专利名称：塔顶蜂窝通信设备及其操作方法
技术领域：
本发明总的涉及蜂窝通信系统，更具体而言涉及具有一个塔顶基站收发信台或具有一个集成回程部分(backhaul)的塔顶节点B的蜂窝通信网络，及其操作方法。
背景技术：
近年来，包括蜂窝电话、寻呼机和无线互联网接入设备的移动通信设备的使用已经按指数规律增加。这种对移动通信设备的增长的需求已经导致了支持这些服务所必需的基础结构的快速增长。
在图1中显示了用于与蜂窝或移动电话或站进行通信的常规通信网络的框图。参看图1，用于与移动基站12通信的常规通信网络10典型地包括一个与公用交换电话网(PSTN16)和多个基站控制器(BSC18)通信的移动交换中心(MSC14)，仅显示了这些基站控制器中的一个。每个BSC18进而又和一个或多个基站收发信台(BTS20)通信。BTS20通过馈电电缆22被耦合到一个或多个安装在塔26顶部的天线24，并负责在通信网络10和移动台12之间发送和接收通信信号。每个BTS20通常包括一个或多个用于发送和接收信号的收发信机、用于放大接收的和发送的信号的放大器、一个用于将发送的信号加到天线24并将接收的信号分路到接收线路上的双工器，以及一个用于在BTS和BSC18之间耦合信号的回程部分。移动交换中心14作为用于整个网络的神经中枢操作，并使用一种既定的协议，例如GSM(全球移动通信系统)协议、CDMA(码分多址)和TDMA(时分多址)协议与BSC18进行通信。这些不同的协议规定了在MSC14、BSC18和BTS20之间通信的特性并为本领域技术人员所熟知。
常规的BSC18主要负责规定相关小区的尺寸。就是说，由特定的BTS20覆盖或服务的区域。对于小区尺寸并没有固定的规格，可是在当前的使用中，通常提到宏小区、迷你小区、微小区和微微小区。各种小区的范围倾向于随它们的大小而变化，并且举例来说，在当前的使用中，宏小区典型地具有输出数量级为20-50瓦功率的天线24，以及倾向于具有数量级为5-40千米的范围。迷你小区典型地具有数量级为10瓦的功率输出并具有在附近2-5千米的相应范围。微小区典型地具有数量级为2-8瓦的功耗和大约一千米的范围。当然随着在天线设计中信号处理能力的提高，各种尺寸之间的区别变得模糊，可是在概念上，小区的尺寸可能总是变化的。
在图2中显示了用于与UE或用户设备终端(UE)进行通信的常规的第三代蜂窝通信网络(3G网络)的框图。参看图2，用于与UE30通信的常规3G网络28典型地包括一个与公用交换电话网(PSTN34)进行通信的第三代移动交换中心(3G-MSC32)、一个与IP网络(例如因特网37)通信的网关支持节点(GSN35)，以及多个无线网络控制器(RNC38)，仅仅显示了其中的一个。3G-MSC32和GSN35进一步耦合到归属位置寄存器(HLR39)，该寄存器记录并存储系统订户的地址和授权或鉴权信息。每个RNC38与一个或多个节点B40通信。节点B40通过馈电电缆42耦合到一个或多个安装在塔46顶部的天线44，并负责在3G网络28和UE30之间发送和接收通信信号。每个节点B40通常包括一个或多个用于发送和接收信号的收发信机、用于放大接收的和发送的信号的放大器、一个用于将发送的信号加到天线44并将接收的信号分路到接收线路上的双工器或多路复用器，以及一个用于在节点B和RNC38之间耦合信号的回程部分。
3G-MSC32使用既定的协议，例如CDMA(码分多址)和TDMA(时分多址)协议与RNC38进行通信。这些不同的协议规定了在3G-MSC32、RNC38和节点B40之间通信的特性，并为本领域技术人员所熟知。GSN35作为在3G网络28和因特网37之间的网关，在3G网络和因特网的基于分组的通信内使用的协议之间进行转换。常规的RNC38主要负责规定由特定的节点B40覆盖或服务的相关小区或区域的尺寸。
在塔26，46顶部具有天线24，44的常规通信网络10，28经常遇见的一个问题由馈电电缆22，42引起，这些馈电电缆在BTS20或节点B40与天线之间耦合通信信号。在图1和2中说明的安排中，天线24，44安装在塔26，46的顶部，而相关的BTS20和节点B40位于塔基处。因而，如果塔26，46很高，则必须在节点B和天线24，44之间提供很长的馈电电缆22，42。此外，BTS20与节点B40经常位于离开塔26，46某段距离的位置，是在一个更被保护以不受环境影响或更容易由维护人员接近的位置，因而这进一步延长了馈电电缆22，42。通常馈电电缆22，42包括一对同轴电缆，使一个同轴电缆(发送线路)被安排为载送发送信号，而另一个同轴电缆(接收线路)被安排为载送接收信号。然而，发送与接收线路可以合成在单个多路复用的馈电电缆22，42中。很长的馈电电缆22，42带来若干困难，其中包括在接收的和发送的信号中相当大的信号强度或功率损耗，以及由于将噪声引入到接收的信号而导致信号降级。
常规通信网络10，28的另一个问题是在升级或修改BTS20或节点B40硬件以改变一个特定小区的大小和/或形状中的困难。例如，当无线通信技术变得更为流行时，经常期望减少小区的尺寸以便为了处理高利用率而允许引进附加的小区。在其他的情况下期望增加小区的尺寸以提供增大的范围。虽然现在的设计工作得很好，但是它们并不是特别地模块化的，因为如果由于任何原因而期望改变小区的尺寸，则必须替换整个的BTS20或节点B40，而仅仅不是包含在其中的一个放大器、双工器、回程部分或收发信机。通常BTS20与节点B40是相对大和昂贵的单元。因而，期望提供一种BTS20与节点B40的体系结构，使得能够独立地升级、修理或替换BTS20或节点B40组件，并且如果替换的理由仅仅是改变小区尺寸或小区几何形状，则甚至能够重用BTS20或节点B40组件。
本发明提供了对这些以及其他问题的解决方案，并提供了与现有技术相比的其他优势。
发明概述本发明的一个目的是提供一个具有塔顶放大器、通信设备和回程部分的通信系统或网络，以及用于操作它们的方法。
在一个方面中，本发明针对一个节点B，该节点B用于通过在3G通信系统或网络中的、在塔顶支持的天线与用户设备终端(UE)进行通信。通常，节点B被配置为固定在塔顶的邻近天线的位置，从而减少了与在天线和节点B之间耦合通信信号相关的损耗。优选地，与未使节点B固定到塔顶的邻近天线的位置的蜂窝通信系统相比，节点B使得与天线和节点B之间耦合通信信号相关的损耗减少至少3dB。更优选地，节点B能够从天线提供具有至少大约40dBm功率的输出通信信号，并且最优选地至少大约为27dBm。
在一个实施例中，3G网络进一步包括一个无线网控制器(RNC)，并且节点B包括(i)至少一个适合于通过天线与UE进行通信的收发信机；(ii)一个在收发信机和天线之间的通信路径中的功率放大器，该功率放大器适合于放大从RNC接收的输出通信信号，并且输出放大的通信信号；以及(iii)一个用于向功率放大器和收发信机供给电能的供电电源。相对在塔顶具有分离的功率放大器并且节点B位于别处的3G网络而言，将功率放大器集成到塔顶节点B中且提供一个通用电源减少了节点B的尺寸、复杂度、成本和电能消耗。可选地，节点B可以进一步包括一个双工器，用于将放大的通信信号从功率放大器耦合到天线，并将输入的通信信号从天线耦合到收发信机。
在另一个实施例中，节点B进一步包括一个用于在节点B和RNC之间耦合通信信号的回程部分。在此实施例的一个型式中，回程部分被配置为通过分离的无线通信系统在节点B和RNC之间耦合通信信号。在另一个型式中，节点B从至少一个固定到塔的光电池接收能量以提供一个自含式塔顶节点。
在另一个方面中，本发明针对3G通信系统或网络，其包括(i)天线；(ii)具有支撑天线的塔顶的塔；(iii)固定到塔顶邻近天线位置的节点B，该节点B具有至少一个配置为通过天线与UE通信的收发信机；以及(iv)固定到塔顶邻近天线的位置的放大器，该放大器在节点B和天线之间的通信路径中，并与节点B分离且不同于节点B，放大器被配置为放大并滤波在节点B和UE之间传递的通信信号。优选地，3G网络减少了与在节点B和放大器之间耦合通信信号相关的损耗，以及相对于未使节点B和放大器固定到塔顶邻近天线位置的3G网络而言，与放大器和天线之间耦合通信信号相关的损耗被减少至少3dB。更优选地，放大器能够从天线提供具有至少大约40dBm功率的输出通信信号，并且最优选地至少大约为39dBm。
在一个实施例中，3G网络进一步包括一个无线网控制器(RNC)，以及一个固定到塔顶邻近天线位置的回程部分，该回程部分被配置为在节点B和RNC之间耦合通信信号。在该实施例的一个型式中，回程部分与节点B集成在一起。在另一个型式中，回程部分被配置为通过分离的无线通信系统在节点B和RNC之间耦合通信信号。
在另一个实施例，该3G网络进一步包括至少一个固定到塔的用于向节点B、放大器和回程部分部分供给电能的光电池，从而提供一个自含式塔顶节点。
在另一个方面中，本发明针对在一个具有在塔顶支撑的天线的3G网络中简化与用户设备终端(UE)的通信的方法。通常，该方法包括以下步骤，(i)提供一个固定到塔顶邻近天线位置的节点B，该节点B具有至少一个被配置为通过天线与UE进行通信的收发信机；(ii)提供一个固定到塔顶邻近天线位置的放大器，该放大器处于节点B和天线之间的通信路径中，并与节点B分离且不同于节点B，该放大器被配置为放大并滤波在节点B和UE之间传递的通信信号；(iii)操作至少一个收发信机以与UE进行通信；以及(iv)放大并滤波在节点B和UE之间传递的通信信号。如上所述，相对于未使节点B和放大器固定到塔顶邻近天线位置的3G网络而言，与在节点B和放大器之间以及在放大器和天线之间耦合通信信号相关的损耗被减少。优选地，与在天线和节点B之间耦合通信信号相关的损耗被减少至少3dB。更优选地，放大和滤波在节点B和UE之间传递的通信信号的步骤包括从天线发送至少具有39dBm功率的输出通信信号的步骤。
在一个实施例中，3G网络进一步包括一个无线网控制器(RNC)，以及一个固定到塔顶邻近天线的位置并被配置为在节点B和RNC之间耦合通信信号的回程部分，并且该方法包括使用该回程部分来在节点B和RNC之间耦合通信信号的另外的步骤。在此实施例的一个型式中，该回程部分被配置为通过分离的无线通信系统在节点B和RNC之间耦合通信信号，并且使用该回程部分在节点B和RNC之间耦合通信信号的步骤是通过经分离的无线通信系统在节点B和RNC之间耦合通信信号而完成的。
在另一个实施例中，3G网络进一步包括至少一个固定到塔的光电池，并且该方法包括从光电池向节点B、放大器和回程部分供给电能的步骤。
本发明的3G网络和方法的优势包括下列任何一个或全部(i)相对于未使节点B和放大器固定到塔顶邻近天线的位置的3G网络而言，与在节点B和放大器之间以及在放大器和天线之间耦合通信信号相关的损耗被减少；(ii)一个来自塔顶节点的天线的输出通信信号具有至少39dBm功率；(iii)改进的接收灵敏度，这是由于通过最小化在天线和接收系统之间的损耗获得的总噪声的明显减少而导致的；(iv)模块化的结构，便于修理、升级以及使放大器、节点B和回程部分的其中之一独立于其它模块而被修理；以及(v)一个自含式节点，它能够独立于到公共电力线路的连接或到无线网控制器的基于陆地的通信线路而进行操作。
在一个方面中，本发明针对一个基站收发信台(BTS)，其用于在蜂窝通信系统中通过塔顶上支持的天线与移动台进行通信。通常，BTS被配置为固定到塔顶邻近天线的位置，从而减少与在天线和BTS之间耦合通信信号相关的损耗。优选地，相对于未使BTS固定到塔顶邻近天线的位置的蜂窝通信系统而言，该BTS使得与在天线和BTS之间耦合通信信号相关的损耗被减少至少3dB。更优选地，BTS能够从天线提供具有至少大约40dBm功率的通信信号，并且最优选地至少大约为27dBm。
在一个实施例中，该蜂窝通信系统进一步包括一个基站控制器(BSC)，并且该BTS包括(i)至少一个适应于通过天线与移动台通信的收发信机；(ii)一个在收发信机和天线之间的通信路径中的功率放大器，该功率放大器适合于放大从BSC接收的输出通信信号，并且输出放大的通信信号；和(iii)一个用于向功率放大器和收发信机供给电能的供电电源。相对于在塔顶具有分离的功率放大器而BTS位于别处的蜂窝通信网络而言，将功率放大器集成到塔顶BTS中并提供一个通用电源减少了BTS的尺寸、复杂度、成本和电能消耗。可选地，该BTS可以进一步包括一个双工器，用于将放大的通信信号从功率放大器耦合到天线，并将输入的通信信号从天线耦合到收发信机。
在另一个实施例中，BTS进一步包括一个用于在BTS和BSC之间耦合通信信号的回程部分。在该实施例的一个型式中，该回程部分被配置为通过分离的无线通信系统来在BTS和BSC之间耦合通信信号。在另一个型式中，BTS从至少一个固定到塔的光电池接收能量，以提供自含式塔顶节点。
在另一个方面中，本发明针对一个通信网络，其中包括(i)一个天线；(ii)一个具有支持天线的塔顶的塔；(iii)固定到塔顶邻近天线的位置的基站收发信台(BTS)，该BTS具有至少一个配置为通过天线与移动台进行通信的收发信机；以及(iv)一个固定到塔顶邻近天线的位置的放大器，该放大器在BTS和天线之间的通信路径中，并与BTS分离且不同于BTS，该放大器被配置为放大并滤波在BTS和移动台之间传递的通信信号。优选地，通信网络减少了与在BTS和放大器之间耦合通信信号相关的损耗，以及相对于未使BTS和放大器固定到塔顶的邻近天线位置的通信网络而言，该BTS使得与放大器和天线之间耦合通信信号相关的损耗被减少至少3dB。更优选地，该放大器能够从天线提供具有至少大约40dBm功率的输出通信信号，并且最优选地至少大约为39dBm。
在一个实施例中，该通信网络进一步包括一个基站控制器(BSC)，和一个固定到塔顶邻近天线的位置的回程部分，该回程部分被配置为在BTS和BSC之间耦合通信信号。在此实施例的一个型式中，该回程部分与BTS集成。在另一个型式中，该回程部分被配置为通过无线通信系统在BTS和BSC之间耦合通信信号。
在另一个实施例中，该通信网络进一步包括至少一个固定到塔的用于向BTS、放大器和回程部分供给电能的光电池，从而提供自含式塔顶节点。
在另一个方面中，本发明针对一种方法，用于在具有塔顶支持的天线的通信网络中简化与移动台的通信。通常，该方法包括以下步骤(i)提供一个固定到塔顶邻近天线的位置的基站收发信台(BTS)，该BTS具有至少一个被配置为通过天线与移动台进行通信的收发信机；(ii)提供固定到塔顶邻近天线的位置的放大器，该放大器处于在BTS和天线之间的通信路径中，并与BTS分离且不同于BTS，该放大器被配置为放大并滤波在BTS和移动台之间传递的通信信号；(iii)操作至少一个收发信机以与移动台进行通信；以及(iv)放大并滤波在BTS和移动台之间传递的通信信号。如上所述，相对于未使BTS和放大器固定到在塔顶邻近天线的位置的通信网络而言，与在BTS和放大器之间以及在放大器和天线之间耦合通信信号相关的损耗被减少了。优选地，与在天线和BTS之间耦合通信信号相关的损耗被减少至少3dB。更优选地，放大并滤波在BTS和移动台之间传递的通信信号的步骤包括从天线发送具有至少39dBm功率的输出通信信号的步骤。
在一个实施例中，通信网络进一步包括一个基站控制器(BSC)，以及固定到塔顶邻近天线的位置和被配置为在BTS和BSC之间耦合通信信号的回程部分，并且该方法包括使用回程部分在BTS和BSC之间耦合通信信号的进一步的步骤。在此实施例的一个型式中，回程部分被配置为通过无线通信系统在BTS和BSC之间耦合通信信号，并且在BTS和BSC之间使用回程部分来耦合通信信号的步骤是通过在BTS和BSC之间通过无线通信系统耦合通信信号实现的。
在另一个实施例中，通信网络进一步包括至少一个固定到塔的光电池，并且该方法包括从该光电池向BTS、放大器和回程部分供给电能的进一步的步骤。
本发明的通信网络和方法的优势包括下列任何一个或全部(i)相对于未使BTS和放大器固定到塔顶邻近天线的位置的通信网络而言，与在BTS和放大器之间以及在放大器和天线之间耦合通信信号相关的损耗被减少；(ii)一个来自塔顶节点天线的输出通信信号具有至少39dBm功率；(iii)改进的接收灵敏度，这是由于通过最小化在天线和接收系统之间的损耗获得的总噪声的明显减少而导致的；(iv)模块化的结构便于修理、升级以及便于该放大器、节点B和回程部分的其中之一独立于其它模块进行修理； 并且(v)一个自含式节点能够独立于到公共电力线路的连接或到基站控制器的基于陆地的通信线路而进行操作。
通过结合所附附图，阅读下列详细说明，本发明的这些和其他的特点和优势将变得明显，其中图1(现有技术)是常规通信网络的框图；图2(现有技术)是常规的3G网络的框图；图3是根据本发明实施例的具有塔顶节点B的3G网络的框图；图4是根据本发明实施例的具有塔顶放大器和节点B的3G网络的框图；图5是根据本发明实施例的具有塔顶放大器、节点B和回程部分的3G网络的框图；图6是显示根据本发明实施例的具有塔顶放大器、带有集成的回程部分的节点B的3G网络的局部框图；图7是根据本发明实施例的具有通过分离的无线通信系统与无线电网络控制器耦合在一起的塔顶回程部分的3G网络框图；图8是显示用于根据本发明实施例的、便于使用塔顶节点与UE通信的方法的步骤的流程图；
图9是显示了根据本发明实施例的、塔顶节点B、RNC、GSN和UIB 1的3G网络的局部框图；图10是根据本发明实施例的具有塔顶BTS的通信网络的框图；图11是根据本发明实施例的具有塔顶放大器和BTS的通信网络的框图；图12是根据本发明实施例的具有塔顶放大器、BTS和回程部分的通信网络的框图；图13是通信网络的局部框图，显示了根据本发明实施例的塔顶放大器、具有集成的回程部分的BTS；图14是根据本发明实施例的、具有通过无线通信系统与基站控制器相耦合的塔顶回程部分的通信网络的框图；以及图15是显示用于根据本发明实施例的、便于使用塔顶节点来与移动台通信的方法的步骤的流程图。
发明详述本发明针对一种具有塔顶放大器、通信设备和回程部分的通信系统或网络，以及用于操作它们的方法，以便在通信装置和由塔支持的天线之间提供减少的损耗，并向从天线发送的输出信号提供较高的功率。
现在参照图3说明根据本发明的通信系统或网络。图3是根据本发明实施例的具有塔顶或微微节点B 102或i节点B的第三代蜂窝通信网络(3G网络100)的框图。为了清楚起见，普遍已知的以及与本发明无关的3G网络100的许多细节已经被省略了。参看图3，3G网络100通常包括一个与公用交换电话网(PSTN106)耦合在一起并与其进行通信的移动交换中心(3G-MSC104)，一个与因特网(107)耦合在一起并与其进行通信的网关支持节点(GSN105)，以及多个无线网络控制器(RNC108)，仅显示了其中的一个。3G-MSC104和GSN105进一步耦合到归属位置寄存器(HLR109)，该寄存器记录并存储系统用户的地址和授权或鉴权信息。每个RNC108与一个或多个节点B 102进行通信。
根据本发明，节点B 102被安装或固定在塔112的塔顶110上，该塔也可支持一个或多个天线114，用于在3G网络100和用户设备终端(UE116)之间发射和接收通信信号。节点B 102是通过天线线路118，例如同轴电缆，与天线114耦合在一起，并通过陆线120或中继线耦合到RNC108。陆线120可以包括双绞线、光纤链路、同轴电缆或E1/T1线路或中继线，并可以包括PSTN106或互联网协议(IP)网络上的路径。
优选地，塔顶节点B 102完全包含在一个模块内，对该模块的测量为小于12平方英寸并且有1到2英寸深，这与常规的节点B形成对比，常规的节点B典型地是3英尺高、2英尺宽和2英尺深。这个模块化结构便于节点B 102的安装、修理、升级和替换，从而提供了与常规的系统相比的、显著的成本优势。通常，每个节点B 102包括一个或多个用于发送通信信号到UE116并从UE116接收通信信号的收发信机(未显示)，用于放大接收的和发送的通信信号的放大器(未显示)；以及一个用于将输出通信信号耦合到天线114，并且将接收的输入通信信号耦合到收发信机的双工器或多路复用器(未显示)。节点B 102中的放大器可以包括一个低噪声放大器，用于放大和/或滤波在天线114和收发信机之间耦合的输入通信信号；和一个功率放大器，用于放大从收发信机耦合到天线的输出通信信号。
将节点B 102固定到塔112的塔顶110的接近或邻近天线114的位置或地点便显著地减少了天线线路118的长度，从而显著地减少了与在天线和节点B之间耦合通信信号相关的损耗。优选地，与未使节点B固定到塔顶邻近天线位置的常规3G网络相比，节点B 102将与在天线114和节点B之间耦合通信信号相关的损耗减少至少3dB。更优选地，通过使节点B102，包括其中的用于放大输出通信信号的功率放大器，位于塔112上接近或邻近天线114的位置，而从天线提供输出通信信号，该信号与具有一个带有可比较增益的放大器的常规系统可能提供的信号相比，具有更高的功率。最优选地，节点B 102能够从天线114提供具有从至少大约27dBm到至少40dBm功率的输出通信信号。
此外，3G网络100进一步包括一个回程部分122，用于在节点B和RNC108之间接口，以及用于在陆线120上耦合通信信号。回程部分122可以集成在节点B 102中，或如图所示从那里分离。通常，回程部分122包括电路，用于使在节点B102中使用的通信信号的速率适应在陆线120上传输的通信信号的速率，并且用于在节点B和RNC108使用的不同协议之间转换。
从供电电源(未显示)向回程部分122、节点B 102以及向在其中的收发信机、放大器和双工器提供电能，该供电电源可集成到节点B中，或位于塔112上或接近塔112的别处。该供电电源进而又通常从常规的外部电源，例如来自电力或公用事业公司的线路接收能量。
图4是根据本发明的、具有塔顶节点B 102和塔顶放大器或放大器124的3G网络100的另一个实施例的框图。通常显示在图4中的3G网络100的实施例类似于在上述图3中的实施例，它包括3G-MSC104、多个RNC108(仅仅显示其中一个)，多个节点B 102和相关的塔112，其中每个塔在其上支持至少一个天线114。然而，在图4的实施例中，3G网络100进一步包括一个分离的功率放大器，放大器124，其被安装或固定在塔112的塔顶110上接近或邻近天线114的位置或地点，该放大器124用于放大从节点B 102中的收发信机耦合到该天线的输出通信信号。放大器124通过天线线路118被耦合到天线114并通过短的馈电线路126耦合到节点B102。放大器124可以代替或附加到包含在节点B 102内的内部功率放大器。由于大的或高增益的功率放大器的功率需求和热耗散要求，提供与节点B 102分离且不同于节点B 102的放大器124便使得能够使用更大增益的更大的放大器和更小的节点B。优选地，放大器能够提供来自天线的、具有至少大约39dBm功率的输出通信信号。更优选地，相对于节点B和放大器没有固定到塔顶邻近天线位置的3G网络相比，使放大器124的位置靠近天线114和节点B 102便使得与在节点B和放大器之间以及在放大器和天线之间耦合通信信号相关的损耗减少至少3dB。此外，最小化在天线114和节点B 102中的接收系统或接收机(未显示)之间的损耗提高了接收灵敏度，并且总噪声系数显著地减少了，其减少量等于在常规的系统中天线和接收机之间将达到的损耗的量。
图5是根据本发明实施例的、具有一个塔顶放大器124、一个节点B102和一个回程部分122的3G网络100的框图。显示在图5中的3G网络100的实施例不同于如上所述的那些，因为回程部分122也位于塔112的塔顶110上接近或邻近天线114和节点B 102的位置，从而减少或消除了在回程部分和节点B之间耦合的通信信号中的损耗和/或降级。在优选实施例中，在图6中显示的回程部分122是集成在节点B 102内的。
图7是根据本发明的3G网络100的另一实施例的框图，该3G网络具有通过分离的无线网络128耦合到RNC108的塔顶回程部分122。通常，3G网络100包括一个塔顶节点B 102、一个放大器124和一个回程部分122，所有组件都是互相分离的并彼此不同，且全都安装或固定到塔112的塔顶110上接近或邻近天线114的位置。回程部分122通过分离的、包括定向天线或天线130的无线网络128从节点B 102将通信信号耦合到RNC108，从而消除该陆线120。消除陆线120使得塔112和与其相关的节点B 102与陆线供应商网络分离，该陆线供应商网络连接到其他的节点B和RNC108。另外，它允许更快速创建微小区以扩展现有的宏小区的容量，从而满足需求的增加。虽然回程部分122显示为与节点B102分离，但仍然可理解上述实施例也可适用于在其中回程部分与节点B集成的3G网络100。
可选地，3G网络100可以进一步包括在塔112上的太阳能或光电池132或光电池阵列以及电池(未显示)，以便向节点B 102、放大器124和回程部分122提供电能，从而消除连接到电力线的需要。消除连接到电力线的需要便提供了自含式塔顶节点134，该节点可以位于在地理上与公用事业和陆线供应商网络分离的区域，可以位于迄今未由3G网络100提供服务的区域。节点B 102、放大器124和回程部分122中每一个的能量要求为从大约20瓦特到大约35瓦特，这取决于相关小区的期望范围或大小，该能力要求完全处于市场上可买到的光电池132和电池的容量之内。
现在将参考图8说明用于根据本发明的实施例操作3G网络100的方法或过程。图8是显示使用具有塔顶节点B 102、放大器124和/或回程部分122的3G网络来简化与UE116的通信的方法的步骤流程图。在该方法中，节点B 102被固定到塔112的塔顶110上邻近天线114的位置(步骤140)。节点B 102具有至少一个被配置为通过天线114与UE116进行通信的收发信机。放大器124也固定到塔112的塔顶110上邻近天线114的位置(步骤142)。放大器124在节点B 102和天线114之间的通信路径中，并且被配置为放大和滤波在节点B和UE116之间传递的通信信号。操作节点B102中的收发信机以与UE116进行通信(步骤144)，并且放大和滤波在节点B和UE之间传递的通信信号(步骤146)。
优选地，相对于不具有塔顶节点B和放大器的常规3G网络而言，与在天线114和节点B 102之间耦合通信信号相关的损耗减少至少3dB。更优选地，放大并滤波在节点B 102和UE116之间传递的通信信号的步骤，步骤146，包括从天线114发送具有至少39dBm功率的输出通信信号的步骤。
在一个实施例中，该方法进一步包括使用固定到塔112的塔顶110上接近天线114的位置的回程部分122来耦合在节点B 102和RNC108之间的通信信号的步骤(步骤148)。在该实施例的一个型式中，在节点B 102和RNC108之间使用回程部分122来耦合通信信号的步骤，步骤148，是通过一个分离的无线通信系统128在节点B和RNC之间耦合通信信号实现的。
可选地，该方法进一步包括从固定到塔112的光电池132向节点B102、放大器124和回程部分122供给电能的初始步骤(未显示)。
在一个备选实施例中，在图9中显示的本发明的通信系统或3G网络100可以包括一个塔顶RNC108、一个塔顶GSN105或3G-GSN、一个塔顶Iub150(RNC与节点B之间的接口)，或任何其中的组合以进一步减少与耦合通信信号相关的损耗。
在另一个方面中，本发明针对具有塔顶放大器、基站收发信台(BTS)和回程部分的通信系统或网络，以及用于操作它们的方法，以在BTS和由塔支持的天线之间提供减少的损耗，并向从天线发送的输出信号提供较高的功率。
现在将参照图10说明根据本发明的通信网络。图10是具有根据本发明实施例的塔顶或微微BTS202的通信网络200的框图。为了清楚起见，普遍已知的和与本发明无关的通信网络200的许多细节已经被省略。参看图10，通信网络200通常包括被耦合到公用交换电话网(PSTN206)和/或因特网(未显示)并且与其通信的移动交换中心(MSC204)，以及多个基站控制器(BSC208)，仅仅显示了其中一个。每个BSC208进而又和一个或多个BTS202通信。
根据本发明，将BTS202安装或固定在塔212的塔顶210上，该塔也支持一个或多个用于在通信网络200和移动台216之间发送和接收通信信号的天线214。BTS202通过天线线路218(例如同轴电缆)耦合到天线214，并且通过地面线路220耦合到BSC208。陆线220包括双绞线或光纤链路，但是还可以包括同轴电缆或E1/T1线路或中继线，并且可能包括PSTN206或互联网协议网络上的路径。
优选地，塔顶BTS202完全地被包含在一个模块内，该模块的测量为小于12平方英寸，并且为1到2英寸深，这与常规的BTS形成对比，常规的BTS典型地是3英尺高、2英尺宽和2英尺深。此模块化的结构简化了BTS202的安装、修理、升级和替换，从而提供了优于常规系统的显著的成本优势。通常，每个BTS202包括用于发送通信信号到移动台216，并从移动台216接收通信信号的一个或多个收发信机(未显示)；用于放大接收的和发送的通信信号的放大器(未显示)；和用于将输出通信信号耦合到天线214和将接收的输入通信信号耦合到收发信机的双工器(未显示)。BTS202中的放大器可以包括一个低噪声放大器，用于放大和/或滤波在天线214和收发信机之间耦合的输入通信信号，和一个功率放大器，用于放大从收发信机耦合到天线的输出通信信号。
将BTS202固定到塔212的塔顶210上接近或邻近天线214的位置或地点便显著地减少了天线线路218的长度，从而显著地减少了与在天线和BTS之间耦合通信信号相关的损耗。优选地，相对于未使BTS固定到塔顶邻近天线位置的蜂窝通信系统相比，BTS202使得与在天线214和BTS之间耦合通信信号相关的损耗减少至少3dB。更优选地，通过使节点BTS202，包括其中的用于放大输出通信信号的功率放大器，位于塔212上接近或邻近天线214的位置，便提供了来自天线的输出通信信号，该信号与具有一个有可比较增益的放大器的常规系统可能提供的信号相比，具有更高的功率。最优选地，BTS202能够从天线214提供具有从至少大约27dBm到至少40dBm功率的输出通信信号。
此外，通信网络200进一步包括一个用于在BTS和BSC208之间接口和用于在陆线220上耦合通信信号的回程部分222。回程部分222可以集成到BTS202或如所示的从那里分离。通常，回程部分222包括电路，用于使在BTS202中使用的通信信号的速率适应在陆线220上传输的通信信号的速率，并且用于在BTS和BSC208中使用的不同协议之间进行转换。
从供电电源(未显示)向回程部分222、BTS202和在其中的收发信机、放大器和双工器提供电能，该供电电源可集成到BTS中或位于别处，或接近塔212。该供电电源通常进而又从常规的外部电源，例如来自电力或公用事业公司的线路接收能量。
图11是根据本发明的通信网络200的另一个实施例的框图，该通信网络200具有塔顶BTS202和塔顶放大器或放大器224。通常，显示在图11中的、类似于上述图10中的实施例的通信网络200的实施例包括一个MSC204、多个BSC208(仅仅显示了其中一个)、多个BTS202和其上支持至少一个天线214的相关的塔212。然而，在图11的实施例中，通信网络200进一步包括分离的功率放大器、放大器224，其被安装或固定在塔212的塔顶210上接近或邻近天线114的位置或地点，该放大器用于放大从BTS202中的收发信机耦合到天线的输出通信信号。放大器224通过天线线路218耦合到天线214并且通过短的馈电线路226连接到BTS202。放大器224可以代替或附加到BTS202包含的内部功率放大器。由于大的或高增益功率放大器的功率需求和热耗散要求，提供从BTS202分离且不同于BTS202的放大器224，便使得能够使用更大增益的更大的放大器和更小的BTS。优选地，放大器能够从天线提供具有至少大约39dBm功率的输出通信信号。更优选地，相对于未使BTS和放大器固定到塔顶邻近天线位置的通信网络而言，使放大器224靠近天线214和BTS202便使得与在BTS和放大器之间、以及在放大器和天线之间耦合通信信号相关的损耗减少至少3dB。此外，最小化在天线214和节点BTS202中的接收系统或接收机(未显示)之间的损耗便提高了接收灵敏度，并且总噪声系数显著地减少了，其减少量等于在常规的系统中天线和接收机之间将达到的损耗的量。
图12是根据本发明实施例的、具有一个塔顶放大器224、一个BTS202和一个回程部分222的通信网络200的框图。显示在图12中的通信网络200的实施例不同于如上所述的那些，因为回程部分222也位于塔212的塔顶110上接近或邻近天线214和BTS202的位置，从而减少或消除了在回程部分和BTS之间耦合的通信信号中的损耗和/或衰减。在优选实施例中，在图13显示的回程部分222是集成在BTS202内的。
图14是根据本发明的通信网络200的另一实施例的框图，该通信网络200具有通过无线通信系统耦合到BSC208的塔顶回程部分222。通常，通信系统200包括塔顶BTS202、放大器224和回程部分222，所有组件都是互相分离并彼此不同的，且全都安装或固定到塔212的塔顶210上接近或邻近天线214的位置。回程部分222通过包括定向天线或天线230的无线通信系统228来将通信信号从BTS202耦合到BSC208，从而消除陆线220。消除陆线220使得塔212和与其相关的BTS202与陆线供应商网络分离，该陆线供应商网络链接到其他的BTS和BSC208。另外，它允许更快速创建微小区以扩展现有的宏小区内的容量，从而满足需求的增加。虽然回程部分122显示为与BTS202分离，但仍然可理解上述实施例也可适用于回程部分与BTS集成的通信网络200。
可选地，通信系统200可以进一步包括在塔212上的太阳能或光电池232或光电池阵列，以及一个电池(未显示)，以便向BTS202、放大器224和回程部分222提供电能，从而消除对到电力线的连接的需要。消除对到电力线的连接的需要便提供了一个自含式塔顶节点234，这些节点可以位于在地理上与公用事业和陆线供应商网络分离的区域中，可以位于迄今未由通信系统200提供服务的区域中。BTS202、放大器224和回程部分222中的每一个的能量需求是从大约20瓦特到大约35瓦特，这取决于相关小区的期望的范围或大小，该能量需求完全处于市场上可买到的光电池232和电池的容量之内。
现在参考图15说明用于根据本发明实施例的操作通信网络200的方法或过程。图15是显示用于简化与移动台216的通信的方法步骤流程图，该方法使用具有塔顶BTS202、放大器224和/或回程部分222的通信网络。在该方法中，BTS202被固定到塔212的塔顶210上邻近天线214的位置(步骤240)。BTS202具有至少一个被配置为通过天线214与移动台216进行通信的收发信机。放大器224也固定到塔212的塔顶210的邻近天线214的位置上(步骤242)。放大器224处于在BTS202和天线214之间的通信路径中，并被配置为放大并滤波在BTS和移动台216之间传递的通信信号。操作BTS202中的收发信机以与移动台216通信(步骤244)，并且放大和滤波在BTS和移动台之间传递的通信信号(步骤246)。
优选地，相对于不具有塔顶BTS和放大器的常规通信网络而言，与在天线214和BTS202之间耦合通信信号相关的损耗减少至少3dB。更优选地，放大并滤波在BTS202和移动台216之间传递的通信信号的步骤，步骤246，包括从天线214发送具有至少39dBm功率的输出通信信号的步骤。
在一个实施例中，该方法括使用固定到塔212的塔顶210靠近天线214的位置的回程部分222来在BTS202和BSC208之间耦合通信信号的另外的步骤(步骤248)。在此实施例的一个型式中，在BTS202和BSC208之间使用回程部分222耦合通信信号的步骤，步骤248，是通过无线通信系统228在BTS和BSC之间耦合通信信号来实现的。
可选地，该方法进一步包括从固定到塔212的光电池232向到BTS202、放大器224和回程部分222供给电能的初始的步骤(未显示)。
为了图解和说明的目的，已经给出了上述的对本发明的具体实施例和实例的说明，而虽然已通过上述的特定例子说明了本发明，但不应把它理解为受其限制。它们并不打算穷举或限制本发明到所公开的精确形式，并且很明显，根据上述说明，许多修改、实施例和变化都是可能的。旨在使本发明的范围包括如这里公开的一般的范围。
权利要求
1.一种用于在3G网络中通过在塔顶支持的天线与UE进行通信的节点B，该节点B被配置为固定到塔顶接近该天线的位置，由此减少了与在天线和节点B之间耦合通信信号相关的损耗。
2.根据权利要求1的节点B，其中相对于未使节点B固定到塔顶接近天线的位置的3G网络，节点B使得与在该天线和节点B之间耦合通信信号相关的损耗减少至少3dB。
3.根据权利要求2的节点B，其中节点B能够从天线提供具有至少27dBm的功率的输出通信信号。
4.根据权利要求1的节点B，其中3G网络进一步包括一个无线网控制器(RNC)，以及其中节点B包括至少一个收发信机，其适合于通过天线与UE进行通信；一个功率放大器，其位于该至少一个收发信机和天线之间的通信路径中，该功率放大器适合于放大从RNC接收的输出通信信号，并且输出放大的通信信号；以及一个供电电源，用于向功率放大器和至少一个收发信机提供电能，由此减小节点B的尺寸、复杂性和电能消耗。
5.根据权利要求4的节点B，其中节点B进一步包括一个回程部分，该回程部分被配置为在节点B和RNC之间耦合通信信号。
6.根据权利要求5的节点B，其中回程部分被配置为通过一个3G网络在节点B和RNC之间耦合通信信号。
7.根据权利要求6的节点B，其中节点B被配置为接收由至少一个固定到塔的光电池提供的电能。
8.一种3G网络，包括一个天线；一个塔，其具有支持该天线的塔顶；一个节点B，被固定到该塔顶上接近天线的位置，该节点B具有至少一个被配置为通过该天线与UE通信的收发信机；以及一个放大器，被固定到塔顶上接近天线的位置，该放大器位于该节点B和天线之间的通信路径中，并与节点B分离且不同于节点B，该放大器被配置为放大和滤波在节点B和UE之间传递的通信信号。
9.根据权利要求8的3G网络，其中相对于未使节点B和放大器固定到塔顶上接近天线位置的3G网络，与在该节点B和放大器、以及在该放大器和天线之间耦合通信信号相关的损耗被减少至少3dB。
10.根据权利要求8的3G网络，其中放大器能够从天线提供具有至少39dBm的功率的输出通信信号。
11.根据权利要求8的3G网络，进一步包括一个无线网络控制器(RNC)，以及一个固定到塔顶上接近天线的位置的回程部分，该回程部分被配置为在节点B和RNC之间耦合通信信号。
12.根据权利要求11的3G网络，其中该回程部分与节点B集成在一起。
13.根据权利要求11的3G网络，其中该回程部分被配置为通过3G网络而在节点B和RNC之间耦合通信信号。
14.根据权利要求13的3G网络，进一步包括至少一个固定到塔上的光电池，用于向节点B、放大器和回程部分提供电能，由此提供一个自含式塔顶节点。
15.一种在具有由塔顶支持的天线的3G网络中便于与UE进行通信的方法，该方法包括步骤提供一个节点B，该节点B被固定到塔顶上接近天线的位置，该节点B具有至少一个被配置为通过该天线与UE通信的收发信机；提供一个放大器，其被固定到塔顶上接近天线的位置，该放大器位于节点B和天线之间的通信路径中，并与节点B分离且不同于节点B，该放大器被配置为放大和滤波在节点B和UE之间传递的通信信号；操作至少一个收发信机以与UE进行通信；以及放大和滤波在节点B和UE之间传递的通信信号，由此相对于未使节点B和放大器固定到塔顶接近天线位置的3G网络，与在节点B和放大器之间、以及在放大器和天线之间耦合通信信号相关的损耗被减少。
16.根据权利要求15的方法，其中与在天线和节点B之间耦合通信信号相关的损耗被减少至少3dB。
17.根据权利要求15的方法，其中放大和滤波在节点B和UE之间传递的通信信号的步骤包括从天线发送具有至少39dBm功率的输出通信信号的步骤。
18.根据权利要求15的方法，其中3G网络进一步包括一个无线网控制器(RNC)，以及一个固定到塔顶接近天线的位置的回程部分，该回程部分被配置为在节点B和RNC之间耦合通信信号，其中该方法进一步包括使用该回程部分来在节点B和RNC之间耦合通信信号的步骤。
19.根据权利要求18的方法，其中该回程部分被配置为通过3G网络在节点B和RNC之间耦合通信信号，以及其中使用该回程部分在节点B和RNC之间耦合通信信号的步骤包括通过3G网络在节点B和RNC之间耦合通信信号的步骤。
20.根据权利要求19的方法，进一步包括从固定到塔的至少一个光电池向节点B、放大器和回程部分提供电能的步骤。
21.一种用于在蜂窝通信系统中通过在塔顶支持的天线与移动台进行通信的基站收发信台(BTS)，该BTS被配置为固定到塔顶接近天线的位置，由此减少与在天线和BTS之间耦合通信信号相关的损耗。
22.根据权利要求21的BTS，其中相对于未使BTS固定到塔顶接近天线位置的蜂窝通信系统，BTS使得与在天线和BTS之间耦合通信信号相关的损耗被减少至少3dB。
23.根据权利要求22的BTS，其中BTS能够从天线提供具有至少27dBm的功率的输出通信信号。
24.根据权利要求21的BTS，其中蜂窝通信系统进一步包括一个基站控制器(BSC)，以及其中该BTS包括至少一个收发信机，其适合于通过该天线与移动台进行通信；一个功率放大器，其位于该至少一个收发信机和天线之间的通信路径中，该功率放大器适合于放大从BSC接收的输出通信信号，并且输出放大的通信信号；以及一个供电电源，用于向功率放大器和至少一个收发信机提供电能，由此减小BTS的尺寸、复杂性和电能消耗。
25.根据权利要求24的BTS，其中BTS进一步包括一个回程部分，该回程部分被配置为在BTS和BSC之间耦合通信信号。
26.根据权利要求25的BTS，其中该回程部分被配置为通过一个无线通信系统在BTS和BSC之间耦合通信信号。
27.根据权利要求26的BTS，其中BTS被配置为接收由至少一个固定到塔的光电池提供的电能。由此提供一个自含式塔顶节点。
28.一种通信网络，包括一个天线；一个塔，其具有在其上支持天线的塔顶；一个基站收发信台(BTS)，其被固定到塔顶接近天线的位置，该BTS具有至少一个被配置为通过天线与移动台通信的收发信机；以及一个放大器，其被固定到塔顶接近天线的位置，该放大器位于BTS和天线之间的通信路径中，并与BTS分离且不同于BTS，该放大器被配置为放大和滤波在BTS和移动台之间传递的通信信号。
29.根据权利要求28的通信网络，其中相对于未使BTS和放大器固定到塔顶接近天线位置的通信网络，与在BTS和放大器之间、以及在放大器和天线之间耦合通信信号相关的损耗被减少至少3dB。
30.根据权利要求28的通信网络，其中该放大器能够从天线提供具有至少39dBm的功率的输出通信信号。
31.根据权利要求28的通信网络，进一步包括一个基站控制器(BSC)，以及一个固定到塔顶接近天线的位置的回程部分，该回程部分被配置为在BTS和BSC之间耦合通信信号。
32.根据权利要求31的通信网络，其中该回程部分与BTS集成在一起。
33.根据权利要求31的通信网络，其中该回程部分被配置为通过无线通信系统而在BTS和BSC之间耦合通信信号。
34.根据权利要求33的通信网络，进一步包括至少一个固定到塔上的光电池，用于向BTS、放大器和回程部分提供电能，由此提供一个自含式塔顶节点。
35.一种在具有由塔顶支持的天线的通信网络中便于与移动台进行通信的方法，该方法包括步骤提供一个基站收发信台(BTS)，该BTS被固定到塔顶接近天线的位置，该BTS具有至少一个被配置为通过该天线与移动台通信的收发信机；提供一个放大器，其被固定到塔顶上接近天线的位置，该放大器位于BTS和天线之间的通信路径中，并与BTS分离且不同于BTS，该放大器被配置为放大和滤波在该BTS和移动台之间传递的通信信号；操作至少一个收发信机来与该移动台进行通信；以及放大和滤波在该BTS和移动台之间传递的通信信号，由此相对于未使BTS和放大器固定到塔顶上接近天线位置的通信网络，与在该BTS和放大器之间、以及在放大器和天线之间耦合通信信号相关的损耗被减少。
36.根据权利要求35的方法，其中与在天线和BTS之间耦合通信信号相关的损耗被减少至少3dB。
37.根据权利要求35的方法，其中放大和滤波在BTS和移动台之间传递的通信信号的步骤包括从天线发送具有至少39dBm功率的输出通信信号的步骤。
38.根据权利要求35的方法，其中通信网络进一步包括一个基站控制器(BSC)，以及一个固定到塔顶接近天线的位置的回程部分，该回程部分被配置为在该BTS和BSC之间耦合通信信号，其中该方法进一步包括使用该回程部分在该BTS和BSC之间耦合通信信号的步骤。
39.根据权利要求38的方法，其中该回程部分被配置为通过无线通信系统在该BTS和BSC之间耦合通信信号，以及其中使用该回程部分在BTS和BSC之间耦合通信信号的步骤包括通过无线通信系统在BTS和BSC之间耦合通信信号的步骤。
40.根据权利要求39的方法，进一步包括从固定到塔的至少一个光电池向该BTS、放大器和回程部分提供电能的步骤。
全文摘要
提供了一种蜂窝网络(100，200)和方法，其减少在基站(102，202)和天线(114，214)之间的损耗。通常，该网络(100，200)包括一个具有支持天线(114，214)的塔顶的塔(112，212)，在塔顶邻近天线的位置上的基站(102，202)和分离的放大器(124，224)，该放大器位于在基站和天线之间的通信路径中。在一个实施例中，该网络(100，200)进一步包括一个在塔顶邻近天线(114，214)的位置上的回程部分(122，222)，该回程部分被配置为在基站(102，202)和控制器(128，228)之间耦合信号。优选地，该回程部分(122，222)与基站(102，202)集成在一起。在另一个型式中，回程部分(122，222)被配置为通过无线网络(128，228)在基站(102，202)和控制器(108，208)之间耦合通信信号。更优选地，一个在塔(112，212)上的光电池向基站(102，202)、放大器(124，224)以及回程部分(122，222)提供电能，由此提供一个自含式塔顶节点(134，234)。
文档编号H01Q1/24GK1575551SQ02821228
公开日2005年2月2日 申请日期2002年8月27日 优先权日2001年8月27日
发明者C·P·麦因托斯, N·S·维莱特, K·林 申请人:因特威夫通讯有限公司