durchführen einer Steuerung, bei der entsprechende Empfangssignale aller Elemente der ersten Ar ray-Antenne und aller Elemente der zweiten Array-Antenne durch die Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung zum Schätzen der Einfallsrichtung der Funkwellen von Mobilstationen ge meinsam verwendet werden und zum Korrigieren der geschätzten Zahl der Mobilstationen, die sich innerhalb des lokalen Be reichs befinden, falls festgestellt wird, daß die geschätzte Zahl von Mobilstationen größer als die Zahl der Elemente der ersten Array-Antenne ist.
eine Einrichtung zum Beurteilen, ob eine durch die Einfalls richtungsbewertungseinrichtung geschätzte Zahl von Mobilsta tionen größer als die Anzahl von Elementen der ersten Array-Antenne ist,
eine Einrichtung zum Durchführen einer Steuerung, bei der entsprechende Empfangssignale aller Elemente der ersten Ar ray-Antenne und aller Elemente der zweiten Array-Antenne durch die Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung zum Schätzen der Einfallsrichtung der Funkwellen von Mobilstationen ge meinsam verwendet werden und zum Korrigieren der geschätzten Zahl der Mobilstationen, die sich innerhalb des lokalen Be reichs befinden, falls festgestellt wird, daß die geschätzte Zahl von Mobilstationen größer als die Zahl der Elemente der ersten Array-Antenne ist.
Bei einer solchen Vorrichtung kann es vorkommen, daß die ge
schätzten Ergebnisse nicht korrekt erhalten wurden, falls die
Anzahl von Mobilstationen, die als erstes von der Einfalls
richtungsbewertungseinrichtung als Schätzergebnis erhalten
wird (d. h. durch Verwenden ausschließlich der ersten
Array-Antenne), größer als die Anzahl von Elementen der ersten Ar
ray-Antenne ist. In diesem Fall können auch die Elemente der
zweiten Array-Antenne (d. h. Datensende- und -empfangsantenne)
verwendet werden, um dadurch die Gesamtzahl von bei der Be
wertung der Anzahl von Mobilstationen und ihren Richtungen
verwendeten Antennenelemente zu vergrößern. Die maximale An
zahl von Mobilstationen, für die durch die Einfallsrichtungs
bewertungseinrichtung entsprechende Richtungen gleichzeitig
geschätzt werden können, kann dadurch erhöht werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Formgebung der Anten
nenrichtwirkung einer Basisstationsantenne nicht notwendiger
weise auf ein in der Richtung einer bestimmten Mobilstation
ausgerichtetes einzelnes Maximum beschränkt. Es ist ebenso
möglich, gleichzeitig eine Vielzahl von in entsprechenden ge
schätzten Richtungen einer Anzahl von Mobilstationen ausge
richteten Maxima zu bilden.
Weiterhin ist es möglich, ein einzelnes Maximum zu bilden,
das so geformt ist, daß eine Kommunikation mit jeder einer
Vielzahl von ausreichend benachbarten Mobilstationen möglich
ist, wobei die Gefahr einer Störung der Kommunikation zwi
schen anderen Basisstationen und Mobilstationen des Systems
minimiert wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie
len unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines ersten
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrich
tung mit steuerbarer Richtwirkung;
Fig. 2 ein konzeptionelles Diagramm mit Richtwirkungsmaxima
der Antenne einer Basisstation, die entsprechend den ge
schätzten Richtungen von Mobilstationen gebildet sind;
Fig. 3 ein Diagramm eines Beispiels einer Array-Antenne zum
Bereitstellen einer 360°-Azimutrichtwirkungssteuerung unter
Verwendung von Streifenleiterantennen;
Fig. 4 einen allgemeinen Schaltplan eines Frequenzumwand
lungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1;
Fig. 5 einen allgemeinen Schaltplan eines Antennenrichtwir
kungssteuerteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1, wobei
die Steuerung der Antennenrichtwirkung durch Steuern der Pha
se und Amplitude von entsprechenden Elementen einer
Array-Antenne entsprechenden Basisbandsignalen erfolgt;
Fig. 6 ein Flußdiagramm zum Darstellen der Funktionsweise ei
nes Einfallsrichtungsbewertungsteils des Ausführungsbeispiels -
gemäß Fig. 1;
Fig. 7 ein Flußdiagramm zum Darstellen der Funktionsweise ei
nes Maxiumerzeugungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.
1;
Fig. 8 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines ersten al
ternativen Aufbaus des ersten Ausführungsbeispiels, wobei die
Steuerung der Antennenrichtwirkung durch direktes Steuern der
Phase und Amplitude der entsprechenden Elementen der
Array-Antenne entsprechenden Sendefrequenzsignale erfolgt;
Fig. 9 einen allgemeinen Schaltplan eines Frequenzumwand
lungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 8, der ledig
lich für Empfangssignale der Antennenelemente verwendet wird;
Fig. 10 einen allgemeinen Schaltplan eines Frequenzumwand
lungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 8, der ledig
lich für ein Sendesignal verwendet wird;
Fig. 11 einen allgemeinen Schaltplan eines Antennenrichtwir
kungssteuerteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 8;
Fig. 12 ein Flußdiagramm zum Darstellen der Funktionsweise
eines Maximumerzeugungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß
Fig. 8;
Fig. 13 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines zweiten
alternativen Aufbaus des ersten Ausführungsbeispiels, wobei
die Steuerung der Antennenrichtwirkung durch direktes Steuern
der Phase und Amplitude von den entsprechenden Elementen der
Array-Antenne entsprechenden Sendefrequenzsignalen erfolgt;
Fig. 14 einen allgemeinen Schaltplan eines Frequenzumwand
lungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 13;
Fig. 15 einen allgemeinen Schaltplan eines Antennenrichtwir
kungssteuerteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 13;
Fig. 16 ein Flußdiagramm zum Darstellen der Funktionsweise
eines Maximumerzeugungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß
Fig. 13;
Fig. 17 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines zweiten
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrich
tung mit steuerbarer Richtwirkung mit entsprechend getrennten
Array-Antennen für die Richtungsbewertung und Datenübertra
gung;
Fig. 18 einen allgemeinen Schaltplan eines Frequenzumwand
lungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 17;
Fig. 19 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines dritten
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrich
tung mit steuerbarer Richtwirkung;
Fig. 20 einen allgemeinen Schaltplan eines Frequenzumwand
lungsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 19;
Fig. 21 zeigt einen allgemeinen Schaltplan eines Antennen
richtwirkungssteuerteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.
20;
Fig. 22A, 22B, 22C bilden ein Flußdiagramm der Funktions
weise eines Einfallsrichtungsbewertungsteils des Ausführungs
beispiels gemäß Fig. 20, wobei die Richtungsbewertung basie
rend auf einem aufeinanderfolgenden Schwenken eines Ricbtwir
kungsmaximums einer Array-Antenne unter Erfassung von Emp
fangssignalen der Mobilstationen durchgeführt wird, falls
festgestellt wird, daß eine geschätzte Zahl von Mobilstatio
nen größer oder gleich einer Gesamtzahl von
Array-Antennenelementen ist;
Fig. 23, 24, 25, 26, 27A, 27B und 28A, 28B konzeptionelle
Diagramme zum Darstellen des Prinzips des Schätzvorgangs ei
nes Bereichs möglicher Positionen einer Mobilstation, als
Schnittlinie zwischen dem Boden und einer konischen Oberflä
che mit einem Halböffnungswinkel, der dem Winkel zwischen der
Richtung einfallender Funkwellen der Mobilstation und der
Achse einer die Funkwellen empfangenden linearen
Array-Antenne entspricht;
Fig. 29 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines vierten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, das eine Bewertung
entsprechender Positionen von Mobilstationen durch eine Ba
sisstation ermöglicht;
Fig. 30, 31 konzeptionelle Diagramme zum Darstellen des
Grundprinzips des vierten Ausführungsbeispiels;
Fig. 32 ein Flußdiagramm der Funktionsweise eines Mobilstati
onspositionsbewertungsteils des vierten Ausführungsbeispiels
gemäß Fig. 29;
Fig. 33 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines fünften
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, bei dem eine Bewer
tung entsprechender Positionen von Mobilstationen durch eine
Basisstation möglich ist;
Fig. 34 ein Flußdiagramm der Funktionsweise eines Mobilstati
onspositionsbewertungsteils des vierten Ausführungsbeispiels
gemäß Fig. 33;
Fig. 35 einen Schaltplan eines Feldstärkemeßteils des fünften
Ausführungsbeispiels;
Fig. 36 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines sechsten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, das eine Bewertung
entsprechender Positionen von Mobilstationen durch eine Ba
sisstation ermöglicht;
Fig. 37 ein konzeptionelles Diagramm zum Darstellen der
Grundprinzipien des sechsten Ausführungsbeispiels;
Fig. 38A, 38B ein Flußdiagramm der Funktionsweise eines
Mobilstationspositionsbewertungsteils des sechsten Ausfüh
rungsbeispiels gemäß Fig. 36;
Fig. 39 ein Grundsystemblockschaltbild eines Verschiebungs
vektorerzeugungsteils einer Mobilstation des sechsten Ausfüh
rungsbeispiels;
Fig. 40 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines siebten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, das eine Bewertung
entsprechender Positionen von Mobilstationen durch eine Ba
sisstation basierend auf einer Drehung einer linearen
Array-Antenne ermöglicht;
Fig. 41 ein konzeptionelles Diagramm zum Darstellen der
Grundprinzipien des siebten Ausführungsbeispiels;
Fig. 42 ein Flußdiagramm der Funktionsweise eines Mobilstati
onspositionsbewertungsteils des siebten Ausführungsbeispiels;
Fig. 43 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines achten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, das eine Kompensation
der Empfangssignale und Sendesignale einer Basisstation hin
sichtlich der Auswirkungen einer Mehrwegeausbreitung ermög
licht;
Fig. 44 eine Schaltplan eines beispielhaften Ausbreitungs
wegausgleichsteils des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 43;
Fig. 45 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines achten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, das einen Ausgleich
der Übertragungskanalnutzung unter entsprechenden Basissta
tionen in einem mobilen Kommunikationssystem ermöglicht, bei
dem jeder einer Vielzahl von Basisstationen eine feste Anzahl
von Übertragungskanälen zugeordnet ist;
Fig. 46A, 46B ein Flußdiagramm der Funktionsweise eines
Bereichsübergabesteuerteils einer Basisstation des achten
Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 45;
Fig. 47 ein konzeptionelles Diagramm zum Darstellen der
Grundprinzipien des achten Ausführungsbeispiels;
Fig. 48 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines neunten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, wobei jede Mobilsta
tion in zufällig bestimmten Zeitschlitzen Steuersignale für
die Richtungsbewertung aussendet;
Fig. 49 zeigt eine Schaltplan eines beispielhaften Teils ei
nes in einer Basisstation des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.
48 verwendeten variablen Bandpaßfilters;
Fig. 50 ein Zeitdiagramm zum Darstellen der Beziehung zwi
schen den zufällig bestimmten Zeitschlitzen und der Steuerung
des variablen Bandpaßfilters in dem Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 48;
Fig. 51 ein Grundsystemblockschaltbild eines beispielhaften
Steuersignalsendeteils in einer Mobilstation des Ausführungs
beispiels gemäß Fig. 48;
Fig. 52 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines zehnten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, das eine Erzeugung
von Nullpunkten der Antennenrichtwirkung einer Basisstations
antenne ermöglicht, die in entsprechende Richtungen von Mo
bilstationen ausgerichtet sind, mit denen die Basisstation
gerade nicht kommuniziert;
Fig. 53 ein Flußdiagramm der Funktionsweise eines Einfalls
richtungsbestimmungsteils in dem Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 52;
Fig. 54 ein Flußdiagramm der Funktionsweise eines Nullpunkt
erzeugungsteils in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 52;
Fig. 55 ein allgemeines Systemblockschaltbild eines elften
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, wobei eine Basissta
tion die Differenz zwischen den Richtcharakteristiken einer
linearen Array-Antenne und eines gegenüber der Achse der Ar
ray-Antenne versetzten Antennenelements verwendet zum Erhal
ten der Richtung einer Mobilstation;
Fig. 56 ein Flußdiagramm der Funktionsweise eines Einfalls
richtungsbestimmungsteils in dem Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 55;
Fig. 57 einen Kurvenverlauf entsprechender Richtcharakteri
stiken einer ersten und zweiten Gruppe von Antennenelementen,
die in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 55 verwendet wer
den; und
Fig. 58 einen Kurvenverlauf eines Verhältnisses zwischen der
Einfallsrichtung von Funkwellen und den Differenzwerten zwi
schen den Charakteristiken gemäß Fig. 57.
Fig. 1 zeigt ein Systemblockschaltbild eines ersten Ausfüh
rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung
mit steuerbarer Richtwirkung. In Fig. 1 kennzeichnet das Be
zugszeichen 11 eine Array-Antenne einer Basisstation eines
mobilen Kommunikationssystems. Die Array-Antenne 11 besteht
aus einer Vielzahl von Antennenelementen, die hier als 11a,
11b, 11c gekennzeichnet sind, und kann beispielsweise eine
Streifenleiterantenne oder eine Anordnung beabstandeter Di
polantennen mit Rückreflektorelementen sein. Das Bezugszei
chen 12 kennzeichnet einen Einfallsrichtungsbewertungsteil
zum Verarbeiten der durch die Elemente der Array-Antenne 11
erhaltenen Empfangssignale, um die entsprechenden Einfalls
richtungen der von Mobilstationen ges endeten Funkwellen zu
schätzen. Das Bezugszeichen 15 kennzeichnet einen Maximumer
zeugungsteil zum Verarbeiten der von dem Einfallsrichtungsbe
wertungsteil 12 zugeführten Richtungsdaten, um Steuersignale
zum Steuern eines Antennenrichtwirkungssteuerteils 13 so zu
erzeugen, daß Richtwirkungsmaxima der Array-Antenne 11 in die
durch den Maximumerzeugungsteil 15 bestimmten entsprechenden
Richtungen ausgerichtet sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel dient der Antennenrichtwir
kungssteuerteil 13 auch zum Umwandeln eines Basisband-Sende
signals in entsprechende ZF-Sendesignale der Anten
nenelemente während des Sendevorgangs der Basisstation, und
zum Umwandeln empfangener ZF-Signale der Antennenelemente in
ein empfangenes Basisbandsignal während des Empfangsvorgangs
der Basisstation.
Das Bezugszeichen 14 kennzeichnet einen Frequenzumwandlungs
teil, der bei diesem Ausführungsbeispiel während des Sende
vorgangs eine Aufwärtswandlung der modulierten Zwischenfre
quenzsignale in ein Sendefrequenzband, d. h. Funkfrequenzband,
durchführt, und während des Empfangsvorgangs eine Abwärts
wandlung der empfangenen Funksignale in ZF-Signale.
Fig. 4 bzw. Fig. 5 zeigen Einzelheiten des internen Aufbaus
des Frequenzumwandlungsteils 14 und des Antennenrichtwir
kungssteuerteils 13 des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1.
Wie durch den Schalter 13g in Fig. 5 angedeutet ist, kann das
System zwischen einer Empfangsbetriebsart (RX) und einer Sen
debetriebsart (TX) umgeschaltet werden. In der Sendebetriebs
art wird ein Basisbandsignal durch jedes entsprechende Paar
von verstärkungsgesteuerten Verstärkern 13d, 13e verstärkt,
und jedes sich ergebende verstärkte Signalpaar wird einem
Paar von Multiplizierern (d. h. Mischern) 13a, 13c gemeinsam
mit einem von einer Frequenzquelle 13f zugeführten Festfre
quenzsignal zugeführt, um dadurch in ein entsprechendes Paar
modulierter Zwischenfrequenz-(ZF)-Signale umgewandelt zu wer
den. Die Phase des einem dieser Multiplizierer zugeführten
Festfrequenzsignals wird durch einen 90°-Phasenschieber 13b
um 90° verschoben, und das sich ergebende Paar modulierter
ZF-Signale addiert, um ein einzelnes moduliertes ZF-Signal zu
erhalten, dessen Phase und Amplitude durch die Kombination
der Verstärkungsfaktoren der Verstärker 13d, 13e bestimmt
wird. (Zur Vereinfachung der Beschreibung sind in den Zeich
nungen keine ZF-Filter dargestellt.)
Diese Verstärkungsfaktoren werden durch entsprechende von dem
Maximumerzeugungsteil 15 zugeführte Verstärkungsfaktorsteuer
signale bestimmt, wie später beschrieben wird. Jedes auf die
se Weise erhaltene phasen- und verstärkungsgesteuerte
ZF-Signal wird dem Frequenzumwandlungsteil 14 zugeführt.
Wie in Fig. 4 dargestellt ist, wird jedes auf diese Weise von
dem Antennenrichtwirkungsteil 13 zugeführte phasen- und ver
stärkungsgesteuerte ZF-Signal in einen entsprechenden Multi
plizierer 14a eingegeben, dem auch ein festes Hochfrequenzsi
gnal einer Frequenzquelle 14b zugeführt wird, um dadurch ein
entsprechendes moduliertes Funkfrequenzsendesignal zu erhal
ten. Jedes dieser Sendesignale wird einem entsprechenden Ele
ment der Array-Antenne 11 zugeführt.
Wird das System in die Empfangsbetriebsart versetzt, so wird
jedes HF-Empfangssignal eines Antennenelements der Array-Antenne
11 in einen entsprechenden Multiplizierer 14a einge
geben, um dadurch in ein entsprechendes ZF-Signal abwärtsge
wandelt zu werden, das sowohl dem Einfallsrichtungsbewer
tungsteil 12 als auch dem Antennenrichtwirkungssteuerteil 13
zugeführt wird. In dem Antennenrichtwirkungssteuerteil 13
kann davon ausgegangen werden, daß jeder der Multiplizierer
13a, 13c und der Verstärkter 13d und 13e mit gegenüber dem
für die Sendebetriebsart beschriebenen Betrieb umgekehrtem
Eingabe/Ausgabe-Signalfluß arbeitet (d. h. unter Verwendung
von Einrichtungen, auf die zur Vereinfachung der Beschreibung
in der Zeichnung verzichtet wurde). In diesem Fall wird jedes
von einem Antennenelement empfangene ZF-Signal in beide Mul
tiplizierer 13a, 13c eingegeben, um dadurch zwei entsprechen
de Basisbandsignale zu erhalten, die sich in ihrer Phase um
90° unterscheiden und die durch das entsprechende Verstärker
paar 13d, 13e entsprechend verstärkt werden. Das resultieren
de Paar von Basisbandsignalen wird dann kombiniert zum Erhal
ten eines Basisbandsignals dessen Phase und Amplitude durch
die entsprechenden Verstärkungsfaktoren bestimmt werden, die
durch die von dem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 zuge
führten Steuersignale für die Verstärker 13d, 13e eingestellt
wurden. Die auf diese Weise erhaltenen entsprechenden phasen-
und amplitudengesteuerten Basisbandsignale der entsprechenden
Antennenelemente werden zum Erhalten des abschließenden Ba
sisband-Empfangssignals kombiniert.
Auf diese Weise werden die entsprechenden Werte der Verstär
kung und Phasenverschiebung, die auf jedes der Empfangs- oder
Sendesignale der Antennenelemente der Array-Antenne 11 ange
wendet werden, sowohl während des Sendevorgangs als auch wäh
rend des Empfangsvorgangs so bestimmt, daß eine bestimmte
Strahlungscharakteristik der Antenne erzielt wird, so daß die
Basisstation mit einer oder mehreren bestimmten Mobilstatio
nen kommunizieren kann, d. h. Mobilstationen, die sich inner
halb des Betriebsbereichs der Basisstation befinden.
Um die entsprechenden Einfallsrichtungen der von diesen Mo
bilstationen gesendeten Funkwellen festzustellen, führt der
Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 periodisch einen Vorgang
zum Verarbeiten der entsprechenden Empfangssignale der Anten
nenelemente während der Empfangsbetriebsart des Systems unter
Verwendung einer Technik wie beispielsweise die Verfahren
MUSIC (Multiple Signal Classification) oder ESPRIT
(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance
Techniques) durch. Ein solches Verfahren kann zum Schätzen
der entsprechenden Einfallsrichtungen der von einer oder meh
reren Mobilstationen abgestrahlten Funkwellen verwendet wer
den, um dadurch die entsprechenden Richtungen dieser Mobil
stationen bezüglich der Antenne 11 zu schätzen.
Es können verschiedene Arten von Array-Antennen als die Ar
ray-Antenne 11 verwendet werden. Insbesondere ist es möglich,
eine einfache lineare Array-Antenne zu verwenden, da keine
sehr genau definierte Richtwirkung erforderlich ist. Das be
deutet, daß die Einfallsrichtung der durch die Elemente einer
linearen Array-Antenne empfangenen Funkwellen bei nicht über
mäßig großem Höhenunterschied zwischen der Antenne 11 und
jeder Mobilstation oder bei ausreichend großer Entfernung ei
ner jeden Mobilstation von der Antenne 11 ungefähr mit der
Azimutrichtung der Quelle der Funkwellen übereinstimmt.
Das MUSIC-Verfahren wird beispielsweise durch Schmidt in
"IEEE Transactions on Antennas and Propagation", Vol. AP-34,
Nr. 3, März 1986 beschrieben, während das ESPRIT-Verfahren
durch Roy und Kailath in "IEEE Transactions on Acoustics,
Speech and Signal Processing", Vol. 37, Nr. 7, Juli 1989 be
schrieben wird.
Darüber hinaus bestimmt die Basisstation beispielsweise ba
sierend auf entsprechenden Empfangssignalstärkenpegeln ver
schiedener Mobilstationen, welche dieser Mobilstationen sich
gerade innerhalb des Betriebsbereichs dieser Basisstation be
findet. Da solche Verfahren zum Bestimmen des Betriebsbe
reichs einer Basisstation eines mobilen Kommunikationssystems
bekannt sind, wird auf eine weitere Beschreibung dieser ver
zichtet.
Die geschätzten Richtungen der innerhalb des Betriebsbereichs
der Basisstation befindlichen Mobilstationen werden durch den
Maximumerzeugungsteil 15 zum Bestimmen geeigneter Werte für
die dem Antennenrichtwirkungssteuerteil zugeführten Steuersi
gnale verwendet, zum Steuern der entsprechenden Phasenver
schiebungs- und Verstärkungsgrade, mit denen die von den Ele
menten der Array-Antenne 11 empfangenen oder durch diese ge
sendeten entsprechenden Signale beaufschlagt werden, wie vor
stehend beschrieben wurde. Die auf diese Weise für jedes der
Antennenelementsignale eingerichteten Phasenverschiebungs-
und Verstärkungswerte werden durch den Maximumerzeugungsteil
bestimmt, während die Basisstation mit einer Mobilstation
kommuniziert, um dadurch ein in die für diese Mobilstation
geschätzte Richtung aus gerichtetes Maximum der Antennenricht
wirkung zu erzeugen. Dadurch wird sichergestellt, daß:
- (a) minimale Sendeleistungs- und Empfangsempfindlichkeitspe gel in der Basisstation für eine solche Kommunikation mit der Mobilstation erforderlich sind, und
- (b) die Störwahrscheinlichkeit zwischen einer solchen Kommu nikation mit Mobilstationen innerhalb des Betriebsbereichs einer Basisstation und einer innerhalb eines benachbarten Be triebsbereichs einer anderen Basisstation des mobilen Kommu nikationssystems durchgeführten Kommunikation minimal ist.
Fig. 2 zeigt ein einfaches Diagramm zur konzeptionellen Dar
stellung der Beziehung zwischen einer Basisstation und inner
halb des Betriebsbereichs der Basisstation befindlichen Mo
bilstationen. In Fig. 2 kennzeichnet das Bezugszeichen 21 ei
ne Basisstation, 23 eine Antennenrichtwirkungskeule, die
durch den Antennenrichtwirkungssteuerteil der Basisstation
gebildet wird, 24 und 25 entsprechende Mobilstationen. Unter
der Annahme, daß sich beide Mobilstationen 24, 25 innerhalb
des Betriebsbereichs der Basisstation 21 befinden, könnte die
Strahlungscharakteristik 23 der Array-Antenne 11 der Basis
station 21 gemäß Fig. 2 gebildet sein, wobei entsprechende
Maxima der Antennenrichtwirkung in die Richtungen der Mobil
stationen 24 und 25 ausgerichtet sind.
In dem in Fig. 2 gezeigten Fall könnte angenommen werden, daß
zwei Mobilstationen vorhanden sind, deren Sendesignale
gleichzeitig durch die Array-Antenne 11 empfangen werden.
Selbst wenn diese beide Sendesignale dasselbe Frequenzband
verwenden, weisen die von den Mobilstationen empfangenen ent
sprechenden Signale keine gegenseitige Korrelation auf, falls
die Sendesignale mit entsprechend verschiedenen Daten modu
liert sind, so daß es für den Einfallsrichtungsbewertungsteil
12 möglich ist, die entsprechenden Richtungen der beiden Mo
bilstationen zu erfassen. Es können höchstens die entspre
chenden Richtungen einer solchen Zahl von Mobilstationen be
urteilt werden, die nicht größer ist als die Gesamtzahl der
Antennenelemente der Basisstationsantenne.
Somit können die Anzahl von innerhalb des Betriebsbereichs
einer Basisstation betriebenen Mobilstationen und die ent
sprechenden Richtungen dieser Mobilstationen basierend auf
den Einfallsrichtungen der durch die Mobilstationen ausgesen
deten Funkwellen erhalten werden.
Solange nichts anderes erwähnt ist, wird im folgenden für je
des der beschriebenen Ausführungsbeispiele angenommen, daß in
jeder Basisstation eine lineare Array-Antenne mit horizontal
angeordneter Array-Achse und damit lediglich einer Azimut
richtwirkungsfähigkeit verwendet wird. In diesem Fall wird
durch den Begriff "Richtung einer Mobilstation bezüglich der
Antenne einer Basisstation" ein Wert des Azimutwinkels be
zeichnet.
Obwohl in dem Beispiel gemäß Fig. 5 angenommen wird, daß die
vorgenannte Veränderung der Phase und Amplitude auf die Sen
de- oder Empfangssignale im Basisbandbereich angewendet wird,
wäre es ebenso möglich, diese Veränderung im Zwischenfre
quenzbereich (ZF) vorzunehmen. In diesem Fall würde bei
spielsweise jeder der Multiplizierer 14a in Fig. 4 durch ein
Paar von Multiplizierern ersetzt, d. h. ein erster Multipli
zierer zum Durchführen einer direkten Aufwärtswandlung von
der ZF-Frequenz oder Abwärtswandlung in die ZF-Frequenz und
ein zweiter Multiplizierer zum Durchführen einer Aufwärts-
oder Abwärtswandlung mit 90° Phasenverschiebung. Das ZF-Signal
eines jeden solchen Multiplizierers würde einem ver
stärkungsgesteuerten Verstärker zugeführt bzw. von diesem er
halten, in gleicher Weise wie bei den Multiplizieren 13a, 13c
gemäß Fig. 5.
Zur Vereinfachung der Beschreibung weist die Array-Antenne 11
gemäß Fig. 1 lediglich drei Antennenelemente auf, wobei die
tatsächliche Anzahl von Elementen jedoch selbstverständlich
wesentlich größer sein kann. Weiterhin ist es im allgemeinen
erforderlich, daß die Array-Antenne einer Basisstation Funk
wellen aus dem gesamten 360°-Bereich des Azimutwinkels emp
fangen kann. Dies kann durch eine Array-Antenne mit in einem
Kreis angeordneten Antennenelementen erreicht werden. Es ist
jedoch genauso möglich, eine Vielzahl linearer Array-Antennen
zu verwenden, von denen jede eine horizontal angeordnete Ar
ray-Achse und eine Richtwirkung auf lediglich einer Seite
aufweist. Eine solche lineare Array-Antenne kann als lineare
Streifenleiterantenne oder lineare Anordnung vertikaler Di
polantennen mit jeweils einem Rückreflektor ausgestaltet
sein. Um die erforderliche 360°-Azimutabdeckung zu erzielen,
kann ein Paar solcher Array-Antennen Rücken an Rücken ange
ordnet sein, d. h. jede Array-Antenne stellt eine Azimutabdec
kung von 180° bereit. Alternativ ist es gemäß Fig. 3 möglich,
eine Gruppe von drei Array-Antennen 800, 801, 802 (bei diesem
Beispiel Streifenleiterantennen) anzuordnen, wobei jede eine
Azimutabdeckung von 120° bereitstellt.
Fig. 6 zeigt ein Grundflußdiagramm der durch den Einfalls
richtungsbewertungsteil 12 ausgeführten Verarbeitung zum Her
leiten von die entsprechenden Richtungen der Mobilstationen
angebenden Daten. Im Schritt S1 kennzeichnen die "N aufeinan
derfolgenden Datenbits" ein mit N aufeinanderfolgenden Daten
bits moduliertes ZF-Signal, da bei diesem Ausführungsbeispiel
angenommen wird, daß die empfangenen ZF-Signale für die Rich
tungsbewertungsverarbeitung verwendet werden. Bei dem MUSIC-
oder ESPRIT-Verfahren wird die Schätzgenauigkeit durch die
Menge der verarbeiteten Empfangsdaten beeinflußt, d. h. für
einen gewünschten Genauigkeitsgrad muß bei jeder Richtungsbe
wertungsoperation eine minimale Anzahl von aufeinanderfolgen
den Empfangsbits verwendet werden.
Im allgemeinen führt der als S3 in Fig. 6 gezeigte Schritt
lediglich dazu, daß dem Maximumerzeugungsteil 15 die Rich
tungsdaten einer bestimmten Mobilstation gleichzeitig zuge
führt werden, d. h. einer Mobilstation, mit der die Basissta
tion gerade kommuniziert oder zu kommunizieren beginnt. Ob
wohl vorstehend nicht speziell beschrieben, weisen der Ein
fallsrichtungsbewertungsteil oder der Maximumerzeugungsteil
auch einen Speicher auf zum zeitweiligen Speichern geschätz
ter Richtungsdaten in den Intervallen zwischen den Richtungs
bewertungsoperationen durch den Einfallsrichtungsbewertungs
teil, z. B. zum Zuführen der Daten zu dem Maximumerzeugungs
teil während des Sendevorgangs der Basisstation.
Weiterhin kann der Einfallsrichtungsbewertungsteil die ge
schätzte Richtungsinformation zum Schätzen der Gesamtzahl von
gerade im Betriebsbereich der Basisstation befindlichen Mo
bilstationen verwenden.
Fig. 7 zeigt ein grundlegendes Flußdiagramm der durch den Ma
ximumerzeugungsteil 15 ausgeführten Verarbeitung zum Bearbei
ten der von dem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 zugeführ
ten Richtungsdaten. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden der
Phasenverschiebungswinkel und die Verstärkung, die auf die
empfangenen oder gesendeten Signale angewendet werden, durch
die für die Verstärker des Antennenrichtwirkungssteuerteils
13 gemäß vorstehender Beschreibung eingerichteten entspre
chenden Verstärkungsfaktoren bestimmt, so daß geeignete Werte
für diese Verstärkungsfaktoren im Schritt S2 gemäß Fig. 7 be
stimmt werden, zum Erzeugen von entsprechenden Maxima der An
tennenrichtwirkung in jeder der durch den Einfallsrichtungs
bewertungsteil 12 festgestellten Richtungen. Im allgemeinen
wird, wie vorstehend erwähnt, nur ein in der Richtung einer
bestimmten Mobilstation aus gerichtetes Maximum zur selben
Zeit erzeugt. Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung jedoch
nicht auf eine solche Anordnung beschränkt, sondern es können
auch eine Vielzahl von entsprechend einer Vielzahl von Mobil
stationen ausgerichteten Maxima zeitgleich erzeugt werden.
Der Kürze wegen werden Einrichtungen zum Zuordnen jeder ge
schätzten Richtung zu der Identität einer bestimmten Mobil
station nicht beschrieben, da Verfahren zum Identifizieren
von Mobilstationen eines mobilen Kommunikationssystems be
reits bekannt sind.
Fig. 8 zeigt ein Systemblockschaltbild eines ersten alterna
tiven Aufbaus des ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbei
spiels. In Fig. 8 kennzeichnet das Bezugszeichen 33 den An
tennenrichtwirkungssteuerteil. Die Vorrichtung gemäß Fig. 8
unterscheidet sich von der gemäß Fig. 1 darin, daß der Anten
nenrichtwirkungssteuerteil 33 eine direkte Steuerung entspre
chender auf jedes der (HF)-Sendesignale oder Empfangssignale
der Elemente der Array-Antenne angewendeter Phasenverschie
bungen und Verstärkungsfaktoren zum Bestimmen der Richtwir
kung der Array-Antenne 11 durchführt. Wie bei der Vorrichtung
gemäß Fig. 1, kann der Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 bei
dieser Vorrichtung die Richtungen von Mobilstationen während
des Empfangs der Daten der Mobilstationen schätzen, d. h. wäh
rend eines normalen Empfangsvorgangs. Maxima der Richtwirkung
der Array-Antenne 11 werden jedoch lediglich während des Sen
devorgangs gebildet. Da die Operation ansonsten mit der der
Vorrichtung gemäß Fig. 1 übereinstimmt, werden lediglich die
sich unterscheidenden Punkte beschrieben. Fig. 9 zeigt den
internen Aufbau des Frequenzumwandlungsteils 34. Gemäß der
Darstellung erfolgt beim Empfangsvorgang die Abwärtswandlung
der Empfangssignale der Antennenelemente in die ZF-Ebene
durch Multiplizierer 216, und die Umwandlung von der ZF-Ebene
in das Basisband durch Multiplizierer 213, wobei die Basis
bandsignale durch Verstärker 214 verstärkt und zum Erhalten
des abschließenden Empfangssignals kombiniert werden. Ein
zweiter Frequenzumwandlungsteil 35 ist gemäß Fig. 10 aufge
baut und dient zum Zuführen eines HF-Sendesignals zu dem An
tennenrichtwirkungssteuerteil 33. Der Aufbau des Antennen
richtwirkungssteuerteils ist in Fig. 11 dargestellt. Hierbei
wird das Sendesignal eines jeden Antennenelements einer Pha
senverschiebung durch einen Phasenschieber 33b und einer Ver
stärkung durch einen Verstärker 33a unterzogen, die durch von
dem Maximumerzeugungsteil 32 zugeführte Steuersignale ent
sprechend den dem Antennenrichtwirkungssteuerteil 33 von dem
Maximumerzeugungsteil 32 zugeführten Einfallsrichtungsdaten
bestimmt werden. Die durch den Maximumerzeugungsteil 32 gemäß
diesem Ausführungsbeispiel durchgeführte Verarbeitungssequenz
im Ansprechen auf einen Satz von durch den Einfallsrichtungs
bewertungsteil 12 zugeführten Richtungsdaten ist in Fig. 12
dargestellt. Diese unterscheidet sich von der in Fig. 7 dar
gestellten Verarbeitung lediglich darin, daß Steuersignale
zur direkten Steuerung der entsprechenden auf die Signale der
Antennenelemente anzuwendenden Phasenverschiebungsgrade an
stelle der Verstärkungsfaktorsteuersignale erzeugt werden.
Ein zweiter alternativer Aufbau des ersten Ausführungsbei
spiels ist in Fig. 13 dargestellt. Die Funktionen des Ein
fallsrichtungsbewertungsteils 12 gemäß Fig. 13 stimmen mit
denen des vorstehend beschriebenen Einfallsrichtungsbewer
tungsteil 12 gemäß Fig. 1 überein. Entsprechend der Vorrich
tung gemäß Fig. 1 werden hier in Richtung der Mobilstationen
ausgerichtete Richtwirkungsmaxima sowohl während des Sende
als auch während des Empfangsvorgangs erzeugt. Es ist jedoch
erforderlich die auf die Empfangssignale der Antennenelemente
anzuwendenden Phasenverschiebungs- und Verstärkungsgrade auf
entsprechend identische Werte einzustellen, bevor die resul
tierenden ZF- oder Basisbandsignale zum Schätzen der Ein
fallsrichtungen der Funkwellen verwendet werden. In Fig. 13
werden die entsprechenden Sende- oder Empfangssignale der
Elemente der Antenne 11 über den Antennenrichtwirkungssteuer
teil zu dem Frequenzumwandlungsteil 259 weitergeleitet. Wäh
rend eines Empfangsvorgangs werden die ZF-Signale der Anten
nenelemente dem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 in einem
Zustand zugeführt, in dem durch den Antennenrichtwirkungs
steuerteil 257 identische Phasenverschiebungs- und Verstär
kungsgrade auf jedes der empfangenen (HF)-Signale der Anten
nenelemente angewendet werden, falls eine Einfallsrichtungs
bewertungsoperation durchzuführen ist. Nachdem die Richtungs
information auf diese Weise erhalten wurde, erzeugt der Maxi
mumerzeugungsteil Steuersignale zum Anwenden entsprechender
Phasenverschiebungs- und Verstärkungsgrade auf die Sen
de/Empfangssignale der Antennenelemente, um dadurch Richtwir
kungsmaxima in jeder der für die Mobilstationen bestimmten
Richtungen zu erzeugen.
Fig. 14 zeigt den internen Aufbau des Frequenzumwandlungs
teils 259, Fig. 15 den Aufbau des Antennenrichtwirkungssteu
erteils 257 und Fig. 16 die durch den Maximumerzeugungsteil
258 ausgeführte Verarbeitungssequenz, wenn eine Richtungsbe
wertungsoperation durch den Einfallsrichtungsbewertungsteil
12 durchgeführt wird. Wie in Fig. 16 dargestellt ist, erzeugt
der Maximumerzeugungsteil 258 vor dem tatsächlichen Beginn
einer Richtungsbewertungsoperation durch den Einfallsrich
tungsbewertungsteil 12 Steuersignale zum Sicherstellen, daß
identische Phasenverschiebungsgerade (z. B. Null) und Verstär
kungsgrade auf jedes der Empfangssignale der Antennenelemente
der Array-Antenne 11 angewendet werden. Danach entspricht die
Funktionsweise des Maximumerzeugungsteils der vorstehend be
züglich Fig. 12 beschriebenen.
Fig. 17 zeigt ein Systemblockschaltbild eines zweiten erfin
dungsgemäßen Ausführungsbeispiels. In Fig. 17 kennzeichnet
das Bezugszeichen 41 eine erste Array-Antenne, die lediglich
für Empfangssignale zur Einfallsrichtungsbewertung verwendet
wird, während das Bezugszeichen 42 eine zweite Array-Antenne
kennzeichnet, die ausschließlich als Datensende- und
-empfangsantenne verwendet wird. Der Einfallsrichtungsbewer
tungsteil 12, der Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 und der
Maximumerzeugungsteil 15 sind miteinander verbunden und ar
beiten in gleicher Weise wie die entsprechend gekennzeichne
ten Teile des in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbei
spiels.
Der interne Aufbau des Frequenzumwandlungsteils 45 gemäß die
sem Ausführungsbeispiel ist in Fig. 18 dargestellt. Gemäß der
Darstellung werden die entsprechenden Empfangssignale der
Elemente der zweiten Array-Antenne 41 nach deren Umwandlung
in die ZF-Ebene dem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 zuge
führt. Daraus geht hervor, daß sich dieses Ausführungsbei
spiel von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ledig
lich darin unterscheidet, daß eine Array-Antenne vorgesehen
ist, die zum Erhalten von Empfangssignalen zur Verwendung bei
der Einfallsrichtungsbewertung verwendet wird, wobei die
Funktionsweise ansonsten mit der des ersten Ausführungsbei
spiels gemäß Fig. 1 übereinstimmt.
Wie vorstehend beschrieben, ist es für den Einfallsrichtungs
bewertungsteil lediglich dann möglich, genaue Richtungsinfor
mationen für jede der Mobilstationen, von denen Funkwellen
empfangen wurden, und eine genaue Bewertung der Gesamtzahl
dieser Mobilstationen zu erzielen, wenn die Anzahl von Mobil
stationen nicht größer als die Gesamtzahl der Elemente der
Array-Antenne ist, deren Signale für die Richtungsbewertung
verwendet werden. Fig. 19 zeigt ein Systemblockschaltbild ei
nes dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, bei dem
die vorgenannte Beschränkung vermieden wird. In Fig. 19 kenn
zeichnet das Bezugszeichen 51 eine erste Array-Antenne, die
normalerweise zum Erhalten von Empfangssignalen für die Ein
fallsrichtungsbewertung vorgesehen ist, und das Bezugszeichen
52 eine zweite Array-Antenne, die normalerweise als Datensen
de- und -empfangsantenne vorgesehen ist. Das Bezugszeichen 53
kennzeichnet einen Einfallsrichtungsbewertungsteil, 54 einen
Antennenrichtwirkungssteuerteil, 55 einen Frequenzumwand
lungsteil, 56 einen Empfangssignalstärkenbeurteilungsteil und
57 einen Maximumerzeugungsteil.
Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels stellt sich
wie folgt dar. Der Einfallsrichtungsbewertungsteil 53 verwen
det die empfangenen Signale der entsprechen 87862 00070 552 001000280000000200012000285918775100040 0002019737136 00004 87743den Elemente der
Array-Antenne 51 zum Schätzen der Anzahl und Richtungen der
sich innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation befind
lichen Mobilstationen. Wird festgestellt, daß die geschätzte
Zahl von Mobilstationen geringer ist als die Anzahl von Ele
menten der Array-Antenne 51, so deutet dies an, daß die durch
den Einfallsrichtungsbewertungsteil 53 erhaltenen Richtungs
daten zuverlässig sind, und somit stimmt der nachfolgende Ab
lauf mit dem für das vorhergehende Ausführungsbeispiel be
schriebenen überein, d. h. der Maximumerzeugungsteil 57 er
zeugt Steuersignale, wodurch der Antennenrichtwirkungssteuer
teil 54 eine Richtwirkung mit in den entsprechenden Richtun
gen der innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation be
findlichen Mobilstationen ausgerichteten Maxima erzeugt, wor
auf dann eine Kommunikation mit den Mobilstationen durchge
führt werden kann.
Wird jedoch festgestellt, daß die geschätzte Zahl von Mobil
stationen mit der Anzahl von Elementen der Array-Antenne 51
übereinstimmt, so gibt dies entweder einen Zustand an, bei
dem die Anzahl von Mobilstationen tatsächlich größer ist als
die Anzahl von Elementen der Array-Antenne 51, oder einen Zu
stand, bei dem die Anzahl von Mobilstationen wirklich mit der
Anzahl von Elementen der Array-Antenne 51 übereinstimmt. Es
besteht somit bei den von dem Einfallsrichtungsbewertungsteil
53 erhaltenen Schätzergebnissen eine Fehlermöglichkeit. Aus
diesem Grunde verwendet der Einfallsrichtungsbewertungsteil
53 in einem solchen Fall die Empfangssignale aller Elemente
sowohl der Datensende- und Empfangsantenne 52 als auch der
ersten Array-Antenne 51 zum Bewerten der Einfallsrichtungen
der von den Mobilstationen stammenden Funkwellen.
Wird anhand der so erhaltenen Schätzergebnisse festgestellt,
daß die Anzahl von Mobilstationen innerhalb des Betriebsbe
reichs der Basisstation geringer ist als die Gesamtzahl der
Elemente der Array-Antenne 51 und der Datensende- und Emp
fangsantenne 52, so gibt dies an, daß die Schätzergebnisse
als richtig betrachtet werden können. In diesem Fall bewirken
die Steuersignale des Maximumerzeugungsteil 57, daß der An
tennenrichtwirkungssteuerteil 54 die Antennenrichtwirkungsma
xima in Richtungen der innerhalb des Betriebsbereichs der Ba
sisstation befindlichen Mobilstationen ausrichtet, worauf
dann eine Kommunikation mit den Mobilstationen durchgeführt
werden kann.
Wird festgestellt, daß die durch den Einfallsrichtungsbewer
tungsteil als Schätzergebnis unter-Verwendung der Elemente
sowohl der ersten Array-Antenne 51 als auch der Datensende-
und Empfangsantenne 52 erhaltene Anzahl von Mobilstationen
mit der Summe der Elemente der Array-Antenne 51 und der Da
tensende- und -empfangsantenne 52 übereinstimmt, so kann dies
entweder einen Zustand andeuten, bei dem die Anzahl von Mo
bilstationen größer ist als die Gesamtzahl der Elemente der
Array-Antenne 51 und der Datensende- und -empfangsantenne 52
ist, oder einen Zustand, bei dem die Anzahl von Mobilstatio
nen tatsächlich der Anzahl von Elementen der Array-Antenne 51
und der Datensende- und -empfangsantenne 52 übereinstimmt. Es
besteht somit die Möglichkeit, daß die durch den Einfalls
richtungsbewertungsteil erhaltenen Schätzergebnisse fehler
haft sind. Aus diesem Grund erzeugt der Maximumerzeugungsteil
57 in diesem Fall Steuersignale, wodurch der Antennenricht
wirkungssteuerteil 54 die Phase und Amplitude der entspre
chenden den verschiedenen Elementen der ersten Array-Antenne
51 und der Datensende- und -empfangsantenne 52 zugeführten
oder von diesen empfangenen Signale geändert werden, um da
durch ein Schwenken eines einzelnen Maximums der Antennen
richtwirkung über den gesamten Schwenkbereich (d. h. im allge
meinen über einen Azimutwinkel von 360°) durchzuführen, wobei
die Vorrichtung in der Empfangsbetriebsart betrieben wird.
Während dieses Schwenkvorgangs wird die Stärke eines jeden
von einer Mobilstation erhaltenen Empfangssignals beurteilt
(z. B. durch den Empfangssignalstärkenbeurteilungsteil 56 ba
sierend auf dem Pegel des resultierenden Basisbandsignals).
Während dieses Schwenkvorgangs wird der Schwenkvorgang bei
jedem Empfang eines Signals einer Mobilstation, das aufgrund
seiner ausreichenden Stärke eine innerhalb des Betriebsbe
reichs der Basisstation befindliche Mobilstation anzeigt,
zeitweise angehalten, und es erfolgt eine Kommunikation der
Basisstation mit dieser Mobilstation (beispielsweise für ein
vorbestimmtes Zeitintervall oder ein erforderliches Zeitin
tervall). Der Schwenkvorgang wird danach wieder aufgenommen
bis ein Empfangssignal der nächsten innerhalb des Betriebsbe
reichs befindlichen Mobilstation erfaßt wird, wobei dann eine
Kommunikation mit dieser Mobilstation erfolgt, usw. für jede
der innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstatio
nen aufeinanderfolgend. Auf diese Weise kann eine Kommunika
tion mit jeder der sich innerhalb des Betriebsbereichs be
findlichen Mobilstationen durch einen Time-Sharing-Betrieb
durchgeführt werden.
Fig. 20 zeigt den internen Aufbau des Frequenzumwandlungs
teils 55, während Fig. 21 den Aufbau des Antennenrichtwir
kungssteuerteils 54 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt.
Gemäß der Darstellung werden die empfangenen ZF-Signale eines
jeden Elements der Antennen 51, 52 dem Einfallsrichtungsbe
wertungsteil 53 zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus können
die Sendesignale und Empfangssignale eines jeden Antennenele
ments sowohl der ersten als auch der zweiten Array-Antenne 51
und 52 gemäß der Darstellung in Fig. 21 hinsichtlich ihrer
Phase und Amplitude anhand der den Verstärkern 54d, 54e von
dem Maximumerzeugungsteil 57 zugeführten Verstärkungsfaktor
steuersignale gesteuert werden. Dadurch kann der Maximumer
zeugungsteil 57 eine einzelne Richtwirkungskeule, d. h. ein
einzelnes Maximum der Richtwirkung, erzeugen und das Maximum
nacheinander über den gesamten Steuerbereich schwenken, wie
vorstehend beschrieben wurde. Im einzelnen kann ein solcher
Schwenkvorgang als aufeinanderfolgende vollständige Drehungen
des Maximums durchgeführt werden, falls Array-Antennen mit
360°-Azimutabdeckung verwendet werden.
Die Fig. 22A, 22B und 22C bilden ein Flußdiagramm der
durch den Einfallsrichtungsbewertungsteil 53 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel durchgeführten Verarbeitung. Gemäß Fig.
22A erfolgt ein Entscheidungsschritt (S2) zum Beurteilen, ob
es möglich ist, daß die unter Verwendung ausschließlich der
Empfangssignale der Elemente der Antenne 51 erhaltenen
Schätzergebnisse falsch sind. Besteht eine solche Möglich
keit, so wird die in Fig. 22B gezeigte Verarbeitung durchge
führt. Hierbei erfolgt wiederum ein Entscheidungsschritt (S7)
zum Beurteilen, ob es möglich ist, daß die unter Verwendung
der Empfangssignale beider Antennen 51 und 52 erhaltenen
Schätzergebnisse falsch sind. Besteht eine solche Möglich
keit, so wird die in Fig. 22C gezeigte Verarbeitung zum
Durchführen der vorstehend beschriebenen Strahlschwenkopera
tion ausgeführt, durch Erzeugen von sich aufeinanderfolgend
ändernden Richtungen des Maximums und Zuführen dieser Daten
zu dem Maximumerzeugungsteil. Bei dem Beispiel gemäß Fig. 22C
wird angenommen, daß eine solche Operation lediglich für eine
als Schwenkoperationsintervall gekennzeichnete vorbestimmte
Zeitdauer fortgesetzt wird, worauf der Ablauf zum Schritt S1
gemäß Fig. 22A zurückkehrt. Wie durch die Schritte in Fig.
22C angegeben ist, wird angenommen, daß der Schwenkvorgang
bei jedem Erfassen von Funkwellen einer sich innerhalb des
Betriebsbereichs der Basisstation befindlichen Mobilstation
angehalten wird, d. h. die dem Maximumerzeugungsteil zugeführ
ten Richtungsdaten werden während eines Intervalls, in dem
eine Kommunikation zwischen der Basisstation und dieser Mo
bilstation stattfindet, unverändert beibehalten. Dabei kann
es sich um ein festes Intervall oder ein Intervall einer für
eine bestimmte Kommunikation erforderlichen Länge handeln.
Der Schwenkvorgang wird dann wiederaufgenommen bis Funkwellen
einer anderen innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mo
bilstation erfaßt werden, usw. bis das Ende des Schwenkopera
tionsintervalls erfaßt wird.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß ein grund
legender Vorteil dieses Ausführungsbeispiels im Vergleich zu
jedem der vorgenannten Ausführungsbeispiele darin besteht,
daß die Anzahl von durch eine Basisstation verwaltbaren Mo
bilstationen nicht auf die Gesamtzahl der Array-Antennenelemente,
von denen Empfangssignale zum Zwecke der
Einfallsrichtungsbewertung erhalten werden können, beschränkt
ist. Das bedeutet, daß selbst bei einer Zahl von Mobilstatio
nen innerhalb des Betriebsbereichs einer Basisstation, die
größer als die Gesamtzahl von Array-Antennenelementen ist,
ein Schwenkvorgang eines Antennenrichtwirkungsmaximums durch
geführt werden kann, um alle innerhalb des Betriebsbereichs
befindlichen Mobilstationen zu erfassen und mit diesen zu
kommunizieren.
Selbstverständlich ist es ebenso möglich, ein solches
Schwenk/Erfassungs-Merkmal mit dem ersten oder zweiten Aus
führungsbeispiel der Antennenvorrichtung mit steuerbarer
Richtwirkung zu kombinieren, um den vorgenannten Vorteil zu
erzielen.
Vor der Beschreibung eines vierten erfindungsgemäßen Ausfüh
rungsbeispiels werden einige Grundprinzipien einer linearen
Array-Antenne als wesentliche Merkmale dieses Ausführungsbei
spiels unter Bezugnahme auf zunächst Fig. 23 zusammengefaßt.
Dort ist das Verhältnis zwischen Funkwellen Sm(t) darge
stellt, die auf eine lineare Array-Antenne mit in einem Ab
stand d angeordneten Elementen E auftreffen. Die Einfalls
richtung der Funkwellen wird hier als Winkel θm zwischen die
ser Richtung und einer Senkrechten zu der Arrayrichtung der
Antenne angegeben. Gemäß der Darstellung ergibt sich aufgrund
des Wegunterschieds d·sin θm zwischen der beim Erreichen
dieser Elemente zurückgelegten Distanz einer Wellenfront ein
Phasenunterschied zwischen den von benachbarten Elementen der
Antenne erhaltenen Signalen. Wird jedoch die Einfallsrichtung
der Funkwellen für eine solche Antenne geschätzt, z. B. unter
Verwendung des MUSIC-Verfahrens, und falls die Antenne Funk
wellen aus sich bezüglich ihrer Array-Achse in 360° erstrec
kenden Richtungen empfangen kann, so stellt der dadurch ge
schätzte Winkel den Halböffnungswinkel eines Kegels dar, des
sen Oberfläche alle möglichen Richtungen definiert, aus denen
die Funkwellen tatsächlich herrühren. Dies ist in Fig. 24 für
eine lineare Array-Antenne 210, deren Array-Achse sich ent
lang der Linie 313 erstreckt, dargestellt. Kann die Antenne
310 Funkwellen aus lediglich einer Seite empfangen (d. h. ist
eine Richtwirkung in einem Bereich von 180° Azimutwinkel mit
im wesentlichen keiner Richtwirkung in der Elevation mög
lich), wie bei einer sich horizontal erstreckenden Streifen
leiterantenne oder einem Dipolarray mit entsprechenden Rück
reflektoren, so bildet der Bereich möglicher Einfallsrichtun
gen der Funkwellen einen Halbkegel 311, wie dargestellt.
Nachfolgend wird dieser als Einfallsrichtungshalbkegel be
zeichnet.
Fig. 25 zeigt eine konzeptionelle Darstellung der Beziehung
zwischen der linearen Array-Antenne 301 einer Basisstation
300 und einer Mobilstation 302, die Funkwellen aussendet, die
die Antenne 301 entlang einer durch eine Linie 304 angedeute
ten Richtung erreichen. Das in Fig. 25 gezeigte xyz-Koordinatensystem
wird zur Beschreibung dieser Beziehung ver
wendet, d. h. der Mittelpunkt der Antenne 301 stellt den Ur
sprung dar.
Wird die Höhe der Antenne 301 über Grund als h (d. h. das
Grundniveau beträgt -h) und der Winkel der einfallenden Funk
wellen einer Mobilstation als 0 (gemessen von der x-Achse)
bezeichnet, so ergibt sich die Schnittlinie zwischen dem Ein
fallsrichtungshalbkegel und dem Boden wie folgt:
y² = x²tan²θ - h²
Die Lagebeziehung in der Draufsicht ist in Fig. 6 darge
stellt, wobei der Azimutwinkel der Mobilstation 302 bezüglich
der Antenne 301 als θA (gemessen von der x-Achse) bezeichnet
wird. Ist der Elevationswinkel der Mobilstation 302 bezüglich
der Array-Antenne 301 klein (d. h. die Mobilstation 302 befin
det sich im wesentlichen auf derselben Höhe wie die Antenne
302, oder ist im Verhältnis zum Höhenunterschied ausreichend
weit von der Antenne 301 entfernt) wie in der Ansicht entlang
der x-Achse gemäß Fig. 27A dargestellt ist, dann wird die
Einfallsrichtung der Funkwellen der Mobilstation 302 durch
den Azimutwinkel der Mobilstation 302 bezüglich der Antenne
301 repräsentiert. Dies geht aus Fig. 27B hervor, in der das
Bezugszeichen 305 den vorgenannten Einfallsrichtungshalbkegel
bei einer Betrachtung entlang der x-Achse kennzeichnet. Die
vorgenannten Ausführungsbeispiele basieren auf dieser Annah
me, d. h. das der Elevationswinkel einer jeden Mobilstation
ausreichend gering ist.
Ist der Elevationswinkel dagegen beachtlich, wie in Fig. 28A
dargestellt ist, so geht aus Fig. 28B hervor, daß die Ein
fallsrichtung der von der Mobilstation 302 empfangenen Funk
wellen nicht genau durch die Azimutrichtung der Mobilstation
angegeben werden kann. Falls die Position der Mobilstation
302 geschätzt werden kann, so kann die Azimutrichtung der Mo
bilstation (z. B. durch die in Polarkoordinaten ausgedrückte
Position) genau erhalten werden. Weiterhin kann der von der
Basisstation auf die Mobilstation gerichtete Sendeleistungs
pegel während der Kommunikation mit der Mobilstation auf ei
nen hinsichtlich der Distanz von der Mobilstation zu der Ba
sisstation geeigneten Wert eingestellt werden, falls die
Richtung bekannt ist, d. h. die Richtwirkung der Antenne kann
genau eingerichtet werden, so daß Störungen anderer Basissta
tionen und Mobilstationen des mobilen Kommunikationssystems
wirksamer verhindert werden können. Aus diesen Gründen ermög
licht das vierte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel eine
Positionsbewertung einer Mobilstation durch eine Basisstati
on, bevor die Kommunikation mit dieser Mobilstation beginnt.
Fig. 29 zeigt ein Systemblockschaltbild des vierten Ausfüh
rungsbeispiels einer Antennenvorrichtung mit steuerbarer
Richtwirkung. In Fig. 29 weist eine Basisstation 67 eine li
neare Array-Antenne 61, einen Einfallsrichtungsbewertungsteil
12, einen Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 und einen Fre
quenzumwandlungsteil 14 auf, jeweils gemäß der Beschreibung
der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Die Steuersignale
für den Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 werden bei diesem
Ausführungsbeispiel durch einen Maximumerzeugungsteil 65 er
zeugt. Die Funktionsweise des Maximumerzeugungsteils 65 äh
nelt der des Maximumerzeugungsteils 15 der vorhergehenden
Ausführungsbeispiele, unterscheidet sich jedoch darin, daß
die durch den Maximumerzeugungsteil 65 erzeugten Verstär
kungsfaktorsteuersignale den Antennenrichtwirkungssteuerteil
13 veranlassen, ein entsprechend der Position einer Mobilsta
tion, mit der gerade eine Kommunikation durchgeführt wird,
geformtes Maximum zu erzeugen, d. h. wobei das Maximum in der
Azimutrichtung ausgerichtet ist, die Größe des Maximums je
doch entsprechend der Sichtliniendistanz dieser Mobilstation
bestimmt wird. Durch den Einfallsrichtungsbewertungsteil 12
erzeugte Einfallsrichtungsdaten werden einem Mobilstationspo
sitionsbewertungsteil 402 zugeführt. Die Basisstation 67 wird
über Kommunikationskabel 406, 407 mit anderen benachbarten
Basisstationen des Systems wie beispielsweise Basisstationen
68, 69 verbunden. Die durch die Einfallsrichtungsbewertungs
teile einer jeden dieser Basisstationen erhaltenen geschätz
ten Einfallsrichtungsdaten werden dem Mobilstationspositions
bewertungsteil 402 der Basisstation 67 zugeführt, und der Mo
bilstationspositionsbewertungsteil 402 berechnet die ge
schätzten Positionen entsprechender Mobilstationen basierend
auf den so zugeführten Daten. Soll die Basisstation 67 eine
Kommunikation mit einer Mobilstation durchführen, für die ei
ne geschätzte Position erhalten wurde, so werden die Azimut
richtung und die Sichtliniendistanz dieser Mobilstation ange
bende Daten 403 dem Maximumerzeugungsteil 65 durch den Mobil
stationspositionsbewertungsteil 402 zugeführt, um dadurch ei
ne Formgebung der Richtwirkung der linearen Array-Antenne 61
zu erzielen, die für die Position dieser Mobilstation geeig
net ist.
Fig. 30 zeigt ein Diagramm zum Darstellen der Grundprinzipien
der durch den Mobilstationspositionsbewertungsteil 402 durch
geführten Positionsbewertung. In Fig. 30 kennzeichnen die Be
zugszeichen 61, 73 bzw. 75 die linearen Array-Antennen der
Basisstationen 67, 68, 69 gemäß Fig. 29. Basierend auf der
Einfallsrichtungsinformation einer bestimmten Mobilstation,
die durch ihren eigenen Einfallsrichtungsbewertungsteil 12
und jeden Einfallsrichtungsbewertungsteil der Basisstationen
68, 69 erhalten wird, berechnet der Mobilstationspositionsbe
wertungsteil 402 der Basisstation 67 die Schnittlinie des
Einfallsrichtungshalbkegels dieser Mobilstation gemäß vorste
hender Beschreibung. Im folgenden wird angenommen, daß der
entsprechende Höhenwert h für jede der Basisstationen als
konstant betrachtet wird, d. h. es wird ein flacher Untergrund
angenommen. Die resultierenden Schnittlinien 72, 74, 76 wer
den dadurch erhalten, wobei der Schnittpunkt 77 die Position
der gewünschten Mobilstation angibt.
Ist der Untergrund tatsächlich flach, so wären zur Bewertung
der Position einer Mobilstation lediglich zwei solcher
Schnittlinien erforderlich. Da dies jedoch im allgemeinen
nicht zutrifft (d. h. der Wert von h ist nicht konstant), wer
den zur Erhöhung der Genauigkeit der Positionsbewertung drei
Schnittlinien verwendet. Dies geht aus Fig. 31 hervor, in der
angenommen wird, daß die fragliche Mobilstation tatsächlich
höher als in der Berechnung der Linien 72, 74, 76 angenommen
angeordnet ist. In diesem Fall treffen sich die Schnittlinien
nicht in einem einzigen Punkt, sondern weisen gemäß der Dar
stellung drei getrennte Schnittpunkte auf. In diesem Fall
wird jedoch die Position der Mobilstation durch den Mobilsta
tionspositionsbewertungsteil 402 als der mittlere Punkt zwi
schen diesen drei Schnittpunkten erhalten, d. h. der Punkt 77.
Die dadurch erhaltene Positionsinformation wird den anderen
Basisstationen des Systems über die vorgenannten Kommunikati
onskabel 406, 407 zur Verfügung gestellt. Nach dem Schätzen
der Position einer Mobilstation führt diejenige Basisstation
eine Kommunikation mit dieser Mobilstation durch, die den ge
ringsten Abstand zu dieser Mobilstation aufweist oder dieje
nige Basisstation (der in ausreichender Nähe zu der Mobilsta
tion befindlichen Basisstationen), die gerade mit der gering
sten Zahl von Mobilstationen kommuniziert.
Fig. 32 zeigt ein Flußdiagramm der durch den Mobilstationspo
sitionsbewertungsteil 402 durchgeführten Verarbeitung zum
Schätzen der Position einer Mobilstation. Obwohl der Schritt
S3 in diesem Diagramm als ein Schritt des Auffindens des
Schnittpunkts zwischen drei Schnittlinien zwischen Einfalls
richtungshalbkegeln und dem Boden definiert ist, besteht der
Schritt S3 im allgemeinen aus dem Auffinden des vorgenannten
mittleren Punkts als die geschätzte Position, d. h. ein von
jeder der drei Schnittlinien gleichbeabstandeter Punkt, da
sich gemäß der vorstehenden Beschreibung diese drei Linien
tatsächlich nicht in einem einzelnen Punkt schneiden könnten.
Unter der Annahme, daß die Positionsinformation in kartesi
schen Koordinaten erhalten wurde, wird diese Information im
Schritt S4 in Polarkoordinaten umgewandelt, um dadurch die
Azimutrichtung und die Sichtlinienentfernung der Mobilstation
bezüglich der Antenne der für die Kommunikation mit der Mo
bilstation beabsichtigten Basisstation zu erhalten. Diese Da
ten werden dann dem Maximumerzeugungsteil dieser Basisstation
zugeführt, um die durch diese Basisstation erzeugte Antennen
richtwirkung in geeigneter Weise entsprechend der Position
der Mobilstation zu formen, d. h. ein Charakteristikmaximum zu
erzeugen, das in der Azimutrichtung der Mobilstation ausge
richtet ist und einen für den Abstand der Mobilstation geeig
neten Sendeleistungspegel bereitstellt.
Obwohl bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel die Verwen
dung von drei benachbarten Basisstationen zum Erhalten der
Daten für die Positionsbewertung einer Mobilstation beschrie
ben wurde, kann auch eine größere Zahl von Basisstationen für
diesen Zweck herangezogen werden, d. h. zum Erhalten einer
größeren Zahl von Schnittlinien zwischen Einfallsrichtungs
halbkegeln und dem Boden, um dadurch eine größere Genauigkeit
bei der Positionsbewertung zu erzielen.
Weiterhin sind verschiedene Abwandlungen des vorgenannten
Ausführungsbeispiels denkbar, beispielsweise durch Bereit
stellen einer Quelle gespeicherter topographischer Daten in
jeder Basisstation, die Höhenveränderungen des Umgebungsbe
reichs angeben, zum Erhalten der tatsächlichen Schnittlinien
zwischen den Einfallsrichtungshalbkegeln und dem Boden, d. h.
als dreidimensionale Linie.
Somit ist bei diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung von
linearen Array-Antennen und der durch die entsprechenden Ein
fallsrichtungsbewertungsteile dreier oder mehr Basisstationen
erhaltenen Schätzergebnisse möglich, die Position einer Mo
bilstation zu bestimmen und dadurch die Antennenrichtcharak
teristik einer Basisstation in geeigneter Weise einzustellen,
so daß eine Kommunikation zwischen dieser Mobilstation und
der Basisstation mit minimaler Störwahrscheinlichkeit der
Kommunikation zwischen anderen Mobilstationen und Basissta
tionen ermöglicht wird.
Fig. 33 zeigt ein Systemblockschaltbild eines fünften Ausfüh
rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung
mit steuerbarer Richtwirkung. In Fig. 33 entsprechen die ent
sprechenden Funktionsweisen einer linearen Array-Antenne 61,
eines Einfallsrichtungsbewertungsteils 12, eines Antennen
richtwirkungssteuerteils 13, eines Frequenzumwandlungsteils
14 und eines Maximumerzeugungsteils 65 denen des vorhergehen
den Ausführungsbeispiels, so daß auf eine detaillierte Be
schreibung verzichtet wird. Das Bezugszeichen 84 kennzeichnet
einen E-Feldstärkemeßteil zum Messen der von einer Mobilsta
tion empfangenen elektrischen Feldstärke, d. h. basierend auf
der von der Mobilstation empfangenen Empfangssignalstärke,
und das Bezugszeichen 86 einen Mobilstationspositionsbewer
tungsteil zum Empfangen von Eingangswerten 87, 88 von dem
Feldstärkemeßteil 84 bzw. dem Einfallsrichtungsbewertungsteil
12. Der Mobilstationspositionsbewertungsteil 84 führt dem Ma
ximumerzeugungsteil 65 Ausgangswerte 86 zu, die eine Kombina
tion des Azimutwinkels und der Sichtlinienentfernung für jede
Mobilstation angegeben, deren Position geschätzt wird.
Der E-Feldstärkemeßteil 84 kann gemäß Fig. 35 lediglich als
eine Gruppe von Empfangssignalstärkendetektoren 84a aufgebaut
sein, die auf die entsprechenden Empfangssignale der Elemente
der Array-Antenne 61 ansprechen, und deren Ausgangssignale in
einem Addierer 84b aufsummiert werden. Das resultierende Sum
mensignal kann einer Analog-Digital-Umwandlung in einer in
der Zeichnung nicht dargestellten Einrichtung unterzogen wer
den, um dem Mobilstationspositionsbewertungsteil 81 als digi
taler Datenwert zugeführt zu werden.
Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels stellt sich
wie folgt dar. Der Pegel der Empfangsfeldstärke einer Mobil
station wird als Maß für die Sichtlinienentfernung dieser Mo
bilstation von der Antenne der Basisstation verwendet, d. h.
da die Verringerungsrate der Empfangsfeldstärke von Funkwel
len in Abhängigkeit der Übertragungsdistanz bekannt ist. Dar
über hinaus kann der Elevationswinkel der Mobilstation unter
der Annahme, daß der Boden um die Basisstation im wesentli
chen flach ist, aus der bekannten Höhe (h) der Antenne der
Basisstation und der gemessenen Sichtlinienentfernung (r) der
Mobilstation berechnet werden. Mit anderen Worten kann der
geschätzte Abstand r der Mobilstation als Definition einer
die Basisstationsantenne umgebenden Kugel mit Radius r be
trachtet werden. Die Schnittlinie zwischen der Oberfläche
dieser Kugel und dem Boden (dessen Höhe bezüglich der Antenne
-h beträgt), d. h. der Ort der in einer Sichtlinienentfernung
r von der Antenne 61 befindlichen Positionen, bildet den Be
reich möglicher Positionen der Mobilstation. Bei der Antenne
61 handelt es sich um eine lineare Array-Antenne, wie für die
vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschrieben wurde. Der
Mobilstationspositionsbewertungsteil 81 empfängt geschätzte
Richtungsdaten von dem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12,
d. h. Daten zum Spezifizieren des Winkels der von einer Mobil
station empfangenen einfallenden Funkwellen bezüglich der Ar
ray-Achse der Antenne 61, berechnet die Gruppe der die
Schnittlinie des vorgenannten Einfallsrichtungshalbkegels
bildenden Positionen, d. h. in kartesischen Koordinaten (xy),
und ermittelt den Schnittpunkt zwischen dieser Schnittlinie
und der Schnittlinie zwischen der vorgenannten Kugeloberflä
che mit Radius r und dem Boden, um dadurch die geschätzte Po
sition der Mobilstation zu erhalten.
Die so ermittelte Positionsinformation wird danach in Polar
koordinaten umgewandelt, um dadurch den gewünschten Azimut
winkel der Mobilstation bezüglich der Array-Antenne 61 zu er
halten. Der Azimutwinkel und der Sichtlinienentfernungswert r
werden dann dem Maximumerzeugungsteil 65 als Daten 86 zuge
führt, der daraus Steuersignale für den Antennenrichtwir
kungssteuerteil 13 erzeugt, zum Herstellen einer Antennen
richtwirkung, die für die Kommunikation mit der Mobilstation,
deren Position geschätzt wurde, geeignet geformt ist.
Fig. 34 zeigt ein Flußdiagramm der durch den Mobilstationspo
sitionsbewertungsteil 81 in diesem Fall ausgeführten Verar
beitungssequenz.
Wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist es bei
diesem Ausführungsbeispiel ebenso möglich, gespeicherte Topo
graphiedaten der eine Basisstation umgebenden Region zu ver
wenden, um die Schnittlinie zwischen einem Einfallsrichtungs
halbkegel und der Bodenoberfläche genauer zu bestimmen, d. h.
als dreidimensionale Linie.
Selbstverständlich ist es ebenso möglich, bei der vorgenann
ten Positionsbewertungsprozedur ausschließlich Polarkoordina
ten zu verwenden. D.h. die entsprechenden Werte des Elevati
onswinkels der Punkte entlang der Schnittlinie des Einfalls
richtungshalbkegels mit dem Boden können unter Verwendung des
Höhenwerts der Basisstationsantenne berechnet werden, der
Elevationswinkel der Mobilstation kann anhand der geschätzten
Sichtlinienentfernung der Mobilstation und der Antennenhöhe
über Grund geschätzt und der Wert des Elevationswinkels dann
mit jedem Wert des für die Einfallsrichtungshalbkegel-Schnitt
linie erhaltenen Elevationswinkels verglichen werden,
um die erforderliche Position der Mobilstation zu ermitteln,
d. h. die Position auf der Schnittlinie zwischen dem Halbkegel
und dem Boden, die denselben Wert des Elevationswinkels auf
weist, wie der unter Verwendung des geschätzten Abstands der
Mobilstation erhaltene.
Gemäß vorstehender Erläuterung kann die Basisstation bei die
sem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Position der
Mobilstation durch Messen der elektrischen Feldstärke der
durch die Basisstation von der Mobilstation empfangenen Funk
wellen schätzen, wenn sich eine Mobilstation innerhalb des
Betriebsbereichs einer Basisstation befindet, um dadurch die
Entfernung der Mobilstation von der Antenne der Basisstation
zu schätzen. Diese geschätzte Entfernung wird dann in der
Vorrichtung in Verbindung mit der geschätzten Einfallsrich
tung der Funkwellen dieser Mobilstation zum Schätzen der Po
sition der Mobilstation herangezogen, und danach wird die Po
sitionsinformation zur geeigneten Formgebung der Richtwirkung
der Antenne der Basisstation verwendet, um eine Kommunikation
mit der Mobilstation zu ermöglichen, wobei die Störwahr
scheinlichkeit der Kommunikationen zwischen anderen Mobilsta
tionen und Basisstationen minimiert wird.
Fig. 36 zeigt ein Systemblockschaltbild eines sechsten Aus
führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung
mit steuerbarer Richtwirkung. In Fig. 36 kennzeichnet das Be
zugszeichen 90 eine Basisstation mit einer linearen
Array-Antenne 61, einem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12, einem
Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 und einem Maximumerzeu
gungsteil 65, deren Funktionsweisen mit denen der entspre
chend numerierten Komponenten der vorhergehenden Ausführungs
beispiele übereinstimmen, so daß auf eine detaillierte Be
schreibung dieser verzichtet wird. Die Basisstation 90 ent
hält weiterhin einen Mobilstationspositionsbewertungsteil 91
zum Empfangen von Einfallsrichtungsdaten 94 des Einfallsrich
tungsbewertungsteils 12 und auch zum Empfangen des Basisband-Em
pfangssignals als Eingabe 96, zur Verwendung bei der Bewer
tung der Empfangssignalstärke gemäß nachfolgender Beschrei
bung. Der Mobilstationspositionsbewertungsteil 91 erzeugt ge
schätzte Positionsdaten für jede der entsprechenden Mobilsta
tionen, d. h. Azimutwinkel- und Sichtlinienentfernungsdaten
gemäß der Beschreibung des vorhergehenden Ausführungsbei
spiels, die dem Maximumerzeugungsteil 65 zugeführt werden.
Das Bezugszeichen 450 kennzeichnet eine Mobilstation, die als
innerhalb des Betriebsbereichs der Basisstation 90 befindlich
betrachtet wird. Die Mobilstation 450 ist mit einem Verschie
bungsvektorerzeugungsteil 452 ausgestattet, der periodisch
einen ersten Zeitpunkt (t₁) definiert und in einem zweiten
Zeitpunkt (t₂) nach einem festen Zeitintervall Daten herlei
tet, die einen Verschiebungsvektor angeben, der eine(n) seit
dem ersten Zeitpunkt (t₁) auftretende(n) Verschiebungsbetrag
und -richtung der Mobilstation 450 angibt. Die Verschiebungs
vektordaten werden einem Datenübertragungsteil 453 zugeführt,
um per Funk zu der Basisstation 90 übertragen zu werden.
Das entsprechende Auftreten der Zeitpunkte t₁, t₂ wird sowohl
in dem Mobilstationspositionsbewertungsteil 91 der Basissta
tion 90 als auch in der Mobilstation 450 definiert. Dies kann
entweder dadurch sichergestellt werden, daß diese Zeitpunkte
als regelmäßig auftretende feste Punkte entlang der Zeitachse
vorbestimmt werden, oder daß eine Synchronisierinformation
per Funk von der Mobilstation 450 zu der Basisstation 90
übertragen wird.
Die Grundprinzipien dieses Ausführungsbeispiels werden unter
Bezugnahme auf Fig. 37 als Draufsicht auf die lineare
Array-Antenne 61 beschrieben, wobei die Array-Achse der Antenne das
Bezugszeichen 422 aufweist. In einem ersten Zeitpunkt t₁ wer
den einfallende Funkwellen der Mobilstation 450 von der Ba
sisstation 90 empfangen, wird die Einfallsrichtung durch den
Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 hergeleitet, und die ge
schätzten Richtungsdaten dem Mobilstationspositionsbewer
tungsteil 91 zugeführt. Der Mobilstationspositionsbewertungs
teil 91 erzeugt danach den Einfallsrichtungshalbkegel ange
bende Daten gemäß der Beschreibung des vorhergehenden Ausfüh
rungsbeispiels, um die Schnittlinie 423 zwischen dem Ein
fallsrichtungshalbkegel und dem Boden angebende Daten zu er
halten, und speichert diese Daten in einem Speicher. Ist der
Zeitpunkt t₂ erreicht, so überträgt die Mobilstation 450 ei
nen Verschiebungsvektor 420 angebende Daten, d. h. seit dem
Zeitpunkt t₁ aufgetretene(r) Betrag und Richtung der Bewegung
der Mobilstation 450, zu der Basisstation 90. Dabei empfängt
der Mobilstationspositionsbewertungsteil 91 der Basisstation
90 einen neuen Wert der geschätzten Funkwelleneinfallsrich
tung von dem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12, und leitet
Daten her, die die neue Schnittlinie zwischen dem Einfalls
richtungshalbkegel und dem Boden angeben, wobei diese
Schnittlinie durch das Bezugszeichen 424 in Fig. 37 gekenn
zeichnet ist.
Der Mobilstationspositionsbewertungsteil 91 verarbeitet dann
die den Verschiebungsvektor 420 angebenden Daten, die die
Schnittlinie 423 angebenden Daten, und die die Schnittlinie
424 angebenden Daten, um das auf den Linien 423 bzw. 424 be
findliche Punktepaar zu ermitteln, das durch eine mit dem
Verschiebungsvektor 420 übereinstimmende Vektorentfernung ge
trennt ist. Diese Punkte werden in Fig. 37 durch die Bezugs
zeichen 425 und 426 gekennzeichnet, wobei erkennbar ist, daß
der Punkt 426 die aktuelle geschätzte Position der Mobilsta
tion 450 repräsentiert (d. h. zum Zeitpunkt t₂), z. B. in kar
tesischen Koordinaten (xy) ausgedrückt.
Die so erhaltenen Positionsdaten werden unter Verwendung der
so erhaltenen geschätzten Bodenposition und der bekannten Hö
he h der Antenne 61 über Grund in Polarkoordinaten umgewan
delt, und die Werte des Azimutwinkels und der Sichtlinienent
fernung der Mobilstation 450 bezüglich der Antenne 61 werden
dann dem Maximumerzeugungsteil 65 zugeführt, der dadurch den
Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 zum Durchführen einer Pha
sen- und Amplitudensteuerung ansteuert, um eine für die Kom
munikation mit der Mobilstation 450 geeignet geformte Anten
nenrichtwirkung zu erzeugen, gemäß der Beschreibung des vor
hergehenden Ausführungsbeispiels.
Fig. 38A, 38B bilden ein Flußdiagramm eines Beispiels des
durch den Mobilstationspositionsbewertungsteil 91 ausgeführ
ten Ablaufs zum Durchführen einer Mobilstationspositionsbe
wertung gemäß vorstehender Beschreibung. Bei diesem Beispiel
wird angenommen, daß die die Schnittlinie zwischen dem Ein
fallsrichtungshalbkegel und dem Boden angebenden Daten zum
Zeitpunkt t₁ gespeichert und danach aus gelesen und zum Zeit
punkt t₂ verwendet werden. Selbstverständlich wäre es jedoch
auch möglich, zum Zeitpunkt t₁ nur den von dem Einfallsrich
tungsbewertungsteil 12 zugeführten Einfallsrichtungswinkel
wert zu speichern, und alle erforderlichen Berechnungsverar
beitungen zum Zeitpunkt t₂ durchzuführen. Fig. 38B zeigt die
Inhalte eines Schritts S8 in Fig. 38A, wodurch die in Fig. 37
dargestellte Operation zum Erhalten des Punkts 426 unter Ver
wendung des erhaltenen Verschiebungsvektors 420 durchgeführt
wird.
Verschiedene Anordnungen sind zum Einsatz des Verschiebungs
vektorerzeugungsteils 452 der Mobilstation 450 denkbar. Bei
diesem Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß es sich bei
der Mobilstation 450 um ein Kraftfahrzeug handelt. Somit kann
der Verschiebungsvektorerzeugungsteil 452 grundlegend so auf
gebaut sein, wie in dem Blockschaltbild gemäß Fig. 39 darge
stellt ist. Hierbei werden von der Bewegung eines Fahrzeu
grads 460 abgeleitete Impulse durch einen Geschwindigkeitsim
pulsdetektor 461 erhalten, und die Impulse werden einem Zäh
lerteil 462 gemeinsam mit von einem Bewegungsrichtungsdetek
tor 463 zugeführten Richtungsdaten, die die aktuelle Bewe
gungsrichtung der Mobilstation angeben, zugeführt. Der Bewe
gungsrichtungsdetektor 463 kann beispielsweise auf einem
Kreiselkompaß basieren. Der Zählerteil 462 kann beispielswei
se aus einem Paar von zwei Richtungszählern aufgebaut sein,
d. h. ein erster Zähler, der entsprechend der Größe und Rich
tung der Ost-West-Komponente des aktuellen Bewegungszustands
des Fahrzeugs aufwärts und abwärts zählt, und ein zweiter
Zähler der in gleicher Weise entsprechend der Nord-Süd-Komponente
aufwärts und abwärts zählt, wobei jeder der Zähler
zu dem vorgenannten Zeitpunkt t₁ auf Null zurückgesetzt wird.
Fig. 40 zeigt ein Systemblockschaltbild eines siebten Ausfüh
rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung
mit steuerbarer Richtwirkung. In Fig. 40 weisen die lineare
Array-Antenne 61, der Einfallsrichtungsbewertungsteil 12, der
Antennenrichtwirkungssteuerteil 13, der Frequenzumwandlerteil
14 und 65 entsprechende Funktionsweisen auf, die mit denen
der entsprechend numerierten Teile vorhergehender Ausfüh
rungsbeispiels übereinstimmen, so daß auf eine detaillierte
Beschreibung dieser verzichtet wird. Das Bezugszeichen 487
kennzeichnet einen Antennenrotator zum physikalischen Drehen
der linearen Array-Antenne, wobei sich die Array-Achse der
Antenne in einer horizontalen Ebene dreht. Der Antennenrota
tor 487 wird durch ein Antennenrotationssteuerteil 486 ge
steuert. Im folgenden wird angenommen, daß der Antennenrota
tionssteuerteil 486 periodisch den Rotator 487 zum Drehen der
linearen Array-Antenne 61 um zumindest eine vollständige Um
drehung veranlaßt. Während dieser Drehung sendet der Anten
nenrotationssteuerteil 486 Meldedaten 489 zu einem Mobilsta
tionspositionsbewertungsteil 482, die aufeinanderfolgende
Azimutwinkel angebende, in die die Array-Achse der Antenne
gedreht wird. Der Mobilstationspositionsbewertungsteil 482
verwendet von dem Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 während
dieser Antennendrehung zugeführte Einfallsrichtungsinforma
tionen zum Schätzen der entsprechenden Positionen einer oder
mehrerer Mobilstationen, die sich innerhalb des Betriebsbe
reichs der Basisstation befinden. Die auf diese Weise ge
schätzte Positionsinformation wird dem Maximumerzeugungsteil
65 zugeführt, um bei der Steuerung des Antennenrichtwirkungs
steuerteils 13 zum Durchführen der Phasen- und Amplituden
steuerung von Sende- und Empfangssignalen der Antennenelemen
te verwendet zu werden, um dadurch eine geeignete Antennen
richtwirkung zu erzeugen, wie für die vorhergehenden Ausfüh
rungsbeispiele beschrieben wurde.
Die Funktionsweise der Antennenvorrichtung mit steuerbarer
Richtwirkung und dem vorgenannten Aufbau stellt sich unter
Bezugnahme auf zunächst Fig. 41 wie folgt dar. Dort ist eine
Draufsicht gezeigt mit der sich in der durch den Pfeil ange
gebenen Richtung drehenden Antenne 61, wobei die Array-Achse
der Antenne 61 gemäß der Darstellung von einer Position 471
in eine Position 472 gedreht wird. Im folgenden wird angenom
men, daß sich die Antennenachse in einem ersten Zeitpunkt t₁
in einer Position 471 befindet, und in einem zweiten Zeit
punkt t₂ die Position 472 erreicht. Zum Zeitpunkt t₁ empfängt
der Mobilstationspositionsbewertungsteil 482 Daten von dem
Antennenrotationssteuerteil 486, die angeben, daß sich die
Antennenachse in der Azimutposition 471 befindet, und emp
fängt Einfallsrichtungsdaten von dem Einfallsrichtungsbewer
tungsteil 12, die den Winkel zwischen der Antennenarrayachse
und der Einfallsrichtung der von einer bestimmten Mobilstati
on empfangenen Funkwellen angeben, und berechnet die Schnitt
linie zwischen dem entsprechenden Einfallsrichtungshalbkegel
und dem Boden angebende Daten. Diese erste Schnittlinie wird
in Fig. 41 durch das Bezugszeichen 473 gekennzeichnet. Hat
sich die Antenne 61 zum Zeitpunkt t₂ zu der Position 472 ge
dreht, so wird der vorgenannte Prozeß wiederholt, um eine
zweite Schnittlinie 474 zwischen dem Einfallsrichtungshalbke
gel und dem Boden zu erhalten. Der Schnittpunkt zwischen die
sen beiden Schnittlinien 473, 474 wird dann berechnet, um da
durch die aktuelle Position der Mobilstation bezüglich der
xy-Ebene zu erhalten. Danach wird die bekannte Höhe der An
tenne 61 zum Erhalten dieser Position in Polarkoordinaten
verwendet, um dadurch die Azimutrichtung und Sichtlinienent
fernung der Mobilstation bezüglich der Antenne 61 zu erhal
ten. Diese Information wird dann dem Maximumerzeugungsteil 65
zugeführt.
Um eine größere Genauigkeit der Positionsbewertung zu erhal
ten, können vorzugsweise an drei oder mehr aufeinanderfolgen
den Winkelpositionen der Antenne erhaltene Richtungsinforma
tionen zum Schätzen der Mobilstationsposition verwendet wer
den, anstelle der Verwendung lediglich zweier Winkelpositio
nen wie in dem Beispiel gemäß Fig. 41.
Fig. 42 zeigt ein Flußdiagramm der durch den Mobilstationspo
sitionsbewertungsteil 482 zum Erhalten der Positionsinforma
tion gemäß der vorstehenden Beschreibung durchgeführten Ver
arbeitungssequenz, für den Fall, daß Richtungsinformationen
an drei aufeinanderfolgenden Winkelpositionen der Array-Antenne
61 zum Schätzen der Position einer Mobilstation ver
wendet werden. Obwohl in Fig. 42 angenommen wird, daß die
Schnittlinie zwischen einem Einfallsrichtungshalbkegel und
dem Boden angebende Daten in jedem der Schritte S3 und S6 zur
Verwendung in dem Berechnungsschritt S9 gespeichert werden,
wäre es selbstverständlich auch möglich, in den Schritten S3
und S6, d. h. zu den Zeitpunkten t₁ und t₂, lediglich die ent
sprechende Einfallsrichtungsinformation zu speichern, und im
Schritt S8, d. h. zum Zeitpunkt t₃, alle erforderlichen Be
rechnungsverarbeitungen zum Erhalten der drei Schnittlinien
zwischen den entsprechenden Einfallsrichtungshalbkegeln
durchzuführen.
Somit kann bei diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
wie vorstehend beschrieben, die Position einer Mobilstation
durch Drehen einer linearen Array-Antenne innerhalb einer ho
rizontalen Ebene als ein Schnittpunkt geschätzt werden, der
aus für entsprechende Drehwinkel der Antenne erhaltenen
Schätzergebnissen erhalten wurde. Die Positionsinformation
kann dann für eine geeignete Formgebung der Richtwirkung der
Antenne verwendet werden, wie für die vorhergehenden Ausfüh
rungsbeispiele beschrieben wurde.
Fig. 43 zeigt ein Systemblockschaltbild eines achten Ausfüh
rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung
mit steuerbarer Richtwirkung. In Fig. 43 stimmen die entspre
chenden Funktionsweisen einer Array-Antenne 11, eines Ein
fallsrichtungsbewertungsteils 12, eines Antennenrichtwir
kungssteuerteils 13, eines Frequenzumwandlungsteils 14 und
eines Maximumerzeugungsteils 15 mit den für die entsprechen
den Teile des in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels
beschriebenen überein, so daß auf eine detaillierte Beschrei
bung verzichtet wird. Das Bezugszeichen 115 kennzeichnet ei
nen Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungsteil und 116 einen
Ausbreitungswegausgleichsteil. Das Bezugzeichen 117 kenn
zeichnet einen E-Feldstärkemeßteil, der beispielsweise den in
Fig. 35 gezeigten Aufbau aufweisen kann und nachstehend be
schrieben wird.
Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels stellt sich
wie folgt dar. Der Einfallsrichtungsbewertungsteil 12 schätzt
die Einfallsrichtung der Funkwellen einer Mobilstation, und
der Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungsteil 115 schätzt
eine Ausbreitungsverzögerungszeit der von der Mobilstation
empfangenen Funkwellen. Das bedeutet, falls aufgrund der Re
flektion von durch die Mobilstation gesendeten Funkwellen an
Gebäuden, Bergen usw. reflektierte Funkwellen auftreten, die
die Antenne 11 der Basisstation erreichen, so kann eine In
terferenz zwischen den direkt empfangenen Funkwellen und sol
chen reflektierten Funkwellen auftreten, was zu einer Mehrwe
geverzerrung des Empfangssignals führt. Befindet sich ledig
lich eine einzelne Mobilstation innerhalb des Betriebsbe
reichs der Basisstation, so besteht das durch die Antenne 11
empfangene Signal lediglich aus den direkten Funkwellen und
den reflektierten Funkwellen dieser Mobilstation. In diesem
Fall verwendet der Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungsteil
115 das MUSIC-Verfahren zum Schätzen der Zeitverzögerung zwi
schen der Ankunft der direkten Wellen und der der reflektier
ten Wellen. (Es wäre genauso möglich, daß vorgenannte
ESPRIT-Verfahren für diesen Zweck zu verwenden.)
Der E-Feldstärkemeßteil 117 mißt die elektrische Feldstärke
der direkten Funkwellen und der reflektierten Funkwellen
durch Erhalten der kombinierten Empfangssignale der Elemente
der Array-Antenne 11, und verwendet diese zum Berechnen der
elektrischen Feldstärke. Der Ausbreitungswegausgleichsteil
116 verwendet den Wert der Verzögerungszeit zwischen den di
rekt empfangenen Funkwellen und den reflektierten Funkwellen
der durch den Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungsteil 115
geschätzt wurde, und die Werte der elektrischen Feldstärke
für die direkt empfangenen Funkwellen und die reflektierten
Funkwellen, die durch den E-Feldstärkemeßteil 117 geschätzt
wurde, zum Auslöschen der Verzögerungszeiten der direkten
Wellen und der reflektierten Wellen, durch Anwenden einer
Verzögerungs- und Amplitudenkompensation des Empfangssignals
der Array-Antenne 11, nachdem dieses durch den Frequenzum
wandlungsteil 14 in das Basisband umgewandelt wurde (oder
durch eine Kombination des Frequenzumwandlungsteils 14 und
des Antennenrichtwirkungssteuerteils 13, wie in Fig. 43). Es
ist zu beachten, daß es ebenso möglich wäre, diese Funktion
durch den Frequenzumwandlungsteil 14 durch Einwirken auf das
Empfangssignal nach der Umwandlung in die ZF-Frequenz durch
zuführen. Im einzelnen wird die Verzögerungskompensation
durch Übertragen des Empfangssignals über eine Reihe von Ver
zögerungselementen und anteiliges Kombinieren der entspre
chenden Ausgangssignale der Verzögerungselemente erzielt, wo
durch der Verzögerung entgegengewirkt wird. Darüber hinaus
können die entsprechenden Anteile dieser verzögerten Signale
entsprechend dem Verhältnis der entsprechenden elektrischen
Feldstärken der direkten Wellen und der reflektierten Wellen
modifiziert werden, bevor diese zum Erhalten des abschließen
den Empfangssignals kombiniert werden. Es ist dadurch mög
lich, ein von den Auswirkungen der Mehrwegeverzerrung befrei
tes abschließendes Empfangssignal zu erhalten.
Darüber hinaus können die während des Empfangsvorgangs erhal
tenen Werte der Ausbreitungsverzögerungszeit und das Verhält
nis der elektrischen Feldstärke bei dem nachfolgenden Sende
vorgang zum Addieren eines vorausgesagten Signals der reflek
tierten Welle zu dem Basisbandsendesignal verwendet werden,
wobei das resultierende Signal auf die Sendefrequenz fre
quenzgewandelt und durch die Array-Antenne 11 gesendet wird.
Fig. 44 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels für den
Aufbau des Ausbreitungswegausgleichsteils 116. Hier wird das
von dem Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 ausgegebene Basis
bandempfangssignal dem ersten einer Gruppe von kaskadierten
Verzögerungselementen 500 zugeführt, wobei das Ausgangssignal
eines jeden Verzögerungselements einem entsprechenden Ver
stärker 501 eingegeben wird. Jeder Verstärker 501 ist mit ei
nem Paar Verstärkungssteuereingangsanschlüssen 501a, 501b
ausgestattet, wobei die Verstärkung des Verstärkers durch ei
ne Kombination der an diese Anschlüsse angelegten Steuersig
nalpegel bestimmt wird. Ein den Betrag der geschätzten Aus
breitungsverzögerungszeit angebendes Signal des Ausbreitungs
verzögerungszeitbewertungsteils 115 und ein das vorgenannte
Verhältnis der E-Feldstärken der direkten und reflektierten
Wellen angebendes Signal werden an die entsprechenden Steuer
eingangsanschlüsse 501a, 501b eines jeden Verstärkers 501 an
gelegt, wie dargestellt. Die resultierenden Ausgangssignale
der Verstärker 501 werden durch einen Addierer 502 kombi
niert, um das abschließende Basisbandempfangssignal zu erhal
ten, das von den Auswirkungen der Mehrwegeausbreitungsverzer
rung befreit ist.
In gleicher Weise wird das Basisbandsendesignal in jeden der
Gruppe von Verstärkern 501 eingegeben, von denen jeder in der
vorstehenden Weise gesteuert wird, wobei das resultierende
Ausgangssignal der Verstärker 501 an entsprechende Eingänge
einer Gruppe kaskadierter Verzögerungselemente 500 angelegt
wird. Das Basisbandsendesignal mit dem hinzugefügten vorge
nannten vorausgesagten Signal der reflektierten Welle wird
von dem letzten dieser kaskadierten Verzögerungselemente 500
ausgegeben und dem Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 und da
her dem Frequenzumwandlungsteil 14 zur Aufwärtswandlung in
das HF-Sendesignal zugeführt.
Somit kann bei dem vorgenannten erfindungsgemäßen Ausfüh
rungsbeispiel eine Kompensation der Mehrwegeausbreitungsver
zerrung eines durch eine Basisstation von einer Mobilstation
empfangenen Funksignals und ebenfalls eines durch die Basis
station erzeugten Sendesignals vor dem tatsächlichen Senden
per Funk erfolgen. Dadurch kann eine zuverlässige Kommunika
tion zwischen einer Basisstation und einer Mobilstation si
chergestellt werden, trotz des Auftretens der durch das Vor
handensein großer Gebäude oder anderer Hindernisse innerhalb
des Betriebsbereichs der Basisstation verursachten Mehrwege
ausbreitungsstörung der Funkübertragung.
Fig. 45 zeigt ein Systemblockschaltbild eines neunten Ausfüh
rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung
mit steuerbarer Richtwirkung. In der nachfolgenden Beschrei
bung wird angenommen, daß das Ausführungsbeispiel bei einem
zellularen Telefonsystem eingesetzt ist, d. h. gemäß der Dar
stellung in Fig. 47, wobei Basisstationen 127, 128, 129 zuge
wiesene entsprechende sechseckige Betriebsbereiche aufweisen,
die entsprechende Zellen des Kommunikationssystems bilden. In
Fig. 45 ist jede der entsprechenden Basisstationen 127 mit
einer Array-Antenne 11, einem Einfallsrichtungsbewertungsteil
12, einem Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 und einem Fre
quenzumwandlungsteil 14 ausgestattet. Diese weisen die für
die entsprechend numerierten Komponenten vorhergehender Aus
führungsbeispiele beschriebenen Funktionen auf, so daß auf
eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird. Zudem ist je
de der Basisstationen mit einem Mobilstationspositionsbewer
tungsteil 125 und einem Bereichsumschaltsteuerteil 126 ausge
stattet. Jeder Bereichsumschaltsteuerteil 126 einer Basissta
tion ist gemäß der Darstellung über ein Kommunikationskabel
123 zum gegenseitigen Datenaustausch mit dem der anderen Ba
sisstationen verbunden, wie nachfolgend beschrieben wird.
Der Mobilstationspositionsbewertungsteil 125 kann beispiels
weise entsprechend der Beschreibung der einen Mobilstati
onspositionsbewertungsteil aufweisenden vorhergehenden Aus
führungsbeispiele aufgebaut sein, so daß auf eine weitere Be
schreibung verzichtet wird. In diesem Fall handelt es sich
bei der Array-Antenne 11 um eine feste oder drehbare lineare
Array-Antenne.
Unter nochmaliger Bezugnahme auf Fig. 27 sind zusätzlich zu
den Basisstationen 127, 128 und 129 eine durch 134, 135, 136,
137, 138 und 139 gekennzeichnete Gruppe von Mobilstationen
innerhalb der Zelle der Basisstation 129 angeordnet, während
zwei Mobilstationen 141, 142 innerhalb der Zelle der Basis
station 127 angeordnet sind, und eine einzelne Mobilstation
143 innerhalb der Zelle der Basisstation 128. Das Bezugszei
chen 140 kennzeichnet eine Antennenrichtkeule der Basisstati
on 128, d. h. die Richtwirkung der Antenne dieser Basisstation
ist entsprechend dem Bezugszeichen 140 durch den Antennen
richtwirkungssteuerteil 13 der Basisstation 128 unter der
Steuerung des Bereichsumschaltsteuerteils 126 der Basisstati
on 128 geformt. Somit enthält jeder Bereichsumschaltsteuer
teil 126 neben anderen Funktionen die Funktion des Maximumer
zeugungsteils, die in Fig. 33 für das fünfte erfindungsgemäße
Ausführungsbeispiel gezeigt und nachstehend beschrieben ist.
Dem Bereichsumschaltsteuerteil 126 einer jeden Basisstation
wird für jede Mobilstation, von der gerade ein Signal empfan
gen wird, eine Identifikationsinformation zugeführt, d. h. aus
dem resultierenden empfangenen Basissignal erhalten. Da Ein
richtungen zum Senden und Empfangen solcher Identifikati
onsinformationen bereits bekannt sind, wird hier auf eine Be
schreibung verzichtet.
In jeder Basisstation verwendet der Einfallsrichtungsbewer
tungsteil 12 die von innerhalb der Zelle (d. h. Betriebsbe
reich) dieser Basisstation befindlichen Mobilstationen erhal
tenen Empfangssignale zum Schätzen der sich innerhalb dieses
Bereichs befindlichen Zahl von Mobilstationen und der Ein
fallsrichtungen der Funkwellen von jeder dieser Stationen.
Diese Information wird dem Mobilstationspositionsbewertungs
teil 125 zugeführt, der die entsprechenden Positionen dieser
Mobilstationen innerhalb der Zelle schätzt und die Positions
information dem Bereichsumschaltsteuerteil 126 zuführt.
Darüber hinaus empfängt der Bereichsumschaltsteuerteil 126
einer Basisstation von den Basisstationen einer jeden einer
Gruppe von benachbarten Zellen:
- (a) eine Information, die entweder die Anzahl der im Augen blick für diese andere Basisstation verfügbaren überschüssi gen Übertragungskanäle angibt, oder ob die Anzahl von Über tragungskanälen nicht ausreichend ist,
- (b) eine Identifikationsinformation für jede von einer oder mehreren gewählten Mobilstationen innerhalb des Betriebsbe reichs der anderen Basisstation, d. h. Mobilstationen, für de ren Verwaltung die Übertragungskanalkapazität der anderen Ba sisstation nicht ausreicht, und die noch keiner anderen Ba sisstation übergeben worden sind.
Es wird beispielsweise angenommen, daß jede der in Fig. 47
gezeigten Basisstationen eine Kanalkapazität zur Durchführung
einer Kommunikation mit maximal drei Mobilstationen aufweist.
In diesem Fall weist die Basisstation 127 eine Überschußkapa
zität von einem Kommunikationskanal auf, die Basisstation 128
eine Überschußkapazität von zwei Kommunikationskanälen, und
die Basisstation 129 ein Kapazitätsdefizit von drei Kommuni
kationskanälen, da sich im Augenblick sechs Mobilstationen
innerhalb der Zelle der Basisstation 129 befinden, sofern je
de Basisstation auf eine Kommunikation lediglich mit den in
nerhalb ihrer Zelle befindlichen Mobilstationen beschränkt
ist.
Die Funktion des Bereichsumschaltsteuerteils 126 einer jeden
Basisstation besteht darin, die durch die Basisstationen ver
waltete entsprechende Zahl von Mobilstationen auszugleichen.
Besteht innerhalb einer Zelle eine nicht ausreichende Über
tragungskanalkapazität, so wird (sofern möglich) die Kommuni
kation mit der überschüssigen Zahl von innerhalb der Zelle
befindlichen Mobilstationen der Basisstation einer benachbar
ten Zelle übergeben. In dem Beispiel gemäß Fig. 47 weist die
Basisstation 128 verfügbare Übertragungskapazität auf, d. h.
für eine Kommunikation mit zwei weiteren Mobilstationen. Un
ter dieser Bedingung teilt die Mobilstation 129 (nach dem
Übersenden der vorgenannten Mobilstationsidentifikationsin
formation) den Mobilstationen 138, 139 mit, entsprechend ver
fügbare Übertragungskanäle auf die Basisstation 128 umzu
schalten. Empfängt die Basisstation 128 dann Funkwellen von
diesen Mobilstationen, so schätzt der Einfallsrichtungsbewer
tungsteil dieser Basisstation die entsprechenden Richtungen
dieser Mobilstationen, und der Mobilstationspositionsbewer
tungsteil 125 die entsprechenden Positionen der Mobilstation
138, 139. Soll danach eine Kommunikation mit einer dieser Mo
bilstationen erfolgen, so veranlaßt der Bereichsumschaltsteu
erteil 126, daß der Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 eine
geeignete Größe und Richtung des Antennenrichtwirkungsmaxi
mums erzeugt, und die Kommunikation erfolgt so, als ob sich
diese Mobilstationen 138, 139 innerhalb des Betriebsbereichs
(Zelle) der Basisstation 128 befinden würden. In gleicher
Weise wird die Mobilstation 137 an die Basisstation 127 über
geben.
Somit erfolgt bei dem Beispiel gemäß Fig. 47, in dem sich
neun Mobilstationen innerhalb der Bereiche dreier Basissta
tionen befinden, ein ,Ausgleich der Anzahl von durch die ent
sprechenden Basisstationen verwalteten Mobilstationen dahin
gehend, daß jede Basisstation mit drei Mobilstationen kommu
niziert.
Vorzugsweise erfolgt der Ausgleich so, daß beim Übergeben von
Mobilstationen von einer ersten Zelle an eine zweite Zelle
die sich am nächsten zu der zweiten Zelle befindlichen
"überschüssigen" Mobilstationen zur Übergabe ausgewählt wer
den. Somit hält die Basisstation 129 die Kommunikation beim
Beispiel gemäß Fig. 47 mit den gegenüber den Mobilstationen
137, 138, 139 von den Zellen der Basisstationen 127, 129 wei
ter entfernten Mobilstationen 134, 135, 136 aufrecht.
Obwohl vorstehend angenommen wurde, daß der Antennenrichtwir
kungssteuerteil einer Basisstation so gesteuert wird, daß für
jede für eine Mobilstation geschätzte verschiedene Richtung
oder Position entsprechend verschiedene Maxima der Antennen
richtwirkung gebildet werden, ist es gleichfalls möglich, ei
ne Antennenrichtwirkung mit einem die Positionen einer Viel
zahl von Mobilstationen gleichzeitig abdeckenden Maximum zu
erzeugen (d. h. Mobilstationen mit entsprechend geschätzten
Positionen). Dies ist in Fig. 47 dargestellt, wobei die Ba
sisstation 128 ihre Antennenrichtwirkung so steuert, daß ein
einzelnes Richtwirkungsmaximum 140 gebildet ist, dessen Form
eine Kommunikation nicht nur mit der einzelnen innerhalb ih
res eigenen Bereichs befindlichen Mobilstation 143 ermöglicht
wird, sondern auch mit den beiden Mobilstationen 138, 139,
die sich am nächsten innerhalb des Betriebsbereichs der Ba
sisstation 129 befinden.
Fig. 46A, 46B bilden ein Flußdiagramm der bei diesem Aus
führungsbeispiel durch den Bereichsumschaltsteuerteil 126 ei
ner jeden Basisstation durchgeführten Verarbeitung. In diesem
Diagramm wird die Anzahl der für die Basisstation verfügbaren
Übertragungskanälen durch einen Parameter nB ausgedrückt, der
einen positiven Wert, null oder einen negativen Wert abhängig
davon annehmen kann, ob diese Basisstation übrige Übertra
gungskapazität, keine, Übertragungskapazität oder nicht aus
reichende Übertragungskapazität aufweist. Ist die Übertra
gungskanalkapazität nicht ausreichend, so sendet der Um
schaltsteuerteil 126 der Basisstation gemäß Schritt S9 eine
Information an jeden Bereichsumschaltsteuerteil 126 benach
barter Basisstationen, um diesen die nicht ausreichende Ka
nalkapazität mitzuteilen, wobei innerhalb der lokalen Zelle
befindliche ausgewählte Mobilstationen, die an diese anderen
Basisstationen zu übergeben sind, identifiziert werden. In
dem Beispiel gemäß Fig. 47 würde die Basisstation 129 bei
spielsweise den Basisstationen 127, 128 die Anzahl nicht aus
reichender Übertragungskanäle (d. h. 3) und eine drei Mobil
stationen 137, 138 und 139 identifizierende Information mit
teilen.
Somit kann die Antennenrichtwirkung bei diesem erfindungsge
mäßen Ausführungsbeispiel so bestimmt werden, daß die ent
sprechende Anzahl von mit jeder einer Vielzahl von Basissta
tionen kommunizierenden Mobilstationen ausgeglichen wird, wo
durch sichergestellt wird, daß die verfügbare Übertragungska
nalkapazität des gesamten Kommunikationssystems wirksam ge
nutzt werden kann.
Mit den vorhergehenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispie
len kann eine Basisstation die entsprechenden Richtungen le
diglich einer Maximalzahl von Mobilstationen lokalisieren,
die geringer ist als die Gesamtzahl von Elementen der
Array-Antenne der Basisstation (solange keine Antennendrehung er
folgt). Bei diesem Ausführungsbeispiel überträgt jede Mobil
station zwischenzeitlich Steuersignale, die von einer Basis
station lediglich zum Lokalisieren der Richtung der Mobilsta
tion verwendet werden, und nicht für die Datenkommunikation
zwischen der Mobilstation und der Basisstation.
Fig. 48 zeigt ein Systemblockschaltbild des zehnten Ausfüh
rungsbeispiels. Im folgenden wird angenommen, daß die
Array-Antenne 11 insgesamt drei Antennenelemente aufweist. In Fig.
48, kennzeichnet das Bezugszeichen 150 eine Basisstation mit
einer Array-Antenne 11, einem Einfallsrichtungsbewertungsteil
12, einem Antennenrichtwirkungssteuerteil 13, einem Frequenz
umwandlungsteil 14 und einem Maximumerzeugungsteil 15, deren
Funktionsweise der entsprechenden Beschreibung der vorherge
henden Ausführungsbeispiele entspricht. Des weiteren ist die
Basisstation 150 mit einem variablen Frequenzfilter 145 aus
gestattet, das die entsprechenden Empfangssignale der Elemen
te der Array-Antenne 11 nach deren Umwandlung auf eine Zwi
schenfrequenz durch den Frequenzumwandlungsteil 14 empfängt
(d. h. bevor eine Zwischenfrequenzfilterverarbeitung auf diese
Signale angewendet wurde), jedes dieser Signale durch einen
entsprechenden einer Gruppe von variablen Bandpaßfilterteilen
144 leitet, und das resultierende Signal dem Einfallsrich
tungsbewertungsteil 12 zuführt. Das Bezugszeichen 146 kenn
zeichnet eine Mobilstation mit einem Steuersignalübertra
gungsteil, der Steuersignale gemäß nachfolgender Beschreibung
erzeugt und diese per Funk zu der Basisstation 150 überträgt.
Fig. 50 zeigt ein Diagramm eines Beispiels der Zeitpunkte, zu
denen Steuersignale durch den entsprechenden Steuersi
gnalübertragungsteil einer Vielzahl von Mobilstationen über
tragen werden, wobei die durch sechs Mobilstationen übertra
genen Steuersignalsequenzen als #1, #2, #3, #4, #5 bzw. #6
gekennzeichnet sind. Die Bezugszeichen 501, 502, 503, 504,
505, 506 kennzeichnen entsprechende Zeitschlitze. In jeder
Mobilstation, z. B. der Mobilstation 146 gemäß Fig. 48, wählt
der Steuersignalübertragungsteil 147 zufällig Schlitze aus
den in Fig. 50 gezeigten Zeitschlitzen und auch eine Frequenz
aus den vier Frequenzen f1, f2, f3, f4 aus, um als Steuersig
nal während eines solchen zufällig gewählten Zeitschlitzes
zu einer Basisstation übertragen zu werden. Wird ein Steuer
signal einer Mobilstation durch die Array-Antenne 11 einer
Basisstation empfangen, so werden die entsprechenden Emp
fangssignale eines jeden der Elemente der Array-Antenne nach
der Frequenzumwandlung durch den Frequenzumwandlungsteil 14
auf die Zwischenfrequenz in die entsprechenden variablen
Bandpaßfilterteile 144 des variablen Frequenzfilters 145 ein
gegeben. Die entsprechenden Frequenzen, in die die empfange
nen Signalfrequenzen f1, f2, f3 und f4 durch den Frequenzum
wandlungsteil 14 umgewandelt werden, werden als F1, F2, F3
und F4 bezeichnet. Jeder der variablen Bandpaßfilterteile des
Filters 145 wird so gesteuert, daß der Filterdurchlaßbereich
zum aufeinanderfolgenden Durchlassen der Frequenzen F1, F2,
F3 und F4 während vier entsprechenden Unterintervallen des
Zeitschlitzes eingestellt wird. In Fig. 50 werden diese Un
terintervalle beispielsweise im Falle des Zeitschlitzes 501
als 501a, 501b, 501c, 501d bezeichnet. Während eine der Fre
quenzen F1 bis F4 durchgelassen wird, befindet sich das Fil
ter bezüglich der anderen drei Frequenzen im gesperrten Zu
stand. Die Ausgangssignale des variablen Frequenzfilters 145
(d. h. den entsprechenden Empfangssignalen der Elemente der
Antenne 11 entsprechend) werden dem Einfallsrichtungsbewer
tungsteil 142 zugeführt, der dann die Einfallsrichtungen der
Funkwellen dieser Mobilstationen schätzt.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Einfallsrichtungsbewer
tungsteil 12 einer Basisstation die entsprechenden Richtungen
einer Vielzahl von über dieselben Frequenzkanäle übertragen
den Mobilstationen schätzen, falls die übertragenen Signale
durch entsprechend verschiedene Daten moduliert sind und
falls die Anzahl dieser Mobilstationen geringer ist als die
Anzahl der Antennenelemente der Basisstation. Beträgt die An
zahl der Antennenelemente drei, so kann die Einfallsrich
tungsinformation korrekt geschätzt werden, da in jedem der
Zeitschlitze 501, 502, 503 die Anzahl von denselben Frequenz
kanal gleichzeitig verwendenden Mobilstationen geringer als
drei ist. Während eines jeden Unterintervalls der Zeitschlit
ze 501, 502 usw. erfolgt die Bewertung der Einfallsrichtungen
der Funkwellen für maximal zwei Mobilstationen, (d. h. die
während dieses Zeitschlitzes ein Steuersignal der gerade
durch das variable Frequenzfilter 145 gewählten Frequenz
übertragenden), das Filter wird zum Wählen einer anderen Fre
quenz in dem nächsten Unterintervall umgeschaltet, und der
Einfallsrichtungsbewertungsteil 142 schätzt dann gleichzeitig
die Einfallsrichtungen von Funkwellen einer anderen Mobilsta
tion oder -stationen.
Fig. 51 zeigt ein Beispiel eines Aufbaus des Steuersig
nalübertragungsteils 147 einer Mobilstation gemäß diesem
Ausführungsbeispiel. Hierbei werden aus einem ROM (Nur-Lese-Speicher)
160 ausgelesene Daten an einen Modulator 161 ge
meinsam mit einem durch einen Frequenzsynthesizer 163 erzeug
ten Trägersignal einer Kanalfrequenz angelegt. Der Frequenz
synthesizer wählt zufällig eine der vier möglichen Kanalfre
quenzen in zufällig bestimmten Zeitschlitzen unter Steuerung
von auf Grundlage von durch einen Zufallsgenerator 162 er
zeugten Zufallszahlen erhaltenen Steuersignalen. Die aus dem
ROM ausgelesenen Daten unterscheiden sich für jede der Mobil
stationen des Systems in entsprechender Weise.
Nach der Beendigung der Richtungsbewertungsoperationen für
alle Steuersignalfrequenzen, veranlaßt der Maximumerzeugungs
teil 15 den Antennenrichtwirkungssteuerteil 143 zum Durchfüh
ren einer Phasen- und Amplitudensteuerung des Sende- oder
Empfangssignals für jedes der Elemente der Array-Antenne 141,
um das Antennenrichtwirkungsmaximum auf die Mobilstation zu
richten, mit der gerade kommuniziert wird, wie für die vor
hergehenden Ausführungsbeispiele beschrieben wurde.
In dem Zeitschlitz 504 des Beispiels gemäß Fig. 50 können
keine korrekten Schätzergebnisse erhalten werden, da drei Mo
bilstationen vorhanden sind, die dieselbe Steuersignalfre
quenz (f4) gleichzeitig übertragen, d. h. die Anzahl von Mo
bilstationen ist größer oder gleich der Anzahl von Anten
nenelementen. Weiterhin kann der Zeitschlitz 5 nicht für die
Einfallsrichtungsbewertung verwendet werden, da während die
ses Schlitzes keine Mobilstation ein Steuersignal überträgt.
In einem solchen Fall behält der Antennenrichtwirkungssteuer
teil die Antennenrichtwirkungsmaxima in unverändertem Zustand
bei, bis korrekte Resultate erhalten werden können. In dem
Zeitschlitz 506 ist die Anzahl von durch die Mobilstationen
gleichzeitig übertragenen Frequenzen geringer als die Zahl
der Antennenelemente, so daß korrekte Schätzergebnisse er
zielt werden können.
Jeder der variablen Bandpaßfilterteile des variablen Fre
quenzfilters 145 kann beispielsweise gemäß Fig. 49 aufgebaut
sein. Hierbei werden entsprechende einer Gruppe von vier
Bandpaßfiltern 603, 604, 605, 606, die die Frequenzen F1, F2,
F3, F4 (entsprechend den Steuersignalfrequenzen f1, f2, f3,
f4, wie vorstehend beschrieben) durchlassen, nacheinander
während den vier Unterintervallen eines jeden Zeitschlitzes
durch Schalter 600, 601 ausgewählt, die durch einen Filter
auswahlzeitsteuerungsteil 602 gesteuert werden.
Somit werden die Frequenzen und Zeitschlitze der durch die
Mobilstationen übertragenen Steuersignale bei dem vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiel zufällig ausgewählt, so daß
eine Basisstation die Einfallsrichtungen der Funkwellen der
Mobilstationen durch Abwechseln der Durchlaßbereichs-Mitten
frequenzen eines variablen Frequenzfilters erhalten
kann, und es ist daher für die Basisstation möglich, entspre
chende Richtungen einer Zahl von Mobilstationen zu erfassen,
die größer ist als die Gesamtzahl von Elementen der
Array-Antenne der Basisstation.
Es ist ersichtlich, daß dieses Ausführungsbeispiel zum Be
reitstellen einer Mobilstationspositionsbewertungsfunktion
gemäß den vorhergehenden Ausführungsbeispielen modifiziert
werden könnte. In diesem Fall könnten die entsprechenden Po
sitionen einer Zahl von Mobilstationen geschätzt werden, die
größer ist als die Gesamtzahl der Elemente der Array-Antenne.
Fig. 52 zeigt ein Systemblockschaltbild eines elften Ausfüh
rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung
mit steuerbarer Richtwirkung. Dieses Ausführungsbeispiel un
terscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
darin, daß die Antennenrichtwirkung einer Basisstation so ge
formt werden kann, daß ein einzelnes Maximum in der Richtung
einer gerade mit der Basisstation kommunizierenden Mobilsta
tion ausgerichtet ist, während Nullstellen der Antennenricht
wirkung ebenso erzeugt werden, die in den für andere inner
halb des Betriebsbereichs der Basisstation befindliche Mobil
stationen geschätzten Richtungen entsprechend ausgerichtet
sind. Als Resultat kann die Störungswahrscheinlichkeit von
zwischen anderen benachbarten Basisstationen und Mobilstatio
nen durchgeführten Kommunikationen minimiert werden, selbst
wenn eine solche Übertragung unter Verwendung desselben Fre
quenzkanals erfolgt.
In Fig. 52 weisen eine Array-Antenne 11, ein Frequenzumwand
lungsteil 14 und ein Maximumerzeugungsteil 15 entsprechende
Funktionen auf, die mit denen der entsprechenden Teile vor
hergehender Ausführungsbeispiele übereinstimmen. Ein Ein
fallsrichtungsbewertungsteil 701 weist im wesentlichen die
selbe Funktion auf wie für den Einfallsrichtungsbewertungs
teil 12 der vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschrieben
wurde, d. h. Bewerten der entsprechenden Richtungen von Mobil
stationen bezüglich der Antenne 11, d. h. insgesamt N Mobil
stationen. Allerdings wird der Einfallsrichtungsbewertungs
teil 701 darüber hinaus durch von einem Empfangsrichtungsaus
wahlteil 702 zugeführte Daten zum Auswählen einer dieser N
Richtungen als Antennenmaximumrichtung und der übrigen ge
schätzten (N-1) Richtungen als Antennennullstellenrichtun
gen gesteuert. Darüber hinaus weist ein Antennenrichtwir
kungssteuerteil 700 im wesentlichen dieselbe Funktionsweise
auf, wie für den Antennenrichtwirkungssteuerteil 13 der vor
hergehenden Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, d. h.
Durchführen einer Phasen- und Amplitudensteuerung der Sende-
oder Empfangssignale der Antennenelemente der Antenne 11, um
eine bestimmte Form der Richtwirkung bereitzustellen. Unter
Bezugnahme auf Fig. 5 des ersten Ausführungsbeispiels wird
allerdings jeder der Verstärker 13d, 13e des Antennenricht
wirkungssteuerteils 700 zudem durch ein Paar von Verstär
kungsfaktorsteuersignalen gesteuert, d. h. ein erstes Signal,
das von einem Nullpunkterzeugungsteil 703 zugeführt wird, und
ein zweites Signal, das von einem Maximumerzeugungsteil 15
zugeführt wird. Somit wird die für die Antenne 11 eingerich
tete Richtwirkung durch eine Kombination der von dem Maximu
merzeugungsteil 15 und dem Nullpunkterzeugungsteil 703 er
zeugten Steuersignale bestimmt.
Daten, die die vorgenannte Antennenmaximumrichtung spezifi
zieren, werden dem Maximumerzeugungsteil 15 durch den Ein
fallsrichtungsbewertungsteil 701 zugeführt, während Daten,
die die entsprechenden Nullpunktrichtungen spezifizieren, dem
Nullpunkterzeugungsteil 703 durch den Einfallsrichtungsbewer
tungsteil 701 zugeführt werden. Der Antennenrichtwirkungs
steuerteil wird dadurch durch den Nullpunkterzeugungsteil 703
und den Maximumerzeugungsteil 15 zum Einrichten einer Anten
nenrichtwirkung mit-einem in der geschätzten Maximumrichtung
ausgerichteten einzelnen Maximum und entsprechenden in jeder
der anderen geschätzten Richtungen von Mobilstationen ausge
richteten Nullpunkten gesteuert.
Der Empfangsrichtungsauswahlteil 702 wählt aufeinanderfolgend
entsprechende der durch den Einfallsrichtungsbewertungsteil
geschätzten Richtungen als Antennenmaximumrichtung aus, bei
spielsweise während jedem der Kommunikationsintervalle kon
stanter Dauer. Auf diese Weise kann jede der innerhalb des
Betriebsbereichs der Basisstation befindlichen Mobilstationen
durch eine zeitmultiplexartige Operation nacheinander mit der
Basisstation kommunizieren.
Fig. 53 zeigt ein Flußdiagramm der durch den Einfallsrich
tungsbewertungsteil 701 dieses Ausführungsbeispiels durchge
führten Verarbeitung zum Erzielen der vorstehend beschriebe
nen Operation, zum Zuführen von die Maximumrichtung spezifi
zierenden Daten zu dem Maximumerzeugungsteil 15 und die ent
sprechenden Nullpunktrichtungen spezifizierenden Daten zu dem
Nullpunkterzeugungsteil 703. Fig. 54 zeigt ein Flußdiagramm
der durch den Nullpunkterzeugungsteil 703 durchgeführten Ope
rationen zum Erzeugen von dem Antennenrichtwirkungssteuerteil
700 zugeführten Steuersignalen zum Einrichten von Nullpunkten
für jede der im Ansprechen auf die von dem Einfallsrichtungs
bewertungsteil 701 zugeführten Richtungsdaten als Nullpunkt
richtungen ausgewählten Richtungen.
Fig. 55 zeigt ein Systemblockschaltbild eines zwölften Aus
führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung
mit steuerbarer Richtwirkung. In Fig. 55 kennzeichnet das Be
zugszeichen 171 eine Array-Antenne, 172 einen Einfallsrich
tungsbewertungsteil, 15 einen Maximumerzeugungsteil, 173 ei
nen Antennenrichtwirkungssteuerteil und 174 einen Frequenzum
wandlungsteil. Das Bezugszeichen 175 kennzeichnet ein abge
setztes Antennenelement (im folgenden Offset-Antennenelement
genannt), während die Bezugszeichen 176, 177 und 178 ein
erstes, zweites und drittes Element der Array-Antenne 171 kenn
zeichnen. Es wird angenommen, daß es sich bei der Antenne 171
um eine lineare Array-Antenne handelt, so daß lediglich Azi
mutwinkel einfallender Funkwellen geschätzt werden können.
Als praktisches Beispiel könnte die Array-Antenne 171 aus
drei in einer horizontalen Zeile angeordneten Dipolantennen
mit jeweils einem Rückreflektorelement bestehen, während die
Offset-Antenne 175 aus einer einzelnen Dipolantenne mit einem
Rückreflektor bestehen könnte, die um einen geeigneten Azi
mutwinkel (z. B. 90°) gegenüber der Array-Richtung der Antenne
171 versetzt angeordnet sein kann. Es ist jedoch ersichtlich,
daß andere Arten des Antennenaufbaus zur Verwendung in diesem
Ausführungsbeispiel denkbar sind.
Die Fig. 57, 58 zeigen Diagramme zum Erläutern der Funkti
onsprinzipien des Einfallsrichtungsbewertungsteils 172. In
Fig. 57 kennzeichnet das Bezugszeichen 181 die Antennenricht
charakteristik (Empfangssignalamplitude über dem Azimutwinkel
der sendenden Mobilstation), die sich aus einer ersten Gruppe
von lediglich aus den Elementen der Array-Antenne 171 beste
henden Antennenelemente ergibt, und 182 die Antennenrichtcha
rakteristik, die sich aus einer zweiten Gruppe von das
Offset-Antennenelement 175 enthaltenden Antennenelementen er
gibt. In Fig. 58 kennzeichnet das Bezugszeichen 183 die Be
ziehung zwischen dem Azimutwinkel der sendenden Mobilstation
und Differenzwerten zwischen den von der ersten Gruppe von
Antennenelementen erhaltenen kombinierten Empfangssig
nalamplituden und den, von der zweiten Gruppe von Antennenele
menten erhaltenen kombinierten Empfangssignalamplituden, d. h.
eine die Differenz zwischen den Charakteristiken 181, 182 ge
mäß Fig. 57 angebende Charakteristik. Es ist ersichtlich, daß
die Charakteristik 181 eine zuverlässige Genauigkeit ledig
lich für einen Winkelbereich aufweist, innerhalb dem beide
Charakteristiken 181, 182 von Null verschiedene Signalampli
tuden aufweisen, d. h. der Bereich -θ bis θ in Fig. 58.
Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels stellt sich
wie folgt dar. Werden Funkwellen von einer Mobilstation durch
die Array-Antenne 171 und das Offset-Antennenelement 175 emp
fangen, so kombiniert der Einfallsrichtungsbewertungsteil 172
die Empfangssignale entsprechender Antennenelementgruppen und
schätzt den Azimutwinkel der einfallenden Funkwellen, d. h.
der sendenden Mobilstation, basierend auf den Differenzen
zwischen den Größen der entsprechenden Empfangssignale der
ersten und zweiten Antennenelementgruppe. Die Antennenele
mentgruppen können beispielsweise aus einer aus dem ersten
Element 176 und dem zweiten Element 177 der Array-Antenne 171
gebildeten ersten Antennenelementgruppe bestehen und einer
aus dem dritten Element 178 der Array-Antenne und dem
Offset-Antennenelement 175 gebildeten zweiten Antennenelementgruppe.
Die in Fig. 57 gezeigte Charakteristik 183 stellt eine Bezie
hung her zwischen der Funkwelleneinfallsrichtung und der Dif
ferenzgröße zwischen den kombinierten Signalen der ersten An
tennenelementgruppe und den kombinierten Signalen der zweiten
Antennenelementgruppe. Der Einfallsrichtungsbewertungsteil
kann dadurch die Azimutrichtung bestimmen, in der sich eine
Mobilstation befindet.
Die Richtungsinformation wird dann dem Maximumerzeugungsteil
zugeführt, der Steuersignale erzeugt zum Veranlassen des
Antennenrichtwirkungssteuerteils 173 zum Anwenden einer Ver
stärkungs- und Phasensteuerung der Empfangs- und Sendesigna
le, um dadurch ein Maximum der Antennenrichtwirkung zu erzeu
gen, wie für die vorhergehenden Ausführungsbeispiele be
schrieben wurde.
Fig. 56 zeigt ein Flußdiagramm eines beispielhaften einfachen
Algorithmus der durch den Einfallsrichtungsbewertungsteil
dieses Ausführungsbeispiels periodisch ausgeführt werden
kann, um basierend auf den entsprechenden kombinierten Emp
fangssignalen der ersten und zweiten Gruppe von Antennenele
menten geschätzte Richtungswerte zu erhalten.
Somit ist es mit dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemä
ßen Ausführungsbeispiel durch geeignetes Verwenden einer Ar
ray-Antenne und eines Offset-Antennenelements in Kombination
möglich, die Richtung einer Mobilstation unter Verwendung der
Antennenrichtwirkung zu schätzen.
Selbstverständlich wäre es möglich, eine im Vergleich zu dem
Beispiel gemäß Fig. 55 größere Zahl von Elementen in der Ar
ray-Antenne 171 und der Offset-Antenne 175 zu verwenden.
Ebenso könnte zum Bereitstellen eines ausreichenden Bereichs
der Richtungsabdeckung eine Vielzahl von Antennengruppen ge
mäß dem in Fig. 55 gezeigten Beispiel verwendet werden, wobei
die Array-Antennen in entsprechend verschiedenen Winkeln aus
gerichtet sind. Als Alternative könnte der Antennenaufbau ge
dreht werden, wie bei dem in Fig. 40 gezeigten Ausführungs
beispiel, um ein Schätzen der Funkwelleneinfallsrichtungen in
einem Azimutbereich von 360° zu ermöglichen.
Gemäß vorstehender Beschreibung können anhand der vorliegen
den Erfindung die entsprechenden Richtungen einer oder mehre
rer Mobilstationen durch eine Basisstation eines mobilen Kom
munikationssystems geschätzt werden, und die Richtwirkung ei
ner Array-Antenne der Basisstation kann adaptiv entsprechend
den geschätzten Richtungen gesteuert werden, wodurch eine ef
fiziente Nutzung der Übertragungsfrequenzen und der Sendelei
stung möglich ist, d. h. eine Verringerung der Störwahrschein
lichkeit von Kommunikationen zwischen anderen Basisstationen
und Mobilstationen des mobilen Kommunikationssystems.
Wie vorstehend beschrieben kann eine erfindungsgemäße Vor
richtung so aufgebaut werden, daß die Antennenrichtwirkung
ein Maximum aufweist, das für eine Kommunikation mit einer
bestimmten Mobilstation geformt ist, d. h. in der Art, daß
entsprechende verschiedene Maxima entsprechend der durch die
Basisstation ausgeführten Kommunikation mit entsprechend ver
schiedenen Mobilstationen gebildet werden, oder, alternativ
dazu, in der Art, daß die Antennenrichtwirkung mit einem Ma
ximum gebildet wird, das so geformt ist, daß eine Kommunika
tion mit einer Vielzahl von in nicht weit beabstandeten ge
schätzten Richtungen befindlichen Mobilstationen möglich ist,
wie in dem Beispiel gemäß Fig. 47 dargestellt ist.
Es ist ersichtlich, daß die verschiedenen Merkmale der vor
stehend beschriebenen Ausführungsbeispiele mit denen anderer
Ausführungsbeispiele kombiniert werden können.
Es wird ein mobiles Kommunikationssystem offenbart, wobei je
de Basisstation mit einer Array-Antenne ausgestattet ist, ei
nem Teil zum Schätzen der entsprechenden Richtungen einer
oder mehrerer Mobilstationen, mit denen die Basisstation kom
muniziert, basierend auf geschätzten Einfallsrichtungen der
von diesen Mobilstationen empfangenen Funkwellen, und Teilen
zum Verarbeiten entsprechender Signale der die Array-Antenne
bildenden Antennenelemente, um dadurch die Strahlungscharak
teristik der Antenne so zu formen, daß in die geschätzten
Richtungen dieser Mobilstationen ausgerichtete Richtwirkungs
maxima gebildet werden, wobei eine Formgebungsmöglichkeit
dieser Maxima entsprechend den geschätzten Positionen dieser
Mobilstationen enthalten sein kann, wodurch Störungen zwi
schen Übertragungen dieser Basisstation und Kommunikationen
zwischen anderen benachbarten Stationen dieses Systems mini
miert werden, und die Anzahl erforderlicher verschiedener
Sendefrequenzen des Gesamtsystems minimiert wird.
Claims (22)
1. Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung für ei
ne Basisstation eines mobilen Kommunikationssystems mit zu
mindest einer Basisstation (21) und einer Vielzahl von Mobil
stationen (24, 25), mit:
einer Array-Antenne (11) mit einer Anordnung von Antennenele menten (11a, 11b, 11c), zum Senden und Empfangen von Funkwel len zu und von einer Mobilstation, die sich innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs der Basisstation befindet, einer Frequenzumwandlungseinrichtung (14) zum Umwandeln ent sprechender empfangener Signale der Antennenelemente in ent sprechende Zwischenfrequenzsignale oder Basisbandsignale wäh rend einer Empfangsbetriebsart der Basisstation, und zum Um wandeln eines Sendesignals im Zwischenfrequenzbereich oder Basisfrequenzbereich in den Antennenelementen entsprechende Sendesignale im Sendefrequenzbereich, und zum Zuführen der Sendesignale zu den Antennenelementen während einer Sendebe triebsart der Basisstation,
einer Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (12) zum Verar beiten der Zwischenfrequenzsignale oder Basisbandsignale der Frequenzumwandlungseinrichtung während der Empfangsbetriebs art, zum Schätzen einer Einfallsrichtung der Funkwellen der Mobilstation, um dadurch eine geschätzte Richtung der Mobil station bezüglich der Basisstation herzuleiten, und zum Er zeugen von die geschätzte Richtung angebenden Richtungsdaten,
einer Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung (13) zum Steuern der Phase und Amplitude der den Antennenelementen entspre chenden Empfangssignale während der Empfangsbetriebsart und der den Antennenelementen entsprechenden Sendesignale während der Sendebetriebsart, um dadurch eine Richtwirkung der Array-Antenne zu bestimmen, und
einer Maximumerzeugungseinrichtung (15) zum von den Rich tungsdaten abhängigen Erzeugen von Steuersignalen während der Sendebetriebsart und der Empfangsbetriebsart zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung, so daß ein in der ge schätzten Richtung der Mobilstation aus gerichtetes Maximum der Richtwirkung gebildet wird.
einer Array-Antenne (11) mit einer Anordnung von Antennenele menten (11a, 11b, 11c), zum Senden und Empfangen von Funkwel len zu und von einer Mobilstation, die sich innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs der Basisstation befindet, einer Frequenzumwandlungseinrichtung (14) zum Umwandeln ent sprechender empfangener Signale der Antennenelemente in ent sprechende Zwischenfrequenzsignale oder Basisbandsignale wäh rend einer Empfangsbetriebsart der Basisstation, und zum Um wandeln eines Sendesignals im Zwischenfrequenzbereich oder Basisfrequenzbereich in den Antennenelementen entsprechende Sendesignale im Sendefrequenzbereich, und zum Zuführen der Sendesignale zu den Antennenelementen während einer Sendebe triebsart der Basisstation,
einer Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (12) zum Verar beiten der Zwischenfrequenzsignale oder Basisbandsignale der Frequenzumwandlungseinrichtung während der Empfangsbetriebs art, zum Schätzen einer Einfallsrichtung der Funkwellen der Mobilstation, um dadurch eine geschätzte Richtung der Mobil station bezüglich der Basisstation herzuleiten, und zum Er zeugen von die geschätzte Richtung angebenden Richtungsdaten,
einer Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung (13) zum Steuern der Phase und Amplitude der den Antennenelementen entspre chenden Empfangssignale während der Empfangsbetriebsart und der den Antennenelementen entsprechenden Sendesignale während der Sendebetriebsart, um dadurch eine Richtwirkung der Array-Antenne zu bestimmen, und
einer Maximumerzeugungseinrichtung (15) zum von den Rich tungsdaten abhängigen Erzeugen von Steuersignalen während der Sendebetriebsart und der Empfangsbetriebsart zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung, so daß ein in der ge schätzten Richtung der Mobilstation aus gerichtetes Maximum der Richtwirkung gebildet wird.
2. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Antennen
richtwirkungssteuereinrichtung (13) eine von den Steuersigna
len der Maximumerzeugungseinrichtung (15) abhängige Einrich
tung (13a-13e) aufweist zum Steuern der Phase und Amplitude
der entsprechenden Empfangssignale der Antennenelemente und
Sendesignale der Antennenelemente, die sich im Zwischenfre
quenz- oder Basisbandfrequenzbereich befinden.
3. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend
eine Einrichtung zum periodischen Steuern der Antennenricht
wirkungssteuereinrichtung (13) zum Einrichten einer im we
sentlichen gleichförmigen Richtwirkung der Antenne, wobei der
Einfallsrichtungsbewertungsteil (12) die geschätzte Richtung
lediglich während des Einrichtens des Zustands gleichförmiger
Richtwirkung herleitet, und wobei die Antennenrichtwirkungs
steuereinrichtung (13) eine von den Steuersignalen der Maxi
mumerzeugungseinrichtung (15) abhängige Einrichtung aufweist
zum direkten Steuern der Phase und Amplitude der entsprechen
den im Sendefrequenzbereich befindlichen Sende- und Empfangs
signale der Antennenelemente.
4. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
weiterhin umfassend eine Einrichtung zum Erfassen, daß ein
Signal einer sich innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen
Mobilstation empfangen wird, wobei der Einfallsrichtungsbe
wertungsteil (12) weiterhin umfaßt:
eine Einrichtung zum Herleiten einer geschätzten Zahl von sich gerade innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mo bilstationen,
eine Einrichtung zum Beurteilen, ob die geschätzte Zahl von Mobilstationen innerhalb des Betriebsbereichs größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen der Array-Antenne (11) ist, und
eine Einrichtung zum Steuern der Maximumerzeugungseinrichtung (15) derart, daß dann, wenn die geschätzte Zahl von Mobilsta tionen als größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen bewertet wird, die Steuersignale während der Empfangsbe triebsart der Basisstation so erzeugt werden, daß die Anten nenrichtwirkungssteuereinrichtung die Phase und Amplitude der entsprechenden empfangenen Signale der Antennenelemente so steuert, daß ein einzelnes Richtwirkungsmaximum erzeugt wird und das Maximum über einen Gesamtrichtwirkungsänderungsbe reich der Array-Antenne geschwenkt wird;
wodurch entsprechende Richtungen der Mobilstationen innerhalb des Betriebsbereichs durch die Einfallsrichtungsbewertungs einrichtung als entsprechende Richtungen erhalten werden, in denen Empfangssignale erfaßt werden, und wobei die Basissta tion nacheinander eine Kommunikation mit jeder der Mobilsta tionen durchführt, für die entsprechende Richtungen dadurch erfaßt wurden, während aufeinanderfolgenden Intervallen, in denen das Maximum in die entsprechenden Richtungen dieser Mo bilstationen geschwenkt worden ist.
eine Einrichtung zum Herleiten einer geschätzten Zahl von sich gerade innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mo bilstationen,
eine Einrichtung zum Beurteilen, ob die geschätzte Zahl von Mobilstationen innerhalb des Betriebsbereichs größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen der Array-Antenne (11) ist, und
eine Einrichtung zum Steuern der Maximumerzeugungseinrichtung (15) derart, daß dann, wenn die geschätzte Zahl von Mobilsta tionen als größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen bewertet wird, die Steuersignale während der Empfangsbe triebsart der Basisstation so erzeugt werden, daß die Anten nenrichtwirkungssteuereinrichtung die Phase und Amplitude der entsprechenden empfangenen Signale der Antennenelemente so steuert, daß ein einzelnes Richtwirkungsmaximum erzeugt wird und das Maximum über einen Gesamtrichtwirkungsänderungsbe reich der Array-Antenne geschwenkt wird;
wodurch entsprechende Richtungen der Mobilstationen innerhalb des Betriebsbereichs durch die Einfallsrichtungsbewertungs einrichtung als entsprechende Richtungen erhalten werden, in denen Empfangssignale erfaßt werden, und wobei die Basissta tion nacheinander eine Kommunikation mit jeder der Mobilsta tionen durchführt, für die entsprechende Richtungen dadurch erfaßt wurden, während aufeinanderfolgenden Intervallen, in denen das Maximum in die entsprechenden Richtungen dieser Mo bilstationen geschwenkt worden ist.
5. Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung für ei
ne Basisstation eines mobilen Kommunikationssystems mit zu
mindest einer Basisstation (21) und einer Vielzahl von Mobil
stationen (24, 25), mit:
einer ersten Array-Antenne (41) mit einer Anordnung von An tennenelementen, zum Empfangen von Funkwellen einer oder meh rerer Mobilstationen, die sich innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs der Basisstation befinden,
einer zweiten Array-Antenne (42) mit einer Anordnung von An tennenelementen, zum Senden und Empfangen von Funkwellen zum Kommunizieren mit einer aus den Mobilstationen ausgewählten Mobilstation,
einer Frequenzumwandlungseinrichtung (45) zum Umwandeln ent sprechender Empfangssignale der Antennenelemente der ersten und zweiten Array-Antenne in entsprechende Zwischenfrequenz- oder Basisbandsignale während einer Empfangsbetriebsart der Basisstation, und zum Umwandeln eines Sendesignals im Zwi schenfrequenzbereich oder Basisfrequenzbereich in den Anten nenelementen der zweiten Array-Antenne entsprechende Sendesi gnale im Sendefrequenzbereich, und zum Zuführen der Sendesi gnale zu den entsprechenden Antennenelementen der zweiten Ar ray-Antenne während einer Sendebetriebsart der Basisstation,
einer Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (12) zum Verar beiten der durch die Frequenzumwandlungseinrichtung aus den Empfangssignalen der ersten Array-Antenne gewonnenen Zwi schenfrequenzsignale oder Basisbandsignale, um dadurch ent sprechende Einfallsrichtungen der Funkwellen der innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstationen zu schätzen, zum Erzeugen von die geschätzte Richtung angebenden Rich tungsdaten, und zum Schätzen einer Gesamtzahl der innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstationen,
einer Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung (13) zum Steuern der Phase und Amplitude der den Antennenelementen der zweiten Array-Antenne entsprechenden Empfangssignale während der Emp fangsbetriebsart und der den Antennenelementen der zweiten Array-Antenne entsprechenden Sendesignale während der Sende betriebsart, um dadurch eine Richtwirkung der zweiten Array-Antenne zu bestimmen, und
einer Maximumerzeugungseinrichtung (15) zum von den Rich tungsdaten abhängigen Erzeugen von Steuersignalen während der Sendebetriebsart und der Empfangsbetriebsart zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung, so daß ein in der ge schätzten Richtung der ausgewählten Mobilstation ausgerichte tes Maximum der Richtwirkung gebildet wird.
einer ersten Array-Antenne (41) mit einer Anordnung von An tennenelementen, zum Empfangen von Funkwellen einer oder meh rerer Mobilstationen, die sich innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs der Basisstation befinden,
einer zweiten Array-Antenne (42) mit einer Anordnung von An tennenelementen, zum Senden und Empfangen von Funkwellen zum Kommunizieren mit einer aus den Mobilstationen ausgewählten Mobilstation,
einer Frequenzumwandlungseinrichtung (45) zum Umwandeln ent sprechender Empfangssignale der Antennenelemente der ersten und zweiten Array-Antenne in entsprechende Zwischenfrequenz- oder Basisbandsignale während einer Empfangsbetriebsart der Basisstation, und zum Umwandeln eines Sendesignals im Zwi schenfrequenzbereich oder Basisfrequenzbereich in den Anten nenelementen der zweiten Array-Antenne entsprechende Sendesi gnale im Sendefrequenzbereich, und zum Zuführen der Sendesi gnale zu den entsprechenden Antennenelementen der zweiten Ar ray-Antenne während einer Sendebetriebsart der Basisstation,
einer Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (12) zum Verar beiten der durch die Frequenzumwandlungseinrichtung aus den Empfangssignalen der ersten Array-Antenne gewonnenen Zwi schenfrequenzsignale oder Basisbandsignale, um dadurch ent sprechende Einfallsrichtungen der Funkwellen der innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstationen zu schätzen, zum Erzeugen von die geschätzte Richtung angebenden Rich tungsdaten, und zum Schätzen einer Gesamtzahl der innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstationen,
einer Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung (13) zum Steuern der Phase und Amplitude der den Antennenelementen der zweiten Array-Antenne entsprechenden Empfangssignale während der Emp fangsbetriebsart und der den Antennenelementen der zweiten Array-Antenne entsprechenden Sendesignale während der Sende betriebsart, um dadurch eine Richtwirkung der zweiten Array-Antenne zu bestimmen, und
einer Maximumerzeugungseinrichtung (15) zum von den Rich tungsdaten abhängigen Erzeugen von Steuersignalen während der Sendebetriebsart und der Empfangsbetriebsart zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung, so daß ein in der ge schätzten Richtung der ausgewählten Mobilstation ausgerichte tes Maximum der Richtwirkung gebildet wird.
6. Antennenvorrichtung nach Anspruch 5, weiterhin umfassend
eine Einrichtung zum Beurteilen, ob die durch die Einfalls richtungbewertungseinrichtung (12) geschätzte Zahl von Mobil stationen größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen der ersten Array-Antenne (41) ist, und
eine Einrichtung zum Steuern der Maximumerzeugungseinrichtung (15) derart, daß dann, wenn die geschätzte Zahl von Mobilsta tionen als größer oder gleich der Gesamtzahl der Elemente der ersten Array-Antenne bewertet wird, die entsprechenden von allen Elementen der ersten Array-Antenne (41) und allen Ele menten der zweiten Array-Antenne (42) erhaltenen Empfangs signale gemeinsam durch die Einfallsrichtungsbewertungsein richtung (12) zum Schätzen der Einfallsrichtung der Funkwel len von Mobilstationen und zum Herleiten einer korrigierten geschätzten Zahl der innerhalb des Betriebsbereichs befindli chen Mobilstationen verwendet werden.
eine Einrichtung zum Beurteilen, ob die durch die Einfalls richtungbewertungseinrichtung (12) geschätzte Zahl von Mobil stationen größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen der ersten Array-Antenne (41) ist, und
eine Einrichtung zum Steuern der Maximumerzeugungseinrichtung (15) derart, daß dann, wenn die geschätzte Zahl von Mobilsta tionen als größer oder gleich der Gesamtzahl der Elemente der ersten Array-Antenne bewertet wird, die entsprechenden von allen Elementen der ersten Array-Antenne (41) und allen Ele menten der zweiten Array-Antenne (42) erhaltenen Empfangs signale gemeinsam durch die Einfallsrichtungsbewertungsein richtung (12) zum Schätzen der Einfallsrichtung der Funkwel len von Mobilstationen und zum Herleiten einer korrigierten geschätzten Zahl der innerhalb des Betriebsbereichs befindli chen Mobilstationen verwendet werden.
7. Antennenvorrichtung nach Anspruch 6, weiterhin umfassend
eine Einrichtung zum Beurteilen, ob die korrigierte geschätz
te Zahl von Mobilstationen innerhalb des Betriebsbereichs
größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen der ersten
Array-Antenne (41) und der zweiten Array-Antenne (42) ist,
und
eine Einrichtung zum Steuern der Maximumerzeugungseinrichtung (15) derart, daß dann, wenn die geschätzte Zahl größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen bewertet wird, die Steu ersignale während der Empfangsbetriebsart der Basisstation so erzeugt werden, daß die Antennenrichtwirkungssteuereinrich tung die Phase und Amplitude der entsprechenden empfangenen Signale der Antennenelemente so steuert, daß ein einzelnes Maximum der Richtcharakteristik erzeugt wird und das Maximum über einen Gesamtrichtwirkungsänderungsbereich der ersten Ar ray-Antenne geschwenkt wird, und
eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Erfassen des Emp fangs von durch entsprechende innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstationen gesendeten Funkwellen, um dadurch entsprechende erfaßte Richtungen der Mobilstationen bezüglich der Basisstation zu erhalten;
wobei die Basisstation nacheinander eine Kommunikation mit jeder der Mobilstationen durchführt, für die entsprechende Richtungen dadurch erfaßt wurden, während aufeinanderfolgen den Intervallen, in denen das Maximum in die entsprechenden Richtungen dieser Mobilstationen geschwenkt worden ist.
eine Einrichtung zum Steuern der Maximumerzeugungseinrichtung (15) derart, daß dann, wenn die geschätzte Zahl größer oder gleich der Gesamtzahl von Elementen bewertet wird, die Steu ersignale während der Empfangsbetriebsart der Basisstation so erzeugt werden, daß die Antennenrichtwirkungssteuereinrich tung die Phase und Amplitude der entsprechenden empfangenen Signale der Antennenelemente so steuert, daß ein einzelnes Maximum der Richtcharakteristik erzeugt wird und das Maximum über einen Gesamtrichtwirkungsänderungsbereich der ersten Ar ray-Antenne geschwenkt wird, und
eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Erfassen des Emp fangs von durch entsprechende innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstationen gesendeten Funkwellen, um dadurch entsprechende erfaßte Richtungen der Mobilstationen bezüglich der Basisstation zu erhalten;
wobei die Basisstation nacheinander eine Kommunikation mit jeder der Mobilstationen durchführt, für die entsprechende Richtungen dadurch erfaßt wurden, während aufeinanderfolgen den Intervallen, in denen das Maximum in die entsprechenden Richtungen dieser Mobilstationen geschwenkt worden ist.
8. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei das mobilen Kommunikationssystem eine Vielzahl von Ba
sisstationen (67, 68, 69) mit entsprechenden Betriebsberei
chen aufweist, die zum Austauschen von Daten miteinander ver
bunden sind, und wobei jede der Basisstationen weiterhin um
faßt:
eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung (402) zum Empfangen der Richtung einer Mobilstation von der Einfalls richtungsbewertungseinrichtung der Basisstation (67) und zum Empfangen von Richtungsdaten der Mobilstation bezüglich ande rer Basisstationen von entsprechenden Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtungen zumindest zweier anderer Basisstationen (68, 69), zum Verarbeiten der Daten zum Erhalten einer ge schätzte Position der Mobilstation und zum Erzeugen von die geschätzte Position angebenden Positionsdaten, und zum Zufüh ren der Positionsdaten zu der Maximumerzeugungseinrichtung (65);
und wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennen richtwirkungssteuereinrichtung (13) zugeführt werden, zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung derart, daß sowohl die Ausrichtung eines Maximums der Richtwirkung als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position bestimmt wird.
eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung (402) zum Empfangen der Richtung einer Mobilstation von der Einfalls richtungsbewertungseinrichtung der Basisstation (67) und zum Empfangen von Richtungsdaten der Mobilstation bezüglich ande rer Basisstationen von entsprechenden Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtungen zumindest zweier anderer Basisstationen (68, 69), zum Verarbeiten der Daten zum Erhalten einer ge schätzte Position der Mobilstation und zum Erzeugen von die geschätzte Position angebenden Positionsdaten, und zum Zufüh ren der Positionsdaten zu der Maximumerzeugungseinrichtung (65);
und wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennen richtwirkungssteuereinrichtung (13) zugeführt werden, zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung derart, daß sowohl die Ausrichtung eines Maximums der Richtwirkung als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position bestimmt wird.
9. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei das mobilen Kommunikationssystem eine Vielzahl von Ba
sisstationen (67, 68, 69) mit entsprechenden benachbarten lo
kalen Bereichen aufweist, die zum Austauschen von geschätzte
Richtungen der Mobilstationen angebenden Daten miteinander
verbunden sind, wobei, jede Array-Antenne (61) einer Basissta
tion eine lineare Array-Antenne mit entlang einer Array-Achse
beabstandeten Elementen ist, wobei jede Basisstation weiter
hin umfaßt:
eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung (402) zum Empfangen erster Richtungsdaten von der Einfallsrichtungsbe wertungseinrichtung (12) der Basisstation (67), die die ge schätzte Einfallsrichtung der von einer Mobilstation empfan genen Funkwellen angeben, zum Verarbeiten der Richtungsdaten in Verbindung mit bekannten Daten, die eine Höhe der Array-Antenne über Grund angeben, zum Erhalten von ersten Bodenhö hendaten, die einen ersten Bereich möglicher Positionen der Mobilstation angeben, und zum Empfangen zweiter und dritter Richtungsdaten von entsprechenden Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtungen zumindest zweier anderer Basisstationen (68, 69), die entsprechende Einfallsrichtungen der Funkwellen der Mobilstation bezüglich den anderen Basisstationen ange ben, zum Verarbeiten der zweiten und dritten Richtungsdaten zum Erhalten zweiter und dritter Bodenhöhendaten, die zweite bzw. dritte Bereiche möglicher Positionen der Mobilstation angeben, zum Herleiten einer geschätzten Position der Mobil station anhand der ersten, zweiten und dritten Bodenhöhenda ten und zum Erzeugen von die geschätzte Position angebenden Positionsdaten, und zum Zuführen der Positionsdaten zu der Maximumerzeugungseinrichtung (65);
und wobei die Maximumerzeugungseinrichtung (65) in Abhängig keit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Anten nenrichtwirkungssteuereinrichtung (13) zugeführt werden, zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung derart, daß sowohl die Ausrichtung eines Maximums der Richtwirkung als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position bestimmt wird.
eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung (402) zum Empfangen erster Richtungsdaten von der Einfallsrichtungsbe wertungseinrichtung (12) der Basisstation (67), die die ge schätzte Einfallsrichtung der von einer Mobilstation empfan genen Funkwellen angeben, zum Verarbeiten der Richtungsdaten in Verbindung mit bekannten Daten, die eine Höhe der Array-Antenne über Grund angeben, zum Erhalten von ersten Bodenhö hendaten, die einen ersten Bereich möglicher Positionen der Mobilstation angeben, und zum Empfangen zweiter und dritter Richtungsdaten von entsprechenden Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtungen zumindest zweier anderer Basisstationen (68, 69), die entsprechende Einfallsrichtungen der Funkwellen der Mobilstation bezüglich den anderen Basisstationen ange ben, zum Verarbeiten der zweiten und dritten Richtungsdaten zum Erhalten zweiter und dritter Bodenhöhendaten, die zweite bzw. dritte Bereiche möglicher Positionen der Mobilstation angeben, zum Herleiten einer geschätzten Position der Mobil station anhand der ersten, zweiten und dritten Bodenhöhenda ten und zum Erzeugen von die geschätzte Position angebenden Positionsdaten, und zum Zuführen der Positionsdaten zu der Maximumerzeugungseinrichtung (65);
und wobei die Maximumerzeugungseinrichtung (65) in Abhängig keit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Anten nenrichtwirkungssteuereinrichtung (13) zugeführt werden, zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung derart, daß sowohl die Ausrichtung eines Maximums der Richtwirkung als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position bestimmt wird.
10. Antennenvorrichtung nach Anspruch 9, wobei jede der li
nearen Array-Antennen (61) so ausgestaltet ist, daß eine Azi
mut-Richtwirkung innerhalb eines Bereichs von 180° möglich
ist, und wobei jeder Bereich möglicher Positionen der Mobil
station als eine geschätzte Schnittlinie zwischen dem Boden
und einer Hälfte einer, konischen Oberfläche hergeleitet wird,
die die Array-Achse als ihre Mittelachse aufweist, wobei die
konische Oberfläche einen Öffnungswinkel aufweist, der dop
pelt so groß ist, wie ein zwischen der Richtung einfallender
Funkwellen der Mobilstation und der Array-Achse gebildeter
Winkel.
11. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die Array-Antenne einer Basisstation eine lineare Ar
ray-Antenne (61) mit entlang einer Array-Achse beabstandeten
Elementen ist, weiterhin umfassend:
eine E-Feldstärkenmeßeinrichtung (84) zum Messen eines Werts der elektrischen Feldstärke der von einer Mobilstation emp fangenen Funkwellen, und
eine Positionsbewertungseinrichtung (81) zum Umwandeln des kombinierten Signalstärkenwerts in einen Wert einer geschätz ten Sichtlinienentfernung der Mobilstation von der Array-Antenne, zum Verarbeiten des geschätzten Abstandswerts in Verbindung mit einem bekannten Höhenwert der Array-Antenne über Grund zum Erhalten von Bodenhöhendaten, die einen Be reich möglicher Positionen der Mobilstation angeben, zum Ver arbeiten der Bodenhöhendaten in Verbindung mit den von der Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (12) zugeführten ge schätzten Richtungsdaten der Mobilstation, um eine geschätzte Position der Mobilstation bezüglich der Array-Antenne ange bende Positionsdaten zu erhalten, und zum Zuführen der Posi tionsdaten zu der Maximumerzeugungseinrichtung (65);
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennenricht wirkungssteuereinrichtung (13) zugeführt werden, zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung derart, daß sowohl die Ausrichtung eines Maximums der Richtwirkung als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position be stimmt wird.
eine E-Feldstärkenmeßeinrichtung (84) zum Messen eines Werts der elektrischen Feldstärke der von einer Mobilstation emp fangenen Funkwellen, und
eine Positionsbewertungseinrichtung (81) zum Umwandeln des kombinierten Signalstärkenwerts in einen Wert einer geschätz ten Sichtlinienentfernung der Mobilstation von der Array-Antenne, zum Verarbeiten des geschätzten Abstandswerts in Verbindung mit einem bekannten Höhenwert der Array-Antenne über Grund zum Erhalten von Bodenhöhendaten, die einen Be reich möglicher Positionen der Mobilstation angeben, zum Ver arbeiten der Bodenhöhendaten in Verbindung mit den von der Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (12) zugeführten ge schätzten Richtungsdaten der Mobilstation, um eine geschätzte Position der Mobilstation bezüglich der Array-Antenne ange bende Positionsdaten zu erhalten, und zum Zuführen der Posi tionsdaten zu der Maximumerzeugungseinrichtung (65);
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennenricht wirkungssteuereinrichtung (13) zugeführt werden, zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung derart, daß sowohl die Ausrichtung eines Maximums der Richtwirkung als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position be stimmt wird.
12. Antennenvorrichtung nach Anspruch 11, wobei jede der li
nearen Array-Antennen (61) so ausgestaltet ist, daß eine Azi
mut-Richtwirkung innerhalb eines Bereichs von 180° möglich
ist, wobei der Bereich möglicher Positionen einer Mobilstati
on als eine geschätzte Schnittlinie zwischen dem Boden und
einer Hälfte einer konischen Oberfläche, die die Array-Achse
der Antenne als ihre Mittelachse aufweist, hergeleitet wird,
wobei die konische Oberfläche einen Öffnungswinkel aufweist,
der doppelt so groß ist, wie ein zwischen der Richtung ein
fallender Funkwellen der Mobilstation und der Array-Achse ge
bildeter Winkel.
13. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei jede Mobilstation (450) umfaßt
eine Verschiebungsvektorerzeugungseinrichtung (452) zum Her leiten eines Verschiebungsvektors, der einen Unterschied zwi schen einer Position der Mobilstation in einem ersten Zeit punkt (t₁) und eine Position der Mobilstation in einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt (t₂) angibt, und
eine Einrichtung (453) zum Funkübertragen der den Verschie bungsvektor angebenden Daten zu der Basisstation (90);
wobei die Array-Antenne (61) der Basisstation eine lineare Array-Antenne ist, deren Elemente entlang einer Array-Achse beabstandet sind, wobei die Basisstation weiterhin umfaßt eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung (91), die in dem ersten Zeitpunkt (t₁) die von der Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtung (12) zugeführten geschätzten Richtungsdaten für die Mobilstation im Zusammenhang mit einem bekannten Hö henwert der Array-Antenne über Grund verarbeitet, um erste Bodenhöhendaten zu erhalten, die einen ersten Bereich mögli cher Positionen der Mobilstation angeben, und die in dem zweiten Zeitpunkt (t₂) die geschätzten Richtungsdaten für die Mobilstation und den Höhenwert verarbeitet, um zweite Boden höhendaten herzuleiten, die einen zweiten Bereich möglicher Positionen der Mobilstation angeben, zum Verarbeiten des Ver schiebungsvektorwerts im Zusammenhang mit den ersten Bodenhö hendaten und den zweiten Bodenhöhendaten, um die Position der Mobilstation in dem zweiten Zeitpunkt (t₂) zu schätzen, zum Erzeugen von die geschätzte Position angebenden Positionsda ten und zum Zuführen der Positionsdaten zu der Maximumerzeu gungseinrichtung (65); und
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung (65) in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennen richtwirkungssteuereinrichtung (13) zum Steuern der Antennen richtwirkungssteuereinrichtung zugeführt werden, so daß so wohl die Ausrichtung eines Richtwirkungsmaximums als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position be stimmt wird.
eine Verschiebungsvektorerzeugungseinrichtung (452) zum Her leiten eines Verschiebungsvektors, der einen Unterschied zwi schen einer Position der Mobilstation in einem ersten Zeit punkt (t₁) und eine Position der Mobilstation in einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt (t₂) angibt, und
eine Einrichtung (453) zum Funkübertragen der den Verschie bungsvektor angebenden Daten zu der Basisstation (90);
wobei die Array-Antenne (61) der Basisstation eine lineare Array-Antenne ist, deren Elemente entlang einer Array-Achse beabstandet sind, wobei die Basisstation weiterhin umfaßt eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung (91), die in dem ersten Zeitpunkt (t₁) die von der Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtung (12) zugeführten geschätzten Richtungsdaten für die Mobilstation im Zusammenhang mit einem bekannten Hö henwert der Array-Antenne über Grund verarbeitet, um erste Bodenhöhendaten zu erhalten, die einen ersten Bereich mögli cher Positionen der Mobilstation angeben, und die in dem zweiten Zeitpunkt (t₂) die geschätzten Richtungsdaten für die Mobilstation und den Höhenwert verarbeitet, um zweite Boden höhendaten herzuleiten, die einen zweiten Bereich möglicher Positionen der Mobilstation angeben, zum Verarbeiten des Ver schiebungsvektorwerts im Zusammenhang mit den ersten Bodenhö hendaten und den zweiten Bodenhöhendaten, um die Position der Mobilstation in dem zweiten Zeitpunkt (t₂) zu schätzen, zum Erzeugen von die geschätzte Position angebenden Positionsda ten und zum Zuführen der Positionsdaten zu der Maximumerzeu gungseinrichtung (65); und
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung (65) in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennen richtwirkungssteuereinrichtung (13) zum Steuern der Antennen richtwirkungssteuereinrichtung zugeführt werden, so daß so wohl die Ausrichtung eines Richtwirkungsmaximums als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position be stimmt wird.
14. Antennenvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die lineare
Array-Antenne (61) so ausgestaltet ist, daß eine Azimut-Richt
wirkung innerhalb eines Bereichs von 180° möglich ist,
wobei der Bereich möglicher Positionen der Mobilstation als
eine geschätzte Schnittlinie zwischen dem Boden und einer
Hälfte einer konischen Oberfläche, die die Array-Achse der
Antenne als ihre Mittelachse aufweist, hergeleitet wird, wo
bei die konische Oberfläche einen Öffnungswinkel aufweist,
der doppelt so groß ist, wie ein zwischen der Richtung ein
fallender Funkwellen der Mobilstation und der Array-Achse ge
bildeter Winkel.
15. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die Array-Antenne (61) der Basisstation eine lineare
Array-Antenne mit entlang einer Array-Achse beabstandeten
Elementen ist, weiterhin umfassend:
eine Antennendrehvorrichtung (487) zum Drehen der Array-Antenne, wobei sich die Array-Achse in einer horizontalen Ebene dreht, und
eine Positionsbewertungseinrichtung (482) zum Empfangen der Richtungsinformation und zum Verarbeiten von zumindest ersten Richtungsdaten von der Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (12), die eine in einer ersten Winkelposition der Array-Achse hergeleitete erste geschätzte Richtung angeben, und zweiten Richtungsdaten, die eine nach einer Drehung der Array-Achse in eine zweite Winkelposition hergeleitete zweite geschätzte Richtung angeben, um die Position der Mobilstation zu schät zen und die geschätzte Position angebende Positionsdaten zu erzeugen;
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung (65) in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennen richtwirkungssteuereinrichtung (13) zum Steuern der Antennen richtwirkungssteuereinrichtung zugeführt werden, so daß so wohl die Ausrichtung eines Richtwirkungsmaximums als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position be stimmt wird.
eine Antennendrehvorrichtung (487) zum Drehen der Array-Antenne, wobei sich die Array-Achse in einer horizontalen Ebene dreht, und
eine Positionsbewertungseinrichtung (482) zum Empfangen der Richtungsinformation und zum Verarbeiten von zumindest ersten Richtungsdaten von der Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (12), die eine in einer ersten Winkelposition der Array-Achse hergeleitete erste geschätzte Richtung angeben, und zweiten Richtungsdaten, die eine nach einer Drehung der Array-Achse in eine zweite Winkelposition hergeleitete zweite geschätzte Richtung angeben, um die Position der Mobilstation zu schät zen und die geschätzte Position angebende Positionsdaten zu erzeugen;
wobei die Maximumerzeugungseinrichtung (65) in Abhängigkeit der Positionsdaten Steuersignale erzeugt, die der Antennen richtwirkungssteuereinrichtung (13) zum Steuern der Antennen richtwirkungssteuereinrichtung zugeführt werden, so daß so wohl die Ausrichtung eines Richtwirkungsmaximums als auch die Form des Maximums entsprechend der geschätzten Position be stimmt wird.
16. Antennenvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die lineare
Array-Antenne (61) so ausgestaltet ist, daß eine Azimut-Richt
wirkung innerhalb eines Bereichs von 180° möglich ist,
und wobei die Positionsbewertungseinrichtung (482)
die ersten Richtungsdaten in Verbindung mit einem bekannten
Höhenwert der Array-Antenne über Grund verarbeitet zum Her
leiten eines ersten Bereichs möglicher Positionen der Mobil
station als eine erste geschätzte Schnittlinie zwischen dem
Boden und einer Hälfte einer konischen Oberfläche, die die
Array-Achse der Antenne als ihre Mittelachse aufweist, wobei
die konische Oberfläche einen Öffnungswinkel aufweist, der
doppelt so groß ist, wie ein zwischen der Richtung einfallen
der Funkwellen der Mobilstation und der Array-Achse gebilde
ter Winkel,
die zweiten Richtungsdaten in Verbindung mit dem Höhenwert verarbeitet zum Herleiten eines zweiten Bereichs möglicher Positionen der Mobilstation als eine zweite geschätzte Schnittlinie zwischen der konischen Oberfläche und dem Boden, und
einen Schnittpunkt zwischen der ersten und zweiten Schnittli nie als die Position der Mobilstation erhält.
die zweiten Richtungsdaten in Verbindung mit dem Höhenwert verarbeitet zum Herleiten eines zweiten Bereichs möglicher Positionen der Mobilstation als eine zweite geschätzte Schnittlinie zwischen der konischen Oberfläche und dem Boden, und
einen Schnittpunkt zwischen der ersten und zweiten Schnittli nie als die Position der Mobilstation erhält.
17. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
weiterhin umfassend
eine Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungseinrichtung (115) zum Schätzen der Ausbreitungsverzögerungszeit der von einer Mobilstation empfangenen Funkwellen,
eine E-Feldstärkenmeßeinrichtung (117) zum Messen der ent sprechenden elektrischen Feldstärken von als direkte Wellen empfangenen Funkwellen und als reflektierte Wellen empfange nen Funkwellen der Mobilstation, und
eine Ausbreitungswegausgleichseinrichtung (116) zum Empfangen der Einfallsrichtungsdaten von der Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtung (12) und eines geschätzten Werts der Aus breitungsverzögerungszeit von der Ausbreitungsverzögerungs zeitbewertungseinrichtung, und zum Kompensieren eines von der Mobilstation empfangenen Signals hinsichtlich der Wirkungen von Mehrwegeausbreitungssignalen, basierend auf der geschätz ten Funkwellenausbreitungsverzögerungszeit und einem Verhält nis der elektrischen Feldstärken der direkten Wellen und der reflektierten Wellen, falls die durch die Einfallsrichtungs bewertungseinrichtung erhaltenen Schätzergebnisse der Funk welleneinfallsrichtung angeben, daß die Mobilstation die ein zige Mobilstation innerhalb des Betriebsbereichs der Basis station ist.
eine Ausbreitungsverzögerungszeitbewertungseinrichtung (115) zum Schätzen der Ausbreitungsverzögerungszeit der von einer Mobilstation empfangenen Funkwellen,
eine E-Feldstärkenmeßeinrichtung (117) zum Messen der ent sprechenden elektrischen Feldstärken von als direkte Wellen empfangenen Funkwellen und als reflektierte Wellen empfange nen Funkwellen der Mobilstation, und
eine Ausbreitungswegausgleichseinrichtung (116) zum Empfangen der Einfallsrichtungsdaten von der Einfallsrichtungsbewer tungseinrichtung (12) und eines geschätzten Werts der Aus breitungsverzögerungszeit von der Ausbreitungsverzögerungs zeitbewertungseinrichtung, und zum Kompensieren eines von der Mobilstation empfangenen Signals hinsichtlich der Wirkungen von Mehrwegeausbreitungssignalen, basierend auf der geschätz ten Funkwellenausbreitungsverzögerungszeit und einem Verhält nis der elektrischen Feldstärken der direkten Wellen und der reflektierten Wellen, falls die durch die Einfallsrichtungs bewertungseinrichtung erhaltenen Schätzergebnisse der Funk welleneinfallsrichtung angeben, daß die Mobilstation die ein zige Mobilstation innerhalb des Betriebsbereichs der Basis station ist.
18. Antennenvorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Ausbrei
tungswegausgleichseinrichtung (116) eine Vielzahl von kaska
dierten Verzögerungselementen (500) aufweist zum Beaufschla
gen des empfangenen Signals mit aufeinanderfolgenden Verzöge
rungsinkrementen, und eine Einrichtung (501, 502) zum Kombi
nieren entsprechender Ausgangssignale der Verzögerungselemen
te in Anteilen, die entsprechend der geschätzten Funkwellen
ausbreitungsverzögerungszeit und dem Verhältnis der elektri
schen Feldstärken der direkten Wellen und der reflektierten
Wellen festgelegt werden.
19. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
weiterhin umfassend
eine Nullpunkterzeugungseinrichtung (703) zum Einrichten von
Nullpunkten der Richtwirkung der Array-Antenne, die in den
Richtungen von (N-1) Mobilstationen ausgerichtet sind, wo
bei N eine ganze Zahl größer Eins ist, falls entsprechende
Funkwelleneinfallsrichtungen für N Mobilstationen durch die
Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (701) geschätzt wur
den.
20. Antennenvorrichtung mit steuerbarer Richtwirkung für ei
ne Basisstation eines mobilen Kommunikationssystems mit einer
Basisstation und einer Vielzahl von Mobilstationen, mit
einer linearen Array-Antenne (171) mit entlang einer
Array-Achse beabstandeten Elementen (176-178),
zumindest einem versetzten Antennenelement (175) mit einer Richtwirkung in einer gegenüber der Array-Achse der Array-Antenne um einen festen Winkel versetzten Richtung,
einer Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (172) zum Emp fangen entsprechender Empfangssignale des versetzten Anten nenelements und einer Gruppe von Elementen der Array-Antenne als Empfangssignale einer ersten Antennenelementgruppe, und zum Empfangen entsprechender Empfangssignale der übrigen Ele mente der Array-Antenne als Empfangssignale einer zweiten An tennenelementgruppe, während einer Empfangsbetriebsart der Basisstation, zum Kombinieren der Empfangssignale der Elemen te der ersten Antennengruppe und zum Kombinieren der Emp fangssignale der entsprechenden Elemente der zweiten Anten nengruppe, um dadurch zwei kombinierte Empfangssignale zu er halten, zum Erhalten der Größe der Differenz zwischen den kombinierten Empfangssignalen, und zum Schätzen der Richtung, in der sich eine Mobilstation befindet, basierend auf der Differenz zwischen den Größen, und zum Erzeugen von die Rich tung angebenden Richtungsdaten,
einer Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung (173) zum Steu ern der Phase und Amplitude der den Antennenelementen der Ar ray-Antenne entsprechenden Empfangssignale während der Emp fangsbetriebsart und der den Antennenelementen entsprechenden Sendesignale während der Sendebetriebsart der Basisstation, um dadurch eine Richtwirkung der Array-Antenne zu bestimmen, und
einer Maximumerzeugungseinrichtung (15) zum von den Rich tungsdaten abhängigen Erzeugen von Steuersignalen während der Sendebetriebsart und der Empfangsbetriebsart zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung, so daß ein in der ge schätzten Richtung der Mobilstation aus gerichtetes Maximum der Richtwirkung gebildet wird.
zumindest einem versetzten Antennenelement (175) mit einer Richtwirkung in einer gegenüber der Array-Achse der Array-Antenne um einen festen Winkel versetzten Richtung,
einer Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (172) zum Emp fangen entsprechender Empfangssignale des versetzten Anten nenelements und einer Gruppe von Elementen der Array-Antenne als Empfangssignale einer ersten Antennenelementgruppe, und zum Empfangen entsprechender Empfangssignale der übrigen Ele mente der Array-Antenne als Empfangssignale einer zweiten An tennenelementgruppe, während einer Empfangsbetriebsart der Basisstation, zum Kombinieren der Empfangssignale der Elemen te der ersten Antennengruppe und zum Kombinieren der Emp fangssignale der entsprechenden Elemente der zweiten Anten nengruppe, um dadurch zwei kombinierte Empfangssignale zu er halten, zum Erhalten der Größe der Differenz zwischen den kombinierten Empfangssignalen, und zum Schätzen der Richtung, in der sich eine Mobilstation befindet, basierend auf der Differenz zwischen den Größen, und zum Erzeugen von die Rich tung angebenden Richtungsdaten,
einer Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung (173) zum Steu ern der Phase und Amplitude der den Antennenelementen der Ar ray-Antenne entsprechenden Empfangssignale während der Emp fangsbetriebsart und der den Antennenelementen entsprechenden Sendesignale während der Sendebetriebsart der Basisstation, um dadurch eine Richtwirkung der Array-Antenne zu bestimmen, und
einer Maximumerzeugungseinrichtung (15) zum von den Rich tungsdaten abhängigen Erzeugen von Steuersignalen während der Sendebetriebsart und der Empfangsbetriebsart zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuereinrichtung, so daß ein in der ge schätzten Richtung der Mobilstation aus gerichtetes Maximum der Richtwirkung gebildet wird.
21. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei das mobile Kommunikationssystem eine Vielzahl von Ba
sisstationen (127-129) aufweist und wobei die Basisstationen
über Kommunikationsleitungen (123) zum Datenaustausch mitein
ander verbunden sind, wobei für jede der Basisstationen eine
feste Anzahl von Übertragungskanälen zur Kommunikation mit
Mobilstationen verfügbar sind, wobei jede der Basisstationen
weiterhin umfaßt eine Einrichtung (126) zum Herleiten ent
sprechender Identifikationsinformationen für innerhalb des
Betriebsbereichs der Basisstation befindliche Mobilstationen,
wobei die Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung (12) die ge
schätzten Einfallsrichtungen der Funkwellen der Mobilstatio
nen zum Schätzen einer Gesamtzahl der gerade innerhalb des
Betriebsbereichs der Basisstation befindlichen Mobilstationen
verwendet, wobei die Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung
einer jeden Basisstation weiterhin ein Herleiten geschätzter
Richtungsdaten für innerhalb von außerhalb des Betriebsbe
reichs der Basisstation befindlichen Betriebsbereichen be
findliche Mobilstationen ermöglicht, und wobei jede der Ba
sisstationen weiterhin umfaßt:
eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung (125) zum Empfangen der Richtungsdaten der Einfallsrichtungsbewertungs einrichtung, und zum Verwenden der Richtungsdaten zum Schät zen entsprechender Positionen von Mobilstationen und zum Er zeugen von die Positionen angebenden Positionsdaten, und eine Antennenrichtcharakteristikauswahleinrichtung (126) zum Empfangen der geschätzten Zahl von Mobilstationen von der Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung und der Positionsdaten von der Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung, und zum Verarbeiten der Zahl von Mobilstationen und der Positionsda ten durch
Bestimmen einer für die Basisstation gerade verfügbaren Zahl von Übertragungskanälen oder einer Zahl von Mobilstationen, für die keine Übertragungskanäle verfügbar sind, basierend auf der geschätzten Zahl von Mobilstationen und zugewiesenen Zahl von Übertragungskanälen,
Empfangen von Daten einer oder mehrerer anderer Basisstatio nen, die entsprechende Identifikationsinformationen ausge wählter, innerhalb des Betriebsbereichs der anderen Basissta tionen befindlicher Mobilstationen spezifizieren, Erhalten von entsprechenden Positionsdaten der ausgewählten Mobilsta tionen von der Mobilstationspositionserfassungseinrichtung zusätzlich zu den Positionsdaten der innerhalb des Betriebs bereichs befindlichen Mobilstationen, und Erzeugen und Zufüh ren von Steuersignalen zu der Antennenrichtwirkungssteuerein richtung (13), zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuer einrichtung zum Erzeugen von für die Kommunikation der Basis-Station mit den innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstationen und den gewählten Mobilstationen innerhalb der Betriebsbereiche anderer Basisstationen erforderlichen Maxima der Antennenrichtwirkung, falls festgestellt wird, daß einer oder mehr Übertragungskanäle verfügbar sind, und
Senden von Identifikationsinformationen ausgewählter, inner halb des Betriebsbereichs der Basisstation befindlicher Mo bilstationen an andere Basisstationen, falls bei der Beurtei lungsoperation festgestellt wird, daß keine ausreichende Zahl von Übertragungskanälen verfügbar ist.
eine Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung (125) zum Empfangen der Richtungsdaten der Einfallsrichtungsbewertungs einrichtung, und zum Verwenden der Richtungsdaten zum Schät zen entsprechender Positionen von Mobilstationen und zum Er zeugen von die Positionen angebenden Positionsdaten, und eine Antennenrichtcharakteristikauswahleinrichtung (126) zum Empfangen der geschätzten Zahl von Mobilstationen von der Einfallsrichtungsbewertungseinrichtung und der Positionsdaten von der Mobilstationspositionsbewertungseinrichtung, und zum Verarbeiten der Zahl von Mobilstationen und der Positionsda ten durch
Bestimmen einer für die Basisstation gerade verfügbaren Zahl von Übertragungskanälen oder einer Zahl von Mobilstationen, für die keine Übertragungskanäle verfügbar sind, basierend auf der geschätzten Zahl von Mobilstationen und zugewiesenen Zahl von Übertragungskanälen,
Empfangen von Daten einer oder mehrerer anderer Basisstatio nen, die entsprechende Identifikationsinformationen ausge wählter, innerhalb des Betriebsbereichs der anderen Basissta tionen befindlicher Mobilstationen spezifizieren, Erhalten von entsprechenden Positionsdaten der ausgewählten Mobilsta tionen von der Mobilstationspositionserfassungseinrichtung zusätzlich zu den Positionsdaten der innerhalb des Betriebs bereichs befindlichen Mobilstationen, und Erzeugen und Zufüh ren von Steuersignalen zu der Antennenrichtwirkungssteuerein richtung (13), zum Steuern der Antennenrichtwirkungssteuer einrichtung zum Erzeugen von für die Kommunikation der Basis-Station mit den innerhalb des Betriebsbereichs befindlichen Mobilstationen und den gewählten Mobilstationen innerhalb der Betriebsbereiche anderer Basisstationen erforderlichen Maxima der Antennenrichtwirkung, falls festgestellt wird, daß einer oder mehr Übertragungskanäle verfügbar sind, und
Senden von Identifikationsinformationen ausgewählter, inner halb des Betriebsbereichs der Basisstation befindlicher Mo bilstationen an andere Basisstationen, falls bei der Beurtei lungsoperation festgestellt wird, daß keine ausreichende Zahl von Übertragungskanälen verfügbar ist.
22. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei jede der Mobilstationen weiterhin umfaßt eine Steuersi
gnalübertragungseinrichtung (147) zum Durchführen einer Funk
übertragung unter Verwendung zufällig gewählter Frequenzkanä
le in zufällig gewählten Zeitschlitzen konstanter Dauer, die
aus einer festen Zeitschlitzsequenz gewählt werden, wobei die
Frequenzkanäle aus N Frequenzkanälen gewählt werden, wobei N
eine ganze Zahl ist, wobei die Einfallsrichtungsbewertungs
einrichtung (12) der Basisstation die Richtungsbewertung ba
sierend auf entsprechenden Empfangssignalen der Antennenele
mente (11a, 11b, 11c) nach der Umwandlung in den Zwischenfre
quenzbereich durch die Frequenzumwandlungseinrichtung (14)
durchführt, und wobei die Basisstation weiterhin umfaßt:
eine Gruppe von Bandpaßfiltern (144) variabler Frequenz zum entsprechenden Weiterleiten der Zwischenfrequenzsignale der Antennenelemente zu der Einfallsrichtungsbewertungseinrich tung, und
eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Verändern eines Durchlaßbereichs der Filter mit variabler Frequenz in aufein anderfolgenden N Unterintervallen konstanter Dauer eines je den der Zeitschlitze, damit jedes Filter mit variabler Fre quenz nacheinander aufeinanderfolgenden Frequenzkanälen ent sprechende Zwischenfrequenzwerte in aufeinanderfolgenden Un terintervallen innerhalb eines jeden der Zeitschlitze durch lassen kann.
eine Gruppe von Bandpaßfiltern (144) variabler Frequenz zum entsprechenden Weiterleiten der Zwischenfrequenzsignale der Antennenelemente zu der Einfallsrichtungsbewertungseinrich tung, und
eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Verändern eines Durchlaßbereichs der Filter mit variabler Frequenz in aufein anderfolgenden N Unterintervallen konstanter Dauer eines je den der Zeitschlitze, damit jedes Filter mit variabler Fre quenz nacheinander aufeinanderfolgenden Frequenzkanälen ent sprechende Zwischenfrequenzwerte in aufeinanderfolgenden Un terintervallen innerhalb eines jeden der Zeitschlitze durch lassen kann.
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