SE521761C2 - Antennanordning och ett därtill relaterat förfarande - Google Patents

Description

§_\ (Il 20 25 30 521 761 ”_ __, ,ê . f ' ' 2 krav på att installationerna ska vara mer eller mindre estetiska, så väl i städer som på landsbygden. Också för “Radio in the Local trådlösa LAN (Local Area Networks), dvs för blir det Loop” installationer; inomhus- och utomhusinstallationer, komplikationer.

Därför är det i allmänhet önskvärt att kunna reducera antalet basstationsantenninstallationer så mycket som möjligt, liksom det är önskvärt att kunna reducera storleken på dessa så mycket som möjligt.

Typiska cellulära system har allokerat upp respektive nedlänken i två olika frekvensband med simultan transmission, Frequency Division Duplex (FDD). Basstationsantennanordningar i sådana system använder ofta samma antenn för både sändning och mottagning. Skälen till detta är att de ska vara estetiska, kostnaderna för antenner, matarnätverk och installation och underhåll skall också hållas så låga som möjligt.

Generellt används två olika slag av upplänksdiversitet i dagens system. Ett slag av upplänksdiversitet är så kallad spatiell eller rymddiversitet som kan implementeras genom att antennerna är separerade ifrån varandra. Ett annat sätt på vilket upplänksdiversitet kan erhållas, är genom användning av polarisationsdiversitet. Polarisationsdiversitet utnyttjar det faktum att fädning i hög grad är okorrelerad i ortogonala polarisationsriktningar. Polarisationsdiversitet är attraktiv genom det att det bara behövs en antenn och båda polarisationerna användes på upplänken, medan vanligen en enda polarisationsriktning väljs ut för varje bärare eller sändtagare på nedlänken.

Fig. l visar en känd rundstrålande basstationsantennanordning.

Denna kända anordning utnyttjar rymddiversitet. Anordningen innehåller fyra sändtagare, av vilka två är kopplade till en 10 |.._.| (_71 20 25 30 2521 761 íU° kombinerare, medan de tv andra är kopplade till en annan kombinerare för nedlänkskommunikation. En av kombinerarna är kopplad till ett duplexfilter som är anslutet till en av antennerna, och den andra kombineraren är kopplad till ett annat duplexfilter som j. sin tur är kopplat till den andra antennen. duplexfilter antenn. För Typiskt är ett förbundet med varje upplänkskommunikation är varje duplexfilter kopplat till en splitter, där varje splitter kommunicerar med vardera av sagda sändtagarmedel.

Det är en nackdel med sådana system att duplexfiltren ger upphov till stora förluster för de sända och mottagna signalerna i systemet. För att kunna hantera förlusterna, är det känt att utnyttja stora kavitetsfilter. Sådana filter är både dyra och utrymmeskrävande.

Som ett alternativ kan olika antenner användas på upplänken respektive nedlänken. En sådan lösning kommer emellertid att resultera i ytterligare kostnader för matningsnät och antennhårdvara. Dessutom kommer installationskostnaderna att bli högre. Därutöver är det ofta inte möjligt att använda separata antenner för upp- respektive nedlänken av estetiska skäl.

Typiskt är att nedlänkskombineraren introducerar ännu större förluster än duplexfiltret. Ofta används standardhybrideffekt- kombinerare, som ger åtminstone 3dB förlust för varje kombineringsnivà, och om ett stort antal sändtagare behövs, kommer förlusterna att bli allvarliga på nedlänken.

“Novel method of nmltiplexing radiocommunication antennas using circular-array configuration” av 130, Nr. 6, 1983, son: matas ifrån ett xnultipelportsmatningsnät som ger ett antal J.R.F. Guy et al. I IEE Proceedings, vol. sid 410-414, visar en antenn 10 15 20 25 30 ßl ' I ï' . I .- , II ' 1 I _ _ :i å' h* å i * - v I~ - = . - ~ 1 ^* '. . 1 I ', x . -~ * ; , » 4 1 = . < * ,' 1 : ' h n ^ ' _ _ .- fl' f. m ,= “ , . elektriskt oberoende mönster som har en rundstrålande täckning.

Speciellt används en Butlermatris som matningsnät. Emellertid beskrivs inte hur detta skulle implementeras i en basstation, där diversitetsprestanda och filterkonfigurationer är väsentliga. Allt som presenteras är en repeterartillämpning.

Dessutom visar WO 98/28861 en antennanordning och ett förfarande för att tillhandahålla diversitet. Dokumentet visar en anordning som ger fasdiversitet, men det visas inte hur en sådan diversitet faktiskt åstadkommes, och en sådan anordning skulle ändå kräva stora filter på nedlänken.

Således visar inte någon av de kända anordningarna på en lösning som tillhandahåller diversitet på ett tillfredsställande sätt, dvs en lågkostnads, estetisk lösning med låga förluster.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Vad som behövs är därför en antennanordning som tillhandahåller sända och/eller för diversitet, och i vilken förlusterna för mottagna signaler blir låga. Speciellt behövs en antennanordning som inte kräver klumpiga och dyra filter. Dessutom behövs en antennanordning genom vilken förluster som uppträder genom kombinerare på nedlänken kan reduceras i jämförelse med i hitintills kända anordningar. Speciellt behövs en antennanordning som medger ett stort antal sändtagare utan att detta ger upphov till alltför allvarliga förluster på nedlänken. Speciellt behövs en antennanordning genom vilken det blir möjligt att styra prestanda på upplänken i förhållande till prestanda på nedlänken.

Därutöver behövs en antennanordning genom vilken det blir möjligt att få rundstrålande lober både på upplänken och på nedlänken. En antennanordning som använder riktantenner som uppfyller ett eller flera av ovan nämnda mål behövs också. 10 ;_\ Lfl 20 25 30 521 761 5 ä 1 en |_J |,._: Ett förfarande för att tillhandahå la kommunikation mel basstationsantennanordning och användarstationer som uppfyller ett eller flera av ovan nämnda mål behövs också. Dessutom behövs ett tillhandahålla fasdiversitetstransmission vid en basstationsantennanordning som förfarande för att åtminstone uppfyller ett eller flera av ovan nämnda mål.

Därför anges en basstationsantennanordning vilken innefattar ett antal antennelement och ett antal sändtagarmedel för att sända och ta emot signaler till/från användarstationer. Antennanordningen innehåller ett matningsnät med ett antal fasportar, av vilka fasportar några bildar första fasportar anslutna till ett antal sändtagarmedel för nedlänkskommunikation, och av vilka några bildar andra fasportar anslutna till ett antal mottagarmedel för upplänkskommunikation. Matningsnätet innehåller dessutom ett antal antennportar som är anslutna till antennelement. Matningsnätet genererar väsentligen oberoende, ortogonala signaler för att tillhandahålla för fasdiversitet, och antennelementen är anordnade så att de bildar åtminstone en cylindrisk gruppantenn.

Antennelement antas i denna ansökan avse ett separat antennelement eller en undergrupp av antennelement.

Speciellt kan prestanda på upplänken respektive på nedlänken styras genom anordnande av lämpligt antal fasportar till att bilda första respektive andra fasportar.

I en speciellt fördelaktig implementering är varje första fasport, dvs en fasport avsedd för nedlänkskommunikation, förbunden med ett sändtagarmedel, eller varje sändtagarmedel är förbundet med en separat första fasport för nedlänkskommunikation. På detta sätt kommer det inte att behövas några kombinerare på nedlänken, vilket fördelaktigt, eftersom kombinerare ger är extremt upphov till avsevärda förluster såsom diskuterats tidigare i ansökan. 10 15 20 25 30 521 761 I andra implementeringar är ett begränsat antal sändtagarmedel kopplade till en och samma första fasport, exempelvis två, tre eller fyra sändtagarmedel (men det kan också vara fler).

Emellertid kommer det i sådana fall att föreligga ett visst behov även om behovet av kombinerare kommer att vara hitintills av kombinerare, reducerat i jämförelse med för kända system, men vinsten kommer att vara lägre i ett sådant fall jämfört med de fall där varje sändtagarmedel är kopplat till en separat första fasport.

I en implementering kan ett sändtagarmedel vara förbundet med fler än en fasport. Detta gäller för ett sändtagarmedel eller för flera sändtagarmedel, eller till och med för alla.

I en fördelaktig implementering är ett antal signalsplittringsmedel anordnade för att splittra signaler på utgången ifrån de andra fasportarna, och varje andra fasport är förbunden med ett splittermedel för upplänkskommunikation. Ännu mera speciellt är åtminstone två andra fasportar, vilka således används för upplänkskommunikation, anordnade, där vardera av sagda fasport är direkt förbunden med ett separat splittermedel möjliggörande fasdiversitetsmottagning_ I en implementering är varje splittermedel förbundet med varje sändtagarmedel.

Alternativt är varje splittermedel förbundet med ett antal sändtagare, och detta antal kan vara olika för olika splittermedel.

Enligt uppfinningen är antalet fasportar som genererar ortogonala signaler lägre än eller lika med antalet antennelement. I en speciell implementering används en gemensam cylindrisk gruppantenn för upplänks och nedlänkskommunikation. I en annan implementering ._ .I __ Cyliuui A A * _ . -..L acyalatâ för Upp- }_|. används ska gruppantenner respektive nedlänkskommunikation. Då kan företrädesvis åtminstone två 10 20 25 30 u. u. cylindriska gruppantenner vara anordnade, och matningsnätet består speciellt av två matningsnätmedel (soH\ vardera i själva verket utgör ett matningsnät) så att varje cylindrisk gruppantenn är förbunden med ett separat matningsnätmedel. Ett av matningsnätmedlen hanterar nedlänkskommunikation, så att varje fasport i ett sådant matningsnät används som en första fasport, och den andra hanterar upplänkskommunikation, och var och en av ett antal fasportar kommunicerar med ett antal sändtagarmedel via separata splittermedel.

I återigen en annan implementering används ett antal fasportar både som första och andra fasportar för både upplänks och nedlänkskommunikation. Då måste dessa fasportar vara förbundna med duplexfilter. Således behövs i ett sådant fall faktiskt duplexfilter, om än i en mindre omfattning än i kända anordningar.

Enligt olika implementeringar av uppfinningen kan också tillhandahållas för polarisationsdiversitet. tillhandahålles för Enligt ett utförande polarisationsdiversitet på upplänken. Då används två cylindriska gruppantenner med ortogonalt polariserade element för upplänken, medan bara en används för nedlänken. Enligt ett annat utförande tillhandahålles för polarisationsdiversitet såväl för upplänks-, som för nedlänkskommunikation. Då används två cylindriska gruppantenner för nedlänken och två cylindriska gruppantenner för upplänken. När två separerade gruppantenner används på upplänken och/eller nedlänken, kan också rymddiversitet introduceras.

I återigen ett annat utförande tillhandahålles för polarisationsdiversitet för upplänks-, såväl som för nedlänkskommunikation genom. användning av" dubbelpolariserade antennelement. Då behövs bara en gruppantenn för upplänkskommunikation och bara en för nedlänkskommunikation. 10 15 20 25 30 521 761 . i ; 1 . .

Enligt föredragna utföranden av uppfinningen består matingsnätet av en Butlermatris. I de utföranden där det finns fler än ett matningsnät, eller matningsnätmedel, består varje sådant matningsnätmedel av en separat Butlermatris. Antennanordningen eller varje antennmedel, om det finns fler än en antennanordning såsom diskuterats ovan, innefattar en cylindrisk gruppantenn med ett antal antennelement anordnade i N kolumner eller undergrupper vilka matas genom (respektive) Butlermatris för att ge N ortogonala fasportar. Företrädesvis är avståndet mellan kolumnerna ungefärligen Ä/2, där Ä är signalvåglängden.

Uppfinningen är emellertid inte begränsad till utnyttjande av en Butlermatris, även om detta utgör ett fördelaktigt utförande, utan som en matningsnätet kan i mera generella termer kännetecknas unitär, ortogonal spridningsmatris.

Ett förfarande för att tillhandahålla kommunikation mellan en basstationsantennanordning, som innefattar ett antal antennelement och användarstationer, och ett antal tillhandahàlles också. sändtagarmedel, Förfarandet inkluderar stegen att; koppla sändtagarmedlen till ett antal fasportar i ett matningsnät, så att endast ett begränsat antal sändtagarmedel är förbundna med varje fasport; transformera signaler från sändtagarmedlen i matningsnätet till signaler som är väsentligen oberoende och ortogonala; mata ut de ortogonala signalerna som har olika fas men lika amplitud på varje antennport till ett antal antennelement som är anordnade i form av en eller flera cylindriska gruppantenner.

Speciellt inkluderar förfarandet steget att; ansluta varje sändtagarmedel till en separat fasport i matningsnätet för nedlänkskommunikation.

Alternativt är fler än ett, men bara ett begränsat antal, sändtagarmedel, anslutna till en och samma fasport. Ännu mera lO 15 20 25 30 521 761 .m n. 9 speciellt inkluderar förfarandet stegen att; mata den eller de cylindriska gruppantennen (antennerna) som innefattar antennelement anordnade i N kolumner (undergrupper) genom ett matningsnät som innefattar en Butlermatris, där kolumnavståndet är mellan Ä/4-2%, så att ett rundstrålande fasmönster erhålles som innehåller N cykler med (2n) fasvariation. Ännu mera speciellt kan förfarandet inkludera steget att ansluta åtminstone två fasportar hos matningsnätet till upplänks splittermedel, anslutna sagda upplänks splittermedel till åtminstone ett antal sändtagarmedel så att, också utöver fasdiversitetstransmission, och fasdiversitetsmottagning möjliggöres.

I en fördelaktig implementering inkluderar förfarandet stegen att; styra förhållandet mellan prestanda på upp-, respektive nedlanken genom att styra antalet fasportar som används för upplänks-, respektive nedlänkskommunikation.

I en alternativ inkluderar förfarandet dessutom att; tillhandahålla en andra implementering stegen annan cylindrisk till ett gruppantenn; ansluta andra (liknande det sagda gruppantenn matningsnat till ansluta åtminstone några fasportar i det andra matningsnätet till första matningsnätet som hänvisats ovan); signalsplittermedel; till ansluta vart och ett av sagda splittermedel åtminstone några av sändtagarmedlen så att fasdiversitetsmottagning möjliggöres. På detta sätt används separata cylindriska gruppantenner och separata matningsnät eller matningsnätmedel för upplänks-, respektive nedlänkskommunikation.

I återigen en annan implementering kan förfarandet inkludera stegen att; ansluta några av fasportarna till signalsplittermedel för upplänks kommunikation, (för detta ändamål måste duplexfilter inLroduceras); ansluta vart och ett av splittermedlen till ett antal sändtagarmedel så att också fasdiversitetsmottagning medges. 10 15 20 25 30 521 761 10 Detta utgör således ytterligare ett annat utförande där några av fasportarna används för både nedlänks-, och upplänkskommunikation.

Dessutom kan ytterligare gruppantenner och matningsnät eller matningsnätsmedel anordnas för att möjliggöra för polarisationsdiversitet utöver fasdiversitet. Alternativt, eller därutöver, kan rymddiversitet tillhandahållas för (utöver fasdiversitet).

Förfarandet kan också inkludera steget att ansluta åtminstone några sändatagare till två fasportar (eller flera) i ett och samma, eller i olika, matningsnät.

Uppfinningen visar också ett förfarande för att tillhandahålla åtminstone fasdiversitetstransmission vid en basstationsantenn- anordning som innehåller ett antal antennelement och ett antal sändtagarmedel. Förfarandet inkluderar stegen att; tillhandahålla signaler ifrån sändtagarmedlen till ett antal fasportar i ett matningsnät, så att bara ett begränsat antal sändtagarmedel blir anslutna till varje fasport; transformera signaler ifrån sändtagarmedlen i matningsnätet till signaler som är väsentligen oberoende och. ortogonala; Hata in: de väsentligen oberoende och ortogonala signalerna, som har olika fas, men samma amplitud, på olika antennportar till ett antal antennelement anordnade till att bilda en cylindrisk gruppantenn. Eöredragna implementeringar av förfarandet är likvärdiga med de som diskuterats ovan som exempelvis relaterar till att endast ansluta ett sändtagarmedel eller varje sändtagarmedel till en separat fasport, användning av separata cylindriska gruppantenner för upp-, respektive användande av en och både utöver att tillhandahålla för tillhandahålla för nedlänkskommunikation, eller samma cylindriska gruppantenn för upplänks-, och nedlänkskommunikation, eller att, fasdiversitetstransmission också 10 15 20 25 30 a 521 761 ll fasdiversitetsmottagning, eller ännu mera speciellt att tillhandahålla för polarisations-, och/eller rymddiversitet också, såsom diskuterats ovan.

KORTFATTAD FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas mera detaljerat på ett icke begränsande sätt, under hänvisning till bifogade figurer, i vilka: FIG 1 av förklarande skäl visar en känd antennanordning, FIG 2A visar ett exemplifierande blockdiagram över ett utförande av en antennanordning enligt uppfinningen, FIG 2B visar en alternativ implementering där två sändtagarmedel är anslutna till en fasport, FIG 2C visar en ytterligare implementering där två sändtagarmedel är anslutna till två fasportar, FIG 3 visar en alternativ' antennanordning enligt ett annat utförande av uppfinningen där separata gruppantenner används för upplänks-, respektive nedlänkskommunikation, FIG 4 schematiskt illustrerar, i form av ett blockdiagram, återigen en annan implementering enligt vilken några av fasportarna används för både upplänks-, och nedlänkskommunikation, FIG 5 visar annu en annan implementering av det uppfinningsmassiga konceptet där det också tillhandahålles för polarisationsdiversitet, 10 15 20 25 30 521 761r 12 FIG 6 visar ett utförande i vilket mottagnings- och sändnings-, fas- och rymddiversitet tillhandahålles med användning av två gruppantenner, FIG 7 är ett flödesdiagram som mycket schematiskt illustrerar förfarandet för att tillhandahålla för fasdiversitetstransmission, och, slutligen, FIG 8 schematiskt illustrerar ett förfarande för att tillhandahålla för fasdiversitet för mottagning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN I blockdiagrammet i Fig. 1 visas en konventionell, rundstrålande basstationsantennanordning med fyra sändtagare TRX 10, 20, 30, 40 Den illustrerade anordningen utnyttjar rymddiversitet. Ett duplexfilter 10%, 10% är anslutet till varje antenn 9%, 9%. För nedlänkskommunikation kombineras signalerna ifrån TRX 10, 20 för från TRX:erna 30, kombineringsmedel 60% medan signalerna Ty, TJ 40, kombineras i kombineringsmedel 60% De kombinerade signalerna Tf, T; tillhandahålles till duplexfilter 10%, och matas därpå ut till antennmedel 9%. På liknande sätt kombineras signaler T§, TJ i kombineringsmedel 6%, matas ut till duplexfiltret 10% och tillhandahålles till antennmedel 9%. Såsom hänvisats till tidigare i ansökan introducerar kombineringsmedlen 60% Qfl mycket stora förluster på nedlänken, och för en anordning som innehåller flera sändtagare, kommer förlusterna på nedlänken att bli mycket allvarliga.

För upplänkskommunikation matas signaler som är mottagna i ti¿ll 1001, 1002 varifrån signalerna tillhandahålles till vardera ett splittermedel antennmedel 90h 9% respektive duplexfilter 7% 80, som splittrar upp de respektive signalerna och tillhandahåller dem till varje TRX 10, 20, 30, 40. Duplexfiltren 10 15 20 25 30 a x f a q n a q 1 1 v * . . . . _ . _ . v - - o - a i - _ .- l i > 1 _= a 5 - i - u - n , 1 » a a , f- - ; f , , ß - a u . 1 a . . , » 1 ~ , - f » 13 introducerar förluster hos både sända och mottagna signaler, och för att kunna hantera förlusterna, används ofta stora kavitetsfilter vilka, såsom hänvisats till tidigare, emellertid är dyra och kräver mycket plats.

I Fig. 2A illustreras ett första utförande av en anordning 10 enligt uppfinningen. Antennanordningen enligt Fig. 2A inkluderar fyra sändtagarmedel TRX 1A, 2A, 3A, 4A. En väsentligen cylindrisk gruppantenn 9A, som här innefattar sex antennelement (dvs enkla antennelement eller undergrupper av antennelement), är ansluten till ett matningsnät 5A som företrädesvis innefattar en Butlermatris. Med väsentligen cylindrisk menas här en cylinder med ett tvärsnitt som är väsentligen cirkulärt, eller i form av en polygon. Detta är relevant för alla utföringsexempel som beskrivs häri. Rundstrålande lober“ med samma täckning på både upp- som nedlänken tillhandahàlles. Matningsnätet SA innehåller, i det speciellt illustrerade utföringsexemplet, sex fasportar. Åtminstone två av fasportarna i matningsnätet (vilket är ett krav), är anslutna direkt till upplänks splittermedel 7A, 8A för fasdiversitet på mottagningen, medan fyra andra (här) fasportar är anslutna till nedlänkens sändtagarportar, dvs i denna implementering är varje sändtagare TRX 1A, 2A, 3A, 4A försedd med sin egen fasport i matningsnätet till vilken sändsignaler T1, Tu T3, T4 in för kommunikation nedlänks. matas Varje splittermedel 7A, 8A är anslutet till var och en av TRX:erna 1A, 2A, 3A, 4A. I den illustrerade implementeringen visas inte några filter, och sådana skulle inte ens vara nödvändiga. Emellertid, skulle beroende på fortfarande alla isoleringsprestanda för filter antennanordningen, men det krävs under lika vissa kunna behövas, omständigheter inte lika många och stora filter som i traditionella installationer som utnyttjar duplexfilter. 10 15 20 25 30 521 761 14 Att ett flertal fasportar är anordnade för kommunikation nedlänks kommer att få sonl en följd att antalet kombinerare soul behövs väsentligt reduceras, eftersom färre sändtagare är anslutna till varje fasport. Om varje sändtagare har sin egen fasport, såsom i det illustrerade utföringsexemplet, behövs inte någon kombinering alls på nedlänken, och därför inte heller uppträder några kombineringsförluster, vilket är extremt fördelaktigt.

Det är möjligt att styra prestandaförhållandet mellan upplänken respektive nedlänken beroende på hur många fasportar som används för kommunikation upplänks respektive för kommunikation nedlänks, vilket också är mycket fördelaktigt.

Det uppfinningsmässiga konceptet baserar sig på den ortogonala fasprogressionen som kan uppnås med en cylindrisk gruppantenn som matas på rätt sätt med användning av ett matningsnät, såsom en Butlermatris. Givetvis behöver det inte vara en Butlermatris, utan vilket lämpligt matningsnät som helst kan användas. Vad som är av betydelse är att väsentligen ortogonala och väsentligen oberoende signaler tillhandahålles.

I allmänna termer tillhandahåller matningsnätet väsentligen ortogonala signaler och beskrivs av en spridningsmatris.

Spridningsmatrisen för matningsnätet vilket betyder att S"S=U, som här betecknas S, är unitär, där U betecknar enhetsmatrisen och H betecknar en hermitisk konjugation som både är transponatet för spridningsmatrisen och komplexkonjugatet av respektive matriselement. Ett sådant nät skall idealt vara förlustfritt, och alla kolumner i spridningsmatrisen är ömsesidigt ortogonala.

Således kommer en cylindrisk gruppantenn med N kolumner som matas exempelvis, en Butlermatris att ge N ortogonala fasportar.

Jämför också “Novel Method of multiplexing radiocommunication 10 15 20 25 30 521 761 15 antennas using circular-array configuration", IEE Proc. Vol. 130, Pt, H, sid. 410-414, oktober 1983 av J.R.F. Guy och D.E.N. Davies, som härmed inkorporeras häri genom hänvisning därtill.

Nze ordningens fasport genererar en antennexcitering som är fasvariation runt den (ZH) konstant i amplitud men som har en cylindriska gruppen som innehåller N fullständiga cyklers fasförändring. Under förutsättning att kolumnavståndet är av storleksordningen en halv våglängd eller mindre, kommer strålningsmönstret på avstånd att bli väsentligen konstant i amplitud, dvs den är rundstrålande och innehåller en fasvariation på N cykler.

Antalet antennportar är i Fig. 2A illustrerat till att vara sex, men det kan också finnas flera, emellertid får det inte finnas fler ortogonala fasportar än antennelement, men det kan mycket väl finnas fler antennelement än ortogonala fasportar i användning.

I Fig. 2B alternativ illustreras en implementering av det uppfinningsmässiga konceptet. Antennanordningen 20 liknar* den i Fig. 2A i det att den innehåller fyra sändtagarmedel, TRX:er lB, 2B, 3B, 4B och ett matningsnätet i form av t ex en Butlermatris 5B. Den innehåller också en cylindrisk gruppantenn 9B :ned sex antennelement. Emellertid är i detta fall två sändtagarmedel TRX lB, 2B anslutna till en och samma fasport i Butlermatrisen 5B, medan TRX:er 3B, 4B är anslutna till en annan fasport i Butlermatrisen 5B. Detta betyder att viss mängd kombineringsmedel TRX lB, 2B kombineras i TRX:er 3B, 4B måste finnas, och signalerna ifrån kombineringsmedel 6B1 medan signalerna ifrån kombineras i kombineringsmedel 6B2. 6B2 inger kombinerade sändsignaler T1, T2 I likhet med i Fig.

Kombineringmedlen 6Bh respektive T3, T4 till respektive fasportar. 10 ;._1 LD 20 25 30 521 761 . , . . _ r .N »_ 16 2A är splittermedel 7B, 8B anordnade som tar emot signaler Ry, RB över de två ortogonala fasportarna som används för kommunikation upplänks. Splittermedel 7B, 8B tillhandahåller signaler till var Således fall emellertid blir förlusterna och en av respektive TRX:er. krävs i detta fortfarande vissa kombineringsmedel, betydligt lägre än i kända anordningar eftersom det bara tillhandahålles två signaler till varje kombineringsmedel.

I återigen andra utföringsexempel kan det finnas tre eller fyra sändsignaler som inkommer till en och samma kombineringsmedel. Det huvudsakliga är att det finns fler fasportar än i kända anordningar och de kombinerare som behövs kan göras mindre och enklare än i hitintills kända anordningar. Om ett stort antal sändtagarmedel används, blir sådana utföranden fortfarande mycket fördelaktiga. Dessutom reduceras behovet av filter påtagligt.

I Fig. 2C visas återigen en annan implementering. Också här innehåller antennanordning 30 fyra sändtagarmedel TRX lC, 2C, 3C, 4C, ett matningsnät SC, exempelvis i form av en Butlermatris, och en cylindrisk gruppantenn 9C som här innefattar exempelvis åtta antennelement. För kommunikation upplänks tar två splittermedel 7C, 8C emot signaler Rv, RQ över två fasportar avsedda för kommunikation upplänks anordnade liksom i föregående utföringsexempel. Emellertid är för kommunikation nedlänks TRX lC ansluten till två fasportar som inger signaler Tlh Tu till var och på liknande sätt är TRX 3C ansluten tillhandahålla och en av fasportarna, till exempelvis två andra fasportar för att signaler Tu, ïhg över sagda fasportar till nßtningsnätet 5C. I detta utföringsexempel antas att TRX:er 2C, 4C vardera endast är ansluten till en fasport. Emellertid skulle också dessa TRX:er kunna ha varit anslutna till två fasportar vardera. Det är också möjligt att ansluta varje sändtagarmedel till exempelvis tre fasportar osv. På detta sätt möjliggörs lobformning. 10 15 20 25 30 * 521 761 | » . . . . 17 En signal ifrån en TRX som är ansluten till multipla fasportar kan exempelvis splittras till de olika portarna, switchas mellan de olika portarna, olika tidsfördröjning kan införas (om exempelvis en av signalerna är fördröjd). I allmänna termer kan prestanda nedlänks ökas i det att de respektive kanalerna kan moduleras på olika sätt genom tidsfördröjning, switchning och andra slag av modulering. Då kan fördröjningselement, switchar osv' komma att behövas. Det visas ej eftersom fungerandet torde vara uppenbart för fackmannen. Information kan exempelvis delas så att en del av informationen i ett meddelande tillhandahålles till den första fasporten eller matningsnätet, medan en annan del av informationen tillhandahàlles till den andra fasporten eller matningsnätet, koddiversitet (för exempelvis CDMA-, Code Division Multiple Access, system) kan också implementeras.

Enligt återigen en annan implementering kan separata antenngrupper användas för kommunikation upplänks respektive nedlänks. En sådan antennanordning 40 illustreras schematiskt i blockdiagrammet i Fig. 3. Genom att använda separata antenner för upp-, respektive nedlänken, kommer en mycket hög isolering att tillhandahållas mellan upp-, och nedlänken, vilket ännu mera reducerar behovet av filter, vilket är extremt fördelaktigt.

I det illustrerade utföringsexemplet finns det fyra TRX:er, 1D, 2D, 3D, 4D som vardera använder en separat fasport hos matningsnätet 5D1, t ex en Butlermatris, som är ansluten till en cylindrisk gruppantenn 9D1, med här sex antennelement.

För upplänks kommunikation är ett annat matningsnät 5D2 anordnat till vilket en andra cylindrisk gruppantenn 9D2 innefattande sex (här) vardera ett splittermedel 7Dh antennelement är ansluten. Tre av fasportarna av det andra ' ^' " ...fiïn ...Å 4.111 matningsnatct 5D2 ar anslutna till 7D2, 7D3, där splittermedel 7D1 splittrar en signal inkommen via en ... .i lO 15 20 25 30 521 761 18 av fasportarna OCh tillhandahåller den till *Jart och ett av sändtagarmedel 1D, 2D, 3D, 4D, medan det andra splittermedlet 7D; tillhandahåller signaler till sändtagarmedel 1D, 2D, 3D, 4D, och slutligen det tredje splittermedlet 7D3 tar emot signaler över en annan fasport och tillhandahåller signaler till TRX:er 1D, 2D, 3D, 4D. Det ska emellertid vara klart att detta endast relaterar till en speciell implementering. De cylindriska gruppantennerna 9DU 9D2 behöver inte vara likadana, utan de kan vara optimerade oberoende av varandra, likväl som nwtningsnäten 5D1 och 5D2 kan vara det. De cylindriska gruppantennerna kan exempelvis vara anordnade på olika höjd, men också i andra avseenden kan det tillhandahållas för olika variationer. inom det Enligt detta Ytterligare en annan antennanordning 50 uppfinningsmässiga konceptet illustreras i. Fig. 4. utförande används några fasportar både för nedlänkskommunikation och för upplänkskommunikation. På detta sätt uppnås ett speciellt effektivt utnyttjande av fasportarna. Då behöver emellertid duplexfilter användas, men fördelen med reducerade kombineringsförluster på nedlänken uppnås fortfarande. Speciellt behöver matningsnätet inte ha så sändtagarmedel lE, 2E, 3E, många fasportar. Fyra 4E illustreras också i detta fall. Det ska emellertid vara klart att även om i alla illustrerade utföringsexempel just fyra sändtagarmedel visas, är uppfinningen givetvis inte begränsad därtill, utan det skulle kunna vara vilket antal sändtagarmedel som helst och antalet fyra är endast valt av tydlighetsskäl vad det gäller ritningarna. Det samma gäller för antalet antennelement i en grupp.

TRX:er lE, 2E är vardera anslutna till en separat fasport i matningnätet 5E, t ex en Butlermatris, sonl matar" en cylindrisk Emellertid är de två till gruppantenn 9E, här med sex antennelement. kvarvarande fasportarna i Butlermatrisen 5E anslutna 10 15 20 25 30 f 521 761 19 duplexfilter llE, 12E, till splittermedel 7E, 8E, till som för upplänkskommunikation är anslutna och där det första duplexfiltret llE är TRX 3E för anslutet nedlänkskommunikation, och för upplänkskommunikation är det anslutet till splittermedel 7E, medan duplexfiltret l2E är till TRX 4E för till det andra anslutet nedlänkskommunikation, och för upplänkskommunikation splittermedel 8E inkommande tillhandahåller den till TRX:er lE, 2E, 3E, 4E. som splittrar en signal och Ofta behövs också högpassfílter och làgpassfilter, men dylika implementeras generellt i sändtagarmedlen och de illustreras därför ej.

Således är det enligt det uppfinningsmässiga konceptet möjligt att reducera nedlänkförluster som uppstår genom filter och kombinerare vid sändning av signaler från en rundstrålande basstationsantennanordning. Mottagningsdiversitet uppnås också genom användning av två eller flera ortogonala fasprogressionskanaler på upplänken.

Fig. 5 visar en dubbelpolariserad rundstrålande antennanordning 60 som ger fasdiversitet och polarisationsdiversitet. TRX:er lF, 2F är över två fasportar anslutna till ett första matningsnätsmedel, t ex en Butlermatris 5F1 för' en polarisation, medan en tredje fasport hos matningsnät SE3 är ansluten till ett splittermedel 7F, för att splittra en mottagen signal och tillhandahålla den till TRX:er lF-4F. TRX:er 3F, 4F är anslutna till ett andra natningsnätsmedel 5E¿, också exempelvis en Butlermatris, för en annan polarisation. En tredje fasport är för kommunikation upplänks ansluten till ett andra splittermedel 8F som kommunicerar med TRX:er lF~4F. En dubbelpolariserad cylindrisk gruppantenn 9F används. Gemensamma eller interfolierade antennelement används för båda nolarisationerna.

L lO 15 20 25 30 521 761 20 Fig. 6 visar återigen en annan implementering av en anordning 70 enligt det uppfinningsmässiga konceptet, genom vilken fas och rymddiversitet kan uppnås. Också i detta utförande finns det fyra sändtagare TRX 1G, 2G, 3G, 4G. Två matningsnät (t ex Butlermatriser) 5G1, 5G2 är vardera anslutna till en separat cylindrisk gruppantenn 9G1, 9G2. TRX 1G är ansluten till det första matningsnätet 5G1 och det andra matningsnätet SG2. Således kan väsentligen samma signal tillhandahållas till varje matningsnät, men den kan exempelvis vara olika fördröjd, information kan vara uppdelad så att en del av informationen i ett meddelande tillhandahålles till det första matningsnätet, medan en annan del av informationen tillhandahålles till det andra matningsnätet, koddiversitet (för exempelvis CDMA, Code Division Multiple Access, -system) kan också implementeras. Då multipliceras en av signalerna med en första kod, medan den andra multipliceras med en andra kod, osv.

TRX 2G är också ansluten till både det första och det andra matningsnätet 5Gh 5G2. En switch eller ett fördröjningselement kan vara anordnat för att switcha signalen mellan de två näten, eller för att fördröja den på olika sätt. Splittermedel 7G1, 7G2 är anordnade i likhet med i Fig. 5. På upplänken tillhandahålles för rymddiversitet, och på nedlänken kan en signal delas upp på två (eller i princip fler) fasportar hos olika matningsnät som är till 9G1, 9G2, för att Således tillhandahålles också på anslutna olika gruppantenner således undvika kombineringsförluster. nedlänken för diversitetsvinst.

Genom att splittra upp en signal såson1 visats ovan möjliggörs lobformning på nedlänken.

Fig. '7 är ett flödesdiagranx sonl mycket schematiskt illustrerar tillhandahållandet av sändningsfasdiversitet, och det visar stegen l0 15 20 25 30 521 761 4,. i. 21 att ansluta vart och ett av ett flertal sändtagarmedel till en 100. sändtagarmedel tillhandahålles över respektive fasport, 110, separat fasport i ett matningsnät, Signaler från varje och i matningsnätet transformeras signalerna till väsentligen ortogonala och väsentligen oberoende signaler, 120. till De ortogonala signalerna matas antennelement som är anordnade till att bilda en cylindrisk grupp så att ett rundstrålande strålningsmönster som varierar i fas erhålles, 130.

På liknande sätt är Fig. 8 illustrerar ett flödesdiagram som tillhandahållande av fasdiversitetsmottagning på upplänken. Först tas signaler emot i antennelement som är anordnade i en cylindrisk grupp, 200. tillhandahålles till ortogonala fasportar i ett matningsnät, 210.

Signalerna ifrån den cylindriska gruppantennen Åtminstone två av fasportarna i matningsnätet är anslutna till ett separat splittermedel, 220, och signalerna tillhandahålles från respektive fasportar till respektive splittermedel, 230.

Signalerna splittras i splittermedel och tillhandahålles till vardera ett antal sändtagarmedel, 240.

Det ska vara klart att det uppfinningsmässiga konceptet inte är begränsat till någon speciell accessmetod. Det är likvärdigt tillämpligt på TDMA (Time Division Multiple Access), CDMA (Code Division Multiple Access) och TDD (Time Division Duplex), likväl som FDD (Frequency Division Duplex) kan implementeras i likhet med Space Time eller OFDM (Orthogonal Multiplex).

Coding Frequency Division Det uppfinningsmässiga konceptet är också tillämpligt på mobil- (cellulära eller ej cellulära) kommunikationssystem, fasta kommunikationssystem som utnyttjar radiokommunikation, t ex Radio LAN), in the Local Loop, WLAN (Wireless antenner och bredbandskommunikation osv. Olika slag av' diversitet kan också 10 15 20 25 30 . . - . . « 22 tillhandahållas för, såsom fasdiversitet och en eller båda av rymddiversitet och polarisationsdiversitet. avseenden är inte också i andra till de Det skall vara klart att uppfinningen begränsad specifikt illustrerade utforingsexemplen, utan den kan varieras på ett antal sätt inom ramen för Vidhängande patentkrav.

Claims (31)

1. 0 15 20 25 -- 521 761 423 PAT EN TKRAV l. En basstationsantennanordning (l0;20;30;40;50;60;70) med ett antal antennelement, och ett antal sändtagarmedel (lA-4A;lB-4B;lC- 4C;1D-4D;lE-4É;lF-4F;lG-4G) för sändning och mottagning av signaler tillåfrån ett antal användarstationer, k ä n n Q t eïc k n a d d ä r a v att basstationsantennanordningen är rundstrålande, att ett matningsnät ç5A;5B;5C;5D1,5D2;5E;5E3,5E§;5G1,5G2) är anordnat som innefattar ett antal fasportar, av till vilka ett antal bildar första fasportar som är anslutna ett antal sandtagarmedel för och av vilka ett antal bildar andra kommunikationš nedlänks, fasportar anslutna till ett antal sändtagarmedel för kommunikation (5A:5B;5C:5D1,5D2;5E;5F1,5F2; antal upplänks, där 5511552) sagda matningsnät dessutom innefattar ett antennportar som är anslutna till antennelement, där sagda matningsnät genererar Ortogonala, oberoende, signaler för att tillhandahålla fasdiversitet} och att antennelementen är anordnade att bilda åtminstone en cylindrisk gruppantenn (9A;9B:9C;9D1,9D2;9F;9G1,9G2)_

2. En antennanordning (lO;20:30;40;50;60;70) enligt patent- krav 1, k ä n n e t e_c k n a d d ä r a v att prestanda på upplänken respektive på nedlänken kan styras genom antalet fasportar som anordnas till 'att bilda första respektive andra fasportar.

3. En antennanordning (10;40;60) enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t eïc k n a d d ä r a v 10 20 25 30 521 761 2'~1 att varje första fasport ar ansluten till ett sändtagarmedel (lA- 4A;lD-4D;1F-4F).

4. En antennanordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att varje sändtagarmedel är anslutet till en separat första fasport i matningsnätet.

5. En antennanordning (20) enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att fler än ett sändtagarmedel (lB,2B;3B;4B) är anslutet till en och samma första fasport, åtminstone för några av fasportarna.

6. En antennanordning (30;70) enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v (lC,3C;lG,2G) att ett sändtagarmedel är anslutet till fler än en fasport.

7. En antennanordning (lO;20;30;40;50;60;70) enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att ett 7E,8E,'7F,8F,'7G1,7G2) är antal signalsplittermedel (7A,8A;7B,8B;7C,8C;7Dy-7Dy anordnade för att splittra signaler utmatade ifrån de andra fasportarna på upplänken, och att varje andra fasport i användning är ansluten till ett splittermedel.

8. En antennanordning (10;20;30;40;50;60;70) enligt patent- krav 7, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att åtminstone två andra fasportar är anordnade för upplänkskommunikation, där vardera av sagda andra fasportar är direkt ansluten till ett separat signalsplittermedel lO 15 20 25 30 'S21 761 , . - - . . . . » .. -QS (7A,8A;7B,8B;7C,8C;7D1-7D3;7E,8E;7F,8F;7G1,7Gfl möjliggörande mottagning med fasdiversitet.

9. En antennanordning (lO;20;30;40;50;60;70) enligt patent- krav 8, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att varje signalsplittermedel (7A,8A;7B,8B;7C,8C;7D1-7D3;7E,8E; 7F,8F;7G1,7G2) är anslutet till varje sändtagarmedel.

10. En antennanordning enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att varje splittermedel är anslutet till ett antal sändtagare, där antalet kan vara olika för olika splittermedel.

11. ll. En antennanordning (10;20;30;40;50;60;70) enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att antalet fasportar i användning som genererar ortogonala signaler är mindre än eller lika med antalet antennelement.

12. En antennanordning (lO;20;30;50;60;70) enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att en gemensam cylindrisk gruppantenn (9A;9B;9C;9E;9F;9G1,9Gfl används för kommunikation upplänks och nedlänks.

13. En antennanordning (40) enligt något av patentkraven 1-ll, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att separata (901,9O2) används för cylindriska gruppantenner kommunikation upp-respektive nedlänks.

14. En antennanordning (40) enligt patentkrav 13, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v 10 15 20 25 30 521 761 Q6 att åtminstone två cylindriska gruppantenner (9O1,9O2) är anordnade, och att matningsnätet innefattar två matningsnätsmedel (50U502), så att varje cylindrisk gruppantenn är ansluten till ett separat matningsnätsmedel, av vilka ett (501) hanterar nedlänkskommmunikation så att varje fasport i ett sådant matningsnätsmedel används son1 en. första fasport, och det andra (5Ûfi fasportar kommunicerar med ett antal sändatagarmedel (lD-4D) via (701,7O2,7O3). hanterar upplänkskommunikation, där vardera av ett antal separata splittermedel

15. En antennanordning (70) enligt patentkrav 12 eller 13, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att åtminstone en cylindrisk gruppantenn (9G1,9G2) används för (9G1,9G2) för upplänkskommunikation för att tillhandahålla för rymddiversitet. nedlänkskommunikation och åtminstone två

16. En antennanordning (60) enligt något av patentkraven 12-15, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att åtminstone en dubbelpolariserad gruppantenn (9F) används för att tillhandahålla för polarisationsdiversitet.

17. En antennanordning (50) enligt något av patentkraven 1-13, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att ett antal fasportar används både som första och som andra fasportar för både kommunikation upplänks och nedlänks, och att sagda fasportar är anslutna till duplexfilter (llE, l2E).

18. l8. En antennanordning (lO;20;30;40;50;60;70) enligt något av patentkraven l-17, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att matningsnätsmedlen beskrivs av en ortogonal spridning- enhetsmatris. 10 15 20 25 30 « - , ; . = *521 761 » ß v . . - ~ . , . Q?

19. En krav 18, antennanordning (lÛ;20í30;40;50i60;70) enligt patent~ k ä n n e t e:c k n a d d ä r a v att matningsnätet/matningsnatsmedlen (5A;5B;5C;5D1,5D2;5E;5F1,5Efi 5G1,5G2) innefattar en Butlermatris.

20. En antednanordning (l0;20;30;40:50;60;70) enligt patentkrav 18 eller 19, k ä n n e t eïc k n a d d ä r a v att antennanordningen, eller varje antennmedel, innefattar en cylindrisk grnppantenn med antennelement anordnade :i N kolumner eller undergnupper vilka matas genom. den/en matris för att ge maximalt N ortogonala fasportar.

21. En krav 20, k ä n n e t e:c k n a d d ä r a v antennanordning (l0;20;30;40;50;60;70) enligt patent- att avstàndefl mellan kolumnerna är ungefarligen Ä/4~2Ä, där Ä är signalvàglängden.

22. Ett förfarande för att tillhandahålla kommunikation Hællan en basstationsantennanordning, som innefattar ett antal antennelementš och ett antal sändtagarmedel, och ett antal användarstationer, k ä n n e t e:c k n a t d ä r a v att basstationsantennanordningen är rundstràlande och att förfarandet innefattar stegen att: - ansluta sandtagarmedlen till ett antal fasportar i ett matningsnät på så sätt att endast ett begränsat antal sändtagatmedel är anslutet till varje fasport; _ transfornera signaler från sändtagarmedlen i. matningsnätet till siànaler att tillhandahålla för fasdiversitet, som är ortogonala och oberoende för 10 15 20 25 30

23. k a att

24. k ä att

25. k ä att

26. k ä att i 521 761 - . . . . . . - | | . Q? mata tt de ortogonala signalerna som har olika fas men lika amplitud på antennportar till ett antal antennelement som är anordnade till att bilda åtminstone en cylindrisk gruppantenn. Förfarandet enligt patentkrav 22, n n e t e c k n a t d ä r a v det innefattar steget att: ansluta varje sändtagarmedel till en separat fasport i matningsnätet för kommunikation nedlänks. Förfarandet enligt patentkrav 22 eller 23, n n e t e c k n a t d ä r a v det innefattar steget att: mata den cylindriska gruppantennen som innefattar antennelement anordnade j_ N kolumner genom ett nmtningsnät som innefattar en Butlermatris, där kolumnavstàndet är Ä/4- 2Ä, så att ett rundstrålande fasmönster erhålles som innehåller N cyklers fasvariation. Förfarandet enligt något av patentkraven 22-24, n n e t e c k n a t d ä r a v det dessutom innefattar stegen att; anslutna åtminstone två fasportar hos matningnsnätet till upplänks splittermedel, ansluta sagda upplänks splittermedel till åtminstone ett antal av sändtagarmedlen, så att mottagning med fasdiversitet möjliggöres. Förfarandet enligt patentkrav 25, n n e t e c k n a t d ä r a v det innefattar steget att: 10 15 20 25 30 ; 521 761 .m »= i? - styra förhållandet mellan prestanda upplänks och nedlänks genom, att styra antalet fasportar som används för kommunikation upplänks respektive nedlänks.

27. Förfarandet enligt något av patentkraven 22-26, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att det dessutom innefattar stegen att: - tillhandahålla en ytterligare cylindrisk gruppantenn, - ansluta sagda andra gruppantenn till ett andra matningsnät, - ansluta åtminstone några fasportar i det andra matningsnatet till signalsplittermedel, - ansluta vart och ett av sagda splittermedel till åtminstone några av sandtagarmedlen så att mottagning med fasdiversitet möjliggöres.

28. Förfarandet enligt något av patentkraven 22-24, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att det dessutom innefattar stegen att: - ansluta några av' fasportarna till ett signalsplittermedel för upplänkskommunikation, (via duplexfilter) - ansluta vart och ett av sagda splittermedel till åtminstone några av sändtagarmedlen så att mottagning med fasdiversitet möjliggöres.

29. Förfarandet enligt något av patentkraven 22-28, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v ytterligare antenner och matningsnät är anordnade för att möjliggöra polarisationsdiversitet och/eller rymddiversitet.

30. Förfarandet enligt patentkrav 22, k a n n e t e c k n a t d ä r a v 10 15 20 25 30 f 521 761 30 att det innefattar steget att ansluta åtminstone några sändtagare till två eller flera fasportar för att möjliggöra omformning och olika modulering av signaler.

31. Ett forfarande för att tillhandahålla åtminstone fasdiversitet för transmission vid en basstationsantennanordning som innehåller ett antal antennelement och ett antal sändtagarmedel, k ä n n e t e§c k n a t d ä r a V att basstationsantennanordningen är rundstrâlande och att förfarandet innefattar stegen att: - tillhandahålla signaler från sändtagarmedlen till ett antal fasportar i ett matningsnät så att endast ett begränsat antal sändtagarmedel anslutes till varje fasport; - transformera signaler frán sändtagarmedlen i matningsnätet till signaler som är ortogonala och oberoende, - mata ut de ortogonala signalerna som har olika fas(er) men lika amplitud(er) på utgångsportar till ett antal antennelement som är anordnade att bilda en cylindrisk gruppantenn.