專利名稱：用于改善蜂窩基站的無線電鏈路預算的方法與設備的制作方法
發明的背景1.發明領域本發明涉及基站，更具體地涉及用于改善蜂窩基站的無線電鏈路預算的方法與設備。
2.背景技術的描述蜂窩通信系統在全球通信市場中正在迅速發展，這樣的發展支持許多研究計劃并且為蜂窩設備的所有制造商提供了擴展技術機會。
為了吸引消費者并獲得大的市場份額，蜂窩供應商正在推出系統的純數字性允許的特性，諸如呼叫者ID和短消息、尋呼等。為了進一步獲得更大的市場份額，蜂窩供應商轉向減少空中時間的成本。降低價格可以采用許多形式。例如，銷售商每月能提供更多的免費時間、對于附加分鐘收取較少費用、對于輸入呼叫的第一分鐘不收費、減少按月收費、解除長期合約--所有策略也可用于已建立的蜂窩銷售商。對于供應商，這導致每個消費者較少的收益，但對于增加市場份額更有效。因而，由于網絡問題而導致的消費者業務的任何減少對收益與利潤具有極大的影響。
傳統上，獨立的增強器用于增加從基站輸出的功率以增強下行鏈路覆蓋。增強器是在普通的信道單元中的發射機與功率放大器之后附加的額外的放大器。雖然這樣的安排提供了所要求的輸出功率，但這樣的設計具有幾個缺點。例如，必須設計額外的增強器，這消耗許多時間和所需的資源。還有，必須將額外的增強器單元放置在基站機殼中。因為這些增強器單元得處理非常高的RF功率，所以其可靠性時常具有問題。雖然提供增強器單元改善從基站收發信機至移動站的上行鏈路，但來自此基站收發信機的較高輸出功率不提高此基站收發信接收機靈敏度。此無線電鏈路不比不使用增強器單元更平衡。最后，如果增強器單元出現故障，則丟失那個頻率上的整個服務。因為該增強器單元工作在高(較高)功率電平上，旁路該出現故障的增強器單元十分困難，并且一般不在這些信道單元中建立冗余度。
因此可知，需要用于改善蜂窩基站的無線電鏈路預算而不依賴于獨立增強器單元的方法與設備。
發明的概述為了克服上述的現有技術中的限制，并且為了克服閱讀與理解本發明之后將變得顯而易見的其他限制，本發明公開了一種用于改善蜂窩基站的無線電鏈路預算的方法與設備。
本發明通過組合同相下行鏈路信號以便以大于任何單個下行鏈路信號的功率電平的輸出功率電平產生輸出信號來解決上述問題。
根據本發明原理的系統包括用于生成N個同相下行鏈路信號的發射機模塊和耦合到此發射機模塊的組合器，其中每個同相下行鏈路信號在同一頻率上并具有預定功率電平，此組合器用于接收和組合這N個同相下行鏈路信號，以便以大于這N個同相下行鏈路信號之中任何一個下行鏈路信號的功率電平的輸出功率電平產生輸出信號。
根據本發明原理的系統或方法的其他實施例可以包括替換或選擇方面。本發明的一個這樣的方面是發射機模塊包括N個信道單元。
本發明的另一方面是這N個信道單元之中的每一個信道單元包括調制器、上變頻器和放大器。
本發明的另一方面是此系統還包括基帶單元，用于為這N個信道單元之中的每一個信道單元生成基帶信號以便處理。
本發明的另一方面是此系統還包括用于基帶或RF信號的可調節移相器上的可調延遲，和配置在組合器的輸出端上的功率檢測器，此功率檢測器用于測量輸出信號的輸出功率電平并通過調節此移相器或可調延遲來最大化該輸出信號的輸出功率電平。
本發明的另一方面是該發射機模塊包括調制級、上變頻級和放大級。
本發明的另一方面是此系統還包括基帶單元，用于生成基帶信號，將此基帶信號提供給此發射機模塊的調制級以產生調制信號。
本發明的另一方面是該調制級提供該調制信號給上變頻級以便上變頻到預定RF頻率。
本發明的另一方面是該上變頻級包括N個上變頻器，將該調制信號分成N個調制信號，將這N個調制信號之中的每個調制信號提供給這N個上變頻器之一，以便以預定RF頻率產生N個RF信號。
本發明的另一方面是該放大級包括用于這N個RF信號的N個放大器，用于生成N個同相下行鏈路信號。
本發明的另一方面是此放大級包括N個放大器，此上變頻級以預定RF頻率提供N個RF信號，這N個放大器接收該N個RF信號并利用這N個RF信號生成N個同相上行鏈路信號。
本發明的另一方面是此系統還包括移相器或延遲部分和功率檢測器，此移相器配置在用于產生基帶信號的基帶單元與發射機模塊之間，其中此發射機模塊接收此基帶信號，此功率檢測器配置在此組合器的輸出端上，用于測量輸出信號的輸出功率電平并通過調節此移相器來最大化輸出信號的輸出功率電平。
本發明的另一方面是在N為2時將輸出信號的輸出功率電平增加3個分貝。
本發明的另一方面是在N為4時將輸出信號的輸出功率電平增加6個分貝。
本發明的另一方面是在N為8時將輸出信號的輸出功率電平增加9個分貝。
本發明的另一方面是每個信道單元包括至少一個接收機。
本發明的另一方面是組合這些接收信號以獲得上行鏈路分集增益。
本發明的另一方面是組合來自多個接收機的信號提高接收機靈敏度。
特別在后附的并形成其一部分的權利要求書中指出以本發明為特征的這些與許多其他優點與新潁特性。然而，為了更好地理解本發明、其優點以及通過其使用實現的目的，應參閱形成其另一部分的附圖以及相應描述，在附圖中示出并描述根據發明的設備的特定示例。
現在參見附圖，在這些附圖中相同的標號表示相應部分。
圖1表示根據本發明實施例的移動通信系統；圖2表示包括增強器單元的基站收發信機的信道單元的下行鏈路相關部分的簡化方框圖；圖3表示基站收發信機的一個實施例的方框圖，其中組合同相信號以增加輸出功率電平；圖4表示基站收發信機的第二實施例的方框圖，其中組合同相信號以增加輸出功率電平；圖5表示基站收發信機的第三實施例的方框圖，其中組合同相信號以增加輸出功率電平；圖6是具有發射機(下行鏈路)和兩個接收機(上行鏈路)的信道單元的簡化方框圖；圖7表示根據本發明的信道單元的N個組合；和圖8表示根據本發明具有相位控制功能來最大化輸出功率電平的基站收發信機下行鏈路部分的方框圖。
發明的詳細描述在下面的示例性實施例的描述中，參見形成其一部分的附圖，并且在這些附圖中通過示意來示出其中可以實施本發明的特定實施例。將明白，由于可以進行結構變化而不背離本發明的范圍，所以可以利用其他的實施例。
本發明提供用于改善蜂窩基站的無線電鏈路預算的一種方法與設備。組合同相下行鏈路信號以便以大于任何單個下行鏈路信號的功率電平的輸出功率電平生成輸出信號。也將上行鏈路信號進行組合以獲得接收機的分集增益。
圖1表示根據本發明實施例的移動通信系統100。此系統100由連接到系統控制器101的多個基站102和多個移動終端103構成。移動通信系統100的服務區域分成許多網孔110-120。移動交換中心130與另一移動通信系統或固定網絡132連接并協調至移動終端103的呼叫的建立。移動終端103能移動進入由多個基站102形成的服務區域，以便通過分配給相鄰基站102的信道進行通信。
基站102是通過空中接口將移動終端103與此網絡接口的網絡部分。基站102的基本功能是保持用于與其網孔內的任何移動終端103通信的空中接口或媒體。基站102的其他功能是呼叫處理、傳送信號、維護和診斷。基站102包括收發信機140、142、144。代表至少一個接收機與一個發射機的收發信機140、142、144分別提供網孔110、112、144的覆蓋，其中每個發射機/接收機對140、142、144組成信道單元。收發信機140、142、144也接收從正在相應網孔中移動的移動終端103中發送的呼叫信號并檢測接收信號的上行鏈路載波功率。
圖2表示發射機單元200的簡化方框圖。在圖2中，調制器210調制信號，此信號隨后利用第一本地振蕩器212與混頻器214進行上變頻，上變頻信號216然后利用放大器220進行放大并利用帶通濾波器222進行濾波。隨后將濾波信號224上變頻為所需頻率，以便利用第二本地振蕩器232與混頻器234產生RF信號230。此RF信號230之后通過包括例如功率放大器252、254、256的功率放大器級240。為了從發射機單元200中提供所需的RF輸出功率，在最后的放大器256之后提供增強器單元260，此增強器單元260包括是高輸出功率放大器的增強放大器。
圖3表示根據本發明的收發信機下行鏈路部分300。此基站收發信機下行鏈路部分300包括給具有信道單元1320與信道單元2322的發射模塊312提供相同信號的基帶單元310。將信道單元320、322的輸出提供給寬帶組合器330，以提供所需的輸出信號340。此寬帶組合器330用于組合來自這兩個獨立信道單元320、322的兩個信號。控制來自這兩個信道單元320、322的兩個信號，以使這兩個信號是同相的。同相組合來自信道單元320、322的兩個信號理想地在組合器330的輸出端340上提供增加3dB的輸出功率。一般地，此組合器330包括兩個90度長微帶350、352，這些微帶根據Wilkinson原理同相進行組合以使輸出端344上的輸出功率加倍。
傳統上，寬帶組合器在基站發射機中用于組合其中不具有同相相關性的不同頻率上的兩個信號。在這樣的情況中，每個子信號經歷3dB的衰減。與圖3所示的本發明相反，來自這兩個信道單元320、322的兩個信號的頻率相同并且在同一相位上。
在圖3中，如果一個信道單元320或322出現故障，則輸出端340上的輸出功率將降低6dB。輸出端340上的此輸出功率的降低因為在另一端口上沒有信號而出現，導致插入信號3dB的衰減，并且只是由于輸出端340上沒有一起進行組合的兩個信號的事實而出現附加3dB的衰減。本領域技術人員將認識到，本文所述類型的典型組合器/分頻器包括大約0.2-0.4dB的損耗。因此，在整個系統中必須考慮此損耗。
本領域技術人員將認識到，可以利用除圖3所示結構之外的本發明的其他實施例。如上所述，圖3表示饋送給兩個信道單元320、322的獨立信號，在這些信道單元中上變頻調制這些信號并單獨進行放大，而且這之后在組合器332中組合這些信號。
然而，本領域技術人員將認識到，根據本發明的原理，也可以利用圖4所示的系統。在圖4中，基站400包括給調制級418提供單個信號的基帶單元410，此調制級418包括調制器420。調制器420給放大器與上變頻器級430提供兩個調制輸出信號422、424。放大器與上變頻器級430提供信道432，即，放大器與上變頻器級430對于信號422與424提供獨立的放大器與上變頻器用于每個信道432。然后將放大器與上變頻器級430的輸出提供給組合器440，以提供組合輸出450，這類似于上面結合圖3所述的。
圖5表示本發明的另一實施例。圖5中的基站500包括基帶單元510。基帶單元510提供單個信號給調制器與上變頻器級520。在此基帶信號進行調制和上變頻為所需RF頻率之后，將此信號分成獨立信號522與524。將上變頻信號522提供給放大器530，以產生提供給組合器540的放大信號534。將上變頻信號524提供給放大器532，以便將RF功率信號536提供給組合器540。信號534、536隨后在組合器540中進行組合，以便如上參見圖3所述產生輸出550。
本領域技術人員將認識到，本發明不利用參見圖3-5所述的實施例進行限制，并且其他的實施例是可能的。本發明在理想情況中提供3dB的輸出功率增加而不必設計復雜的增強器單元。較高的功率得到增加的網絡覆蓋并且除去增強器單元設計獲得更快的基站設計循環周期。還有，提供冗余度，因此在一個發射機出現故障時，最大輸出功率降低6dB，但操作在較低功率電平上仍然是可能的。另外，無需使用增幅器單元中要求的非常高功率的RF元件，這也增加可靠性。因為不需要增強器單元中要求的高功率放大器，所以便于散熱。因此，本發明提供一種靈活的模塊化結構，其中可以包括附加的信道單元以提供輸出功率的額外增加，例如，包括4個信道單元以提供6dB的增加，包括8個信道單元以提供9dB的增加。最后，通過組合同相信號(在側1的一端上)提供功率增加的概念可以與分集接收進行組合，以便總是保持鏈路平衡。例如，如果很好地選擇接收機靈敏度與輸出功率性能，則信道單元保持鏈路平衡。在每個信道單元包括兩個接收機時，此信道單元可以作為一般的標準部件用于也具有足夠的輸出功率來保持無線電鏈路平衡的N向分集接收機。
圖6表示根據本發明的信道單元600的實施例。在圖6中，信道單元600包括接收機610和發射機620。接收機利用接收信號630與632提供雙向分集，發射機620提供發射機輸出640。
提供平衡鏈路的具有2向分集接收機的單個信道單元能改善鏈路預算。圖7表示根據本發明通過組合信道單元實現的此分集增益效果和總的輸出功率效果700。雙向組合信道單元720提供+3dB分集增益效果722和3dB總的輸出功率增加724。4個信道單元可以組合為4向系統730，提供+6dB的分集增益效果732和+6dB的輸出功率增加734。最后，8個信道單元可以組合為8向結構740，以提供+9dB分集增益效果742和+9dB輸出功率增加744。
如上所述，組合的發射信號必須在同一相位和同一頻率上。為此，所有的信道單元必須從公共單元中獲得其頻率基準。另外，這些信道單元的本地振蕩器中的相位與頻率檢測器必須用于保持頻率及其相位在信道單元之間完全相同。同相功率組合器與信道單元之間的電纜長度原則上必須具有相等長度，以便在組合這兩個信號時保持相位均衡。然而，具有許多方法來克服此問題。例如，在900兆赫的操作頻率上，此無線電信號在自由空間中具有0.3米的波長并且在電纜內具有0.18米的波長，假定此電纜具有60％自由空間的傳播常數。因此，5毫米的電纜長度差異導致10度相位分隔。為了保證最大的輸出功率，這些組合信號必須在幾度內。然而，如果沒有自適應相位控制，則不容易獲得這樣的苛刻精度。
圖8表示用于提供相位控制的一個可能電路800的方框圖。在圖8中，將信號提供給移相器810、812，這些信號又利用信道單元1與2中的功率放大器820、822進行處理。將信道單元1中功率放大器820的輸出信號860與信道單元2中功率放大器822的輸出信號862一起提供給組合器870，以提供所需的輸出信號872。利用電路880監視和檢測輸出信號872的功率電平，電路880生成相位控制信號882來控制移相器810、812，以使輸出信號872的輸出功率電平最大。通過最大化輸出信號872的輸出功率電平，使相位誤差最小。通過將同相組合信號回路到信道單元自己的接收機中，能優化發射信號的質量。而且，發射機鏈中的一些移相部分用于優化這些相位。
上面的本發明的示例性實施例的描述用于說明與描述目的，不打算窮盡或將本發明限于所公開的確切形式。根據上面的教導，許多修改與變化是可能的，本發明的范疇不打算利用此具體描述進行限制，而反而利用所附的權利要求書進行限制。
權利要求
1.一種基站收發信機，包括發射機模塊，用于生成N個同相下行鏈路信號，每個同相下行鏈路信號在同一頻率上并且具有預定功率電平；和組合器，耦合到此發射機模塊，用于接收和組合這N個同相下行鏈路信號，以便以大于任何單個同相下行鏈路信號的功率電平的輸出功率電平產生輸出信號。
2.如權利要求1的基站收發信機，其中此發射機模塊包括N個信道單元。
3.如權利要求2的基站收發信機，其中這N個信道單元之中的每個信道單元包括調制器、上變頻器和放大器。
4.如權利要求3的基站收發信機，還包括基帶單元，用于對于這N個信道單元之中的每一個信道單元生成基帶信號以便處理。
5.如權利要求4的基站收發信機，還包括配置在此基帶單元與此發射機模塊之間用于接收每個基帶信號的移相器和功率檢測器，此功率檢測器配置在此組合器的輸出端上，用于測量輸出信號的輸出功率電平并通過調節此移相器來最大化輸出信號的輸出功率電平。
6.如權利要求1的基站收發信機，其中此發射機模塊包括調制級、上變頻級和放大級。
7.如權利要求6的基站收發信機，還包括用于生成基帶信號的基帶單元，將此基帶信號提供給此發射機模塊的調制級以產生調制信號。
8.如權利要求7的基站收發信機，其中此調制級將此調制信號提供給上變頻級以便上變頻為預定RF頻率。
9.如權利要求8的基站收發信機，其中此上變頻級包括N個上變頻器，將此調制信號分成N個調制信號，將這N個調制信號之中的每個調制信號提供給這N個上變頻器之一以便以此預定RF頻率產生N個RF信號。
10.如權利要求9的基站收發信機，其中此放大級對于這N個RF信號包括N個放大器，用于生成這N個同相下行鏈路信號。
11.如權利要求8的基站收發信機，其中此放大級包括N個放大器，此上變頻級以此預定RF頻率提供N個RF信號，這N個放大器接收這N個RF信號并利用這N個RF信號生成這N個同相上行鏈路信號。
12.如權利要求1的基站收發信機，還包括移相器和功率檢測器，此移相器配置在用于生成基帶信號的基帶單元與此發射機模塊之間，其中此發射機模塊接收此基帶信號，此功率檢測器配置在此組合器的輸出端上，用于測量輸出信號的輸出功率電平并通過調節此移相器來最大化輸出信號的輸出功率電平。
13.如權利要求1的基站收發信機，其中在N為2時，將輸出信號的輸出功率電平增加3個分貝。
14.如權利要求1的基站收發信機，其中在N為4時，將輸出信號的輸出功率電平增加6個分貝。
15.如權利要求1的基站收發信機，其中在N為8時，將輸出信號的輸出功率電平增加9個分貝。
16.如權利要求1的基站收發信機，還包括接收機。
17.如權利要求1的基站收發信機，還包括多個接收機，其中通過組合來自每個接收機的信號獲得上行鏈路分集增益。
18.如權利要求1的基站收發信機，其中此上行鏈路分集增益提供較大的接收機靈敏度。
19.用于增加基站輸出功率的一種方法，包括生成N個同相下行鏈路信號，每個同相下行鏈路信號在同一頻率上并且具有預定功率電平；和組合這N個同相下行鏈路信號以便以大于這N個同相下行鏈路信號之中任何一個同相下行鏈路信號的功率電平的輸出功率電平產生輸出信號。
20.如權利要求19的方法，其中此生成步驟還包括生成用于生成N個同相上行鏈路信號的基帶信號。
21.如權利要求20的方法，還包括接收此基帶信號和測量輸出信號的輸出功率電平，并通過調節此基帶信號的相位來最大化輸出信號的輸出功率電平。
22.如權利要求19的方法，其中此生成步驟還包括調制此基帶信號以生成調制信號。
23.如權利要求19的方法，其中將此調制信號上變頻為預定RF頻率。
24.如權利要求23的方法，其中將此調制信號分成N個調制信號，將這N個調制信號之中的每個調制信號進行上變頻，以便以此預定RF頻率生成N個RF信號。
25.如權利要求24的方法，其中此生成步驟還包括放大這N個RF信號以生成N個同相下行鏈路信號。
26.如權利要求19的方法，其中此組合步驟還包括在N為2時將輸出信號的輸出功率電平增加3個分貝。
27.如權利要求19的方法，其中此組合步驟還包括在N為4時將輸出信號的輸出功率電平增加6個分貝。
28.如權利要求19的方法，其中此組合步驟還包括在N為8時將輸出信號的輸出功率電平增加9個分貝。
29.如權利要求19的方法，還包括利用接收機接收上行鏈路信號。
30.如權利要求19的方法，還包括利用多個接收機接收上行鏈路信號，其中組合每個接收機的信號，組合來自每個接收機的信號提供上行鏈路分集增益。
31.如權利要求30的方法，其中此上行鏈路分集增益提供較大的接收機靈敏度。
全文摘要
公開用于改善蜂窩基站的無線電鏈路預算的方法與設備。發射機模塊生成N個同相下行鏈路信號,其中每個同相下行鏈路信號在同一頻率上并且具有預定功率電平,而且耦合到此發射機模塊的組合器接收并組合這N個同相下行鏈路信號,以便以大于這N個同相下行鏈路信號之中任何一個信號的功率電平的輸出功率電平生成輸出信號。此發射機模塊包括N個信道單元并且這N個信道單元之中的每一個信道單元包括調制器、上變頻器和放大器。此系統還包括基帶單元,用于為這N個信道單元之中的每一個信道單元生成基帶信號以便處理。此系統還包括用于接收每個基帶信號的移相器和配置在此組合器的輸出端上的功率檢測器,此功率檢測器用于測量輸出信號的輸出功率電平并通過調節此移相器來最大化輸出信號的輸出功率電平。
文檔編號H04B7/005GK1355966SQ00808924
公開日2002年6月26日 申請日期2000年4月12日 優先權日1999年4月16日
發明者維利－佩卡·凱托南 申請人:維利－佩卡·凱托南