ES2906561T3 - Suministros de energía programables para estaciones base celulares y métodos relacionados para reducir la pérdida de energía en sistemas celulares - Google Patents

Suministros de energía programables para estaciones base celulares y métodos relacionados para reducir la pérdida de energía en sistemas celulares Download PDF

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Abstract

Un método para alimentar una radio (24) que se monta en una torre (30) de una estación base celular (10), u otra localización remota desde una unidad de banda base asociada (22), el método que comprende: emitir una señal de energía de corriente directa ("DC") desde un suministro de energía (26) y suministrar la señal de energía de DC que sale desde el suministro de energía (26) a la radio (24) a través de un cable de energía (36); y ajustar un nivel de tensión de la señal de energía de DC que sale desde el suministro de energía (26) de modo que la señal de energía de DC en un extremo de radio del cable de energía (36) que es remota desde el suministro de energía (26) tenga una tensión sustancialmente constante a pesar de la variación en el nivel de corriente de la señal de energía de DC que sale desde el suministro de energía (26), en donde el suministro de energía (26) comprende un suministro de energía programable (28), el método que comprende además recibir información de entrada en el suministro de energía (26) a partir de la cual se determina el nivel de tensión de la señal de energía de DC que sale desde el suministro de energía (26) que proporcionará la señal de energía de DC en el extremo de radio del cable de energía (36) que tiene la tensión sustancialmente constante, en donde la tensión sustancialmente constante de la señal de energía de DC en el extremo de radio del cable de energía (36) excede una tensión de señal de energía nominal de la radio (24) y que es menor que una tensión de señal de energía máxima de la radio (24), caracterizado porque la entrada de información al suministro de energía (26) comprende información desde la cual se determina una resistencia del cable de energía (36), y el método que comprende además medir el nivel de corriente de la señal de energía de DC que sale desde el suministro de energía (26), en donde el nivel de tensión de la señal de energía de DC que sale desde el suministro de energía (26) se ajusta automáticamente en respuesta a los cambios en el nivel de corriente medido de la señal de energía de DC que sale desde el suministro de energía (26) para proporcionar la señal de energía de DC en el extremo de radio del cable de energía (36) que tiene una tensión sustancialmente constante.

Description

DESCRIPCIÓN
Suministros de energía programabas para estaciones base celulares y métodos relacionados para reducir la pérdida de energía en sistemas celulares
Campo de la invención
La presente invención se refiere generalmente a los sistemas de comunicaciones celulares y, más particularmente, a los suministros de energía de las estaciones base celulares que pueden presentar una pérdida de energía reducida.
Antecedentes
Las estaciones base celulares incluyen típicamente, entre otras cosas, una radio, una unidad de banda base y una o más antenas. La radio recibe información digital y señales de control desde la unidad de banda base y modula esta información en una señal de radio frecuencia ("RF") que se transmite luego a través de las antenas. La radio también recibe señales de RF desde la antena y demodula estas señales y las suministra a la unidad de banda base. La unidad de banda base procesa las señales demoduladas recibidas desde la radio en un formato adecuado para su transmisión a través de un sistema de comunicaciones de retorno. La unidad de banda base también procesa las señales recibidas desde el sistema de comunicaciones de retorno y suministra las señales procesadas a la radio. También puede proporcionarse un suministro de energía que genere señales de energía de corriente directa (“DC”) adecuadas para alimentar la unidad de banda base y la radio. Por ejemplo, la radio a menudo se alimenta con un suministro de energía (nominal) de 48 Volts DC en los sistemas celulares que se usan actualmente en la actualidad. Típicamente, también se proporciona una batería de respaldo para mantener el servicio durante cierto período de tiempo durante los cortes de energía.
Con el fin de aumentar la cobertura y la calidad de la señal, las antenas de muchas estaciones base celulares están ubicadas en la parte superior de una torre, que puede tener, por ejemplo, entre cincuenta y doscientos pies de altura. Hasta hace relativamente poco tiempo, el suministro de energía, la unidad de banda base y la radio estaban ubicados todos en un recinto del equipo en la parte inferior de la torre para proporcionar un fácil acceso para el mantenimiento, reparación y/o actualizaciones posteriores del equipo. El(los) cable(s) coaxial(es) se enrutaron desde el recinto del equipo hasta la parte superior de la torre que llevaba las transmisiones de señales entre la radio y las antenas.
La Figura 1 ilustra esquemáticamente una estación base celular convencional 10. Como se muestra en la Figura 1, la estación base celular 10 incluye un recinto del equipo 20 y una torre 30. El recinto del equipo 20 se ubica típicamente en la base de la torre 30, como se muestra en la Figura 1. Una unidad de banda base 22, una radio 24 y un suministro de energía 26 se localizan dentro del recinto del equipo 20. La unidad de banda base 22 puede estar en comunicación con un sistema de comunicaciones de retorno 44. Una pluralidad de antenas 32 (por ejemplo, tres antenas sectorizadas 32-1,32-2,32-3) se encuentran en la parte superior de la torre 30. Tres cables coaxiales 34 (que se agrupan en la Figura 1 para que aparezca como un único cable) conectan la radio 24 a las antenas 32. Las antenas 32 son dispositivos pasivos (sin energía) y, por lo tanto, ninguno de los equipos en la parte superior de la torre 30 requiere energía eléctrica. Tenga en cuenta que en la presente descripción cuando se proporcionan múltiples unidades de un elemento, cada unidad individual puede ser referida individualmente por el numeral de referencia del elemento seguido por un guión y el número de la unidad individual (por ejemplo, antena 32-2), mientras que varias unidades del elemento pueden denominarse colectivamente por su numeral de referencia base (por ejemplo, las antenas 32).
En los últimos años, se ha producido un cambio y la radio 24 ahora se ubica más típicamente en la parte superior de la torre 30 en instalaciones celulares nuevas o mejoradas. Las radios que se ubican en la parte superior de la torre 30 se denominan típicamente como cabezales de radio remotos ("RRH") 24'. Mediante el uso de los RRH 24' puede mejorar significativamente la calidad de las señales de datos celulares que se transmiten y reciben por la estación base celular como el uso de los RRH 24' puede reducir las pérdidas de transmisión de la señal y el ruido. En particular, dado que el cable coaxial sube por la torre puede ser de 100-200 pies o más, la pérdida de la señal que se produce al transmitir señales a frecuencias celulares (por ejemplo, 1,8 GHz, 3,0 GHz, etc.) a través del cable coaxial puede ser significativa. Debido a esta pérdida de energía de la señal, la relación señal-ruido de las señales de RF puede degradarse en los sistemas que localizan la radio 24 en la parte inferior de la torre 30 en comparación con las estaciones base celulares donde los RRH 24' se encuentran en la parte superior de la torre 30 junto a las antenas 32 (tenga en cuenta que las pérdidas de la señal en la conexión de cableado entre la unidad de banda base 22 en la parte inferior de la torre 30 y la RRH 24' en la cima de la torre 30 puede ser mucho menor, ya que estas señales se transmiten en frecuencias de banda base en opuesto a las frecuencias de RF).
La Figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra una estación base celular 10' de acuerdo con esta nueva arquitectura. Como se muestra en la Figura 2, la unidad de banda base 22 y el suministro de energía 26 aún pueden ubicarse en la parte inferior de la torre 30 en el recinto del equipo 20. La radio 24, en la forma de un RRH 24', se ubica en la parte superior de la torre 30 inmediatamente adyacente a las antenas 32. Mientras que el uso de los RRH 24' montados en la torre puede mejorar la calidad de la señal, también, desafortunadamente, requiere que la energía DC sea entregada a la parte superior de la torre 30 para alimentar al RRH 24'. En algunos casos, la energía DC puede suministrarse a través de un cable coaxial (no se muestra) que también transporta las comunicaciones entre la unidad de banda base 22 y el RRH 24'. Como se muestra en la Figura 2, más típicamente un cable de fibra óptica 38 conecta la unidad de banda base 22 al RRH 24' (ya que los enlaces de fibra óptica pueden proporcionar mayor ancho de banda y menor pérdida de transmisión), y se proporciona un cable de energía 36 separado para enviar la señal de energía DC al RRH 24'. El cable de energía 36 separado típicamente se empaqueta con el cable de fibra óptica 38 de manera que puedan enrutarse juntos por la torre 3o.
El documento de la técnica anterior US 2010/0181840 A1 describe aparatos de compensación de cable para compensar la caída de tensión de un cable conectado entre un suministro de energía eléctrica y un dispositivo eléctrico, y métodos para compensar la caída de tensión de un cable conectado entre un suministro de energía eléctrica y un dispositivo eléctrico.
El documento de la técnica anterior US 2015/0015078 A1 describe un cable y un método de compensación para la transmisión de señales y la transferencia de energía a alta velocidad.
Resumen
La presente invención proporciona una solución a los aspectos mencionados anteriormente de acuerdo con las reivindicaciones independientes. Las modalidades preferidas se proporcionan en las reivindicaciones dependientes. Las modalidades y/o ejemplos de la siguiente descripción que no se cubren por las reivindicaciones, se proporcionan solamente con fines ilustrativos y solamente se destinan a ayudar al lector en la comprensión de la presente invención. Sin embargo, tales modalidades y/o ejemplos que no se cubren por las reivindicaciones no forman parte de la presente invención que se define únicamente por las reivindicaciones.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista esquemática simplificada de una arquitectura de estación base celular tradicional. La Figura 2 es una vista esquemática simplificada de una estación base celular convencional en la que un cabezal de radio remoto se ubica en la parte superior de la torre de antena.
La Figura 3 es una vista esquemática simplificada de una estación base celular de acuerdo con las modalidades de la presente invención.
La Figura 4 es un diagrama de bloques esquemático de un suministro de energía programable de acuerdo con las modalidades de la presente invención.
La Figura 5 es un diagrama de bloques esquemático de un suministro de energía programable de acuerdo con otras modalidades de la presente invención.
La Figura 6 es una vista esquemática simplificada de una estación base celular de acuerdo aún con otras modalidades de la presente invención.
La Figura 7 es una vista esquemática simplificada de una estación base celular de acuerdo aún con modalidades adicionales de la presente invención.
La Figura 8 es una vista esquemática simplificada de una estación base celular de acuerdo con otras modalidades de la presente invención.
La Figura 9 es un diagrama de flujo que ilustra las operaciones de los métodos de acuerdo con las modalidades de la presente invención.
Descripción detallada
Conforme a las modalidades de la presente invención, se proporcionan métodos para entregar energía DC a un cabezal de radio remoto ("RRH") de una estación base celular, junto con las estaciones base celulares relacionadas y los suministros de energía programables. Estos métodos, sistemas y suministros de energía pueden permitir corrientes de suministro de energía más bajas, lo que puede reducir la pérdida de energía asociada con la entrega de la señal de energía DC desde el suministro de energía en la base de una torre de la estación base celular al RRH en la parte superior de la torre. Dado que las torres celulares pueden tener cientos de pies de altura y la tensión y las corrientes requeridas para alimentar el RRH pueden ser bastante altos (por ejemplo, alrededor de 50 volts a alrededor de 20 amperios de corriente), la pérdida de energía que puede ocurrir a lo largo de los cientos de pies de cableado puede ser significativo. Por tanto, los métodos de acuerdo con las modalidades de la presente invención pueden proporcionar ahorros de energía significativos que pueden reducir los costos de operación de una estación base celular.
La tensión DC de una señal de energía que se suministra a un RRH desde un suministro de energía a través de un cable de energía puede determinarse como sigue:
V RRH = Vps —^ Caída (1)
donde Vrrh es la tensión DC de la señal de energía entregada al RRH, Vps es la tensión DC de la señal de energía que emite el suministro de energía, y Voaida es la disminución de la tensión DC que se produce cuando la señal de energía DC atraviesa el cable de energía que conecta el suministro de energía al RRH. Voaída puede determinarse de acuerdo con la Ley de Ohm de la siguiente manera:
Veaída = ¡RRH * RCable (2)
donde Rcable es la resistencia eléctrica acumulada (en ohmios) del cable de energía que conecta el suministro de energía al RRH y Irrh es la corriente promedio (en amperios) que fluye a través del cable de energía al RRH.
La resistencia eléctrica Rcable del cable de energía es inversamente proporcional al diámetro del conductor del cable de energía (asumiendo un conductor que tiene una sección transversal circular). Por tanto, cuanto mayor sea el diámetro del conductor (es decir, cuanto menor sea el calibre del conductor), menor será la resistencia del cable de energía. Típicamente, los cables de energía utilizan conductores de cobre debido a la baja resistencia del cobre. La resistencia del cobre se especifica en términos de unidad de longitud, típicamente miliohms (mQ)/pie; como tal, la resistencia eléctrica acumulativa del cable de energía aumenta con la longitud del cable. Por tanto, cuanto más largo sea el cable de energía, mayor será la caída de tensión Veaída.
Típicamente, se especificará una tensión mínima requerida para la señal de energía, una tensión nominal o recomendada para la señal de energía y una tensión máxima para la señal de energía para el RRH. Por tanto, el suministro de energía en la base de la torre debe generar una tensión Vps de manera que Vrrh estará entre las tensiones mínimas y máximas especificadas para la señal de energía del RRH. Como Voaída es una función de la corriente Irrh que se suministra al RRH (ver Ecuación 2 anterior), si Vps (la tensión de salida del suministro de energía) es constante, luego la tensión Vrrh de la señal de energía que se entrega al RRH cambiará con la variación en la corriente consumida por el RRH. Convencionalmente, la salida de tensión por el suministro de energía (Vps) se configura para garantizar que se suministre una señal de energía que tenga la tensión nominal al RRH (o al menos un valor por encima de la tensión mínima requerida para la señal de energía) cuando el RRH extrae la cantidad máxima anticipada de corriente.
La energía que se pierde (Ppérdida) en la entrega de la señal de energía al RRH a través de un cable de energía se puede calcular de la siguiente manera:
^ pérdida = ^cabie * I rrh = V rrh * Rcable) * I rrh = I rrh^ * R-cabie (3)
donde Voable = la caída de tensión promedio en Volts a lo largo del cable de energía. Con el fin de reducir o minimizar Ppérdida, el suministro de energía puede configurarse para generar una señal de energía de DC que, cuando llegue al RRH, tendrá la tensión máxima especificada para el RRH, ya que cuanto mayor sea la tensión de la señal de energía que se entrega al RRH, menor será la tensión corriente Irrh de la señal de energía en el cable de energía. Como se desprende de la Ecuación 3 anterior, cuanto menor sea la corriente Irrh de la señal de energía en el cable de energía, menor será la pérdida de energía PPérdida.
Conforme a las modalidades de la presente invención, el suministro de energía comprende un suministro de energía programable que (1) detecta la corriente que consume el RRH (u otro parámetro equivalente) y (2) ajusta la tensión de la señal de energía que emite el RRH. suministro de energía para mantener sustancialmente la tensión de la señal de energía que se suministra al RRH en o cerca de un valor deseado, que puede ser, por ejemplo, la tensión máxima para la señal de energía que se puede ingresar al RRH. Con el fin de lograr esto, puede ingresarse la resistencia del cable de energía al suministro de energía programable o, alternativamente, puede ingresarse otra información tal como, por ejemplo, la longitud y el tamaño del cable de energía, o la impedancia del cable de energía. ser entrada al suministro de energía programable y el suministro de energía programable puede determinar la resistencia del cable de energía desde esta información. A medida que varía la corriente consumida por el RRH, el suministro de energía programable puede ajustar la tensión de su señal de energía de salida a un nivel de tensión que suministrará una señal de energía con una tensión preseleccionada (por ejemplo, la tensión de suministro máximo del RRH menos un búfer) al RRH. Como se muestra en la Ecuación 3 anterior, esto reducirá o minimizará la pérdida de energía a lo largo del cable de energía y, por lo tanto, puede reducir el costo de energizar el RRH. Como un RRH típico puede requerir alrededor de un kilowatt de energía y puede funcionar las 24 horas del día, los siete días de la semana, y como puede proporcionarse una gran cantidad de RRH en cada estación base celular (por ejemplo, de tres a doce), el ahorro de energía puede ser significativo.
Las modalidades de la presente invención se discutirán ahora en mayor detalle con referencia a las Figuras 3-7, en las que se muestran ejemplos de las modalidades de la presente invención.
La Figura 3 es un diagrama de bloques esquemático de una estación base celular 100 de acuerdo con las modalidades de la presente invención. Como se muestra en la Figura 3, la estación base celular 100 incluye un recinto del equipo 20 y una torre 30. La torre 30 puede ser una antena convencional o una torre celular o puede ser otra estructura tal como un poste de servicios públicos o similar. Una unidad de banda base 22, un primer suministro de energía 26 y un segundo suministro de energía 28 se localizan dentro del recinto del equipo 20. Un RRH 24' y pluralidad de antenas 32 (por ejemplo, tres antenas sectorizadas 32-1,32-2,32-3) se montan en la torre 30, típicamente cerca de la parte superior de la misma.
El RRH 24' recibe información digital y señales de control desde la unidad de banda base 22 a través de un cable de fibra óptica 38 que se enruta desde el recinto 20 hasta la parte superior de la torre 30. El RRH 24' modula esta información en una señal de radiofrecuencia ("RF") en la frecuencia celular apropiada que luego se transmite a través de una o más de las antenas 32. El RRH 24' también recibe señales de RF desde una o más de las antenas 32, demodula estas señales y suministra las señales demoduladas a la unidad de banda base 22 a través del cable de fibra óptica 38. La unidad de banda base 22 procesa las señales demoduladas recibidas desde el RRH 24' y reenvía las señales procesadas al sistema de comunicaciones de retorno 44. La unidad de banda base 22 también procesa las señales recibidas desde el sistema de comunicaciones de retorno 44 y las suministra al RRH 24'. Típicamente, la unidad de banda base 22 y los RRH 24' incluyen cada uno convertidores óptico a eléctrico y eléctrico a óptico que acoplan la información digital y las señales de control hacia y desde el cable de fibra óptica 38.
El primer suministro de energía 26 genera una o más señales de energía de corriente directa ("DC"). El segundo suministro de energía 28 en la modalidad de la Figura 3 comprende un convertidor de DC a DC que acepta la señal de energía de DC emitida por el primer suministro de energía 26 como una entrada y emite una señal de energía de DC que tiene una tensión diferente. Un cable de energía 36 se conecta a la salida del segundo suministro de energía 28 y se agrupa junto con el cable de fibra óptica 38 de manera que los dos cables 36, 38 puedan enrutarse por la torre 30 como una unidad integral. Mientras que el primer suministro de energía 26 y el segundo suministro de energía 28 se ilustran como unidades de suministro de energía separadas en la modalidad de la Figura 3, se apreciará que los dos suministros de energía 26, 28 pueden combinarse en una sola unidad de suministro de energía en otras modalidades.
Como se indicó anteriormente, conforme a las modalidades de la presente invención, se proporcionan suministros de energía de DC que pueden suministrar una señal de energía a un RRH remoto con una pérdida de energía reducida. En la modalidad de la Figura 3, el suministro de energía 28 comprende un suministro de energía programable que recibe una señal de energía de DC de entrada desde el suministro de energía 26 y emite una señal de energía de Dc al cable de energía 36. La tensión de la señal de energía de DC emitida por el suministro de energía 28 puede variar en respuesta a las variaciones en la corriente de la señal de energía de DC extraída desde el suministro de energía 28 por la RRH 24'. En particular, la tensión de la señal de energía de DC emitida por el suministro de energía 28 puede configurarse de modo que la tensión de la señal de energía de DC en el otro extremo del cable de energía 36 (es decir, el extremo adyacente al RRH 24') es relativamente constante. Si la tensión de la señal de energía de DC en el otro extremo del cable de energía 36 se configura para que sea aproximadamente la tensión máxima especificada para la señal de energía del RRH 24', entonces la pérdida de energía asociada con el suministro de la señal de energía de DC al RRH 24' sobre el cable de energía 36 puede reducirse, ya que la mayor tensión de la señal de energía de DC reducirá correspondientemente la corriente de la señal de energía de DC que se suministra a través del cable de energía 36.
Los RRH de última generación se diseñan típicamente para ser alimentados por una señal de energía de DC de 48 Volt (nominal). Aunque que la tensión mínima de la señal de energía de DC a la que funcionará el RRH 24' y la tensión máxima de la señal de energía de DC que puede proporcionarse de manera segura al RRH 24' sin la amenaza de daño al RRH 24' varían, los valores típicos son una tensión mínima de señal de energía de DC de 38 Volts y una tensión máxima de señal de energía de DC de 56 Volts. Por tanto, de acuerdo con las modalidades de la presente invención, el suministro de energía programable 28 puede diseñarse para suministrar una señal de energía de DC que tenga una tensión relativamente constante de, por ejemplo, alrededor de 54 o 52 Volts en el otro extremo del cable de energía 36 (es decir, alrededor de 2-4 Volts menos que la tensión máxima de la señal de energía de DC para el RRH 24') con el fin de reducir la pérdida de energía asociada con la caída de tensión que experimenta la señal de energía de DC al atravesar el cable de energía 36.
Con el fin de mantener la tensión de la señal de energía de DC en el otro extremo del cable de energía 36 en o cerca de un valor predeterminado, puede ser necesario conocer dos cosas. Primero, se debe conocer la corriente de la señal de energía de DC extraída desde el suministro de energía, ya que las Ecuaciones 1 y 2 muestran que Vrrh es una función de Irrh. Segundo, la resistencia Rcable del cable de energía 36 también debe conocerse, ya que también afecta la caída de tensión. Los suministros de energía programables de acuerdo con las modalidades de la presente invención pueden configurarse para medir, estimar, calcular o recibir ambos valores.
Por ejemplo, la Figura 4 es un diagrama de bloques de un suministro de energía programable 150 en forma de un convertidor de DC a DC de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención que puede usarse como suministro de energía 28 de la Figura 3. Como se muestra en la Figura 4, el suministro de energía programable 150 incluye una entrada 152, un circuito de conversión 154 y una salida 156. El suministro de energía 150 además incluye un sensor de corriente 158, una entrada de usuario 160, lógica de control 162 y una memoria 164.
La entrada 152 puede recibir una señal de energía de DC, tal como la señal de energía de DC emitida por el suministro de energía 26 de la Figura 3. La señal de energía de DC que se recibe en la entrada 152 puede ser una señal de energía de DC que tiene una tensión relativamente constante en algunas modalidades. El circuito de conversión 154 puede ser un circuito que se configura para convertir la tensión de la señal recibida en la entrada 152 a una tensión de DC diferente. Una amplia variedad de circuitos de conversión de DC se conoce en la técnica, incluidos, por ejemplo, los circuitos de conversión electrónicos, electroquímicos y electromecánicos. Más típicamente, los circuitos electrónicos mediante el uso de inductores o transformadores se usan para proporcionar una conversión de tensión de alta eficiencia. La salida 156 puede emitir la señal de energía de DC que tiene la tensión convertida.
El sensor de corriente 158 puede ser cualquier circuito apropiado que detecte el nivel actual de la salida de la señal de energía de DC a través de la salida 156. La corriente consumida por el RRH 24' puede variar con el tiempo en dependencia de, por ejemplo, la cantidad de portadoras que transmiten en un momento dado y si el RRH está en un modo de estado estable, encendiéndose o reiniciando. El sensor de corriente 158 puede detectar el nivel actual de la señal de energía de DC en la salida 156 y proporcionar el nivel de corriente detectado a la lógica de control 162. La lógica de control 162 puede luego ajustar los parámetros del circuito de conversión 154 para ajustar la tensión de la salida de la señal de energía de DC a través de la salida 156 de modo que la tensión en el otro extremo del cable de energía 36 que se adjunta a la salida 156 puede permanecer sustancialmente constante a pesar de los cambios en la corriente consumida por el RRH 24' y los cambios correspondientes en la caída de tensión que se produce en el cable de energía 36.
Mientras la Figura 4 ilustra un suministro de energía 150 que comprende un convertidor de DC a DC, se apreciará que en otras modalidades puede usarse en su lugar un convertidor de AC a DC. En tales modalidades, la entrada 152 recibe una señal de energía de corriente alterna ("AC") y el circuito de conversión 154 convierte la señal de energía de AC en una señal de energía de DC y también ajusta el nivel de tensión de la señal de energía de DC que se emite a través de la salida 156 a un nivel apropiado de la manera discutida anteriormente.
Como se indicó anteriormente, en algunas modalidades, la tensión de la señal de energía que emite el suministro de energía 150 puede configurarse de modo que la tensión en el otro extremo del cable de energía 36 permanece en o cerca de un nivel de tensión predeterminado que está justo por debajo de un nivel de tensión de señal de energía máxima que el RRH 24' puede manejar. Con el fin de lograr esto, es necesario conocer la caída de tensión que experimentará la señal de energía de Dc al atravesar el cable de energía. 36, ya que esta caída de tensión afecta la tensión de la señal de energía de DC en el otro extremo del cable de energía 36. En algunas modalidades, la entrada del usuario 160 al suministro de energía 150 permite al usuario ingresar un valor de resistencia acumulada para el cable de energía 36 que el usuario puede obtener, por ejemplo, por cálculo (basado en la longitud, el tamaño y el material del conductor del cable de energía 36), medición (realizada, por ejemplo, mediante la transmisión de una señal a través del cable de energía 36 y midiendo la tensión de la salida de la señal en el otro extremo del cable de energía 36) o una combinación de los mismos (por ejemplo, medir o estimar un valor de impedancia acumulada para el cable de energía 36 y convertir este valor de impedancia acumulada en un valor de resistencia acumulada). En otras modalidades, el usuario puede ingresar características físicas del cable de energía 36 tal como tamaño, longitud, material del conductor, número de modelo, etc.) y algoritmos, ecuaciones, tablas de consulta y similares que se almacenan en la memoria 164 del suministro de energía 150 puede usarse para calcular o estimar la resistencia del cable de energía 36.
En algunas modalidades, el segundo suministro de energía 28 de la Figura 3 puede configurarse además para medir una resistencia del cable de energía 36. Por ejemplo, la Figura 5 es un diagrama de bloques de un suministro de energía programable 150' de acuerdo con las modalidades de la presente invención adicionales que pueden usarse para implementar el suministro de energía 28 de la Figura 3. El suministro de energía 150' es muy similar al suministro de energía 150 de la Figura 4, excepto que además incluye un circuito de medición de la resistencia del cable 170 que puede usarse para medir una resistencia del cable de energía. El circuito de medición de la resistencia del cable 170 puede implementarse en una variedad de formas. Por ejemplo, en algunas modalidades, el circuito de medición de la resistencia del cable 170 puede transmitir un pulso de tensión sobre el cable de energía y medir el pulso de retorno reflejado (el extremo lejano del cable de energía puede terminar con una terminación que tiene características conocidas). La corriente del pulso de tensión puede medirse, así como también el nivel de tensión del pulso de retorno reflejado. La lógica de control 162 puede luego aplicar la ley de Ohm para calcular la resistencia del cable de energía. En otras modalidades, en el extremo más alejado del cable de energía, los dos conductores del mismo pueden ponerse en cortocircuito y un impulso de tensión puede transmitirse de nuevo a través del cable de energía. El nivel de corriente del pulso y el nivel de tensión del pulso de retorno pueden medirse y la lógica de control 162 puede volver a usar estos valores medidos para calcular la resistencia del cable de energía. En otras modalidades, la resistencia de DC puede medirse transmitiendo señales de corriente alterna a diferentes frecuencias por el cable de energía y midiendo la amplitud y el cambio de fase de estas señales en el otro extremo del cable. Luego, puede calcularse la resistencia de DC mediante el uso de los resultados medidos. Los expertos en la técnica conocen otras formas de medir la resistencia de un segmento de alambre y pueden usarse en lugar de los métodos de ejemplo enumerados anteriormente.
También se apreciará que, en otras modalidades, el circuito de medición de la resistencia 170 puede medir una impedancia del cable de energía y usar este valor de impedancia medido para determinar la resistencia del cable de energía. También se apreciará que el suministro de energía 150' alternativamente puede comprender un convertidor de AC a DC, similar al suministro de energía 150 discutido anteriormente.
Otra técnica para reducir la pérdida de energía asociada con el suministro de energía a un RRH montado en la torre de una estación base celular es aumentar drásticamente la tensión de la señal de energía de DC alimentada al cable de energía que suministra la señal de energía de DC al RRH (es decir, mucho más allá de la tensión máxima para la señal de energía de DC que puede manejarse por el RRH), y luego usar un suministro de energía de convertidor de DC a DC montado en la torre para reducir la tensión de la señal de energía de DC a un nivel de tensión que sea apropiado para el RRH. A medida que el aumento de tensión reduce la corriente necesaria para suministrar la potencia requerida por el RRH, la pérdida de energía a lo largo del cable de energía puede reducirse (ver la Ecuación 2 anterior). Esto se refiere a un esquema "Reductor-Elevador" donde el primer convertidor de DC a DC en la parte inferior de la torre es un convertidor "Elevador" que aumenta la tensión de la señal de energía de DC por encima del nivel necesario para operar el RRH y el segundo convertidor de DC a DC en la parte superior de la torre es un convertidor "Reductor" que reduce la tensión de la señal de energía de DC a un nivel deseado. La Figura 6 es una vista esquemática simplificada de una estación base celular 200 que implementa tal técnica.
Como se muestra en la Figura 6, la estación base celular 200 es similar a la estación base celular 100 descrita anteriormente con referencia a la Figura 3, excepto que la estación base celular 200 incluye además un tercer suministro de energía 42 en forma de un convertidor de DC a DC montado en la torre. En la modalidad representada, el segundo suministro de energía 28 de la Figura 3 se omite, y el primer suministro de energía 26 se configura para suministrar una señal de energía de DC que tiene una tensión que es significativamente más alto que la tensión máxima para la señal de energía de DC que puede suministrarse al RRH 24' (por ejemplo, una señal de energía de DC de 150 volt). Esta señal de energía de DC de alta tensión puede experimentar una pérdida de energía significativamente menor al atravesar el cable de energía 36. El convertidor de DC a DC 42 se monta en la parte superior de la torre 30 entre el otro extremo del cable 36 y el RRH 24'. El convertidor de DC a DC 42 puede ser un convertidor Reductor que disminuye la tensión de la señal de energía de DC recibida a través del cable de energía 36 a un nivel de tensión apropiado para el suministro al RRH 24'.
Como se muestra en la Figura 7 , en otras modalidades, el segundo suministro de energía 28 puede incluirse en forma de, por ejemplo, un convertidor Elevador de energía de DC a DC 28 que suministra una señal de energía de DC de alta tensión (por ejemplo, 150 volts) al cable de energía 36. En esta modalidad, se proporciona un convertidor de DC a DC en ambos extremos del cable de energía. 36 de modo que ambas técnicas descritas anteriormente para reducir las pérdidas de energía en el cable de energía 36 pueden implementarse. En particular, el segundo suministro de energía 28 puede emitir una señal de energía de DC con alta tensión (por ejemplo, del orden de 150 volts) que fluctúa con los requisitos de energía de la carga, de modo que la señal de energía de DC que se suministra en el otro extremo del cable de energía 36 se establece en un valor relativamente constante. El convertidor de DC a DC 42 montado en la torre puede ser un dispositivo simple que reduce la tensión de la señal de energía de DC en una cantidad fija X. El suministro de energía 28 puede programarse para suministrar una señal de energía de DC al convertidor de DC a DC 42 montado en la torre que tiene un nivel de tensión que se establece de la siguiente manera:
T ensión de señal de energ ía e n tre g a d a = VRRH_Mix — VMargen X (4)
donde VRRH-Máx es la tensión máxima de la señal de energía que el RRH 24' se especifica para manejar, Vmargen es un margen predeterminado (por ejemplo, 2 volts), y X es la magnitud de la conversión de tensión aplicada por el convertidor de DC a DC 42 montado en la torre.
Una desventaja de los enfoques de las Figuras 6 y 7 es que requieren la instalación de equipos adicionales (es decir, el convertidor de DC a DC 42) en lo alto de la torre 30. Como el costo asociado con el envío de técnicos a una torre puede ser muy alto, generalmente se prefiere reducir o minimizar, cuando sea posible, la cantidad de equipo que se instala en la parte superior de una torre de estación base celular, y el equipo que se instala en la parte superior de las torres celulares tiende a ser costoso, ya que típicamente se diseña para tener tasas de falla y requerimientos de mantenimiento muy bajos con el fin de reducir la necesidad de que los técnicos suban a la torre para dar servicio al equipo. La inclusión de un convertidor de DC a DC 42 adicional también representa un aumento adicional en los gastos de capital, que debe sopesarse contra los ahorros anticipados en los costos de operación.
Por tanto, conforme a las modalidades de la presente invención, una señal de energía de DC puede suministrarse a un RRH montado en la torre (u otro equipo) de una estación base celular a través de un cable de energía, donde la señal de energía de DC que se suministra al RRH puede tienen un nivel de tensión relativamente constante, independientemente de la corriente consumida por el RRH. El nivel de tensión de la señal de energía de DC suministrada al RRH puede ajustarse para estar en o cerca de una tensión de señal de energía máxima que el RRH puede manejar, de esta manera reduciendo la pérdida de energía de la señal de energía de DC. De esta manera, se pueden reducir los costos de operación de la estación base celular.
En algunas modalidades, el suministro de energía programable de acuerdo con las modalidades de la presente invención puede comprender un convertidor de DC a Dc que puede conectarse entre un suministro de energía de una estación base existente y el cable de energía que suministra la señal de energía a un RRH montado en la torre. Por tanto, al agregar una pieza única del equipo en la parte inferior de la torre, una estación base celular existente puede adaptarse para obtener los ahorros de energía disponibles mediante el uso de las técnicas de acuerdo con las modalidades de la presente invención.
Mientras las modalidades descritas anteriormente de estaciones base celulares de acuerdo con las modalidades de la presente invención incluyen un primer suministro de energía de DC convencional 26 y un segundo suministro de energía del convertidor de DC a Dc 28, se apreciará que en otras modalidades estos dos suministros de energía pueden reemplazarse con un único suministro de energía programable que puede configurarse para dar salida a una tensión relativamente constante en el otro extremo del cable de energía 36 de la manera descrita anteriormente.
Conforme a las modalidades de la presente invención adicionales, puede usarse un lazo de respuesta para controlar la tensión de la señal de energía de DC emitida por el suministro de energía de DC de modo que la tensión de la señal de energía de DC en el otro extremo del cable de energía que conecta el suministro de energía y el RRH se mantiene en un nivel deseado. La Figura 8 es una vista esquemática simplificada de una modalidad de ejemplo de una estación base celular 400 que implementa tal técnica.
Como se muestra en la Figura 8, la estación base celular 400 es similar a la estación base celular 100 descrita anteriormente con referencia a la Figura 3, excepto que la estación base celular 400 incluye además un módulo de control de tensión de la señal de energía de DC 50 que comparte localización con el RRH 24'. El módulo de control de tensión de la señal de energía de DC 50 puede ubicarse, por ejemplo, en o cerca de la parte superior de la torre 30. En una modalidad de ejemplo, el módulo de control de tensión de la señal de energía de DC 50 puede incluir un medidor de tensión 52, un controlador 54 y un módulo de comunicaciones 56. El medidor de tensión 52 puede usarse para monitorear la tensión de la señal de energía de DC en el otro extremo del cable de energía 36 (es decir, en la parte superior de la torre 30). Cualquier medidor de tensión apropiado puede usarse que sea capaz de medir la tensión de la señal de energía de DC en el extremo más alejado del cable 36 (o en otro lugar cerca del RRH 24') o que pueden medir otros parámetros que pueden usarse para determinar la tensión de la señal de energía de DC en el extremo más alejado del cable 36.
El medidor de tensión 52 puede suministrar la tensión medida (u otro parámetro) al controlador 54. El controlador 54 puede luego controlar el módulo de comunicaciones 56 para transmitir la tensión medida o calculada de la señal de energía de DC en el otro extremo del cable de energía 36 a, por ejemplo, el segundo suministro de energía 28. El controlador 54 puede comprender cualquier procesador, controlador, ASIC, circuito lógico o similar apropiado. El módulo de comunicaciones 56 puede comprender un transmisor alámbrico o inalámbrico. En algunas modalidades, el módulo de comunicaciones 56 puede comprender un transmisor Bluetooth inalámbrico o un transmisor celular. En otras modalidades, el módulo de comunicaciones 56 puede comunicarse con el segundo suministro de energía 28 a través de una conexión por cable independiente. En aún otras modalidades, el módulo de comunicaciones 56 puede comunicarse con el segundo suministro de energía 28 modulando una señal en el cable de energía 36. En cada caso, el módulo de comunicaciones 56 puede transmitir la tensión medida o calculada de la señal de energía de DC en el otro extremo del cable de energía 36 al segundo suministro de energía 28. El segundo suministro de energía 28 puede ajustar la tensión de la señal de energía de DC que emite en respuesta a estas comunicaciones con el fin de mantener generalmente la tensión de la señal de energía de DC en el otro extremo del cable de energía 36 a un nivel deseado y/o preseleccionado. Por tanto, en esta modalidad, puede usarse un lazo de respuesta activo para mantener la tensión de la señal de energía de DC en el otro extremo del cable de energía. 36 en el nivel preseleccionado.
El módulo de control de tensión de la señal de energía 50 puede ser una unidad independiente o puede integrarse con otros equipos tales como, por ejemplo, el RRH 24'.
Mientras que las modalidades que se han descrito anteriormente suministran una señal de energía de DC a través del cable de energía 36, se apreciará que, en otras modalidades, puede usarse en su lugar una señal de energía de AC. Por ejemplo, si los RRH 24' se diseñan para ser alimentado por una señal de energía de AC como opuesto a una señal de energía de DC, entonces el suministro de energía 28 puede emitir una señal de energía de AC como opuesto a una señal de energía de DC, pero por lo demás pueden funcionar de la misma manera. Igualmente, en las modalidades que incluyen un convertidor de DC a DC 42 en la cima de la torre 30, en su lugar, puede usarse un convertidor de AC a DC o, si el RRH 24' se diseña para ser alimentado por una señal de energía de Ac , el convertidor de DC a DC 42 se puede reemplazar con un convertidor Reductor de AC a AC. Por tanto, se apreciará que las modalidades ilustradas en las figuras son de naturaleza ilustrativa y no pretenden limitar el alcance de la presente invención.
En las diversas modalidades descritas anteriormente, un único cable de energía 36 se ha proporcionado que conecta el suministro de energía 28 al RRH 24'. Sin embargo, se apreciará que la conexión del cableado para la señal de energía entre el suministro de energía 28 y el RRH 24' puede incluir múltiples elementos, tales como dos o más cables de energía 36 que se conectan por conectores en otras modalidades.
Un método para alimentar una radio que se monta en una torre de una estación base celular de acuerdo con las modalidades de la presente invención ahora se describirá con referencia al diagrama de flujo de la Figura 9. Como se muestra en la Figura 9, las operaciones pueden comenzar con un usuario ingresando información a un suministro de energía programable que puede usarse por el suministro de energía programable para establecer un nivel de tensión de la señal de energía que se emite por el suministro de energía programare (bloque 300). Esta información puede comprender, por ejemplo, una resistencia eléctrica de una conexión de cableado entre el suministro de energía y la radio o información sobre las características de la conexión de cableado que puede usarse para calcular esta resistencia. Si bien no se muestra en la Figura 9, se apreciará que en otras modalidades el suministro de energía programable puede tener la capacidad de medir la resistencia de la conexión de cableado, evitando de esta manera la necesidad de cualquier entrada del usuario. El suministro de energía programable puede usar esta información para emitir una señal de energía de DC que se proporciona a la radio a través de la conexión de cableado (bloque 310). La corriente de la señal de energía de DC que se emite puede luego medirse (bloque 320). El suministro de energía programable puede luego ajustar automáticamente un nivel de tensión de la señal de energía emitida por el suministro de energía en respuesta a los cambios en la corriente de salida medida para proporcionar una tensión preseleccionada sustancialmente constante en un primer extremo del cable de energía que es remoto desde el suministro de energía (bloque 330). Como se muestra en la Figura 9, los bloques 320 y 330 luego se realizan continuamente a intervalos apropiados con el fin de mantener el nivel de tensión de la señal de salida del suministro de energía en el otro extremo del cable de energía en el nivel de tensión preseleccionado.
Las modalidades de la presente invención proporcionan suministros de energía para alimentar equipos de radio, tal como un cabezal de radio remoto que se localiza remoto desde el suministro de energía usado para alimentar la radio (por ejemplo, el suministro de energía está en la base de una torre celular y la radio está en la parte superior de la torre) sin recibir ninguna respuesta desde la radio o desde otro equipo en la ubicación remota. La tensión de la señal de energía de DC suministrada por el suministro de energía a la radio a través de una conexión de cableado puede establecerse en un nivel preseleccionado. El nivel preseleccionado puede establecerse para reducir o minimizar las pérdidas de energía que pueden producirse al transmitir la señal de energía de DC a través de la conexión de cableado. La tensión de salida de la señal de energía de DC del suministro de energía puede variar en función de las variaciones en la corriente extraída desde el suministro de energía, de modo que la tensión de la señal de energía de DC en el extremo de radio de la conexión del cableado puede tener, por ejemplo, un valor sustancialmente constante. Este valor puede seleccionarse para que esté cerca de un valor máximo para la tensión de la señal de energía de DC que puede ingresarse a la radio.
Mientras típicamente la tensión de la señal de energía de DC emitida por el suministro de energía se ajustará para mantener la tensión de la señal de energía de DC en el extremo del radio de la conexión de cableado a un nivel establecido, se apreciará que se espera alguna variación debido al tiempo que tarda el suministro de energía de DC en ajustar la tensión de la señal de energía de DC en respuesta a los cambios en la corriente consumida. También se apreciará que no es necesario mantener la tensión de la señal de energía de DC a un nivel constante en el extremo del radio de la conexión de cableado, sino que puede tener diferentes características (por ejemplo, configurarse para mantenerse dentro de un intervalo predeterminado, configurarse para volver a un nivel preseleccionado dentro de un cierto período de tiempo, etc.) en algunas modalidades.
En algunos sistemas celulares actuales, la caída de tensión que ocurre en la señal de energía de DC que se entrega desde un suministro de energía localizado en la parte inferior de una torre celular al RRH en la parte superior de la torre puede ser tan grande que la tensión de la señal de energía de la DC en la parte superior de la torre puede ser insuficiente para hacer funcionar el RRH. Como resultado, en algunos casos se usan cables de energía de mayor diámetro que exhiben menos resistencia de DC y, por lo tanto, una menor caída de la tensión. Sin embargo, el uso de cables de energía más grandes tiene una serie de desventajas, ya que estos cables pueden ser significativamente más caros, agregar más peso a la torre (lo que requiere que las torres se construyan para manipular este peso adicional) y más dificultad para instalar.
Conforme a las modalidades de la presente invención, este problema puede reducirse o resolverse controlando la tensión de la señal de energía de Dc emitida por el suministro de energía de modo que la tensión de la señal de energía de DC en el extremo del radio de la conexión de cableado pueda ser igual o menor cerca de una tensión máxima para la señal de energía de DC que puede ingresar al RRH. Este esquema reduce la caída de tensión de la señal de energía de DC y, por lo tanto, puede permitir el uso de cables de energía de menor diámetro y/o conexiones de cableado más largas entre el suministro de energía y el RRH. Adicionalmente, como se indicó anteriormente, dado que las pérdidas de energía experimentadas por la señal de energía de DC son menores, los costos de operación del RRH también pueden reducirse.
La presente invención se ha descrito con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestran ciertas modalidades de la invención. Sin embargo, esta invención puede realizarse de muchas formas diferentes y no debe interpretarse como limitada a las modalidades que se representan y describen en la presente descripción; más bien, la invención se expone en las reivindicaciones adjuntas. Los números similares se refieren a elementos similares a lo largo de la especificación y los dibujos.
Se debe entender que, aunque los términos primero, segundo, etc. se usan en la presente descripción para describir varios elementos, estos elementos no deberían limitarse por estos términos. Estos términos solamente se usan para distinguir un elemento de otro. Por ejemplo, un primer elemento podría denominarse segundo elemento y, de manera similar, un segundo elemento podría denominarse primer elemento, sin apartarse del alcance de la presente invención. Como se usa en la presente, el término "y/o" incluye todas y cada una de las combinaciones de uno o más de los elementos enumerados asociados.
A menos que se defina de cualquier otra manera, todos los términos técnicos y científicos que se usan en esta descripción tienen el mismo significado que el comúnmente entendido por un experto en la técnica a la que pertenece esta invención. La terminología usada en la descripción anterior tiene el propósito de describir modalidades particulares solamente y no pretende ser una limitación de la invención. Como se usa en esta descripción, las formas singulares "un", "una" y "el" pretenden incluir las formas plurales también, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. También se entenderá que cuando un elemento (por ejemplo, un dispositivo, circuito, etc.) se denomina "conectado" o "acoplado" a otro elemento, puede conectarse o acoplarse directamente al otro elemento o elementos intermedios pueden estar presente. Por el contrario, cuando se hace referencia a un elemento como "conectado directamente" o "acoplado directamente" a otro elemento, no hay elementos intermedios presentes.
Se entenderá además que los términos "comprende" "que comprende", "incluye" y/o "que incluye" cuando se usan en la presente descripción, especifican la presencia de características, operaciones, elementos y/o componentes declarados, pero no excluyen la presencia o adición de una o más características, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de los mismos.
En los dibujos y la descripción, se han divulgado modalidades típicas de la invención y, aunque se emplean términos específicos, se utilizan en un sentido genérico y descriptivo solamente y no con fines de limitación, el alcance de la invención se establece en las siguientes reivindicaciones.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un método para alimentar una radio (24) que se monta en una torre (30) de una estación base celular (10), u otra localización remota desde una unidad de banda base asociada (22), el método que comprende:
emitir una señal de energía de corriente directa ("DC") desde un suministro de energía (26) y suministrar la señal de energía de DC que sale desde el suministro de energía (26) a la radio (24) a través de un cable de energía (36); y
ajustar un nivel de tensión de la señal de energía de DC que sale desde el suministro de energía (26) de modo que la señal de energía de DC en un extremo de radio del cable de energía (36) que es remota desde el suministro de energía (26) tenga una tensión sustancialmente constante a pesar de la variación en el nivel de corriente de la señal de energía de DC que sale desde el suministro de energía (26), en donde el suministro de energía (26) comprende un suministro de energía programable (28), el método que comprende además recibir información de entrada en el suministro de energía (26) a partir de la cual se determina el nivel de tensión de la señal de energía de DC que sale desde el suministro de energía (26) que proporcionará la señal de energía de DC en el extremo de radio del cable de energía (36) que tiene la tensión sustancialmente constante, en donde la tensión sustancialmente constante de la señal de energía de DC en el extremo de radio del cable de energía (36) excede una tensión de señal de energía nominal de la radio (24) y que es menor que una tensión de señal de energía máxima de la radio (24), caracterizado porque
la entrada de información al suministro de energía (26) comprende información desde la cual se determina una resistencia del cable de energía (36), y
el método que comprende además medir el nivel de corriente de la señal de energía de DC que sale desde el suministro de energía (26), en donde el nivel de tensión de la señal de energía de DC que sale desde el suministro de energía (26) se ajusta automáticamente en respuesta a los cambios en el nivel de corriente medido de la señal de energía de DC que sale desde el suministro de energía (26) para proporcionar la señal de energía de DC en el extremo de radio del cable de energía (36) que tiene una tensión sustancialmente constante.
2. El método de la reivindicación 1, en donde la información de entrada recibida en el suministro de energía (26) comprende una resistencia o impedancia del cable de energía (36).
3. El método de la reivindicación 1, en donde el suministro de energía programable (28) comprende un convertidor de DC a DC que recibe una señal de energía de DC de un segundo suministro de energía (28) y ajusta un nivel de tensión de la señal de energía de DC que se recibe del segundo suministro de energía (28) para proporcionar la señal de energía de DC en el extremo de radio del cable de energía (36) que tiene la tensión sustancialmente constante.
4. El método de la reivindicación 1, que comprende además transmitir una señal de control por el cable de energía (36) que se utiliza para determinar una resistencia eléctrica del cable de energía (36).
5. El método de la reivindicación 1, en donde una pérdida de energía en el cable de energía (36) cuando la señal de energía está a una tensión sustancialmente constante es menor que la pérdida de energía en el cable de energía (36) cuando la señal de energía de DC en el extremo de radio del cable de energía (36) está a una tensión de señal de energía nominal de la radio (24).
6. El método de la reivindicación 1, en donde la tensión sustancialmente constante es de 2-4 Volts menos que la señal de energía de DC máxima para la radio (24).
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