CN105556861B - 远程无线电头的加强的电力传递的系统和方法及电力线缆 - Google Patents

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Abstract

适合用于蜂窝基站的塔系统包括塔、安装在塔上的天线、安装在塔上的远程无线电头和电源。具有电源导体和回路导体的电力线缆连接在电源和远程无线电头之间。从远程无线电头分离开的分流电容单元电联接在电力线缆的电源导体和回路导体之间。

Description

远程无线电头的加强的电力传递的系统和方法及电力线缆
相关申请的交叉引用
本申请的权利要求在35U.S.C.§119下要求提交于2013年9月17日的美国临时专利申请号61/878,821的优先权，该申请的公开内容全文引用于此作为参考。
技术领域
本发明总体上涉及远程无线电头，并且更具体地涉及传递电力至天线塔顶部处或在远离电源的其他位置处的远程无线电头。
背景技术
蜂窝基站典型地包括无线收发装置、基带单元和一个或多个天线。无线收发装置接收来自于基带单元的数字信息和控制信号并且将该信息调制为射频(“RF”)信号，该射频信号然后通过天线而发出。该无线收发装置还接收来自于天线的RF信号并且解调这些信号并且将其提供至基带单元。基带单元将从无线收发装置接收的解调的信号处理为适合于通过回程通信系统传输的格式。基带单元还处理从回程通信系统接收的信号并且将这些被处理的信号提供至无线收发装置。设置有电源，其产生合适的直流(“DC”)电信号用于为基带单元和无线收发装置供电。该无线收发装置通常由(名义)48伏直流电源供电。
为了提高覆盖率和信号质量，在很多蜂窝基站中的天线位于塔的顶部，例如可能在大约五十至两百英寸的高度。在早期的蜂窝系统中，电源、基带单元和无线收发装置均位于塔的底部的设备盒中，以提供易于对设备进行维护、修理和/或后期升级的接口。(一个或多个)同轴线缆从设备盒布线到塔的顶部，其承载无线收发装置和天线之间的信号传输。然而，近年来，发生了变化并且无线收发装置现在典型地位于天线的顶部并且被称为远程无线电头(“RRH”)。使用远程无线电头可显著地改善由蜂窝基站发出和接收的蜂窝数据信号的质量，因为远程无线电头的使用可降低信号传输损坏和噪声。特别地，由于沿着塔向上行进的同轴线缆可能有100-100英寸或更长，在蜂窝频率(例如1.8GHz、3.0GHz等)下在同轴线缆上传输的信号中发生的信号损耗可能是相当大的。由于信号电力的该损耗，RF信号的信噪比在将无线收发装置定位在塔的底部的系统相比于远程无线电头位于塔的顶部靠近天线的蜂窝基站来说是降级的(请注意在塔的底部处的基带单元和塔的顶部处的远程无线电头之间线缆连接部中的信号损耗是小的多的，因为这些信号以基带频率传输或作为光信号在光纤线缆中传输并且然后在塔的顶部转换为RF信号)。
图1示意性地示出了常规的蜂窝基站10，其中无线收发装置实现为远程无线电头。如图1所示，蜂窝基站10包括设备盒20和塔30。设备盒20典型地位于塔30的基部，并且基带单元22和电源26位于设备盒20中。基带单元22可与回程通信系统28通信。多个远程无线电头24和多个天线32(例如三个分扇区的天线32)位于塔30的顶部。虽然塔式安装的远程无线电头24可改善信号质量，但是其还需要直流电力传递至塔30的顶部以为该远程无线电头24供电。
光纤线缆38将基带单元22连接至远程无线电头24，因为光纤链路可提供更大的带宽和更低的损耗传输。还提供电力线缆36用于将直流电力信号沿塔30向上传递至远程无线电头24。电力线缆36可包括第一隔离的电源导体和第二隔离的回路导体。光纤线缆38和电力线缆36一起设置在在混合电力/光纤“主干”线缆40中。主干线缆40可包括多个独立的电力线缆，每个电力线缆为在天线塔30的顶部处的一个相应的远程天线头24供电。主干线缆40可在其一个端部(在塔30的顶部处的端部)处包括分线盒42。来自于光纤线缆38的单独的光纤和电力线缆36的单独的导体在分线盒42处分离开并且经由分线索44(其可与主干线缆44成一体或不成一体)连接至远程天线头24，该分线索44在远程天线头24和分线盒42之间行进。同轴线缆46用于将每个远程天线头24连接至一个相应的天线32。
从电源26通过电力线缆36供应至远程天线头24的电力信号的直流电压可根据以下公式确定：
VRRH＝VPS–VDrop (1)
其中，VRRH是传递至远程天线头24的电力信号的直流电压，VPS是由电源26输出的电力信号的直流电压，并且VDrop是当直流电力信号经过将电源26连接至远程天线头24的分线索44和电力线缆36时直流电压中产生的压降。VDrop可以根据欧姆(Ohm)定律根据以下公式确定：
VDrop＝IRRH*RCable (2)
其中，RCable是沿着将电源26连接至远程无线电头24的分线索44和电力线缆36的电源导体和回路导体的累加电阻(以欧姆为单位)，并且IRRH是流动通过电力线缆36至远程无线电头24的平均电流(以安培为单位)。如可从方程(2)容易得到的，当由远程无线电头24引出的电流增加时，沿着电力线缆36的压降VDrop也会增加。方程(2)中的压降VDrop在本文中也被称为I*R压降。
在天线塔30中使用的电力线缆36典型地使用铜制的供电和回路导体(或其合金)，其具有本领域技术人员熟知的物理特性。这些导体的一个重要特性是其电阻。电力线缆36的导体的电阻是与导体的直径成反比的(假设导体具有圆形的横截面)。因此，导体的直径越大(即导体的规格越低)，电力线缆36的阻抗越低。铜的电阻是以单位长度的形式进行规定的，典型地以毫欧(mΩ)/ft；因此，电力线缆36和分线索44的累加电阻RCable随着线缆和分线索44的长度而增大。因此，电力线缆36越长，压降VDrop越高。该效应是易于理解的，并且典型地被工程师和系统架构师考虑在内。
远程无线电头24典型地设计为，如果被提供具有在规定范围内的电压的直流电力信号，则正确地工作。通常地，在塔30的基部的电源26将被设置为输出具有固定电压VPS的直流电力信号。由于VDrop是供应至远程无线电头24的电流IRRH的函数(参见上述方程2)，传递至远程无线电头24的电力信号的电压VRRH将由于压降VDrop的变化而随着由远程无线电头24引出的电流的变化而变化。如果VDrop变得过大，则供应至远程无线电头24的电力信号的电压将降至合适地为远程无线电头24供电所需的最小电压以下。
发明内容
作为第一方面，本发明的实施例涉及塔系统，其包括：塔、安装在塔上的天线、安装在塔上的远程无线电头(remote radio head)和电源。具有电源导体和回路(return)导体的电力线缆(power cable)连接在电源和远程无线电头之间。从远程无线电头分离开的分流(shunt)电容单元电联接在电力线缆的电源导体和回路导体之间。
在一些实施例中，分流电容单元可被配置为减少在远程无线电头处由于电力线缆所承载的电流中的尖峰(spike)而导致的压降(voltage drop)。电力线缆可端接至分线盒(breakout enclosure)，并且分流电容单元可被安装在分线盒中。分线盒可以是电力线缆的一体(integral)部分。电力线缆可以是混合电力/光纤线缆，并且电力线缆可以是包括在混合电力/光纤线缆中的多个单独的电力线缆中的一个，每个电力线缆包括相应的电源导体和相应的回路导体。混合电力/光纤线缆可包括分线盒，其中该多个单独的电力线缆的电源导体和回路导体被分开，并且分流电容单元可包括多个分流电容单元，并且每个单独的电力线缆可具有在分线盒中联接在其电源导体和其回路导体之间的一个相应的分流电容单元。
作为第二方面，本发明的实施例针对操作塔系统的方法，其中直流(“DC”)电力信号从电源输出，并从电源输出的该直流电力信号通过电力线缆而被提供至安装在塔系统的塔上的远程无线电头，该电力线缆具有电源导体、回路导体和联接在该电源导体和该回路导体之间的分流电容单元。从电源输出的直流电力信号的电压水平被调节，使得在远离电源的电力线缆的第一端处的直流电力信号具有基本上恒定的电压，即使从电源输出的直流电力信号的电流水平中存在变化。
在一些实施例中，分流电容单元可位于分线盒中，该分线盒是电力线缆的第一端的一部分。电源可以是可编程的电源，并且该方法可进一步包括将信息输入至电源，从电源输出的直流电力信号的电压水平可从该信息而确定，其将在电力线缆的第一端处提供具有基本上恒定的电压的直流电力信号。从电源输出的直流电力信号的电流水平可被测量，并且由电源输出的直流电力信号的电压水平可响应于从电源输出的直流电力信号的测量的电流水平的变化而被自动地调节，以在电力线缆的第一端处提供具有基本上恒定的电压的直流电力信号。基本上恒定的电压可以是这样的电压，其超过远程无线电头的名义电力信号电压并且小于远程无线电头的最大电力信号电压。
作为第三方面，本发明的实施例针对一种混合电力/光纤线缆，其包括线缆段，其具有多个单独的电力线缆，每个电力线缆包括隔离的电源导体和隔离的回路导体，多个光纤，以及护套，其包围单独的电力线缆和所述多个光纤。这些混合电力/光纤线缆还包括安装在所述线缆段的第一端上的至少一个分线盒，所述分线盒接收至少所述多个单独的电力线缆，所述分线盒包括多个分流电容单元，其中每个分流电容单元电连接在一个相应的单独的电力线缆的隔离的电源导体和隔离的回路导体之间。
在一些实施例中，所述分流电容单元可每一个包括插入式电容，其接收在所述分线盒的多个插口中的相应的一个中。每个分流电容单元的电容可至少部分地基于混合电力/光纤线缆的长度而选择。所述分线盒可包括接收所述多个单独的电力线缆的第一分线箱，并且所述混合电力/光纤线缆还可包括第二分线箱，该第二分线箱接收所述多个光纤线缆并且将所述多个光纤线缆分为更小的组的光纤线缆。
作为第四方面，本发明的实施例涉及改装塔式安装的远程无线电头的电源系统的方法，其中分流电容插入在电力线缆的电源导体和回路导体之间，所述电力线缆承载从电源到远程无线电头的直流电力信号。
在一些实施例中，所述分流电容的值可以为至少1000微法。在一些实施例中，其中所述分流电容可被设置在天线塔的顶部处的分线盒中。
附图说明
图1是常规的蜂窝基站的简化示意图，其中若干远程无线电头位于天线塔的顶部。
图2A和2B分别示出了在稳定状态条件下、在远程无线电头处、直流电力信号的直流电压和电流相对于时间的函数。
图3A示出了在电流尖峰情况下、在远程无线电头处、直流电力信号的电流作为时间的函数的曲线。图3B示出了在远程无线电头处、由于响应于图3A的电流尖峰产生的I*R压降导致的电力信号的直流电压作为时间的函数如何变化的曲线。图3C示出了在远程无线电头处、响应于图3的电流尖峰、当I*R压降和dI/dt压降均考虑在内时作为时间的函数的直流电力信号的直流电压的曲线。
图4示出了当分流电容用于抑制dI/dt压降的效应时、在远程无线电头处、响应于图3的电流尖峰、当I*R压降和dI/dt压降均考虑在内时作为时间的函数的直流电力信号的直流电压的曲线。
图5A到5C是示出了分流电容单元可沿着电力线缆放置的示例性位置的电路图，该电力线缆沿着天线塔向上将直流电力信号传递至远程无线电头。
图6A和6B是蜂窝基站的示意图，其示出了分流电容单元在天线塔的顶部可被放置的示例性位置。
图7是根据本发明的进一步的实施例的蜂窝基站的示意图，其使用分流电容单元构建在电力线缆中的电力线缆。
图8是可用于实现图7的主干线缆的混合电力/光纤线缆的端部部分的透视图。
图9是根据本发明的进一步的实施例的蜂窝基站的示意性框图。
具体实施方式
如上所述，当远程无线电头用于蜂窝基站中时，发生沿着将天线塔的基部处的电源连接至在天线塔的顶部处的远程无线电头的电力线缆的压降。该压降可能导致若干问题，如下所述。
首先，随着由一个远程无线电头引出的线缆增加，在将电源连接至远程无线电头的(一个或多个)电力线缆上的压降也类似地增加。因此，如果该压降过大，则供应至远程无线电头的电力信号的电压将降至适当地为远程无线电头供电所需的最小电压之下。因此，对于具有固定尺寸的铜导体的电力线缆，压降VDrop可能显著地限制可使用的电力线缆的长度。虽然对电力线缆的长度的该限制可通过在电力线缆中使用更大的导体而克服，但是，更大的导体的使用将导致增加的材料和安装成本、在塔上增加的载荷以及多种其他的缺点。
第二，沿着电力线缆的压降也增加了运行远程无线电头的成本，因为当将电力信号传递至远程无线电头电力损耗，并电力损耗的量是沿着电力线缆行进的电流的函数。特别地，在将电力信号通过电力线缆传递至远程无线电头过程中损耗的电力(PLoss)可根据以下方程计算：
PLoss＝VDrop*IRRH (3)
其中，VDrop＝沿着电力线缆的平均压降(单位为伏特)。由于用于蜂窝基站的天线塔可能由几百英尺高，并且为每个远程无线电头供电的电压和电流可能非常高(例如，约50伏和约20安的电流)，沿着几百英尺的线缆可能产生的电力损耗可能是相当大的。
第三，可能导致压降的电力线缆的另一物理特性是线缆的导体的每单位长度的电感。特别地，电力线缆的导体的累加电感可能产生表示为以下公式的压降：
VdI/dt Drop＝L*(dI/dt) (4)
其中，L是导体的累加电感，dI/dt是流过导体的电流相对于时间的变化率。这里，VdI/dt Drop被称为“dI/dt压降”。相应地，压降不仅被电流变化所影响(见方程2)，其还被电流的变化速度所影响(见方程4)。由远程无线电头引出的电流可能快速变化(例如“电流尖峰”)使得dI/dt压降可能影响性能的示例性情形包括(1)当多个手持装置同时连接并需求高速数据时和(2)当远程无线电头关闭或打开时，或从空闲到运行时。快速的电流尖峰可能导致大的VdI/dt Drop值，其潜在地影响远程无线电头的性能。
根据本发明的实施例，提供了可降低上述压降的影响的方法。这些技术可单独使用或一起使用，以改善使用安装在天线塔顶部的远程无线电头的蜂窝基站的性能。还应当理解的是，蜂窝基站存在于远程无线电头和天线安装在远离基带设备和电源的位置而非塔的位置处，诸如例如远程无线电头和天线安装在屋顶、电线杆顶部、地铁通道上等。应当理解的是，文中描述的技术可同样地应用到用于远程无线电头的这些“非塔式”远程位置。因此，虽然本发明的实施例是参考塔式安装的远程无线电头而在下文中进行描述的，应当理解的是，下文中描述的所有实施例可应用于将远程无线电头定位在其他位置处的蜂窝基站中，该其他位置诸如在屋顶、电线杆顶部和在隧道或沿着“水平”方向远离电源和基带设备的其他位置处。
例如，在一些实施例中，分流电容单元，诸如例如电容，可设置在用于为远程无线电头提供直流电力信号的电力线缆的两个导体之间。该分流电容可减小响应于电流尖峰产生的dI/dt压降。在一些实施例中，这些分流电容单元可集成进电力线缆或主干线缆中，该主干线缆包括用于将天线塔上的多个远程无线电头供电的单独的电力线缆。在一些实施例中，分流电容单元可例如基于包括在电力线缆中的电源导体和回路导体的单位长度的电阻和电力线缆的长度而确定尺寸。
在一些实施例中，包括分流电容单元的电力线缆可与可编程的电源结合使用，该可编程的电源配置为(1)感测由远程无线电头引出的电流(或另一合适的参数)并且(2)调节由电源输出的电力信号的电压，以基本上将供应至远程无线电头的电力信号的电压维持在期望值或其附近。该期望的电压值可以是，例如，接近可被输入至远程无线电头的电力信号的最大电压的值。在一些实施例中，可编程的电源可基于从电源输出的电力信号的电流和电力线缆的电阻而设定由电源输出的直流电力信号的电压，使得在塔的顶部的电力信号的电压将基本上维持在期望的水平。电力线缆的电阻可，例如被输入到电源，基于输入到电源或测量的信息而计算。当由远程无线电头引出的电流变化时，可编程的电源可将其输出电力信号的电压调节到某一电压水平，该电压水平将会将处于或接近可被输入到远程无线电头的电力信号的最大电压值的电力信号传递至远程无线电头。如下文中方程(5)所示，该方程(5)扩展了方程(3)，电力损耗随着由远程无线电头引出的电流的平方而变化。通过增加传递至远程无线电头的信号的电压，电力信号的电流IRRH相应地降低，从而降低电力损耗。由于典型的远程无线电头可能需要约一千瓦的电力并且可能每天运行24小时、每周七天，并且由于在每个蜂窝基站处可设置大量的远程无线电头(例如，3到12个)，节约电力将是重要的。
PLoss＝VDrop*IRRH＝(IRRH*RCable)*IRRH＝IRRH 2*RCable (5)
虽然上述可编程的电源将改变其响应于由远程无线电头引出的电流而输出的电力信号的电压，但是输出的电力信号的电压变化将相对于电流变化而延迟。因此，即使当使用可编程的电源时，可能仍然产生dI/dt，其将减弱远程无线电头的性能。因此，在一些实施例中，可使用可编程的电源和具有分流电容单元的电力线缆两者，以抵消I*R和dI/dt压降的不利影响。
使用电容以帮助在电流尖峰期间维持信号的电压水平在现有技术中是已知的。此外，商业可获得的远程无线电头可包括跨用于电源引线的输入端子的内置大容量电池，其用于减少在直流电力信号线上的波动和噪声。然而，并不认为很好地理解了dI/dt压降对远程无线电头性能的影响，或者并不认为理解了通过提供在用于远程无线电头的电力线缆的引线之间设置的可变数量的分流电容的性能而可能产生的优势，其中分流电容单元可基于电力线缆的长度、电力线缆的导体的累加电阻和多种其他因素而确定尺寸，使得分流电容单元可被设计为克服dI/dt压降的问题。根据一些实施例，分流电容单元可直接集成在电力线缆中。
本发明的实施例现在将参考图2-8的内容而更详细地描述，其中图2-8示出了本发明的示例性实施例。
如上所述，根据本发明的实施例，可提供具有相对较大的分流电容单元的电力线缆，其可用于在电流尖峰期间将传递至远程无线电头的电力信号的电压维持在期望的最小水平或之上。包含大容量的分流电容对传递至远程无线电头的电力信号的电压的作用在图2-4中示出。
图2A和2B示出了在稳定状态条件下在远程无线电头处接收的电力信号。特别地，图2A是描绘出了当远程无线电头在稳定状态条件下工作时传递至远程无线电头的电力信号的直流电压(VRRH)作为时间的函数，而图2B描绘出了在该稳定状态条件过程中由远程无线电头引出的电力信号的电流(IRRH)作为时间的函数。如图2A-2B所示，在这样的稳定状态条件下，电压VRRH和电流IRRH可保持恒定。
图3A-3C示出了在远程无线电头处的电力信号的电压和电流如何响应于电流尖峰而变化。特别地，图3A示出了当远程无线电头的电流需求提高时可能发生在电力信号中的电流尖峰。如图3A所示，电流尖峰可大致为阶梯函数。例如，如果多个载体同时启动传输，可能产生这样的电流尖峰。假设电源正在输出具有恒定电源的电力信号VPS，图3B示出了增加的电流引出将作用在远程无线电头处的电力信号VRRH的电源上的效应。具体地，如图3B所示，基于欧姆定律，增加的电流引出将导致在远程无线电头处的电力信号VRRH的电压的降低。图3C的图示出了dI/dt压降可能如何进一步影响提供至远程无线电头的电力信号的电压VRRH。如图3C所示，dI/dt压降可能导致电压VRRH的暂时性大幅降低，其逐渐回复至所提供的新的的稳定状态电压。图3C中的虚线指示出电力信号能够足以合适地为远程无线电头供电的电压水平。如图3C所示，dI/dt压降在一些情况下可能是足以导致远程无线电头由于电力信号的不足够的电压水平而产生的暂时性故障。
图4示出了可如何使用分流电容单元以抑制图3C中示出的dI/dt压降的效应。如图4所示，分流电容单元可抑制电流尖峰作用在电压VRRH上的效应。图3C的电压尖峰由分流电容单元大幅地消散，使得电压水平VRRH不会下降到指示远程无线电头的工作问题的虚线下方。该分流电容单元有效地用作辅助电源，其通过在电流尖峰情况期间释放存储的电荷而帮助维持电压。一旦到达稳定状态，分流电容单元可重新充电以能够实现对下一电流尖峰效应的抑制。通过包括该分流电容单元，可减少或防止不想要的电压尖峰可能导致的不期望的情况(例如，远程无线电头关闭)。
图5A到5C是示出了分流电容单元48可沿着电力线缆36放置的示例性位置的电路图，该电力线缆沿着天线塔30向上将直流电力信号传递至远程无线电头24。在图5A-5C中的每一张图中，电源26经由电力线缆36而连接至安装在天线塔30上的远程无线电头24。如图5A-5C中的每一张图所示，每个远程无线电头24的电力线缆36可包括电源导体36-1和回路导体36-2。导体36-1、36-2每个可被模型化为串联设置的多个电感。在图5A的实施例中，分流电容单元48插入在电源导体36-1和回路导体36-1之间靠近电源26处(即在塔30的基部处)。替代地，图5B示出了分流电容单元48可作为内插在沿着电源导体36-1和回路导体36-2的不同点处的一系列的分流电容48而被插入。图5C示出了，分流电容单元48可被插入在电源导体36-1和回路导体36-1之间靠近远程无线电头24处或在塔30的顶部处或附近。
在诸如图5C示出的实施例的一些实施例中，分流电容单元48被设置为非常靠近于远程无线电头24。图6A和6B指出了靠近远程无线电头24的两个位置，该两个位置都被认为是作为分流电容单元48的位置来说是可接近和可起作用的。如图6A所示，塔30可包括分线盒子50(其典型地包括母线汇流条、纤维分线单元等)，其定位为靠近塔30的顶部附接的远程无线电头24。远程无线电头24经由分线索44而连接至分线盒子50。电源26经由电力线缆36而连接至分线盒子50，(电力线缆可以是混合电力/光纤主干线缆40)。如图6A所示，分流电容单元48的一个示例性位置在分线盒子50内或处，其将位于沿塔100向上一端相对长度的距离。在图6B中，示出了与图6A中的蜂窝基站具有相同部件的蜂窝基站，除了分流电容48连接在远程无线电头24的输入处。这些位置都是相对可接近的。
图7是示出了根据本发明的进一步所述的蜂窝基站100的示意性方框图，该实施例包括在电力线缆136中的分流电容单元，该电力线缆从电源26向多个远程无线电头24提供直流电力信号。如图7所示，总共三个远程无线电头24安装在天线塔30上。电力线缆136包括三对隔离的铜导体136A-136C(即三个独立的电力线缆136A-136C包括在复合的电力线缆136中)，其用于将直流电力信号从电源26传递至相应的远程无线电头24。每对隔离的铜导体136A-136C包括电源导体136-1和回路导体136-2。电源26包括三个输出27A-27C。每个独立的电力线缆136A-136C的一端连接至电源26上的一个相应输出27A-27C，而每个独立的电力线缆136A-136C的另一端连接至一个相应的远程无线电头24。电源26上的三个输出27A-27C彼此独立并且每个都传递满足一个相应远程无线电头24的电力要求的电力信号。因此，通过输出27，电源26可提供三个独立的电力信号，其具有适合于满足每个远程无线电头24的瞬时电力需求的电压和电流特性。
图8是主干线缆组件200的示意图，其可用于实现图7中的电力线缆136(以及光纤线缆38)。图8的主干线缆组件包括混合电力/光纤线缆210、第一分线箱230和第二分线箱250。混合电力/光纤线缆210具有九根独立的电力线缆212(参见图8的插图编号，其示出了三个独立的电力线缆212)，其可被拧在一起以形成复合的电力线缆218以及包括三十六根光纤222的光纤线缆220。光纤线缆220可包括任意合适的常规设计的具有护套或不具有护套的光纤线缆。复合电力线缆218和光纤线缆220可被包封在护套224中。尽管在图8中示出了一个示例性的混合电力/光纤线缆210，应当理解的是，可使用任意常规的混合电力/光纤线缆，并且线缆可具有更多或更少量的电力线缆和/或光纤。示例性的混合电力/光纤线缆是HTC-24SM-1206-618-APV线缆，其可从CommScope公司(北卡罗来纳州的Hickory)购买。
第一分线箱230包括本体232和盖236。本体232在一端处包括中空的干部234，其接收混合电力/光纤线缆210，并且在相反端处包括柱形的插座。盖236安装在柱形插座上以形成具有敞开内部的分线箱230。混合电力/光纤线缆210通过干部234进入本体232。复合的电力线缆218在第一分线箱230中被分线为九根独立的电力线缆212。每个独立的电力线缆212包括电源导体214和回路导体216。九根独立的电力线缆212通过相应的插口238而在盖236中被引导，在该处电力线缆和相应的保护导管240被接收，该保护导管诸如为尼龙导管，其足够硬以抵抗鸟对其的损坏。因此，每个独立的电力线缆212在相应的保护导管240中从第一分线箱230延伸。光纤222被维持为单组，并且通过盖236上的特定插口238被引导，在该处光纤222作为一组插入到导管242中。因此，第一分线箱230用于将复合电力线缆218的九根电力线缆212分开为独立的电力线缆212，其可行进到相应的远程无线电头24，而同时将所有的光纤222传送到分离的分线箱250。
如图8的插入图所示，陶瓷电容248形式的多个分流电容单元设置在第一分线箱230中。每个分流电容248连接在一个相应的独立的电力线缆212的电源导体214和回路导体216之间。分线箱可包括接收多个插口，每个插口接收一个电容248。每个独立的电力线缆可物理地和电连接至这些插口。对于诸如直流电力信号的低频信号，分流电容248视为开路，并且从而承载在每个独立的电力线缆212上的直流电力信号将通过相应的分流电容传递至远程无线电头24。然而，如上所述，在由独立电力线缆212承载的电流响应于在远程无线电头24处增加的电流需求而出现尖峰期间，分流电容248可类似于辅助电源工作，以减小在直流电力信号上的dI/dt压降。
如上所述，光纤222在导管242中作为单个单元穿过第一分线箱230，该导管242连接至第二分线箱250。在第二分线箱250中，三十六根光纤222被分离为九个光纤子组252。每个光纤子组252被保护在相应的导管254中。第二分线箱250可类似于第一分线箱230，并且从而不再进一步详细地讨论。然而，第二分线箱250不包括分流电容248。
如本领域技术人员所熟知的，商业可获得的远程无线电头可能具有跨接收为远程无线电头供电的电力线缆的引线的电容。然而，该电容典型地是小容量的，并且不足以抑制dI/dt压降。通过提供诸如图8的混合电力/光纤线缆组件200的电力线缆，该混合电力/光纤线缆组件具有集成在每个独立的电力线缆212中的分流电容248，能够确保在每种情况下提供足够的分流电容。例如，如上所述，电力线缆越长，压降变为更显著的问题，因为基于I*R的压降与线缆的长度成线性地增长。因此，更长的电力线缆更有可能经受示于上述图3C中的情形，其中I*R压降和dI/dt压降的组合可能导致电力信号的电压暂时地跌落至一些最小所需电压水平以下，从而中断远程无线电头的工作。通过在电力线缆中实施分流电容——其可以已知的长度售出——分流电容可被恰当地预定尺寸，以提供足够量的电容，而不会提供可能增加电力线缆的成本、尺寸和/或重量的过多的电容。
此外，通过将分流电容实现在电力线缆中，并且更具体地，实现在电力线缆的分线盒中，能够具有在安装是可被适当确定尺寸的分流电容。例如，在一些实施例中，分流电容可以是插入式或旋入式的电容，其跨每个电力线缆的导体连接，使得适当尺寸的电容能够基于蜂窝基站的特定需求而被安装在分线箱中。此外，由于在必要时分线箱可在安装后被打开，那么如果需要时失效或损坏的电容可被替换。
本领域技术人员将意识到的是，在本发明的实施例中使用的分流电容能够以任意数量的形式而被提供。例如，分流电容单元可以是独立部件的形式，诸如一个或多个电容，或者是其他物理结构的形式，诸如由空气间隙分离开的平行导体，其中空气间隙用作电容器。设置的分流电容的数量可取决于多个因素而变化，包括例如，导体的长度和导体的直径。通常来说，在一些实施例中，分流电容的量可以是数百、数千、数万、数十万微法的数量级。
通过以文中描述的方式使用分流电容可能产生的优点包括以下方面。从系统的观点来说，用于远程无线电头的电力线缆的导体无需过尺寸或过多设计以补偿大的dI/dt压降；因此，能够实现使用更少导体材料而行进更长的导体。更少导体材料的使用还允许更轻的线缆电力线缆组件，这也是有利的，因为在塔的顶部处的增大的电流需求是快速发展的问题。此外，已知的塔架构在该方法的情况下可被改装，而产生对安装的硬件的最小的影响，其中dI/dt压接作为问题的出现。特别地，本发明的实施例可基于例如导体长度而允许需要的电容的变化的量，而同时允许改装已有的塔、电力线缆或远程无线电头架构的能力。
根据本发明的进一步的实施例，包括分流电容的电力线缆可用于使用可编程电源的蜂窝基站中，其中可编程电源通过将在远程无线电头处的电力信号的电压维持在针对每个远程无线电头额定的电力信号的最大电压或接近最大电压处而降低I*R压降。该实施例的示例现在将参考图9描述。
特别地，图9是根据本发明的实施例的蜂窝基站300的示意性框图。如图3所示，蜂窝基站300包括设备盒20和塔30。基带单元22、第一电源326和第二电源328位于设备盒20中。多个远程无线电头24和多个天线32安装在塔30上。
每个远程无线电头24从基带单元22通过光纤线缆38而接收数字信息和控制信号。远程无线电头24在合适的蜂窝频率将该信息调制为射频(“RF”)信号，其接着通过天线32发出。每个远程无线电头24还从天线32接收RF信号、将这些信号解调、然后将解调的信号通过光纤线缆38而提供至基带单元22。基带单元22处理从远程无线电头24接收的解调信号，并且将经处理的信号转送至回程通信系统28。基带单元还处理从回程通信系统接收的信号并且将该些经处理的信号提供至无线收发装置。典型地，基带单元22和远程无线电头24每个都包括光-电和电-光转换器，其将数字信号和控制信号从光纤线缆38耦合或耦合至光纤线缆38。
第一电源326产生直流(“DC”)电力信号。第二电源328是DC-DC转换器，其接收由第一电源326输出的直流电力信号作为输入，并且输出具有不同电压的直流电力信号。电力线缆336连接至第二电源328的输出并向上引导至塔30。在一些实施例中，光纤线缆38和电力线缆336可一起实现为混合电力/光纤线缆340，其可例如使用图8中的混合电力/光纤线缆组件200而实现。虽然，第一电源326和第二电源328在图9的实施例中示出为分离的供电单元，应当理解的是，在其他实施例中两个电源326、328可组合为单个电源。
电源328是可编程的电源，其接收来自于电源326的输入的直流电力信号，并且将直流电力信号输出至电力线缆336中的每个独立的电力线缆。由电源328输出的直流电力信号的电压可响应于由连接到每个独立电力线缆的远程无线电头24从电源328引出的直流电力信号的电流变化而变化。由电源328输出的直流电力信号的电压可被设为使得在电力线缆336中的每个独立的电力线缆的远端(即靠近远程无线电头24的端部)处的直流电力信号的电压被维持在对于远程无线电头24的电力信号的最大额定电压处或接近最大额定电压。这可减少与将直流电力信号供应至远程无线电头24相关的电力损耗，因为，对于给定的电力水平，对于直流电力信号的更高的电压对应于更低的电流，并且更低的电流值导致减少的电力损耗。在一些实施例中，可编程的电源328可被设计为将直流电力信号的电压维持在可被提供至远程无线电头24的电力信号的电压处或接近该电压。
在一些实施例中，在电力线缆336中的独立电力线缆的远端处的直流电力信号的电压可被维持在预定值处或接近预定值，通过基于(1)从电源引出的直流电力信号的电流(从方程1和2得出VRRH是IRRH的函数)(2)电力线缆的电阻RCable而设定由电源328输出的电力信号的电压水平。根据本发明的实施例的可编程的电源可被配置为测量、估计、计算或接收上述两个值。申请于2014年7月2日的美国专利申请号14/321,897(“’897申请”)描述了可用于实现可编程电源328的多种可编程电源。该’897申请全文引用于此作为参考，并且从而关于这些可编程电源的实施方式的进一步描述将被完全省略。在其他实施例中，可使用反馈回路以控制由直流电源输出的直流电力信号，使得在连接电源328和远程无线电头24的电力线缆的远端处的直流电力信号的电压维持在期望的水平。这种反馈回路的使用也在’897申请中进行了讨论。
该可编程电源的使用可同时减小电力损耗并且还减小I*R压降，因此将具有维持在最大可接受值附近的电压的电力信号提供给每个远程无线电头减小了电力信号的平均电流，从而减小了I*R压降。此外，根据本发明的实施例的蜂窝基站还可以参考图2-8在上文中描述的方式而在每个独立的电力线缆上使用分流电容，以减小dI/dt压降的影响。
本发明以及参考附图描述，其中示出了本发明的特定实施。然而，本发明可以被实现为多种不同的形式，并且不应被限制为文中示出和描述的实施例；替代地，这些实施例被提供，以使得该公开是彻底和完全的，并且将本发明的范围完全传递给本领域的技术人员。在整个说明书和附图中，相同的数字代表相同的元件。应当理解的是，上述公开的实施例可以任意方式组合和/或结合以通过许多额外的实施例。例如，这里描述的分流电容可用于在上述’897申请中公开的任意示例性实施例中。
将理解的是，虽然文中使用了术语第一、第二等来描述多个元件，但是这些元件并不由该些术语所限制。这些术语仅用于将元件彼此分开。例如，第一元件可被称为第二元件，并且类似地，第二元件可被称为第一元件，而不偏离本发明的范围。如文中所使用的，术语“和/或”包括相关列出项目的一个或多个的任意或全部组合。
除非特别限定，在该公开中使用的所有技术和科学术语的含义与属于本发明的领域的一个常规技术人员所通常理解的含义相同。在上述说明书中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且绝非意于对本发明的限制。如在本公开中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意于同样包括复数形式，除非上下文清晰地指出。应当理解的是，当元件(例如装置、电路等)被称为“连接”或“联接”至另一元件，其可被直接连接或联接到另一元件，或者可能存在中间元件。相反地，当元件被称为“直接连接”或“直接联接”到另一元件，则不存在中间元件。
将进一步理解的是，在本文中使用的术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”是指所描述的特征、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、操作、元件、部件和/或组的存在。
在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型实施例，尽管使用了特定的术语，但是它们仅以通用和描述性的方式使用，并且并非用于限制性的目的，本发明的范围通过随附的权利要求来阐述。

Claims (29)

1.一种通信系统，包括：
安装结构；
安装在安装结构上的天线；
安装在安装结构上的远程无线电头；
电源；
电力线缆，其具有连接在所述电源和所述远程无线电头之间的电源导体和回路导体；以及
分流电容单元，其靠近所述远程无线电头、并且从所述远程无线电头分离开，所述分流电容单元电联接在所述电力线缆的电源导体和回路导体之间。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述分流电容单元被配置为减少所述远程无线电头处由于所述电力线缆所承载的电流中的尖峰而导致的压降。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的通信系统，其中所述电力线缆端接到分线盒中，并且其中所述分流电容单元被安装在所述分线盒中。
4.根据权利要求3所述的通信系统，其中所述分线盒是所述电力线缆的一体部分。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的通信系统，其中所述电力线缆包括混合电力/光纤线缆，并且所述电力线缆是包括在所述混合电力/光纤线缆中的多个单独的电力线缆中的一个，所述电力线缆中的每个包括相应的电源导体和相应的回路导体。
6.根据权利要求5所述的通信系统，其中所述混合电力/光纤线缆包括分线盒，其中所述多个单独的电力线缆的电源导体和回路导体被分开，并且其中所述分流电容单元包括多个分流电容单元，并且其中每个单独的电力线缆具有在所述分线盒中联接在其电源导体和其回路导体之间的分流电容单元中的相应的一个。
7.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述电源被配置为调节从所述电源输出的DC电力信号的电压水平，使得即使从所述电源输出的DC电力信号的电流水平存在变化，所述电力线缆的远离所述电源的第一端处的DC电力信号也具有基本上恒定的电压。
8.根据权利要求7所述的通信系统，其中所述电源被配置为响应于所测量的DC电力信号的电流水平的变化而自动调节DC电力信号的电压水平。
9.根据权利要求7所述的通信系统，其中所述基本上恒定的电压超过所述远程无线电头的名义电力信号电压、并且小于所述远程无线电头的最大电力信号电压。
10.根据权利要求6所述的通信系统，其中所述分流电容单元每个包括插入式电容，其被接收在所述分线盒的多个插口中的相应的一个内。
11.根据权利要求6所述的通信系统，其中每个分流电容单元的电容至少部分地基于所述混合电力/光纤线缆的长度而选择。
12.根据权利要求6所述的通信系统，其中所述分线盒包括接收所述多个单独的电力线缆的第一分线箱，所述混合电力/光纤线缆进一步包括第二分线箱，所述第二分线箱接收多个光纤、并且将所述多个光纤分为更小的组的光纤。
13.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述分流电容单元的值为至少1000微法。
14.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述安装结构是天线塔。
15.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述安装结构是电线杆。
16.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述分流电容单元的电容至少部分地基于所述电力线缆的长度、以及所述电源导体和所述回路导体的单位长度的电阻而选择。
17.一种操作蜂窝基站的方法，所述方法包括：
从电源输出直流DC电力信号，并将从所述电源输出的DC电力信号通过电力线缆提供至远离所述电源安装的远程无线电头，所述电力线缆具有电源导体、回路导体、和靠近所述远程无线电头且联接在所述电源导体和所述回路导体之间的分流电容单元；以及
调节从所述电源输出的DC电力信号的电压水平，使得即使从所述电源输出的DC电力信号的电流水平存在变化，所述电力线缆的远离所述电源的第一端处的DC电力信号也具有基本上恒定的电压。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述分流电容单元位于分线盒中，所述分线盒是所述电力线缆的第一端的一部分。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，其中所述电源包括可编程的电源，所述方法进一步包括将信息输入至所述电源，从所述电源输出的DC电力信号的电压水平能够从而确定，其将在所述电力线缆的第一端处提供具有基本上恒定的电压的DC电力信号。
20.根据权利要求18所述的方法，所述方法进一步包括测量从所述电源输出的DC电力信号的电流水平，其中由所述电源输出的DC电力信号的电压水平响应于所测量的从所述电源输出的DC电力信号的电流水平的变化而自动地调节，从而在所述电力线缆的第一端处提供具有基本上恒定的电压的DC电力信号。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述基本上恒定的电压超过所述远程无线电头的名义电力信号电压、并且小于所述远程无线电头的最大电力信号电压。
22.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，其中所述远程无线电头安装在天线塔上。
23.一种混合电力/光纤线缆，包括：
线缆段，其包括：
多个单独的电力线缆，所述多个单独的电力线缆中的每个包括隔离的电源导体和隔离的回路导体；
多个光纤；以及
护套，其包围所述多个单独的电力线缆和所述多个光纤；
所述混合电力/光纤线缆还包括安装在所述线缆段的第一端上的至少一个分线盒，所述分线盒接收至少所述多个单独的电力线缆，所述分线盒包括多个分流电容单元，其中每个分流电容单元电连接在所述多个单独的电力线缆中的相应的一个的隔离的电源导体和隔离的回路导体之间。
24.根据权利要求23所述的混合电力/光纤线缆，其中所述分流电容单元每个包括插入式电容，其被接收在所述分线盒的多个插口中的相应的一个内。
25.根据权利要求23或权利要求24所述的混合电力/光纤线缆，其中每个分流电容单元的电容至少部分地基于混合电力/光纤线缆的长度而选择。
26.根据权利要求23或权利要求24所述的混合电力/光纤线缆，其中所述分线盒包括接收所述多个单独的电力线缆的第一分线箱，所述混合电力/光纤线缆进一步包括第二分线箱，所述第二分线箱接收所述多个光纤、并且将所述多个光纤分为更小的组的光纤。
27.一种改装远程安装的远程无线电头的供电系统的方法，所述方法包括：
将分流电容插入在靠近所述远程无线电头处、并且在电力线缆的电源导体和回路导体之间，所述电力线缆承载从电源到远程无线电头的DC电力信号。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述分流电容的值为至少1000微法。
29.根据权利要求27或权利要求28所述的方法，其中所述分流电容设置在天线塔的顶部处的分线盒中。
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