DE10342746A1

DE10342746A1 - Aktive Antennengruppe und System zur Strahlenbündelung

Info

Publication number: DE10342746A1
Application number: DE10342746A
Authority: DE
Inventors: Russell Richardson Hoppenstein
Original assignee: Andrew AG; Andrew LLC
Current assignee: Commscope Technologies AG; Commscope Technologies LLC
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2004-04-08
Also published as: GB0600515D0; GB2422961A; CN1503587A; GB2393580B; US7280848B2; GB0321886D0; GB2422961B; US20040204109A1; GB2393580A

Abstract

Eine aktive Antennengruppe wird zur Stahlenbündelung in einem Antennensystem verwendet. Die Antennengruppe schließt zu jedem Antennenelement gekoppelte Mehrbandleistungsverstärker ein, wobei die Ausgänge der Mehrbandleistungsverstärker linearisiert werden. Die Antennengruppe kommuniziert im digitalen Basisband mit der Basisstationssteuereinheit, die sich an der Basis des zellularen Sendeturmes befindet. Glasfaserübertragungsleitungen verbinden die Antennengruppe mit der Basisstationssteuereinheit. Lineare Mehrbandleistungsverstärker können mit den Antennenelementen gekoppelt werden, um die Ausgänge der Antennenelemente zu linearisieren. Im anderen Falle wird bei der Benutzung von Mehrbandleistungsverstärkern ein Vorverzerrungsstromkreis mit den Antennenelementen gekoppelt, um die Ausgänge der Antennenelemente zu linearisieren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Antennen und Antennensysteme, die bei der Bereitstellung von drahtlosen Dienstleistungen benutzt werden, und besonders eine anpassbare Antennengruppe, die zur Bereitstellung drahtloser Kommunikationsdienstleistungen auf einem Sendeturm oder einer anderen Unterstützungsstruktur angebracht werden kann.
Hintergrund der Erfindung
Drahtlose Kommunikationssysteme werden allgemein verwendet, um Sprach- und Datenkommunikation zwischen Objekten und Kundenanlagen zur Verfügung zu stellen, wie zwischen zwei beweglichen Stationen oder Einheiten oder zwischen einer beweglichen Station und einem Festnetztelefonanwender. Wie in 1 veranschaulicht, schließt ein typisches Kommunikationssystem 10 nach dem heutigen Stand der Technik eine oder mehrere beweglichen Einheiten 12, eine oder mehrere Stationen 14 und ein Telefonvermittlungsamt 16 ein. Bei der Bereitstellung von drahtlosen Diensten, innerhalb eines zellularen Netzes, werden einzelne geographische Gebiete oder "Zellen" durch eine oder mehrere Basisstationen 14 bedient. Eine typische Basisstation 14, wie in 1 veranschaulicht, schließt eine Steuereinheit der Basisstation 18 und einen Antennenmast mit ein (nicht gezeigt). Die Steuereinheit 18 umfasst die Elektronik der Basisstation und wird üblicherweise innerhalb einer geschützten Umgebung an der Basis oder nahe der Basis des Sendeturmes angebracht. Die Steuereinheit 18 wird über Festnetzleitungen mit dem Vermittlungsamt verbunden oder im anderen Falle könnten die Signale übertragen oder durch Mikrowellen Backhaul-Antennen gesendet werden. Ein typisches zellulares Netz kann Hunderte von den Basisstationen 14, Tausende von beweglichen Einheiten oder Einheiten 12 und ein oder mehrere Vermittlungsämter 16 umfassen.
Das Vermittlungsamt 16 ist das zentrale Verteilungselement des gesamten zellularen Netres. Es schließt gewöhnlich einen zellularen Prozessor und einen zellularen Schalter mit ein und stellt auch die Schnittstelle zum allgemeinen Schalttelefonnetz (PTSN) zur Verfügung. Durch das zellulare Netz kann eine Funknachrichtenverbindung in beiden Richtungen zwischen Anwendern des zellularen Netzes hergestellt werden.
Eine oder mehrere passive Antennen 20 werden auf der Turmspitze 22 des Sendeturmes befestigt und über die Turmspitze 22 ausgerichtet, um die gewünschten Antennenstrahlsektoren für die Zellen zur Verfügung zu stellen. Eine Basisstation wird typischerweise drei oder mehrere RF-Antennen haben und eine oder mehrere Backhaul-Antennen sind jedem Anbieter drahtloser Dienste zugeordnet, der die Basisstation nutzt. Die Basisstationssteuereinheit 18 wird mit den passiven RF-Antennen 20 durch vielfache RF-Koaxialkabel 24 verbunden, welche sich bis auf den Sendeturm hinauf ausdehnen und die die Übertragungsleitungen für die RF-Signalkommunikation zwischen den passiven RF-Antennen 20 und der Steuereinheit 18 während der Übertragung von ("down-link") und ("up-link") Perioden bereitstellen.
Die typische Basisstation 14 ist nach bekanntem Stand der Technik in 1 zu sehen und erfordert eine Verstärkung des RF-Signales, wenn es von der RF-Antenne 20 versendet wird. Für diesen Zweck, ist es üblich gewesen, einen großen linearen Leistungsverstärker (nicht gezeigt) innerhalb der Steuereinheit 18 an der Basis vom Sendeturm oder einer anderen Unterstützungsstruktur zu verwenden. Der lineare Leistungsverstärker muss in Stromkreise mit hoher Stromstärke kaskadiert werden, um die gewünschte Linearität bei der höheren Ausgangsleistung zu erreichen. Typischerweise müssen zusätzlich hohe Leistungsübersetzer für solche Hochleistungssysteme oder Verstärker an den Antennen 20 verwendet werden, die der passiven Antennenbauform Kosten und Komplexität hinzufügen. Die Stromverluste in den RF-Koaxialkabeln 24 und die Stromspaltung an der Turmspitze 22 können eine Zunahme der Stromverstärkung erfordern, um die erwünschte Leistungsabgabe an den passiven Antennen 20 zu erreichen, wodurch sich die Betriebsleistungsfähigkeit der Basisstation 14 überall reduziert. Es ist nicht ungewöhnlich, dass fast die Hälfte der RF-Energie, die zu den passiven Antennen 20 geliefert wird, durch das Kabel und durch die Stromspaltungsverluste verloren geht.
Die sich bis auf den Sendeturm hinauf ausdehnenden RF-Kabel 24 bereiten ebenso strukturelle Bedenken. Die Kabel 24 fügen dem Turm Gewicht hinzu, das getragen werden muss, besonders wenn sie mit Eis umhüllt werden, wodurch eine Turmstruktur von hinreichender Größe und Stärke benötigt wird. Zudem können die RF-Kabel 24 der Turmstruktur Windlast-Probleme, besonders bei hohen Winden, mit sich bringen.
Typische Basisstationen haben auch Antennen, die nicht besonders anpassungsfähig sind. Das heißt, im Allgemeinen werden die Antennen einen Antennenstrahl zur Verfügung stellen, der einem vorbestimmten Strahl mit Breite, Azimuth und Höhe entspricht. In letzter Zeit wurde es vom Standpunkt eines Anbieters drahtloser Dienste wünschenswerter, eine Anpassungsfähigkeit in Bezug auf die Form und Richtung des Antennenstrahles von der Basisstation zu erreichen.
Folglich gibt es einen Bedarf für eine Basisstation und nach Antennen in einem drahtlosen Übertragungssystem, die weniger anfällig für Kabelverluste und für Stromspaltungsverluste zwischen der Steuereinheit und den Antennen sind.
Deshalb gibt es auch weiter einen Bedarf für eine Basisstation und mit ihr verbundenen Antennen, die effizient arbeiten, während sie innerhalb einer Übertragungsperiode einen linearisierten Ausgang erzeugen.

Es ist folglich wünschenswert, Antennen zur Verfügung zu stellen, die solche Fragen berücksichtigen und die für gebündelte Strahlen von einer besonderen Form und Richtung benutzt werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die begleitenden Zeichnungen, die eingearbeitet sind und die einen Teil dieser Spezifikation darstellen, veranschaulichen Ausführungen der Erfindung, und zusammen mit einer allgemeinen Beschreibung der Erfindung, die oben gegeben wird, und der detaillierten Beschreibung der Ausführungen, die unten gegeben wird, dienen sie dazu die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die grundlegenden Bestandteile eines zellularen Kommunikationssystems gemäß dem jetzigen Stand der Technik veranschaulicht.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die grundlegenden Bestandteile des zellularen Kommunikationssystems gemäß den Grundregeln der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Antennensystems für die Verwendung im zellularen Kommunikationssystem von 2 das mit einem Aspekt gemäß der vorliegenden Erfindung übereinstimmt.
4 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Antennensystems für die Verwendung im zellularen Kommunikationssystem von 2, das mit einem anderen Aspekt gemäß der vorliegenden Erfindung übereinstimmt.
5 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Antennensystems für die Verwendung im zellularen Kommunikationssystem von 2, das mit noch einem anderen, weiteren Aspekt gemäß der vorliegenden Erfindung übereinstimmt.
6A ist ein schematisches Blockdiagramm eines Vorverzerrungsstromkreises, gemäß den Grundregeln der vorliegenden Erfindung, das mit der Verwendung des Antennensystems von 5 überein stimmt.
6B ist ein schematisches Blockdiagramm eines Stromkreises für Intermodulationserzeugung zur Verwendung im Vorverzerrungsstromkreis der 6A.
7 ist ein schematisches Diagramm einer planaren Antennengruppe, die mit den Grundregeln gemäß der vorliegenden Erfindung übereinstimmt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführung
In Bezugnahme auf die Figuren und im Besonderen auf 2, in der auf ein drahtloses Kommunikationssystem 30 in Übereinstimmumg mit den Grundregeln der vorliegenden Erfindung dargestellt wird, werden mit Ziffern bezeichnete Teile des zellularen Kommunikationssystems 10 von 1 gezeigt.
Wie unten weiter detailliert beschrieben wird, ist ein drahtloses Kommunikationssystem 30 ein digitales anpassungsfähiges Antennensystem mit Strahlenbündelung, das eine mehrfache M x N große aktive Antennengruppe 32 umfasst, die auf einen Antennenturm, insbesondere auf die Turmspitze 22 befestigt wird, und über diese Turmspitze 22 ausgerichtet wird, um die gewünschten Antennenstrahlsektoren für eine definierte Zelle zur Verfügung zu stellen.
Wie in 7 gezeigt wird, umfasst jede aktive Antennengruppe 32 eine Gruppe von Antennenelementen 34, welche im Allgemeinen in einem gewünschten Muster, wie einer Anzahl N vertikaler Spalten oder Untergruppen 36 (gekennzeichnet 1-N) mit M Antennenelementen 34 je Spalte (gekennzeichnet 1-M) angeordnet werden. Die M x N große Gruppe 32 von Antennenelementen 34 kann durch geeignete Techniken gebildet werden, in dem man Leistenanschlusselemente oder Direktkorrekturelemente auf einem geeigneten Substrat und einer Grundrissebene zum Beispiel, zur Verfügung stellt. Selbstverständlich sind außerdem andere Konfigurationen der Gruppe 32 möglich, ohne vom Geist oder Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Gruppe von Antennenelementen 34 ist in der Lage vielfache und in dividuelle Antennenstrahlen für Signale in einem oder mehreren, Information übertragenden Frequenzbändern zu definieren, wie es weiter unten besprochen wird.
Durch Nutzung der Gruppe von Antennenelementen 34 können ein Antennenstrahl oder vorzugsweise eine Anzahl von Antennenstrahlen nach gewünschter Form und Richtung verändert werden. Strahlenbündelung durch eine Antennengruppe ist eine bekannte Technik. Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind der Antennenstrahl oder die von der aktiven Antennengruppe 32 gebildeten Antennenstrahlen für eine gewünschte Form, Höhe und Azimuth digital anpassbar. Die Antennengruppe 32 wird vorzugsweise so betrieben, wie es zur anpassbaren und selektiven Steuerung des Antennenstrahles für die Zelle erwünscht ist. Die einzelne Beeinflussung der Signale zu jedem Antennenelement 34 erlaubt eine Antennenstrahlsteuerung in beiden Richtungen, sowohl in Azimuthrichtung als auch in Höherichtung. Im anderen Falle, kann die Antennenstrahlsteuerung in Azimuthrichtung wünschenswerter sein als in Höhenrichtung. Aus diesem Grunde werden einzelne Signale zu den vertikalen Spalten oder Untergruppen 36 (gekennzeichnet 1-N) beeinflusst um die Azimuth-Steuerung zu ermöglichen. Das bedeutet, das die einzelnen Spalten beeinflusst werden, um Antennenstrahlen zu erzeugen, die in Azimuthrichtung gesteuert werden können, während im Allgemeinen eine feste Höheneinstellung vorgegeben wird.
In Bezug zur 2 wird eine Basisstationssteuereinheit 38 von der Basisstation 40 an oder nahe der Basis des Antennenturmes angebracht (nicht gezeigt), und diese Basisstation ist in der Lage, Signale im digitalem Basisbandbereich von und zu jeder ebenen Antennengruppe 32 zu übertragen. Die Basisstationssteuereinheit 38 wird für Übertragungen von digitalen Basisbandsignalen mit jeder ebenen Antennengruppe 32 in beiden Richtungen mit einer oder mehreren Übertragungsleitungen 42, die als Glasfaserkabel ausgeführt sind, verbunden. Die Glasfaserkabel 42 der vorliegenden Erfindung dehnen sich bis auf den Sendeturm hinauf aus und ersetzen die nach dem Stand der Technik großen koaxialen RF-Kabel 24 (1). Sie reduzieren Kosten, Gewicht und die von den früheren RF-Kabel bekannten Windlastprobleme bedeutend.
In 3 wird eine aktive Antennengruppe 50 gemäß der Ausführung der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Wie oben ausführlich beschrieben wurde, können die Antennenelemente 34 im Allgemeinen in einem Muster, einschließlich einer Anzahl von N-vertikalen Spalten oder Untergruppen 36 (bezeichnet 1-N ) von M-Antennenelementen 34 pro Spalte (bezeichnet 1-M) angeordnet werden. Von jeder Spalte oder Untergruppe 36 wird jedes Antennenelement 34 mit einem M-Weg-Leistungsübersetzer 52 gekoppelt. In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein linearer Mehrbandleistungsverstärker (LPA) 54 mit einem Eingang jeder vertikalen Spalte 36 operativ verbunden, um mit den Antennenelementen 34 der jeweiligen Spalte operativ zu koppeln. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die Antennenelemente 34 übliche Antennenelemente, die beides ausführen, Sende- und Empfangsfunktionen. Mit der Antenne 50 werden alle Antennenelemente 34 gleichzeitig konfiguriert um: Funksignale zu den mobilen Stationen oder Einheiten 12 zu senden (als "downlinking" verwiesen) und Funksignale von den mobilen Stationen oder Einheiten 12 zu empfangen (als "up-linking" verwiesen). Eine Antennen-Sende-Empfangsweiche 56 ist operativ mit dem Eingang jeder vertikalen Spalte 36 gekoppelt, um die gleichzeitige Sende- und Empfangsfunktionalität für jene Spaltengruppe zu erleichtern.
Die linearen Mehrbandleistungsverstärker (LPA) 54 werden in der aktiven Antennengruppe 50 zur Verfügung gestellt und beseitigen die hohe Verstärkungsenergie, die in zellularen Basisstationen nach dem Stand der Technik, einen großen Leistungsverstärker erforderlich machen, der an der Basis des Sendeturmes angebracht ist. Durch die Verschiebung der Sendewegverstärkung in die Antennengruppe 50 an die Sendeturmspitze 22, werden die bedeutenden Kabelverluste und Spaltungsverluste, die nach dem Stand der Technik in Verbindung mit den passiven Antennensystemen zu bringen sind, reduziert. Die linearen Mehrbandleistungsverstärker (LPA) 54 der vorliegenden Erfindung unterstützen vielfache Trägerfrequenzen und stellen ei nen linearisierten Ausgang zu der erwünschten ausgestrahlten Energie bereit, ohne charakteristische Wachstumsspezifikationen zu überschreiten. Jeder linearer Mehrbandleistungsverstärker (LPA) 54 kann Störgrößenaufschaltung, Rückkopplung oder andere geeignete Linearisierungsschaltungen entweder als einen Teil von dem linearen Mehrbandleistungsverstärker (LPA) 54 beinhalten oder von außerhalb erhalten und somit Intermodulationsstörungen an den Ausgängen der Antennenelemente 34 reduzieren oder beseitigen. Integrierte lineare Leistungsverstärker 34 am Eingang zu jeder vertikalen Spalte 36 verringern die über den Sendeturm hinauf entstehenden Signalverluste und verbessern deshalb die Leistungsfähigkeit des Antennensystems gegenüber von passiven Antennensystemen nach dem Stand der Technik.
In Bezug zu 3 und in Übereinstimmumg mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verstärker mit niedrigem Eigenrauschen 58 für die operative Kopplung mit den Antennenelementen 34 mit dem Ausgang jeder vertikalen Spalte 36 operativ verbunden. Die Verstärker mit niedrigem Eigenrauschen 58 werden in der aktiven Antennengruppe 50 bereitgestellt, um Empfängerrauschfaktor und Empfindlichkeit für das System zu verbessern.
In Übereinstimmung mit noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in 3 veranschaulicht, dass jede planare Antennengruppe 50 eine Sendeempfängereinrichtung (Transceiver) 60 einschließt und mit jeder vertikalen Spalte oder Untergruppe 36 operativ gekoppelt ist. Jede Sendeempfängereinrichtung (Transceiver) 60 ist fähig, die digitalen Basisbandsignale von einem die Antennenstrahlen bündelnden DSP 62 der Steuereinheit 38 für die Übertragung der Signale von den Antennenelementen 34 während einer "down-link" Periode in RF-Signale umzuwandeln. Die Sendeempfängereinrichtungen (Transceiver) 60 sind weiter auch fähig, die von den Antennenelementen 34 empfangenen RF-Signale während einer "up-link" Periode umzuwandeln. Alle Sendeempfängereinrichtungen (Transceiver) 60 sind zu einen Multiplexer oder MUX 64 durch Glasfaserübertragungsleitungen 42 gekoppelt und werden von einem geeigneten lokalen Oszillator (LO) 66 gefahren. Ein Demultiplexer oder DEMUX wird zu dem die Antennenstrahlen bündelnden DSP 62 gekoppelt und wird weiter durch die Glasfaserübertragungsleitungen 42 zum MUX 64 gekoppelt. Allgemein wandeln die Sendeempfängereinrichtungen (Transceiver) 60 die down-link Signale in eine Form um, welche von verschiedenen digitalen Signalprozessorverfahren (DSP) bearbeitet werden können, wie kanalabhängige digitale Signalsteuerung, einschließlich Zeitaufteilungsverfahren (TDMA) und Codezuteilungsverfahren (CDMA). Die digitalen Signale, an jenem Punkt, sind in einem definierten digitalen Band mit den Antennensignalen und einem Information übertragenden Frequenzband verbunden.
Nunmehr auf 4 Bezug nehmend, wird dort eine verteilte aktive Antennengruppe 70 in Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, in der mit Hilfe von Ziffern die Elemente der planaren Antennengruppe 50 von 3 dargestellt werden. In dieser Ausführung ist jedes Antennenelement 34 operativ zu einem M-Weg Leistungsverteiler 72 und zu einem M-Weg Leistungsübersetzer 74 gekoppelt. Mit der Antenne 70 werden alle Antennenelemente 34 gleichzeitig konfiguriert zu: Funksignale zu den mobilen Stationen oder Einheiten 12 senden und Funksignale von den mobilen Stationen oder Einheiten 12 empfangen. Eine Richtungsgabel (Zirkulator) ist operativ mit den Antennenelementen gekoppelt, um gleichzeitige Übertragungs- und Empfangsfunktionalität zu erleichtern. Ein linearer Mehrbandleistungsverstärker 78 wird an oder nahe bei jedem Antennenelement 34 mit geeignetem Filter im Übertragungsweg zur Verfügung gestellt, hier durch einen Filter 80 nahe bei jedem linearen Mehrbandleistungsverstärker 78. Die enthaltenen Mehrbandleistungsverstärker 78 vor jedem Antennenelement 34 in der planaren Gruppe 70 gleichen Einfügungsverluste aufgrund unvollkommener Energieverteilung in der Antenne 70 aus. Darüber hinaus ermöglicht ein linearer Leistungsverstärker 78 mit jedem Antennenelement 34 eine Energieaufteilung bei niedrigen Leistungspegeln durchzuführen. Die N-x-M planare Antenne 70 benötigt N-x-M lineare Mehrbandleistungsverstärker 78, wobei jeder von ihnen einfach und klein sein kann, da die totale Leistung annährend bestimmt wird durch: Pouti ~ Ptotal/(N x M) wobei Pouti die total benötigte Leistungsabgabe jedes Mehrbandleistungsverstärkers 78 ist; entspricht Ptotal die totale benötigte Leistungsabgabe der planaren Antennengruppe 70; und (N x M) ist die Anzahl von allen in der planaren Antennengruppe 70 verbundenen linearen Leistungsverstärker 78.
Weil die linearen Mehrbandleistungsverstärker 78 keine Kabelverluste über den Sendeturm hinauf oder Spaltungsverluste zu jedem Antennenelement 34 erfahren, wird die Leistungsfähigkeit der Antennengruppe 70 gegenüber der der passiven Antennenbauformen nach dem Stand der Technik verbessert.
Mit Bezug auf 4 wird ein Verstärker mit niedrigem Eigenrauschen (LNA) 82 nahe oder bei jedem Antennenelement 34 im Empfangsweg mit geeigneter Filterung durch den Filter 84 am Eingang jedes Verstärkers mit niedrigem Eigenrauschen 82 bereitgestellt. Die Verstärker mit niedrigem Eigenrauschen 82 werden in der aktiven Antennengruppe 70 bereitgestellt, welche den Emfängerrauschfaktor und die Empfindlichkeit verbessern.
5 veranschaulicht eine verteilte aktive Antennengruppe 90 in Übereinstimmung mit noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung und ist in Konfiguration etwas ähnlich zu der planaren Antennengruppe 70 von 4, wo mit Ziffern auf die Elemente verwiesen wird. Wie in 4 dargestellt werden in dieser Ausführung die linearen Mehrbandleistungsverstärker 78 zu jedem der Antennenelemente gekoppelt und durch Mehrbandleistungsverstärker ersetzt (PA) 92. Die Linearisierung der Ausgänge der Antennenelemente 34 wird durch Vorverzerrungsstromkreise 94 erreicht, wobei jeder Vorverzerrungsstromkreis operativ zu einem Eingang von einer jeweiligen vertikalen Spalte oder Untergruppe 36 gekoppelt ist. Wie unten ausführlich im Detail beschrieben wird, sind die Vorverzerrungsstromkreise 94 in der Lage die Generierung von Intermodulationsstörungen an den Ausgängen der Antennenelemente 34 zu reduzieren oder zu beseitigen, so dass ein linearisiertes Ausgangssignal erzeugt wird.
Jetzt auf die 6A Bezug nehmend empfängt der Vorverzerrungsstromkreis 94 das RF-Tägersignal von den Sendeempfängereinrichtungen (Transceiver) 60 an seinem Eingang 96. Entlang des oberen Verarbeitungsweges 98 wird das Trägersignal von einer Verzögerungsschaltung 100 zwischen der Eingabe 96 und einer Ausgabe 102 verzögert. Ein Teil der RF-Trägersignalenergie wird für eine Übertragung durch einen unteren Intermodulation (IM) erzeugenden Weg 104 vom Eingang abgekoppelt. Zum Abgleichen des Niveaus des gekoppelten RF-Trägersignales, wird ein einstellbares Dämpfungsglied 106 am Eingang des Stromkreises für die Erzeugung einer Intermodulation (IM) 108 bereitgestellt, um auf den Stromkreis für die Erzeugung einer Intermodulation (IM) angewandt zu werden.
Der Stromkreis für die Erzeugung einer Intermodulation (IM) 108 wird in 6B veranschaulicht und beinhaltet einen 90-Grad Hybridkoppler 110, der das RF-Trägersignal in zwei Signalwege, den Trägersignalweg 112 und den Intermodulation (IM) erzeugenden Weg 114, aufteilt. Im RF-Trägersignalweg 112 wird das RF-Trägersignal vom festen Dämpfungsglied 116 mit einem hinreichenden Wert, wie etwa ein 10 dB-Dämpfungsglied abgeschwächt, um sicherzustellen, dass keine Intermodulationsprodukte im Verstärker 120 generiert werden. Das Signal befindet sich anschließend im Abschnitt der variablen Phaseneinstelleinrichtung 118. Das gedämpfte und phasenregulierte RF-Trägersignal wird vom Verstärker 120 vergrößert, außer das die Dämpfung des Signales ausführt wird, erzeugt der Verstärker 120 keine Intermodulationprodukte (IM) an seinem Ausgang, so dass der Ausgang des Verstärkers 120 des RF-Trägersignales frei von Intermodulationprodukten (IM) ist. Das RF-Trägersignal im RF-Trägersignalweg 112 wird vom festen Dämpfungsglied 122 abgeschwächt und auf einen zweiten 90 grad Hybridkoppler 124 gegeben.
Weiter auf 6b bezugnehmend, wird in dem Intermodulation (IM) erzeugenden Weg 114 das RF-Trägersignal geringfügig von einem festen Dämpfungsglied 126, wie etwa ein 0–1 dB-Dämpfungsglied abgeschwächt und dann auf einen Verstärker 128 gegeben. In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung hat der Verstärker 128 eine ähnliche oder im Wesentlichen die gleiche Übertragungsfunktion wie die Übertragungsfunktion des Mehrbandleistungsverstärkers 92, der zu den Antennenelementen 34 gekoppelt ist, und so eine ähnliche oder die gleiche dritte, fünfte und siebte Eingabestufe der Intermodulationprodukte erzeugen wird, welche der Mehrbandleistungsverstärker 92 in der letzten Stufe des Übertragungsweges anwendet. Der Verstärker 128 vergrößert das RF-Trägersignal und generiert Intermodulationprodukte an seiner Ausgabe. Anschließend werden das verstärkte RF-Trägersignal und Intermodulationsprodukt (IM) auf einen variablen Verstärkungsstromkreis 130 und auf ein festes Dämpfungsglied 132 angewendet. Die Phasennachstellung von dem RF-Trägersignal durch die variable Phaseneinstelleinrichtung 118 im RF-Trägersignalweg 112 und die Verstärkung vom RF-Trägersignal und der Intermodulationprodukte durch den variablen Verstärkungsstromkreis 130 im Intermodulation (IM) erzeugenden Weg 114, werden so reguliert, dass das RF-Trägersignal in der Summierung der Signale am zweiten hybriden Koppler 124 beseitigt wird und nur die Intermodulationprodukte im Intermodulation (IM) erzeugenden Weg 114 übrig bleiben.
Mit Bezugnahme auf 6A werden die Intermodulationprodukte vom Intermodulation (IM) erzeugenden Stromkreis 108 von 6B vom Verstärker 134 vergrößert und dann auf einen variablen Verstärkungsstromkreis 136 und auf die variable Phaseneinstelleinrichtung 138 vor Summierung der Ausgabe 102 angewendet. Das RF-Trägersignal im oberen Verarbeitungsweg 98 und die Intermodulationprodukte im Intermodulation erzeugenden Weg 104 sind miteinander um 180 grad phasenverschoben, so dass die Summierung an der Ausgabe 102 das RF-Trägersignal und die mit dem RF-Trägersignal um 180 grad phasenverschobenen Intermodulationprodukte umfassen.
Das Signal des überlagerten RF-Trägers und phasenverschobene Intermodulationprodukte werden zu jedem Antennenelement 34 an den Endstufen des Übertragungsweges gekoppelten Mehrbandleistungsverstärkern 92 gesendet.
Das RF-Trägersignal wird verstärkt und Intermodulationprodukte werden durch die Verstärkung erzeugt. Die überlagerten Produkte (IM) und phasenverschoben IM- Produkte am Ausgang des Mehrbandleistungsverstärkers 92 erzeugen eine bedeutende Reduktion/Aufhebung der IM-Verzerrung an den Verstärkerausgängen.
Weiter auf 6A Bezug nehmend wird ein den Träger anzeigender Löschungsanzeiger 140 am Ausgang des Intermodulation (IM) erzeugenden Stromkreises 108 bereit gestellt, um die Anwesenheit des RF-Trägersignales am Ausgang zu überwachen. Wenn das RF-Trägersignal entdeckt wird, reguliert der den Träger anzeigende Löschungsanzeiger 140 die variable Phaseneinstelleinrichtung 118 und den variablen Verstärkungsstromkreis 130 des Intermodulation erzeugenden Stromkreises 108 bis das RF-Trägersignal am Ausgang des Intermodulation (IM) erzeugenden Stromkreises 108 verschwunden ist. Ein die Intermodulation (IM) anzeigender Löschungsanzeiger 142 wird am Ausgang jedes Mehrbandleistungsverstärkers (PA) 92 bereitgestellt. Wenn Intermodulationprodukte entdeckt werden, stellt der die Intermodulation (IM) anzeigende Löschungsanzeiger 142 den variablen Verstärkungsstromkreis 136 und die variable Phaseneinstelleinrichtung 138 im unteren Intermodulation (IM) erzeugenden Weg 104 ein, bis die Intermodulationprodukte an dem Ausgang der Mehrbandleistungsverstärker 92 verschwunden sind. Auf diese Weise unterdrücken die Vorverzerrungsstromkreise 94 die Entstehung von Intermodulationprodukten von den Mehrbandleistungsverstärkern 92, so dass die Ausgänge der Antennenelemente 34 linearisiert werden.
Während die vorliegende Erfindung durch eine Beschreibung von verschiedenen Ausführungen veranschaulicht worden ist und weil diese Ausführungen in erheblichem Detail beschrieben worden sind, ist es nicht die Absicht des Anmelders die angehangenen Ansprüche zu begrenzen oder in irgend einer Weise den Bereich auf solches Detail zu beschränken. Zusätzliche Vorteile und Modifikationen zu diesen werden entsprechend dem Stand der Technik bereitstehen und erscheinen. Die Erfindung in seinen breiteren Aspekten wird deshalb nicht auf die spezifischen Details, typischen Apparate und Verfahren und anschaulich gezeigten und beschriebenen Beispiele begrenzt. Dementsprechend können Abweichungen von solchen Details gemacht werden, ohne vom Geist oder Rahmen des allgemeinen erfinderischen Konzeptes des Anmelders abzuweichen.

Claims

Aktive Antenne mit Strahlenbündelung, die umfasst: eine Gruppe von Antennenelementen; einen Mehrbandleistungsverstärker, der operativ mit jedem Antennenelement der Antennengruppe gekoppelt ist; wobei die Ausgänge des Mehrbandleistungsverstärkers linearisiert werden.
Antenne mit Strahlenbündelung nach Anspruch 1, bei der die Mehrbandleistungsverstärker einen linearen Mehrbandleistungsverstärker umfassen.
Antenne mit Strahlenbündelung nach Anspruch 2, bei der die Antennenelemente in einer oder mehreren Untergruppen angeordnet werden, um die Gruppe zu definieren, und bei der weiter jeder lineare Mehrbandleistungsverstärker mit einem Eingang der Untergruppe operativ verbunden ist, um mit den Antennenelementen operativ zu koppeln.
Antenne mit Strahlenbündelung nach Anspruch 1, die weiter einen Verstärker mit niedrigem Eigenrauschen umfasst, der mit jedem Antennenelement der Gruppe operativ gekoppelt ist.
Antenne mit Strahlenbündelung nach Anspruch 4, bei der die Antennenelemente in einem oder mehreren Untergruppen angeordnet werden, um die Gruppe zu definieren, und bei der weiter jeder Verstärker mit niedrigem Eigenrauschen operativ mit einem Ausgang der Untergruppe verbunden ist, um mit den Antennenelementen operativ zu koppeln.
Antenne mit Strahlenbündelung nach Anspruch 2, bei der jeder lineare Mehrbandleistungsverstärker unmittelbar mit jedem Antennenelement der Gruppe operativ gekoppelt ist.
Antenne mit Strahlenbündelung nach Anspruch 4, bei der jeder Verstärker mit niedrigem Eigenrauschen unmittelbar mit jedem Antennenelement der Gruppe operativ gekoppelt ist.
Antenne mit Strahlenbündelung, nach Anspruch 1, die weiterhin eine Antennen Sende-Empfangsweiche (Duplexer) umfasst, die mit den Antennenelementen operativ gekoppelt ist, um gleichzeitige Übertragungs- und Empfangsfunktionalität zu erleichtern.
Antenne mit Strahlenbündelung, nach Anspruch 1, die weiterhin eine Richtungsgabel umfasst, die operativ mit den Antennenelementen gekoppelt ist, um gleichzeitige Übertragungs- und Empfangsfunktionalität zu erleichtern.
Antenne mit Strahlenbündelung, nach Anspruch 1, die weiter einen Vorverzerrungsstromkreis umfasst, der mit den Mehrbandleistungsverstärkern von einer Mehrheit der Antennenelemente der Gruppe gekoppelt ist.
Antenne mit Strahlenbündelung nach Anspruch 1, bei der der Vorverzerrungsstromkreis eine Übertragungsfunktion besitzt, die einer Übertragungsfunktion von einem gekoppelten Mehrbandleistungsverstärker ähnlich ist.
Eine aktive Antenne mit Strahlenbündelung, die umfasst: eine Gruppe von Antennenelementen, angeordnet in einer oder mehreren Untergruppen, um die Gruppe zu definieren; ein Mehrbandleistungsverstärker, der mit jedem der Antennenelemente der Gruppe unmittelbar operativ gekoppelt ist; und einen Vorverzerrungsstromkreis, der mit einem Eingang der Untergruppe zur operativen Ankopplung mit den Antennenelementen verbunden ist, und der fähig ist, die Entstehung von Intermodulationsstörungen zu unterdrücken.
Antenne mit Strahlenbündelung nach Anspruch 12, die weiter einen Verstärker mit niedrigem Eigenrauschen umfasst, der mit jedem Antennenelement der Gruppe unmittelbar operativ gekoppelte ist.
Antenne mit Strahlenbündelung nach Anspruch 12, die weiterhin eine Richtungsgabel umfasst, die mit den Antennenelementen operativ gekoppelt ist, um gleichzeitige Übertragungs- und Empfangsfunktionalität zu erleichtern.
Antenne mit Strahlenbündelung nach Anspruch 12, bei der der Vorverzerrungsstromkreis eine Übertragungsfunktion besitzt, die einer Übertragungsfunktion von einem gekoppelten Mehrbandleistungsverstärker ähnlich ist.
Basisstation, die umfasst: einen Sendeturm; eine auf dem Sendeturm befestigte Antenne mit einer Gruppe von Antennenelementen, die in einem oder mehreren Untergruppen angeordnet sind, um die Gruppe zu definieren; eine mit dem Sendeturm verbundene Steuereinheit, die im digitalen Basisbandbereich Sendesignale zur Antenne sendet und Empfangsignale von der Antenne empfangen kann; einen Sendeempfängereinrichtung (Transceiver), welche zu jeder Untergruppe operativ gekoppelt ist und Signale im digitalen Basisbandbereich von der Antennengruppe zur Steuereinheit in RF-Signale operativ umwandeln kann; und einen Vorverzerrungsstromkreis, der den Transceiver mit jeder Untergruppe koppelt, um Intermodulationsstörungen in der Antenne zu reduzieren.
Basisstation nach Anspruch 16, die weiter mindestens eine Lichtleiterübertragungsleitung umfasst, welche die Steuereinheit mit der Antenne koppelt um Basisbandsignale zwischen beiden zu übertragen.
Basisstation nach Anspruch 16, die weiter einen Mehrbandleistungsverstärker umfasst, der zu jedem der Antennenelemente der Gruppe operativ gekoppelt ist; die Ausgänge des Mehrbandleistungsverstärkers werden linearisiert.
Basisstation nach Anspruch 18, bei der die Mehrbandleistungsverstärker lineare Mehrbandleistungsverstärker umfassen.
Basisstation nach Anspruch 19, bei der jeder lineare Mehrbandleistungsverstärker operativ mit einem Eingang der Untergruppe von Antennenelementen gekoppelt ist.
Basisstation nach Anspruch 16, die weiter einen Verstärker mit niedrigem Eigenrauschen umfasst, welcher operativ mit jedem der Antennenelemente der Gruppe gekoppelt ist.
Basisstation nach Anspruch 21, bei der jeder Verstärker mit niedrigem Eigenrauschen mit einem Ausgang der Untergruppe verbunden ist, um mit den Antennenelementen operativ zu koppeln.
Basisstation nach Anspruch 19, wobei jeder lineare Mehrbandleistungsverstärker unmittelbar mit jedem Antennenelement der Gruppe gekoppelt ist.
Basisstation nach Anspruch 21, wobei jeder Verstärker mit niedrigem Eigenrauschen unmittelbar mit jedem Antennenelement der Gruppe gekoppelt ist.
Basisstation, nach Anspruch 16, die weiter eine Antennen Sende-Empfangsweiche umfasst, die operativ mit den Antennenelementen gekoppelt ist, um simultane Übertragungs- und Empfangsfunktionalität zu erleichtern.
Basisstation, nach Anspruch 16, die weiterhin eine Richtungsgabel umfasst, die mit den Antennenelementen operativ gekoppelt ist, um gleichzeitige Übertragungs- und Empfangsfunktionalität zu erleichtern.
Verfahren mit einer Antenne, die eine Gruppe von Antennenelementen umfasst, einen Antennenstrahl zu bündeln, das umfasst: einen zu jedem der Antennenelemente der Gruppe operativ koppelnden Mehrbandleistungsverstärker; eine Linearisierung der Ausgänge des Mehrbandleistungsverstärkers; und die Anwendung der linearisierten Ausgänge des Mehrbandleistungsverstärkers auf die Antennenelemente der Gruppe, um einen Antennenstrahl zu bündeln.
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem die Mehrbandleistungsverstärker lineare Mehrbandleistungsverstärker umfassen.
Verfahren, nach Anspruch 27, das weiter den Schritt umfasst, wonach: ein Verstärker mit niedrigem Eigenrauschen operativ mit den Antennenelementen der Gruppe koppelt.
Verfahren, nach Anspruch 27, das weiter den Schritt umfasst, wonach: ein Vorverzerrungsstromkreis operativ mit den Mehrbandleistungsverstärker koppelt.
Verfahren mit einer Antenne, die eine Gruppe von Antennenelementen umfasst, einen Antennenstrahl zu bündeln, das umfasst: einen zu jedem der Antennenelemente der Gruppe operativ koppelnder Mehrbandleistungsverstärker; einen mit den Mehrbandleistungsverstärkern operativ koppelnder Vorverzerrungsstromkreis zur Linearisierung der Ausgänge der Mehrbandleistungsverstärker; und die Anwendung der linearisierten Ausgänge der Mehrbandleistungsverstärker auf die Antennenelemente der Gruppe, um einen Antennenstrahl zu bündeln.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die Mehrbandleistungsverstärker einen linearen Mehrbandleistungsverstärker umfassen.
Verfahren von Anspruch 31, das weiter den Schritt umfasst, wonach: ein Verstärker mit niedrigem Eigenrauschen operativ mit den Antennenelementen der Gruppe koppelt.