专利名称：蜂窝天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在陆基蜂窝通信系统中和移动设备进行通信的一种天线。本发明还涉及采用一副或多副天线的一种天线系统和蜂窝通信系统。
背景技术：
用在早期蜂窝基站中的天线一般不包括用于改变天线波束方向的装置，因此其必须以一倾角被安装在一支撑结构上，该倾角是为了提供产生所需小区覆盖的波束所要求的。而近期的天线已经包括有用于远程地调节蜂窝基站天线波束的下倾角的装置。WO 96/14670揭示了一种天线，它具有可机械调节的移相器，该偏移器在天线的馈径中产生可变电相位偏移，以有效地将天线的波束向下倾斜。
在雷达中所应用的相控阵天线提供了波束方位角转向和波束垂直俯仰(下倾)来把天线波束引导至所需的方向。这种天线一般采用了有源开关元件，并且具有复杂和昂贵的结构。
如果可以改变不止一个蜂窝基站天线波束特征，则蜂窝通信系统针对所需区域的定址容量方面将更灵活。
本申请人的在先申请WO 96/14670揭示了一种天线控制系统，用于远程地控制多副天线的下倾角。控制器80位于蜂窝基站的基础之上，并要求有独立的电缆78来控制每副天线。这使得在每增加一副新的天线时，就要求从天线杆头布置新的控制电缆78到控制器80。
在WO 96/14670的系统中，每副天线用连接有电缆78的端口来标识。控制器80所能控制的天线数受到可用端口的限制。
现有技术系统应用了专用控制器来远程地调整天线特性。希望能启用广泛可用的标准设备，来用于编程和控制天线系统。
发明揭示本发明的目的是提供一种天线控制系统、天线和天线系统，它们克服了现有技术的至少部分限制，以至少为公众提供一种有用的选择。
本发明的第一方面提供了一种用于在陆基蜂窝通信系统中经由具有宽度、方位角和下倾角的天线波束与移动设备进行通信的天线，该天线包括二维辐射单元阵列；和从馈线到辐射单元的馈电网络，该馈电网络包括下倾角移相装置，用于改变提供给辐射单元或从辐射单元接收到的信号相位，使得改变天线波束的下倾角；方位角移相装置，用于改变提供给辐射单元或从辐射单元接收到的信号相位，使得改变天线波束的方位角；和波束宽度调节装置，用于改变提供给辐射单元或从辐射单元接收到的信号功率或相位，使得改变天线波束的宽度。
本发明的第一方面提供了一种具有在水平(方位角)方向和垂直(下倾角)方向上可调的波束角以及可调波束宽度的天线。
本发明的第二方面提供了一种用于在陆基蜂窝通信系统中经由具有宽度和角度的天线波束与移动设备进行通信的天线，该天线包括多个辐射单元；和从馈线到辐射单元的馈电网络，该馈电网络包括功率分配装置，用于改变辐射单元之间的功率分配，使得改变天线波束的宽度；移相装置，用于改变提供给辐射单元或从辐射单元接收到的信号相位，使得改变天线波束的角度。
本发明的第二方面提供了一种较佳的馈电网络，它给予了可调波束宽度和可调波束角度(可在方位角和/或下倾角方向上进行调节)。
功率分配装置最好在一个或多个中心辐射单元与两个或多个外围辐射单元之间分配功率，外围辐射单元在阵列中位于中心辐射单元的相对侧。
功率分配装置最好是基本上不衰减的功率分配器，例如包括一对混合耦合器和它们之间的移相器。
下倾角或方位角移相装置最好调节外围辐射单元对之间的相对相位。
中心辐射单元和功率分配装置之间的相位关系最好对于所有波束角基本上固定。
在替换设置中，波束宽度调节装置包括用于改变提供给辐射单元或从辐射单元接收到的信号相位的装置，使得改变天线波束的宽度。
该阵列最好包括至少三行和至少三列辐射单元。
该天线尤其适合于采用CDMA编码器和/解码器的码分多址系统(CDMA或W-CDMA)。
一般而言，该天线是陆基天线系统的一部分，该系统包括适于提供信号到天线以调节天线波束特性的控制装置。
该控制装置一般包括适于从远程控制中心接收命令的本地接收机。
本发明的第三方面提供了一种用于在陆基蜂窝通信系统中经由天线波束与移动设备进行通信的天线系统，该天线系统包括一副天线，具有多个辐射单元和用于传输信号到辐射单元和/或从辐射单元传输信号的RF馈线；耦合至RF馈线的传输装置；以及控制装置，用于根据经由RF馈线从传输装置接收到的控制数据来调节天线波束的特性。
本发明的第四方面提供了一种用于在陆基蜂窝通信系统中与移动设备进行通信的天线系统，该天线系统包括多副天线，其中每一副都具有移相装置，用于调节天线波束的特性，每一副天线以提高的高度设置在一结构上；以及天线控制系统，用于控制移相装置，天线控制系统以提高的高度设置在天线旁。
本发明的第五方面提供了一种用于在陆基蜂窝通信系统中与移动设备进行通信的天线系统，该天线系统包括多个辐射单元；一个或多个移相器，设置在到多个辐射单元的馈电网络中，用于调节天线波束的特性；以及控制装置，用于驱动和每个移相器相关的电动机械装置，其中控制装置包括处理装置，以根据提供给它的控制数据来控制天线。
根据本发明的系统一般被设置为陆基蜂窝通信系统的一部分，该通信系统包括一远程控制中心，用于向每个天线系统发出命令，以调节每个系统的天线波束特性。
本发明的第六方面提供了一种天线控制系统，用于控制在陆基蜂窝通信系统中与移动设备进行通信的多副天线的波束特性，该天线控制系统包括用于接收命令的装置，以改变一副天线的波束特性；用于为所有天线计算所需波束特性的装置，以实现希望的覆盖；以及用于按照实现希望的覆盖所要求的来调节每副天线的一个或多个波束特性的装置。
本发明的第七方面提供了用于控制在陆基蜂窝通信系统中与移动设备进行通信的天线的计算机，该计算机包括图形用户界面装置，用于图形化地显示多副天线的配置参数，其中通过使用输入设备可以操控图形单元来调节配置参数；以及通信装置，用于发送控制信号到启动装置，以根据图形用户界面所显示的参数来调节天线的参数。
附图简述现在将以例子的方式参考所附示图对本发明进行描述，其中
图1显示了包括三个辐射单元的阵列天线；图2显示了用于图1所示天线的馈电网络概要图；图2A显示了可变功率分配器；图3显示了六单元阵列天线；图4显示了图3所示的天线的馈电网络概要图；图5显示了四单元阵列天线；图6显示了图5所示的天线的馈电网络概要图；图7显示了十单元阵列天线；图8显示了图7所示的天线的馈电网络概要图；图9显示了图7和图8中所示的天线的控制设置；图10显示了一蜂窝通信系统；图11至14揭示了只应用移相器的实施例；图15和16显示了只应用移相器来在两个维度上调节天线波束方向和宽度的实施例；图17显示了用于启用波束转向和波束宽度调节的最简实现；
图18显示了根据第一实施例的天线系统；图19显示了用于图18的实施例的第一控制系统实现；图20显示了用于图18的实施例的第二控制系统实现；图21显示了用于图18的实施例的第三控制系统实现；图22显示了根据第二实施例的天线系统；图23显示了用于图22的实施例的第一控制系统实现；图24显示了用于图22的实施例的第二控制系统实现；图25显示了根据第三实施例的天线系统；图26显示了图25所示的实施例的控制系统；图27显示了根据第四实施例的天线系统；图28显示了用于图27的实施例的控制系统实现；图29显示了根据第一实施例的远程控制系统；图30显示了根据第二实施例的远程控制系统；图31显示了根据一个实施例的图形用户界面；图32显示了用于调节下倾角的用户界面；图33显示了表格界面；图34显示了计划界面。
实现本发明的最佳模式详述参考图1，天线1具有排列在一行上的三个辐射单元2、3、4的阵列。图2显示了从连接器6到辐射单元2、3和4的馈电网络5的概要图。功率分配器7在天线2、4与天线3之间分配功率。功率分配器7的调节导致了天线1波束的波束宽度的变化。
图2A中详细显示了功率分配器。第一混合耦合器71具有一个耦合至连接器6的输入端口72和一个孤立的端口73。混合耦合器71将输入信号分成幅度相等的两个信号，它们以90度的相位差在线路74、75上输出。移相器79可以调节线路75上的信号相位，移相器相对于线路74的长度L1调节线路75的长度L2。线路74、75被耦合至第二混合耦合器76，它用90度的相位偏移来分离和组合信号。当L1＝L2时，信号在输出端78构造性地相互干扰，在输出端77相互抵消。如果L1≠L2，那么信号在输出端77、78之间进行分配，分配比例由移相器79的位置所决定。对于L1和L2之间的某个比例，将在输出端77输出全部信号，而在输出端78则没有信号输出。要指出的是功率分配器7是基本上无衰减的，即，它不使用任何将导致功率损耗和过热的衰减器(如电阻)。
移相器8和9差动地相对于辐射单元3来改变辐射单元2和4的相位。移相器8和9可以被引入一个在WO 96/14670中所描述的类型的可变差动移相器中。移相器8和9的调节将导致天线波束的方位角转向。
因此在图1和图2中所描述的简单三单元阵列使得允许通过调节移相器8和9来进行方位角转向，并通过功率分配器7的变化来调节方位角波束宽度。
现参考图3，天线10包括六个辐射单元11至16。在图4中，显示了用于图3中天线的馈电网络的概要图。
信号经由馈电网络18从辐射单元传输到连接器17或从连接器17传输到辐射单元。移相器19相对于发送至辐射单元14、15和16或从它们那里接收到的信号改变发送到辐射单元11、12和13或从它们那里接收到的信号相位。辐射单元行11至13相对于行14至16之间的相位变化导致了天线波束的垂直俯仰(下倾)。因此移相器19的调节可以被用于使得天线波束下倾。
功率分配器20和23以及移相器21、22、24和25以参考图2所描述的方式进行工作。可以调整功率分配器20和23来修改天线波束的波束宽度，可以调整移相器21和22以及移相器24和25来修改天线波束的方位角。功率分配器20和23可以由公共的机械联接来驱动，使得可以为两行辐射单元统一地调整波束宽度。类似地，移相器21和22以及移相器24和25可以由公共的机械联接来驱动，使得对于两行而言天线波束的方位角是不变的。
现在参考图5，它显示了单元的一种替换钻石形排列。天线30包括辐射单元31、32、33和34。图6显示了用于图5所示的天线设置的馈电网络。
移相器35和36差动地相对于提供给辐射单元32和33的信号相位来改变提供给辐射单元31和34的信号相位。因此移相器35和36的调整可以调整天线波束的下倾角。移相器35、36可以设置成单个可变差动移相器。
功率分配器37调整辐射单元32、33和辐射单元31、34之间的功率分配。这使得能够调整天线波束的波束宽度。
移相器38、39允许相对于提供给辐射单元31、34或从它们那里接收到的信号相位而对提供给辐射单元32、33或从它们那里接收到的信号相位进行可变差动移相。这使得能够调整天线波束的方位角。移相器38、39可以被设置为单个可变差动移相器。
现在参考图7，显示了一种用于蜂窝通信基站中的较佳设计的天线配置。用于蜂窝基站的一种天线最好包括至少3列单元和3个垂直间隔开的单元组。这使得能够实现良好的波束对称性。天线40包括辐射单元41至50，它们排列在三列中42、45和48；41、44、47和50；43、46和49。辐射单元还被分成三组41-43；44-47；48-50。这三个组落在横跨天线40的三个大行中。
现在参见图8，概要地显示了馈电网络51。移相器52和53差动地相对于中间一行辐射单元(44-47)来偏移发送到第一行辐射单元(41-43)和第三行辐射单元(48-50)或从它们那里接收到的信号相位。这使得可以通过变化移相器52和53来调整天线波束的下倾角。移相器52和53可以是单个可变差动移相器。
可以调整功率分配器54至56来以和上述相同的方式改变波束宽度。功率分配器54至56最好被构建和设置成使得它们能被同时调整，这样对于每组辐射单元，天线的波束宽度都是不变的。
移相器57至62以和上述相同的方式工作，来使得可以进行方位角转向。每对移相器57、58；59、60；61、62可以组成单个可变差动移相器。同样地，这些移相器最好一前一后地被驱动，使得每组辐射单元的波束相位角对齐。
另一种较佳设置是以5行3列的矩形方式排列的15辐射单元阵列。
要注意的是，根据特定应用的要求，也可以采用其他可能的辐射单元范围和馈电设置。
在这些实施例中所显示的辐射单元是适合用于双极天线中的偶极对。若对其他应用适合的话，也可以替换成其他辐射单元。
现在参考图9，显示了用于控制图7和图8所示的天线相移的控制装置。控制装置63驱动发动装置64至66。发动装置64至66可以适宜地由电动机等来啮合。
发动装置64调整可变差动移相器70(移相器52和53)以改变天线波束的下倾角。发动装置65经由联接69调整移相器80、81和82(移相器57-62)，以调整天线波束的方位角。发动装置66经由联接68调整功率分配器54，以调整天线波束的波束宽度。驱动机械和联接的类型可以如同在WO 96/14670中所揭示的。
端口83使得控制装置63能够与远程控制装置进行通信。一般而言，端口83将被联接至一调制解调器，以便于与控制中心通过物理或无线通信进行远程通信。控制装置63可以将有关当前配置的信息以及天线状态传输至远程控制中心，而远程控制中心可以提供调整天线下倾角、方位角或波束宽度的指令，这可以通过控制装置63来实现。控制装置63最好能控制多个与天线40类型相同的天线。
现参考图10，它显示了一蜂窝通信系统，其中控制中心84经由数据链路89至91(物理或无线的)连接至控制装置63、85和86。天线87、88和92-97与上述的天线40类型相同。天线40、87和88的移相器可以由控制装置63根据在数据链路89上从控制中心84接收到的指令来控制。类似地，在另一蜂窝基站的天线92至94由控制装置85控制，而天线95至97由控制装置86控制。
应该注意的是，中央控制中心84可以控制任意个数的控制器63、85和86。这使得天线40、87和88、天线92-94以及天线95至97所覆盖的区域能够被控制中心84动态地控制，以满足对通信系统所提出的任何要求或者将该系统配置成任何希望的覆盖方式。
在一个替换设置中，可以用移动(漫游)网络优化单元来替换(或补充)固定的控制中心，网络优化单元通过无线链路进行通信。
现参考图11至13，显示了一种替换设置，其中方位角转向和波束宽度调整是通过单独地使用移相器来实现的。
在该实施例中，移相器103和104是可以独立地调节的。然而，移相器103和104可以由合适的联接来驱动，这些联接使得移相器103和104能够差动地以及以非差动的方式被调整，藉以用希望的方式来实现方位角转向和波束宽度调整。
辐射单元100直接连接到馈点105，辐射单元101经由移相器104连接至馈点105，辐射单元102经由移相器104连接至馈点105。移相器103和104可以由合适的发动装置来驱动，如合适地啮合的电动机，它负责控制从诸如图9和图10中所示的控制装置63之类的控制装置来的控制信号。
图11中可以看到，移相器103和104以差动的方式被调整，以使得能够进行波束转向。在图12和13中，移相器103和104相互协调地被调整，以使得天线波束能够变宽或变窄。应该理解的是，当天线101和102所进行的相移增加时，天线波束将变宽，当相移减小时，天线波束将变窄。应该理解的是，移相器103和104的独立调整将使得能够进行转向，并在同时只用两个移相器进行波束宽度调整。
图14显示了平板天线106的辐射单元100至102的物理设置。
现参考图15和16，显示了符合图11至14中所述的概念的使用二维辐射单元阵列的实施例。在该情况下，平板天线111的辐射单元107至110排列成钻石形的配置。
如图16所示，每个辐射单元107至110经由移相器112至115连接至馈点116。每个移相器112至115独立地调节。移相器114和115的差动调整能够产生方位角波束转向。移相器114和115的非差动调整能够改变水平平面上的波束宽度。移相器112和113的差动调整能够导致垂直平面上的波束俯仰。移相器112和113的非差动调整能够导致垂直平面上的波束宽度调整。
因此，这样的设置使得能够进行垂直和水平平面上的转向，以及在垂直和水平平面上的波束宽度调整。
图15至16显示了该概念的最简实现，应该注意的是，根据具体的应用可能需要更多的辐射单元。尽管移相器112至115被描述成是独立调节的，但是应该理解的是，移相器可以经由公共的机械联接来合适地驱动，以实现希望的波束形状和方向调整。
现参考图17，为了完整性，揭示了用于使得能够进行波束宽度调整和方位角转向的最简实现。功率分配器119在辐射单元117和118之间分配功率，以使得能够进行波束宽度调整。可以调节移相器121来使得能够进行方位角转向。该实施例是为了完整性而描述的，不是较佳设计，因为当辐射单元117和118不是相等地被驱动时将缺少波束的对称性。
在图10中所示的一类系统中，应该理解的是，控制中心84可能需要同时调整多副天线的波束宽度和/或波束方向。一个天线的小区覆盖调整可能会留下一个空隙，需要有其他的天线来填补。控制中心84最好将具有合适的计算装置和软件来计算实现希望的覆盖所需的天线调整。
参考图18，显示了一个天线系统201，包括支持多副天线203至205的结构202。天线203-205中的每一个可以是图1-17中所示的天线中的任一种。传输单元通过将控制数据注入到天线的RF馈缆，来提供控制信号到天线203至205。
传输装置206的一个接口端口经由串行电缆207连接至插口208。诸如PalmPilot(TM)之类的PDA被连接至接口单元210，该单元经由缆线211连接至插口208。接口单元210连接至PDA 209的端口，并从RS 232串行通信协议转换至RS 485串行协议。作为替换，PDA 209也可以通过直接RS 232连接来连接到传输装置206。
图19至21显示了图18的天线系统的三种可能的控制系统实现。相同的部件被给予相同的标号。
首先参考图19，显示了第一控制系统的实现。在此情况下，传输装置206将控制数据注入到每副天线203、204和205的每个RF馈线212、213和214上。每幅天线包括一个单独的发动装置215、216和217，它们从各自的RF缆线212、213和214中提取出控制数据，并根据控制数据驱动发动器218、219和220。一般而言，发动器218至220将是电动机械装置，用于相对地移动每副天线的一个或多个移相器的部件，以调节下倾角和/或方位角和/或波束宽度。电动机械移相器的使用确保了电源故障情况下工作参数保持不变。发动装置215至217还可以包括用于天线203至205的收发信机。
每副天线203、204和205还设有存储了唯一的号码的芯片的唯一标识装置221、222和223、一系列开关和电阻器等。这使得发动装置215、216和217能够唯一地识别每副天线并提供有关天线ID的信息。尽管在接下来的附图中没有显示出来，但是该特征可以被引入下面所描述的每个其他实施例中。
传输装置206可以被设置在任何方便的地方，例如在基站中。该设置具有如下优点不需要特定的控制缆线来控制每幅天线203、204和205以及获得有关每副天线的信息。使用时，手持时PDA(个人数字助理)209(如PalmPilot(TM))可以经由合适的接口装置207、208、210和211连接至传输装置，以便于发动装置215至217和PDA 209之间的通信。每副天线的当前属性，如下倾波束宽度和方位角，可以被下载至PDA209，并通过在PDA 209中输入数据以及将其发送至发动装置215、216和217来进行调节。
替换地，设定或对未来设定的计划可以从PDA 209下载至发动装置215至217，天线将依此而工作。例如，对不同时段所需的天线设定可以作为文件从PDA 209传输至每个发动装置215至217，它们随后将根据该计划进行工作。
现参考图20，显示了第二控制系统实现。在此情况下，来自传输装置206的控制数据经由单个发动装置224被提取出来，控制数据通过专用缆线驱动每个发动器218、219和220。发动装置224最好设置在结构顶部靠近天线203、204和205处，以最小化从发动装置224到天线203、204和205所需的缆线长度。较之于需要从天线基站的底部连线到每副天线，由于只需要较短的连接路径，这还是另一个显著的优点。
现参考图21，该实现类似于图20，除了控制数据接收装置225提供串行控制数据到发动装置226、227和228之外，发动装置226、227和228提取与该天线有关的控制数据，并驱动发动器218、219和220。发动装置226、227和228可以包括用于天线203至205的数据收发机。
现参考图22，显示了一替换实施例，其中信号经由串行线路被提供给发动装置，而不是通过将控制数据插入RF馈线。在此情况下，串行线230从插口208连接至结构顶部的发动装置。在所有设置了直接连接的情况中，需要有合适的闪电保护。
如图23的实施例所示，串行线230从插口208连接至天线203的发动装置231，该发动装置经由串行线连接至发动装置232和233。在此情况中，串行线是RS 485串行连接。RS 485串行连接的媒介可以是双绞线缆、同轴电缆或光纤缆线。其他合适的协议可以包括CAN总线或1wireTM连接等。发动装置231、232和233根据经由串行线230提供的控制数据控制发动器218、219和220。
同样，每副天线的当前配置细节可以从发动装置231、232或233下载至PDA 209，工作参数可以实时地调整，或者文件可以从PDA下载至每个发动装置231至233，以计划天线的工作。
现参考图24，显示了图21的第二实施例的实现。在此情况下，单个发动装置234根据经由串行线230所提供的控制数据直接驱动发动器。此设置对每个站点，而不是每副天线，只需要一个发动装置234，因此其更简单。发动装置234还可以包括用于每副天线203、204和205的收发信机。
应该理解的是，两种实现都只需设置一条到发动装置的串行线缆，以使得能够控制蜂窝天线基站的所有天线。这简单地只要求天线杆头的新天线被连接至发动装置，而不需要从发动装置连接额外的缆线到支撑结构的基础。
现参考图25，显示了一无线实施例。在此实施例中，能够发送和接收无线通信的PDA 240与天线系统201的发动装置241进行通信。可替换地，PDA 240可以经由一端口(如串行通信端口)与无线收发信机接口。如图26所示，发动装置241可以直接驱动天线203、204和205的发动器218、219和220。无线通信可以经由合适的无线频率通信来进行，尽管要关注避免对蜂窝基站的干扰。可替换地，可以采用光或其他无线通信。可以应用红外通信，或者在发动装置241与适配成与PDA 240的光端口配合连接器之间连接光纤。无线通信无需闪电保护的优点。
现参考图27和28的实施例，PDA 242直接与每个发动装置243至245进行通信，以直接控制发动器218至220。该实施例具有如下优点每副天线203、204和205都是独立的，且当安装天线时，不需要额外的连线。
参考上面的发动器218、219和220，应该理解的是，每副天线中所使用的发动器个数将依据天线的功能(即是否采用了下倾角或波束宽度调整和/或方位角调节)而改变。
功率可以通过从RF馈线的抽取、独立电源线或独立电源(如像太阳能充电电池)而被提供给每个发动装置。使用时，独立电源线可以与一串行通信线集成在一起，并串行地连接至每个发动装置。一独立电源可以被集成在每副天线或发动装置中。
在上述实施例中，发动装置被应用于控制到天线辐射单元的馈径中的移相器，且可以包括用于天线的数据收发机。可以扩展本发明的控制系统，使得发动装置控制天线系统的多个其他单元。在结构顶部的低噪声放大器可以经由发动装置被活动地控制，以调节增益。滤波器可由发动装置活动地控制。在某些应用中，还可以控制天线收发转换开关和/或天线共用器，以从双向切换至单向操作，或者相反。
进一步可以设想，蜂窝基站的主发送机和接收机可以设置在结构顶部靠近天线处。可以采用单个光链路来传输远程通信以及控制数据。发动装置可以与基站设备集成在一起，或与它们保持独立。
现参考图29，显示了用于远程信息获取或天线系统控制的一种系统。在此情况中，计算机250经由WAN 251连接至基站252。WAN可以是使用互联网协议或所需的蜂窝分组协议的交换电路或分组交换连接。基站与基站网络硬件253以及天线控制单元254通信。天线控制单元254经由LAN 255与天线发动装置256通信。在图18的实施例中，天线控制单元254可以与传输装置206进行通信，而发动装置215至217、224和225至228可以与发动装置256相对应。在图23和24的实施例中，发动装置256可以与发动装置231至233和234相对应。
图29的实施例使得网络操作者能够经由与基站的通信控制天线系统。这使得网络操作者能够下载有关任一天线的当前配置的信息、活动地控制任一天线的配置以及将任一天线的运行安排下载到发动装置256。计算机250可以维持天线标识装置(参见图19中的221至223)之间的索引表，使得网络操控者能够经由网络操控者所指定的标识码来定址天线。
现参考图30，显示了一标准电信网络上的远程控制系统。在此情况中，膝上型计算机260或PDA 261经由电信网络262与接口到天线控制单元264的数据通信设备263进行通信。数据通信设备263可以是路由器、调制解调器、桥接器等。天线控制装置264可以经由LAN 265与发动装置266进行通信。发动装置266可以与前述实施例的发动装置215至217、224、225至228、231至233、234、241或243至245相对应。应该理解的是，如果位于本地的话，设备260和261可以直接与发动装置266通信。该系统使得网络操控者能够经由标准电信连接进行远程数据获取和控制。这允许了经由基站或独立的电信信道对天线系统进行远程控制，而不必符合任何第三方硬件或协议标准。
LAN 255和265可以是采用所需的合适通信协议的双绞线、同轴线或光纤串行数据通信链路。
现参考图31，将描述PDA的图形用户界面。应该理解的是，下面的描述可直接应用于使用鼠标等输入设备的计算机。图31显示了多个图形单元，它们展示了三扇区蜂窝通信站点的波束覆盖。波瓣271、272和273展示了远程通信地点的三副天线的波束覆盖。若例如通过用笔尖点击屏幕而选择了波瓣271，将出现控制条274和275。通过用笔尖点击在条上，并将其移动至所需的位置，可以调节波瓣271的形状。波瓣271的形状可以类似地通过使用条275来调整。应该理解的是，通过调整条274与275，可以调整波瓣271的方位角转向与方位角波束宽度这两者。可以显示出相对于法线方位角转向的角度数值以及波束宽度的数值变化。在图31所示的例子中，数字276指出了2°的方位角转向，数字277和278指出了两边的波束宽度都变窄了15°。
每个波瓣271、272和273都可以如此来调整，当实现了希望的配置时，可以如上所述地将此信息发送至发动装置，这样实际的天线设定就可以调整得与图形用户界面上所显示的一致。类似地，天线的实际设定可以从发动装置下载，并被显示在PDA的屏幕上。这使得能够以一种易于理解的方式来显示当前配置，并用于经由使用便捷的图形用户界面来进行调整。
在对上述方法的改进中，还可以提供用于自动补偿的装置。当调整一副天线时，将可能导致覆盖上的空隙。为了对此进行调整，可以自动地调节其他天线的工作参数来确保仍然维持所需的覆盖。可以为每个站点设定所需的覆盖以及优化的参数。该自动补偿可以自动地根据该信息计算天线所需的工作参数。在某些情况下，可能需要在所有方向上提供覆盖。而在其他情况下，可能只有特定的区域需要覆盖。在不同区域中，可能需要不同的容量。自动补偿装置对于站点约束优化了在扇区之间的覆盖以及容量的共享。
现参考图32，显示了用于调节下倾角的一个图形用户界面。该图形用户界面采用控制条281、282和283的形式，用于调节每个站点的下倾角。
现参考图33，显示了一个简单的表格显示界面。在此情况下，可以表格的形式来查看波束倾角、波束方位角和波束宽度，通过选择一栏并输入值可以对它们进行调整。
现参考图34，显示了一计划界面。使用该计划界面，天线的工作参数可以使用图31或33的图形用户界面被设定。用户随后可以定义一周内使用该配置的时间段。也可以类似地为其他时间段指定其他配置。如图34所示，可以看到配置290、291和292被安排到一周内的不同时间段。这样的计划可以在PDA、计算机等设备上建立，整个计划可以被下载到发动装置，发动装置随后根据该计划控制天线。
这使得网络操控者能够按时间变化来分配容量以满足需求。这使得能够对可用频谱进行更有效的使用。理论计算指出了使用这样的活动扇区控制可以实现网络容量的显著改善。这样的可控性可以减少向一个区域提供覆盖所需的站点个数，并在不提供特定覆盖(如覆盖体育馆的事件等)的情况下允许了小地理区域对峰值需求的集中覆盖。该系统的灵活性还允许了在站点故障情况下的灾难覆盖，并避免了与站点维护有关的关机时段。
本发明提供了一种天线系统，使得运用PDA等标准设备方便了控制和可编程性。该系统便于在只需最少的额外接线的情况下增加新天线。
本发明还提供了一种天线，其中可以独立地、远程地控制天线的下倾角和波束宽度、方位角和波束宽度或方位角、波束宽度和波束下倾角。因此该天线在天线波束的控制方面提供了较大的灵活性，以活动地控制蜂窝通信系统中天线波束所覆盖的区域。
在前面的描述中，引用了整体或具有已知等价物的部件，那么这样的等价物将作为所提出的个体而引入这里。
尽管已经通过例子的方式描述了本发明，应该理解的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可以对其进行改进和修改。
权利要求
1.一种用于在陆基蜂窝通信系统中经由天线波束与移动设备进行通信的天线系统，该天线系统包括一副天线，具有多个辐射单元和用于传输信号到辐射单元和/或从辐射单元传输信号的RF馈线；耦合至RF馈线的传输装置；以及控制装置，用于根据经由RF馈线从传输装置接收到的控制数据来调节天线波束的特性。
2.一种用于在陆基蜂窝通信系统中与移动设备进行通信的天线系统，该天线系统包括多副天线，其中每一副都具有移相装置，用于调节天线波束的特性，每一副天线以提高的高度设置在一结构上；以及天线控制系统，用于控制移相装置，天线控制系统以提高的高度设置在天线旁。
3.一种用于在陆基蜂窝通信系统中与移动设备进行通信的天线系统，该天线系统包括多个辐射单元；一个或多个移相器，设置在到多个辐射单元的馈电网络中，用于调节天线波束的特性；以及控制装置，用于驱动和每个移相器相关的电动机械装置，其中控制装置包括处理装置，以根据提供给它的控制数据来控制天线。
4.一种天线控制系统，用于控制在陆基蜂窝通信系统中与移动设备进行通信的多副天线的波束特性，该天线控制系统包括用于接收命令的装置，以改变一副天线的波束特性；用于为所有天线计算所需波束特性的装置，以实现希望的覆盖；以及用于按照实现希望的覆盖所要求的来调节每副天线的一个或多个波束特性的装置。
5.一种用于控制在陆基蜂窝通信系统中与移动设备进行通信的天线的计算机，该计算机包括图形用户界面装置，用于图形化地显示多副天线的配置参数，其中通过使用输入设备可以操控图形单元来调节配置参数；以及通信装置，用于发送控制信号到发动装置，以根据图形用户界面所显示的参数来调节天线的参数。
6.一种手持式设备，其特征在于，包括如权利要求5所述的计算机。
7.一种功率耦合器，包括用于调节一对信号线路上的信号之间的相对相位的可调节移相器；以及耦合到所述一对信号线路的混合耦合器。
8.如权利要求7所述的功率耦合器，其特征在于，所述可调节移相器对所述一对信号线路中一个信号线路的长度与另一信号线路的长度相比较进行调节。
9.如权利要求7或8所述的功率耦合器，其特征在于，所述混合耦合器是90度的混合耦合器。
10.如权利要求7、8或9所述的功率耦合器，其特征在于，所述功率耦合器进一步包括与所述一对信号线路耦合的分离器/组合器。
11.如权利要求10所述的功率耦合器，其特征在于，所述分离器/组合器是混合耦合器。
12.如权利要求11所述的功率耦合器，其特征在于，所述分离器/组合器是90度混合耦合器。
13.一种天线包括两个或更多的辐射单元；以及一个如权利要求7到12任一权利要求所述的功率耦合器以用于将功率耦合至所述单元/从所述单元耦合。
全文摘要
一种用于在陆基蜂窝通信系统中经由具有宽度、方位角和下倾角的天线波束与移动设备进行通信的天线。该天线包括二维辐射单元阵列(31－34)；和从馈线到辐射单元的馈电网络(35－39)。该馈电网络包括下倾角移相装置(35、36)，用于改变提供给辐射单元或从辐射单元接收到的信号相位，使得改变天线波束的下倾角；方位角移相装置(38、39)，用于改变提供给辐射单元或从辐射单元接收到的信号相位，使得改变天线波束的方位角；和波束宽度调节装置(37)，用于改变提供给辐射单元或从辐射单元接收到的信号功率或相位，使得改变天线波束的宽度。
文档编号H01Q3/24GK1801530SQ20051012872
公开日2006年7月12日 申请日期2001年7月10日 优先权日2000年7月10日
发明者D·罗兹, A·T·格雷, A·G·罗伯兹, P·B·格拉哈姆 申请人:安德鲁公司