CN1194573C - 用于在移动通信***的基站中形成波束的设备 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于在基站中形成波束的设备,该设备包括:多个信道卡,用于处理和输出将发射给每个信道的信号;一信号合成器/分配器,用于合成来自信道卡的信号并补偿该信号的相位;一信道控制器,用于根据移动通信终端的要求控制来自信号合成器/分配器的信号波束,并输出受控制的波束信号;一中频发生块,用于接收来自信道控制器的信号并合成每个频率中的信号以产生中频信号;一发射器,用于将从中频发生块接收的中频信号转换成发射频带的信号;一RFB,用于将来自发射器的信号放大为输出频带的信号并控制发射和接收信号的相位;和一天线连接块,用于将信号切换到该RFB的对应天线以便产生波束。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信***中的基站设备,更具体地涉及用于增加基站的效率以扩大***的容量和服务质量的基站设备。
背景技术
一般地,移动通信***的基站包括无线电环境,其中每一个基站由一个单元组成。另外,根据基站的结构和形状,每一个基站由不同的无线电环境组成,允许它们接受无线电用户。有许多不同类型的基站,例如扇区基站和全向型基站。扇区基站具有关于一圆的中心处的基站分割为120个区域的三个扇形区。每个区域包括诸如天线等的设备。另外扇区型基站被分类为使用3FA和1FA的基站,这里FA是一频率指配。同时,全向型基站被建造为在一个半径上具有全部区域,而不分割扇区。
根据移动通信***的用户数量安装基站,并以一个基本框架建造基站的硬件,当需要扩展容量时可以扩展。因此,基站可以建造为一基本框架和一扩展框架,其中基本框架和扩展框架具有如下区别:
基本框架包括一CCB(公用控制块),用于执行基站的总体控制;一CPB(信道处理块),用于执行信道处理;和一RFB(射频块)。扩展框架包括附加部分。换句话说,前述各块仅被安装在基本框架中,执行包括天线诊断、经由PSTN(公共交换电话网)的基站控制、不用基站控制块的协助由基站进行的自我诊断和自我测试。另外,根据基站的容量,基于机架(shelf)***,CPB被扩展和分类为两个CPB:一个用于接受32信道而另一个用于16信道。根据基站的容量,32和16信道卡可以在相同的机架内自由安装和操作,并允许建造一优化信道。另外,CPB的一个机架可以支持一个全向6CDMA(码分多址)载波器,一个3扇区2CDMA载波器和一个6扇区1CDMA载波器。
另外,RFB执行信号发射/接收放大和前端功能,并具有各种选项,允许RFB选择并安装最适合基站结构的前端模块。
一般地,基站包括一双工器,并且每个扇区仅需要包括一发射路径和一接收分集(diversity)路径的两个天线。RFB具有一个基本配置,包括一功率放大器,和可以选择性地具有LPA(低功率放大器)或光收发器,作为不使用功率放大器的可选特征。
具有3扇区或6扇区形状的单元结构的基站经由扇区增益比使用全向天线提供更加增强的容量。可是在这个结构中,基站不能提供有效的干扰抵消。因此,不能提供如通信提供商期望的那么多的基站的增强容量。基站要求高功率并且因此存在问题,因为当其他用户也从基站发射和接收信号时,不能向一用户提供高质量的服务。
另外,根据分配给通信提供商的频率、服务类型等,基站应该具有不同的硬件和软件。因此,增加了开发费用并招致了资源浪费。在通信提供商要求带有中等容量的、尺寸紧凑的户外基站的时候,一些技术问题还没有被解决,例如冷却从基站产生的热量、减小硬件体积等等。另外,如果在通信提供商的服务期间发生黑点蜂窝区(shading area),可以通过应用延迟解决这个问题。目前,没有针对前述的问题,由***自己解决这个问题的可用方法。换句话说,即使一个基站经常显示用户普及率的变化,但根据信道环境也不是总能实施这个变化,因此当应该增加基站的容量时发生了问题。换句话说,即使用户被计数处于可以由一个基站接受的范围内,当用户都拥挤在一个特定的扇区时,也不能解决每一个用户使用基站的能力,并且因此在应该增加基站的信道的情况下发生了问题。另外,一直存在当由于功率损失增加、输出减小和***容量增加使成本增加时,RPB的结构变得巨大的问题。
因此,存在对允许基站处理来自用户的增加通信量的设备和方法的需求。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种基站设备,该设备允许基站容易地被扩大,并减小功率损失。
本发明的另一个目的在于提供一种基站设备,该设备可以在最大数量上消除黑点蜂窝区,同时满足移动通信***所要求的特征。
本发明的再一个目的在于提供一种小尺寸基站设备,其中解决了与热量相关的问题。
根据本发明的一实施例,为了取得前述目的,提供一种用于在基站中形成波束(beam)的设备,该设备包括:多个信道卡,用于处理和输出将发射给每个信道的信号;一信号合成器/分配器,用于合成来自信道卡的信号并补偿信号的相位;一信道控制器,用于根据移动通信终端的要求控制来自信号合成器/分配器的信号波束,并输出波束控制信号;一中频发生块,用于接收来自信道控制器的信号并合成每个频率中的信号以产生中频信号;一发射器,用于将从中频发生块接收的中频信号转换成发射频带的信号;一RFB,用于将来自发射器的信号放大为输出频带上的信号并控制发射和接收信号的相位;和一天线连接块,用于将信号切换到该RFB的对应天线以便产生波束,包括:一个切换控制块,用于接收经放大的信号并根据基站中用户的分布和要求切换接收的信号以输出经切换的信号;一个放大块,用于在一定电平上放大来自切换控制块的信号并输出经放大的信号;多个矩阵缓冲器,用于接收来自放大块的信号并将接收的信号切换到天线以控制波束形状。
附图说明
在下面结合附图的例证性实施例的详细说明中,本发明的上面和其它目的、特征和优点将变得更加清楚,其中:
图1是其中根据本发明的优选实施例应用了智能天线的基站***的方框图;
图2是说明根据本发明的中频处理快的内部结构的详细视图;
图3是说明根据本发明优选实施例的RFB的内部结构的详细方框图;
图4是说明根据本发明优选实施例的天线连接块和相关部件的结构的详细视图;和
图5说明了根据本发明优选实施例的用于阵列天线的相位补偿的频率发生块的结构。
具体实施方式
下面提供本发明具体实施例的详细描述。可是应该理解,仅为帮助一般理解本发明而提供这些说明,并且对于本领域的技术人员应该清楚,甚至不用这些指定的方式也可以执行本发明。另外,在描述本发明中,已经省略了关于有关的已知功能或结构的详细描述,这些描述不必要地混淆了本发明的实质。
下面,将参照附图详细描述本发明。
图1是其中根据本发明的优选实施例应用了智能天线的基站***的方框图。下面,将参照图1详细描述各块的块结构和操作。
基站***包括第一模块100,RFB(射频块)110,双工器120,天线连接块130和第二模块200。由一个底板建造的各模块相互不同。第一模块100包括两部分信道卡101和102。第一模块100还确定(无线电)波束的形状,该波束将在基站形成于信道卡内,每个信道卡部分包括六个信道卡。换句话说,第一模块100控制了一个波束,该波束将形成于主要在指定扇区的方向上形成的信道卡中。来自每个信道卡101和102的信号被输入到信号合成器/分配器103中。信号合成器/分配器103合成将要发射的信号。这里,在合成该信号中,从信道卡接收的信号的相位与来自第二模块200的信号合成器/分配器203的信号的相位进行比较,以产生和输出将被发射的适当的相位。
来自信号合成器/分配器103的信号被输入到信道控制器104和105。信道控制器104和105的每一个控制信号使其符合每个信道,在每个信道中,根据指定扇区,信号被控制和输出。换句话说,每个信道控制器104和105根据用户数量控制分配给对应扇区和前面扇区的频率FA,并被建造为接受宽频带。来自信道控制器104和105的信号被发送到中频处理块106和107。每个信道控制器104和015被连接到接收器总线线路,并以一对一的对应方式连接到中频处理块106和107。来自信道控制器104和105的信号被发送到中频处理块106和107。这里,一对一相关的对应是根据每个信道的频率的对应,并且每个处理设备或处理装置根据其容量,可能不是一对一匹配。
每个中频处理块106和107在处理后将输入的信号输出为中频,并且该信号被发送到发送器108和109。换句话说,中频处理块106和107以及发射器108和109也以一对一关系被连接。将参照后面的图2详细描述中频处理块106和107。发射器108和109将中频处理信号转换为发射信号,然后将经转换的发射信号发送到RFB110。RFB将所接收的发射信号转换为发射无线电信号,并将经转换的发射无线电信号转换为发射功率。RFB110具有一个放大器。该放大器将参照后面的图3进行更详细的描述。RFB110发送经转换的发射信号给天线连接块130。因此,发射信号被输出到设置给每个对应扇区或FA的天线。将参照图4中天线和发射器的耦合更详细地描述这个天线连接块130。
天线连接块130与双工器120公共连接。双工器120将经天线连接块130的信号输出到相位控制块208,并且也将来自相位控制块208的信号输出给天线连接块130。相位控制块208经双工器120接收该信号,并发射信号以检查相位的失真程度。经检查的信号被输入到中频处理块206和207,并被同样的输入到信号合成器/分配器203。信号合成器/分配器203可以从所生成的信号值输出失真相位值给第一模块的信号合成器/分配器103以补偿失真的相位。尽管信号合成器/分配器103和203在图1中被区分,但是为了方便,仅一个装置也可以执行相同的功能。
第一模块100和第二模块200具有相同的结构。第一模块和第二模块100和200之间的差别在于第二模块200中的信道卡201和202输出信号到第一模块100中的信号合成器/分配器103,并接收来自第二模块200中的信号合成器/分配器203的信号。另外,当信号合成器/分配器103和203被建造在一个装置之内时,信道卡201和202位于第一模块100或第二模块200的一侧,并且在它们自己内部直接处理信号,而不用如图1所示的任何发射或接收信号的任何操作。
图2是根据本发明的中频处理块的内部结构的说明。
以下将参照图2描述根据本发明的中频处理块的内部结构和操作。另外,为了简便,在下面的描述中,仅有对信道控制器104、105、204和205中的信道控制器104的描述。
信道控制器104接收从中频处理块106接收的3FA信号。该3FA信号被区分为第一、第二和第三频带。在所区分信号的第一频带中的信号的描述中,第一频带信号作为区别为I信道信号I1和Q信道信号Q1被输入。这些信号被输入进插值器301和302,在插值器301和302中被处理,然后区分输出为IF1信道芯片信号和QF1信道芯片信号。该区分信号的IF1信道芯片信号分离为两个信号。所分离信号的每一个被发送到每个乘法器310和311。这里,经分离的IF1信道信号中的一个在乘法器310中与一个余弦信号合成,经分离的信号的另一个与一个正弦信号合成。与余弦信号合成的信号被发送到加法器314,与正弦信号合成的信号被发送到加法器315。
同时,第一频带中的QF1信道信号也在插值器302中被处理然后分离。经分离信号中的一个在乘法器312中与一个具有负值的正弦信号相乘,并且经分离信号中的另一个在乘法器313中与一个余弦信号相乘。在乘法器313中相乘的信号在加法器315中相加。来自乘法器310和乘法器312的信号在加法器314中相加,然后被发送到加法器316。来自乘法器311和乘法器313的信号在加法器315中相加,并被发送到加法器326。然后,第二频带中的信号也被区分为I2信道信号和Q2信道信号、被处理、然后被输出在对应的插值器303和304中。
另外,第三频带中的信号也被区分为I3信道信号和Q3信道信号、在对应的插值器305和306中被处理、然后被分离为将分别输出的两个信号。来自I3信号的信号中的一个被分离为将被输入到乘法器320的IF3信道以与一余弦信号合成,和来自I3信号的信号中的另一个与具有负值的一正弦信号合成以在乘法器321中相乘。在乘法器320中相乘的信号成为加法器322的一个输入。在乘法器321中相乘的信号中的另一个成为加法器325的一个输入。另外,第三频带的Q3信道的各信号在插值器306中被处理,并被输出为QF3的两个分离的信号。来自QF3的分离输出信号的一个在乘法器323中与一个正弦值相乘,并输出到加法器322中相加,并然后被输出到加法器316。经分离的QF3信号的另一个在乘法器324中与一个余弦值相乘,然后被输出到加法器325。加法器325的输出被输入到加法器326。
来自加法器314的信号、第二频带的I2信道的插值信号和来自加法器322的信号在加法器316中相加。另外,来自加法器315的信号、第二频带的Q2信道的插值信号和来自加法器325的信号在加法器326中相加。换句话说,在本发明中,在每个频带中相加的信号被最终相加,然后被输出。用这种方式,可以更有效地管理波束的形状。在前述加法器316和326中相加的信号分别输入到步增转换器330,然后上升到特定频带。
图3是根据本发明的优选实施例RFB110的内部结构的详细说明。此后,将参照图3详细说明根据本发明的RFB110的结构和操作。
从发射器接收的信号被输入到相位控制器401和包含延迟线的延迟块406中。相位控制器401调整该信号的尺寸(dimension),以便输入信号的相位与一特定电平相匹配。经调整的信号被输入到驱动器402。驱动器402使电平调整信号被输入到频率分配块403。频率分配块403将频率控制信号与所输入的发射信号相比较并进行相位处理以输入到延迟块404中。延迟块404的输出被输入到加法器405,在这里延迟块404的输出与下面的DSP(数字信号处理器)411中控制的值加在一起,然后被输出。在加法器405中相加之前,从DSP411的输出被发送到DAC408、412和415,用于将数字信号转换为模拟信号。DAC将接收的数字信号转换为模拟信号并输出该模拟信号。在DAC415中转换的信号被输入到相位控制器416。相位控制器416接收来自补偿器407的信号并将该信号输入到差错放大器417。差错放大器417将来自相位控制器416的接收信号的差错值放大,并将放大的差错值发送到加法器405。然后,加法器405加上补偿的差错值。
同时,来自延迟块406的信号被输入到补偿器407。补偿器407通过生成失真信号的反向相位补偿输入信号的失真信号。通过使用来自频率分配块403的信号和在延迟块406中延迟的信号产生这个信号。
另外,在输出的同时,加法器405的输出信号被输入到步减转换器409。步减转换器409将信号递减到一定电平。为了这个目的,压控振荡器414产生并输出一定频率的信号。这个较低电平信号在ADC(模拟数字转换器)410中被转换为数字信号以被输入到DSP411。DSP411接收数字化频率的信号以执行关于同样补偿的控制。换句话说,如果该频率快,生成信号以减小该频率。如果该频率慢,生成并输出信号以加速该频率。
输入到DSP411的信号作为引导信号经过DAC(数字模拟转换器)412发送到步增转换器413。根据这个控制,最终的输出信号在加法器405中与来自主放大器的信号相加,如下所述,并输出相加的信号。失真信号经过这个过程被补偿。另外,由于DSP411的应用,可以容易地估计由于外部环境引起的降级的控制特征,并且放大器带有在生产期间预先设置的因子值,以便可以大大地减小DSP的功率消耗量。
来自DSP411的信号被发送到DAC408、412和415,用于将数字信号转换为模拟信号。DAC输出从接收的数字信号转换的模拟信号。在DAC408中转换的信号被发送到相位控制器401,在DAC415中转换的信号被输入到另一个相位控制器416,在DAC412中转换的信号被输入到步增转换器413。首先,输入到步增转换器413的信号用步增频率被转换,然后输入到频率分配块403以便执行频率控制。相位控制器416还接收来自补偿器407的信号,并且来自相位控制器416的信号被输入到EA(差错放大器)417。EA417将接收信号的差错值放大一定的程度,并且经放大的差错值被发送到加法器405。因为差错值如上所述被补偿,加法器405加上经补偿的差错值以执行相位补偿。
图4是表示根据本发明优选实施例的天线连接块和相关部件的结构的详细说明。这里将参照图4详细描述根据本发明的天线连接块和相关部件的结构和操作。
RFB的发射器、第一模块100和第二模块200被布置为使来自发射器501、502和503的信号经由耦合块与切换控制块510耦合。切换控制块510经由分配器接收输入以根据基站中的用户的分布和要求控制波束形状。分配器在十二个方向上分配从每个耦合快接收的信号。这里,根据考虑用户的数量的值,信号被分配给每个天线所属于的每个扇区。来自每个前述分配器的信号被分别连接到具有一个目标的切换上,并被连接到对应目标的下一个切换终端。由分配器分配的信号如图4所示的被切换。例如,如果该分配器应该发射6个信号给A扇区,3个信号给B扇区,和3个信号给C扇区,则切换控制块510控制该分配器发射6个信号给用于将信号发射给A扇区的一切换器,并分配3个用于发射的信号和分配3个用于发射给C扇区的信号。发射给切换器的6个信号给A扇区,并且其它信号分别给B扇区和C扇区。经切换的信号被输入到功率放大器块512,在功率放大器中放大为一发射输出,然后发送给天线前端单元514,该单元连接于天线阵列。天线前端单元514输出接收的信号给缓冲器516,该缓冲器输出同样的信号给天线。缓冲器516具有4×4矩阵结构并执行切换技术。考虑天线特征等,该切换技术用于容纳更大数量的用户。最终可以通过利用矩阵缓冲器516更加精确地调整天线的波束形状。
图5说明了根据本发明优选实施例的用于阵列天线的相位补偿的频率发生块的结构。下面将参照图5描述频率控制块的结构。
频率发生器600接收基站中使用的时钟信号,其中时钟信号每两秒钟接收一次。频率发生器600产生1千赫兹和2千赫兹的信号。来自频率发生器600的1千赫兹的信号被输入到发射频率补偿器602,并且来自频率发生器600的2千赫兹的信号被输入到接收频率补偿器604。发射频率补偿器602接收来自电流发射电平发生块601的信号,以便生成电流发射电平信号,比较该信号,然后输出需要发射电平修正的TX补偿信号。另外,接收频率补偿器604接收从电流接收电平发生块603的输出,比较该信号,然后根据比较值,输出需要从接收信号补偿的RX补偿信号。
尽管已经描述了一详细的实施例,应该理解,在不脱离本发明的范围的情况下,可以做出各种修改和变化。因此,本发明的范围不应该受到上述实施例的限制,而由后面的权利要求等来限定。
Claims (2)
1.一种用于在基站中形成波束的设备,包括:
多个信道卡,用于处理和输出将发射给每个信道的信号;
一个信号合成器/分配器,用于合成来自信道卡的信号并补偿该信号的相位;
至少一个信道控制器,用于根据移动通信终端的要求控制来自信号合成器/分配器的信号波束,并输出受控制的波束信号;
至少一个中频发生块,用于接收来自至少一个信道控制器的信号并合成每个频率中的信号以产生中频信号;
至少一个发射器,用于将从至少一个中频发生块接收的中频信号转换成发射频带的信号;
一个RF块,用于将来自至少一个发射器的信号放大为输出频带的信号并控制发射和接收信号的相位;和
一个天线连接块,用于将经放大的信号切换到该RF块的对应天线以便产生波束,包括:一个切换控制块,用于接收经放大的信号并根据基站中用户的分布和要求切换接收的信号以输出经切换的信号;一个放大块,用于在一定电平上放大来自切换控制块的信号并输出经放大的信号;多个矩阵缓冲器,用于接收来自放大块的信号并将接收的信号切换到天线以控制波束形状。
2.如权利要求1所述的设备,其中所述RF块还包括:
多个发射器,用于发射信号;
一个耦合块,用于接收来自发射器的信号并将接收的信号发射到一天线侧。
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