专利名称：有源天线装置及其收发信号的方法
技术领域：
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及ー种有源天线装置及其收发信号的方法。
背景技术：
在民用移动通信领域，当前小区的布网采取的主流架构为基带处理単元(BBU) + 射频拉远単元(RRU)形式，如图1所示，基带池单元(BBU)通过光纤传送完成与射频拉远单元(RRU)的基带信号交互，RRU完成数字中频处理并实现与射频信号的转化，并通过射频跳线与天线阵列连接，由天线完成信号的发射和接收工作。在实际外场工程架设中，该架构通常需要将RRU和天线阵列架设在高处，如小区铁塔的顶端。此构架中，RRU和天线阵列为各自独立的物理实体，相互间采用射频跳线来完成信号传输，跳线的插损消耗了大量的功耗， 直接影响了 RRU的工作效率。基于减小运营、维护成本，提高安装运营、网络升级的灵活性，相继出现了多种无线接入网基站架构。有源天线作为下一代基站的形式，正受到广泛关注。有源天线作为下一代基站形式的ー种新架构，其外场工程架设如图2所示，从物理层面上来说，其实现了 RRU和天线阵列的集成，多路信号通常设置有多路天线振子，各天线振子并列工作，并且每路天线振子通常配置有两个处理模块收发射频模块和基带处理模块。有源天线将收发通道划分到天线振子级别，颗粒度更加细致。有源天线在降低跳线带来的插损影响之外，通过对有源天线振子的不同配置，可以实现实际通信组网的波束灵活控制和多输入多输出(MIMO)等功能，实现更加灵活的资源动态配置和共享，达到全网性能最优和较低的全网组网成本的目标。同时，将RRU集成到天线中，节省了天线外场的安装面积，降低了安装和维护的人力成本的投入。考虑实际的商用网基站型号的使用情況，在未来相当长的一段时间内将会存在 BBU+RRU架构和有源天线架构并存的情况。当一个小区需要増加新的有源天线设备，铁塔安装位置很可能已经被之前的RRU基站和无源天线占用完毕，且有源天线内部集成了天线阵列，如果使用各自的天线势必带来资源浪费。
发明内容
本发明实施例提供了ー种有源天线装置及其收发信号的方法，以解决这两种架构共小区使用过程中安装位置紧缺、天线资源浪费的问题。本发明实施例提供了ー种有源天线装置，包括依次连接的数字处理模块、收发射频模块和天线阵列，该装置还包括合路器、无源天馈移相网络和天线(ANT)空ロ，其中所述合路器，位于所述收发射频模块和天线阵列之间，用于对来自所述收发射频模块的有源天线射频信号和来自所述无源天馈移相网络的射频拉远単元(RRU)射频信号进行合路，将合路后的信号提供给所述天线阵列中对应的天线振子；以及接收来自所述天线振子的信号，将所述信号功分为有源天线和RRU信号后分别发送至所述收发射频模块和所述无源天馈移相网络；
所述无源天馈移相网络，与多个所述合路器相连，用于将通过ANT空ロ接收到的 RRU发射信号功分为多路后分别发送至所述多个合路器；以及将来自所述多个合路器的 RRU接收信号进行合路后通过所述ANT空ロ输出至RRU。优选地，所述无源天馈移相网络，还用于实现RRU侧的波束赋形。优选地，所述装置还包括电调ロ(AISG)；所述无源天馈移相网络，具体用于通过该AISG实现RRU侧的波束的下倾角调整。优选地，所述无源天馈移相网络包括无源天馈网络和移相网络，所述无源天馈网络为采用威尔金森(Wilkinson)和1/4波长变换原理，通过微带线和带状线实现的无源天馈网络；所述无源天馈网络，用于通过改变线宽和线长分别控制幅度和相位加权，实现RRU 侧的波束赋形；所述移相网络，用于通过改变线路的物理长度或介电常数来实现相位改变。优选地，所述合路器为采用微带印制电路板或腔体形式实现的合路器；和/或，所述天线阵子为采用带宽形式，至少支持有源天线信号频段和RRU信号频段的天线阵子。优选地，该装置还包括功分网络；所述功分网络，位于所述合路器和所述天线振子之间，且所述功分网络与多个天线阵子相连，用于通过改变线宽和线长为与该功分网络对应的多个天线振子提供幅度和相位加权。优选地，该装置还包括多个光纤转换器(OPT) ロ ；所述数字处理模块，用于通过所述OPT ロ接收基带处理单元(BBU)发送的有源天线信号，以及通过所述OPT ロ向所述BBU发送进行数字下变频处理后的有源天线信号。优选地，所述BBU位于所述有源天线装置外部或所述有源天线装置内部。优选地，所述BBU通过多个OPT ロ同时与所述有源天线装置和RRU相连，形成链型组网、环型组网或星型组网；或者，所述BBU通过多个OPT ロ分別与所述有源天线装置和 RRU相连。本发明实施例还提供了ー种有源天线装置收发信号的方法，该方法包括有源天线装置通过光纤转换器(OPT) ロ接收有源天线信号，同时通过ANT空ロ接收射频拉远单元(RRU)射频信号；将所述有源天线信号处理为有源天线射频信号，将所述 RRU射频信号功分为多路；所述有源天线装置分別对所述有源天线射频信号和功分后的每路RRU射频信号进行合路后输出。优选地，该方法还包括所述有源天线装置接收信号，将所述信号功分为有源天线信号和RRU信号；所述有源天线装置将所述有源天线信号通过所述OPT ロ传输，将所述RRU信号通过ANT空ロ传输给所述RRU。上述有源天线装置，对外提供接ロ与RRU相连，实现装置内部天线阵列的复用，从而在方便实际布网的同时，提高了设备利用率，降低了成本。
图1是现有BBU+RRU架构外场工程架设图；图2是现有有源天线外场工程架设图；图3为本发明有源天线装置与BBU+RRU架构外场工程共同架设图4为本发明有源天线装置提供的对外接ロ示意图；图5为本发明有源天线装置实施例一的结构示意图；图6为本发明有源天线装置实施例ニ的结构示意图；图7为本发明有源天线装置实施例三的结构示意图；图fe为本发明有源天线装置与BBU和RRU联合组网应用场景ー；图汕为本发明有源天线装置与BBU和RRU联合组网应用场景ニ ；图8c为本发明有源天线装置与BBU和RRU联合组网应用场景三；图8d为本发明有源天线装置与BBU和RRU联合组网应用场景四。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意組合。本发明实施例提供了ー种有源天线装置，相对于现有的有源天线装置，该装置提供多个对外接ロ与RRU的射频输出ロ相连，实现本装置与RRU共用天线阵列的目的。另外本装置提供M个光纤转换器(OPT) ロ，实现与当前BBU和RRU的联合组网应用。本发明实施例提供的有源天线装置的外场工程架设图如图3所示，本装置有源部分实现有源天线自身功能(与BBU对接实现上下行数字信号处理功能、射频信号的无线收发功能、上下行信号的波束赋形功能、上下行天线下倾角独立调整等功能)来满足小区组网业务扩充的功能；另外，本装置提供对外射频接ロ与RRU相连，保证原有网络的正常运行。具体地，该有源天线装置包括依次连接的数字处理模块、收发射频模块和天线阵列，还包括合路器、无源天馈移相网络和ANT空ロ，其中所述合路器，位于所述收发射频模块和天线阵列之间，用于对来自所述收发射频模块的有源天线射频信号和来自所述无源天馈移相网络的射频拉远単元(RRU)射频信号进行合路，将合路后的信号提供给所述天线阵列中对应的天线振子；以及接收来自所述天线振子的信号，将所述信号功分为有源天线和RRU信号后分别发送至所述收发射频模块和所述无源天馈移相网络；所述无源天馈移相网络，与多个所述合路器相连，用于将通过天线(ANT)空ロ接收到的RRU发射信号功分为多路后分别发送至所述多个合路器；以及将来自所述多个合路器的RRU接收信号进行合路后通过所述ANT空ロ输出至RRU。如图4所示，为本发明有源天线装置提供的对外接ロ示意图，其中，ANTl-ANT N与 RRU空ロ相连(N取决于内置天线阵列的个数)，实现射频信号的交互；另外，该装置还可以包括AISG，该AISG为RRU无源天线阵列的电调ロ，控制RRU天线阵列的下倾角调节等功能； 进ー步地，光纤转换器(OPT) 1-0PTM ロ为该装置自身的光纤连接ロ，与BBU、RRU或者其它有源天线完成基带信号的交互，实现混合组网功能。如图5所示，为本发明有源天线装置实施例一的结构示意图，该装置包括数字处理模块11、收发射频模块12、天线阵列13、合路器14以及无源天馈移相网络15。有源天线一个天线振子对应ー套收发信链路，天线振子的数量和通路的对应关系决定了收发信链路的数量。上述数字处理模块11，在下行吋，对基带处理单元传送过来的信号井/串转换为 IQ数字发射信号，提供给收发射频模块；在上行时，对下变频得到的IQ模拟接收信号转换为IQ数字接收信号进行数字处理。数字处理模块可以细分为M个数字处理模块对应各个天线振子，每个模块完成各自收发链路的数字处理任务。此外，数字处理模块通过相关算法还完成幅度、相位校准，波束成形，下倾角调整，分载波或分模式下倾等功能。上述收发射频模块12，各自对应每个天线振子。每个模块可细分为发射、接收、反馈通道。发射通道通过上变频调制器将数字处理模块提供过来的中频信号上变频到射频信号，进ー步通过多级放大器放大发射信号。接收通道接收从天线阵列接收到射频小信号，通过低噪放大器(LNA)等器件放大，并经过下变频混频器转化为中频信号提供给数字处理模块。反馈通道完成两个功能(1)从发射功放(PA)输出端耦合相关信号，提供给数字处理模块做数字预失真处理(DPD)，以优化发射链路的邻道泄露抑制比；( 作为校准通道，实现发射、接收各通道的幅度、相位校准。上述天线阵列13，由天线振子組成，实现电磁波信号和射频信号的转换，完成发射、接收信号空间辐射和接收功能。上述合路器14，总共有M个。在下行吋，其完成有源天线射频信号和RRU射频信号的合路，提供给各天线振子；在上行吋，其接收天线振子收到的小信号，并功分为有源天线和RRU两路信号。上述无源天馈移相网络15，由无源天馈网络和移相网络两部分組成。无源天馈网络完成RRU发射信号的功分和RRU接收信号的合路功能，并给每路赋一定的幅度、相位差实现RRU侧的天线波束赋形。移相网络由AISG控制，通过电机传动改变各通道的相位实现 RRU侧波束的下倾角调整。如果将图5所示的装置作为ー个子系统，那么整机还可以实现N个子系统的集成， 这样整机和RRU空ロ的对外接ロ为ANT1-ANTN，共N个。图5所示的装置通过合路器实现了有源天线信号和RRU信号的功分、合路，达到了复用天线阵列的目的。以下从信号走向角度，进ー步说明本装置的具体功能下行吋，本装置在OPT ロ接收有源天线IQ数字信号，同时在ANTl ロ接收外连RRU 的射频模拟下行信号。有源天线IQ数字信号通过数字处理模块11转换成IQ模拟信号，通过收发射频模块12上变频为有源天线射频信号；RRU射频信号通过无源天馈移相网络15 功分为M路信号。合路器将这两路信号合路提供给天线振子，实现能量辐射。上行吋，本装置天线振子接收空间小信号，通过合路器将有源天线射频信号和RRU 射频信号功分为两路。有源天线射频信号经由收发射频模块12、数字处理模块11完成由射频信号向IQ模拟信号、IQ数字信号的转换，提供给BBU处理；RRU各路射频信号由无源天馈移相网络15实现合路，并将合路后的射频模拟信号发送给RRU完成上行信号处理功能。需要说明是各信号的空间辐射、接收需要波束赋形和下倾角调整，有源天线信号和RRU信号的波束成形，采用各自不同的方法实现。有源天线部分，整机采用反馈链路或专用校准通道，收集发射和接收各通道的幅度、相位信息，数字处理单元做相关处理得到每通道的幅、相差和时延信息，最后由数字处理单元给出各通道的校正因子，实现波束成形和下倾角调节。RRU部分，无源天馈网络通过物理走线给每通道赋不同的幅度、相位差实现波束成形，进ー步由AISG电调ロ通过移相网络机械调整各通道相位完成下倾角调节。无源天馈网络可以采用威尔金森(Wilkinson)、1/4波长变换等原理，通过微带线和带状线等形式实现，进ー步改变线宽、线长分别控制幅度、相位性能。移相网络主要通过改变线路的物理长度或介电常数来实现相位改变。合路器可采用微带印制电路板或腔体的形式来实现，合路的两信号在频率上互相分开。为提高功效，要求合路器插损尽量小，且端ロ间保持一定的抑制和隔离指标，防止两个信号之间的互相干扰。天线振子为宽带形式，至少需要支持有源和无源部分的工作频段。如图6所示，为本发明有源天线装置实施例ニ的结构示意图，与图5所示装置相比，图6额外增加了功分网络16，实现ー个收发射频模块与K个天线振子的连接(K通常取 2或3)。功分网络16可以采用Wilkinson或其他类型的微带印制电路板功分器来物理实现，通过改变线宽和线长给每个振子提供固定的幅度、相位加权，从而为有源天线侧和RRU 侧的波束赋形提供另ー物理补偿的途径。功分网络16的引入，从某种程度上减少了有源天线侧收发通道的数量，从而有效降低了成本和功耗。 在图5和图6的基础上，有源天线也可以实现BBU的集成，其内部结构如图7所示。 将功分网络16移除，即实现了图5与BBU的集成。上述有源天线装置还可以提供M个OPT对外接ロ(M >幻，通过该OPT接ロ可实现与现有BBU和RRU联合组网，具体场景描述如下混合链型可实现ー个BBU同时与K个本发明的有源天线装置(以下简称AAS)和 L个RRU相级联的链型组网。其中K+L = Y，且AAS与RRU在链型组网中的位置和数量都可以灵活变换，如图8a所示。混合环型可实现ー个BBU同时与K个AAS和L个RRU相级联的环型组网，第Y个基站与BBU连接实现环路。其中K+L = Y，且AAS与RRU在链型组网中的位置和数量都可以灵活变换，如图8b所示。混合星型可实现同一个BBU同时连接K个AAS和L个RRU的星型组网方式。其中K+L = Y，且星型组网中AAS和RRU的配置比例也可以灵活配置，如图8c所示。独立型可实现K个AAS和L个RRU分别连接各自BBU的独立性组网，如图8d所
7J\ ο以上应用场景，在实现RRU和本发明装置联合组网的同吋，RRU空ロ可以与邻近的本发明有源天线装置连接，实现内置天线阵列的复用。本发明有源天线装置也可以应用在云计算架构的合作式无线接入(CRAN)架构中。上述有源天线装置，通过对外接ロ与RRU相连，实现装置内部天线阵列的复用，从而在方便实际布网的同时，提高了设备利用率，降低了成本。本发明实施例还提供了ー种有源天线装置收发信号的方法，该方法适用于图 5-图7所示的装置，也适用于图8a-8d所示的架构，该方法包括步骤11、有源天线装置通过光纤转换器(OPT) ロ接收有源天线信号，同时通过ANT 空ロ接收射频拉远单元(RRU)射频信号；将所述有源天线信号处理为有源天线射频信号，将所述RRU射频信号功分为多路；步骤12、所述有源天线装置分別对所述有源天线射频信号和功分后的每路RRU射频信号进行合路后输出。上述过程是本发明的有源天线装置发送信号的过程，另外，该有源天线装置接收信号的过程如下步骤21、所述有源天线装置接收信号，将所述信号功分为有源天线信号和RRU信号；步骤22、所述有源天线装置将所述有源天线信号通过所述OPT ロ传输，将所述RRU 信号通过ANT空ロ传输给所述RRU。利用本发明提供的有源天线装置可以复用天线阵列收发信号，从而提高了设备利用率，降低了成本。本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，上述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用ー个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/単元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅參照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.ー种有源天线装置，包括依次连接的数字处理模块、收发射频模块和天线阵列，其特征在于，该装置还包括合路器、无源天馈移相网络和天线(ANT)空ロ，其中所述合路器，位于所述收发射频模块和天线阵列之间，用于对来自所述收发射频模块的有源天线射频信号和来自所述无源天馈移相网络的射频拉远単元(RRU)射频信号进行合路，将合路后的信号提供给所述天线阵列中对应的天线振子；以及接收来自所述天线振子的信号，将所述信号功分为有源天线和RRU信号后分别发送至所述收发射频模块和所述无源天馈移相网络；所述无源天馈移相网络，与多个所述合路器相连，用于将通过所述ANT空ロ接收到的 RRU发射信号功分为多路后分别发送至所述多个合路器；以及将来自所述多个合路器的 RRU接收信号进行合路后通过所述ANT空ロ输出至RRU。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述无源天馈移相网络，还用于实现RRU侧的波束赋形。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在干，所述装置还包括电调ロ(AISG)；所述无源天馈移相网络，具体用于通过该AISG实现RRU侧的波束的下倾角调整。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述无源天馈移相网络包括无源天馈网络和移相网络，所述无源天馈网络为采用威尔金森(Wilkinson)和1/4波长变换原理，通过微带线和带状线实现的无源天馈网络；所述无源天馈网络，用于通过改变线宽和线长分别控制幅度和相位加权，实现RRU侧的波束赋形；所述移相网络，用于通过改变线路的物理长度或介电常数来实现相位改变。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述合路器为采用微带印制电路板或腔体形式实现的合路器；和/或所述天线阵子为采用带宽形式，至少支持有源天线信号频段和RRU信号频段的天线阵子。
6.根据权利要求1-5任ー权利要求所述的装置，其特征在于，该装置还包括功分网络； 所述功分网络，位于所述合路器和所述天线振子之间，且所述功分网络与多个天线阵子相连，用于通过改变线宽和线长为与该功分网络对应的多个天线振子提供幅度和相位加权。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置还包括多个光纤转换器(OPT)ロ ； 所述数字处理模块，用于通过所述OPT ロ接收基带处理单元(BBU)发送的有源天线信号，以及通过所述OPT ロ向所述BBU发送进行数字下变频处理后的有源天线信号。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述BBU位于所述有源天线装置外部或所述有源天线装置内部。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在干所述BBU通过多个OPT ロ同时与所述有源天线装置和RRU相连，形成链型组网、环型组网或星型组网；或者所述BBU通过多个OPT ロ分別与所述有源天线装置和RRU相连。
10.ー种有源天线装置收发信号的方法，其特征在于，该方法包括有源天线装置通过光纤转换器(OPT) ロ接收有源天线信号，同时通过天线(ANT)空ロ接收射频拉远单元(RRU)射频信号；将所述有源天线信号处理为有源天线射频信号，将所述RRU射频信号功分为多路；所述有源天线装置分別对所述有源天线射频信号和功分后的每路RRU射频信号进行合路后输出。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，该方法还包括 所述有源天线装置接收信号，将所述信号功分为有源天线信号和RRU信号； 所述有源天线装置将所述有源天线信号通过所述OPT ロ传输，将所述RRU信号通过所述ANT空ロ传输给所述RRU。
全文摘要
本发明提供了一种有源天线装置及其收发信号的方法，该装置包括依次连接的数字处理、收发射频模块和天线阵列，还包括合路器、无源天馈移相网络和ANT空口，其中合路器，位于收发射频模块和天线阵列之间，用于对有源天线射频信号和RRU射频信号进行合路后提供给天线阵列中对应的天线振子；以及接收天线振子的信号，将信号功分为有源天线和RRU信号后分别发送至收发射频模块和无源天馈移相网络；无源天馈移相网络，与多个合路器相连，用于将ANT空口接收到的RRU发射信号功分为多路后分别发送至多个合路器；以及将来自多个合路器的RRU接收信号进行合路后通过ANT空口输出至RRU。本发明通过复用天线阵列，提高了设备利用率。
文档编号H01Q23/00GK102570064SQ20111045975
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者傅焕展, 王芳, 王鹏 申请人:中兴通讯股份有限公司