CN1140961A - 包括在无线主台中的无线模块及含此模块的无线结构 - Google Patents

Abstract

移动无线系统基台的无线模块用给定频率发射和接收来自静止或运动移动台的无线信号。模块包括天线部分和给定机械结构的收发信机。基台的每个模块用给定的专用频率发射和接收，其频率在发射和接收时可能不同，但不能与基台其他任何模块使用相同的频率。无线基台结构由众多模块组成，每个模块有自己特定或专用的发射和接收频率，并有干扰抑制装置，防止本模块受邻近模块干扰。无线基台结构采用分集接收。

Description

包括在无线主台中的 无线模块及含此模块的无线结构

本发明涉及移动无线系统的无线主台中所包含的无线模块。例如无线主台可以是移动电话系统的基台，虽然它也可能组成具有综合收发信机单元的移动业务交换中心的一部分。本发明还涉及由数个这种模块构成的无线主台，所述各模块是相互独立的，在功能上如同无线主台的一个单独的自主基台。

移动无线系统的无线分系统通常包含一个或几个无线信号收发信机TRX、数个收发信机共用的一个天线部分和一个控制部分。收发信机包括无线技术部件，例如调制器/解调器、频率合成器、放大器部件，而控制部分包括那些控制和转换装置，是操作收发信机和对发往/来自系统的移动业务交换中心(MSC)的呼叫进行转换所必需的。

目前欧洲和北美发展的那些时分多址TDMA数字系统也包括与发射和接收有关的用于信道编码(信道解码器)的装置，以及从给定的时隙(符号检波器，还可能是均衡器)中再现数据和时隙分配(短脉冲发生器)的语言编码器和语言解码器。在这些数字系统中，根据已指配的信道收发各信号时上述部件是由控制装置所控制，此外还意味着频率分隔配置和时间分隔配置必须在收发信机单元中进行控制。例如，频率合成器必须调到校正的接收频率上。此外，必须能够控制收信机内的短脉冲串发生器和符号检波器，以便给定的信道预期信号短脉冲串能够从确定的时隙中再现。

基台可以包括若干个这类收发信机单元和一个这类的给定单元，它不需要指配一个给定无线信道或其他无线参数(时隙、频率、输出功率等)，而且通常能够由控制装置控制指配给基台的全部无线信道进行发/收。

蜂窝式系统的每个基台可指配一组特定的无线信道和一个给定的区或几个分区内的一个给定的无线覆盖范围。通常已知使用一个单独的天线供一个基台内的若干个收发信机使用。单独的发信机可通过同轴电缆连接线和一个所谓的滤波合成器或混合合成器连接到共用天线上。

在其他情况下在通过同轴电缆连接线将信号传送给天线之前，使用准备用于多个载频的高线性放大器。

虽然这能使基台的天线结构更简单，但由于必须补偿无线电信号的衰减，这却导致不必要的功率消耗，这是由同轴电缆连接线和发信机部分输出放大器同更大功率的合成器造成的。在其他情况下，使用一个不带合成器的高线性放大器，不仅在同轴电缆连接线而且在放大器中都经受了大功率损耗。更进一步，使用滤波合成器，它比混合合成器具有更低的损耗，但代之的不利条件是在发信机中不能进行任何所需的频率合成，因为滤比器必须设计为一个选定的发信机频率。

早已建议在无线基台内包括收发信机模块，例如见美国专利4,694,484。根据这些收发信机的位置和使用的天线结构，给每个这类模块指定了与其无线系统功能有关的唯一参数。

在上述专利中所述的无线系统是频分多址FDMA系统，其中一个信道相当于一特定的无线电频率。该系统还包括一个固定天线单元，由数个各照射一个区的扇形天线和有关的合成器组成(图6，空腔610-614)。在一个基台内一些这类模块可由基台控制器所控制，以便在确定的无线信道上并按照由基台的天线单元提出的那些要求进行收/发。模范能够被控制以便既能有效地接收，也能有效地发送无线电呼叫，例如在最通常的情况下，它或者只是单独地接收和记录无线电信号。这种已知的结构能大大降低不同的基台单元之间复杂的连接线的数量，虽然它的缺点仍然是需要采用单个的模块满足天线单元的要求。

近几年蜂窝式地面移动无线系统的发展促使了本发明的出现。这种老式蜂窝式无线系统通常包括较大的区，要求基台有高的输出功率，并具有相对少的信道/基台。大多数老式系统是模拟系统。

目前蜂窝式无线系统和最近开发出的那些系统的特点是：小区和大区(微小区，伞状区)、较低输出功率、多信道和较高频率。目前的系统通常也是数字系统，具有时分多址(TDMA)。

本发明的目的是为移动无线系统的基台提供一个无线模块和该模块的一种结构，它们是自主的和交互设置的，以便能各自独立地完成自己的功能。因而这种结构更适合于现代的无线系统和预想到的未来无线系统。

所谓“现代无线系统”主要是指在引言中提到的FDMA和TDMA。但根据本发明的无线模块也可使用在所谓的码分多址(CDMA)无线系统上，这里无线电信号在宽频带内调制并发送/接收。

本发明的另一个目的是提供一个模块结构，它将提高效率，不需要合成器和从不同的发信机单元至合成器的有关的电缆线路。

所建议的无线结构和其中所包含模块的特性使现代系统的要求得到更大的满足。主要是，不需要合成器和有关的同轴电缆。在这些情况下，当不使用合成器而使用一个耗功率的高线性末级放大器时，所建议的模块结构能使末级放大器制造得更简单，更节省功率。本发明的无线结构特别适合于这类情况，即可以在使用很高频率(约1500MHZ量级)的系统中给定天线较小的尺寸。

本发明模块的特点在于该模块包括：

a)一个发信机单元，它包括发信装置用于以已知的方式在给定的射频上向给定的副台发射无线电信号，在给定的情况下其频率属于本模块专用；

b)一个天线单元，它直接连接到所述的发信机单元，用以向所述的副台传输所述发信装置产生的信号；和

c)包括在所述的发信机单元中的控制装置，用于向发信装置传送控制信号，这是根据主控单元(BSC)传来的无线电参数进行的，而且它与给定射频有关，这些射频在给定的情况下专门分配给模块，并且与所述副台无线单元通信时，有关的发信装置将被调整或设定到该参数上。

而本发明基台结构的特点在于这种结构包括至少两个模块，在那里每个模块包括一个直接连到发信机单元的天线单元，发信机在给定的情况下使用为所述模块(M1)所确定的给定频率(f1)发射无线电信号，所述的频率不同于其他任何模块所使用的频率，为的是模块(M1)在所述的频率(f1)和规定的情况下进行的发射是该模块专用的，而其他任何模块在同一时间内都不能使用；其特点还在于在这种结构中每个模块相对其他每个模块是这样设置的，即使一个模块对另一模块的漏电和/或无线电场的干扰，在这种结构中可忽略不计。

现在参考附图，更详细地叙述本发明。

图1是本发明无线模块的侧视断面图；

图2是图1中示出的天线模块的横截面图；

图3绘制了图1中示出的无线模块的天线侧视图；

图4绘制了图1中示出的无线模块的部件侧视图；

图5是包括在图1中示出的模块内的发信机单元的方块图；

图6以图解示出了按照本发明的一个通用的基台结构；

图7示出了类似于图6的基台结构，但带有分集式收信机。

图8是个方块图，更详细地示出了图7的基台的结构的分集式收信机；

图9以示意图示出了本发明结构的模块之间的信号抑制。

图1是本发明的无线模块的纵断面图。例如模块的实体(body)包括一个铝制固定外廓1和一个H型横截面(见图2)。图1还显示出外廓的纵向横截面。在外廓1如此形成的各纵向延伸的开口中，在位于外廓1侧部12及13之间的一面上有附着的或坚固卡住的天线部分2。模块的收发信机装置的部件3以适当的方式附着在外廓1的另一面并沿着所述外廓的连接板11。部件3可以包括一个扁平矩形绝缘板，例如是包含收发信部件的组件33和34装设于其上的叠层绝缘板。这在图4中显示得更清楚。还可以提供一个部件组件32，它代表一个双工滤波器，并安装在板31上。在部件3的下端部还装有一个电缆连接器35，通过它收发信机部件与诸如控制器的外部部件连接。该连接器采用一条同轴电缆是相当有效的。

天线部分2包括纤维玻璃板21，它带有组成天线偶板子的金属外壳，如图3所示。天线板21以适当的方式附着或坚固地卡在两侧部12和13之间。在天线板21和连接板11之间的空隙处可填入软绝缘材料。天线板21的安装，要使金属结构的表面向里对着模块的连接板11，正如图1和图2中所示。

图2是无线模块的横断面图，显示出H型外廓1，还有在其装配状态中的天线部分2和收发信机部件3。

图3更详细地示出天线部分2的构造。天线部分的形状是一个已知的条状线天线，它包括一个如上所述以为数众多的导电片22-26(在附图的实施例中有五个片)的形式出现的导电阵列，它们组成天线偶极子和有关的导线布局27。一个电气连接点28(见图3)在天线板21的上半部分。天线片22-26用电气连接线4(裸线)与双工滤波器32连接；通过电气连接点28和双工滤波器32再与收发信机部件连接。模块的连接板11可形成天线部分的地线，也可形成收发信机33和34的地线。

当从移动台收到输入辐射时，举例来说，电压进入这些片22-26，并且复合电压(相对地球表面)通过电气连接点28、电气连接线4和双工器32从这些片进入收信机组件34。相反地，发信机信号从发信机组件33通过裸线4、电气连接点28和双工器32进入片22-26。

图4绘出部件3的正面图，包括发信机单元33和收信机单元34。这些部件是已知部件，安装在电路板31上，并以已知的方式连接以便产生所要求的已知的收发信机功能并随之形成不属于本发明的部分。创造性的无线模块的特点是天线功能，即天线部分2，它已与收发信机，即部件3的功能综合在一起，以形成一个单独的单元。在图1-2示出的实施例中，这些单元构成H型外廓，但是能够理解实体1可以是另外的外廓，并且天线和组件部分可以按其他方式附着或牢固地卡住。一个基本特点是无线模块具有其自己的天线部分，它连接到自己的收发信机部件上(当设有合成器时)，所述的部件在基台的其他任何无线模块上不通用，而各模块在结构上可配置得更近，如下所述。

图5是根据本发明组件33中发信机典型的实施例方块图，该组件包括在一个无线模块中。在蜂窝式移动无线系统的基台构造中模块的所有单元本身是公知的。

连接到发信机组件的输入端的是单元51，所述输入端在图1中连接到电气连接点35上，单元51用于对那些信号进行定时恢复和分配，所述信号是通过图1中连接线36从基台的控制器得到的，它们根据图5用于控制发信机组件的各个单元。

因此，单元51有一条将控制信号引入频率合成器53的连接线，它用于将合成器设置或调节到无线模块使用的无线电频率f1。调制器组件52包括一个调制器，它将基带信号调制成所要求的形式，例如本例示出的4πQAM-调制器。控制该调制器和其他设备功能的控制信号也在输入端B获得。组件52还包括一个RF-调制器，即频率调制器，它将基带调制信号转换到所要求的无线电频段上。所选的无线电频率f1从频率合成器53，由单元51控制，传递到RF-调制器。

另外，从单元51将控制信号传送到电平调控器54以便能够调整从组件52中的RF-调制器获得的、发至后面的末级55的信号电平。末级55包括一个功率放大器，它将具有给定的输出功率的放大的无线电信号通过如图1所示的连接线4和双工滤波器32传送给下面的天线单元2。

发信机单元33在本发明无线模块中的一个专门特征在于控制频率合成器53和电平调控器54。当该模块与其他众多的模块一起包括在FDMA系统中时，频率合成器可以按所要求的方式控制，尽管这使得在系统中，即对于FDMA系统这类无线模块各自有其自己的特定频率，并且在一些模块各有其特殊选择的无线电信道中它们具有各自单独的无线电信道。这点下面详述。在已知的包括一个合成器的系统中无线电频率的选择设定被合成器避免了。

举例说，从基台控制器发往电平调控器54的控制信号控制从调制器单元52来的输出信号电平的设定或调整，以便使这些信号适应天线单元2，随后再在末级55中放大。末级55包括一个功率放大器(未显示)，正如同已知的末级一样。由于在基台中因有合成器或有关的同轴连接线，故没有产生衰减，不再象已知设计中那样需要高放。

当无线系统为TDMA制式时，还包括某些附加的单元，其中组件56以虚线显示在图5，它包括一个短脉冲发生器，用于将输入的基带信号分成每一TDMA系统所需的时隙。

图6示出移动无线系统基台的无线模块的阵列。所示出的阵列包括总数为18个的模块，其中9个模块M1-M9排列在上行，而9个模块M10-M18排列在下行。全部模块以适当的方式装配，并形成主台(基台)。在通常的情况下，不管包括的是什么制式的系统(FDMA或TDMA)，模块M1-M8和M11-M18在自己单独的频率f1-f8和f11-f18上分别发送，并且没有一个模块能在别的模块的同一频率上发送。单元34与这些模块的任一个相分离，而双工滤波器32由连接线代替。在FDMA制式时各模块M1-M8和M11-M18在给定的载频上发送，这些载频与其他各模块的载频不同。模块M9-M10是接收模块，因而根据图1它们每个只包括一个收信机放大器。接收模块M9-M10能够分别通过若干个频率f9和f10接收来自副台的无线电信号，虽然这些载频与模块M1-M8和M11-M18发射载频是有间隔的，其间隔是给定的双工距离(例如45MHZ)。

频率跃变或跳频被用在GSM系统中，即一个已知的发信机的载频f1的值在给定的时间中跳到另一给定时间的另一值f2。当采用本发明的模块结构时，使用跳频意味着在给定的时间中当模块M1使用载频f1，模块M2使用载频f2，并且M1从f1跳到f2时，模块M1必需在同一时间内跳到本结构没有使用的某些其他频率上。跳频可以由一个时隙到另一个时隙进行。

为了保证不同模块M1-M8之间不相互干扰而必须采用的那些措施未在本图中示出，但将在以下参考图9作更详细的描述。

图7示出M1-M9、M12-M20无线模块阵列，类似于图6的阵列，其不同是图7阵列还包括两个模块M10、M11。包含的这些附加的模块是为了进行分集接收，即接收基台的两个相互分离地点的给定的移动无线台的无线电信号。设计分集式天线和收发信机单元采取的技术是已公知的。这种设计包括两个天线，它们相互分离配置在一部无线接收机中。那么这种无线接收机或者有两个分开的信号处理通路，以恢复所发射的信息(语言或数据)，或者有包括每一天线的开关的通用的信号通路。

图7所示的分集方式的设计中，假定模块M1-M9和M12-M20有两个发信机和收信机单元，M10和M11两个模块各建立单独的天线模块。作为一个示例，假定只有3个标准模块M1、M2和M3配置为分集接收。天线模块M10通过同轴连接线S10接到模块M1、M2和M3的一个接收通路上，同时天线模块M11通过同轴电缆连接线S11接到模块M1、M2和M3的另外一个接收通路上。于是使用两个分开的天线对就有可能实现分集方式。这与前面已述的关于不同模块的构造和功能相反，但是两个对偶模块，例如M1、M10和M1、M11，在这种场合每一个都能被视为单个的接收模块，具有相同的无线电参数(频率和时隙)，但是此处天线部分分成两部分，每部分配置在不同的地理位置。

图8较详细地示出三个模块M1、M2、M3的分集方式的设计，并有相关的天线模块M10、M11。

每个天线模块M10、M11分别包括天线A1、A2和收信机分配器MD1和MD2。天线有示于图1和图3的最优结构，且每个收信机分配器MD1和MD2由电阻网络组成，还任选地包括一个放大器。从模块M10的天线A1输入的无线信号在此场合一般分为每个均相应于天线信号的三个均等的信号，而且这三个信号进入相应的模块M1、M2、M3的一个接收输入端。同样的地，从模块M11的天线A2输入的天线信号分为三个均等的信号，这些信号进入模块M1、M2、M3的另一输入端。每个这样的模块最好有分开的信号处理单元，例如可以象公开的美国专利4,868,890那样构成。

对所收到的信号，在每一模块M1-M3进行分析，如同上面美国专利所述，而且从两个并联接收电路恢复最好的信号成分，以便进行进一步的信号处理(信道解码等)。

正如将会理解到的，每一模块都能起到完全自主的发信和收信机的作用，其中它们各自使用自己的天线既发射又接收信号。但是在这种场合需要在该模块中分别为天线单元与发信机及收信机之间提供双工滤波器。当然，这种办法不能取得上述分集方式的效果。

于是，假若能注意到在相互不同的模块中不同载频的要求，图6-8所示的模块M1-M18可以有选择地组合。在一个模块中的天线元件之间，经由从一个模块中的天线向一相邻模块的辐射或地电流，而向另一模块的漏电及所能够引起的交调可以由以下描述的方法来抑制。

这种抑制可以通过采用三个相互独立的过程而达到，这些过程能够降低两个相互邻近模块的漏电，以及共同的或单独的交调。

图9示出这种抑制的例子。参考前面图1中叙述的模块外廓的导电壁，显示在图9中的是四个模块M1-M4的S-S截面图。两个模块M1和M2的两个限定的壁，通过灵敏的U型传导连接线C1可以短路或抑制，其余的模块也可以用类似方式短路或抑制。在这种情况下，连接线C1应该这样，即在模块之间纵向延伸的那部分连接线应有个距离d，向着相对的限定的面，它等于波长的四分之一，即d＝模块发射电场的λ/4。短路以这种方式转换成该波长的无限大阻抗，产生水平极化场的有效阻尼或衰减。

模块发射一个周期场，其频率等于所用无线电频率的频率(该频率是f1，用于模块M1)。例如GSM制式在这种情况下距离d等于75mm，它在900+/-22.5MHZ上发射和接收。在两个相互邻近壁之间的距离，即连接线部分C1的长度，最好是大大地小于四分之一波长。

两个模块之间的干扰也可通过在模块之间提供一个电阻和射频吸收材料来消除，在图9中以外形A的虚线来显示。

另一个方法是在每个模块的发信机元件的输出端提供一个循环器，或按已知的方法提供一个或多个铁氧体绝缘子。

一个模块与另一个或多个相互邻近模块的无线电场干扰的上述抑制方法，可以单个采用或综合使用。主要是天线单元的无线电场对邻近模块漏电。一个天线单元有35-40dB的固有漏电。按照上述的短路(抑制)在水平极化场的情况下产生的衰减约为20dB。在垂直极化场的情况下，漏电等于0。电阻材料提供25-30dB的衰减，而一个循环器提供20-25dB的衰减，从而可以获得60-100dB的衰减，它可保证两个模块之间满意的绝缘。

上述的无线基台结构提供了灵活性，它能使业务容量逐渐增长扩大，同时还能分配可利用的资源：例如时间、频率和输出功率，毫无阻碍地和无限制地在各单独的模块和包括数个模块的大单元组件内生效。该结构是通用的，并能为不同模拟和数字无线系统，即，既为FDMA、TDMA，又为CDMA系统所采用。它还具有独立的移动无线电标准，即可以为北欧移动电话系统(NMT)、北美数字蜂窝式系统(ADC)、太平洋数字蜂窝式系统(PDC)和环球移动电话系统(GSM)所采用。

各模块之间的独立关系意味着，且不说它能同时在不同的频率上操作，它还能按照不同的调制方案操作。

因此，全部模块能在TDMA、FDMA或CDMA中一起操作，单个或相互独立地在其他任意组合下操作。本发明因而不限于能够按照一个或同一调制方案操作。

Claims (3)

1.在移动无线系统的主台中的无线模块，在系统中主台与副台之间在给定的频率上进行通信，在那里，模块包括天线部分(2)和至少一个发信机部分(3)，其特征在于模块包括：

a)一个实体(1)，它有一个给定了横断面的外廓，以便形成第一个和第二个空间；

b)一个电路板(21)，它组成模块的天线部分(2)，容纳在第一个空间，所述的电路板包括传导阵列，它由众多的单个、相互连接的天线元件(22-26)组成；

c)部件(31)，它组成发信机部分(3)并容纳在所述实体(1)的第二个空间，在这一空间中安装无线模块的发信机单元(33)，在那里提供第一个连接线(35、36)，使输入信号从主台的控制单元提供给发信机单元(33)；和

d)射频信号的第二连接线(4)，用于将天线部分(2)的传导阵列(27)直接接到部件(31)。

2.根据权利要求1的无线模块，其特征在于模块的实体是一个H形外廓，在外廓中形成了所述的第一和第二个空间，在那里所述的每一空间均由外廓连接板(11)和它的两个侧壁(12、13)所确定，在那里天线部分(2)紧固在连接板(11)一边的两个侧壁上且部件(31)固定在模块连接板(11)另一边的侧壁(12、13)上。

3.根据权利要求2的无线模块，其特征在于装配了电路板(21)以便使天线元件(22-26)向内对着模块的连接板(11)。

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