用于控制基站的至少一个天线的射频发射的基站控制器的制作方法

文档序号:11162516
用于控制基站的至少一个天线的射频发射的基站控制器的制造方法与工艺

本发明涉及一种用于控制无线通信系统中基站的至少一个天线的射频发射的基站控制器。本发明还涉及一种基站设备,其包括具有本发明的基站控制器的基站。最后,本发明涉及一种用于控制无线通信系统中基站的至少一个天线的射频发射的方法。



背景技术:

为了满足用户对更大移动网络容量的高且日益增长的需求,越来越多的频带被添加至现有频带,以用于在无线通信系统中的沿下行链路方向的数据传输。下行链路方向是从基站到用户终端的数据传输方向。术语“基站”例如在基于全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications,GSM)标准运行的系统中使用。在此,基站也可称为基站收发信台(base transceiver station,BTS)。在基于通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunications System,UMTS)标准运行的系统中的相应实体为NodeB。然而,对于大多数无线通信系统,尤其是市场上的蜂窝无线通信系统,通过添加更多频带来提高网络容量的要求和解决方案是类似的。

将新频带添加至现有频带导致基站的发射值增加。通常,添加另外的频带还导致对于基站使用和实施附加的天线。在蜂窝无线通信系统中,小区通常划分为多个扇区,例如3个扇区,其中单独的天线或天线组服务每个扇区。基站,例如BTS或Node B,可由一个或更多个运营商运营。在由更多个运营商运营的情况中,基站是共用的。

天线的射频发射的发射值需要保持在一定的安全限值以下,以使人体暴露降至最少。这些安全限值由不同国家的监管机构设置和确定。因此,定义了隔离区(Exclusion Zone,EZ),其为基站天线周围的不允许人们长久停留的区域。换言之,EZ为基站天线周围的区域,例如通过屋顶上的上锁门、进入障碍、栅栏、围墙等禁止人们进入该区域。天线的射频发射的最关键位置是各个EZ的边界线,因为在这些位置,人们最接近基站的发射天线。在蜂窝无线通信系统中使用的发射天线通常具有高方向性。方向性的形状由天线增益特性定义。通常情况下,制造商通过天线方向图并且以称为MSI数据的数字格式来指定这些特性。因此,在本领域中MSI是用于定义天线增益方向图的扩展。

当前,使用相当简单的静态方法来计算基站站点的最大允许射频发射。通常,采用最坏情况假设,由此典型计算假设所有可用频带以其最大运行功率发射。此外,通常假设基站站点的所有天线作为单天线,由此该单天线的中心点为所述所有天线的中间点,该单天线的高度为在站点上所使用的最低的天线的高度。然后,以静态方式计算和设置该站点的最大允许射频发射,即设置最大允许射频发射并使用该最大允许射频发射直到基站站点发生任何大的变化,例如,添加了新频带和/或新天线这样的变化。

这些现有技术方案的缺点是准确度低。基站且从而低效站点的所计算的最大允许射频发射通常远高于在天线的使用期间所产生的实际发射,这个误差通常可能在6dB至10dB的范围内。



技术实现要素:

鉴于上述缺点和问题,本发明旨在改善技术现状。特别地,本发明的目的是提供基站控制器、基站设备及方法,其提供了在确定无线通信系统中基站的天线的最大射频发射方面的改进。

本发明的上述目的由所附独立权利要求1、13和15中提供的解决方案来实现。在各自的从属权利要求中进一步限定了本发明的优选实现方式。

本发明的第一方面提供了一种基站控制器,其用于控制无线通信系统中基站的至少一个天线的射频发射,该基站控制器包括:获取单元,其被配置成获取所述至少一个天线的射频发射的当前发射值;以及控制单元,其被配置成基于所获取的当前发射值控制所述至少一个天线的射频发射。

如上所述,各个国家监管机构规定了蜂窝无线通信系统中天线要使用的最大发射掩蔽。因此,许多国家遵守了欧盟委员会建议,其在图1示出。图1以射频发射E对于频率f的线L的形式示出了最大值。可以看出,允许的最大射频发射E(电场强度)与频率相关。允许的最大发射一直到约800MHz保持不变,线性增加一直至约2.5GHz,然后又保持不变。

通过获取所述至少一个天线的射频发射的当前发射值和通过基于所获取的当前发射值来控制所述至少一个天线的射频发射,可以以自适应的方式动态地控制基站的射频发射。因而,相比于现有技术提供的静态解决方案,本发明实现了基站天线的射频发射的灵活、准确调整,以提供可能的最大网络容量,尤其是对于沿下行链路方即从基站到用户终端的数据传输。

在根据第一方面的基站控制器的第一实现形式中,控制单元被配置成:将所获取的当前发射值与最大发射限值进行比较;以及如果所获取的当前发射值等于或大于最大发射限值,则减少所述至少一个天线的射频发射。因此,在保证实际射频发射在允许限值范围内尽可能高的同时,实现了射频发射的灵活调整。

在根据如上所述的第一方面或根据第一方面的第一实现形式的基站控制器的第二实现形式中,获取单元被配置成使用所述至少一个天线中所有天线来获取当前发射值。因此,确保在获取当前发射值时考虑了基站所使用的每个单天线的发射值。

在根据如上所述第一方面或根据第一方面的任意实现形式的基站控制器的第三实现形式中,获取单元被配置成使用所述至少一个天线所使用的所有激活频带来获取当前发射值。因此,确保在获取当前发射值时考虑了基站的天线所使用的每个单激活频带的贡献。

因此,根据第二实现形式和第三实现形式,对于具有多个天线的系统,可以使用来自每个天线的发射的叠加,然后将其与最大允许射频发射值进行比较。类似地,对于具有多个频带的系统,必须使用频带叠加。通常,天线方向图与频率相关。然而,对于小的频率偏差,这种频率相关性可以忽略并且可认为是恒定的。可以对各个天线和各个频带的发射的叠加求和,然后与相应的最大允许发射值(例如图1所示)进行比较。特别地,单天线的发射的最关键区域可以由天线增益乘以EZ距离之积的最大值来界定。

在根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的任意实现形式的基站控制器的第四实现形式中,获取单元包括计算单元,该计算单元被配置成基于发射值模型来计算当前发射值。这使当前发射值的计算成本低但仍然可靠准确。

在根据所述第一方面的第四实现形式的基站控制器的第五实现形式中,计算单元被配置成基于发射值模型计算射频输出功率值来获取当前发射值。在此,发射值模型可以估计天线和/或基站天线使用的频带的预期射频输出功率值,使获取的当前发射值尽可能准确。

在根据第一方面的第五实现形式的基站控制器的第六实现形式中,计算单元被配置成计算所述至少一个天线中每个天线的射频输出功率值和所述至少一个天线中每个天线所使用的每个激活频带的射频输出功率值,并且计算单元还被配置成基于所计算的射频输出功率值计算所述至少一个天线的当前发射值。在此,使用和考虑了基站的所有使用天线和所有使用的且激活的频带来计算当前发射值,以获取尽可能准确的计算结果。

在根据第一方面的第六实现形式的基站控制器的第七实现形式中,计算单元还被配置成使用每个频带的天线特定增益值来将所计算的射频输出功率值转化为电场强度值。因此,有利地考虑了天线方向图的频率相关性,以获取当前发射值的尽可能准确的计算结果。

在根据第一方面的第七实现形式的基站控制器的第八实现形式中,计算单元还被配置成基于天线增益值和/或天线位置值对所述电场强度值进行加权发射,以获取所述当前发射值。加权发射操作提供了当前发射值的更准确的计算结果。

在根据如上所述第一方面或根据第一方面的任意一种实现形式的基站控制器的第九实现形式中,计算单元被配置成获取所述当前发射值,所述控制单元被配置成在给定长度的滑动时间窗口内动态地控制射频发射。因此,基站的至少一个天线的射频发射的控制的动态性质由给定长度的滑动时间窗口来体现和限定,这允许定期调整至少一个天线的射频发射的最终变化,从而允许定期、快速、高效的控制。

在根据第一方面的第九实现形式的基站控制器的第十实现形式中,滑动时间窗口的给定长度等于或大于5分钟且小于或等于30分钟。这个时间范围有利于实际实现,原因是该时间范围提供了射频发射的迅速动态调整与用于高效实现的合理时间框架这两方面之间的良好平衡。

在根据如上所述第一方面或根据第一方面的任意一种实现形式的基站控制器的第十一实现形式中,获取单元被配置成接收所述至少一个天线的当前射频发射的测量发射值作为当前发射值。使用当前射频发射的测量发射值提供了如上所述的第一方面的第四实现形式的替代实现形式或附加实现形式。使用测量发射值提高了所获取的当前发射值的准确度。

本发明的第二方面提供了一种基站设备,其包括:具有根据第一方面的第十一实现形式的基站控制器的基站;以及测量单元,其被配置成测量基站的所述至少一个天线的当前射频发射并且将所测量的发射值发送到获取单元。

在根据第二方面的基站设备的第一实现形式中,测量单元包括传感测试天线。使用传感测试天线是一种优选且成本低的实现形式。

本发明的第三方面提供一种用于控制无线通信系统中基站的至少一个天线的射频发射的方法,该方法包括以下步骤:获取所述至少一个天线的射频发射的当前发射值;基于所获取的当前发射值控制所述至少一个天线的射频发射。

第三方面及其实现形式的优点与如上所述的第一方面及其实现形式和第二方面及其实现形式的相应设备特征的优点相同。

在根据第三方面的方法的第一实现形式中,将所获取的当前发射值与最大发射限值进行比较;如果所获取的当前发射值等于或大于最大发射限值,则减少所述至少一个天线的射频发射。

在根据如上所述的第三方面的或根据第三方面的第一实现形式的方法的第二实现形式中,使用所述至少一个天线中的所有天线来获取当前发射值。

在根据如上所述的第三方面的或根据第三方面的任意实现形式的方法的第三实现形式中,使用所述至少一个天线所使用的所有激活频带来获取当前发射值。

在根据如上所述的第三方面的或根据第三方面的任意实现形式的方法的第四实现形式中,基于发射值模型来计算当前发射值。

在根据第三方面的第四实现形式的方法的第五实现形式中,基于所述发射值模型计算射频输出功率值来获取所述当前发射值。

在根据第三方面的第五实现形式的方法的第六实现形式中,计算所述至少一个天线中每个天线的射频输出功率值和所述至少一个天线中每个天线所使用的每个激活频带的射频输出功率值,并基于所计算的射频输出功率值来计算所述至少一个天线的当前发射值。

在根据第三方面的第六实现形式的方法的第七实现形式中,使用每个频带的天线特定增益值来将所计算的射频输出功率值转化为电场强度值。

在根据第三方面的第七实现形式的方法的第八实现形式中,基于天线增益值和/或天线位置值对电场强度值进行加权发射,以获取当前发射值。

在根据如上所述的第三方面或根据第三方面的任意一种实现形式的方法的第九实现形式中,计算单元被配置成获取所述当前发射值,并且在给定长度的滑动时间窗口内动态地控制射频发射。

在根据第三方面的第九实现形式的方法的第十实现形式中,所述滑动时间窗口的所述给定长度等于或大于5分钟且小于或等于30分钟。

在根据如上所述的第三方面或根据第三方面的任意一种实现形式的方法的第十一实现形式中,接收所述至少一个天线的当前射频发射的测量发射值作为当前发射值。

须注意,本申请中描述的所有设备、元件、单元和装置可以以软件元件或硬件元件或软件元件和硬件元件的任意类型的组合来实现。本申请中描述的由各种实体执行的所有步骤和功能旨在表明所述各个实体适于或被配置成执行所述相应的步骤和功能。即使在下面的描述中,由实体执行的具体功能或步骤没有体现在执行所述特定步骤或功能的所述实体的具体详细元件的描述中,本领域技术人员也应清楚,这些方法和功能可以在相应的软件元件、硬件元件或软件元件和硬件元件的任意类型的组合中实现。

还应理解的是,本发明的各个方面和实现形式可以应用于按照例如(但不限于)GSM、UMTS或任意其他标准的任意类型的标准的任意类型的无线通信系统,例如蜂窝无线通信系统。

附图说明

结合所附附图,将在下面的具体实施方式中阐述本发明的以上方面及实现形式,其中:

图1示出了欧盟委员会(European Commission,EC)建议1999/519/EC所推荐的最大发射掩蔽;

图2示出了根据本发明的第一实施方式的基站控制器的示意框图;

图3示出了根据本发明的第二实施方式的控制方法的示意流程图;

图4a示出了根据本发明的第三实施方式的基站设备的示意框图;

图4b示出了根据本发明的第四实施方式的基站设备的示意框图;

图4c示出了根据本发明的第五实施方式的基站设备的示意框图;

图5示出了按照EC建议1999/519/EC的两个运营商的最大发射掩蔽图;

图6示出了具有另外显现出频率相关性的图5中的图;

图7显现出两个天线波束A和B在EZ的不同位置处的发射贡献;

图8显现出在图7情况下波束A和波束B之间的发射比如何影响发射值之和。

具体实施方式

图2示出了根据本发明的第一实施方式的基站控制器200的示意框图。基站控制器200被配置成控制无线通信系统中基站的至少一个天线的射频发射。无线通信系统可以为其中内容数据和/或控制数据以无线方式在基站和用户终端之间交换的任意类型的蜂窝无线通信系统或非蜂窝无线通信系统。用户终端可以为移动终端或非移动终端。例如,无线通信系统可以为按照GSM、UMTS或任意其他合适的标准运行的系统。因而,基站可以为BTS、Node B或者通信系统中具有相应功能的任意其他中央处理单元。根据本发明的第一实施方式的基站控制器200被配置成控制无线通信系统中基站的天线沿下行链路方向即从基站到用户终端的方向的射频发射。基站控制器200包括:获取单元201,其被配置成获取基站的所述至少一个天线的射频发射的当前发射值;控制单元202,其被配置成基于所获取的当前发射值控制基站的所述至少一个天线的射频发射。一般地,如稍后将示出的,可以在计算的基础上来获取当前发射值,该计算基于发射值模型和/或测量的发射值。

图3示出了根据本发明的第二实施方式的用于控制无线通信系统中基站的至少一个天线的射频发射的方法的示意流程图。在此,须注意的是,如图3所示的本发明的第二实施方式的方法为图2所示的第一实施方式的基站控制器200、获取单元210和控制单元202的功能的方法步骤实现。以上(或以下)关于第一实施方式的所有阐述同样适用于第二实施方式的方法步骤。图3所示的根据第二实施方式的用于控制无线通信系统中基站的至少一个天线的射频发射的方法包括如下步骤:在第一步骤S300中,获取所述至少一个天线的射频发射的当前发射值;在第二步骤S301中,基于所获取的当前发射值控制所述至少一个天线的射频发射。

在下面的对根据第一实施方式的基站控制器200以及如图4a、图4b和图4c所分别示意性示出的第三实施方式的基站设备400a、第四实施方式的基站设备400b和第五实施方式的基站设备400c的描述中,对各种元件和单元的各种功能的描述同时参考了包括在本发明的第二实施方式的方法内的对应方法步骤。

图4a、图4b和图4c分别示出了根据本发明的第三实施方式的基站设备400a、根据本发明的第四实施方式的基站设备400b和根据本发明的第五实施方式的基站设备400c的示意框图。在此,基站设备400a、基站设备400b和基站设备400c各自包括:如图2所示的根据第一实施方式的基站控制器200——作为整体或至少其元件即获取单元201及控制单元202;以及最终添加的单元。关于第一实施方式的所有阐述同样适用于第三实施方式、第四实施方式和第五实施方式;关于第三实施方式、第四实施方式和第五实施方式的所有阐述同样适用于第一实施方式。此外,基站设备400a、基站设备400b和基站设备400c各自包括基站401,基站401包括或者连接至被配置成在无线通信系统的射频范围内向终端发射信号的至少一个天线。基站设备400a、基站设备400b和基站设备400c的控制单元202各自包括标称值元件410、比较元件411和控制元件412。

标称值元件410提供最大发射限值。这个最大发射限值通常由国家监管机构预定义,它可以对应于例如结合图1示出及说明的最大允许发射值。如上所述,最大允许发射值可以与频率相关。例如,标称值元件410可以为其中以任何合适形式存储有或预先设置有最大允许发射限值的任意类型的存储元件或内存元件。另外,所存储的值可以与相邻的或位于相同位置的设备(基站)或运营商共享。

比较元件411用于将从标称值元件410获取的最大发射限值与从获取单元201获取的当前发射值进行比较。如果从获取单元201获取的当前发射值等于或大于从标称值元件410获取的最大发射限值,比较元件411向控制元件412输出相应信号,控制元件412随后将向基站410输出相应的控制信号,以使基站减少基站410的所述至少一个天线的射频发射。例如,基站401所采取的减少天线的射频发射的措施可以包括(但不限于):减少每用户终端的数据吞吐量;将全速率语音连接转变为半速率语音连接;呼叫抢占;或减少天线的射频发射的任意其他合适措施。

在第三实施方式的基站设备400a和第四实施方式的基站设备400b中,基站401被配置成在控制环路中将信令信息输出回获取元件201,该信令信息指示关于基站401的天线发射减少的信息。此信息由包含在获取单元201内的计算单元420接收。计算单元420用于基于发射值模型来计算当前发射值。计算单元420所使用的发射值模型可以基于任意类型的合适的参数和假设。例如,这样的参数可以包括天线和相关电路系统的估计射频输出功率值,例如考虑了天线增益、射频馈线损耗等等。因此,如果针对所估计的射频输出功率值考虑了基站401的每个可用以及使用的天线和/或用于激活天线的每个激活频带,则是有利的。例如使用每个激活频带的天线特定增益值,也可以由计算单元420将计算的射频输出功率值转换为电场强度值。因此,计算单元420还可以被配置成基于天线增益值和/或天线位置值对电场强度值进行加权求和,以获取当前发射值。

在图4b所示的第四实施方式中,计算单元420然后将计算的当前发射值输出至比较元件411。在图4a所示的第三实施方式中,获取单元201还连接到测量单元421(可替代地,测量单元可以为获取单元的一部分),测量单元421被配置成测量基站401的所述至少一个天线的当前射频发射。例如,测量单元421包括传感测试天线,传感测试天线被配置成感测基站401的所有激活天线的当前射频发射。所测量的激活天线的当前射频发射由测量单元421输出到计算单元420,计算单元420使用这些测量结果以及如上所述的建模参数来计算当前发射值。计算单元420向比较元件411提供组合的结果。换言之,比较元件411将基于计算的当前发射值和测量的当前发射值所获取的当前发射值与从标称值元件410输出的最大发射限值进行比较。

测量单元421可以放置在相对于基站401的任意适当的位置,例如在EZ的边界线上。通常,标称值元件410中存储的以及输出的最大发射限值可以为指示各个EZ的各边界线处的最大允许发射限值的发射限值。然而,可以使用其他位置。

在图4c所示的基站设备400c的第五实施方式中,比较元件411仅仅将测量的当前发射值与从标称值元件410输出的最大发射限值进行比较。相应地,获取单元201只包括测量单元421,测量单元421被配置成测量基站401的所述至少一个天线的当前射频发射。在此,测量单元421可以例如包括传感测试天线,传感测试天线被配置成感测基站401的所有激活天线的当前频率发射。以上对于图4a所示的第三实施方式的基站设备400a的关于测量单元421的所有其他阐述也适用于图4c所示的第五实施方式。

获取单元201和控制单元202通常可以分别用于在给定长度的滑动时间窗口内获取当前发射值和动态地控制射频发射。例如,滑动时间窗口的长度可以等于或大于5分钟,或小于或等于30分钟。然而,取决于各个实现形式,其他时间窗口长度可能是合适的。

图5和图6通过发射限值线L(对应于图1)呈现了发射值E对于频率f的图以及两个运营商共用一基站侧的发射的情况。在图5和图6中,第一运营商即运营商1的发射通过线L1显现。这适用于例如运营商1在基站侧使用天线A和运营商2在基站侧使用天线B的情况。换言之,两个运营商共用基站位置内的发射。第一实施方式和第三实施方式的控制单元202的控制元件412现在通过动态相加每个运营商即运营商1和运营商2在每个频率处的使用比例来控制基站天线的最高达允许发射限值的发射(线L)。图6示出了一示例,其中运营商1以5个不同的频率即在800MHz、900MHz、1800MHz、2100MHz及2600MHz处发送信号,其中每一频率对整体发射贡献一定百分比。每个频率百分比为该特定频率的最大允许发射限值的百分比。例如,EC建议509规定2100MHz的最大发射限值为61V/m。因而,运营商1可以使用30.5V/m,位于相同地区的运营商2可使用相同的值。如果同等地使用所有5个频带,每个频带可以使最高达20%的频带发射被运营商1使用。在这种情况下,允许6V/m(2100MHz的20%)。在此须提及,这些最大发射限值通常在基站侧内的特定位置例如如上所述的EZ的边界线处被指定。为了找到EZ边界线处的最关键位置,即发射最大的位置,必须考虑以下观点。必须指出的是,如图7和图8显现的以下观点可以用于建立在计算单元420中使用的发射模型。图7给出了两个天线即天线A和天线B的发射增益方向图的两个示例。在位置EZ 1处,两个天线的增益方向图不重叠,从而没有必要在位置EZ 1处将两个天线的发射值相加。在位置EZ 2处,天线A和天线B的波束重叠,从而必须将两个天线的发射相加。当计算单元420计算在位置EZ 2处的总发射时,可以考虑下面的参数:各个天线距EZ的距离、天线A与天线B间的间隔和/或天线A和天线B的波束宽度。因此,可以适用在水平方向和/或垂直方向上的参数值(相对于地面)。如图8所示,在波束重叠的情况下,波束之间的发射比率可能影响所述相加,图8示出了天线A和天线B的重叠波束的发射值如何相加在一起的示例。如图所示,取决于波束A和波束B之间的共享比例,天线波束B可以贡献0dB至3dB。从这些示例中可看出,计算单元420首先需要确定EZ边界线的具有最高预期发射值的最关键点。对于这个最关键点,计算单元420需要使用天线增益图和波束共享比例来计算所有运行频带的发射贡献。波束共享比例和发射值一般根据每个频带的预期输出射频功率值计算。频带的这些功率值取决于业务量,也取决于各个天线与用户之间的距离。然后计算单元24被配置成实时地即例如在如上所定义的滑动时间窗口内计算这些功率值。

已经结合作为示例的不同实施方式以及实现形式描述了本发明。然而,本领域技术人员根据对附图、本公开以及独立权利要求的学习通过实践所要求保护的发明能够理解和实现其他变型。在权利要求书及说明书中,词语“包括”不排除其他元件或步骤,且未加以数量限定的情况并不排除多个。单个元件或其他单元可以完成权利要求书中所陈述的若干实体或项的功能。在互不相同的从属权利要求中所陈述的某些措施这一事实并不意味着在有益实现形式中不能使用这些措施的组合。

再多了解一些
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