DE10163455A1

DE10163455A1 - Antennenanordnung und Verfahren zur Richtungserkennung einer Mobilfunkaussendung, insbesondere für GSM, UMTS und Wireless LAN

Info

Publication number: DE10163455A1
Application number: DE10163455A
Authority: DE
Inventors: Detlef Mansel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2003-08-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Richtungserkennung einer Mobilfunkaussendung, bei dem eine Anzahl von räumlich verteilt angeordneten Antennen (1, 1') ein Antennenarray (11, antenna diversity) bilden, mit dem von einer Quelle der Mobilfunkaussendung ausgehende Mobilfunkwellen (15) aufgenommen werden, wobei die von den Antennen (1, 1') empfangenen Mobilfunkwellen (15) anhand ihrer Phasenverschiebung (27) zur Lokalisierung der Quelle der Mobilfunkaussendung herangezogen werden. Hierbei wird jeweils zur gleichen Zeit eine Untergruppe der Antennen (1, 1') des Antennenarrays (11) gleichzeitig zum Empfang der Mobilfunkwellen (15) aktiviert, wobei in schneller Abfolge aus den Antennen (1, 1') des Antennenarrays (11) jeweils andere Untergruppen in Form von Kombinationen einzelner Antennen (1, 1') aktiviert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Antennenanordnung zur Richtungserkennung einer Mobilfunkaussendung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. gemäß Oberbegriff des Anspruches 17.
Mobilfunkaussendungen sind nicht in allen Lebensbereichen zulässig. Beispiele für unerlaubte Bereiche sind Justizvollzugsanstalten (aus Sicherheit gegen unerlaubte Absprachen usw.), aber auch Flugzeuge, Krankenhäuser (jeweils aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit EMV) oder andere Bereiche (Schutz vor Belästigung wie z. B. in Restaurants oder dgl.). In diesen Bereichen muß eine unerwünschte Mobilfunkaussendung zuverlässig erkannt und ausreichend genau örtlich zugeordnet werden, damit ein zügiges Abschalten des Gerätes und evtl. aus dem Verkehr bringen möglich ist. Dabei muß das die Mobilfunkaussendungen aussendende Gerät keinesfalls als Funkgerät konzipiert sein. So stören viele andere Geräte, z. B. sog. Notebooks und CD-Spieler, auf Grund der dort verwendeten hohen Taktfrequenzen.
Mobilfunkgeräte (z. B. sog. "Handies") senden während des Telefonierens und bei organisatorischen Vorgängen (z. B. Einbuchen in ein Funknetz) Hochfrequenzenergie aus. Das jeweilige Funknetz (z. B. GSM, DECT, Tetra, UMTS) besitzt dabei charakteristische Merkmale im Frequenz- und Zeitbereich, durch die die Mobilfunkaussendung zugeordnet werden kann. Andere Geräte (siehe oben) senden als unerwünschten Nebeneffekt Hochfrequenzenergie mit charakteristischen Merkmalen aus.
Die Richtungserkennung für z. B. elektromagnetische Sender ist ein altbekanntes Problem der Funktechnik und wird im allgemeinen als Peilung oder Funkortung bezeichnet. Sie funktioniert jedoch nur bei ungestörter Ausbreitung der Funkwellen (Freifeld) einwandfrei. Bei der konventionellen Funkpeilung werden verschiedene Anordnungen von Antennen benutzt. Hierbei ist bezüglich der Art der Auswertung der mit diesen Antennen gewonnenen Signale bekannt, daß mit Hilfe von zwei Antennen in einem Abstand etwa in der Größe der Wellenlänge sich bei einer einfallenden homogenen Welle die Richtung, aus der die Welle einfällt, über die Phasenverschiebung des Spannungsverlaufes auf den beiden Antennen bestimmen läßt. Die Phasenverschiebung kann ermittelt werden, in dem sie durch Phasenschieberschaltungen statisch kompensiert und das Maximum des Summensignals gebildet wird. Alternativ kann das Minimum bei 180° Phasendrehung gesucht werden (siehe hierzu Fig. 1a).
Bei modernen digitalen Mobilfunkverfahren wird im allgemeinen mit digitalen Peilempfängern gearbeitet (siehe hierzu Fig. 1b). Bei diesen wird das Signal zunächst über einen Mixer in einen anderen Frequenzbereich gemischt, um dann mit einfacher aufzubauenden Digitalschaltungen eine Analyse der Richtung durch digitale Filterung zu bestimmen. Dazu werden aufwendige digital steuerbare Oszillatoren und Filter eingesetzt (Meinke/Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Seite Q53 über Peilempfänger). Die digitalen Peilempfänger benötigen zur Realisierung der Richtungserkennung mindestens zwei aufwendige digitale Empfänger (mindestens einen zweiten für die zweite Antenne).
Für den geschilderten Anwendungsfall des Aufspürens unerwünschter Mobilfunkaussendungen kann aber nicht von der für die einfache Peilung notwendigen ungestörten Funkausbreitung ausgegangen werden. Vielmehr beruhen moderne Mobilfunksysteme (insbesondere in höheren Frequenzbereichen, z. B. GSM, DECT, Tetra, UMTS) auf der Ausnutzung von Reflexion, Beugung usw.. Im Allgemeinen befinden sich die Hochfrequenz aussendenden Geräte darüber hinaus in dicht bebauten Gebieten, in Gebäuden oder Flugzeugen usw. mit der Folge von Mehrwegeempfang.
Weitere bekannte Lösungen für Peilaufgaben insbesondere für Umgebungen mit sog. Mehrwegeempfang, bei dem ein Sender durch Reflexionen mehrere Funkwellen gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen empfängt und wobei ein einzelnes Antennenpaar wegen der dabei auftretenden Fehler nicht mehr ausreicht, beruhen auf der Anordnung von mehreren Antennen in einem gleichförmigen Abstand in der Größenordnung der halben bis ganzen Wellenlänge der Welle der Mobilfunkaussendung, wodurch sich Fehler durch Imperfektionen der einfallenden Welle (insbesondere durch den Mehrwegeempfang) teilweise kompensieren lassen, um eine bessere Genauigkeit zu erzielen, und zwar um so besser, je mehr Antennenelemente verwendet werden. Damit bauen aber derart aufgebaute Richtantennen bei den im heutigen Mobilfunk vorliegenden Wellenlängen von beispielsweise 33 cm (für das GSM900-Netz) über ca. 15 cm (beispielsweise für das GSM1800-Netz und das UMTS-Netz) bis zu 12 cm (für sog. Wireless LAN-Netze in der DV-Vernetzung) sowohl in horizontaler wie in vertikaler Richtung relativ groß. Das ist jedoch für die Anwendung zur Überwachung von Gebäuden auf unerwünschte Funkaussendungen oder zur Ermöglichung von Location Services in Gebäuden in der Regel nicht anwendungsgerecht. Verwendet man bei dieser Vorgehensweise jedoch zu wenige Antennen, so ergibt sich das Problem großer Fehler bei der Richtungserkennung. Damit ist es nicht mehr möglich, beispielsweise bei einem Gebäude den Aufenthaltsraum eines sendenden Mobilfunksenders mit hoher Zuverlässigkeit zu bestimmen. Weiterhin führen die vielen benötigten Antennen mit der zugeordneten Elektronik (beispielsweise Phasenschieber oder digitale Empfänger) zu einem hohen Aufwand, der für eine preiswerte Überwachungstechnik oder Location Services nicht marktfähig ist.
Abgekürzt könnte man sagen, daß die bekannten Techniken der Funkpeilung entweder hohe Auflösung bei großer Bauform der Antennenanordnung und mit hohem schaltungstechnischen Aufwand bieten oder bei kleiner Bauform und niedrigem Aufwand nur niedrige Auflösung ermöglichen. Beides ist für die angestrebte Anwendung nicht praxisgerecht.
Aus der DE 198 52 715 A2 ist ein Verfahren zur Aufdeckung und örtlichen Eingrenzung unerwünschter Mobilfunkaussendungen, z. B. unerlaubter Mobilfunktelefonie bekannt, bei dem mit mindestens einem Mobilfunkempfänger mit einer hinsichtlich ihrer Empfangseigenschaften beeinflußbaren Empfangseinrichtung ein Umgebungsbereich des Mobilfunkempfängers auf Vorhandensein von Mobilfunkaussendungen untersucht wird. Hierbei wird als Ausgangspunkt mindestens einmal eine Lernphase durchgeführt, in der anhand wechselnder räumlicher Zuordnung eine Referenzsendeeinrichtung für Mobilfunkaussendungen und dem Mobilfunkempfänger Abbilder abgestrahlter und bekannter örtlicher Referenzfunkaussendungen aufgenommen werden. Die in dieser Lernphase aufgenommenen Abbilder lassen eine Zuordnung des Standortes von Referenzfunkaussendungen aussendender Referenzsendeeinrichtungen zu, die beim späteren Ablauf des Verfahrens einen Vergleich zwischen nicht von der Referenzsendeeinrichtung ausgestrahlter Mobilfunkaussendungen mit denjenigen der Referenzsendeeinrichtung ermöglicht, wobei über das Abbild der unerwünschten Mobilfunkaussendung in einem nachgelagerten Schritt in einer Auswertungsphase die in der Lernphase aufgenommen Abbilder und das Abbild der aufgenommenen Mobilfunkaussendungen miteinander verglichen und daraus eine Information über die räumliche Position der Sendeeinrichtung der unerwünschten Mobilfunkaussendung im Umgebungsbereich ermittelt wird. Durch den Vergleich der Abbilder von unerwünschter Mobilfunkaussendung und der Referenzfunkaussendungen läßt sich anhand verschiedener Kriterien schlußfolgern, welches der Abbilder der Referenzfunkaussendungen der unerwünschten Mobilfunkaussendung am nächsten kommt und damit eine Aussage darüber treffen, wo sich die Sendeeinrichtung der unerwünschten Mobilfunkaussendung wahrscheinlich befinden könnte. Beschrieben ist dieses Verfahren allerdings nur für den Einsatz einfacher Anordnungen von Empfangsantennen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, schon bei relativ kleiner Bauform der verwendeten Antennenanordnung und mit vertretbarem Aufwand eine richtungsspezifische Erfassung einer Mobilfunkaussendung insbesondere auch in einem Umfeld mit Mehrwegeausbreitung zu ermöglichen.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich hinsichtlich des Verfahrens aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich der Antennenanordnung aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 17 jeweils in Zusammenwirken mit den Merkmalen des zugehörigen Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung nach Anspruch 1 geht aus von einem Verfahren zur Richtungserkennung einer Mobilfunkaussendung, bei dem eine Anzahl von räumlich verteilt angeordneten Antennen ein Antennenarray (antenna diversity) bilden, mit dem von einer Quelle der Mobilfunkaussendung ausgehende Funkwellen insbesondere aus der näheren räumlichen Umgebung des Antennenarrays üblicherweise im Bereich von Hunderten von Metern aufgenommen werden, wobei die von den Antennen empfangenen Mobilfunkwellen anhand ihrer Phasenverschiebung zur Lokalisierung der Quelle der Mobilfunkaussendung herangezogen werden. Ein derartiges Verfahren wird dadurch weiter entwickelt, daß jeweils zur gleichen Zeit eine Untergruppe, dabei vorzugsweise genau eine Untergruppe, der Antennen des Antennenarrays gleichzeitig zum Empfang der Mobilfunkwellen aktiviert wird, wobei in schneller Abfolge aus den Antennen des Antennenarrays jeweils andere Untergruppen in Form von Kombinationen einzelner Antennen aktiviert werden. Im Gegensatz zu den bekannten, gleichförmig aufgebauten Antennenarrays werden hierbei immer nur die Signale weniger, vorzugsweise zweier einzelner Antennen miteinander kombiniert, um den Aufwand für die Phasenschiebung und den benötigten Empfänger gering zu halten. Diese einzelnen Antennen des Antennenarrays sind nicht gleichmäßig verteilt, sondern mit für die jeweiligen Aufgabe optimierten verschiedenen Anständen zueinander angeordnet. Um trotz der Verwendung von wenigen Antennenelementen die für die Genauigkeit erforderliche kombinierte Auswertung von vielen Antennensignalen zu gewährleisten (antenna diversity), werden die Antennenpaare schnell umgeschaltet, um während jeder einzelnen im wesentlichen als konstant anzusehenden Funkstrecke der Mobilfunksendung eine hinreichende Anzahl von Meßwerten zu erhalten. Durch die antenna diversity wird es im Zusammenspiel mit den Kompensationsmöglichkeiten des Verfahrens möglich, auch in einem im Nahbereich sehr stark durch Mehrwegeempfang gekennzeichnetem funktechnischen Umfeld die wahre Richtung vom Mobilfunksender zum Empfänger zu erkennen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Umschaltung der jeweils aktivierten Untergruppen des Antennenarrays mit einer derartigen Frequenz erfolgt, daß für eine im wesentlichen als konstant anzusehende Funkstrecke der Mobilfunkwellen mindestens ein Meßwert durch unterschiedliche Untergruppen des Antennenarrays erfaßt wird. Hierdurch ist es möglich, daß während eines wegen seiner kurzen Zeitdauer (burst period) als über eine näherungsweise konstante Funkstrecke anzusehenden kurzen Mobilfunksignales von verschiedenen Antennen der unterschiedlichen Untergruppen des Antennenarrays Signale der gleichen Funkstrecke vermessen werden und daher diese Signale unterschiedliche Bewertungen der gleichen Funkstrecke unter hinsichtlich der Empfangseigenschaften der verwendeten Antennen unterschiedlichen Empfangsbedingungen ermöglichen. So kann beispielsweise eine Messung mit einem relativ großen Abstand der beteiligten Antennen zueinander und damit mit einer relativ guten Auflösung, aber der Gefahr von Mehrdeutigkeiten des Meßsignals durchgeführt werden, eine andere Messung mit relativ zueinander näher benachbarten Antennen, dadurch zwar geringerer Auflösung bei gleichzeitiger Vermeidung von Mehrdeutigkeiten. In der Summe derartiger Messungen wird die Richtung der Mobilfunkaussendung damit wesentlich genauer bestimmt werden können, als dies bei einer einzigen Messung unter konstanten Meßbedingungen und unter Verwendung nur einer Untergruppe der Antennenanordnung der Fall sein könnte.
Weiterhin kann vorgesehen werden, daß bei der Auswertung der von den jeweiligen Untergruppen des Antennenarrays empfangenen Signale Plausibilitätsbetrachtungen durchgeführt werden, die die von den jeweiligen Untergruppen empfangenen Signale zueinander in Relation setzen. Widersprechen sich beispielsweise einzelne Messungen eines zumindest kurzzeitig näherungsweise als konstant anzusehenden Funksignales der unterschiedlichen Untergruppen, so kann durch derartige Plausibilitätsbetrachtungen eine Bewertung vorgenommen werden, welche der Messung als wahrscheinlich genauer und daher als richtiges Ergebnis angesehen werden soll. Hierbei können viele verschiedene Plausibilitätskriterien herangezogen werden, die sich aus der Empfangssituation und auch aus den Gegebenheiten vor Ort ergeben.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß die Geschwindigkeit der Bestimmung der Phasenverschiebung bei jeder Messung und die Frequenz der Umschaltung zwischen den jeweiligen Untergruppen des Antennenarrays sowie die Dauer der Messung derart gewählt werden, daß von den jeweiligen Untergruppen des Antennenarrays eine derartige Anzahl von Signalen empfangen wird, daß diese Daten auch statistisch und/oder numerisch ausgewertet werden können. Werden nicht nur wenige, sondern eine hinreichend große Anzahl von Messungen durchgeführt, so können statistische Methoden oder auch sonstige Bewertungsmethoden wie etwa numerische oder graphische Methoden herangezogen werden, mit denen aus dieser Menge an Meßsignalen ein verbessertes Ergebnis ermittelt werden kann. Dabei kann diese hinreichend große Anzahl von Messungen zum einen unter Verwendung einer einzelnen Untergruppe des Antennenarrays und dabei gleichen Empfangsbedingungen ermittelt werden. Auch ist es denkbar, durch schnelle Umschaltung zwischen den jeweils zu verwendenden Untergruppen des Antennenarrays eine hinreichende Anzahl von Meßsignalen bei dadurch hinsichtlich der Antennen wechselnden Empfangsbedingungen zu ermitteln. Ebenfalls können diese beiden Methoden miteinander kombiniert werden, so daß eine hinreichende Anzahl von Meßwerten sowohl während eines Meßzyklus bei identischer Untergruppe als auch mit unterschiedlichen Untergruppen des Antennenarrays ermittelt wird.
Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die Anzahl von Signalen, die von den von den jeweiligen Untergruppen des Antennenarrays empfangen wird, während einer einzigen im wesentlichen als konstant anzusehenden Funkstrecke (ein burst) empfangen und numerisch oder statistisch ausgewertet wird. Hierdurch ist es möglich, bei gleichbleibender Funkstrecke und unter Verwendung jeweils anderer Untergruppen der Antennenanordnung die Eigenschaften der Funkstrecke so vielfältig zu vermessen, daß durch Kombination und insbesondere numerische Auswertung bzw. graphische Interpretation eine wesentliche Verbesserung der Ergebnisse erreicht werden kann. Dies kann beispielsweise dazu genutzt werden, um Einflüsse von Reflektionen der Funkwellen mit im Sende- oder Empfangsbereich vorhandenen Hindernissen wie Mauern oder auch dem Boden zu kompensieren.
Eine wesentliche Verbesserung der Genauigkeit ergibt sich, wenn die Auswertung der Signale, die während einer einzigen im wesentlichen als konstant anzusehenden Funkstrecke empfangen wurden, numerisch anhand der Gleichung für die Summenspannung

erfolgt.
Hierfür können insbesondere graphische und numerische Methoden verwendet werden, um ein aussagekräftiges Ergebnis aus dieser Summenspannung zu ermitteln, insbesondere kann durch Festhalten einzelner Parameter eine Ermittlung relevanter Daten aus diesem Kennfeld vorgenommen werden, die graphisch einem Schnitt durch das Kennfeld entsprechen und meßtechnisch durch Messung des gleichen bursts mit verschiedenen Untergruppen der Antennenanordnung bestimmt werden.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, daß die Anzahl von Signalen, die von den jeweiligen Untergruppen des Antennenarrays empfangen wird, während einer länger dauernden und unter wechselnden Sende- und Empfangsbedingungen ablaufenden Funkstrecke (eine Anzahl von bursts) empfangen und statistisch ausgewertet wird. Hierbei wird unabhängig von den laufenden Veränderungen der Funkstrecke durch die nacheinander übertragenen bursts die Funkstrecke solange vermessen, bis eine signifikante Anzahl von Meßwerten vorliegen, die eine statistisch gesicherte Auswertung dieser Vielzahl von Meßwerten erlaubt und dadurch die Einflüsse der wechselnden Übertragungsverhältnisse der Funkstrecke kompensiert werden. Als Methoden der statistischen Auswertung können sehr verschiedene Methoden zum Einsatz kommen.
Hierbei ist in weiterer Ausgestaltung insbesondere denkbar, daß die statistische Auswertung in Form einer empfangsrichtungsabhängigen Ermittlung von Histogrammen erfolgt, die die Lage und Häufigkeit von Empfangsminima und/oder Empfangsmaxima bei definierbaren Einstellungen von zur Bestimmung der Phasenverschiebung eingesetzten Phasenschiebern und sich unterscheidenden Untergruppen der Antennenanordnung angibt und durch Gewichtung eine Verbesserung der Ermittlung der Empfangsrichtung der Mobilfunkaussendung zuläßt. Hierdurch ist eine Mittelung der Ergebnisse von sehr vielen einzelnen Richtungsmessungen (z. B. durch Minima) einfach möglich, beispielsweise mit Hilfe des Schwerpunktes eines Histogramms der Häufigkeit von Minima/Maxima bei einer bestimmten Einstellung des/der Phasenschieber. Hierzu kann die Durchführung der Schwerpunktsbildung in einem sich in 360° wiederholenden System durch Ermittlung des Flächenschwerpunktes eines auf einem Kreis mit dem Radius 1 um den Nullpunkt angeordneten Histogramms erfolgen, wobei die Häufigkeit der Minima/Maxima an der jeweiligen Winkelposition (d. h. der Einstellung des Phasenschiebers) das "Gewicht" darstellt. Dadurch werden in einer Umgebung mit Mehrwegeausbreitung unvermeidliche Versprünge der Minima/Maxima um bis zu +180° oder -180° bzgl. des Schwerpunktes des Histogramms gleich bewertet. Außerdem liefert der Abstand des ermittelten Flächenschwerpunktes vom Nullpunkt ein Maß für die Güte des Histogramms. Ist es nahe 1, so ist es gut und die Richtung sehr eindeutig, ist es nahe 0, so würden schon wenige neue Meßwerte zu einer völlig anderen Richtung führen, die Qualität ist also schlecht.
Weiterhin ist es in einer bevorzugten Ausgestaltung denkbar, daß aus den Histogrammen und deren zeitlicher Zuordnung zueinander Güteklassen ermittelt werden, die eine Klassifizierung der Empfangsminima und/oder Empfangsmaxima hinsichtlich ihrer Genauigkeit erlauben. Aufgrund der sich während der hier ausgeführten Messungen ständig ändernden Funkstrecke ist insbesondere die zeitliche Zuordnung und Zusammensetzung der den Histogrammen zugrundeliegenden Meßwerte von Bedeutung und erlaubt bei einer Berücksichtigung eine deutliche Verbesserung der Auswertungsergebnisse. Wenn etwa in Fortführung des Gedankens zur Ermittlung von Güteklassen der Abstand eines Minimums und/oder Maximums vom Schwerpunkt des Histogramms und/oder die Standardabweichung und/oder das Verhältnis der Signalstärke an der Minimumsposition bzw. der Maximumsposition und/oder der absolute oder der relative Signalpegel und/oder die Menge der qualitativ guten Meßwerte insgesamt herangezogen werden, so kann eine weitere Selektion der Meßwerte in dem Sinne erfolgen, daß die Meßwerte nur entsprechend ihrer ermittelten Güteklasse in das Gesamtergebnis der Richtungsbestimmung eingehen und damit eine einfache und rechentechnisch schnell durchführbare Bewertung der Meßwerte erfolgt.
Dabei ist es auch denkbar, daß die Histogramme mit vorab aufgenommenen Histogrammen verglichen wird, die für definierte Mobilfunkaussendungen von definierten Sendeorten gewonnen wurden. Die Histogramme werden hierzu etwa bei einer Lernphase mit bekannten Empfangsbedingungen und mit einem bekannten Standort der Quelle der Mobilfunkaussendung für jeden zu überwachenden Bereich der Umgebung des Antennenarrays gespeichert. Zu Ermittlung des Standortes der Quelle der Mobilfunkaussendung im Regelbetrieb wird für das bei einer detektierten Mobilfunkaussendung im interessierenden Bereich ermittelte Histogramm ein Abstandsmaß zu den eingelernten Histogrammen mit Gütefaktorfunktion unter Berücksichtigung der vorstehend angegebenen Parameter bestimmt. In Kombination mit den gelernten Histogrammen läßt sich daraus auch erkennen, welche Untergruppe des Antennenarrays für einen bestimmten Sendeort einen zuverlässigen oder einen unzuverlässigen Meßwert liefert. Beim Vergleich der Histogramme werden dann sendeortadaptiv immer nur die aussagekräftigen Meßwerte miteinander verglichen. Dadurch ist bei strittigen Meßwerten, die zur Ermittlung benachbarter Standorte als denkbare Quelle der Mobilfunkaussendung führen, dennoch eine zuverlässige Zuordnung möglich.
Von Vorteil ist es, wenn die genaue Lokalisierung des Sendeortes der Mobilfunkaussendung erst dann durchgeführt wird, wenn bei der laufenden, relativ groben Untersuchung der Umgebung des Antennenarrays das Vorliegen einer Mobilfunkaussendung im relevanten Bereich erkannt wurde. Hierdurch wird es möglich, die laufende Überwachung der Umgebung des Antennenarrays durch eine relativ schnell durchzuführende grobe Durchmusterung auszuführen und die genaue und damit zeitaufwendige Analyse des Standortes einer Mobilfunkaussendung erst dann zu veranlassen, wenn das Vorliegen einer Mobilfunkaussendung etwa durch das Überschreiten einer vorgebbaren Feldstärkeschwelle und/oder in einem relevanten Winkelbereich bezogen auf den Sendeort der Mobilfunkaussendung festgestellt wurde. Dabei kann zusätzlich durch eine durchlaufende Durchmusterung in diesem Detektionsbetrieb der Winkelbereich, aus dem eine Detektion einer Mobilfunkaussendung akzeptiert wird, mit Hilfe der Richtungserkennungsmöglichkeit der Antenne eingeschränkt werden.
Zusätzlich ist es denkbar, daß eine funktechnische Analyse des Umfeldes um das Antennenarray herum durchgeführt wird und anhand der Ergebnisse dieser Analyse die Messungen der einzelnen Untergruppen des Antennenarrays korrigiert werden. Durch Verwenden von Vorwissen aus dieser funktechnischen Analyse des Umfeldes (z. B. der Berechnung des Feldverlaufes mittels analytischer Modelle oder mittels Ray Tracing/Launching Tools) können die Fehler für jeden Standort der Quelle der Mobilfunkaussendung bezüglich jeder Untergruppe des Antennenarrays abgeschätzt werden. Daraus und ggf. in Kombination mit den gelernten Histogrammen läßt sich erkennen, welche Untergruppe des Antennenarrays für einen bestimmten Standort einen zuverlässigen oder unzuverlässigen Meßwert liefert. Auf Grund der relativ kleinen Bauform des erfindungsgemäßen Antennenarrays läßt es sich grundsätzlich nicht vermeiden, daß einzelne Untergruppen von Antennen bei einzelnen Messungen mit großen Fehlern behaftete Meßsignale liefern. Hierbei können je nach der Umgebung die Stärke von Reflexion der Mobilfunksignale am Boden, das Vorhandensein weiterer Reflektoren in der Umgebung (beispielsweise Hauswände) die Fehler dabei von Standort zu Standort der Quelle der Mobilfunkausendung verschieden sein und auch immer andere Untergruppen von Antennen betreffen. Durch eine funktechnische Analyse kann dieser Fehlereinfluß minimiert werden.
Durch die inzwischen sehr leistungsfähige Digitaltechnik kann die Auswertung der von dem Antennenarray empfangenen Signale bevorzugt auf sehr preisgünstigen Standardrechnern durchgeführt wird.
Die Erfindung betrifft gemäß Anspruch 17 weiterhin eine Antennenanordnung zur Richtungserkennung einer Mobilfunkaussendung, insbesondere unter Nutzung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der eine Anzahl von räumlich verteilt angeordneten Antennen ein Antennenarray (antenna diversity) bilden, mit dem von einer Quelle der Mobilfunkaussendung ausgehende Funkwellen aus der Umgebung des Antennenarrays aufgenommen werden, wobei die empfangenen Funkwellen zur Lokalisierung der Quelle der Mobilfunkaussendung anhand ihrer Phasenverschiebung herangezogen werden. Ein derartige gattungsgemäße Antennenanordnung wird dadurch weiterentwickelt, daß die Antennen des Antennenarrays zueinander horizontal und vertikal in unterschiedlichen Abständen gestaffelt im wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind (space diversity). Durch die unterschiedliche Staffelung, d. h. unterschiedlich einstellbare Abstände der einzelnen Antennen des Antennenarrays zueinander, können für die Messung der Mobilfunkaussendung immer diejenigen Antennen eine Untergruppe bilden, die für den Empfang aus einer grob ermittelten Empfangsrichtung die relativ optimalsten Empfangsbedingungen aufweisen. Werden zusätzlich verschiedene Untergruppen zur Vermessung der gleichen Mobilfunkaussendung verwendet und darüber hinaus die verfahrensmäßig beschriebenen Auswertemöglichkeiten genutzt, so kann mit relativ geringem apparativem Aufwand und gleichzeitig nur geringem Platzbedarf für das Antennenarray gleichwohl eine ausreichend genaue Bestimmung des Ortes der Quelle der Mobilfunkaussendung ermittelt werden.
Hierbei kann in weiterer Ausgestaltung die Anordnung und die Abstände der Antennen des Antennenarrays zueinander sowie die Kombination einzelner Antennen zu Untergruppen angepaßt an unterschiedliche Meßaufgaben und Meßgenauigkeiten einzelner Untergruppen von Antennen ausgestaltbar sein. Dabei kann die Anordnung der einzelnen Antennen des Antennenarrays sowie deren relative Beabstandung an die Empfangsbedingungen am Aufstellort des Antennenarrays und sich daraus ergebende Randbedingungen angepaßt werden, die Kombination einzelner Antennen zu Untergruppen ermöglicht hierbei eine Mehrfachnutzung der Antennen beispielsweise im Rahmen einer genauen bzw. groben Bestimmung der Empfangsrichtung.
Insbesondere, wenn als zueinander gehörige Untergruppen des Antennenarrays immer Antennen gemeinsam derart aktivierbar sind, daß für eine erste Untergruppe die Antennen dieser Untergruppe in einer Raumrichtung eng zueinander benachbart sind und für eine andere Untergruppe die Antennen in derselben Raumrichtung einen größeren Abstand zueinander aufweisen, läßt sich die Qualität des Meßergebnisses wesentlich steigern, da für eine erste grobe Bestimmung der Empfangsrichtung die Antennen benutzt werden können, die in einer Raumrichtung eng zueinander benachbart sind und daher einen mehrdeutigen Empfang weitgehend ausschließen. Zusätzlich kommen dann die Antennen zu Einsatz, die in derselben Raumrichtung einen größeren Abstand zueinander aufweisen, aufgrund des Mehrwegeempfangs dabei aber anfälliger für Mehrdeutigkeiten sind und deren Meßergebnisse daher genauer bewertet werden müssen. Insbesondere die Kombination dieser beiden Untergruppen erlaubt eine wesentliche Verbesserung der Ergebnisse bei der Bestimmung der Empfangsrichtung einer Mobilfunkaussendung. Eine derartige Vorgehensweise kann dabei schon mit nur drei Antennen realisiert werden, von denen zwei direkt benachbart und eine dritte Antenne davon weiter entfernt angeordnet sind.
Von Vorteil ist es, wenn innerhalb des Antennenarrays Antennen mit verschiedenen Polarisationsrichtungen (polarisation diversity) verwendet werden. Dadurch ist sowohl bezüglich der Polarisation eine horizontale als auch eine vertikale Vermessung des Standortes der Quelle der Mobilfunkaussendung möglich, so daß die Genauigkeit der Angabe dieses Standortes weiter gesteigert wird.
Eine gerätetechnische Vereinfachung läßt sich dadurch erreichen, daß innerhalb des Antennenarrays Antennen verwendet werden, die sich sowohl horizontal als auch vertikal polarisieren lassen und daher nur den Platzbedarf einer einzigen Antennenplatte etwa aus mindestens einem aktiven Antennenelement benötigen. Eine derartige Antenne kann somit sowohl Meßaufgaben in horizontaler als auch in vertikaler Richtung übernehmen, wodurch eine weitere Antenne eingespart werden kann.
Es ist weiterhin denkbar, daß für jede Antenne des Antennenarrays mindestens ein separater Phasenschieber vorgesehen ist. In anderer Ausgestaltung ist aber auch eine weitere Vereinfachung des gerätetechnischen Aufwandes dadurch erreichbar, daß jede Antenne des Antennenarrays über Transferschalter schaltungstechnisch mit mindestens einem Phasenschieber verbindbar ist. Hierdurch kann eine Umschaltung der verschiedenen Antennen einer Untergruppe auf einen identischen Phasenschieber erfolgen, so daß nur ein Phasenschieber oder eine insgesamt verringerte Anzahl von Phasenschiebern benötigt wird.
Weiterhin ist es denkbar, daß die Antennen der Untergruppen des Antennenarrays über einen Combiner miteinander schaltungstechnisch verbindbar sind.
Durch die beschriebene Antennenanordnung im Zusammenhang mit dem beschriebenen Verfahren ist es möglich, Funkaussendungen digitaler Mobilfunksysteme in einem Überwachungsbereich/Lokalisierungsbereich relativ genau zu günstigen Konditionen und bei relativ kleiner Bauform der Überwachungsantenne/Lokalisierungsantenne zu lokalisieren. Das ist trotz der in den geschilderten Anwendungen üblicherweise herrschenden Mehrwegeausbreitung möglich.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Antennenanordnung zeigt die Zeichnung.
Es zeigen:
Fig. 1a Phasenbestimmung über eine Konfiguration mit elektronisch verstimmbaren Phasenschiebern und einem Combiner gemäß Stand der Technik,
Fig. 1b digitale Keulenformung mit parallelen Empfängern gemäß Stand der Technik,
Fig. 2a die Anordnung einer Überwachungsantenne relativ zu einem überwachten Gebäude unter Angabe geometrischer Beziehungen,
Fig. 2b Anordnung einer Untergruppe innerhalb der Antennenfläche der Überwachungsantenne gemäß Fig. 2a und Definition der beiden Winkel Θ und Φ zur Charakterisierung der Einfallsrichtung elektromagnetischer Wellen,
Fig. 2c Untergruppe einer Antennenanordnung aus zwei im Abstand von b zueinander angeordneten Einzelantennen,
Fig. 2d Bildung eines Histogramms zur Auswertung einer statisch ausreichend großen Anzahl von Meßwerten,
Fig. 3 symmetrisches Antennenarray aus 2 × 2 Untergruppen mit jeweils 3 Antennenelementen,
Fig. 4 unsymmetrisches Antennenarray aus 3 Untergruppen mit jeweils 3 Antennenelementen,
Fig. 5 unsymmetrisches Antennenarray aus 4 Untergruppen mit jeweils 3 Antennenelementen,
Fig. 6 Antennenarray aus 4 Untergruppen mit jeweils 3 Antennenelementen mit vereinfachter Ansteuerung,
Fig. 7 Antennenarray aus 3 Untergruppen mit jeweils 3 Antennenelementen mit vereinfachter Ansteuerung,
Fig. 8 Anordnung mit vier gleichzeitig betriebenen Untergruppen,
Fig. 9 Beispiel für die Kombination der Grundkombinationen zur gesamten Überwachungsantenne inklusive polarisation diversity und space diversity,
Fig. 10 graphische Darstellung einer Betragsfunktion zur Korrektur von Bodenreflexionen.
Die Phasenverschiebung zwischen einfallenden Mobilfunkwellen 15 kann in aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannter Weise ermittelt werden gemäß Fig. 1a, indem sie durch Phasenschieberschaltungen 3, 4 kompensiert und das Maximum des Summensignals 5 gebildet wird. Alternativ kann das Minimum bei 180° Phasendrehung gesucht werden. Hierzu werden eine Anzahl von Antennen 1 mit ihrem Antennentoren 2 über Phasenschieber 3, die eine Phasenverschiebung β₂, β₃, β₄ aufbringen, mit einem Combiner 4 verbunden, der als Kombinationsnetzwerk diese Signale zu einem Summensignal 5 zusammenfaßt. Es kann dabei eine Antenne 1 das am Antennentor 2 anstehende Signal auch ohne die Bearbeitung durch einen Phasenschieber 3 in den Combiner 4 einspeisen. Diese Bestimmung der Richtung der einfallenden Mobilfunkwellen 15 erfolgt dabei rein statisch.
Ein weiteres bekanntes Verfahren gemäß Fig. 1b beruht auf dem Einsatz eines digitalen Empfängers 1, bei dem die von der Antenne aufgefangenen Signale 20 nach der Verstärkung in einem rauscharmen Verstärker 7 und dem Umsetzen in einem Mischer 9 in einem niedrigeren Frequenzbereich nach Durchlaufen eines Bandpaßfilters 10 eine A/D-Umsetzung in A/D-Wandlern 6 und anschließende Analyse der Phasenbeziehung in entsprechenden Logikbausteinen 8 erfolgt, bevor die Signale in einem Combiner 4 zu einem Ausgangssignal 5 zusammen gefaßt werden. Die Bestimmung der Richtung der einfallenden Mobilfunkwellen 15 erfolgt auch hierbei rein statisch, erst die nachfolgende Auswertung ermöglicht eine wenn dann auch sehr flexible Analyse.
In den Fig. 2a und 2b ist in schematischen Darstellungen die Empfangssituation bei der Überwachung eines Gebäudes 12 dargestellt, das von einer Überwachungsantenne 11 in einem Abstand R₀ überwacht wird. Hierzu wird gegenüber dem H hohen und B breiten Gebäude 12 in einem Abstand R₀ eine Antennenanordnung 11 in einer Höhe h angeordnet. Die Antennenanordnung 1 besteht aus N Gruppen von Einzelantennen oder Antennenelementen (sog. Subarrays 1). Die Antennenelemente eines Subarrays 1 sind elektrisch fest miteinander verbunden. Jedes der N Subarrays 1 besitzt einen eigenen Antennenausgang 2 ("Antennentor"). Die N Subarrays 1sind alle gleich aufgebaut, gehen also durch Verschieben innerhalb der Antennenfläche auseinander hervor (siehe Fig. 2b).
Die N am Ausgang der N Antennentore 2 zur Verfügung stehenden Signale werden in einer hier nicht genauer dargestellten, nachfolgenden Schaltung (inklusive Vorverstärker) verarbeitet. Das am Ausgang dieser Schaltung vorliegende Signal setzt sich aus verschiedenen Anteilen zusammen:

- Gegebenenfalls Sendesignal eines Mobilfunksenders 14 im überwachten Gebäude 12,
- Interferenzsignale anderer Mobilfunksender 14 außerhalb des Gebäudes 12,
- Rauschsignal, bestehend aus Anteilen, welche von der Antennenanordnung 11 empfangen werden ("externes Rauschen") und Anteilen, welche in den Bauteilen des Empfängers erzeugt werden ("Empfängerrauschen").

Das Problem bei der Detektion des Ausgangsortes einer Mobilfunksendung im überwachten Bereich besteht also darin, aufgrund des tatsächlich vorliegenden Ausgangssignals die Entscheidung zwischen zwei "Hypothesen" zu treffen:

- Nur Rauschen und Interferenz, jedoch kein Signal eines Mobilfunksenders 14 im überwachten Gebäude 12,
- Signal eines Mobilfunksenders 14 im überwachten Gebäude 12 zusätzlich zum Rauschen und der Interferenz.

Das Ortungsproblem, also die Bestimmung des Standortes eines Mobilfunksenders 14 und hierbei im Speziellen des Raums 13, in dem sich der Mobilfunksender 14 befindet, läßt sich auf ein Peilproblem zurückführen. Geht man zunächst vereinfachend davon aus, daß die Wellenausbreitung zwischen dem Mobilfunksender 14 im Gebäude 12 und der Gruppenantenne 1 auf geradem Weg zwischen dem zugehörigen Fenster des Raumes 13 und der Gruppenantenne 1 stattfindet ("line-of-sight", LOS), so läßt sich zwischen den Raumkoordinaten (Koordinaten η₀ und ζ₀, siehe Fig. 2a) und den beiden Winkeln Θ und Φ, welche die Einfallsrichtung der elektromagnetischen Welle beschreiben, der Zusammenhang

angeben.
Aus der Größe B × H des überwachten Gebäudes 12 sowie der Antennenentfernung R₀ und der Montagehöhe h der Antenne 11, folgt der zu überwachende Einfallswinkelbereich:

und für h < H
Zusätzlich zu den in den Fig. 2a und 2b dargestellten geometrischen Randbedingungen ist gemäß Fig. 2c noch folgendes zu beachten. In Fig. 2c ist eine Antennenanordnung dargestellt, bei der beide Subarrays 1 ihr "eigenes" Antennentor 2 besitzen. Zusätzlich ist ein elektronisches Keulenformungsnetzwerk bestehend aus einem Phasenschieber 3 und einem Combiner 4 dargestellt. Das Meßprinzip und seine Probleme lassen sich bereits anhand dieser Antennenanordnung 11 aus zwei Subarrays 1, 1' erläutern.
Zum Zwecke dieser prinzipiellen Erläuterung wird einfachheitshalber angenommen, daß sich die Zentren der Subarrays 1, 1' in den Orten y = z = 0 und y = 0, z = b befinden (siehe Fig. 2b). Zunächst sei das Empfangssignal am Antennentor 2 des linken Subarrays 1 (im weiteren gekennzeichnet durch den Index 1 ) betrachtet. In Form des zugehörigen analytischen Signals läßt es sich in der Form

u₁(t) = u_T(t)exp(j2πf₀t) = |u_T(t)|exp(jφ(t))exp(j2πf₀t) (1.3/1a)

darstellen, mit u_T(t) als dem "äquivalenten Tiefpaß-Signal", |u_T(t)| als der Einhüllenden, φ(t) als der modulierten Phase und f₀ als der Trägerfrequenz. Falls eine ebene homogene Welle auf die Antenne 11 einfällt (Fernfeldbedingung erfüllt) und beide Subarrays 1, 1' identisch sind, unterscheidet sich das Signal am Antennentor 2 des rechten Subarrays 1' (im weiteren gekennzeichnet durch den Index 2) von dem an Antennentor 2 des linken Subarrays 1 nur durch eine Phasenverschiebung ψ. Daher gilt

u₂(t) = u₁(t)exp(jψ) (1.3/1b)
Diese Phasendifferenz ist die einzige verfügbare Information über den Einfallswinkel Θ und es gilt
Bei allen weiter unten erläuterten Methoden zur meßtechnischen Bestimmung von ψ läßt sich diese Phase nur bis auf ganzzahlige Vielfache von 2π bestimmen. Daraus folgen mehrere Lösungen für den Einfallswinkel:
Wenn

gilt, so ist nur einer der Einfallswinkel reell und man hat somit eine eindeutige Lösung für Θ.
Aus |ψ|_max = π folgt die Bedingung für eine eindeutige Bestimmung des Einfallswinkels:
Der Abstand der Subarrays 1, 1' darf also nicht größer als eine halbe Freiraumwellenlänge sein.
Eine direkte Messung des Phasenunterschieds ψ zwischen den beiden Antennentoren 2 erfordert normalerweise, daß jedem Antennentor 2 ein eigener Empfänger zugeordnet wird. Diese Mehrkanal-Empfängerstruktur wird später noch näher erläutert. Eine indirekte Methode zur Bestimmung von ψ (alternativ zwei 2-Kanal-Empfänger) ist aber in Fig. 2c gezeigt.
Hierbei wird das Signal des rechten Antennentors 2 des Subarrays 1' durch einen elektronisch steuerbaren Phasenschieber 3 mit der einstellbaren Phase β in seiner Phase verändert:

≙₂(t) = u₂(t).exp(-jβ) = u₁(t).exp(-j(ψ - β)), (1.3/5)

und anschließend werden u₁(t) und ≙₂(t) in einem Kombinationsnetzwerk 4 (Combiner 4) addiert.
Wenn die Strahlungsdichte (in W/m²) der einfallenden Welle mit S_A(f) bezeichnet wird, so ist die an den Antennentoren 2 verfügbaren spektralen Leistungsdichte S(f) durch

gegeben. Hierbei ist G_e(Θ) die Gewinnfunktion eines einzelnen Subarrays 1, 1'. Der Ausdruck | ≙_w. ≙_A| beschreibt die Anpassung der Polarisation der Antenne 11 an die Polarisation der einfallenden Welle.
Als Ergebnis der Überlagerung der beiden Signale im Combiner 4 erhält man am Ausgang 5 des Combiners 4 die Spannung
Wegen

|u_out|² = |u₁(t)|².[1 + cos(ψ - β)]

folgt für die spektrale Leistungsdichte des Ausgangssignals

S_out(f) = S(f)[1 + cos(ψ - β)] (1.3/8)
Die Messung der Leistung P in einer Analysebandbreite von ΔF um eine Mittenfrequenz f₀ ergibt
Führt man die von einem Subarray 1, 1' empfangene (i. a. zeitvariable) Leistung P_A(t) ein, so ergibt sich

P(β(t)) = [1 + cos(ψ - β(t))].P_A(t) (1.3/10)
Wäre P_A(t) zeitunabhängig, so würde bei Veränderung der Phasenverschiebung β die Ausgangsleistung sich cos-förmig mit β verändern. Der β-Wert β_M, bei dem P maximal wird, entspricht der gesuchten Phase Ψ, aus der der gesuchte Einfallswinkel Θ nach Gl. (1.3/3) folgt. Alternativ kann man die Phasenverschiebung β₀ bestimmen, bei der P minimal wird. Aus dieser Phasenverschiebung folgt ψ dann gemäß

ψ = β₀ + π.
Bei dieser Herleitung der Phasendifferenz ψ hierher wurde allerdings von idealen Verhältnissen ausgegangen. In der Realität sind zusätzlich noch Imperfektionen u. a. der folgenden Art zu berücksichtigen:

- Überlagertes Rauschsignal
- Zusätzliche einfallende Wellen 15 aus Mehrwegeausbreitung des Signals der zu ortenden Mobilfunksender 14 und/oder von anderen Mobilfunksendern 14
- Während der Veränderung der Phase β mit der Zeit verändert sich auch die Empfangsleistung P_A(t) (siehe Gl.(1.3/10)).

Derartige Imperfektionen können insbesondere durch Reflexionen ausgelöst werden, die etwa durch Reflexionen der Funkwellen an Wänden oder auch am Boden entstehen. Für die Kompensation derartiger Fehler durch Reflexion können folgende Betrachtungen angestellt werden.
Als vereinfachtes Modell hierfür wird angenommen: Es gibt eine Hauptreflexion (HR) und die direkte Komponente (Line of sight LOS) zwischen dem Sendeort und dem Empfangsort der Wellen 15. Im allgemeinen ist LOS deutlich stärker als HR. Allerdings ist durch Effekte wie eine ungünstige Überlagerung von Wellen bei einem Sendeort wie einem durch Mauern umgrenzten Raum heraus möglich, daß das Verhältnis von LOS und HR stark variiert. Ist HR ähnlich groß wie LOS, so ergeben sich deutliche Fehler. Die Auswirkung ist jedoch abhängig vom Phasenwinkel, mit der HR auf die Antenne einwirkt verglichen mit LOS. HR liefert darüber hinaus leicht unterschiedliche Weglängen und damit Phasen für die beiden Antennen. Auch diese Verschiebung hat einen Einfluß.
Es gilt für die Komponenten, die sich über die zwei Antennen 1, 1' (bezeichnet als P₀ und P₂, siehe Fig. 2c) nach dem Combiner 4 addieren:

mit _φ _PH = Phasenschieberwinkel

unter der Annahme, daß die Beträge L₂ und L₀ bzw. HR₀ und HR₂ gleich groß sind, und daß per Definition die Phase der LOS-Komponente an der Antenne 1 zu Null gesetzt wird.
Nach Sortieren und mit φ_HR2 = φ_HR0 + Δφ_HR
Für diese Funktion wird in Abhängigkeit von φ_PH das Minimum bzw. das Maximum des Betrages bzw. die Kurve dafür gesucht; und zwar mit folgenden Größen als Parameter:

HR₀/L₀; φ_HR0; Δφ_HR
Für eine betragsmäßig kleine Hauptreflexion HR ergibt sich das Minimum an der Stelle
φL2 + φPH = 180°, also an der idealen Stelle laut Theorie.
Für steigendes HR₀/L₀ verschiebt sich das Minimum jedoch an eine andere Stelle, damit wird scheinbar eine falsche Richtung detektiert. Die Verschiebung geschieht in Anhängigkeit von φ_HR0; Δφ_HR und ist für Kombinationen der Parameter in der Fig. 10 beispielhaft aufgetragen.
Über die Größen φ_HR0; Δφ_HR läßt sich aber für jeden Parameter die ungefähre Größe und der Variationsbereich sowie die Frequenzabhängigkeit ermitteln:
Das sei am Beispiel der Bodenreflexion gezeigt. Dort gilt für einen Sendeort in einem Raum in der Höhe HT im Abstand d (= R₀) von der Antenne, und einer Höhe der Antennenplatte 1 HR₀ und einer Höhe der Antenne 1' von H₀ + ΔH über Grund die folgende Aussage (siehe Parson: The mobile radio propagation channel):

(Hierzu als Hinweis: Genauere Abschätzungen ergeben sich durch Reihenentwicklungen).
Von Interesse ist die Abweichung Δf/F_midband. Diese ist beispielsweise für GSM900:
± 1,38%
mit f_midband = 90,5 MHz; Δf = 12,5 MHz
und entsprechend für GSM1800
± 2,15%
sowie die Größe des Vorfaktors
Als Beispiel soll dienen H_T = 5 m ± 20%; H_R = 5 m fest, d = 25 ± 10% m.
Daraus ergibt sich für GSM900:
360°.6,05(±30%) (1 ± 1,4%).
Damit kann der Winkel auch für einen Raum als Sendeort prinzipiell jeden Wert zwischen 0° und 360° annehmen. Er kann jedoch abschnittsweise (bei einer bestimmten Frequenz, einem bestimmten Transmitterpunkt) recht konstant sein. Dies kann wegen des dann konstanten, statistisch nicht ausgemittelten Wertes zu Fehltreffern in der gefundenen Richtung/im gefundenen Raum führen.
Bei GSM 1800 gilt dies erst recht.
Ein interessantes Ergebnis ergibt sich jedoch für Δφ_HR. Hier gilt

und damit
Mit den gleichen angenommenen Unsicherheiten bzgl. d und HT (HR und ΔH sind fest!) ergibt sich ein wesentlich günstigeres Ergebnis:
Für ΔH = 0,5 m
Für GSM900:

Δφ_HR = 360°.0,01.(10 m + 10 m (± 10%) + 0,5 m) (1 ± 1,4%) ≍ 73,8° ± 6,4%.
Damit kann Δφ_HR a priori auf Grund von Messungen der Abstände/Simulation o. ä. bestimmt werden und ist relativ konstant! Damit läßt sich festhalten, daß für einen Raum als Sendeort folgende Winkel mit relativ hoher Genauigkeit bekannt sind:

Δφ_HR und φ_L2
In einem weitem Bereich liegen kann durch frequency hopping und leichte Variationen des Transmitterpunktes dagegen

φ_HR0

sowie das Betragsverhältnis HR0/L0.
Unter dieser Prämisse läßt sich eine Korrektur für die Hauptreflexion HR (hier als Beispiel eine Bodenreflexion) wie folgt durchführen.
Für die für einen Raum als nahezu kontant betrachteten Winkel Δφ_HR und φ_L2 wird für die unbekannten Störgrößen φ_HR0 sowie das Betragsverhältnis HR0/L0 eine Abschätzung vorgenommen, indem der Meßwert für die Minima mit voneinander bestandeten Antennen (antenna diversity) mehrfach (und jedes Mal mit einem anderen Fehler) bestimmt wird.
Dies sei am Beispiel der Vertikalkomponente gezeigt:
Es werden beispielsweise 4 Häufigkeitsdiagramme der gefundenen Minimapositionen aufgenommen.
Die Formel für die Summenspannung wird umgeformt zu

und mit dem Parameter HR0/L0 läßt sich dann der Betragsverlauf bestimmen. Die Interpretation dieser Gleichung kann dabei analytisch erfolgen, besonders vorteilhaft aber durch Anwendung numerischer und insbesondere graphischer Verfahren. In der Fig. 5 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels für eine solche Funktion angegeben.
Von dieser Funktion wird bei jeder Messung mit Hilfe des durchgestimmten Phasenschiebers ein Schnitt bestimmt entlang einer Linie mit festem (aber unbekanntem) φ_HR0 und mit einem festen, aber unbekannten Verhältnis HR0/L0.
Nach dem Grobfinden der in Frage kommenden Räume mit Hilfe des Wertes von φ_PH kann nun - bei fehlender Eindeutigkeit - ein best fit der gefundenen Schnittkurve für alle in Frage kommenden Räume durchgeführt werden. Durch Sammeln von gleichartigen Kurven läßt sich die statistische Genauigkeit erhöhen.
In einer weiteren wichtigen Ausgestaltung läßt sich die antenna diversity ausnutzen. Führt man zwei Messungen mit gleicher Antennenplatte 1, aber unterschiedlicher Antennenplatte 1' so kurz hintereinander aus, daß die Funkstrecke als konstant betrachtet werden kann, so gilt folgendes:
Die beiden (oder noch mehr) Linien besitzen das gleiche feste (aber unbekannte) φ_HR0 und feste aber unbekannte Verhältnis HR0/L0 bei unterschiedlichem Δφ_HR und φ_L2. Damit wird die Eindeutigkeit des curve fitting insbesondere dann wesentlich erhöht, wenn die nicht beeinflußbaren Parameter φ_HR0 und HR0/L0 zu ähnlichen Kurven für ähnliche Räume führen. Die Möglichkeit, daß das für mehrere Schnittkurven der Fall ist, ist sehr gering und verringert sich mit der Zahl der gleichzeitig betrachteten Schnittkurven.
In einer speziellen Ausgestaltung läßt sich die unterschiedliche Polarisation von Antennen (polarisation diversity) ausnutzen. Führt man zwei Messungen mit gleichen Antennen am gleichen Ort, aber mit unterschiedlicher Polarisation so kurz hintereinander aus, daß die Funkstrecke als konstant betrachtet werden kann, so gilt folgendes:
Die beiden (oder noch mehr) Linien besitzen das gleiche feste (aber unbekannte) φ_HR0 und zwei feste aber unbekannte Verhältnisse HR0/L0 (z. B. vertikal und horizontal polarisiert oder auch rechts und links zirkular polarisiert) bei gleichem Δφ_HR und φ_L2. Da das Verhältnis von HR0/L0 bei unterschiedlichen Polarisationen an verschiedenen Reflexionsstellen abgeschätzt werden kann, läßt sich die Eindeutigkeit des curve fitting weiter erhöhen, insbesondere dann, wenn die nicht beeinflußbaren Parameter φ_HR0 und HR0/L0 zu ähnlichen Kurven für ähnliche Räume führen. Die Möglichkeit, daß das für mehrere Schnittkurven der Fall ist, ist sehr gering, und verringert sich mit der Zahl der gleichzeitig betrachteten Schnittkurven.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung lassen sich zur Verkürzung der Rechenzeit einige skalare Parameter gewinnen, um die Kurven zu beschreiben und zu vergleichen, ohne alle Punkte betrachten zu müssen. Dies sind beispielsweise das Betragsverhältnis Maximum zu Minimum oder der absolute Pegel.
In einer weiteren Ausgestaltung läßt sich über Reihenentwicklungen der Parameter in den angegebenen Gleichungen ein analytischer Ausdruck zur (teilweisen) Kompensation des Fehlers gewinnen.
In der Fig. 10 ist ein Beispiel für die graphische Darstellung der Betragsfunktion S für eine Phasenverschiebung 24 von 0° bis + 348° und Phase der Bodenreflexion 28 von 0 bis 340° zu erkennen, wobei es sich um eine stark abgemagerte Darstellung handelt, die nur eine Untermenge der tatsächlich herleitbaren Informationen wiedergibt. Dabei sind die Linien der Funktionsverläufe 29 als Höhenlinien zu interpretieren. Das "tiefste Tal" 31 und zwei "Berge" 32 sind zu erkennen.

Parameter HR0/L0 = 0.2
Beispielhaft angenommene Grunddaten des Raumes: φ_L2 = 90° und Δφ_HR = 20°.
Zur näheren Erläuterung sei angemerkt: Die Phasenschieber 3 werden zyklisch durchgestimmt und damit ändert sich die Phase 27 der Phasenschieber 3 ständig. Die Phase der Bodenreflexion 28 ist aber (zumindest für die Dauer eines Bursts) als konstant anzusehen. Hält man in Fig. 10 den Wert für die Bodenreflexion 28 konstant und stimmt die Phasenverschiebung 27 durch, so wird graphisch ein Schnitt 30 durch die Funktion S gelegt. Da die Phasenschieber 3 zeitlich schnell durchgestimmt werden, ergibt sich bei den Messungen als Zeitverlauf eine Kurve, die die angeschnittenen "Berge" 31 und "Täler" 32 in Form einer Minimum-Maximum-Kurve enthält. Auch die Form dieser Kurve, und nicht nur die Positionen von Minimum und Maximum, ist charakteristisch.
Beschränkt man sich nun zur Verdeutlichung auf die Position des bei dem Schnitt 30 gefundenen Minimums, so ist für zwei mögliche (zufällige) Schnittlinien und damit unterschiedliche Phasen der Bodenreflexion 28 das "Verspringen" des Phasenwinkels, für den das Minimum gefunden wird, zu erkennen.
Zur Erläuterung sei angemerkt, daß zwar die Phase der Bodenreflexion 28 für ein Antennenarray 11 praktisch nicht beeinflußt werden kann. Es kann aber sehr wohl durch die Umschaltung auf ein weiteres Antennenarray 11 erreicht werden, daß sich eine andere Phase der Bodenreflexion 28 und damit eine andere Schnittlinie 30ergibt. Dabei sind die Differenzen der Bodenreflexionswinkel in engen Grenzen vorhersagbar.
Verwendet man also mehrere Antennenarrays 11, so kann man quasi mindestens eine doppelte Schnittlinie 30 mit bekanntem Abstand durch Fig. 10 so lange hindurch schieben, bis man einen best fit zwischen gefundenem Signalverlauf und den sich aus den Schnitten 30 ergebenden Verläufen erhält.
Die vorgenannten Fehlereinflüsse können beispielsweise durch die Bewertung einer statistisch signifikanten Anzahl von Einzelmessungen der gleichen Funkstrecke auch durch verschiedene Untergruppen durch eine Bewertung per Histogramm gemäß Fig. 2d weitergehend beseitigt oder verringert werden.
Wie in Fig. 2d zu erkennen, kann eine statistische Auswertung wie vorstehend gewonnener Meßwerte in Form einer empfangsrichtungsabhängigen Ermittlung eines Histogramms 19 erfolgt, das die Lage und Häufigkeit von Empfangsminima und/oder Empfangsmaxima n bei definierbaren Einstellungen von zur Bestimmung der Phasenverschiebung eingesetzten Phasenschiebern angibt und durch Gewichtung eine Verbesserung der Ermittlung der Empfangsrichtung einer Mobilfunkaussendung zuläßt.
Hierzu kann die Durchführung der Schwerpunktsbildung in dem Histogramm 19 in einem sich in 360° wiederholenden System durch Ermittlung des Flächenschwerpunktes 16 eines auf einem Kreis 18 mit dem Radius 1 um den Nullpunkt 17 angeordneten Histogramms 19 erfolgen, wobei die Anzahl n_i der Minima/Maxima 21 an der jeweiligen Winkelposition (d. h. der Einstellung des Phasenschiebers) aufgetragen wird und quasi das "Gewicht" darstellt. Dadurch werden in einer Umgebung mit Mehrwegeausbreitung unvermeidliche Versprünge der Minima/Maxima 21 um bis zu +180° oder -180° bzgl. des Schwerpunktes 16 des Histogramms 19 gleich bewertet. Außerdem liefert der Abstand 23 des ermittelten Flächenschwerpunktes 16 vom Nullpunkt 17 ein Maß für die Güte des Histogramms 19, die Verbindungslinie zwischen dem Nullpunkt 17 und dem Flächenschwerpunkt 16 definiert auch die Richtung 26 des Schwerpunktes im Histogramm 19. Ist es nahe 1, so ist es gut und die Richtung sehr eindeutig, ist es nahe 0, so würden schon wenige neue Meßwerte zu einer völlig anderen Richtung führen, die Qualität ist also schlecht. Praktisch werden die Anzahlen n_i der Minima/Maxima an der jeweiligen Winkelposition (d. h. entsprechend der Einstellung des Phasenschiebers) auf dem Kreis 18 aufgetragen und tragen entsprechend ihrer Größe zur Schwerpunktsbildung bei. Werden die Anzahlen n_i entsprechend allen Einstellungen des Phasenschiebers 3 etwa für jedes Grad der Phasenverschiebung aufgetragen, so kann das entsprechende Histogramm 19 erstellt werden.
Weiterhin ist es denkbar, daß aus dem Histogramm 19 Güteklassen ermittelt werden, die eine Klassifizierung der Empfangsminima 21 und/oder Empfangsmaxima 21 hinsichtlich ihrer Genauigkeit erlauben. Wenn etwa in Fortführung des Gedankens zur Ermittlung von Güteklassen der Abstand 23 eines Minimums 21 und/oder Maximums 21 vom Schwerpunkt 16 des Histogramms und/oder die Standardabweichung und/oder das Verhältnis der Signalstärke an der Minimumsposition n_i bzw. der Maximumsposition n_i und/oder der absolute oder der relative Signalpegel und/oder die Menge der qualitativ guten Meßwerte insgesamt herangezogen werden, so kann eine weitere Selektion der Meßwerte in dem Sinne erfolgen, daß die Meßwerte nur entsprechend ihrer ermittelten Güteklasse in das Gesamtergebnis der Richtungsbestimmung eingehen und damit eine einfache und rechentechnisch schnell durchführbare Bewertung der Meßwerte erfolgt.
In den Fig. 3 bis 8 sind verschiedene Aufbauten der erfindungsgemäßen Antennenanordnung 11 und der nachgeschalteten Auswertungselektronik dargestellt, wobei es sich nur um einen schematischen Aufbau der Antennen 1 sowie deren logische Verschaltung mit der Auswertungselektronik handelt.
Die in der Fig. 3 dargestellte Konfiguration einer Antennenanordnung 11 zeigt je zwei paarweise angeordnete Subarrays 1, 1', wobei die Subarrays 1, 1' auf den Ecken eines Rechteckes angeordnet sind. Weiterhin ist ein Transferschalter 24 zu erkennen, der eine Umschaltung zwischen den horizontal übereinander angeordneten Untergruppen von Subarrays 1, 1' ermöglicht und dadurch die teilweise Unterdrückung von reflexionen der Funkwellen am Boden des Aufstellungsortes der Antennenanordnung 11 ermöglicht. Durch den Einsatz eines Transferschalters 24 können Phasenschieber 3 eingespart werden. Der Transferschalter 24 dient dabei zur Umschaltung zwischen horizontalem und vertikalem Schwenkbetrieb der Antennenanordnung 11. Im Überwachungsmodus wird auf horizontalen Schwenkbetrieb geschaltet und mit kontinuierlicher Schwenkung der Hauptkeule detektiert. Nach der Detektion wird dann im Lokalisierungsmodus die Phase so eingestellt, daß eine Nullstelle zur Lokalisierung ausgenutzt wird. Dies geschieht nacheinander horizontal und vertikal, indem der Transferschalter 24 einmal umgeschaltet wird.
Die in der Fig. 4 skizzierte Anordnung zeigt eine vereinfachte Antennenanordnung 11 aus 3 Subarrays 1, 1' mit erweiterten Umschaltmöglichkeiten. Im Überwachungsmodus wird der Transferschalter 24 in die gestrichelte Position gebracht und damit lediglich eine Antennengruppe 1, 1' angesteuert. Es kann dann mit Hilfe des zweiten Umschalters 25 zwischen horizontaler und vertikaler Nullstelle umgeschaltet werden, indem alternativ zwei Elemente der Subarrays 1, 1' horizontal oder vertikal angeordnet betrieben werden.
Die in der Fig. 5 skizzierte Anordnung zeigt eine Antennenanordnung aus 4 Subarrays 1, 1', die welches verglichen mit derjenigen der Fig. 4 eine weitere Umschaltmöglichkeit bietet. Im Lokalisierungsmodus (Transferschalter 24 in durchgezogener Position) kann mit Hilfe des Umschalters 25 auf vertikale Abtastung (durchgezogen) und zwei verschiedenen Konfigurationen der horizontalen Abtastung umgeschaltet werden (gestrichelte Positionen). In der ersten Anordnung für die horizontale Abtastung werden zwei horizontal benachbarte Subarrays 1, 1' (rechts unten in der Fig. 5) betrieben. Dies ermöglicht die Schwenkung einer Nullstelle über den gesamten Bereich zur groben Lokalisierung (relativ große Nullstellenbreite). Im zweiten Modus werden zwei weiter entfernte Subarrays 1, 1' betrieben (rechts unten außen und links unten außen), wodurch die Nullstellenbreite verringert wird, dafür aber eine Mehrdeutigkeit entsteht. Bei der sequentiellen Durchführung beider Abtastungen kann die Lokalisierung garantiert werden.
Falls der horizontale oder vertikale Abdeckbereich eines einzelnen Subarrays 1, 1' im Überwachungsmodus nicht ausreichend groß ist, kann wie in Fig. 6 angegeben statt dessen eine leichte Schwenkung der Hauptkeule bereits im Überwachungsbetrieb verwendet werden. Die Ansteuerung der Antennenanordnung 11 unterscheidet sich dabei nicht von der Ansteuerung bei Schwenkung einer Nullstelle. Für den Aufbau der Antennenanordnung 11 bedeutet dies, daß der in Fig. 4 vorgesehene Transferschalter 24 eingespart werden kann und damit eine Überwachung bei Mittelstellung des Umschalters 25 (horizontale Schwenkung) bzw. rechter Stellung (vertikale Schwenkung) erfolgen kann.
Die Schaltung gemäß Fig. 7 stellt analog zu den Anmerkungen zur Fig. 6 eine Vereinfachung der Anordnung aus Fig. 4 dar.
Wenn eine mehrdimensionale Abtastung erwünscht ist, muß wie in Fig. 8 dargestellt eine Anordnung mit mindestens drei Phasenschiebern 3 verwendet werden. Um eine ausreichend genaue horizontale Lokalisierung zu ermöglichen, wird wie in Fig. 5 und Fig. 6 eine Umschaltmöglichkeit per Umschalter 25, 25' zwischen eindeutiger, aber grober Lokalisierung (durchgezogene Schalterposition) und mehrdeutiger, aber feiner Lokalisierung (gestrichelte Schalterposition) vorgesehen. Im Überwachungsbetrieb kann die Hauptkeule (sinnvollerweise bei Betrieb in durchgezogener Schalterposition), wie zu Fig. 6 beschrieben, abwechselnd an zwei feste Positionen geschwenkt werden, um einen möglichst großen Bereich abzudecken.
In der Fig. 9 ist eine Ausführung der Antennenanordnung 11 dargestellt, die eine möglichst vielfältige Kombination der Abtastungen zur Feststellung von Mobilfunksendungen innerhalb von Gebäuden 12 ermöglicht. Hierbei werden in Kombination der vorstehend beschriebenen Einzelprinzipien folgende Untergruppen aus Antennen 1 bzw. Subarrays 1 gebildet und zur Bestimmung der jeweiligen Minima bzw. Maxima benutzt. Die Antennenelemente A bis K sind grundsätzlich ähnlich oder sogar identisch aufgebaut und werden wie nachstehend beschrieben in unterschiedlichen Untergruppen zusammengeschaltet, um die verschiedenen Meßcharakteristika der Untergruppen möglichst vorteilhaft ausnutzen zu können. So werden

- für eine horizontale grobe Abtastung die Antennen H und I zu einer Untergruppe
- für eine horizontale feine Abtastung die Antennen H und D zu einer Untergruppe
- für eine horizontale grobe Abtastung mit polarisation diversity die Antennen K und G zu einer Untergruppe
- für eine horizontale feine Abtastung mit polarisation diversity die Antennen C und G zu einer Untergruppe
- für eine vertikale grobe Abtastung entweder die Antennen E und F oder die Antennen F und H jeweils zu einer Untergruppe
- für eine vertikale feine Abtastung die Antennen H und E zu einer Untergruppe

19

Sachnummernliste

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Claims

1. Verfahren zur Richtungserkennung einer Mobilfunkaussendung, bei dem eine Anzahl von räumlich verteilt angeordneten Antennen (1, 1') ein Antennenarray (11, antenna diversity) bilden, mit dem von einer Quelle der Mobilfunkaussendung ausgehende Mobilfunkwellen (15) aufgenommen werden, wobei die von den Antennen (1, 1') empfangenen Mobilfunkwellen (15) anhand ihrer Phasenverschiebung (27) zur Lokalisierung der Quelle der Mobilfunkaussendung herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zur gleichen Zeit eine Untergruppe der Antennen (1, 1') des Antennenarrays (11) gleichzeitig zum Empfang der Mobilfunkwellen (15) aktiviert wird, wobei in schneller Abfolge aus den Antennen (1, 1') des Antennenarrays (11) jeweils andere Untergruppen in Form von Kombinationen einzelner Antennen (1, 1') aktiviert werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nur zwei der Antennen (1, 1') des Antennenarrays (11) als Untergruppe gleichzeitig zum Empfang der Mobilfunkwellen (15) aktiviert werden.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der jeweils aktivierten Untergruppen des Antennenarrays (11) mit einer derartigen Frequenz erfolgt, daß für eine im wesentlichen als konstant anzusehende Funkstrecke der Mobilfunkwellen (15) mindestens ein Meßwert durch unterschiedliche Untergruppen des Antennenarrays (11) erfaßt wird.

4. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Auswertung der von den jeweiligen Untergruppen des Antennenarrays (11) empfangenen Signale Plausibilitätsbetrachtungen durchgeführt werden, die die von den jeweiligen Untergruppen empfangenen Signale zueinander in Relation setzen.

5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Bestimmung der Phasenverschiebung (27) bei jeder Messung und die Frequenz der Umschaltung zwischen den jeweiligen Untergruppen des Antennenarrays (11) sowie die Dauer der Messung derart gewählt werden, daß von den jeweiligen Untergruppen des Antennenarrays (11) eine derartige Anzahl von Signalen empfangen wird, daß diese Daten auch statistisch und/oder numerisch ausgewertet werden können.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Signalen, die von den von den jeweiligen Untergruppen des Antennenarrays (11) empfangen wird, während einer einzigen im wesentlichen als konstant anzusehenden Funkstrecke (ein burst) empfangen und statistisch und/oder numerisch ausgewertet wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der Signale, die während einer einzigen im wesentlichen als konstant anzusehenden Funkstrecke empfangen wurden, numerisch anhand der Gleichung für die Summenspannung

erfolgt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Signalen, die von den von den jeweiligen Untergruppen des Antennenarrays (11) empfangen wird, während einer länger dauernden und unter wechselnden Sende- und Empfangsbedingungen ablaufenden Funkstrecke (eine Anzahl von bursts) empfangen und statistisch ausgewertet wird.

9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die statistische Auswertung in Form einer empfangsrichtungsabhängigen Ermittlung von Histogrammen (19) erfolgt, die die Lage und Häufigkeit von Empfangsminima und/oder Empfangsmaxima (20) bei definierbaren Einstellungen von zur Bestimmung der Phasenverschiebung (27) eingesetzten Phasenschiebern (3) und sich unterscheidenden Untergruppen der Antennenanordnung angibt und durch Gewichtung eine Verbesserung der Ermittlung der Empfangsrichtung der Mobilfunkaussendung zuläßt.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Histogrammen (19) und deren zeitlicher Zuordnung zueinander Güteklassen (23) ermittelt werden, die eine Klassifizierung der Empfangsminima und/oder Empfangsmaxima (20) hinsichtlich ihrer Genauigkeit erlauben.

11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung von Güteklassen (23) der Abstand eines Minimums und/oder Maximums (20) vom Schwerpunkt (16) des Histogramms (19) und/oder die Standardabweichung und/oder das Verhältnis der Signalstärke an der Minimumsposition bzw. der Maximumsposition und/oder der absolute oder der relative Signalpegel und/oder die Menge der qualitativ guten Meßwerte insgesamt herangezogen werden.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Histogramme (19) mit vorab aufgenommenen Histogrammen verglichen wird, die für definierte Mobilfunkaussendungen von definierten Sendeorten gewonnen wurden.

13. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genaue Lokalisierung des Sendeortes der Mobilfunkaussendung erst dann durchgeführt wird, wenn bei der laufenden Untersuchung der Umgebung des Antennenarrays (11) das Vorliegen einer Mobilfunkaussendung im relevanten Bereich erkannt wurde.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mobilfunkaussendung im relevanten Umgebungsbereich um das Antennenarray (11) dann als relevant angesehen wird, wenn eine vorgebbare Feldstärkeschwelle und/oder ein Winkelbereich bezogen auf den Sendeort der Mobilfunkaussendung überschritten wurde.

15. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine funktechnische Analyse des Umfeldes um das Antennenarray (11) herum durchgeführt wird und anhand der Ergebnisse dieser Analyse die Messungen der einzelnen Untergruppen des Antennenarrays (11) korrigiert werden.

16. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der von dem Antennenarray (11) empfangenen Signale auf Standardrechnern durchgeführt wird.

17. Antennenanordnung zur Richtungserkennung einer Mobilfunkaussendung, insbesondere unter Nutzung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei dem eine Anzahl von räumlich verteilt angeordneten Antennen (1, 1') ein Antennenarray (11, antenna diversity) bilden, mit dem von einer Quelle der Mobilfunkaussendung ausgehende Mobilfunkwellen (15) aus der Umgebung des Antennenarrays (11) aufgenommen werden, wobei die empfangenen Mobuilfunkwellen (15) zur Lokalisierung der Quelle der Mobilfunkaussendung anhand ihrer Phasenverschiebung (27) herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen (1, 1') des Antennenarrays (11) zueinander horizontal und vertikal in unterschiedlichen Abständen gestaffelt im wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind (Space Diversity).

18. Antennenanordnung gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung und die Abstände der Antennen (1, 1') des Antennenarrays (11) zueinander sowie die Kombination einzelner Antennen (1, 1') zu Untergruppen angepaßt an unterschiedliche Meßaufgaben und Meßgenauigkeiten einzelner Untergruppen von Antennen (1, 1') ausgestaltbar sind.

19. Antennenanordnung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als zueinander gehörige Untergruppen des Antennenarrays (11) immer Antennen (1, 1') gemeinsam derart aktivierbar sind, daß für eine erste Untergruppe die Antennen (1, 1') in einer Raumrichtung eng zueinander benachbart sind und für eine andere Untergruppe die Antennen (1, 1') in derselben Raumrichtung einen größeren Abstand zueinander aufweisen.

20. Antennenanordnung gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung mit den eng benachbarten Antennen (1, 1') der ersten Untergruppe eine grobe Lokalisierung, die Messung mit den in größerem Abstand zueinander angeordneten Antennen (1, 1') der zweiten Untergruppe eine genauere Lokalisierung der Mobilfunkaussendung ermöglicht.

21. Antennenanordnung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Antennenarrays (11) Antennen (1, 1') mit verschiedenen Polarisationsrichtungen (polarisation diversity) verwendbar sind.

22. Antennenanordnung gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Antennenarrays (11) Antennen (1, 1') verwendbar sind, die sich sowohl horizontal als auch vertikal polarisieren lassen.

23. Antennenanordnung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß als Antennen (1, 1') ebene Antennenplatten aus mindestens einem aktiven Antennenelement verwendbar sind.

24. Antennenanordnung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Antenne (1, 1') des Antennenarrays (1, 1') mindestens ein separater Phasenschieber (3) vorgesehen ist.

25. Antennenanordnung gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß jede Antenne (1, 1') des Antennenarrays (11) über Transferschalter (24) schaltungstechnisch mit mindestens einem Phasenschieber (3) verbindbar ist.

26. Antennenanordnung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen (1, 1') der Untergruppen des Antennenarrays (11) über einen Combiner (4) miteinander schaltungstechnisch verbindbar sind.