CN101154985A - 扩大基站覆盖范围的方法和基于该方法的基站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在移动通信系统或无线接入系统中扩大基站覆盖范围的方法。该方法通过在基站的RF单元和天线单元之间增加射频放大器，射频放大器放大RF单元输出的信号，并将放大后的信号发送至天线单元，天线单元将上述放大后的信号发射出去，从而扩大基站的覆盖范围。本发明还公开了一种基站，该基站基于上述方法，增加了射频放大器，以扩大自身覆盖范围。本发明提供的扩大基站覆盖范围的方法及基于该方法的基站，用于扩大基站的覆盖范围，从而使得基站能够为更多的用户提供服务，充分利用了基站的闲置资源，提高了基站的资源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信系统或无线接入系统中的基站，具体涉及一种扩大基站覆盖范围的方法，以及基于该方法的基站。
背景技术
移动通信系统和无线接入系统有多种制式，其中包括全球移动通信(GSM，Global System Mobile)系统、码分多址(CDMA，Code DivisionMultiple Access)系统、空间码分多址(SCDMA，Space-Code Division MultipleAccess)系统、时分-同步码分多址(TD-SCDMA，Time-DivisionSynchronization Code Division Multiple Access)系统、宽带码分多址WCDMA系统、码分多址2000(CDMA2000，code division multiple access 2000)系统、个人手持电话系统(PHS，Personal Handphone System)系统等。这些系统通常都包括基站和与基站以无线方式通信的终端。图1为现有技术中的基站结构示意图，如图1所示，基站一般包括基带单元100、中频(IF，IntermediateFrequency)单元101、射频(RF，Radio Freqency)单元102和天线单元103。其中，基站发送信息的过程为：基带单元100将用户数据进行信道编码，并将编码后的基带信号发送至IF单元101；IF单元101将接收到的基带信号处理成IF信号，并发送至RF单元102；RF单元102将接收到的IF信号处理成RF信号，并发送至天线单元103；天线单元103将射频信号以电磁波的方式发射至终端。基站接收信息的过程与发送过程相反，其具体过程为：天线103将移动台发送的电磁波信号处理成RF信号，并将RF信号发送至RF单元102；RF单元102进行信号运算，将RF信号调制成IF信号，并发送给IF单元101；IF单元101将接收到的IF信号处理成基带信号，并发送给基带单元100；基带单元300将接收到的基带信号进行信道解码，并将解码信号发送至基站控制器(BSC，Base Station Controller)。基带单元100、IF单元和RF单元可以作为一个整体看作是基站的信号处理设备，而天线单元103看作是信号发射接收设备，两者之间交互的信号是RF信号。
在移动通信系统的初期建设中，为了节约投入成本，通常对一些预期业务量较小的区域采用微/小基站进行覆盖，同时还可以根据该区域内用户的分布特点采用全向覆盖或单扇区覆盖。图2为现有技术中微/小基站的全向覆盖示意图，如图2所示，小区中心的微/小基站通过向整个小区发送无线信号实现了小区的全部覆盖，覆盖范围为半径为r0的整个圆形。图3为现有技术中微/小基站的单扇区覆盖示意图，如图3所示，通过微/小基站的天线定向发送技术可以对用户集中的区域实现单扇区覆盖，图中阴影部分是半径为r1的扇区覆盖范围。图2和图3中的基站由于其信号发射功率较小，因此覆盖半径小，覆盖范围有限，并且对于单扇区覆盖的微/小基站来说，由于其扇形区域覆盖的限制，无法覆盖到小区中的其它区域。
随着用户分布区域的变化和移动通信业务量的增长，微/小基站的覆盖方式逐渐难以满足人们对通信质量的要求，因此如何以合理的成本有效的扩大基站的覆盖范围成为一个突出的问题。解决这个问题，现有技术的一种做法是直接增大微/小基站的信号发射功率，这种单纯增大发射功率的做法只能扩大基站原扇区的覆盖范围，但没有增加新的扇区，因此无法有效扩大单扇区基站的覆盖范围，并且增大基站发射功率所增加的成本相对较高；现有技术的另一种做法是将微/小基站扩容升级成宏基站，或者将微/小基站更换为多扇区多载基站。这种做法显然能解决上述覆盖问题，但是升级或更换基站的成本昂贵，不适合业务量增长较小但要求更广覆盖范围的情况。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于，提供一种扩大基站覆盖范围的方法，用于扩大如微/小基站这样的基站的覆盖范围。本发明的另一目的在于，提供一种基站，通过采用上述方法，该基站的覆盖范围得到扩大。
基于以上目的，本发明提供的扩大小区覆盖范围的方法，将从基站的信号处理设备发送至原天线单元的原始信号分出至少一路信号，将所述分出的信号放大后发送至新增的天线单元；将所述新增的天线单元接收到的信号放大，并将所述放大后的信号与原天线单元接收到的信号合路后返回至基站的信号处理设备。
本发明的方法中，所述分出至少一路信号的过程包括：从发送至原天线单元的原始信号中分出部分功率；
并进一步包括：将发送至原天线单元的信号放大，将所述放大后的信号通过原天线单元发射出去；将原天线单元接收到的信号进一步放大后返回至基站的信号处理设备。
本发明的方法中，所述分出至少一路信号的过程包括：从发送至原天线单元的原始信号中通过耦合分路方式分出至少一路的信号。
本发明的方法中，将所述的分出的信号进一步分路，并将上述分路后的信号放大后通过新的天线单元发射出去；将所述的新的天线单元接收到的信号放大后进一步合路，并将合路后的信号与原天线单元接收到的信号合路后返回至基站的信号处理设备。
本发明的方法中，所述的经放大后通过新增的天线单元发射的信号的功率和分路后通过原天线单元发射的信号的功率相同。
基于以上另一目的，本发明提供的移动通信系统或无线通信系统中的基站，包括基带单元，IF单元、RF单元和天线单元，其特征在于进一步包括分路/合路单元、射频放大器和新增的天线单元；
分路/合路单元接收从基站的信号处理设备发送至原天线单元的原始信号，从该原始信号分出至少一路信号，并将所述的分出的信号发送至射频放大器；射频放大器放大上述分出的信号，并将放大后的信号发送至新增的天线单元；新增的天线单元接收到的信号经射频放大器放大后发送至分路/合路单元；原天线单元将接收到的信号发送至分路/合路单元；分路/合路单元将上述放大后的信号和原天线单元接收到的信号合路后返回至基站的信号处理设备。
本发明的基站中，在所述的分路器和原天线单元之间进一步包括射频放大器；
该射频放大器将分路器发送至原天线单元的信号放大后，发送至原天线单元；
该射频放大器将原天线单元接收到的信号放大后发送至分路器。
本发明的基站中，所述的分路/合路单元为耦合器。
本发明的基站中，在所述的耦合器和射频放大器之间进一步包括分路器；
该分路器将所述的耦合器分出的信号进一步分路后发送至射频放大器；
该分路器将所述射频放大器放大后的信号合路后发送至耦合器。
本发明的基站中，所述的射频放大器是干线放大器、或直放站、或塔顶放大器。
本发明所述的方法，通过增加分路器、射频放大器和天线单元形成新的扇区，从而扩大了原基站的覆盖范围；同时，通过射频放大器对发射信号的放大作用，本发明还可以扩大基站的覆盖半径，从而扩大覆盖范围。本发明的基站，采用本发明提供的方法，从而使得其覆盖范围得到扩大。由于基站覆盖范围扩大，基站能够为更多的用户提供服务，从而充分利用了基站的闲置资源，提高了基站的资源利用率。本发明对现有技术中的基站所作的改动在于增加了射频放大器、分路器和天线，目前这些器件的成本为数万元人民币，而现有技术中通过升级基站或更换基站来扩大基站覆盖范围的成本为数十万元人民币，本发明的成本仅为其十分之一弱，因此本发明是一种扩大基站覆盖范围的低成本高效益的解决方案。
附图说明
图1为现有技术中的基站结构示意图；
图2为现有技术中微/小基站的全向覆盖示意图；
图3为现有技术中微/小基站的单扇区覆盖示意图；
图4为本发明扩大基站覆盖范围的实施例的基站结构示意图；
图5为本发明扩大基站覆盖范围的实施例的基站覆盖范围示意图；
图6为本发明扩大基站覆盖范围的另一实施例的基站结构示意图；
图7为本发明扩大基站覆盖范围的另一实施例的基站覆盖范围示意图。
具体实施方式
本发明利用现有技术中已有的器件对现有基站的结构进行改造，如采用分路器或耦合器作为分路/合路单元，对基站信号处理设备和天线单元之间的RF信号进行分路，对新的分出的信号通过射频放大器进行放大，并通过新增的天线单元发射出去以形成新的扇区，同时将新增的天线单元所接收到的信号放大，并通过分路/合路单元将上述放大后的信号和原天线单元接收到的信号合路到基站的信号处理设备中，从而实现扩大基站覆盖范围的目的。其中，分路器是将其输入端口输入的信号分路到各个输出端口，通常经过分路器后，输入信号被均匀分路到各个输出端口，而在相反的方向上，由各个输出端口输入的信号经分路器后，各路信号被相加并通过输入端口输出；耦合器通常有三个端口，即输入端、直通端和耦合端，耦合器将其输入信号通过耦合带，耦合至耦合端后输出，同时输入信号也经过直通端直接输出，从而实现输入信号非均匀分配到耦合端和直通端；射频放大器是将射频信号放大后输出的器件，射频放大器的放大系数可以根据具体情况调节。上述的分路器、耦合器和射频放大器都是双向器件。本发明中，分路器或耦合器可以看作是分路/合路单元，在发送方向上对信号进行分路的同时，在接收方向上对各路信号进行合路。
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
图4为本发明扩大基站覆盖范围的实施例的基站结构示意图。如图4所示，本实施例中对现有技术中的单扇区基站进行了如下改造：将RF单元102和原天线单元103之间的射频通路断开后，通过三端口的耦合器400将RF单元102、原天线单元103和分路器401连接，其中，RF单元102连接耦合器400的输入端，原天线单元103连接耦合器400的直通端，分路器401连接耦合器400的耦合端，耦合器直通端输出的信号经原天线单元103发射出去；分路器401是一个输入端口输出端口比为1∶2的分路器，可以将1路输入信号均匀分路到2个输出端口；分路器401的输出信号接两个射频放大器402，经信号放大后再发送至新增天线单元403，通过新增天线单元403发射出去。耦合器400、分路器401和射频放大器402都是双向器件，所以电磁波信号输入基站也是通过天线、射频放大器、分路器和耦合器输入到RF单元400。从以上所述可以看出，本实施例扩大基站覆盖范围的方法，包括以下步骤：
将RF单元输出的射频信号接耦合器的输入端，将原天线单元和分路器的输入端分别接耦合器的直通端和输出端；
将分路器的输出信号分别接射频放大器，经射频放大器放大后接至新增天线单元；
测量耦合器的耦合端的输出信号功率，通过调节射频放大器的放大系数设置射频放大器输出信号的功率，使之与耦合器的耦合端的输出信号功率相等。
通过以上步骤，本实施例采用输入端口输出端口比为1∶2的分路器、射频放大器和新增的天线单元，增加了2路射频信号通路，从而形成新的扇区，并和原扇区一起整体上形成了常见的三扇区覆盖。本实施例通过增加新的扇区扩大了单扇区基站的覆盖范围，图5为本发明扩大基站覆盖范围的实施例的基站覆盖范围示意图，与图3相比，本实施例增加了扇区1和扇区2。由于原天线单元和RF单元之间的信号是通过耦合器的输入端和直通端连接，对原扇区的信号通路实质上并未作改变，因此基站覆盖范围的半径没有改变，图5中覆盖半径r2与图3中的r1相等。本实施例中，也可通过调节扇区1和扇区2的射频放大器的放大系数，来增加该扇区的覆盖半径。
实施例2
图6为本发明扩大基站覆盖范围的另一实施例的基站结构示意图。如图6所示，本实施例对现有技术中的全向基站或单扇区基站进行改造：将RF单元102和原天线单元103之间的射频通路断开后，通过一个1∶3的分路器404将RF单元102输出的射频信号分路到3个输出端口；分路器404输出的3路射频信号分别经由各自的射频放大器402放大后，被发送至各自的天线单元103、403，并被天线单元103、403发射出去。从以上所述看出，本实施例扩大基站覆盖范围的方法，包括以下步骤：
将RF单元输出的射频信号接分路器的输入端，将分路器输出的各路信号分别接至各路信号的射频放大器；
将经过射频放大器放大的信号接至各路信号的天线单元；
通过调节射频放大器的放大系数设置射频放大器输出信号的功率，使之满足小区覆盖范围的需要。
本实施例中，采用的是1∶3的分路器，对原全向基站或单扇区基站的RF单元输出的射频信号进行分路，分路出的3路信号分别被放大后通过各自天线单元发射出去，形成新的扇区覆盖。图7为本发明扩大基站覆盖范围的另一实施例的基站覆盖范围示意图，与图2相比，本实施例将全向基站的原全向扇区裂化成3个扇区，与图3相比，本实施例将原单扇区和新增的2个扇区统一起来，形成新的覆盖范围。由于射频放大器的放大能力是可以调节的，所以可以根据系统设计的需要调整信号的发射功率，适应不同的应用环境。为了获得更大的覆盖范围，通常图7中覆盖半径r3大于图2中的r0和图3中的r1。
以上两个实施例分别说明了本发明的两种具体实施方法，两个实施例最后都形成了3个扇区的覆盖。但本发明并不限于此，实际应用中可以根据具体的应用场景以及系统设计的需要，通过选择不同分路比的分路器形成合理数目的扇区，以实现整个圆形区域覆盖或者圆形区域的一部分扇区的覆盖。
本发明扩大基站覆盖范围的方法，适用于目前所有制式的移动通信系统和无线接入系统，其中包括GSM系统、CDMA系统、SCDMA系统、TD-SCDMA系统、WCDMA系统、CDMA2000系统和PHS系统。本发明本发明扩大基站覆盖范围的方法，能够用于上述各种制式系统中的基站，扩大基站的覆盖范围。本发明中所述的射频放大器，可以选择适用于各制式系统的的射频放大器，如干线放大器、直放站、塔顶放大器。
从以上所述可以看出，本发明所述的方法以及基于该方法的基站，通过增加新的天线单元形成新的扇区，从而扩大了原基站的覆盖范围；同时，通过射频放大器对发射信号的放大作用，本发明还可以扩大基站的覆盖半径，从而扩大覆盖范围。由于基站覆盖范围的扩大，本发明使得基站能够为更多的用户提供服务，从而充分利用了基站的闲置资源，提高了基站的资源利用率。本发明对现有技术中的基站所作的改动在于增加了若干各射频放大器、分路器和天线，目前这些器件的成本为数万元人民币，甚至不到升级基站或更换基站的成本的十分之一，因此本发明成本优势明显，是一种扩大基站覆盖范围的低成本高效益的解决方案。
Claims (10)
1.一种扩大小区覆盖范围的方法，其特征在于，将从基站的信号处理设备发送至原天线单元的原始信号分出至少一路信号，将所述分出的信号放大后发送至新增的天线单元；将所述新增的天线单元接收到的信号放大，并将所述放大后的信号与原天线单元接收到的信号合路后返回至基站的信号处理设备。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分出至少一路信号的过程包括：从发送至原天线单元的原始信号中分出部分功率；
并进一步包括：将发送至原天线单元的信号放大，将所述放大后的信号通过原天线单元发射出去；将原天线单元接收到的信号进一步放大后返回至基站的信号处理设备。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分出至少一路信号的过程包括：从发送至原天线单元的原始信号中通过耦合分路方式分出至少一路的信号。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述的分出的信号进一步分路，并将上述分路后的信号放大后通过新的天线单元发射出去；将所述的新的天线单元接收到的信号放大后进一步合路，并将合路后的信号与原天线单元接收到的信号合路后返回至基站的信号处理设备。
5.如权利要求1至4所述的方法，其特征在于，所述的经放大后通过新增的天线单元发射的信号的功率和分路后通过原天线单元发射的信号的功率相同。
6.一种移动通信系统或无线通信系统中的基站，包括基带单元，IF单元、RF单元和天线单元，其特征在于进一步包括分路/合路单元、射频放大器和新增的天线单元；
分路/合路单元接收从基站的信号处理设备发送至原天线单元的原始信号，从该原始信号分出至少一路信号，并将所述的分出的信号发送至射频放大器；射频放大器放大上述分出的信号，并将放大后的信号发送至新增的天线单元；新增的天线单元接收到的信号经射频放大器放大后发送至分路/合路单元；原天线单元将接收到的信号发送至分路/合路单元；分路/合路单元将上述放大后的信号和原天线单元接收到的信号合路后返回至基站的信号处理设备。
7.如权利要求6所述的基站，其特征在于，所述的分路/合路单元为分路器，在所述的分路器和原天线单元之间进一步包括射频放大器；
该射频放大器将分路器发送至原天线单元的信号放大后，发送至原天线单元；
该射频放大器将原天线单元接收到的信号放大后发送至分路器。
8.如权利要求6所述的基站，其特征在于，所述的分路/合路单元为耦合器。
9.如权利要求8所述的基站，其特征在于，在所述的耦合器和射频放大器之间进一步包括分路器；
该分路器将所述的耦合器分出的信号进一步分路后发送至射频放大器；
该分路器将所述射频放大器放大后的信号合路后发送至耦合器。
10.如权利要求6所述的基站，其特征在于，所述的射频放大器是干线放大器、或直放站、或塔顶放大器。
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2006
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