CN101023559B - 用于共享操作的天线系统 - Google Patents

Abstract

一种用于共享操作的天线系统(50)具有三个天线组(AS1到AS3)，每个天线组具有两个相互正交的极化(+45度和-45度)。它用于多个基站(51到53)。它将与类似极化和基站(51到53)相关联的信号组合到单个馈线(62、64)，并将与不同极化相关联的信号分离到不同的馈线(62、64)。这适用于发射和接收在天线(AS1到AS3)与基站(51到53)之间传递的信号。信号组合通过带通滤波实现。每个基站(51、52或53)经相应的天线组(AS1、AS2或AS3)发射和接收，因此每个可具有单独的电倾角。两个、三个或四个馈线可用于在天线与基站之间路由信号。用四个馈线(162、109、164、117)，发射和接收信号以及不同的极化关联是可分离的，从而减少了互调分量。用两个馈线，具有类似极化关联的发射和接收信号被组合在一起。

Description

用于共享操作的天线系统

技术领域

本发明涉及由多个运营商进行共享操作的天线系统，例如(但不限于)具有多个天线的相控阵列天线，或在天线罩内具有多个天线组的单个天线组件。本发明的天线系统与许多电信系统有关，例如通常称为移动电话网络的蜂窝移动无线电网络。它适用于诸如TACS等第一代(1G)移动电话网络、诸如GSM和D-AMPS(IS136)等第二代(2G)移动电话网络、诸如通用移动电话系统(UMTS)等第三代(3G)移动电话网络以及其它蜂窝无线电网络的天线共享。

背景技术

常规蜂窝无线电网络的运营商一般采用其自己的基站，每个基站连接到一个或多个天线。然而，全球蜂窝无线电网络和运营商的数量在增加：这使得天线场地的数量和每个场地的天线数量在增加。因此，这又引起了法律机构实行计划或分区约束，这些约束增加了对天线场地数量和天线结构强迫性的限制，以便将对环境的可见影响降到最低。天线共享为限制场地和天线数量的问题提供了解决方案。然而，它为在基站与天线系统之间信号传送带来了复杂性增加和大量设备的问题，以及随之而来的天线支撑杆支撑的重量增加、遇到的风载荷增加和需要的强度增加。它也要求多个运营商具有共同的天线电倾角，而不是一般的每个运营商具有单独的电倾角的要求。

欧洲专利EP 0 566 603(发明人E Prokkola)公开了一种由多个运营商或基站进行共享操作的天线系统。此专利描述了连接到相应带通发射滤波器并由此连接到共用发射天线的不同类型(GSM、ETACS、TACS)的多个基站。复杂性增加、共同的电倾角和大量的信号传送设备问题并未得到解决。

每个天线覆盖范围扇区为共享天线系统提供用于每个共同定位的基站的相应天线组已为人所熟知，这在蜂窝无线电网络领域是普通的一般知识，并将在后面更详细地描述。此类系统具有发射和接收分集(如后面所述)的情况下，每个基站每个扇区需要两个信号馈线将基站连接到天线组，每个馈线承载发射和接收两种信号。对于3个基站和3个扇区，需要18个馈线，并且6个扇区需要36个。尽管有大量的馈线，但此设计并未实现为信号使用单独的发射和接收馈线，而这可能是从由不同信号频率混合引起的互调分量获得低电平干扰所需要的。公布的国际申请WO 03/043127公开了一种此普通类型的天线系统，但它显示有另外的馈线用于单独的发射和接收信号。

在蜂窝无线电网络中，馈线是重量一般为每米1.26千克的同轴电缆，并用于承载频率一般在400MHz到2GHz范围的信号。天线杆可能要支撑每个馈线的重量，馈线一般长度为30米(37.8千克)，或甚至长达60米(75.6千克)。另外，每个馈线增大了风阻，并因此增加了天线杆上的风载荷。因此，馈线的数量是天线杆设计中的一个重要考虑事项。

人们熟知的是使用分集提高传输性能，即，接收和/或发射两个或更多个分集信号。分集信号单独或组合在一起处理。在发射模式有三种常见类型的分集：a)频率分集，b)空间分集和c)极化分集。在发射模式中，移动蜂窝无线电手机具有单个发射天线，发射带有单一极化的载波。基站使用带有一个天线振子(或一组振子)的双极化天线，具有+45度极化和另一-45度极化。从手机传来的一个信号因此在天线上产生了两个信号。基站处理两个接收信号，以便获得最佳信号。此方案反对更改由于移动天线不同的定向和建筑物等的反射而引起的无线电信号极化，这使得要在基站天线接收的信号具有多个极化。

在用于发射模式的极化分集中，基站在+45度天线振子上发射一个信号，并在-45度天线振子上发射另一信号。两个信号具有相同的载频，但不同的调制。移动蜂窝无线电手机在单个天线上接收两个信号，但由于它们以不同的方式调制，因此手机可处理它们以获得更佳的接收。蜂窝无线电系统使用基站接收分集已有一些时间，并且发射分集现在正被视为进一步提高传输性能的途径。

发明内容

本发明提供一种用于共享操作的天线系统，具有用于多个基站的多个天线，其特征在于：每个天线配置为对于至少一个相应的基站发射和接收，所述天线系统配置为对于在接收模式从天线到基站的信号传送和在发射模式从基站到天线的信号传送中的至少之一，将具有与多个基站相关联的不同非连续频率的信号组合到单个馈线，并将具有连续或重叠或类似频率的信号分离到不同的馈线。

此处，天线可以为安装在单个天线罩中的单个相控阵列天线或天线组，或安装在单个天线罩或多个天线罩中的多个相控阵列天线或天线组。

本发明提供的优点是，与类似的现有技术相比，它减少了所需的馈线数量，同时保持了在需要时不同的天线具有不同电倾角的能力。另外，它可配置成为每个运营商提供一个天线，这种情况下，可为每个运营商获得单独的电倾角。

所述天线系统可配置为将与类似极化和多个基站相关联的发射和接收信号组合到单个馈线，并将与不同极化相关联的发射和接收信号分离到不同的馈线。它可具有：

a)每个极化每个基站一个带通滤波器，以便将基站发射信号组合到馈线；

b)每个极化每个天线一个带通滤波器，以便分离路由到不同天线的基站发射信号；以及

c)每个极化每个天线两个带通滤波器和低噪声放大器，以便将天线接收信号组合到馈线。

所述天线系统可配置为将发射信号组合到对接收信号的不同馈线。它可具有：

a)每个极化每个基站一个带通滤波器，以便将基站发射信号组合到馈线；

b)每个极化每个天线一个带通滤波器，以便分离路由到不同天线的基站发射信号；

c)每个极化每个天线一个带通滤波器和一个低噪声放大器以及每个极化一个组合器，以便将天线接收信号组合到馈线；以及

d)每个极化一个分配器，以便将天线接收信号从馈线路由到不同的基站。

所述天线系统可配置为：

a)将与类似极化相关联的基站发射信号组合到单个馈线；

b)将与类似极化相关联的天线接收信号组合到单个馈线；

c)将与不同极化相关联的基站发射信号分离到不同的馈线；

d)将与不同极化相关联的天线接收信号分离到不同的馈线。

所述天线系统可配置用于接收分集而不发射分集，并通过将与一个极化相关联的发射和接收信号组合到单个馈线和将与不同极化相关联的接收信号分离到另一馈线而实现。它可具有：

a)每个基站一个带通滤波器，以便将基站发射信号组合到第一馈线；

b)每个天线一个带通滤波器，以便分离路由到不同天线的基站发射信号；

c)每个天线两个带通滤波器和低噪声放大器，以便将一个极化的天线接收信号组合到也配置为承载与类似极化相关联的发射信号的馈线；以及

d)每个天线一个带通滤波器和一个低噪声放大器，以及用于将与另一极化相关联的天线接收信号组合到馈线的一个组合器和用于将此类接收信号从所述馈线路由到不同基站的一个分配器。

所述天线系统可配置用于接收分集而不发射分集；它可配置为将发射和接收信号还有与不同极化相关联的接收信号分离到不同的馈线。它可具有：

a)每个基站一个带通滤波器，以便将基站发射信号组合到第一馈线；

b)每个天线一个带通滤波器，以便分离路由到不同天线的基站发射信号；

c)每个天线一个带通滤波器和一个低噪声放大器，以便将与一个极化相关联的天线接收信号组合到第二馈线；以及

d)每个天线一个带通滤波器和一个低噪声放大器，以及用于将另一极化的天线接收信号组合到第三馈线的一个组合器和用于将此类接收信号从第三馈线路由到不同基站的一个分配器。

每个基站可具有相应的发射/接收频带，与另一此类频带间隔有间插间隙，并且发射和接收信号对的频率可配置为用间插频率差进行双工滤波，所述频率差至少等于间隙与频带的组合宽度。

在另一方面，本发明提供一种用于共享操作的天线系统，所述系统具有配置为实现分集并用于多个基站的多个天线，其特征在于：所述天线系统配置为对于在接收模式从天线到基站的信号传送和在发射模式从基站到天线的信号传送中的至少之一，将与类似分集类型和多个基站都相关联的信号组合到单个馈线，并将与不同分集类型相关联的信号分离到不同的馈线。此处，表述“分集类型”是指极化分集情况下的极化和用于空间分集的源或目的天线。在此方面，本发明提供的优点是，尽管包含分集，但它需要较少的馈线。

在又一方面，本发明提供一种用于共享操作的天线系统，具有多个天线，每个天线与用于多个基站的多个极化相关联，其特征在于：所述天线系统配置为对于在接收模式从天线(AS1到AS3)到基站(51到53)的信号传送和在发射模式从基站(51到53)到天线(AS1到AS3)的信号传送中的至少之一，将与类似极化和多个基站(51到53)均相关联的信号组合到单个馈线(62、64)，并将与不同极化相关联的信号分离到不同的馈线(62、64)。

在此方面，本发明提供的优点是，尽管包含极化分集，但它需要较少的馈线。

在备选方面，本发明提供一种天线组件共享操作的方法，所述天线组件具有用于多个基站的多个天线，其特征在于：每个天线配置为对于至少一个相应的基站发射和接收，并且所述方法包括对于在接收模式从天线到基站的信号传送和在发射模式从基站到天线(AS1到AS3)的信号传送中的至少之一，将具有与多个基站相关联的不同非连续频率的信号组合到单个馈线，并将具有连续或重叠或类似频率的信号分离到不同的馈线。

所述方法可包括将与类似极化和多个基站相关联的发射和接收信号组合到单个馈线，并将与不同极化相关联的发射和接收信号分离到不同的馈线。它可使用以下项实现：

a)每个极化每个基站一个带通滤波器，以便将基站发射信号组合到馈线；

b)每个极化每个天线一个带通滤波器，以便分离路由到不同天线的基站发射信号；以及

c)每个极化每个天线两个带通滤波器和低噪声放大器，以便将天线接收信号组合到馈线。

所述方法可包括将发射信号组合到对接收信号的不同馈线。它可使用以下项实现：

a)每个极化每个基站一个带通滤波器，以便将基站发射信号组合到馈线；

b)每个极化每个天线一个带通滤波器，以便分离路由到不同天线的基站发射信号；

c)每个极化每个天线一个带通滤波器和一个低噪声放大器，以及每个极化一个组合器，以便将天线接收信号组合到馈线；以及

d)每个极化一个分配器，以便将天线接收信号从馈线路由到不同的基站。

所述方法可包括：

a)将与类似极化相关联的基站发射信号组合到单个馈线；

b)将与类似极化相关联的天线接收信号组合到单个馈线；

c)将与不同极化相关联的基站发射信号分离到不同的馈线；

d)将与不同极化相关联的天线接收信号分离到不同的馈线。

所述方法可实现接收分集而不发射分集，并可包括将与一个极化相关联的发射和接收信号组合到单个馈线，以及将与不同极化相关联的接收信号分离到另一馈线。它可使用以下项实现：

a)每个基站一个带通滤波器，以便将基站发射信号组合到第一馈线；

b)每个天线一个带通滤波器，以便分离路由到不同天线的基站发射信号；

c)每个天线两个带通滤波器和低噪声放大器，以便将一个极化的天线接收信号组合到也配置为承载与类似极化相关联的发射信号的馈线；以及

d)每个天线一个带通滤波器和一个低噪声放大器，以及用于将与另一极化相关联的天线接收信号组合到馈线的一个组合器和用于将此类接收信号从所述馈线路由到不同基站的一个分配器。

所述方法可实现接收分集而不发射分集，并包括将发射和接收信号还有与不同极化相关联的接收信号分离到不同的馈线。它可使用以下项实现：

a)每个基站一个带通滤波器，以便将基站发射信号组合到第一馈线；

b)每个天线一个带通滤波器，以便分离路由到不同天线的基站发射信号；

c)每个天线一个带通滤波器和一个低噪声放大器，以便将与一个极化相关联的天线接收信号组合到第二馈线；以及

d)每个天线一个带通滤波器和一个低噪声放大器，以及用于将另一极化的天线接收信号组合到第三馈线的一个组合器和用于将此类接收信号从第三馈线路由到不同基站的一个分配器。

每个基站可具有相应的发射/接收频带，与另一此类频带间隔有间插间隙，并且所述方法可包括配置发射和接收信号对的频率用间插频率差进行双工滤波，频率差至少等于间隙与频带的组合宽度。

在又一备选方面，本发明提供一种包含天线组件的天线系统共享操作的方法，所述天线组件具有配置为实现分集和用于多个基站的多个天线，其特征在于：所述方法包括对于在接收模式从天线到基站的信号传送和在发射模式从基站到天线的信号传送中的至少之一，将与类似分集类型和多个基站均相关联的信号组合到单个馈线，并将与不同分集类型相关联的信号分离到不同的馈线。

在另一备选方面，本发明提供一种天线系统与多个基站共享操作的方法，所述天线系统包含具有多个天线的天线组件，每个天线与多个极化相关联，其特征在于：所述方法包括对于在接收模式从天线到基站的信号传送和在发射模式从基站到天线的信号传送中的至少之一，将与类似极化和多个基站均相关联的信号组合到单个馈线，并将与不同极化相关联的信号分离到不同的馈线。

附图说明

为使本发明可得到更完整地理解，下面将参照附图，仅通过示例方式描述本发明实施例，其中：

图1是具有接收和发射极化分集两者的现有技术共享天线系统方框图；

图2是具有接收和发射极化分集两者并采用两个馈线的本发明共享天线系统方框图；

图3是具有接收和发射极化分集两者并采用四个馈线分离接收和发射信号的本发明共享天线系统方框图；

图4是只采用接收分集并使用两个馈线的本发明共享天线系统方框图；

图5是只采用接收分集并使用三个馈线分离接收和发射信号的本发明共享天线系统方框图；

图6显示在双工对中频带的组合；

图7显示用于图3和图5所示实施例的组合滤波器布置；

图8显示用于图2和图4所示实施例的组合滤波器布置；

图9显示用于连续频带的滤波器特征；以及

图10是用于具有连续频带的基站的本发明共享天线系统框图。

具体实施方式

参照图1，标号10一般表示具有通常使用的典型发射和接收极化分集的现有技术共享天线系统。系统10用于向水平面的一个扇区发射。它有3个基站#1、#2和#3，每个基站具有两个端口(例如T1(+)/R1(+))：如常规，每个端口配置用于接收和发射，或输入/输出，因此它输出发射信号并输入接收信号。系统10配置为经由矩形20、30和40所示的相应天线罩中相应的天线组#1、#2和#3，以相对彼此呈+45度和-45度的相互正交极化，发射(TX)和接收(RX)信号。

在第一基站#1，要在+45度极化从天线组#1传输的TX信号馈送到第一馈线F1a，并由此上天线支撑杆(未显示)到第一天线罩20。将理解，后面要描述的TX信号和接收或RX信号在天线系统10内不具有极化，而只分别在从天线(TX)传输后或由天线(RX)接收时才具有极化。然而，可方便地将这些信号标记有(+)或(-)，指示从正或负极化天线振子发射或在这些振子上预先接收的意向。

在第一天线罩20，要在+45度极化从天线组#1传输的TX(+)信号进入在虚线内指示的发射/接收滤波单元11a。在此单元11中，它通过发射带通滤波器(TX BPF)12，从中它经共同馈送网络14a输出到天线组#1。网络14a是已知的种类：它是配置为将TX信号转换成一组天线振子信号的信号分配器级联阵列，每个天线振子信号馈送到天线组#1的+45度极化一半(由“+45”表示)中的相应天线振子，诸如16。

共同馈送网络14a也作为信号组合器相反操作。因此，由诸如天线组#1的+45度极化一半中16a等相应天线振子接收的RX(+)信号由网络14a组合成单个信号。此RX(+)信号进入滤波单元11a：此处，它通过接收带通滤波器(RX BPF)18，从中它输出到低噪声放大器LNA，并由此到第二接收带通滤波器(RX BPF)19，该滤波器以只在此第二滤波器通带内的频率提供到馈线F1a的低阻抗路径。第二接收带通滤波器19实际上是开路，频率在此频带外，诸如其它基站#2和#3使用的那些频率。RX(+)信号从第二RX BPF滤波器19输出到第一馈线F1a，并沿其中继到第一基站#1。

类似地，TX(-)和RX(-)信号经等同于网络14a和单元11a的共同馈送网络14b和滤波单元11b，来往于天线组#1的-45度极化一半(由“-45”表示)。天线组#1、共同馈送网络14a/14b以及滤波单元11a/11b位于天线罩20内。

所有3个基站#1、#2和#3彼此等同。因此，第二和第三基站#2和#3与相应的信号馈线F2a/F2b、F3a/F3b、滤波单元21a/21b、31a/31b、共同馈送24a/24b、34a/34b、天线组#2/#3以及天线罩30、40相关联，等同于第一基站#1的此类物。所有3个基站#1、#2和#3均具有发射和接收极化分集，因为它们均发射和接收两个极化。

现有技术共享天线系统10的缺点如下：

a)每个扇区所需的天线罩数量会使得安装令公众和计划或分区管制机构看上去觉得不舒服。图1显示每个扇区三个天线罩：实际上可能每个频带有二到五个运营商使用，要求每个扇区二到五个天线罩；如果三个信号波段同时在使用，则扇区可能具有在一到三个天线支撑架上安装的每个扇区六到十五个天线罩；

b)天线系统10的大小和重量需要能够承受风载荷和天线罩与馈线重量的相当大的支撑杆组件，这进一步增加了成本和对环境的视觉影响；

c)馈线用于承载发射和接收两种信号：因此，信号频率互调分量在馈线及其连接器中生成，并出现在基站#1、#2和#3的输入上，这可能带有信号干扰，并使有效的接收机灵敏度降低。通过重复信号馈线以分离TX和RX信号路径可避免这种情况，但随之而来的是支撑杆风载荷、重量和成本增加，即十二个馈线而不是六个；

d)即使只使用接收极化分集，即忽略发射极化分集，这也对所需的馈线F1a数量等没有影响。

图2显示了用于三个基站51、52和53的本发明天线系统，一般表示为50。基站51配置为生成两个发射信号T1(+)和T1(-)，分别要用于由天线组AS1组成的第一天线的正(+45度)和负(-45度)极化。类似的发射信号对T2(+)/T2(-)、T3(+)/T3(-)由基站52和53生成，用于由天线组AS2和AS3组成的第二和第三天线的正负极化。天线组AS1到AS3形成了天线组件AA。基站51到53具有不同的发射频率。

发射信号T1(+)/T1(-)、T2(+)/T2(-)和T3(+)/T3(-)馈送到组合器组件56，该组件具有与正极化相关联的第一排58的三个带通滤波器(BPF)58a、58b和58c和与负极化相关联的第二排60的三个带通滤波器60a、60b和60c。来自所有三个基站51、52和53、与正极化相关联的发射信号T1(+)、T2(+)和T3(+)馈送到第一排58，并由相应的带通滤波器58a到58c滤波。这些滤波器具有集中在相应基站51到53发射和接收频率的通带，并且它们相互隔离基站。在滤波后，这些信号组合到第一共用馈线62，因此滤波器58a、58b和58c充当组合滤波器。类似地，与负极化相关联的发射信号T1(-)、T2(-)和T3(-)馈送到第二排60，并由相应的滤波器60a、60b和60c滤波。在滤波后，这些信号组合到第二共用馈线64。

馈线62和64分别连接到安装在天线杆(未显示)上的第一和第二滤波器组件66和68(虚线)。第一滤波器组件66包含三个通带集中在相应基站51、52和53发射频率上的发射滤波器70a、70b和70c：这些滤波器具有全部连接到第一馈线62的输入和分别连接到天线组AS1、AS2和AS3正极化共同馈送72a、74a和76a的输出。第一滤波器组件66包含三个通带分别集中在基站51、52和53发射频率上的带通发射滤波器70a、70b和70c。来自第一基站51、与正极化相关联的发射信号T1(+)通过发射滤波器70a，沿连线71a到共同馈送72a，并随后到+45度极化天线振子，如第一天线组AS1的78。类似地，来自第二基站52和第三基站53、与正极化相关联的发射信号T2(+)和T3(+)通过相应的发射滤波器70b/70c、连线71b/71c和共同馈送72b/72c到+45度极化天线振子，如第二和第三天线组AS2和AS3的80和82。因此，三个发射滤波器70a、70b和70c充当分离滤波器，以将在第一馈线62上组合的三个发射信号T1(+)、T2(+)和T3(+)分离，并将它们分别路由到不同的天线组AS1、AS2和AS3。

第一天线组AS1的+45度极化天线振子(例如78)接收的信号R1(+)经连线71a传到第一滤波器组件66。此处，它由第一接收滤波器84a滤波，由低噪声放大器(LNA)86a放大，并随后由第二接收滤波器88a滤波，以使它能够与第一馈线62上的其它信号组合在一起。随后，它经第一馈线62传到组合器组件56和与正极化相关联的第一排58的带通滤波器58a、58b和58c，这些滤波器在发射模式以正向操作，在接收模式以反向操作。接收信号R1(+)在左侧滤波器58a的通带内：因此它传到连接至滤波器58a的第一基站51，并指定为正极化信号。此信号即使在反向也与类似极化的发射信号T1(+)一样要通过同一滤波器58a。这是因为如参照图1所述，基站51具有相应的单个端口(在此情况下为T1(+)/R1(+))，用于与正极化相关联的发射和接收两种信号。

类似地，由第二和第三天线组AS2/AS3的+45度极化天线振子(例如80、82)接收的信号R2(+)和R3(+)分别经相应的连线71b/71c传到第一滤波器组件66，以便在84b/84c滤波，在86b/86c放大以及在88b/88c再次滤波。在遍历第一馈线62后，它们由滤波器58b和58c分离，并分别传到第二和第三基站52和53。

如上所述，与基站51到53生成的负极化相关联的发射信号T1(-)、T2(-)和T3(-)经第二共用馈线64传到第二滤波器组件68。第二滤波器组件68具有等同于第一滤波器组件66的组件和操作模式，因而将不详细描述。它通过滤波分离三个发射信号T1(-)、T2(-)和T3(-)，并将它们分别路由到天线组AS1、AS2和AS3的负极化(-45度)振子(例如90、92、94)进行传输。

类似地，由天线组AS1、AS2和AS3负极化天线振子(例如90、92、94)接收的信号R1(-)、R2(-)和R3(-)在第二滤波器组件68中被滤波、放大和再次滤波。在遍历第二馈线64后，它们由滤波器60a、60b和60c分离，并分别传到第一、第二和第三基站51、52和53。

本发明的天线系统50允许三个运营商或基站51到53每个均具有相应的电倾角，这是因为每个基站51、52或53向相应的天线组AS1、AS2或AS3发送信号和从那接收信号：例如，天线组AS1只从第一基站51接收信号以及只将信号传到第一基站51。类似地，天线组AS2和AS3分别与第二和第三基站52和53相关联。由于每个天线组AS1、AS2或AS2独立于其它两个天线组操作，因此可为每个运营商提供单独的电倾角。可能不止一个基站在使用任一天线组AS1到AS3，但这种情况下，共享天线组的基站运营商将必须使用相同的电倾角。

天线系统50也允许运营商共享提供发射分集、接收极化分集以及减少数量的组合与分配滤波器的单个天线组件AA。与现有技术10中的六个馈线相比，它只使用两个馈线便实现了此结果。它将来往于例如78、80和82等每个天线组的正(+)极化天线振子的信号组合成第一组，并将来往于例如90、92和94等负(+)极化天线振子的信号组合成第二组。馈线62和64用于承载多载波发射和接收信号，因此信号频率互调分量在馈线及其连接器中生成。此示例因此适用于在操作频率不会引起任何重大互调分量的情况下使用，使得发射和接收信号可共享同一馈线，从而导致双馈线实现。

如果运营商频率不连续，则天线系统50可用于在不同频带操作的基站或在同一频带操作的基站：在此方面，非连续性标准使得可通过实际可实现的滤波器实现信号组合和分配，即，无需实际上无法获得的无限锐截止滤波器导通和截止。

在天线系统50中，三个运营商具有相应的基站51、52和53以及相应的频带1、2和3，则如上所述：

1.从相应天线组(AS1、AS2和AS3)传输的具有正极化的信号为T1(+)、T2(+)和T3(+)；

2.从相应天线组(AS1、AS2和AS3)传输的具有负极化的信号为T1(-)、T2(-)和T3(-)；

3.在相应天线组AS1、AS2和AS3接收的具有正极化信号的信号为R1(+)、R2(+)和R3(+)；以及

4.在相应天线组AS1、AS2和AS3接收的具有负极化的信号为R1(-)、R2(-)和R3(-)。

要使用常规滤波分离在同一馈线上的信号，信号必须具有不同的非连续频率，即，频率必须隔开。因此，在天线系统50中，相同频率的信号在分离的馈线62和64上。由于与任一极化相关联的发射信号具有与接收信号不同的频率，因此发射和接收信号可在同一馈线上，并通过滤波进行分离。

可方便地在第一馈线62上具有与正极化相关联的发射和接收信号诸如Tn(+)和Rn(+)(n＝1到3)，以及在第二馈线64上具有与负极化相关联的发射和接收信号Tn(-)和Rn(-)。然而，尽管有一些不方便，但也可能在一个馈线上具有Tn(+)和Rn(-)，在另第二馈线上具有Tn(-)和Rn(+)：即，不同极化的不同类型(发射和接收)信号由于具有可分离的不同频率，因此它们可出现在同一馈线上。

在同一馈线上具有Tn(+)与Tn(-)或Rn(+)与Rn(-)是不当的，这是因为它们具有通过常规滤波无法分离的类似频率。在具有同一频率的信号不出现在同一馈线上时，此原理扩展到同一频带(具有非连续频率)中的多个运营商，或多频带使用。

天线系统50可适用于具有空间分集而不是极化分集。这可实现为将每个天线组AS1到AS3替换为两个空间上分离的天线组，它们相隔大约一米，以进行～2GHz的频率操作。Tn(+)和Tn(-)随后从不同位置的不同天线组发射，并且Rn(+)和Rn(-)在不同位置的不同天线组接收。由于不同的发射/接收位置，Tn(+)/Rn(+)因而与不同于Tn(-)/Rn(-)的分集类型相关联。在符号“+”和“-”表示不同的极化关联时，这类似于不同分集类型的Tn(+)/Rn(+)和Tn(-)/Rn(-)。

现在参照图3，图中显示了本发明的又一天线系统100，适用于为发射和接收信号使用分离的馈线，同时保持发射与接收两种分集。等同于前面所述的部分通过前缀100以类似方式标号。发射模式的设备和操作模式如参照图2所述一样，因而将不再描述。

对于接收模式和正极化，天线系统100具有等同于前面所述的设备和操作模式，直到获得从低噪声放大器186a到186c的输出。这些输出由组合器107组合，并馈送到共用接收(+)馈线109。馈线109将接收(+)信号传送到接收(+)分配器111，该分配器将组合的信号分成三个相等的功率，并将它们发送到相应的基站151、152和153。每个基站151、152和153调谐到相应的接收频率，因此无需另外的滤波器分离接收信号。

对于接收模式和负极化，天线系统100重复了与前面对于接收模式和正极化所述的等同的设备和操作模式。此处，RX(-)接收信号在115组合到共用接收(-)馈线117，并在119在基站151、152和153之间分配。

天线系统100安装有四个馈线、三个天线组，可提供(a)接收极化分集、(b)接收信号放大、(c)发射分集以及(d)分离的发射和接收馈线，以降低互调分量干扰的可能性。

现在参照图4，图中显示了只提供接收极化分集的本发明又一天线系统200。等同于前面所述的部分通过前缀200以类似的方式标号。在基站251到253与包括发射(+)/接收(+)馈线262和滤波器组件266的天线组AS201到AS203之间左侧的元件等同于图2的对应部分，并具有与其相同的操作模式，因而将不描述。

在图4的基站251到253与包括接收(-)组合器215、接收(-)馈线217和分配器219的天线组AS201到AS203之间右侧上的设备等同于图3的对应部分，并具有与其相同的操作模式。此设备等同于图3的右侧，但去除了在160和168的所有发射滤波器(T1(-)到T3(-))和TX(-)馈线164。天线系统200因此在左侧馈线262上具有发射(+)和接收(+)信号的组合，但在右侧馈线217上只具有接收(-)信号。因此它适用于需要接收分集而不需要发射分集的应用，并且其中运营商的频率不连续。如公布的国际申请WO 02/082581所公开的一样，最好使用不同的天线极化以无损方式组合连续的频率。

现在参照图5，图中显示了本发明的又一天线系统300，适用于分离发射信号与接收信号，并只在接收模式具有分集。等同于前面所述的部分通过替代100的前缀300以类似的方式标号。天线系统300等同于参照图3所述的系统，但去除了在160和168的所有发射滤波器(T1(-)到T3(-))以及TX(-)馈线164。因此天线系统300在左侧馈线362上具有发射(+)信号，在中间馈线309上具有接收(+)信号，在右侧馈线317上具有接收(-)信号。因此，它适用于需要接收分集但不需要发射分集的应用，并且其中要求在分离的馈线上输送发射和接收信号。

图6显示发射和接收频带的分组，使得它们在频率上适当隔开，并由此降低了图3天线滤波器组件166和168中滤波实现的复杂性。有三个频带，即频带1到3，并且每个频带具有隔开的发射TX和接收RX频率，即，频带1具有TX1/RX1，频带2具有TX2/RX2，以及频带3具有TX3/RX3。配对为RX1与TX2、TX1与RX3以及RX2与TX3。这在每种情况下通过完整的频带(或2个半频带的等同物)和至少一个带间的间隙IBG 1和/或IBG2而提供分离。为了使用适当间隔的双工滤波器，必需使用多频带或宽带天线组，并且共用的电倾角要为共享天线组的运营商所接受。

图7基于图6所示的关联，显示用于图3和图5中天线滤波器组件166/168和366/368中宽频间隔的滤波器对。

图8基于图6所示的关联，显示用于图2和图4中天线滤波器组件66/68和266/268中宽频间隔的组合滤波器频率对。

前面所述的本发明示例适合用于可通过常规滤波分离的频率：这意味着频率是非连续的，它们要由滤波器进行分离，即，在相邻频带之间有间隔。现在参照图9，五个连续的频带400到408由界定它们的相应相邻链线对表示。如果要尝试使用常规滤波器分离这些频率，则此类滤波器将分别具有410到418所示的通带。此处，为清晰起见，相对于通带410、414和418稍微向下移动了通带412和416。此图显示了滤波器不完美的事实，即，它们无法具有精确定位、无限锐截止的导通和截止的通带。诸如410和412的相邻通带对由于滤波器有限斜率特征的原因而严重重叠：这引发了两个有害的效应，即增大了重叠区中的信号损失，降低了信号之间的隔离。增大信号损失和降低隔离的原因与使用承载信号组合的馈线相关联。要有效地组合信号，每个滤波器通带410到418的电阻抗必须维持为某个额定值，例如50欧姆。当通带如图9所示重叠时，此额定阻抗无法维持：这导致了(a)耦合到馈线的信号损失和信号波形失真、(b)每个信号的一部分耦合到相邻滤波器并因此进入其它基站中。信号耦合到发射机的输出导致在非线性的发射机输出级中生成互调分量。这些分量变为不受控制的杂散发射，此发射足够大时，可超过监视此类通信的管制机构允许的电平。

现在还参照图10，它显示了本发明天线系统500的又一示例，该系统适合用于在连续频率操作的第一、第二和第三基站501、502和503。基站501、502和503具有如图9中410、412和414所示的相对彼此定位的相应发射频带，并且其接收频带以类似的方式相对彼此定位。因此，第二基站的操作频率与第一和第三基站501和503的频率是连续的，但第一和第三基站501和503具有与彼此不连续的操作频率。

天线系统500以类似于前面所述实施例的方式构建和操作，因而将不详细描述。它具有用于将发射信号组合到第一和第二馈线514和516的滤波器510、512。第三和第四馈线518和520直接连接到第二基站502的(+)和(-)端口，并且三个滤波器/放大器组件522、524和526来往于天线组528、530和532中继信号。每个天线组528、530和532从相应的基站501、502或503接收信号，并将信号发送到相应的基站501、502或503。第一馈线514来往于第一和第三基站501和503承载与正极化相关联的信号T1(+)、T3(+)、R1(+)、R3(+)。第二馈线516来往于第一和第三基站501和503承载与负极化相关联的信号T1(-)、T3(-)、R1(-)、R3(-)。第三和第四馈线518和520来往于第二基站502承载分别与正极化和负极化相关联的信号T2(+)、R2(+)、T2(-)、R2(-)。此布置的结果是，每个馈线514到520只承载在频率上适当分离的信号：每个馈线上的信号既不连续也不重叠，并因此可通过滤波分离例如来自第一和第三基站501和503的信号T1(+)和T3(+)。

天线组件500提供了以下优点：

a)由于每个天线组只服务一个基站，因而为每个运营商提供了单独的电倾角；

b)在发射和接收两者中的极化分集；

c)信号能具有连续频率；以及

d)在天线组无损组合信号。

Claims (26)

1.一种用于共享操作的天线系统，具有用于多个基站的多个天线，其特征在于：每个天线配置为对于至少一个相应的基站发射和接收，所述天线系统配置为对于在接收模式从天线到基站的信号传送和在发射模式从基站到天线的信号传送中的至少之一，将具有与多个所述基站相关联的不同非连续频率的信号组合到单个馈线，并将具有连续或重叠或类似频率的信号分离到不同的所述单个馈线，其中，

每个天线配置为对于一个相应的基站发射和接收，以及

所述天线系统配置为对于每个基站提供相应的天线和单独的电倾角。

2.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于：它配置为将与多个基站相关联的类似极化的发射和接收信号组合到单个馈线，并将与不同极化相关联的发射和接收信号分离到不同的所述单个馈线。

3.如权利要求2所述的天线系统，其特征在于：它具有：

a)每个极化每个基站一个带通滤波器，用于将基站发射信号组合到不同的所述单个馈线；

b)每个极化每个天线一个带通滤波器，用于分离路由到不同天线的基站发射信号；以及

c)每个极化每个天线两个带通滤波器和低噪声放大器，用于将天线接收信号组合到不同的所述单个馈线。

4.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于：它配置为将发射信号组合到与接收信号相关联的那些单个馈线不同的单个馈线。

5.如权利要求4所述的天线系统，其特征在于：它具有：

a)每个极化每个基站一个带通滤波器，用于将基站发射信号组合到所述单个馈线；

b)每个极化每个天线一个带通滤波器，用于分离路由到不同天线的基站发射信号；

c)每个极化每个天线一个带通滤波器和一个低噪声放大器，以及每个极化一个组合器，用于将天线接收信号组合到所述单个馈线；以及

d)每个极化一个分配器，用于将天线接收信号从所述单个馈线路由到不同的基站。

6.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于：它配置为：

a)将与类似极化相关联的基站发射信号组合到单个馈线；

b)将与类似极化相关联的天线接收信号组合到单个馈线；

c)将与不同极化相关联的基站发射信号分离到不同的所述单个馈线；以及

d)将与不同极化相关联的天线接收信号分离到不同的所述单个馈线。

7.如权利要求1所述的天线系统，配置用于接收分集但不发射分集，其特征在于：它配置为将与一个极化相关联的发射和接收信号组合到所述不同的所述单个馈线的第一馈线，并将与另一极化相关联的接收信号分离到所述不同的所述单个馈线的第二馈线。

8.如权利要求7所述的天线系统，其特征在于：它具有：

a)每个基站一个带通滤波器，用于将基站发射信号组合到所述第一馈线；

b)每个天线一个带通滤波器，用于分离路由到不同天线的基站发射信号；

c)每个天线两个带通滤波器和低噪声放大器，用于将一个极化的天线接收信号组合到所述第一馈线，所述第一馈线也配置为承载与类似极化相关联的发射信号；以及

d)每个天线一个带通滤波器和一个低噪声放大器，以及用于将与另一极化相关联的天线接收信号组合到所述第二馈线的一个组合器和用于将此接收信号从所述第二馈线路由到不同基站的一个分配器。

9.如权利要求1所述的天线系统，配置用于接收分集但不发射分集，其特征在于：它配置为将发射和接收信号还有与不同极化相关联的接收信号分离到不同的所述单个馈线。

10.如权利要求9所述的天线系统，其特征在于：它具有：

a)每个基站一个带通滤波器，用于将基站发射信号组合到不同的所述单个馈线的第一馈线；

b)每个天线一个带通滤波器，用于分离路由到不同天线的基站发射信号；

c)每个天线一个带通滤波器和低噪声放大器，用于将与一个极化相关联的天线接收信号组合到不同的所述单个馈线的第二馈线；以及

d)每个天线一个带通滤波器和一个低噪声放大器，以及用于将另一极化的天线接收信号组合到不同的所述单个馈线的第三馈线的一个组合器和用于将所述另一极化的天线接收信号从不同的所述单个馈线的第三馈线路由到不同基站的一个分配器。

11.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于：每个基站具有相应的发射/接收频带，与另一发射/接收频带间隔有间插间隙，并且发射和接收信号对的频率配置为用间插频率差进行双工滤波，所述频率差至少等于间隙与频带的组合宽度。

12.一种用于共享操作的天线系统，具有配置为实现分集并用于多个基站的多个天线，其特征在于：所述天线系统配置为对于在接收模式从天线到基站的信号传送和在发射模式从基站到天线的信号传送中的至少之一，将与多个基站都相关联的类似分集类型的信号组合到单个馈线，并将与不同分集类型相关联的信号分离到不同的所述单个馈线，其中，

每个天线配置为对于一个相应的基站发射和接收，以及

所述天线系统配置为对于每个基站提供相应的天线和单独的电倾角。

13.一种用于共享操作的天线系统，具有多个天线，每个天线与用于多个基站的多个极化相关联，其特征在于：所述天线系统配置为对于在接收模式从天线到基站的信号传送和在发射模式从基站到天线的信号传送中的至少之一，将与所述多个基站都相关联的类似极化的信号组合到单个馈线，并将与不同极化相关联的信号分离到不同的所述单个馈线，其中，

每个天线配置为对于一个相应的基站发射和接收，以及

所述天线系统配置为对于每个基站提供相应的天线和单独的电倾角。

14.一种天线组件共享操作的方法，所述天线组件具有用于多个基站的多个天线，其特征在于：每个天线配置为对于至少一个相应的基站发射和接收，并且所述方法包括对于在接收模式从天线到基站的信号传送和在发射模式从基站到天线的信号传送中的至少之一，将具有与多个所述基站相关联的不同非连续频率的信号组合到单个馈线，并将具有连续或重叠或类似频率的信号分离到不同的所述单个馈线，其中，

每个天线配置为对于一个相应的基站发射和接收，以及

所述天线组件配置为在每种情况下，每个基站提供一个天线和单独的电倾角。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于：它包括将与多个基站相关联的类似极化的发射和接收信号组合到单个馈线，并将与不同极化相关联的发射和接收信号分离到不同的所述单个馈线。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：它使用以下项实现：

a)每个极化每个基站一个带通滤波器，用于将基站发射信号组合到不同的所述单个馈线；

b)每个极化每个天线一个带通滤波器，用于分离路由到不同天线的基站发射信号；以及

c)每个极化每个天线两个带通滤波器和低噪声放大器，用于将天线接收信号组合到不同的所述单个馈线。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于：它包括将发射信号组合到与接收信号不同的所述单个馈线。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：它使用以下项实现：

a)每个极化每个基站一个带通滤波器，用于将基站发射信号组合到所述单个馈线；

b)每个极化每个天线一个带通滤波器，用于分离路由到不同天线的基站发射信号；

c)每个极化每个天线一个带通滤波器和一个低噪声放大器，以及每个极化一个组合器，用于将天线接收信号组合到所述单个馈线；以及

d)每个极化一个分配器，用于将天线接收信号从所述单个馈线路由到不同的基站。

19.如权利要求14所述的方法，其特征在于：它包括：

a)将与类似极化相关联的基站发射信号组合到单个馈线；

b)将与类似极化相关联的天线接收信号组合到单个馈线；

c)将与不同极化相关联的基站发射信号分离到不同的所述单个馈线；以及

d)将与不同极化相关联的天线接收信号分离到不同的所述单个馈线。

20.如权利要求14所述的方法，实现接收分集但不发射分集，其特征在于：所述方法包括将与一个极化相关联的发射和接收信号组合到所述不同的所述单个馈线的第一馈线，并将与另一极化相关联的接收信号分离到所述不同的所述单个馈线的第二馈线。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：它使用以下项实现：

a)每个基站一个带通滤波器，用于将基站发射信号组合到所述第一馈线；

b)每个天线一个带通滤波器，用于分离路由到不同天线的基站发射信号；

c)每个天线两个带通滤波器和低噪声放大器，用于将一个极化的天线接收信号组合到所述第一馈线，所述第一馈线也配置为承载与类似极化相关联的发射信号；以及

d)每个天线一个带通滤波器和一个低噪声放大器，以及用于将与另一极化相关联的天线接收信号组合到所述第二馈线的一个组合器以及用于将此接收信号从所述第二馈线路由到不同基站的一个分配器。

22.如权利要求14所述的方法，配置用于接收分集但不发射分集，其特征在于：它包括将发射和接收信号还有与不同极化相关联的接收信号分离到不同的所述单个馈线。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于：它使用以下项实现：

a)每个基站一个带通滤波器，用于将基站发射信号组合到不同的所述单个馈线的第一馈线；

b)每个天线一个带通滤波器，用于分离路由到不同天线的基站发射信号；

c)每个天线一个带通滤波器和低噪声放大器，用于将与一个极化相关联的天线接收信号组合到不同的所述单个馈线的第二馈线；以及

d)每个天线一个带通滤波器和一个低噪声放大器，以及用于将另一极化的天线接收信号组合到不同的所述单个馈线的第三馈线的一个组合器和用于将所述另一极化的天线接收信号从不同的所述单个馈线的第三馈线路由到不同基站的一个分配器。

24.如权利要求14所述的方法，其特征在于：每个基站具有相应的发射/接收频带，与另一发射/接收频带间隔有间插间隙，并且所述方法包括将发射和接收信号对的频率配置为用间插频率差进行双工滤波，所述频率差至少等于间隙与频带的组合宽度。

25.一种包含天线组件的天线系统共享操作的方法，所述天线组件具有配置为实现分集并用于多个基站的多个天线，其特征在于：所述方法包括对于在接收模式从天线到基站的信号传送和在发射模式从基站到天线的信号传送中的至少之一，将与所述多个基站都相关联的类似分集类型的信号组合到单个馈线，并将与不同分集类型相关联的信号分离到不同的所述单个馈线，其中，

每个天线配置为对于一个相应的基站发射和接收，以及

所述天线组件配置为在每种情况下，每个基站提供一个天线和单独的电倾角。

26.一种天线系统与多个基站共享操作的方法，所述天线系统包含具有多个天线的天线组件，每个天线与多个极化相关联，其特征在于：所述方法包括对于在接收模式从天线到基站的信号传送和在发射模式从基站到天线的信号传送中的至少之一，将与所述多个基站都相关联的类似极化的信号组合到单个馈线，并将与不同极化相关联的信号分离到不同的所述单个馈线，其中，

每个天线配置为对于一个相应的基站发射和接收，以及

所述天线组件配置为在每种情况下，每个基站提供一个天线和单独的电倾角。

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