专利名称：在分布天线系统中用于集成天线的方法
发明范围本发明一般地涉及利用分布天线的传输系统。更具体地，本发明指向在分布天线系统中用集成天线的方法和设备。
背景技术：
现在参见
图1，示出了一个典型的分布天线系统。这样的系统可用于，例如，利用电缆电视传输网络向和从远程地点分布无线载波信号。该系统包括一个中央分布单元10和多个远程RF单元12。远程单元12执行RF信号处理并与传播该处理信号的辐射元件(天线)相联系。较可取的是，如此设计该系统以致每个天线对所要求的作用区提供有效的作用范围，没有作用范围空隙，也没有与邻近作用区的重迭(即，引起干扰)。
在典型的分布天线系统中为获得足够的天线增益和作用区，在每个RF单元提供一个如单极或偶极天线这样的外部元件。这样的外部天线典型地由同轴电缆馈电。在图2A-B上示出典型的具有外部天线14的远程单元。
远程RF单元一般放在公共和/或露天场所。由于它们的场所，在单元的设计中如雨、冰和风的环境因素是重要的考虑。对位于公共区的单元，美学上的考虑也是重要的。因为常规单元的外部天线从该单元伸出，它们经受恶劣的天气条件，并一般认为它们美学上是不合要求的。此外，偶极和单极天线一般有很差的水平方向性。因此，不易控制其传播路径在所要求区域上提供有效作用范围。
于是，在分布天线系统(由连接到一个中央组合器的多重单元所组成的系统)中，远程单元最好a)提供所要求区域上的覆盖范围，没有覆盖范围空隙或与邻近覆盖范围的的干扰；b)是不受天气影响的；c)是有美感的；以及d)是有效集成在一起的。
如上所述，已知的远程单元使用连接到同轴电缆的偶极或单极天线。这样的远程单元不满足任何一个上述准则。
因此，合乎要求的是，分布天线系统中的一个远程单元有效地提供所要求作用区上的作用范围，没有作用范围空隙或与邻近作用区的干扰。
还合乎需要的是，远程单元是不受天气影响的，并远程单元要考虑到美学意义。
还合乎需要的是，远程单元要有有效集成的天线。
发明概要为克服上述问题和提供其他优点，本发明提供在分布天线系统中用集成多重天线的方法和设备。按照本发明的方法，通过在一个外壳的一个或一个以上的表面上提供多个天线来集成分布天线通信系统中的多个天线。每个天线能够提供在一个所要求方向上的信号传播。通过提供一个或一个以上的内部RF组合电路和一个或一个以上的内部RF分配电路来集成外壳里边的多个天线。每个组合电路组合从二个或更多个天线接收的信号，每个分配电路将从一个信号源传播的信号分离成至少二个适于从至少二个天线传播的信号。
按照本发明的设备，一个集成天线单元包括提供在外壳的一个或一个以上的表面上的多个天线。每个天线能够提供在所要求方向上的信号传播。该单元还包括一个或一个以上的内部RF组合电路和一个或一个以上的内部RF分配电路。每个组合电路从二个或更多个天线接收的信号，每个分配电路将从一个信号源传播的信号分离成至少二个适于从至少二个天线传播的信号。
通过按照本发明的方法和设备，能够制成分布天线系统的远程单元。该单元在一个或一个以上所要求的区域上提供有效复盖，基本上是全天候的，可易于适应所要求的美学准则，并在其中有效地将天线集成在一起。
图的简要说明结合附图阅读“优选实施例的详细说明”能够更充分地了解本发明的特征和优点。在附图中，同样的参考标记表示同样的元件。在这些图中图1是一个示例的分布天线系统的方框图，在该系统上可实现本发明；图2A-B表示可用于图1系统中的常规远程RF单元；图3是一个远程RF单元图，该单元为一个外壳所覆盖，利用示例的按照本发明的用于集成天线的方法和设备；
图4A-B分别是图3远程RF单元的内部组合器和分离器电路图；图5A-B是表示图4A-B电路的示例实现的详细电路图；图6A-B是一个常规的分布天线系统的复盖区与一个引入本发明的方法和设备的系统的复盖区相比较的图。
优选实施例的详细说明参见图3，示出一个按照本发明的实施例的远程RF单元。如图所示，该远程RF单元12包括安装在RF单元12的每一侧上的多重定向补片天线14。定向补片天线14各面向一个所要求的信号传播方向。该定向补片天线能各自在垂直平面上提供，例如，5bBi增益。分集式接收天线可以是相反极性的(垂直或水平的)，并是空间上分开的以减少交互作用。最好用一个外壳16覆盖远程RF单元12。外壳16可安装到电缆电视线18上，如图所示，或者安装到电话杆、墙或其他建筑物上。按照本发明的实施例，外壳16可以是大约 9″高、3″厚和20″长，整个容纳的单元可以大约重12磅。外壳可以由粉末涂层的压铸铝或其他合适的材料制成。最好基本上与外壳16表面平齐地安装天线14。由于天线14的平齐安装结果，可用天线罩雷达伞衣覆盖天线以提供环境保护和改善单元12的美学外观。如下面要讨论的，天线集成在一起，以将这些天线装到接收机和发射机端口。以及从接收机和发射机端口装到天线。
单元12是个可用于分布天线通信系统的远程RF单元。例如，作为远程天线接口，单元12从下行CATV网络提取单个PCS(个人通信系统)载波和在大气接口上发射提取的载波。在上行路径，远程单元12接收二个单PCS载波的分集实例，将接收的实例转换到不同的上行CATV频率，并将转换的频率发送到在电缆电视传输网络上的电缆处理器(未示出)。
参见图4A-B，示出示例的用于集成天线14的单元的电路图。具体地，图4A表示示例的组合器电路图。其中，2个天线14连接到加法电路18，在图4A的电路中，天线14接收信号，在加法电路18中组合所接收的信号，加法电路18的输出供给接收机端口20。
图4B表示示例的分配器电路图。其中，将发射端口22的输出供给至分配器元件24，分配器元件24的输出供给2个天线14。会认识到，可以改进图4A-B的组合器和分配器单元，允许组合或分离多于2个的天线。
参见图5A-B，示出图4A-B的组合器/分离器的示例性实现的详细电路图。现在说明图5A电路的接收机部分。所示的接收机电路包括用于接收信号的接收天线RxA1、RxA2、RxB1、RxB2以及组合器100A和100B。在该实施例中的组合器100A和100B是威尔金逊(Wilkineon)组合器。会认识到，依据如电源维护、费用、空间等的考虑可以使用其他适当的无源组合器器件(例如，正交混合式、电阻的等)。组合器100A和100B的输出分别馈送给放大器102A和102B及滤波器104A和104B。按照本发明的优选实施例，滤波器104A和104B是具有约1850-1910MHz带宽的带通滤波器。组合、滤波和放大的接收信号在如所示的混频器106A和106B中与振荡器信号Osc1混频。振荡器Osc1最好是一个工作在1580-1640MHz的振荡器。在放大器108A和108B中放大调制的输出。
在带通滤波器110A和110B中分别滤波放大器108A和108B的输出。按照一个优选实施例，滤波器110A和110B具有约270MHz的带宽。滤波器110A的输出在混频器112A中与振荡器信号Osc5混频，由可变增益放大器VGA2放大。滤波器110B的输出在调制器112B中与振荡器Osc6混频，由可变增益放大器VGA3放大。最好根据由未出的电路测定的接收信号的接收信号强度指示RSSI来设定每个可变增益放大器的增益。在一般转让的美国专利申请编号08/683,187“用于在分布天线网络中控制输出到传输介质的信号电平的系统和方法”中，介绍了这样方案的某些实现。作为参考编入该整个文献。在组合器114中组合可变增益放大器112A和112B的输出，在低通滤波器116中滤波组合的信号，滤波的信号经组合器/分离器200供给公用电缆118。滤波器116最好是通过在约50MHz频率以下信号的滤波器。会认识到，对于天线RxA和RxB的单独接收路径提供分集接收。
现在说明图5A电路的发送部分。要被发送的信号从公用电缆118供给组合器/分离器200。组合器/分离器200将要被发送的信号分成2个信号，在带通滤波器202滤波的第一信号。按照本发明的优选实施例，带通滤波器202通过约402到750MHz范围内的信号。
该信号在混频器204与振荡器信号Osc2混频。在放大器206放大该调制信号，在带通滤波器208滤波该放大的信号。带通滤波器具有，在此例中，约350MHz的带宽。滤波的信号在混频器210与振荡器信号Osc1混频，由可变增益放大器VGA1和放大器212放大。该放大的信号供给耦合器214，耦合器214产生第一信号“RF检测”和供给隔离器216的第二信号。第一信号RF检测用于调节可变增益放大器VGA1的增益。在低通滤波器218滤波隔离的信号。在该实施例中低通滤波器218通过具有小于约2000MHz频率的信号。滤波的信号由分离器220分离，分离的信号从天线TX1和TX2发送。在该实施例中，分离器220是混合波导联结耦合器；然而，会认识到，也可以使用其他适当的器件(例如，威尔金逊、正交混合的、电阻的等)。
会认识到，在图5A的实施例中使用了标准的收发机结构，因而该实施例是经济的。在该实施例中，最好通过减小予算的链路储备量来补偿出现在分离器220的分离器损耗。
图5B表示一个另一个天线集成电路实施例。在图5B的实施例中，每个发射天线TX1、TX2有单独的有关发射机放大器链，及每个接收天线RXA1、RXA2、RXB1和RXB2有单独的有关低噪声放大器102A1、102A2、102B1和102B2。在该实施例中，发射机分离发生在传输路径上的这一点，即在该点由于分离引起的损耗可由放大器VGA1、212A和212B来补偿。此外，接收组合发生在接收路径上的这一点，即在该点由于组合引起的损耗可通过适当的选择和调节低噪声放大器102A1-102B1来补偿。该实施例提供比图5A实施例高的性能，但一般是更昂贵又复杂。
会认识到，图5A-B示出集成天线电路的实施例，可以根据如电源维护能力、费用和空间等的设计考虑按需要变更所示和所述的电路元件。
参见图6A-B，那里示出二个分布天线系统的作用区的比较。其中，一个系统是常规的分布天线系统，另一个系统是使用本发明的方法和设备的分布天线系统。在图6A上，示出一个分布天线系统的近郊区应用，其中使用了全向远程RF天线12a和12b。全向远程RF天线12a提供到房子54a和54d的作用范围；全向天线12b提供到房子54c和54f的作用范围。然而，因为天线12a和12b是全向的，到房子54b和54e提供的作用范围就受到干扰。这在所要求区域上不提供有效作用范围。相比较，在图5B上示出定向天线12a′和12b′的使用。定向天线允许提供的作用范围到房子54a-f而无干扰，因而以更有效的方式覆盖所要求的区域。
虽然上面的说明包括许多细节和特征，但要理解的是，这些细节和特征只用于举例说明和解释的目的。不偏离本发明的精神和范围，如以下权利要求及其合法的等效所定义的那样，对所公开的实施例可做出许多更改。
权利要求
1.一种用于在分布天线通信系统中集成多个天线的方法，其包括步骤在远程RF单元的一个或一个以上的表面上提供多个天线，每个天线能够在所要求方向上提供信号传播；以及通过提供一个或一个以上的内部RF组合电路和通过提供一个或一个以上的内部RF分配电路来集成多个天线，每个组合电路组合从2个或更多个无线接收的信号，每个分配电路将从一个信号源传播的信号分离成至少2个适于从至少2个天线传播的信号。
2.权利要求1的方法，进一步包括用一个外壳覆盖远程RF单元这一步骤。
3.权利要求2的方法，其中各天线中至少一个是定向补片天线。
4.权利要求3的方法，其中将天线安装成基本上与外壳的一个或一个以上的表面平齐。
5.权利要求4的方法，其中每个天线用伞衣覆盖。
6.权利要求1的方法，其中外壳基本上是不受天气影响的。
7.权利要求1的方法，其中每个组合电路和每个分配电路包括一个威尔金逊器件。
8.一种集成天线单元，包括一个外壳；多个天线基本上与该外壳的一个或一个以上的表面平齐地安装，每个天线能够在所要求方向上提供信号传播；一个或一个以上的内部RF组合电路，每个组合电路组合从2个或更多个天线接收的信号；以及一个或一个以上的内部RF分配电路，每个分配电路将从一个信号源传播的信号分离成至少2个适于从至少2个天线传播的信号。
9.权利要求8的单元，其中各天线中至少一个是定向补片天线。
10.权利要求9的单元，其中每个天线用伞衣覆盖。
11.权利要求8的单元，其中外壳基本上是不受天气影响的。
12.权利要求8的单元，其中每个组合电路和每个分配电路包括一个威尔金逊器件。
全文摘要
一种用于集成分布天线系统中天线的方法和设备。分布天线系统中的远程单元包括基本上不受天气影响的外壳,在该外壳的一个或一个以上的表面上安装多重定向补片天线。该天线最好安装成与外壳表面平齐,通过用伞衣覆盖天线能容易地使得天线为全天候的。用包含在不受天气影响的罩内的电路集成该天线,电路包括RF组合电路和RF分配电路。
文档编号H01Q1/42GK1247641SQ97181895
公开日2000年3月15日 申请日期1997年12月24日 优先权日1996年12月31日
发明者A·奈杜, J·R·博哈伊楚克 申请人:艾利森公司