SE509433C2 - Antennsystem för en mobilkommunikationsstation i ett mobiltelekommunikationsnät samt förfarande för radiokommunikation - Google Patents

Description

20 25 30 509 435 2 mobil åt- minstone i den betydelsen att en användare av den mobila måste relästationen emellertid också vara mobil; stationen skall kunna placera och ersätta relästationen med ett minimum av ansträngning. Den nuvarande efterfrågan på extremt små bärbara enheter medför oundvikligen en efter- frågan pà, om en relästation erfordras, att den måste vara lätt att fästa och avlägsna fràn den mobila stationen och även vara mycket liten och lätt.

Såsom ett exempel, representerande teknikens ståndpunkt, ett avlägsningsbart relästationsantennsystem i den patentansökan JP4-127728 (A). avlägsnas från en mobil station och placeras i ett beskrivs japanska En relästationsan- tenn kan läge, där radiosignaler från en basstation kan nå relästa- tionen.

En nackdel hos den lösning som presenteras i JP4-127728 (A) är att kommunikationen mellan relästationsenheten och den mobila telefonen kan ske genom fysiskt åtskilda kanaler beroende på huruvida relästationen är fästad till telefonen sker kommunikation genom eller inte. När denna är fästad, förbindelsemedel som står i galvanisk kontakt. När avlägs- nad sker kommunikation genom en förlängd antenn. Denna lös- ning erfordrar två olika signalvägar genom relâstationen till den mobila telefonen och är följaktligen komplicerad.

Ett annat exempel på en fästbar antenn beskrivs i den tyska patentansökan DE4330436. fästbar och avlägsningsbar huvudantennenhet för kommunika- En mobil telefon har en tion med ett mobilt nät. Antennmoduler för lokal kommunika- tion mellan telefonen och huvudantennenheten beskrivs i allmänna termer.

I ovan nämnda DE4330436 beskrivs inte hur kommunikation mellan antennenheter kan åstadkommas pà ett energieffektivt sätt oberoende av om antennmodulerna är nåra eller långt borta fràn varandra. 10 l5 20 25 30 509 453 3 Redogörelse för uppfinningen Ett problem som löses av uppfinningen förstås genom att betrakta nackdelarna hos den lösning som representerar tek- nikens stàndpunkt. Där föreligger ett behov av en konstruk- tion med en avlägsningsbar antennenhet i signalvägen mellan den mobila enheten och antennen, som kan genomföra riktbar koncentration av radiovågenergi, utan behov av fysiska för- bindningsenheter.

Följaktligen är ett syfte hos uppfinningen att åstadkom- ma en skiljbar relästationsenhet som använder samma medel för kommunikation med den mobila enheten oberoende av om den är fästad eller har lossats från den mobila enheten.

Ett annat syfte hos uppfinningen är att åstadkomma en skiljbar relästationsenhet som kan kommunicera med den mo- bila stationen utan att störa kommunikation som sker mellan relästationsenheten och en basstation eller satellit.

Ett antennsystem i enlighet med uppfinningen löser dessa problem med en mobilkommunikationsstation med en skiljbar antennenhet som kan kopplas kapacitivt till den mobila sta- tionen och som också kan kommunicera med stationen via ett elektromagnetiskt fjärrfält.

I synnerhet innefattar antennsystemet vid den mobila stationen en huvudenhet som innefattar åtminstone en nätan- tenn, en reläantenn för kommunikation med den mobila sta- tionen och en gränssnittsenhet förbunden till nätantennen och reläantennen. Antennsystemet innefattar också en lokal antenn i mobilkommuníkationsstationen för kommunikation med kan reläantennen i. huvudantennenheten. Huvudantennenheten fästas och lossas från kommunikationsstationen, samtidigt som reläantennen och den lokala antennen saknar galvanisk kontakt. kala antennen elektriskt förbundna till varandra med en ka- I ett fästat tillstànd är reläantennen och den lo- pacitiv förbindning, och i ett lossat tillstànd är reläan- 10 15 20 25 599 433 4 tennen och den lokala antennen elektriskt förbundna till varandra via en elektrisk fjärrfältförbindning.

En fördel hos uppfinningen är att kommunikation mellan den mobila stationen och huvudantennenheten åstadkoms med vare sig enheterna är me- samma relä- och lokala antenner, kaniskt fästade till varandra eller inte.

En annan fördel är att kommunikation mellan den mobila stationen och huvudantennenheten realiseras med samma ef- fektivitet med avseende pà strálad effekt, vare sig enhe- terna är mekaniskt fästade till varandra eller inte.

Ytterligare en fördel är att kommunikation mellan den mobila stationen och huvudantenenheten kan åstadkommas med en riktad koncentration av strálningsmönstret mellan enhe- terna.

Kortfattad figurbeskrivning Fig. 1 visar ett schematiskt blockschema av ett antenn- system i enlighet med uppfinningen. där ett an- Fig. 2 visar ett telekommunikationssystem, tennsystem i enlighet med uppfinningen har realiserats.

Fig. 3A visar en första schematisk vy av en antennenhet, innefattande patchantenner, som är fästade till en mobil- kommunikationsenhet.

Fig. 3B visar en andra schematisk vy av en antennenhet, innefattande hornantenner, som är fästade till en mobilkom- munikationsenhet.

Fig. 3C visar en schematisk vy av en antennenhet som har lossats från en mobilkommunikationsenhet. 10 15 20 25 30 5 509 455 Fig. 4 visar en schematisk perspektivvy av en antennen- het innefattande patchar, som har lossats från en mobilkom- munikationsstation.

Föredragna utföringsformer Fig. 1 visar ett schematiskt blockschema av ett antenn- system 100, en mobilkommunikationsstation 150 och ett tele- kommunikationsnät 170 med vilket stationen kommunicerar via antennsystemet 100. Antennsystemet 100 är fysiskt delat mellan kommunikationsstationen 150 och en huvudantennenhet 101.

Kommunikationsstationen 150 innefattar en ingàngsenhet 152 och en utgàngsenhet 153, som båda står i förbindelse med en styrenhet 154. En lokal antenn 105 är förbunden till styrenheten 154 via en radioenhet 151. Den lokala antennen innefattar en sändande lokal antenndelenhet 108A. och en mottagande lokal antenndelenhet 108B. Hos en enkel realise- ring år ingângsenheten 152 och utgângsenheten 153 utformade som en mikrofon respektive en högtalare. Styrenheten 154 representerar i ett sådant fall alla nödvändiga signalbear- som en an- betningsfunktioner, som år kända inom området, vändare av stationen 150 kan behöva för att kommunicera.

Huvudantennenheten 101 innefattar en nätantennenhet 102 som innefattar en sändande nätantendelenhet 106A. och en mottagande 106B. 106A, 106B är förbundna till en gränssnittsenhet 104. Också förbunden till gränssnittsenheten 104 är en reläantennenhet nätantenndelenhet Nätantenndelenheterna 103 som innefattar en sändande reläantenndelenhet 107B och en mottagande reläantenndelenhet 107A. Nätantennen 102 tar emot och sänder radiosignaler via en radioförbindning 171 med nätet 170. som inte visas i fig. 1, Nätet 170 kan innefatta kommunikationsenhe- ter, i enlighet med en godtycklig konfiguration i. enlighet med teknikens ståndpunkt, såsom beskrivs schematiskt nedan tillsammans med fig. 2. Gränss- nittsenheten 104 genomför funktionen att àterutsända signa- 10 15 20 25 30 35 509 433 6 lerna från nätantennen 102 och reläantennen 103. I ett läge där nätradioförbindningen 171 innefattar en första radio- signalfrekvens, och den lokala förbindningen 181 använder ett andra frekvensintervall, omvandlar' gränssnittsenheten 104 mellan de två frekvensintervallen. Omvandlingen mellan frekvensintervallen är känd inom omrâdet och beskrivs följ- aktligen inte mer detaljerat.

Reläantennen 103 hos huvudantennenheten 100 tar emot och sänder signaler via en lokal elektromagnetisk förbindning 181 mellan kommunikationsstationerna 150 och huvudantennen- heten 101. nedan tillsammans med fig.

Den lokala förbindningen 181 beskrivs vidare 3A-C.

Det bör observeras att både reläantennen 103 och den lo- kala antennen 105 i detta exempel var och en innefattar en lO7B.

Emellertid, beroende på styrenhetens 154 funktioner i kom- mottagarantenn 107A, 108B och en sändarantenn 108A, 150 och gränssnittsenheten 104 i hu- det möjligt att ha enskilda dubbelrik- munikationsstationen vudantennenheten, är tade antennenheter i både den lokala antennen 105 och relä- antennen 103. Tidsmultiplex, som är välkänt inom området, kan användas för att koppla mellan sändning och mottagning under kommunikation mellan den lokala antennen 105 och re- läantennen 103. Med andra ord är uppfinningen inte begrän- sad till ett specifikt system för mobil kommunikation. Den kan användas bàde hos analoga frekvensmultiplexsystem (FDMA), såsom NMT och AMPS, såväl som hos tidsmultiplexsys- tem (TDMA) såsom GSM och D-AMPS och kodmultiplexsystem (CDMA).

Eftersom både kommunikationsstationen och huvudantennen- heten 102 innefattar sändare och andra signalbearbetnings- medel, föreligger uppenbarligen ett behov av ett spän- ningsaggregat. Emellertid är elektriska utrustningsarrange- mang för tillhandahállandet av effekt av denna typ välkänd för en fackman inom omrâdet, exempelvis i form av batteri- er. Det inses följaktligen lätt att kommunikationsstationen 10 15 20 25 30 35 509 453 7 150 och huvudantennenheten 101 båda innefattar spänningsag- gregatenheter, där den specifika realiseringen är av mindre betydelse för att illustrera uppfinningen.

I fig. 2 visas med vissa detaljer komponenter hos ett som kan innefatta nätet 170, Ett mobil- telekommunikationssystem 200, som har beskrivits ovan tillsammans med fig. 1. kommunikationsnât 201 innefattar en mobiltelefonväxel 203 till vilken en landbaserad basstation 205 och en satellit- baserad basstation 204 är förbundna. Den landbaserade bas- stationen 205 förbinder en radiostation 206 med mobiltele- fonväxeln 203, och den satellitbaserade basstationen 204 förbinder en satellitjordstation 207 med mobiltelefonväxeln 203. radioförbindning 252, stationen 205, med en annan godtycklig abonnent i systemet En första mobilabonnentenhet 211 kommunicerar via en via radiostationen 206 och radiobas- 200. Likaledes kommunicerar en andra mobilabonnentenhet 209 via en första satellitradioförbindning 250, via en satellit 208, litjordstationen 207 och satellitbasstationen 204, godtycklig annan abonnent i systemet 200. Den andra mobila via en andra satellitradioförbindning 251, via satel- med en abonnentenheten 209 kommunicerar med satelliten 208 via en antennenhet 210, såsom beskrivits ovan tillsammans med fig. 1. Den första mobila abonnentenheten 211 kan vara av en godtycklig typ, som är känd för en fackman inom området. En detaljerad beskrivning av en realisering av förfaranden för kommunikation i nätet 201 ligger utanför ramen för uppfin- ningen. Ett godtyckligt system känt för en fackman inom om- rådet, analogt eller digitalt, kan användas. Även om inget specifikt radiofrekvensintervall föredras för- nätrealise- ringen är det uppenbart att en godtycklig frekvens involve- och 251 finns i mikrovågdelen av radiospektrumet. Detta pá grund av rad i satellitförbindelserna 250 företrädesvis det faktum att där föreligger ett behov för riktad koncent- ration av radioenergin, såsom beskrivits ovan.

Kommunikationssystemet 200 innefattar också ett telenät 202, innefattande en växel 212 och två fasta abonnentenhe- lO 15 20 25 30 509 433 8 ter 213, 214. Dessa telenätkomponenter visas endast för att illustrera systemets 200 allmänna egenskaper, i vilket sys- tem uppfinningen kan användas.

Naturligtvis kan det mobila nätet 201 innefatta ett god- tyckligt antal basstationer och mobilabonnentenheter. I själva verket är det vanligt hos existerande nät att nät med tusentals basstationer betjänar miljoner mobilabonnen- ter med mobilkommunikationsstationer. 3A, elektromagnetisk förbindning 306, I fig. 3B och 3C visas uppfinningen i termer av en 356 mellan en mobil kom- munikationsstation. 302, 352 och. en. huvudantennenhet 301, 351, Kommunikationsstationen 302, ten 301, fattar båda medel som beskrivs tillsammans med fig. motsvarande den lokala förbindningen 181 j. fig. 1. 352 såväl som huvudantennenhe- 351 visas endast delvis schematiskt och de inne- 1. Även 352 och 351 medför att där finns en för- kommunikation mellan kommunikationsstationen 302, huvudantennenheten 301, bindning mellan huvudantennen 301, 351 och andra enheter i ett nät. eftersom det är välkänt Detta illustreras inte, för en fackman inom området.

Fig. 3A visar den kommunikationsstation 302 på vilken en reläantennenhet 304, motsvarande 108A, 108B i fig. 1, utgör en integrerad del. I detta fall är reläantennen 304 en mik- robandpatch. Med hjälp av en fästenhet 305 fästes huvudan- tennenheten 301 mekaniskt till kommunikationsstationen 302.

Huvudantennenheten 301 innefattar en lokal antennenhet 303, 10713 i fig. 1, bandpatch. Även om kommunikationsstationen 302 och huvudan- motsvarande 107A, också i form av en mikro- tennenheten 301 är fästade till varandra, föreligger ingen galvanisk kontakt mellan dem. En elektrisk förbindning i form av ett elektromagnetiskt fält 306 finns mellan pat- 304. 304 närhet till var- andra betyder att patcharna 303, 304 är kapacitivt förbund- chantennerna 303, Patcharnas 303, nä. 10 15 20 25 30 35 509 455 9 Det är välkänt för en fackman inom området att patchan- tennelement kan ha fyrkantig, rektangulär eller cirkulär form och företrädesvis med en resonansdimension pá omkring en halv våglängd. Patcharna 303, 304 är lokaliserade direkt mittemot varandra, pá huvudantennenheten 301 respektive 302, andra med ett avstånd som är mindre än resonansdimensionen kommunikationsstationen och de är åtskilda från var- i syfte att begränsa parasitstrâlning. Parasitstrålning är ett oönskat läckage som kan reduceras ytterligare genom att införa kvartsväglängdsdämpare, vilket är välkänt för en fackman inom omrâdet.

I fig. 3B visas ett läge som liknar det som visas i fig. 3A. Här ligger det elektromagnetiska fältet 356 mellan tvâ hornantenner 353, 354 på huvudantennenheten 351 respektive kommunikationsstationen 352. Det är välkänt för en fackman inom området att hornen kopplar som öppningar, under det att patchar kopplar som kondensatorer.

I fig. 3C visas ett läge, där huvudantennenheten 301 är mekaniskt lossad från kommunikationsstationen 302. På samma sätt som det exempel som beskrevs tillsammans med fig. 3A är reläantennen 303 utformad som en mikrobandpatch, och även den lokala antennen 304 är utformad som en mikroband- patch. Fästenheten 305 har lossats frän huvudantennenheten 301, kontakt mellan enheterna 301, och som i. föregående exempel finns ingen galvanisk 302. I detta fall föreligger en elektrisk förbindning mellan de två enheterna 301, 302, I fig. 3C indikeras fjärrfâltet som en lob 360 som tydligt definierar där det elektromagnetiska fjärrfältet används. den riktade koncentrationen. Endast en lob 360 visas i fi- Emellertid. är detta endast för bättre tydlighet. 302 kan il- guren.

Fjärrfältförbindningen mellan enheterna 301, representerande sändning och mottag- 302, Lobens 360 form och lustreras med lober, ning, som härrör från de båda enheterna 301, vilket är välkänt för en fackman inom området. riktning är också välkänd inom området, där loben styrs av den detaljerade realiseringen av antennelementen. 10 15 509 433 10 I fig. 4 visas en del av en mobilkommunikationsstation 400, exempelvis en mobiltelefon, och en del av en fästbar och löstagbar huvudantennenhet 401. En mekanisk fästenhet 404 gör att två enheter kan förbindas mekaniskt till var- andra. (103 i fig. 1) 401. Rektangulära patchar för sändning 402A, tillsammans med patchar för mottagning 403A, 403B. Emeller- tid, pà samma sätt som i tidigare exempel, är det inte nöd- våndigt att ha åtskilda patchar för mottagning och sänd- ning. Patcharna kan var och en användas för såväl sändning I figuren visas också hur två reläantenner kan arrangeras vid en ände av huvudantennenheten 402B visas som mottagning av signaler, beroende på funktionen på det signalbearbetningsmedel som förser patcharna med signaler.

Kommunikationsstationen. 400 innefattar också patchar som motsvarar den lokala antennenheten 105 1). Emellertid är dessa arrangerade bakom flänsen 405, och är inte synliga (fig. i fig. 4.

Claims (16)

10 15 20 25 509 455 ll Patentkrav för' en. mobilkommunikationsstation (170), (løo) i ett mobiltelekommunikationsnät

1. Antennsystem (150) systemet (100) innefattar: där antenn- som innefattar åtminstone en nätan- (170), är mekaniskt fästbar till och avtagbar fràn (101) för kommunikation i nätet - en huvudenhet tenn (102) (101) mobilkommunikationsstationen (150), där huvuden- heten - en reläantenn (103) för kommunikation med mobilkommuni- kationsstationen (150), - en gränssnittsenhet (104) förbunden till nätantennen (102) och reläantennen (103), (105) för kommunikation med reläantennen (103), där den lokala antennen (105) är införlivad i mo- (150), - en lokal antenn bilkommunikationsstationen där antennsystemet (100) kännetecknas av att - reläantennen (103) och den lokala antennen (105) saknar galvanisk kontakt, - reläantennen (103) och den lokala antennen (105) är elektromagnetiskt kopplade till varandra både när de år mekaniskt fästade till varandra och lossade från varand- Ia. enligt krav 1, vidare kännetecknat (101) kommunikationsstationen (150) är i det fâstade tillståndet, (103) (105) elek- triskt kopplade till varandra via en elektromagnetisk när-

2. Antennsystem (100) av att, samtidigt som huvudenheten och den mobila och den lokala antennen är reläantennen fältförbindning. 10 15 20 25 509 455 12 (100) vidare kännetecknat av att det elektromagnetiska närfältet är en kapacitiv för- bindning (306).

3. Antennsystem enligt krav 2, (100) vidare kännetecknat av att det elektromagnetiska närfältet är en induktiv för-

4. Antennsystem enligt krav 2, bindning. (100) vidare kännetecknat samtidigt som huvudenheten enligt krav 1, (101) kommunikationsstationen (150) är i det lossade tillståndet, (103) (105) elek- triskt förbundna till varandra via en elektromagnetisk

5. Antennsystem av att, och den mobila är reläantennen och den lokala antennen fjårrfältförbindning. vidare kännetecknat (360).

6. Antennsystem (100) av att fjårrfältet har en riktad koncentration enligt krav 5,

7. Antennsystem (100) enligt något av kraven 1-6, vidare kännetecknat av att reläantennen (103) tennen (105) innefattar patchantenner (303, 304). och den lokala an- enligt något av kraven 1-7, vidare (103) tennen (105) innefattar hornantenner (353,

8. Antennsystem (100) kännetecknat av att reläantennen och den lokala an- 354). enligt något av kraven 1-8, vidare (103) innefattar aperturantenner.

9. Antennsystem (100) kännetecknat av att reläantennen och den lokala an- tennen (105) känne- (201) i ett huvudradiofrekvensintervall som bestäms av nätet, vi- dare kånnetecknat av att kommunikationen mellan reläanten- nen (103) (105) sker i ett lokalt frekvensintervall åtskilt från huvudfrekvensintervallet.

10. (100) tecknat av kommunikation i ett mobilkommunikationsnät Antennsystem enligt något av kraven 1-9, och den lokala antennen 10 15 20 25 13

11. Antennsystem (100) enligt krav 10, vidare kännetecknat av att det lokala kommunikationsradiofrekvensinterva1let har en typisk frekvens motsvarande en typisk våglängd, där våglängden är av samma storleksordning som antennernas (103, 105) fysiska mått. (400) innefattande ett antennsystem (100) enligt något av kraven 1-11, där kommu-

12. En mobil kommunikationsstation nikationsstationen (400) kan kommunicera i ett mobilkommu- nikationssystem (201). (400) innefattande ett an- enligt något av kraven 1-11,

13. Mobilkommunikationsstation tennsystem (100) där kommuni- kationsstationen (400) kan kommunicera i ett mobilsatellit- telekommunikationssystem (201).

14. Förfarande för radiokommunikation i ett mobiltelekom- (201) med ett antennsystem (100) vid en mo- (150), (100) munikationsnät bilkommunikationsstation där antennsystemet innefattar: (101) som innefattar åtminstone en nätan- tenn (102) för kommunikation i nätet (170), - en huvudenhet (103) för kommunikation med den. mobila kommunikationsstationen (150), - en reläantenn (104) förbunden till nätantennen och reläantennen (103), - en gränssnittsenhet (1o2) för kommunikation med reläantennen (105) kännetecknat av att för- - en lokal antenn (105) (103), mobila kommunikationsstationen, farandet innefattar stegen att: där den lokala antennen är införlivad i den - mekaniskt fästa huvudenheten (101) till mobilkommunika- tionsstationen (150), 10 15 20 509 433 14 - upprätta en radioförbindelse mellan mobilkommunikations- (150) och en station (206, 208) (201), varigenom en kapacitiv koppling (306) elektromagnetiskt (105) med reläantennen (103) stationen i nätet förbinder* den lokala antennen i mobilkommunika- (150) i huvudenhe- tionsstationen ten (101).

15. Förfarande för radiokommunikation enligt krav 14, vi- dare kånnetecknat av stegen att: - mekaniskt koppla bort huvudenheten (101) från mobilkom- munikationsstationen (150), - fortsätta den upprättade radioförbindelsen mellan den mobila kommunikationsstationen (150) och huvudenheten (101), varigenom den mobila kommunikationsstationen (150) är lokaliserad j. ett elektromagnetiskt fjärrfält med avseende på huvudenheten (101), och huvudenheten (101) är lokaliserad i. ett elektromagnetiskt fjärrfält (360) i förhållande till den mobila kommunikationssta- tionen (150).

16. dare kånnetecknat av att de respektive fjärrfälten Förfarande för radiokommunikation enligt krav 15, vi- I (360) är riktat koncentrerade i förhållande till de relativa lokali- seringarna för den mobila kommunikationsstationen (150) och huvudenheten (101).