耦合器、回路室内分布系统和信号均衡方法
阅读说明：本技术 耦合器、回路室内分布系统和信号均衡方法 (Coupler, loop indoor distribution system and signal equalization method ) 是由 余超 熊尚坤 张光辉 何志强 曹磊 李川 吴锦莲 林衡华 余兵才 于 2020-05-06 设计创作，主要内容包括：本公开涉及一种耦合器、回路室内分布系统和信号均衡方法。该耦合器包括输入端口、耦合端口、输出端口和隔离端口,其中,输入端口到耦合端口的第一耦合度与输出端口到隔离端口的第二耦合度不相同；耦合器,用于对回路室内分布系统两个方向的信号进行功率均衡处理。本公开可以采用低成本、高稳定性、低插损的方式实现无源回路MIMO室分系统的信号平衡。(The present disclosure relates to a coupler, a loop indoor distribution system, and a signal equalization method. The coupler comprises an input port, a coupling port, an output port and an isolation port, wherein a first coupling degree from the input port to the coupling port is different from a second coupling degree from the output port to the isolation port; and the coupler is used for carrying out power equalization processing on signals in two directions of the loop indoor distribution system. The signal balance of the passive loop MIMO room distribution system can be realized by adopting a low-cost, high-stability and low-insertion-loss mode.)
技术领域
本公开涉及移动通信领域，特别涉及一种耦合器、回路室内分布系统和信号均衡方法。
背景技术
在现代无线通信系统中，无源器件以其环保无污染、低功耗和可靠性高而被广泛使用。耦合器是无源器件中十分常用的器件，其主要特点是耦合耗损可根据实际需要而设计。
发明内容
发明人通过研究发现：3G/4G/5G无源回路室内分布系统中两个方向的信号存在不均衡的技术问题。
鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种耦合器、回路室内分布系统和信号均衡方法，可以对回路室内分布系统两个方向的信号进行功率均衡处理。
根据本公开的一个方面，提供一种耦合器，包括输入端口、耦合端口、输出端口和隔离端口，其中：
输入端口到耦合端口的第一耦合度与输出端口到隔离端口的第二耦合度不相同；
耦合器，用于对回路室内分布系统两个方向的信号进行功率均衡处理。
在本公开的一些实施例中，耦合器，用于对回路室内分布系统中从输入端口到耦合端口的第一下行信号和从输出端口到隔离端口的第二下行信号进行功率均衡处理。
在本公开的一些实施例中，耦合器，用于对回路室内分布系统中从耦合端口到输入端口的第一上行信号和从隔离端口到输出端口的第二上行信号进行功率均衡处理。
在本公开的一些实施例中，所述耦合器包括第一耦合单元、环形器和第二耦合单元，其中：
第一耦合单元的第一端口与输入端口连接，第一耦合单元的第二端口与耦合端口连接，第一耦合单元的第三端口通过环形器与输出端口连接；
第二耦合单元的第一端口通过环形器与输出端口连接，第二耦合单元的第二端口与隔离端口连接，第二耦合单元的第三端口通过环形器与第一耦合单元的第三端口连接。
在本公开的一些实施例中，所述耦合器还包括隔离器，其中：
隔离器的第一端口与第一耦合单元的第四端口连接，隔离器的第二端口与第二耦合单元的第四端口连接。
在本公开的一些实施例中，隔离器的导通方向为从隔离器的第二端口到隔离器的第一端口单向导通。
在本公开的一些实施例中，第一耦合单元采用耦合度为第一耦合度的第一耦合器；
第二耦合单元根据第二耦合度的大小，采用电桥或不同耦合度的第二耦合器，其中，第二耦合度的大小根据第一耦合度、第一下行信号功率和第二下行信号功率确定。
在本公开的一些实施例中，耦合器为四端口非对称耦合器。
在本公开的一些实施例中，环形器为双节环形器。
在本公开的一些实施例中，环形器的第一端口与第一耦合单元的第三端口连接，环形器的第二端口与输出端口连接，环形器的第三端口与第二耦合单元的第一端口连接，环形器的第四端口与第二耦合单元的第三端口连接。
在本公开的一些实施例中，环形器为顺时针方向单向导通，环形器的第一端口至环形器的第二端口单向导通，环形器的第二端口至环形器的第三端口单向导通，环形器的第三端口至环形器的第四端口单向导通，环形器的第四端口至环形器的第一端口单向导通。
在本公开的一些实施例中，在第一下行信号从输入端口输入第一耦合单元的情况下，部分功率的第一下行信号通过第一耦合单元从耦合端口输出；另一部分功率的第一下行信号通过第一耦合单元的第三端口，经过环形器输出；
在第二下行信号从输出端口输入环形器的情况下，经过环形器到达第二耦合单元，部分功率的第二下行信号通过第二耦合单元从隔离端口输出；另一部分功率的第二下行信号从第二耦合单元的第三端口，经过环形器到达第一耦合单元的第三端口，通过第一耦合单元从输入端口输出。
在本公开的一些实施例中，在第一上行信号从耦合端口输入的情况下，第一上行信号通过第一耦合单元从输入端口输出；
在第二上行信号从隔离端口输入的情况下，第二上行信号通过第二耦合单元和隔离器达到第一耦合单元的第四端口，通过环形器从输出端口输出。
根据本公开的另一方面，提供一种回路室内分布系统，包括如上述任一实施例所述的耦合器。
根据本公开的另一方面，提供一种信号均衡方法，包括：
采用如上述任一实施例所述的耦合器对回路室内分布系统两个方向的信号进行功率均衡处理。
在本公开的一些实施例中，所述信号均衡方法还包括：
确定第一耦合单元的第一耦合度；
根据第一耦合度、第一下行信号功率和第二下行信号功率确定第二耦合单元的第二耦合度；
选择第一耦合度的第一耦合单元，第二耦合度的第二耦合单元。
本公开可以采用低成本、高稳定性、低插损的方式实现无源回路MIMO室分系统的信号平衡。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开耦合器一些实施例的示意图。
图2为本公开耦合器另一些实施例的示意图。
图3为本公开一些实施例中低插损非对称耦合器上行工作原理的示意图。
图4为本公开耦合器又一些实施例的示意图。
图5为本公开信号均衡方法一些实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1为本公开耦合器一些实施例的示意图。如图1所示，本公开耦合器可以包括输入端口1、耦合端口2、输出端口3和隔离端口4，其中：
输入端口1到耦合端口2的第一耦合度与输出端口3到隔离端口4的第二耦合度不相同。
耦合器，用于对回路室内分布系统两个方向的信号进行功率均衡处理。
在本公开的一些实施例中，耦合器可以用于对回路室内分布系统中方向为从输入端口1到耦合端口2的第一下行信号和方向为从输出端口3到隔离端口4的第二下行信号进行功率均衡处理。
在本公开的一些实施例中，所述功率均衡处理指的是：将输入端口输入的第一下行信号、和输出端口输入的第二下行信号，二者的功率进行均衡处理，使得二者的功率差距变小。
在本公开的一些实施例中，第一耦合度可以为15dB，第二耦合度可以为3dB。图1实施例中，从输入端口1输入的第一下行信号的功率为30w，从输出端口3输入的第二下行信号的功率为1w，则第一下行信号功为第二下行信号功率的30倍，第一下行信号和第二下行信号功率相差较大，功率不均衡。由于输入端口1到耦合端口2的第一耦合度为15dB，所以第一下行信号从耦合端口2输出的功率为30w除以31.6，等于0.95w。由于输出端口3到隔离端口4的第二耦合度为3dB，所以第一下行信号从隔离端口4输出的功率为1w除以2，等于0.5w。由此可知，经过本公开低插损非对称耦合器后，耦合端口2输出的第一下行信号和从隔离端口4输出的第二下行信号相差不大，从而达到了对双向信号(第一下行信号和第二下行信号)进行功率均衡处理的目的。
在本公开的一些实施例中，耦合器还可以用于对回路室内分布系统中从耦合端口到输入端口的第一上行信号和从隔离端口到输出端口的第二上行信号进行功率均衡处理。
在本公开的一些实施例中，本公开耦合器可以为四端口非对称耦合器。
基于本公开上述实施例提供的耦合器，是一种四端口非对称耦合器，可以采用低成本、高稳定性、低插损的方式实现无源回路MIMO(multiple input multiple output，多进多出)室分系统的信号平衡。
图2为本公开耦合器另一些实施例的示意图。如图2所示，本公开耦合器可以包括输入端口1、耦合端口2、输出端口3、隔离端口4、第一耦合单元5、环形器6和第二耦合单元7，其中：
第一耦合单元5的第一端口51与输入端口1连接，第一耦合单元5的第二端口52与耦合端口2连接，第一耦合单元5的第三端口53通过环形器6与输出端口3连接。
第二耦合单元7的第一端口71通过环形器6与输出端口3连接，第二耦合单元7的第二端口72与隔离端口4连接，第二耦合单元7的第三端口73通过环形器6与第一耦合单元5的第三端口53连接。
在本公开的一些实施例中，环形器6可以为双节环形器6。
在本公开的一些实施例中，输入端口1到耦合端口2的第一耦合度与输出端口3到隔离端口4的第二耦合度不相同。耦合器，用于对回路室内分布系统两个方向的信号进行功率均衡处理。
在本公开的一些实施例中，耦合器可以用于对回路室内分布系统中从输入端口1到耦合端口2的第一下行信号和从输出端口3到隔离端口4的第二下行信号进行功率均衡处理。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，所述耦合器还可以包括隔离器8，其中：
隔离器8的第一端口81与第一耦合单元5的第四端口54连接，隔离器8的第二端口82与第二耦合单元7的第四端口74连接。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，隔离器的导通方向可以为从隔离器的第二端口到隔离器的第一端口单向导通。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，环形器6的第一端口61与第一耦合单元5的第三端口53连接，环形器6的第二端口62与输出端口3连接，环形器6的第三端口63与第二耦合单元7的第一端口71连接，环形器6的第四端口64与第二耦合单元7的第三端口73连接。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，环形器为顺时针方向单向导通，环形器的第一端口至环形器的第二端口单向导通，环形器的第二端口至环形器的第三端口单向导通，环形器的第三端口至环形器的第四端口单向导通，环形器的第四端口至环形器的第一端口单向导通。
在本公开的一些实施例中，第一耦合单元5采用耦合度为第一耦合度的第一耦合器。
在本公开的一些实施例中，第二耦合单元7根据第二耦合度的大小，采用电桥或不同耦合度的第二耦合器，其中，第二耦合度的大小根据第一耦合度、第一下行信号功率和第二下行信号功率确定。
在本公开的一些实施例中，第一耦合器和第二耦合器均可以为常规耦合器，第一耦合器和第二耦合器的频带范围可以包含1710-3600MHz。
在本公开的一些实施例中，第一耦合单元可以选用耦合度为5dB、6dB、7dB、10dB、15dB、20dB、40dB等类型的常规耦合器；第二耦合单元可以选用耦合度为3dB的电桥、或选用耦合度为2dB、3dB、5dB、6dB、7dB、10dB、15dB、20dB、40dB等类型的常规耦合器。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，在第一耦合单元5为第一耦合器的情况下，第一耦合单元5的第一端口51为第一耦合器的输入口，第一耦合单元5的第二端口52为第一耦合器的耦合口，第一耦合单元5的第三端口53为第一耦合器的输出口，第一耦合单元5的第四端口54为第一耦合器的隔离口(负载口)。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，在第二耦合单元7为第二耦合器的情况下，第二耦合单元7的第一端口71为第二耦合器的输入口，第二耦合单元7的第二端口72为第二耦合器的耦合口，第二耦合单元7的第三端口73为第二耦合器的输出口，第二耦合单元7的第四端口74为第二耦合器的隔离口(负载口)。
图2还给出了本公开一些实施例中低插损非对称耦合器下行工作原理的示意图。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，在第一下行信号(如图2所示的细虚线)从输入端口1输入第一耦合单元5的情况下，少部分功率的第一下行信号通过第一耦合单元5从耦合端口2输出(根据需要，第一耦合单元5的第一耦合度可独立设计)；另一部分功率的第一下行信号通过第一耦合单元5的第三端口53，经过环形器6输出。
如图2所示，在第一下行信号输入的同时，第二下行信号(如图2所示的粗虚线)从输出端口3输入环形器6，第二下行信号经过环形器6到达第二耦合单元7，部分功率的第二下行信号通过第二耦合单元7从隔离端口4输出；另一部分功率的第二下行信号从第二耦合单元7的第三端口73，经过环形器6到达第一耦合单元5的第三端口53，通过第一耦合单元5从输入端口1输出。本公开的第二耦合单元的第二耦合度(即反向耦合度)根据需要可通过选择电桥或不同耦合度的耦合器独立设计。
本公开上述实施例可以通过双向耦合度灵活设计，按需对双向信号(第一下行信号和第二下行信号)进行平衡。
在本公开的一些实施例中，第一下行信号可以为MIMO系统的第一下行信号；第二下行信号可以为MIMO系统的第二下行信号。
在本公开的一些实施例中，第一耦合单元可以为15dB的第一耦合器，第二耦合单元可以为3dB的电桥。图2实施例中，从输入端口1输入的第一下行信号的功率为30w，从输出端口3输入的第二下行信号的功率为1w，则第一下行信号功为第二下行信号功率的2倍，第一下行信号和第二下行信号功率相差较大，功率不均衡。第一下行信号经过第一耦合单元5(15dB的第一耦合器)从耦合端口2输出的情况下，第一下行信号从耦合端口2输出的功率为30w除以31.6，等于0.95w。第二下行信号经过第二耦合单元7(3dB的电桥)从隔离端口4输出的情况下，第一下行信号从隔离端口4输出的功率为1w除以2，等于0.5w。由此可知，经过本公开低插损非对称耦合器后，耦合端口2输出的第一下行信号和从隔离端口4输出的第二下行信号相差不大，从而达到了对双向信号(第一下行信号和第二下行信号)进行功率均衡处理的目的。
图3为本公开一些实施例中低插损非对称耦合器上行工作原理的示意图。
在本公开的一些实施例中，如图3所示，在第一上行信号(如图3所示的细虚线)从耦合端口2输入的情况下，第一上行信号通过第一耦合单元5从输入端口1输出。具体而言：对于从耦合端口2输入的第一上行信号从第一耦合单元5的第二端口(耦合口)52进入第一耦合单元5，由于隔离器8单向导通，因此，第一上行信号不能从第一耦合单元5的第四端口(隔离口)54输出，第一上行信号只能出第一耦合单元5的第一端口(输入口)51输出到输入端口1。
如图3所示，在第一上行信号输入的同时，第二上行信号(如图3所示的粗虚线)从隔离端口4输入，第二上行信号通过第二耦合单元7和隔离器8达到第一耦合单元5的第四端口54，通过环形器6从输出端口3输出。
具体而言：对于从耦合端口4输入的第二上行信号从第二耦合单元7的第二端口(耦合口)72进入第二耦合单元7，一部分功率的第二上行信号到达第二耦合单元7的第四端口(隔离口)74；另一部分功率的第二上行信号到达第二耦合单元7的第一端口(输入口)71，从第二耦合单元7的第一端口71通过环形器6的第三端口63和第四端口64到达第二耦合单元7的第三端口(输出口)73，然后该部分功率的第二上行信号也第二耦合单元7的第四端口(隔离口)74；全部功率的第二上行信号通过隔离器8到达第一耦合单元5的第四端口(隔离口)54，从第一耦合单元5的第三端口(输出口)53输出到环形器，通过环形器6从输出端口3输出。
在本公开的一些实施例中，耦合器可以用于对回路室内分布系统中从耦合端口到输入端口的第一上行信号和从隔离端口到输出端口的第二上行信号进行功率均衡处理。
在本公开的一些具体实施例中，第一耦合单元可以为15dB的第一耦合器，第二耦合单元可以为3dB的电桥。图3实施例中，从耦合端口2输入的第一上行信号的功率为2w，从隔离端口4输入的第二上行信号的功率也为2w。
具体而言，如图3所示，对于从耦合端口2输入的第一上行信号从第一耦合单元5的第二端口(耦合口)52进入第一耦合单元5，由于隔离器8单向导通，因此，第一上行信号不能从第一耦合单元5的第四端口(隔离口)54输出，第一上行信号只能出第一耦合单元5的第一端口(输入口)51输出到输入端口1。第一耦合单元5的第四端口与第一耦合单元5的第一端口的耦合度为15dB，从输入端口1输出的第一上行信号为2w除以31.6，等于0.063w。
如图3所示，对于从耦合端口4输入的2w的第二上行信号，通过第二耦合单元7后，仍为全功率2w的第二上行信号，通过隔离器8到达第一耦合单元5的第四端口(隔离口)54，从第一耦合单元5的第三端口(输出口)53输出到环形器，通过环形器6从输出端口3输出。第一耦合单元5的第四端口与第一耦合单元5的第三端口的耦合度为15dB，因此，从输出端口3输出的第二上行信号为2w除以31.6，等于0.063w。
由此，本公开上述实施例的耦合器可以用于在耦合端口输入的第一上行信号与从隔离端口输入的第二上行信号的功率相当(例如均为2w)的情况下，可以保证输入端口输出的第一上行信号和输出端口的第二上行信号的功率仍然相当(例如均为0.063w)。
图4为本公开耦合器又一些实施例的示意图。与图2或图3实施例相比，图4实施例的耦合器除了包括输入端口1、耦合端口2、输出端口3、隔离端口4、第一耦合单元5、环形器6、第二耦合单元7和隔离器8外，还可以包括传输导体9、腔体10和腔盖11。
本公开上述实施例的四端口非对称耦合器，在传统耦合器的基础上增加双节环形器、隔离器和第二耦合单元。本公开上述实施例通过双向耦合度灵活设计，按需对双向信号(例如第一下行信号和第二下行信号)进行平衡。本公开上述实施例可以采用低成本、高稳定性、低插损的方式实现无源回路MIMO室分系统的信号平衡。本公开上述实施例的插入损耗小于等于1dB；本公开上述实施例的驻波小于等于1.3。
本公开上述实施例实现低成本3G/4G/5G无源回路室内分布系统的信号平衡。本公开上述实施例适用于回型室分系统信号的平衡调节。
根据本公开的另一方面，提供一种回路室内分布系统，包括如上述任一实施例(例如图1-图4任一实施例)所述的耦合器。
基于本公开上述实施例提供的回路室内分布系统，可以通过四端口非对称耦合器，低成本、高稳定性、低插损地实现无源回路MIMO室分系统的信号平衡。
图5为本公开信号均衡方法一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本公开耦合器执行。所述方法可以包括：
步骤51，采用如上述任一实施例(例如图1-图4任一实施例)所述的耦合器对回路室内分布系统两个方向的信号进行功率均衡处理。
在本公开的一些实施例中，所述信号均衡方法还可以包括：确定第一耦合单元5的第一耦合度；根据第一耦合度、第一下行信号功率和第二下行信号功率确定第二耦合单元7的第二耦合度；选择第一耦合度的第一耦合单元5，第二耦合度的第二耦合单元7。
在本公开的一些实施例中，步骤51可以包括：对回路室内分布系统中方向为从输入端口1到耦合端口2的第一下行信号和方向为从输出端口3到隔离端口4的第二下行信号进行功率均衡处理。
在本公开的一些实施例中，步骤51可以包括：
步骤511，在第一下行信号(如图2所示的细虚线)从输入端口1输入第一耦合单元5的情况下，少部分功率的第一下行信号通过第一耦合单元5从耦合端口2输出(根据需要，第一耦合单元5的第一耦合度可独立设计)；另一部分功率的第一下行信号通过第一耦合单元5的第三端口53，经过环形器6输出。
步骤512，如图2所示，在第一下行信号输入的同时，第二下行信号(如图2所示的粗虚线)从输出端口3输入环形器6，第二下行信号经过环形器6到达第二耦合单元7，部分功率的第二下行信号通过第二耦合单元7从隔离端口4输出；另一部分功率的第二下行信号从第二耦合单元7的第三端口73，经过环形器6到达第一耦合单元5的第三端口53，通过第一耦合单元5从输入端口1输出。本公开的第二耦合单元的第二耦合度(即反向耦合度)根据需要可通过选择电桥或不同耦合度的耦合器独立设计。
在本公开的一些实施例中，步骤51还可以包括：
步骤513，在第一上行信号(如图3所示的细虚线)从耦合端口2输入的情况下，第一上行信号通过第一耦合单元5从输入端口1输出；
步骤514，如图3所示，在第一上行信号输入的同时，第二上行信号(如图3所示的粗虚线)从隔离端口4输入，第二上行信号通过第二耦合单元7和隔离器8达到第一耦合单元5的第四端口54，通过环形器6从输出端口3输出。
基于本公开上述实施例提供的信号均衡方法，可以通过双向耦合度灵活设计，按需对双向信号(例如第一下行信号和第二下行信号)进行平衡。本公开上述实施例可以采用低成本、高稳定性、低插损的方式实现无源回路MIMO室分系统的信号平衡。
本公开上述实施例实现低成本3G/4G/5G无源回路室内分布系统的信号平衡。本公开上述实施例适用于回型室分系统信号的平衡调节。
至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指示相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。