CN101848471B - 一种无线通讯网络扩容方法及基站天线 - Google Patents
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Abstract
一种无线通讯网络扩容方法，是在传统3扇区基础上，根据扇区的网络需求，把N≥1个扇区分裂为2*N个扇区，分裂的子扇区代替现有扇区，利用频谱复用达到扩容，可以有效解决无线移动通信网络扩容中频谱复用引起的干扰，为网络扩容提供了一种新的思路，相比于窝蜂分裂的方式来进行网络扩容的方式，大大节省了基站建设费用，降低了网络扩容成本。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯领域，特别是涉及一种无线通讯网络扩容方法及一种多波束基站天线。
背景技术
当今的无线通讯领域，最缺乏的就是频谱资源。为了有效地利用有限的频谱资源，在网络建设中引入了“蜂窝”的概念。为了覆盖一个大的区域，先把这个区域分成许多个蜂窝状的小的区域，这样相同的频谱资源就可以在相距较远的“小区”里使用，达到了频谱复用的效果。
随着移动用户和通话量的增加，网络扩容已经刻不容缓。传统上的扩容办法就是所谓的蜂窝分裂(cell splitting)，即减少现有“小区”的覆盖区域，并且在新产生的覆盖盲区引入新的“小区”。因此，运营商就必须为蜂窝分裂付出昂贵的成本代价，不管是增加的基站设备还是租赁新的站址。然而，在人口密集的繁华的市区，可能已经寻找不到合适的站址了。比起成本骤升更加令人难以接受的是，随着网络的扩容，频谱资源复用的距离近了，更容易产生干扰。
发明内容
本发明的目的在于克服蜂窝分裂的局限性，而提供一种具有特定覆盖波形的天线。本发明的一种BSA(BI SECTOR ARRAY)基站天线，可以解决目前网络扩容中的成本增加、站址选择、同频干扰等问题。
本发明的目的可以通过以下措施来实现：
本发明的一种无线通讯网络扩容方法，是在网络建设中引入“蜂窝”的概念，以蜂窝分裂(cell splitting)的方法，利用频谱复用达到扩容。所述的蜂窝分裂(cell splitting)，是在传统3扇区基础上，根据扇区的网络需求，把N≥1个扇区分裂为2*N个扇区；2个分裂的子扇区代替现有扇区；子扇区与被替代的扇区的临界覆盖区域一致。所述的子扇区是把现有扇区的辐射方向图所覆盖的扇区，分裂为两个子偏转的独立的辐射方向图所限定的两个区域。所述的两个子偏转的独立的辐射方向图是基站天线采用4个子馈电分别同时激励4列双极化辐射单元的同一(-45°或+45°)极化所致。
本发明的一种无线通讯网络扩容方法用的BSA(BI SECTOR ARRAY)基站天线，由基于Butler矩阵的馈电网络、辐射单元及天线反射板组成，馈电网络及辐射单元安装在天线反射板内。所述的Butler矩阵具有2输入端口和4输出端口的非等副Butler矩阵；所述的馈电网络具有8个子馈电网络和2个Butler矩阵；所述的辐射单元为双极化振子的双极化天线。所述的子馈电网络与2个Butler矩阵、4列双极化辐射单元电连接。所述的输入端口各自电连接一个1分2的不等功率分配器，再电连接4个90度电桥和两个45度移相器。所述的4个输出端口为4列子天线，电连接在移相器之后，并连接4个子馈电网络。所述的双极化天线的相邻子天线列的横向间距约为1/2真空波长，天线列之间设有金属挡板。所述的Butler矩阵、辐射单元及馈电网络均采用双层敷铜PCB结构，其中Butler矩阵2、馈电网络使用PCB微带线制作。
本发明的无线通讯网络扩容方法基站天线，可以有效解决无线移动通信网络扩容中频谱复用引起的干扰，为网络扩容提供了一种新的思路，相比于窝蜂分裂的方式来进行网络扩容的方式，大大节省了基站建设费用，降低了网络扩容成本。
附图说明
图1为本发明的基本结构示意图。
图2为本发明的新型Butler矩阵的结构示意图。
图3为本发明基于新型Butler矩阵的馈电网络激励所形成的BSA天线的特定方向图水平波束示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的实施。
本发明的一种无线通讯网络扩容方法，是在网络建设中引入“蜂窝”的概念，以蜂窝分裂(cell splitting)的方法，利用频谱复用达到扩容。所述的蜂窝分裂(cell splitting)，是在传统3扇区基础上，根据扇区的网络需求，把N≥1个扇区分裂为2*N个扇区；2个分裂的子扇区代替现有扇区；子扇区与被替代的扇区的临界覆盖区域一致。所述的子扇区是把现有扇区的辐射方向图所覆盖的扇区，分裂为两个子偏转的独立的辐射方向图所限定的两个区域。所述的两个子偏转的独立的辐射方向图是基站天线采用4个子馈电分别同时激励4列双极化辐射单元的同一(-45°或+45°)极化所致。
本发明的一种无线通讯网络扩容方法用的BSA(BI SECTOR ARRAY)基站天线，由基于Butler矩阵2的馈电网络3、辐射单元4及天线反射板5组成，馈电网络3及辐射单元4安装在天线反射板5内。Butler矩阵2具有2输入端口和4输出端口的非等副Butler矩阵2；馈电网络3具有8个子馈电网络和2个Butler矩阵2；辐射单元4为双极化振子的双极化天线。子馈电网络与2个Butler矩阵2、4列双极化辐射单元4电连接。输入端口各自电连接一个1分2的不等功率分配器，再电连接4个90度电桥和两个45度移相器。4个输出端口为4列子天线，电连接在移相器之后，并连接4个子馈电网络。双极化天线的相邻子天线列的横向间距约为1/2真空波长，天线列之间设有金属挡板。本发明中的Butler矩阵2、辐射单元4及馈电网络3均采用双层敷铜PCB结构，其中Butler矩阵2、馈电网络3使用PCB微带线制作。
基于传统Butler矩阵改进的2输入4输出的非等副Butler矩阵，可以采用多个移相器；这种新型Butler矩阵2结构为：2输入端1各自电连接一个1分2的不等功率分配器，再电连接4个3dB90度电桥和两个45度移相器；8个子馈电网络3连接2个新型Butler矩阵2和4列双极化辐射单元4；每个新型Butler矩阵的4个输出端连接4个子馈电网络，4个子馈电网络分别激励4列双极化辐射单元的同一(-45°或+45°)极化；4列双极化辐射单元2与馈电网络3的8*N(单列辐射单元个数)个输出端口电连接；4列双极化辐射单元的相邻子天线列的横向间距约为1/2真空波长，天线列之间设有作为天线反射板的金属挡板。新型Butler矩阵、辐射单元及子馈电网络均采用双层敷铜PCB结构，其中新型Butler矩阵和子馈电网络使用PCB微带线制作。
根据图1所示，BSA(BI SECTOR ARRAY)基站天线的馈电端口1为7/16DIN(F)接头，通过同轴电缆线与每一个新型Butler矩阵2的2个输入端口电连接，每一个新型Butler矩阵2的4个输出端口通过同轴电缆线分别与4列子馈电网络3的输入端口连接，4列子馈电网络的4*N(单列辐射单元个数)个输出端口与4列双极化辐射单元列4的同一极电连接。以上部件全部置于天线反射板5内。其中，子馈电网络3决定各馈电端口1的E面方向图赋形，新型Butler矩阵2决定各馈电端口1的H面方向图赋形。4列天辐射单元4为双极化振子，相邻子天线列的横向间距大约为1/2真空波长。考虑到各列天线之间存在互耦，可以在天线列之间添加金属挡板，起到去耦作用，用以减小振子列之间互耦。馈电网络3使用PCB微带线制作，分配各单元列及各单元中每个辐射单元的功率关系和相位关系，精确控制天线E面方向图的旁瓣抑制和零点填充以及H面方向图的特定形状。新型Butler矩阵2网络、辐射单元4及子馈电网络3都采用双层敷铜PCB结构，使得普通的PCB工艺运用到制作此BSA天线上面，便于大规模生产。
根据图2所示，新型Butler矩阵2包括：2个射频信号输入端口L、R；4个射频信号输出端口A1、A2、A3、A4，4个3dB90度电桥B1、B2、B3、B4，2个移相器PS1、PS2以及2个连接件C和D。每个3dB90度电桥，其接收两个输入，生成两个输出，每个输出是其输入端信号的合成。当给2个射频信号输入端口L、R激励后，通过该新型Butler矩阵的作用在A1、A2、A3、A4输出特定幅度和相差。
网络扩容除了传统上的蜂窝分裂外，还有没有别的替代办法呢？答案是肯定的。本发明的小区分裂(即在传统3扇区基础上，根据特定扇区的网络需求，把N≥1个扇区分裂为2×N个扇区)就是这样的一种方法。基于此，我们需要特定覆盖波形的天线，用2个分裂的子扇区代替原有扇区，使用的子扇区与替代的扇区的临界覆盖区域基本一致，而不会过多地产生较大的子扇区切换区而引起网络性能的严重下降。本发明提供一种BSA(BISECTOR ARRAY)基站天线，把原有扇区的辐射方向图分裂为两个子偏转的子扇区辐射方向图，使用的子扇区与替代的扇区的临界覆盖区域基本一致。
本发明所采用的技术方案为：提供一种基于新型的Butler矩阵2(可以采用多个移相器)的馈电网络3。其新型的Butler矩阵2具有用于接收相应的输入射频信号的2个输入端口，以及用于向4列同极化子天线产生相干输出信号的4个输出端口。其中，每个输入端口连接一个1分2的不等功率分配器，再连接4个90度电桥和两个45度移相器，之后连接4个输出端口。该馈电网络3方案，在4个输出端口(即4同极化列子天线)得到一定的幅度、相位关系，进而产生所需的偏转分裂的子辐射方向图。
本发明的一种BSA(BI SECTOR ARRAY)基站天线是双极化天线，包括辐射单元4部分，馈电网络3部分以及反射板。该天线可以产生两个独立的波束，每个波束限定了新的子扇区，新的子扇区之间只有较小的重叠区域，并且两个独立的波束还一起提供与原有的天线所支持的扇区大致相同的覆盖，在不明显影响相邻基站的情况下单个扇区可以升级成两个子扇区。
附图3是当RF信号由L和R输入时，每路信号不等功率分成两路信号1L、2L或者1R、2R，，分别经过4个混合单元，信号到达每个输出端口A1、A2、A3、A4。整个新型Butler矩阵2可以在微带线上实现。通过优化1L、2L、1R、2R微带线的相对长度、宽度，改变一分二功分器的功率分配以及两路信号的相位关系，通过优化移相器PS1、PS2的相移，共同作用下来使输出端口A1、A2、A3、A4达到预定的幅值和相位关系。
通过上述的实施步骤，我们设计实施了一个工作在800/900MHz的BSA(BI SECTOR ARRAY)基站天线实物。阵列共计4×8个辐射单元，子天线之间中心距为160mm。图3就是显示了在上所述技术方案下基站天线某一频率点的H面方向图实际测试结果，
这里需要指出的是，尽管已经对本发明进行了详细的描述，但是就本领域工作人员来说，在这个基础上做出的类似和相似的修改都应该属于本发明保护范围。
Claims (2)
1.一种无线通讯网络扩容方法，是在网络建设中引入“蜂窝”的概念，以蜂窝分裂的方法，利用频谱复用达到扩容，其特征在于：所述的蜂窝分裂，是在传统3扇区基础上，根据扇区的网络需求，把N≥1个扇区分裂为2*N个扇区；2个分裂的子扇区代替现有扇区；子扇区与被替代的扇区的临界覆盖区域一致；所述的子扇区是把现有扇区的辐射方向图所覆盖的扇区，分裂为两个子偏转的独立的辐射方向图所限定的两个区域；所述的两个子偏转的独立的辐射方向图是基站天线采用4个子馈电分别同时激励4列双极化辐射单元的同一-45°或+45°极化所致。
2.一种如权利要求1所述方法用的BSA基站天线，由基于Butler矩阵的馈电网络、辐射单元及天线反射板组成，馈电网络及辐射单元安装在天线反射板内，其特征在于：所述的Butler矩阵具有2输入端口和4输出端口的非等副Butler矩阵；所述的馈电网络具有8个子馈电网络和2个Butler矩阵；所述的辐射单元为双极化振子的双极化天线；所述的子馈电网络与2个Butler矩阵、4列双极化辐射单元电连接；所述的输入端口各自电连接一个1分2的不等功率分配器，再电连接4个90度电桥和两个45度移相器；所述的4个输出端口为4列子天线，电连接在移相器之后，并连接4个子馈电网络；所述的双极化天线的相邻子天线列的横向间距为1/2真空波长，天线列之间设有金属挡板；所述的Butler矩阵、辐射单元及馈电网络均采用双层敷铜PCB结构，其中Butler矩阵、馈电网络使用PCB微带线制作。
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