ES2946144T3 - Antena celular para despliegue elevado y obstruido - Google Patents
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Abstract
En un ejemplo, la presente descripción proporciona un sistema de antenas de matriz en fase con una primera matriz de elementos de antena y una primera red de formación de haces de radiofrecuencia configurada para dividir la potencia de una señal de radiofrecuencia para transmisión en una primera pluralidad de señales de componentes que comprenden señales de activación para el primer conjunto de elementos de antena, la primera red de formación de haces de radiofrecuencia configurada además para combinar una señal de radiofrecuencia para su recepción por el sistema de antena de conjunto en fase de una segunda pluralidad de señales componentes del primer conjunto de elementos de antena, donde una distribución de potencia de radiofrecuencia de la primera red de formación de haces de radiofrecuencia está dispuesta para proporcionar una ponderación de la primera pluralidad y la segunda pluralidad de señales componentes procesadas a través de elementos de antena hacia un extremo de la primera matriz. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Antena celular para despliegue elevado y obstruido
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica prioridad a la solicitud de patente provisional de Estados Unidos con N.° de serie 62/572.149, presentada el 13 de octubre de 2017.
Campo de la divulgación
La presente divulgación se refiere en general a antenas de estaciones base celulares y se refiere más particularmente a sistemas de antena con un rendimiento mejorado en ubicaciones elevadas y obstruidas, tales como, por ejemplo, en los tejados de edificios de varias plantas.
Antecedentes
Las antenas de estación base diseñadas para su despliegue en la red macrocelular se despliegan normalmente cerca de la demanda de tráfico de la red móvil (abonados) en torres, postes y tejados a alturas que están significativamente por encima de la altura media circundante de otros tejados. Este despliegue macrocelular minimiza las pérdidas por propagación de difracción entre la estación base y los terminales de abonado, por lo tanto, maximiza el alcance de cobertura y/o la penetración en el interior del edificio. El documento US2017/0118760A1 propone una radio de enlace de retorno inteligente de banda híbrida. El documento EP1609208A1 propone un sistema de antenas de conjunto en fase.
Sumario
En un ejemplo, la presente divulgación proporciona un sistema de antenas de conjunto en fase como se establece en la reivindicación independiente 1.
En otro ejemplo, la presente divulgación proporciona un método como se establece en la reivindicación independiente 9.
Breve descripción de los dibujos
Las enseñanzas de la presente divulgación pueden entenderse fácilmente considerando la siguiente descripción detallada en conjunto con los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 representa configuraciones de despliegue de antena de estación base ilustrativas en edificios;
La Figura 2 representa una distribución de fase y amplitud de antena de estación base convencional, y un patrón de radiación de campo lejano resultante en el plano de elevación;
La Figura 3 representa una distribución de fase y amplitud de antena de estación base optimizada en el tejado, y un patrón de radiación de campo lejano resultante en el plano de elevación;
La Figura 4 representa una antena de estación base convencional desplegada en un tejado y retranqueada desde el borde del tejado;
La Figura 5 representa una antena de estación base optimizada desplegada en el tejado y retranqueada desde el borde del tejado;
La Figura 6 ilustra la potencia de la señal recibida en tierra para una antena convencional sin y con pérdidas de difracción de borde del tejado, y para una antena de tejado optimizada con pérdidas de difracción de borde del tejado;
La Figura 7 ilustra la potencia de la señal recibida en tierra para una antena convencional sin y con pérdidas agresivas de difracción de borde del tejado, y para una antena de tejado optimizada con pérdidas agresivas de difracción de borde del tejado;
La Figura 8 ilustra la intensidad de la señal recibida para una antena de estación base sin difracción de borde y para una antena de estación base desplegada en un tejado de 30 m y retranqueada del borde del tejado en 6 m; y
La figura 9 representa un sistema de antenas ilustrativo con una red de alimentación, de acuerdo con la presente divulgación.
Para facilitar el entendimiento, se han usado números de referencia idénticos, donde ha sido posible, para designar elementos idénticos que son comunes a las figuras.
Descripción detallada
La divulgación actual presenta una solución para optimizar (es decir, minimizar) las pérdidas de propagación entre una antena de estación base de red macrocelular desplegada en un tejado y terminales de abonado terrestres, cuando la
antena se despliega retranqueada de los bordes de tejado. En un ejemplo, se usa una red de formación de haces, o red de alimentación de distribución, con una distribución de amplitud modificada de manera que una proporción sustancial de la potencia de RF se asigna a los elementos de antena superiores. Esta distribución de potencia de RF sesgada a lo largo del conjunto de antenas aumenta la altura efectiva de la potencia de RF sobre el tejado, reduciendo por lo tanto el ángulo de incidencia desde cada elemento de antena hasta el borde del tejado y, por lo tanto, reduce las pérdidas de difracción sobre el borde del tejado. Para despliegues de tejado ilustrativos, se puede conseguir una reducción de hasta 3 dB en las pérdidas de propagación para terminales móviles en tierra en comparación con una antena de estación base que usa un perfil de distribución de potencia de RF más convencional a través del conjunto. La presente divulgación también ilustra que se pueden usar pesos de fase apropiados con tales distribuciones de amplitud ponderada "muy sobrecargada" para desarrollar un patrón de haz de plano de elevación en el campo lejano de la antena adecuado para el despliegue de la red celular, tal como tener una supresión de nivel de lóbulo lateral superior (USLS) robusta. La presente divulgación no se limita a redes de formación de haces pasivas e incluye ejemplos que utilizan una disposición de antena activa en la que se pueden aplicar pesos de precodificación a los datos orientados al usuario, de modo que se puede lograr una formación de haces específica del usuario para optimizar la pérdida de trayectoria en el plano de elevación para terminales de abonado individuales.
Las antenas de estación base diseñadas para su despliegue en la red macrocelular se despliegan normalmente cerca de la demanda de tráfico de la red móvil (abonados) en torres, postes y tejados a alturas que están significativamente por encima de la altura media circundante de otros tejados. Este despliegue macrocelular minimiza las pérdidas por propagación de difracción entre la estación base y los terminales de abonado, por lo tanto, maximiza el alcance de cobertura y/o la penetración en el interior del edificio. Para despliegues de antena de tejado, las antenas se pueden desplegar de diversas maneras, tales como: antenas montadas en los laterales del edificio, antenas montadas en la parte superior de un edificio, normalmente aprovechando un hueco de ascensor u otra estructura de mantenimiento, antenas montadas en el mismo tejado, y antenas montadas retranqueadas desde el borde del tejado. Estas diferentes configuraciones se ilustran en la Figura 1 como los ejemplos 110, 120 y 130, respectivamente. Las antenas montadas en los laterales de los edificios (por ejemplo, el ejemplo 110) pueden ser óptimas para maximizar la cobertura ya que el patrón de radiación de la antena no está obstruido. Sin embargo, esta opción requiere despliegues de antena en tres laterales del edificio, correspondientes a los tres sectores de un sitio de estación base celular típico. La mayoría de los edificios tienen cuatro laterales y, en general, los tres sectores necesitan proporcionar una cobertura de 120 grados de acimut. Esto significa que todas las antenas no pueden montarse al ras de los laterales del edificio y necesitan añadirse soportes. En ocasiones, esto es motivo de preocupación para la zonificación/permiso de planificación, particularmente en áreas urbanas y suburbanas.
Las antenas desplegadas en la parte más alta del edificio (por ejemplo, el ejemplo 120) también pueden ser óptimas para maximizar la cobertura, dependiendo del tamaño del tejado, ya que se alcanza la altura máxima. Además, esta opción permite la ubicación conjunta de los tres sectores, lo que facilita un despliegue más sencillo, pero puede presentar una solución de despliegue antiestética. Las antenas retranqueadas del borde del tejado (por ejemplo, el ejemplo 130) ayudan a ocultar la apariencia de las antenas, especialmente desde las calles de abajo. Esta opción de despliegue es conocida en muchas ciudades y, a menudo, es la única opción de despliegue en el tejado permitida por las directrices de planificación de la ciudad. Una desventaja de los despliegues de tejados retranqueados es que existe una obstrucción física entre la antena y los terminales de abonado, debido al borde o al parapeto del tejado. Esta obstrucción puede introducir pérdidas de propagación de difracción significativas. Minimizar estas pérdidas de difracción permitiría mejorar la intensidad de la señal en toda el área de servicio y, por lo tanto, una mayor penetración en edificios y, en general, una mejor calidad y experiencia de servicio.
La divulgación actual incluye ejemplos para optimizar (es decir, minimizar) las pérdidas de propagación entre una antena de estación base de red macrocelular desplegada en un tejado y terminales de abonado terrestres, cuando la antena se despliega retranqueada de los bordes del tejado. En un ejemplo, se usa una red de formación de haces, o red de alimentación de distribución, con una distribución de amplitud modificada de manera que una proporción sustancial de la potencia de RF se asigna a los elementos de antena superiores. Esta distribución de potencia de RF sesgada a lo largo del conjunto de antenas aumenta la altura efectiva de la potencia de RF sobre el tejado, reduciendo por lo tanto el ángulo de incidencia desde cada elemento de antena hasta el borde del tejado y, por lo tanto, reduce las pérdidas de difracción sobre el borde del tejado. La presente divulgación también ilustra que se pueden usar pesos de fase apropiados con tales distribuciones de amplitud ponderada "muy sobrecargada" para desarrollar un patrón de haz de plano de elevación en el campo lejano de la antena adecuado para el despliegue de la red celular, tal como tener una supresión de nivel de lóbulo lateral superior (USLS) robusta.
Una antena de estación base diseñada para redes de comunicaciones móviles de banda ancha normalmente incluye uno o más conjuntos, comprendiendo cada conjunto una pluralidad de elementos de antena radiantes, y pudiendo soportar los conjuntos una o múltiples bandas de espectro. Los elementos de antena de cada conjunto están conectados a una red de formación de haces de RF, red de distribución o red de alimentación de RF, que está diseñada para distribuir potencia de RF a los elementos del conjunto, cuando se considera una señal para su transmisión a través del conjunto de antenas. Los elementos de antena del conjunto están dispuestos normalmente en un plano vertical y están diseñados para crear un patrón de haz de radiación relativamente estrecho en el plano de elevación (de 10 grados, por ejemplo). Cabe señalar que el plano vertical y el plano de elevación pueden referirse al mismo plano, siendo el primer término más comúnmente usado para referirse a una orientación física de un conjunto de
antenas, y el último más comúnmente usado para referirse a patrones de radiación. Los desfasadores también se usan normalmente entre la red de alimentación de RF y los elementos de antena. Los desfasadores se usan para impartir una pendiente de fase linealmente variable a lo largo del conjunto de antenas y, por lo tanto, variar la dirección de puntería del patrón radiado en el plano de elevación. Esto se conoce como inclinación eléctrica variable (VET) para controlar y optimizar la cobertura de la red celular y los parámetros de interferencia.
Los conjuntos de antenas diseñados para redes de comunicaciones móviles de banda ancha pueden tener una red de alimentación de RF que distribuye la potencia de RF con una cierta amplitud y perfil de fase a los elementos de antena. El perfil de amplitud y fase está normalmente diseñado para crear un patrón de radiación optimizado en el plano de elevación. Un patrón de elevación optimizado para antenas de estación base desplegadas en la red macrocelular podría tener ciertas características tales como: ancho de haz estrecho en elevación para maximizar la directividad y la ganancia, supresión intensa del lóbulo lateral superior (USLS) para ayudar a minimizar la interferencia inter sitio, rápida caída del haz principal superior para ayudar a minimizar la interferencia inter sitio y relleno nulo del lóbulo lateral inferior para ayudar a optimizar la cobertura cerca del sitio de la estación base.
Una especificación de la industria para USLS es >18 dB para los lóbulos laterales superiores a -30 grados, lo que significa que los lóbulos laterales superiores son >18 dB inferiores en magnitud que el haz principal. En un ejemplo, la presente divulgación proporciona la supresión del lóbulo lateral superior de un patrón de radiación de campo lejano de 15 dB o mayor con respecto a un haz principal del patrón de radiación de campo lejano a través de un intervalo de hasta 30 grados por encima del haz principal. En el gráfico 290 de la Figura 2 se ilustra una distribución de amplitud ilustrativa que ayuda a garantizar unos lóbulos laterales mínimos. Como se ilustra en la Figura 2, una antena de estación base (100) comprende un conjunto de siete elementos de antena con polarización cruzada (110-116). Los elementos de antena (110-116) están conectados a una red de distribución, que puede ser interna a la antena (no mostrada), con un perfil de amplitud (120-126) simétricamente ahusado alrededor del elemento central. En la Figura 2 se muestra un perfil de fase plano (130) a lo largo del conjunto que da como resultado un patrón de radiación de campo lejano (140) en el plano de elevación ilustrado en el gráfico 295 (que relaciona el ángulo de elevación con la ganancia relativa), con una buena USLS y un haz principal directivo. Hay otras implementaciones que logran una buena USLS. Un método, aunque no se muestra, tiene igual amplitud en todos los elementos, pero usa un perfil de fase específico que varía a lo largo del conjunto. Este enfoque se ha denominado "deterioro de fase" ya que se usan grandes cambios de fase de un elemento a otro. Tales antenas de estación base están diseñadas para despliegues en torres, laterales de edificios y en la parte superior de edificios donde hay muy poca o ninguna obstrucción cerca o en el campo cercano de la antena.
En un ejemplo, la presente divulgación incluye una antena de estación base con un conjunto de elementos de antena que tienen una distribución de amplitud con pesos de amplitud significativamente superiores asignados a los elementos de antena en el extremo superior del conjunto; una distribución de amplitud "muy sobrecargada". Además, los patrones de radiación prácticos de la antena de estación base en el plano de elevación pueden diseñarse con tales distribuciones de amplitud "muy sobrecargadas". Se ilustra un ejemplo en la Figura 3. Una antena de estación base (200) comprende un conjunto de siete elementos de antena con polarización cruzada (210-216). Los elementos de antena están conectados a una red de distribución, que puede ser interna a la antena (no mostrada), con un perfil de amplitud "muy sobrecargado", o una distribución de amplitud (220-226) y un perfil de fase (230) a través del conjunto ilustrado en el gráfico 390. Este perfil de amplitud y fase da como resultado un patrón de radiación de campo lejano (240) en el plano de elevación ilustrado en el gráfico 395 (que relaciona el ángulo de elevación con la ganancia relativa). El patrón de radiación para la distribución ponderada al centro ahusada se muestra en (140), como referencia. El ejemplo de distribución de amplitud "muy sobrecargada" (220-226) y de distribución de peso de fase (230) crea un patrón de radiación de campo lejano (240) en el plano de elevación que tiene una buena USLS (por ejemplo, mejor que 18 dB), un haz principal directivo, y un patrón de radiación de caída del haz principal superior muy similar en comparación con el conjunto (100) de la Figura 2 con una distribución de amplitud ahusada ponderada al centro. En un ejemplo, el perfil de fase (230) puede seleccionarse de acuerdo con un algoritmo de autooptimización basado en un patrón de radiación de campo lejano deseado (por ejemplo, que incluye el lóbulo lateral superior) como entrada. Sin embargo, se puede ver que la distribución de amplitud "muy sobrecargada" tiende a perder algo de directividad en relación con la distribución de amplitud ahusada ponderada al centro; en este ejemplo, aproximadamente 0,5 dB de pérdida de directividad.
Sin embargo, la divulgación actual está prevista para las antenas de estación base que tienen algunas obstrucciones entre la antena y los terminales de abonado, donde las obstrucciones están cerca de la antena de estación base, por ejemplo, tales como aquellas antenas desplegadas en los tejados y retranqueadas del borde del tejado. En estos casos de despliegue, la directividad inferior no es una preocupación particular, ya que el patrón de radiación de campo lejano, especialmente en ángulos por debajo del horizonte, se verá significativamente perturbado por el borde del tejado que se encuentra dentro o cerca del campo cercano del conjunto de antenas. De hecho, los ejemplos de la presente divulgación están diseñados para proporcionar una ganancia efectiva mejorada y, por lo tanto, una cobertura de servicio celular mejorada, en ángulos por debajo del horizonte.
La potencia radiada por un conjunto de antenas no se radia desde un solo punto, sino que se radia desde varios puntos: es decir, los elementos de la antena. La potencia de la señal resultante recibida en un terminal de abonado estará en el campo lejano de la antena, y es la suma vectorial de las señales de los componentes individuales de cada
elemento de antena, más la suma vectorial de cualquier reflejo de múltiples trayectorias introducido en el canal de radio. En el escenario donde el conjunto de antenas está en un tejado y retranqueado del borde del tejado, el borde del tejado introduce pérdidas de difracción entre la antena y el terminal de abonado. Los elementos de antena más cercanos al tejado y en la parte inferior del conjunto tienen las mayores pérdidas de difracción para el abonado, mientras que los elementos de antena más cercanos a la parte superior del conjunto de antenas tienen las menores pérdidas de difracción.
La Figura 4 ilustra un escenario de despliegue ilustrativo 400 que usa una antena de estación base convencional (100) (por ejemplo, un conjunto de antenas) desplegada en un tejado de un edificio (10) y retranqueada desde el borde del tejado por una distancia de x. La antena de estación base (100) tiene una distribución de amplitud ahusada ponderada al centro a través del conjunto de antenas, indicada por pesos de amplitud (120-126). Suponiendo que no hay reflejos de múltiples trayectorias introducidas por el canal de radio, o que son muy débiles, la potencia recibida en el terminal de abonado (300) es una función de la suma vectorial de las señales de los componentes radiadas desde los elementos de antena indicadas por las trayectorias de propagación (150-156), respectivamente. Las líneas de trayectoria de propagación (150-156) tienen diferentes espesores correspondientes a la potencia relativa de las señales de los componentes de cada uno de los elementos de antena.
La Figura 5 ilustra un escenario de despliegue ilustrativo 500 que usa una antena de estación base optimizada (200) (por ejemplo, un conjunto de antenas) de acuerdo con la presente divulgación desplegada en el tejado de un edificio (10) y retranqueada desde el borde del tejado por una distancia de x. La antena de estación base (200) tiene una distribución de amplitud "muy sobrecargada" a través del conjunto de antenas, indicada por los pesos de amplitud (220-226). Suponiendo que no hay reflejos de múltiples trayectorias introducidas por el canal de radio, o que son muy débiles, la potencia recibida en el terminal de abonado (300) es la suma vectorial de las señales de los componentes radiadas desde los elementos de la antena, indicadas por las trayectorias de propagación (250-256), respectivamente. En este ejemplo, los elementos superiores tienen la potencia más intensa y experimentan las pérdidas de difracción más bajas. Las líneas de trayectoria de propagación (250-256) tienen diferentes espesores correspondientes a la potencia relativa de las señales de los componentes de cada uno de los elementos de antena. Esta disposición optimiza la potencia total que llega al terminal de abonado mientras mantiene aún las propiedades del patrón de elevación deseables para el despliegue celular. Por supuesto, tener toda la potencia de r F asignada al elemento superior y ninguna potencia a los otros elementos daría como resultado la potencia máxima en el terminal de abonado, pero esto puede no crear un patrón de radiación de elevación deseable con características de USLS adecuada y caída del haz principal, que pueden ser deseables para gestionar la interferencia inter sitio para redes celulares. Cabe la pena señalar que, la influencia de la difracción del borde del tejado en los patrones de elevación de la antena en ángulos aproximadamente alrededor y por encima del horizonte será mucho menor, porque los ángulos entre las células vecinas y la antena de estación base (200) serán poco profundos y, por lo tanto, de menos difracción sobre el borde del tejado. Como tal, los lóbulos laterales superiores y la caída de haz principal se verán menos afectados.
La presente divulgación utiliza una distribución de amplitud de conjunto de antenas "muy sobrecargada" para despliegues de conjuntos de antenas donde hay o se espera que haya al menos un borde de difracción entre el conjunto de antenas y el terminal de abonado. La distribución de amplitud "muy sobrecargada" pretende maximizar la potencia recibida en el terminal de abonado, manteniendo al mismo tiempo un patrón de radiación de plano de elevación que es deseable para el despliegue de la red celular, en particular, la caída del haz principal superior y USLS. La presente divulgación también pretende conseguir más potencia en el terminal de abonado que la potencia recibida en el terminal de abonado cuando se usan distribuciones de amplitud más comunes con un conjunto de antenas convencional.
La Figura 6 muestra un gráfico 600 con resultados simulados para la potencia de señal recibida en el suelo en dBm y, por lo tanto, lo que un terminal de abonado podría recibir en función de la distancia desde la antena de estación base para tres casos: (1) conjunto de antenas de estación base convencional con una distribución de amplitud ahusada ponderada al centro desplegada en un borde de tejado sin pérdidas de difracción, (2) conjunto de antenas de estación base convencional con una distribución de amplitud ahusada ponderada al centro desplegada en un rejado pero retranqueada desde el borde del tejado en 6 m y, por lo tanto, sufre pérdidas de difracción de borde, y (3) conjunto de antenas de estación base optimizada de tejado con una distribución de amplitud "muy sobrecargada" desplegada en un tejado pero retranqueada desde el borde del tejado en 6 m y, por lo tanto, sufriendo pérdidas de difracción de borde.
En el ejemplo de la Figura 6, las antenas simuladas están a 30 m de altura y comprenden 7 elementos de antena a través de una longitud de 2,4 m con una inclinación de haz de elevación de 5° a 750 MHz. El gráfico muestra que la señal en el suelo se mejora usando el conjunto de antenas de estación base optimizada de tejado sobre un conjunto de antenas convencional para todas las distancias relevantes, con mejoras observadas en la intensidad de la señal de hasta 3 dB. Si bien todas las pérdidas de difracción nunca se pueden recuperar, 1-3 dB de mejora de la intensidad de la señal es una mejora significativa para el rendimiento de la red y la experiencia del usuario en términos de cobertura de servicio, caudal de datos de banda ancha y duración de la batería, ya que los canales de enlace ascendente y descendente se benefician de las pérdidas de difracción reducidas. En un ejemplo, para lograr una ganancia de 3 dB sin la presente divulgación, tendría que usarse una antena del doble de la longitud del conjunto.
La Figura 7 muestra un gráfico 700 con resultados simulados adicionales para la potencia de la señal recibida en el
suelo en dBm y, por lo tanto, lo que un terminal de abonado podría recibir en función de la distancia desde la antena de estación base para los mismos tres casos anteriores, pero con un borde de difracción más grave. En la Figura 7, las antenas para los dos segundos ejemplos están desplegadas en el tejado y retranqueadas 6 m como en el ejemplo de la Figura 6, pero también hay un parapeto de 1 m. El parapeto presenta una mayor pérdida de difracción. La Figura 7 muestra que la señal en el suelo se mejora usando el conjunto de antenas optimizadas en el tejado sobre un conjunto de antenas convencional para todas las distancias relevantes con mejoras en la intensidad de la señal consistentes de aproximadamente 4 dB observadas.
La Figura 8 muestra la variación en la intensidad de la señal en el plano de elevación como una función de la altura vertical y la distancia horizontal desde la antena de estación base, para una altura de antena de estación base de 30 m como (a) sin obstrucciones (patrón 800), y (b) cuando se despliega en un tejado y se retranquea 6 m desde el borde del tejado (patrón 810). La antena de estación base simulada comprende 7 elementos de antena a través de una longitud de 2,4 m con una inclinación de haz de elevación de 5 grados a 750 MHz. La Figura 8 ilustra que existe una atenuación significativa de la señal cuando se propaga sobre el borde del tejado y se intenta dar servicio a los terminales de abonado en tierra. En este caso, hay una atenuación de aproximadamente 10 dB en la intensidad de la señal en el suelo entre los dos casos, y se relaciona con lo observado en la Figura 6. Sin embargo, la Figura 8 también revela que la potencia de la señal se atenúa para los ángulos hacia y por encima del horizonte. Esta atenuación puede ser útil en términos de ayudar a disminuir aún más la interferencia inter sitio o, como alternativa, permitir una relajación de las especificaciones de supresión del lóbulo lateral superior (USLS) del diseño de la antena, ya que los lóbulos laterales superiores se reducirán aún más si se instalan en un tejado, retranqueados desde el borde del tejado. Esta libertad de diseño adicional puede proporcionar distribuciones de peso de fase y amplitud más óptimas para maximizar la intensidad de la señal en el suelo.
Las antenas de estación base desplegadas en los tejados y retranqueadas del borde del tejado a menudo son propensas a la interferencia de intermodulación pasiva (PIM) que es causada por las fuentes PIM externas que la antena o antenas radian en el tejado. Tales fuentes PIM externas incluyen cables, conductos metálicos, ventilaciones metálicas, rejillas, tornillos, pernos y otras fijaciones. Cualquiera de estos elementos que pueda tener uniones metálicas flojas, particularmente con metales diferentes o con oxidación, puede ser una fuente importante de interferencia PIM externa. Un beneficio adicional de la presente divulgación es ayudar a reducir la interferencia PIM generada por fuentes PIM externas en el tejado, ya que los elementos de antena de la presente divulgación que radian los componentes de señal de RF más intensos son aquellos elementos en y cerca de la parte superior del conjunto de antenas. Como tales, estas fuentes de radiación de potencia superior están más alejadas de las posibles fuentes PIM que en el caso de una antena convencional con una distribución de potencia de RF de amplitud ahusada ponderada al centro a lo largo del conjunto de antenas.
Los sistemas de antenas adecuados para el despliegue en redes de comunicaciones móviles celulares pueden incluir múltiples conjuntos en el mismo radomo y compartir el mismo panel posterior/reflector. Se pueden usar conjuntos adicionales para permitir que se aproveche la diversidad de polarización, procesamiento espacial de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) de orden superior (por ejemplo, MIMO de orden múltiple, tal como 4x4, 6x6, 8x8, etc.) y para soportar bandas de espectro adicionales. Estos conjuntos adicionales pueden utilizar la misma red de formación de haces de RF o una o más redes de formación de haces de RF diferentes.
Los ejemplos de la presente divulgación pueden incluir conjuntos de antenas que usan redes de distribución recíprocas pasivas (por ejemplo, los mismos componentes de red de distribución para enlace ascendente y enlace descendente), o pueden incluir conjuntos de antenas activas donde los pesos de amplitud y fase se generan antes de la amplificación de potencia de RF, ya sea en RF de baja potencia, en frecuencia intermedia (IF), banda base o en banda base específica del usuario. En el último caso, a continuación, es posible precodificar la información prevista para un usuario específico a través del conjunto de antenas que conduce a la formación de haces específica del usuario para minimizar la pérdida de trayectoria en el plano de elevación para terminales de abonado individuales.
La Figura 9 representa un sistema de antenas ilustrativo (200) que implementa una red de alimentación de formación de haces pasiva de acuerdo con la presente divulgación. Un puerto de señal de RF (201) previsto para la conexión desde una estación base de radio para su transmisión y/o recepción por el sistema de antenas (200) está conectado a una red de alimentación que comprende divisores de Rf (202, 203, 204, 205, 206). La red de alimentación se conecta a 7 elementos de antena copolarizados (210-216). Se pueden usar desfasadores variables opcionales (270-276) entre la red de alimentación y los elementos de antena (210-216) para variar la inclinación del patrón de elevación radiado. Por lo tanto, la red de alimentación divide la potencia de una señal de RF prevista para la transmisión en el puerto (201) en una pluralidad de señales de componente que se usarán como señales de accionamiento para el conjunto de elementos de antena (210-216). La disposición de los divisores de RF y las relaciones de división de potencia de RF particulares se muestran en la Figura 9. En este ejemplo, se puede ver que el 73 % de la potencia de RF total de una señal aplicada en el puerto (201) se asigna a los tres elementos de antena superiores. El perfil de amplitud resultante en términos de magnitud de tensión se ilustra en el gráfico 900 con amplitudes (220-226) correspondientes a los elementos de antena (210-216). Las longitudes de fase desde el puerto de entrada de señal (201) hasta los elementos de antena (210-216) se pueden ajustar usando longitudes de cable o longitudes de pista de placa de circuito, dependiendo de cómo se implemente físicamente la red de alimentación. Los pesos de fase previstos para los elementos de antena se representan como el perfil de fase (230). Como tal, los pesos de amplitud y los pesos de
fase de la red de formación de haces de RF están dispuestos para desarrollar un haz directivo y lóbulos laterales suprimidos a través de un intervalo de ángulos en un campo lejano del sistema de antenas (200) y, por lo tanto, para proporcionar un patrón de haz del haz directivo que es adecuado para redes de comunicaciones móviles celulares.
Distintas disposiciones de divisores, relaciones de división y divisores con un número de ramales diferente al mostrado en la Figura 9 pueden lograr perfiles de amplitud iguales o similares. Por lo tanto, la presente divulgación puede utilizar otras redes de alimentación que tienen una potencia significativa asignada a los elementos de antena más superiores pero que aún pueden crear un patrón de radiación de campo lejano, por ejemplo, con USLS de 15 dB o mejor.
Además, cabe señalar que, con respecto a las comunicaciones de enlace ascendente, la red de distribución también está configurada para combinar una señal de RF provista para ser recibida por el conjunto de antenas a partir de una pluralidad de señales de componente. De acuerdo con la invención, el 73 % de la potencia de RF total de una señal aplicada en el puerto (201) se asigna al 50 % o menos de los elementos de antena hacia un extremo (la parte superior) del conjunto (por ejemplo, los elementos de antena (210, 211). En otro ejemplo, el 80 % de la potencia de RF total de una señal aplicada en el puerto (201) se asigna al 50 % o menos de los elementos de antena hacia un extremo (por ejemplo, la parte superior) del conjunto. En un ejemplo, el sistema de antenas (200) está provisto para desplegarse en el tejado de un edificio y para desplegarse sustancialmente lejos de los bordes del tejado del edificio (por ejemplo, retranqueando 3 m o más (por ejemplo, 6 m, 10 m, etc.), de modo que la apariencia del sistema de antenas de conjuntos en fase se minimice cuando se ve desde el nivel del suelo.
Mientras lo anterior describe diversos ejemplos de acuerdo con uno o más aspectos de la presente divulgación, pueden idearse otro ejemplo o ejemplos y ejemplo o ejemplos adicionales de acuerdo con el uno o más aspectos de la presente divulgación sin alejarse del alcance de la misma, que se determina mediante la reivindicación o reivindicaciones y equivalentes de las mismas a continuación.
Claims (11)
1. Un sistema de antenas de conjunto en fase (200), que comprende:
al menos un primer conjunto de elementos de antena (210-216), donde el al menos el primer conjunto comprende un conjunto sustancialmente lineal dispuesto en un plano vertical para la formación de haces en un plano de elevación; y
al menos una primera red de formación de haces de radiofrecuencia (202, 203, 204, 205, 206) configurada para dividir la potencia de una señal de radiofrecuencia para su transmisión en una primera pluralidad de señales de componente, comprendiendo la primera pluralidad de señales de componente señales de accionamiento para el al menos el primer conjunto de elementos de antena, al menos la primera red de formación de haces de radiofrecuencia configurada además para combinar una señal de radiofrecuencia para su recepción por el sistema de antenas de conjunto en fase de una segunda pluralidad de señales de componente del al menos el primer conjunto de elementos de antena, donde los pesos de amplitud de una distribución de potencia de radiofrecuencia (220-226) de al menos la primera red de formación de haces de radiofrecuencia están dispuestos para proporcionar una asignación de al menos el 73 % de una potencia de radiofrecuencia total (220-222) a menos del 50 % de los elementos de antena (210-212) del al menos el primer conjunto hacia un extremo superior del al menos el primer conjunto para la primera pluralidad de señales de componente transmitidas a través de los elementos de antena del al menos el primer conjunto y para la segunda pluralidad de señales de componente recibidas a través de los elementos de antena del al menos el primer conjunto, donde el al menos el primer conjunto es para el despliegue en el tejado de un edificio, y en donde los pesos de amplitud son para minimizar las pérdidas de propagación de difracción introducidas por un borde del tejado del edificio.
2. El sistema de antenas de conjunto en fase de la reivindicación 1, donde los pesos de amplitud (220-226) y los pesos de fase (230) de la al menos la primera red de formación de haces de radiofrecuencia están dispuestos para desarrollar un haz directivo y lóbulos laterales suprimidos (140) a lo largo de un intervalo de ángulos en un campo lejano del sistema de antenas de red en fase, en donde un patrón de haz del haz directivo es adecuado para redes de comunicaciones móviles celulares.
3. El sistema de antenas de conjunto en fase de la reivindicación 1, donde los pesos de amplitud están dispuestos para proporcionar una asignación de al menos el 80 % de la potencia de radiofrecuencia total (220-222) a menos del 50 % de los elementos de antena (210-212) hacia el extremo superior del al menos el primer conjunto.
4. El sistema de antenas de conjunto en fase de la reivindicación 1, donde al menos un primer conjunto es para desplegarse lejos de los bordes del tejado del edificio de manera que la apariencia del al menos el primer conjunto se minimiza cuando se ve desde el nivel del suelo.
5. El sistema de antenas de conjunto en fase de la reivindicación 1, donde la distribución de potencia de radiofrecuencia (220-226) proporciona lóbulos laterales superiores de un patrón de radiación de campo lejano del al menos el primer conjunto que se suprimen en 15 dB o más en relación con un haz principal del patrón de radiación de campo lejano en un rango de hasta 30 grados por encima del haz principal (140).
6. El sistema de antenas de conjuntos en fase de la reivindicación 1, donde el sistema de antenas comprende una pluralidad de conjuntos de antenas, incluyendo la pluralidad de conjuntos de antenas el al menos el primer conjunto, y una pluralidad de redes de formación de haces de radiofrecuencia, incluyendo la pluralidad de redes de formación de haces de radiofrecuencia la al menos la primera red de formación de haces de radiofrecuencia, la pluralidad de conjuntos de antenas y la pluralidad de redes de formación de haces de radiofrecuencia diseñadas para soportar al menos uno de:
esquemas de diversidad de radiofrecuencia;
múltiples bandas de espectro; o
aplicaciones de múltiples entradas y múltiples salidas de múltiples órdenes.
7. El sistema de antenas de conjunto en fase de la reivindicación 1, donde al menos la primera red de formación de haces de radiofrecuencia (202, 203, 204, 205, 206) es una red de formación de haces recíproca pasiva.
8. El sistema de antenas de conjunto en fase de la reivindicación 1, donde el al menos el primer conjunto (210-216) es un conjunto de antenas activas, y donde al menos la primera red de formación de haces de radiofrecuencia se implementa en banda base usando vectores de precodificación configurados para aplicarse a datos orientados al usuario para desarrollar la formación de haces específica del usuario del sistema de antenas.
9. Un método, que comprende:
desplegar al menos un primer conjunto de elementos de antena (210-216) de un sistema de antenas de radiofrecuencia (200) en el tejado de un edificio, donde al menos el primer conjunto comprende un conjunto sustancialmente lineal dispuesto en un plano vertical para la formación de haces en un plano de elevación, en
donde el al menos el primer conjunto de elementos de antena está acoplado a al menos una primera red de formación de haces de radiofrecuencia (202, 203, 204, 205, 206) del sistema de antenas de radiofrecuencia, en donde la al menos una primera red de formación de haces de radiofrecuencia está configurada para dividir la potencia de una señal de radiofrecuencia (201) para su transmisión en una primera pluralidad de señales de componente, comprendiendo la primera pluralidad de señales de componente señales de accionamiento para al menos el primer conjunto de elementos de antena, al menos la primera red de formación de haces de radiofrecuencia configurada además para combinar una señal de radiofrecuencia para su recepción por el sistema de antenas de conjunto en fase de una segunda pluralidad de señales de componente del al menos el primer conjunto de elementos de antena, donde los pesos de amplitud de una distribución de potencia de radiofrecuencia (220-226) de al menos la primera red de formación de haces de radiofrecuencia están dispuestos para proporcionar una asignación de al menos el 73 % de una potencia de radiofrecuencia total (220-222) a menos del 50 % de los elementos de antena (210-212) del al menos el primer conjunto hacia un extremo superior del al menos el primer conjunto para la primera pluralidad de señales de componente transmitidas a través de los elementos de antena del al menos el primer conjunto y para la segunda pluralidad de señales de componente recibidas a través de los elementos de antena del al menos el primer conjunto, en donde los pesos de amplitud son para minimizar las pérdidas de propagación de difracción introducidas por un borde del tejado del edificio; y
realizar al menos uno de:
transmitir la señal de radiofrecuencia para su transmisión a través de al menos la primera red de formación de haces de radiofrecuencia y al menos el primer conjunto; o
recibir la señal de radiofrecuencia para su recepción a través del al menos el primer conjunto y al menos la primera red de formación de haces de radiofrecuencia.
10. El método de la reivindicación 9, donde los pesos de amplitud (220-226) y los pesos de fase (230) de al menos la primera red de formación de haces de radiofrecuencia están dispuestos para desarrollar un haz directivo y lóbulos laterales suprimidos (140) a lo largo de un intervalo de ángulos en un campo lejano del sistema de antenas de red en fase, en donde un patrón de haz del haz directivo es adecuado para redes de comunicaciones móviles celulares.
11. El método de la reivindicación 9, donde los pesos de amplitud están dispuestos para proporcionar una asignación de al menos el 80 % de la potencia de radiofrecuencia total (220-222) a menos del 50 % de los elementos de antena (210-212) hacia el extremo superior del al menos el primer conjunto.
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