CN105915277A - 用于降低传输信号功率的装置和方法 - Google Patents

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CN105915277A CN201610094540.XA CN201610094540A CN105915277A CN 105915277 A CN105915277 A CN 105915277A CN 201610094540 A CN201610094540 A CN 201610094540A CN 105915277 A CN105915277 A CN 105915277A
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J·施莱
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Abstract

公开了用于降低从移动通信基站(30)所接收的传输信号(25)的功率的功率降低装置(20)及其作为分布式天线系统(5)一部分的用途。功率降低装置(20)包括用于传输传输信号(25)的传输线(40)，附接到传输线(40)以便提取传输信号的至少小部分(25')的耦合器(70)以及附接到传输线(40)以便将传输信号的大部分(25”)转换成电能的能量转换单元(80)。

Description

用于降低传输信号功率的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请涉及英国专利申请GB 1414280.6、GB 1414288.9和GB1414283.0号。相关申请的公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于降低从移动通信基站所接收的传输信号功率的装置和方法。
背景技术
移动通信网络的使用在过去的二十年里已显著增加。移动通信网络的运营商增加基站的数目以便满足为移动通信网络用户服务的增加需求。移动通信网络的运营商需要降低基站的运行成本以及提高基站的覆盖范围。为了做到这一点的一种选择方案是实施用于作为分布式天线系统(DAS，Distributed Antenna System)中继移动通信网络的通信信号的系统。
对无线通信的不断增加的容量需求和在移动通信系统上的约80％的流量是在室内产生的事实使得需要新的方法来提供灵活的信号中继系统以得到高效的频谱使用。当室内的流量用纯室外的宏覆盖方案来处理时，信号穿透性和信号质量在室内环境中较差。具有分布式天线系统的室内覆盖方案有助于克服该问题，但日益增加的容量需求需要超越单纯覆盖系统的更先进的室内方案。
这些室内分布式天线系统(DAS)具有动态流量和蜂窝(cell)切换的能力。在DAS中射频(RF)信号被数字化并在中心中枢(central hub)和天线元件连接到其的多个远程单元之间通信。中心中枢连接到一个或多个基站，基站可由不同的网络运营商来提供。在室内分布式天线系统(DAS)中，单个蜂窝的覆盖范围并不一定由远程单元中的单个单元来提供。多个远程单元在蜂窝的整个覆盖区域内中继蜂窝的相同通信信号。因此，蜂窝的总体覆盖区域因此是分配给蜂窝的远程单元的每个单元的各个覆盖区域的总和。在多个天线元件被连接到一个远程单元的情况下，蜂窝的覆盖区域是连接到分配给蜂窝的远程单元的各个天线元件覆盖区域的总和，。这样的系统例如在美国专利US 7,761,093号(ADC无线)中有所描述。
DAS可用于在建筑物内提供覆盖和容量，以及在大都市或校园区域中的覆盖和容量。
申请人的共同未决的英国专利申请GB 1414280.6、GB 1414288.9和GB 1414283.0号的描述了一种分布式天线系统，其中远程单元和天线单元分布在建筑物内。在建筑物内使用分布式天线系统意味着在移动站诸如手持机(handset)或智能电话之间的上行链路路径的衰减显著低于位于建筑物外部的宏基站。即使当移动站的用户在建筑物内移动时，DAS使得能够保持连接质量。另一方面，在上行链路路径中的较低衰减会导致在接收器输入端上的较高干扰水平，并完全阻断上行链路路径。
当前的模拟有源室内分布式天线系统使用具有远程(无线电)单元(也称为远程无线电头端)的常规基站，所述远程(无线电)单元通过远程单元的模拟端口(RF或光纤无线电)和基站互连。远程单元通常也连接到天线。在本领域内公知的无源分布式天线系统使用基站的相对高的功率以便通过功分器和耦合器将信号分配到所连接的天线元件以便进行传输。这是可能的，因为天线元件中的每一个仅需要少量的RF功率来用于传输信号。这类现有技术系统通常在大型建筑物中使用，从而整个分布式天线系统所要求的容量通常与位于室外的宏蜂窝所需的量级是相同的。因此，目前安装在大型建筑物中的现有技术的DAS需要适于室内覆盖的功率水平，其可由在宏蜂窝中使用的现有基站来提供。
在另一方面，对适于室内移动通信的移动通信容量的不断增加的需求意味着需要更灵活的分布式天线系统，所述分布式天线系统能够使得它们自身适应于建筑物内的容量要求上的变化，而无需对布线或系统基础设施进行高成本的改动。这样的方案例如已知为Kathrein(凯仕林)K-bow系统，其是数字和模拟(也称为混合型)的分布式天线系统。这种混合型DAS，不同于无源的分布式天线系统，不需要来自基站的较高输入信号功率，并且实际上在这样的数字或混合型DAS中使用的组件(诸如模拟-数字转换器)不能够应付如此高的信号输入功率。因此该DAS设置有衰减器，其可以衰减从基站所接收信号的高信号输入功率(通常在40瓦至80瓦的范围内)，以确保这些组件不被损坏。
除了数字-模拟转换器之外，在DAS系统中使用的其它组件会处于来自高输入信号功率的风险。这种组件的示例包括光学收发器，其例如在现有技术的模拟有源DAS系统中使用。这样的模拟有源DAS系统以分布式基站的射频信号在DAS系统的远程单元内的放大为特征。模拟有源DAS系统不能将基站信号进行数字化处理以便沿着分配网络传输到远程单元。在这种情况下，模拟信号通过使用沿着光纤缆线的光学收发器被转换成光束并分配在模拟有源DAS系统的基站和远程单元之间。已发现的是，需要与来自数字或混合型DAS系统的基站的输出信号所需的相似衰减程度来确保从基站产生并传递到模拟DAS系统的第一光学收发器的高功率RF输出信号不使该第一光学收发器负担过度且不损坏该第一光学收发器。
备选地，可以降低从基站所产生的信号的输出功率。该功率降低将是容易的，并且只需要对基站的配置参数之一进行小的变化。然而，从安全角度考虑，必要的是整个DAS至少在短时期中可容忍高输入功率。此外，网络运营商通常倾向于给基站供以最大量的功率。所使用的基站是适于室外宏蜂窝的基站，如上所述，并且因此可以提供高输出功率。因此存在下述风险，即，即使是以降低的输出功率运行的那些基站，也可能会错误地在较高的输出功率下驱动且使得DAS中的天线和其它组件过载。
使用衰减器也并不很有效，因为衰减器将来自被衰减信号的不需要的电功率转化成热量。下述方案是已知的，其中该不需要的功率例如可使用，用于加热建筑物。然而这需要构建附加的基础设施以便有利地使用该产生的热量用于加热或产生热水。
发明内容
因此本公开内容教导了一种分布式天线系统，它包括用于降低从基站所产生的传输信号功率的功率降低装置。该分布式天线系统具有至少一个前端单元(或中央中枢)，其连接到至少一个基站且从一个或多个所连接的基站接收传输信号。多个远程无线电单元经由分配网络连接到所述前端单元以及多个天线元件连接到多个远程无线电单元。功率降低装置包括耦合器以及能量转换单元，所述耦合器附接到传输线，其能够提取传输信号的至少小部分，所述能量转换单元附接到传输线以便将传输信号的大部分转换成电能。功率降低装置因此能够从传输信号中的“过剩”能量产生电能。
该分布式天线系统通常是数字或混合型系统，以及通常使用的中心中枢的前端单元包括模拟-数字转换器，如果在输入端口上接收过多的功率则该模拟-数字转换器会受到损坏。
在本发明的一方面，能量转换单元可包括可再充电电池或整流器。能量也可从整流器供应到电力线或甚至供应到基站或远程单元。
循环器(circulator)可附接在耦合器和能量转换单元之间，以便确保没有沿着传输线的不需要的向回反射。
本公开内容还教导用于降低传输信号功率的方法，其包括耦合传输信号的至少小部分，并且使得传输信号的小部分转发到至少一个远程无线电头端的传输端口。传输信号的大部分则被转发到能量转换单元。
该装置和方法可应用于分布式天线系统中，其中多个远程无线电头端连接到一个或多个基站。该装置用于降低从基站转发到远程无线电头端的传输信号的功率量。
附图说明
图1A示出分布式天线系统的第一简化方面。
图1B示出分布式天线系统的第二方面。
图2示出本公开的用于降低功率的装置。
图3示出用于降低传输线中功率的方法。
附图标记清单
5 分布式天线系统
10a至10c 天线元件
15a至15c 远程无线电单元
17a至17c 数字-模拟转换器
20 功率降低装置
21 模拟端口
22 前端单元
23 模拟端口
25 传输信号
26 数字信号
27 模拟-数字转换器
30 基站
40 传输线
45 线
47 分配网络
60 固定线网络
70 耦合器
75 循环器
80 整流器
85 可再充电电池
90 电力线
具体实施方式
现在将在附图的基础上对本发明进行说明。应当理解的是，本文中所描述的本发明的实施例和方面仅仅是示例性的，而并不以任何方式限制权利要求的保护范围。本发明由权利要求及其等同物限定。应当理解的是，本发明的一个方面或实施例的特征可与本发明的一个或多个不同方面和/或实施例的特征相结合。
图1A示出结合本公开特征的分布式天线系统5的第一方面。分布式天线系统5具有连接到相应远程无线电单元15a至15c的多个天线元件10a至10c。例如，多个天线元件10a至10c遍布整个建筑物或校园或大都市区域分布，但本发明并不限于此。在天线元件10a至10c处的传输信号从远程无线电单元15a至15c接收并通过数字-模拟转换器17a至17c从数字域转换为模拟域。天线元件10a至10c包括放大器以便放大传输信号。
远程无线电单元15a至15c经由分配网络47并通过前端单元22和功率降低装置20连接到基站30。基站30连接到由网络运营商运营的至少一个固定线路网络60。应当理解的是，有可能会存在连接到远程无线电单元15a至15c的一个以上基站30以及该基站30可连接到一个以上的固定线路网络60。术语“基站”30在本公开中使用不仅涵盖基本收发器站，如在GSM协议中已知的，而且还涵盖在UMTS协议中已知的Nobe B，在LTE协议中的eNode B，以及在其它无线协议中的类似单元。基站30将传输信号25传递到功率降低装置20。
图1B示出本发明的另一方面，其中两个基站30a和30b连接到分布式天线系统5中的中心中枢100。中心中枢100具有第一中枢模块100a和第二中枢模块100b以及第一功率降低装置20a和第二功率降低装置20b。基站30a和30b的每一个连接到第一中枢模块100a或第二中枢模块100b中的一个。如在本申请人的共同未决的英国专利申请GB 1414280.6中所解释的那样，基站30a、30b和中枢模块100a、100b的数量并不限制本发明。类似地，功率降低装置20a的20b的数量并不限制本发明。
中心中枢100连接到分配网络47，其具有多个扩展单元，包括覆盖区域模块105a至105c。一个或多个远程无线电单元115a至115e连接到多个天线元件110a至110e分配到其的一个或多个扩展单元105a至105c。一个或多个扩展单元105a至105c适于将相同的传输信号传递到远程无线电单元115a至115e和相应天线元件110a至110e中所连接的那些。在中心中枢100和扩展单元105a至105c之间传输信号26的通信在本发明的一个方面在数字域内并且是可重新配置的。数字到模拟转换在扩展单元105a至105c中提供，以及扩展单元105a至105c和多个天线元件110a至110e之间的通信在本发明的一个方面在模拟域内。在远程无线电单元115a至115e中存在多个数字到模拟转换器117a至117e，以便将通过分配网络47所接收的信号转换成模拟信号以便传输。
在中心中枢100和多个扩展单元105a至105c之间的连接是可重新配置的。中心中枢100和扩展单元105a至105c使得信号能够从基站30a和30b传输通过分布式天线系统5。如在本申请人的共同未决的英国专利申请GB 1414280.6中所解释的那样，分布式天线系统5具有高度的灵活性，并允许覆盖区域的重新配置。
图2示出在基站30和分布式天线系统5的前端单元22(如图1A所示)或中心中枢100(如图1B中所示)之间连接到传输线40的功率降低装置20、20a或20b。现在将结合图1A中所示的简化实施例解释述功率降低装置20、20a或20b中的一个的操作。应当理解的是，功率降低装置20、20a或20b以类似的方式操作。
功率降低装置20在模拟输入端口21处从基站30接收传输信号25。耦合器70插入到传输线40内并从传输信号25提取RF信号25'(小部分)，其比原来的传输信号25的强度小约30分贝。耦合器70将传输信号的该小部分25'沿着线45传递到前端单元22的模拟端口23。前端单元22包括模拟-数字转换器27，用于将所接收到的传输信号的小部分25'转换成数字信号26以便通过分布式天线系统5分配。数字信号26被传递到分布式天线系统5的远程无线电单元15a至15c(图1A)，在该点处数字信号26通过数字-模拟转换器17a至17c转换成RF信号以便由天线元件10a至10c传输。
传输信号的大部分25”，即所接收的输入传输信号25的剩余部分，被传递到循环器75。循环器75设计成将来自整流器80的可能的反射和互调产物去除，从而避免从传输信号25在上行链路上的干扰。循环器75在理想的情况下不是必需的。
循环器75的输出被传递到整流器80，其将传输信号的其余部分25”转换成直流电压。该直流电压在本发明的该方面中被传递到可再充电电池85。例如，可再充电电池85可通过电力线90连接到一个或多个远程无线电单元15a至15c或分布式天线系统5中的任何其它单元或元件。电力线90可使用同轴电缆供电(power-over-coax)来实现。
在本发明的另一方面，可再充电电池85可以被省略，以及整流器80的输出直接传递到一个或多个远程无线电单元15a至15c或分布式天线系统5中的任何其它单元或元件。在本发明的另一个方面，可再充电电池85可在通到分布式天线系统5的主电源被切断的情况下用作备用电池。
在本发明的另一方面，可在中央功率管理单元(未示出)中使用和管理所存储的电功率，所述中央功率管理单元管理整个分布式天线系统5的功率供应。
图3示出用于降低传输信号功率的方法概略图。在步骤300中，从基站30接收源自固定线路网络60的射频传输信号。在步骤305中，基站30将传输信号25沿着传输线40传递到功率降低装置20的模拟输入端口21。在步骤310中，从传输信号25中耦合出传输信号的小部分25'，并在步骤320中沿线45转发到前端单元22，在前端单元22处传输信号的小部分25'在步骤322被转换到数字域，以及进而在步骤324中被传递到一个或多个远程无线电单元15a至15c。在步骤326中，数字化的传输信号的小部分25'通过数字-模拟转换器17a至17c从数字域转换回到模拟域，并且在步骤330中被传递到天线元件10a至10c以便传输。
在步骤340中传输信号的大部分25”被转发到循环器75，然后在步骤350中由整流器进行整流。如果需要的话，在步骤360中，任何多余的能量被储存在电池85中。备选地，能量可用于给装置供电，所述装置诸如在分布式天线系统5中的任何单元或前端单元22。

Claims (17)

1.一种分布式天线系统(5)，包括：
至少一个前端单元(22，100)，其能够通过传输线(40)连接到至少一个基站(30，30a，30b)，其中至少一个前端单元(22，100)适于从至少一个基站(30)中所连接的一个或多个接收传输信号(25)；
多个远程无线电单元(15a至15e)，其通过分配网络(47)连接到前端单元(20)；和
连接到多个远程无线电单元(15a至15c)的多个天线元件(10a至10c)；
功率降低装置(20)，其用于降低传输信号(25)的功率，所述功率降低装置(20)包括：
耦合器(70)，其附接到传输线(40)，用于提取传输信号的至少小部分(25')；
能量转换单元(80)，其附接到传输线(40)，以便将传输信号的大部分(25”)转换成电能。
2.根据权利要求1所述的分布式天线系统(5)，其特征在于，所述功率降低装置(20)还包括附接在耦合器(70)和能量转换单元(80)之间的循环器(75)。
3.根据权利要求1或2所述的分布式天线系统(5)，其特征在于，所述功率降低装置(20)还包括可再充电电池(85)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的分布式天线系统(5)，其特征在于，所述能量转换单元(80)还包括整流器(80)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的分布式天线系统(5)，还包括电力线(90)，其通到数字分布式天线系统(5)的至少一个另外的元件以便将电力供给到所述另外的元件。
6.根据上述权利要求中任一项所述的分布式天线系统(5)，其特征在于，所述分配网络(47)是数字网络。
7.一种功率降低装置(20)，其用于降低从通信基站(30)所接收的传输信号(25)的功率，所述功率降低装置(20)包括：
用于传输传输信号(25)的传输线(40)；
耦合器(70)，其附接到传输线(40)以便提取传输信号的至少小部分(25')；
能量转换单元(80)，其附接到传输线(40)，以便将传输信号的大部分(25”)转换成电能。
8.根据权利要求7所述的功率降低装置(20)，还包括附接在耦合器(70)和能量转换单元(80)之间的循环器(75)。
9.根据权利要求7或8所述的功率降低装置(20)，还包括可再充电电池(85)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的功率降低装置(20)，其特征在于，所述能量转换单元(80)还包括整流器(80)。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的功率降低装置(20)，还包括电力线(90)，其能够连接到数字分布式天线系统(5)中的至少一个元件。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的功率降低装置(20)，还连接到模拟-数字转换器(27)。
13.一种用于降低传输信号(25)的功率以便通过分布式天线系统(5)进行中继的方法，所述方法包括：
耦合(310)传输信号的至少小部分(25')并将传输信号的小部分(25')转发(320)到前端单元(5)；
将传输信号的大部分(25”)转发(340)到能量转换单元(80)。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括对传输信号的大部分(25”)进行整流(350)。
15.根据权利要求13或14所述的方法，还包括使用从传输信号的大部分(25”)提取的电能给分布式天线系统(5)中的至少一个装置供电(360)。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，还包括对传输信号的小部分(25')进行数字化。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，还包括对可再充电电池(85)进行充电(360)。
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