СИСТЕМА РАЗНЕСЕНИЯ АНТЕНН
ANTENNA SPACING SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение в целом относится к устанавливаемым на мачте усилителям (TMA) и разнесению антенн. Более конкретно, изобретение относится к способу и устройству, предназначенным для уменьшения количества фидеров от системы разнесения антенн к базовой станции радиосвязи.
ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
Разнесение антенн используется для улучшения приема (или передачи) передаваемых радиосигналов. Известны различные виды разнесения, такие как временное разнесение, пространственное разнесение, поляризационное разнесение и их комбинации. Пространственное и поляризационное разнесения снижают эффекты замирания принимаемых радиосигналов.
Устройство разнесения антенн содержит, по меньшей мере, две антенны, устанавливаемые на расстоянии друг от друга или имеющие различную поляризацию. В случае разнесения приема сигнал (сигнал RX (приемника)) от удаленного передатчика принимается на две или более антенн.
В случае разнесения передачи сигнал передачи (сигнал TX (передатчика)) передается двумя или более передающими антеннами, с которыми соединен передатчик. В нижеследующем описании антенны устройства разнесения упоминаются как разнесенные антенны. Можно передавать и принимать на ту же антенну посредством подключения к антенне дуплексного фильтра, который отделяет сигналы TX и RX друг от друга. Сигналы передаются между антенной и приемопередатчиком (TRX) по фидеру. В устройствах разнесения, соответствующих предшествующему уровню техники, фидер и связанная с ним антенна упоминаются как ветвь (канал) разнесения приема или просто ветвь. В контексте настоящего изобретения ветвь разнесения содержит разнесенную антенну и устройства, по которым проходит принимаемый на эту антенну сигнал.
Ниже описано разнесение в связи с приемом. Сигналы RX от разнесенных антенн подвергаются обработке разнесения, чтобы получить улучшенный сигнал. Обработка разнесения может, например, состоять в выборе сигнала антенны, который является самым интенсивным, или суммировании сигналов и последующей обработке результирующего сигнала.
Каждый сигнал RX, принятый в устройстве разнесенных антенн, связан с соответствующими устанавливаемыми на мачте усилителями (TMA), от которых усиленный сигнал передается в индивидуальную ветвь разнесения, содержащую фидер, обычно коаксиальный кабель, который соединен с приемопередатчиком TRX в базовой станции радиосвязи (базовой радиостанции). Несколько ветвей соединены с одним приемопередатчиком TRX, который может быть оснащен приемником разнесенного приема для демодуляции и обработки сигнала разнесения.
Устанавливаемый на мачте блок иногда называется мачтовым предварительным усилителем (антенным усилителем). Следует отметить, что эти блоки не требуется обязательно устанавливать на мачте, а могут быть установлены на опорах, стенах зданий, крышах зданий и т.д. То же самое действительно для разнесенных антенн. Изобретение, следовательно, не ограничено усилителями, устанавливаемыми на мачтах. Устанавливаемый на мачте усилитель (TMA) является лишь наименованием, под которым устройство этого вида известно специалисту в данной области техники.
На Фиг.1 представлен соответствующий предшествующему уровню техники узел связи, содержащий базовую станцию (RBS) 1 радиосвязи, фидеры 2-5, проходящие между базовой радиостанцией и несколькими усилителями TMA 6-9. Каждый TMA соединен с соответствующей разнесенной антенной 10-13. Все TMA являются одинаковыми, и поэтому ниже упоминается лишь TMA 6. Антенна 10 соединена с дуплексным фильтром 14, содержащим передающую часть (TX) 15 и приемную часть (RX) 16. Радиочастотный (RF) усилитель 17 усиливает принятый отфильтрованный сигнал RX и подает его на другой дуплексный фильтр 18, который содержит передающую часть (TX) 19 и приемную часть (RX) 20. Функцией дуплексного фильтра является отделение сигнала TX от сигнала RX и предотвращение утечки сигнала TX в приемную цепь 21.
Сигналы, принятые соответственно антеннами 10, 11, 12 и 13 и обработанные соответственно в блоках TMA 6, 7, 8 и 9, проходят по ветвям разнесения A, B, C и D, соответственно.
Базовая станция 1 радиосвязи содержит дуплексные фильтры 22-25 и малошумящие усилители (МШУ) 26-29, по одному на каждый блок TMA. Основным компонентом базовой станции радиосвязи являются приемопередатчики 30, 31 (TRX1, TRX2). В зависимости от возможностей, которые имеет приемопередатчик, и пропускной способности трафика, на которую проектируется базовая станция радиосвязи, может иметься только один TRX или намного больше приемопередатчиков, чем два показанных.
Устройство, показанное на Фиг.1, реализует 4-кратное (по 4-м путям) разнесение с использованием 4 фидеров.
На Фиг.2 показан частотный спектр, иллюстрирующий диапазон частот, которые могут проходить через фильтр 22 RX, этот диапазон является полной полосой 32 RX, предоставляемой услуге. Радиоканал, по которому сигнал RX принимается приемопередатчиком, и сигнал TX передается тем же приемопередатчиком, называется пользовательским каналом. Поскольку имеются два приемопередатчика, показанных на Фиг.2, имеются два пользовательских канала, каждый показан маленьким прямоугольником. Полоса частот, которую занимают пользовательские каналы, называется пользовательской полосой, которая обозначена скобкой 33. В каждой из четырех ветвей присутствует соответствующая пользовательская полоса, причем она является одинаковой (в кГц) во всех ветвях. Фидер, однако, способен передавать сигналы на всех частотах до нескольких ГГц (гигагерц), включая полную полосу 32 RX. Таким образом очевидно, что фидер в каждой ветви используется с низкой эффективностью.
В принципе, один TRX достаточен для обработки разнесенного приема четырех сигналов RX и получения улучшенного сигнала RX. Базовая станция радиосвязи, однако, предназначена для обработки больших объемов трафика, и поэтому, а также из соображений надежности, она содержит несколько TRX.
По этой причине выход каждого МШУ соединен со всеми приемопередатчиками базовой станции радиосвязи, как показано различными стрелками, совместно обозначенными ссылочной позицией 34.
В патенте США № 6505041 раскрыта базовая станция с системой разнесения антенн, соединенной с разветвителем, от которого сигналы антенны подаются на соответствующие приемники по отдельным фидерам.
Недостаток предшествующего уровня техники состоит в том, что каждая ветвь требует своего собственного фидера. Система разнесенных антенн с множеством антенн потребует, таким образом, столько фидеров, сколько имеется антенн. Фидеры являются дорогостоящими, а также имеют большой вес. Антенны являются менее дорогостоящими. Следовательно, системы, содержащие несколько разнесенных антенн, являются неэффективными с экономической точки зрения, хотя они были бы выгодными с точки зрения качества приема.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель изобретения состоит в том, чтобы уменьшить количество фидеров по сравнению с предшествующим уровнем техники и обеспечить способ, устройство, базовую станцию радиосвязи и систему согласно пунктам 1, 7, 11 и 12 формулы изобретения.
Отличительный признак изобретения состоит в том, чтобы смещать/преобразовывать по частоте сигнал RX, принятый одной разнесенной антенной, на не используемую частоту и объединять/комбинировать преобразованный по частоте сигнал с сигналом RX, который не был преобразован по частоте, и результирующий составной сигнал передавать на базовую станцию радиосвязи по одиночному фидеру.
В зависимости от системы радиосвязи, в которой используется изобретение, значение "частоты" и "частоты сигнала" может быть различным. Предпочтительным осуществлением изобретения являются сотовые системы мобильной радиосвязи, такие как WCDMA (широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов), GSM (глобальная система мобильной связи), AMPS (мобильная телефонная связь), NMT (сотовая связь стандарта NMT).
Ширина полосы частот сигнала в системе WCDMA соответствует частоте 5 МГц, в системе GSM - 200 кГц, в AMPS - 30 кГц и в NMT - 25 кГц. Сигнал с такими соответствующими значениями ширины полосы смещается по частоте в другую неиспользуемую (этой базовой станцией) часть частотного диапазона.
В системе WCDMA сигнал частоты 5 МГц содержит речь и/или данные от нескольких пользователей, в системе GSM сигнал 200 кГц содержит речь и/или данные от пользователей, которых может быть до восьми (8), в AMPS и NMT сигналы 30 и 25 кГц содержат речь и/или данные от одного (1) пользователя. Таким образом, практически, частота сигнала является полосой частот.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - блок-схема системы разнесения по 4 путям, соответствующей предшествующему уровню техники,
Фиг.2 - частотная диаграмма, иллюстрирующая систему разнесения предшествующего уровня техники по Фиг.1,
Фиг.3 - блок-схема первого варианта осуществления для системы разнесения по 4 путям в соответствии с изобретением,
Фиг.4 - частотная диаграмма, иллюстрирующая первый вариант осуществления изобретения,
Фиг.5 - блок-схема второго варианта осуществления для системы разнесения по 4 путям в соответствии с настоящим изобретением, и
Фиг.6 - частотная диаграмма, иллюстрирующая второй вариант осуществления настоящего изобретения,
Фиг.7 - блок-схема третьего варианта осуществления изобретения,
Фиг.8 - частотная диаграмма, иллюстрирующая третий вариант осуществления настоящего изобретения,
Фиг.9 - модификация первого варианта осуществления,
Фиг.10 - частотная диаграмма, соотнесенная с модификацией по Фиг.9,
Фиг.11 - блок-схема четвертого варианта осуществления изобретения,
Фиг.12 - частотная диаграмма, иллюстрирующая четвертый вариант осуществления,
Фиг.13 - блок-схема пятого варианта осуществления, содержащего отдельный блок преобразователя частоты, и
Фиг.14 - частотная диаграмма, соотнесенная с блоком преобразователя частоты.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На Фиг.3 проиллюстрирован вариант осуществления изобретения. Элементы, подобные показанным на Фиг.1 и 2, обозначены теми же ссылочными позициями. Соответствующий изобретению, устанавливаемый на мачте усилитель 35 содержит преобразователи 36, 37, 38 частоты, каждый из которых соединен с соответствующей антенной 11, 12 и 13 для смещения частоты принятого сигнала RF антенны на соответствующую неиспользуемую частоту путем смешения сигнала RF антенны с соответствующим опорным сигналом f1, f2 и f3 заранее установленной частоты. Сигнал, принятый антенной 10, не смещается по частоте. Опорный сигнал может быть непрерывным сигналом (CW), сигналом гетеродина или любым эквивалентным им сигналом.
Опорный сигнал не занимает полосу частот. Соответственно, определение сигнала, данное выше, не применяется к опорному сигналу. Преобразователь частоты является устройством, которое в качестве входного принимает сигнал RX антенны и смешивает его с опорным сигналом, чтобы получить частотно смещенный сигнал на промежуточной частоте (IF). Выход каждого преобразователя частоты соединен с соответствующим полосовым фильтром IF1, IF2 и IF3. Усиленный, не преобразованный исходный радиосигнал, принятый антенной 10 в ветви разнесения A, и сигналы IF в соответствующих ветвях B, C и D поступают в объединитель (сумматор) 39, в котором они объединяются в составной сигнал, который проходит в полосовой фильтр RX2 в дуплексном фильтре 18. Дуплексный фильтр соединен с фидером 2. Соответственно составной сигнал, содержащий сигналы из соответствующих ветвей разнесения A-D, передается в базовую станцию 1 радиосвязи по одиночному фидеру.
Фильтр IF1 препятствует утечке сигналов IF от преобразователей 37 и 38 в ветвь B разнесения. Фильтры IF2 и IF3 содержат аналогичные функции.
Фиг.4 соотнесена с Фиг.3 и представляет частотный спектр, иллюстрирующий сигналы в различных местоположениях в TMA и в фидере. Пользовательская полоса показана в позиции 33, и три промежуточных частоты показаны в 40, 41 и 42. При этом фидер используется с троекратно большей эффективностью по сравнению с устройством, известным из предшествующего уровня техники, показанным на Фиг.1 и 2.
В показанном варианте осуществления принятые радиосигналы преобразованы с повышением частоты в промежуточные частоты IF выше пользовательской полосы 33. Частоты IF являются взаимно различными, то есть три сигнала IF на выходе преобразователей частоты имеют различные частоты IF.
Диапазон частот, пропускаемый фильтром RX1, показан в позиции 43. Диапазон частот, пропускаемый фильтром RX2, обозначен полной полосой RX. Следует отметить, что частоты IF должны попадать в пределы не используемой части полной полосы RX. В показанном варианте осуществления преобразованные с повышением частоты сигналы IF должны попадать в диапазон справа от диапазона 43 частот, пропускаемого фильтрами RX1. В ситуации, в которой диапазон 43 частот на Фиг.4 смещается вправо в большей степени, как показано штриховой скобкой 44, сигналы IF должны попадать в диапазон влево от штриховой скобки, чтобы не создавать помех пользовательской полосе 33. Сигналы RX, таким образом, преобразуются с понижением частоты в IF ниже пользовательской полосы 33. Могут возникать ситуации, в которых сигналы IF попадают в диапазон с любой стороны от пользовательской полосы.
Устройство, показанное на Фиг.3, обеспечивает разнесение по 4 путям с использованием одного фидера.
На базовой станции радиосвязи сигналы, передаваемые по фидеру, проходят дуплексный фильтр 22, малошумящий усилитель 26 и поступают в приемопередатчик 30, в котором они разделяются на четыре тракта RX. Сигналы, соотнесенные с ветвями B, C и D разнесения, преобразуются по частоте. Сигналы в каждой из ветвей A-D разнесения подлежат обработке разнесенного приема. Обработка разнесенного приема может осуществляться в приемнике разнесенного приема.
Устройство, показанное на Фиг.5, является сходным с показанным на Фиг.3, но в этом варианте устанавливаемый на мачте усилитель 45 содержит только один преобразователь 36 частоты. В объединителе 39 исходный сигнал в ветви А разнесения объединяется с сигналом IF в ветви B в составной сигнал, который передается на базовую станцию радиосвязи по одиночному фидеру 2.
Это устройство обеспечивает разнесение по 2 путям с использованием одного фидера. Частотный спектр в одиночном фидере 2 показан на Фиг.6.
Устройство, обеспечивающее разнесение по 4 путям с использованием двух фидеров, показано на Фиг.7. Это устройство реализуется удвоением устройства, показанного на Фиг.5, и использует два TMA 45. Фидеры 2, 4 из двух TMA соединены с соответствующим дуплексным фильтром в базовой станции радиосвязи. Как указано выше, в принципе возможно использовать только один TRX, но на практике базовая станция радиосвязи содержит несколько приемопередатчиков. Должно быть понятно, что оба фидера 2 и 4 передают те же две пользовательские полосы 33 и те же промежуточные частоты 40-42. Частотная диаграмма, показанная на Фиг.8, является, таким образом, идентичной для двух фидеров.
Преимущество вариантов осуществления с использованием TMA, в которых непосредственный сигнал антенны объединяется с сигналами IF и результирующий составной сигнал передается по одиночному фидеру на базовую станцию радиосвязи, состоит в том, что существующие базовые станции радиосвязи не нуждаются в модификации, поскольку они уже содержат преобразователи частот, посредством которых сигналы IF плюс непосредственные сигналы RF преобразуются на вторую частоту IF.
В устройстве, соответствующем настоящему изобретению, достигается то, что сигналы разнесения направляются в базовую станцию радиосвязи по уменьшенному количеству фидеров по сравнению с предшествующим уровнем техники, в котором имеется столько фидеров, сколько разнесенных антенн, и каждый сигнал разнесенного приема передается по его собственному фидеру.
На Фиг.9 проиллюстрирована модификация варианта осуществления, показанного на Фиг.3, в котором все сигналы антенны преобразуются по частоте. Используется дополнительный преобразователь 46 частоты, введенный в ветвь А разнесения, соответствующую антенне 10. В этом варианте осуществления четыре сигнала IF объединяются в составной сигнал, который передается в базовую станцию радиосвязи по одиночному фидеру 2. Это обеспечивает разнесение по 4 путям на одном фидере. В этом варианте осуществления базовая станция радиосвязи содержит только один дуплексный фильтр, один малошумящий усилитель и один приемопередатчик, хотя это не показано на чертеже.
9
7
Поскольку используется только один приемопередатчик, только один пользовательский канал используется в пользовательской полосе и поэтому двойные прямоугольники не показаны на частотной диаграмме на Фиг.10. В этом варианте осуществления сигналы, которые пропускаются фильтрами RX1, могут быть на уровне приблизительно несколько ГГц (10), и сигналы IF на фидере - на уровне приблизительно несколько МГц (10). Опорные частоты f1-f4 попадают в частотный диапазон в промежутке между ними.
Модификация устройств, показанных на Фиг.5 и 7, предусматривает преобразование по частоте всех сигналов разнесенных антенн и использование дополнительного преобразователя частоты, сходного с преобразователем 46 частоты в варианте осуществления по Фиг.9.
На Фиг.11 сигналы RX, т.е. сигналы антенн 11, 12 и 13, подвергаются первому преобразованию частоты в преобразователях 36, 37, 38 частоты (f1, f2, f3 могут быть одинаковой частоты, но в этом случае f5, f6, f7 должны иметь различные частоты), которые соединены с фильтрами IF1, IF2 и IF3. Сигнал RX антенны 10, однако, не подвергается преобразованию частоты в TMA. Особенность варианта осуществления по Фиг. 11 состоит в том, что преобразованные по частоте сигналы IF на выходах фильтров IF1, IF2 и IF3 подвергают второму преобразованию по частоте в преобразователях 47, 48, 49 частоты путем смешения их со вторым набором опорных сигналов f5, f6 и f7 и фильтрации результирующих сигналов в фильтрах IF, обозначенных RX3, RX4 и RX5, соединенных с преобразователями 47-49 частоты. Прямой исходный сигнал антенны проходит через фильтр RX1 в дуплексном фильтре 14, малошумящий усилитель 17 и второй фильтр RX1, сходный с RX1 в дуплексном фильтре 14, и объединяется в объединителе 39 с дважды преобразованными по частоте сигналами на выходе фильтров RX3-RX5. Составной сигнал во всех ветвях разнесения направляется по одиночному фидеру 2 в базовую станцию радиосвязи.
Опорные сигналы f5-f7 выбираются так, что сигналы на выходе фильтров RX3-RX5 попадают на частоты, показанные на Фиг.12 скобкой 50, смежные с частотой, показанной скобкой 51, отфильтрованного непосредственного сигнала. Этот вариант осуществления предусматривает использование фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ), обозначенных IF1-IF4, имеющих крутые характеристики и точно определенные частоты полосы пропускания.
На Фиг.13 проиллюстрирован вариант осуществления, содержащий блок 52 преобразователя частоты, включенный между устанавливаемым на мачте усилителем 35 и базовой станцией 1 радиосвязи. Блок преобразователя частоты используется вместе с базовыми станциями радиосвязи, которые не имеют достаточного количества преобразователей частоты для преобразования по частоте разделенных сигналов на одну и ту же частоту с тем, чтобы обеспечить обработку разнесения для разделенных сигналов.
На Фиг.13 TMA 35 является сходным с показанным на Фиг.9, но обозначения, используемые для фильтров и опорных частот, отличаются. Составной сигнал, содержащий сигналы IF на различных частотах IF, подается в блок преобразователя 52 частоты по одиночному фидеру 2.
Блок 52 преобразователя частоты содержит дуплексный фильтр 53 вместе с фильтром TX и фильтром 54 (RX2-5). Дуплексный фильтр соединен с преобразователями 55-58 частоты, из которых преобразователь 55 соединен с дуплексным фильтром 59, а преобразователи 56-58 соединены с соответствующими фильтрами 60-62. Фильтр RX из дуплексного фильтра 59 и фильтры 60-62 сходны с соответствующими фильтрами RX1 в TMA 35. Опорные сигналы f5-f8 выбраны так, чтобы результирующие преобразованные по частоте сигналы на выходах преобразователей 55-58 частоты имели одинаковую частоту. Отфильтрованные, преобразованные по частоте сигналы выдаются на выходы блока преобразователя частоты и пригодны для обработки разнесенного приема.
Частотная диаграмма сигналов, появляющихся в фидере и блоке 52 преобразователя частоты, показана на Фиг.14. Частотная диаграмма для составного сигнала в фидере 2 является такой же, как показанная на Фиг.9. Следует отметить, что сигнал RX1 на диаграмме иллюстрирует четыре выходных сигнала блока преобразователя частоты.
Хотя на чертежах не показано, однако должно быть понятно, что непоказанный фильтр шумоподавления вводится после малошумящего усилителя 17 в ветвь A разнесения, которая является ветвью, передающей исходный, не преобразованный по частоте сигнал RX.
Во многих из вышеописанных вариантов осуществления изобретения фильтр RX2 и RX2-5, соответственно, могут быть опущены, если фильтры RX2-RX5 на выходах преобразователей частоты препятствуют утечке их сигналов в соседнюю ветвь разнесения.