Сотовая решетка со сдвоенными вертикальными лучами

В данном документе раскрыта сотовая решетка со сдвоенными вертикальными лучами. В одном варианте осуществления, сотовая решетка включает в себя дискретные излучатели, соединенные в пары и размещенные в ряд. Излучатели соединяются с гибридными разветвителями, выполненными с возможностью суммировать выходную мощность из пар дискретных излучателей. Первая распределительная сеть выполнена с возможностью принимать первую выходную мощность из гибридных разветвителей и формировать первый луч, а вторая распределительная сеть выполнена с возможностью принимать вторую выходную мощность из гибридных разветвителей и формировать второй луч. Согласно некоторым вариантам осуществления, первый луч представляет собой главный луч с высоким усилением, а второй луч представляет собой луч покрытия с большой зоной покрытия. 19 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет непредварительной заявки на патент (США) № 14/184517, поданной 19 февраля 2014 года, озаглавленной "Dual Vertical Beam Cellular Array", причем эта заявка настоящим содержится в данном документе по ссылке.

Область техники, к которой относится изобретение

[0002] Настоящее изобретение, в общем, относится к области техники антенных решеток. Более конкретно, настоящее изобретение относится к сотовым антенным решеткам, которые формируют сдвоенные вертикальные лучи.

Уровень техники

[0003] По мере того, как резко растет популярность беспроводных устройств, способность предоставлять достаточное покрытие все большему числу пользователей для больших областей является еще более важной, чем когда-либо. Текущие технологии на основе сотовых антенных решеток достигают ограничивающего фактора касательно удовлетворения этих требований. Обычно, эти антенные решетки формируют один узкий луч в вертикальной плоскости. В связи с этим, имеется растущая потребность в предоставлении покрытия беспроводной связи с более высокой пропускной способностью без значительного увеличения затрат и сложности.

[0004] В текущих реализациях, сотовые решетки обычно формируют один узкий луч в вертикальной плоскости. Поскольку вертикальный луч обычно является узким, угол луча должен регулироваться с использованием подсистемы для того, чтобы достигать оптимального покрытия сети. Использование такой подсистемы, как система удаленного управления наклоном и углом места (RET), повышает сложность и стоимость сотовой решетки.

[0005] Кроме того, желательно формировать вертикальный луч с большой шириной луча по половинной мощности без сокращения общей направленности антенны. Текущие антенные решетки с относительно большой длиной антенны должны иметь более высокое усиление, но за счет более узкой диаграммы направленности. С другой стороны, антенные решетки с более широкой диаграммой направленности имеют меньшую длину антенны, что приводит к более низкой полной направленности и усилению. В связи с этим, текущие антенные решетки имеют тенденцию формировать решение, которое предлагает компромисс между полной пропускной способностью сети и полным покрытием.

[0006] В таком случае, имеется потребность в реализации сотовой решетки, которая является простой и экономически эффективной при одновременном предоставлении большей и надежной зоны покрытия без ухудшения направленности и усиления.

Сущность изобретения

[0007] В данном документе раскрыта сотовая решетка со сдвоенными вертикальными лучами, в которой два одновременных вертикальных луча формируются с использованием одной апертуры антенны. В одном подходе, сотовая решетка содержит одну или более пар дискретных излучателей. Один или более гибридных разветвителей используются для того, чтобы суммировать выходную мощность из пар дискретных излучателей. Первая распределительная сеть принимает первую выходную мощность из одного или более гибридных разветвителей и формирует первый луч, а вторая распределительная сеть принимает вторую выходную мощность из одного или более гибридных разветвителей и формирует второй луч.

Краткое описание чертежей

[0008] Прилагаемые чертежи, которые содержатся и составляют часть данного подробного описания, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и вместе с описанием служат для того, чтобы пояснять принципы изобретения.

[0009] Фиг. 1 является блок-схемой примерной архитектуры решетки.

[0010] Фиг. 2 является блок-схемой примерной структуры подачи питания и схемы формирования диаграммы направленности решетки со сдвоенными вертикальными лучами.

[0011] Фиг. 3A является графиком в полярных координатах, иллюстрирующим примерную диаграмму направленности излучения со сдвоенными вертикальными лучами.

[0012] Фиг. 3B является прямоугольным графиком, иллюстрирующим примерные диаграммы абсолютного усиления сдвоенных вертикальных лучей.

Подробное описание иллюстративных вариантов осуществления

[0013] Далее приводятся подробности касательно нескольких вариантов осуществления. Хотя предмет изобретения описан в связи с альтернативными вариантами осуществления, следует понимать, что отсутствует намерение ограничивать заявленный предмет изобретения этими вариантами осуществления. Наоборот, заявленный предмет изобретения должен охватывать все альтернативы, модификации и эквиваленты, которые могут быть включены в пределы сущности и объема заявленного предмета изобретения, которые охарактеризованы посредством прилагаемой формулы изобретения.

[0014] Кроме того, в нижеприведенном подробном описании, изложено множество конкретных подробностей для того, чтобы предоставлять полное понимание заявленного предмета изобретения. Тем не менее, специалисты в данной области техники должны признавать, что варианты осуществления могут осуществляться на практике без этих конкретных подробностей либо с их эквивалентами. В других случаях, хорошо известные способы, процедуры, компоненты и схемы не описаны подробно с тем, чтобы не затруднять понимание аспектов и признаков предмета изобретения.

[0015] Части нижеизложенного подробного описания представляются и поясняются с точки зрения способа. Варианты осуществления оптимально подходят для выполнения различных других этапов или вариаций этапов, изложенных на блок-схеме последовательности операций способа на чертежах в данном документе, а также в последовательности, отличной от последовательности, проиллюстрированной и описанной в данном документе.

[0016] Некоторые части подробного описания представляются с точки зрения процедур, этапов, логических блоков, обработки и других символических представлений операций с битами данных, которые могут выполняться в компьютерном запоминающем устройстве. Эти описания и представления являются средством, используемым специалистами в области техники обработки данных для того, чтобы наиболее эффективно выражать суть своей работы другим специалистам в этой области техники. Процедура, исполняемый компьютером этап, логический блок, процесс и т.д. в данном документе и вообще считаются самосогласованной последовательностью этапов или инструкций, приводящей к требуемому результату. Этапы - это то, что требует физической обработки физических величин. Обычно, хотя и не обязательно, эти величины принимают форму электрических или магнитных сигналов, допускающих сохранение, передачу, комбинирование, сравнение и иную обработку в сотовой антенной решетке. Оказалось удобным периодически, преимущественно по причинам стандартного применения, упоминать эти сигналы как биты, значения, элементы, символы, знаки, термины, числа и т.п.

[0017] Тем не менее, следует принимать во внимание, что все эти и аналогичные термины должны быть ассоциированы с соответствующими физическими величинами и являются просто удобными обозначениями, применяемыми к этим величинам. Если прямо не указано иное, как очевидно из нижеприведенного пояснения, следует принимать во внимание, что по всему описанию изобретения, пояснение с использованием таких терминов, как "осуществление доступа", "запись", "включение", "сохранение", "передача", "проход", "ассоциирование", "идентификация" и т.п. означает работу и процессы антенной решетки либо аналогичного электронного вычислительного устройства, которое обрабатывает и преобразует данные, представленные в качестве физических (электронных) величин в регистрах и запоминающих устройствах системы, в другие данные, аналогично представленные в качестве физических величин в системных запоминающих устройствах или регистрах либо в других подробных устройствах хранения, передачи или отображения информации.

Сотовая решетка со сдвоенными вертикальными лучами

[0018] Настоящее изобретение относится к сотовой решетке со сдвоенными вертикальными лучами, которая позволяет предоставлять увеличенное сетевое усиление с широким покрытием сотовой связи в вертикальной плоскости. В этой реализации, наведение вертикального луча с использованием RET-подсистемы необязательно. Решетка со сдвоенными лучами достигает более высокого сетевого усиления и существенного покрытия в угломестной плоскости с использованием двух независимых лучей в вертикальной плоскости. В одном варианте осуществления, антенная решетка формирует главный узкий луч для работы в режиме с высоким усилением при низких углах наклона (около горизонта). Второй луч имеет широкую и/или веерообразную диаграмму направленности в угломестной плоскости и оптимизирован для более широкого покрытия передачи сигналов в более близком диапазоне при более высоких углах наклона. Этот принцип повышает сетевое усиление с использованием главного луча с более узкой диаграммой направленности без потерь покрытия по углу места, поскольку второй веерообразный луч может предоставлять требуемое покрытие при более высоком наклоне вниз.

[0019] В качестве результата структуры подачи питания, эти два луча, по сути, являются ортогональными, и диаграммы направленности могут рассчитываться таким образом, что коэффициент связи через электронный луч двух диаграмм направленности излучения является относительно низким для оптимальной производительности сети. Это обеспечивает низкие помехи при передаче сигналов между двумя зонами покрытия. Как результат, возможна одновременная работа двух пространственных лучей в двух независимых каналах с использованием одного частотного спектра. Кроме того, два луча могут управляться независимо при необходимости.

[0020] Кроме того, более не требуется регулирование угла наведения луча на месте с использованием удаленного наклоненного вниз устройства, такого как RET. Принцип может использоваться, например, в любой обычной трехсекторной или шестисекторной сотовой сети. Эта решетка использует обычную недорогую архитектуру линейной решетки и в силу этого не увеличивает общую сложность. Наоборот, она уменьшает общую стоимость решетки за счет исключения необходимости в RET-подсистеме.

[0021] Далее описываются варианты осуществления изобретения, хотя следует понимать, что отсутствует намерение ограничивать заявленный предмет изобретения этими вариантами осуществления.

[0022] Со ссылкой теперь на фиг. 1, проиллюстрирована общая архитектура сотовой линейной решетки 100, состоящей из обычных 12 рядов дискретных излучателей (т.е. излучателя 101) в отдельном столбике, согласно некоторым вариантам осуществления. Элементы могут представлять собой любые широкополосные излучатели, к примеру, широкополосные микрополосковые излучатели или диполи. Как пояснено выше, два независимых луча формируются в порту 102 главного луча и порту 103 луча покрытия. Главный луч обеспечивает работу в режиме с высоким усилением около горизонта. Луч покрытия с широким и/или веерообразным шаблоном обрабатывает большее покрытие в диапазоне ближней связи при высоких углах наклона вниз.

[0023] Со ссылкой теперь на фиг. 2, проиллюстрирована структура подачи питания и схема формирования диаграммы направленности со сдвоенными лучами антенной решетки 200, согласно некоторым вариантам осуществления. Питание в излучатели (т.е. излучатели 207 и 208) подается в паре с использованием гибридных разветвителей на 90 градусов (т.е. гибридного разветвителя 206). Регулируемый фазовращатель не требуется для системы питания. Компоновка этой структуры подачи питания обеспечивает то, что два порта лучей являются ортогональными при всех настройках входных возбуждений.

[0024] Выходные мощности гибридных разветвителей когерентно суммируются посредством использования двух отдельных распределительных сетей: распределительная сеть 201 на основе главного луча выводит главный луч 202, а распределительная сеть 203 на основе луча покрытия выводит луч 204 покрытия. Главный луч 202 и луч 204 покрытия работают независимо друг от друга.

[0025] Фиг. 3A и 3B показывают обычные диаграммы направленности излучения главного луча 202 и луча 204 покрытия. Со ссылкой теперь на фиг. 3A, нормализованные диаграммы направленности излучения со сдвоенными вертикальными лучами проиллюстрированы как графики в полярных координатах. Главный луч 202 имеет диаграмму направленности излучения карандашной формы с шириной луча, прямо пропорциональной полной длине решетки в вертикальной плоскости. Луч 204 покрытия имеет широкую и/или веерообразную диаграмму направленности излучения, которая обеспечивает большее угловое покрытие в диапазоне ближней связи (при высоких углах наклона вниз) вертикальной плоскости.

[0026] Со ссылкой теперь на фиг. 3B, проиллюстрированы диаграммы абсолютного усиления сдвоенного вертикального луча как прямоугольные графики. Точка перехода, в которой пересекаются два луча, является важной для полного коэффициента связи через электронный луч, и обычно задается в диапазоне от -9 дБ до -12 дБ. Кроме того, вертикальные боковые лепестки этих лучей, в которых два луча перекрываются, обычно находятся ниже -18 дБ для низких помех.

1. Сотовая антенная решетка, содержащая:

- одну или более пар дискретных излучателей;

- один или более гибридных разветвителей, выполненных с возможностью суммировать выходные мощности из пар дискретных излучателей;

- первую распределительную сеть, выполненную с возможностью принимать первую выходную мощность из гибридных разветвителей и формировать первый луч; и

- вторую распределительную сеть, выполненную с возможностью принимать вторую выходную мощность из гибридных разветвителей и формировать второй луч.

2. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой пара дискретных излучателей совмещается в отдельном столбике.

3. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой первый луч является ортогональным ко второму лучу.

4. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой гибридный разветвитель формирует сдвиг фаз в 90° между первой выходной мощностью и второй выходной мощностью.

5. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой усиление первого луча превышает усиление второго луча.

6. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой второй луч представляет собой широкий и/или веерообразный луч.

7. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой первый луч является более узким, чем второй луч.

8. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой первый луч и второй луч имеют точку перехода между -7 дБ и -12 дБ.

9. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой первый луч и второй луч перекрываются таким образом, что вертикальные боковые лепестки, в которых перекрываются лучи, находятся ниже -18 дБ.

10. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой первый луч формируется около горизонта.

11. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой второй луч формируется под более высоким углом наклона вниз, чем первый луч.

12. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой второй луч оптимизирован для более широкого покрытия передачи сигналов в диапазоне ближней связи.

13. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой первый и второй луч могут работать одновременно.

14. Сотовая антенная решетка по п. 13, в которой первый и второй луч работают в двух независимых каналах.

15. Сотовая антенная решетка по п. 14, в которой первый и второй луч используют один частотный спектр.

16. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой дискретный излучатель представляет собой широкополосные антенны с микрополосковым излучателем.

17. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой дискретные излучатели представляют собой широкополосные дипольные антенны.

18. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой первый луч имеет карандашную форму.

19. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой первый луч представляет собой главный луч, а второй луч представляет собой луч покрытия.

20. Сотовая антенная решетка по п. 1, в которой первый и второй луч формируется в вертикальной плоскости.