CN109314542B - 用于在蜂窝基站中提供备用电力的方法和装备 - Google Patents

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Abstract

用于蜂窝基站天线的负载累积器包括：接收多个输入电压的多个输入端子；耦接到相应的多个塔顶装备且向塔顶装备供应输出电压的多个输出端子；耦接到多个输入端子和多个输出端子中的相应输入端子和输出端子的多个开关；耦接到多个输入端子中的至少一个输入端子且感测多个输入电压中的在至少一个输入端子处接收到的一个输入电压的电平的电压传感器；接收补充电压的补充输入端子；以及控制逻辑，该控制逻辑耦接到电压传感器和多个开关，且检测供应给至少一个输入端子的电源电压已经下降到低于阈值电压，且响应于检测到供应给多个输入端子中的至少一个输入端子的电源电压已经下降到低于阈值电压，将补充电压供应给多个输出端子中的相应一个输出端子。

Description

用于在蜂窝基站中提供备用电力的方法和装备
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年5月11日提交的美国临时专利申请序列No.62/334,753的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文，如同其整体上被阐述一样。
技术领域
本发明一般而言涉及蜂窝通信系统，并且更具体而言，涉及用于蜂窝基站的电源系统。
背景技术
蜂窝基站通常包括无线电装置、基带单元和一个或多个天线以及其他。无线电装置接收来自基带单元的数字信息和控制信号，并将这种信息调制成通过天线发射的射频(“RF”)信号。无线电装置还从天线接收RF信号，并对这些信号进行解调并将其供应给基带单元。基带单元将从无线电装置接收到的经解调的信号处理成适合经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到的信号，并将经处理的信号供应给无线电装置。还可以提供电源，其生成用于向基带单元和无线电装置供电的合适的直流(“DC”)电力信号。例如，在当今正在使用的蜂窝系统中，无线电装置通常由(标称)48伏DC电源供电。通常还提供备用电池以在断电期间将服务维持一段有限的时间。
为了增加覆盖范围和信号质量，许多蜂窝基站中的天线位于天线塔的顶部，天线塔可以是例如大约五十到二百英尺高。天线也通常安装在其它高架结构上，诸如，例如建筑物、电线杆等。直到最近，电源、基带单元和无线电装置都位于天线塔或其它高架结构底部的装备外壳中，以为装备的维护、修理和/或以后升级提供容易的访问。(一根或多根)同轴线缆从装备外壳布线到天线塔顶部，并且用于在无线电装置和天线之间运载RF信号。
图1是图示常规蜂窝基站10的示意图。如图1所示，所描绘的蜂窝基站10包括装备外壳20和天线塔30。装备外壳20通常位于天线塔30的基座处，如图1所示。基带单元22、无线电装置24和电源26位于装备外壳20内。基带单元22可以与回程通信系统44通信。多个天线32(例如，三个扇形天线32-1、32-2、32-3)位于天线塔30的顶部。三根同轴线缆34(其在图1中被捆绑在一起以显示为单根线缆)将无线电装置24连接到天线32。天线32是无源(未供电的)设备，因此塔30顶部的装备都不需要电力。虽然图1的蜂窝基站10(以及后续图中示出的各种其它蜂窝基站)被示为具有单个基带单元22和无线电装置24以简化附图和描述，但是应该认识到的是，蜂窝基站通常具有多个基带单元22和无线电装置24(以及附加的天线32)，其中三个或更多个基带单元22和无线电装置24在现有技术的系统中是常见的。但是，对于可以容纳在外壳20中的设备的数量存在实际限制。
近年来，发生了转变，现在，在新的或升级后的蜂窝设施中，无线电装置24更通常地位于塔30的顶部。位于塔30顶部的无线电装置通常被称为远程无线电单元或远程无线电头(“RRH”)24′。使用远程无线电头24′可以显著改善由蜂窝基站发送和接收的蜂窝数据信号的质量，因为远程无线电头24′的使用可以减少可能在无线电装置24和天线32之间的传输线中发生的信号传输损耗和噪声。具体而言，由于将位于天线塔30的基座处的无线电装置24连接到安装在天线塔30的顶部附近的天线32的同轴线缆34可以具有100-200英尺或更长的长度，因此，经这些同轴线缆34以蜂窝频率(例如，1.8GHz、3.0GHz等)发送信号时发生的信号损耗可能是显著的，因为在这些频率处同轴线缆34往往辐射RF信号能量。由于信号功率的这种损耗，因此，与具有位于塔30顶部在天线32旁边的远程无线电头24′的蜂窝基站相比，在将无线电装置24定位在天线塔30的底部的系统中，RF信号的信噪比可能会降级(注意的是，在塔30底部处的基带单元22与塔30顶部处的远程无线电头24′之间的线缆连接中的信号损耗可以小得多，因为这些信号是以基带频率或中频而不是RF频率被发送，并且因为这些信号可以经光纤线缆发送上天线塔30，光纤线缆可以展现出较低的损耗)。
图2是图示根据这种较新体系架构的蜂窝基站10′的示意图。如图2所示，基带单元22和电源26仍然可以位于塔30的底部处装备外壳20中。以远程无线电头24′形式的无线电装置24位于塔30的顶部并且紧邻天线32。虽然使用塔式安装的远程无线电头24′可以改善信号质量，但是还需要将DC电力输送到塔30的顶部以向远程无线电头24′供电。如图2所示，通常光纤线缆38将基带单元22连接到远程无线电头24′(因为光纤链路可以提供更大的带宽和更低损耗的传输)，并且提供了单独的或组合的(“复合”)电力线缆36以用于将DC电力信号输送到远程无线电头24′。单独的电力线缆36通常与光纤线缆38捆绑在一起，使得它们可以一起向上布线到塔30上。在其它情况下(未示出)，混合光纤/电力干线线缆40可以沿着塔30上行。这种干线线缆40通常在其任一端上具有接线(junction)外壳，并且使用第一组数据和电力跨接(jumper)线缆将干线线缆40的接地端上的接线外壳连接到(一个或多个)基带单元22和电源26，并且使用第二组数据和电力(或组合数据/电力)跨接线缆将塔30顶部的接线外壳连接到远程无线电头24′。
在蜂窝行业中发生的另一个变化是订户数量的快速增加，以及典型订户发送和接收的语音和数据流量的量急剧增加。响应于这种变化，安装在典型天线塔30上的远程无线电头24′和天线32的数量也增加，其中12个远程无线电头24′和12个或更多个天线32是当今的常见配置。
而且，由于希望在大的地理区域上提供网络覆盖，因此蜂窝基站通常位于相对远的位置。为了在断电的情况下确保服务的连续性，蜂窝基站可以设置有备用电池43，该备用电池43可以在外部电源(诸如AC线路电压)被中断的情况下供应DC电力。如图2所示，备用电池43可以物理上位于外壳20中并且可以连接到电源26。当电源26检测到AC线路电力的丢失时，电源可以将来自电池43的DC信号经线缆40供应给RRH 24′。
此外，其它类型的无线电装备(诸如地面微波(TMW)无线电装置25)可以与远程无线电头24′一起共同位于蜂窝天线塔30上。该装备也从电源26接收电力。远程无线电头24′、地面微波收发器25和可位于塔30上的其它被供电的装备在本文中被统称为“塔顶装备”或TTE。
发明内容
本发明构思的一些实施例涉及一种用于蜂窝基站天线的负载累积器，该负载累积器包括：被配置为接收多个输入电压的多个输入端子；被配置为耦接到相应的多个塔顶装备并且被配置为向塔顶装备供应输出电压的多个输出端子；耦接到多个输入端子和多个输出端子中的相应输入端子和输出端子的多个开关；耦接到多个输入端子中的至少一个输入端子并且被配置为感测多个输入电压中的在该至少一个输入端子处接收到的一个输入电压的电平的电压传感器；被配置为接收补充电压的补充输入端子；以及控制逻辑，该控制逻辑耦接到电压传感器和多个开关，并且被配置为检测供应给至少一个输入端子的电源电压已经下降到低于阈值电压，并且响应于检测到供应给多个输入端子中的至少一个输入端子的电源电压已经下降到低于阈值电压，将补充电压供应给多个输出端子中的相应一个输出端子。
在其它实施例中，其中控制逻辑被配置为将补充电压加到供应给多个输入端子中的至少一个输入端子的输入电压上，以形成组合输出电压并将组合输出电压供应给多个输出端子中的相应一个输出端子。
在其它实施例中，控制逻辑被配置为随时间增加补充电压的电平，使得当供应给多个输入端子中的至少一个输入端子的输入电压随时间下降时，组合电压保持稳定。
在其它实施例中，控制逻辑被配置为仅将补充电压供应给多个输出端子中的相应一个输出端子。
在其它实施例中，负载累积器还包括耦接到多个输入端子中的相应输入端子的多个电压传感器。
在其它实施例中，负载累积器还包括被配置为接收高压输入电压并输出低压输出电压作为补充电压的DC-DC电压转换器。
在其它实施例中，多个塔顶装备包括远程无线电头和/或地面微波收发器。
在其它实施例中，负载累积器还包括耦接到补充输入端子并且被配置为供应补充输入电压的辅助电源。
在其它实施例中，辅助电源包括电池和耦接到该电池的涓流(trickle)充电器。
在其它实施例中，负载累积器还包括电阻检测器，该电阻检测器耦接到多个输入端子并且被配置为测量耦接到多个输入端子的输入线路的电阻。
在其它实施例中，开关包括二极管开关，该二极管开关包括具有连接到至少一个输入端子的阴极的第一二极管和具有连接到补充输入端子的阴极的第二二极管，其中第一和第二二极管各自包括耦接在一起并且耦接到多个输出端子中的相应一个输出端子的阳极。
在其它实施例中，负载累积器还包括耦接到补充输入端子的可变电压升压电源。
本发明构思另外的实施例涉及用于蜂窝基站天线的备用电力系统，该备用电力系统包括辅助电压源和负载累积器。负载累积器包括：被配置为接收输入电压的输入端子；被配置为耦接到塔顶装备并且被配置为向塔顶装备供应输出电压的输出端子；耦接到输入端子和输出端子的开关；耦接到多个输入端子的至少一个输入端子并且被配置为感测在该输入端子处接收到的输入电压的电平的电压传感器；耦接到辅助电压源并且被配置为从辅助电压源接收补充电压的补充输入端子；以及控制逻辑，该控制逻辑耦接到电压传感器和开关，并且被配置为检测供应给输入端子的电源电压已经下降到低于阈值电压，并且响应于检测到供应给输入端子的电源电压已经下降到低于阈值电压，将补充电压供应给输出端子。
在另外的实施例中，辅助电压源包括备用电池和耦接到该备用电池的涓流充电器。
在另外的实施例中，辅助电压源包括被配置为生成高压DC信号的高压源。备用电力系统还包括降压电压转换器，其被配置为从高压源接收高压DC信号、响应于高压DC信号而生成具有比高压DC信号低的电压的补充电压，以及向补充输入端子供应该补充电压。
本发明构思的其它实施例提供了一种向安装在天线塔上的塔顶装备(TTE)供电的方法，该方法包括：检测通过从地面安装的电源延伸到天线塔上的TTE的电源线供应给TTE的电源电压、将电源电压与和TTE相关联的阈值电压进行比较，并且响应于将电源电压与和TTE相关联的阈值电压进行比较，向TTE供应辅助电压。
在其它实施例中，该方法还包括将辅助电压加到电源电压上以形成组合电压并向TTE供应该组合电压。
在其它实施例中，该方法还包括随着电源电压降低而增加辅助电压的电平，使得组合电压保持相对恒定。
在其它实施例中，供应辅助电压包括从安装在塔上的辅助备用电池供应辅助电压。
在其它实施例中，供应辅助电压包括在地面安装的备用电源处生成高压；向塔式安装的电压转换器供应该高压；并且在塔式安装的电压转换器处将高压转换为辅助电压。
注意的是，关于一个实施例描述的本发明的各方面可以并入在不同的实施例中，虽然没有相对于其进行具体描述。即，所有实施例和/或任何实施例的特征可以以任何方式和/或组合进行组合。在下面阐述的说明书中详细解释本发明的这些和其它目的和/或方面。
附图说明
包括附图以提供对本发明构思的进一步理解，并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图图示了本发明构思的一些实施例，并且与说明书一起用于解释本发明构思的原理。
图1是传统蜂窝基站体系架构的简化示意图。
图2是常规蜂窝基站的简化示意图，其中远程无线电头位于天线塔上。
图3是供应给安装在天线塔上的塔顶装备的备用电压电平的简化示意图。
图4是根据实施例的包括负载累积器的蜂窝基站的简化示意图。
图5是根据实施例的负载累积器的简化示意框图。
图6是根据一些实施例的蜂窝基站的简化示意框图。
图7是根据一些实施例的可与负载累积器一起使用的电压检测电路的简化示意图。
图8A至图8F是根据各种实施例的负载累积器电路的简化示意框图。
图9和图10是根据各种实施例的包括负载累积器的蜂窝基站的简化示意图。
图11是根据一些实施例的供应给安装在天线塔上的塔顶装备的辅助备用电压的电平的简化示意图。
图12是根据一些实施例的可变升压转换器的简化示意框图。
图13和图14是根据各种实施例的供应给安装在天线塔上的塔顶装备的辅助备用电压的简化示意图。
图15是图示根据一些实施例的负载累积器的操作的流程图。
具体实施方式
根据各种实施例，提供了用于向蜂窝基站的塔顶装备(诸如远程无线电头(“RRH”)以及相关的蜂窝基站和其它装备输送补充电力或DC电力的方法。这些方法、系统和装备可以使安装在蜂窝基站天线塔上的装备能够在主电源故障之后运行比否则可能的其它情况更长的时间段。一些方法、系统和装备可以减少与将DC电力信号输送到塔顶处的无线电装备相关联的电力损耗。虽然本文关于RRH描述了一些实施例，但是应该认识到的是，本文描述的系统/方法可以用于为任何类型的塔顶装备供电。
经电力线缆从位于塔30的基座处的电源供应给远程无线电头的电力信号的DC电压可以如下确定：
VRRH＝VPS-VDrop [1]
其中VRRH是输送到远程无线电头的电力信号的DC电压，VPS是由电源输出的电力信号的DC电压，并且VDrop是当DC电力信号穿过连接电源和远程无线电头的电力线缆时发生的DC电压的下降。对于典型的基站设施，VDrop通常大约为4伏。
通常，将为远程无线电头指定电力信号的最小所需电压、电力信号的标称或推荐电压、以及电力信号的最大电压。因此，塔的基座处的电源必须输出电压VPS，使得VRRH将位于远程无线电头的电力信号的最小指定电压和最大指定电压之间。常规地，电源的电力信号的电压输出(VPS)被设置为确保当远程无线电头从电源汲取最大预期量的电流时，具有标称指定电压的电力信号被供应给远程无线电头(或者是至少高于电力信号的最小所需电压的值)。
如上所述，蜂窝基站通常位于相对远的位置。为了在断电的情况下确保服务的连续性，蜂窝基站通常设置有备用电池，该备用电池可以在外部电源(诸如AC线路电压)被中断的情况下供应DC电力。但是，电池能够存储有限量的能量，并且当电池放电时，由电池输出的电压往往随着时间的推移而降低，如图3所示。例如，参见图3，当电源正在接收AC线路电压时，位于地面的备用电池可以维持48V的输出电压。如果AC线路电压在时间t1处丢失，则基站电源可以切换到备用电池，然后从备用电池向RRH输出48伏。但是，由于电压降VDrop，实际输送到RRH的电压VRRH最初可能仅为大约44伏。而且，随着备用电池随时间的推移而放电，输送到RRH的电压VRRH下降得更多。如果输送到RRH的电压VRRH下降到低于RRH的最小工作电压(VMIN)，则可能迫使RRH关闭，这可能导致一些网络覆盖的丢失。
本发明构思的一些实施例提供了位于塔上靠近RRH和其它塔顶装备(TTE)的负载累积器。该负载累积器监视提供给每个TTE的电压，并按照需要选择性地为每个TTE提供补充电力。补充电力可以从多个辅助电源中的一个辅助电源提供，包括安塔式安装的辅助电池或其它辅助电源。除了由位于地面的备用电池供应的电力之外或作为其替代，可以向TTE提供补充电力。
现在将参考图4-图14更详细地讨论实施例，其中示出了负载累积器和相关电路/设备的示例实施例。
图4是根据实施例的蜂窝基站100的示意性框图。如图4所示，蜂窝基站100包括装备外壳20和塔30。塔30可以是常规的天线或蜂窝塔，或者可以是另一种结构，诸如电线杆等。基带单元22和电源26位于装备外壳20内。可以包括一个或多个远程无线电头24′、地面微波收发器等的塔顶装备TTE 210以及多个天线32(包括例如三个扇形天线32-1、32-2、32-3)被安装在塔30上，通常靠近塔30的顶部。
远程无线电头24′经光纤线缆38从基带单元22接收数字信息和控制信号，光纤线缆38从外壳20布线到塔30的顶部。远程无线电头24′将该信息调制成适当蜂窝频率的RF信号，该RF信号然后通过天线32中的一个或多个天线被发射。远程无线电头24′还从天线32中的一个或多个天线接收RF信号、对这些信号进行解调，并将经解调的信号经光纤线缆38供应给基带单元22。基带单元22处理从远程无线电头24′接收到的经解调的信号，并将经处理的信号转发到回程通信系统44。基带单元22还处理从回程通信系统44接收到的信号，并将它们供应给远程无线电头24′。通常，基带单元22和远程无线电头24′均包括光电转换器和电光转换器，这些转换器耦接来自和去往光纤线缆38的数字信息和控制信号。
在塔30上还设置有负载累积器150和耦接到负载累积器150的辅助电源220。电源26生成一个或多个DC电力信号。电力线缆36连接到电源26的输出端并与光纤线缆38捆绑在一起，使得两个线缆36、38可以作为整体单元向上布线到塔30上。在其它实施例中，混合电力/光纤干线线缆40可以向上布线到塔30上，并且跨接线缆可以连接在干线线缆40的每个端部与基带单元22、电源28和负载累积器150之间。在这样的实施例中，电力跨接线缆和干线线缆40的电力部分包括电力线缆36。在一些实施例中，可以为安装在天线30上的每个TTE210提供单独的电力线缆36，这些电力线缆中的每一个连接到负载累积器150。每个电力线缆可以包括两个导体，即电力导体和接地导体。从负载累积器150向各个TTE 210中的每一个提供单独的电力线缆37。
现有技术的远程无线电头24′通常被设计成由48伏(标称)DC电力信号供电。虽然远程无线电头24′将操作的最小DC电力信号电压和可安全地提供给远程无线电头24′而不会有损坏远程无线电头24′的危险的最大DC电力信号电压会有所不同，但是典型值是38伏的最小DC电力信号电压和56伏的最大DC电力信号电压。因此，根据实施例，电源26可以被设计成输送在电力线缆36的远端处具有相对恒定电压(例如，大约48伏)的DC电力信号。
图5中图示了根据一些实施例的负载累积器150的简化示意图。负载累积器150包括输入/输出链160，输入/输出链160包括耦接到从电源26延伸的电力线缆36的输入端口152、耦接到延伸到TTE210的电力线缆37的输出端口、感测供应给输入端口152的电压的电压电平的电压传感器214，以及耦接到输出端口156的开关212。辅助电力输入端口165从辅助电源220接收辅助输入电压并将辅助输入电压供应给开关212。控制逻辑电路162从电压传感器214接收电压感测信号并响应性地控制开关212。控制逻辑电路162可以包括微处理器、ASIC或其它逻辑电路系统。控制逻辑电路162被配置为使得开关212基于在输入端口152处接收到的电压信号的电压电平选择性地将辅助电压信号供应给输出端口156。例如，控制逻辑162可以使得开关212当在输入端口152处接收到的信号的电压电平下降到低于预定阈值电平VThresh时向TTE 210供应辅助电力。控制逻辑162和开关212可以被组合成单个逻辑/开关电路215。电压传感器214可以可选地在其中包括可复位过电压和/或过电流保护电路。
在一些实施例中，可以将辅助电压信号加到在输入端口152处提供的输入电压上以提供组合电压，并且可以将该组合电压供应给输出端口156。这些实施例在本文中被称为“加性辅助备用”方法。在其它实施例中，可以将辅助电压信号供应给输出端口156，而不是供应给在输入端口152处接收到的输入电压。这些实施例在本文中被称为“替换辅助备用”方法。
虽然在负载累积器150中图示了单个输入/输出链160，但是应该认识到的是，负载累积器可以包括多个输入/输出链。具体而言，可以为由负载累积器150服务的每个TTE 210提供一个输入/输出链160。此外，虽然控制逻辑162被图示为驻留在输入/输出链160内，但是控制逻辑162可以与输入/输出链160分离。即，虽然在一些实施例(如图5中所示的实施例)中，负载累积器150中的每个输入/输出链160可以包括专用控制逻辑162，但是在其它实施例中，单个控制逻辑162可以控制多个输入/输出链160。
负载累积器150还可以包括耦接到控制逻辑的数据输入/输出(I/O)端口158，其便于通过外部控制设备与负载累积器150进行通信。
图6是图示根据一些实施例的包括负载累积器150的基站天线系统的简化示意图。参考图6，基站天线系统包括位于天线塔的基座处的外壳20。外壳20包含主电源26和主备用电池43。多根电力线缆36A-36N从主电源26向上延伸到天线塔上并连接到安装在天线塔上的负载累积器150。负载累积器150耦接到多个塔顶装备210-210N，塔顶装备210-210N可以包括远程无线电头、地面微波收发器等。负载累积器150通过相应的电力线缆37A-37N连接到TTE 210A-210N。也与负载存储器150和TTE 210A-210N一起安装在天线塔上的辅助电源220通过辅助电力线缆41连接到负载累积器150。
在图6所示的实施例中，辅助电源220包括辅助备用电池222和涓流充电器224。在正常操作期间，辅助电源220可以汲取电力以从电力线缆36A-36N中的一个对辅助备用电池222进行充电。替代地，单独的电力线缆(未示出)可以将来自主电源26的电力提供给辅助电源220。涓流充电器224在辅助备用电池222上维持预定的充电电平。
负载累积器150包括多条输入/输出路径160A-160N，每条输入/输出路径包括逻辑/开关电路215A-215N和电压传感器214A-214N。逻辑/开关电路215A-215N中的每一个耦接到电力线缆41，电力线缆41连接到辅助电源220。
逻辑/开关电路215中的每一个可以被配置为当由主电源26供应的电压下降到预定阈值或低于预定阈值时从辅助电源220向特定TTE 210供应辅助电力。而且，可以为逻辑/开关电路215中的每一个将预定阈值设置在不同的电平。以这种方式，仅在TTE 210需要时，负载累积器150可以向每个TTE 210提供补充电力。例如，TTE 210中的各种不同的TTE可以具有不同的最小电压要求。因此，可能不必同时向所有TTE 210供应补充电力。例如，当在输入端口152处接收到的信号的电压电平下降到预定阈值电平VThresh或低于预定阈值电平VThresh时，逻辑/开关电路215A-215N可以使各个开关212A-212N向TTE 210A-210N供应辅助电力，可以为逻辑/开关电路215A-215N中的每一个将VThresh设置在不同的电平。
如图6中进一步所示，外部充电器260可以耦接到辅助电源220，并且可以向辅助电源220供应外部电力，该外部电力可以用于向涓流充电器224供电。外部充电器可以包括例如风力涡轮机、太阳能电池、燃料电池等。
图7图示了根据一些实施例的逻辑/开关电路215。该逻辑/开关电路包括提供给一对可变分压器电阻器RON，ROFF的被监视的电压输入端。可变分压器电阻器的输出端被提供给555定时器242，当输入电压下降到低于由可变分压器电阻器之一(例如ROFF)的设置所确定的阈值电压时，该定时器242生成控制信号。该控制信号输出到电压移位器/继电器驱动器，该电压移位器/继电器驱动器响应性地致动继电器246，这使得向TTE供应辅助电力。
图8A至图8E图示了根据各种实施例的逻辑/开关电路215的电配置。参考图8A，逻辑/开关电路215包括单极双掷先接后断(single pole，dual throw make-before-break)开关，其响应于由测量主备用电池43供应的电压电平的电压传感器214生成的输出信号而选择性地将主备用电池43或者将辅助备用电池222耦接到TTE210。即，图8A的实施例图示了替换辅助备用方法。
由于开关是先接后断开关，因此TTE 210在其与主备用电池43解耦之前被耦接到辅助备用电池222。因此，在切换操作期间，TTE210不会经历短暂的电力丢失。
逻辑/开关电路215监视由主备用电池43供应的电压，并且当该电压变得接近TTE210的跌落(dropout)电压时，逻辑/开关电路215将TTE 210切换到辅助备用电池222。可以与辅助备用电池222并联地提供电容器C1，以减少在切换事件期间供应给TTE 210的电压的瞬时波动。可以为每个单个的TTE 210设置由发生切换的主备用电池43供应的电压的阈值电压VThresh。
图8B图示了其中逻辑/开关电路215将辅助备用电池222的电压加到由主备用电池43供应的电压上以形成组合电压的实施例，该组合电压被供应给TTE 210。相应地，图8B的实施例图示了加性辅助备用方法。在图8B所示的实施例中，逻辑/开关电路215包括先接后断开关，该开关响应于电压传感器214的输出而选择性地将TTE 210耦接到主备用电池43或者耦接到包括与辅助备用电池222串联的主备用电池43的电路。
图11示意性地图示了可以在图8B的电路的操作期间生成的各个电压。具体而言，图11是电压与时间的示例曲线图，其图示了供应给TTE 210的电压VTTE。参考图8B和图11，在正常操作期间，大约43V的电压VTTE被供应给TTE 210。在时间t1处，线路电力丢失，并且主备用电池43开始以备用电池信号VBU的形式向TTE 210供应DC电力。因为正在供应电池电力，因此备用电池信号VBU随着时间的推移而降低。当供应给TTE 210的电压下降到接近TTE 210的跌落电压时，在时间t2处，逻辑/开关电路215将辅助备用电池222切换成与主备用电池43串联。供应给TTE 210的电压然后变成等于VBU+VAUX，其中VAUX是由辅助备用电池输出的电压。因此，供应给TTE 210的电压可以在更长的时间段内保持在TTE跌落电压之上。虽然由辅助备用电池222供应的电压VAUX被图示为恒定的，但是应该认识到的是，电压VAUX也会随着时间的推移而降低。
图8C图示了包括二极管开关电路的辅助电源220。重叠电压加法器电路包括第一二极管和第二二极管D1、D2，其具有连接到TTE210的阳极并且分别具有连接到主备用电池43和辅助备用电池222的负端子的阴极。主备用电池43将单独地向TTE 210供电，直到由主备用电池43供应的电压电平下降到两个二极管被偏置以承载电流的点。最终，由主备用电池43供应给TTE 210的电压将下降到二极管D1不再被偏置并且辅助电池向TTE 210提供电力的点。注意的是，在图8C的实施例中，既不需要电压传感器也不需要逻辑电路。
图8D图示了包括二极管开关电路的辅助电源220，该二极管开关电路与图8C的电路类似，不同之处在于可变电源225与电压传感器214一起被提供。图8D的辅助电源220类似于图8C的辅助电源220，不同之处在于可变电源225可以供应可变电压，这可以在接通之后提高负载累积器的操作效率。可变电源225还可以被配置为根据TTE 210的需要以可变值接通。可变电源225在图12中示出，并且可以包括辅助备用电池222和可变电压升压转换器235。可变电压升压转换器在本领域中是公知的。
图8E图示了辅助电源220，辅助电源220类似于图8B的辅助电源电路，不同之处在于当由主备用电池43供应的电压下降到预定阈值或低于预定阈值时，可变电压源被切换成与主备用电池43串联。可以控制由可变电压源225输出的电压VAUX，使得供应给TTE 210的总电压VTTE被维持在恰好高于TTE 210的跌落电压的电平VThresh，如图13所示。
图8F图示了包括升压转换器的辅助电源220。控制逻辑电路162监视由主备用电池43供应的电压，并且当该电压下降到低于阈值时，将包括开关265、升压电感器L1、二极管D3和输出电容器C2的升压转换器电路耦接到TTE 210。开关265选择性地将升压电感器耦接到地，从而使得升压电感器L1中的电流快速增加。当开关265打开时，存储在升压电感器L1中的能量通过二极管D3传输并进入到输出电容器C1中，输出电容器C1向TTE 210供应高于TTE210的跌落电压的输出电压。
图9图示了其中由包括升压转换器322的基于地的高压DC(HVDC)源320供应具有显著增加的DC电压电平的补充电压的实施例。由HVDC源320供应的电压可能远远超过可以由TTE 210处理的DC电力信号的最大指定电压。该HVDC信号通过塔式安装的DC-DC降压转换器245转换为可用电压电平，该降压转换器245使HVDC电力信号的电压逐步降低。降压转换器245可以是降压(buck)转换器。由于增加的电压减小了供应由远程无线电头所需的瓦数所需的电流，因此可以降低沿着电力线缆的电力损耗。
具体而言，一些实施例可以采用“降压-升压”方案，其中塔底部的DC-DC转换器是升压转换器，其将来自主备用电池222的DC电力信号的电压增加到高于操作TTE所需电平的电压电平，而塔顶部的DC-DC转换器245是降压转换器，其将DC电力信号的电压降低到期望的电平。
DC-DC降压转换器245安装在塔上并且靠近负载累积器150。HVDC信号经电力线缆46供应，电力线缆46从塔的基座处的外壳20一直延伸到DC-DC转换器245。当穿过电力线缆46时，该高压DC电力信号可以经历显著更少的电力损耗。
此外，由于由电力线缆46承载的电流低，因此电力线缆46可以用小直径双导体线缆来实现，诸如同轴线缆。经调制的数据信号也可以由电力线缆46承载，以允许经由数据I/O端口158向/从负载累积器传输数据，数据I/O端口158可以包括用于解调经电力线缆46发送的数据的调制解调器。
图9还图示了负载累积器150可以包括可以测量电力线缆46的电阻的电阻检测器240。线缆电阻检测器240可以以各种方式来实现。例如，在一些实施例中，线缆电阻检测器240可以将电压脉冲发送到电力线缆46上并测量反射的返回脉冲(电力线缆的远端可以用具有已知特性的终止端来终止)。可以测量电压脉冲的电流，以及反射的返回脉冲的电压电平。然后，负载累积器150的控制逻辑可以应用欧姆定律来计算电力线缆46的电阻。在其它实施例中，在电力线缆46的远端处，电力线缆46的两个导体可以被短路并且电压脉冲可以再次被发送通过电力线缆46。可以测量脉冲的电流电平和返回脉冲的电压电平，并且控制逻辑可以再次使用这些测量值来计算电力线缆46的电阻。在其它实施例中，可以通过经电力线缆46以不同频率发送交流信号并测量电力线缆46远端处的这些信号的振幅和相移来测量DC电阻。然后可以使用测量结果来计算DC电阻。测量线段的电阻的其它方式对于本领域技术人员来说是已知的，并且可以代替上面列出的示例方法使用。下面还将讨论用于确定电阻的附加技术。
还应该认识到的是，在其它实施例中，电阻检测器240可以测量电力线缆46的阻抗，并使用该测量的阻抗值来确定电力线缆46的电阻。
图9的方法的一个缺点是它需要在塔30的顶部安装附加装备(即，DC-DC转换器42)。由于与在塔上安装装备相关联的成本可能非常高，因此，通常倾向于在可能的情况下减少或最小化安装在蜂窝基站塔顶部的装备的数量，并且安装在蜂窝塔顶部的装备往往是昂贵的，因为它通常被设计成具有非常低的故障率和维护要求以便减少技术人员爬到塔上来维修装备的需要。包括附加的DC-DC转换器245也意味着资本支出的进一步增加，这会至少部分地抵消预期的操作成本的节省。
参考图10，可以经电力线缆48将DC电力信号供应给塔式安装的负载累积器150，其中供应给TTE 210的DC电力信号可以具有例如相对恒定的电压电平或在预选范围内的电压电平，而与由TTE 210汲取的电流无关。供应给负载累积器150的DC电力信号的电压电平可以被设置为连接到负载累积器150的TTE 210可以处理的最大电力信号电压或接近该最大电力信号电压，从而减少DC电力信号的电力损耗。以这种方式，可以降低蜂窝基站的操作成本。DC电力信号可以由安装在外壳20中的中压源255生成，并且包括辅助备用电池247和涓流充电器249。中压源255可以向负载累积器150中的电压转换器270供应中压，诸如从50伏到75伏。电压转换器270可以将中压转换为可以用于为TTE 210供电的电压。
在一些实施例中，电压转换器270可以使用电压传感器214检测由电源220供应的电压，并且向开关212供应从与负载累积器150开始向TTE 210供应备用电力的阈值电压电平类似的电平起始的电压，并逐渐将供应给TTE 210的电压升高到更高的电平(例如，从38V到48V)。这例如在图14中示出。如其中所示，当由电源220供应的备用电压VBU下降到VThresh时，负载累积器150切换以使得由电压转换器270输出的辅助电力信号VAUX被供应给TTE 210而不是备用电压VBU。此外，电压转换器270输出电压以VThresh开始并从VThresh增加到更高的电压，例如48V。
图9和图10中所示的实施例可以用作蜂窝基站中使用的电源的冗余备用电力系统，诸如在指派给本申请的受让人的美国公开No.2015/0234399中公开的那些，该公开通过引用被整体并入本文。例如，美国公开No.2015/0234399公开了蜂窝基站系统，其包括生成第一DC电力信号的第一电源和包括DC-DC转换器的第二电源，该DC-DC转换器接收由第一电源输出的DC电力信号作为输入并输出具有不同电压的第二DC电力信号。可以以降低的损耗将第二DC电力信号供应给TTE。但是，如果第二电源发生故障，则图9和图10中所示的实施例可以向TTE供应冗余DC电力。
图15是根据一些实施例的负载累积器150的操作的流程图。如其中所示，负载累积器150可以检测供应给安装在天线塔上的塔顶装备(TTE)210的电源电压(方框602)。具体而言，负载累积器150可以检测供应给安装在天线塔上的多个TTE 210的电源电压。负载累积器150将该电源电压与和TTE相关联的阈值电压进行比较(方框604)。可以为天线塔上的不同TTE建立不同的阈值电压。如果在方框606处确定阈值电源电压已经下降到阈值电压或低于阈值电压，则负载累积器150可以向TTE供应辅助电压(方框608)。
除了电源电压之外或代替电源电压，可以将辅助电压供应给TTE。因此，在特定实施例中，可以将辅助电压加到电源电压上以形成组合电压，并且负载累积器150可以将该组合电压供应给TTE。
辅助电压的电平可以随着电源电压降低而被增加，使得组合电压保持相对恒定，例如，如图13所示。
在一些实施例中，辅助电压可以从安装在塔上的辅助备用电池供应，例如，如图6所示。在其它实施例中，可以通过在地面安装的备用电源(诸如图9中所示的高压源320)处生成高电压、将该高电压供应给塔式安装的电压转换器(诸如图9中的DC-DC降压转换器245)、并在塔式安装的电压转换器处将该高电压转换为辅助电压来供应辅助电压。
虽然以上主要关于具有常规天线塔的蜂窝基站描述了实施例，但是应该认识到的是，本文描述的技术和系统可以应用于各种其它蜂窝系统。例如，通常通过将基带装备和电源定位在外壳中并且然后经由长水平主干线缆将该装备连接到远程无线电头和天线来在隧道中提供蜂窝服务。在某些情况下可能使用非常长的线缆连接，并且沿着线缆的电压降在这种安装中可能特别成问题。类似地，在一些地铁小区(metrocell)体系架构中，相同的构思被应用于地面之上，其中远程无线电头和天线通常安装在较小的预先存在的结构上，诸如电线杆、建筑物等。再次，将基带装备和电源连接到分布式远程无线电头和天线的干线线缆可能非常长(例如，在一些情况下为一公里或更长)，因此电压降同样可能成为重要的问题。任何上述实施例可以用在这些或类似的应用中。
已经参考附图描述了本发明，附图中示出了本发明的某些实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文描绘和描述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本公开彻底和完整，并且向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在整个说明书和附图中，相同的标号表示相同的元件。还应该认识到的是，上面公开的实施例可以以任何方式和/或组合进行组合，以提供许多附加的实施例。
应该理解的是，虽然本文使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应当受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联列出的项中的一项或多项的任何组合和所有组合。
除非另外定义，否则在本公开中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。在以上描述中使用的术语仅为了描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如在本公开中所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。还应该理解的是，当元件(例如，设备、电路等)被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，它可以直接连接或耦接到另一个元件或者可能存在中间元件。作为对照，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在中间元件。
在上面的描述中，当实施例中包括元件的多个单元时，每个个体单元可以由随后跟着个体单元的字母数字字符的元件的标号(例如，TTE 210A)被个别地引用，而元件的多个单元可以通过它们的基本标号(例如，TTE 210)被集体引用。
还将进一步理解的是，当在本文中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。
在附图和说明书中，已经公开了本发明构思的典型实施例，并且虽然使用了特定术语，但它们仅用于一般性和描述性意义而不是用于限制的目的，本发明构思的范围在以下权利要求中阐述。

Claims (18)

1.一种用于蜂窝基站天线的负载累积器，所述负载累积器包括：
多个输入端子，被配置为接收多个输入电压；
多个输出端子，被配置为耦接到相应的多个塔顶装备并且被配置为向塔顶装备供应输出电压；
多个开关，耦接到所述多个输入端子和所述多个输出端子中的相应输入端子和输出端子；
电压传感器，耦接到所述多个输入端子中的至少一个输入端子，并且被配置为感测所述多个输入电压中的在所述至少一个输入端子处接收到的输入电压的电平；
补充输入端子，被配置为接收补充电压；以及
控制逻辑，耦接到所述电压传感器和所述多个开关，并且被配置为检测供应给所述至少一个输入端子的电源电压已经下降到低于阈值电压，并且响应于检测到供应给所述多个输入端子中的所述至少一个输入端子的电源电压已经下降到低于所述阈值电压，将所述补充电压供应给所述多个输出端子中的相应一个输出端子。
2.如权利要求1所述的负载累积器，其中所述控制逻辑被配置为将所述补充电压加到供应给所述多个输入端子中的所述至少一个输入端子的输入电压上以形成组合输出电压，并将所述组合输出电压供应给所述多个输出端子中的所述相应一个输出端子。
3.如权利要求2所述的负载累积器，其中所述控制逻辑被配置为随时间增加所述补充电压的电平，使得当供应给所述多个输入端子中的所述至少一个输入端子的输入电压随时间下降时，所述组合输出电压保持稳定。
4.如权利要求1所述的负载累积器，其中所述控制逻辑被配置为仅将所述补充电压供应给所述多个输出端子中的所述相应一个输出端子。
5.如权利要求1所述的负载累积器，还包括耦接到所述多个输入端子中的相应输入端子的多个电压传感器。
6.如权利要求1所述的负载累积器，还包括DC-DC电压转换器，所述DC-DC电压转换器被配置为接收高压输入电压并输出低压输出电压作为所述补充电压。
7.如权利要求1所述的负载累积器，其中所述多个塔顶装备包括远程无线电头和/或地面微波收发器。
8.如权利要求1所述的负载累积器，还包括耦接到所述补充输入端子并且被配置为供应所述补充输入电压的辅助电源。
9.如权利要求8所述的负载累积器，其中所述辅助电源包括电池和耦接到所述电池的涓流充电器。
10.如权利要求1所述的负载累积器，还包括电阻检测器，所述电阻检测器耦接到所述多个输入端子并且被配置为测量耦接到所述多个输入端子的输入线路的电阻。
11.如权利要求1所述的负载累积器，其中所述开关包括二极管开关，所述二极管开关包括具有连接到所述至少一个输入端子的阴极的第一二极管以及具有连接到所述补充输入端子的阴极的第二二极管，其中所述第一二极管和第二二极管各自包括耦接在一起并且耦接到所述多个输出端子中的所述相应一个输出端子的阳极。
12.如权利要求1所述的负载累积器，还包括耦接到所述补充输入端子的可变电压升压电源。
13.一种用于蜂窝基站天线的备用电力系统，包括：
辅助电压源；以及
负载累积器，所述负载累积器包括：
输入端子，被配置为接收输入电压；
输出端子，被配置为耦接到塔顶装备并且被配置为向所述塔顶装备供应输出电压；
开关，耦接到所述输入端子和所述输出端子；
电压传感器，耦接到多个输入端子中的至少一个输入端子，并且被配置为感测在所述输入端子处接收到的输入电压的电平；
补充输入端子，耦接到所述辅助电压源，并且被配置为从所述辅助电压源接收补充电压；以及
控制逻辑，耦接到所述电压传感器和所述开关，并且被配置为检测供应给所述输入端子的电源电压已经下降到低于阈值电压，并且响应于检测到供应给所述输入端子的电源电压已经下降到低于所述阈值电压而将所述补充电压供应给所述输出端子。
14.如权利要求13所述的备用电力系统，其中所述辅助电压源包括备用电池和耦接到所述备用电池的涓流充电器。
15.如权利要求13所述的备用电力系统，其中所述辅助电压源包括被配置为生成高压DC信号的高压源，所述备用电力系统还包括降压电压转换器，所述降压电压转换器被配置为从所述高压源接收所述高压DC信号、响应于所述高压DC信号而生成具有比所述高压DC信号低的电压的补充电压、以及向所述补充输入端子供应所述补充电压。
16.一种向安装在天线塔上的塔顶装备TTE供电的方法，所述方法包括：
检测通过从地面安装的电源延伸到天线塔上的TTE的电源线供应给所述TTE的电源电压；
将所述电源电压与和所述TTE相关联的阈值电压进行比较；
响应于将所述电源电压与和所述TTE相关联的所述阈值电压进行比较，将辅助电压加到所述电源电压上以形成组合电压；以及
向所述TTE供应所述组合电压，
其中，所述辅助电压的电平随着所述电源电压降低而增加，使得所述组合电压保持相对恒定。
17.如权利要求16所述的方法，其中供应所述辅助电压包括从安装在塔上的辅助备用电池供应所述辅助电压。
18.如权利要求16所述的方法，其中供应所述辅助电压包括在地面安装的备用电源处生成高压；向塔式安装的电压转换器供应所述高压；并且在所述塔式安装的电压转换器处将所述高压转换为所述辅助电压。
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