专利名称：用于改善蜂窝基站的无线电链路预算的方法与设备的制作方法
发明的背景1.发明领域本发明涉及基站，更具体地涉及用于改善蜂窝基站的无线电链路预算的方法与设备。
2.背景技术的描述蜂窝通信系统在全球通信市场中正在迅速发展，这样的发展支持许多研究计划并且为蜂窝设备的所有制造商提供了扩展技术机会。
为了吸引消费者并获得大的市场份额，蜂窝供应商正在推出系统的纯数字性允许的特性，诸如呼叫者ID和短消息、寻呼等。为了进一步获得更大的市场份额，蜂窝供应商转向减少空中时间的成本。降低价格可以采用许多形式。例如，销售商每月能提供更多的免费时间、对于附加分钟收取较少费用、对于输入呼叫的第一分钟不收费、减少按月收费、解除长期合约--所有策略也可用于已建立的蜂窝销售商。对于供应商，这导致每个消费者较少的收益，但对于增加市场份额更有效。因而，由于网络问题而导致的消费者业务的任何减少对收益与利润具有极大的影响。
传统上，独立的增强器用于增加从基站输出的功率以增强下行链路覆盖。增强器是在普通的信道单元中的发射机与功率放大器之后附加的额外的放大器。虽然这样的安排提供了所要求的输出功率，但这样的设计具有几个缺点。例如，必须设计额外的增强器，这消耗许多时间和所需的资源。还有，必须将额外的增强器单元放置在基站机壳中。因为这些增强器单元得处理非常高的RF功率，所以其可靠性时常具有问题。虽然提供增强器单元改善从基站收发信机至移动站的上行链路，但来自此基站收发信机的较高输出功率不提高此基站收发信接收机灵敏度。此无线电链路不比不使用增强器单元更平衡。最后，如果增强器单元出现故障，则丢失那个频率上的整个服务。因为该增强器单元工作在高(较高)功率电平上，旁路该出现故障的增强器单元十分困难，并且一般不在这些信道单元中建立冗余度。
因此可知，需要用于改善蜂窝基站的无线电链路预算而不依赖于独立增强器单元的方法与设备。
发明的概述为了克服上述的现有技术中的限制，并且为了克服阅读与理解本发明之后将变得显而易见的其他限制，本发明公开了一种用于改善蜂窝基站的无线电链路预算的方法与设备。
本发明通过组合同相下行链路信号以便以大于任何单个下行链路信号的功率电平的输出功率电平产生输出信号来解决上述问题。
根据本发明原理的系统包括用于生成N个同相下行链路信号的发射机模块和耦合到此发射机模块的组合器，其中每个同相下行链路信号在同一频率上并具有预定功率电平，此组合器用于接收和组合这N个同相下行链路信号，以便以大于这N个同相下行链路信号之中任何一个下行链路信号的功率电平的输出功率电平产生输出信号。
根据本发明原理的系统或方法的其他实施例可以包括替换或选择方面。本发明的一个这样的方面是发射机模块包括N个信道单元。
本发明的另一方面是这N个信道单元之中的每一个信道单元包括调制器、上变频器和放大器。
本发明的另一方面是此系统还包括基带单元，用于为这N个信道单元之中的每一个信道单元生成基带信号以便处理。
本发明的另一方面是此系统还包括用于基带或RF信号的可调节移相器上的可调延迟，和配置在组合器的输出端上的功率检测器，此功率检测器用于测量输出信号的输出功率电平并通过调节此移相器或可调延迟来最大化该输出信号的输出功率电平。
本发明的另一方面是该发射机模块包括调制级、上变频级和放大级。
本发明的另一方面是此系统还包括基带单元，用于生成基带信号，将此基带信号提供给此发射机模块的调制级以产生调制信号。
本发明的另一方面是该调制级提供该调制信号给上变频级以便上变频到预定RF频率。
本发明的另一方面是该上变频级包括N个上变频器，将该调制信号分成N个调制信号，将这N个调制信号之中的每个调制信号提供给这N个上变频器之一，以便以预定RF频率产生N个RF信号。
本发明的另一方面是该放大级包括用于这N个RF信号的N个放大器，用于生成N个同相下行链路信号。
本发明的另一方面是此放大级包括N个放大器，此上变频级以预定RF频率提供N个RF信号，这N个放大器接收该N个RF信号并利用这N个RF信号生成N个同相上行链路信号。
本发明的另一方面是此系统还包括移相器或延迟部分和功率检测器，此移相器配置在用于产生基带信号的基带单元与发射机模块之间，其中此发射机模块接收此基带信号，此功率检测器配置在此组合器的输出端上，用于测量输出信号的输出功率电平并通过调节此移相器来最大化输出信号的输出功率电平。
本发明的另一方面是在N为2时将输出信号的输出功率电平增加3个分贝。
本发明的另一方面是在N为4时将输出信号的输出功率电平增加6个分贝。
本发明的另一方面是在N为8时将输出信号的输出功率电平增加9个分贝。
本发明的另一方面是每个信道单元包括至少一个接收机。
本发明的另一方面是组合这些接收信号以获得上行链路分集增益。
本发明的另一方面是组合来自多个接收机的信号提高接收机灵敏度。
特别在后附的并形成其一部分的权利要求书中指出以本发明为特征的这些与许多其他优点与新颍特性。然而，为了更好地理解本发明、其优点以及通过其使用实现的目的，应参阅形成其另一部分的附图以及相应描述，在附图中示出并描述根据发明的设备的特定示例。
现在参见附图，在这些附图中相同的标号表示相应部分。
图1表示根据本发明实施例的移动通信系统；图2表示包括增强器单元的基站收发信机的信道单元的下行链路相关部分的简化方框图；图3表示基站收发信机的一个实施例的方框图，其中组合同相信号以增加输出功率电平；图4表示基站收发信机的第二实施例的方框图，其中组合同相信号以增加输出功率电平；图5表示基站收发信机的第三实施例的方框图，其中组合同相信号以增加输出功率电平；图6是具有发射机(下行链路)和两个接收机(上行链路)的信道单元的简化方框图；图7表示根据本发明的信道单元的N个组合；和图8表示根据本发明具有相位控制功能来最大化输出功率电平的基站收发信机下行链路部分的方框图。
发明的详细描述在下面的示例性实施例的描述中，参见形成其一部分的附图，并且在这些附图中通过示意来示出其中可以实施本发明的特定实施例。将明白，由于可以进行结构变化而不背离本发明的范围，所以可以利用其他的实施例。
本发明提供用于改善蜂窝基站的无线电链路预算的一种方法与设备。组合同相下行链路信号以便以大于任何单个下行链路信号的功率电平的输出功率电平生成输出信号。也将上行链路信号进行组合以获得接收机的分集增益。
图1表示根据本发明实施例的移动通信系统100。此系统100由连接到系统控制器101的多个基站102和多个移动终端103构成。移动通信系统100的服务区域分成许多网孔110-120。移动交换中心130与另一移动通信系统或固定网络132连接并协调至移动终端103的呼叫的建立。移动终端103能移动进入由多个基站102形成的服务区域，以便通过分配给相邻基站102的信道进行通信。
基站102是通过空中接口将移动终端103与此网络接口的网络部分。基站102的基本功能是保持用于与其网孔内的任何移动终端103通信的空中接口或媒体。基站102的其他功能是呼叫处理、传送信号、维护和诊断。基站102包括收发信机140、142、144。代表至少一个接收机与一个发射机的收发信机140、142、144分别提供网孔110、112、144的覆盖，其中每个发射机/接收机对140、142、144组成信道单元。收发信机140、142、144也接收从正在相应网孔中移动的移动终端103中发送的呼叫信号并检测接收信号的上行链路载波功率。
图2表示发射机单元200的简化方框图。在图2中，调制器210调制信号，此信号随后利用第一本地振荡器212与混频器214进行上变频，上变频信号216然后利用放大器220进行放大并利用带通滤波器222进行滤波。随后将滤波信号224上变频为所需频率，以便利用第二本地振荡器232与混频器234产生RF信号230。此RF信号230之后通过包括例如功率放大器252、254、256的功率放大器级240。为了从发射机单元200中提供所需的RF输出功率，在最后的放大器256之后提供增强器单元260，此增强器单元260包括是高输出功率放大器的增强放大器。
图3表示根据本发明的收发信机下行链路部分300。此基站收发信机下行链路部分300包括给具有信道单元1320与信道单元2322的发射模块312提供相同信号的基带单元310。将信道单元320、322的输出提供给宽带组合器330，以提供所需的输出信号340。此宽带组合器330用于组合来自这两个独立信道单元320、322的两个信号。控制来自这两个信道单元320、322的两个信号，以使这两个信号是同相的。同相组合来自信道单元320、322的两个信号理想地在组合器330的输出端340上提供增加3dB的输出功率。一般地，此组合器330包括两个90度长微带350、352，这些微带根据Wilkinson原理同相进行组合以使输出端344上的输出功率加倍。
传统上，宽带组合器在基站发射机中用于组合其中不具有同相相关性的不同频率上的两个信号。在这样的情况中，每个子信号经历3dB的衰减。与图3所示的本发明相反，来自这两个信道单元320、322的两个信号的频率相同并且在同一相位上。
在图3中，如果一个信道单元320或322出现故障，则输出端340上的输出功率将降低6dB。输出端340上的此输出功率的降低因为在另一端口上没有信号而出现，导致插入信号3dB的衰减，并且只是由于输出端340上没有一起进行组合的两个信号的事实而出现附加3dB的衰减。本领域技术人员将认识到，本文所述类型的典型组合器/分频器包括大约0.2-0.4dB的损耗。因此，在整个系统中必须考虑此损耗。
本领域技术人员将认识到，可以利用除图3所示结构之外的本发明的其他实施例。如上所述，图3表示馈送给两个信道单元320、322的独立信号，在这些信道单元中上变频调制这些信号并单独进行放大，而且这之后在组合器332中组合这些信号。
然而，本领域技术人员将认识到，根据本发明的原理，也可以利用图4所示的系统。在图4中，基站400包括给调制级418提供单个信号的基带单元410，此调制级418包括调制器420。调制器420给放大器与上变频器级430提供两个调制输出信号422、424。放大器与上变频器级430提供信道432，即，放大器与上变频器级430对于信号422与424提供独立的放大器与上变频器用于每个信道432。然后将放大器与上变频器级430的输出提供给组合器440，以提供组合输出450，这类似于上面结合图3所述的。
图5表示本发明的另一实施例。图5中的基站500包括基带单元510。基带单元510提供单个信号给调制器与上变频器级520。在此基带信号进行调制和上变频为所需RF频率之后，将此信号分成独立信号522与524。将上变频信号522提供给放大器530，以产生提供给组合器540的放大信号534。将上变频信号524提供给放大器532，以便将RF功率信号536提供给组合器540。信号534、536随后在组合器540中进行组合，以便如上参见图3所述产生输出550。
本领域技术人员将认识到，本发明不利用参见图3-5所述的实施例进行限制，并且其他的实施例是可能的。本发明在理想情况中提供3dB的输出功率增加而不必设计复杂的增强器单元。较高的功率得到增加的网络覆盖并且除去增强器单元设计获得更快的基站设计循环周期。还有，提供冗余度，因此在一个发射机出现故障时，最大输出功率降低6dB，但操作在较低功率电平上仍然是可能的。另外，无需使用增幅器单元中要求的非常高功率的RF元件，这也增加可靠性。因为不需要增强器单元中要求的高功率放大器，所以便于散热。因此，本发明提供一种灵活的模块化结构，其中可以包括附加的信道单元以提供输出功率的额外增加，例如，包括4个信道单元以提供6dB的增加，包括8个信道单元以提供9dB的增加。最后，通过组合同相信号(在侧1的一端上)提供功率增加的概念可以与分集接收进行组合，以便总是保持链路平衡。例如，如果很好地选择接收机灵敏度与输出功率性能，则信道单元保持链路平衡。在每个信道单元包括两个接收机时，此信道单元可以作为一般的标准部件用于也具有足够的输出功率来保持无线电链路平衡的N向分集接收机。
图6表示根据本发明的信道单元600的实施例。在图6中，信道单元600包括接收机610和发射机620。接收机利用接收信号630与632提供双向分集，发射机620提供发射机输出640。
提供平衡链路的具有2向分集接收机的单个信道单元能改善链路预算。图7表示根据本发明通过组合信道单元实现的此分集增益效果和总的输出功率效果700。双向组合信道单元720提供+3dB分集增益效果722和3dB总的输出功率增加724。4个信道单元可以组合为4向系统730，提供+6dB的分集增益效果732和+6dB的输出功率增加734。最后，8个信道单元可以组合为8向结构740，以提供+9dB分集增益效果742和+9dB输出功率增加744。
如上所述，组合的发射信号必须在同一相位和同一频率上。为此，所有的信道单元必须从公共单元中获得其频率基准。另外，这些信道单元的本地振荡器中的相位与频率检测器必须用于保持频率及其相位在信道单元之间完全相同。同相功率组合器与信道单元之间的电缆长度原则上必须具有相等长度，以便在组合这两个信号时保持相位均衡。然而，具有许多方法来克服此问题。例如，在900兆赫的操作频率上，此无线电信号在自由空间中具有0.3米的波长并且在电缆内具有0.18米的波长，假定此电缆具有60％自由空间的传播常数。因此，5毫米的电缆长度差异导致10度相位分隔。为了保证最大的输出功率，这些组合信号必须在几度内。然而，如果没有自适应相位控制，则不容易获得这样的苛刻精度。
图8表示用于提供相位控制的一个可能电路800的方框图。在图8中，将信号提供给移相器810、812，这些信号又利用信道单元1与2中的功率放大器820、822进行处理。将信道单元1中功率放大器820的输出信号860与信道单元2中功率放大器822的输出信号862一起提供给组合器870，以提供所需的输出信号872。利用电路880监视和检测输出信号872的功率电平，电路880生成相位控制信号882来控制移相器810、812，以使输出信号872的输出功率电平最大。通过最大化输出信号872的输出功率电平，使相位误差最小。通过将同相组合信号回路到信道单元自己的接收机中，能优化发射信号的质量。而且，发射机链中的一些移相部分用于优化这些相位。
上面的本发明的示例性实施例的描述用于说明与描述目的，不打算穷尽或将本发明限于所公开的确切形式。根据上面的教导，许多修改与变化是可能的，本发明的范畴不打算利用此具体描述进行限制，而反而利用所附的权利要求书进行限制。
权利要求
1.一种基站收发信机，包括发射机模块，用于生成N个同相下行链路信号，每个同相下行链路信号在同一频率上并且具有预定功率电平；和组合器，耦合到此发射机模块，用于接收和组合这N个同相下行链路信号，以便以大于任何单个同相下行链路信号的功率电平的输出功率电平产生输出信号。
2.如权利要求1的基站收发信机，其中此发射机模块包括N个信道单元。
3.如权利要求2的基站收发信机，其中这N个信道单元之中的每个信道单元包括调制器、上变频器和放大器。
4.如权利要求3的基站收发信机，还包括基带单元，用于对于这N个信道单元之中的每一个信道单元生成基带信号以便处理。
5.如权利要求4的基站收发信机，还包括配置在此基带单元与此发射机模块之间用于接收每个基带信号的移相器和功率检测器，此功率检测器配置在此组合器的输出端上，用于测量输出信号的输出功率电平并通过调节此移相器来最大化输出信号的输出功率电平。
6.如权利要求1的基站收发信机，其中此发射机模块包括调制级、上变频级和放大级。
7.如权利要求6的基站收发信机，还包括用于生成基带信号的基带单元，将此基带信号提供给此发射机模块的调制级以产生调制信号。
8.如权利要求7的基站收发信机，其中此调制级将此调制信号提供给上变频级以便上变频为预定RF频率。
9.如权利要求8的基站收发信机，其中此上变频级包括N个上变频器，将此调制信号分成N个调制信号，将这N个调制信号之中的每个调制信号提供给这N个上变频器之一以便以此预定RF频率产生N个RF信号。
10.如权利要求9的基站收发信机，其中此放大级对于这N个RF信号包括N个放大器，用于生成这N个同相下行链路信号。
11.如权利要求8的基站收发信机，其中此放大级包括N个放大器，此上变频级以此预定RF频率提供N个RF信号，这N个放大器接收这N个RF信号并利用这N个RF信号生成这N个同相上行链路信号。
12.如权利要求1的基站收发信机，还包括移相器和功率检测器，此移相器配置在用于生成基带信号的基带单元与此发射机模块之间，其中此发射机模块接收此基带信号，此功率检测器配置在此组合器的输出端上，用于测量输出信号的输出功率电平并通过调节此移相器来最大化输出信号的输出功率电平。
13.如权利要求1的基站收发信机，其中在N为2时，将输出信号的输出功率电平增加3个分贝。
14.如权利要求1的基站收发信机，其中在N为4时，将输出信号的输出功率电平增加6个分贝。
15.如权利要求1的基站收发信机，其中在N为8时，将输出信号的输出功率电平增加9个分贝。
16.如权利要求1的基站收发信机，还包括接收机。
17.如权利要求1的基站收发信机，还包括多个接收机，其中通过组合来自每个接收机的信号获得上行链路分集增益。
18.如权利要求1的基站收发信机，其中此上行链路分集增益提供较大的接收机灵敏度。
19.用于增加基站输出功率的一种方法，包括生成N个同相下行链路信号，每个同相下行链路信号在同一频率上并且具有预定功率电平；和组合这N个同相下行链路信号以便以大于这N个同相下行链路信号之中任何一个同相下行链路信号的功率电平的输出功率电平产生输出信号。
20.如权利要求19的方法，其中此生成步骤还包括生成用于生成N个同相上行链路信号的基带信号。
21.如权利要求20的方法，还包括接收此基带信号和测量输出信号的输出功率电平，并通过调节此基带信号的相位来最大化输出信号的输出功率电平。
22.如权利要求19的方法，其中此生成步骤还包括调制此基带信号以生成调制信号。
23.如权利要求19的方法，其中将此调制信号上变频为预定RF频率。
24.如权利要求23的方法，其中将此调制信号分成N个调制信号，将这N个调制信号之中的每个调制信号进行上变频，以便以此预定RF频率生成N个RF信号。
25.如权利要求24的方法，其中此生成步骤还包括放大这N个RF信号以生成N个同相下行链路信号。
26.如权利要求19的方法，其中此组合步骤还包括在N为2时将输出信号的输出功率电平增加3个分贝。
27.如权利要求19的方法，其中此组合步骤还包括在N为4时将输出信号的输出功率电平增加6个分贝。
28.如权利要求19的方法，其中此组合步骤还包括在N为8时将输出信号的输出功率电平增加9个分贝。
29.如权利要求19的方法，还包括利用接收机接收上行链路信号。
30.如权利要求19的方法，还包括利用多个接收机接收上行链路信号，其中组合每个接收机的信号，组合来自每个接收机的信号提供上行链路分集增益。
31.如权利要求30的方法，其中此上行链路分集增益提供较大的接收机灵敏度。
全文摘要
公开用于改善蜂窝基站的无线电链路预算的方法与设备。发射机模块生成N个同相下行链路信号,其中每个同相下行链路信号在同一频率上并且具有预定功率电平,而且耦合到此发射机模块的组合器接收并组合这N个同相下行链路信号,以便以大于这N个同相下行链路信号之中任何一个信号的功率电平的输出功率电平生成输出信号。此发射机模块包括N个信道单元并且这N个信道单元之中的每一个信道单元包括调制器、上变频器和放大器。此系统还包括基带单元,用于为这N个信道单元之中的每一个信道单元生成基带信号以便处理。此系统还包括用于接收每个基带信号的移相器和配置在此组合器的输出端上的功率检测器,此功率检测器用于测量输出信号的输出功率电平并通过调节此移相器来最大化输出信号的输出功率电平。
文档编号H04B7/005GK1355966SQ00808924
公开日2002年6月26日 申请日期2000年4月12日 优先权日1999年4月16日
发明者维利－佩卡·凯托南 申请人:维利－佩卡·凯托南