Un dispositivo de antena que comprende: un elemento de contacto que comprende al menos dos contactos (1,

2) adaptados para recibir, respectivamente, señales provenientes de una estación base; un elemento (3) de asignación de amplitud y fase, teniendo el elemento de asignación de amplitud y fase dos entradas y cuatro salidas y estando adaptado para asignar amplitudes y fases a las señales recibidas por el elemento de contacto; y un elemento de antena adaptado para recibir y transmitir las señales asignadas con las amplitudes y fases, en donde el elemento de antena comprende una agrupación ordenada de antenas (4) y tiene cuatro columnas, siendo alimentada cada columna por una de las salidas del elemento (3) de asignación de amplitud y fase; caracterizado porque el elemento (3) de asignación de amplitud y fase comprende: dos acopladores (111, 112) de 7,7 decibelios, estando adaptado cada acoplador de 7,7 decibelios para repartir mitades de señales ingresadas desde una de dichas entradas entre dos señales de salida, en donde las señales de salida de cada acoplador tienen una diferencia de potencia de 7,7 decibelios; dos desfasadores (121, 122) de 180 grados, teniendo la entrada a cada desfasador, que es la señal de salida de cada acoplador de 7,7 decibelios, la potencia más alta, respectivamente, estando dichos desfasadores adaptados para retardar su señal de entrada en una fase de 180 grados; y dos híbridos (131, 132) de 90 grados y 3 decibelios, estando adaptado cada híbrido para repartir mitades de sus entradas entre dos salidas; en donde un primer híbrido (131) tiene como entradas las señales de los acopladores de 7,7 decibelios con las potencias de señal más bajas, y un segundo híbrido (132) tiene como entradas las salidas de los desfasadores de 180 grados; y las salidas del primer híbrido (131) se conectan a las columnas primera y cuarta de la agrupación ordenada que entrega señales con una diferencia de fase de 90 grados, y las salidas del segundo híbrido (132) se conectan a las columnas segunda y tercera de la agrupación ordenada que entrega salidas con una diferencia de fase de 90 grados

Aparato de antena y red celular inalámbrica.

Esta solicitud reivindica las prioridades de las solicitudes de patente chinas No. 200610074488.8, presentada el 21de Abril de 2006, titulada "RED CELULAR INALÁMBRICA Y MÉTODO DE REALIZACIÓN DE LA EXPANSIÓN DEUNA RED CELULAR INALÁMBRICA", y No. 200610087159.7, presentada el 15 de Junio de 2006, titulada"DISPOSITIVO DE ANTENA PARA ESTACIÓN BASE Y MÉTODO PARA DISPOSITIVO DE ANTENA DE ESTACIÓN BASE".

La presente invención se refiere a tecnologías de comunicaciones móviles y, en particular, a un dispositivo de antena, una red celular inalámbrica y un método para expandir la capacidad de una red celular inalámbrica.

Antecedentes de la invención

En un sistema de comunicaciones móviles se cubre un área de servicio por medio de una pluralidad de estaciones base (BTS) . Una antena existente de una estación base tiene una sola columna de antenas, en donde hay una red de alimentación longitudinal, pero no hay ninguna red de alimentación horizontal con un diagrama de directividad de aproximadamente un hexágono regular. El área de cobertura de una estación base que adopte tales antenas es semejante a una celda de una colmena, y así un sistema de comunicaciones móviles existente se denomina "sistema celular". Un sistema de comunicaciones móviles puede tener numerosas celdas, y la inversión para el mismo es muy alta, usualmente tan alta como decenas o incluso centenares de miles de millones. Aparentemente, si cada estación base cubre un área más grande, es decir que el área de una celda es mayor, se reducirá el número total de estaciones base, y así se rebajará el coste de inversión. Sin embargo, la capacidad de cada estación base es limitada, por lo que se disminuirá su densidad de capacidad con un área de cobertura agrandada. Puede necesitarse que se establezcan nuevas estaciones base con el número de usuarios creciente, lo que se denomina expansión de la capacidad de la red. Con nuevas estaciones base establecidas, se deberá disminuir el área cubierta por una celda antigua a fin de dejar espacio para las estaciones base recién establecidas. Esto se denomina partición de la red.

Un enfoque de interconexión en red ideal es tener áreas de cobertura mayores para estaciones base individuales cuando se establezca inicialmente una red a fin de reducir la inversión inicial (debido a que el número de usuarios registrados aumenta regularmente desde cero) y así disminuir el capital a invertir y el riesgo de la inversión, y expandir la capacidad paso a paso con el número de usuarios creciente, es decir, partir la red paso a paso. Sin embargo, la expansión de la capacidad por medio de la partición de la red requiere un equipo necesario adicional, da como resultado costes adicionales y requiere una reconfiguración compleja de redes locales. En consecuencia, la expansión de la capacidad de la red no es "suave" ni barata. Por consiguiente, la baja inversión inicial entra en conflicto con el alto coste de la expansión de capacidad.

Un sistema celular inalámbrico existente se interconecta en red básicamente en una forma de tres sectores. Este enfoque es ventajoso porque 1) se obtiene una adaptación óptima entre el diagrama de directividad de antenas y un área de cobertura; y 2) las celdas son relativamente normativas y las directividades de las antenas entre estaciones base están escalonadas, minimizando así la interferencia entre celdas de la red. La figura 1 es un diagrama esquemático de una cobertura de tres sectores, en la que el círculo indica una localización de una estación base y las flechas indican directividades de una antena de la estación base. En tal estructura las directividades de las antenas están escalonadas. Este es un enfoque favorable de interconexión en red y, por tanto, ha sido ampliamente aplicado.

En un sistema de comunicaciones móviles, a medida que aumenta el número de usuarios hasta cierto punto, se requieren nuevas estaciones base para la expansión de la capacidad. Sin embargo, para un sistema de comunicaciones inalámbricas, especialmente un sistema de comunicaciones inalámbricas 3G en consonancia con los estándares WCDMA y CDMA2000, la expansión de la capacidad por medio del establecimiento de nuevas estaciones base requiere la adición de equipos necesarios y origina también un coste adicional. Por ejemplo, una nueva estación base necesita un sitio adicional, lo que da lugar a los costes de ese sitio. Además, debido a que la cobertura en un sistema 3G está relacionada con la capacidad, tanto la planificación como la ingeniería de la red son complejas. Por tanto, la adición de una nueva estación base requiere una planificación de la red que deberá considerar tanto la nueva estación base a establecer como las estaciones base existentes alrededor de ella, lo que se traduce en nuevos problemas. En consecuencia, para la adición de una nueva estación base puede haber un "salto" con respecto a costes, tecnología e ingeniería y, por consiguiente, tal expansión de capacidad no es suave.

Por ejemplo, para dividir un área de cobertura de una estación base de la figura 1 en tres áreas, la topología después de la expansión de la capacidad deberá ser como se ilustra en la figura 2. Cuando se añade una nueva estación base, se cambiarán las áreas de cobertura, y las antenas existentes deberán sustituirse por antenas de nuevas especificaciones, cuyas directividades y ángulos de inclinación deberán reconfigurarse dependiendo de las antenas de la estación base recién establecida. Además, debido a que las áreas de cobertura no son normativas, puede ser difícil obtener una buena cobertura para algunas zonas muertas con independencia del ajuste. Por tanto, para mantener una estructura de red de tres sectores se deberán cambiar tanto las localizaciones como las áreas de cobertura de las estaciones base originales, lo que supondrá un gran impacto sobre la red original.

Se emplea comúnmente un principio existente de planificación de redes de "una vez" para evitar la anterior expansión de capacidad no suave, es decir que se planea y establece una red considerando la demanda de capacidad en varios años futuros. Este enfoque de planificación asegura que la capacidad de la red será suficiente en los varios años siguientes, y, por tanto, no se necesitará un expansión de la capacidad. Sin embargo, esto significa que se deberá desplegar un número suficiente de estaciones base al comienzo de la construcción de una red inalámbrica. Una ventaja de este enfoque es que satisface un requisito relativo al número de las estaciones base en los próximos años, mientras que su desventaja es que la inversión inicial será grande, lo que puede suponer un desafío de inversión para un operador. Además, el número total de estaciones base deja de ser reducido y no se puede disminuir el coste total de sitios de estaciones base.

A este respecto, el enfoque adoptado existente de interconexión en red de "una vez" es una solución que ha de ser empleado para evitar el problema de la expansión de la capacidad, con la premisa de que no se ha resuelto el problema de capacidad suave, y, por tanto, tiene los inconvenientes siguientes:

1. Inversión inicial grande: La planificación de "una vez" consiste en asegurar que la capacidad de la red será suficiente en los años venideros sin ninguna expansión de la capacidad, y esto significa que deberán establecerse más redes celulares de una vez, lo que se traduce en una inversión inicial grande y un coste y riesgo financieros incrementados;

2. Altos costes para sitios de estaciones base: Cada estación base implica ciertos costes fijos, tales como el coste de construcción del sitio, acumuladores y arriendo. Cuanto mayor sea el número de sitios de las estaciones base tanto mayores serán los costes. Debido a que la planificación de "una vez" requiere más estaciones base, los costes de los sitios de las estaciones base son más altos.

3. Dificultad de planificación: La planificación de "una vez" requiere más estaciones base, pero a veces no hay un sitio apropiado disponible para una estación base en un lugar previsto para la estación base, lo que hace difícil la planificación de la red.

4. La solución existente tan sólo evade temporalmente el problema de expansión de la capacidad. La capacidad se saturará después de años, con lo que el problema de expansión de la capacidad con altos costes será inevitable.

El documento WO 2005/015690... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de antena que comprende:

un elemento de contacto que comprende al menos dos contactos (1, 2) adaptados para recibir, respectivamente, señales provenientes de una estación base;

un elemento (3) de asignación de amplitud y fase, teniendo el elemento de asignación de amplitud y fase dos entradas y cuatro salidas y estando adaptado para asignar amplitudes y fases a las señales recibidas por el elemento de contacto; y un elemento de antena adaptado para recibir y transmitir las señales asignadas con las amplitudes y fases, en donde el elemento de antena comprende una agrupación ordenada de antenas (4) y tiene cuatro columnas, siendo alimentada cada columna por una de las salidas del elemento (3) de asignación de amplitud y fase;

caracterizado porque el elemento (3) de asignación de amplitud y fase comprende:

dos acopladores (111, 112) de 7, 7 decibelios, estando adaptado cada acoplador de 7, 7 decibelios para repartir mitades de señales ingresadas desde una de dichas entradas entre dos señales de salida, en donde las señales de salida de cada acoplador tienen una diferencia de potencia de 7, 7 decibelios;

dos desfasadores (121, 122) de 180 grados, teniendo la entrada a cada desfasador, que es la señal de salida de cada acoplador de 7, 7 decibelios, la potencia más alta, respectivamente, estando dichos desfasadores adaptados para retardar su señal de entrada en una fase de 180 grados; y dos híbridos (131, 132) de 90 grados y 3 decibelios, estando adaptado cada híbrido para repartir mitades de sus entradas entre dos salidas;

en donde un primer híbrido (131) tiene como entradas las señales de los acopladores de 7, 7 decibelios con las potencias de señal más bajas, y un segundo híbrido (132) tiene como entradas las salidas de los desfasadores de 180 grados; y las salidas del primer híbrido (131) se conectan a las columnas primera y cuarta de la agrupación ordenada que entrega señales con una diferencia de fase de 90 grados, y las salidas del segundo híbrido (132) se conectan a las columnas segunda y tercera de la agrupación ordenada que entrega salidas con una diferencia de fase de 90 grados.

2. Una red celular inalámbrica que comprende:

una estación base adaptada para generar señales; y un dispositivo de antena de la reivindicación 1.

3. La red celular inalámbrica según la reivindicación 2, que comprende, además, un divisor de potencia (14) adaptado para dividir en mitades la potencia de las señales generadas por la estación base y enviar las señales al dispositivo de antena.