CN101454997B - 具有主/从配置的无线中继器系统 - Google Patents

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Abstract

无线中继器扩展建筑物或设施内无线网络基站的覆盖区。中继器包括用于与无线网络基站无线通信的主控单元，以及用于与一个或多个订户终端无线通信的从属单元。主控单元通过建筑物内的新布线或现有布线连接到从属单元，以使该主控单元能够以对无线基站和订户终端透明的方式在下行链路传输频率上向从属单元传送无线信号，以及在上行链路传输频率上从从属单元接收无线信号。

Description

具有主/从配置的无线中继器系统
相关申请的交叉引用
本申请与通过引用纳入于此的、2006年5月19日提交的美国临时专利申请60/801,396有关并要求其优先权。
技术领域
技术领域一般涉及无线通信，尤其涉及用于通过在设施或建筑结构内使用现有或新的敷设电缆来扩展无线覆盖的无线中继器系统。
背景
存在向其中无线通信网络覆盖本身很弱或不存在的区域提供此类覆盖的许多基于RF的中继器。此类覆盖是重要的，因为高百分比的网络订户——某些研究显示接近40％——在具有这种弱覆盖或不存在覆盖的区域中生活、工作或旅行。
若干类型的基于RF的中继器支持频分双工(FDD)系统并且增强以各种频带提供无线服务并支持包括IS-95、IS-2000、W-CDMA、HSDPA/HSUPA、TDS-CDMA、IEEE802.11、IEEE802.16等各种无线标准的网络中的网络覆盖。在此类配置中，与无线基站(BS)通信的第一中继器单元通过通常位于诸如购物中心或停车场等大型建筑物的顶部的天线接收RF信号。第一中继器单元随后在现有或新建筑敷设电缆上向远程定位的第二中继器或多个中继器传达下行链路RF信号——常常连同本地振荡(LO)信号。这些类型的中继器系统的一部分在其原始频率下传输RF信号，而其它则利用中频(IF)来传输信号。在使用中频的场合中，LO基准信号连同基于IF的信号被提供。这些中继器系统常常被称为“建筑内分布系统”。通常称为远程或从属单元的第二中继器又与订户终端通信以在建筑物内提供无线覆盖并通过经由建筑电缆敷设——在某些情形中包括光纤电缆敷设——与第一中继器单元建立的上行链路将订户终端RF信号传回收发机。LO信号使得第一中继器单元能够与BS通信并使得第二中继器能够与订户终端通信以最小化频率偏移。
然而，以上中继器对于安装而言通常是复杂的，因而是昂贵的，并且因其中实现该中继器的建筑物的大小而涉及大量网络规划。通常，新电缆敷设必须被用于这些系统，并且在大多数部署中，必须在第一中继器或主控单元与每个远程单元之间安装单条电缆。电缆敷设的重复因原料和劳动力这两个因素而使得部署的成本猛增。由于电缆被从主控敷设到每个远程，因此重新布置远程单元或安装附加远程单元是困难且昂贵的。最后，这些远程单元通常并不与主控单元通信，因此如果故障发生，则运营商常常在一不确定的时段内对该状况一无所知。
在诸如韩国等国家逐渐变得普及的另一种基于RF的中继器被用于住宅应用。在此类系统中，典型的电缆敷设是从室外的外部天线通往在房屋内的第二天线上发射的室内中继器单元。此类系统的性能依赖于两个天线的隔离，并且可基于其物理间隔和天线定向而变化。此外，这种解决方案的益处通常因必不可少的专业安装的成本而胜出。
虽然此类配置无需接进现有家庭电线或电缆敷设，但是需要如前所述的专业安装，因为中继器包括必须被物理分开的发射天线和接收天线。中继器的信号强度还必须与发射和接收天线彼此的接近度成比例地下调，以防止共享相同频率的发射和接收信号因其耦合而振荡。作为每个中继器的信号强度被下调的结果，在许多情形中，此类中继器在网络覆盖和信号强度上提供递增的改进，由此仅对某些网络订户导致边际效益，并且对于常常安装它们的携带者而言实现高度可变的结果。
一种已知的自安装包中的基于相同频率RF的住宅中继器是可用的，其中每个中继器的发射与接收天线之间的隔离是通过使用定向天线、通过物理地分隔天线、以及通过下调中继器发射/接收信号强度来防止接收机减敏现象和振荡。然而，中继器本身由于必须物理地将天线分开而显得较大且笨重，并且由于其许多RF组件而变得昂贵。此类中继器提供的益处因两个天线的紧密接近而处于临界状态，并且由此最小隔离限制了它们的有效性。另外，解决方案在网络覆盖和信号强度上提供了递增的改进，由此仅对网络订户导致边际效应。
概要
鉴于以上限制，提供了基于RF的频域双工(FDD)中继器系统，其中主控单元与无线基站通信，而一个或多个从属或远程单元与一个或多个订户终端通信。主控单元通过到现有或新的住宅布线——诸如同轴电缆、以太网电缆、电线和电话线或光纤电缆敷设——的物理连接与从属单元通信。当使用新电缆敷设时，可与所有远程单元共享单条同轴(例如)电缆，从而提供简化安装并极大缩减成本。此外，从属单元的重新配置或添加在与现有解决方案相比时是相对简单的问题。当与现有布线一起使用时，常常同时支持其它服务，诸如同轴电缆多媒体联盟(MoCA)、卫星IF和数字订户线(DSL)。在蜂窝或无线的两种情形中，信号在主控与从属单元之间以中频传输。用于此传输的特定中频通过主从通信协议(MSCP)协调，从而导致对于无线基站和订户终端透明的方式的频率变换。由于频率变换对于无线网络是透明的，因此配置与所有许可频谱通信标准相兼容。
中继器系统可应用于FDD系统，诸如基于比如IS-2000、IS-95、GSM和WCDMA等协议的那些FDD系统。此方法还可应用于时分双工(TDD)系统，诸如PHS、WIFI、WIMAX和TDS-CDMA。中继器系统中的从属单元各自包括与主控的振荡器同步的本地振荡器，以确保对经中继的RF信号施加极低的频率偏移。这种同步是利用基于新颖消息的方法来完成的，由此主控与从属单元之间的时基偏移可被十分准确地减轻。主控和从属单元将在下行链路传输频率上传输来自基站的、经频率变换的下行链路信号，并在上行链路传输频率上传输来自无线终端设备的上行链路信号。虽然这两种频率对于基于FDD的系统而言将是不同的，但是它们对于基于TDD的系统而言可能是相同的IF。除传输下行链路和下行链路信号之外，主控和从属单元还将通过在预定时段——当主控或从属单元将在上行链路或下行链路传输频率上运送的模拟无线信号穿孔以插入数字MSCP分组时可以为伪随机——期间可在相同上行链路和下行链路传输频率上的主从通信协议(MSCP)分组彼此通信，其中布线或电缆敷设上用于传输上行和下行链路信号的所述频率信道在本文中被称为“传输频率”。MSCP分组被用于配置和安装主控和从属单元、在这些单元之间传送功率控制、以及最小化主控与从属单元之间的时基和频率偏移。MSCP分组还可被用于传达远程单元的状态以向运营商通知故障或其它一般状态。
中继器系统还能够通过干扰测量和管理维护基站与订户终端之间的质量链路、测试和限定传输频率、调谐上游和下游传输频率、在预定穿孔掉的时间期间独立地检测干扰、以及在穿孔掉的时间期间通过主控单元执行定期传输频率信道扫描并与从属单元相协调。当使用建筑物中的现有电缆敷设时，或者在使用新布线时极强的干扰信号被耦合至这些电缆时，这种IF管理变得很重要。
附图简述
其中类似附图标记指代相同或功能上类似的要素且与以下详细描述一起结合到说明书中并形成其一部分的附图，用于进一步例示根据本发明的各个示例性实施例并用于解释各种原理和优点。
图1A和1B是例示示例性无线中继器系统的示例性架构的示意图；
图2是示例性从属或主控单元的诸部分的示意框图；
图3是例示用于设置主控和从属单元的示例性程序的流程图；
图4是例示用于调节主控和从属单元之间的传输频率的示例性程序的流程图；
图5是例示用于控制从属单元的功率的示例性程序的流程图；
图6是例示用于监视主/从振荡并设置最优增益的示例性程序的流程图；
图7是例示用于使从属单元的上行链路增益最优化的示例性程序的流程图；
图8是例示用于测量传输频率上的干扰和噪声的示例性程序的流程图；
图9是如由同轴电缆多媒体联盟(MoCA)规定的互连房屋中若干房间的示例性同轴电缆的示意框图；
图10是如由MoCA规定的互连房屋中若干房间的另一示例性同轴电缆的示意框图；
图11A和11B是图10中所示的由MoCA规定的同轴电缆上相应长路径传输和短路径传输的频率响应的曲线图；
图12是例示图1中的无线中继器必须避免的其它潜在可能的现有服务的相应带宽的示例性示图；
图13是例示图1中所示中继器的示例性设置和安装的示图；以及
图14是包括多个从属单元的另一示例性无线中继器系统的系统示图。
详细描述
现在参看其中类似附图标记指代类似部件的附图，将描述若干示例性实施例。
提供本公开是为了进一步解释执行一个或多个实施例的最佳模式的使能方式。进一步提供本公开是为了增进对发明原理及其优点的理解和领会，而非意在以任何方式限制本发明。
还应当理解，诸如第一和第二等等相关术语(如果有的话)的使用仅被用于将实体、项目或动作彼此区分开，而并不一定要求或暗示这些实体、项目或动作之间的任何实际上的这种关系或次序。应当注意，除非明确或必须限于特定次序，某些实施例可包括可以任何次序执行的多个过程或步骤；即，不限于此的过程或步骤可以任何次序执行。
许多发明功能集或许多发明原理在实现时最好用软件或诸如数字信号处理器及其软件的集成电路(IC)和/或专用IC来支持或在其内实现。希望本领域技术人员在本文所公开的概念和原理的指导下将能够容易地以最少的试验生成此类软件指令或IC，尽管可能因可用时间、当前技术和经济的考虑而仍需相当的努力和许多设计选择。因此，出于简洁以及最小化使根据本发明原理和概念混淆的任何风险起见，关于此类软件和IC——如果有的话——的进一步的描述将限于与示例性实施例所用的原理和概念有关的那些必备部分。
本申请通过引用纳入以下内容：题为“Wireless Local Area NetworkExtension Using Existing Wiring And Wireless Repeater Module(s)(使用现有布线和无线中继器模块的无线局域网扩展)”的美国专利申请10/465,817；题为“Non-frequency Translating Repeater with Detection and Media access control(具有检测和媒体接入控制的无频变换中继器)”的美国专利申请No.11/127,320；题为“Physical Layer Repeater with Discrete Time Filter for All-digital Detectionand Delay Generation(用于全数字检测和延迟生成的具有离散时间滤波器的物理层中继器)”的美国专利申请No.11/340,860；以及2007年3月30日提交的、题为“Enhanced Physical Layer Repeater for Operation in WIMAX Systems(用于在WIMAX系统中操作的增强型物理层中继器)”的美国专利申请No.“
Figure G2007800179429D0006152137QIETU
”。
图1A和1B示出了根据一个示例性实施例的无线中继器系统100(通常也称为中继器)的一部分的架构以及其它外围电子组件。中继器系统100包括用于实现主控单元和从属单元的两个或多个子单元。第一子单元被配置为用于与无线基站104无线通信的主控单元102，并且在本文中被称为主控单元102。主控单元102位于具有覆盖的房间中，或者物理地位于其中期望扩展无线覆盖的设施或类似建筑物中的房间之外。第二子单元被配置为用于与订户终端108无线通信的从属单元106。应当注意，中继器100并不限于仅包括一个从属单元。在实际实现中，中继器100可包括多个子单元，这些子单元用于实现分布在其中期望扩展无线覆盖的设施或类似建筑物中的多个从属单元。
主控单元102通过设施中的现有布线110连接至从属设备106以使主控设备102能够在下行链路传输频率上向从属单元106发射诸如蜂窝信号的射频(RF)信号，并以对基站104和订户终端108透明的方式在上行链路传输频率上接收来自从属单元106的蜂窝信号，并且由此与现有获许可频谱通信标准相兼容。主控单元102和从属单元106两者还包括功率检测器112、114，后者的功能将在以下更详细地描述。
图2是根据示例性实施例的子单元的各个部分的例示。子单元200可包括处理器220、连接至该处理器220的存储器235、以及用于将处理器220耦合至诸如基站104或订户终端108的外部实体的收发机230。收发机230可包括图1中所示的诸如天线、调制解调器和/或放大器的组件。收发机230还可包括与在现有布线或电缆敷设进入家庭的位置处物理地连接主控单元和从属单元的现有布线或电缆敷设相关联的低通滤波器。低通滤波器将使有线电视信号能够被输入设施并将无线信号过滤掉，由此防止无线信号退出家中并被其它类似位于例如多房客公寓中的中继器接收到。
收发机230可向/从无线基站104或订户终端108发送/接收无线信号。收发机230还可在下行链路和上行链路传输频率上对另一子单元——诸如设施的现有布线上的另一从属单元或主控单元——发送和接收无线信号以及主从通信协议(MSCP)分组。收发机230将向基站和订户终端之一以及从属单元或者主控单元——取决于子单元200是被配置成从属单元还是主控单元——发送无线信号。
处理器220可以是各种不同处理器中的一种，包括通用处理器、定制处理器、控制器、紧凑型八位处理器等。存储器235可以是诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、动态RAM(DRAM)等各种类型存储器中的一种或其组合。存储器235可包括基本操作系统、数据和变量240以及可执行代码245。存储器235还可包括用于将处理器220配置成执行子单元200所需的任务的计算机程序(或可执行指令)。具体而言，存储器235可包括：传输频率调节指令250；MSCP分组生成指令255；换手指令260；搜索/发现指令265，功率检测/控制指令270和增益最优化指令275，它们的每一个将在以下更详细地描述。
传输频率调节指令250用于配置处理器220来测试和限定传输频率，并独立地调谐上行链路和下行链路传输频率。MSCP分组生成指令255用于配置处理器220以生成包括操作参数、间隙传输时间的通知、广播消息、所测量参数以及其它消息的MSCP分组。
换手指令260用于配置处理器220以实现订户终端在子单元与另一基站之间、基站之间、或不同子单元之间的软换手。在CDMA系统中，软换手是藉由其同时接收来自一个以上的基站的信号的过程。另外，如果来自中继和直接传播路径两者的信号被订户终端接收到，则这些信号可使用CDMA耙式接收机来组合。重要的是，这多个信号源之间的频率偏移具有最小频率偏移。具体而言，处理器220可被配置成限制订户单元正与之进行换手活动的两个实体的信号之间的频率偏移。
搜索/发现指令265用于配置处理器220以将子单元200配置成主控或者从属单元。具体而言，搜索/发现指令265可将子单元配置成处于发现模式(主控单元)，在该模式中包括带时戳的主控广播消息的MSCP分组在传输频率上被发送到其它子单元，或者可将子单元200配置成处于搜索模式(从属单元)，在该模式中其监听主控广播消息。主控广播消息可包括操作参数，诸如时基参数、下行链路主控对从属传输时间、从属对主控初始传输时间、以及可进行传输的上行链路随机接入时隙。
功率检测/控制指令270用于配置处理器220以基于所测量RSSI、噪声电平、以及子单元输入和输出功率在上行链路和下行链路上设置参数——诸如接收信号强度指示(RSSI)功率检测器阈值，并基于设置参数控制输入和输出功率。
增益最优化指令275用于配置处理器220以确定到基站的上行链路或者到订户终端的下行链路的最大增益，其中主控单元和从属单元并不处于振荡状态。
参看图3，将讨论用于设置包括作为主控单元和从属单元的两个子单元的中继器的示例性过程300。在305，旨在被配置为主控单元的子单元(在下文中为主控单元)被置于发现模式，并且在310，旨在被配置为从属单元的另一子单元(从属单元)被置于搜索模式。如以下更具体描述的，子单元可由用户经由单个按钮按压程序置入发现模式和搜索模式，其中用户按压主控单元上的按钮来将其置于发现模式，并按压从属单元上的按钮来置于搜索模式。
在315，主控单元在下行链路频率上向从属单元发送包括诸如主控广播消息等控制消息的MSCP分组。可替换地，当用户压下主控设备上的按钮——这在一固定时间量之后超时——时，在此主控单元可被置于从属接受模式。在320，从属单元接收主控广播消息，并标识主控单元。在325，主控单元向从属单元发送包括操作参数的另一控制消息，这些操作参数诸如时基参数、下行链路主控对从属传输时间、从属对主控初始传输时间、以及可用于传输的上行链路随机接入时隙。
在330，主控单元发送包括上游随机接入时隙何时可用于向从属单元传输的指令的MSCP分组。在此期间，上行链路传输频率上来自从属单元的RF传输被终止。这些时间可被从属单元和主控单元用来进行干扰评估以及初始从属到主控通信。
在335，从属单元在上行链路传输频率上向主控单元发送包括随机接入消息的MSCP分组。在340，从属单元在下行链路传输频率上接收来自主控单元的确认消息。
在345，主控单元发送包括关于从属单元向主控单元传送的预定义时基和特定时隙的指令的MSCP分组。此特定时隙将与随机接入时隙不同。
在350，从属单元监听正常主从通信以确保其具有主从传送时基校正。在此期间，上行链路传输频率上来自从属单元的RF传输继续被终止。
在355，主控单元在下行链路传输频率上向一个或多个从属单元发送包括带时戳的广播消息的MSCP分组。在360，从属单元确定本地处理器时钟与主控单元之间的时基差异。具体而言，从属单元可在长时间轴上将在从属单元处理器内本地运行的内部时钟与来自主控单元的带时戳的广播消息作比较，以确定时基差异。在365，从属单元基于时基差异调节其压控基准振荡器以实现所需准确度。这使RF频率能非常接近，即，当中继器在2GHz下工作时差异<100Hz(100/(2x109＝1/(2x10-7)＝0.05x106＝0.05ppm)。
一旦实现所需时基和功率准确度，从属单元就激活，即从属单元发射机/接收机激活程序。从属单元随后在下行链路上监视主控单元传输并在穿孔掉的时间期间监视干扰。用于设置中继器的程序300可由执行搜索/发现指令265的处理器220来执行。
参看图4，将讨论用于设置或调节主控单元与从属单元之间的传输频率的示例性过程400。在401，主控单元在下行链路传输频率上向从属单元发送通知消息以通知下行链路间隙传输时间，而从属单元在上行链路传输频率上向主控单元发送通知消息以通知上行链路间隙传输时间。
在403，主控单元在下行链路间隙传输时间用下行链路“静默”间隙对下行链路传输频率上的无线信号进行穿孔，而从属单元在上行链路间隙传输时间用上行链路“静默”间隙对上行链路传输频率上的无线信号进行穿孔。主控单元和从属单元根据非正则间隔穿孔无线信号以防止谐波干扰。
在405，主控单元和从属单元在相应传输频率上接收下行链路间隙和上行链路间隙。在410，主控单元和从属单元基于“静默”间隙测量上行链路和下行链路传输频率上的干扰电平和/或信噪比(SNR)。从属单元可向主控单元发送包括所测量的干扰电平或SNR的消息。
在412，主动单元确定所测量的干扰电平和/或SNR是否高于预定绝对电平或与传输频率上存在的合意信号有关的电平。如果所测量的干扰电平和/或SNR被确定为高于预定绝对电平(在412为是)，则在415，可关闭无线中继。
如果所测量的干扰电平和/或SNR被确定为高于预定绝对电平(在412为否)，则在420，基于最小干扰或预定SNR选择上行链路和下行链路传输频率。主控单元可连续重评估干扰电平以确保不在无线网络上再传送干扰。
在MSCP分组传输期间，所有从属单元必须关闭其RF发射机，因为通过将同样在传输频率上传输的无线信号“穿孔”，这些主控单元分组被直接替换成传输信号。
用于设置或调节主控与从属单元之间的传输频率的程序400可由执行传输频率调节指令250的处理器220来执行。
参看图5，将讨论用于控制从属单元的功率的示例性程序500。在505，从属单元测量上行链路传输频率的接收信号强度指示(RSSI)和噪声电平以及从属单元的输入和输出功率。从属单元基于这些所测量的值和检测/错误检测的预期概率设置初始上行链路信号检测阈值(RSSI功率检测器阈值)。
在510，从属单元经由传输频率和主从分组交换来计算返回主控单元的路径损耗。在515，从属单元将最小SNR增益调节添加到该路径损耗。在520，从属单元基于计算出的路径损耗和SNR增益设置上行链路传输频率增益。
在525，从属单元随后基于下行链路上哪些参数被设置成最小值来将下行链路RF增益设置成最小电平。在530，从属单元开始在下行链路上向订户终端传送载波信号。用于控制从属单元的功率的程序500可由执行功率检测/控制指令270的处理器220执行。
参看图6，将讨论用于监视主/从振荡和设置最佳增益的示例性程序600。在605，从属单元由例如功率检测器114来测量从属单元输出功率。在610，从属单元通过例如调节输出功率来调节下行链路RF增益(DL_RF_G)。在615，从属单元将RF增益中的变化与从属单元输出功率中的变化作比较。
在620，从属单元确定到订户终端的下行链路的增益的变化是否基本上等于所测量输出功率的变化。如果变化率基本上不相等，则主控单元和从属单元可能处于振荡状态。
如果到订户终端的下行链路的增益的变化基本上不等于所测量输出功率的变化(在620为否)，则在630，从属单元调节下行链路RF增益并将增益设置变化与所测量的输出功率变化作比较。按1dB的步进增量调节增益直至达到振荡之前的最大值。在635，从属单元将下行链路RF增益减小额外固定量。在640，从属单元通过适时地周期性地增减输出功率以及测量所测量的输出功率变化来校准输出功率。即，从属单元确定到订户终端的下行链路的最大增益，针对该最大增益主控单元和从属单元不处于振荡状态。
在645，从属单元确定防止振荡所需的、到订户终端的下行链路的增益是否低于特定水平。如果用于防止振荡所需的、到订户终端的下行链路的增益低于特定水平(在645为是)，或者如果到订户终端的下行链路的增益的变化被确定为基本上等于所测量输出功率的变化(在620为是)，则在625，从属单元或主控单元可对用户生成指示消息，以指示从属单元处于可接受位置。
如果用于防止振荡所需的、到订户终端的下行链路高于特定水平(在645为否)，则在650，从属单元生成要发送给主控单元并且本地发送给用户的指示消息，以指示从属单元不处于可接受位置。此方法还可用于被潜在地用于确定多个从属单元之间的隔离。用于监视主/从振荡和设置最优增益的程序600可由执行增益最优化指令275的处理器220来执行。
参看图7，将讨论用于设置从属单元上行链路增益的示例性程序700。在705，订户终端的用户在初始设立之后靠近从属单元进行呼叫。在710，在呼叫期间，所有从属单元用上行链路间隙周期性地穿孔上行链路传输频率上的上行链路传输。在715，主控单元顺序地使能各个从属单元传送上行链路间隙。即，每次使一个从属单元能进行传输。
在720，主控单元以与由从属单元执行的过程600相类似的方式对到基站的上行链路执行输出功率/增益调节斜坡测量。即，主控单元确定到基站的上行链路的最大增益，针对此最大增益主控单元和从属单元不处于振荡状态，其中到基站的上行链路的增益的变化基本上不等于所测量主控单元功率的变化。一旦主控单元上行链路RF增益被设置成防止振荡的安全水平，在725主控单元将主控单元上行链路RF增益与所有其它从属单元在满意的水平下进行语音通信所需的增益作比较。
在730，主控单元确定防止每个从属单元的振荡所需的、到基站的上行链路的最小增益是否低于特定水平。如果防止振荡所需的增益低于特定水平(在730为是)，则在740，主控单元可生成要发送给从属单元并本地发送给用户的指示消息，指示从属单元不处于可接受位置。
如果防止振荡所需的增益不低于特定水平(在730为否)，则在735，主控单元可生成要发送给从属单元并本地发送给用户的指示消息，指示从属单元处于可接受位置。
用于设置从属单元上行链路增益的程序700可由执行增益最优化指令275的处理器220来执行。
参看图8，将讨论用于测量上行链路和下行链路传输频率上的干扰和噪声的示例性程序800。传输频率通过独立地调谐上游和下游传输频率来测试和限定。
在805，主控单元在上行链路传输频率上在主控与从属单元之间的无线信号中穿孔的上行间隙期间检测噪声和/或干扰。类似地，从属单元在下行链路传输频率上在主控与从属单元之间的无线信号中穿孔的下行链路间隙期间检测噪声和/或干扰。主控单元和从属单元可基于包括在接收自从属单元或主控单元的MSCP分组中的通知消息来确定何时将在无线信号中穿孔上行链路间隙和下行链路间隙。
在810，主控单元基于在无线信号中穿孔的上行链路间隙测量上行链路传输频率上的干扰电平和传播。从属单元基于在无线信号中穿孔的下行链路间隙测量下行链路传输频率上的干扰电平和传播。从属单元可生成包括所测量干扰电平的MSCP分组并向主控单元报告它们。主控单元在“穿孔掉”时间期间与从属单元协调地执行定期传输频率信道扫描，并基于在主控单元处执行的监听和来自从属单元的报告维护关于所有可用传输信道的所测量噪声/干扰的列表。
在815，主控单元确定测得的干扰、测得的噪声或所测量的传播对于传输频率上的满意通信而言是否过高。如果测得的干扰、测得的噪声或所测量的传播过高(在815为是)，则在820，主控单元重新配置传输频率，并且在825，向从属单元发送传输频率变化。以上过程可被重复，直至这些参数满足通信要求(在815为否)。
应当注意，MSCP分组以及无线上行链路和下行链路信号在同一时间被传输。主控单元在传输间隙期间——如果存在此类间隙——协调MSCP分组的使用，以允许干扰测量。主控单元还通过使用预定调度对MSCP分组协调传输时基以使得主控或从属单元能够关闭其重传，从而防止在无线接口传送分组，这种预定调度可以是用以协调传输时间的非正则或伪随机调度。用于测量上行链路和下行链路传输频率上的干扰和噪声的程序800可由执行传输频率指令250和MSCP分组指令255的处理器220来执行。
图9例示了互连房屋中若干房间的示例性同轴电缆，并被用于例示现有电缆敷设或布线上的不同路径将如何具有不同的相关联损耗、噪声和传输频率。
图10例示了不同长度的若干示例性同轴电路路径，而图11A和11B图示了图10中所示的长(F到B)和短(F到E)同轴电缆路径的频率响应(信号衰减对传输频率)。如同本领域技术人员可领会地，重要的是仔细地确定适当的传输频率，因为特定频率导致比其它频率高的信号衰减。
图12例示了若干服务的工作频率，这些工作频率的部分或全部可存在于可实现本文所述中继器的设施中。图12用于进一步例示选择适当传输频率的重要性，以便于避免对诸如有线电视、MoCA和卫星电视传输等现有服务的传输频率造成干扰。
关于主控/从属单元配置和安装，图13是例示图1中所示中继器的示例性设置和安装的示图。用户将从属单元放置在具有较差覆盖的房间内，并将其连接到电源和电缆出口。用户随后按下从属单元上的按钮并使其进入“设置模式”一固定时段(10分钟)。用户使用蜂窝电话或其它无线通信设备，即通过使用设备上的杆来确定有覆盖的房间。用户将主控单元放置在此房间内，并将其连接到电源和电缆出口。用户随后按下从属单元上的按钮并使其进入“设置模式”一固定时段(10分钟)。用户随后在靠近从属设备时在其蜂窝电话上进行电话呼叫。主控单元上的“已配置灯”将打开，指示配置完成。用户随后应当走向从属单元并查看此区域内增强的覆盖和性能。
图14是例示中继器系统1400的另一示例性实施例的系统示图，其中诸如同轴电缆的单条电缆1401被用于连接主控单元1402与多个从属单元1406。主控单元1402以及从属单元的每一个都具有诸如图1A和图1B中所示的那种架构。然而，从属单元1406的每一个经由本领域中公知类型的耦合器或分离器耦合至电缆1401，因此未被具体示出。系统1400用于例如多房客公寓的特定应用中，其中诸如手持机1408的无线通信设备与不同服务提供商——表示为在频率分配FA1、FA2和FA3上运行的基站1416——相关联。尽管图14例示了在每一层上仅设置一个从属单元，由此仅设置一个耦合器或分离器，但是取决于扩展无线覆盖区域所需的从属单元的数目，实际上可在每一层设置多个耦合器或分离器。
中继器系统1400的实现是可能的，这归因于主控单元1402和从属单元1406通过使用先前讨论的MSCP分组而彼此通信的能力，并且尤其归因于在基于FDD的系统的上下频率的每一个上使用单一IF，或者在基于TDD的系统的上下频率两者上使用单一IF。中继器系统1400可被用于其中使用新电缆敷设的环境中，并且提供优于使用单电缆概念的常规系统的优点。例如，常规系统不具备能够彼此通信的主控单元和从属单元，不使用IF通信，并且通常每从属单元需要一条电缆。虽然图1A和图1B中所示的系统利用相对高频率的IF——其中使用专用电缆敷设，但是诸如400-600MHz范围的更低IF可在系统1400中试验，由此使得较低廉的电缆敷设可被使用。
对以上实施例进行附加修改也是可能的。例如，中继器单元可被设计成具有由用户操纵以将该单元启用为主控单元或从属单元——取决于开关的位置——的开关。用户可选择一个主控，然后用户家中的所有其它单元将成为从属。
而且，如果期望自动设置主控和从属单元，则确保主控单元(例如，在用户的手持机或终端上显示出最强RSSI的、放置在窗户或靠近窗户的单元)在最前面以使得在其进行扫描时看不到其它单元。结果，主控单元将了解它将成为主控单元，然后在其它从属单元变为在线时，它们将确定窗户处的单元是主控单元并因此作为从属单元加入网络。
此外，可构想通过操纵从属设备上的一个或多个开关或者通过将从属单元移至更靠近主控单元并按下将导致该从属单元寻找最强主控单元的按钮可将从属单元与特定主控单元相关联(类似于车库开门装置如何附连特定车库开门单元)。这在多房客公寓(MTD)中是必须的。
本公开旨在解释如何作出及使用根据本发明的各个实施例而非限制所预期的实质及其清晰的范围和精神。之前的描述无意进行穷举或将本发明限于所公开的精确形式。鉴于以上教义的修改或改变是可能的。选择并描述这些实施例是为了提供对本发明的原理及其实际应用的最佳例示，并使得本领域技术人员能够以各个实施例以及在进行适于所构想的特定使用的各种修改的情况下来利用本发明。

Claims (30)

1.一种在一种用于增进设施中的无线网络通信覆盖的中继器中经由所述设施中的布线耦合至至少一个从属单元的主控单元，所述主控单元包括：
处理器，它被配置成生成主从通信协议（MSCP）分组；
收发机，它被耦合至所述处理器以向/从与无线通信网络相关联的无线基站发送/接收无线信号，所述收发机还用于通过所述设施中的所述布线在下行链路传输频率上向所述从属单元发送所述无线信号和MSCP分组、以及在上行链路传输频率上从所述从属单元接收所述无线信号和MSCP分组，所述处理器还被配置成：
用下行链路间隙将所述下行链路传输频率上的所述无线信号穿孔，以使所述下行链路传输频率上的干扰电平可由所述从属单元来测量；
基于所述上行链路传输频率上穿孔所述无线信号的上行链路间隙来测量所述上行链路传输频率上的其余信号电平；以及
基于所测量的其余信号电平调节所述下行链路和上行链路传输频率。
2.如权利要求所述的主控单元，其特征在于，所述MSCP分组包括要发送给所述从属单元以配置所述从属单元的操作参数和下行链路间隙传输时间的通知。
3.如权利要求1所述的主控单元，其特征在于，所述布线包括所述设施中的现有布线。
4.如权利要求1所述的主控单元，其特征在于，所述布线包括安装在所述设施中的同轴电缆敷设。
5.如权利要求1所述的主控单元，其特征在于，与所述其余信号电平相对应的信号包括来自其它从属单元和干扰信号源之一的信号。
6.如权利要求2所述的主控单元，其特征在于，所述操作参数包括时基参数、下行链路主控对从属传输时间、从属对主控初始传输时间、以及可进行传输的上行链路随机接入时隙。
7.如权利要求1所述的主控单元，其特征在于，所述处理器还被配置成基于包括在接收自所述从属单元的所述MSCP分组中的通知消息确定将何时在所述无线信号中穿孔所述上行链路间隙。
8.如权利要求1所述的主控单元，其特征在于，所述处理器还被配置成根据非正则间隔来用所述下行链路间隙穿孔所述无线信号以防止谐波干扰。
9.如权利要求1所述的主控单元，其特征在于，所述处理器还被配置成在所测量的其余信号电平大于一预定阈值的情况下去激活所述中继器。
10.如权利要求1所述的主控单元，其特征在于，所述处理器还被配置成生成要发送给所述从属单元的一个或多个带时戳的广播消息以执行所述主控单元和所述从属单元的相应本地生成频率之间频率偏移的时基同步和最小化之一。
11.如权利要求1所述的主控单元，其特征在于，还包括：
耦合至所述收发机的功率检测器，所述功率检测器测量接收信号强度指示（RSSI）和关于所述从属单元的所述下行链路传输频率的噪声电平、主控单元输入功率和主控单元输出功率，
其中所述处理器还被配置成确定到所述基站的上行链路的最大增益，针对所述最大增益所述主控单元和所述从属单元不处于振荡状态，并且其中到所述基站的所述上行链路的增益的变化基本上不等于所测量主控单元功率的变化。
12.如权利要求11所述的主控单元，其特征在于，所述处理器还被配置成在到所述基站的所述上行链路的最大增益被确定为低于特定水平的情况下生成将发送到所述从属单元的指示消息，针对所述最大增益所述主控单元和所述从属单元不处于振荡状态。
13.如权利要求1所述的主控单元，其特征在于，所述处理器还被配置成当从所述从属单元接收到MSCP分组时暂时终止向所述基站发送所述无线信号。
14.如权利要求1所述的主控单元，其特征在于，还包括滤波器，它被耦合至所述收发机并置于所述设施的入口的信号点处以允许传输与所述设施中的所述布线相关联的信号，以及防止所述无线信号从所述设施传送。
15.一种在一种用于增进设施中的无线网络通信覆盖的中继器中经由所述设施中的布线耦合至主控单元的从属单元，所述从属单元包括：
收发机，用于通过无线链路在下行链路上向订户终端发送无线信号以及在上行链路上从其接收无线信号，所述收发机还用于通过所述设施中的所述布线在上行链路传输频率上向所述主控单元发送所述无线信号和MSCP分组以及在下行链路传输频率上从所述主控单元接收所述无线信号和MSCP分组；以及
处理器，它被耦合至所述收发机并被配置成基于在来自所述主控单元的主从通信协议（MSCP）分组中接收到的操作参数配置所述从属单元，所述处理器还被配置为：
用上行链路间隙将所述上行链路传输频率上的所述无线信号穿孔，以使所述上行链路传输频率上的其余信号电平可由所述主控单元来测量；
基于所述下行链路传输频率上穿孔所述无线信号的下行链路间隙来测量所述下行链路传输频率上的其余信号电平；以及
生成包括要发送到所述主控单元的所测量干扰电平的所述MSCP分组。
16.如权利要求15所述的从属单元，其特征在于，所述处理器还被配置成基于包括在接收自所述主控单元的所述MSCP分组中的通知消息确定将何时在所述无线信号中穿孔所述下行链路间隙。
17.如权利要求15所述的从属单元，其特征在于，所述处理器还被配置成根据非正则间隔用所述上行链路间隔将所述上行链路传输频率上的所述无线信号穿孔。
18.如权利要求15所述的从属单元，其特征在于，所述处理器还被配置为：
基于接收自所述主控单元的所述MSCP分组内的一个或多个带时戳广播消息来确定本地时钟与和所述主控单元相关联的时钟之间的时基差异；以及
基于所述时基差异调节所述本地时钟基准。
19.如权利要求15所述的从属单元，其特征在于，还包括：
耦合至所述收发机的功率检测器，所述功率检测器被配置成测量接收信号强度指示（RSSI）和关于所述主控单元的所述上行链路传输频率的噪声电平、从属单元输入功率和从属单元输出功率，其中所述处理器还被配置成确定到所述订户终端的下行链路的最大增益，针对所述最大增益所述从属单元和所述主控单元不处于振荡状态，并且其中到所述订户终端的所述下行链路的增益的变化基本上不等于所测量从属单元功率的变化。
20.如权利要求19所述的从属单元，其特征在于，所述处理器还被配置成在到所述订户终端的所述下行链路的最大增益被确定为低于特定水平的情况下生成将发送到所述主控单元的指示消息，针对所述最大增益所述从属单元和所述主控单元不处于振荡状态。
21.如权利要求15所述的从属单元，其特征在于，所述处理器还被配置成当在所述下行链路传输频率上从所述主控单元接收到所述MSCP分组时暂时终止向所述订户终端发送所述无线信号。
22.一种增进设施内无线网络通信覆盖的方法，所述设施包括安装在所述设施的主控单元和经由所述设施中的布线耦合至所述主控单元的从属单元，所述方法包括：
在下行链路传输频率上向所述从属单元发送控制消息，所述控制消息包括用于配置所述从属单元的操作参数和下行链路间隙传输时间；
在上行链路传输频率上从所述从属单元接收控制消息，所述控制消息包括上行链路间隙传输时间；
经由所述下行链路传输频率向所述从属单元发送在所述主控单元处接收自无线基站的无线信号；
经由所述上行链路传输频率向所述主控单元发送在所述从属单元处接收自订户终端的无线信号；
用所述下行链路间隙将经由所述下行链路传输频率发送的所述无线信号穿孔，以使所述下行链路传输频率上的干扰电平可由所述从属单元来测量；
用所述上行链路间隙将经由所述上行链路传输频率发送的所述无线信号穿孔，以使所述上行链路传输频率上的干扰电平可由所述主控单元来测量；以及
基于所测量的干扰电平调节所述下行链路和上行链路传输频率。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，经由所述下行链路传输频率发送的所述无线信号的所述穿孔以及经由所述上行传输频率发送的所述无线信号的所述穿孔还包括根据非正则间隔穿孔所述无线信号。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括在所测量的干扰电平大于一预定水平的情况下去激活所述主控单元和所述从属单元。
25.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述下行链路传输频率上向所述从属单元发送带时戳的广播消息；
基于所述带时戳的广播消息确定从属单元处理器时钟与和所述主控单元相关联的时钟之间的时基差异；以及
在所述时基差异大于预定准确度水平的情况下调节所述从属单元处理器时钟。
26.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括：
测量接收信号强度指示（RSSI）和所述下行链路传输频率的噪声电平，以及所述主控单元的输入和输出功率；以及
确定到所述基站的上行链路的最大增益，针对所述最大增益所述主控单元和所述从属单元不处于振荡状态，其中到所述基站的所述上行链路的所述增益的变化基本上不等于所测量主控单元输出功率的变化。
27.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括在到所述基站的所述上行链路的最大增益被确定为低于特定水平的情况下生成将发送到所述从属单元的指示消息，针对所述最大增益所述主控单元和所述从属单元不处于振荡状态。
28.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括：
测量接收信号强度指示（RSSI）和所述上行链路传输频率的噪声电平，以及所述从属单元的输入和输出功率；以及
基于所测量的接收RSSI和所述上行链路的噪声电平设置所述上行链路传输频率的增益。
29.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括：
确定到所述订户终端的下行链路的最大增益，针对所述最大增益所述从属单元和所述主控单元不处于振荡状态，其中到所述订户终端的所述下行链路的所述增益的变化实质上不等于所测量的所述从属单元的输出功率的变化。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括在到所述订户终端的所述下行链路的最大增益被确定为低于特定水平的情况下生成将发送到所述主控单元的指示消息，针对所述最大增益所述从属单元和所述主控单元不处于振荡状态。
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