用于蜂窝基站的可编程电源以及在蜂窝系统中降低功率损耗的相关方法
【专利摘要】公开了为安装在蜂窝基站的塔上的无线电设备供电的方法，其中通过电力线缆向无线电设备提供直流("DC")电力信号并且调整电源的输出的电压等级电平以便在电力线缆的远离电源的第一末端提供大致恒定的电压。而且并且公开了相关的蜂窝基站和可编程电源。
【专利说明】用于蜂窝基站的可编程电源以及在蜂窝系统中降低功率损耗的相关方法
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.§119，要求于2014年2月17日提交的申请号为61/940,631的美国临时专利申请的优先权，在此通过引用并入其全部内容，如同在此完全阐述一样。
技术领域
[0003]本发明一般涉及蜂窝通信系统，并且更具体地，涉及可以表现出降低的功率损耗的用于蜂窝基站的电源。
【背景技术】
[0004]蜂窝基站通常包括无线电设备、基带单元与一个或多个天线，以及其他部件。无线电设备从基带单元接收数字信息和控制信号，并将该信息调制为射频("RF")信号，然后该信号通过天线被发射。无线电设备还从天线接收RF信号，解调这些信号并将它们提供给基带单元。基带单元将从无线电设备接收到的解调信号处理为适合于通过回程通信系统传输的格式。基带信号还处理从回程通信系统接收的信号，并将处理后的信号提供给无线电设备。还可以提供产生用于为基带单元和无线电设备供电的合适的直流("DC")电力信号的电源。例如，在当前正在使用的蜂窝系统中，经常通过(标称)48伏的直流电源为无线电设备供电。通常也提供备用电池以在停电时维持一段时间的服务。
[0005]为了提升覆盖率和信号质量，在许多蜂窝基站中天线位于塔的顶部，例如，塔可以有大约50到200英尺高。直至最近，电源、基带单元和无线电设备都位于在塔的底部的设备外壳中以为设备的维护、修理和/或后续升级提供便利。承载无线电设备和天线之间的信号传输的同轴线缆被从设备外壳布线到塔的顶部。
[0006]图1示意性地示出了常规的蜂窝基站10。如图1所示，蜂窝基站10包括设备外壳20和塔30。设备外壳20通常位于塔30的底部，如图1所示。基带单元22、无线电设备24和电源26位于设备外壳20的内部。基带单元22可以与回程通信系统44通信。多个天线32(例如，三个扇形天线32-1、32-2、32-3)位于塔30的顶部。三个同轴线缆34(在图1中被捆绑在一起看上去像单个线缆)将无线电设备24连接到天线32。天线32是无源的(不通电的)器件，因此在塔30的顶部所有设备都不需要电力。注意到，这里当提供了一个元件的多个单元时，每个单独的单元可以通过该元件的标号后加一个短划线以及该单独单元的数字而被单独地指代(例如，天线32-2)，而该元件的多个单元可以通过它们的基础标号被统称(例如，天线32)。
[0007]近年来，发生了转变，在新的或升级的蜂窝装置中无线电设备24现在更为通常地位于塔30的顶部。位于塔30的顶部的无线电设备通常被称为远程无线电头端(〃RRH〃)24’。使用RRH 24’可以极大地提高被蜂窝基站发射和接收的蜂窝数据信号的质量，因为RRH 24’的使用可以降低信号传输损耗和噪声。特别地，由于通到塔上的同轴线缆可以为100-200英尺甚至更长，通过同轴线缆按蜂窝频率(例如，1.8GHz、3.0GHz等)传输信号发生的信号损耗会很显著。由于信号功率的该损耗，与RRH 24’位于塔30的顶部紧邻天线32的蜂窝基站相比，在将无线电设备24放置在塔30的底部的系统中，RF信号的信噪比可能会降低(注意到在位于塔30的底部的基带单元22和位于塔30的顶部的RRH 24’之间的线缆连接中的信号损耗可能小得多，因为这些信号是按照基带频率而不是RF频率被传输的)。
[0008]图2是示出了根据该较新的架构的蜂窝基站10’的示意图。如图2所示，基带单元22和电源26可以在设备外壳20中仍然位于塔30的底部。以RRH 24’的形式的无线电设备24位于塔30的顶部紧邻天线32。虽然塔上安装的RRH 24’的使用可以提高信号质量，不幸的是，它还要求提供直流电到塔30的顶部以为RRH 24’供电。在一些情况下，通过也承载了基带单元22和RRH 24’之间的通信的同轴线缆(未显示)提供直流电。如图2所示，更通常地，光纤线缆38将基带单元22连接到RRH 24 ’(由于光纤连接可以提供更大的带宽和更低的传输损耗)，并且提供单独的电力线缆36来将直流电力信号传输给RRH 24’。单独的电力线缆36通常与光纤线缆38捆绑在一起以便它们可以一起被布线到塔30上。
【发明内容】
[0009]根据本发明的实施方式，提供了为安装在蜂窝基站的塔上(或远离相关的基带单元的其他位置)的无线电设备供电的方法，其中从电源输出直流电力信号而且从电源输出的直流电力信号通过电力线缆被提供给无线电设备。从电源输出的直流电力信号的电压电平被调整，以便在电力线缆的远离电源的无线电设备端处的直流电力信号具有大致恒定的电压，尽管直流电力信号的电流电平是变化的。
[0010]在一些实施方式中，该电源可以是可编程电源，并且该方法可以进一步包括向电源输入从中能够计算出从电源输出的直流电力信号的电压电平的信息，该电源将在电力线缆的无线电设备端处提供具有大致恒定的电压的直流电力信号。在这些实施方式中，输入到电源的信息可以是电力线缆的电阻，或者可以是电力线缆的长度以及电力线缆的导电芯的直径。
[0011 ]在一些实施方式中，从电源输出的直流电力信号的电流电平可以被测量，并且电源输出的直流电力信号的电压电平可以响应于从电源输出的直流电力信号的测量的输出电流的变化被自动地调整，以在电力线缆的无线电设备端处提供具有大致恒定的电压的直流电力信号。
[0012]在一些实施方式中，可编程电源可以是接收从第二电源输出的直流电力信号并调整从第二电源输出的直流电力信号的电压电平，以在电力线缆的无线电设备端处提供具有大致恒定的电压的直流电力信号的直流到直流转换器。该大致恒定的电压可以是超过无线电设备的标称电力信号电压并小于无线电设备的最大电力信号电压的电压。
[0013]在一些实施方式中，用于确定电力线缆的电阻的信号可以通过电力线缆传输。在一些实施方式中，大致恒定的电压可以显著高于无线电设备的最大电力信号电压，而且可以使用塔上安装的直流到直流转换器来将在电力线缆的无线电设备端处的电力信号的电压降低至小于无线电设备的最大电源电压的电压。
[0014]根据本发明的其他实施方式，公开了蜂窝基站系统，该系统包括在其上安装了至少一个天线的塔、在塔上安装的RRH、与RRH通信的基带单元、位于远离RRH的可编程电源，以及具有从可编程电源接收直流电力信号的第一末端和将直流电力信号提供给RRH的第二末端的电力线缆。可编程电源被配置为通过基于可编程电源输出的电流电平和电力线缆的电阻调整可编程电源输出的直流电力信号的电压电平，来在电力线缆的第二末端提供大致恒定的电压。
[0015]在一些实施方式中，可编程电源可以包括被配置为接收电力线缆的电阻和/或从中可计算出电力线缆的电阻的关于电力线缆的特性的信息的用户接口。可编程电源还可以包括测量电源输出的电流的电流测量模块。可编程电源也可以包括基于测量的电源输出的电流调整电源输出的直流电力信号的电压电平的反馈环路。
[0016]根据本发明的其他实施方式，公开了可编程电源，该电源包括输入端、被配置为用于将输入信号转换为通过输出端口输出的直流输出信号的转换电路、感应通过输出端口输出的电流的大小的电流传感器、被配置为接收关于在可编程电源输出端口和无线电设备之间的线缆连接的电阻的信息的用户输入端，以及控制模块，该控制模块被配置为响应于关于线缆连接的电阻的信息和感应的电流的大小控制转换电路以调整通过输出端口输出的输出信号的电压，以便在线缆连接的远端处的电压可以维持大致恒定，不管无线电设备汲取的电流如何变化。
[0017]在一些实施方式中，关于线缆连接的电阻的信息可以包括线缆连接的长度和线缆连接的导体的尺寸。
[0018]根据本发明的另外的实施方式，公开了为远离电源和相关基带单元安置并且通过线缆连接被连接到电源的蜂窝无线电设备供电的方法，在该方法中直流电力信号从电源输出，并且从电源输出的该直流电力信号通过线缆连接被提供给无线电设备。从电源输出的直流电力信号的电压电平响应于从电源输出的直流电力信号的电流电平来调整，以便在线缆连接的无线电设备端处的直流电力信号的电压被维持在预选的电平、范围或模式。
[0019]在一些实施方式中，从电源输出的直流电力信号的电压电平响应于从远程位置传输到电源的反馈信号来调整。反馈信号可以包括关于在电力线缆的无线电设备端处的直流电力信号的测量电压的信息。
[0020]根据本发明的另外的实施方式，公开了为安装在蜂窝基站的塔上(或其他远离相关的基带单元的位置)的无线电设备供电的方法，在该方法中直流电力信号从电源输出并且从电源输出的直流电力信号通过电力线缆被提供给无线电设备。直流电力信号的电压在电力线缆远离电源的无线电设备端处被测量。关于在电力线缆的无线电设备端处的直流电力信号的测量电压的信息被传送到电源。从电源输出的直流电力信号的电压电平响应于关于在电力线缆的无线电设备端处的直流电力信号的测量电压的接收信息来调整。
[0021]在一些实施方式中，从电源输出的直流电力信号的电压电平可以响应于接收信息来调整以将在电力线缆的无线电设备端处的直流电力信号维持在大致恒定的电压，尽管直流电力信号的电流电平是变化的
【附图说明】
[0022]图1是传统蜂窝基站架构的简化的示意图。
[0023]图2是远程无线电头端位于天线塔的顶部的常规蜂窝基站的简化的示意图。
[0024]图3是根据本发明的实施方式的蜂窝基站的简化的示意图。
[0025]图4是根据本发明的实施方式的可编程电源的示意方框图。
[0026]图5是根据本发明的其他实施方式的可编程电源的示意方框图。
[0027]图6是根据本发明的其他实施方式的蜂窝基站的简化的示意图。
[0028]图7是根据本发明的其他实施方式的蜂窝基站的简化的示意图。
[0029]图8是根据本发明的其他实施方式的蜂窝基站的简化的示意图。
[0030]图9是示出了根据本发明的实施方式的方法的操作的流程图。
【具体实施方式】
[0031]根据本发明的实施方式，公开了将直流电力传送到蜂窝基站的远程无线电头端(〃RRH")的方法，连同相关的蜂窝基站和可编程电源。这些方法、系统和电源可以允许较低的电源电流，从而可以降低与将直流电力信号从在蜂窝基站的塔的底部的电源传送到在塔的顶部的RRH相关的功率损耗。由于蜂窝塔可以有几百英尺高而且给RRH供电需要的电压和电流可能会很高(例如，在电流大约20安时大约50伏)，沿着几百英尺的线缆可能发生的功率损耗可能很显著。因此，根据本发明的实施方式的方法可以提供显著的电能节省，从而降低运行蜂窝基站的成本。
[0032]通过电力线缆从电源提供给RRH的电力信号的直流电压可以如下确定:
[0033]VRRH = VpS~VDrop (I)
[0034]其中Vrrh是提供给RRH的电力信号的直流电压，Vps是电源输出的电力信号的直流电压，以及VDrcip是随着直流电力信号通过将电源连接到RRH的电力线缆发生的直流电压的降低。VDrop可以根据欧姆定律如下确定:
[0035]VDrop =lRRH*Rcable (2)
[0036]其中Rcable3是将电源连接到RRH的电力线缆的累积电阻(以欧姆为单位)，IRRH是通过电力线缆流到RRH的平均电流(以安培为单位)。
[0037]电力线缆的电阻Rcable与电力线缆的导体的直径成反比(假设导体具有圆形截面)。因此，导体的直径越大(即导体的厚度越小)，电力线缆的电阻越小。由于铜的电阻低，电力线缆通常使用铜导体。铜的电阻以单位长度来指定，通常是毫欧姆(πιΩ)每英尺;因此，电力线缆的累积电阻随线缆的长度增加。因此，电力线缆越长，电压降￥_[)越高。
[0038]通常会为RRH指定电力信号的最低要求电压、电力信号的标称或推荐电压以及电力信号的最大电压。因此，在塔的底部的电源必须输出电压Vps以使Vrrh会在RRH的电力信号的最小和最大指定电压之间。由于Vdmp是供给RRH的电流Irrh的函数(参见上面的式2)，因此如果Vps(电源输出的电压)是恒定的，那么传送给RRH的电力信号的电压Vrrh会随着RRH汲取的电流的变化而改变。按照惯例，电源输出的电压(Vps)被设置为确保当RRH汲取预计最大量的电流时，具有标称电压的电力信号被提供给RRH(或者至少为大于电力信号的最低要求电压的值)。
[0039]通过电力线缆传送电力信号至RRH损耗的功率(Plciss)可以如下计算:
[0040]PLoSS = Vcable*I[Ml=(I[Ml*Rcable)*I[?H=lRRH2*Rcable (3)
[0041]其中Vcable3为沿电力线缆以伏特为单位的平均电压降。为了降低或最小化Puiss，电源可以被设置为输出当到达RRH时具有为RRH指定的最高电压的直流电力信号，这是由于传送到RRH的电力信号的电压越高，电力信号在电力线缆上的电流I.越小。从上文的式3中明显看出，电力信号在电力线缆上的电流Irrh越小，功率损耗Plciss越低。
[0042]根据本发明的实施方式，电源可以包括可编程电源，该可编程电源可以(I)感应被RRH汲取的电流(或者其他等效参数)并且(2)调整电源输出的电力信号的电压以将提供给RRH的电力信号的电压维持在处于或者接近期望值，该期望值可以是例如可输入到RRH的电力信号的最大电压。为了实现这一目标，可以向可编程电源输入电力线缆的电阻，或者可替换地可以向可编程电源输入其他信息，例如电力线缆的长度和尺寸或电力线缆的阻抗，并且可编程电源可以由该信息确定电力线缆的电阻。随着RRH汲取的电流变化，可编程电源可以将它的输出电力信号的电压调整到会将具有预选电压(例如，RRH的最大电源电压减去缓冲)的电力信号传送到RRH的电压电平。如上文的式3所示，这会降低或最小化沿电力线缆的功率损耗，而且因此可以降低为RRH供电的成本。由于典型的RRH可以需要大约一千瓦的功率而且会每周七天、每天24小时运行，并且由于在每个蜂窝基站可以提供大量的RRH(例如，3到12个)，因此电能节省可以很显著。
[0043]现在将参考图3-7以更多细节讨论本发明的实施方式，其中图3-7示出了本发明的示例性实施方式。
[0044]图3是根据本发明的实施方式的蜂窝基站100的示意方框图。如图3所示，蜂窝基站100包括设备外壳20和塔30。塔30可以是常规的天线或蜂窝塔或者可以是诸如电线杆或其他类似物的另一种结构。基带单元22、第一电源26和第二电源28位于设备外壳20的内部。RRH 24 ’和多个天线32(例如，三个扇形天线32-1、32-2、32-3)被安装在塔30上，通常接近其顶部。
[0045]RRH 24’通过被从外壳20布线到塔30的顶部的光纤线缆38从基带单元22接收数字信息和控制信号。RRH 24’将该信息调制为在适当蜂窝频率上的射频("RF")信号，然后将其通过天线32中的一个或多个天线发射。RRH 24’还接收来自天线32中的一个或多个天线的RF信号，解调这些信号，并将解调信号通过光纤线缆38提供给基带单元22。基带单元22处理从RRH 24’接收的解调信号，并将处理后的信号转发到回程通信系统44。基带单元22还处理从回程通信系统44接收的信号，并将它们提供给RRH 24’。通常，基带单元22和RRH 24分别包括耦合发往和来自光纤线缆38的数字信息和控制信号的光电转换器和电光转换器。
[0046]第一电源26生成一个或多个直流("DC")电力信号。在图3的实施方式中的第二电源28包括接受第一电源26输出的直流电力信号作为输入并输出具有不同电压的直流电力信号的直流到直流转换器。电力线缆36被连接到第二电源28的输出，并与光纤线缆38捆绑在一起，以便两个线缆36、38可以作为一个整体单元被布线到塔30上。虽然在图3的实施方式中第一电源26和第二电源28被示为独立的电源单元，但是应当理解在其他实施方式中这两个电源26、28可以合并成单个电源单元。
[0047]如上所述，根据本发明的实施方式，公开了可以将电力信号传送到远程RRH并且降低功率损耗的直流电源。在图3的实施方式中，电源28包括从电源26接收输入直流电力信号并输出直流电力信号到电力线缆36的可编程电源。电源28输出的直流电力信号的电压可以响应于RRH 24’从电源28汲取的直流电力信号的电流的变化而改变。特别地，可以设置电源28输出的直流电力信号的电压使得在电力线缆36的远端(即相邻RRH 24’的末端)处的直流电力信号的电压相对恒定。如果在电力线缆36的远端处的直流电力信号的电压被设置为大约是RRH 24’的电力信号的最大指定电压，那么与通过电力线缆36将直流电力信号提供给RRH 24’有关的功率损耗可以被降低，这是因为较高的直流电力信号电压会相应地降低通过电力线缆36提供的直流电力信号的电流。
[0048]在最通常的情况下，最先进的RRH被设计为用48伏(标称)直流电力信号供电。虽然RRH 24’工作所在的最小直流电力信号电压以及可以安全提供给RRH 24’而不会给RRH 24’带来损害的危险的最大直流电力信号电压各不相同，但是典型的数值是38伏的最小直流电力信号电压和56伏的最大直流电力信号电压。因此，根据本发明的实施方式，为了降低与直流电力信号通过电力线缆36时经历的电压降有关的功率损耗，可编程电源28可以被设计为传送在电力线缆36的远端具有相对恒定的电压的直流电力信号，例如大约为54或52伏(SP，比对于RRH 24’的最大直流电力信号电压小大约2-4伏)。
[0049]为了将在电力线缆36的远端处的直流电力信号的电压维持在预先确定的值处或其附近，有必要知道两件事情。第一，必须知道从电源汲取的直流电力信号的电流，因为式I和2表明Vrrh是Irrh的函数。第二，必须知道电力线缆36的电阻Rcabie，因为它也影响电压降。根据本发明的实施方式，可编程电源可以被配置为测量、估计、计算或接收这两个值。
[0050]例如，图4是可以被用作图3的电源28的根据本发明的特定实施方式以直流到直流转换器的形式的可编程电源150的方框图。如图4所示，可编程电源150包括输入端152、转换电路154和输出端156。电源150还包括电流传感器158、用户输入端160、控制逻辑162和存储器 164。
[0051 ]输入端152可以接收直流电力信号，例如图3的电源26输出的直流电力信号。在一些实施方式中，在输入端152接收的直流电力信号可以是具有相对恒定电压的直流电力信号。转换电路154可以是被配置为将在输入端152接收的信号的电压转换到不同的直流电压的电路。多种直流转换电路在本领域内是已知的，包括例如电子、电化学和电机转换电路。最通常地，采用电感器或变压器的电子电路被用于提供高效电压转换。输出端156可以输出具有转换后的电压的直流电力信号。
[0052 ]电流传感器158可以为感应通过输出端156输出的直流电力信号的电流电平的任意合适的电路。RRH 24’汲取的电流可以根据例如在任意给定时间正在发射的载体的数量以及RRH是否在稳态模式、在通电或重启而随时间变化。电流传感器158可以感应在输出端156处的直流电力信号的电流电平并且将感应的电流电平提供给控制逻辑162。然后控制逻辑162可以调整转换电路154的参数，以便调整通过输出端156输出的直流电力信号的电压使得在连接到输出端156的电力线缆36的远端处的电压可以维持大致恒定，尽管RRH 24’汲取的电流发生变化而且在电力线缆36上产生的电压降相应发生变化。
[0053]虽然图4示出包括直流到直流转换器的电源150，应理解的是在其他实施方式中可以替代地使用交流到直流转换器。在这样的实施方式中，输入端152接收交流("AC")电力信号，而且转换电路154将交流电力信号转换为直流电力信号并且还通过上述方法将通过输出端156输出的直流电力信号的电压电平调整到合适的电平。
[0054]如上所述，在一些实施方式中，可以设置由电源150输出的电力信号的电压使得在电力线缆36的远端处的电压维持在仅在RRH 24’可以处理的最大电力信号电压电平之下的预先确定的电压电平或接近该电压电平。为了实现这一目标，有必要知道直流电力信号通过电力线缆36时会经历的电压降，因为该电压降影响在电力线缆36的远端处的直流电力信号的电压。在一些实施方式中，电源150的用户输入端160允许用户输入电力线缆36的累积电阻值，用户可以通过例如计算(基于电力线缆36的导体的长度、尺寸和材料)、测量(例如通过在电力线缆36上传输信号并测量在电力线缆36的远端输出的信号的电压)或其组合(例如，为电力线缆36测量或估计累积阻抗值并将该累积阻抗值转换为累积电阻值)获得该值。在其他实施方式中，用户可以输入电力线缆36的物理特性，例如尺寸、长度、导体材料、产品型号等，而且存储在电源150的存储器164中的算法、公式、查找表等可以被用于计算或估计电力线缆36的电阻。
[0055]在一些实施方式中，图3的第二电源28可以被进一步配置以测量电力线缆36的电阻。例如，图5是根据本发明的其他实施方式可以被用于实现图3的电源28的可编程电源150’的方框图。电源150’与图4的电源150非常相似，除了它还包括被用于测量电源线缆的电阻的线缆电阻测量电路170。线缆电阻测量电路170可以用多种方式实现。例如，在一些实施方式中，线缆电阻测量电路170可以发射电压脉冲到电力线缆上并测量反射的返回脉冲(电力线缆的远端可以由具有已知特性的终端进行端接)。电压脉冲的电流，以及反射的返回脉冲的电压电平可以被测量。控制逻辑162可以接着应用欧姆定律来计算电力线缆的电阻。在其他实施方式中，在电力线缆的远端处其两个导体可以被短接，电压脉冲可能通过电力线缆被再次传输。脉冲的电流电平和返回脉冲的电压电平可以被测量，控制逻辑162可以再次使用这些测量值来计算电力线缆的电阻。在其他实施方式中，可以通过在电力线缆上传输在不同频率的交流信号并在线缆的远端测量这些信号的幅度和相移来测量直流电阻。然后采用这些测量结果可以计算出直流电阻。其他测量导线段的电阻的方法为本领域技术人员所知，并且可以替代上面列出的示例方法被使用。
[0056]应理解的是在其他实施方式中电阻测量电路170可以测量电力线缆的阻抗并使用该测量的阻抗值确定电力线缆的电阻。还应理解的是与上述电源150类似，可替换地，电源150 ’可以包括交流到直流转换器。
[0057]用于降低与向蜂窝基站的塔上安装的RRH供电相关的功率损耗的另一技术是大幅增加供应给提供直流电力信号到RRH的电力线缆的直流电力信号的电压(即远超过能够被RRH处理的直流电力信号的最大电压)，然后使用塔上安装的直流到直流转换器电源来将直流电力信号的电压降压至对于RRH适合的电压电平。由于增高的电压降低了供应RRH要求的瓦特数所必需的电流，因此沿电力线缆的功率损耗可以被降低(参见上面的式2)。这被称为“降压-升压”方案，其中在塔的底部的第一直流到直流转换器是将直流电力信号的电压增加到运行RRH必需的电平以上的“升压”转换器，在塔的顶部的第二直流到直流转换器是将直流电力信号的电压降低到期望电平的“降压”转换器。图6是实施了这种技术的蜂窝基站200的简化的示意图。
[0058]如图6所示，蜂窝基站200类似于上面参考图3的描述的蜂窝基站100，除了蜂窝基站200还包括以塔上安装的直流到直流转换器的形式的第三电源42。在示出的实施方式中，忽略了图3的第二电源28，并且第一电源26被配置为提供具有电压显著高于可以被提供给RRH 24’的直流电力信号的最大电压的直流电力信号(例如，150伏直流电力信号)。该高电压直流电力信号在通过电力线缆36时可以体验明显较低的功率损耗。直流到直流转换器42被安装在塔30的顶部在线缆36的远端和RRH 24’之间。直流到直流转换器42可以是将通过电力线缆36接收的直流电力信号的电压降低到适于提供给RRH 24’的电压电平的降压转换器。
[0059]如图7所示，在其他实施方式中，可以包括第二电源28，例如以提供高电压直流电力信号(例如，150伏)到电力线缆36的直流到直流升压电力转换器28的形式。在该实施方式中，在电力线缆36的两端都提供了直流到直流转换器，使得用于降低在电力线缆36中的功率损耗的上述技术都可以被实施。特别地，第二电源28可以输出具有随负载的功率要求波动的高电压(例如，在150伏的量级上)的直流电力信号，使得在电力线缆36的远端处提供的直流电力信号被设置在相对恒定的值。塔上安装的直流到直流转换器42可以是将直流电力信号的电压向下转换固定大小X的简单装置。可以对电源28编程以将具有如下设置的电压电平的直流电力信号传送到塔上安装的直流到直流转换器42:
[0060]传送的电力信号的电压= VRRH-Max-Vmargin+X (4)
[0061 ] 其中VRRH—24’被指定处理的最大电力信号电压，Vmargin是预先确定的裕度(例如，2伏)，以及X是塔上安装的直流到直流转换器42施加的电压转换的大小。
[0062]图6和图7的方法的一个不足是它们需要在塔30的顶部安装额外的设备(即直流到直流转换器42)。由于与将技术人员送到塔上相关的成本可能会非常高，一般倾向于尽可能减少或最小化安装在蜂窝基站塔的顶部的设备的数量，而且安装在蜂窝塔的顶部的设备往往比较昂贵，这是由于为了降低对于技术人员去塔上为设备服务的需求，通常设备被设计为有非常低的故障率和维护需求。包含额外的直流到直流转换器42还意味着资本支出的进一步增加，这必须与预期的运营成本的节省进行权衡。
[0063]因此，根据本发明的实施方式，可以通过电力线缆将直流电力信号提供给蜂窝基站的塔上安装的RRH(或其他设备)，其中不论RRH汲取的电流如何，提供给RRH的直流电力信号可以具有相对恒定的电压电平。提供给RRH的直流电力信号的电压电平可以被设置在RRH能够处理的最大电力信号电压或接近该最大电力信号电压，从而降低直流电力信号的功率损耗。以这种方式，可以降低蜂窝基站的运行成本。
[0064]在一些实施方式中，根据本发明的实施方式的可编程电源可以包括可以被连接在现有基站的电源和将电力信号传输到塔上安装的RRH的电力线缆之间的直流到直流转换器。因此，通过在塔的底部增加单个设备，可以翻新改进现有的蜂窝基站以获得采用根据本发明的实施方式的技术可获得的电能节省。
[0065]虽然根据本发明的实施方式的蜂窝基站的上述实施方式包括第一、常规直流电源26和第二直流到直流转换器电源28，但是应理解的是在其他实施方式中可以用可按照上述方式被配置以在电力线缆36的远端输出相对恒定的电压的单个可编程电源替换这两个电源。
[0066]根据本发明的其他实施方式，可以使用反馈环路控制直流电源输出的直流电力信号的电压，使得在连接电源和RRH的电力线缆的远端处的直流电力信号的电压被维持在期望的电平。图8是实施这种技术的蜂窝基站400的一种示例性的实施方式的简化示意图。
[0067]如图8所示，蜂窝基站400类似于上面参考图3描述的蜂窝基站100，除了蜂窝基站400还包括与RRH 24’在相同位置的直流电力信号电压控制模块50。直流电力信号电压控制模块50可以例如位于或接近塔30的顶部。在示例实施方式中，直流电力信号电压控制模块50可以包括电压表52、控制器54和通信模块56。电压表52可以被用于监测在电力线缆36的远端(即在塔30的顶部)处的直流电力信号的电压。可以使用能够测量在线缆36的远端(或在接近RRH 24’的其他位置)处的直流电力信号的电压或者可以测量可被用于确定在线缆36的远端处的直流电力信号的电压的其他参数的任意适合的电压表。
[0068]电压表52可以将测量电压(或其他参数)提供给控制器54。然后控制器54可以控制通信模块56以将在电力线缆36的远端处的直流电力信号的测量电压或计算电压发送到例如第二电源28。控制器54可以包括任意合适的处理器、控制器、专用集成电路、逻辑电路或类似部件。通信模块56可以包括有线或无线发射器。在一些实施方式中，通信模块56可以包括无线蓝牙发射器或蜂窝发射器。在其他实施方式中，通信模块56可以通过独立的有线连接与第二电源28通信。在其他实施方式中，通信模块56可以通过将信号调制到电力线缆36上与第二电源28通信。在每种情况下，通信模块56可以将在电力线缆36的远端处的直流电力信号的测量电压或计算电压发送到第二电源28。第二电源28可以响应于这些通信调整它输出的直流电力信号的电压，以便将在电力线缆36的远端处的直流电力信号的电压大体维持在期望的和/或预选的电平。因此，在本实施方式中，可以使用主动反馈环路以将在电力线缆36的远端处的直流电力信号的电压维持在预选的级别。
[0069]电力信号电压控制模块50可以是独立的单元或者可以与例如RRH24’的其他设备集成。
[0070]虽然上面已经描述的实施方式通过电力线缆36传输直流电力信号，应理解的是在其他实施方式中，可替代地使用交流电力信号。例如，如果RRH 24’被设计为由交流电力信号而不是直流电力信号供电，那么电源28可以输出交流电力信号而不是直流电力信号，但是可以用相同的方式运行。类似地，在包含位于塔30的顶部的直流到直流转换器42的实施方式中，可以替代地使用交流到直流转换器，或者如果RRH 24’被设计为由交流电力信号供电，则直流到直流控制器42可以被降压交流到交流转换器替换。因此，应理解的是在图中示出的实施方式在本质上是示例性的并且不旨在限定本发明的范围。
[0071]在上述的多种实施方式中，公开了将电源28连接到RRH24’的单个电力线缆36。然而，应理解的是用于在电源28和RRH 24’之间的电力信号的线缆连接可以包括多个元件，例如在其他实施方式中被连接器连接的两个或多个电力线缆36。
[0072]现在将参考图9的流程图描述根据本发明的实施方式的为安装在蜂窝基站的塔上的无线电设备供电的方法。如图9所示，操作可以从用户输入可被可编程电源用于设置可编程电源输出的电力信号的电压电平的信息到可编程电源开始(框300)。该信息可以包括例如在电源和无线电设备之间的线缆连接的电阻或关于可被用于计算该电阻的该线缆连接的特性的信息。尽管没有在图9中示出，应理解的是在其他实施方式中，可编程电源可以具有测量线缆连接的电阻的能力，从而避免了对任何用户输入的需要。可编程电源可以使用该信息以输出通过线缆连接被提供给无线电设备的直流电力信号(框310)。然后可以测量输出的直流电力信号的电流(框320)。接下来可编程电源可以响应于测量的输出电流的变化自动地调整电源输出的电力信号的电压电平，以便在电力线缆远离电源的第一末端处提供大致恒定的、预选的电压(框330)。如图9所示，然后连续地以适当的间隔执行框320和330，以便将在电力线缆的远端处的电源的信号输出的电压电平维持在预选的电压等级电平。
[0073]本发明的实施方式公开了为位于远离用来给无线电设备供电的电源处的无线电设备，例如远程无线电头端，供电的电源(例如，电源在蜂窝塔的底部而无线电设备在塔的顶部)，而不接收来自无线电设备或来自位于远程位置的其他设备的任何反馈。电源通过线缆连接提供给无线电设备的直流电力信号的电压可以被设定在预选的电平。可以设置预选的电平以降低或最小化在通过线缆连接传输直流电力信号中可发生的功率损耗。基于电源汲取的电流的变化，电源输出的直流电力信号的电压可以不同，以便在线缆连接的无线电设备端处的直流电力信号的电压可以具有，例如，大致恒定的值。可以将该值选择为接近可以被输入到无线电设备的直流电力信号的电压的最大值。
[0074]尽管电源输出的直流电力信号的电压通常会被调整以将在线缆连接的无线电设备端处的直流电力信号的电压维持在设置的电平，但是应理解的是由于直流电源响应于汲取的电流的变化调整直流电力信号的电压花费的时间，一些变动是可预期的。还应理解的是直流电力信号的电压无需在线缆连接的无线电设备端处被维持在恒定的电平，而是在一些实施方式中可以替代地具有不同的特性(例如，被设置为维持在预定的范围内、被设置为在特定的时间段内返回到预选的电平等)。
[0075]在一些当前的蜂窝系统中，在从位于蜂窝塔的底部的电源被传输到位于塔的顶部的RRH的直流电力信号上发生的电压降可能非常大以至于在塔的顶部的直流电力信号的电压不足以运行RRH。因此，在一些情况下使用表现出较小的直流电阻以及因此较小的电压降的大直径电力线缆。然而，较大的电力线缆的使用有一些缺点，因为这些线缆会明显地更加昂贵、向塔上增加更多的重量(要求塔被建造的足以处理该额外的重量)并且更难以安装。
[0076]根据本发明的实施方式，可以通过控制电源输出的直流电力信号的电压使得在线缆连接的无线电设备端处的直流电力信号的电压可以处于或接近可输入到RRH的直流电力信号的最大电压来减轻或解决该问题。该方案降低了直流电力信号的电压降，因此可以允许在电源和RRH之间使用直径较小的电力线缆和/或较长的线缆连接。另外，如上所述，因为直流电力信号经历的功率损耗更小，所以运行RRH的成本也可以被降低。
[0077]已参考示出了本发明的特定实施方式的附图描述了本发明。然而，本发明可以用许多不同的形式实施，而不应当被解释为局限于这里绘制和描述的实施方式;相反，提供这些实施方式以便本公开将是完整和完全的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在说明书和附图中相同的数字指代相同的元件。应当认识到，可以以任何方式和/或组合合并上面公开的实施例以提供许多另外的实施例。
[0078]应当理解的是，虽然这里使用了术语第一、第二等来描述多个元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语只是用来将一个元件与另一个区别开。例如，第一元件能够被称为第二元件，类似地，第二元件能够被称为第一元件，而不脱离本发明的范围。如在本文中所使用的，术语“和/或”包括列出的相关条目的一个或多个条目的任意和全部组合。
[0079]除非另外限定，本公开使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。在上面的发明书中使用的术语仅仅是为了描述特定的实施方式，并不是意图限制本发明。本公开中所使用的单数形式“一”、“一个”和“这个”旨在也包括复数形式，除非上下文明确指示并非如此。还应当理解的是，当一个元件(例如，一个设备、电路等)被称为被“连接”或“耦接”到另一个元件，它可以被直接地连接或耦接到另一个元件或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为被“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在中间元件。
[0080]还应当理解的是，术语“包括(comprises/comprising)”和/或“包含(includes/including)”当用在本说明书中时，指定了所述的特征、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、部件和/或它们的组群的存在或增加。
[0081]在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型的实施方式，并且虽然采用了专门术语，它们只是在通用和说明的意义上被使用的，而不是为了限制，本发明的范围在以下权利要求中被阐述。
【主权项】
1.一种向安装在蜂窝基站的塔上或远离相关基带单元的其他位置上的无线电设备供电的方法，该方法包括: 从电源输出直流("DC")电力信号并将从电源输出的直流电力信号通过电力线缆提供给无线电设备；以及 调整从电源输出的直流电力信号的电压电平以便在电力线缆的远离电源的无线电设备端处的直流电力信号具有大致恒定的电压，尽管从电源输出的直流电力信号的电流电平是变化的。2.如权利要求1所述的方法，其中所述电源包括可编程电源，所述方法进一步包括将从中能够确定从电源输出的直流电力信号的电压电平的信息输入到所述电源，所述电源将在电力线缆的无线电设备端处提供具有所述大致恒定的电压的直流电力信号。3.如权利要求2所述的方法，其中所述输入到电源的信息包括电力线缆的电阻或阻抗。4.如权利要求2所述的方法，其中所述输入到电源的信息包括从中能够确定电力线缆的电阻的信息。5.如权利要求2所述的方法，该方法还包括测量从电源输出的直流电力信号的电流电平，其中电源输出的直流电力信号的电压电平响应于从电源输出的直流电力信号的测量电流电平的变化被自动地调整，以在电力线缆的无线电设备端处提供具有所述大致恒定的电压的直流电力信号。6.如权利要求2所述的方法，其中所述可编程电源包括直流到直流转换器，所述直流到直流转换器从第二电源接收直流电力信号并调整从第二电源接收的直流电力信号的电压电平以在电力线缆的无线电设备端处提供具有所述大致恒定的电压的直流电力信号。7.如权利要求2所述的方法，其中所述大致恒定的电压包括超过所述无线电设备的标称电力信号电压并小于所述无线电设备的最大电力信号电压的电压。8.如权利要求1所述的方法，还包括通过电力线缆发送用于确定电力线缆的电阻的控制信号。9.如权利要求1所述的方法，其中所述大致恒定的电压显著高于所述无线电设备的最大电力信号电压，该方法还包括使用塔上安装的直流到直流转换器将电力线缆的无线电设备端处的电力信号的电压降低到小于所述无线电设备的最大电源电压的电压。10.一种蜂窝基站系统，包括: 天线； 与天线放置在一起的远程无线电头端("RRH"); 远离RRH并与RRH通信的基带单元； 远离RRH安置的可编程电源；以及 具有从可编程电源接收直流("DC")电力信号的第一末端和将直流电力信号提供给RRH的第二末端的电力线缆连接， 其中可编程电源被配置为基于可编程电源输出的电流电平和电力线缆的电阻调整可编程电源输出的直流电力信号的电压电平，使得在电力线缆的第二末端处被提供给RRH的直流电力信号具有大致恒定的电压。11.如权利要求10所述的蜂窝基站系统，其中所述可编程电源包括被配置以接收电力线缆的电阻和/或与从中可以确定电力线缆的电阻的电力线缆的特性有关的信息的用户接 □ O12.如权利要求10所述的蜂窝基站系统，其中所述可编程电源还包括测量所述可编程电源输出的直流电力信号的电流电平的电流测量模块。13.如权利要求12所述的蜂窝基站系统，其中所述可编程电源还包括基于所述可编程电源输出的直流电力信号的测量电流电平调整所述可编程电源输出的直流电力信号的电压电平的反馈环路。14.如权利要求10所述的蜂窝基站系统，其中所述RRH和所述天线被安装在塔上，并且所述基带单元位于塔的底部。15.—种可编程电源，包括: 输入端； 转换电路，其被配置为将在输入端接收的输入信号转换为通过输出端口输出的直流(〃DC")输出信号； 感应关于通过输出端口输出的直流输出信号的电流电平的参数的传感器电路； 用户输入端，其被配置为接收关于在可编程电源输出端口和无线电设备之间的线缆连接的电阻的信息；以及 控制模块，其被配置为响应于所述关于线缆连接的电阻的信息和感应的参数控制转换电路以调整通过输出端口输出的输出信号的电压，使得在线缆连接的远端处的电压能够维持大致恒定，尽管无线电设备汲取的电流是变化的。16.如权利要求15所述的可编程电源，其中所述关于线缆连接的电阻的信息包括线缆连接的长度和线缆连接的导体的尺寸。17.如权利要求15所述的可编程电源，其中所述输入信号包括交流("AC")信号。18.如权利要求15所述的可编程电源，其中所述输入信号包括来自直流电源的具有大致恒定的电压的直流信号。19.如权利要求15所述的可编程电源，其中所述关于电阻的信息至少包括线缆连接的电阻或线缆连接的阻抗中的至少一个。20.如权利要求15所述的可编程电源，其中所述关于通过输出端口输出的直流输出信号的电流电平的参数包括通过输出端口输出的直流输出信号的电流电平或通过输出端口输出的直流输出信号的电流电平与通过输出端口输出的直流输出信号的电压的比例。21.—种向远离电源安置并通过线缆连接被连接到电源上的蜂窝无线电设备供电的方法，该方法包括: 从电源输出直流("DC")电力信号并将从电源输出的直流电力信号通过线缆连接提供给蜂窝无线电设备；以及 响应于从电源输出的直流电力信号的电流电平调整从电源输出的直流电力信号的电压电平以便在线缆连接的无线电设备端处的直流电力信号的电压被维持在预选的电平、范围或模式。22.如权利要求21所述的方法，其中从电源输出的直流电力信号的电压电平响应于从远程位置传输到电源的反馈信号被调整。23.如权利要求22所述的方法，其中所述反馈信号包括关于在电力线缆的无线电设备端处的直流电力信号的测量电压的信息。24.—种向安装在蜂窝基站的塔上或远离相关基带单元的其他位置上的无线电设备供电的方法，该方法包括: 从电源输出直流("DC")电力信号并将从电源输出的直流电力信号通过电力线缆提供给无线电设备； 测量在电力线缆的远离电源的无线电设备端处的直流电力信号的电压； 将关于在电力线缆的无线电设备端处的直流电力信号的测量电压的信息发送到电源；以及 响应于接收的关于在电力线缆的无线电设备端处的直流电力信号的测量电压的信息，调整从电源输出的直流电力信号的电压电平。25.如权利要求24所述的方法，其中从电源输出的直流电力信号的电压电平响应于接收的信息被调整以将在电力线缆的无线电设备端处的直流电力信号维持在大致恒定的电压，尽管直流电力信号的电流电平是变化的。
【文档编号】H04B7/155GK105981307SQ201580007901
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年1月30日
【发明人】J·C·张伯伦, M·格林
【申请人】康普技术有限责任公司