專利名稱：分布式智能天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種移動(dòng)通信技術(shù)，更確切地說(shuō)是涉及一種蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中的智能天線系統(tǒng)。
智能天線技術(shù)是現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域中的一項(xiàng)最重要的技術(shù)，特別是在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，當(dāng)使用了智能天線技術(shù)后，其帶來(lái)的有益效果是可大大增加系統(tǒng)容量、增加無(wú)線基站的覆蓋范圍、降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)性能等，因此智能天線技術(shù)已經(jīng)成為全世界高新技術(shù)領(lǐng)域中的重要研究課題。
智能天線的基本結(jié)構(gòu)是由N只天線單元構(gòu)成的天線陣(列)、N個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)和N條分別連接N只天線與N個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)的饋線電纜，由N只天線單元及N條饋線電纜構(gòu)成天饋線單元，由天線陣(列)與N個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)組成射頻單元，該射頻單元所收發(fā)的模擬信號(hào)與無(wú)線基站中的基帶數(shù)字信號(hào)處理器(簡(jiǎn)稱基帶處理器)間經(jīng)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換/數(shù)模轉(zhuǎn)換(ADC/DAC)器與數(shù)據(jù)總線連接，在基帶數(shù)字信號(hào)處理器中實(shí)現(xiàn)上、下行波束賦形等智能天線功能。
附

圖1中示出一種具有智能天線的無(wú)線基站結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出現(xiàn)代智能天線的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。該基站工作于碼分多址時(shí)分復(fù)用方式(CDMA TDD)下，其天饋線單元由組成天線陣(列)的N只天線單元11、12、13……1N及相關(guān)聯(lián)的饋線電纜組成，每個(gè)天饋線單元連接一個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)(TRx)21、22、23……2N,N個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)共用一個(gè)頻率和定時(shí)單元30(本振源)，因而這些射頻收發(fā)信機(jī)是相干工作的。每個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)所接收的信號(hào)通過(guò)射頻收發(fā)信機(jī)內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字取樣信號(hào)，然后通過(guò)高速數(shù)據(jù)總線31送基帶處理器33；在高速數(shù)據(jù)總線31上的待發(fā)射的數(shù)字信號(hào)則通過(guò)射頻收發(fā)信機(jī)內(nèi)部的數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，最后由天線單元11、12、13……1N發(fā)射出去。
所有基帶數(shù)字信號(hào)的處理均在基帶處理器33中完成，其處理方法可參考中國(guó)專利97104039，在基帶處理器硬件平臺(tái)上，通過(guò)使用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)(DSP)，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制解調(diào)、接收與發(fā)射(上、下行)波束賦形等功能，達(dá)到克服多址、多徑等干擾的目的，提高接收信噪比和靈敏度，增加發(fā)射等效全向輻射功率(EIRP)等的目的。
申請(qǐng)人注意到在目前所能見到的實(shí)用智能天線產(chǎn)品中及所公開的與智能天線相關(guān)的專利技術(shù)、論文文獻(xiàn)中，智能天線中的天線陣(列)都是使用環(huán)形或線形天線陣(列)，并集中安裝在同一地點(diǎn)，如中國(guó)專利97104039中所公開的技術(shù)方案，達(dá)到對(duì)一個(gè)全方向或一個(gè)扇區(qū)的覆蓋。
但是隨著城市高大建筑物密集化程度的提高及大樓樓層的增高，大樓內(nèi)或小區(qū)內(nèi)的移動(dòng)通信系統(tǒng)由于工作頻率較高(1-3GHz頻段)，會(huì)因建筑物的屏蔽作用及樓層、墻壁的損耗而出現(xiàn)大量的陰影區(qū)，使移動(dòng)通信系統(tǒng)的覆蓋變得很差。因此，為解決其覆蓋問(wèn)題，在設(shè)計(jì)城市中心區(qū)域等用戶密度高、樓房密集的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)時(shí)，都不得不采用大量增加基站數(shù)量的方案，勢(shì)必增加了系統(tǒng)投資和使維護(hù)工作變得困難。雖然從理論上說(shuō)，基站使用智能天線可改善覆蓋問(wèn)題，但如果仍將組成天線陣(列)的多只天線單元集中安裝，是不可能完全解決覆蓋問(wèn)題的。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種分布式智能天線系統(tǒng)，以充分發(fā)揮智能天線的優(yōu)勢(shì)，在改善小區(qū)覆蓋范圍的同時(shí)還可大大增加移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量并降低系統(tǒng)成本。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種分布式智能天線系統(tǒng)，包括由N只天線單元組成的天線陣列、N個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)和分別連接N只天線單元與N個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)的饋線電纜，所述的N個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線與無(wú)線通信基站內(nèi)的基帶數(shù)字信號(hào)處理器連接，其特征在于所述的N只天線單元及N個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)是對(duì)應(yīng)著分組設(shè)置的，各天線單元組分布在由同一無(wú)線通信基站所覆蓋區(qū)域內(nèi)的不同地點(diǎn)處，各天線單元組及各射頻收發(fā)信機(jī)組與同一個(gè)基帶數(shù)字信號(hào)處理器連接。
所述的分組是按無(wú)線通信基站所需覆蓋的小區(qū)范圍和業(yè)務(wù)量進(jìn)行的。
所述的每一天線單元組內(nèi)設(shè)有1至M只天線單元，所述的M按移動(dòng)用戶數(shù)量及傳播環(huán)境選擇。
所述的不同地點(diǎn)包括由一個(gè)無(wú)線通信基站所服務(wù)小區(qū)內(nèi)的不同建筑物或由一個(gè)無(wú)線通信基站所服務(wù)的一幢大樓內(nèi)的不同樓層。
所述的各天線單元組是使用相同的載波頻率、相同的時(shí)隙和相同的碼道。
本發(fā)明的分布式智能天線系統(tǒng)，將組成智能天線陣(列)的天線單元及相關(guān)的饋線電纜和射頻收發(fā)信機(jī)，根據(jù)小區(qū)所需覆蓋的范圍及業(yè)務(wù)量的要求進(jìn)行分組分布，但公用同一套基帶處理器，且將每一組天線單元中的各天線單元根據(jù)覆蓋要求安裝在不同地點(diǎn)。采用分布式智能天線系統(tǒng)的無(wú)線基站將處理多組天線單元，且多組天線單元是根據(jù)需要安裝在多個(gè)地點(diǎn)的，從而達(dá)到良好的覆蓋效果。此外，根據(jù)每組天線單元的安裝位置及其相互間的隔離情況，可在同一個(gè)無(wú)線基站的服務(wù)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用，就可進(jìn)一步提高頻譜的利用率，特別是在碼分多址移動(dòng)通信系統(tǒng)中，除了可使用相同或不同的載波頻率外，還可使用不同時(shí)隙、不同碼道等無(wú)線通信資源。即，頻率、時(shí)隙及碼道等資源在分布式智能天線系統(tǒng)中可被更有效地復(fù)用，在改善小區(qū)覆蓋的同時(shí)達(dá)到增加通信系統(tǒng)容量和降低通信系統(tǒng)成本的目的。當(dāng)然，由于各組天線單元被安裝在不同的地點(diǎn)，導(dǎo)致各自的饋線電纜長(zhǎng)度不一致，還必須采用天線校準(zhǔn)技術(shù)，具體的校準(zhǔn)方法可參考本申請(qǐng)人的在先專利申請(qǐng)，專利申請(qǐng)?zhí)枮?9111350.0，名稱為“一種校準(zhǔn)智能天線陣的方法和裝置”。
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)。
圖1是具有智能天線的無(wú)線通信基站結(jié)構(gòu)示意2是具有分布式智能天線的無(wú)線通信基站結(jié)構(gòu)通信示意3是將使用分布式智能天線的無(wú)線通信基站用于城市中心區(qū)域時(shí)的結(jié)構(gòu)示意4是將使用分布式智能天線的無(wú)線通信基站用于高層建筑時(shí)的結(jié)構(gòu)示意1說(shuō)明前己述及，不再贅述。
參見圖2，與圖1所示具有智能天線的無(wú)線通信基站結(jié)構(gòu)比較，其不同之處是圖1中具有智能天線的無(wú)線通信基站，其天線陣(列)是將11至1N個(gè)天線單元集中安裝在同一地點(diǎn)的環(huán)形或線形陣列，而圖2中的具有分布式智能天線的無(wú)線通信基站，其天饋線單元及其相關(guān)的射頻收發(fā)信機(jī)是分組設(shè)置的，如圖中所示的各天饋線單元組41、42……4N和各射頻收發(fā)信機(jī)組51、52……5N。每個(gè)天饋線單元組內(nèi)的天線單元數(shù)量及與之對(duì)應(yīng)連接的每個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)組內(nèi)的射頻收發(fā)信機(jī)數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，最少可只含一個(gè)天線單元和一個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)，如圖2中的4N、5N所示，而天饋線單元組42及射頻收發(fā)信機(jī)組52內(nèi)則分別含4個(gè)天線單元及4個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)。每一組天饋線單元及每一組射頻收發(fā)信機(jī)覆蓋一個(gè)所需覆蓋的區(qū)域但公用一個(gè)無(wú)線通信基站，顯然，各天線單元組與無(wú)線通信基站內(nèi)的相應(yīng)射頻收發(fā)信機(jī)組間用于連接的饋線電纜的長(zhǎng)度是不同的。在具有分布式智能天線的無(wú)線通信基站中，各天饋線單元組及其射頻收發(fā)信機(jī)組可工作于不同或相同的載波頻率、時(shí)隙及碼道，當(dāng)工作于相同的載波頻率、時(shí)隙及碼道時(shí)，就可大大增加無(wú)線通信系統(tǒng)的容量。
上述具有分布式智能天線的無(wú)線通信基站可實(shí)用于微蜂窩及微微蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，而微蜂窩及微微蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)也正是今后城市人口集中地區(qū)所使用的移動(dòng)通信系統(tǒng)的環(huán)境。
參見圖3，圖中示出在城市中心區(qū)域使用具有分布式智能天線的無(wú)線通信基站的分布實(shí)例。由于移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作頻率較高，如2GHz頻段，由圖中12個(gè)矩形框101所示的密集排列的建筑物將產(chǎn)生嚴(yán)重的遮擋，而通信系統(tǒng)為了能提供足夠的容量一般均按微小區(qū)設(shè)計(jì)，天線高度一般不超過(guò)微小區(qū)內(nèi)屋頂?shù)钠骄叨?，若無(wú)線通信基站采用如圖1所示的集中安裝的智能天線結(jié)構(gòu)，其結(jié)果是造成天線系統(tǒng)的覆蓋非常有限(可參考ITU-R M.1225建議)。
本實(shí)施例中，由一個(gè)無(wú)線通信基站102公用三個(gè)天饋線單元組103、105、107，三個(gè)天饋線單元組103、105、107分布在三個(gè)地點(diǎn)，其最終效果是用一個(gè)無(wú)線通信基站實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)于三個(gè)無(wú)線通信基站的覆蓋區(qū)域104、106、108，在這三個(gè)分別由三組天饋線單元覆蓋的區(qū)域104、106、108內(nèi)，可使用相同的載波頻率、相同的時(shí)隙和相同的碼道工作，使移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量成倍增加，由于共用一個(gè)無(wú)線通信基站的基帶處理器，還在改善覆蓋的同時(shí)大大降低了用戶的平均成本。
參見圖4，圖中示出在一高層建筑上使用具有分布式智能天線的無(wú)線通信基站的分布實(shí)例。眾所周知，在比較高的載波頻率，如2GHz頻段，樓房樓層及墻壁對(duì)無(wú)線電波的損耗非常嚴(yán)重，無(wú)線電波一般只能穿透3至4個(gè)樓層或墻壁，若無(wú)線通信基站采用如圖1所示的集中安裝的智能天線結(jié)構(gòu)，將不可能對(duì)整個(gè)高層建筑110實(shí)現(xiàn)良好的覆蓋。
本實(shí)施例中，由一個(gè)無(wú)線通信基站112公用四個(gè)天饋線單元組115、117、113、119，四個(gè)天饋線單元組115、117、113、119分布在四個(gè)樓層(11、8、5、2層)上，其最終效果是用一個(gè)無(wú)線通信基站實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)于四個(gè)無(wú)線通信基站的覆蓋區(qū)域116、118、114、120，在這四個(gè)分別由四組天饋線單元115、117、113、119覆蓋的區(qū)域116、118、114、120內(nèi)，每間隔一組天饋線單元即可使用相同的載波頻率、相同的時(shí)隙和相同的碼道工作，使移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量大大增加，由于共用一個(gè)無(wú)線通信基站的基帶處理器，還在改善覆蓋的同時(shí)大大降低了用戶的平均成本。
使用分布式能智能天線的無(wú)線通信基站，應(yīng)根據(jù)所覆蓋小區(qū)的地理面積或樓房的高度(或樓層數(shù)量)來(lái)選擇天饋線單元的組數(shù)，并根據(jù)每組天饋線單元所覆蓋范圍內(nèi)無(wú)線移動(dòng)用戶的多少來(lái)選擇各組內(nèi)天線單元的數(shù)量和所需的容量。如圖4實(shí)施例所示，是每隔兩層樓安裝一組天饋線單元，那未每間隔一組天饋線單元，就可使用一個(gè)相同的載波頻率、相同的時(shí)隙和相同的碼道。
在分布式智能天線系統(tǒng)中，使用者可根據(jù)實(shí)際需求靈活配置智能天線的組數(shù)，選擇每組智能天線安裝的位置，和選擇每組內(nèi)所含智能天線單元的只數(shù)，再通過(guò)基帶處理器中軟件的調(diào)節(jié)，最終使整個(gè)通信系統(tǒng)處于最優(yōu)狀態(tài)。
以一個(gè)大樓的無(wú)線通信系統(tǒng)為例，就可能存在多種實(shí)際需求情況。
第一種可能的情況是大樓中的移動(dòng)用戶總數(shù)并不多，由一個(gè)普通無(wú)線通信基站所提供的無(wú)線碼道已經(jīng)夠用，但這些不多的用戶卻分布在大樓的各個(gè)樓層中。如果采用圖1所示的集中式智能天線，一個(gè)基站最多只能覆蓋3至4層樓，顯然不能滿足需要。若采用本發(fā)明的分布式智能天線系統(tǒng)，使用者可以在每隔1至2層樓上放1組天饋線單元，每一組天饋線單元內(nèi)含1至M只天線單元，M的個(gè)數(shù)與用戶的數(shù)量及信號(hào)傳播環(huán)境有關(guān)。
第二種可能的情況是大樓中的移動(dòng)用戶總數(shù)很多，由一個(gè)普通無(wú)線通信基站所提供的無(wú)線碼道已經(jīng)不夠用，且相對(duì)于天饋線單元的安裝來(lái)說(shuō)，這些用戶在大樓的各個(gè)樓層中的分布又是不均勻的。如果采用圖1所示的集中式智能天線，則由智能天線所帶來(lái)的空間分集的長(zhǎng)處將受到影響。采用本發(fā)明的分布式智能天線系統(tǒng)，可將全部天線單元分成若干組，每組天饋線單元安裝在一樓層上，各組天饋線單元采用相同的頻率、時(shí)隙和碼道，但采用不同的擾碼和訓(xùn)練序列，就好比是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的微微小區(qū)的基站。采用這種方式，可最大限度地利用已有的射頻收發(fā)信機(jī)及基帶處理器的處理能力，使整個(gè)通信系統(tǒng)最優(yōu)。
本發(fā)明的分布式智能天線系統(tǒng)，無(wú)線通信基站的基帶處理器在作基帶處理時(shí)，先分別處理每組天饋線單元的信息，再分集處理各組天饋線單元的信息，獲得上行信號(hào)數(shù)據(jù)，用于上行波束賦形；再選擇接收功率最大的一組天饋線單元，提取其用戶的目的地到達(dá)信息(DOA)，獲得下行信號(hào)數(shù)據(jù)，用于下行波束賦形(其中，獲取用戶目的地到達(dá)信息(DOA)的方法可參考本申請(qǐng)人的在先專利技術(shù)，專利號(hào)為97104039.7，名稱為“具有智能天線的時(shí)分雙工同步碼分多址無(wú)線通信系統(tǒng)”)。如在上述第二種情況下，由于采用了分布式智能天線系統(tǒng)就可以克服因電波損耗所造成的影響，使一個(gè)基站可覆蓋7至8層樓乃至10多層樓。
綜上所述，本發(fā)明的分布式智能天線系統(tǒng)，是將組成智能天線系統(tǒng)的天線單元及相關(guān)的電纜饋線和射頻收發(fā)信機(jī)，根據(jù)小區(qū)所需覆蓋的范圍進(jìn)行分組及根據(jù)業(yè)務(wù)量選擇每組內(nèi)天線單元的數(shù)量，并將每一組天饋線單元根據(jù)覆蓋要求安裝在該小區(qū)的不同地點(diǎn)，但共用同一個(gè)無(wú)線通信基站的基帶處理器?？稍诔浞职l(fā)揮智能天線優(yōu)勢(shì)、改善小區(qū)覆蓋的同時(shí)，大大增加系統(tǒng)容量并降低系統(tǒng)成本。
權(quán)利要求
1．一種分布式智能天線系統(tǒng)，包括由N只天線單元組成的天線陣列、N個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)和分別連接N只天線單元與N個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)的饋線電纜，所述的N個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線與無(wú)線通信基站內(nèi)的基帶數(shù)字信號(hào)處理器連接，其特征在于所述的N只天線單元及N個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)是對(duì)應(yīng)著分組設(shè)置的，各天線單元組分布在由同一無(wú)線通信基站所覆蓋區(qū)域內(nèi)的不同地點(diǎn)處，各天線單元組及各射頻收發(fā)信機(jī)組與同一個(gè)基帶數(shù)字信號(hào)處理器連接。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式智能天線系統(tǒng)，其特征在于所述的分組是按無(wú)線通信基站所需覆蓋的小區(qū)范圍和業(yè)務(wù)量進(jìn)行的。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式智能天線系統(tǒng)，其特征在于所述的每一天線單元組內(nèi)設(shè)有1至M只天線單元，所述的M按移動(dòng)用戶數(shù)量及傳播環(huán)境選擇。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式智能天線系統(tǒng)，其特征在于所述的不同地點(diǎn)包括由一個(gè)無(wú)線通信基站所服務(wù)小區(qū)內(nèi)的不同建筑物或由一個(gè)無(wú)線通信基站所服務(wù)的一幢大樓內(nèi)的不同樓層。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式智能天線系統(tǒng)，其特征在于所述的各天線單元組是使用相同的載波頻率、相同的時(shí)隙和相同的碼道。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分布式智能天線系統(tǒng),包括由N只天線單元組成的天線陣列、N個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)和連接兩者用的饋線電纜。先對(duì)N只天線單元及N個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)按小區(qū)覆蓋范圍及業(yè)務(wù)量進(jìn)行分組,將各天線單元組根據(jù)覆蓋要求分布在由同一無(wú)線通信基站所覆蓋區(qū)域內(nèi)的不同地點(diǎn)處,但共用同一個(gè)基帶數(shù)字信號(hào)處理器,每一天線單元組內(nèi)可設(shè)1至M只天線單元?？沙浞职l(fā)揮智能天線的優(yōu)勢(shì),在改善小區(qū)覆蓋的同時(shí)增加系統(tǒng)容量及降低成本。
文檔編號(hào)H04B7/06GK1310557SQ0010304
公開日2001年8月29日 申請(qǐng)日期2000年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月24日
發(fā)明者李世鶴, 李軍, 李峰 申請(qǐng)人:信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院