способ и устройство для объединения множества антенн в системе связи с распределенной антенной

Формула изобретения

1. Способ объединения множества антенн в системе связи с распределенной антенной, содержащий этапы обеспечения множества антенн на одной или более поверхностях удаленного ВЧ-блока, причем каждая антенна обеспечивает распространение сигнала в требуемом направлении, и объединения множества антенн посредством обеспечения одной или более внутренних высокочастотных (ВЧ) объединяющих схем, причем каждая объединяющая схема объединяет сигналы, принимаемые от двух или более антенн, и посредством обеспечения одной или более внутренних ВЧ разделяющих схем, причем каждая разделяющая схема делит подлежащие распространению сигналы от одного источника сигнала, по меньшей мере, на два сигнала для распространения, по меньшей мере, двумя антеннами.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап закрывания удаленного ВЧ-блока корпусом.

3. Способ по п. 2, в котором, по меньшей мере, одна антенна представляет собой направленную излучательную антенну.

4. Способ по п. 3, в котором антенны смонтированы по существу заподлицо с одной или более поверхностями корпуса.

5. Способ по п. 4, в котором каждая антенна закрыта обтекателем.

6. Способ по п. 2, в котором корпус является по существу устойчивым к атмосферным воздействиям.

7. Способ по п. 1, в котором каждая объединяющая схема и каждая разделяющая схема включает в себя устройство Уилкинсона.

8. Удаленный высокочастотный блок, содержащий корпус, множество антенн, смонтированных по существу заподлицо с одной или более поверхностями корпуса, причем каждая антенна обеспечивает распространение сигнала в требуемом направлении, одну или более внутреннюю ВЧ объединяющую схему, причем каждая объединяющая схема объединяет сигналы, передаваемые от двух или более антенн, и одну или более внутреннюю ВЧ разделяющую схему, причем каждая разделяющая схема делит подлежащие распространению сигналы от одного источника сигнала на два сигнала для распространения, по меньшей мере, двумя антеннами.

9. Блок по п. 8, в котором, по меньшей мере, одна из антенн представляет собой направленную излучательную антенну.

10. Блок по п. 9, в котором каждая антенна закрыта обтекателем.

11. Блок по п. 8, в котором корпус по существу устойчив к атмосферным воздействиям.

12. Блок по п. 8, в котором каждая объединяющая схема и каждая разделяющая схема включает в себя устройство Уилкинсона.

13. Система связи с распределенной антенной, содержащая центральный блок распределения, множество удаленных ВЧ-блоков, подсоединенных к упомянутому центральному блоку распределения, причем каждый удаленный ВЧ-блок содержит множество излучательных антенн, расположенных на одной или более поверхностях ВЧ-блока, и каждый из упомянутого множества удаленных ВЧ-блоков имеет соответствующий корпус и соединение с упомянутым центральным блоком распределения, так что упомянутые удаленные ВЧ-блоки можно географически распределять по ячейке в упомянутой системе, объединение каждой из упомянутого множества антенн на каждом удаленном ВЧ-блоке осуществлено посредством обеспечения одной или более внутренних ВЧ объединяющих схем в каждом из упомянутого множества удаленных ВЧ-блоков, причем каждая объединяющая схема объединяет сигналы, принимаемые от двух или более антенн, и обеспечения одной или более внутренних разделяющих схем в каждом из упомянутого множества удаленных ВЧ-блоков, причем каждая разделяющая схема делит подлежащие распространению сигналы от центрального блока распределения, по меньшей мере, на два сигнала для распространения, по меньшей мере, двумя антеннами.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в основном, к системам передачи радиосигналов, использующим распределенные антенны. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу и устройству для объединения антенн в распределенной антенной системе, а также к системе с распределенной антенной, использующей такие способ и устройство.

Уровень техники

На фиг. 1 представлен пример распределенной антенной системы. Такую систему можно использовать, например, для распределения сигналов несущей радиосвязи на удаленные местоположения и от них, используя передающую сеть кабельного телевидения. Система включает в себя центральный блок (устройство) 10 распределения и множество удаленных ВЧ (высокочастотных) блоков 12. Удаленные блоки 12 выполняют обработку высокочастотного сигнала и связаны с элементами (антеннами) излучения для распространения обработанных сигналов. Систему предпочтительно конструируют так, что каждая антенна обеспечивает эффективное покрытие требуемой зоны обслуживания без промежутков покрытия и без перекрытия (то есть без создания радиопомех) с ближайшими зонами обслуживания.

Чтобы получить достаточные коэффициент усиления антенны и зону обслуживания в типичной распределенной антенной системе, в каждом высокочастотном блоке предусмотрен внешний элемент типа несимметричной вибраторной антенны или симметричной вибраторной антенны. Такие внешние антенны обычно питают по коаксиальному кабелю. Примеры удаленных блоков, имеющих внешние антенны 14, показаны на фиг.2А и 2В.

Удаленные ВЧ-блоки обычно располагают в общественных местах и (или) снаружи. В связи с этими местоположениями при конструировании блока необходимо учитывать такие факторы окружающей среды, как дождь, обледенение и ветер. В случае расположения блоков в общественных местах важными также оказываются эстетические соображения. Из-за того, что внешние антенны в обычных блоках выступают из блока, они подвергаются серьезным погодным воздействиям и обычно считаются нежелательными с эстетической точки зрения. Далее, несимметричные и симметричные вибраторные антенны обычно имеют плохую азимутальную направленность. Следовательно, их траекториями распространения нелегко управлять для обеспечения эффективного обслуживания всей желаемой зоны.

Таким образом, в распределенных антенных системах (системах, выполненных из большого количества блоков, подсоединенных к центральному объединителю (комбайнеру)) удаленные блоки предпочтительно а) обеспечивают обслуживание всей требуемой зоны без промежутков в покрытии или радиопомех со стороны соседних зон обслуживания, б) устойчивы по отношению к атмосферным воздействиям, в) имеют эстетический внешний вид и г) являются эффективно объединяемыми.

Как описано выше, в известных удаленных блоках используют внешние симметричные или несимметричные антенны, подсоединенные к коаксиальному кабелю. Такие удаленные блоки не соответствуют ни одному из вышеописанных критериев.

В соответствии с этим было бы желательно для удаленного блока в распределенной антенной системе эффективно обеспечивать покрытие всей желаемой зоны обслуживания без промежутков в покрытии или радиопомех со стороны соседних зон обслуживания.

Было бы желательно, чтобы удаленный блок был устойчив к атмосферным воздействиям и в удаленном блоке учитывался эстетический внешний вид.

Было бы также желательно, чтобы удаленный блок имел эффективно объединяемые антенны.

Сущность изобретения

Чтобы преодолеть вышеотмеченные недостатки и обеспечить дополнительные преимущества, в соответствии с настоящим изобретением заявлены способ и устройство для объединения многочисленных антенн в распределенной антенной системе. В соответствии со способом по настоящему изобретению множество антенн в системе связи с распределенной антенной объединяют посредством расположения множества антенн на одной или более поверхностях корпуса. Каждая антенна выполнена с возможностью осуществлять распространение сигнала в требуемом направлении. Множество антенн внутри корпуса объединяют посредством обеспечения одной или более внутренних объединяющих ВЧ-схем и одной или более внутренних разделяющих ВЧ-схем. Каждая объединяющая схема объединяет сигналы, принимаемые от двух или более антенн, а каждая разделяющая схема делит подлежащие распространению сигналы от одного источника сигнала, по меньшей мере, на два сигнала для распространения, по меньшей мере, от двух антенн.

В соответствии с устройством по настоящему изобретению удаленный высокочастотный блок (устройство) включает в себя множество антенн, расположенных на одной или более поверхностях корпуса. Каждая антенна выполнена с возможностью обеспечивать распространение сигнала в требуемом направлении. Устройство включает в себя также одну или более внутреннюю высокочастотную объединяющую схему и одну или более внутреннюю разделяющую ВЧ-схему. Каждая объединяющая схема объединяет сигналы, принимаемые от двух или более антенн, а каждая разделяющая схема делит подлежащие распространению сигналы от одного источника сигнала, по меньшей мере, на два сигнала для распространения, по меньшей мере, двумя антеннами.

Заявленные в соответствии с настоящим изобретением способ и устройство позволяют изготавливать такой удаленный блок распределенной антенной системы, который обеспечивает эффективное обслуживание одной или более желательных зон, по существу устойчив к атмосферным воздействиям, легко приводим в соответствие с требуемыми эстетическими критериями и в котором антенны эффективно объединены.

Признаки и преимущества настоящего изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления, приводимых со ссылками на соответствующие чертежи, на которых подобные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями и на которых:

фиг.1 - пример распределенной антенной системы, в которой можно применить настоящее изобретение;

фиг. 2А и 2В - обычные удаленные ВЧ-блоки, которые можно использовать в представленной на фиг.1 системе;

фиг. 3 - удаленный ВЧ-блок, закрытый корпусом, использующий примерные способ и устройство для объединения антенн по настоящему изобретению;

фиг.4А и 4В - внутренние соответственно объединяющая и разделяющая схемы удаленного ВЧ-блока, представленного на фиг.3;

фиг.5А и 5В - подробные схемы, иллюстрирующие примеры вариантов осуществления показанных на фиг.4А и 4В схем;

фиг. 6А и 6В - диаграммы, представляющие сравнение зон обслуживания обычной распределенной антенной системы с зоной обслуживания системы, реализующей способ и устройство по настоящему изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Рассмотрим фиг.3, на которой показан удаленный ВЧ-блок, соответствующий варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на рисунке, удаленный ВЧ-блок 12 включает в себя множество направленных излучательных антенн 14, смонтированных на каждой стороне ВЧ-блока 12. Каждая направленная излучательная антенна 14 направлена в требуемом направлении распространения сигнала. Каждая направленная излучательная антенна выполнена с возможностью обеспечивать усиление, например, 5 дБдюйм (1,96 дБсм) в вертикальной плоскости. Различные приемные антенны могут иметь противоположные полярности (вертикальную или горизонтальную) и могут быть разнесены в пространственном отношении для уменьшения корреляции. Удаленный ВЧ-блок 12 предпочтительно закрывают корпусом 16. Корпус 16 можно крепить к кабельной телевизионной жиле 17, как показано на рисунке, или можно крепить к телефонному столбу, стене или другой конструкции. В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения корпус имеет примерно следующие размеры: высоту 9 дюймов (22,86 см), глубину 3 дюйма (7,62 см) и длину 20 дюймов (50,8 см) и может быть весь заключен в корпус. Вес блока с корпусом может составлять примерно 12 фунтов (5,44 кг). Корпус может быть изготовлен из литого под давлением алюминия, на котором спеканием нанесен защитный порошок, или из других подходящих материалов. Антенны 14 предпочтительно монтируют по существу заподлицо с поверхностями корпуса 16. В результате монтажа заподлицо антенн 14 антенны можно покрывать обтекателями (обтекателями антенн РЛС) для обеспечения защиты от воздействия окружающей среды и для улучшения эстетического внешнего вида блока 12. Антенны объединяют, как описано ниже, для подачи сигналов от антенны на приемник и на антенны с выходов передатчиков.

Блок 12 представляет собой удаленный ВЧ-блок, который можно использовать в системах связи с распределенной антенной, например, в качестве интерфейса удаленной антенны, который извлекает единую несущую СПС (системы персональной связи) из сети кабельного телевидения по нисходящей линии связи и передает извлеченную несущую по интерфейсу радиосвязи. По восходящей линии удаленный блок 12 принимает два различных образца несущей СПС сигнала, преобразует принятые образцы в различные частоты восходящей линии связи КТВ (кабельного телевидения) и передает преобразованные частоты в кабельный процессор (не показан) по сети передачи кабельного телевидения.

Рассмотрим теперь фиг.4А и 4В, на которых показана электрическая схема примерного средства для объединения антенн 14. В частности, на фиг.4А показана примерная объединяющая схема, в которой две антенны 14 подсоединены к объединяющей схеме 18. В схеме на фиг.4А антенны 14 принимают сигналы, принятые сигналы объединяются в объединяющей схеме 18, а выходной сигнал объединяющей схемы 18 подается на вход 20 приемника.

На фиг. 4В показана примерная разделяющая схема, в которой выходной сигнал с выхода 22 передачи поступает на разделяющий элемент 24, а выходной сигнал разделяющего элемента 24 подается на две антенны 14. Очевидным является, что показанные на фиг.4А и 4В объединяющие и разделяющие схемы можно изменять, чтобы позволить осуществлять объединение или разделение в отношении более чем двух антенн.

На фиг. 5А и 5В представлены подробные схемы примерных реализаций показанных на фиг. 4А и 4В объединяющих/разделяющих схем. Далее приведено описание приемной части схемы, представленной на фиг.5А. Показанная схема приемника включает в себя приемные антенны RxA1, RxA2, RxB1 и RxB2 для приема сигналов и объединители 100А и 100В. Объединители 100А и 100В в этом варианте осуществления представляют собой объединители (комбайнеры) Уилкинсона. Следует понимать, что можно использовать другие подходящие пассивные объединители (например, квадратурные гибридные, омические и так далее) в зависимости от таких соображений, как управление мощностью, стоимость, имеющееся пространство и так далее. Выходные сигналы объединителей 100А и 100В поступают на усилители 102А и 102В соответственно и фильтры 104А и 104В соответственно. Фильтры 104А и 104В в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения представляют собой полосовые фильтры с шириной полосы примерно 1850-1910 МГц. Объединенные, прошедшие через фильтр и усиленные принятые сигналы смешивают с сигналом гетеродина Гет.1 в смесителях 106А и 106В, как показано на фигуре. Гетеродин Гет.1 предпочтительно представляет собой генератор, работающий на частотах 1580-1640 МГц. Модулированный выходной сигнал усиливается в усилителях 108А и 108В.

Выходные сигналы усилителей 108А и 108В пропускают через полосовые фильтры 110А и 110В соответственно. Соответствующие предпочтительному варианту осуществления фильтры 110А и 110В имеют ширину полосы пропускания 270 МГц. Выходной сигнал фильтра 110А смешивают с сигналом гетеродина Гет.5 в смесителе 112А и усиливают усилителем с регулируемым усилением УРУ 2. Выходной сигнал фильтра 110В смешивают с сигналом гетеродина Гет.6 в модуляторе 112В и усиливают усилителем с регулируемым усилением УРУ 3. Коэффициент усиления каждого усилителя с регулируемым усилением предпочтительно устанавливают на основании индикации мощности принятого сигнала (ИМПС), определяемой непоказанными схемами. Некоторые применения такой схемы описаны в заявке на патент США 08/683187. Выходные сигналы усилителей 112А и 112В с регулируемым усилением объединяют в объединителе 114 и объединенный сигнал пропускают через фильтр 116 нижних частот, а после фильтра сигнал поступает в общий кабель 118 через объединитель/разветвитель 200. Фильтр 116 предпочтительно представляет собой фильтр, который пропускает сигналы ниже частоты примерно 50 МГц. Следует учесть, что раздельные каналы приема для антенн RxA и RxB обеспечивают разнесенный прием.

Далее раскрыта передающая часть показанной на фиг.5А схемы. Подлежащий передаче сигнал поступает из общего кабеля 118 на объединитель/разветвитель 200. Объединитель/разветвитель 200 делит подлежащий передаче сигнал на два сигнала, первый из которых фильтруется в полосовом фильтре 202. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения полосовой фильтр 202 пропускает сигналы в диапазоне примерно 402-750 МГц.

Этот сигнал смешивается с сигналом гетеродина Гет.2 в смесителе 204. Модулированный сигнал усиливается в усилителе 206, и усиленный сигнал пропускается через полосовой фильтр 208, который имеет в настоящем примере ширину полосы примерно 350 МГц. С выхода фильтра сигнал смешивается с сигналом гетеродина Гет.1 в смесителе 210, усиливается усилителем с регулируемым усилением УРУ 1 и усилителем 212. Усиленный сигнал поступает на ответвитель 214, который вырабатывает первый сигнал ВЧ-детектирования и второй сигнал, который подается на изолятор 216. Первый сигнал ВЧ-детектирования используют для регулирования коэффициента усиления усилителя с регулируемым усилением УРУ 1. Изолированный сигнал пропускают через фильтр 218 нижних частот, который пропускает сигналы, имеющие частоту в этом варианте осуществления меньше приблизительно 2000 МГц. Прошедший через фильтр сигнал разветвляется разветвителем 220, и разветвленные сигналы передаются через антенны Тх1 и Тх2. Разветвитель 220 в данном варианте осуществления представляет собой гибридный разветвитель, однако можно использовать другие подходящие устройства (например, Уилкинсона, квадратурные гибридные, омические и так далее).

Очевидным является, что в показанном на фиг.5А варианте осуществления использована стандартная архитектура приемопередатчика, и, следовательно, вариант осуществления является экономичным. В этом варианте осуществления имеющие место в разветвителе 220 потери на разветвление предпочтительно компенсируются посредством снижения планируемого энергетического запаса на линии связи.

На фиг.5В показан альтернативный вариант осуществления схемы объединения антенн. В показанном на фиг.5В варианте осуществления каждая антенна Тх1, Тх2 передатчика имеет отдельную связанную цепь усилителя передатчика, а каждая приемная антенна RxA1, RxA2, RxB1 и RxB2 имеет отдельный связанный малошумящий усилитель 102А1, 102А2, 102В1 и 102В2. В этом варианте осуществления разветвление передатчика происходит в точке канала передачи, где потери на разветвление могут быть компенсированы усилителями УРУ 1 и 212А и 212В. Далее, приемное объединение происходит в точке канала приема, где потери на объединение могут быть компенсированы соответствующим подбором или регулировкой малошумящих фильтров 102А1-102В2. Этот вариант осуществления позволяет обеспечивать более высокие эксплуатационные данные, чем показанный на фиг. 5А вариант осуществления, но обычно оказывается более дорогостоящим и сложным.

Очевидным является, что на фиг.5А и 5В показаны два варианта осуществления схемы объединения антенн и что показанные и описанные элементы схемы можно, при необходимости, менять в зависимости от конструктивных соображений, например от способности управлять мощностью, стоимости, наличия пространства и так далее.

На фиг. 6А и 6В приведено сравнение зон обслуживания обычной распределенной антенной системы и распределенной антенны, использующей соответствующие настоящему изобретению способ и устройство. На фиг.6А показано применение в пригороде системы с распределенной антенной, в которой используются всенаправленные удаленные ВЧ-антенны 12а и 12b. Всенаправленная удаленная ВЧ-антенна 12а обеспечивает обслуживание зданий 54а и 54d, а всенаправленная антенна 12b обеспечивает обслуживание зданий 54с и 54f. Однако вследствие того, что антенны 12а и 12b всенаправленные, обслуживание, обеспечиваемое для зданий 54b и 54е, подвергается воздействию радиопомех. Это не обеспечивает эффективного обслуживания требуемой зоны. В противоположность этому на фиг. 5В показано использование направленных антенн 12а" и 12b". Направленные антенны позволяют обеспечивать обслуживание зданий 54a-54f без радиопомех, обслуживая, таким образом, требуемую зону более эффективным способом.

Хотя вышеприведенное описание включает в себя много деталей и технических характеристик, очевидным является то, что эти детали и технические характеристики приведены только для целей иллюстрирования и объяснения. В раскрытых вариантах можно осуществить большое количество изменений, которые не выходят за рамки сущности и объема изобретения, определяемых нижеприведенной формулой изобретения.