專利名稱：Communication system的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及通信領(lǐng)域。本發(fā)明尤其涉及一種傳遞承載信息的信號(hào)的寬帶雙向 (two-way)天線設(shè)備、分布式天線系統(tǒng)以及這種系統(tǒng)的操作方法，但不限于上述方面。實(shí)施 例操作為在無頻率變化的情況下發(fā)送和接收已調(diào)制到RF載波上的信號(hào)。本專利申請中的術(shù)語“寬帶”指的是可應(yīng)用于信號(hào)的發(fā)送和接收的給定通帶內(nèi)的 所有頻率。
背景技術(shù)：
分布式天線系統(tǒng)是眾所周知的。一些公知的系統(tǒng)使用頻率下轉(zhuǎn)換 (down-conversion)，以便在給定長度的傳輸介質(zhì)上獲得足夠好的傳輸質(zhì)量；其它系統(tǒng)具有 例如通過濾波或通過窄帶放大器提供的內(nèi)置頻率決定(frequency determination)。分布式天線系統(tǒng)的現(xiàn)狀的一個(gè)特征是在用戶期望增加要被承載的服務(wù)的數(shù)量或 增加新頻率范圍的輸入信號(hào)時(shí)，會(huì)引起附加成本。分布式天線系統(tǒng)的現(xiàn)狀的一個(gè)特征是需 要專用于所承載的服務(wù)(例如對于特定服務(wù)具有窄的傳輸帶)的放大器和其它組件。這意 味著如果安裝者要提供現(xiàn)成的(off-the-peg)服務(wù)，則他必須備有大量不同的這類組件。 這也使維修變得困難。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)施例的一個(gè)挑戰(zhàn)是能夠創(chuàng)造一種靈活的分布式天線系統(tǒng)。一方面，提供了一種具有各自發(fā)送天線和接收天線的寬帶天線設(shè)備，所述發(fā)送天 線和接收天線被布置在單個(gè)封裝中并被安排為提供相互之間的隔離，從而來自發(fā)送天線的 使用中的噪聲被從發(fā)送天線隔離，由此在與發(fā)送頻率相同的頻率處進(jìn)行接收是可能的。天線可被布置為密切的相互物理接近。天線可被分離低于最低頻率的波長兩倍的波長。天線可具有大體布置在天線之間以提高天線之間的電隔離的多個(gè)短截線 (stubs) ο多個(gè)短截線可包括具有約為最低發(fā)送/接收頻率的波長的四分之一的尺寸的短 截線。多個(gè)短截線可包括安排為在寬帶的中頻帶頻率周圍處以及最高頻率周圍處提供 隔離的短截線。另一方面，提供了一種分布式天線系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有集線器、具有相關(guān)的發(fā)送天線 和相關(guān)的接收天線的至少一個(gè)遠(yuǎn)程天線設(shè)備、提供信號(hào)從集線器到發(fā)送天線的路徑的上行 鏈路和提供信號(hào)從接收天線到集線器的路徑的下行鏈路，其中該系統(tǒng)適于能夠同時(shí)地傳遞 多個(gè)不同的通信服務(wù)。系統(tǒng)可被配置為能夠經(jīng)由單個(gè)上行鏈路和單個(gè)下行鏈路同時(shí)執(zhí)行如下服務(wù) Tetra, EGSM900、DCS1800、UMTS、WLAN 以及 WiMax。
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在另一方面中，提供了一種分布式天線系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有集線器、具有相關(guān)的發(fā)送 天線和相關(guān)的接收天線的至少一個(gè)遠(yuǎn)程天線設(shè)備、提供信號(hào)從集線器到發(fā)送天線的路徑的 上行鏈路和提供信號(hào)從接收天線到集線器的路徑的下行鏈路，其中上行鏈路和下行鏈路的 每一個(gè)鏈路具有補(bǔ)償設(shè)備，該補(bǔ)償設(shè)備具有多個(gè)可選擇頻率增益特性，以在各個(gè)鏈路中提 供由頻率依賴損耗補(bǔ)償。發(fā)送天線和接收天線可設(shè)置在單個(gè)模塊中。上行鏈路和下行鏈路的每一個(gè)鏈路可適于載波頻率范圍從130MHz和2. 7GHz之間
的信號(hào)。在一些實(shí)施例中，通過多模光纖提供上行鏈路和下行鏈路。在某些實(shí)施例中，光被注入到各根光纖中，以提供數(shù)量有限的模式，并優(yōu)選去除最 低階模式和較高階模式。在其它實(shí)施例中，上行鏈路和下行鏈路由一根或多根單模光纖和諸如同軸電纜的 導(dǎo)電鏈路所提供。在另一方面，提供了一種分布式天線系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有集線器、具有相關(guān)的發(fā)送天 線和相關(guān)的接收天線的至少一個(gè)遠(yuǎn)程天線設(shè)備、提供信號(hào)從集線器到發(fā)送天線的路徑的上 行鏈路和提供信號(hào)從接收天線到集線器的路徑的下行鏈路，其中該系統(tǒng)適于能夠同時(shí)地傳 遞相同頻率的發(fā)送和接收信號(hào)。系統(tǒng)可具有用于從下行鏈路提取命令信號(hào)以控制遠(yuǎn)程天線設(shè)備的濾波器。遠(yuǎn)程天線設(shè)備可包括控制設(shè)備，該控制設(shè)備連接為接收來自濾波器的信號(hào)，并具 有用于控制遠(yuǎn)程天線設(shè)備的組件的輸出。系統(tǒng)可具有用于驅(qū)動(dòng)發(fā)送天線的寬帶功率放大裝置，該放大裝置響應(yīng)于由下行鏈 路承載的較高和較低頻率范圍之間的任何頻率的發(fā)送信號(hào)。系統(tǒng)可具有被耦合到接收天線的低噪聲放大裝置，該低噪聲放大裝置響應(yīng)于由上 行鏈路承載的任何頻率的接收信號(hào)。在又一方面，提供了一種具有輸入/輸出的分布式天線系統(tǒng)，該輸入/輸出被安排 為允許從一個(gè)或多個(gè)外部發(fā)送件或信號(hào)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)輸入信號(hào)，由該系統(tǒng)承載并經(jīng)由該系統(tǒng)的 天線傳送給消費(fèi)者，并被安排為允許提供從消費(fèi)者到外部網(wǎng)絡(luò)的返回路徑，其中在所述系 統(tǒng)內(nèi)傳送的信號(hào)使用下行鏈路將所述輸入/輸出鏈接到天線，并且其中經(jīng)由下行鏈路傳送 的信號(hào)的頻率與輸入/輸出處的輸入/輸出信號(hào)的頻率相應(yīng)。在再一方面中，提供了一種分布式天線系統(tǒng)的操作方法，該方法包括通過將預(yù)定 載波頻率的電信號(hào)經(jīng)由寬帶鏈路傳遞到天線，響應(yīng)具有該載波頻率的相應(yīng)信號(hào)，從天線輻 射該頻率的信號(hào)。鏈路可適于承載跨過從170MHz向2. 7GHz延伸的頻帶的信號(hào)。一個(gè)實(shí)施例提供了一種分布式天線系統(tǒng)，其中使用了經(jīng)由光纖的光學(xué)發(fā)送，其中 系統(tǒng)為寬帶，其在于頻率在系統(tǒng)的較高和較低界限內(nèi)的任何信號(hào)將被傳送。此外，具有這 些界限內(nèi)的頻率的不同信號(hào)可被承載。DAS系統(tǒng)允許雙向信號(hào)傳送，并且作為結(jié)果，寬帶能力使得能夠在進(jìn)行信號(hào)發(fā)送的 頻率處進(jìn)行信號(hào)接收，并且同時(shí)進(jìn)行這種發(fā)送。這對天線施加了限制，并且還可影響系統(tǒng)的 其它部分。
從而，能夠經(jīng)由全寬帶頻率范圍同時(shí)發(fā)送和接收，使用了兩根天線，一根用于發(fā) 送，另一根用于接收。在某些系統(tǒng)中，例如有源寬帶分布式天線系統(tǒng)，在兩根天線之間保持大于最低隔 離，否則作為發(fā)送信號(hào)進(jìn)入接收天線的結(jié)果，系統(tǒng)變得不穩(wěn)定并發(fā)生振蕩。同樣地，使用中的發(fā)送天線將發(fā)送寬帶噪聲，該噪聲很可能包括與所承載的服務(wù) 的接收信道相同的頻率。從而，從發(fā)送天線輻射的來自系統(tǒng)的噪聲必須與接收天線隔離，否 則接收器信道將變得不敏感?？稍诒景l(fā)明中使用的天線的實(shí)施例的目的是提供大約40dB 的隔離。另一目的是提供45dB的隔離。系統(tǒng)的一些示例性實(shí)施例具有大約從170MHz到2700MHz的頻率范圍，此范圍為如 下頻率范圍經(jīng)由該范圍符合達(dá)到CE&FCC認(rèn)證規(guī)格的增益(25士5dB)和必要的線性。在另一方面中，分布式天線系統(tǒng)具有輸入/輸出，該輸入/輸出被安排為允許從一 個(gè)或多個(gè)外部發(fā)送件或信號(hào)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)輸入信號(hào)，由該系統(tǒng)承載并經(jīng)由該系統(tǒng)的天線傳送給 消費(fèi)者，并被安排為允許提供從消費(fèi)者到外部網(wǎng)絡(luò)的返回路徑，其中在所述系統(tǒng)內(nèi)傳送的 信號(hào)使用一根或多根光纖將所述輸入/輸出鏈接到所述天線或每個(gè)天線，并且其中經(jīng)由所 述天線或每個(gè)天線傳送的信號(hào)的頻率與輸入/輸出處的輸入/輸出信號(hào)的頻率相應(yīng)。在一些實(shí)施例中沒有提供頻率轉(zhuǎn)換。在一些實(shí)施例中，由于沒有提供系統(tǒng)的頻率 范圍內(nèi)的濾波，從而系統(tǒng)的頻率范圍內(nèi)的任何RF信號(hào)透明地通過。一些實(shí)施例具有如下優(yōu)點(diǎn)實(shí)施例不是帶寬受限的，其在于，只要附加的/將來的 服務(wù)落入系統(tǒng)本身的頻率范圍內(nèi)，則任何數(shù)量的附加服務(wù)可被DAS所承載。在一些實(shí)施例中，TDD和FDD服務(wù)都能被承載。窄帶系統(tǒng)不能承載TDD服務(wù)，這是 因?yàn)檎瓗到y(tǒng)是基于如下事實(shí)，即，發(fā)送和接收頻率不同，且在輸入/輸出處通過雙工濾波 器結(jié)合。如一些實(shí)施例，系統(tǒng)的這些實(shí)施例可提供經(jīng)濟(jì)利益。成本不直接涉及所承載的服 務(wù)的數(shù)量。對于窄頻帶DAS，附加服務(wù)經(jīng)常需要附加設(shè)備，從而成本隨著服務(wù)的數(shù)量而增加。在天線設(shè)備的實(shí)施例中，經(jīng)由全寬帶頻率范圍能夠同時(shí)發(fā)送和接收，使用了兩根 天線，一根用于發(fā)送，另一根用于接收。在某些系統(tǒng)中，例如有源寬帶分布式天線系統(tǒng)，在兩根天線之間保持大于最低隔 離，否則作為發(fā)送信號(hào)進(jìn)入接收天線的結(jié)果，系統(tǒng)變得不穩(wěn)定并發(fā)生振蕩。通過使用物理分隔開(例如Im到2m)并排列為使得每根天線的增益響應(yīng)在其它 天線的方向上為零值的兩根貼片天線，可達(dá)到此隔離。然而，這種方法具有一些缺點(diǎn)其對 于全方向天線上不起作用，而為了安裝方便和更好地覆蓋大的開放區(qū)域(例如房間)，全方 向天線在工業(yè)上是優(yōu)選的。這需要小心的天線排列，從而對安裝者的專業(yè)技術(shù)提出更高的 要求，這是商業(yè)上所不期望的。這在安裝點(diǎn)占據(jù)了大量物理空間，并在視覺上不吸引人。隔離問題的解決方案是使用高隔離雙端口寬帶天線模塊。實(shí)施例提供了包括兩個(gè)天線的單個(gè)模塊，其中天線之間的隔離作為設(shè)計(jì)的一部分 而不是作為安裝的結(jié)果進(jìn)行保持。單模塊對工業(yè)更具吸引力，由于其僅需要安裝一個(gè)模塊， 從而安裝更廉價(jià)且視覺上更不受到干擾。


現(xiàn)在將參照所附附圖僅以實(shí)例的方式來描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1示出分布式天線系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖2示出遠(yuǎn)程單元的一個(gè)實(shí)施例；圖3示出天線模塊的第一實(shí)施例的透視圖；以及圖4示出天線模塊的第二實(shí)施例的透視圖。
具體實(shí)施例方式寬帶DAS系統(tǒng)的三個(gè)重要組件為DAS內(nèi)的分布組件、DAS的遠(yuǎn)程單元以及用于遠(yuǎn) 程單元的天線。1.分布組件包括具有低損耗、低失真、和上行鏈路方向與下行鏈路方向之間低 串?dāng)_的傳輸介質(zhì)的寬帶信號(hào)分布系統(tǒng)。2.遠(yuǎn)程單元傳輸介質(zhì)在上行鏈路方向上饋送給遠(yuǎn)端設(shè)置的電子單元，然后，如 果傳輸介質(zhì)承載光學(xué)信號(hào)，則遠(yuǎn)程單元可將光學(xué)寬帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成電RF寬帶信號(hào)。遠(yuǎn)程單元 提供高線性放大到足夠的功率電平，以便用于經(jīng)濟(jì)覆蓋。3.天線遠(yuǎn)程單元的電信號(hào)被饋送到發(fā)送天線。這與準(zhǔn)許發(fā)送天線和接收天線范 圍內(nèi)的消費(fèi)者經(jīng)由(over)系統(tǒng)進(jìn)行雙向通信的接收天線相關(guān)聯(lián)。在商業(yè)上和技術(shù)上可取 的安排中，發(fā)送天線和接收天線均被布置在單個(gè)、緊湊的外殼內(nèi)。在分布式天線系統(tǒng)及這種系統(tǒng)的操作方法的多個(gè)實(shí)施例的下述群組(family) 中，系統(tǒng)對于其頻率范圍內(nèi)的信號(hào)是完全透明的。這就是說，系統(tǒng)本身操作為在上行鏈路或 下行鏈路兩個(gè)方向上傳送落入系統(tǒng)通過范圍內(nèi)的任何類型或頻率的信號(hào)。在這些實(shí)施例 中，在系統(tǒng)的頻率范圍內(nèi)沒有頻率轉(zhuǎn)換且沒有濾波。一個(gè)實(shí)施例利用了如下事實(shí)多模光纖可被操作為承載直接表示已調(diào)制到頻 率-距離的乘積遠(yuǎn)超出光纖本身規(guī)格的載波信號(hào)上的信號(hào)的光。為此目的，在注入到光纖 之前，實(shí)施例允許在上行鏈路和下行鏈路方向上實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)不同的服務(wù)而不需要下轉(zhuǎn) 換(down-convert) 0當(dāng)然，很顯然，在信號(hào)控制體制(regime)對承載的信號(hào)強(qiáng)加約束的地方，使用對 信號(hào)透明的系統(tǒng)不阻止所承載的信號(hào)。換言之，使用透明的通信系統(tǒng)不與例如信號(hào)的承載 相沖突，其中，在信號(hào)的承載中，上行和下行鏈路確實(shí)具有確定的頻率關(guān)系。這一群組的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)具有若干優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)不受帶寬限制。只要附加的/將來的服務(wù)落入當(dāng)前頻率范圍內(nèi)，則任何這樣 的服務(wù)都能通過DAS承載。TDD和FDD服務(wù)都能被承載。窄帶系統(tǒng)不能承載TDD服務(wù)，這是因?yàn)檎瓗到y(tǒng)是基 于如下事實(shí)，即，發(fā)送和接收頻率不同，且在輸入/輸出處通過雙工濾波器結(jié)合。經(jīng)濟(jì)(即成本)與所承載的服務(wù)的數(shù)量不直接成比例。采用窄帶DAS，附加服務(wù)需 要附加裝備，從而成本隨服務(wù)的數(shù)量而增加。首先參照圖1，使用用于傳送信號(hào)的光纖的DAS 20的實(shí)施例具有分布系統(tǒng)30，該 分布系統(tǒng)30具有信號(hào)集線器300，連接為從例如移動(dòng)電話基站301、有線互聯(lián)網(wǎng)302、有線 LAN 303等接收信號(hào)301-3，以傳送到分布式天線400 ；具有遠(yuǎn)程單元310，經(jīng)由發(fā)送多模光
7纖501。集線器300還連接為接收在天線400處進(jìn)入DAS 20并經(jīng)由接收多模光纖502和遠(yuǎn) 程單元310而被傳送到集線器300的信號(hào)305。在本實(shí)施例中，光纖501、502相互之間基本 上相同。 實(shí)施例被設(shè)計(jì)成允許例如如下服務(wù)的傳送頻帶上行鏈路上行鏈路下行鏈路下行鏈路
(band)-較低-較高-較低-較高
TETRA380450390460
EGSM900880915925960
DCS18001710178518051880
UMTS1920198021102170
WLAN2400247024002470
WiMAX 2500 2700 2500 2700使用例如導(dǎo)電裝置(如同軸電纜)的其它介質(zhì)的實(shí)施例可具有類似的規(guī)格。實(shí)際的信號(hào)將取決于當(dāng)前的傳輸狀態(tài)-例如，如果在任何時(shí)間都沒有使用移動(dòng)電 話，則系統(tǒng)將不會(huì)承載這些信號(hào)。然而，當(dāng)需要時(shí)，其有能力做這些。參照圖2，分別位于集線器300處和遠(yuǎn)程單元310中的電光轉(zhuǎn)換設(shè)備311、370在光 纖501、502中生成光學(xué)信號(hào)，該光學(xué)信號(hào)為3G信號(hào)的光學(xué)模擬。沒有應(yīng)用頻率轉(zhuǎn)換。光電 轉(zhuǎn)換設(shè)備350、320從各光纖501、502接收光學(xué)信號(hào)，并提供光學(xué)信號(hào)的電信號(hào)模擬。電信 號(hào)再一次在沒有頻率轉(zhuǎn)換的情況下在接收方向上被饋送到集線器300，并在發(fā)送方向上被 饋送到天線400。轉(zhuǎn)換器設(shè)備311、370、350、320包括具有跨越DAS頻率范圍的高線性的RF和光學(xué) 放大級，從而能夠在寬頻范圍上通過多個(gè)載波，而沒有非線性導(dǎo)致的干涉。在這個(gè)實(shí)施例中中級鏈放大器(即，位于集線器和模塊RF路徑中)具有寬的帶寬(3dB增益帶寬 2. 7GHz)和較高的線性(平均50dBm的0IP2)。0IP2為理論輸出電平(level)，在此電平， 二階雙調(diào)失真(two-tone distortion)乘積在功率方面等于期望的信號(hào)。當(dāng)使用工廠校準(zhǔn)的輸入偏置電流而不是固定值時(shí)，線性DFB激光達(dá)到了 30dBm的0IP2。遠(yuǎn)程單元中的濾波器使2. 7GHz以上的第二階分量衰減(即，那些來自于1. 35GHz 以上的載波信號(hào)的分量)。這允許1. 35GHz以上的放大器性能變?yōu)榈谌A受限而不是第二 階(典型地，第三階限制允許低于第二階6dB的回退(back-off))。功率放大器預(yù)驅(qū)動(dòng)在1. 35GHz以下具有平均60dBm的0IP2。功率放大器為雙晶體管高線性設(shè)計(jì)，達(dá)到70dBm的0IP2。眾所周知，多模光纖由頻率-長度乘積“帶寬”參數(shù)所指定，通常用于過滿 注入(over-filled launch，0FL)。發(fā)送可以改良的方式實(shí)現(xiàn)，通過使用限模注入 (restricted-mode launch)代替過滿注入來改進(jìn)此參數(shù)所顯示出的明顯的限制，旨在避免 高階模式。以此方式，可以以比寬帶參數(shù)預(yù)期更高的重復(fù)率或更長的距離承載基帶數(shù)字信 號(hào)。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)延伸到可接受頻率限制以上的可用性能區(qū)域，可通過激勵(lì)模式 的恰當(dāng)選擇來訪問。如果注入條件恰當(dāng)，則此區(qū)域通?？梢詻]有零區(qū)域或損耗區(qū)域。注入可為除了偏移注入、角度偏移注入以外的軸平行注入，也可以為提供了對低
8和高階模式抑制的任何其它注入。對于某些多模光纖而言，中心注入起作用。在一種用于 mmf的安裝技術(shù)中，如果有臨界增益零值(null)，則將中心注入用作初始嘗試，接著改為偏 移注入。在遠(yuǎn)程單元310的實(shí)施例中，于上行鏈路開始，有一個(gè)光學(xué)模塊180，該光學(xué)模塊 180由具有用于下行鏈路光纖501的光學(xué)連接器的光電二極管350、用于將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成 期望的電信號(hào)的電子器件(未示出)、具有注入器(launch)以能夠連接上行鏈路光纖502 的激光器370、以及用于激光器的必要驅(qū)動(dòng)電子器件(未示出)組成。光電二極管350被耦合為從引入的光纖501接收光并在節(jié)點(diǎn)351處提供電輸出。 電節(jié)點(diǎn)351處的信號(hào)直接對應(yīng)于光纖501上的光的變化。電節(jié)點(diǎn)351形成去往遠(yuǎn)程單元的 電子器件315的輸入。電子器件315具有輸出連接到濾波器353的功率檢測器352，該濾波 器353具有去往數(shù)字控制器355的低通輸出354。濾波器353的高通輸出356饋送到斜率 補(bǔ)償器357，并且斜率補(bǔ)償器357的輸出經(jīng)由開關(guān)358和可控衰減器359饋送到高線性功 率放大器360 (在操作的寬帶內(nèi)不進(jìn)行濾波)，該放大器360具有用于驅(qū)動(dòng)發(fā)送天線(未示 出)的輸出361。可控衰減器359允許具有不同數(shù)量的損耗以及輸出電平控制的不同光學(xué)鏈路長 度和類型。這用于與斜率補(bǔ)償器357相關(guān)聯(lián)，如下文所述，該斜率補(bǔ)償器357使這些不同光 學(xué)鏈路的增益分布(gain profile)變平。362為另一可變衰減器，其用于改變系統(tǒng)靈敏度 (零衰減=高靈敏度但是更易受干擾影響，高衰減=低靈敏度但是高干擾保護(hù))。在一些實(shí)施例中，還有允許被用于自適應(yīng)干擾保護(hù)的AGC檢測器(未示出)。這在 寬帶系統(tǒng)中是有用的，在該寬帶系統(tǒng)中，它們可為用于DAS的帶內(nèi)的構(gòu)造中的多個(gè)上行鏈 路射頻源，而與所連接的基站或中繼器不相關(guān)。位于來自集線器的上行鏈路上的功率檢測器352用于測量從集線器到遠(yuǎn)程單元 的光纖損耗。濾波器352允許提取和插入低頻、帶外、通信信道，以允許集線器和遠(yuǎn)程單元 進(jìn)行通信。在本實(shí)施例的下行鏈路側(cè)中，來自接收天線的輸入362向可控衰減器363的輸入 提供RF信號(hào)。衰減器具有被耦合到低噪聲放大器365的輸出節(jié)點(diǎn)364，并且其具有依次經(jīng) 由開關(guān)366耦合到濾波器電路367的輸出。濾波器電路367的輸出經(jīng)由適合的驅(qū)動(dòng)電路 (未示出)被連接到激光器370，此處激光器370為DFB激光器。激光器370的光學(xué)輸出被 連接，以將光注入下行鏈路光纖502。來自控制器355的信號(hào)可經(jīng)由濾波器367和下行鏈路光纖502傳遞回至集線器。每根光纖運(yùn)行具有絕對損耗，該損耗將隨著介質(zhì)和長度以及隨頻率的增益斜率而 改變，從而使得較高頻率(例如2. 7GHz)比較低頻率(例如200MHz)衰減更多。此增益斜 率可超出操作頻帶達(dá)到18dB。在同軸式實(shí)施例中，增益斜率可達(dá)到23dB。期望在集線器和 所有遠(yuǎn)程單元之間達(dá)到近似平坦的頻率響應(yīng)，否則不可能精確地控制處于不同頻率和不同 遠(yuǎn)程單元處的服務(wù)的絕對和相對功率電平(因?yàn)橐坏┒鄠€(gè)服務(wù)被組合，這些服務(wù)在寬帶RF 系統(tǒng)中就不能被分離并且不能被轉(zhuǎn)移電平)。因此每個(gè)互連(interconnection)都被斜率 和增益補(bǔ)償，從而所有服務(wù)的相對功率電平都獨(dú)立于長度和電纜類型。這是通過斜率補(bǔ)償 器357和用于上行鏈路路徑的配對斜率補(bǔ)償器來完成的。在實(shí)施例中，多個(gè)補(bǔ)償器的每個(gè) 補(bǔ)償器均具有多個(gè)可選擇的頻率增益特性被編程到這些補(bǔ)償器中，從而使得控制器355可選擇基本上補(bǔ)償相關(guān)光纖特性的特性。在設(shè)置步驟期間選擇特性。在這個(gè)實(shí)例中，被連接到光纖501、502的集線器中的 信號(hào)發(fā)生器被控制以給定功率電平在期望的第一帶內(nèi)頻率(in-band frequency)處向下行 鏈路光纖501提供信號(hào)，之后向功率檢測器352提供。所檢測的功率電平被傳送到控制器 355。然后，不同的第二帶內(nèi)頻率經(jīng)由下行鏈路光纖501輸出，相關(guān)功率被檢測，以及其數(shù)值 被供應(yīng)到控制器355。這將針對不同的頻率而重復(fù)，以獲得光纖355的頻率特性的信息。本 實(shí)施例的控制器355將功率電平的信息經(jīng)由上行鏈路光纖502發(fā)送回集線器，并做出最適 合補(bǔ)償特性的選擇。然后，命令信號(hào)經(jīng)由下行鏈路光纖501發(fā)出，其被傳遞到控制器355，其 輸出用于命令補(bǔ)償器357選擇相關(guān)的最適合的曲線。通過使用環(huán)回開關(guān)，集線器中的信號(hào)發(fā)生器可接著被用于以類似的方式補(bǔ)償上行 鏈路光纖的頻率特性。在其它實(shí)施例中，控制器355被編程以基于其做出的測量來設(shè)置相 關(guān)補(bǔ)償器357的特性，而無需來自集線器的進(jìn)一步命令。在其它實(shí)施例中，信號(hào)發(fā)生器可在 遠(yuǎn)程單元中以及集線器中提供?？蛇x擇地，信號(hào)發(fā)生器可根據(jù)需要作為調(diào)試過程的一部分 而暫時(shí)連接。在本實(shí)施例中，光纖為多模光纖，并且激光器370經(jīng)由單模跳線(patch cord)被 耦合到該光纖，以向光纖502提供除了空間偏移注入光以外的同軸注入光。上行鏈路上的開關(guān)358與下行鏈路側(cè)上的開關(guān)366共同提供環(huán)回功能，以允許將 來自集線器的信號(hào)被切換回到集線器，以便允許集線器執(zhí)行RF環(huán)回測量。這是從集線器去 往遠(yuǎn)程單元再返回到集線器，以便經(jīng)測量電纜/光纖對頻率的損耗。下行鏈路路徑中的可控衰減器359，以及上行鏈路路徑中的可控衰減器363分 別允許輸出功率控制和輸入信號(hào)電平控制。在系統(tǒng)中，每個(gè)遠(yuǎn)程單元需要兩個(gè)斜率補(bǔ) 償器模塊。在本實(shí)施例中，上行鏈路中的357在RU 311處提供，且下行鏈路中的363 在集線器中提供。它們被操作來補(bǔ)償發(fā)送信道中(典型在光纖501中)的頻率依賴 (frequency-dependent)損耗。典型地，天線由有源器件和無源器件組成。有源器件為天線，并具有用于信號(hào)的 導(dǎo)電連接。無源器件不是導(dǎo)電連接以允許的信號(hào)輸入或輸出，并在下文中稱作“短截線 (stub)”。參照圖3，天線模塊1的第一實(shí)施例具有兩根寬帶印刷單極天線10、11，每根單極 天線都位于單個(gè)印刷線路板20上。PCB 20豎立為與公共(common)接地平面21正交。接 地平面具有寬度尺寸和長度尺寸，在此實(shí)施例中長度尺寸大于寬度尺寸。天線布置被安排 以提供所需隔離，典型為在系統(tǒng)的頻率范圍上跨越40dB。本實(shí)施例提供單個(gè)PCB方案，封裝 為單個(gè)天線模塊，其中，隔離被設(shè)計(jì)成固有的，而無需對天線進(jìn)行定位。在本實(shí)施例中，天線模塊遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)該天線模塊的電子器件。在另一實(shí)施例中，其與 寬帶功率發(fā)送放大器和低噪聲接收放大器集成在一起，從而最小化安裝的復(fù)雜性。本實(shí)施例的兩根寬帶印刷單極天線10、11橫向地分隔開，并排列在公共平面上。 在本發(fā)明中，兩根天線10、11類似普通的矩形貼片，每根天線具有限定了高度尺寸的各第 一側(cè)，在與接地平面21垂直的方向上延伸，與天線寬度尺寸類似，還由垂直于各第一側(cè)的 并以沿著對應(yīng)于接地平面21的長度尺寸的PCB的方向延伸的各第二側(cè)限定。在其它實(shí)施 例中，每根天線可建構(gòu)為桿形、條形或貼片形。
在電學(xué)術(shù)語中，此高度尺寸典型為最低操作頻率處的四分之一波長。在本實(shí)施例 中，貼片10、11的高度在物理上低于此值，這是因?yàn)橘N片10、11的面積(器件的外圍)，以及 事實(shí)上其與電介質(zhì)臨界，在這里是被接合到具有板20的約4. 5介電常數(shù)的電介質(zhì)上。天線10、11被分開少于2λ。電連接經(jīng)由各絕緣饋通件12、13完成。每根單極天線具有設(shè)置在附近的各對第一短截線31、32和33、34，以及位于單極 天線之間的附屬短截線35、36、37。短截線接地到接地平面21，并從接地平面21延伸。每根 短截線31-37均具有至少一個(gè)一般平行于高度維度延伸的第一近部(proximal portion) 0 在本實(shí)施例中，第一短截線31-34具有大體上倒置的“L”形，具有從近部的遠(yuǎn)端大體上平行 于接地平面21的長度維度延伸的遠(yuǎn)部(distal portion)。在本實(shí)施例中，第一短截線31-4 沒有與電介質(zhì)為臨界，并且它們相對較窄。因此，它們的接近四分之一波長的電氣長度的物 理長度大于貼片的高度。第一短截線31、32和33、34成對地布置在印刷線路板20的每一 側(cè)，縱向上位于貼片天線10、11之間并與其在接地平面21的長度維度上相距近似等于短截 線的遠(yuǎn)部的長度的量值，如此排列從而遠(yuǎn)部的端點(diǎn)近似對準(zhǔn)各貼片天線10、11的邊緣。在一些實(shí)施例中，包括本實(shí)施例，期望將天線模塊的整體尺寸保持為盡可能的小， 這主要是因?yàn)槊烙^的原因，但是還要保證其可用在場所的最大可能范圍。然而，在尺寸小 上具有由于第一短截線31-34的高度維度的長度而導(dǎo)致的限制因素，并且事實(shí)上它們沒 有布置在天線模塊的中心軸上。近部和遠(yuǎn)部的長度約為λ/4，其中λ為最低頻帶(例如 850-950ΜΗζ)的波長。為了得到此長度，如上文所討論的，器件在水平上彎折其長度的一部份。垂直/水 平比幾乎可以為任意。在本實(shí)施例中，選擇在容納天線模塊的天線屏蔽器的輪廓內(nèi)緊貼地 適配。然而，彎折短截線器件不是不考慮其底側(cè)，這是因?yàn)橛捎谒?遠(yuǎn))部和接地平面21 之間的接近從而使水平部將電容增加到短截線。外部電容影響無源器件的整個(gè)物理長度。第一短截線31-34的位置的選擇是重要的，這是由于其提高了天線之間的直接耦 合的良好消除的緣故。由于其可取決于多個(gè)效果，因此可通過反復(fù)試驗(yàn)而達(dá)到位置的選擇。 一方面，短截線的電氣長度中的任何變化將導(dǎo)致相位變化，相位變化依次影響無源器件的 物理位置。在描述的實(shí)施例中，第一短截線31-34在尺寸上彼此相同?？蛇x擇不同長度的短 截線，但是這將會(huì)改變它們的物理布置以達(dá)到相同的消除輪廓(cancellation profile)。示出的第一短截線均向外轉(zhuǎn)折，即它們的遠(yuǎn)部朝向?yàn)檫h(yuǎn)離接地平面的中心區(qū)域。 然而，可選擇地，這還將會(huì)能夠使一些或所有短截線向內(nèi)部轉(zhuǎn)折，從而遠(yuǎn)部彼此相對。每個(gè) 方向均具有不同的相位效果且需要第一短截線的不同布置。描述的實(shí)施例具有向外彎折的第一短截線31-34，其具有降低貼片天線10、11的 頻率性能以及對耦合到短截線的功率給出更多控制的優(yōu)點(diǎn)。在本實(shí)施例中，另外的短截線35-37與貼片天線10、11共面，且具有貼片本身的形 式，被配置在PCB 20上。在本實(shí)施例中，短截線31、32、33、34、35、36、37為條形然而在其 它實(shí)施例中，短截線可為任何方便的形式，例如桿形或其它橫截面。在本實(shí)施例中，具有一 對相對較小的矩形短截線35、37，每根短截線位于貼片天線10、11的最近邊緣之間的距離 的1/3左右，具有貼片天線10、11的高度的1/3左右的高度，并且中心矩形短截線36具有 小矩形短截線35、37的高度的兩倍左右。每根短截線沿著PCB 20的長度方向的長度為貼 片天線IOUl之間的間距的1/12左右。在中頻范圍為1850-1950MHZ范圍的本實(shí)施例中，中心矩形短截線30的高度約為第一短截線31、32、33、34的長度的一半左右，并提供間隔。 小矩形短截線35、37具有相同的功能，但用于2. 2-2. 6GHz的范圍。兩根貼片天線10、11憑借應(yīng)用的特點(diǎn)和封裝的約束而彼此間隔很近。在最低頻率 處，天線之間的RF隔離在其最低值處。最低頻率處第一短截線31、32、33、34諧振的增加提 供了天線之間的可選擇的耦合路徑，消除了初始耦合路徑，導(dǎo)致天線之間的較高隔離。第一 短截線的帶寬消除覆蓋了頻率的較低范圍。在較高頻帶處，由于貼片天線10、11之間的電氣分離增加，從而它們之間的耦合 功率降低。對于這些頻帶，短截線具有更小的尺寸，從而可進(jìn)一步地遠(yuǎn)離貼片天線10、11。 消除電平的效果遠(yuǎn)不如第一短截線31-4的效果引人注目。然而，它們在較高頻率處確實(shí)提 供了一些dB的額外的隔離。在中間范圍頻率處，短截線31、32、33、34作為提供某些隔離的反射器/控制器。 中心的另外短截線36趨向于在這些中間范圍頻率處諧振，以導(dǎo)致兩根天線10、11之間的隔 離，并且小的附加短截線35、37也做出了一些貢獻(xiàn)。在這些頻率處，由于天線之間的電氣分 離顯著增加，從而隔離增加。在高端頻率處，短截線35、37趨向于諧振，并且它們的效果為增加天線10、11之間 的電氣分離。第一短截線31、32、33、34對整體隔離提供的了最小貢獻(xiàn)，并且中心的附加短 截線36提供了一些隔離貢獻(xiàn)。在本實(shí)施例中，所有的短截線和附加短截線31-37電接合到導(dǎo)電接地平面21。此 外，在本實(shí)施例中，每根單極天線使用兩根第一短截線，但是其它的數(shù)量也是可預(yù)想到的。在本實(shí)施例中，參照圖3，短截線對稱地放置。然而，在其它實(shí)施例中，不對稱可取 決于預(yù)期的性能條件而提供改良的結(jié)果。由于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)短截線的布置在天線-天線的隔離 中起到了顯著的作用，從而有必要改變短截線的布置來達(dá)到預(yù)期的隔離。在描述的實(shí)施例中，雙天線模塊與遠(yuǎn)程單元集成，該遠(yuǎn)程單元具有被集成到雙天 線模塊內(nèi)的用于接收信號(hào)的寬帶發(fā)送功率放大器和低噪聲放大器，從而最小化安裝的復(fù)雜 性，并提供最佳噪聲和匹配性能。在其它實(shí)施例中，天線與遠(yuǎn)程單元分離。在分布式天線系統(tǒng)的描述實(shí)施例中，經(jīng)由多模光纖完成從集線器到遠(yuǎn)程單元的信 號(hào)傳送。在本實(shí)施例中，各個(gè)激光二極管用于每根上行鏈路光纖和每根下行鏈路光纖，從而 提供多種服務(wù)。如果需要，當(dāng)然能夠?qū)γ總€(gè)服務(wù)或不同的服務(wù)組使用不同的激光器。在其 它實(shí)施例中，使用信號(hào)轉(zhuǎn)換器的其它裝置來代替如雙同軸電纜，一根電纜用于上行鏈路，一 根電纜用于下行鏈路?？蛇x擇地，單模光纖可被取代。使用mmf的所描述的系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)完全可應(yīng)用于單模光纖的實(shí)施例。如果省 略了光學(xué)模塊180和位于集線器處的相應(yīng)光學(xué)模塊，則導(dǎo)電鏈路可被用于代替光纖。在一 個(gè)實(shí)施例中，需要接口模塊以允許導(dǎo)電鏈路與導(dǎo)電鏈路匹配且承載所需的信號(hào)電平；然而 在其它實(shí)施例中，也能夠直接耦合到導(dǎo)電鏈路(例如同軸電纜鏈路)。在提供同軸電纜鏈路 的情況下，其可用于承載被饋送到遠(yuǎn)程單元的電源。參照圖4，天線模塊的另一實(shí)施例100具有兩根寬帶印刷單極天線110、111，每根 寬帶印刷單極天線被安排在單個(gè)PCB 20上，具有適合的阻扼(choke)，以提供跨越系統(tǒng)的 頻率范圍的所需隔離。本實(shí)施例提供了單個(gè)PCB解決方案，其可被封裝成單個(gè)天線模塊，并 且其中，隔離被設(shè)計(jì)成固有的，而無需對天線模塊進(jìn)行定位。
描述的實(shí)施例的兩根寬帶印刷單極天線被安排為在同一平面上彼此平行，并與 PCB 120的接地平面121垂直。在本實(shí)施例中，每根天線110、111為類似的貼片；然而在其 它實(shí)施例中，每根天線可被構(gòu)建成桿形、條形或貼片形。兩根天線均具有相同的方位；它們被安裝到共電金屬接地平面上，并且分離開小 于2λ。經(jīng)由各絕緣饋通件112、113完成電連接。每根單極天線具有各對短截線131、132、133、134，所述各對短截線位置接近以形 成條形并在偏離其它單極天線的方向上提供更多的方向性，即提供單極天線之間的隔離。 在本實(shí)施例中，短截線131、132、133、134為基本上具有與貼片天線相同的高度的條形然 而，在其它實(shí)施例中，短截線可具有任何方便的形式，例如桿形，或其它橫截面形。兩根天線110、111彼此之間必須間隔很近。在最低頻率處，天線之間的RF隔離在 其最低值處。在此頻率處短截線131、132、133、134諧振的增加提供了天線之間的可選擇的 耦合路徑，消除了初始耦合路徑，導(dǎo)致天線之間的較高隔離。短截線的帶寬消除覆蓋了頻率 的較低范圍。在中間范圍頻率處，由于天線110、111和短截線31、32、33、34合成的方向性，短截 線31、32、33、34作為提供某些隔離的反射器/控制器。在這些頻率處，由于天線之間的電 氣分離顯著增加，從而隔離增加。在高端頻率處，隔離主要是由于天線110、111之間的電氣分離的增加短截線31、 32、33、34對天線之間的整體隔離提供了較小貢獻(xiàn)。在本實(shí)施例中，短截線31、32、33、34被電接合到導(dǎo)電接地平面；此外，在本實(shí)施例 中，每根單極天線使用兩根短截線，但是其它的數(shù)量也是可預(yù)想到的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于許多應(yīng)用而言，λ/4左右的短截線長度提供了好的結(jié)果。然而，短 截線長度可以變化，而無需所有短截線都具有相同長度。在第二實(shí)施例中，短截線對稱地放置。然而，在其它實(shí)施例中，不對稱可取決于預(yù) 期的性能條件而提供改良的結(jié)果。由于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)短截線的布置在天線-天線的隔離中起到 了顯著的作用，從而有必要改變短截線的布置，以達(dá)到預(yù)期的隔離。短截線作為次級輻射器 (radiators)，從而提供從短截線到短截線和從短截線到天線的次級耦合路徑。這些次級路 徑能夠被安排來消除當(dāng)短截線不存在時(shí)存在于天線之間的初級耦合路徑。在第二實(shí)施例中，通過將接地平面繞自身彎折而使接地平面延長，以增加較低頻 率處的隔離。在彎折的接地平面中形成空洞(hole)也是必要的，從而在每根單極天線中心 下僅存在單個(gè)接地平面。在天線模塊的描述實(shí)施例中，天線模塊距離驅(qū)動(dòng)該天線模塊的電子器件較遠(yuǎn)。在 其它實(shí)施例中，其與寬帶功率發(fā)送放大器和低噪聲接收放大器集成，這樣最小化了安裝的 復(fù)雜性。描述的多介質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了增加的撓性。在又一實(shí)施例中，僅載波調(diào)制信號(hào)被多模 光纖所承載，且數(shù)字或基帶信號(hào)被分離的天線饋線(例如同軸電纜)所承載。現(xiàn)在已經(jīng)參照某些具體實(shí)例描述了本發(fā)明。本發(fā)明不限于所描述的特征。
權(quán)利要求
一種具有各自發(fā)送天線和接收天線的寬帶天線設(shè)備，所述發(fā)送天線和接收天線被布置在單個(gè)封裝中并被安排為提供相互之間的隔離，從而使得來自所述發(fā)送天線的使用中的噪聲與所述發(fā)送天線隔離，由此能夠在與發(fā)送頻率相同的頻率處進(jìn)行接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線設(shè)備，其中所述發(fā)送天線和接收天線被布置為密切的相 互物理接近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線設(shè)備，其中所述發(fā)送天線和接收天線被分離少于最低頻 率的波長的兩倍。
4.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的天線設(shè)備，具有大體布置在所述發(fā)送天線和接收天線之間以提高所述發(fā)送天線和接收天線之間 的電隔離的多個(gè)短截線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線設(shè)備，其中，所述多個(gè)短截線包括尺寸約為最低發(fā)送/接 收頻率的波長的四分之一的短截線。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線設(shè)備，其中，所述多個(gè)短截線包括安排為在所述寬帶的 中頻帶頻率周圍處以及最高頻率周圍處提供隔離的短截線。
7.一種分布式天線系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有 集線器；至少一個(gè)遠(yuǎn)程天線設(shè)備，具有相關(guān)的發(fā)送天線和相關(guān)的接收天線； 上行鏈路，為從所述集線器到所述發(fā)送天線的信號(hào)提供路徑； 下行鏈路，為從所述接收天線到所述集線器的信號(hào)提供路徑， 其中，所述系統(tǒng)適于能夠同時(shí)傳遞多個(gè)不同的通信服務(wù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置為能夠經(jīng)由單個(gè)上行鏈路和單個(gè) 下行鏈路同時(shí)承載如下服務(wù)Tetra、EGSM900、DCS1800、UMTS、WLAN以及WiMax。
9.一種分布式天線系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有 集線器；至少一個(gè)遠(yuǎn)程天線設(shè)備，具有相關(guān)的發(fā)送天線和相關(guān)的接收天線； 上行鏈路，為從所述集線器到所述發(fā)送天線的信號(hào)提供路徑； 下行鏈路，為從所述接收天線到所述集線器的信號(hào)提供路徑，其中，所述上行鏈路和所述下行鏈路的每一個(gè)鏈路均具有補(bǔ)償設(shè)備，所述補(bǔ)償設(shè)備具 有多個(gè)可選擇的頻率增益特性，以在各個(gè)所述鏈路中為頻率依賴損耗提供補(bǔ)償。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送天線和接收天線設(shè)置在單個(gè)模塊中。
11.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述上行鏈路和下行鏈路均適于承載頻 率范圍介于130MHz和2. 7GHz之間的信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7-11中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述上行鏈路和所述下行鏈 路通過多模光纖被提供。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中注入到各根所述光纖中提供數(shù)量有限的模式， 優(yōu)選地，其中注入到各根所述光纖中適于去除最低階模式和較高階模式。
14.根據(jù)權(quán)利要求7-11中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述上行鏈路和所述下行鏈 路由一根或多根單模光纖和諸如同軸電纜的導(dǎo)電鏈路所提供。
15.一種分布式天線系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有 集線器；至少一個(gè)遠(yuǎn)程天線設(shè)備，具有相關(guān)的發(fā)送天線和相關(guān)的接收天線； 上行鏈路，為從所述集線器到所述發(fā)送天線的發(fā)送信號(hào)提供路徑； 下行鏈路，為從所述接收天線到所述集線器的接收信號(hào)提供路徑， 其中，所述系統(tǒng)適于能夠同時(shí)傳遞相同頻率的發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求7-15中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，具有濾波器，用于從所述下行鏈 路提取命令信號(hào)以控制所述遠(yuǎn)程天線設(shè)備。
17.根據(jù)權(quán)利要求7-16中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述遠(yuǎn)程天線設(shè)備包括控制 設(shè)備，該控制設(shè)備被連接以接收來自所述濾波器的信號(hào)，并具有用于控制所述遠(yuǎn)程天線設(shè) 備的組件的輸出。
18.—種分布式天線系統(tǒng)的操作方法，該方法包括通過將預(yù)定載波頻率的電信號(hào)經(jīng) 由寬帶鏈路傳遞到發(fā)送天線，響應(yīng)具有該載波頻率的相應(yīng)信號(hào)，從所述發(fā)送天線輻射該頻率的信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述鏈路適于承載跨越從130MHz延伸到 2. 7GHz的頻帶的信號(hào)。
全文摘要
文檔編號(hào)H01Q1/52GK101953023SQ200980105300
公開日2011年1月19日 申請日期2009年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月14日
發(fā)明者Gears Trevor, Boz Zafer, Howe Graham Ronald, Mezzarobba Emiliano, Freeman Benedict Russell, Bell Andrew Robert 申請人:Zinwave Ltd