CN1371182A - 用于具有基站和天线装置的移动无线系统的电路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于具有基站和天线装置的移动无线系统的电路装置,其中,所述的基站具有用于n个在频率和幅值方面基本相等的载频信号的n个输出,并借助具有相位校正的信号划分和归并装置来使该n个信号与非自适应天线装置的工作相匹配。

Description

用于具有基站和天线 装置的移动无线系统的电路装置
技术领域
本发明涉及一种用于具有基站和天线装置的移动无线系统的装置，所述的基站具有n个输出，而这些输出的信号在频率和幅值方面基本相等。
背景技术
在IEEE通信报告第2卷第4号，1999年第四季度的论文“AnOverview of Smart Antenna Technology For Mobile CommunicationsSystems(用于移动通信系统的智能天线技术的概观)”中曾公开过具有n个端口的基站，其中，那儿产生的信号被优选地用于由n个单天线组成的自适应天线装置的工作。
对此，譬如在发射情况下，需发射的数字信号在基站内被如此地划分，使得所述基站的n个端口具有在幅值和频率方面基本相等而相位不同的信号。每个这种信号被送到自适应天线装置的一个单天线上，然后以发射信号被辐射出去。由于基站的各个信号的相位不同，并由此造成各个单天线的发射信号的相位不同，所以将形成自适应天线装置的具有空间优先方向的总辐射图。
利用自适应天线装置的n个单天线可以形成自适应天线的总辐射图。通过在基站的各信号之间选择不同的载频和相位，可以使所述的自适应天线装置产生相互独立的总辐射图，其中每个单独的总辐射图具有自己的空间优先方向。由此可以提高无线网的容量。
自适应天线装置的尺寸与频率有关，且典型地为约0.5～1.5m宽和约0.5～1.5m高。但有些天线位置并不适合于这种大小的自适应天线装置。如果天线位置譬如处于历史建筑物上，那么出于美学或纪念保存的原因，它就不能被用作这种大小的天线装置的位置。另外，数量有限的天线位置的静力学也会经常禁止使用自适应天线装置，譬如由于风力负荷或天线装置重量的缘故等。
因此，为了在这些位置进行应用，通常是装设更小且由此更不令人注意的单天线。但为此必须研制和生产自己的、必须适合于非自适应天线工作的基站。由于这经常只有极少的件数，所以会导致较高的研制和制造费用。
发明内容
因此本发明的任务在于使具有n个端口的基站与非自适应天线装置相匹配，其中这些端口的信号在频率和幅值方面基本相等。
该任务由权利要求1或4的特征来解决。本发明的优选改进方案由从属权利要求给出。
本发明包含两种用于具有基站和天线装置的移动无线系统的电路装置。
在第一种优选装置中，所述的基站具有n个相互去耦的端口，其上施加有在幅值和频率方面基本相等的、但相位不同的信号。
所述的基站包含有一种数字式信号控制装置，在发射情况下，由所述的数字式信号控制装置把需发射的数字信号划分成n个在幅值和频率方面基本相等的、但相位不同的数字单信号，并在接收情况下从该n个单信号中产生具有统一相位的接收总信号。
所述的基站另外还包含有一种信号变换装置，用于在发射情况下为基站的n个相互去耦的端口把所述信号控制装置的n个单信号变换成n个模拟的载频无线信号。在接收情况下，以相反的方向把n个模拟的载频无线信号变换成n个在幅值和频率方面基本相等的、但相位不同的数字单信号，然后将其送至所述的数字式信号控制装置。
为了把所述的基站连接到一种非自适应天线装置上，在所述基站和天线装置之间装设了一种归并及划分装置，在发射情况下，由所述的归并及划分装置如此地对所述基站的n个端口上所出现的、在幅值和频率方面基本相等但相位不同的无线信号进行相互逻辑连接，使得在所述归并及划分装置的一个端口上产生具有统一相位的总信号，然后将该总信号作为天线信号送往天线装置，而在接收情况下，由所述的归并及划分装置把天线装置的、作为具有统一相位的总信号而到达该归并及划分装置的天线信号划分成n个在频率和幅值方面基本相等但相位不同的无线信号，然后把这些无线信号送往基站的n个端口。
优选地，所述的归并及划分装置包含一个巴特勒(Butler)矩阵，该矩阵具有用于基站的无线信号的n个端口和用于天线信号或总信号的m个端口，在此，所述的总信号或天线信号只送给m个端口中的一个，而该m个端口中的其它所有端口均被端接在一个终端电阻上。此处所述的这种巴特勒矩阵譬如在Meinke-Gundlach的“Taschenbuch derHochfrequenztechnik(高频技术手册)”，第4版次，1986年公开中讲述过。
优选地，所述基站的无线信号具有相互基本呈线性增加的相位。
在第二种用于具有基站和天线装置的移动无线系统的优选装置中，所述的基站具有n个相互去耦的端口，而这些端口上施加有在频率、幅值和相位方面基本相等的信号。
所述的基站包含有一种数字式信号控制装置，在发射情况下，所述的数字式信号控制装置把需发射的数字信号划分成n个在幅值、频率和相位方面基本相等的数字单信号，并在接收情况下从该n个单信号中产生一个具有统一相位的接收总信号。
在此，所述的基站还包含有一种信号变换装置，用于在发射情况下为基站的n个相互去耦的端口把所述信号控制装置的n个单信号变换成n个模拟的载频无线信号。在接收情况下，把施加在所述基站的n个相互去耦的端口上的n个模拟的载频无线信号变换成n个数字单信号，然后将其送至所述的数字式信号控制装置。这种变换是借助D/A转换器、调制及混合装置、以及滤波器来实现的。
为了把所述的基站连接到一种非自适应天线装置上，在所述基站和天线装置之间装设了一种归并及划分装置，在发射情况下，由所述的归并及划分装置如此地对所述基站的n个端口上所出现的在幅值、频率和相位方面基本相等的无线信号进行相互逻辑连接，使得在所述归并及划分装置的一个端口上产生具有统一相位的总信号，然后将该总信号作为天线信号送往天线装置，而在接收情况下，由所述的归并及划分装置把天线装置的、作为具有统一相位的总信号而到达该归并及划分装置的天线信号划分成n个在频率、幅值和相位方面基本相等的无线信号，然后把这些无线信号送往基站的n个端口。
在一种优选实施方案中，所述的归并及划分装置包含至少一个威尔金森(Wilkinson)组合器，它譬如在由Peter Vizmuller所著的、于1995年公开的书“RF Design Guide(射频设计指南)”中讲述过。
在上述两种优选装置中，所述的天线装置只包含有一个其上存在有所述天线信号或总信号的端口。同时，所述的天线装置既可以实现为单天线，也可以实现为组合天线。
通过本发明，具有n个去耦端口、且该端口的信号在幅值和频率方面基本相等的基站可以与非自适应天线装置相匹配。由此为基站避免了其它的生产线，而这些基站原本是必须被研制用于非自适应天线的工作的。
如果象在上述接收情况中一样把天线信号划分成n个模拟的载频无线信号，然后进行处理和再合并，则可以通过相关地合并所述的单信号而使信噪比以因数2得到典型地改善。
通过优选地使用巴特勒矩阵或至少一个威尔金森组合器，所述的各个信号基本上可以无损耗地被归并和划分。
通过在发射情况下把n个载频单信号合并成一个总信号，可以为单信号使用更小的放大因子。在此，所使用的功率放大器典型地具有线性的放大特性，由此避免了移动无线系统内的干扰频率。
附图说明
下面借助附图来详细讲述本发明的实施例。图中：
图1示出了现有技术的用于具有基站和天线装置的移动无线系统的装置，
图2示出了本发明第一优选实施方案的用于具有基站和天线装置的移动无线系统的装置，以及
图3示出了本发明第二优选实施方案的用于具有基站和天线装置的移动无线系统的装置。
具体实施方式
图1示出了现有技术的用于具有基站1和自适应天线装置10的移动无线系统的装置。基站1包含有数字式信号控制装置2、信号变换装置3和n个相互去耦的端口P1、P2、…、Pn。自适应天线装置10包含有n个单天线9。
在发射情况下，所述的数字式信号控制装置2把需发射的数字信号SF划分成n个在幅值和频率方面基本相等的、但相位不同的数字单信号S1、S2、…、Sn，而在接收情况下，它从该n个单信号S1、S2、…、Sn中产生具有统一相位的接收总信号SR。
信号变换装置3为基站1的n个相互去耦的端口P1、P2、…、Pn从所述信号控制装置2的n个数字单信号S1、S2、…、Sn中一共产生n个模拟的载频无线信号RF1、RF2、…、RFn，以及作相反的变换。
所述n个模拟的载频无线信号RF1、RF2、…、RFn分别被送到自适应天线装置10的单天线9上，并通过其相位形成一种具有空间优先方向的总辐射图。
图2示出了本发明第一优选实施方案的用于移动无线系统的装置，所述的移动无线系统具有图1所示的基站1、天线装置5、以及归并及划分装置4。
在发射情况下，对于上文已结合图1进行详细阐述过的基站1的n个相互去耦的端口P1、P2、…、Pn，施加给它们的n个模拟的载频无线信号RF1、RF2、…、RFn通过所述的归并及划分装置4被如此地相互逻辑连接，使得在装置4的一个端口M2上产生具有统一相位的总信号SumS，然后将其作为天线信号AntS送往天线装置5。在接收情况下，天线装置5的、作为具有统一相位的总信号SumS而到达所述归并及划分装置4的天线信号AntS被划分成n个在频率和幅值方面基本相等但相位不同的无线信号RF1、RF2、…、RFn，然后把这些无线信号送往基站1的n个端口P1、P2、…、Pn。
优选地，所述的归并及划分装置4由一个巴特勒矩阵6组成，该矩阵具有用于基站1的无线信号RF1、RF2、…、RFn的n个端口N1、N2、…、Nn和用于天线信号AntS或总信号SumS的m个端口M1、M2、…、Mm，其中，所述的总信号SumS或天线信号AntS只送给所述m个端口中的一个M2，而所有其它的端口M1、…、Mm均端接在一个终端电阻7上。在此，所述的无线信号RF1、RF2、…、RFn优选地具有彼此基本呈线性增加的相位。
所述的天线信号AntS通过只包含一个端口的天线装置5进行辐射。在此，所述的天线装置5既可以被实现为单天线，又可以被实现为组合天线。
图3示出了本发明第二优选实施方案的用于移动无线系统的装置，所述的移动无线系统具有基站11、天线装置5、以及归并及划分装置14，而所述的基站包含有数字式信号控制装置12、信号变换装置13、以及n个相互去耦的端口P1、P2、…、Pn。
在发射情况下，所述的数字式信号控制装置12把需发射的数字信号SF划分成n个既在幅值和频率方面又在相位方面基本相等的数字单信号Si，并在接收情况下从该n个单信号Si中产生一个具有统一相位的接收总信号SR。所述的信号变换装置13为基站11的n个相互去耦的端口P1、P2、…、Pn从所述信号控制装置12的n个单信号Si中一共产生n个模拟的载频无线信号RFi，以及作相反的变换。
在发射情况下，基站11的n个相互去耦的端口P1、P2、…、Pn的n个模拟的载频无线信号RFi通过归并及划分装置14被如此地相互逻辑连接，使得在所述归并及划分装置14的一个端口M2上产生一个具有统一相位的总信号SumS，然后将其作为天线信号AntS送给天线装置5。在接收情况下，天线装置5的、作为具有统一相位的总信号SumS而到达所述归并及划分装置14的天线信号AntS被划分成n个在频率、幅值和相位方面基本相等的无线信号RFi，然后将其传送给基站11的n个端口P1、P2、…、Pn。
优选地，所述的归并及划分装置14具有至少一个威尔金森组合器8，借助它来分别合并两个信号。
所述的信号变换装置13借助D/A转换器、混合装置和调制装置来从所述信号控制装置的n个单信号Si中产生n个模拟的载频无线信号RFi，以及作相反的变换。
所述的天线信号AntS通过只包含有一个端口PAnt的天线装置5被发射出去。在此，所述的天线装置既可以实现为单天线，也可以实现为组合天线。

Claims (6)

1.用于具有基站(1)和天线装置(5)的移动无线系统的装置，
其中，所述的基站(1)包含有一种数字式信号控制装置(2)，在发射情况下，所述的数字式信号控制装置把需发射的数字信号(SF)划分成n个在幅值和频率方面基本相等的、但相位不同的数字单信号(S1、S2、Sn)，并在接收情况下从该n个单信号(S1、S2、Sn)中产生具有统一相位的接收总信号(SR)，
其中，在所述的基站(1)内包含有一种信号变换装置(3)，用于为基站(1)的n个相互去耦的端口(P1、P2、Pn)把所述信号控制装置的n个单信号(S1、S2、Sn)变换成n个模拟的载频无线信号(RF1、RF2、RFn)，以及作相反的变换，
其中，为了把所述的基站(1)连接到一种非自适应天线装置(5)上，在所述基站(1)和天线装置(5)之间装设了一种归并及划分装置(4)，在发射情况下，由所述的归并及划分装置(4)如此地对所述基站(1)的n个端口(P1、P2、Pn)上所出现的、在幅值和频率方面基本相等但相位不同的无线信号(RF1、RF2、RFn)进行相互逻辑连接，使得在所述归并及划分装置(4)的一个端口(M2)上产生具有统一相位的总信号(SumS)，然后将该总信号作为天线信号(AntS)送往天线装置(5)，而在接收情况下，由所述的归并及划分装置(4)把天线装置(5)的、作为具有统一相位的总信号(SumS)而到达该归并及划分装置(4)的天线信号(AntS)划分成n个在频率和幅值方面基本相等但相位不同的无线信号(RF1、RF2、RFn)，然后把这些无线信号送往基站(1)的n个端口(P1、P2、Pn)。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述的归并及划分装置(4)包含一个巴特勒矩阵(6)，该矩阵具有用于基站(1)的无线信号(RF1、RF2、RFn)的n个端口(N1、N2、Nn)和用于天线信号(AntS)或总信号(SumS)的m个端口(M1、M2、Mm)，在此，所述的总信号(SumS)或天线信号(AntS)只送给m个端口中的一个(M2)，而所有其它的端口(M1、Mm)均被端接在一个终端电阻(7)上。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述基站(1)的无线信号(RF1、RF2、RFn)具有彼此基本呈线性增加的相位。
4.用于具有基站(11)和天线装置(5)的移动无线系统的装置，
其中，所述的基站(11)包含有一种数字式信号控制装置(12)，在发射情况下，所述的数字式信号控制装置把需发射的数字信号(SF)划分成n个既在幅值和频率方面又在相位方面基本相等的数字单信号(Si)，并在接收情况下从该n个单信号(Si)中产生一个具有统一相位的接收总信号(SR)，
其中，在所述的基站(11)内包含有一种信号变换装置(13)，用于为基站(11)的n个相互去耦的端口(P1、P2、…、Pn)把所述信号控制装置(12)的n个单信号(Si)变换成n个模拟的载频无线信号(RFi)，以及作相反的变换，
其中，为了把所述的基站(11)连接到一种非自适应天线装置(5)上，在所述基站(11)和天线装置(5)之间装设了一种归并及划分装置(14)，在发射情况下，由所述的归并及划分装置(14)如此地对所述基站(11)的n个端口(P1、P2、…、Pn)上所出现的在幅值、频率和相位方面基本相等的无线信号(RFi)进行相互逻辑连接，使得在所述归并及划分装置(14)的一个端口(M2)上产生具有统一相位的总信号(SumS)，然后将该总信号作为天线信号(AntS)送往天线装置(5)，而在接收情况下，由所述的归并及划分装置(14)把天线装置(5)的、作为具有统一相位的总信号(SumS)而到达该归并及划分装置(14)的天线信号(AntS)划分成n个在频率、幅值和相位方面基本相等的无线信号(RFi)，然后把这些无线信号送往基站(11)的n个端口(P1、P2、…、Pn)。
5.如权利要求4所述的装置，其中，所述的归并及划分装置(14)包含至少一个威尔金森组合器(8)。
6.如权利要求1或4所述的装置，其中，所述的天线装置(5)只包含有一个其上存在所述天线信号(AntS)或总信号(SumS)的端口(PAnt)。
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