Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к схеме передачи для сотовой базовой станции и, в частности, касается схемы передачи, используемой в сотовых сетях мобильной радиосвязи, обычно называемых сетями мобильной телефонной связи.
Уровень техники
Операторы сотовых радиосетей мобильной связи используют собственные базовые станции с соответствующей мачтой и антеннами. При этом совместное использование мест расположения базовых станций носит ограниченный характер, а любое совместное использование, которое все же имеет место, сводится лишь к совместному использованию мачты.
Планируемое в настоящее время внедрение сотовых систем мобильной радиосвязи третьего поколения потребует увеличения количества мест для базовых станций и приведет к трудностям, связанным с приобретением необходимых участков; это обстоятельство делает совместное использование одного места весьма привлекательным для сетевых операторов наряду с соответствующими выгодами от распределения затрат на оборудование.
В сотовой сети мобильной радиосвязи антенны определяют требуемую зону обслуживания, разделенную на несколько перекрывающихся сот, каждая из которых связана с соответствующей антенной и базовой станцией. Каждая сота содержит стационарную базовую станцию, которая поддерживает радиосвязь со всеми мобильными радиостанциями в этой соте. Сами базовые станции соединены между собой стационарными соединениями другого вида, обычно в виде ячеистой структуры некоторого типа. Это позволяет мобильным радиостанциям, находящимся в любом месте зоны обслуживания сотовой системы, осуществлять связь друг с другом, а также с телефонной системой общего пользования вне сотовой сети.
Соответствующая антенна, связанная с каждой сотой и базовой станцией, обеспечивает радиопокрытие в соте; такая антенна может представлять собой составное устройство, включающее несколько отдельных антенных элементов, каждый из которых обеспечивает радиопокрытие ограниченной части соты.
Хотя совместное использование оборудования и участков, где расположены базовые станции, и является желательным, к сожалению, с этим связаны определенные трудности. В Великобритании для выполнения передач между мобильными радиостанциями и базовыми станциями соответствующие полосы частот для передачи/приема распределены между пятью операторами. Результирующие пять полос передачи являются смежными, так же как пять полос приема: то есть, между соседними полосами, выделенными разным операторам, нет промежутков.
В одной известной архитектуре базовой станции используются отдельные приемные и передающие антенны; в альтернативном варианте для передачи и приема можно использовать одну антенну, если она подсоединена к базовой станции через дуплексер. Эти два альтернативных варианта адекватны, когда каждый сетевой оператор имеет отдельное место для базовой станции, но, когда операторы совместно используют одно и то же место, возникают определенные трудности. Общий подход к совместному использованию места для базовой станции заключается в том, что операторы обзаводятся индивидуальными антеннами. Если пять операторов совместно использовали бы одно место, но при этом имели индивидуальные антенны, пришлось бы использовать одну мачту базовой станции в качестве опоры для пяти антенн на разных высотах; в свою очередь, это потребует увеличения высоты мачты по сравнению со случаем, когда применяется единая антенна, а также придется использовать более прочную конструкцию мачты, позволяющую работать при сильном ветре. Следовательно, возрастают затраты на мачту. Кроме того, трудно найти места для размещения более крупной мачты; при этом возникают проблемы с разрешением на планировочные работы или проблемы районирования, и, кроме того, большие мачты зачастую неприемлемы с экологической точки зрения и имеют неприглядный вид.
Множество операторов сотовых сетей мобильной радиосвязи используют собственные базовые станции вместе с соответствующими мачтами и антеннами. При этом совместное использование мест базовых станций практически отсутствует, а любое совместное использование, которое все-таки имеет место, сводится лишь к совместному использованию мачты, но не антенн.
Ввод в эксплуатацию сотовых систем мобильной радиосвязи третьего поколения (3G) потребует увеличения количества мест для базовых станций и приведет к трудностям, связанным с приобретением необходимой недвижимости, а раз так, то совместное использование места для мачты станет очень привлекательным, если можно будет решить упомянутые технические проблемы.
Общая концепция совместного использования одного места раскрыта в работе Suzanne Smith www.twsinternational.com/papers/Nov98SiteSharing.pdf в "Site Sharing For Cost Minimisation", TWS Inc. (November 1998). Использование множества антенн в общей антенной структуре раскрыто в работе B.L.Wixon "Tunable CDMA Combiners Add Cellular/PCS Capacity", K&L Microwave Inc. (September,1997), www.klmicrowave.com.news/mrf sept97.html. В "Suggested VHF/UHF Trunking Configurations", www.sinctech.com, (22nd October 2001) Sinclair Technologies Ltd раскрыто использование устройств развязки в блоке объединения передатчика. В патентной заявке Великобритании №2006579 А (Watanabe и др.), патентной заявке РСТ № WO 97/44914 (Gammon) и патентной заявке РСТ № WO 92/12579 (Prokkola) раскрыты комбинированные сигналы от различных передатчиков для передачи из одной антенной системы.
В патенте США №4211894 (Watanabe и др.) раскрыто комбинирование сигналов в разных полосах частот с использованием гибридных ответвителей. В нем упоминается, что во избежание взаимных помех сигналы от ответвителей подают на четыре разные антенные поверхности, расположенные под углом 90 градусов друг относительно друга.
В патенте США №5229729 (Nishikawa и др.) раскрыто комбинирование сигналов в смежных полосах частот. Эти сигналы разделяются на две группы несмежных полос частот и фильтруются в диэлектрических резонаторах. Затем каждый сигнал в группе комбинируется с другими сигналами в этой группе в соединительном блоке. Два результирующих комбинированных сигнала объединяются друг с другом в гибридной схеме (3 дБ) с искусственной нагрузкой или в циркуляторах с искусственной нагрузкой, дающих 50%-ную потерю мощности в каждом случае. Для предотвращения повышения температуры в диэлектрических резонаторах и предотвращения образования тепла в искусственной нагрузке (нагрузках) используют охлаждающие вентиляторы.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является создание альтернативного средства, позволяющего многократно использовать одну базовую станцию.
В настоящем изобретении предлагается устройство передачи для сотовой мобильной радиосвязи, работающей на множестве смежных полос частот, причем это устройство включает в себя множество передатчиков, связанных с соответствующими полосовыми фильтрами для фильтрации выходных сигналов передатчиков, при этом эти сигналы скомпонованы в множество групп выходных сигналов, причем по меньшей мере одна группа содержит множество указанных сигналов, разделенных друг от друга по частоте, так что подавляются взаимные помехи между выходными сигналами в смежных полосах частот, отличающееся тем, что включает в себя антенную систему, имеющую множество антенных элементов, и выполнено с возможностью комбинирования групп выходных сигналов в антенной системе посредством подачи групп выходных сигналов на соответствующие антенные элементы.
Изобретение обеспечивает преимущество, состоящее в том, что оно решает техническую проблему комбинирования множества выходных сигналов передатчиков приемлемым образом.
Группы выходных сигналов могут представлять собой две группы из двух и трех выходных сигналов соответственно. Антенная система может иметь взаимно ортогонально поляризованные излучающие элементы, выполненные с возможностью приема соответствующих групп выходных сигналов для передачи. Устройство передачи может включать в себя соответствующие устройства развязки между передатчиками и связанными с ними полосовыми фильтрами, причем устройства развязки выполнены с возможностью подавления выходных сигналов, проходящих между передатчиками.
Согласно еще одному аспекту в настоящем изобретении предлагается способ передачи сигналов в сотовой системе мобильной радиосвязи, работающей на множестве смежных полос частот, причем способ включает в себя:
a) разделение выходных сигналов от множества передатчиков в соответствующих полосах частот на множество групп, причем по меньшей мере одна группа содержит множество выходных сигналов, отделенных друг от друга по частоте;
b) фильтрацию каждого выходного сигнала в соответствующем полосовом фильтре таким образом, что подавляются взаимные помехи между выходными сигналами в соседних полосах частот, отличающийся тем, что также включает в себя:
c) комбинирование групп выходных сигналов в антенной системе, имеющей множество антенных элементов, посредством подачи групп выходных сигналов на соответствующие антенные элементы.
Способ может включать комбинирование выходных сигналов от передатчиков путем мультиплексирования вместе выходных сигналов группы перед комбинированием групп сигналов. Группы выходных сигналов могут представлять собой две группы из двух и трех выходных сигналов соответственно. Антенная система может иметь взаимно ортогонально поляризованные излучающие элементы, выполненные с возможностью приема соответствующих групп выходных сигналов для передачи. Способ может включать в себя обеспечение соответствующих устройств развязки между передатчиками и связанными с ними полосовыми фильтрами, причем устройства развязки выполнены с возможностью подавления выходных сигналов, проходящих между передатчиками.
Перечень чертежей
Для более полного понимания изобретения далее описываются его варианты, приведенные только как примеры, со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1 - известная архитектура для сотовой сети мобильной радиосвязи третьего поколения;
Фиг.2 - схема радиопокрытия известной базовой станции для схемы по фиг.1, имеющей секторные антенны с углом 120°;
Фиг.3 - распределение частот дуплексной базовой станции с частотным разделением каналов для систем третьего поколения;
Фиг.4 - схематическое представление компоновки известной базовой станции, использующей отдельные антенны для передачи и приема;
Фиг.5 - схематическое представление компоновки известной базовой станции, использующей общую передающую/приемную антенну;
Фиг.6 - иллюстрация совместного использования мачты базовой станции согласно известному уровню техники;
Фиг.7 - известная схема для совместного использования передающей/приемной антенны;
Фиг.8 - известная приемная схема для использования схемы по фиг.7;
Фиг.9 - схема передачи для использования в схеме по фиг.7 с усилителем мощности для множества несущих;
Фиг.10 - схема передачи для использования в схеме по фиг.7 с применением фильтров мультиплексора;
Фиг.11 - частотные характеристики фильтров мультиплексора по фиг.10;
Фиг.12 - иллюстрация еще одного варианта схемы передачи;
Фиг.13 - частотные характеристики фильтров мультиплексора по фиг.12;
Фиг.14 - иллюстрация использования ортогонально поляризованных антенных элементов в варианте схемы по фиг.12;
Фиг.15 - модификация схемы по фиг.12, дающая пространственное разнесение при приеме;
Фиг.16 и 17 - иллюстрация обеспечения развязки сигналов между передатчиками; и
Фиг.18 и 19 - иллюстрация обеспечения неиспользуемых несущих частот в качестве защитных полос для разделения соседних частот передачи.
Подробное описание изобретения
Обратимся к фиг.1, где сотовая сеть мобильной радиосвязи, указанная в целом под ссылочной позицией 10, определена в виде набора отдельных базовых станций (БС, BS), каждая из которых сообщается с мобильными радиостанциями (не показаны) в соответствующей круговой области (показана в виде цепочки) соты 12. Соты 12 перекрываются. Базовые станции БС связаны друг с другом соединениями 14. Сеть 10 позволяет мобильным радиостанциям, находящимся в любом месте в зоне скомбинированных сот 12 осуществлять связь друг с другом, а также с телефонной системой общего пользования вне этой зоны.
Обратимся также к фиг.2, где каждая базовая станция имеет антенную структуру 20 для связи с мобильными радиостанциями; как здесь показано, антенная структура 20 обеспечивает перекрывающиеся зоны радиопокрытия 22А, 22В и 22С для трех секторов, образованных углами 120°, обеспечивая полное радиопокрытие на 360° в горизонтальной плоскости. Антенная структура состоит из трех отдельных антенн (не показаны), каждая из которых имеет луч шириной 120° и обеспечивает радиопокрытие ограниченной части соты.
На фиг.3 показаны полосы частот для дуплексной системы связи третьего поколения с частотным разделением каналов (3G FDD), выделенные Агенством радиосвязи Великобритании для использования сетевыми операторами Великобритании. У каждого из пяти операторов Великобритании имеется лицензия на использование определенной части или субполосы выделенного спектра с меткой "Лицензия A (B, C, D или Е)" для передачи от базовой станции на мобильную радиостанцию и другой части для передачи от мобильной радиостанции на базовую станцию. Для всех пяти лицензий в совокупности выделение общего спектра включает в себя полосу от 2110,3 до 2169,7 МГц для FDD передачи от базовых станций и полосы от 1920,3 до 1979,7 МГц для передачи от мобильных радиостанций. Хотя на краях обеих полос имеются невыделенные частотные интервалы или защитные полосы (не показаны), между субполосами А, В, С, D и Е отдельных операторов нет промежутков. Как будет более подробно описано ниже, это усугубляет проблему, если требуется использовать общую антенну для всех операторов.
Известная архитектура базовой станции, показанная в целом под ссылочной позицией 40, изображена на фиг.4. Она имеет две отдельные антенны 42 и 44 для передачи и приема с соответствующими схемами 46 и 48 передатчика и приемника. Известная альтернативная архитектура 50 показана на фиг.5, где схемы 52 и 54 передатчика и приемника одного оператора подсоединены к антенне 56 базовой станции через дуплексер 58, который позволяет вести одновременно передачу и прием через указанную антенну. Базовая станция может быть сконфигурирована в виде нескольких отдельных секторов, каждый из которых имеет соответствующие архитектуры 40 и 50.
Архитектуры 40 и 50 являются удовлетворительными, когда каждый сетевой оператор имеет соответствующее место для базовой станции, что обеспечить в настоящее время становится все труднее и труднее. На фиг.6 показана известная архитектура 60 для совместного использования базовых станций; она подходит для пяти сетевых операторов, совместно использующих одно место с соответствующей передающей/приемной антенной для каждого. В результате получается всего пять антенн А, В, С, D и Е, смонтированных на мачте 62 базовой станции, причем каждая антенна имеет разную высоту. Антенны от А до Е имеют соответствующие приемопередающие схемы от 64А до 64Е. По сравнению с вариантом, где используется одна антенна, высота мачты должна быть увеличена для размещения пяти антенн. Кроме того, увеличение высоты означает, что конструкция мачты должна быть упрочнена, чтобы выдерживать сильные ветры, что повышает затраты. Кроме того, не во всех местах можно разместить более высокую мачту, и часто возникают трудности при получении разрешения на планировочные работы от местных властей. Большие мачты, покрытые антеннами, выглядят неприглядно и навязчиво, а также в некоторых местах могут оказаться неприемлемыми из экологических соображений.
На фиг.7 показана известная концептуальная архитектура 70, подходящая для сокращения требуемого количества передающих/приемных антенн с пяти до одной. Пять операторов имеют соответствующие передатчики с Т×А по Т×Е, подсоединенных к схеме 72 блока объединения передачи, и приемники с R×A по R×E, подсоединенных к схеме 74 расщепителя приема. Схемы 72 и 74 через дуплексер 76 соединены с общей антенной 78. Передатчики с Т×А по Т×Е создают высокочастотные (RF) сигналы, которые комбинируются в схеме 72 блока объединения передачи и проходят через дуплексер 76 к антенне 78. Сигналы, принимаемые антенной 78 от удаленных мобильных радиостанций (не показаны), подаются от антенны через дуплексер 76 в схему 74 расщепителя приема, которая в равной степени использует сигналы пяти приемников с R×A по R×E.
Обратимся теперь к фиг.8, где в простом варианте схема 74 расщепителя приема может включать в себя малошумящий усилитель 80 и пассивный расщепитель 82 сигнала.
Для архитектуры 70 требуется практическая реализация схемы 72 блока объединения передачи; эта схема обсуждается со ссылками на фиг.9 и 10, где показаны два альтернативных подхода к решению указанной проблемы. На этих чертежах показаны схемы, которые можно считать жизнеспособными, но которые в действительности имеют недостатки.
На фиг.9 показан возможный вариант схемы 72 блока объединения передачи, которая включает в себя пассивную схему 92 для объединения пяти передатчиков от А до Е; к сожалению, пассивная схема 92 вносит значительные потери сигнала, что недопустимо уменьшает дальность передачи. Для устранения потерь схема 72 блока объединения передачи содержит высокочастотный линейный усилитель мощности 94 для множества несущих с целью увеличения мощности сигнала до уровня, подходящего для приемлемой связи с удаленными мобильными радиостанциями. Недостатком схемы 72 блока объединения передачи, показанной на фиг.9, является то, что усилитель мощности 94 должен быть способен обеспечивать требуемую выходную высокочастотную мощность для всех пяти полос частот передачи с адекватной линейностью, мгновенной шириной полосы пропускания и эффективностью. Такие усилители, даже если их можно технически реализовать, окажутся дорогостоящими. Кроме того, поскольку усилитель должен обрабатывать значительно большую высокочастотную мощность, чем мощность от одного передатчика, он может оказаться менее надежным, чем эквивалентный усилитель для более низкой мощности, а также может стать потенциальным источником отказа в архитектуре 70. Чтобы избежать длительных простоев оборудования связи из-за отказа усилителя 94, необходимо будет ввести усилитель "горячего резерва", что повышает затраты на систему.
На фиг.10 показана возможная альтернативная архитектура для комбинирования сигналов для схемы 72 блока объединения передачи. Эта схема 72 имеет узел, состоящий из пяти полосовых фильтров с 102А по 102Е, действующих как мультиплексор передачи, причем этот узел показан под общей ссылкой 102. Фильтры с 102А по 102Е фильтруют сигналы от соответствующих передатчиков с 104А по 104Е, после чего сигналы мультиплексируются по общей выходной шине 106 и направляются в дуплексер 76 и антенну 78, показанную на фиг.7. Полоса пропускания каждого фильтра с 102А по 102Е близка, насколько это возможно, полосе частот, выделенной по лицензии для соответствующего оператора. Потенциальным преимуществом указанной схемы 72 является то, что она обычно имеет более низкие потери сигнала, чем пассивная схема 92, показанная на фиг.9.
Однако фильтры с 102А по 102Е никогда не могут быть совершенными, то есть они не могут иметь полосы пропускания с точно расположенными и бесконечно крутыми границами слева и справа. На фиг.11 показаны полосы пропускания с 112А по 112Е фильтров с 102А по 102Е для лицензированной полосы частот передачи от 2110,3 до 2169,7 МГц по фиг.3. Фильтры с 102А по 102Е номинально обеспечивают одинаковую пиковую мощность передачи, но для ясности полосы пропускания 112С и 112D смещены вниз по отношению к полосам пропускания 112А, 112В и 112Е. Можно видеть, что соседние пары полос пропускания, такие как 112А и 112С, сильно перекрываются из-за конечной крутизны левой и правой границ; это вызывает два вредных эффекта: увеличение потерь сигнала в области перекрытия и ухудшение развязки между передатчиками с 104А по 104Е.
Причина увеличения потерь сигнала и ухудшения развязки между передатчиками связана с общей выходной шиной 106, к которой подсоединены фильтры с 102А по 102Е. Для того чтобы эффективно комбинировать сигналы с 102А по 102Е на выходной шине 106, необходимо поддерживать некоторое номинальное значение электрического импеданса через каждую полосу пропускания фильтров с 112А по 112Е, например 50 Ом. Однако, если полосы пропускания с 112А по 112Е перекрываются, как показано на фиг.11, этот номинальный импеданс не может быть обеспечен, что приводит к (а) потерям при взаимодействии сигнала с выходной шиной 106 и искажению формы передаваемого сигнала и (b) попаданию части каждого сигнала в соседние фильтры, а значит, в другие передатчики с 104А по 104Е. Взаимодействие сигнала с выходом передатчика приводит к появлению составляющих интермодуляции, генерируемых в выходном каскаде передатчика, который является нелинейным. Эти составляющие представляют собой неконтролируемые ложные излучения, которые, если они достаточно велики, могут превысить уровень, разрешенный регулирующими органами, которые контролируют системы связи этого типа. Таким образом, концепция комбинирования сигналов, показанная на фиг.10, основана на идеализированных мультиплексорных фильтрах с 102А по 102Е с прямоугольной частотной характеристикой между полосой пропускания и полосами подавления; но, поскольку на практике это не реализуемо, будет иметь место перекрытие, которое вызовет появление взаимных помех между полосами, сужение доступной ширины полосы пропускания и потери мощности.
Следовательно, существует потребность в приемлемом способе комбинирования выходных сигналов нескольких передатчиков, работающих на смежной полосе частот передачи, который позволит сетевым операторам совместно использовать одну передающую/приемную антенну. Однако из-за трудностей, описанных выше, специалистам в данной области техники очевидно, что в настоящее время нет удовлетворительного способа достижения этого, имея в виду затраты, сложность, ухудшение рабочих характеристик и низкую надежность.
Обратимся теперь к фиг.12, где показана еще одна схема 120 передатчиков. Схема 120 включает в себя первый и второй мультиплексоры 122АВЕ и 122CD передачи, причем первый мультиплексор 122АВЕ передачи принимает сигналы передачи от трех передатчиков 124А, 124В и 124Е и фильтрует их в соответствующих полосовых фильтрах 126А, 126В и 126Е; а второй мультиплексор 122CD передачи принимает сигналы передачи от двух дополнительных передатчиков 124С и 124D и фильтрует их в соответствующих полосовых фильтрах 126С и 126D.
Отфильтрованные выходные сигналы от полосовых фильтров 126А, 126В и 126Е комбинируются на первом выходе 128Х фильтра, а сигналы от полосовых фильтров 126С и 126D комбинируются на втором выходе 128Y фильтра. Сигналы с выходов 128Х и 128Y фильтров комбинируются в двухвходовом пассивном блоке 132 объединения на 3 дБ с двумя входными портами 132Х и 132Y и одним выходным портом 132Z; затем, как показано на фиг.7, они подаются через дуплексер на передающую/приемную антенну (не показана).
Обратимся теперь к фиг.13, где показаны соответствующие полосы пропускания от 140А до 140Е пяти фильтров с 126А по 126Е. Полосы пропускания с 140А по 140Е имеют одинаковый номинальный максимум, хотя не у всех из них ширина полосы одинакова, причем здесь показано, что полосы пропускания 140С и 140D для ясности сдвинуты вниз относительно других полос. Как показано на шкале 142 частоты, лицензированные полосы частот с 142А по 142Е содержат полосу 142С частот, непосредственно примыкающую к полосам 142А и 142В частот, и полосу 142D частот, непосредственно примыкающую к полосам 142В и 142Е частот. В результате получаются две группы несмежных полос частот 142А/142В/142Е и 142C/142D, которые, как показано на фиг.12, связаны с разными мультиплексорами 122АВЕ и 122CD передачи соответственно.
Поскольку полосы пропускания фильтров в любом мультиплексоре 122АВЕ или 122CD передачи отделены полосами заграждения, которые препятствуют значительному перекрытию полос пропускания, выходной сигнал из фильтра 126А, например, на выходе 128Х достигнет только передатчиков 124В и 124Е через фильтры 126В и 126Е с большим ослаблением и окажется пренебрежимо малым для большинства целей. Аналогичные соображения применимы к соединению между другими парами передатчиков в отдельном мультиплексоре 122АВЕ или 122CD передачи, и, следовательно, к фильтрам с 126А по 126Е. Ослабление, вносимое фильтрами с 126А по 126Е, обеспечивает развязку передатчиков от других сигналов на выходах 128Х или 128Y соответственно и, следовательно, на этих выходах получаются "совершенно скомбинированные" сигналы. Выражение "совершенно скомбинированные" означает, что из-за отсутствия перекрывания полос пропускания соответствующих фильтров 126А и т.д. электрический импеданс мультиплексоров 122АВЕ и 122CD на полосах пропускания фильтров остается фактически постоянным в отличие от эквивалентной схемы для фильтров с 102А по 102Е, показанной на фиг.10. Это позволяет входным сигналам от передатчиков с 124А по 124Е проходить через мультиплексор 122АВЕ или 122CD на выход 128Х или 128Y с минимальным искажением ("совершенный сигнал"), в результате чего выполняется требуемая функция комбинирования. Когда полосы пропускания фильтров перекрываются, как показано на фиг.11, импеданс полосы пропускания непостоянен, вследствие чего сигналы, появляющиеся на выходе мультиплексора, оказываются искаженными ("несовершенные").
Для комбинирования двух групп сигналов на выходах 128Х и 128Y при запрете нежелательных взаимодействий между передатчиками с 124А по 124Е используют блок 132 объединения, причем этот блок объединения представляет собой двухвходовую пассивную широкополосную компоненту на 3 дБ, которая обеспечивает хорошую развязку сигналов по меньшей мере на 20 дБ между двумя входными портами 132Х и 132Y независимо от разделения частот сигналов на этих портах. Это позволяет комбинировать сигналы, соседние по частоте, фактически без появления нежелательной ощутимой связи между ними. Следовательно, группы сигналов на выходах 128Х и 128Y комбинируются линейным образом с недопущением неприемлемой степени их взаимодействия и появляются на выходе блока 132 объединения в виде практически совершенного комбинированного непрерывного частотного спектра.
Хотя между входными и выходными портами с 132Х по 132Z блока 132 объединения имеются внутренние потери сигнала, они значительно меньше, чем потери, вызываемые пассивным пятивходовым блоком 92 объединения, показанным на фиг.9. Двухэтапный подход к комбинированию, описанный со ссылками на фиг.12, предоставляет более эффективную пассивную схему комбинирования сигналов передатчиков, чем архитектуры, описанные ранее, и устраняет необходимость иметь линейный усилитель 94 мощности для множества несущих.
Таким образом, схема 120 позволяет операторам как на смежных, так и на несмежных полосах передачи совместно использовать одну антенну базовой станции. При этом отпадает необходимость иметь дорогие мультичастотные усилители мощности, поскольку схема 120 комбинирования сигналов передатчиков имеет уменьшенные потери по сравнению со схемой, показанной на фиг.9. Кроме того, изобретение устраняет перекрытие полос пропускания фильтров, описанное со ссылками на фиг.10 и 11.
Минимальное количество сигналов передачи, которое можно использовать в компоновке, сходной со схемой 120, равно двум сигналам, подведенными через соответствующие отдельные фильтры к пассивному блоку 132 объединения на 3 дБ. Если на соседних полосах частот имеются только два передатчика, то нет необходимости мультиплексировать сигналы передачи вместе в мультиплексоре, таком как 122CD перед подачей в блок 132 объединения. Если имеются два сигнала, несмежные по частоте, то их можно скомбинировать, используя один мультиплексор 132, и подать непосредственно в дуплексер без прохождения через блок объединения, к примеру 132, что уменьшает потери сигнала. Если имеются три сигнала передачи, где по меньшей мере два из них находятся на смежных полосах, то два сигнала будут комбинироваться в мультиплексоре 122, а третий будет непосредственно подаваться в блок 132 объединения. Однако, если необходимо скомбинировать три несмежные полосы частот А, В и Е, то потребуется только один мультиплексор 122АВЕ, а его выходной сигнал 128Х будет подан непосредственно в дуплексер без прохождения через блок 132 объединения. Для четырех или более сигналов потребуются по меньшей мере две группы из двух или более несмежных сигналов, причем каждая группа должна мультиплексироваться вместе перед комбинированием с другой группой. Конечно, можно использовать больше, чем две группы, с четырьмя или более сигналами, если требуется, например, уменьшить количество сигналов на группу или увеличить разделение частот между сигналами в каждой группе. При комбинировании менее пяти передатчиков любые неиспользуемые входы в мультиплексор 122 обычно замыкают на нагрузку. В альтернативном варианте неиспользуемые частотные фильтры 126 могут быть опущены, что уменьшает затраты, размеры и вес.
Обратимся теперь к фиг.14, где показана система 150 передачи, представляющая собой вариант архитектур, описанных со ссылками на фиг.7 и 12. Элементам, эквивалентным ранее описанным, соответствуют идентичные ссылки. Система 150 отличается от схемы 120 тем, что первый и второй мультиплексоры 122АВЕ и 122CD передачи не подсоединены к общему блоку объединения на 3 дБ, а вместо этого первый мультиплексор 122АВЕ передачи подсоединен непосредственно к одному излучающему элементу 152АВЕ антенного блока 152, содержащего два ортогонально поляризованных излучающих элемента, а второй мультиплексор 122CD передачи подсоединен ко второму указанному излучающему элементу 152CD через дуплексер 154, который также подает сигналы, принятые антенной 152CD, на приемную схему (не показана). Антенный блок 152 представляет собой тип блока, поставляемый Thales Antennas или Alan Dick and Company Ltd.
Как и ранее, в системе 150 используется способность мультиплексоров 122АВЕ и 122CD комбинировать несмежные полосы частот; вместо комбинирования выходных сигналов мультиплексоров в пассивном блоке объединения система 150 комбинирует их в едином антенном блоке 152 с ортогонально поляризованными излучающими элементами. Основным преимуществом такой компоновки является то, что высокочастотные потери при передаче оказываются даже меньше, чем потери, вносимые схемой 120; потери уменьшаются из-за того, что теперь нет блока 132 объединения, который вносил потери сигнала около 3 дБ. Теперь функция комбинирования обеспечивается двухвходовой антенной 152, которая обеспечивает развязку 20 дБ или более между двумя сигналами, поступающими на вход разных антенных элементов 152 ABE и 152CD.
Изобретение можно адаптировать для пространственного и поляризационного разнесения (как для передачи, так и для приема). На фиг.15 показана схема 160, соответствующая изобретению и включающая в себя пространственное разнесение при приеме. Элементам, эквивалентным описанным ранее, соответствуют идентичные ссылочные позиции. Схема 160 включает в себя первую и вторую антенны 162Х и 162Y, соединенные через дуплексеры 164Х и 164Y с первым и вторым мультиплексорами 122АВЕ и 122CD передачи соответственно; антенны 162Х и 162Y также подсоединены к соответствующим приемным схемам 166Х и 166Y, каждая из которых обеспечивает выходной сигнал на каждой из пяти лицензированных частот. Таким образом, приемные схемы 166Х и 166Y совместно обеспечивают пару выходных сигналов на каждой частоте, а каждая пара суммируется в соответствующей схеме с 168А по 168Е приемника. Схема 160 имеет преимущество, заключающееся в возможности для двух антенн 162Х и 162Y избежать необходимости иметь блок объединения на 3 дБ для комбинирования сигналов от мультиплексоров 122АВЕ и 122CD передачи, в результате чего достигается уменьшение высокочастотных потерь в тракте сигналов передачи, подаваемых на антенну.
При некоторых обстоятельствах выгодно ввести дополнительные устройства развязки в схему передачи согласно изобретению, чтобы обеспечить развязку сигнала между отдельными передатчиками; это показано на фиг.16 и 17, которые эквивалентны фиг.12 с той только разницей, что добавлена дополнительная развязка. Элементам на фиг.16 и 17, эквивалентным ранее описанным, соответствуют идентичные ссылочные позиции. На фиг.16 устройства с 170А по 170Е развязки (в совокупности обозначены ссылкой 170) введены между соответствующими комбинациями передатчик/фильтр с 124А/126А по 124Е/126Е. На фиг.17 устройства 172АВЕ и 172CD (в совокупности обозначены ссылкой 172) развязки введены между пассивным блоком 132 объединения и соответствующими мультиплексорами 122АВЕ и 122CD передачи. Устройства 170 и 172 развязки устраняют слишком высокий уровень обратной подачи мощности сигнала от одного передатчика на другой (например, от передатчика 122А на передатчик 122В), что привело бы к появлению составляющих интермодуляции, которые могут вызвать неприемлемые помехи в системе приемников.
При отсутствии устройств 170 и 172 развязки сигналы от передатчиков 124 и т.д. могут до некоторой степени взаимодействовать с выходными каскадами других передатчиков 124В и т.д. Абсолютный уровень таких обратных сигналов зависит от степени развязки, обеспечиваемой блоком 132 объединения и мультиплексорами 122АВЕ и 122CD передачи. Например, высокочастотные сигналы будут "стекать" из каждого входного порта блока 132 объединения на другой, а затем обратно через мультиплексоры 122АВЕ и 122CD передачи на другие приемники. Хотя блок 132 объединения и мультиплексоры 122АВЕ и 122CD передачи действительно обеспечивают степень развязки, адекватную для многих целей, она может оказаться неприемлемой во всех случаях, когда устройства развязки могут быть добавлены для увеличения общей степени развязки между передатчиками 124А и т.д.
В сотовой системе мобильной радиосвязи третьего поколения предусмотрено пять лицензий или операторов, но двенадцать несущих частот; то есть, лицензии А и В имеют каждая по три несущих частоты, а лицензии С, D и Е имеют каждая по две несущих частоты. В обсужденных выше примерах изобретения допускается комбинирование через одну антенну всех двенадцати несущих частот. Однако в некоторых случаях базовым станциям нет необходимости поддерживать все двенадцать несущих частот. Даже для мест, совместно используемых пятью операторами, может оказаться, что нет необходимости использовать все выделенные несущие частоты. Кроме того, некоторые базовые станции могут совместно использоваться менее чем пятью операторами. В этих случаях можно использовать то обстоятельство, что неиспользуемые интервалы несущих частот можно затем использовать в качестве защитных полос фильтров, чтобы избежать недостатков, связанных с перекрытием частотных характеристик фильтров, описанных со ссылками на фиг.11.
Если используют защитные полосы фильтров, то тогда появляется возможность использовать схему 72, показанную на фиг.10, которая обычно рассматривается как нежизнеспособная. Два примера реализации защитных полос фильтров показаны на фиг.18 и 19. На обоих чертежах лицензии А, В, С, D и Е имеют соответствующие номера несущих частот, 1/2/3, 4/5, 6/7/8, 9/10 и 11/12. На фиг.18 несущие частоты с номерами 3, 6, 9 и 11 остаются неиспользованными, предоставляя соответствующие защитные полосы между соседними парами лицензий А/С, С/В, B/D и D/E. Аналогичная ситуация имеет место на фиг.19, где несущие частоты под номерами 3, 5, 8 и 11 остаются неиспользованными, причем очевидно, что здесь возможны и другие комбинации. Преимуществом такой компоновки является то, что выходные сигналы передатчиков от нескольких соседних операторов можно скомбинировать непосредственно с минимальными потерями сигнала.
Количество несущих частот, проходящих через любой фильтр (например, 126А), зависит от используемой схемы частот. На фиг.18 и 19 показаны два плана распределения частот, хотя возможны и другие планы. Таким образом, пара передатчик/приемник может быть связана с одной, двумя или тремя несущими, в зависимости от конфигурации. Например, оператор, имеющий лицензию А с тремя номерами 1/2/3 несущих частот, может иметь все три несущих, проходящих через один фильтр, в то время как несущая частота номер 4 (первая несущая частота лицензии С) обозначена как защитная полоса.
Вышеописанные примеры можно конструктивно реализовать с использованием существующих общедоступных технологий. Компонентами, необходимыми для практической реализации этих примеров, являются мультиплексный фильтр, пассивный двухвходовый блок объединения, устройства развязки, дуплексерный фильтр, малошумящий усилитель, пассивный пятиканальный расщепитель и ортогонально поляризованная антенная система.
Мультиплексный фильтр поставляется несколькими поставщиками, в том числе, Filtronic, Remec and Aerial Facilities. В примере, описанном со ссылками на фиг.12 и 13, между несмежными полосами пропускания, такими как 142А и 142В, необходим промежуток в 10 МГц, что вполне достижимо. Промежуток между полосами пропускания уменьшается до 5 МГц, если защитные полосы используют так, как это показано на фиг.18 и 19; фильтры с такой характеристикой также можно реализовать, обратившись к вышеупомянутым поставщикам.
Изобретение относится к области и может быть использовано, например, в сетях сотовой мобильной радиосвязи. Устройство передачи для сотовой мобильной радиосвязи, работающей на множестве смежных полос частот, включает в себя множество передатчиков, связанных с соответствующими полосовыми фильтрами для фильтрации выходных сигналов передатчиков, скомпонованных в множество групп выходных сигналов, при этом, по меньшей мере, одна группа содержит множество подобных сигналов, разделенных по частоте таким образом, что подавляются взаимные помехи между выходными сигналами в соседних полосах частот, а также одну антенну, имеющую множество антенных элементов, и выполнено с возможностью комбинирования групп выходных сигналов в этой одной антенне посредством подачи групп выходных сигналов на соответствующие антенные элементы. Технический результат - обеспечение объединения сигналов трех и более смежных полос частот в одной антенне без использования соединительного устройства на 3 дБ. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 19 ил.
| US 5584058 А, 10.12.1996 | |||
| US 5229729, 20.07.1993 | |||
| Дорожная спиртовая кухня | 1918 |
|
SU98A1 |
| Устройство для разделения приемных и передающих каналов при работе на две антенны | 1970 |
|
SU327865A1 |
| SU 23846 А1, 01.01.1972 | |||
| Многоканальный фильтр | 1980 |
|
SU1085001A1 |
