[发明专利]蜂窝通信网的独立塔顶单元

说明书

发明背景

笼统而言，本发明涉及用于蜂窝通信网基站的塔顶(masthead)单元。具体而言，涉及用于通过更换塔顶单元改变小区大小的独立的模块化塔顶单元和方法。

近些年来，蜂窝电话正在变得越来越普及。随着对蜂窝业务的需求不断增长，用来支持这些蜂窝业务的基础设施发生了爆炸式的增长。多数蜂窝网基本上都是按照图1所示的方式构成。如图所示，移动交换中心(MSC)10跟多个基站控制器12通信，而基站控制器12又跟一个或者多个基站14通信。基站14跟一个或者多付天线(收发信机)16直接连接，负责发射和接收用于蜂窝通信的无线电信号。移动交换中心10相当于整个网络的神经中枢，它们用现成的协议跟基站控制器(BSC)12通信。为蜂窝业务制订了各种不同的协议，例如，GSM(全球移动通信系统)协议、CDMA(码分多址)和TDMA(时分多址)协议。这些不同的协议决定了MSC、BSC和BTS之间的通信性质，这在本领域里众所周知。

常规基站控制器主要负责划定小区的大小。也就是某一基站的覆盖区面积。对于小区的大小没有一成不变的规定，但目前，它们常常被叫做宏小区、迷你小区(mini cells)和微小区。各种小区的大小互不相同，例如，宏小区的天线一般都输出20～50瓦量级的功率，覆盖范围大约为5～40公里。迷你小区一般都输出10瓦量级的功率，覆盖范围为2～5公里。微小区一般都输出2～8瓦量级的功率，覆盖范围大约小于1公里。当然，随着天线信号处理能力的提高，这些不同小区的界限逐渐模糊，但从概念上来说，小区的大小总是有差别的。

较大小区的系统经常碰到的一个问题是必须将天线放在塔上面才能获得所需要的覆盖范围。下面参考图2介绍一个普通塔。如图所示，天线16安装在塔20上面，基站14则在塔20基旁的建筑物里。如果塔20很高，在基站14和天线16之间就必须有一根很长的馈线22。通常，馈线22包括一对同轴电缆，其中一根同轴电缆(发射线)用于传输发射信号，另一根同轴电缆(接收线)用于传输接收信号。

相对较长的馈线22带来了许多问题，例如信号强度的损失以及给接收信号带来噪声。缓解长馈线问题的一个方法是采用一个塔顶单元24，安装在塔20上，离天线16很近。塔顶单元通常都有一个双工器，用于将发射信号送给天线，并将接收信号分离到接收线上去。然后让分离出来的接收信号经过一个低噪声放大器，低噪声放大器放大接收信号，使它们对馈线22的噪声不再那么敏感。

当馈线特别长时，发射线上传输的发射信号能量损耗也非常大。因此，有些塔顶单元还有线性功率放大器。这些功率放大器由基站里的电源供电。

随着蜂窝技术的发展和普及，改变小区大小和/或形状的需求越来越迫切。在某些情形下，需要扩大小区的覆盖范围。与此同时，在其它的情形下，需要缩小小区的尺寸，从而能够增加额外的小区，以提高通信容量。虽然现在的小区能够很好地工作，但是它们并不是模块化的，因为如果由于某种原因要改变小区的大小，就需要更换整个基站14。由于基站是相对较贵的单元，因此需要一种基站结构，它支持基站硬件的再利用，即使小区的大小或者小区的形状需要改变。

发明简述

为了达到这些目的和其它目的，本发明提供了一种用于蜂窝通信网的改进型模块化塔顶单元。这一模块化塔顶单元用于插入基站和天线之间的通信通道。这一模块化塔顶单元通过天线馈线跟天线连接，而用分开的发射和接收馈线跟基站连接。该塔顶单元有一个功率放大器，用于放大从基站收到的通信信号。双工器通过天线馈线跟天线连接，用于接受放大了的发射信号，将放大了的发射信号输送给天线馈线。双工器还接收来自天线馈线的通信信号，并通过不同于发射馈线的接收机馈线输出收到的通信信号。塔顶单元里有一个电源，用于给功率放大器供电。采用此种结构，这一塔顶单元就构成了一个模块化单元，它独立于基站，这样，这一模块化的塔顶单元可以单独更换，而不依赖于基站。在一个优选实施方案里，这一塔顶单元还有一个低噪声放大器，用于放大收到的通信信号，并传送给基站。

这一塔顶单元可以用于蜂窝通信网，该通信网包括一个移动交换中心、跟移动交换中心通信的一个基站控制器以及跟基站控制器通信并按照现成蜂窝通信协议如GSM协议工作的一个基站。

一方面，本发明提供了一种方法，用于改变蜂窝网中小区的覆盖范围。一开始，与特定基站相关的基站的塔顶单元被换成具有不同电源和功率放大器输出的一个塔顶单元，以此来改变小区的覆盖范围。另外，至少还要改变与控制基站的移动交换中心相关联的操作注册记录里的一个无线电作用距离参数。这样就可以改变蜂窝网内这一个小区的覆盖范围而不必更换基站内的任何硬件。

附图简述