SE514000C2 - Förfarande och anordning för att minska fädningen mellan basstation och mobila enheter - Google Patents

Description

20 25 30 35 40 514 ÛÛÛ 2 på grund av passage genom minimipunkter är det i och för sig känt att utnyttja s.k. inflätning (interleaving). Denna fun- gerar ned till en viss hastighet men under denna hastighet måste andra åtgärder vidtas. Det är tidigare känt att ut- nyttja s.k. frekvenshopp, vilket innebär att mobilen hoppar mellan olika frekvenser. Detta ger sannolikt en lösning pà problemet eftersom frekvenserna antas ha sina minimipunkter på skilda ställen.

Frekvenshopp fungerar i system med tillgång pà ett stort antal frekvenser. I system med få frekvenser lämpar sig inte denna metod.

Det är också känt att använda antenndiversitet pà bas- stationens mottagarsida, dvs på upplänken. Det är däremot inte tidigare känt att använda diversitet pà nedlänken.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Enligt uppfinningen löses problemet med fädningen mellan basstation och mobila enheter i ett mobilt smàcellsystem genom att införa diversitet pà nedlänken i systemet. Uppfin- ningen tillhandahåller ett förfarande i vilket basstationens antennkarakteristik vrids så att ett med tiden varierande vàgmönster uppkommer med rumsligt skilda fädningspunkter.

Företrädesvis tillämpas uppfinningen i ett digitalt kom- munikationssystem som utnyttjar tidsuppdelad multipelàtkomst (TDMA). Vridningen av antennkarakteristiken sker dà stegvis mellan lämpliga tidsluckor, företrädesvis mellan ramar i signaleringen.

Uppfinningen tillhandahåller också en anordning för ut- förande av förfarandet. Enligt uppfinningen innefattar bas- stationen en riktantenn för att genom vridning av antennens riktningskarakteristik alstra ett med tiden varierande vàg- mönster med rumsligt skilda fädningspunkter.

Ytterligare utföringsformer av uppfinningen är angivna i åtföljande patentkrav.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer nu att beskrivas i detalj med hän- visning till åtföljande ritningar, varav: figur 1 illustrerar principen för flervägsutbredning; figur 2 visar en riktantenn med jordplan enligt upp- qi 10 15 20 25 30 35 40 finningen; figurerna 3A och B illustrerar funktionen av rikt- antennen; och figur 4 visar en föredragen utföringsform av rikt- antennen enligt uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGBN Såsom nämnts tidigare uppstår fädning i radiokommunika- tionssystem genom flervägsutbredning. Figur 1 illustrerar förenklat hur fädningen kan uppkomma. Systemet innefattar en bas med antenn 1 och mobiler 2 varav en är utritad. Omgiv- ningen 3 symboliseras av ett antal hus. Mellan basen och mobilen kan radiosignalen ta en mängd olika vägar 6, varav två stycken är utritade. Signalstyrkan vid mobilen är en summa av signalerna som på grund av de olika vägarna har en viss fasskillnad. Detta innebär att signalerna i vissa punkter kan utsläcka varandra.

Men en riktantenn kan antennens riktningskarakteristik ändras. I figur 1 visas två möjliga karakteristiker som två lober 4 och 5. Såsom framgår ur figuren har de två loberna olika amplituder i de två riktningarna längs signalvägarna 6 till mobilen. Den första loben 4 har förhållandevis starka amplituder som visas med de långa pilarna medan den andra loben 5, som visas streckad bakom den första loben, har för- hållandevis små amplituder längs samma vägar. Förhållandet mellan amplituderna är olika för den första och den andra loben. Detta innebär att om det är kraftig fädning i ena loben är det oftast mindre fädning i den andra loben. Med andra ord ger den första loben upphov till ett vágutbred- ningsmönster med vissa minimipunkter medan den andra loben ger ett mönster med andra, skilda minimipunkter. Det är denna insikt som utnyttjas i föreliggande uppfinning.

Dagens mobiltelefonsystem klarar fädningsproblemet när mobilen rör sig med måttliga till höga hastigheter. Då passe- rar mobilen relativt snabbt minimipunkten och felkorrigerande koder klarar de korta avbrotten som uppstår. Om mobilen rör sig långsamt eller står stilla i en minimipunkt uppstår emellertid problem.

Problemen kan lösas genom att kontinuerligt eller steg- vis vrida antennens riktningskarakteristik. Då uppstår ett 10 15 20 25 30 35 40 514 ÛÛÛ 4 varierande vågformsmönster med minimipunkter på varierande platser. Således minskas risken att signalen helt försvinner i en punkt eftersom platsen sannolikt inte är en minimipunkt för antennens alla riktningar. I digitala mobiltelefonsystem klarar kodningen och inflätningen de korta avbrott som even- tuellt ändå uppstår.

I en föredragen utföringsform tillämpas uppfinningen i ett digitalt mobiltelefonsystem med tidsuppdelad multipel- åtkomst TDMA (Time Division Multiple Access). Ett exempel pà ett sådant digitalt mobiltelefonsystem är GSM.

Signaleringen är uppdelad i ramar vilka består av van- ligtvis åtta tidsluckor. Normalt är ett meddelande uppdelat och sänds i i vissa fall fyra eller i något fall till och med 19 ramar samma tidslucka i ett antal ramar, vanligen åtta, (inflätning). Varje mobil mottager och sänder i var åttonde tidslucka. Således kan upp till åtta meddelanden sändas sam- tidigt. Sändning och mottagning sker i skurar av meddelanden.

Det är tre tidsluckors uppehåll mellan skurarna. Den fel- rättande koden som används i GSM gör att man normalt kan för- lora en eller två skurar utan att förlora meddelandet.

Enligt uppfinningen byter antennen riktning mellan varje ram som består av åtta tidsluckor. Enligt en föredragen ut- föringsform av riktantenn finns det åtta möjliga riktningar.

Eftersom omkoppling kan ske mycket snabbt kan det ske mellan vilka tidsluckor som helst. Vid känsliga punkter, dvs en minipunkt i någon av riktningarna, kan var åttonde ram för- loras utan problem.

Enligt uppfinningen åstadkommes riktningsdiversiteten för antennen genom styrning av en riktantenn. Olika sektor- antenner är tidigare kända.

I figur 2 visas en sådan sektorantenn 7. Den innefattar ett jordplan 8 och passiva element 9 i form av kvartsvàg- spröt. I mitten befinner sig ett aktivt element 10 som är förbundet med mottagaren/sändaren. De passiva elementen 9 kopplas med hjälp av elektroniska kretsar till jordplanet eller isoleras därifrån. Jordade element fungerar som direk- torer medan isolerade element fungerar som reflektorer.

I figur 3A är ett passivt element 9A jordat medan de övriga är isolerade. Antennens huvudriktning är visad med pilen. I figur 3 är två passiva element 9A och 9B jordade I) 10 15 20 25 30 35 514 ÛÛÛ 5 medan de två övriga är isolerade, vilket ger en annan huvud- riktning såsom visas med pilen. Genom att kombinera de fyra riktningarna i figur 3A med de fyra i 3B erhålles åtta möj- liga riktningar med 45° mellan. (Antennen kan också göras rundstrålande genom att isolera eller jorda samtliga passiva element.) Avståndet från det aktiva elementet i mitten till de passiva elementen skall motsvara en kvarts våglängd. Genom att utnyttja ett material med hög dielektricitetskonstant, t.ex. en keram, kan man nedbringa antennens storlek.

En föredragen utföringsform därav visas i figur 4.

Antennen 7' innefattar ett aktivt element 10' i form av en halvvàgsdipol. Det aktiva elementet 10' är omgivet av ett dielektrikum ll med högt dielektricitetstal Er, företrädesvis i intervallet 100 - 200. Dielektriket ll är inneslutet i en cylinder som består av fyra passiva element 9' i form av cylindersektorer isolerade från varandra. Varje passivt ele- ment 9' är försett med en PIN-diodomkopplare 12 som öppnar och sluter en kontakt till jordskenan (visas ej). Ett ihåligt metallfäste 13 innehåller kablage till PIN-diodomkopplarna och en antennkabel till det aktiva dipolelementet 10' via en anpassningstransformator (visas ej). Antennen 7' fungerar på samma sätt som antennen ovan. Genom att isolera två parvis intilliggande element (direktorer) och jorda två parvis in- tilliggande element (reflektorer) fås en riktantenn med huvudriktning mot direktorerna. Genom att isolera ett element (direktor) och jorda de tre övriga elementen (reflektorer) fås en riktantenn med huvudriktning mot direktorn. Vardera sättet ovan ger vardera fyra huvudriktningar, förskjutna i 90°-steg. Totalt ger detta åtta möjliga inställningsrikt- ningar i 45°-steg. En miljö med reflekterande ytor relativt nära sändarantennen, t.ex. en mikrocell, kan även en så liten ändring som 45° ge tillräcklig signalstyrkevinst i en minimi- punkt. Det skall observeras att det kan finnas många signal- vägar och att det är summan av dessa, adderade med faslägen vid mobiltelefonens mottagarantenn som är den mottagna signa- len.

Claims (2)

10 15 514 ÛÛÛ 6 PATENTKRAV

1. Anordning för att minska fädningen mellan basstatio- ner och mobila enheter i ett mobilt smàcellsystem, varvid basstationen innefattar en riktantenn (7') för att genom vridning av antennens riktningskarakteristik alstra ett med tiden varierande vàgmönster med rumsligt skilda fädnings- punkter (minimipunkter), kännetecknad av att riktantennen (7') innefattar ett aktivt element (10') i form av en halv- vàgsdipol omgiven av dielektrikum (11), som i sin tur är inneslutet i en cylinder som utgöres av ett antal frán var- andra isolerade passiva element (9'), företrädesvis fyra, för att genom elektrisk omkoppling av de passiva elementen (9'), åstadkomma att riktantennen (7') kan vridas mellan ett antal riktningar, företrädesvis åtta.

2. Anordning enligt krav 1, kånnetecknad av att di- elektriket (11) har ett dielektricitetstal (Er) mellan 100 - 200. 1 \