DE4335345A1 - Funkfeststation und Antennenanordnung zur Funkversorgung eines Tunnels - Google Patents

Description

Aus EP 0 465 457 A2 ist eine Vorrichtung zur Funkversorgung eines Tunnels bekannt. Diese enthält ein als Sende- und Empfangsantenne dienendes Strahlerkabel und damit verbundene Sender und Empfänger, die drahtlos mit einer Funkfeststation (Basisstation) verbunden sind. Die dort beschriebene Vorrichtung ist zur drahtlosen Ankopplung des Strahlerkabels an eine Funkfeststation innerhalb eines Mobilfunknetzes vorgesehen. Der Tunnel wird sowohl in Abwärtsrichtung (downlink) als auch in Aufwärtsrichtung (uplink) mit freien Frequenzkanälen der Funkfeststation versorgt. Dadurch jedoch wird der Funkfeststation Kanalkapazität entzogen. Weiterhin muß bei der Einfahrt einer Mobilstation in den Tunnel, d. h. beim Wechsel der Funkverbindung von der Antenne der Funkfeststation zum Strahlerkabel, ein Frequenzkanalwechsel (Handover) erfolgen. Bei der Ausfahrt der Mobilstation aus dem Tunnel muß entsprechend ein weiterer Frequenzwechsel erfolgen. Während des Handovers einer sich schnell bewegenden Mobilstation kann die Funkverbindung abreißen.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Funkfeststation und eine Antennenanordnung zur sicheren Funkversorgung eines Tunnels mit ausreichender Kanalkapazität bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Funkfeststation mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch eine Antennenanordnung mit den Merkmalen nach Anspruch 7.

Danach wird durch den Gleichkanalbetrieb einer Antennenvorrichtung und von Antennen eine Tunnel-Funkzelle gebildet, die das Innere sowie Eingangsbereiche des Tunnels umfaßt. Die Kanalkapazität der Tunnel-Funkzelle kann an Anforderungen für die Funkversorgung des Tunnels angepaßt werden. Weiterhin ist ein Handover während der Ein- oder Ausfahrt einer Mobilstation nicht erforderlich.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Zuhilfenahme folgender Zeichnungen beschrieben:

Fig. 1 die schematisch die Funkversorgung eines Tunnels innerhalb eines Mobilfunknetzes zeigt;

Fig. 2 die eine erfindungsgemäße ausgeführte Funkfeststation zeigt.

Fig. 1 zeigt einen Schienenweg der durch einen Tunnel verläuft. Die Funkversorgung für Mobilstationen MS, die sich auf diesem Schienenweg bewegen wird bis auf den Bereich des Tunnels durch ein Mobilfunknetz mit sich überlappenden Funkzellen C bereitgestellt. In diesem Beispiel ist das Mobilfunknetz ein nach GSM (Global System for Mobile Communications) ausgeführtes digitales zellulares Funknetz. Zur Funkversorgung des Tunnels ist eine Funkfeststation BTS vorgesehen mit einer Antennenvorrichtung AL, die das Innere des Tunnels ausleuchtet, und mit Antennen AO und AS, die die Eingangsbereiche des Tunnels ausleuchten. Die Antennenvorrichtung im Innern des Tunnels ist ein als Leckkabel AL ausgeführter offener Wellenleiter, der parallel zum Schienenweg installiert ist. Eine der Antennen ist eine Sektorantenne AS, die an einem der Portale des Tunnels angebracht ist und eine nach außen gerichtete Antennenkeule ausleuchtet. Im Bereich des anderen Tunnelportals ist eine Rundstrahlantenne AO so angebracht, daß sie weiträumig den Bereich des Tunnelportals ausleuchtet und auch in das Innere des Tunnels strahlt.

Das Leckkabel AL, die Sektorantenne AS und die Rundstrahlantenne AO sind an eine Funkfeststation BTS angeschlossen, die alle diese Antennen im Gleichkanalbetrieb speist. Dadurch bilden die von den Antennen AL, AS und AO ausgeleuchteten Bereiche eine Tunnel-Funkzelle TC, die sich über das Innere des Tunnels hinaus auf die Eingangsbereiche des Tunnels erstreckt. Eine Eingliederung dieser Tunnel-Funkzelle in das Mobilfunknetz wird dadurch erreicht, daß die Sektorantenne AS und die Rundstrahlantenne AO so installiert und so gespeist werden, daß die Tunnelfunkzelle TC in den Eingangsbereich des Tunnels sich hinreichend weit mit den Funkzellen C des Mobilfunknetzes überlappt. Bei Ein- oder Ausfahrt in bzw. aus dem Tunnel wird somit ein sicheres Handover zwischen den Funkzellen C und der Tunnel-Funkzelle TC erreicht. Weiterhin steht die volle Kanalkapazität der Funkfeststation BTS für den Tunnel zur Verfügung. Darüberhinaus können die Sende- und Empfangsparameter, wie z. B. Trägerfrequenzen, Sendeleistung, Hopping-Distanzen aufgrund der Ausbreitungsbedingungen der Funkwellen im Innern des Tunnels eingestellt werden.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Funkversorgung des Tunnels innerhalb des Mobilfunknetzes ist hier beispielhaft für die Funkversorgung von Schienenfahrzeugen innerhalb des GSM-Mobilfunknetzes beschrieben. Die in Fig. 1 gezeigte und aus den Antennen AS und AO und der Antennenvorrichtung AL bestehende Antennenanordnung ist auch geeignet zur Funkversorgung von anderen Funkbereichen, die mit einem Tunnel vergleichbar sind, wie z. B. enge Talabschnitte in Gebirgen, Straßenschluchten in Großstädten oder Autobahnunterführungen an einem Verkehrsknotenpunkt. Die gezeigte Antennenanordnung stellt eine stetige Sichtfunkverbindung zwischen der Mobilstation MS und mindestens einer Antenne der Antennenanordnung sicher. Durch den Gleichkanalbetrieb der Antennenanordnung wird der Funkfeldbereich im Innern des Tunnels auf den Eingangsbereich ausgedehnt. Die Tunnelfunkzelle TC besteht aus mehreren Teilbereichen zwischen denen kein Handover erforderlich ist. Die Überlappensbereiche dieser Teilbereiche müssen nicht sehr groß sein.

Im Weiteren wird anhand von Fig. 2 die Funkfeststation mit der Antennenanordnung näher beschrieben. In Fig. 2 ist eine Funkfeststation BTS mit einer Antennenanordnung dargestellt, die aus einem Leckkabel AO, einer Sektorantenne AS und einer Rundstrahlantenne AO besteht. Die Funkfeststation enthält einen Sendeempfänger TRC, der eine NF-Stufe BSB zur digitalen Signalverarbeitung von Basisbandsignalen enthält und der drei HF-/ZF-Stufen RF enthält, an die jeweils eine der Antennen angeschlossen ist. Der Sendeempfänger TRC ist diesem Beispiel ein nach GSM arbeitender TDMA-Zweiwege-Sendeempfänger. Die drei Antennen AS, AL und AO werden nicht von einer gemeinsamen HF-/ZF-Stufe gespeist, sondern von drei separat aufgebauten HF-/ZF-Stufen, die gemeinsam mit der NF-Stufe verbunden sind.

Die von der NF-Stufe BSB im Basisband erzeugten digitalen Sendesignale werden auf die Modulatoren MOD der HF-/ZF-Stufen gegeben, dort GMSK moduliert und als ZF-Signal auf die Aufwärtsmischer UP der HF-/ZF-Stufe gegeben und anschließend über einen Duplexer DUP in die jeweilige Antenne eingespeist. In Abwärtsrichtung wird das von der jeweiligen Antenne empfangende HF-Empfangssignal über den Duplexer auf den Abwärtsmischer DWN der entsprechenden HF-/ZF-Stufe geleitet und anschließend im Demodulator DEM zu digitalen Empfangssignalen demoduliert. Die digitalen Empfangssignale werden bitweise in einem Addierer addiert und anschließend in die NF-Stufe BSB zur digitalen Signalverarbeitung eingespeist. Durch diese bitweise Addierung der digitalen Empfangssignale wird der jeweils optimale Empfangsweg selektiert. Demnach arbeitet die Funkfeststation nach dem Macrodiversity-Prinzip.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel ist nur eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. Es sind zahlreiche weitere Ausführungsformen der Erfindung denkbar, wie etwa die Funkversorgung von Teilabschnitten innerhalb eines Schnellstraßennetzes, die mit herkömmlichen Funkfeststationen und Antennenanordnungen nicht ausgeleuchtet werden können.

Claims (8)

1. Funkfeststation (BTS) mit einer Antennenvorrichtung (AL) zur Funkversorgung eines Tunnels, mit Antennen (AO, AS) zur Funkversorgung von Eingangsbereichen des Tunnels und mit einem Sendeempfänger (TRC), der die Antennenvorrichtung und die Antennen im Gleichkanalbetrieb betreibt, wodurch eine Tunnel-Funkzelle (TC) gebildet wird, die das Innere und die Eingangsbereiche des Tunnels umfaßt.

2. Funkfeststation (BTS) nach Anspruch 1, bei der die Antennenvorrichtung ein offener Wellenleiter (AL) ist und bei der die Antennen Rundstrahlantennen (AO) und/oder Sektorantennen (AS) sind.

3. Funkfeststation (BTS) nach Anspruch 2, bei der der offene Wellenleiter ein Leckkabel (AL) ist, das die Funkfeststation (BTS) von der Mitte des Tunnels aus speist.

4. Funkfeststation nach Anspruch 2, bei der die Antennen an die Enden des offenen Wellenleiters mittels Gleichkanalverstärker angeschlossen sind.

5. Funkfeststation (BTS) nach Anspruch 1, bei der der Sendeempfänger (TRC) für die Antennenvorrichtung (AL) und für die Antennen (AO, AS) jeweils eine HF-/ZF-Stufe (RF) enthält und bei der der Sendeempfänger (TRC) eine NF-Stufe (BSB) enthält, die mit den HF-/ZF-Stufen (RF) verbunden ist.

6. Funkfeststation (BTS) nach Anspruch 5, bei der der Sendeempfänger (TRC) Sendesignale und Empfangssignale nach Art des Makrodiversity verarbeitet.

7. Antennenanordnung zum Anschluß an einen Sendeempfänger (TRC) einer Funkfeststation (BTS) mit einer Antennenvorrichtung (AL) zur Funkversorgung eines Tunnels und mit Antennen (AO, AS) zur Funkversorgung von Eingangsbereichen des Tunnels.

8. Antennenanordnung nach Anspruch 7, bei der die Antennenvorrichtung ein offener Wellenleiter, insbesondere ein Leckkabel (AL), ist und bei der die Antennen Rundstrahlantennen (AO) und/oder Sektorantennen (AS) sind.