专利名称：监测基站天线状态的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于监测蜂窝无线系统中基站天线状态的一种方法和装置。这种系统提供话音和数据的通信服务。诸如TACS、AMPS、D-AMPS、NMT和GMS的一些标准已经建立。
测定一个无线基站功能性的一种方法是进行手工检查。服务人员直观地检查该基站并进行现场测试。然而，蜂窝系统一般需要大量的基站以实现充分的覆盖，所以手工检查非常麻烦和昂贵。
测定一个基站完整性的一种更可行的方法是让该基站进行各种自我测试，并将任何不正确的行为向该基站所属的移动网络报告。这可以定期进行或在通信量小的时候进行。进行这种自我测试的方法可以容易地集成到大多数的电路和软件中，因而目前被广泛应用。
然而，对于基站的天线来说，必须考虑特别的解决方法以实现自我测试的功能性。然而监测天线的状态是很重要的，因为天线一般都从基站结构中伸展出去并且因而更暴露于环境中。
监测一个天线的状态的一种方法是进行电压驻波比(VSWR)测量。这个方法包括向一个天线输入一个无线频率信号。测量并比较入射的功率和反射的功率。如果入射功率比反射功率大很多，那么该天线可能功能正常。
这种方法适用于发射机的天线和大多数同时用于发射和接收的双工天线。在这些情况下，发射机发射一个测试信号，入射功率和反射功率被测量。可以用定向耦合器和功率表进行这些测量。
但是，对于接收机天线来说，这个任务更为复杂。由于没有发射机电路，所以必须引入一个能发射至少1mW左右信号的高频发射机。这不仅增加成本，还增加复杂性，尤其是在使用多个接收机天线以提供天线分集的时候。另外，如果所述的接收机带有用于扩大接收范围的安装在塔上的放大器(TMA)，一个更复杂的因素必须考虑。TMA的反向衰减非常大，因而VSWR测量变得非常困难。
有人仍然作出了一些努力，开发用于监测使用了安装在塔上的放大器的基站系统中的接收机天线的装置。这些系统仍进行VSWR测量。一种这样的装置在US，A，5507010中公开。一个频率在接收机的频带范围之外的信号从基站中的一个测试单元发射，发送给所述的接收机天线。在安装塔上放大器的位置该信号由一个滤波器拾取。该信号的频率然后被转换到所述接收机的频带内，该信号被直接耦合到所述的接收机天线。这样的一种装置允许从基站进行VSWR测量，其代价是在系统中引入额外的滤波器和频率转换装置。另一个可能性是将一个独立的VSWR测量单元放置在安装在塔上的放大器之上，这也需要使用大量的额外组件，包括一个大功率的发射电路。
这种VSWR方法的另一个缺点是系统的接收机和发射机的天线必须分别测试，一次测试一种。
然而，有在本领域中说明的用于同时测试一个移动无线系统中两种天线的方法。一种这样的方法和一种相应的装置在WO97/00586中被说明。一个测试信号从一个发射机单元发射并通过一个第一双工滤波器的发射分支耦合到一个第一天线。所述信号被一个第二天线拾取，并通过一个第二双工滤波器的发射分支、耦合装置和频率转换装置耦合到系统的一个接收机部分。然而，这种系统仅在测试双工天线时功能正常，并且需要额外的频率转换装置。
要注意的是双工天线上的VSWR测量也可能是困难的。特别是用于所谓的双双工的、安装在塔上的放大器时更是这样。在这种情况下，多达三个谐振滤波器被连接在发射机单元和天线之间。每个滤波器的反向衰减可能是20dB左右。当三个滤波器串联连接时，总衰减使得测量困难。
本发明的另一个目的是提供一种用于测试具有多个接收机天线的无线基站中的接收机天线的简单而有效的装置。
本发明的另一个目的是提供一种用于测试带有安装在塔上的放大器的接收机天线的简单而廉价的装置。
本发明还有一个目的是提供一种允许同时测试至少一个接收机天线和至少一个发射机天线的装置。
本发明还有一个目的是提供一种易于监测带有双双工的、安装在塔上的放大器的双工天线的装置。
根据本发明的一个方面，这些目的在一个无线基站中实现，在该基站中，一个接收机单元被连接到第一天线，一个发射机单元被连接到第二天线。所述接收机在第一频带内接收信号，所述的发射机在第二频带内发射信号。一个频率在接收机频带内的无线频率测试信号被耦合到发射机的天线，从而也被耦合到接收机单元的天线。一个连接到接收机单元的评价单元对接收的信号进行评价，用以确定所述接收机天线的完整性。因为接收到的信号的频率在所述接收机的频带内，所以它可以被精确评价，即使原来发射的信号的功率大大小于，例如，用于VSWR测量的信号。
根据本发明的一个实施方案，测试信号发射机在一个不被接收机经常性地使用的备用信道中发射一个信号。结果是所述的测试程序可以经常性地执行而不干扰正在进行的通信业务。
根据本发明的另一个实施方案，连接到发射机的天线是一种也用于接收信号的双工天线。这种天线连接到一个双工滤波器，上面所述的测试信号在所述双工滤波器与天线之间的一点被耦合到所述天线。这使得当耦合到发射机的天线是一种双工天线时允许在接收机天线上进行测试。
根据本发明的另一个实施方案，一种用于将测试信号耦合到发射机天线的耦合装置也可以用来在发射机天线上进行电压驻波比的测量。这种装置允许本发明在进行这种VSWR测量的装置上以低成本实现。
根据本发明的另一个实施方案，测试信号发射机也可以用于实现对基站的接收分支的多路耦合器和接收机的分别测试。这种装置允许本发明在进行这种测量的装置上以低成本实现。
这样，根据本发明的一种装置的特征表述为如权利要求1的特征部分所述。
这样，根据本发明的一种方法的特征表述为如权利要求11或15的特征部分所述。
图2说明一种根据本发明的一个无线基站中的装置。
图3说明一种根据本发明的一个无线基站中的装置，该基站包含一个双工天线。
图4说明一种根据本发明的一个无线基站中的装置，该基站包含一个双工天线和安装在塔上的放大器。
图5说明一种根据本发明的一个无线基站的实施方案，其中一个双工天线带有一个双双工的、安装在塔上的放大器。
所述的基站收发器还包括多个接收机单元104。所述的接收机单元通过一个多路耦合器106连接到至少一个接收机天线105，该多路耦合器将进来的信号放大并将这些信号耦合到不同的接收机单元。所述接收机单元可以通过一个辅助多路耦合器108被耦合到一个辅助天线107以提供天线的分集。可以使用多于一个的辅助天线。要注意的是一个发射机单元和一个接收机单元可能作为印刷电路板的不同部分并这样组成一个收发器单元。
图2说明一种根据本发明的一个无线基站中的装置。使用多个辅助的接收机天线来提供天线的分集在无线通信领域中是普遍的做法。但是，为了清楚起见，只显示了一个接收机天线205。如上文所述，根据本发明的所述基站包括发射机单元201、一个组合器202、一个与接收机天线205一起的发射机天线203、一个多路耦合器206和接收机单元204。为了清楚起见，在这个图和以后的图中只显示一个发射机单元和一个接收机单元。
根据本发明，一个测试信号发射机207被提供给所述基站。该测试信号发射机以一个与接收机单元204的载波频率基本一致的频率发射一个低功率信号。要注意的是这种信号可以有各种用途，例如用于测试多路耦合器。在一些用途中，这种信号被称为接收信号强度指示，RSSI。
发射的信号通过耦合装置被耦合到发射机天线203，所述的耦合装置举例说由一根电缆208和一个定向耦合器209组成。在本发明的一个实施方案中，这种定向耦合器也可以用于在所述的发射机天线203上进行电压驻波比测量。发射机天线发射测试信号，接收机天线接收到发射出的能量的一部分，所有这些都假定系统功能正常。由于该信号的频率在一个接收机单元204的频带之内，它可以被连接到该接收机单元的装置所评价。如果使用了多个接收机天线，如在该技术领域中所共知，可以选择任何一个特定天线所接收的信号。
如果所述的接收信号的强度低于一个预先设定的阈值，该系统可能有故障。然后一个出错报告将传送给移动无线网络。所述的测试程序可以由基站收发器本身或移动系统的任何其它部分来启动。作为一种替代方案，接收信号的评价也可以在连接到所述接收机单元的移动系统的另外部分进行。信号的评价可以由软件来实现。
这个发明的概念可选地也允许单独测试无线基站的接收分支上的多路耦合器。这由第二耦合装置210执行，它将测试信号发射机207所发射的信号耦合到接收分支上的多路耦合器206。这使得系统能将所述接收分支中的一个错误隔离于系统的一个特定部分。根据本发明的一个实施方案，使所述的测试信号相应于一个不被系统经常性地使用的备用信道是有利的。这允许系统在不干扰正在进行的通信业务的情况下得到测试。对于FDMA(频分多址接入)系统，所述信号的频率相应于一个备用信道。对于TDMA(时分多址接入)系统，所述信号的频率和时隙定时相应于一个备用信道。
图3说明一种根据本发明的一个无线基站中的装置，其中的基站收发器包含一个双工天线。
如上面所述的实施方案，所述基站包括发射机单元301、接收机单元304、组合器302、多路耦合器306a、306b和一个接收机天线305。一个双工滤波器310应用于所述的组合器302和一个发射机天线303之间。因此这个天线也可以用作一个辅助的接收机天线，这样组成一个双工天线。这种装置允许在一个只有两个天线的基站中实现天线的分集。
根据本发明，一个测试信号发射机307发射一个测试信号，该测试信号由耦合装置308、309耦合到双工天线303。在这个实施方案中，所述测试信号应该在双工滤波器310和天线之间的一点被耦合到双工天线303。
图4说明一种根据本发明的一个无线基站中的装置，其中的基站收发器包含一个双工天线和多个安装在塔上的放大器。
如上面所述，所述基站包括多个发射机单元401、多个接收机单元404、一个组合器402、多路耦合器406a、406b、一个双工滤波器410、一个双工天线403和一个接收机天线405。在这个情况下，安装在塔上的放大器411a、411b被应用于每个接收机天线分支。所述的安装在塔上的放大器由放置在相应的天线附近的低噪声放大器组成。
根据本发明，一个测试信号发射机407发射一个测试信号，该测试信号由耦合装置408、409耦合到双工天线403。在这个实施方案中，所述测试信号应该在双工滤波器410和天线403之间的一点被耦合到双工天线403。要注意的是本发明在使用了安装在塔上的放大器但没有应用双工天线概念的无线基站中同样有价值。
图5说明一种根据本发明的一个无线基站中的装置，其中的基站收发器包含一个双工天线和多个安装在塔上的放大器。在所述的双工天线上使用了一个双双工的、安装在塔上的放大器。
如上面所述，所述基站包括多个发射机单元501、多个接收机单元504、一个组合器502、多路耦合器506a、506b、一个双工天线503和一个接收机天线505。在这种情况下，一个安装在塔上的放大器511a被应用于接收机天线分支。在所述的双工天线上，应用了一个双双工TMA515。所述的TMA由耦合到天线503的一个第一双工滤波器510和耦合到所述发射机和接收机的一个第二双工滤波器所组成。一个低噪声放大器511b被应用于第一与第二双工滤波器之间的接收机分支。可选地，一个功率放大器(未画出)可以被应用于第一与第二双工滤波器之间的发射机分支以便增加下行链路的范围。所述的第一与第二双工滤波器510、512和所述的低噪声放大器511b可以被集成为一个双双工TMA单元515。这个单元允许双工天线和基站的其它部分之间用单根电缆514连接，该电缆既用于发射又用于接收。但是，在电缆514的低端必须使用一个第三双工滤波器513。
根据本发明，一个测试信号发射机507发射一个测试信号，该测试信号由耦合装置508、509耦合到发射机天线503。在这个实施方案中，所述测试信号应该在双工滤波器510和天线503之间的一点被耦合到双工天线503。
要注意的是在图5所述的系统的双工天线503上进行VSWR测量是困难的。一个双工滤波器的反向衰减可能很大，而且在这个实例中三个这样的滤波器513、512、510被放置在发射机单元501和双工天线503之间。但是，根据本发明的一种装置，可以在监测接收机天线505的同时进行双工天线的监测。根据本发明的所述装置是不受双工滤波器的影响的。
上述实施方案仅用于举例说明本发明可以如何被实施，并不限制保护范围。在所附的权利要求的范围内可能还有其它的实施方案。
权利要求
1.用于监测一个无线基站中的至少一个接收机天线(205)的状态的装置，该无线基站包括至少一个连接到第一天线(205)的接收机单元(204)和至少一个连接到第二天线(203)的发射单元(201)，所述的接收机单元在第一频带内接收无线信号，所述的发射机单元在第二频带内发射无线信号，所述装置的特征在于—用于发射一个频率值在所述的第一频带之内的无线信号的装置(207)，—用于为了无线发射到所述的第一天线而将所述信号耦合到所述的第二天线(203)的装置(208、209)，—连接到所述的至少一个接收机单元(204)的装置，该装置用于评价由所述的第一天线(205)如此接收的信号，并从而监测所述第一天线的状态。
2.如权利要求1所述的用于监测一个无线基站中的至少一个接收机天线的状态的装置，其特征在于一个组合器(202)被连接到所述的发射单元(201)，所述的耦合装置(208、209)在所述第二天线(203)和所述组合器(202)之间的一点被耦合到所述的第二天线(203)。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的用于评价接收的信号的装置被设计用来将接收的信号与一个预先设定的阈值作比较。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的无线信号在一个接收机不常使用的备用信道内发射。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的第一和第二频带是不重叠的。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的第二天线是一种双工天线(303)，它带有一个双工滤波器(310)，其中所述的耦合装置(308、309)被应用于所述的双工滤波器(310)和所述的第二天线(303)之间的一点。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的第一天线(405)被连接到一个置于第一天线(405)附近的低噪声放大器(411a)。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的第二天线(503)是一种双工天线，它带有一个双双工的、安装在塔上的放大器(515)，其中所述的耦合装置(508、509)被应用于所述双双工的、安装在塔上的放大器(515)和所述第二天线(503)之间的一点。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的用于将信号耦合到接收机天线的装置包括一个定向耦合器(209)，它也用于在发射机天线上测量电压驻波比。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于用于将来自测试信号发射机(207)的信号直接连接到一个多路耦合器(206)的装置(210)，它与至少一个所述的接收机单元(204)连接。
11.用于监测一个无线基站中的至少一个接收机天线的状态的方法，该无线基站包括至少一个连接到第一天线的接收机单元和至少一个连接到第二天线的发射单元，所述的接收机单元在第一频带内接收无线信号，所述的发射机单元在第二频带内发射无线信号，所述方法的特征在于下列步骤—发射一个频率值在所述的第一频带之内的无线信号；—为了无线发射到所述的第一天线而将该无线信号耦合到所述的第二天线；—评价由所述的第一天线如此接收的信号，并从而监测所述的第一天线的状态。
12.如权利要求11所述的用于监测一个无线基站中的至少一个接收机天线的状态的方法，其特征在于所述的评价步骤的要点是将接收的信号的强度与一个预先设定的阈值作比较。
13.如权利要求11所述的用于监测一个无线基站中的至少一个接收机天线的状态的方法，其特征在于所述的无线信号在一个接收机不常使用的备用信道内发射。
14.如权利要求11所述的用于监测一个无线基站中的至少一个接收机天线的状态的方法，其特征在于所述的第一和第二频带是不重叠的。
15.用于监测一个无线基站中的至少一个接收机天线的状态的方法，该无线基站包括至少一个通过多路耦合器连接到第一天线的接收机单元和至少一个连接到第二天线的发射单元，所述的接收机单元在第一频带内接收无线信号，所述的发射机单元在第二频带内发射无线信号，所述方法的特征在于下列步骤—发射一个频率值在所述的第一频带之内的无线信号；—为了发射到所述的接收机单元而将无线信号耦合到所述的多路耦合器；—评价由所述的接收机单元如此接收的信号，并从而监测所述的多路耦合器的状态；—为了无线发射到所述的第一天线而将无线信号耦合到所述的第二天线；—评价由所述的第一天线如此接收的信号，并从而监测所述的第一天线的状态。
全文摘要
本发明涉及用于测试无线基站中的接收机天线的一种方法和装置。发射一个频率相应于所述接收机载波的频率的低功率RF信号。所述信号被耦合到一个发射机天线,以便发射给同一系统中的一个接收机天线。这样被接收的信号由接收机进行分析以确定所述接收机天线的完整性。
文档编号H04B17/00GK1328726SQ9981179
公开日2001年12月26日 申请日期1999年10月1日 优先权日1998年10月6日
发明者R·博里斯特兰德 申请人:艾利森电话股份有限公司