CN1092459C

CN1092459C - 无线基站设备

Info

Publication number: CN1092459C
Application number: CN97117525A
Authority: CN
Inventors: 十合博之
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 2002-10-09
Anticipated expiration: 2017-08-28
Also published as: KR19980069897A; JPH10229362A; KR100268653B1; CN1191460A; US6078824A

Abstract

无线基站设备包括依照从移动站接收信号的情况控制向移动站发射的信号发射功率的发射功率控制单元和根据由前述发射功率控制单元控制发射功率电平来改变相对于水平面的天线射束倾斜角的射束倾斜角改变单元。

Description

无线基站设备

本发明一般涉及无线基站设备，具体涉及移动通信系统中的无线基站设备。

近来，人们正在尝试发展能高效利用频率的用于移动通信的通信方法。码分多址(CDMA)技术由于能实现高容量通信，因而其重要性越来越大。

框图1表示一般的CDMA无线基站设备。参见图1，被传送的数据由编码器10以扩频技术编码，并由D/A转换器12转换成模拟信号。调制器14用例如正交调制技术来调制模拟信号。已调信号由可变增益放大器16放大，然后由变频电路转变为高频信号。高频信号由高功率放大器(HPA)20放大，并通过天线收发转换开关22和同轴电缆24提供给天线26。

由天线26接收到的高频信号通过同轴电缆24和天线收发转换开关22提供给低噪声放大器(LNA)20。由低噪声放大器20放大的信号，由变频电路32转变为中频信号。中频信号通过自动增益控制放大器34提供给解调器36进行正交解调。解调信号由A/D转换器38转换为数字信号。解码器40用扩频技术解码数字信号，并输出已解码信号。

例如，日本的公开专利申请No.4-322521讲的是依据使用信道的数量来改变无线基站的发射功率。特别是当使用信道与可用信道之比超过预定水平时，基站将降低其发射功率，从而减小小区的规模。作为功率降低的结果，规模减小的小区之外的移动站将不能收到该基站的信号，并被迫与其它基站通信。这样，使用信道数量的增加受到限制。

当基站发射功率降低，周围移动站收到的信号功率更少。也就是说，相对基站覆盖范围而言，小区规模被减小。然而，基站的接收效果并没有改变。甚至在发射功率降低后，基站继续收到基站的规模减小的小区之外的移动站的附加辐射。在CDMA系统中，如果附加辐射的功率超过了预定水平，带限信号就会淹没在附加辐射中，从而导致基站不能从附加辐射中识别出所需的信号。CDMA系统中的信道容量是由接收到的扩频信号的功率与已解码的带限信号的功率之比。除非减小附加辐射的功率，否则不会产生增加信道容量的好处。

一种可以设想的控制附加接收电平的方法是按照使用信道的数量改变基站中装备的天线的倾斜角度。然而，如果发射功率固定，在小区边界的发射功率仍然相对较高。既然移动站选择主基站时是依据从多个基站收到的控制信号的电场强度水平，因此常规系统的缺点在于它不能保证位于一个小区边界的移动站会被平稳地切换到另一个基站。

因此，本发明的总的目的是为移动通信系统提供无线基站，该系统中上述的缺点被消除。

本发明的另一个更具体的目的是提供一种无线基站，其中小区规模可以按照使用信道的数量来控制，防止信道容量由于附加辐射而减小。

为了实现上述的目的，本发明提供的无线基站设备包括：发射功率控制装置，用于依据从移动站接收的信号的情况来控制发射到移动站的信号的发射功率；和射束倾斜角度改变装置，用于依据由发射功率控制装置控制的发射功率电平来改变天线与水平面之间的射束倾斜角。

按照本发明的无线基站，发射功率依据从移动站的接收情况来增大或减小。通过改变天线的射束倾斜角，能控制小区的规模以与使用信道的数量相适应。因此，可以防止信道容量由于附加辐射而减小。

结合附图，从以下详细说明的更明显地看出本发明的其它目的和其它特征，附图中：

图1是表示常规CDMA无线基站的框图；

图2是表示依照本发明的实施例的CDMA无线基站设备的框图；

图3A表示最大射束倾角；

图3B表示最小射束倾角；

图3C表示小区规模如何随射束角度变化；

图4是依照本发明的第一实施例的射束倾斜天线和射束倾斜角度改变单元的电路图；

图5A表示扇形天线如何与天线杆连接以得到最小射束倾斜角θ_t2；

图5B表示扇形天线如何与天线杆连接以得到最大射束倾斜角θ_t；

图6表示检测电压与扇形天线射束倾斜角之间的关系；

图7是表示依照本发明的第二实施例的射束倾斜天线和射束倾斜角度改变单元的电路图；

图8表示依照第二实施例的延迟电路的构成；

图9表示依照第二实施例的检测电压与延迟的关系；

图10表示依照本发明的第三实施例的射束倾斜天线和射束倾斜角度改变单元的电路图；

图11表示依照第三实施例的延迟电路的构成；

图12表示依照第三实施例的检测电压与延迟的关系；

图13表示依照本发明的第四实施例的射束倾斜天线和射束倾斜角度改变单元的电路图；

图14表示依照第四实施例的延迟电路的构成；

图15表示依照第四实施例的检测电压与延迟电路的关系；

图16表示依照本发明的第五实施例的射束倾斜天线和射束倾斜角度改变单元的电路图；

图17表示依照第五实施例的延迟电路的构成；

图18表示依照第五实施例的检测电压与延迟的关系；

图2是依照本发明的实施例的CDMA无线基站设备的框图。参见图2，待发射的数据由编码器50以扩频技术编码，并由D/A转换器52转换为模拟信号。调制器54用例如正交调制技术来调制模拟信号，从而模拟信号被两组编码数据调制。已调制信号由可变增益放大器56放大，并由变频电路58转变为高频信号。高频信号由高功率放大器(HPA)放大并通过天线收发转换开关62和同轴电缆64提供给射束倾斜天线66。射束倾斜天线装配有射束倾斜角度改变单元68以改变射束倾斜角度。

由射束倾斜天线66接收的高频信号通过同轴电缆64和天线收发转换开关62提供给低噪声放大器(LNA)70。由低噪声放大器70放大的信号通过变频电路72转变为中频信号。中频信号通过自动增益控制放大器放大。由AGC放大器74输出的中频信号提供给AGC控制器76。AGC控制器76检测中频信号并提供控制AGC放大器74的增益的控制信号，从而检测的平均电平，即接收功率处于一个预定水平。在CDMA系统中，接收功率是在代码信道中的接收功率的总和。

从AGC放大器74输出的中频信号提供给解调器78以进行正交解调。已解调信号由A/D转换器转换为数字信号。解码器82以扩频技术解码数字信号从而恢复并输出所接收的数据。

除了为控制AGC放大器74的增益提供控制信号，AGC控制器也提供控制可变增益放大器56的控制信号。这样，可变增益放大器56和AGC放大器74的增益同时增大或减小。当使用信道的数量相对少时，接收功率相对小，因为在CDMA中，接收功率是代码信道接收功率的总和。当使用信道数量相对少时，AGC控制器76增大AGC放大器74的增益并且也增大可变增益放大器56的增益。当使用信道数量相对多时，AGC放大器74和可变增益放大器56的增益减小。AGC放大器74，AGC控制器76和可变增益放大器56组成了如权利要求书所要求的发射功率控制装置。射束角度改变单元68依照通过同轴电缆64提供的发射功率来改变射束倾斜天线66的倾斜角度。射束倾斜角度在图3A所示的最大值θ_t(低发射功率)和最小值θ_t2(高发射功率)之间改变。射束倾斜角是水平面与发射电场强度高于背景电平3dB的平面形成的夹角。如图3C所示，射束倾斜角θ_t1产生小的小区规模，射束倾斜角度θ_t2产生大的小区规模。

用户数量UN，即信道容量的一种表示方法，由下式给出：

UN = \frac{(W / R) \cdot G_{a} \cdot G_{w}}{(E_{b} / I_{o}) \cdot (Hf)} . . . . . (1)

其中W表示扩频带宽，R表示数据率，G_a表示天线扇面增益，G_w表示语音活动增益，E_b/I_o表示每位的信/噪比，f表示来自其它单元干扰的干扰系数。假设(W/R)，G_a，G_v和E_b/I_o为常数，当天线增益为0dB时，f＝0.55，当天线增益为3dB时f＝0.275。通过从0dB到3dB改变天线增益，用户数量UN增加了约20％，因为((1.55/1.275)-1)×100＝21.6。

图4表示依照本发明第一实施例的射束倾斜天线66和射束倾斜角改变单元68的电路图。参见图4，从高功率放大器60输出的高频信号通过隔直电容C₁提供给同轴电缆64。高功率放大器的输出端通过微带线202与电容C₁相连。微带线202配有λ/4耦合器204。λ/4耦合器内感应的高频信号被与其相连的二极管206检测。电阻208用以得到检测电压。二极管206与电阻208之间的连接点与同轴电缆64相连，从而检测电压提供给同轴电缆64。

同轴电缆的另一端与构成射束倾斜天线66的扇形天线212相连，并通过交流隔离线圈214。与电机驱动电路216相连。这样，由高功率放大器60输出的高频信号提供给扇形天线212，被二极管210检测的电压提供给电机驱动电路216。电机驱动电路216旋转电机218至与检测电压对应的位置。扇形天线212的角度是由电机驱动电路216旋转电机88所至的位置确定。

图5A表示扇形天线212与天线杆90相连，并被控制为最小射束倾斜角θ_t2。图5B表示扇形天线212如何与天线杆90相连，并被控制为最大射束倾斜角θ_t1。尽管图5A和5B中只有一个扇形天线212与天线杆90相连，实际上多个扇形天线212以规则间隔围绕天线杆90，与天线杆90相连。射束倾斜角度调整臂92由电机218驱动，以控制扇形天线212相对于天线杆212之间的角度，从而射束倾斜角度处于最小值θ_t2与θ_t1之间。电机驱动电路216，电机218和射束倾斜角度调整臂92构成了如权利要求书所要求的天线连接角度的调整机构。图6表示检测电压与扇形天线212的射束倾斜角之间的关系。

λ/4耦合器204，二极管206，电阻208，电机驱动电路216，电机218，射束倾斜角度调整臂92构成了射束倾斜角调整单元68。最大射束倾斜角θ_t1和最小射束倾斜角θ_t2的选择是考虑了最大小区规模，最小小区规模和地理情况后而选择。

在CDMA系统中，基站从移动站接收到的信号中得出的接收功率基本被控制为常量。基站通过向移动站发送对应于移动站来的经扩频编码的信号强度的控制数据，来控制移动站的发射功率从而实现这一点。移动站的发射功率的可变控制的时间间隔为例如几毫秒射束倾角控制时间间隔为10至100分钟。

当相对多的信道被使用，对应的接收功率也相对高时，发射功率被减小，且天线的射束倾斜角度也被调控至相对大。相应地，小区规模减小，来自单元外移动站的附加辐射的接收功率也减小，从而防止信道容量由于附加辐射而减小。

当相对少的信道被使用，对应的接收功率也相对低时，发射功率被增大，且天线的射束倾斜角度也被调控至相对小。相应地，小区规模增大，从而信道容量增大，也就是说，在增大的单元中能够向移动站发射和从移动站接收信号。

一种可以设想的方法是发射功率保持恒定，从而小区规模的减小和增大只是通过改变射束倾斜角度。在这种方法中，如果发射功率的设置适合于增大的射束倾斜角和减小的小区规模，那么对于单元内距离基站相对远的移动站，由于射束倾斜角减小和小区规模增大，会引起发射功率的严重衰减。在这种情况下，很可能不能与那些移动站通信。

如果发射功率的设置适合于减小的射束倾斜角度和增大的小区规模，那么当射束倾斜角增大和小区规模相应减小时，从基站到所有在单元内的移动站的发射功率就超过保证正确接收的最小发射功率。发射功率过剩是引起功率资源浪费的原因。因此，如本发明，发射功率的可变控制与射束倾斜角的可变控制最好同时进行。

图7是依照本发明第二实施例的表示射束倾斜天线66和射束倾斜角度调整单元68的电路图。参见图7，从高功率放大器60输出的高频信号通过隔直电容C，提供给同轴电缆。高功率放大器60的输出端通过微带线202与电容C₁相连。微带线202装配有λ/4耦合器204。在λ/4耦合器204内感应的高频信号被与λ/4耦合器204相连的二极管206(检测装置)检测。电阻208是用以得到检测电压。二极管206与电阻208之间的连接点与同轴电缆64相连，从而检测电压被提供给同轴电缆64。

同轴电缆64的另一端分别通过延迟电路100-104与天线元件105-109相连。天线元件105-109可以是偶极天线。每个延迟电路100-104的构成如图8中所示。参见图8，隔直电容110收到由同轴电缆64提供的高频信号，并将收到的信号提供给移相器112。交流隔离线圈111收到由同轴电缆提供的检测电压，并将检测电压作为偏置电压提供给移相器112。移相器112对高频信号的延迟是与作为偏置电压的检测电压成正比。延迟的高频信号被提供给天线元件。

电路100-104产生的延迟与检测电压之间的关系如图9所示。任给一个检测电压，延迟电路100产生最大的延迟，下面依次为延迟电路101，102，103和104。天线元件105，106，107，108，109按从下到上的顺序相邻安装在天线杆上。每给定一个电压，较高位置的天线元件与较低位置的天线元件相比，有更大的延迟。这样，射束倾斜角能如图3A至3C所示改变，从而，检测电压越高，延迟和射束倾斜角越小。

λ/4耦合器204，二极管206，电阻208，延迟电路100-104构成了射束倾斜角调整单元68。天线元件105-109构成了射束倾斜天线66。

上述的第二实施例保证了射束倾斜角以电方式改变。因此，射束倾斜角的可变控制能够准确且快速地进行。即使经过相当长的时间，射束倾斜角控制的可靠性也会保持不变。取代等距安装在天线杆上的垂直扇面天线，可以采用围绕天线杆360°的单个全向天线。

图10是依照本发明第三实施例的射束倾斜天线66和射束倾斜角度调整单元68。参见图10，高功率放大器60的输出端与同轴电缆的一端相连。同轴电缆64的另一端分别通过延迟电路120-124与天线元件125-129相连。天线元件125-129是偶极天线。每个延迟电路120-124的构造如图11所示。参见图11，同轴电缆通过微带线132与移相器142相连。微带线132装配有λ/4耦合器B4。λ/4耦合器134内感应的高频信号被与λ/4耦合器134相连的二极管136检测。电阻138用于得到检测电压。二极管136与电阻138之间的连接点通过电阻140与移相器142的偏置输入端相连。检测电压通过电阻140，作为偏置电压提供给移相器142。移相器加给高频信号的延迟与送到移相器142的偏置电压成正比。延迟的高频信号提供给天线元件。

由电路120-124产生的延迟与检测电压之间的关系如图12中所示。图12中曲线的斜率可以通过改变电阻140的阻值来控制。任给一检测电压，延迟电路120产生最大延迟，下面依次为电路121，122，123和124。天线元件125，126，127，128和129以从低到高的顺序相邻安装在天线杆上。每给定一个电压，较高位置天线元件与较低位置天线单元相比，有更大的延迟。这样，射束倾斜角能如图3A至3C所示改变，从而，检测电压越高，延迟和射束倾斜角越小。延迟电路120-124构成了射束角度调整装置。天线元件125-129构成了射束倾斜天线66。

在第三实施例中，获得检测电压的位置与移相器142相对较近。这样，即使各基站之间同轴电缆64的长度不同而且相应地发射功率的衰减因此不同，相应于发射功率的检测电压也能被正确获得。这样，可以正确确定适合于发射功率的天线射束倾斜角度。

图13是依照本发明第四实施例的射束倾斜天线66和射束倾斜角改变单元68的电路图。参见图13，高功率放大器60的输出端与同轴电缆64的一端相连。同轴电缆的另一端通过微带线162和隔直电容163与延迟电路150-154相连。延迟电路150-154分别与天线元件155-159相连。天线元件155-159是偶极天线。微带线162装配有λ/4耦合器164。在λ/4耦合器164内感应出的高频信号，被与λ/4耦合器164相连的二极管166检测。电阻166用于得到检测电压。二极管166与电阻168之间的连接点与延迟电路150-154相连。

每个延迟电路150-154的构成如图14所示。参见图14，隔直电容170收到通过电容163提供的高频信号，并将其提供给移相器174。交流隔离线圈171收到检测电压并通过电阻172将其作为偏置电压提供给移相器174。移相器174对高频信号的延迟与偏置电压成正比。经延迟的高频信号提供给天线元件。

延迟电路150-154和天线元件155-159在同一块印制板上形成。

电路150-154产生的延迟与检测电压之间的关系如图15所示。图15中曲线的斜率可以通过改变电阻172的阻值来控制。任给一检测电压，延迟电路150产生最大延迟，下面依次为延迟电路151，152，153和154。天线元件155，156，157，158和159按从低到高的顺序相邻安装在天线杆上。每给定一个电压，较高位置的天线元件与较低的天线元件相比有更大的延迟。这样射束倾斜角度能够如图3A至3C所示改变，从而检测电压越高，延迟和射束倾斜角越小。λ/4耦合器162，二极管166，电阻168和延迟电路150-154构成了射束倾斜角调整单元68。天线元件155-159构成了射束倾斜天线66。在第四实施例中，λ/4耦合器，二极管和电阻由延迟电路共享。

图16是表示依照本发明的第五实施例的射束倾斜天线66和射束倾斜角度调整单元68的电路图。参见图16，高功率放大器60的输出端与同轴电缆64的一端相连。同轴电缆64的另一端分别通过延迟电路180-184与天线元件185-189相连。天线元件可以是偶极无线。

每个延迟电路180-184的构成如图17中所示。参见图17、同轴电缆64的一端与移相器190相连。移相器190由二极管构成。移相器190与同轴电缆64相连的输入端接地，而且与天线元件相连的输出端通过高频隔离线圈191和电阻192接地，从而形成一个直流环路。当移相器190的输入功率增加时，流过高频隔离线圈191和电阻102的电流，也就是移相器190的二极管的自偏电流增大。相应地，产生移相，从而移相器190的二极管提供的延迟减小。经移相器190延迟的高频信号提供给天线元件。

由延迟电路180-184产生的延迟与检测电压(偏置电压)之间的关系如图18中所示。任给一电压，延迟电路180产生最大延迟，下面依次为延迟电路181，182，183和184。天线元件按照从低到高的顺序相邻安装在天线杆上。每给定一个检测电压，较高位置的天线元件与较低的天线元件相比有更大的延迟。这样，射束倾斜角能够如图3A至3C所示改变，从而检测电压越高，延迟和射束倾斜角越小。延迟电路180-184构成了射束倾斜角改变单元68。天线元件185-189构成了射束倾斜天线66。在第五实施例中，延迟电路180-184的构成都相对简单，从而基站的大小和成本能下降。

本发明不局限于上述实施例，可以在不脱离本发明的范围的情况下，对本发明作改变和修改。

Claims

1.一种无线基站设备，包括：

按照从移动站接收的信号情况，控制向移动站发射的信号发射功率的发射功率控制装置；和

在前述的发射功率控制装置控制的发射功率电平的基础上，用于改变相对水平面形成的天线射束倾斜角的射束倾斜角改变装置。

2.权利要求1中的无线基站设备，其中：

当接收功率高时，前述发射功率控制装置减小发射功率；和

前述射束倾斜角改变装置这样来改变射束倾斜角，发射功率越低，射束倾斜角越大。

3.权利要求1中的无线基站设备，其中

当接收功率低时，前述发射功率控制装置增大发射功率；和

前述射束倾斜角改变装置这样来改变射束倾斜角，发射功率越高，射束倾斜角越小。

4.权利要求1中的无线基站设备，其中所述射束倾斜角改变装置包括：

用于检测从前述天线发射的信号的检测装置；和

依靠前述检测装置输出的信号改变天线与天线杆连接角度的天线连接角度改变机构。

5.权利要求1中的无线基站设备，其中

前述天线是由多个天线元件组成的阵列天线；和

前述射束倾斜角改变装置包括：

检测从前述天线发射的前述发射信号的检测装置；和

多个延迟装置用于确定前述多个天线元件的相应一个的延迟，将延迟加到前述发射信号并将经延迟的信号提供给前述多个天线元件中相应的一个。

6.权利要求5中的天线基站设备，其中前述检测装置与前述多个天线元件相邻。

7.权利要求1中的无线基站设备，其中

前述天线是由多个天线元件组成的阵列天线；和

前述射束倾斜角度改变装置由移相器组成，待从前述天线发射的信号被送给移相器，移相器对前述发射信号移相而且将前述经移相的信号提供给多个天线元件中相应的一个，前述发射信号的功率变化引起前述移相器的自偏置并由此导致移相器所产生的相移的改变。