CN1926716B

CN1926716B - 天线分集系统

Info

Publication number: CN1926716B
Application number: CN2004800423693A
Authority: CN
Inventors: U·斯凯比; B·赫贝里
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2024-03-11
Also published as: US8064958B2; CA2545517A1; EP1723691B1; CN1926716A; JP2007528665A; US20070191064A1; EP1723691A1; WO2005088764A1; CA2545517C

Abstract

一种用于减少在无线基站(1)与在其上接收相同频率RF信号的天线分集装置(10，11，12，13)之间馈线数量的方法、设备和系统。在安装在塔上的放大器(45)中，来自部分或所有天线的单独的RF信号被频率变换为在相互不同的中频上的中频(IF)信号，这些信号被组合并且在减少了数量的馈线上被转发到无线基站。在无线基站中，所述组合的信号被分离成单独的信号，在这些信号中，IF信号被频率转换为适于分集处理的信号。

Description

天线分集系统

技术领域

本发明总地涉及安装在塔上的放大器(TMA)和天线分集。特别地，本发明涉及用于减少从天线分集系统到无线基站的馈线的数量的方法和装置。

背景技术

使用天线分集，以便改进发送的无线信号的接收(或传输)。存在有多种类型的分集，例如时间分集、空间分集、极化分集以及它们的组合。空间分集和极化分集降低了衰落的接收无线信号的影响。

天线分集系统包括安置在彼此相距一定距离上的或具有不同极化度的至少两个天线。在接收分集的情况下，在两个或更多个天线上接收到来自远方发射机的信号(RX信号)。在发射机分集的情况下，在该发射机所连接到的两个或更多个发射天线上发送发射信号(TX信号)。在下文中，将分集装置的天线称为分集天线。有可能通过将双工滤波器连接到天线来在该同一天线上进行发送和接收，双工滤波器把TX信号和RX信号相互分开。信号在馈线上被传送于天线与收发信机(TRX)之间。在现有技术的分集装置中，馈线和它相关的天线被称为分集分支或简单地称为分支。在本发明的上下文中，分集分支包括分集天线和在该天线上接收的信号所经过的设备。

在下文中，将讨论与接收有关的分集。来自分集天线的RX信号经受分集处理，以便获取增强的信号。分集处理例如可以是选择最强的天线信号，或把信号相加然后处理结果信号。

在分集天线装置上接收的每一个RF信号被连接到相应的安装在塔上的放大器(TMA)，经放大的信号从TMA在包含馈线的单独分集分支中被传送，馈线典型地是同轴电缆，其中，馈线连接到无线基站内的收发信机TRX。几个分支连接到一个TRX。可以为TRX提供用于解调和分集信号处理的分集接收机。

安装在塔上的单元有时被称为杆头放大器。应指出的是，这些单元不一定安装在塔内，而是可以安装在杆上、建筑物的墙壁上、建筑物顶上等等。对于分集天线也一样。因此本发明不局限于安装在塔内的放大器。安装在塔上的放大器(TMA)仅仅是一个名称，在该名称下的这类设备对本领域技术人员来说是已知的。

图1公开了一种现有技术的站点，该站点包括无线基站(RBS)1、在无线基站与TMA6-9之间延伸的馈线2-5。每一个TMA连接到相应的分集天线10-13。这些TMA都是一样的，因此在下文中只相对于TMA6进行介绍。天线10连接到双工滤波器14，双工滤波器14包括发射机部分(TX)15和接收机部分(RX)16。RF放大器17放大接收到的RX滤波信号，并将该信号供应给另一个双工滤波器18，双工滤波器18包括发射机部分(TX)19和接收机部分(RX)20。双工滤波器的功能是把TX信号与RX信号分开，并防止TX信号泄漏进接收链21内。分别在天线10、11、12和13上接收并分别在TMA 6、7、8和9内处理的信号分别沿着分集分支A、B、C和D前进。

无线基站1包括双工滤波器22-25和低噪声放大器26-29(LNA)，每一个TMA占用其中一个双工滤波器和一个低噪声滤波器。无线基站的中心是收发信机单元30，31(TRX1，TRX2)。取决于收发信机具有的能力以及设计用于无线基站的业务容量，可以只有一个TRX或者可以具有比示出的两个多得多的收发信机。

图1中示出的装置被称为具有4个馈线的4路分集。

在图2中，图示能通过RX滤波器22的频率范围的频谱，该范围是分配用于该业务的整个RX频段32。在其上接收到收发信机的RX信号并且从同一收发信机发送TX信号的无线信道被称为用户信道。由于图2中示出两个收发信机，因此有两个用户信道，每一个用小矩形示出。用户信道占用的频带被称为用户频段，并且用大括号33指示。在四个分支的每一个中存在相应的用户频段，并且在所有分支中用户频段是一样的(以kHZ为单位)。然而，馈线能够在包括整个RX频段32的、高达几GHZ的所有频率上传送信号。因此明显地，在每一个分支中的馈线被低效率地利用。

原则上一个TRX足够对四个RX信号进行分集处理并获得增强的RX信号。然而，无线基站被设计得用于操控很大的业务量，因此，也是为了安全原因，它包括许多TRX。每一个LNA的输出因为这个原因被连接到无线基站的所有收发信机，这由多个不同的箭头来表示，共同用34表示。

US 6,505 014公开了一种具有连接到多路耦合器的天线分集系统的基站，天线信号从该多路耦合器在单独的馈线中被馈送给相应的接收机。

现有技术的缺点是每一个分支都需要它自己的馈线。这样，具有许多天线的分集天线系统将需要与其具有的天线一样多的馈线。馈线是昂贵的。它们也很沉重。天线相对便宜。因此，从经济的观点看，包括许多分集天线的系统是被禁止的，尽管从接收质量的观点看它们将是有益的。

发明内容

本发明的一个目的是与现有技术相比减少馈线的数量，并提供相应的方法、设备、无线基站和系统。

按照本发明的一种用于减少在无线基站与接收机分集天线装置之间馈线数量的方法，其中该接收机分集天线装置包括至少两个空间上分离或具有不同极化度的天线，每一个天线适合于接收从同一发射机发送的射频RF信号，其中在每个空间上分离的天线上接收的每个RF信号频率相同并传输相同的信息，该方法的特征在于包括下列步骤：

通过与第一组对应数量的基准信号混频而将一个或多个接收到的天线信号变换为对应数量的不同频率信号，并

在单个馈线上将在所述接收机分集天线装置的所有天线上接收到的分集信号转发到基站，其中在所有天线上接收到的信号中的一个或多个信号已经被频率变换，以及

分集处理两个或多个转发的分集信号，以获得对应于发送的信号的单独的增强的接收到的信号。

按照本发明的一种接收机分集天线装置，包括：

至少两个空间上分离或具有不同极化度的分集天线，每一个分集天线适合于接收从同一发射机发送的射频RF信号，其中每个RF信号频率相同并传输相同的信息，

一个或多个变频器，每一个适合于通过将各自的天线信号与预定频率混频而将其变换为各自的不同频率信号；

组合器，其将在所有天线上接收到的信号进行组合以形成复合信号，该复合信号在单个馈线上被转发到无线基站，其中在所有天线上接收到的信号中的一个或多个信号已被频率变换；以及

分集处理器，用于分集处理一个或多个转发的分集信号，以获得对应于发送的信号的单独的增强的接收到的信号。

一种无线基站，包括按照本发明的接收机分集天线装置。

一种站点，包括无线基站(RBS)、经单个馈线耦合到至少一个安装在塔上的单元(TMA)并包括按照本发明的接收机分集天线装置。

本发明的特有的特性是：将在一个分集天线上接收到的RX信号移动/频率转变到未使用的频率上，并且将该频率转变的信号与还没有被频率转变的RX信号进行合并/组合，以及在单个馈线上将最后得到的复合信号转发到无线基站。

取决于在其中使用本发明的无线系统，“频率”和“信号频率”的意思可能是不同的。本发明的优选实现是蜂窝移动无线系统，诸如WCDMA、GSM、AMPS、NMT。WCDMA信号的带宽是5MHZ，GSM中是200kHZ，AMPS中是30kHZ，而NMT中是25kHZ。正是具有这些相应带宽的信号被频率转变到该频带中(该RBS)未使用的另一部分。在WCDMA中，5MHZ信号包括来自几个用户的话音和/或数据，在GSM系统中，200kHZ信号包括来自高达8个用户的话音和/或数据，在AMPS和NMT中，30kHZ信号和25kHZ信号包括来自一个用户的话音和/或数据。因此，实际上信号频率是频带。

附图说明

图1是现有技术4路分集系统的框图，

图2是图示图1中现有技术分集系统的频率示意图，

图3是根据本发明的4路分集系统的第一实施例的框图，

图4是图示本发明第一实施例的频率示意图，

图5是根据本发明的4路分集系统的第二实施例的框图，以及

图6是图示本发明第二实施例的频率示意图，

图7是本发明第三实施例的框图，

图8是图示本发明第三实施例的频率示意图，

图9是第一实施例的变体，

图10是与图9中变体相关的频率示意图，

图11是本发明第四实施例的框图，

图12是图示第四实施例的频率示意图，

图13是包括单独的变频器单元的第五实施例的框图，和

图14是与变频器单元相关的频率示意图。

具体实施方式

图3图示了本发明的一个实施例。与图1和图2中单元相似的那些单元具有同样的参考标记。一种新颖的安装在塔上的放大器35包括变频器36、37、38，每一个变频器连接到各自的天线11、12和13，以便通过将RF天线信号与各自的预定频率的基准信号f1、f2和f3混频，从而将接收到的RF天线信号的频率移动到各自的未使用的频率上。在天线10上接收到的信号在频率中不移动。基准信号可以是连续波信号(CW信号)、来自本地振荡器的信号、或任何等价物。

基准信号不占用频带。因此，以上给出的信号定义不适用于基准信号。变频器是一种作为输入端接收RX天线信号并将其与基准信号混频以便获得在中频(IF)上的频率转变信号的设备。每一个变频器的输出端连接到各自的带通滤波器IF1、IF2和IF3。在分集分支A内在天线10上接收的经放大的未转换的原始无线信号，以及在各个分支B、C和D内的每一个IF信号进入组合器39，在组合器39中，这些信号被组合成复合信号，该复合信号被传递到双工滤波器18内的带通滤波器RX2。该双工滤波器连接到馈线2。因此，在单个馈线上把包括各个分集分支A-D内信号的复合信号转发到无线基站1。

滤波器IF1防止来自变频器37和38的信号泄漏进分集分支B内。滤波器IF2和IF3具有相似的功能。

图4与图3相关，图4是图示在TMA和馈线中不同位置上信号的频谱。用户频段用33表示，三个中频用40、41和42表示。这次，该馈线被以图1和图2中所示现有技术装置所提供的效率的3倍来利用。

在所示的实施例中，将接收的无线信号上变频到用户频段33之上的IF频率。这些IF频率是相互不同的，即，在变频器输出端上的三个IF信号位于不同的IF频率上。

滤波器RX1所通过的频率范围用43表示。滤波器RX2所通过的频率范围被指明是整个RX频段。应指出的是，IF频率必须落在整个RX频段的未使用的部分内。在所示实施例中，上变频的IF信号应落在滤波器RX1所通过的频率范围43的右边。在频率范围43落在图4中更右边的情况下，如由虚线大括号44所表示的，则IF信号应落在该虚线大括号的左边，以便不干扰用户频段33。RX信号因此被下变频到低于用户频段33的IF。可能出现IF信号落在用户频段的任何一侧上的情况。

图3中的装置提供了具有1个馈线的4路分集。

在无线基站上，馈线所承载的信号经过双工滤波器22、低噪声放大器26，并进入收发信机30，在收发信机30内，这些信号被分离到4个RX链中。与分集分支B、C和D相关的信号被频率变换，在分集分支A-D的每一个中的信号经受分集处理。分集处理可以在分集接收机中进行。

图5中示出的装置与图3相似，但是这次安装在塔上的放大器45只包括一个变频器36。在组合器39中，分集分支A中的原始信号与分支B内的IF信号一起被组合成复合信号，该复合信号在单个馈线2上被转发到无线基站。该装置提供具有1个馈线的2路分集。在单个馈线2中的频谱在图6中示出。

在图7中示出了提供具有2个馈线的4路分集的装置。通过将图5中所示的装置加倍并使用两个TMA 45来实现该装置。来自两个TMA的馈线2、4连接到无线基站中各自的双工滤波器。如以上所表明的，原则上有可能只使用一个TRX，但是实际上无线基站包括几个收发信机。应当理解的是，两个馈线2、4承载相同的两用户频段33和相同的中频40-42。因此，图8中所示的频率示意图对于两个馈线来说是一样的。

在其中将直接的天线信号与IF信号合并以及在单个馈线上将最后得到的复合信号转发到无线基站的TMA实施例的优点是：不需要更改现有的无线基站，因为它们已经包括了变频器，其中，通过该变频器将与直接RF信号相加的IF信号转换为第二个IF频率。

通过实现根据本发明的该装置，在比现有技术数量减少的馈线上将分集信号转发到无线基站，其中，在现有技术中，存在和分集天线一样多的馈线，并且每一个分集信号在它自己的馈线上被转发。

图9图示了图3所示实施例的变体，其中所有的天线信号都被频率变换。使用了附加的变频器46，并且该变频器46被插入在天线10的分集分支A内。在该实施例中，将4个IF信号合并为复合信号，该复合信号在单个馈线2上被转发到无线基站。这在1条馈线上提供了4路分集。在该实施例中，虽然在附图中并未示出，但该无线基站只包括一个双工滤波器、一个低噪声放大器和一个收发信机。由于只使用一个收发信机，故在用户频段上只使用了一个用户信道，并且因此，在图10中的频率示意图中没有示出一对矩形。在该实施例中，滤波器RX1所通过的信号可以在某个GHZ(10⁹)等级上，并且馈线上的IF信号可以在某个MHZ(10⁷)等级上。基准频率f1-f4落在这两者之间的频率范围内。

图5和图7所示装置的变体是频率变换所有的分集天线信号，并使用了一个附加的变频器，其与图9的实施例中的变频器46相似。

在图11中，天线11、12和13上的RX信号在连接到滤波器IF1、IF2和IF3的第一变频器36、37、38中经受第一次频率转变(f1、f2、f3可以在相同频率上，但是如果那样的话，f5、f6、f7必须具有不同的频率)。然而天线10上的RX信号不在TMA中经受任何频率转变。图11实施例的一个特性是：通过把滤波器IF1、IF2和IF3输出端上的经频率转变的IF信号与第二组基准信号f5、f6和f7混频，从而使它们在变频器47、48、49中经受第二次频率转变，并在连接到变频器47-49的IF滤波器RX3、RX4和RX5中滤波结果信号。直接的、原始的天线信号经过双工滤波器14中的滤波器RX1、低噪声滤波器17和与双工滤波器14内的RX1相似的第二滤波器RX1，并在组合器39内与滤波器RX3-RX5输出端上的经两次频率变换的信号进行组合。所有分集分支内的复合信号在单个馈线2上被转发到无线基站。

基准信号f5-f7被选择得以致于滤波器RX3-RX5输出端上的信号落在图12中大括号50表示的频率上，该频率与大括号51表示的、经滤波的直接信号的频率相邻。该实施例允许使用具有陡峭特征和精确通带频率的SAW(表面声波)滤波器IF1-IF4。

图13图示了一个实施例，其包括连接在安装在塔上的放大器35和无线基站1之间的变频器单元52。该变频器单元与没有足够数量变频器的无线基站一起被使用来将分离开的信号频率变换为同一个频率，以使得为该分离开的信号的分集处理作准备。

在图13中，TMA 35与图9中示出的TMA相似，但是用于滤波器和基准频率的标记不同。包含不同IF频率上IF信号的复合信号在单个馈线2上被馈送到变频器单元52。

变频器单元52包括具有滤波器TX和滤波器54(RX2-5)的双工滤波器53。该双工滤波器连接到变频器55-58，其中，变频器55连接到双工滤波器59，变频器56-58连接到相应的滤波器60-62。双工滤波器59中的RX滤波器以及滤波器60-62都与TMA 35中的滤波器RX1相似。基准信号f5-f8被选择得以致于在变频器55-58输出端上最后得到的经频率变换的信号都是相同的频率。经滤波的已频率变换的信号出现在该变频器单元的输出端并适合于分集处理。

在图14中示出了出现在馈线和变频器单元52中的信号的频率示意图。馈线2中复合信号的频率示意图与图9中示出的频率示意图是相同的。要指出的是，该示意图中的RX1信号图示了来自该变频器单元的四个输出信号。

尽管在附图中并未示出，但是应当理解的是，未示出的降噪滤波器被插入在分集分支A中的低噪声放大器17之后，其中分集分支A是承载原始的、未频率转变的RX信号的分支。

在上面描述的许多本发明实施例中，倘若变频器输出端上的RX2-RX5滤波器防止它们各自的信号泄漏进相邻的分集分支内，则相应地可以省略滤波器RX2和RX2-5。

Claims

1.一种用于减少在无线基站与接收机分集天线装置之间馈线数量的方法，其中该接收机分集天线装置包括至少两个空间上分离或具有不同极化度的天线，每一个天线适合于接收从同一发射机发送的射频RF信号，其中在每个空间上分离的天线上接收的每个RF信号频率相同并传输相同的信息，该方法的特征在于包括下列步骤：

2.根据权利要求1的方法，其中分集天线装置包括至少两个天线，所述方法包括下列步骤：

变换除了一个之外的所有接收到的天线信号，并

在单个馈线上将该未变换的天线信号连同所有频率变换的信号一起转发到无线基站，从而提供具有单个馈线的至少两路分集。

3.根据权利要求1的方法，其中分集天线装置包括至少两个天线，所述方法包括下列步骤：变换所有接收到的天线信号，并在单个馈线上将它们转发到无线基站，从而提供具有单个馈线的至少两路分集。

4.根据权利要求1的方法，还包括：通过将所述频率变换的信号与第二组基准信号混频而将它们变换到其他频率，以便获得另外一组频率变换的信号，该另外一组频率变换的信号在单个馈线上被转发到基站。

5.根据权利要求1的方法，其中分集天线装置包括第一天线和第二天线，所述方法包括下列步骤：

将第二天线上的天线信号变换为中频IF信号，并

在单个馈线上将该IF信号连同第一天线上未变换的天线信号一起转发到无线基站，从而提供具有单个馈线的2路分集。

6.根据权利要求1的方法，其中存在两个分集天线装置，一个包括第一天线和第二天线，另一个包括第三天线和第四天线，所述方法包括下列步骤：

将来自第二和第四天线的RF信号变换为都是相同中频的第一和第二中频IF信号，

在第一馈线上将第一天线上未变换的天线信号连同第一IF信号一起转发到基站，并

在第二馈线上将第三天线上未变换的天线信号连同第二IF信号一起转发到基站，从而通过提供具有两个馈线的4路分集。

7.根据权利要求1的方法，还包括下列步骤：

在无线基站上通过将所述频率变换的信号与一组基准信号混频而将它们变换为都在相同中频上的其他频率变换的信号，并

使在共同中频上的经两次频率变换的信号经受所述分集信号处理。

8.一种接收机分集天线装置，包括：

9.根据权利要求8的接收机分集天线装置，其中来自分集天线的信号沿着分集分支前进，该接收机分集天线装置还包括在除了一个分集分支之外的每一个分集分支中提供变频器。

10.根据权利要求8的接收机分集天线装置，其中来自分集天线的信号沿着分集分支前进，该接收机分集天线装置还包括在每一个分集分支中提供变频器。

11.根据权利要求8的接收机分集天线装置，其特征在于：第二组变频器，其适合于将频率变换的信号转换为另一组频率变换的信号，以在单个馈线上传送到无线基站。

12.根据权利要求8的接收机分集天线装置，其中存在两个分集天线，其中一个连接到第一双工滤波器，以使得为接收和发送作准备，该接收机分集天线装置还包括：

单个变频器，其将来自第二天线的天线信号转换到中频以形成IF信号；

其中所述组合器配置成将来自第一天线的原始RX信号与该IF信号组合成复合信号；以及所述单个馈线配置成将复合信号转发到基站，从而提供具有单个馈线的2路分集。

13.根据权利要求8的接收机分集天线装置，其特征在于：

加倍的分集天线装置，以便提供包括四个天线和两个馈线的复合分集天线装置，每个天线装置包括各自的单个馈线，从而提供具有两个馈线的4路分集。

14.一种无线基站，包括按照权利要求8的接收机分集天线装置。

15.一种站点，包括无线基站(RBS)、经单个馈线耦合到至少一个安装在塔上的单元(TMA)并包括按照权利要求8的接收机分集天线装置。