專利名稱：橫向轉(zhuǎn)發(fā)器和用于轉(zhuǎn)發(fā)器的自適應(yīng)消除方法
轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)通常用在要被覆蓋的區(qū)域和／或容量要求不能證明安裝帶被管理的頻道分配的全蜂窩／PCS基站是正確的地方。從而如

圖1所示，塔式安裝的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)通常被用來擴展蜂窩站點范圍，以在被RF阻擋的區(qū)域例如被山或樹提供零點填充(null fill)，和／或通過把信號功率引向要求的結(jié)構(gòu)如建筑物30而提供增強的“室內(nèi)”覆蓋范圍。
通常的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)包括圖2和3所示的3個基本部件被指向／朝向無線基站(BS)的鏈路天線22；放大電子器件“箱”24和被指向感興趣的區(qū)域的廣播天線26。通常，鏈接天線22是很窄束的高定向的(高增益)，因為它僅需要“看到”基站。廣播天線26被束寬進(jìn)一步限定而必須覆蓋目標(biāo)區(qū)域。電子器件箱24可包含雙工器、濾波器、分束器和RF放大器的集合。
系統(tǒng)所基于的兩個主要的性能因子是增益和輸出功率。輸出功率主要被兩個無源天線(鏈路和廣播)增益的和以及放大器的最大(線性)輸出功率確定。系統(tǒng)增益由無源天線增益的和加上放大級的增益來確定。這受到兩個(廣播和鏈路)天線之間的隔離(或互耦)的限制。這種隔離依賴于天線類型、方向性(F／B)比率和束寬。
例如，假設(shè)兩個相對的天線，各個帶有20dB的定向性。而且假設(shè)大約25dB的F／B比率。天線之間的隔離因此大約是50dB，它是兩個F／B比率之和(25dB+25dB)。為保持放大器不振蕩，推薦使用大約20dB的安全系數(shù)，其轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠹s30dB(50-20)的有源(放大器)增益。但是，總的系統(tǒng)增益是無源增益(定向性)的和加上有源增益，在這個示例中是20+20+30=70dB。
通常，設(shè)計得好的天線應(yīng)具有好于20dB的方向性(F／B)比率。對于很高增益的天線，F(xiàn)／B可高達(dá)40dB。但是，當(dāng)F／B提高時，通常定向性提高。這意味著天線的束寬變窄。對于轉(zhuǎn)發(fā)器應(yīng)用，已證明這可能是不利的，因為覆蓋面積(扇區(qū)寬度)降低。
天線的定向和分開距離也是一個因素。在近場中，傳播路徑損失正比于1／R，R是兩個天線之間的半徑或距離(注意對于遠(yuǎn)場是1／R2)。因此，對于兩個背對背的被分開10英尺的PCS天線，傳播損失大約是24dB。因此，這把兩個天線之間的隔離提高了24dB。但是，準(zhǔn)確對這些天線定向就更難了，從而它們實際上是同軸的，最大化了它們的F／B比率隔離。
對于大多數(shù)操作者(用戶)而言這是一個嚴(yán)重的問題。對準(zhǔn)兩個天線使得它們被準(zhǔn)確地相對(一個天線被指向與另一個背離180度的方向上)會是非常難而且費時的。
現(xiàn)有的室內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)通常使用或在房頂上或在建筑物的一側(cè)的分開的鏈路天線32(圖4)。RF功率被共軸電纜34路由到轉(zhuǎn)發(fā)器的電子部分，通常在二者之間帶有放大級(未示出)。室內(nèi)RF分配系統(tǒng)是一個或多個天線36，或者是一些其它的RF發(fā)射／接收機構(gòu)，如Radiax(漏泄波)電纜，或RF帶狀線電纜38。安裝這些室內(nèi)輻射系統(tǒng)(天線或漏泄波電纜)的工作通常是高強度和高成本的。另外由于在建筑物內(nèi)部的傳播特性估測或模型化起來復(fù)雜，通常使用多個輻射器來確保充分地復(fù)蓋建筑物的所有部分。
大部分在戶外使用的現(xiàn)有的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)使用物理上分開的天線(即，物理上與放大器／電子模塊／箱分開)，一個指向無線基站，另一個指向感興趣的(廣播)區(qū)。這要求三個不同單元的安裝／裝配，并且要求費力的兩個天線的定向以使RF隔離最大化，以實現(xiàn)最大系統(tǒng)增益。
類似于戶外轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)，室內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)器要求兩個天線之間的準(zhǔn)確(費力)的定向以確保最大的RF隔離，并防止信號反饋從而在電路中形成“振鈴”。
本發(fā)明進(jìn)一步指向的就是一種用于改善轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)中的信號施主(donor)與零點天線(null antenna)之間的隔離的方法與裝置。
在現(xiàn)有的無線技術(shù)中，諸如Cellular、PCS(個人通信業(yè)務(wù))、MMD(多用戶多路徑分配系統(tǒng))、WLL(無線局域環(huán))等中，轉(zhuǎn)發(fā)器被用于把蜂窩站點(基站)覆蓋的范圍延伸到具有低信號接收功率的區(qū)域，從而降低信噪比。一個主要的技術(shù)激勵(drivers)是系統(tǒng)增益。即，增益越高，系統(tǒng)的范圍(距離)和覆蓋面積越大。
對于轉(zhuǎn)發(fā)器的一個限制特性是反饋環(huán)，或者反過來說是兩個相對的天線(或傳感器)之間的隔離。即，對于系統(tǒng)的總的方向性(F／B)比率或隔離必須高于要求的增益。通常，轉(zhuǎn)發(fā)器使用至少一個與基站通信的“鏈路”或“施主”天線和至少一個與遠(yuǎn)程站或用戶通信的廣播、覆蓋或“零值”天線。一般講，鏈路與零值天線之間的隔離等于總的增益加上一些裕量，通常裕量在10到15dB。因此，系統(tǒng)增益一般小于隔離減去裕量。例如，如果天線之間的隔離大約是60dB，那允許的最大系統(tǒng)增益將是大約45dB。對于PCS頻率，這些數(shù)字產(chǎn)生小于100英尺的轉(zhuǎn)發(fā)器范圍。
在PCS中常見的散射環(huán)境中，每6dB的附加系統(tǒng)增益將使覆蓋距離加倍。從而，在兩個天線之間獲得的附加的24dB的隔離允許該范圍增加4倍，到1600英尺。對于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)，其中兩個天線和轉(zhuǎn)發(fā)器電子器件處于3個分開的環(huán)境(enclosure)中，位置、鏈路(施主)天線(到基站)和廣播(零值)天線(到要求的覆蓋范圍)(通常)被分開大于10英尺的間距。這個距離向天線之間的隔離增加50dB以上，產(chǎn)生比100dB大得多的總的隔離值。因此，使用15dB的裕量，這種類型的系統(tǒng)可利用直到85dB或更多的總增益，這導(dǎo)致相當(dāng)大的范圍和覆蓋面積。
對于橫向(side-to-side)轉(zhuǎn)發(fā)器技術(shù)(如上面參考的已有申請中描述的那樣)，其中相對的天線處于相同的環(huán)境(enclosure)中并被分隔開小于幾英寸的距離，F(xiàn)／B比率(或隔離)通常被限制于低于80dB左右的值。因此這允許不超出65dB的總的系統(tǒng)增益，其把系統(tǒng)范圍限制于幾百英尺或更小。
一種模塊化轉(zhuǎn)發(fā)器，包括一個具有一對基本上成180度角度相互面對的表面的外殼、安裝于每一個所述表面的用于在相對于安裝于另一個所述表面的天線元件的方向相反的方向上輻射能量的至少一個天線元件，和一個安裝于所述外殼內(nèi)部的、可操作地耦合所述模塊的所述相對表面的每一個上的至少一個天線元件之間的信號的電路。
本發(fā)明還提供一種用于改善轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)中的施主與零點天線之間的隔離的方法與裝置。
本發(fā)明的這一方面的描述的實施例提供一種自適應(yīng)消除方法，其移除反饋信號功率的相當(dāng)一部分(在10dB和40dB之間)，從而把總的系統(tǒng)隔離增加相同的數(shù)量(10dB到40dB)。這個附加的隔離可被用于得到更大的系統(tǒng)增益，從而明顯延伸系統(tǒng)的范圍。這在上面提到的并且在上面參考的申請中描述的橫向轉(zhuǎn)發(fā)器技術(shù)中特別有用。消除方案使用數(shù)字地處理的信息以產(chǎn)生一個信號，當(dāng)信號被增加到初始輸入信號中時，消除反饋信號。
附圖中圖1是根據(jù)已有技術(shù)的塔式安裝轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)；圖2是圖1的塔式安裝轉(zhuǎn)發(fā)器的簡化圖；圖3是圖1的塔式安裝轉(zhuǎn)發(fā)器的圖解顯示；圖4是已有技術(shù)形式的室內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的圖解顯示；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的轉(zhuǎn)發(fā)器模塊的簡單圖示；圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的另一種形式的轉(zhuǎn)發(fā)器模塊的簡單圖示；圖7是根據(jù)一種形式的本發(fā)明的模塊化轉(zhuǎn)發(fā)器的一種形式的簡圖；圖8是根據(jù)第二種形式的本發(fā)明的模塊化轉(zhuǎn)發(fā)器的簡圖；圖9，10和11分別是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的轉(zhuǎn)發(fā)器模塊的頂視圖、正視圖和前透視圖；圖12和13是根據(jù)其它形式的本發(fā)明的模塊化轉(zhuǎn)發(fā)器的簡圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的室內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的圖解顯示；圖15是根據(jù)本發(fā)明的另一種形式的室內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的圖解顯示；圖16是類似于圖7和8的簡單透視圖，表示模塊化轉(zhuǎn)發(fā)器的另一個實施例；圖17是一種形式的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的框圖；圖18是帶有圖17的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的一般轉(zhuǎn)發(fā)塔的圖示；圖19是帶有用于分開的上行鏈路和下行鏈路天線的4個不同的輸入／輸出端口的另一種形式的傳統(tǒng)系統(tǒng)(類似于圖17)的框圖；圖20表示使用圖19的4端口系統(tǒng)的塔頂?shù)呐渲?；圖21是經(jīng)過轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的一個信號路徑的框圖；圖22是與圖21相同的經(jīng)過增加了自適應(yīng)消除電路的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的一個信號路徑的框圖；圖23是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的(數(shù)字地)自適應(yīng)消除電路的框圖(高電平)；圖24是圖23的(數(shù)字地)自適應(yīng)消除電路的框圖(高電平)，其更具體表示出了技術(shù)；圖25是類似于圖17的使用圖23和24的自適應(yīng)消除(AC)電路的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的框圖；圖26和27表示用于下行鏈路路徑(圖26)和上行鏈路路徑(圖27)的AC塊的方向特性；圖28和30表示橫向轉(zhuǎn)發(fā)器的兩個示例；及圖29和31表示用于本發(fā)明的AC方法的框圖，其分別應(yīng)用于圖28和30的橫向轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)。
在圖5-8所示的實施例中，所有組件以緊湊的模塊形式提供，作為一個“轉(zhuǎn)發(fā)器模塊”50。兩個天線52，54(在圖6和8的實施例中是兩組天線)被放置于模塊外殼、主體或“箱”56的兩側(cè)的外部。兩個不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在圖5和6中表示出來。圖5表示兩天線系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)，其中各個天線都在發(fā)射和接收模式中操作。例如，第一天線52可被用于接收從發(fā)射器或從另一個轉(zhuǎn)發(fā)器，即以鏈路模式而到來的RF信號。因此這個天線和下面要被描述的相關(guān)電路通常在到來的FF信號或要被接收到的信號的頻帶中操作。另一個天線54將被用在廣播／轉(zhuǎn)發(fā)模式中以發(fā)射(和接收)信號到用戶設(shè)備，如遠(yuǎn)程電話聽筒或終端，或把信號發(fā)射到使用多個轉(zhuǎn)發(fā)器以廣播或分配信號的系統(tǒng)中的又一個轉(zhuǎn)發(fā)器。因此，這第二個天線54和下面描述的它的相關(guān)電路將通常在遠(yuǎn)程電話聽筒或終端的頻帶中操作。
頻率天線共用器(D)62，64被用在電子模塊60中，以分開各個路徑的功率。例如，在天線52上接收到的RF功率經(jīng)天線共用器62被路由過第一電路或路徑。這第一電路包括衰減反向的鏈路帶的濾波器66、放大RF的放大器68和用于防止另一個電路或路徑上的信號功率進(jìn)入放大器68的又一個濾波器70。然后第二天線共用器64把信號傳遞到天線54，該天線再發(fā)射該信號。在相反的方向上，天線54把經(jīng)第二天線共用器64提供的信號接收到包括以與第一電路中相同的方式操作的類似濾波器72，74和類似的放大器76的第二電路或路徑中并經(jīng)天線共用器62提供要在天線52處被發(fā)射的信號。
圖6表示兩組天線52a，54a和52b，54b，兩個天線用于鏈路模式，兩個天線用于廣播／轉(zhuǎn)發(fā)模式。當(dāng)兩組天線被使用時，在一側(cè)上的天線52a，52b可被用于鏈路模式，如上所述，一個作為上行鏈路天線，一個作為下行鏈路天線。類似地，在另一側(cè)上的天線54a，54b可被用于廣播／轉(zhuǎn)發(fā)模式，如上所述，一個作為上行鏈路天線，一個作為下行鏈路天線。包括濾波器和放大器的類似的電路或路徑被插入各對天線52a，54a和52b，54b之間。但是，由于提供的是分開的天線對，在這種情況下不需要頻率天線共用器。
選擇濾波器66，70，72，74以足以降低帶外信號。這些濾波器通常是帶通類型的。對于PCS基的系統(tǒng)，通帶帶寬通常在約15Mhz，與PCS帶C，D，E，F(xiàn)等的帶寬相當(dāng)。切斷和跌落與性能和頻譜相關(guān)并且依賴于電路設(shè)計。
在一個實施例中，放大器元件68，76包括相對低功率的線性集成電路芯片片組件，如單片微波集成電路(MMIC)晶片。這些晶片可包括由鎵砷(GaAs)異質(zhì)結(jié)晶體管制造工藝制造的晶片。但是，還可使用硅工藝晶片或CMOS工藝的晶片。
MMIC功率放大器晶片的一些示例如下1．RF微型器件PCS線性功率放大器RF2125P，RF2125，RF2126或RF2146，產(chǎn)自NC27409 Greensboro市7625Thorndike Road或NC27410 Greensboro市7341-D W。Friendly Ave．的RF微型器件公司2．Paific Monolithis PM2112單電源RF IC功率放大器，產(chǎn)自加拿大Sunnyvale市1308 Moffett Park Drive的Pacific Monolithics公司；3．Siemens CGY191、CGY180或GaAs MMMIC雙模式功率放大器，產(chǎn)自NY紐約市1301 Avenue of America的SiemensAG；4．Stanford微型器件SMM-208、SMM-210或SXT-124，產(chǎn)自加拿大Sunnyvale市522 Almanor Avenue的Stanford微型器件；5．Motorola MRFIC1817或MRFIC1818，產(chǎn)自TX的Austin的5205 Barton Springs Road的Motorola公司；6．Hewlett Packard HPMX-3003，產(chǎn)自TX的Richardson的933 East Campbell Road的Hewlett Packard公司；7．Anadigics AWT1922，產(chǎn)自NJ07059的Warren的35Technology Drive的Anadigics；8．日本的Yokohama的Sakae-ku的Taya-cho 1的SEILtd．P0501913H；9．Celeritek CFK2062-P3、CCS1930或CFK2162-P3，產(chǎn)自加拿大Santa Clara的3236 Sott Blvd．的Celeritek．圖7，8和16表示物理系統(tǒng)或模塊50，50a和50b的示例。圖7和8分別相應(yīng)于上面參考圖5和6描述的系統(tǒng)。在這些示例中，微帶接線(patch)被用于天線元件52，54(圖7)和52a，52b，54a，54b(圖8)。圖8中的模塊的各個面上的這兩個天線(Tx和Rx)類似地對圖7中的各個面上的單一Tx／Rx天線元件操作。模塊／箱或外殼50，50a可以是包含DC電源或DC功率轉(zhuǎn)換器、放大器、濾波器和天線共用器(如果需要的話)的金屬箱，如參考圖5和6所描述的那樣。電子器件位于箱或模塊內(nèi)部并且是不連續(xù)的部件，經(jīng)SMA連接器連接一起。對于低功率的系統(tǒng)，電子器件可以是表面安裝PCB。
天線可以是保形類型的，如微帶接線或偶極子或單極子。但是，所有組件是單個包或模塊的一部分。圖16圖示使用天線元件陣列來提高無源增益的方法。圖16中的示例使用由參考序號54a到54h代表的模塊的一個面上的兩列接線陣列天線。天線接線54a到54d被指定為圖16的實施例所示的接收(Rx)天線，而天線元件54e到54h被指定為本實施例中的接收(Tx)天線元件。可以理解相應(yīng)于已有技術(shù)的實施例的天線元件52的類似陣列的天線元件將被安裝于圖16的轉(zhuǎn)發(fā)器模塊50b的相對的面(未示出)上。而且，在其它模式中可使用比圖16所示的或多或少的陣列的元件，這些都不背離本發(fā)明。
在圖16所示的實施例中，例如以陣列形式加和一起的4個元件的應(yīng)用將實現(xiàn)圖7所示的諸如元件54的單一接收或發(fā)射元件的增益的大約4倍(6dB)的增益。從而，也把4個元件放在相互面對的表面(未示出)上，將對系統(tǒng)增加總共12dBi的附加無源增益，其可被用來把需要的有源增益降低12dB之多，而且也把需要的隔離降低12dB之多。盡管近場波機構(gòu)可能不允許實現(xiàn)全部的12dB，無論如何，從這種方法可期望獲得一些可觀的改善。但是，注意用這種方法，系統(tǒng)的垂直束寬將被稍稍降低。
圖7，8和16中的各個天線被“固定”在適當(dāng)位置和方向上。天線的位置和方向被設(shè)計來確保天線之間的最大隔離并接收和發(fā)射給出的信號，從而最大化系統(tǒng)增益。天線之間的這個隔離以如下方式被控制／最大化(及相互耦合最小化)a)兩個天線(或兩組天線)被定位使得對于每一個天線，F(xiàn)／B比率加起來最大。例如，對于完全的直線性模塊，兩個天線(或兩組天線)各自以180度角度或者在一個可接受的容差內(nèi)相互面對。
b)各個路徑的兩個天線在相互正交(垂直)的方向上被偏振化，其進(jìn)一步把互耦降低(隔離提高)大約20到30dB。例如，元件52，52a，52b可被水平偏振化，元件54，54a，54b可被垂直偏振化，或者相反。
c)電磁旁路元件90(看圖9)也可被提供在模塊或外殼結(jié)構(gòu)50，50a的邊緣或邊界上以把功率吸收(旁路)向大地。這降低從一側(cè)上的天線向另一側(cè)上的天線的波耦合。圖11僅表示出頂部旁路元件90，可以理解類似的旁路元件90(在圖11中未示出，但在圖9和10中表示出來)將被用在其它的3個橫向邊上，如圖9和10所示。這些旁路或RF扼流器90可由導(dǎo)電金屬材料壓制而成，并且從外殼56的4個邊上突出出來，以吸收被輸出到大地上的雜散電磁能。另一種情況是，外殼的4個邊(即不包括安裝天線的兩個邊)可由金屬材料構(gòu)成并且被接地，使得雜散電磁能被分流到大地。但是，旁路元件90的突出的毛刺或帶狀物通過象天線一樣接收雜散RF能量并使其被短路到地面而改進(jìn)這種狀態(tài)。另一種情況是，旁路或RF扼流器90可通過壓制塑料或其它可壓制的材料與金屬涂覆而制成。旁路元件90的毛刺相對于外殼的邊的高度和突出可以是相對于發(fā)射天線元件的頻率的四分之一波長的數(shù)量級。
天線、射束和F／B比率(的控制)的設(shè)計確保兩個相對的天線(天線組)之間的充分隔離。天線的F／B比率或隔離是對總的系統(tǒng)增益的最大的限制。
可使用適當(dāng)?shù)腞F功率檢測電子器件80(看圖5和6)與小型燈、LED或其它的顯示元件100(看圖7和8)以協(xié)助供應(yīng)商／用戶／顧客來進(jìn)行單元或模塊50或50a或50b與導(dǎo)向／指向基站的鏈路天線的定向，從而可接收到足夠的信號功率，即接收處于某預(yù)定臨界值或其以上的信號功率。
上述轉(zhuǎn)發(fā)器模塊可被用于若干應(yīng)用中，其中的幾個例子在下面列出。
1)室內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)器(看圖14)
模塊50或50a可被安裝于墻壁或窗戶上，處于或靠近于來自附近的基站的RF信號功率處于它的(在建筑物內(nèi)的)最大功率電平的位置。各個模塊的功率可經(jīng)由被直接置入模塊中的120伏電線和插頭102或用120伏插頭連接件104(看圖12和13)。這兩種方式都使得顧客安裝起來簡單。通常，RF信號以噪音最低電平以上的功率電平從附近的基站(模塊被放置與面對基站的位置)被接收到，并且轉(zhuǎn)發(fā)器再輻射(放大的)RF信號到建筑物中。另外，來自建筑物內(nèi)的遠(yuǎn)程單元(電話聽筒／蜂窩電話)的信號被模塊50(50a，50b)接收到，并被放大和再輻射回到基站200。
2)串基鏈接(daisy-ehained)室內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)器(看圖15)大量轉(zhuǎn)發(fā)器模塊50或50a或50b被放置在建筑物內(nèi)的不同的位置，并與“串基鏈接”一起，以在建筑物內(nèi)提供更大的覆蓋范圍。各個模塊的功率可經(jīng)由被直接置入模塊中的120伏電線和插頭102或120伏插頭連接件104(看圖12和13)。這兩種方式都使得顧客安裝起來簡單。這有助于對建筑物的與基站相反的一側(cè)提供覆蓋，或?qū)ㄖ飪?nèi)的任何其它RF零點或“空白”區(qū)提供覆蓋。以這種方式，提供者或顧客可便宜而且容易地安裝兩個或多個模塊，以對建筑物的各個區(qū)域提供覆蓋，如與最靠近基站的一側(cè)相反的一側(cè)，在該側(cè)(來自基站的)RF信號電平具有低的信噪(比率)，或者根本沒有信號。
3)戶外零點填充轉(zhuǎn)發(fā)器可在塔上安裝一個單模塊而不是要求離散天線的更傳統(tǒng)的單元。這提供更小的更經(jīng)濟的組件(package)，并且在對天線定向以確保天線之間的充分隔離時需要更小的勞動(時間)及更省力。
4)對建筑物的戶外轉(zhuǎn)發(fā)器以與上述相同的方式把一個單模塊安裝在塔上，實現(xiàn)相同的優(yōu)點。
在上面1)到4)中提到的應(yīng)用與頻帶無關(guān)。即，這些應(yīng)用的任何一種可被用于包括如下所述的任何頻帶中，但不限定于下面的描述a)Cellular(800MHz帶)b)PS(1800和1900MHz帶)-(個人通信業(yè)務(wù))c)GSM(99和1800MHz帶)-(全球通移動通信系統(tǒng))d)MMDS(2500MHz帶)-(多信道多點分配業(yè)務(wù))
e)LMDS(26GHz帶)-(本地多點分配業(yè)務(wù))f)Bluetooth應(yīng)用(2400MHz帶)-(Bluetooth是由愛立信創(chuàng)建的無線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的名稱)g)室內(nèi)無線LANs(2400MHz帶)-(局域網(wǎng))h)1900MHz(美國)和1800-2200MHz(歐洲)的3G(第三代PCS系統(tǒng))圖17表示傳統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的框圖，表示3個離散元件鏈路(或“施主”天線)、覆蓋(或“零點”)天線122和轉(zhuǎn)發(fā)器電子器件124。一般的轉(zhuǎn)發(fā)器電子系統(tǒng)124把帶通濾波器126組裝進(jìn)來用于上行鏈路和下行鏈路帶，還組裝入功率放大器128和頻率天線共用器130。濾波器126和放大器128被設(shè)置成一對信號發(fā)射電路131(下行鏈路)和133(上行鏈路)。在各個電路131，133中，第一濾波器126衰減到來的通信信號的帶寬，放大器128放大來自第一濾波器的信號，放置于放大器的輸出處的第二濾波器126保護電路131，133的其它分支的信號功率不進(jìn)入放大器128。圖17中圖示的系統(tǒng)是基于“直通”設(shè)計的，其中信號以一個單一的方向來通過系統(tǒng)的各個分支或路徑(即，上行鏈路和下行鏈路)。
圖18表示一般的轉(zhuǎn)發(fā)塔125的圖，其帶有圖17中的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括鏈路(或“施主”)天線120、覆蓋(或“零點”)天線122和轉(zhuǎn)發(fā)器電子器件124。該系統(tǒng)可被安裝于建筑物的頂上，或在建筑物內(nèi)(對于建筑物內(nèi)覆蓋)。
圖19表示與圖17類似的系統(tǒng)，但是帶有4個離散的輸入／輸出端口。在該系統(tǒng)中，來自各個路徑的信號不被頻率天線共用器合并。另外，該系統(tǒng)要求4個而不是2個天線。因此，圖19表示出2個施主天線120a，120b，設(shè)計作為對基站(BS)的上行鏈路和下行鏈路。類似地，在廣播或覆蓋側(cè)，表示出兩個零點天線122a，122b，一個用作相對于遠(yuǎn)程單元用戶或設(shè)備135的上行鏈路，另一個用作相對于遠(yuǎn)程單元或用戶設(shè)備135的下行鏈路。由于分開的天線被分別用于基站與遠(yuǎn)程單元之間的上行鏈路和下行鏈路，從而提供通過電子器件124a的分開的路徑，每一個都包括它們自己的濾波器126和放大器128，并且不使用諸如圖17中的天線共用器130的天線共用器。
圖20表示使用圖19的4端口系統(tǒng)的塔頂?shù)呐渲?。在圖20中，基站和遠(yuǎn)程單元之間的各個下行鏈路和上行鏈路120a，122a和120b，122b被圖示于塔125上，把圖19的電子器件124a放置于塔125的底部。
圖21表示通過轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的一個路徑的框圖。來自基站(對于下行鏈路路徑)或來自遠(yuǎn)程單元(對于上行鏈路路徑)的輸入信號S(t)經(jīng)天線被接收到，經(jīng)帶通濾波、放大(有源增益=G)、再濾波，最后被天線發(fā)射出去。發(fā)射的信號的能量的一部分耦合回到(經(jīng)空間或經(jīng)電子器件)接收天線。這在圖21中被表示為反饋信號f(t)，該信號僅是原始信號S(t)的延遲的樣式(衰減)。因此，復(fù)合信號S(t)+f(t)以輸出G(S(t)+f(t))被提供給放大器。例如假設(shè)天線有0dBi增益，那新的反饋信號為Gf(t)。該信號的回到輸入天線的傳播將引發(fā)衰減H。因此輸入天線處的放大的衰減的信號將為HGf(t)。如果該信號在功率上與原始信號S(t)是可比擬的，那放大器128將運行不穩(wěn)定，發(fā)生振蕩(振鈴)。這種振蕩將引起要求的信號中的嚴(yán)重的失真。
圖22表示與圖21相同的電路，但是，增加自適應(yīng)消除電路140。這個電路140的目標(biāo)是生成反向的f(t)信號-f(t)(相對于f(t)信號移動了180度)，并把該信號與包括反饋信號f(t)的輸入信號在加和結(jié)點145相加，從而移除反饋信號f(t)。
圖23表示一種形式的自適應(yīng)消除電路140的一般框圖(高電平)。以這種方法，輸入(RF)信號在結(jié)點145與經(jīng)數(shù)字自適應(yīng)處理構(gòu)造的調(diào)制的信號相加，以負(fù)干擾置入輸入復(fù)合信號中的反饋信號。在相加之后，復(fù)合信號S(t)+f(t)被數(shù)字取樣并經(jīng)數(shù)字信號處理器(DSP)150被數(shù)字處理，該數(shù)字信號處理器150對于調(diào)制器152計算中間信號。調(diào)制器152采用中間信號和放大的(輸出)信號的取樣，并生成正確反向的f(t)信號-f(t)的相近的拷貝。這種處理與許多數(shù)字自適應(yīng)算法一起而不是與大部分?jǐn)?shù)字自適應(yīng)算法一起用于反饋控制。另外，這種方法不要求注入信號(訓(xùn)練和導(dǎo)頻音或?qū)拵г胍?來用于自適應(yīng)處理。圖23所示的整個電路可被指定為“AC塊”155。
圖24具體表示電路140。DSP 150是把信號移動到允許數(shù)字取樣的中間頻率的RF下轉(zhuǎn)換器162、數(shù)字化模擬信號的模數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換器162和執(zhí)行要求的操作以計算中間信號的處理器164的組合。調(diào)制器152是可控的衰減器166和I／Q調(diào)制器168的組合。圖24所示的附加的細(xì)節(jié)包括各個耦合器172和174，其耦合來自信號路徑的信號和來自自適應(yīng)消除電路140的信號，第一耦合器172插入在加和結(jié)點145和濾波器126之間，第二耦合器174位于功率放大器128的輸出處。除耦合器172和174外，各個延遲線182和184可被用在RF路徑的任何一端，一個正好在加和結(jié)點145之前，一個位于耦合器174之后。
圖25表示轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的框圖，類似于圖17所示，但是使用自適應(yīng)消除(AC)電路塊155，其細(xì)節(jié)已經(jīng)在圖26和27中與圖23和24中一樣地示出。各個RF路徑中電路(AC塊)155的“方向”已經(jīng)進(jìn)行了考慮。在這個系統(tǒng)中，各個(上行鏈路，下行鏈路)路徑具有分開的AC電路塊155。
圖26和27表示AC電路塊155對于上行鏈路或下行鏈路的方向特性。這些塊是互相成“鏡象”的，不同的是要求的信號的方向，在圖25、26和27中以箭頭175表示各個電路155的方向性。零點圖29和31表示應(yīng)用于諸如上面表示和描述的橫向轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的自適消除方法的框圖。圖28表示具有主體和外殼192的橫向轉(zhuǎn)發(fā)器，該外殼192具有相互面對的表面。對于這些相互面對的平面的每一個，安裝了單一接線天線元件194，196，它們分別包括零點和施主天線。等價電路圖在圖29中表示出來?？梢岳斫鈭D29的電路組件可在主體和外殼192中被執(zhí)行，這些組件包括自適應(yīng)消除(AC)電路。
類似地，圖30表示具有類似主體或外殼192a的橫向轉(zhuǎn)發(fā)器結(jié)構(gòu)90a，其對于各個零點和施主天線安裝分開的上行鏈路和下行鏈路發(fā)射(Tx)與接收(Rx)接線天線元件。各個Tx與Rx零點天線被指定參考序號194a和194b，而各個Tx與Rx施主天線被指定參考序號196a和196b。圖31所示的電路可被安裝于(在)主體(外殼)192a。
如上面所述的那樣，電子器件，即自適應(yīng)消除電路可被承載在圖28和30的橫向轉(zhuǎn)發(fā)器結(jié)構(gòu)中的天線元件的主體192，192a上或外殼192，192a中，允許塔頂模塊化轉(zhuǎn)發(fā)器的安裝，除其它優(yōu)點外，和／或用于其它應(yīng)用中，如上面描述的在先申請中更全面討論的那樣。
如上所述，圖28和29表示用于每一側(cè)上的單一天線(元件)的情況，包括頻率天線共用器以把各個路徑(或頻帶)分開。圖30和31表示當(dāng)對各個(上行鏈路和下行鏈路)路徑使用分開的Tx與Rx天線、因此使用分開的電路時的方法。
上述方法可被用于若干應(yīng)用中，包括蜂窩覆蓋(零點填充、室內(nèi)系統(tǒng))、PS、MMDS、WLL和LMDS。
盡管本發(fā)明的特定實施例和應(yīng)用已經(jīng)圖示出并進(jìn)行了描述，應(yīng)理解本發(fā)明并不限定于這里公開的精確的結(jié)構(gòu)和組成，并且在不脫離后附權(quán)利要求限定的發(fā)明精神和范圍的情況下從前面的描述中顯然可得到各種修改、變化和變形。
權(quán)利要求
1．一種模塊化轉(zhuǎn)發(fā)器，包括一個具有一對基本上成180度角度相互面對的表面的外殼；安裝于每一個所述表面的用于在相對于安裝于另一個所述表面的天線元件的方向相反的方向上輻射能量的至少一個天線元件；和；一個安裝于所述外殼內(nèi)部的、可操作地耦合所述模塊的所述相互面對的表面的每一個上的至少一個天線元件之間的信號的電路。
2．如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于單一天線元件被安裝于所述外殼的所述相互面對的表面的每一個上，并且其中所述電路包括一個可操作地與所述天線的每一個耦合的頻率天線共用器和一對耦合于所述頻率天線共用器之間的信號發(fā)射電路。
3．如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于所述信號發(fā)射電路的每一個在所述兩個天線元件之間沿一個方向發(fā)射信號，所述信號發(fā)射電路的每一個包括衰減到來的通信信號的帶寬的第一濾波器、一個放大從所述第一濾波器接收到的通信信號的放大器和位于所述放大器的輸出處以防止其它信號發(fā)射電路的信號功率進(jìn)入放大器的第二濾波器。
4．如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于兩個天線元件被安裝于所述模塊外殼的每一側(cè)，一個用于發(fā)射通信信號，一個用于接收通信信號。
5．如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于所述電路包括一對信號發(fā)射電路，每一個在所述外殼的一個表面上的發(fā)射天線與所述外殼的相對表面上的接收天線之間形成一個信號路徑，并且其中所述信號發(fā)射電路的每一個包括衰減到來的通信信號的帶寬的第一濾波器、一個放大從所述第一濾波器接收到的通信信號的放大器和位于所述放大器的輸出處以防止其它信號發(fā)射電路的信號功率進(jìn)入放大器的第二濾波器。
6．如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于所述天線元件的每一個包括微帶接線。
7．如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，還包括大量沿所述外殼的表面放置的電磁旁路元件，這些元件連接所述相互面對的表面，在這些表面上放置了所述天線。
8．如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于所述電路包括信號強度電路，還包括一個可操作來與所述信號強度電路耦合的并且從所述外殼外部可見的顯示元件，以用于表示所述模塊化轉(zhuǎn)發(fā)器與提供等于或大于預(yù)先選擇的臨界值的信號強度的信號源對準(zhǔn)。
9．如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，還包括從所述外殼延伸的用于耦合所述模塊化轉(zhuǎn)發(fā)器與AC功率源的AC功率導(dǎo)線和AC功率插頭中的一個，所述AC功率插頭還能把所述模塊化轉(zhuǎn)發(fā)器安裝于AC墻壁插孔。
10．一種用在諸如建筑物等的封閉區(qū)中的室內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)，包括大量轉(zhuǎn)發(fā)器模塊、至少一個所述的轉(zhuǎn)發(fā)器模塊被安裝于用于接收來自所述封閉區(qū)外部的信號源的最佳信號電平的位置上，其它的轉(zhuǎn)發(fā)器模塊被放置來用于圍繞封閉區(qū)的至少要求的部分來分配通信信號，所述轉(zhuǎn)發(fā)器的每一個包括一個具有一對基本上成180度角度相互面對的表面的外殼；安裝于所述表面的每一個的用于在相對于安裝于所述表面的另一個的天線元件的方向相反的方向上輻射能量的至少一個天線元件；和；一個安裝于所述外殼內(nèi)部的、可操作地耦合所述模塊的所述相互面對的表面的每一個上的至少一個天線元件之間的信號的電路。
11．如權(quán)利要求1所述的模塊化轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于所述天線元件的每一個包括微帶接線元件的陣列。
12．如權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于所述天線元件的每一個包括微帶接線元件的陣列。
13．一種構(gòu)造模塊化轉(zhuǎn)發(fā)器的方法，包括提供一個具有一對基本上成180度角度相互面對的表面的外殼；安裝至少一個安裝于所述表面的每一個的用于在相對于安裝于所述表面的另一個的天線元件的方向相反的方向上輻射能量的天線元件；和在所述外殼內(nèi)部安裝一個電路，所述電路可操作地耦合所述模塊的所述相互面對的表面的每一個上的至少一個天線元件之間的信號。
14．如權(quán)利要求13所述的方法，包括將兩個天線元件安裝于所述模塊外殼的每一側(cè)，一個用于發(fā)射通信信號，一個用于接收通信信號。
15．如權(quán)利要求13所述的方法，還包括沿所述外殼的表面放置大量電磁旁路元件，這些元件連接所述相互面對的表面，在這些表面上放置了所述天線。
16．如權(quán)利要求13所述的方法，包括所述電路確定信號強度，還包括把一個顯示元件與所述電路耦合，并且安裝所述顯示元件使得其可從所述外殼外部可見，以表示所述模塊化轉(zhuǎn)發(fā)器與提供等于或大于預(yù)先選擇的臨界值的信號強度的信號源的對準(zhǔn)。
17．如權(quán)利要求13所述的方法，還包括從所述外殼延伸用于耦合所述模塊化轉(zhuǎn)發(fā)器與AC功率源的AC功率導(dǎo)線和AC功率插頭中的一個，所述AC功率插頭還能把所述模塊化轉(zhuǎn)發(fā)器安裝于AC墻壁插孔。
18．一種轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)，包括至少一個用于與基站通信的施主天線元件和至少一個用于與遠(yuǎn)程站通信的零點天線元件；在所述施主天線與所述零點天線之間耦合的射頻上行鏈路路徑和射頻下行鏈路路徑；和；在所述射頻上行鏈路路徑和所述射頻下行鏈路路徑的至少一個中的自適應(yīng)消除電路，其產(chǎn)生消除信號，該信號被增加到所述射頻上行鏈路路徑或所述射頻下行鏈路路徑中的射頻信號時，基本上消除在所述射頻信號中出現(xiàn)的任何反饋信號。
19．如權(quán)利要求18所述的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)，其特征在于所述自適應(yīng)消除電路包括從所述射頻上行鏈路路徑和下行鏈路路徑之一接收到來的射頻信號的數(shù)字信號處理器電路，所述射頻信號具有一反饋信號分量，并且其數(shù)字取樣和處理所述到來的射頻信號以產(chǎn)生中間頻率信號，還包括接收所述中間頻率信號和來自所述射頻上行鏈路路徑和下行鏈路路徑的所述一個的射頻輸出信號的取樣并產(chǎn)生所述消除信號的調(diào)制器電路。
20．如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字信號處理器包括把所述到來的射頻信號轉(zhuǎn)換為低頻信號以用于數(shù)字取樣的射頻下轉(zhuǎn)換器；耦合于射頻下轉(zhuǎn)換器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化所述低頻信號；和耦合于模數(shù)轉(zhuǎn)換器計算用于調(diào)制器的需要的中間頻率信號的處理器。
21．如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于所述自適應(yīng)消除電路還包括加和結(jié)點，其接收并加和所述中間頻率信號和所述到來的射頻信號。
22．如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字信號處理器電路接收所述加和結(jié)點的輸出。
23．如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于所述自適應(yīng)消除電路還包括耦合來接收所述加和結(jié)點的輸出的濾波器和耦合來接收所示濾波器的輸出的功率放大器。
24．如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于所述調(diào)制器電路包括接收并衰減射頻輸出信號的可控衰減器以及耦合于所述衰減器和所述處理器的I／Q調(diào)制器。
25．如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于所述轉(zhuǎn)發(fā)器包括一個具有一對基本上成180度角度相互面對的表面的外殼；安裝于所述表面的每一個的用于在相對于安裝于所述表面的另一個的天線元件的方向相反的方向上輻射能量的至少一個天線元件；和；一個安裝于所述外殼內(nèi)部的、可操作地耦合所述模塊的所述相互面對的表面的每一個上的至少一個天線元件之間的信號的電路。
26．如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于所述自適應(yīng)消除電路構(gòu)成所述電路的一部分。
27．一種操作具有至少一個用于與基站通信的施主天線元件和至少一個用于與遠(yuǎn)程站通信的零點天線元件以及具有耦合在所述施主天線與所述零點天線之間的射頻上行鏈路路徑和射頻下行鏈路路徑的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的方法，所述方法包括射頻上行鏈路路徑和下行鏈路路徑中的至少一個產(chǎn)生消除信號，該消除信號被增加到所述射頻上行鏈路路徑或所述射頻下行鏈路路徑中的射頻信號時，基本上消除在所述射頻信號中出現(xiàn)的任何反饋信號。
28．如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于所述產(chǎn)生包括從所述射頻上行鏈路路徑和下行鏈路路徑之一接收到來的射頻信號，所述射頻信號具有一反饋信號分量，并且其數(shù)字取樣和處理所述到來的射頻信號以產(chǎn)生中間頻率信號，還使用所述中間頻率信號和來自所述射頻上行鏈路路徑和下行鏈路路徑的所述一個的射頻輸出信號的取樣以及下行鏈路路徑以產(chǎn)生所述消除信號。
29．如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于所述處理包括把所述到來的射頻信號下轉(zhuǎn)換為低頻信號以用于數(shù)字取樣；數(shù)字化所述低頻信號；和使用所述數(shù)字化的低頻信號數(shù)字地計算需要的中間頻率信號。
30．如權(quán)利要求28所述的方法，還包括加和所述中間頻率信號和所述到來的射頻信號。
31．如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于所述數(shù)字處理在所述加和之后。
32．如權(quán)利要求31所述的方法，還包括在所述加和之后進(jìn)行濾波和功率放大。
33．如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于所述產(chǎn)生還包括可控地衰減射頻輸出信號并在所述衰減后進(jìn)行I／Q調(diào)制。
34．如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于所述轉(zhuǎn)發(fā)器包括一個具有一對基本上成180度角度相互面對的表面的外殼，并且所述方法還包括安裝至少一個安裝于所述表面的每一個的用于在相對于安裝于所述表面的另一個的天線元件的方向相反的方向上輻射能量的天線元件；及在所述外殼內(nèi)部安裝一個電路用于操作地耦合所述模塊的所述相互面對的表面的每一個上的至少一個天線元件之間的信號。
35．一種轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)，包括至少一個用于與基站通信的施主天線元件和至少一個用于與遠(yuǎn)程站通信的零點天線元件以及一個產(chǎn)生消除信號的自適應(yīng)消除電路，該信號被增加到來自所述施主天線或所述零點天線中的射頻信號時，基本上消除在所述射頻信號中出現(xiàn)的任何反饋信號。
全文摘要
一種轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng),具有至少一個用于與基站通信的施主天線元件和至少一個用于與遠(yuǎn)程站通信的鏈路天線元件。在施主天線與零點天線之間耦合射頻上行鏈路路徑和射頻下行鏈路路徑。射頻上行鏈路路徑和射頻下行鏈路路徑的每一個中的自適應(yīng)消除電路產(chǎn)生一個消除信號,該信號被增加到射頻上行鏈路路徑和射頻下行鏈路路徑中的射頻信號時,基本上消除在所述射頻信號中出現(xiàn)的任何反饋信號。
文檔編號H01Q21/29GK1281320SQ0012029
公開日2001年1月24日 申請日期2000年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月20日
發(fā)明者M·D·賈德, G·A·馬卡 申請人:安德魯公司