CN201323660Y - 一种电调天线的射频拉远设备及集成该射频拉远设备的电调天线 - Google Patents

一种电调天线的射频拉远设备及集成该射频拉远设备的电调天线 Download PDF

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Abstract

一种电调天线的射频拉远设备，其特征在于：包括物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块，下行信号依次通过物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块，上行信号依次通过收发模块、可控移相器、合成/分配网络、变频电路、A/D及D/A转换电路、中频处理电路和物理接口电路。它结构紧凑，安装更简洁，低功耗、高性能。一种集成射频拉远设备的电调天线，包括射频拉远设备RRU和天线部件，其特征在于：将射频拉远设备RRU全部或部分功能集成到电调天线里面。它集成了全部或部分RRU功能，使整体性能更优越、安装更简便。

Description

一种电调天线的射频拉远设备及集成该射频拉远设备的电调天线
(一)技术领域：
本实用新型涉及一种电调天线的射频拉远设备及集成该射频拉远设备的电调天线。
(二)背景技术：
现有移动通信系统中的无线接入网前端由基站设备和天线馈电部件组成，基站设备一般安装在室内，天线安装在塔顶，见图1所示，它们之间由一段较长的射频同轴电缆连接。同时，在网络运营中为了改善网络通信质量，需要方便地对基站的覆盖范围进行调整，故大量采用电调天线。电调天线的原理是通过控制一个驱动电机，带动移相器移动改变各路信号的相位，故需要一套传动机构及相应的控制设备。上述的传统工作模式存在以下不足：首先，随着新一代移动通信系统采用了较高的频率，射频电缆的损耗将变得很大，而且电缆的成本高，安装困难；第二，随着移动通信网络的不断发展，基站数目密度将逐步增大，基站的选址也将面临较大困难，安装点不但需要适合天线安装的室外环境，还需要有适应室内设备安装的场所，而且天线与室内设备间不能相隔太远；最后，实现电调功能的传动、驱动以及相应的控制装置成本高，可靠性低。
射频拉远技术的出现在一定程度上能较好地解决上述不足，射频拉远技术将基站分为基带共享单元BBU和射频拉远设备RRU两部分，之间通过光纤连接，BBU安装在室内，RRU安装在靠近天线端位置，见图2、图3所示。RRU包括物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路和射频收发模块，物理接口电路通过光纤与基带共享单元BBU连接，射频收发模块通过射频电缆与电调天线连接。电调天线一般独立地安装在建筑物顶部或铁塔，电调天线包含阵元、馈电网络、移相器及其传动结构，移相传动结构由电机及控制链路控制。上述采用射频拉远设备的技术方案并没有根本改变传统基站的工作模式，主要体现在：1)它仍需要大功率的低效率发射功放，故功耗大，成本高，而且在室外工作可靠性低；2)仍需要额外控制电调天线的电机以及相关的复杂的控制部件，故同样存在成本高，可靠性低的不足；3)RRU与天线间仍需要射频电缆连接，存在较大的损耗，而且电缆的成本高，安装困难。4)上行信号由天线阵元接收后，经过馈电及移相网络后，再通过射频电缆馈到RRU的收发模块，信号损耗较大，降低了系统的接收灵敏度。
(三)实用新型内容：
本实用新型的目的是提供了一种结构紧凑，安装更简洁，低功耗的高性能的与电调天线集成的射频拉远设备。
本实用新型的另一目的是提供了一种集成射频拉远设备的电调天线，它的集成了全部或部分RRU功能，使整体性能更优越、安装更简便。
本实用新型与电调天线集成的射频拉远设备是通过以下的技术方案实现的：
一种电调天线的射频拉远设备，包括物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块，下行信号依次通过物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块，上行信号依次通过收发模块、可控移相器、合成/分配网络、变频电路、A/D及D/A转换电路、中频处理电路和物理接口电路。
一种电调天线的射频拉远设备，其特征在于：包括物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、收发模块和可控移相器，下行信号依次通过物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、收发模块和可控移相器，上行信号依次通过可控移相器、收发模块、合成/分配网络、变频电路、A/D及D/A转换电路、中频处理电路和物理接口电路。
本实用新型的电调天线的射频拉远设备与现有技术相比，其优点在于：一)每路收发模块中使用小功率功放，代替了原收发模块设计的大功率功放，可显著提高功放效率，降低功耗及硬件成本；第二，由于整体设计降低了功率容量要求，故可采用电可控移相器，并紧邻收发模块，省却了传统的驱动马达及相应的控制装置；三)省却了基站天线与基站设备间造价高、安装困难的粗同轴电缆，给基站的施工、选址等带来很大便利，降低了成本，结构紧凑，并提高了接收灵敏度。四)调节下倾角所需要的可控移相器分别放在相应的接收发射的射频通路，通过信号通路的控制指令实现对可控移相器控制，继而对各阵元的相位控制，方便地实现下倾角的电可调。
上述所述物理接口电路与基站的基带共享单元BBU通过光纤连接，收发模块直接与基站天线的阵元连接，将射频信号的损耗减少到最低，提升信号质量。
上述所述物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块是集成在一个壳体里面，形成一体的RRU设备，结构紧凑，体积小，安装方便。
上述所述的收发模块包括低噪声放大器，低噪声放大器紧接天线阵元后进行上行信号的放大，从而降低系统噪声系数，提高上行链路性能。
上述所述的收发模块包括双工滤波器与功率放大器，将下行发射信号在连接每个或每组天线阵元的双工滤波器前进行放大，可以降低显著每个功放的输出功率，从而提高功放效率以及降低功放模块的成本。
上述所述的合成/分配网络连接多路的可控移相器和收发模块组合单元，每路可控移相器和收发模块直接与一个或一组天线阵元连接。收发模块中使用小功率功放，可显著提供功放效率，降低功耗及硬件成本。
本实用新型的集成射频拉远设备的电调天线是通过以下的技术方案实现的：
一种集成射频拉远设备的电调天线，包括射频拉远设备RRU和天线部件，射频拉远设备RRU直接安装在天线里面，使天线功能更加完善，安装使用方便，结构更加紧凑。
上述所述的射频拉远设备RRU包括物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块，上行信号依次通过物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块，下行信号依次通过收发模块、可控移相器、合成/分配网络、变频电路、A/D及D/A转换电路、中频处理电路和物理接口电路，收发模块直接与基站天线的阵元连接。其优点在于：一)多路收发模块中使用小功率功放代替了原收发模块设计的大功率功放，可显著提供功放效率，降低功耗及硬件成本；第二，由于整体设计降低了功率容量要求，故可采用电可控移相器，省却了传统的驱动马达及相应的控制装置；三)省却了基站天线与基站设备间造价高、安装困难的粗同轴电缆，给基站的施工、选址等带领很大便利，降低了成本，结构紧凑，并提高了接收灵敏度。
上述所述的天线的壳体上留有物理接口电路的接头，以便物理接口电路与基带共享单元BBU通过光纤连接，安装简便。
上述所述的物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块是集成在一个壳体里面，形成一体的RRU设备。体积小，结构紧凑，安装方便。
上述所述的收发模块包括有低噪声放大器，利用低噪声放大器紧接天线阵元后进行上行信号的低噪声放大出来，从而降低系统噪声系数，提高上行链路性能。
上述所述的收发模块包括双工滤波器和功率放大器，将下行发射信号在连接一个或一组天线阵元的双工滤波器前进行放大，可以降低显著每个功放的输出功率，从而提高功放效率以及降低功放模块的成本。
上述所述的合成/分配网络连接多路的可控移相器和收发模块组合单元，每路可控移相器和收发模块的组合直接与一个或一组天线阵元连接。收发模块中使用小功率功放，可显著提供功放效率，降低功耗及硬件成本。
(四)附图说明：
下面结合附图对本实用新型作详细的说明：
图1是传统通信系统中基站设备和天馈部件组合方案的安装示意图；
图2是现有的通信系统中采用射频拉远技术方案的安装示意图；
图3是图2对应的电路方框图；
图4是本实用新型的射频拉远设备的第一实施方案的电路方框图；
图5是本实用新型的收发模块的结构示意图；
图6是本实用新型的射频拉远设备的第二实施方案的电路方框图。
(五)具体实施方式：
实施例1：如图3、图4、图5所示，本实用新型电调天线的射频拉远设备RRU包括物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块，下行信号依次通过物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块，上行信号依次通过收发模块、可控移相器、合成/分配网络、变频电路、A/D及D/A转换电路、中频处理电路和物理接口电路。物理接口电路与基站的基带共享单元BBU通过光纤连接，收发模块直接与天线阵元连接。合成/分配网络连接多路的可控移相器和收发模块组合单元，每路可控移相器和收发模块的组合独立地与一个或一组天线阵元连接。收发模块包括有低噪声放大器，利用低噪声放大器紧接天线阵元后进行上行信号的低噪声放大出来，从而降低系统噪声系数，提高上行链路性能。收发模块包括双工滤波器和功率放大器，将下行发射信号在每个或每组天线阵元的双工滤波器前进行功率放大，可以显著降低每个功放的输出功率，从而提高功放效率以及降低功放模块的成本。物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块是集成在一个壳体里面，形成一体的RRU设备，体积小，结构紧凑，安装方便。本实用新型的一种集成射频拉远设备的电调天线，包括射频拉远设备RRU和天线部件，射频拉远设备RRU直接安装在天线里面。天线的壳体上留有物理接口电路的接头，以便物理接口电路与基带共享单元BBU通过光纤连接。
调节下倾角所需要的可控移相器分别放在相应的接收发射的射频通路上，通过信号通路的控制指令实现对可控移相器控制，继而对各阵元的相位控制，进而实现下倾角的电可调。对于上行通道，信号通过多路独立的由收发模块与可控移相器组成的接收射频通道，在变频电路作下变频前的合成/分配网络里面合为一路射频信号，再进行后续的的下变频及A/D转换，从而省却后续链路的通道数。对于下行通道，一路中频信号经过变频电路上变频为射频信号后，通过合成/分配网络分为多路独立的射频信号，并通过独立的收发模块及双工滤波器馈到相应的天线阵元。
本实用新型提供一种电调天线的射频拉远设备，可以省去射频电缆、省去大功率功放、省去电机、复杂的控制设备及传动机构。基站室内基带共享单元BBU通过光纤与接口电路相连，输入/输出都是数字I/Q信号；本设备采用分布式收发模块设计，将每个或每组天线阵元与一路收发模块相连，多路收发模块里面小功率功放代替了传统的大功率放大器；在收发链路中接入电可控移相器，通过电信号，例如可调用一组提前预置的相位数据控制每一路的相位，从而实现下倾角的电可调。
在下行方向：来自基站室内基带共享单元BBU的I/Q数据经过接口电路进行数据格式转换及中频处理电路处理，再经A/D及D/A转换电路转换为中频模拟信号，再经变频电路上变频为射频信号，射频信号在合成/分配网络作用下分成多路，每路信号经过可控移相器改变相位，由收发模块里面的小功率放大器放大到系统需要的功率电平，经天线阵元辐射出去。最终的辐射方向的下倾角将由可控移相器改变。
在上行方向：每个天线阵元接收的射频信号经收发模块里面的低噪声放大器，再将移相参数设定为与上行同步的可控移相器，在合成/分配网络合成为一路，此射频信号再经变频电路下变频为中频模拟信号，再经A/D及D/A转换电路转换为中频数字信号，再经中频处理电路及接口电路进行数据格式转换为I/Q信号。经光纤传输到基站室内基带共享单元BBU。
本实用新型还包括时钟电路和电源电路以及其他辅助性电路，都已有成熟的技术实现，这里不再叙述。
实施例2：如图6所示，与实施例1相比，实施例2中可控移相器与收发模块位置对调，此时收发通道可共用一个移相器，不但省却硬件成本，而且无需上、下行射频通道的可控移相器的同步控制。但相对实施例1，同时存在以下不足：
1、对上行链路，由于可控移相器是位于低噪声放大器之前，相对实施例1，会稍降低上行的接收灵敏度；
2、对下行链路，由于可控移相器位于功率放大器之后，故加大了可控移相器的功率容量要求，给可控移相器的选型带来一定限制。
实施例2其余部分的设计同实施例1，这里不再赘述。

Claims (14)

1.一种电调天线的射频拉远设备，其特征在于：包括物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块，下行信号依次通过物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块，上行信号依次通过收发模块、可控移相器、合成/分配网络、变频电路、A/D及D/A转换电路、中频处理电路和物理接口电路。
2.根据权利要求1所述的一种电调天线的射频拉远设备，其特征在于：物理接口电路与基站的基带共享单元BBU通过光纤连接，收发模块直接与基站天线阵元连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种电调天线的射频拉远设备，其特征在于：控制电调天线下倾角的可控移相器紧邻射频收发模块，合成/分配网络连接多路的可控移相器和收发模块组合单元，每路可控的移相器和收发模块的组合单元单独与一个或一组天线阵元连接。
4.根据权利要求3所述的一种电调天线的射频拉远设备，其特征在于：收发模块包括有低噪声放大器，利用低噪声放大器紧接天线阵元后进行上行信号的低噪声放大出来，从而降低系统噪声系数，提高上行链路性能。
5.根据权利要求4所述的一种电调天线的射频拉远设备，其特征在于：收发模块包括双工滤波器与功率放大器，将下行发射信号在连接每个或每组天线阵元的双工滤波器前进行放大，可以降低显著每个功放的输出功率，从而提高功放效率以及降低功放模块的成本。
6.根据权利要求1所述的一种电调天线的射频拉远设备，其特征在于：物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块是集成在一个壳体里面，形成一体的RRU设备。
7.一种电调天线的射频拉远设备，其特征在于：包括物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、收发模块和可控移相器，下行信号依次通过物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、收发模块和可控移相器，上行信号依次通过可控移相器、收发模块、合成/分配网络、变频电路、A/D及D/A转换电路、中频处理电路和物理接口电路。
8、一种集成射频拉远设备的电调天线，包括射频拉远设备RRU和天线部件，其特征在于：将射频拉远设备RRU全部或部分功能集成到电调天线里面。
9、根据权利要求8所述的一种集成射频拉远设备的电调天线，其特征在于：所述的射频拉远设备RRU包括物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块，下行信号依次通过物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块，上行信号依次通过收发模块、可控移相器、合成/分配网络、变频电路、A/D及D/A转换电路、中频处理电路和物理接口电路，收发模块直接与天线阵元连接。
10、根据权利要求9所述的一种集成射频拉远设备的电调天线，其特征在于：天线的壳体上留有物理接口电路的接头，以便物理接口电路与基带共享单元BBU通过光纤连接。
11、根据权利要求9或10所述的一种集成射频拉远设备的电调天线，其特征在于：物理接口电路、中频处理电路、A/D及D/A转换电路、变频电路、合成/分配网络、可控移相器和收发模块是集成在一个壳体里面，形成与天线一体的RRU设备。
12、根据权利要求11所述的一种集成射频拉远设备的电调天线，其特征在于：所述的收发模块包括有低噪声放大器，利用低噪声放大器紧接天线后进行上行信号的低噪声放大出来，从而降低系统噪声系数，提高上行链路性能。
13、根据权利要求12所述的一种集成射频拉远设备的电调天线，其特征在于：收发模块包括双工滤波器，将下行发射信号在每个或每组天线阵元的双工滤波器前设置信号放大器进行放大，可以降低显著每个功放的输出功率，从而提高功放效率以及降低功放模块的成本。
14、根据权利要求12所述的一种集成射频拉远设备的电调天线，其特征在于：控制电调天线下倾角的可控移相器紧邻射频收发模块，合成/分配网络连接多路的可控移相器和收发模块组合单元，每路可控移相器和收发模块单元单独与一个或一组天线阵元连接。
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