CN101888023A - 一种多***共用的天线设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多***共用的天线设备，以解决现有多***天线融和技术中因引入和路器所带来的信号损耗的问题以及天面资源紧张的问题。该天线设备的天线阵列中，一部分阵列用于***或第二代移动通信***的信号收发，与该阵列对应的天线端口用于连接***或第二代移动通信***的主设备；该天线设备的天线阵列中的其余部分的阵列用于第三代移动通信***的信号收发，与该阵列对应的天线端口用于连接第三代移动通信***的主设备。

Description

一种多***共用的天线设备

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种可共多种移动通信***共用的天线设备。

背景技术

随着移动通信技术发展，目前除了有第二代全球移动通信***(2G GSM)网络以及正在建设的第三代时分同步的码分多址技术(3G TD-SCDMA)网络以外，未来还将出现***时分长期演进(4G TD-LTE)网络。在这种情况下，必然会出现多种通信制式并存的网络发展情况。目前的三种通信制式都有独立的天馈***，且采用的频段差别也非常大。但是，目前由于多个运营商都拥有2G、3G多种制式的网络，并考虑到后继演进，未来天面的天馈数量将非常惊人，如果不采用天馈融合技术或者共天线技术，未来天面的每个小区方向最多将有5个之多。如果考虑多运营商建网，这种情况将导致天面资源异常紧张，极大延缓建设进度。

目前的天馈融和方案是在原有的TD-CDMA智能天线基础上，选取其中的2个端口(port)来合路TD-LTE天线，从而实现TD-CDMA天线和TD-LTE天线共用馈线。如图1所示，为现有TD-CDMA天线和TD-LTE天线共馈线的示意图，其中，TD-CDMA天线具有8个端口，其中的6个端口与TD-CDMA主设备(如基站)105连接，另外的2个端口(Port 1，Port 2)与和路器103连接，和路器103还连接于TD-LTE天线的端口，和路器103与和路器104连接，和路器104的两个输出端分别连接TD-CDMA***主设备105和TD-LTE***主设备(如基站)106，这样，TD-CDMA天线和TD-LTE天线通过和路器实现共馈线，但是，和路器对信号会产生一定损耗，会影响馈线信号质量和性能，并且这种天馈融和方式依然存在天面资源紧张的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种多***共用的天线设备，以解决现有多***天线融和技术存在天面资源紧张的问题，以及因引入和路器所带来的信号损耗的问题。

本发明实施例提供的多***共用的天线设备的天线阵列中，所述天线设备的天线阵列中，一部分阵列用于***或第二代移动通信***的信号收发，与该阵列对应的天线端口用于连接***或第二代移动通信***的主设备；其余部分的阵列用于第三代移动通信***的信号收发，与该阵列对应的天线端口用于连接第三代移动通信***的主设备。

本发明的上述实施例，通过在一个天线设备中设置用于进行***或第二代移动通信***信号收发的天线阵列，以及用于进行第三代移动通信***信号收发的天线阵列，从而实现了多通信***共用天线，节省了天面资源。另外，通过与用于进行***或第二代移动通信***信号收发的天线阵列所对应的天线端口连接***或第二代移动通信***的主设备，以及通过与用于进行第三代移动通信***信号收发的天线阵列所对应的天线端口连接第三代移动通信***的主设备，与现有技术相比，避免了和路器的使用，从而避免了由此带来的信号损耗。

附图说明

图1为现有TD-SCDMA天线和TD-LTE天线共馈线的示意图；

图2A和图2B为本发明实施例所提供的天线设备的阵列布局示意图；

图3为本发明实施例所提供的天线设备的电调模块示意图；

图4为本发明实施例所提供的天线设备的电调模块内部结构示意图之一；

图5为本发明实施例所提供的天线设备的电调模块内部结构示意图之二。

具体实施方式

针对现有技术存在的问题，本发明实施例采用共天线方式，通过在一个天线设备上设置TD***天线阵列和LTE(或GSM)天线阵列，从而实现TD***与LTE(或GSM)***共用天线。

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

参见图2A和图2B，为本发明实施例所提供的天线设备的阵列布局示意图。图2A所示的天线设备以8天线的天线设备为例，该天线设备的阵列为6×8阵列，即，阵列中的阵子布局为8行6列，各列依次编号为第1、2、3、4、5、6列。其中：

处于第2、3、4、5列的阵子是采用基于AB频段(1880～2025MHz)设计的辐射单元，这些阵列所对应的天线端口与3G TD***(如TD-SCDMA或TD-CDMA***)的主设备，如基站或RRU(分布式基站中的射频拉远单元)设备连接，从而使这些列的阵子用于3G TD***信号收发，以作为3G TD***的天馈单元使用。

处于第1、6列的阵子采用基于C频段(2300～2400MHz)或者1700～2700MHz频段设计的辐射单元，这些阵列所对应的天线端口与4G LTE***(如TD-LTE或FDD-LTE***)或2G GSM***(优选地，GSM 1800MHz)***的主设备(如基站设备)连接，可用于4G LTE***或2G GSM***信号收发，以作为4G LTE***或2G GSM***(以下表示为LTE/GSM***)的天馈单元使用。

图2B所示的天线设备以8天线的天线设备为例，该天线设备的阵列为5×8阵列，其中：

处于第1、2、3、4列的阵子是采用基于AB频段设计的辐射单元，这些阵列所对应的天线端口与3G TD***(如TD-SCDMA或TD-CDMA***)的主设备连接，从而使这些列的阵子用于3G TD***信号收发，以作为3G TD***的天馈单元使用。

处于第5列的阵子采用基于C频段或者1700～2700MHz频段设计的辐射单元，这些阵列所对应的天线端口与4G LTE***(如TD-LTE或FDD-LTE***)或2G GSM***(如GSM 1800MHz***)的主设备连接，可用于LTE/GSM***信号收发，以作为LTE/GSM***的天馈单元使用。

需要说明的是，本发明的以上实施例仅以6×8和5×8的天线阵列为例进行描述，对于其他m×n的天线阵列，也可采用类似方式实现多***共天线，即，将m×n的天线阵列中位于最外侧的一列或两列阵列用作LTE/GSM***的天线阵列，将其余天线阵列用作TD***的天线阵列。

为了确保TD***所对应的天线阵列最终赋形效果的一致性和对称性，本发明实施例中将LTE/GSM***所对应的天线阵列设置在阵列的两侧，将有利于保证该对称性的要求。另外，将LTE/GSM***所对应的天线阵列设置在两侧也有利于最大限度地保证TD***和LTE/GSM***所对应的两个阵列之间的空间隔离，这对于LTE网络性能将更好。当然，如果采用极化天线方式，将LTE/GSM***所对应的阵列设置在同一侧也是可行的。

本发明实施例所提供的天线设备中，LTE/GSM***所对应的阵列中的阵子可全部采用垂直极化方式，如果LTE/GSM***所对应的阵列有2列，则也可以对这2列阵子分别采用+45度和-45度极化方式(如对其中的一列阵子采用+45度极化方式，另一列阵子采用-45度极化方式，反之亦然)；对于TD***所对应的阵列的阵子可采用目前TD***天线阵列的极化方式，如双极化阵子。

本发明实施例所提供的天线设备中，支持不同***的天线阵列可按照以下设计要求之一进行设计：

LTE/GSM***所对应的阵列可采用比TD***所对应的阵列具有更宽带宽的阵列，比如，LTE/GSM***所对应的阵列的阵子采用能够支持1760MHz～2400MHz带宽的辐射单元或更高带宽的辐射单元(如1700MHz～2700MHz)。这样，LTE/GSM所对应的阵列可以既支持LTE***的带宽要求，又支持GSM***的带宽要求，从而使本发明实施例所提供的天线设备可支持TD***、LTE***和GSM***；

LTE/GSM***所对应的阵列与TD***所对应的阵列之间实现1-2λ的隔离，以减少两类阵列之间的相互干扰；

在天线端口设计方面，使LTE/GSM***阵列的端口具有比TD***阵列的端口更高的交叉极化比指标，比如，LTE/GSM***阵列的端口的交叉极化比在25dB以上，而TD***阵列的端口的交叉极化比在20dB以上就可以。这是因为：LTE***对天线信道相关性的要求越低则LTE***性能越好，如相关系数为0.5左右；而对于TD-SCDMA***，由于采用波束赋形技术，天线阵列之间必须保证一定的相关性，如相关系数为0.7左右；仿真结果表明，现有TD-SCDMA天线的相关性是无法完全满足LTE***需求的，TD-LTE天线对于信道独立性的要求更高，对应到天线具体电气指标——交叉极化比的指标也会更高。这样，通过本发明实施例中对不同***所对应的天线端口的差异化设计，相比于现有技术没有采取这种差异化设计，则本发明实施例所提供的天线设备可以满足不同***对相关性的要求，从而使网络性能达到最优。

图2A或图2B所示的天线设备，可以是通过对传统TD-SCDMA天线进行改造得到的，如，在传统TD-SCDMA天线阵列的两边增加新的阵列从而得到图2A所示的天线设备。为了保证新增阵列单元不会过大影响到天线的整体面积，可以在各阵列之间采用更为紧缩间距的设计，比如从75mm减少到65mm，缩减的宽度将用于新增阵列的开销。

本发明实施例所提供的天线设备中，用于LTE/GSM***的天线阵列可采用支持宽频带的电调化设计，这样，对应的***可以单独地调整电下倾角，以有利于网络分别优化。下面以图2A所示的天线设备为例，描述通过电调模块实现天线阵列阵子电下倾角的调整，本发明实施例所提供的其他阵列布局的天线设备的电调模块以及电下倾角调整的实现方式与此类似。

图2A所示的天线设备中，可通过2个独立的电调模块来分别调整天线阵列中的第1、6列阵子，以及第2、3、4、5列阵子的电下倾角。如图3所示，电调模块301与第1、6列阵子电连接，并可根据接收到的控制信号调整第1、6列阵子的电下倾角，从而实现对用于LTE/GSM***的天线阵列阵子的电下倾角进行调整，并可采用支持宽频带的电调化设计；电调模块302与第2、3、4、5列阵子电连接，并可根据接收到的控制信号调整第2、3、4、5列阵子的电下倾角，从而实现对用于TD-SCDMA***的天线阵列阵子的电下倾角进行调整。在这种方式下，电调模块301和电调模块302的内部结构相似，可如图4所示。在图4所示的电调模块301的内部，包括串联连接的控制单元401和移相器402，其中，控制单元401可从天线设备的控制信号接收端口接收控制信号，如接收TD-SCDMA***主设备发送的控制信号，或者接收LTE/GSM***主设备发送的控制信号，然后对其进行解析并将解析出的控制信号传输给移相器402，移相器402将接收到的信号进行移相处理后，通过天线设备的内部馈线分别输出给第1、6阵列的阵子，从而调整第1、6阵列的阵子的电下倾角。同理，电调模块302也可以接收控制信号，如接收TD-SCDMA***主设备，或者接收LTE/GSM***主设备输出的控制信号并解析，并将解析出的控制信号传输给第2、3、4、5列阵子以调整其电下倾角。

图2A所示的天线设备中，也可通过1个电调模块分别对第1、6列阵子，以及第2、3、4、5列阵子进行电下倾角的调整。如图5所示，该电调模块的内部包括串联连接的控制单元501和移相器502，以及串联连接的控制单元503和移相器504，并在控制单元501和控制单元503之间还直联有联控单元505，其中，移相器502与第1、6列阵子电连接，移相器504与第2、3、4、5列阵子电连接，两个控制单元中的一个控制单元可接收用于调整天线阵列阵子电下倾角的控制信号，图5中是控制单元501接收控制信号。当控制单元501接收到用于调整天线阵列电倾角的控制信号后，判断该控制信号是用于调整TD-SCDMA天线阵列的控制信号，还是调整LTE/GSM***天线阵列的控制信号，如果是前者，则通过联控单元505将该信号传输给控制单元503，并通过控制单元503传输给移相单元504，由移相单元504对接收到的控制信号进行移相处理后分别传输给第2、3、4、5列的阵子，以调整其电下倾角；如果判断该控制信号是用于调整LTE/GSM***天线阵列的控制信号，则将该控制信号传输给移相器502，由移相器502进行移相处理后分别传输给第1、6列的阵子，以调整其电下倾角。控制单元501可接收来自TD-SCDMA***主设备，或者LTE/GSM***主设备或其他远程控制设备的控制信号，控制信号中可携带指示信息，用于指示控制信号是用于调整TD-SCDMA***天线的，还是用于调整LTE/GSM***天线的。通过图5所示的电调模块，可采用先后分别发送针对两种***天线阵列的控制信号，来分别调整这两种***天线阵列阵子的电下倾角，与图4所示的电调模块相比可节省电调模块与***主设备的接口。

综上所述，本发明实施例所提供的天线设备，可以把TD***(包括TD-CDMA、TD-SCDMA等***)，以及LTE/GSM***(LTE***包括TD-LTE、FDD-LTE等***)通过单个天线设备实现了2G、3G、4G***在天馈侧的融合，为网络建设节省了大量直接成本和间接成本，节省了天面资源，并且由于本发明实施例不需使用和路器共馈线，从而避免了因引入和路器所带来的信号损耗问题。另外，由于实现了3G***同其他***单独调整倾角的方式，有利于网络分别优化。再有，本发明实施例所提供的天线设备相对于其他***天线，天线尺寸变化较小，不会对施工带来更多额外的难度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种多***共用的天线设备，其特征在于，所述天线设备的天线阵列中，一部分阵列用于***或第二代移动通信***的信号收发，与该阵列对应的天线端口用于连接***或第二代移动通信***的主设备；其余部分的阵列用于第三代移动通信***的信号收发，与该阵列对应的天线端口用于连接第三代移动通信***的主设备。

2.如权利要求1所述的天线设备，其特征在于，用于第三代移动通信***信号收发的各天线阵列相邻设置，用于***或第二代移动通信***信号收发的天线阵列位于用于第三代移动通信***信号收发的所有天线阵列的一侧或分列于两侧。

3.如权利要求1所述的天线设备，其特征在于，用于***或第二代移动通信***信号收发的阵列与用于第三代移动通信***信号收发的阵列之间至少间隔1λ的距离。

4.如权利要求1所述的天线设备，其特征在于，用于***或第二代移动通信***信号收发的阵列中的阵子均采用垂直极化方式；

或者，用于***或第二代移动通信***信号收发的阵列有两列，并分列于用于第三代移动通信***信号收发的所有天线阵列的两侧，其中一阵列的阵子采用+45度极化方式，另一阵列阵子采用-45度极化方式。

5.如权利要求1所述的天线设备，其特征在于，用于***或第二代移动通信***信号收发的天线阵列中的阵子支持的带宽至少包括1760MHz～2400MHz。

6.如权利要求1所述的天线设备，其特征在于，用于***或第二代移动通信***信号收发的阵列所对应的天线端口，具有比用于第三代移动通信***信号收发的阵列所对应的天线端口更高的交叉极化比。

7.如权利要求1～6任一项所述的天线设备，其特征在于，还包括：

第一电调模块，该模块与用于***或第二代移动通信***信号收发的阵列中的阵子电连接，用于接收第一控制信号，并根据该控制信号调整与该模块连接的阵子的电下倾角；

第二电调模块，该模块与用于第三代移动通信***信号收发的阵列中的阵子电连接，用于接收第二控制信号，并根据该控制信号调整与该模块连接的阵子的电下倾角。

8.如权利要求7所述的天线设备，其特征在于，所述第一电调模块包括：

第一控制单元，用于接收第一控制信号并进行解析；

第一移相器，用于接收第一控制单元解析出的控制信号，并对其进行移相处理后分别发送给与所述第一电调模块连接的各阵子；

所述第二电调模块包括：

第二控制单元，用于接收第二控制信号并进行解析；

第二移相器，用于接收第二控制单元解析出的控制信号，并对其进行移相处理后分别发送给与所述第二电调模块连接的各阵子。

9.如权利要求1～6任一项所述的天线设备，其特征在于，还包括具有2个控制信号输出端以及一个控制信号输入端的第三电调模块，其中，第一控制信号输出端与用于***或第二代移动通信***信号收发的阵列中的阵子电连接，第二控制信号输出端与用于第三代移动通信***信号收发的阵列中的阵子电连接；

所述第三电调模块，用于通过控制信号输入端接收控制信号，并当该控制信号是调整用于***或第二代移动通信***信号收发的阵列中的阵子的电下倾角的控制信号时，通过第一控制信号输出端向与其连接的阵子发送控制信号；以及，当该控制信号是调整用于第三代移动通信***信号收发的阵列中的阵子的电下倾角的控制信号时，通过第二控制信号输出端向与其连接的阵子发送控制信号。

10.如权利要求9所述的天线设备，其特征在于，所述第三电调模块，包括：第三控制单元、第三移相单元、联控单元、第四控制单元和第四移相单元，其中：

第三控制单元，用于接收控制信号，并当所述控制信号是调整用于***或第二代移动通信***信号收发的阵列中的阵子的电下倾角的控制信号时，将其发送给第三移相单元；以及，当所述控制信号是调整用于第三代移动通信***信号收发的阵列中的阵子的电下倾角的控制信号时，将其发送给联控单元；

第三移相单元，用于接收第三控制单元发送的控制信号，对其进行移相处理后发送给与该移相单元连接的用于***或第二代移动通信***信号收发的阵列中的阵子；

联控单元，用于转发接收到的控制信号；

第四控制单元，用于接收联控单元转发的控制信号并将其发送给第四相移单元；

第四移相单元，用于接收第四控制单元发送的控制信号，并对其进行移相处理后发送给与该移相单元连接的用于第三代移动通信***信号收发的阵列中的阵子。

11.如权利要求1～6任一项所述的天线设备，其特征在于，所述第二代移动通信***为全球移动通信***GSM***，所述第三代移动通信***为时分同步码分多址TD-SCDMA***，所述***移动通信***为长期演进LTE***。

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