Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗОНЫ УВЕРЕННОГО РАДИОПРИЕМА С ИЗБЫТОЧНОСТЬЮ В СОТОВОЙ СИСТЕМЕ РАДИОСВЯЗИ - Патент РФ 2142181
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗОНЫ УВЕРЕННОГО РАДИОПРИЕМА С ИЗБЫТОЧНОСТЬЮ В СОТОВОЙ СИСТЕМЕ РАДИОСВЯЗИ
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗОНЫ УВЕРЕННОГО РАДИОПРИЕМА С ИЗБЫТОЧНОСТЬЮ В СОТОВОЙ СИСТЕМЕ РАДИОСВЯЗИ

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗОНЫ УВЕРЕННОГО РАДИОПРИЕМА С ИЗБЫТОЧНОСТЬЮ В СОТОВОЙ СИСТЕМЕ РАДИОСВЯЗИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Предложены устройство и способ, предусматривающие использование секторного антенного устройства в сотовой системе радиосвязи. Технический результат заключается в обеспечении зоны уверенного радиоприема с избыточностью в ячейке системы связи. Схема питания соединяет элементы секторного антенного устройства с набором приемопередатчиков связи (79, 80,81), причем схема питания содержит суммирующую матрицу (92, 94, 96) для объединения соответствующих выбранных диаграмм направленности в случае отказа одного из приемопередатчиков связи (79, 80, 81) и коммутационную схему (102, 104, 106), обеспечивающую предоставление полученной в результате суммарной диаграммы направленности одному из функционирующих приемопередатчиков связи. В другом варианте секторное антенное устройство содержит антенную решетку из множества коммутируемых антенных элементов (А1 - А3), каждый из которых связан с одним из приемопередатчиков связи. Коммутируемые антенные элементы А1 - А3 формируют набор диаграмм направленности переменной ширины в множестве секторов ячейки. В случае отказа одного из приемопередатчиков связи схема управления обеспечивает регулирование ширины выбранной одной из диаграмм направленности переменной ширины путем коммутации конфигурации соответствующего коммутируемого антенного элемента из множества элементов (S1f, S2f, S3f, S1n, S2n, S3n). В другом варианте каждый антенный элемент основной решетки (S1n, S2nf, S3n) предназначен для формирования диаграммы направленности в одном секторе, в то время как каждый антенный элемент дополнительной решетки (S1f, S2f, S3f) предназначен для обеспечения перекрытия двух соседних секторов. В случае отказа одного из приемопередатчиков приемопередатчик, номинально предназначенный для перекрытия сектора, соседнего с сектором вышедшего из строя передатчика, подключается к антенному элементу дополнительной решетки (S1f, S2f, S3f), обеспечивающему перекрытие обоих этих секторов. 6 с. и 14 з.п.ф-лы, 12 ил., 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2142181
Класс(ы) патента: H01Q3/22, H04B7/216
Номер заявки: 97112477/09
Дата подачи заявки: 28.11.1995
Дата публикации: 27.11.1999
Заявитель(и): Квэлкомм Инкорпорейтед (US)
Автор(ы): Роберт П.Гилмор (US); Дэниел Ларами (US)
Патентообладатель(и): Квэлкомм Инкорпорейтед (US)
Описание изобретения: Область техники
Настоящее изобретение относится к сотовым системам радиосвязи, более конкретно к новым усовершенствованным способу и устройству для обеспечения зоны уверенного радиоприема с избыточностью в сотовой системе радиосвязи, использующей секторную антенную решетку.
Предшествующий уровень техники
В сотовых системах связи связь между базовой станцией и абонентскими устройствами облегчается за счет подразделения окружающей ячейки на сектора. На фиг. 1 показана ячейка 10, в которой находятся множество абонентских устройств 12 и базовая станция 14. Как показано на фиг. 1, ячейка 10 подразделена на шесть секторов S1 - S6. Базовая станция 14 может включать в себя набор из шести антенн с фиксированной диаграммой направленности (не показаны), предназначенных для облегчения связи с абонентскими устройствами в секторах S1 - S6 соответственно.
В базовой станции 14 отдельные приемопередатчики связи обычно связаны с каждой из антенн с фиксированной диаграммой направленности. Каждый приемопередатчик связи обеспечивает обработку информационных сигналов, которыми обмениваются базовая станция 14 и абонентские устройства 12 в конкретном секторе. Каждый приемопередатчик связи обычно включает в себя усилители сигналов, повышающие/понижающие преобразователи частоты и устройство обработки сигналов в полосе модулирующих сигналов.
Поскольку каждый приемопередатчик связи предназначен для работы в конкретном секторе, отказ одного из приемопередатчиков приведет к перерыву в обслуживании абонентских устройств 12 в соответствующем секторе. Соответственно, чтобы предотвратить перерывы в обслуживании, обычной практикой является использование аппаратных средств связи с избыточностью в базовой станции каждой ячейки. Например, в случае отказа усилителя мощности в конкретном приемопередатчике связи может быть осуществлено переключение на резервный усилитель мощности в приемопередатчике на время замены неисправного усилителя мощности.
К сожалению, обеспечение резервных аппаратных средств в базовой станции каждой ячейки увеличивает стоимость системы и ее сложность. Более того, поскольку идентификация конкретного элемента аппаратных средств, обусловившего отказ данного приемопередатчика связи, может потребовать сложной аппаратуры контроля, то часто бывает необходимо предусмотреть по меньшей мере один избыточный приемопередающий блок.
Поэтому задачей изобретения является создание способа и устройства для обеспечения в сотовой системе радиосвязи зон уверенного приема в секторах с избыточностью, без использования резервного связного оборудования.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к системе и способу, основанных на использовании секторной антенной решетки в базовой станции сотовой системы, для обеспечения уверенного приема в окружающей ячейке. Настоящее изобретение может быть реализовано в сотовой системе связи, в которой базовая станция ячейки обеспечивает передачу информационных сигналов абонентам и прием от них информационных сигналов в пределах ячейки, имеющей множество секторов. Базовая станция ячейки включает в себя набор приемопередатчиков связи, каждый из которых осуществляет связь посредством секторного антенного устройства с абонентами в соответствующем секторе ячейки.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения секторное антенное устройство выполнено в виде антенной решетки, содержащей множество антенных элементов для формирования соответствующего множества диаграмм направленности в секторах ячейки. Схема питания антенны соединяет антенные элементы с выбранным одним из приемопередатчиков связи, причем схема питания включает в себя суммирующую матрицу для объединения выбранных диаграмм направленности в случае отказа какого-либо из приемопередатчиков связи. Коммутационная схема служит для обеспечения результирующей суммарной диаграммы направленности для одного из работающих приемопередатчиков.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения секторное антенное устройство включает антенную решетку, имеющую множество коммутируемых антенных элементов, каждый из которых связан с одним из приемопередатчиков связи. Коммутируемые антенные элементы формируют набор из диаграмм направленности переменной ширины во множестве секторов ячейки. В случае отказа одного из приемопередатчиков связи схема управления антенны обеспечивает регулировку ширины диаграммы направленности выбранной одной из диаграмм направленности переменной ширины путем коммутации конфигурации соответствующего одного из коммутируемых антенных элементов.
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает непрерывное функционирование системы за счет обеспечения того, что вышедший из строя приемопередатчик может быть отремонтирован или заменен без перерыва в обслуживании абонентов.
Краткое описание чертежей
Дополнительные задачи и признаки изобретения поясняются нижеследующим детальным описанием изобретения и пунктами формулы изобретения, иллюстрируемыми чертежами, на которых показано следующее.
Фиг. 1 - схематичное представление шестисекторной ячейки сотовой системы связи, в которой расположены множество абонентских устройств и базовая станция.
Фиг. 2 - схематичное представление секторной ячейки, в которой расположена базовая станция, выполненная с возможностью обеспечения уверенного секторного приема в соответствии с изобретением.
Фиг. 3 - блок-схема архитектуры передатчика базовой станции, выполненного с возможностью обеспечения секторного режима работы с избыточностью.
Фиг. 4 - предпочтительный вариант осуществления коммутирующей матрицы, представляющей собой матрицу однополюсных, на три положения, переключателей, соответственно связанных с антенными элементами базовой станции.
Фиг. 5A - концептуальное представление антенной структуры базовой станции в виде двойной решетки для обеспечения зоны уверенного приема с избыточностью.
Фиг. 5B - схематичное представление зоны уверенного приема ячейки для основной и дополнительной антенных решеток, входящих в состав двойной антенной решетки по фиг. 5A.
Фиг. 6 - схематичное представление трехсекторной ячейки, в которой коммутируемые антенные элементы обеспечивают диаграмму направленности шириной 120o с центром в одном из трех секторов.
Фиг. 7A и 7B - виды в азимутальной и угломестной плоскости упрощенного представления коммутируемого антенного элемента с пассивным рефлектором.
Фиг. 8 - вид в азимутальной плоскости коммутируемого антенного элемента с пассивным рефлектором в виде дипольной антенны и набора из трех пассивных рефлекторов.
Фиг. 9A - вид в азимутальной плоскости упрощенного представления антенны с подвижным уголковым рефлектором в виде дипольной антенны и шарнирно закрепленной платы рефлектора.
Фиг. 9B - иллюстрация конфигурирования антенны с подвижным уголковым рефлектором по фиг. 9A при функционировании в режиме отказа.
Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
1. Введение
На фиг. 2 схематично представлена секторная ячейка 20, входящая в состав сотовой системы связи, включающей в себя ряд других ячеек (не показаны). В состав ячейки входят базовая станция 22, антенна которой используется для облегчения связи с абонентскими устройствами, расположенными в трех секторах S1-S3 ячейки. В рассматриваемом варианте осуществления антенна базовой станции выполнена в виде секторного антенного устройства, содержащего набор из трех антенных элементов с фиксированными диаграммами направленности 24, 26, 28. Антенные элементы с фиксированными диаграммами направленности 24, 26, 28 формируют набор из трех лучей шириной 120o в секторах S1 - S3. Разумеется, для обеспечения более точного разделения ячейки 20 на сектора можно использовать большее количество антенных элементов.
Связь между базовой станцией 22 и абонентами, находящимися в ячейке 20, может осуществляться с использованием любого из известных методов связи с множественным доступом. Одним из таким методов, облегчающих связь в системах с большим числом абонентов, является метод модуляции множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР). Широко известны и многие другие методы для систем с множественным доступом, такие как множественный доступ с временным разделением каналов (МДВР), множественный доступ с частотным разделением каналов (МДЧР) и различные методы амплитудной модуляции, например использование одной боковой полосы с амплитудным компандированием. Однако методы модуляции расширенным спектром в соответствии с МДКР обеспечивают существенные преимущества над перечисленными методами модуляции для систем связи с множественным доступом. Использование метода МДКР в системе связи с множественным доступом раскрыто в патенте США N 4 901 307, выданном 13.02.90 на "Систему связи множественного доступа с расширенным спектром, использующую спутниковые или наземные ретрансляторы", переуступленном правопреемнику настоящего изобретения.
Метод МДКР, как описано в вышеуказанном патенте, предусматривает использование когерентной модуляции и демодуляции для линий связи обоих направлений при осуществлении связи между мобильными абонентами и спутниками. В известной системе раскрыто использование пилот-сигнала несущей в качестве когерентного сигнала опорной фазы для канала "спутник-мобильное устройство" и "базовая станция-мобильное устройство". В условиях функционирования наземной сотовой системы связи, однако, при сильных замираниях, обусловленных многолучевым распространением сигналов, приводящих к фазовым искажениям в канале, а также с учетом требуемой мощности для передачи пилот-сигнала несущей с мобильных устройств, не представляется возможным использовать метод когерентной демодуляции для канала "мобильное устройство-базовая станция". В патенте США N 5 102 459 на "Систему и способ формирования сигналов в сотовой системе связи с МДКР", выданном 25.06.90, переуступленном правопреемнику настоящего изобретения, раскрыты средства для преодоления отрицательных эффектов, обусловленных многолучевым распространением сигналов в канале "мобильное устройство-базовая станция", за счет использования методов некогерентной модуляции и демодуляции.
Соответствующий изобретению метод разделения ячеек на сектора с избыточностью может найти применение в том числе в сотовых системах связи, в которых используется любой из упомянутых методов множественного доступа и модуляции. Как описано ниже, изобретение в одном из своих аспектов направлено на создание способа и устройства для обеспечения избыточной или резервной зоны уверенного приема антенны для того, чтобы предотвратить возможные перерывы обслуживания в одном или нескольких секторах S1 - S3 вследствие отказа оборудования в базовой станции.
Сущность изобретения сводится к тому, что при обычной работе каждая базовая станция включает в себя отдельный модуль связи или приемопередатчик, предназначенный для обслуживания абонентов в индивидуальных секторах ячейки. Каждый модуль связи номинально связан с отдельным антенным элементом, каждый из антенных элементов направлен в отличный от других сектор ячейки. В предпочтительном варианте осуществления предусмотрена коммутационная матрица для селективного соединения одного или более антенных элементов с выбранными модулями связи. В случае отказа конкретного модуля связи базовой станции коммутационная матрица может подсоединить антенный элемент, номинально соединенный с отказавшим модулем, к исправному модулю связи, предназначенному для работы в соседнем секторе. Таким путем работоспособный модуль связи используется для предоставления обслуживания в каждом из соседних секторов, пока отказавший модуль не будет заменен.
2. Детальное описание предпочтительных вариантов осуществления
На фиг. 3 представлена блок-схема архитектуры передатчика базовой станции, выполненного для обеспечения разделения на сектора с избыточностью в соответствии с одним из аспектов изобретения. Схема передатчика базовой станции содержит первый, второй и третий передатчики 42, 44 и 46 сигнала полосы модулирующих частот, обеспечивающие обработку информационных сигналов полосы модулирующих частот для их передачи по каналам рабочей нагрузки, связанным с первым (S1), вторым (S2) и третьим (S3) секторами ячейки. Информационные сигналы в передатчиках 42, 44 и 46 фильтруются в полосе, преобразуются на радиочастоту и подаются на усилители 58, 60 и 62. Усиленные сигналы, сформированные на выходах усилителей 58, 60 и 62, содержат информационные сигналы, передаваемые с помощью радиочастотной несущей в сектора S1, S2, S3 соответственно. Выходные сигналы каждого из усилителей 58, 60, 62 подаются на антенные возбудители 66, 68 и 70. Как показано на фиг.3, антенные возбудители 66, 68 и 70 связаны с коммутационной матрицей 74.
Коммутационная матрица 74 обеспечивает коммутируемое соединение между антенными элементами, относящимися к каждому сектору ячейки, и антенными возбудителями 66, 68 и 70. Каждый из антенных возбудителей 66, 68 и 70 может обеспечивать дополнительное усиление сигналов и может также обеспечивать развязку с соответствующими антенными элементами. При нормальной работе коммутационная матрица 74 установлена так, чтобы соединять антенный возбудитель 66 с антенным элементом 24, антенный возбудитель 68 с антенным элементом 26 и антенный возбудитель 70 с антенным элементом 28. Антенные элементы 24, 26 и 28 соответственно формируют диаграммы направленности в секторах ячейки S1 - S3.
Как показано на фиг.3, между каждым из антенных возбудителей 66, 68 и 70 и коммутационной матрицей 74 введен дуплексор (антенный переключатель) 78. Каждый дуплексор 78 оперативно подключает один из антенных возбудителей к коммутационной матрице при работе базовой станции ячейки в режиме передачи. В режиме приема дуплексоры 78 связывают коммутационную матрицу 74 с набором приемных схем (не показаны), соответственно связанных с секторами S1, S2 и S3. Каждая пара передатчик/приемник образует приемопередатчик связи, обеспечивающий дуплексную связь с абонентами одного из секторов ячейки. Приемопередатчики связи для секторов N 1, N 2 и N 3 обозначены соответственно позициями 79, 80 и 81.
В соответствии с фиг. 4, в предпочтительном варианте осуществления изобретения коммутационная матрица 74 содержит набор однополюсных трехпозиционных переключателей 82, 84 и 86, соответственно связанных с антенными элементами 24, 26 и 28. Кроме того, коммутационная матрица 74 содержит набор сумматоров 92, 94 и 96 с тремя портами, а также набор однополюсных двухпозиционных переключателей 102, 104 и 106. Каждый из трехпозиционных переключателей 82, 84 и 86 номинально установлен в центральное положение 90a-c, в то время как двухпозиционные переключатели 102 и 104 номинально установлены в левые положения 110a-b, а двухпозиционный переключатель 106 установлен в правое положение 116c. Такие установки используются при работе каждого из приемопередатчиков связи и позволяют реализовать связь между каждым из приемопередатчиков связи и одним из антенных элементов 24, 26, 28.
В случае отказа в одном из приемопередатчиков связи 79-81 коммутационная матрица эффективно шунтирует вышедший из строя приемопередатчик за счет подключения антенного элемента, ранее связанного с этим приемопередатчиком, к другому приемопередатчику связи. Например, в результате неисправности оборудования приемопередатчик связи 79 может выйти из строя. Такая неисправность может иметь место в передатчике, в приемнике или в элементе или схеме приемопередатчика, используемых как на передачу, так и на прием. В этом случае переключатель 82 устанавливается в положение 114a, переключатель 86 устанавливается в положение 118c и переключатель 106 устанавливается в положение 110c. Установки переключателей 84 и 104 сохраняются в ранее указанных номинальных положениях на протяжении работы в таком "режиме отказа". Как показано на фиг. 3, такое изменение состояния переключателей 82, 84 и 86 обеспечивает то, что сигналы с антенных элементов 24 и 28 суммируются в сумматоре 94 и пересылаются к приемопередатчику связи 81. Таким образом, приемопередатчик 79 может быть шунтирован до тех пор, пока обнаруженный отказ оборудования не будет устранен или пока приемопередатчик 79 не будет заменен. А до этого момента связь с абонентами, находящимися в секторах S1 и S3, обеспечивается приемопередатчиком связи 81, который номинально был выделен только для сектора S3. В таблице 1 представлены положения, в которые устанавливается каждый переключатель в составе коммутационной матрицы 74 при функционировании в "режиме отказа". И вновь, при нормальной работе переключатели в матрице 74 устанавливаются в том порядке, чтобы приемопередатчики 79-81 соответственно обеспечивали связь в секторах S1, S2 и S3.
Хотя работа коммутационной матрицы была описана в контексте режима приема антенны, однако специалистам в данной области техники должно быть ясно, что обратные операции в режиме передачи также реализуются с использованием по существу идентичной структуры. Например, при работе в режиме передачи сумматоры будут осуществлять функцию разделения сигналов, а не их объединения.
На фиг. 5A дано концептуальное представление антенной структуры в виде двойной решетки для обеспечения разделенной на сектора зоны уверенного приема с избыточностью. Структура двойной решетки по фиг.5A включает в себя основную решетку из трех антенных элементов S1n, S2n, S3n с шириной диаграммы направленности 120o и дополнительную решетку из трех антенных элементов S1f, S2f, S3f с шириной диаграммы 240o. Антенны S1n, S2n, S3n соответственно направлены в сектора S1, S2, S3, в то время как антенны S1f, S2f, S3f направлены каждая в два из трех секторов S1 - S3 (фиг.5B). Коммутационная матрица, состоящая из переключателей 120, 122 и 124, предусмотрена для коммутируемого подсоединения одного из приемопередатчиков связи 79-81 к выбранным антеннам в дополнительной антенной решетке в случае выхода из строя одного из приемопередатчиков. При нормальной работе каждый из приемопередатчиков 79-81 соответственно соединен с одной из основных антенн S1n, S2n, S3n с помощью установки переключателей 120, 122 и 124 в положения 1A, 2A и 3A соответственно. В соответствии с этим, при нормальной работе абоненты в каждом из секторов S1n - S3n обслуживаются одним из приемопередатчиков связи 79-81.
В качестве примера работы в режиме отказа рассмотрим случай, когда отказ обнаружен в приемопередатчике 79. В этом случае переключатель 122 устанавливается в положение 2B, что приводит к формированию диаграммы направленности шириной 240o в секторах S1 и S2 в течение времени работы в режиме отказа. В результате абоненты в пределах секторов S1 и S2 обслуживаются приемопередатчиком связи 80, относящимся к сектору N 2. Аналогично, переключатель 120 устанавливается в положение 1B в случае отказа приемопередатчика 81 сектора N 3, в результате чего приемопередатчик 79, номинально обслуживающий сектор N 1, будет обслуживать абонентов в секторах S1 и S3. И точно так же, переключатель 124 устанавливается в положение 3B в случае отказа приемопередатчика 80, предназначенного для обслуживания сектора N 2.
На фиг. 5B представлены зоны уверенного приема в ячейке для основной и дополнительной антенных решеток. В частности, основные антенные элементы S1n, S2n, S3n, как показано, соответственно направлены в сектора S1 - S3. Что касается дополнительной антенной решетки, то дополнительный антенный элемент S3f перекрывает сектора S2 и S3, дополнительный антенный элемент S2f перекрывает сектора S2 и S1 и дополнительный антенный элемент S1f перекрывает сектора S1 и S3.
В варианте выполнения с использованием двойной антенной решетки, показанной на фиг. 5A и 5B, после выхода из строя одного из приемопередатчиков связи 79-81 другой приемопередатчик из числа приемопередатчиков 79-81 переключается с соединения с 120o- антенным элементом на соединение с 240o-антенным элементом дополнительной решетки. Однако в некоторых случаях может оказаться желательным обеспечить ту же форму избыточности, не предусматривая дополнительной антенной решетки. Соответственно, в другом варианте осуществления изобретения для достижения требуемой избыточности используется одна антенная решетка, содержащая антенные элементы с регулируемой шириной диаграммы направленности. Антенные элементы с регулируемой шириной диаграммы направленности могут быть реализованы с использованием любых конкретных вариантов реализации, два из которых описаны ниже.
В каждом из описываемых ниже вариантов с использованием одной антенной решетки диаграмма направленности, формируемая каждым из коммутируемых антенных элементов, регулируется как по ширине, так и по направлению, когда необходимо обеспечить резервную зону уверенного приема. Например, на фиг.6 показана ячейка, состоящая из трех секторов, в которой коммутируемые антенные элементы A1 -A3 номинально настроены на формирование диаграммы направленности шириной 120o с центром в одном из секторов S1 - S3, соответственно. В случае выхода из строя приемопередатчика связи, соединенного с коммутируемым антенным элементом A3, диаграмма направленности, формируемая коммутируемым антенным элементом A1, будет поворачиваться так, чтобы ее центр оказался на границе между секторами S1 и S3, и расширится до 240o. Как показано на фиг. 6, элемент A1 номинально формирует диаграмму направленности с шириной B1 по азимуту (например, 120o), центрированную относительно направления D1. После переключения коммутируемый антенный элемент A1 формирует диаграмму направленности с шириной B1' по азимуту (например, 240o) в направлении D1'. Приемопередатчик связи сектора S1, который продолжает оставаться связанным только с коммутируемым антенным элементом A1 при функционировании как в нормальном режиме, так и режиме отказа, используется теперь для связи с абонентами в секторах S1 и S3. Абоненты в секторе S2 продолжают обслуживаться приемопередатчиком связи сектора S2, связанным с коммутируемым антенным элементом A2.
В любом варианте реализации с одной антенной решеткой, в обобщенном виде представленном на фиг.6, каждый приемопередатчик связи остается связанным с одним и только с одним коммутируемым антенным элементом в процессе функционирования как в нормальном режиме, так и в режиме отказа. Это существенно упрощает архитектуру базовой станции, исключая необходимость использования коммутационной матрицы между приемопередатчиками связи и антенными элементами базовой станции.
На фиг. 7A и 7B показаны соответственно виды в азимутальной и в угломестной плоскости упрощенного представления коммутируемого антенного элемента 200 с пассивным рефлектором. Коммутируемый антенный элемент 200 включает в себя дипольный излучатель 204 и коммутируемый пассивный рефлектор 206. Дипольный излучатель 204 и коммутируемый пассивный рефлектор 206 могут оба быть реализованы с использованием тонкого цилиндрического электрического проводника. Дипольный излучатель 204 обычно возбуждается источником сигнала 208. Если электрическая длина коммутируемого пассивного рефлектора 206 выбрана примерно на 5% больше, чем длина дипольного излучателя 204, то рефлектор 206 приводит к формированию направленной диаграммы направленности R, как показано на фиг. 7A.
Как показано на фиг. 7B, пассивный рефлектор 206 содержит верхний и нижний проводящие сегменты 212 и 214, соединенные с возможностью переключения с помощью переключателя 210 рефлектора. Когда переключатель 210 рефлектора замкнут, то коммутируемый пассивный рефлектор 206 резонирует в присутствии электромагнитного излучения дипольной антенны 204, приводя в результате к формированию направленного излучения R. При размыкании переключателя 210 рефлектор 206 прекращает резонировать и не функционирует как отражающий элемент. В соответствии с изобретением, несколько коммутируемых пассивных рефлекторов могут быть установлены в непосредственной близости от дипольной антенны для того, чтобы обеспечивать формирование направленных диаграмм направленности различной ширины и направлений при функционировании в нормальном режиме и в режиме отказа. В конкретном случае ячейки из трех секторов (фиг.6) каждый из трех коммутируемых антенных элементов базовой станции (A1- A3) может быть выполнен с использованием конфигурации, показанной на фиг. 8.
На фиг.8 представлен вид в азимутальной плоскости антенны 250 с коммутируемыми пассивными рефлекторами, состоящей из дипольной антенны 254 и набора из трех пассивных рефлекторов 256 - 258. Пассивные рефлекторы 256 - 257 существенно идентичны пассивному рефлектору 206 (фиг. 7A-B), и каждый из них включает в себя пару проводящих сегментов, соединенных посредством переключателя (не показан). Третий пассивный рефлектор 258 образован одним электрическим проводником (т. е. представляет собой некоммутируемый рефлектор), имеющим длину, примерно на 5% больше длины дипольной антенны 254. Как показано на фиг. 8, пассивные рефлекторы 256 и 258 номинально удалены на расстояние λ/2 от дипольной антенны 254, а пассивный рефлектор 257 удален на расстояние λ/4, где λ - длина волны.
Путем соответствующей коммутации пассивных рефлекторов 256-257 антенна 250 обеспечивает попеременное формирование диаграмм направленности с шириной и направлением, которые необходимы при функционировании антенных элементов A1 -A3 в нормальном режиме и в режиме отказа. Т.е. такая антенна 250 с пассивными рефлекторами обеспечивает формирование диаграммы направленности в азимутальной плоскости шириной 120o в первом направлении (т.е. в направлении D1 на фиг. 6) при функционировании в нормальном режиме и другой диаграммы направленности в азимутальной плоскости шириной 240o в другом угловом направлении (например, в направлении D1') при функционировании в режиме отказа. При функционировании в нормальном режиме диаграмма направленности шириной 120o формируется при замыкании переключателя в каждом из пассивных рефлекторов 256-257, в то время как при функционировании в режиме отказа диаграмма направленности шириной 240o формируется при исключении условия резонанса в рефлекторах 256-257 путем размыкания переключателей в этих рефлекторах.
На фиг.9A представлен вид в азимутальной плоскости антенны 300 с подвижным уголковым рефлектором. Антенна 300 содержит дипольную антенну 304 и шарнирно закрепленную плату 306 рефлектора, удаленную от упомянутой дипольной антенны примерно на расстояние λ/2. Плата 306 рефлектора содержит пару электропроводных отражательных панелей 308, 310, которые соединены шарнирным элементом 312. Когда панели 308, 310 платы 306 рефлектора установлены в планарной конфигурации (фиг. 9A), то антенна 300 формирует диаграмму направленности шириной 120o в направлении D1.
В предпочтительном варианте шарнирно закрепленная плата 306 рефлектора установлена на координатном столе (не показан) для перемещения платы 306 рефлектора относительно дипольной антенны 304 по координатам X, Y при функционировании в режиме отказа. Как показано на фиг.9B, такое перемещение приводит к формированию диаграммы направленности антенны 300 в направлении D1' при функционировании в режиме отказа. Ширина диаграммы направленности при этом равна 240o, что обеспечивается установкой угла между отражательными панелями 308, 310, примерно равного 90o. Такая регулировка угла между панелями 308, 310 может осуществляться с помощью механических устройств, хорошо известных специалистам в данной области техники.
Приведенное выше описание предпочтительных вариантов осуществления позволит любому специалисту в данной области техники осуществить или использовать изобретение. Различные модификации этих вариантов очевидны для специалистов, и, следовательно, основные принципы, определенные в настоящем описании, могут быть использованы и в других вариантах осуществления без дополнительного изобретательства. Например, принципы, изложенные в настоящем изобретении, равным образом применимы и к сотовым системам, в которых имеются ячейки, разделенные на сектора иным образом, чем описано выше. Таким образом, настоящее изобретение не ограничивается приведенными вариантами его осуществления, а должно восприниматься в наиболее широком объеме, совместимом с принципами и новыми признаками, раскрытыми в данном описании и в формуле изобретения.
Формула изобретения: 1. Секторное антенное устройство для сотовой системы радиосвязи, содержащей базовую станцию для передачи информационных сигналов абонентам и приема информационных сигналов от абонентов в ячейке, имеющей множество секторов, причем базовая станция содержит множество приемопередатчиков связи для осуществления связи посредством секторного антенного устройства с абонентами, находящимися в соответствующем одном из множества секторов, отличающееся тем, что содержит антенную решетку, содержащую множество антенных элементов для формирования соответственно множества диаграмм направленности в упомянутом множестве секторов, и схему питания антенного устройства для подсоединения антенных элементов к соответствующим выбранным приемопередатчикам связи, причем схема питания антенного устройства содержит суммирующую матрицу для объединения соответствующих выбранных диаграмм направленности в случае отказа одного из упомянутых приемопередатчиков связи и коммутационную схему для обеспечения полученной суммарной диаграммы направленности для функционирующего одного из упомянутых приемопередатчиков связи.
2. Секторное антенное устройство по п.1, отличающееся тем, что суммирующая матрица содержит множество сумматоров, каждый из которых соединен с соседними из упомянутых антенных элементов.
3. Секторное антенное устройство по п.2, отличающееся тем, что коммутационная схема содержит первый набор переключателей для соединения антенных элементов с сумматорами и второй набор переключателей для соединения антенных элементов и сумматоров с приемопередатчиками связи.
4. Секторное антенное устройство по п.3, отличающееся тем, что первый набор переключателей установлен так, что пары упомянутых диаграмм направленности, связанные с первым и вторым соседними антенными элементами из упомянутого множества антенных элементов, суммируются в случае отказа первого из приемопередатчиков связи, первый и второй наборы переключателей номинально установлены для соединения первого приемопередатчика связи с упомянутым первым антенным элементом из множества антенных элементов.
5. Секторное антенное устройство для сотовой системы радиосвязи, содержащей базовую станцию для передачи информационных сигналов абонентам и приема информационных сигналов от абонентов в ячейке, имеющей множество секторов, причем базовая станция содержит множество приемопередатчиков связи для осуществления связи посредством секторного антенного устройства с абонентами, находящимися в соответствующем одном из множества секторов, отличающееся тем, что содержит первую антенную решетку для формирования первого набора диаграмм направленности, причем каждая из диаграмм направленности формируется в одном из секторов и обрабатывается одним из упомянутого множества приемопередатчиков связи, вторую антенную решетку для формирования второго набора диаграмм направленности, причем каждая из диаграмм направленности второго набора формируется в группе по меньшей мере из двух секторов и обрабатывается одним из упомянутого множества приемопередатчиков связи, коммутационную схему для селективного подсоединения упомянутых приемопередатчиков связи к упомянутым первой и второй антенным решеткам.
6. Секторное антенное устройство по п.5, отличающееся тем, что первая антенная решетка содержит множество основных антенных элементов, предназначенных для формирования упомянутых диаграмм направленности первого набора с первой шириной луча по азимуту, а вторая антенная решетка содержит аналогичное множество резервных антенных элементов, предназначенных для формирования упомянутых диаграмм направленности второго набора с шириной луча по азимуту примерно в два раза больше ширины луча по азимуту диаграмм направленности первого набора.
7. Секторное антенное устройство по п.6, отличающееся тем, что коммутационная схема содержит матрицу переключателей, каждый из которых предназначен для селективного подсоединения одного из упомянутых приемопередатчиков связи к соответственному одному из упомянутых основных или дополнительных антенных элементов.
8. Секторное антенное устройство для сотовой системы радиосвязи, содержащей базовую станцию для передачи информационных сигналов абонентам и приема информационных сигналов от абонентов в ячейке, имеющей множество секторов, причем базовая станция содержит множество приемопередатчиков связи для осуществления связи посредством секторного антенного устройства с абонентами, находящимися в соответствующем одном из множества секторов, отличающееся тем, что содержит первую антенную решетку, содержащую множество коммутируемых антенных элементов для формирования первого набора диаграмм направленности переменной ширины в упомянутом множестве секторов, причем каждый из коммутируемых антенных элементов соединен с одним из упомянутых приемопередатчиков связи и схему управления антенной для регулирования ширины диаграммы направленности выбранной одной из упомянутых диаграмм направленности переменной ширины, в случае отказа одного из приемопередатчиков связи, путем коммутации конфигурации соответствующего одного из упомянутых коммутируемых антенных элементов.
9. Секторное антенное устройство по п.8, отличающееся тем, что каждый из коммутируемых антенных элементов содержит дипольную антенну и расположенный в непосредственной близости от нее первый селективно резонирующий пассивный рефлектор.
10. Секторное антенное устройство по п.9, отличающееся тем, что первый селективно резонирующий пассивный рефлектор содержит первый и второй проводящие сегменты и первый переключатель для соединения с возможностью переключения первого и второго проводящих сегментов, причем схема управления антенной обеспечивает установку первого переключателя в замкнутое состояние для обеспечения формирования диаграммы направленности с первой шириной луча и в разомкнутое состояние для обеспечения формирования диаграммы направленности со второй шириной луча.
11. Секторное антенное устройство по п.9, отличающееся тем, что каждый из коммутируемых антенных элементов содержит второй селективно резонирующий пассивный рефлектор и неподвижный пассивный рефлектор, расположенный в непосредственной близости от упомянутой дипольной антенны.
12. Секторное антенное устройство по п.9, отличающееся тем, что каждый из вторых селективно резонирующих пассивных рефлекторов содержит третий и четвертый проводящие сегменты и второй переключатель для соединения с возможностью переключения третьего и четвертого проводящих сегментов, причем схема управления антенной обеспечивает синхронное размыкание и замыкание первого и второго переключателей каждого из упомянутых коммутируемых антенных элементов.
13. Секторное антенное устройство по п.9, отличающееся тем, что первый селективно резонирующий рефлектор в первом из упомянутых коммутируемых антенных элементов имеет несколько большую электрическую длину, чем дипольная антенна, входящая в первый коммутируемых антенный элемент.
14. Секторное антенное устройство по п.8, отличающееся тем, что каждый из упомянутых коммутируемых антенных элементов содержит дипольную антенну, в непосредственной близости от которой расположен шарнирно закрепленный уголковый рефлектор.
15. Секторное антенное устройство по п.14, отличающееся тем, что шарнирно закрепленный уголковый рефлектор включает в себя первую и вторую панели, связанный общим шарнирным элементом, причем схема управления антенны содержит средство для регулировки положения упомянутых первой и второй панелей уголкового рефлектора.
16. Секторное антенное устройство для сотовой системы радиосвязи, содержащей базовую станцию для передачи информационных сигналов абонентам и приема информационных сигналов от абонентов в ячейке, имеющей множество секторов, причем базовая станция содержит множество приемопередатчиков связи для осуществления связи посредством секторного антенного устройства с абонентами, находящимися в соответствующем одном из множества секторов, отличающееся тем, что содержит антенную решетку, содержащую множество коммутируемых антенных элементов для формирования первого набора диаграмм направленности переменной ширины в упомянутом множестве секторов, причем каждый из коммутируемых антенных элементов содержит набор излучающих элементов, соединенных с возможностью переключения с одним из упомянутых приемопередатчиков связи, матрицу переключателей для соединения с возможностью переключения излучающих элементов с приемопередатчиками связи и схему управления антенным устройством для регулирования ширины диаграммы направленности выбранной одной из упомянутых диаграмм направленности переменной ширины, в случае отказа одного из приемопередатчиков связи, путем изменения состояния выбранных переключателей из упомянутого множества переключателей.
17. Секторное антенное устройство по п.16, отличающееся тем, что каждый из коммутируемых антенных элементов содержит набор из по меньшей мере четырех излучающих элементов, причем каждый из переключателей в упомянутой матрице переключателей номинально установлен в замкнутое положение.
18. Секторное антенное устройство по п.17, отличающееся тем, что схема управления антенным устройством содержит средство для размыкания двух из упомянутых переключателей, соединенных с излучающими элементами в выбранном одном из упомянутых коммутируемых антенных элементов.
19. Способ обеспечения зоны уверенного приема с избыточностью в секторах сотовой системы радиосвязи, содержащей базовую станцию для передачи информационных сигналов абонентам и приема информационных сигналов от абонентов в ячейке, имеющей множество секторов, причем базовая станция содержит множество приемопередатчиков связи для осуществления связи посредством секторного антенного устройства с абонентами, находящимися в соответствующем одном из множества секторов, отличающийся тем, что осуществляют формирование множества диаграмм направленности в упомянутом множестве секторов с использованием соответствующего множества антенных элементов, соединение антенных элементов с соответствующими выбранными приемопередатчиками связи из упомянутого множества приемопередатчиков связи и суммирование соответствующих выбранных диаграмм направленности из упомянутого множества диаграмм направленности в случае отказа одного из приемопередатчиков связи и обеспечение полученной суммарной диаграммы направленности для одного из функционирующих приемопередатчиков связи.
20. Способ обеспечения зоны уверенного приема с избыточностью в секторах сотовой системы радиосвязи, содержащей базовую станцию для передачи информационных сигналов абонентам и приема информационных сигналов от абонента в ячейке, имеющей множество секторов, причем базовая станция содержит множество приемопередатчиков связи для осуществления связи посредством секторного антенного устройства с абонентами, находящимися в соответствующем одном из множества секторов, отличающийся тем, что осуществляют формирование множества диаграмм направленности переменной ширины в упомянутом множестве секторов с использованием соответствующего множества коммутируемых антенных элементов, причем выбранные коммутируемые антенные элементы из упомянутого множества коммутируемых антенных элементов соединены с соответствующими приемопередатчиками связи, и регулирование ширины выбранной одной из упомянутых диаграмм направленности переменной ширины, в случае отказа одного из приемопередатчиков связи путем коммутации конфигурации соответствующего одного из упомянутых коммутируемых антенных элементов.