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Mobilfunk-Antennenarchitektur

Antennen mit Strahl-Lenkung

26. November 2014, 11:46 Uhr | Victor Fernandez, EMEA Regional Wireless Specialist, Anritsu

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Technologien zur Realisierung

Eine Antenne mit Strahl-Lenkung kann entweder mechanisch oder elektronisch hergestellt werden: Das mechanische Verfahren erfordert die physische Manipulation der Antennen zum Einjustieren der Antennenposition und -ausrichtung, um zu gewährleisten, dass alle Antennenübertragungen – bezogen auf den Zielbereich – phasengleich oder stark korreliert sind.

Einerseits einfach zu verstehen, ist ihre Realisierung im Feldeinsatz praktisch nicht durchführbar, da Position und Richtung des Strahls häufig und präzise geändert werden müssten, je nachdem ob und wie sich Nutzerendgeräte oder Störquellen in Bewegung befinden. Überdies erfordert das mechanische Verfahren die Verwendung von Antennen mit extrem genauen Strahlungsdiagrammen, die sich durch eine enge Hauptkeule auszeichnen, damit die HF-Antennenleistung genau gebündelt werden kann und eine schnelle Abschätzung darüber ermöglicht, welche mechanische Bewegung jeweils erforderlich ist. Alternativ kann der gleiche Strahl-Lenkungsvorgang elektronisch realisiert werden. Dabei kommen stationäre Antennen zum Einsatz. Eine elektronische Steuerung des Strahlungsdiagramms eines Antennen-Arrays ist möglich, da zwei oder mehrere identische Antennen so konfiguriert werden können, dass sie sich wie eine einzige äquivalente Antenne mit bekanntem Strahlungsdiagramm verhalten.

Dieses Strahlungsdiagramm hängt vom Typ der Antenne ab, die in jedem Element des Antennen-Arrays verwendet wird, von der Position eines jeden Elements in Bezug auf die anderen Elemente sowie von der Amplitude und der Phase des zu jedem Element gelieferten Signals. Dies ermöglicht es "intelligenten" Antennen, ihr Strahlungsdiagramm als Reaktion auf eine interne Rückkopplungsschleife zu modifizieren, während das Antennensystem in Betrieb ist. Diese Fähigkeit, Richtung und Form eines Antennenstrahls dynamisch zu verändern, bietet Netzbetreibern erhebliche Vorteile, weil dadurch Effizienz und Flexibilität eines Mobilfunksystems verbessert werden. So hat beispielsweise in einem dünn besiedelten Gebiet eine konventionelle BTS einen festen, großflächigen Versorgungsbereich. Hält sich in diesem Versorgungsbereich nur ein einziger Nutzer auf, bleibt der größte Teil der Strahlungsleistung ungenutzt. Andererseits wird mit Hilfe einer Antenne mit Strahl-Lenkung ermöglicht, das Signal einer BTS komplett zu dem einzigen Nutzer zu lenken, womit dieser mit einem stärkeren Signal versorgt wird und so eine höhere Datenübertragungsrate und eine bessere Qualität des Mobilfunkdienstes gewährleistet sind. Gleichermaßen kann bei Ereignissen, wie Freiluftkonzerten oder Sportveranstaltungen, bei denen ein starkes, aber zeitlich begrenztes, Teilnehmeraufkommen vorherrscht, der Strahl einer Antenne temporär in Richtung der Menschenansammlung gelenkt werden, um so die knapp bemessene Bandbreite bestmöglich nutzen zu können.

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Übertragungsmodi	Unterstützung bei Strahl-Lenkung
7	One-Layer-Strahl-Lenkung bei Nutzung der Kanaleinschätzung auf Grundlage endgerätespezifischer Bezugssignale.
8	Dual-Layer-Strahl-Lenkung – Die Basisstation gewichtet zwei Layer einzeln an den Antennen. Endgerätespezifische Bezugssignale werden genutzt.
9	Die Eight-Layer-Übertragung führt zu einem besseren Ergebnis bei der Strahl-Lenkung, mit dem entweder mehrere Endanwender gleichzeitig versorgt werden können oder ein einzelner Endanwender mit mehr als einem Antennenstrahl versorgt werden kann.