專利名稱：多發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的制作方法
背景本發(fā)明一般涉及電信，具體涉及蜂窩無(wú)線通信。
象蜂窩和衛(wèi)星無(wú)線電話系統(tǒng)這樣的現(xiàn)代通信系統(tǒng)，采用各種運(yùn)行模式(模擬、數(shù)字以及混合)和接入技術(shù)，如頻分多址接入(FDMA)、時(shí)分多址接入(TDMA)、碼分多址接入(CDMA)以及這三種技術(shù)的混合。
在北美，將使用TDMA的數(shù)字蜂窩無(wú)線電話系統(tǒng)稱作數(shù)字高級(jí)移動(dòng)電話業(yè)務(wù)(D-AMPS)，其某些特征在電信行業(yè)協(xié)會(huì)和電子行業(yè)協(xié)會(huì)(TIA/EIA)出版的TIA/EIA/IS-136標(biāo)準(zhǔn)中被詳細(xì)說(shuō)明。TIA/EIA/IS-95標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)說(shuō)明了另一個(gè)使用直接序列CDMA的數(shù)字通信系統(tǒng)，EIASP3389標(biāo)準(zhǔn)(PCS1900)中詳細(xì)說(shuō)明了跳頻CDMA通信系統(tǒng)。PCS1900標(biāo)準(zhǔn)是一種在北美之外通用的全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)的實(shí)現(xiàn)，并且該系統(tǒng)被引入北美用于個(gè)人通信業(yè)務(wù)(PCS)系統(tǒng)。
在這些通信系統(tǒng)中，通過(guò)頻率在800兆赫茲(MHz)、900MHz、1800MHz和/或1900MHz附近的頻率調(diào)制的無(wú)線載波信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在TDMA系統(tǒng)甚至不同程度地在CDMA系統(tǒng)中，每個(gè)無(wú)線信道被劃分為一系列時(shí)隙，其中的每一個(gè)時(shí)隙含有一個(gè)用戶的信息塊。這些時(shí)隙被分組成連續(xù)的幀，每個(gè)幀有一個(gè)預(yù)定時(shí)長(zhǎng)，這些連續(xù)的幀被分組成連續(xù)的通常被稱作超幀的幀。通信系統(tǒng)使用的接入技術(shù)的種類(如TDMA或CDMA)影響用戶信息在時(shí)隙和幀上如何表達(dá)，但目前的接入技術(shù)都使用一種時(shí)隙/幀結(jié)構(gòu)。
為這些蜂窩無(wú)線通信系統(tǒng)建立更好的天線系統(tǒng)的努力正在得到越來(lái)越多的注意。特別是，多波瓣天線頻繁地被提及作為小區(qū)規(guī)劃的下一次 革命，使用這種天線的系統(tǒng)的例子正在針對(duì)GSM系統(tǒng)和寬帶CDMA系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。使用多波瓣天線的一些原因?qū)南旅娴挠懻撝凶兊妹黠@。


圖1表示傳統(tǒng)的蜂窩無(wú)線通信系統(tǒng)100的一個(gè)例子，它包括連接到多個(gè)相應(yīng)的天線130a-130n的多個(gè)無(wú)線基站(RBS)170a-170n。RBS/天線組合的無(wú)線覆蓋范圍由相應(yīng)的小區(qū)110a-110n表示，僅為方便起見(jiàn)，用六邊形表示這些小區(qū)。RBS 170a-170n，連同天線130a-130n與多個(gè)位于小區(qū)110a-110n中的遠(yuǎn)程終端(RT)120a-120m(例如，移動(dòng)臺(tái))通信。用于從一個(gè)RBS發(fā)送信號(hào)到一個(gè)RT的通信鏈路通常被稱作下行鏈路，而用于從一個(gè)RT發(fā)送信號(hào)到一個(gè)RBS的通信鏈路通常稱作上行鏈路。
RBS 170a-170n連接到移動(dòng)電話交換局(MTSO)150，它的其中一種任務(wù)是協(xié)調(diào)RBS的活動(dòng)，如在通信鏈路從一個(gè)RBS或小區(qū)切換到另一個(gè)的過(guò)程中。MTSO可以連接到另一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，如公用交換電話網(wǎng)160，它通過(guò)類似電話180a、計(jì)算機(jī)180b和傳真機(jī)180c的各種通信設(shè)備為用戶服務(wù)。
圖2給出了一個(gè)典型的GSM類型的通信系統(tǒng)。每個(gè)RBS170典型地處理多個(gè)控制和業(yè)務(wù)信道，它們通過(guò)由控制器174監(jiān)視的多個(gè)收發(fā)信機(jī)(TRX)172來(lái)承載話音、傳真、視頻和其它信息。每個(gè)TRX 172可以看作有一個(gè)基帶部分176，它用來(lái)對(duì)于下行鏈路從基站控制器(BSC)140接收信息信號(hào)幀，以及一個(gè)射頻(RF)部分178，它恰當(dāng)?shù)赜貌糠中畔⑿盘?hào)幀(如一個(gè)時(shí)隙或多個(gè)時(shí)隙)來(lái)調(diào)制RF載波信號(hào)。另外在圖2的示范蜂窩系統(tǒng)中示出的是一個(gè)RT120，它包括用來(lái)在業(yè)務(wù)和控制信道上與RBS通信的一個(gè)收發(fā)信機(jī)122，以及一個(gè)用來(lái)控制該RT的操作的處理器124。
TRX通過(guò)天線130發(fā)送和接收信號(hào)，只是為了解釋方便起見(jiàn)，該天線被示為獨(dú)立地連接到單獨(dú)的TRX。由于GSM系統(tǒng)可以為導(dǎo)向一個(gè)特定RT的每個(gè)信息信號(hào)幀中的不同部分(例如時(shí)隙或脈沖串)使用不同載波，所以每個(gè)TRX的RF部分實(shí)現(xiàn)載波頻率跳躍。典型地控制多個(gè)RBS的BSC“知道”每個(gè)RBS中有多少個(gè)TRX并分配多個(gè)載波(例如8個(gè))給每個(gè)TRX。這樣，由BSC從MTSO150接收到的信息信號(hào)幀或脈沖串可以基于包含在信號(hào)幀中的信息單元被導(dǎo)向特定的RBS 170中的特定TRX172上；余下則由RBS處理這些幀以及載波跳頻時(shí)隙到合適的TRX的分布。每個(gè)基帶部分176包括檢查從BSC接收到的信息的處理器，并且基于每個(gè)時(shí)隙期望的載波指示，恰當(dāng)?shù)幕鶐Р糠謱r(shí)隙信息傳送到其相關(guān)的RF部分178以傳輸?shù)教囟ǖ腞T。
處理控制信道的TRX將控制消息(例如由RBS和RT交換的呼叫-或會(huì)話-建立消息和由RT用來(lái)同步它們的收發(fā)信機(jī)到RBS的幀/時(shí)隙/比特結(jié)構(gòu)的同步消息)廣播到鎖定于該控制信道的RT。應(yīng)當(dāng)理解，TRX172可以作為用于共享相同載波信號(hào)的控制和業(yè)務(wù)信道的單一設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。
給定小區(qū)中的下行鏈路會(huì)因運(yùn)行在相同頻帶的其它RBS或發(fā)射機(jī)所發(fā)送的信號(hào)而降低質(zhì)量。一個(gè)頻率重用方案通過(guò)將潛在干擾小區(qū)彼此盡可能遠(yuǎn)地定位，來(lái)減輕這種干擾。傳輸功率控制通過(guò)保證發(fā)射機(jī)使用正常通信所需的最小能量也能減小這種干擾。
通過(guò)使用多個(gè)窄波束天線來(lái)與小區(qū)中的終端通信，也可以進(jìn)一步減小這種干擾。一個(gè)窄波束天線與小區(qū)中的一個(gè)相應(yīng)的有限地理區(qū)域交換信號(hào)，從而減小該區(qū)域以外的終端所遭受的干擾。當(dāng)今的通信系統(tǒng)典型地被分成三個(gè)120°扇區(qū)，其中的每一個(gè)扇區(qū)由三個(gè)扇區(qū)天線中相應(yīng)的一個(gè)天線服務(wù)，或者被分成六個(gè)60°扇區(qū)，其中的每一個(gè)扇區(qū)由六個(gè)扇區(qū)天線中相應(yīng)的一個(gè)服務(wù)。應(yīng)當(dāng)理解，可以用有多個(gè)固定或獨(dú)立操縱的窄波束的相控陣天線來(lái)實(shí)現(xiàn)甚至更小的“扇區(qū)”。
例如，圖3表示通信系統(tǒng)200中的一個(gè)小區(qū)，該系統(tǒng)有使用一個(gè)具有多個(gè)窄波束(B1，B2，B3，B4等)的天線(未示出)的RBS 220，這些窄波束呈放射狀從RBS 220延伸出來(lái)。優(yōu)選地，波束重疊以完全覆蓋該小區(qū)。盡管未示出，但天線包括三個(gè)獨(dú)立的相控陣扇區(qū)天線，其中的每一個(gè)與從RBS 220延伸出來(lái)的120°地帶通信。圖3還表示位于波束B1內(nèi)的RT210，并且使用該波束B1或者可能還使用一個(gè)或多個(gè)鄰近波束在RBS 220和終端210之間繼續(xù)進(jìn)行通信。
在這種通信系統(tǒng)中，可以由窄波束(高增益)天線在特定方向上選擇性地發(fā)送和接收信號(hào)，降低終端所遭受的干擾。這導(dǎo)致了一條通信鏈路中的載噪(C/I)比的提高和系統(tǒng)容量的增加。例如，如Garg等人的Applications of CDMA in Wireless/Personal Communications(無(wú)線/個(gè)人通信中的CDMA的應(yīng)用)，Prentice Hall(1997)中第332-334頁(yè)上所描述的，對(duì)于某些小區(qū)分扇區(qū)方案，一個(gè)理想化八波束天線可以提供容量上的三倍提高。
一般地，在蜂窩電話系統(tǒng)中為象RBS這樣的應(yīng)用使用一個(gè)多波瓣天線意味著要使用至少一個(gè)多載波功率放大器(MCPA)，該放大器是用來(lái)放大一個(gè)由多個(gè)不同的載波信號(hào)構(gòu)成的RF信號(hào)的設(shè)備。從圖4A和4B中可以理解針對(duì)使用MCPA的RBS的兩種方法。
圖4A表示反映被稱作MCR/MCPA方法的RBS。由多個(gè)基帶單元產(chǎn)生的預(yù)定給相同天線波束的數(shù)字信號(hào)(即數(shù)字到模擬(D/A)轉(zhuǎn)換之前的信號(hào))，被公共的寬動(dòng)態(tài)范圍D/A開(kāi)關(guān)相加和處理。如圖4A所示，由基帶部分1、2、3產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)在多載波無(wú)線設(shè)備(MCR)1和MCR2中相加。名稱“多載波無(wú)線設(shè)備”或MCR來(lái)自于這樣一個(gè)事實(shí)，即諸如調(diào)制器、濾波器和RF放大器這樣的模擬部件對(duì)于被合并的信號(hào)來(lái)說(shuō)是公共的。然后通常由圖4A中的MCPA對(duì)由每個(gè)MCR產(chǎn)生的結(jié)果信號(hào)進(jìn)行放大。每個(gè)基帶單元選擇在其上發(fā)送的天線波束，并發(fā)送其數(shù)字信號(hào)到相應(yīng)的MCR。由于多個(gè)基帶單元可以同時(shí)在相同的天線波束上發(fā)送，所以無(wú)線設(shè)備和功率放大器必須是多載波的，對(duì)于圖4A所示的每個(gè)天線有一個(gè)MCR和一個(gè)MCPA。
圖4B表示反映被稱作SCR/MCPA方法的RBS。不是象在MCR/MCPA方法中在基帶數(shù)字地合并信號(hào)，而是每個(gè)基帶單元由一個(gè)單獨(dú)的無(wú)線設(shè)備(從而得名“單載波無(wú)線設(shè)備“或SCR)處理，并且以低RF功率合并和切換單獨(dú)的被調(diào)制的載波信號(hào)。最終放大到適合傳輸?shù)墓β孰娖叫枰獙?duì)于每個(gè)天線波束有一個(gè)MCPA。在該方法中，通常使用混合合并器來(lái)進(jìn)行切換和合并，因?yàn)樗鼈兊膿p耗是可接受的，因?yàn)樗鼈兂霈F(xiàn)在最終放大之前。
不過(guò)，隨著天線波束數(shù)量和要被合并的信號(hào)數(shù)量的增加，切換和合并網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度和物理尺寸也會(huì)增加。實(shí)際上，有八個(gè)基帶單元和八個(gè)天線波瓣的系統(tǒng)可能有64個(gè)RF開(kāi)關(guān)和56個(gè)混合合并器。Searle等人的歐洲專利公開(kāi)文獻(xiàn)EP 0593822描述了有多個(gè)天線陣的基站天線設(shè)備、波束形成設(shè)備和收發(fā)信機(jī)的基站天線設(shè)備，該基站天線設(shè)備有一個(gè)通過(guò)波束形成設(shè)備將每個(gè)收發(fā)信機(jī)與天線陣中的一個(gè)或另一個(gè)相連接的開(kāi)關(guān)矩陣。該系統(tǒng)使用多個(gè)混合合并器和一個(gè)多載波功率放大器。Schaeffer的美國(guó)專利No.5,048,116中描述了另一個(gè)系統(tǒng)，其中描述了一種與八個(gè)發(fā)射機(jī)和多個(gè)頻率響應(yīng)設(shè)備一起使用的信號(hào)路由系統(tǒng)。Schaeffer的設(shè)備需要大量的、64個(gè)這種頻率響應(yīng)設(shè)備，從而使得系統(tǒng)在物理上巨大并不易于擴(kuò)大。Davis的歐洲專利公開(kāi)文獻(xiàn)EP 0439939描述了一個(gè)在多個(gè)收發(fā)信機(jī)之間劃分/合并天線的信號(hào)劃分器/合并器。該劃分器/合并器陣列包括多個(gè)可控制的開(kāi)關(guān)。
希望RBS與目前典型的蜂窩通信系統(tǒng)的其它部件相兼容，并且不需要對(duì)那些部件做修改或只做最小的修改。這種兼容的一個(gè)方面是RBS不應(yīng)當(dāng)要求系統(tǒng)的任何修改來(lái)確定使用哪個(gè)收發(fā)信機(jī)與一個(gè)遠(yuǎn)程終端通信。這樣從BSC或MTSO的觀點(diǎn)來(lái)看，RBS應(yīng)當(dāng)基本上是相似的。如果BSC將不知道RBS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，則RBS中的每個(gè)收發(fā)信機(jī)必須能夠與小區(qū)中的每個(gè)遠(yuǎn)程終端通信。同樣，小區(qū)中的所有遠(yuǎn)程終端可能在相同區(qū)域中，即在同一個(gè)天線波瓣中，從而每個(gè)收發(fā)信機(jī)必須能在每個(gè)天線波瓣中發(fā)送。
盡管圖4A、4B中描述的系統(tǒng)和上面引用的文件中描述的系統(tǒng)能夠?qū)⒉煌氖瞻l(fā)信機(jī)連接到不同的天線波瓣，但這些系統(tǒng)還是有許多缺點(diǎn)。一個(gè)重要的典型缺點(diǎn)是容納大量開(kāi)關(guān)和混合合并器所需要的物理體積。另一個(gè)重要缺點(diǎn)是相比較于單載波功率放大器的多載波功率放大器的相對(duì)低效率。事實(shí)上，多載波RF功率放大器的典型電效率可能大約只有百分之三(例如，輸入一百瓦電功率只能得到三瓦的RF功率輸出)，這顯著地低于單載波功率放大器的大約百分之三十的典型電效率。
同樣重要的是通過(guò)切換和合并網(wǎng)絡(luò)的損耗，損耗可能會(huì)大于10dB。通過(guò)使用有比通常用于蜂窩系統(tǒng)中的天線高一些增益的天線，可以恢復(fù)該損耗的一部分，但通常對(duì)于這種系統(tǒng)還是仍只有可憐的鏈路預(yù)算。在某些環(huán)境中，如地理上小小區(qū)的高密度網(wǎng)絡(luò)，這可以接受，但一般地，期望使用一個(gè)多波瓣天線系統(tǒng)來(lái)允許有大一些的小區(qū)。
概述本申請(qǐng)人的發(fā)明滿足對(duì)于RBS與典型的蜂窩通信系統(tǒng)的其它部件兼容的期望，并可以在當(dāng)前的RBS中容易地實(shí)現(xiàn)，如愛(ài)立信無(wú)線系統(tǒng)AB中可獲得的設(shè)備的RBS 2000家族。此外，本申請(qǐng)人的發(fā)明還提供了一種RBS，它避免了不使用多波束天線或使用多載波功率放大器的現(xiàn)有設(shè)備的問(wèn)題。在本申請(qǐng)人的發(fā)明的一個(gè)有用的實(shí)施方案中，來(lái)自六個(gè)收發(fā)信機(jī)的信號(hào)可以被選擇性地導(dǎo)向一個(gè)只有大約3.5-dB損耗的天線波瓣。
根據(jù)本申請(qǐng)人的發(fā)明的一個(gè)方面，一個(gè)無(wú)線收發(fā)信臺(tái)包括一個(gè)有多個(gè)波束的天線系統(tǒng)，多個(gè)無(wú)線收發(fā)信機(jī)，每個(gè)無(wú)線收發(fā)信機(jī)包括一個(gè)基帶部分和一個(gè)有單載波射頻功率放大器的射頻部分，多個(gè)濾波器，它們分別連接到該多個(gè)無(wú)線發(fā)射機(jī)并可調(diào)諧到由各自的無(wú)線發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的各個(gè)載波信號(hào)上，以及一個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣，用來(lái)將濾波器中被選擇的那些連接到天線系統(tǒng)，從而由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生并由單載波射頻功率放大器放大的載波信號(hào)可以通過(guò)被選擇的波束發(fā)射。每個(gè)發(fā)射機(jī)可以獨(dú)立于每個(gè)其它發(fā)射機(jī)而連接到每個(gè)天線波束。
在本發(fā)明的其它方面中，根據(jù)基于要被發(fā)送的信息信號(hào)幀中的信息單元的切換控制信號(hào)，將被選擇的濾波器連接到天線系統(tǒng)，可調(diào)諧的濾波器包括至少一個(gè)可調(diào)諧振腔而開(kāi)關(guān)矩陣包括多個(gè)p-i-n二極管。無(wú)線收發(fā)信臺(tái)還包括連接在無(wú)線發(fā)射機(jī)的基帶部分之間的信號(hào)總線，以選擇性地將信息信號(hào)幀分布到無(wú)線發(fā)射機(jī)的射頻部分。
附圖簡(jiǎn)述圖1表示一個(gè)傳統(tǒng)的蜂窩無(wú)線通信系統(tǒng)；圖2表示一個(gè)無(wú)線基站和一個(gè)遠(yuǎn)程終端；圖3表示有多波瓣天線的無(wú)線基站；圖4A、4B表示在無(wú)線基站中切換和合并信號(hào)的兩種方法；圖5A、5B表示根據(jù)本申請(qǐng)人的發(fā)明的無(wú)線基站；以及圖6A、6B表示根據(jù)本申請(qǐng)人的發(fā)明的無(wú)線基站的開(kāi)關(guān)矩陣。
詳細(xì)描述雖然是在一個(gè)蜂窩無(wú)線通信系統(tǒng)的環(huán)境中來(lái)描述本申請(qǐng)，但應(yīng)當(dāng)理解這只是一個(gè)例子，本發(fā)明可以應(yīng)用于其它的許多環(huán)境。
如所知道的，可以使用混合合并器或可調(diào)諧振腔來(lái)實(shí)現(xiàn)合并多個(gè)RF載波信號(hào)并將該被合并的信號(hào)提供給一個(gè)天線或天線波束。根據(jù)本申請(qǐng)人的發(fā)明的一個(gè)方面，是使用可調(diào)諧振腔而不是混合合并器來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)合并的，因?yàn)槠谕钚』瘬p耗以最大化范圍。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，天線波瓣被在可調(diào)諧振腔之后選擇，根據(jù)另一個(gè)方面，可以將單載波功率放大器用于收發(fā)信機(jī)中。可以從圖5A所示的概覽和圖5B所示的詳細(xì)系統(tǒng)描述中看到這些方面。
討論圖5A，多個(gè)基帶部分1，2，…，N饋給各自的SCR1，2，…，N和SCPA1，2，…，N。SCPA的高RF功率輸出被提供給開(kāi)關(guān)和合并矩陣以將恰當(dāng)?shù)男盘?hào)導(dǎo)向給合適的天線或天線波束，在圖5A中只給出了其中的兩個(gè)。由于切換和合并是利用高功率RF信號(hào)進(jìn)行的，所以可以使用SCPA而不是效率低的MCPA。本申請(qǐng)人的發(fā)明的一個(gè)重要方面是最小化損耗的切換和合并矩陣。
圖5B表示耦合到各自的可調(diào)諧振腔TC11-TC14的四個(gè)收發(fā)信機(jī)的RF部分11-14。該RF部分對(duì)應(yīng)于圖5A所示的SCR。另外的收發(fā)信機(jī)也可以被提供，但為清楚起見(jiàn)，在圖5B中未示出。由可調(diào)諧振腔傳送的信號(hào)被提供給開(kāi)關(guān)矩陣SM，為清楚起見(jiàn)，圖5B中只給出了兩個(gè)部分A、B。開(kāi)關(guān)矩陣將來(lái)自可調(diào)諧振腔中被選擇的那些的信號(hào)連接到幾個(gè)天線或天線波瓣中相應(yīng)的那些。在圖5B中，為清楚起見(jiàn)，只給出了兩個(gè)天線ANT11、ANT12。應(yīng)當(dāng)理解，本申請(qǐng)人的發(fā)明可以在有多一些或少一些收發(fā)信機(jī)和/或天線的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
可調(diào)諧振腔TC可以是傳統(tǒng)的，為所使用的信號(hào)頻率適當(dāng)選擇的。對(duì)于某些GSM蜂窩電話系統(tǒng)，載波信號(hào)被以大約800KHz在大約900MHz處分開(kāi)。只需要可調(diào)諧振腔具有適于足夠?qū)⒁粋€(gè)載波與另一個(gè)載波分開(kāi)的帶寬。申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)大約10dB的隔離目前看來(lái)就足夠了。如果該諧振腔被緩慢調(diào)諧，例如大約幾秒，則該諧振腔典型地重新調(diào)諧到被RBS使用的載波。由于如果RBS能夠更快地改變載波，即大約微秒級(jí)(一個(gè)時(shí)隙時(shí)長(zhǎng)的一段)，則它將是更靈活的，所以期望諧振腔更快地調(diào)諧，但這不是必需的。
根據(jù)本申請(qǐng)人的發(fā)明的一個(gè)方面，通過(guò)一個(gè)雙向信號(hào)總線Xbus將收發(fā)信機(jī)互連，該總線在收發(fā)信機(jī)之間分布信息信號(hào)幀或那些幀的部分。在圖5B所示的實(shí)施方案中，Xbus被放置在收發(fā)信機(jī)的基帶部分(圖5B中未示出)和RF部分之間。以這種方式，要求由一個(gè)特定載波傳輸?shù)拿}沖串或幀可以被提供給恰當(dāng)?shù)腞F部分和可調(diào)諧振腔TC，而不需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)諧。由Xbus分布的信息優(yōu)選地包括來(lái)自BSC的信息信號(hào)幀并包括其它合適的消息，如標(biāo)識(shí)被用于脈沖串或幀的天線波瓣的一個(gè)或多個(gè)信息單元。基于眾所周知的波束選擇技術(shù)，基帶單元可能還“知道“哪個(gè)天線波瓣用于與特定的遠(yuǎn)程終端通信，這些遠(yuǎn)程終端中的大多數(shù)使用由收發(fā)信機(jī)的接收部分從遠(yuǎn)程臺(tái)接收到的信號(hào)所導(dǎo)出的信息。
應(yīng)當(dāng)理解，可以用其它方式來(lái)進(jìn)行信息信號(hào)幀或脈沖串的分布，且仍在本申請(qǐng)人的發(fā)明范圍之內(nèi)。例如，不需要一個(gè)RBS使用信號(hào)總線Xbus來(lái)分布幀。在這種實(shí)施方案中，BSC將幀提供給一個(gè)控制器，該控制器將幀或一部分幀分布給合適的收發(fā)信機(jī)(即給合適的基帶部分)。
基于信息信號(hào)幀和Xbus信息，適當(dāng)?shù)腞F部分使得開(kāi)關(guān)矩陣SM設(shè)置其開(kāi)關(guān)，以便信號(hào)可以通過(guò)所選擇的天線波瓣被發(fā)送。這一安排使得能夠通過(guò)在基帶恰當(dāng)?shù)胤植夹畔?lái)進(jìn)行載波頻率跳躍，并且這一安排與當(dāng)前可用的RBS兼容。
開(kāi)關(guān)矩陣SM被設(shè)置，以便恰當(dāng)?shù)奶炀€或天線波瓣能根據(jù)收發(fā)信機(jī)的RF部分提供的切換控制信號(hào)與收發(fā)信機(jī)的RF部分相連接。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，由RF部分產(chǎn)生的切換控制信號(hào)可以是基于從BSC到達(dá)的信息信號(hào)幀中的信息和/或基于Xbus信息。這些控制信號(hào)的特定形式不是嚴(yán)格的；僅需要它們以適當(dāng)?shù)姆绞讲僮鏖_(kāi)關(guān)矩陣SM。通過(guò)Xbus對(duì)信號(hào)的分布，每條收發(fā)信機(jī)到天線的連接被獨(dú)立于另外的這類連接以這種方式建立。應(yīng)當(dāng)理解，盡管圖5B給出了有八個(gè)收發(fā)信機(jī)和八個(gè)天線的安排，但收發(fā)信機(jī)和天線的數(shù)量是可以容易地獨(dú)立升級(jí)的。應(yīng)當(dāng)理解，系統(tǒng)中的天線或天線波束越多，則每個(gè)波束就越窄，而且基站的物理尺寸就越大。
開(kāi)關(guān)矩陣SM優(yōu)選地包括多個(gè)p-i-n二極管開(kāi)關(guān)，它們以這樣一種方式連接，即根據(jù)來(lái)自RF部分的切換控制信號(hào)，允許任何天線波瓣被連接到任何收發(fā)信機(jī)。通過(guò)使用p-i-n二極管作為開(kāi)關(guān)，對(duì)于一個(gè)發(fā)射機(jī)的天線端口的選擇可以快速改變，甚至在逐個(gè)時(shí)隙(微秒時(shí)標(biāo))的基礎(chǔ)上。不過(guò)，應(yīng)當(dāng)理解，除p-i-n二極管以外的設(shè)備，如晶體管(如FET)，也可以被用于開(kāi)關(guān)矩陣SM。
圖6A給出了開(kāi)關(guān)A1、A2作為開(kāi)關(guān)矩陣SM的A部分的一部分，而開(kāi)關(guān)B1、B2作為開(kāi)關(guān)矩陣SM的B部分的一部分。圖6A基于這樣一個(gè)假設(shè)，即可調(diào)諧振腔TC在它們要被調(diào)諧到的頻率以外的頻率上有足夠高的RF阻抗。在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的情況下，開(kāi)關(guān)的兩端都應(yīng)當(dāng)有高阻抗(開(kāi)電路)。開(kāi)關(guān)被配置成使連接接地(短路)，結(jié)果是該開(kāi)關(guān)不處理來(lái)自收發(fā)信機(jī)的高RF功率。天線和可調(diào)諧振腔之間的開(kāi)關(guān)和導(dǎo)體優(yōu)選地在一個(gè)單獨(dú)的基片上實(shí)現(xiàn)，如一個(gè)印制電路板(PCB)，以最小化導(dǎo)體容限的影響并最大化性能。
通過(guò)設(shè)置其切換控制信號(hào)使得開(kāi)關(guān)A1、A2都被閉合，RF部分11、12可以都連接到同一個(gè)天線(圖6A中的天線A)，從而使得能夠通過(guò)相同的天線或天線波瓣對(duì)不同載波進(jìn)行同時(shí)傳輸。由于斷開(kāi)開(kāi)關(guān)B1、B2，以及長(zhǎng)度為λ/2的導(dǎo)體(其中λ是導(dǎo)體中RF信號(hào)的波長(zhǎng))，通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣的其它路徑有高阻抗。通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)A1、B2，收發(fā)信機(jī)TRX11單獨(dú)在天線A上發(fā)送，且收發(fā)信機(jī)TRX12單獨(dú)在天線B上發(fā)送。應(yīng)當(dāng)指出，開(kāi)關(guān)特性和導(dǎo)體長(zhǎng)度的其它組合可以給出相同種類的功能。
圖6B表示一個(gè)實(shí)施方案，它使用p-i-n二極管作為對(duì)應(yīng)于圖6A所示的更一般結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)矩陣SM中的開(kāi)關(guān)。對(duì)于每個(gè)pin二極管有一個(gè)控制信號(hào)，圖中只給出了其中的四個(gè)，一個(gè)正的控制信號(hào)使得p-i-n二極管進(jìn)入高RF阻抗?fàn)顟B(tài)，一個(gè)負(fù)的控制信號(hào)使得p-i-n二極管進(jìn)入一個(gè)低RF阻抗?fàn)顟B(tài)。如圖6A所示，可調(diào)諧振腔濾波器(圖中只給出了其中的兩個(gè)(TC11，TC12))被假設(shè)為在它們被調(diào)諧到的頻率以外的頻率上有高RF阻抗。從可調(diào)諧振腔濾波器的輸出可以看到，由于四分之一波長(zhǎng)變壓器而使p-i-n二極管的低RF阻抗?fàn)顟B(tài)被看作是高RF阻抗。為了將來(lái)自RF部分12的RF信號(hào)導(dǎo)向天線B，開(kāi)關(guān)A2應(yīng)當(dāng)有一個(gè)低RF阻抗，而開(kāi)關(guān)B2應(yīng)當(dāng)有一個(gè)高RF阻抗。如果多于一個(gè)發(fā)射機(jī)在相同天線上發(fā)送，則可調(diào)諧振腔濾波器對(duì)于它們所調(diào)諧到的頻率以外的頻率上的高RF阻抗使得RF信號(hào)在天線中合并。如果RF部分11在天線A上傳送而RF部分12在天線B上傳送，則開(kāi)關(guān)B1被設(shè)置為低RF阻抗，其在天線B的天線端口被看作是高RF阻抗。因此，來(lái)自RF部分12的信號(hào)進(jìn)入天線B，反之亦然。
從圖5A、5B、6A和6B中可以看到，本申請(qǐng)人的系統(tǒng)有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即在功率放大器和天線之間只有大約3.5dB損耗(對(duì)于可調(diào)諧振腔和濾波器2.5dB，對(duì)于每個(gè)p-i-n二極管開(kāi)關(guān)+1dB)。具有由于增加的天線增益(窄一些的波束)引起的5dB提高，本申請(qǐng)人的系統(tǒng)因而提供了比普通蜂窩系統(tǒng)多大約3dB的、發(fā)射的有效各向等射功率(EIRP)。此外，本申請(qǐng)人的發(fā)明使得除了有更好的C/I性能(即比傳統(tǒng)的系統(tǒng)好大約5dB)之外，還允許在大多數(shù)的安裝中用頻率重用系數(shù)3，并且可能在某些安裝中用頻率重用系數(shù)1，以及比傳統(tǒng)基站的靈敏度好6dB。
本申請(qǐng)人的發(fā)明的另一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是收發(fā)信機(jī)可以使用單載波RF功率放大器，該放大器比用于其它系統(tǒng)的多載波RF功率放大器有大得多的能量和空間效率。如上所述，單載波功率放大器的電效率比多載波功率放大器大十倍，使得RBS能夠用高一些功率或少一些的電功耗或者這些的組合來(lái)廣播。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明實(shí)質(zhì)特征的情況下，可以用其它特定形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，上面描述的實(shí)施方案應(yīng)當(dāng)在所有方面都被認(rèn)為是說(shuō)明性而不是限制性的。本申請(qǐng)人的發(fā)明的范圍由下面的權(quán)利要求確定，且在該范圍內(nèi)的所有修改都被認(rèn)為包括在其中。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線收發(fā)信臺(tái)，包括有多個(gè)波束的天線系統(tǒng)；多個(gè)無(wú)線發(fā)射機(jī)，每個(gè)無(wú)線發(fā)射機(jī)包括一個(gè)基帶部分和有單載波射頻功率放大器的射頻部分；多個(gè)濾波器，分別連接到該多個(gè)無(wú)線發(fā)射機(jī)，并可調(diào)諧到由各自的無(wú)線發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的各個(gè)載波信號(hào)；以及一個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣，用來(lái)將濾波器中被選擇的那些連接到天線系統(tǒng)，這樣由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的和由單載波射頻功率放大器放大的載波信號(hào)可以通過(guò)被選擇的波束發(fā)射；從而每個(gè)收發(fā)信機(jī)可以被獨(dú)立于每個(gè)其它收發(fā)信機(jī)而連接到每個(gè)天線波束。
2.如權(quán)利要求1的無(wú)線收發(fā)信臺(tái)，其中響應(yīng)于基于要發(fā)送的信息信號(hào)幀中信息單元的切換控制信號(hào)，被選擇的濾波器被連接到天線系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1的無(wú)線收發(fā)信臺(tái)，其中可調(diào)諧濾波器包括至少一個(gè)可調(diào)諧振腔。
4.如權(quán)利要求1的無(wú)線收發(fā)信臺(tái)，還包括連接在無(wú)線發(fā)射機(jī)的基帶部分之間的信號(hào)總線，以選擇性地將信息信號(hào)幀分布到無(wú)線發(fā)射機(jī)的射頻部分。
5.如權(quán)利要求1的無(wú)線收發(fā)信臺(tái)，其中開(kāi)關(guān)矩陣包括多個(gè)p-i-n二極管。
全文摘要
一種無(wú)線收發(fā)信臺(tái)避免了或者不使用多波束天線或者使用多載波功率放大器的現(xiàn)有設(shè)備的問(wèn)題,它允許將來(lái)自幾個(gè)收發(fā)信機(jī)的信號(hào)選擇性地導(dǎo)向一個(gè)有低損耗的天線。該無(wú)線收發(fā)信臺(tái)包括一個(gè)天線系統(tǒng),該系統(tǒng)有多個(gè)波束,多個(gè)無(wú)線發(fā)射機(jī),每個(gè)無(wú)線發(fā)射機(jī)包括一個(gè)基帶部分和一個(gè)有單載波射頻功率放大器的射頻部分,還有多個(gè)濾波器,它們分別連接到多個(gè)無(wú)線發(fā)射機(jī)并可調(diào)諧到由各自的無(wú)線發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的各個(gè)載波信號(hào),以及一個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣,用來(lái)將濾波器中被選擇的那些連接到天線系統(tǒng),以使得由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生和由單載波射頻功率放大器放大的載波信號(hào)可以通過(guò)被選擇的波束發(fā)射。每個(gè)發(fā)射機(jī)可以獨(dú)立于其它發(fā)射機(jī)而連接到每個(gè)天線波束。
文檔編號(hào)H01Q25/00GK1336044SQ9981634
公開(kāi)日2002年2月13日 申請(qǐng)日期1999年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月23日
發(fā)明者J·K·厄斯特林 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司