塔頂蜂窩通信設備及其操作方法
2023-05-28 10:50:51
專利名稱：塔頂蜂窩通信設備及其操作方法
技術領域：
本發明總的涉及蜂窩通信系統，更具體而言涉及具有一個塔頂基站收發信臺或具有一個集成回程部分(backhaul)的塔頂節點B的蜂窩通信網絡，及其操作方法。
背景技術：
近年來，包括蜂窩電話、尋呼機和無線網際網路接入設備的移動通信設備的使用已經按指數規律增加。這種對移動通信設備的增長的需求已經導致了支持這些服務所必需的基礎結構的快速增長。
在圖1中顯示了用於與蜂窩或行動電話或站進行通信的常規通信網絡的框圖。參看圖1，用於與移動基站12通信的常規通信網絡10典型地包括一個與公用交換電話網(PSTN16)和多個基站控制器(BSC18)通信的移動交換中心(MSC14)，僅顯示了這些基站控制器中的一個。每個BSC18進而又和一個或多個基站收發信臺(BTS20)通信。BTS20通過饋電電纜22被耦合到一個或多個安裝在塔26頂部的天線24，並負責在通信網絡10和移動臺12之間發送和接收通信信號。每個BTS20通常包括一個或多個用於發送和接收信號的收發信機、用於放大接收的和發送的信號的放大器、一個用於將發送的信號加到天線24並將接收的信號分路到接收線路上的雙工器，以及一個用於在BTS和BSC18之間耦合信號的回程部分。移動交換中心14作為用於整個網絡的神經中樞操作，並使用一種既定的協議，例如GSM(全球移動通信系統)協議、CDMA(碼分多址)和TDMA(時分多址)協議與BSC18進行通信。這些不同的協議規定了在MSC14、BSC18和BTS20之間通信的特性並為本領域技術人員所熟知。
常規的BSC18主要負責規定相關小區的尺寸。就是說，由特定的BTS20覆蓋或服務的區域。對於小區尺寸並沒有固定的規格，可是在當前的使用中，通常提到宏小區、迷你小區、微小區和微微小區。各種小區的範圍傾向於隨它們的大小而變化，並且舉例來說，在當前的使用中，宏小區典型地具有輸出數量級為20-50瓦功率的天線24，以及傾向於具有數量級為5-40千米的範圍。迷你小區典型地具有數量級為10瓦的功率輸出並具有在附近2-5千米的相應範圍。微小區典型地具有數量級為2-8瓦的功耗和大約一千米的範圍。當然隨著在天線設計中信號處理能力的提高，各種尺寸之間的區別變得模糊，可是在概念上，小區的尺寸可能總是變化的。
在圖2中顯示了用於與UE或用戶設備終端(UE)進行通信的常規的第三代蜂窩通信網絡(3G網絡)的框圖。參看圖2，用於與UE30通信的常規3G網絡28典型地包括一個與公用交換電話網(PSTN34)進行通信的第三代移動交換中心(3G-MSC32)、一個與IP網絡(例如網際網路37)通信的網關支持節點(GSN35)，以及多個無線網絡控制器(RNC38)，僅僅顯示了其中的一個。3G-MSC32和GSN35進一步耦合到歸屬位置寄存器(HLR39)，該寄存器記錄並存儲系統訂戶的地址和授權或鑑權信息。每個RNC38與一個或多個節點B40通信。節點B40通過饋電電纜42耦合到一個或多個安裝在塔46頂部的天線44，並負責在3G網絡28和UE30之間發送和接收通信信號。每個節點B40通常包括一個或多個用於發送和接收信號的收發信機、用於放大接收的和發送的信號的放大器、一個用於將發送的信號加到天線44並將接收的信號分路到接收線路上的雙工器或多路復用器，以及一個用於在節點B和RNC38之間耦合信號的回程部分。
3G-MSC32使用既定的協議，例如CDMA(碼分多址)和TDMA(時分多址)協議與RNC38進行通信。這些不同的協議規定了在3G-MSC32、RNC38和節點B40之間通信的特性，並為本領域技術人員所熟知。GSN35作為在3G網絡28和網際網路37之間的網關，在3G網絡和網際網路的基於分組的通信內使用的協議之間進行轉換。常規的RNC38主要負責規定由特定的節點B40覆蓋或服務的相關小區或區域的尺寸。
在塔26，46頂部具有天線24，44的常規通信網絡10，28經常遇見的一個問題由饋電電纜22，42引起，這些饋電電纜在BTS20或節點B40與天線之間耦合通信信號。在圖1和2中說明的安排中，天線24，44安裝在塔26，46的頂部，而相關的BTS20和節點B40位於塔基處。因而，如果塔26，46很高，則必須在節點B和天線24，44之間提供很長的饋電電纜22，42。此外，BTS20與節點B40經常位於離開塔26，46某段距離的位置，是在一個更被保護以不受環境影響或更容易由維護人員接近的位置，因而這進一步延長了饋電電纜22，42。通常饋電電纜22，42包括一對同軸電纜，使一個同軸電纜(發送線路)被安排為載送發送信號，而另一個同軸電纜(接收線路)被安排為載送接收信號。然而，發送與接收線路可以合成在單個多路復用的饋電電纜22，42中。很長的饋電電纜22，42帶來若干困難，其中包括在接收的和發送的信號中相當大的信號強度或功率損耗，以及由於將噪聲引入到接收的信號而導致信號降級。
常規通信網絡10，28的另一個問題是在升級或修改BTS20或節點B40硬體以改變一個特定小區的大小和/或形狀中的困難。例如，當無線通信技術變得更為流行時，經常期望減少小區的尺寸以便為了處理高利用率而允許引進附加的小區。在其他的情況下期望增加小區的尺寸以提供增大的範圍。雖然現在的設計工作得很好，但是它們並不是特別地模塊化的，因為如果由於任何原因而期望改變小區的尺寸，則必須替換整個的BTS20或節點B40，而僅僅不是包含在其中的一個放大器、雙工器、回程部分或收發信機。通常BTS20與節點B40是相對大和昂貴的單元。因而，期望提供一種BTS20與節點B40的體系結構，使得能夠獨立地升級、修理或替換BTS20或節點B40組件，並且如果替換的理由僅僅是改變小區尺寸或小區幾何形狀，則甚至能夠重用BTS20或節點B40組件。
本發明提供了對這些以及其他問題的解決方案，並提供了與現有技術相比的其他優勢。
發明概述本發明的一個目的是提供一個具有塔頂放大器、通信設備和回程部分的通信系統或網絡，以及用於操作它們的方法。
在一個方面中，本發明針對一個節點B，該節點B用於通過在3G通信系統或網絡中的、在塔頂支持的天線與用戶設備終端(UE)進行通信。通常，節點B被配置為固定在塔頂的鄰近天線的位置，從而減少了與在天線和節點B之間耦合通信信號相關的損耗。優選地，與未使節點B固定到塔頂的鄰近天線的位置的蜂窩通信系統相比，節點B使得與天線和節點B之間耦合通信信號相關的損耗減少至少3dB。更優選地，節點B能夠從天線提供具有至少大約40dBm功率的輸出通信信號，並且最優選地至少大約為27dBm。
在一個實施例中，3G網絡進一步包括一個無線網控制器(RNC)，並且節點B包括(i)至少一個適合於通過天線與UE進行通信的收發信機；(ii)一個在收發信機和天線之間的通信路徑中的功率放大器，該功率放大器適合於放大從RNC接收的輸出通信信號，並且輸出放大的通信信號；以及(iii)一個用於向功率放大器和收發信機供給電能的供電電源。相對在塔頂具有分離的功率放大器並且節點B位於別處的3G網絡而言，將功率放大器集成到塔頂節點B中且提供一個通用電源減少了節點B的尺寸、複雜度、成本和電能消耗。可選地，節點B可以進一步包括一個雙工器，用於將放大的通信信號從功率放大器耦合到天線，並將輸入的通信信號從天線耦合到收發信機。
在另一個實施例中，節點B進一步包括一個用於在節點B和RNC之間耦合通信信號的回程部分。在此實施例的一個型式中，回程部分被配置為通過分離的無線通信系統在節點B和RNC之間耦合通信信號。在另一個型式中，節點B從至少一個固定到塔的光電池接收能量以提供一個自含式塔頂節點。
在另一個方面中，本發明針對3G通信系統或網絡，其包括(i)天線；(ii)具有支撐天線的塔頂的塔；(iii)固定到塔頂鄰近天線位置的節點B，該節點B具有至少一個配置為通過天線與UE通信的收發信機；以及(iv)固定到塔頂鄰近天線的位置的放大器，該放大器在節點B和天線之間的通信路徑中，並與節點B分離且不同於節點B，放大器被配置為放大並濾波在節點B和UE之間傳遞的通信信號。優選地，3G網絡減少了與在節點B和放大器之間耦合通信信號相關的損耗，以及相對於未使節點B和放大器固定到塔頂鄰近天線位置的3G網絡而言，與放大器和天線之間耦合通信信號相關的損耗被減少至少3dB。更優選地，放大器能夠從天線提供具有至少大約40dBm功率的輸出通信信號，並且最優選地至少大約為39dBm。
在一個實施例中，3G網絡進一步包括一個無線網控制器(RNC)，以及一個固定到塔頂鄰近天線位置的回程部分，該回程部分被配置為在節點B和RNC之間耦合通信信號。在該實施例的一個型式中，回程部分與節點B集成在一起。在另一個型式中，回程部分被配置為通過分離的無線通信系統在節點B和RNC之間耦合通信信號。
在另一個實施例，該3G網絡進一步包括至少一個固定到塔的用於向節點B、放大器和回程部分部分供給電能的光電池，從而提供一個自含式塔頂節點。
在另一個方面中，本發明針對在一個具有在塔頂支撐的天線的3G網絡中簡化與用戶設備終端(UE)的通信的方法。通常，該方法包括以下步驟，(i)提供一個固定到塔頂鄰近天線位置的節點B，該節點B具有至少一個被配置為通過天線與UE進行通信的收發信機；(ii)提供一個固定到塔頂鄰近天線位置的放大器，該放大器處於節點B和天線之間的通信路徑中，並與節點B分離且不同於節點B，該放大器被配置為放大並濾波在節點B和UE之間傳遞的通信信號；(iii)操作至少一個收發信機以與UE進行通信；以及(iv)放大並濾波在節點B和UE之間傳遞的通信信號。如上所述，相對於未使節點B和放大器固定到塔頂鄰近天線位置的3G網絡而言，與在節點B和放大器之間以及在放大器和天線之間耦合通信信號相關的損耗被減少。優選地，與在天線和節點B之間耦合通信信號相關的損耗被減少至少3dB。更優選地，放大和濾波在節點B和UE之間傳遞的通信信號的步驟包括從天線發送至少具有39dBm功率的輸出通信信號的步驟。
在一個實施例中，3G網絡進一步包括一個無線網控制器(RNC)，以及一個固定到塔頂鄰近天線的位置並被配置為在節點B和RNC之間耦合通信信號的回程部分，並且該方法包括使用該回程部分來在節點B和RNC之間耦合通信信號的另外的步驟。在此實施例的一個型式中，該回程部分被配置為通過分離的無線通信系統在節點B和RNC之間耦合通信信號，並且使用該回程部分在節點B和RNC之間耦合通信信號的步驟是通過經分離的無線通信系統在節點B和RNC之間耦合通信信號而完成的。
在另一個實施例中，3G網絡進一步包括至少一個固定到塔的光電池，並且該方法包括從光電池向節點B、放大器和回程部分供給電能的步驟。
本發明的3G網絡和方法的優勢包括下列任何一個或全部(i)相對於未使節點B和放大器固定到塔頂鄰近天線的位置的3G網絡而言，與在節點B和放大器之間以及在放大器和天線之間耦合通信信號相關的損耗被減少；(ii)一個來自塔頂節點的天線的輸出通信信號具有至少39dBm功率；(iii)改進的接收靈敏度，這是由於通過最小化在天線和接收系統之間的損耗獲得的總噪聲的明顯減少而導致的；(iv)模塊化的結構，便於修理、升級以及使放大器、節點B和回程部分的其中之一獨立於其它模塊而被修理；以及(v)一個自含式節點，它能夠獨立於到公共電力線路的連接或到無線網控制器的基於陸地的通信線路而進行操作。
在一個方面中，本發明針對一個基站收發信臺(BTS)，其用於在蜂窩通信系統中通過塔頂上支持的天線與移動臺進行通信。通常，BTS被配置為固定到塔頂鄰近天線的位置，從而減少與在天線和BTS之間耦合通信信號相關的損耗。優選地，相對於未使BTS固定到塔頂鄰近天線的位置的蜂窩通信系統而言，該BTS使得與在天線和BTS之間耦合通信信號相關的損耗被減少至少3dB。更優選地，BTS能夠從天線提供具有至少大約40dBm功率的通信信號，並且最優選地至少大約為27dBm。
在一個實施例中，該蜂窩通信系統進一步包括一個基站控制器(BSC)，並且該BTS包括(i)至少一個適應於通過天線與移動臺通信的收發信機；(ii)一個在收發信機和天線之間的通信路徑中的功率放大器，該功率放大器適合於放大從BSC接收的輸出通信信號，並且輸出放大的通信信號；和(iii)一個用於向功率放大器和收發信機供給電能的供電電源。相對於在塔頂具有分離的功率放大器而BTS位於別處的蜂窩通信網絡而言，將功率放大器集成到塔頂BTS中並提供一個通用電源減少了BTS的尺寸、複雜度、成本和電能消耗。可選地，該BTS可以進一步包括一個雙工器，用於將放大的通信信號從功率放大器耦合到天線，並將輸入的通信信號從天線耦合到收發信機。
在另一個實施例中，BTS進一步包括一個用於在BTS和BSC之間耦合通信信號的回程部分。在該實施例的一個型式中，該回程部分被配置為通過分離的無線通信系統來在BTS和BSC之間耦合通信信號。在另一個型式中，BTS從至少一個固定到塔的光電池接收能量，以提供自含式塔頂節點。
在另一個方面中，本發明針對一個通信網絡，其中包括(i)一個天線；(ii)一個具有支持天線的塔頂的塔；(iii)固定到塔頂鄰近天線的位置的基站收發信臺(BTS)，該BTS具有至少一個配置為通過天線與移動臺進行通信的收發信機；以及(iv)一個固定到塔頂鄰近天線的位置的放大器，該放大器在BTS和天線之間的通信路徑中，並與BTS分離且不同於BTS，該放大器被配置為放大並濾波在BTS和移動臺之間傳遞的通信信號。優選地，通信網絡減少了與在BTS和放大器之間耦合通信信號相關的損耗，以及相對於未使BTS和放大器固定到塔頂的鄰近天線位置的通信網絡而言，該BTS使得與放大器和天線之間耦合通信信號相關的損耗被減少至少3dB。更優選地，該放大器能夠從天線提供具有至少大約40dBm功率的輸出通信信號，並且最優選地至少大約為39dBm。
在一個實施例中，該通信網絡進一步包括一個基站控制器(BSC)，和一個固定到塔頂鄰近天線的位置的回程部分，該回程部分被配置為在BTS和BSC之間耦合通信信號。在此實施例的一個型式中，該回程部分與BTS集成。在另一個型式中，該回程部分被配置為通過無線通信系統在BTS和BSC之間耦合通信信號。
在另一個實施例中，該通信網絡進一步包括至少一個固定到塔的用於向BTS、放大器和回程部分供給電能的光電池，從而提供自含式塔頂節點。
在另一個方面中，本發明針對一種方法，用於在具有塔頂支持的天線的通信網絡中簡化與移動臺的通信。通常，該方法包括以下步驟(i)提供一個固定到塔頂鄰近天線的位置的基站收發信臺(BTS)，該BTS具有至少一個被配置為通過天線與移動臺進行通信的收發信機；(ii)提供固定到塔頂鄰近天線的位置的放大器，該放大器處於在BTS和天線之間的通信路徑中，並與BTS分離且不同於BTS，該放大器被配置為放大並濾波在BTS和移動臺之間傳遞的通信信號；(iii)操作至少一個收發信機以與移動臺進行通信；以及(iv)放大並濾波在BTS和移動臺之間傳遞的通信信號。如上所述，相對於未使BTS和放大器固定到在塔頂鄰近天線的位置的通信網絡而言，與在BTS和放大器之間以及在放大器和天線之間耦合通信信號相關的損耗被減少了。優選地，與在天線和BTS之間耦合通信信號相關的損耗被減少至少3dB。更優選地，放大並濾波在BTS和移動臺之間傳遞的通信信號的步驟包括從天線發送具有至少39dBm功率的輸出通信信號的步驟。
在一個實施例中，通信網絡進一步包括一個基站控制器(BSC)，以及固定到塔頂鄰近天線的位置和被配置為在BTS和BSC之間耦合通信信號的回程部分，並且該方法包括使用回程部分在BTS和BSC之間耦合通信信號的進一步的步驟。在此實施例的一個型式中，回程部分被配置為通過無線通信系統在BTS和BSC之間耦合通信信號，並且在BTS和BSC之間使用回程部分來耦合通信信號的步驟是通過在BTS和BSC之間通過無線通信系統耦合通信信號實現的。
在另一個實施例中，通信網絡進一步包括至少一個固定到塔的光電池，並且該方法包括從該光電池向BTS、放大器和回程部分供給電能的進一步的步驟。
本發明的通信網絡和方法的優勢包括下列任何一個或全部(i)相對於未使BTS和放大器固定到塔頂鄰近天線的位置的通信網絡而言，與在BTS和放大器之間以及在放大器和天線之間耦合通信信號相關的損耗被減少；(ii)一個來自塔頂節點天線的輸出通信信號具有至少39dBm功率；(iii)改進的接收靈敏度，這是由於通過最小化在天線和接收系統之間的損耗獲得的總噪聲的明顯減少而導致的；(iv)模塊化的結構便於修理、升級以及便於該放大器、節點B和回程部分的其中之一獨立於其它模塊進行修理； 並且(v)一個自含式節點能夠獨立於到公共電力線路的連接或到基站控制器的基於陸地的通信線路而進行操作。
通過結合所附附圖，閱讀下列詳細說明，本發明的這些和其他的特點和優勢將變得明顯，其中圖1(現有技術)是常規通信網絡的框圖；圖2(現有技術)是常規的3G網絡的框圖；圖3是根據本發明實施例的具有塔頂節點B的3G網絡的框圖；圖4是根據本發明實施例的具有塔頂放大器和節點B的3G網絡的框圖；圖5是根據本發明實施例的具有塔頂放大器、節點B和回程部分的3G網絡的框圖；圖6是顯示根據本發明實施例的具有塔頂放大器、帶有集成的回程部分的節點B的3G網絡的局部框圖；圖7是根據本發明實施例的具有通過分離的無線通信系統與無線電網絡控制器耦合在一起的塔頂回程部分的3G網絡框圖；圖8是顯示用於根據本發明實施例的、便於使用塔頂節點與UE通信的方法的步驟的流程圖；
圖9是顯示了根據本發明實施例的、塔頂節點B、RNC、GSN和UIB 1的3G網絡的局部框圖；圖10是根據本發明實施例的具有塔頂BTS的通信網絡的框圖；圖11是根據本發明實施例的具有塔頂放大器和BTS的通信網絡的框圖；圖12是根據本發明實施例的具有塔頂放大器、BTS和回程部分的通信網絡的框圖；圖13是通信網絡的局部框圖，顯示了根據本發明實施例的塔頂放大器、具有集成的回程部分的BTS；圖14是根據本發明實施例的、具有通過無線通信系統與基站控制器相耦合的塔頂回程部分的通信網絡的框圖；以及圖15是顯示用於根據本發明實施例的、便於使用塔頂節點來與移動臺通信的方法的步驟的流程圖。
發明詳述本發明針對一種具有塔頂放大器、通信設備和回程部分的通信系統或網絡，以及用於操作它們的方法，以便在通信裝置和由塔支持的天線之間提供減少的損耗，並向從天線發送的輸出信號提供較高的功率。
現在參照圖3說明根據本發明的通信系統或網絡。圖3是根據本發明實施例的具有塔頂或微微節點B 102或i節點B的第三代蜂窩通信網絡(3G網絡100)的框圖。為了清楚起見，普遍已知的以及與本發明無關的3G網絡100的許多細節已經被省略了。參看圖3，3G網絡100通常包括一個與公用交換電話網(PSTN106)耦合在一起並與其進行通信的移動交換中心(3G-MSC104)，一個與網際網路(107)耦合在一起並與其進行通信的網關支持節點(GSN105)，以及多個無線網絡控制器(RNC108)，僅顯示了其中的一個。3G-MSC104和GSN105進一步耦合到歸屬位置寄存器(HLR109)，該寄存器記錄並存儲系統用戶的地址和授權或鑑權信息。每個RNC108與一個或多個節點B 102進行通信。
根據本發明，節點B 102被安裝或固定在塔112的塔頂110上，該塔也可支持一個或多個天線114，用於在3G網絡100和用戶設備終端(UE116)之間發射和接收通信信號。節點B 102是通過天線線路118，例如同軸電纜，與天線114耦合在一起，並通過陸線120或中繼線耦合到RNC108。陸線120可以包括雙絞線、光纖鏈路、同軸電纜或E1/T1線路或中繼線，並可以包括PSTN106或網際網路協議(IP)網絡上的路徑。
優選地，塔頂節點B 102完全包含在一個模塊內，對該模塊的測量為小於12平方英寸並且有1到2英寸深，這與常規的節點B形成對比，常規的節點B典型地是3英尺高、2英尺寬和2英尺深。這個模塊化結構便於節點B 102的安裝、修理、升級和替換，從而提供了與常規的系統相比的、顯著的成本優勢。通常，每個節點B 102包括一個或多個用於發送通信信號到UE116並從UE116接收通信信號的收發信機(未顯示)，用於放大接收的和發送的通信信號的放大器(未顯示)；以及一個用於將輸出通信信號耦合到天線114，並且將接收的輸入通信信號耦合到收發信機的雙工器或多路復用器(未顯示)。節點B 102中的放大器可以包括一個低噪聲放大器，用於放大和/或濾波在天線114和收發信機之間耦合的輸入通信信號；和一個功率放大器，用於放大從收發信機耦合到天線的輸出通信信號。
將節點B 102固定到塔112的塔頂110的接近或鄰近天線114的位置或地點便顯著地減少了天線線路118的長度，從而顯著地減少了與在天線和節點B之間耦合通信信號相關的損耗。優選地，與未使節點B固定到塔頂鄰近天線位置的常規3G網絡相比，節點B 102將與在天線114和節點B之間耦合通信信號相關的損耗減少至少3dB。更優選地，通過使節點B102，包括其中的用於放大輸出通信信號的功率放大器，位於塔112上接近或鄰近天線114的位置，而從天線提供輸出通信信號，該信號與具有一個帶有可比較增益的放大器的常規系統可能提供的信號相比，具有更高的功率。最優選地，節點B 102能夠從天線114提供具有從至少大約27dBm到至少40dBm功率的輸出通信信號。
此外，3G網絡100進一步包括一個回程部分122，用於在節點B和RNC108之間接口，以及用於在陸線120上耦合通信信號。回程部分122可以集成在節點B 102中，或如圖所示從那裡分離。通常，回程部分122包括電路，用於使在節點B102中使用的通信信號的速率適應在陸線120上傳輸的通信信號的速率，並且用於在節點B和RNC108使用的不同協議之間轉換。
從供電電源(未顯示)向回程部分122、節點B 102以及向在其中的收發信機、放大器和雙工器提供電能，該供電電源可集成到節點B中，或位於塔112上或接近塔112的別處。該供電電源進而又通常從常規的外部電源，例如來自電力或公用事業公司的線路接收能量。
圖4是根據本發明的、具有塔頂節點B 102和塔頂放大器或放大器124的3G網絡100的另一個實施例的框圖。通常顯示在圖4中的3G網絡100的實施例類似於在上述圖3中的實施例，它包括3G-MSC104、多個RNC108(僅僅顯示其中一個)，多個節點B 102和相關的塔112，其中每個塔在其上支持至少一個天線114。然而，在圖4的實施例中，3G網絡100進一步包括一個分離的功率放大器，放大器124，其被安裝或固定在塔112的塔頂110上接近或鄰近天線114的位置或地點，該放大器124用於放大從節點B 102中的收發信機耦合到該天線的輸出通信信號。放大器124通過天線線路118被耦合到天線114並通過短的饋電線路126耦合到節點B102。放大器124可以代替或附加到包含在節點B 102內的內部功率放大器。由於大的或高增益的功率放大器的功率需求和熱耗散要求，提供與節點B 102分離且不同於節點B 102的放大器124便使得能夠使用更大增益的更大的放大器和更小的節點B。優選地，放大器能夠提供來自天線的、具有至少大約39dBm功率的輸出通信信號。更優選地，相對於節點B和放大器沒有固定到塔頂鄰近天線位置的3G網絡相比，使放大器124的位置靠近天線114和節點B 102便使得與在節點B和放大器之間以及在放大器和天線之間耦合通信信號相關的損耗減少至少3dB。此外，最小化在天線114和節點B 102中的接收系統或接收機(未顯示)之間的損耗提高了接收靈敏度，並且總噪聲係數顯著地減少了，其減少量等於在常規的系統中天線和接收機之間將達到的損耗的量。
圖5是根據本發明實施例的、具有一個塔頂放大器124、一個節點B102和一個回程部分122的3G網絡100的框圖。顯示在圖5中的3G網絡100的實施例不同於如上所述的那些，因為回程部分122也位於塔112的塔頂110上接近或鄰近天線114和節點B 102的位置，從而減少或消除了在回程部分和節點B之間耦合的通信信號中的損耗和/或降級。在優選實施例中，在圖6中顯示的回程部分122是集成在節點B 102內的。
圖7是根據本發明的3G網絡100的另一實施例的框圖，該3G網絡具有通過分離的無線網絡128耦合到RNC108的塔頂回程部分122。通常，3G網絡100包括一個塔頂節點B 102、一個放大器124和一個回程部分122，所有組件都是互相分離的並彼此不同，且全都安裝或固定到塔112的塔頂110上接近或鄰近天線114的位置。回程部分122通過分離的、包括定向天線或天線130的無線網絡128從節點B 102將通信信號耦合到RNC108，從而消除該陸線120。消除陸線120使得塔112和與其相關的節點B 102與陸線供應商網絡分離，該陸線供應商網絡連接到其他的節點B和RNC108。另外，它允許更快速創建微小區以擴展現有的宏小區的容量，從而滿足需求的增加。雖然回程部分122顯示為與節點B102分離，但仍然可理解上述實施例也可適用於在其中回程部分與節點B集成的3G網絡100。
可選地，3G網絡100可以進一步包括在塔112上的太陽能或光電池132或光電池陣列以及電池(未顯示)，以便向節點B 102、放大器124和回程部分122提供電能，從而消除連接到電力線的需要。消除連接到電力線的需要便提供了自含式塔頂節點134，該節點可以位於在地理上與公用事業和陸線供應商網絡分離的區域，可以位於迄今未由3G網絡100提供服務的區域。節點B 102、放大器124和回程部分122中每一個的能量要求為從大約20瓦特到大約35瓦特，這取決於相關小區的期望範圍或大小，該能力要求完全處於市場上可買到的光電池132和電池的容量之內。
現在將參考圖8說明用於根據本發明的實施例操作3G網絡100的方法或過程。圖8是顯示使用具有塔頂節點B 102、放大器124和/或回程部分122的3G網絡來簡化與UE116的通信的方法的步驟流程圖。在該方法中，節點B 102被固定到塔112的塔頂110上鄰近天線114的位置(步驟140)。節點B 102具有至少一個被配置為通過天線114與UE116進行通信的收發信機。放大器124也固定到塔112的塔頂110上鄰近天線114的位置(步驟142)。放大器124在節點B 102和天線114之間的通信路徑中，並且被配置為放大和濾波在節點B和UE116之間傳遞的通信信號。操作節點B102中的收發信機以與UE116進行通信(步驟144)，並且放大和濾波在節點B和UE之間傳遞的通信信號(步驟146)。
優選地，相對於不具有塔頂節點B和放大器的常規3G網絡而言，與在天線114和節點B 102之間耦合通信信號相關的損耗減少至少3dB。更優選地，放大並濾波在節點B 102和UE116之間傳遞的通信信號的步驟，步驟146，包括從天線114發送具有至少39dBm功率的輸出通信信號的步驟。
在一個實施例中，該方法進一步包括使用固定到塔112的塔頂110上接近天線114的位置的回程部分122來耦合在節點B 102和RNC108之間的通信信號的步驟(步驟148)。在該實施例的一個型式中，在節點B 102和RNC108之間使用回程部分122來耦合通信信號的步驟，步驟148，是通過一個分離的無線通信系統128在節點B和RNC之間耦合通信信號實現的。
可選地，該方法進一步包括從固定到塔112的光電池132向節點B102、放大器124和回程部分122供給電能的初始步驟(未顯示)。
在一個備選實施例中，在圖9中顯示的本發明的通信系統或3G網絡100可以包括一個塔頂RNC108、一個塔頂GSN105或3G-GSN、一個塔頂Iub150(RNC與節點B之間的接口)，或任何其中的組合以進一步減少與耦合通信信號相關的損耗。
在另一個方面中，本發明針對具有塔頂放大器、基站收發信臺(BTS)和回程部分的通信系統或網絡，以及用於操作它們的方法，以在BTS和由塔支持的天線之間提供減少的損耗，並向從天線發送的輸出信號提供較高的功率。
現在將參照圖10說明根據本發明的通信網絡。圖10是具有根據本發明實施例的塔頂或微微BTS202的通信網絡200的框圖。為了清楚起見，普遍已知的和與本發明無關的通信網絡200的許多細節已經被省略。參看圖10，通信網絡200通常包括被耦合到公用交換電話網(PSTN206)和/或網際網路(未顯示)並且與其通信的移動交換中心(MSC204)，以及多個基站控制器(BSC208)，僅僅顯示了其中一個。每個BSC208進而又和一個或多個BTS202通信。
根據本發明，將BTS202安裝或固定在塔212的塔頂210上，該塔也支持一個或多個用於在通信網絡200和移動臺216之間發送和接收通信信號的天線214。BTS202通過天線線路218(例如同軸電纜)耦合到天線214，並且通過地面線路220耦合到BSC208。陸線220包括雙絞線或光纖鏈路，但是還可以包括同軸電纜或E1/T1線路或中繼線，並且可能包括PSTN206或網際網路協議網絡上的路徑。
優選地，塔頂BTS202完全地被包含在一個模塊內，該模塊的測量為小於12平方英寸，並且為1到2英寸深，這與常規的BTS形成對比，常規的BTS典型地是3英尺高、2英尺寬和2英尺深。此模塊化的結構簡化了BTS202的安裝、修理、升級和替換，從而提供了優於常規系統的顯著的成本優勢。通常，每個BTS202包括用於發送通信信號到移動臺216，並從移動臺216接收通信信號的一個或多個收發信機(未顯示)；用於放大接收的和發送的通信信號的放大器(未顯示)；和用於將輸出通信信號耦合到天線214和將接收的輸入通信信號耦合到收發信機的雙工器(未顯示)。BTS202中的放大器可以包括一個低噪聲放大器，用於放大和/或濾波在天線214和收發信機之間耦合的輸入通信信號，和一個功率放大器，用於放大從收發信機耦合到天線的輸出通信信號。
將BTS202固定到塔212的塔頂210上接近或鄰近天線214的位置或地點便顯著地減少了天線線路218的長度，從而顯著地減少了與在天線和BTS之間耦合通信信號相關的損耗。優選地，相對於未使BTS固定到塔頂鄰近天線位置的蜂窩通信系統相比，BTS202使得與在天線214和BTS之間耦合通信信號相關的損耗減少至少3dB。更優選地，通過使節點BTS202，包括其中的用於放大輸出通信信號的功率放大器，位於塔212上接近或鄰近天線214的位置，便提供了來自天線的輸出通信信號，該信號與具有一個有可比較增益的放大器的常規系統可能提供的信號相比，具有更高的功率。最優選地，BTS202能夠從天線214提供具有從至少大約27dBm到至少40dBm功率的輸出通信信號。
此外，通信網絡200進一步包括一個用於在BTS和BSC208之間接口和用於在陸線220上耦合通信信號的回程部分222。回程部分222可以集成到BTS202或如所示的從那裡分離。通常，回程部分222包括電路，用於使在BTS202中使用的通信信號的速率適應在陸線220上傳輸的通信信號的速率，並且用於在BTS和BSC208中使用的不同協議之間進行轉換。
從供電電源(未顯示)向回程部分222、BTS202和在其中的收發信機、放大器和雙工器提供電能，該供電電源可集成到BTS中或位於別處，或接近塔212。該供電電源通常進而又從常規的外部電源，例如來自電力或公用事業公司的線路接收能量。
圖11是根據本發明的通信網絡200的另一個實施例的框圖，該通信網絡200具有塔頂BTS202和塔頂放大器或放大器224。通常，顯示在圖11中的、類似於上述圖10中的實施例的通信網絡200的實施例包括一個MSC204、多個BSC208(僅僅顯示了其中一個)、多個BTS202和其上支持至少一個天線214的相關的塔212。然而，在圖11的實施例中，通信網絡200進一步包括分離的功率放大器、放大器224，其被安裝或固定在塔212的塔頂210上接近或鄰近天線114的位置或地點，該放大器用於放大從BTS202中的收發信機耦合到天線的輸出通信信號。放大器224通過天線線路218耦合到天線214並且通過短的饋電線路226連接到BTS202。放大器224可以代替或附加到BTS202包含的內部功率放大器。由於大的或高增益功率放大器的功率需求和熱耗散要求，提供從BTS202分離且不同於BTS202的放大器224，便使得能夠使用更大增益的更大的放大器和更小的BTS。優選地，放大器能夠從天線提供具有至少大約39dBm功率的輸出通信信號。更優選地，相對於未使BTS和放大器固定到塔頂鄰近天線位置的通信網絡而言，使放大器224靠近天線214和BTS202便使得與在BTS和放大器之間、以及在放大器和天線之間耦合通信信號相關的損耗減少至少3dB。此外，最小化在天線214和節點BTS202中的接收系統或接收機(未顯示)之間的損耗便提高了接收靈敏度，並且總噪聲係數顯著地減少了，其減少量等於在常規的系統中天線和接收機之間將達到的損耗的量。
圖12是根據本發明實施例的、具有一個塔頂放大器224、一個BTS202和一個回程部分222的通信網絡200的框圖。顯示在圖12中的通信網絡200的實施例不同於如上所述的那些，因為回程部分222也位於塔212的塔頂110上接近或鄰近天線214和BTS202的位置，從而減少或消除了在回程部分和BTS之間耦合的通信信號中的損耗和/或衰減。在優選實施例中，在圖13顯示的回程部分222是集成在BTS202內的。
圖14是根據本發明的通信網絡200的另一實施例的框圖，該通信網絡200具有通過無線通信系統耦合到BSC208的塔頂回程部分222。通常，通信系統200包括塔頂BTS202、放大器224和回程部分222，所有組件都是互相分離並彼此不同的，且全都安裝或固定到塔212的塔頂210上接近或鄰近天線214的位置。回程部分222通過包括定向天線或天線230的無線通信系統228來將通信信號從BTS202耦合到BSC208，從而消除陸線220。消除陸線220使得塔212和與其相關的BTS202與陸線供應商網絡分離，該陸線供應商網絡連結到其他的BTS和BSC208。另外，它允許更快速創建微小區以擴展現有的宏小區內的容量，從而滿足需求的增加。雖然回程部分122顯示為與BTS202分離，但仍然可理解上述實施例也可適用於回程部分與BTS集成的通信網絡200。
可選地，通信系統200可以進一步包括在塔212上的太陽能或光電池232或光電池陣列，以及一個電池(未顯示)，以便向BTS202、放大器224和回程部分222提供電能，從而消除對到電力線的連接的需要。消除對到電力線的連接的需要便提供了一個自含式塔頂節點234，這些節點可以位於在地理上與公用事業和陸線供應商網絡分離的區域中，可以位於迄今未由通信系統200提供服務的區域中。BTS202、放大器224和回程部分222中的每一個的能量需求是從大約20瓦特到大約35瓦特，這取決於相關小區的期望的範圍或大小，該能量需求完全處於市場上可買到的光電池232和電池的容量之內。
現在參考圖15說明用於根據本發明實施例的操作通信網絡200的方法或過程。圖15是顯示用於簡化與移動臺216的通信的方法步驟流程圖，該方法使用具有塔頂BTS202、放大器224和/或回程部分222的通信網絡。在該方法中，BTS202被固定到塔212的塔頂210上鄰近天線214的位置(步驟240)。BTS202具有至少一個被配置為通過天線214與移動臺216進行通信的收發信機。放大器224也固定到塔212的塔頂210的鄰近天線214的位置上(步驟242)。放大器224處於在BTS202和天線214之間的通信路徑中，並被配置為放大並濾波在BTS和移動臺216之間傳遞的通信信號。操作BTS202中的收發信機以與移動臺216通信(步驟244)，並且放大和濾波在BTS和移動臺之間傳遞的通信信號(步驟246)。
優選地，相對於不具有塔頂BTS和放大器的常規通信網絡而言，與在天線214和BTS202之間耦合通信信號相關的損耗減少至少3dB。更優選地，放大並濾波在BTS202和移動臺216之間傳遞的通信信號的步驟，步驟246，包括從天線214發送具有至少39dBm功率的輸出通信信號的步驟。
在一個實施例中，該方法括使用固定到塔212的塔頂210靠近天線214的位置的回程部分222來在BTS202和BSC208之間耦合通信信號的另外的步驟(步驟248)。在此實施例的一個型式中，在BTS202和BSC208之間使用回程部分222耦合通信信號的步驟，步驟248，是通過無線通信系統228在BTS和BSC之間耦合通信信號來實現的。
可選地，該方法進一步包括從固定到塔212的光電池232向到BTS202、放大器224和回程部分222供給電能的初始的步驟(未顯示)。
為了圖解和說明的目的，已經給出了上述的對本發明的具體實施例和實例的說明，而雖然已通過上述的特定例子說明了本發明，但不應把它理解為受其限制。它們並不打算窮舉或限制本發明到所公開的精確形式，並且很明顯，根據上述說明，許多修改、實施例和變化都是可能的。旨在使本發明的範圍包括如這裡公開的一般的範圍。
權利要求
1.一種用於在3G網絡中通過在塔頂支持的天線與UE進行通信的節點B，該節點B被配置為固定到塔頂接近該天線的位置，由此減少了與在天線和節點B之間耦合通信信號相關的損耗。
2.根據權利要求1的節點B，其中相對於未使節點B固定到塔頂接近天線的位置的3G網絡，節點B使得與在該天線和節點B之間耦合通信信號相關的損耗減少至少3dB。
3.根據權利要求2的節點B，其中節點B能夠從天線提供具有至少27dBm的功率的輸出通信信號。
4.根據權利要求1的節點B，其中3G網絡進一步包括一個無線網控制器(RNC)，以及其中節點B包括至少一個收發信機，其適合於通過天線與UE進行通信；一個功率放大器，其位於該至少一個收發信機和天線之間的通信路徑中，該功率放大器適合於放大從RNC接收的輸出通信信號，並且輸出放大的通信信號；以及一個供電電源，用於向功率放大器和至少一個收發信機提供電能，由此減小節點B的尺寸、複雜性和電能消耗。
5.根據權利要求4的節點B，其中節點B進一步包括一個回程部分，該回程部分被配置為在節點B和RNC之間耦合通信信號。
6.根據權利要求5的節點B，其中回程部分被配置為通過一個3G網絡在節點B和RNC之間耦合通信信號。
7.根據權利要求6的節點B，其中節點B被配置為接收由至少一個固定到塔的光電池提供的電能。
8.一種3G網絡，包括一個天線；一個塔，其具有支持該天線的塔頂；一個節點B，被固定到該塔頂上接近天線的位置，該節點B具有至少一個被配置為通過該天線與UE通信的收發信機；以及一個放大器，被固定到塔頂上接近天線的位置，該放大器位於該節點B和天線之間的通信路徑中，並與節點B分離且不同於節點B，該放大器被配置為放大和濾波在節點B和UE之間傳遞的通信信號。
9.根據權利要求8的3G網絡，其中相對於未使節點B和放大器固定到塔頂上接近天線位置的3G網絡，與在該節點B和放大器、以及在該放大器和天線之間耦合通信信號相關的損耗被減少至少3dB。
10.根據權利要求8的3G網絡，其中放大器能夠從天線提供具有至少39dBm的功率的輸出通信信號。
11.根據權利要求8的3G網絡，進一步包括一個無線網絡控制器(RNC)，以及一個固定到塔頂上接近天線的位置的回程部分，該回程部分被配置為在節點B和RNC之間耦合通信信號。
12.根據權利要求11的3G網絡，其中該回程部分與節點B集成在一起。
13.根據權利要求11的3G網絡，其中該回程部分被配置為通過3G網絡而在節點B和RNC之間耦合通信信號。
14.根據權利要求13的3G網絡，進一步包括至少一個固定到塔上的光電池，用於向節點B、放大器和回程部分提供電能，由此提供一個自含式塔頂節點。
15.一種在具有由塔頂支持的天線的3G網絡中便於與UE進行通信的方法，該方法包括步驟提供一個節點B，該節點B被固定到塔頂上接近天線的位置，該節點B具有至少一個被配置為通過該天線與UE通信的收發信機；提供一個放大器，其被固定到塔頂上接近天線的位置，該放大器位於節點B和天線之間的通信路徑中，並與節點B分離且不同於節點B，該放大器被配置為放大和濾波在節點B和UE之間傳遞的通信信號；操作至少一個收發信機以與UE進行通信；以及放大和濾波在節點B和UE之間傳遞的通信信號，由此相對於未使節點B和放大器固定到塔頂接近天線位置的3G網絡，與在節點B和放大器之間、以及在放大器和天線之間耦合通信信號相關的損耗被減少。
16.根據權利要求15的方法，其中與在天線和節點B之間耦合通信信號相關的損耗被減少至少3dB。
17.根據權利要求15的方法，其中放大和濾波在節點B和UE之間傳遞的通信信號的步驟包括從天線發送具有至少39dBm功率的輸出通信信號的步驟。
18.根據權利要求15的方法，其中3G網絡進一步包括一個無線網控制器(RNC)，以及一個固定到塔頂接近天線的位置的回程部分，該回程部分被配置為在節點B和RNC之間耦合通信信號，其中該方法進一步包括使用該回程部分來在節點B和RNC之間耦合通信信號的步驟。
19.根據權利要求18的方法，其中該回程部分被配置為通過3G網絡在節點B和RNC之間耦合通信信號，以及其中使用該回程部分在節點B和RNC之間耦合通信信號的步驟包括通過3G網絡在節點B和RNC之間耦合通信信號的步驟。
20.根據權利要求19的方法，進一步包括從固定到塔的至少一個光電池向節點B、放大器和回程部分提供電能的步驟。
21.一種用於在蜂窩通信系統中通過在塔頂支持的天線與移動臺進行通信的基站收發信臺(BTS)，該BTS被配置為固定到塔頂接近天線的位置，由此減少與在天線和BTS之間耦合通信信號相關的損耗。
22.根據權利要求21的BTS，其中相對於未使BTS固定到塔頂接近天線位置的蜂窩通信系統，BTS使得與在天線和BTS之間耦合通信信號相關的損耗被減少至少3dB。
23.根據權利要求22的BTS，其中BTS能夠從天線提供具有至少27dBm的功率的輸出通信信號。
24.根據權利要求21的BTS，其中蜂窩通信系統進一步包括一個基站控制器(BSC)，以及其中該BTS包括至少一個收發信機，其適合於通過該天線與移動臺進行通信；一個功率放大器，其位於該至少一個收發信機和天線之間的通信路徑中，該功率放大器適合於放大從BSC接收的輸出通信信號，並且輸出放大的通信信號；以及一個供電電源，用於向功率放大器和至少一個收發信機提供電能，由此減小BTS的尺寸、複雜性和電能消耗。
25.根據權利要求24的BTS，其中BTS進一步包括一個回程部分，該回程部分被配置為在BTS和BSC之間耦合通信信號。
26.根據權利要求25的BTS，其中該回程部分被配置為通過一個無線通信系統在BTS和BSC之間耦合通信信號。
27.根據權利要求26的BTS，其中BTS被配置為接收由至少一個固定到塔的光電池提供的電能。由此提供一個自含式塔頂節點。
28.一種通信網絡，包括一個天線；一個塔，其具有在其上支持天線的塔頂；一個基站收發信臺(BTS)，其被固定到塔頂接近天線的位置，該BTS具有至少一個被配置為通過天線與移動臺通信的收發信機；以及一個放大器，其被固定到塔頂接近天線的位置，該放大器位於BTS和天線之間的通信路徑中，並與BTS分離且不同於BTS，該放大器被配置為放大和濾波在BTS和移動臺之間傳遞的通信信號。
29.根據權利要求28的通信網絡，其中相對於未使BTS和放大器固定到塔頂接近天線位置的通信網絡，與在BTS和放大器之間、以及在放大器和天線之間耦合通信信號相關的損耗被減少至少3dB。
30.根據權利要求28的通信網絡，其中該放大器能夠從天線提供具有至少39dBm的功率的輸出通信信號。
31.根據權利要求28的通信網絡，進一步包括一個基站控制器(BSC)，以及一個固定到塔頂接近天線的位置的回程部分，該回程部分被配置為在BTS和BSC之間耦合通信信號。
32.根據權利要求31的通信網絡，其中該回程部分與BTS集成在一起。
33.根據權利要求31的通信網絡，其中該回程部分被配置為通過無線通信系統而在BTS和BSC之間耦合通信信號。
34.根據權利要求33的通信網絡，進一步包括至少一個固定到塔上的光電池，用於向BTS、放大器和回程部分提供電能，由此提供一個自含式塔頂節點。
35.一種在具有由塔頂支持的天線的通信網絡中便於與移動臺進行通信的方法，該方法包括步驟提供一個基站收發信臺(BTS)，該BTS被固定到塔頂接近天線的位置，該BTS具有至少一個被配置為通過該天線與移動臺通信的收發信機；提供一個放大器，其被固定到塔頂上接近天線的位置，該放大器位於BTS和天線之間的通信路徑中，並與BTS分離且不同於BTS，該放大器被配置為放大和濾波在該BTS和移動臺之間傳遞的通信信號；操作至少一個收發信機來與該移動臺進行通信；以及放大和濾波在該BTS和移動臺之間傳遞的通信信號，由此相對於未使BTS和放大器固定到塔頂上接近天線位置的通信網絡，與在該BTS和放大器之間、以及在放大器和天線之間耦合通信信號相關的損耗被減少。
36.根據權利要求35的方法，其中與在天線和BTS之間耦合通信信號相關的損耗被減少至少3dB。
37.根據權利要求35的方法，其中放大和濾波在BTS和移動臺之間傳遞的通信信號的步驟包括從天線發送具有至少39dBm功率的輸出通信信號的步驟。
38.根據權利要求35的方法，其中通信網絡進一步包括一個基站控制器(BSC)，以及一個固定到塔頂接近天線的位置的回程部分，該回程部分被配置為在該BTS和BSC之間耦合通信信號，其中該方法進一步包括使用該回程部分在該BTS和BSC之間耦合通信信號的步驟。
39.根據權利要求38的方法，其中該回程部分被配置為通過無線通信系統在該BTS和BSC之間耦合通信信號，以及其中使用該回程部分在BTS和BSC之間耦合通信信號的步驟包括通過無線通信系統在BTS和BSC之間耦合通信信號的步驟。
40.根據權利要求39的方法，進一步包括從固定到塔的至少一個光電池向該BTS、放大器和回程部分提供電能的步驟。
全文摘要
提供了一種蜂窩網絡(100，200)和方法，其減少在基站(102，202)和天線(114，214)之間的損耗。通常，該網絡(100，200)包括一個具有支持天線(114，214)的塔頂的塔(112，212)，在塔頂鄰近天線的位置上的基站(102，202)和分離的放大器(124，224)，該放大器位於在基站和天線之間的通信路徑中。在一個實施例中，該網絡(100，200)進一步包括一個在塔頂鄰近天線(114，214)的位置上的回程部分(122，222)，該回程部分被配置為在基站(102，202)和控制器(128，228)之間耦合信號。優選地，該回程部分(122，222)與基站(102，202)集成在一起。在另一個型式中，回程部分(122，222)被配置為通過無線網絡(128，228)在基站(102，202)和控制器(108，208)之間耦合通信信號。更優選地，一個在塔(112，212)上的光電池向基站(102，202)、放大器(124，224)以及回程部分(122，222)提供電能，由此提供一個自含式塔頂節點(134，234)。
文檔編號H01Q1/24GK1575551SQ02821228
公開日2005年2月2日 申請日期2002年8月27日 優先權日2001年8月27日
發明者C·P·麥因託斯, N·S·維萊特, K·林 申請人:因特威夫通訊有限公司