CN101197468B - 一种天线和一种基站系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线和一种基站系统，其中天线包括：第一天线辐射单元，第一信号放大单元，马达，第一控制信号转换单元，控制单元，其中：第一天线辐射单元，用于接收上行信号及发送下行信号；第一信号放大单元，电耦合于第一天线辐射单元和第一天线接口之间，用于放大来自第一天线辐射单元的上行信号或传输来自所述第一天线接口的下行信号；控制单元，分别与所述马达、第一控制信号转换单元、第一信号放大单元相连，用于控制马达、调整第一信号放大单元参数，及通过第一控制信号转换单元收发信号。使用该天线可以提高天馈系统的集成度及可靠性，降低天馈系统的成本，同时可以简化基站天馈系统的安装，降低安装难度及成本。

Description

一种天线和一种基站系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线和一种基站系统。

背景技术

无线基站网络优化和小区覆盖调整中，需要调整基站的天线辐射的覆盖范围，目前比较快捷的办法是给基站配置电调天线系统，通过远端基站控制天线的方向图指向，达到调整小区覆盖的目的，此时基站天馈系统配置电调天线控制单元(RCU，Remote Control unit)及传输马达控制信号的智能偏置器(SBT，Smart BiasTee)，在基站的网络建设覆盖需要增强时，需要在上行通道中配置塔放(TMA，Tower Mounted Amplifier)，来提高基站系统的灵敏度，从而扩大基站的覆盖范围，减少基站的建设数量。

现有技术中，天线仅具有信号发送和接收功能，当要增大覆盖范围时，就需要配置塔放，如图1a所示，塔放102是作为一个单独的模块，连接在天线101与馈线之间；由于置于室外，塔放102需要具有室外型天馈模块所有的环境适应能力。当要调整天线的下倾角时，需要配置电调天线控制单元104，如图1b所示，由于RCU 104置于室外，所以其需要具有室外型号模块所有的环境适应能力。另外，传输和转换电调天线控制信号的SBT 103，也是作为一个具有室外环境适应能力的天馈模块独立连接在基站天馈系统中。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术方案至少存在有如下问题：

采用现有技术中的天线搭建基站天馈系统时，塔放、RCU、SBT等天馈模块，需要做成独立的模块，连接在天馈系统中，每个模块需要考虑室外应用环境具有独立的室外环境适应能力，每个模块的制造成本高，系统安装成本高，安装工序复杂等。

发明内容

本发明的实施例提供了一种天线、一种基站系统以实现降低基站天馈系统成本，简化天馈系统的安装。

本发明的实施例提供了一种天线，包括：

第一天线辐射单元，第一信号放大单元，马达，第一控制信号转换单元，控制单元，其中：

第一天线辐射单元，用于接收上行信号及发送下行信号；

第一信号放大单元，电耦合于第一天线辐射单元和第一天线接口之间，用于放大来自第一天线辐射单元的上行信号或传输来自所述第一天线接口的下行信号；

控制单元，分别与所述马达、第一控制信号转换单元、第一信号放大单元相连，用于控制马达、调整第一信号放大单元参数，及通过第一控制信号转换单元收发信号；

第一控制信号转换单元，电耦合于控制单元与第一天线接口之间，用于调制来自控制单元的信号，解调来自所述第一天线接口的信号；

马达，与控制单元相连，用于根据来自所述控制单元的控制信号，调整天线的下倾角。

本发明的实施例提供了一种基站系统，其中包括：

基站，以及如上所述的天线；

所述天线与基站相连。

与现有技术方案相比，本发明的实施例将塔放、电调天线的功能集成于天线中，因而具有以下有益效果：

1)提高了天馈系统的集成度及可靠性，降低了天馈系统的成本；

2)简化了基站天馈系统的安装，降低了安装难度及成本。

附图说明

图1a是现有技术中，配备塔放的基站系统的结构示意图；

图1b是现有技术中，配备电调天线的基站系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一中，天线结构示意图；

图3是本发明实施例二中，天线结构示意图；

图4是本发明实施例三中，天线结构示意图；

图5是本发明实施例三中，基站系统的结构示意图；

具体实施方式

本发明的实施例提供了一种天线、一种基站系统，使基站天馈系统成本降低，并使天馈系统的安装变得简便。为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施例作进一步地详细描述。

本发明的实施例一涉及一种天线200，如图2所示：

包括：天线辐射单元210，信号放大单元220，马达250，控制信号转换单元240，控制单元230，其中：

天线辐射单元210，用于接收上行信号及发送下行信号；

信号放大单元220，电耦合于天线辐射单元210和天线接口280之间，用于放大来自天线辐射单元210的上行信号或传输来自天线接口280的下行信号；

控制单元230，分别与马达250、控制信号转换单元240、信号放大单元220相连，用于控制马达、调整信号放大单元参数、及通过控制信号转换单元240收发信号。控制单元230可以采用CPU、FPGA或专用集成电路实现。

控制信号转换单元240，电耦合于控制单元230与天线接口280之间，用于调制来自控制单元的信号，解调来自天线接口280的信号；该控制信号转换单元240用于天线与远端控制台之间的通信联系(这里远端控制台可以是基站也可以是与基站相连或有通信连接的远端控制模块)，通信载波为OOK(On-offkeying，通断键控)调制或其他可以实现通信的载波调制方式，载波频率可以优先使用AISG(Antenna Interface Standards Group，天线接口标准化组织)协议规定的2.176MHz载波信号，也可以使用其他的载波频率信号。控制信号转换单元的实现形式可以是SBT，或其它信号转换电路。

马达250，与控制单元相连，用于根据来自控制单元230的控制信号，调整天线的下倾角；

除此之外，在天线接口280与信号放大单元220之间可以设置一个电容260，起到隔离直流信号与交流信号的作用。该电容可以采用分布式参数电容或其它电容。

本发明的实施例一中提供的天线，由控制单元、信号放大单元、马达、天线辐射单元等部分构成一个整体，共用一个具有室外环境适应能力的天线罩，因此降低了对各模块环境适应能力的要求，节约了成本。该天线可以完成电调天线的天线指向调节功能、信号放大的功能、天线的辐射和接收功能。只需一个天线便可完成原有天线，塔放，电调马达的所有功能，简化了天馈系统与基站之间的连接，由于减少了部件，整个系统的可靠性得到了提高。另外，采用一个控制单元实现现有智能塔放的控制单元和马达控制单元所实现的功能，也降低了天馈系统的制造成本。

本发明的实施例二涉及一种天线300，如图3所示：

包括：天线辐射单元310，信号放大单元320，马达350，控制信号转换单元340，控制单元330，其中：

天线辐射单元310，用于接收上行信号及发送下行信号；

信号放大单元320，电耦合于天线辐射单元310和天线接口380之间，用于放大来自天线辐射单元的上行信号或传输来自天线接口380的下行信号；该单元还可以包括：下行信号滤波器323，第一上行信号滤波器322，第二上行信号滤波器324，信号放大器321，其中：信号放大单元320的第一端口用于连接天线辐射单元310，信号放大单元320的第二端口用于连接天线接口380。

下行信号滤波器323电耦合于信号放大单元320的第一端口与第二端口之间，用于传输下行信号，隔离上行信号；

第一上行信号滤波器322电耦合于第一端口与信号放大器321之间，用于传输上行信号，隔离下行信号；

第二上行信号滤波器324电耦合于第二端口与信号放大器321之间，用于传输上行信号，隔离下行信号；

信号放大器321电耦合于第一上行信号滤波器322与第二上行信号滤波器324之间，用于放大上行信号。

其中信号放大器321可以使用低噪放(可以使用固定增益型，也可以使用增益值可调节型)。基站通过馈线和控制信号转换单元340，将控制信号传送给控制单元330，控制单元330按照基站系统的需要将低噪放的增益值设置在一个合适的增益范围。

另外，在具体实现时，为了可以适应天线的内部空间放置，可以将信号放大单元320内的滤波器的腔体排列成一个长条形状，便于天线内部布局。

控制单元330，分别与马达350、控制信号转换单元340、信号放大单元320连接，用于控制马达350、调整信号放大单元320的参数、及通过控制信号转换单元340与远端控制台通信。控制单元330可以采用CPU、FPGA或专用集成电路实现。

控制信号转换单元340，电耦合于控制单元330与天线接口380之间，用于调制来自控制单元330的信号，解调来自远端控制台的信号；该控制信号转换单元340可以用于天线与基站之的通信联系，通信载波为OOK调制或其他可以实现通信的载波调制方式，载波频率可以优先使用AISG协议规定的2.176MHz载波信号，也可以使用其他的载波频率信号。控制信号转换单元的实现形式可以是SBT，或其它信号转换电路。

马达350，用于根据来自控制单元330的控制信号，调整天线的下倾角；

除此之外，还包括故障监控单元370，与控制单元330相连，用于监控所述天线300内各部件的工作状态，将工作状态信息向控制单元330或天线接口380发送。该工作状态信息可以分为告警信息和工作参数信息两种，

当故障监控单元370检测到天线300内的某个部件出现故障时，会将告警信息发送到控制单元330或天线接口380，告警的种类可以包括：信号放大单元故障告警、马达故障告警、控制单元故障告警、天线辐射单元故障告警等。告警信息的形式可以使用通信形式和天线电流异常信息形式，当采用通信形式告警时，故障监控单元370将检测到的故障信息发送给控制单元330，由控制单元330通过控制信号转换单元340、天线接口380、馈线将告警信息传送给远端控制台，该通信方式遵守已有的通信协议，例如AISG协议，也可以是自定义的其他通信协议。当采用电流异常信息形式告警时，故障监控单元370通过其与天线接口380的连接，直接向远端控制台发送电流信号，远端控制台通过检测该电流信号获取告警信息。当通过电流检测来监视有源天线的告警情况时，可以自定义电流检测规则(如电流的大小、波形等特征来与不同故障类型相对应)通过规则来判断有源天线的各个部件的工作状态和告警情况。当然基站也可以直接通过检测每个天线通道上的电流变化，来判断该天线通道是否存在故障。

故障监控单元370可以用于采样天线300内各部件的工作状态并通过天线接口380或控制单元330向远端控制台反馈，如对信号放大器321的增益及马达350的转速等参数进行采样，并将该参数反馈给基站。这里故障监控单元370可以单独设置，也可以作为控制单元300的一个功能模块，集成于控制单元中。

在天线接口380与信号放大单元之间还可以设置一个电容360，起到隔离直流信号与交流信号的作用。该电容可以采用分布式参数电容。为了适应室外多变的的气象环境，防止雷击事故，在天线内部可以设置一个防雷电路单元。

天线300工作原理如下：

基站发射的下行信号从天线接口380输入，经过隔直电容360到达下行信号滤波器323，到达天线辐射单元310，辐射到空间中去。

天线辐射单元310接收到的上行信号经过第一上行信号滤波器322到达信号放大器321，经过放大后的上行信号，进入到第二上行信号滤波器324，经过隔直电容360，通过天线接口380输送给馈线到达基站。

除了上下行信号外，基站与天线之间还传输控制信号，控制信号可以包括马达控制信号，信号放大单元控制信号等：

马达控制信号经过天线接口380进入天线300，其中，经过控制信号转换单元340，该单元将载波调制信号转换为控制单元330可以识别的数据信号后，传输至控制单元330，控制单元330将该数据信号进行一定的处理后(如数模转换等)将控制信息发送给马达350，从而控制马达350动作，完成天线下倾角的调节。

基站发送的信号放大单元控制信号从天线接口380进入天线300，其中，经过控制信号转换单元340，该单元将载波调制信号转换为控制单元330可以识别的数据信号后，传输至控制单元330，控制单元330将数据信号进行一定的处理(如数模转换等)后将控制信息发送给信号放大单元320。完成对信号放大单元320的参数调节(如增益参数的调节)，控制单元330也可以自动对放大单元320的进行参数预置。

信号放大器321，马达350，控制信号转换单元340，控制单元330，故障监控单元370、防雷电路单元等可以做在一块电路板上，电路板外面可以进行喷防护漆来保障PCB的可靠工作，不需要使用外壳做环境防护，而是使用天线的外罩作为模块外壳，对低噪放电路单元可以使用独立的电磁屏蔽罩，保障电磁兼容特性。

本发明的实施例三涉及一种天线400，如图4所示：

包括：天线辐射单元410，天线辐射单元411，信号放大单元420，信号放大单元421，马达450，控制信号转换单元440，控制信号转换单元441，控制单元430。

除此之外，还包括故障监控单元470，用于隔离直流信号的电容460、电容461，还可以包括防雷电路单元。

天线400内各部件功能，原理均与实施例二所述的天线300相同，区别在于天线400具有两套天线辐射单元，两套信号放大单元，两套控制信号转换单元，因此可以用来传输两路上/下行信号。

其具体结构及原理如下：

天线辐射单元410、天线辐射单元411，用于接收上行信号及发送下行信号；

信号放大单元420，电耦合于天线辐射单元410和天线接口480之间，用于放大来自天线辐射单元410的上行信号或传输来自天线接口480的下行信号；

信号放大单元421，电耦合于天线辐射单元411和天线接口481之间，用于放大来自天线辐射单元411的上行信号或传输来自天线接口481的下行信号；

信号放大单元420与信号放大单元421可以采用与实施例二中信号放大单元330相同的结构。

控制单元430，分别与信号放大单元420，信号放大单元421，马达450，控制信号转换单元440，控制信号转换单元441相连，用于控制马达，调整信号放大单元420，信号放大单元421的参数，并通过控制信号转换单元440，控制信号转换单元441收发信号；

控制信号转换单元440，电耦合于控制单元430与天线接口480之间，用于调制来自控制单元430的信号，解调来自天线接口480的信号；

控制信号转换单元441，电耦合于控制单元430与天线接口481之间，用于调制来自控制单元430的信号，解调来自天线接口481的信号；

马达，与控制单元430相连，用于根据来自所述控制单元的控制信号，调整天线的下倾角。

电容460，电耦合于天线接口480与信号放大单元420之间，电容461，电耦合于天线接口481与信号放大单元421之间。它们的作用是隔离直流信号与交流信号。

故障监控单元470，与控制单元430连接，用于监控所述天线内各部件的工作状态，将工作状态信息向控制单元或天线接口480或天线接口481发送。

以上各部件可以封装于一个天线罩中。

针对具体的需求，实施例中的天线也可以设计多套天线辐射单元、多套信号放大单元、多套控制信号转换单元，以满足传输多路上/下行信号的要求，控制单元430可以同时对多套信号放大单元、马达进行参数调整、设置；故障监控单元470可以同时对多套信号放大单元、马达、天线辐射单元进行状态监控、故障上报，其工作原理与模块之间的连接方式与天线400类似。

本实施例中，控制信号转换单元可以只设置一个，天线与远端控制台间的交互信号可由一个转换单元调制解调，经一条馈线传输。为了提高系统可靠性，和安装的方便性，也可以设置多个控制信号转换单元，如针对每一个天线接口设置一个控制信号转换单元，工作时，可以只选择其中的一个进行通信，也可以利用多个控制信号转换单元协同通信，以增大数据传输率或减少误码率。

图5为一种使用天线400的基站系统结构图，基站480与天线400通过馈线连接，基站480除了可以通过天线400收发信号，也可以通过馈线对天线400进行状态检测、参数调节和控制(包括天线下倾角调节，增益系数调节等)。当远端控制台位于基站以外时，远端控制台可以通过与基站的通信连接，利用基站转发信号以实现与天线交互。

由于本实施例所提供的技术方案只需一个天线就可以实现原有智能塔放、电调天线的功能，不仅节约了天馈系统制造成本，而且随着装配部件的减少，使得基站系统的安装更加简化，不仅减少了建站成本，而且提高了基站系统的可靠性。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种天线，其特征在于，包括： 

第一天线辐射单元，第一信号放大单元，马达，第一控制信号转换单元，控制单元，第一天线接口，其中： 

第一天线辐射单元，用于接收上行信号及发送下行信号； 

第一信号放大单元，电耦合于第一天线辐射单元和第一天线接口之间，用于放大来自第一天线辐射单元的上行信号或传输来自所述第一天线接口的下行信号； 

控制单元，分别与所述马达、第一控制信号转换单元、第一信号放大单元相连，用于控制马达、调整第一信号放大单元参数，及通过第一控制信号转换单元收发信号； 

第一控制信号转换单元，电耦合于控制单元与第一天线接口之间，用于调制来自控制单元的信号，解调来自所述第一天线接口的信号； 

马达，与控制单元相连，用于根据来自所述控制单元的控制信号，调整天线的下倾角。 

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，第一信号放大单元还包括： 

下行信号滤波器，第一上行信号滤波器，第二上行信号滤波器，信号放大器，第一端口，第二端口，其中：第一信号放大单元的第一端口用于连接第一天线辐射单元，第一信号放大单元的第二端口用于连接第一天线接口； 

所述下行信号滤波器电耦合于所述第一端口与所述第二端口之间，用于传输下行信号，隔离上行信号； 

所述第一上行信号滤波器电耦合于所述第一端口与所述信号放大器之间，用于传输上行信号，隔离下行信号； 

所述第二上行信号滤波器电耦合于所述第二端口与所述信号放大器之间，用于传输上行信号，隔离下行信号； 

所述信号放大器电耦合于所述第一上行信号滤波器与所述第二上行信号滤波器之间，用于放大上行信号。 

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，还包括： 

第二天线辐射单元，第二信号放大单元，第二天线接口； 

第二天线辐射单元，用于接收上行信号及发送下行信号； 

第二信号放大单元，电耦合于第二天线辐射单元和第二天线接口之间，用于放大来自第二天线辐射单元的上行信号或传输来自所述第二天线接口的下行信号； 

所述控制单元与所述第二信号放大单元相连，用于调整第二信号放大单元参数。 

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，还包括： 

第二控制信号转换单元，电耦合于控制单元与第二天线接口之间，用于调制来自控制单元的信号，解调来自所述第二天线接口的信号。 

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，还包括： 

第一电容，电耦合于第一天线接口与第一信号放大单元之间； 

第二电容，电耦合于第二天线接口与第二信号放大单元之间。 

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，还包括： 

故障监控单元，与控制单元连接，用于监控所述天线内各部件的工作状态，将工作状态信息向控制单元或第一天线接口或第二天线接口发送。 

7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于： 

所述第一天线辐射单元、第二天线辐射单元、第一信号放大单元、第二信号放大单元、马达、电容、第一控制信号转换单元、第二控制信号转换单元、控制单元封装于一个天线罩中。 

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括： 

第一电容，电耦合于第一天线接口与第一信号放大单元之间。 

9.一种基站系统，其特征在于，包括：

基站，以及如权利要求1-8任一项所述的天线；

所述天线与基站相连。 

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