EP1501153A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Überprüfung der Ausrichtung einer Antennenanlage - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Überprüfung der Ausrichtung einer Antennenanlage Download PDF

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EP1501153A1
EP1501153A1 EP04017505A EP04017505A EP1501153A1 EP 1501153 A1 EP1501153 A1 EP 1501153A1 EP 04017505 A EP04017505 A EP 04017505A EP 04017505 A EP04017505 A EP 04017505A EP 1501153 A1 EP1501153 A1 EP 1501153A1
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EP
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antenna
monitoring
earth
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monitoring center
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EP04017505A
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Peter Sibities
Volker Ulrich
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EuBUS GmbH
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EuBUS GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/125—Means for positioning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/005—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using remotely controlled antenna positioning or scanning

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for monitoring the orientation of an antenna system, in particular a mobile radio antenna system.
  • US 5 790 075 discloses a method and a device for measuring the orientation of an antenna based on data from a magnetic field detector known.
  • a reference measurement is carried out in advance, at the antenna must be rotated 360 ° once, while the horizontal and / or vertical component of the earth's magnetic field by means of the sensor is measured. Thereafter, by comparing the current from the sensor measured geomagnetic field data with the previously stored reference data and off the direction of rotation of the antenna whose current orientation is determined.
  • the object of the invention is a reliable monitoring of the alignment allow mobile radio antenna systems with little effort.
  • the invention provides to detect the position of an antenna via the earth's magnetic field.
  • the disturbing influences by iron masts or other electromagnetic influences is with Help compensate for calibration in a given position of the antenna.
  • the invention enables a simple and constant monitoring of the antennas e.g. from the base of an antenna mast of the plant or via a remote diagnostic system.
  • the antenna system can be monitored during operation, as a Do not enter the antenna system and work with ladders or lifting vehicles necessary.
  • eliminating the construction of a complicated measuring device e.g., for a bearing measurement).
  • the antenna system shown in the figure comprises an antenna mast 6, on the multiple antennas 1 are mounted.
  • monitoring units 2 which is an electronic earth magnetic field sensor, a Microcontroller and an interface for communication with an over-whelm headquarters 3.
  • the electronic magnetic field sensor that is at the Antenna detected 1 existing geomagnetic field.
  • a possible failure by Metal masses is compensated by the calibration of the sensor, wherein the Target state as "normal zero" stored in the EEPROM of the microcontroller becomes.
  • the microcontroller constantly measures the deviation from this calibrated one Position and triggers an alarm when exceeding a set tolerance. The exceeding is communicated to the monitoring center 3, this is this visually and / or acoustically signaled.
  • the monitoring center 3 allows also a forwarding to downstream devices 5.
  • the positional deviation of the antenna 1 is according to the invention without external Calibration (e.g., by rotating the antenna or the like).
  • the calibration refers to the assumption of the (once set) nominal position of the Antenna 1. This position of the antenna 1 is by the specifications of the user certainly. If the antenna 1 is mounted, the corresponding values are displayed as Preset position (reference data) stored. Subsequently, the Orientation of the antenna 1 monitored by means of the geomagnetic field sensor by comparing the currently measured values with the reference data become.
  • the variables O, N and Z give the space vectors East, North and Top (Gravitational vector).
  • WMM World Magnetic Model
  • Another parameter to consider is the current time.
  • false alarms of the device may be due to a disregard Such deviations of the earth's magnetic field are due avoided become.
  • the invention allows, independent of the vertical and horizontal Able, a correct indication of the direction of the compass with respect to the antenna 1, where errors of the magnetic field vector due to spatial and temporal Deviations or changes in the Earth's magnetic field and due to ferromagnetic Influences are compensated. This becomes an absolute independence reached by fixed or mobile aids.

Landscapes

  • Support Of Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung zur Überwachung der Ausrichtung einer Antennenanlage, insbesondere einer Mobilfunk-Antennenanlage, umfaßt wenigstens eine an einer Antenne (1) der Anlage angeordnete Überwachungseinheit (2) zur Erfassung der Ausrichtung der Antenne (1). In der Überwachungseinheit (2) wird ein Soll-Ist-Vergleich durchgeführt. Ein Verfahren zur Überwachung der Ausrichtung einer Antennenanlage sieht folgende Schritte vor: Erfassung einer Soll-Ausrichtung einer Antenne (1) der Anlage durch Messung des Erdmagnetfelds, Messen der aktuellen Ist-Ausrichtung der Antenne (1) durch Messung des Erdmagnetfelds, Durchführung eines Soll-Ist-Vergleichs, wobei bei der Messung des Erdmagnetfelds die relative Lage der Erdmagnetfeldlinien in drei Raumrichtungen bestimmt wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung der Ausrichtung einer Antennenanlage, insbesondere einer Mobilfunk-Antennenanlage.
Die Ausrichtung von Mobilfunk-Antennenanlagen (Sendeanlagen der Netzbetreiber, Basisstationen) kann in unerwünschter Weise durch äußere Einflüsse, wie z.B. ein Unwetter, verändert werden. Bislang wird zur Überprüfung der Ausrichtung von Mobilfunk-Antennenanlagen ein Montagetrupp entsandt, der die Anlage mittels Kompaß oder Peilverfahren überprüft. Übliche Erdmagnetkompasse können jedoch aufgrund der Eisenmassen des Antennenmasts der Anlage ein verfälschtes Meßergebnis liefern. Deshalb wird in solchen Fällen ein aufwendiges Peilverfahren zur Bestimmung der Abweichung der Antennenposition von ihrer geforderten Position durchgeführt.
Aus der US 5 790 075 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Ausrichtung einer Antenne auf der Grundlage von Daten eines Magnetfelddetektors bekannt. An der Antenne ist eine Vorrichtung mit einem Sensor zur absoluten Erfassung des Erdmagnetfelds angeordnet. Zur Bestimmung der absoluten Position der Antenne wird vorab eine Referenzmessung durchgeführt, bei der die Antenne einmalig um 360° gedreht werden muß, während dabei die horizontale und/oder vertikale Komponente des Erdmagnetfelds mit Hilfe des Sensors gemessen wird. Danach kann durch einen Vergleich der aktuell vom Sensor gemessenen Erdmagnetfelddaten mit den zuvor abgelegten Referenzdaten und aus der Drehrichtung der Antenne deren aktuelle Ausrichtung bestimmt werden.
Aus der US 6 195 559 ist eine Steuerung zur Ausrichtung einer Antenne einer Funkstation für eine optimale Kommunikation mit einer anderen Funkstation bekannt. Die Steuerung der Antennenausrichtung erfolgt ebenfalls auf der Grundlage einer absoluten Erdmagnetfeldmessung.
Eine Anordnung zur Messung der Biegebewegung eines Antennenträgermasts, die es ermöglicht, einen Positionsmotor so zu steuern, daß die Antenne in einer gewünschten Richtung gehalten wird, ist in der DE 690 08 135 T2 gezeigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine zuverlässige Überwachung der Ausrichtung von Mobilfunk-Antennenanlagen mit geringem Aufwand zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Die Erfindung sieht vor, die Lage einer Antenne über das Erdmagnetfeld zu erfassen. Die Störeinflüsse durch Eisenmasten oder sonstige elektromagnetische Einflüsse wird mit Hilfe einer Kalibrierung in einer vorgegebenen Stellung der Antenne kompensiert. Die Erfindung ermöglicht eine einfache und ständige Überwachung der Antennen z.B. vom Fußpunkt eines Antennenmasts der Anlage oder über ein Femdiagnosesystem. Die Antennenanlage kann im laufenden Betrieb überwacht werden, da ein Betreten der Antennenanlage und Arbeiten mit Leitern oder Hubfahrzeugen nicht notwendig sind. Außerdem entfällt der Aufbau einer komplizierten Meßeinrichtung (z.B. für eine Peilmessung).
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der beigefügten Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine Mobilfunk-Antennenanlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung der Ausrichtung der Antennenanlage.
Die in der Figur gezeigte Antennenanlage umfaßt einen Antennenmast 6, an dem mehrere Antennen 1 angebracht sind. An den Antennen 1 sind Überwachungseinheiten 2 montiert, die einen elektronischen Erdmagnetfeldsensor, einen Microcontroller und eine Schnittstelle zur Kommunikation mit einer Überwai chungszentrale 3 enthalten. Nachdem die Mobilfunk-Antennenanlage installiert ist und die Antennen 1 korrekt ausgerichtet sind, wird über eine Taste 4 an der Überwachungszentrale 3 am Fußpunkt des Antennenmasts 6 der Sollzustand der Antenne 1 kalibriert.
Unter Verwendung des elektronischen Magnetfeldsensors wird das an der Antenne 1 bestehende Erdmagnetfeld erfaßt. Eine eventuelle Mißweisung durch Metallmassen wird durch die Kalibrierung des Sensors kompensiert, wobei der Soll-Zustand als "Normal Null" im EEPROM des Microcontrollers hinterlegt wird. Der Microcontroller mißt ständig die Abweichung von dieser kalibrierten Position und löst bei Überschreitung einer eingestellten Toleranz einen Alarm aus. Die Überschreitung wird der Überwachungszentrale 3 mitgeteilt, die dies dies optisch und/oder akustisch signalisiert. Die Überwachungszentrale 3 ermöglicht auch eine Weiterleitung an nachgeschaltete Geräte 5.
Die Lageabweichung der Antenne 1 wird gemäß der Erfindung ohne externe Kalibrierung (z.B. durch Drehen der Antenne o.ä.) erreicht. Die Kalibrierung bezieht sich auf die Übernahme der (einmal eingestellten) Soll-Position der Antenne 1. Diese Position der Antenne 1 ist durch die Vorgaben des Anwenders bestimmt. Ist die Antenne 1 montiert, werden die entsprechenden Werte als vorgegebene Position (Referenzdaten) abgespeichert. Anschließend kann die Ausrichtung der Antenne 1 mit Hilfe des Erdmagnetfeldsensors überwacht werden, indem die aktuell gemessenen Werte mit den Referenzdaten verglichen werden.
Die Überwachung erfolgt durch Auswertung der Erdmagnetfeldlinien bezüglich der drei Raumachsen:
Figure 00040001
Figure 00040002
Figure 00040003
Die Variablen O, N und Z geben die Raumvektoren Ost, Nord und Oben (Gravitationsvektor) an.
Im Vergleich zu bekannten Verfahren wird keine Absolutmessung des Erdmagnetfelds herangezogen. Es wird vielmehr die relative Lage der Erdmagnetfeldlinien ausgewertet, und zwar in allen drei Raumachsen. Dies ermöglicht eine Überwachung sowohl der Verdrehung als auch der Neigung (Tilt) der Antenne 1, was zu erheblichen Vereinfachungen bei der Montage und bei der Inbetriebnahme der Antennen 1 führt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird bei der Auswertung der gemessenen Erdmagnetfeldlinien die zeitliche Veränderung und/oder ortsspezifische Abweichungen des Erdmagnetfelds an einem vorgegebenen Ort berücksichtigt. Dies kann insbesondere durch Einbeziehung des World Magnetic Models (WMM) erfolgen. Da sich die Erdmagnetfeldlinien im Laufe der Zeit ändern, ist die Überwachung der Position einer Antenne langfristig mit Fehlern behaftet. Diese Fehler werden durch Einbeziehung des alle fünf Jahre aktualisierten World Magnetic Models automatisch korrigiert.
Für die Bestimmung der konkreten zeitlichen Veränderung und/oder ortsspezifischen Abweichung des Erdmagnetfelds ist die absolute Position der jeweiligen Antenne auf der Erde als Parameter erforderlich. Diese Information kann entweder, wenn der Standort genau bekannt ist, direkt über ein Eingabegerät der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt werden, oder sie wird automatisch durch einen in die Vorrichtung implementierten Empfänger zur Standortbestimmung (GPS, EGNOS, Galileo o.ä.) ermittelt.
Ein weiterer Parameter, der zu berücksichtigen ist, ist die aktuelle Zeit. Das bedeutet, daß zu einer gegebenen Zeit und an einem bekannten Ort Abweichungen des Erdmagnetfelds durch den Mikrocontroller im Gerät berücksichtigt werden. So können Fehlauslösungen der Vorrichtung, die auf eine Nichtberücksichtigung solcher Abweichungen des Erdmagnetfelds zurückzuführen sind, vermieden werden.
Die Erfindung ermöglicht also, unabhängig von der vertikalen und horizontalen Lage, eine korrekte Angabe der Himmelsrichtung in Bezug auf die Antenne 1, wobei Fehler des Magnetfeldvektors aufgrund räumlicher und zeitlicher Abweichungen bzw. Veränderungen des Erdmagnetfelds sowie aufgrund ferromagnetischer Einflüsse kompensiert werden. Dadurch wird eine absolute Unabhängigkeit von fest installierten oder beweglichen Hilfsmitteln erreicht.

Claims (14)

  1. Vorrichtung zur Überwachung der Ausrichtung einer Antennenanlage, insbesondere einer Mobilfunk-Antennenanlage, mit wenigstens einer an einer Antenne (1) der Anlage angeordneten Überwachungseinheit (2) zur Erfassung der Ausrichtung der Antenne (1), in der ein Soll-Ist-Vergleich durchgeführt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinheit (2) einen Erdmagnetfeldsensor umfaßt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor kalibrierbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner eine mit der Überwachungseinheit (2) in Verbindung stehende Überwachungszentrale (3) zur Ausgabe des Ergebnisses des Soll-Ist-Vergleichs umfaßt.
  5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungszentrale (3) ein Bedienelement (4) für die Auslösung einer Kalibrierung des Sensors aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungszentrale (3) am Fußpunkt eines Antennenmasts (6) der Anlage angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungszentrale (3) das Ergebnis des Soll-Ist-Vergleichs an ein nachgeschaltetes Gerät (5) weiterleitet.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinheit (2) einen Microcontroller und eine Schnittstelle zur Kommunikation mit der Überwachungszentrale (3) umfaßt.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, verschiedenen Antennen (1) zugeordnete Überwachungseinheiten (2) vorgesehen sind, die mit der Überwachungszentrale (3) in Verbindung stehen.
  10. Verfahren zur Überwachung der Ausrichtung einer Antennenanlage, insbesondere einer Mobilfunkantennenanlage, mit folgenden Schritten:
    Erfassung einer Soll-Ausrichtung einer Antenne (1) der Anlage durch Messung des Erdmagnetfelds,
    Messen der aktuellen Ist-Ausrichtung der Antenne (1) durch Messung des Erdmagnetfelds,
    Durchführung eines Soll-Ist-Vergleichs,
       wobei bei der Messung des Erdmagnetfelds die relative Lage der Erdmagnetfeldlinien in drei Raumrichtungen bestimmt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Messung des Erdmagnetfelds die zeitliche Veränderung und/oder ortsspezifische Abweichungen des Erdmagnetfelds berücksichtigt werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Berücksichtigung der Veränderung bzw. Abweichungen des Erdmagnetfelds das World Magnetic Model einbezogen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Berücksichtigung der Veränderung bzw. Abweichungen des Erdmagnetfelds die absolute Position der Antenne auf der Erde bestimmt wird.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß für die Berücksichtigung der Veränderung bzw. Abweichungen des Erdmagnetfelds die aktuelle Zeit mit einbezogen wird.
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