CN101479960A - 无线转发器组件 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种无线转发器组件。该无线转发器组件包括：接收器，用于接收无线数据通信，其中该接收器包括用于接收模拟信号的接收天线；接收器滤波器，允许预设范围的频率传至接收器放大器；以及接收器放大器，用于增强接收器滤波器发出的信号；发射器，用于发射无线数据通信，其中，该发射器包括发射器放大器，其用于增强来自接收器的信号；发射器滤波器，允许预设范围的频率传至发射天线；以及发射天线，用于发射来自转发器组件的信号；以及接收器和发射器之间的硬件有线连接，其中，接收器和发射器以有线方式进行通信。无线转发器组件在约60GHz下运行。
Description
技术领域
本发明涉及通信网络，尤其是涉及一种无线转发器，其包括在超高速个人局域网中的接收器和发射器。
背景技术
鉴于世界越来越依赖于电子设备和便携式设备，对于更快捷更便利的设备的期望也不断提高。因此，这种设备的生产者力图生产出更快、更易使用并且更加经济的设备以满足消费者的需要。
事实上，尤其是由于众多新的多媒体应用的出现，对超高数据速率无线通信的要求也提高了。由于这些高数据速率方面的一些局限，因此对于超高速个人区域网(PAN)以及点对点或点对多点的数据链路的需要变得至关重要。
通常的无线局域网(WLAN)，例如802.11a、802.11b以及802.11g标准，都有其局限性，在最佳的情况下仅能达到54Mb/s的数据率。其他的高速无线通信，例如超宽带(UWB)以及多输入/多输出(MIMO)系统，能够将数据速率扩展至近100Mb/s。
为达到千兆位每秒(Gb/s)的波谱(spectrum)，无论是波谱效率或者可用带宽都必须提高。因此，伴随着这种对更加快速的要求，也增进了以毫米波(MMW)频率工作的技术和系统的近期发展。
幸运地是，很多政府已经使用了60GHz波谱中若干GHz(千兆赫)带宽的无需许可的仪器、科学及医学(ISM)波段。例如，美国通过联邦电讯委员会(FCC)分配了59-64GHz为在美国无需许可申请。同样地，日本分配了59-66GHz用于高速数据通信。同样地，欧洲分配了59-62、62-63以及65-66GHz用于移动宽带和WLAN通信。此波谱内的频率的可用性为超高速短程无线通信提供了机会。
令人遗憾地是，尽管拥有了高频率的优势，但是仍然存在某些根本性的缺陷。例如，60GHz高速室内通信系统的一个根本缺陷是由于伴随着通常是由人体造成的视距(LOS)障碍出现的屏蔽效应而产生的信道衰减。例如，简单地说人或者其他物体通过进入例如发射器和接收器之间的视距而干扰了通信系统的传输，通信信号减弱或者暂时性的完全丢失。由此，只能在直接LOS关系中实现最佳传输。
因此，需要的是一种设备和系统，其在超高数据传输中允许将简单且无障碍的LOS应用于超高频的高效便利的传输。这种设备，就是本发明的主要目的。
发明内容
本发明提供了一种用于超高速无线通信的无线转发器组件。该无线转发器组件包括与接收器进行通信的第一天线，以及与发射器进行通信的第二天线。
转发器的接收器和发射器可被安装在自动机械扫描系统上，或者起电子扫描性能的作用。因此，该转发器可利用战略定位基站自动进行对准。
换句话说，多扇区转发器包括用于提供扇形覆盖面的N个接收器/发射器，因此减轻了扫描特性的许多要求。
优选的是，转发器的第一天线和第二天线可以在约60GHz即54至66GHz的范围内工作，其中以至少约5Gb/s来接收和发送数据通信。
本发明提供了战略定位转发器，使视距损失问题最小化，以便所述转发器能够与邻近该转发器的其他接收器和发射器进行通信。
无线转发器组件可包括：接收器，用于接收无线数据通信，其中该接收器包括用于接收模拟信号的接收天线；接收器滤波器，允许预设范围的频率传至接收器放大器；以及接收器放大器，用于增强接收器滤波器发出的信号；发射器，用于发射无线数据通信，其中，该发射器包括发射器放大器，其用于增强来自接收器的信号；发射器滤波器，允许预设范围的频率传至发射天线；以及发射天线，用于发射来自转发器组件的信号；以及接收器和发射器之间的硬件有线连接，其中，接收器和发射器以有线方式进行通信。
所述接收天线被调谐以约60GHz进行接收，以及所述发射天线被调谐以约60GHz进行发射。
所述接收天线包括高增益天线，所述接收器滤波器包括带通滤波器，以及其中接收器放大器包括低噪声放大器。发射器放大器包括功率放大器，发射器滤波器包括带通滤波器，以及其中发射天线包括高增益天线。
无线转发器进一步包括定位于接收器和发射器之间的用于保护数据的缓冲存储器。
接收器进一步包括模数转换器，以及发射器进一步包括数模转换器。
无线转发器组件包括至少两个层，顶层和底层，以及其中顶层包括液晶聚合物，底层包括耐火材料4。
无线转发器可与光源的功率适配器进行通信，以及其中无线转发器组件从功率适配器获得操作功率。另外，无线转发器组件可位于地面以上至少两米。
无线转发器组件可以穿过墙壁向第二无线转发器组件进行发射，以及该无线转发器组件和第二无线转发器组件位于墙壁相对两侧且彼此邻近。
无线转发器能够在约90度的方位角以及约90至180度范围的仰角中扫描该无线转发器组件五米以内的在约60GHz下工作的模拟信号。优选的是，无线转发器组件被供以直流电。
结合附图、根据以下详细说明，本发明的这些及其他目的、特征和优点将变得更为清楚。
附图说明
图1描述了根据本发明的优选实施例的无线转发器组件。
图2描述了根据本发明的优选实施例的无线转发器组件的另一个实施例。
图3描述了根据本发明的优选实施例、使用无线转发器组件的单元对单元(unit-to-unit)通信方案。
图4描述了根据本发明的优选实施例、使用无线转发器组件的单元对单元对接(docking)系统。
图5描述了根据本发明的优选实施例的金字塔形多扇区天线。
图6描述了根据本发明的优选实施例、相对于另一个发射器和接收器来定位无线转发器组件的若干例示。
图7描述了根据本发明的优选实施例、用于例示发射/接收数据通信的角度的无线转发器环境。
图8描述了根据本发明的优选实施例的无线转发器组件的功率适配器组件。
图9描述了根据本发明的优选实施例、用于定位无线转发器组件的功率适配器的示范性实施例。
图10描述了根据本发明的优选实施例的无线穿墙(through-wall)转发器组件。
具体实施方式
为了便于理解本发明的原理和特征，参考示范性实施例中的实施进行以下说明。特别是，在处于无线转发器组件的环境中对本发明进行了描述，所述无线转发器组件能够实现通信信号的复制，以及进一步扩展了无线发射器的范围。
然而，本发明不局限于其用于超高速通信的无线转发器组件。确切地说，当期望是转发器或者必须是转发器时，更适合应用本发明。因此，在下文中被描述为无线转发器的设备同样可以作为除无线转发器以外的其他应用的设备而发挥作用。
另外，所描述的、用于组成本发明各个单元的材料仅是示范性的而非限制性的。可实现与在此所述的材料相同或类似功能的众多适宜的材料也包含在本发明的范畴之内。此处未描述的其他材料包括但不限于例如在本发明的改进之后所开发的材料。
虽然在优选频率范围内对本发明做了描述，但是本领域的技术人员能够理解所述转发器组件能够在更多的可用频率下运行。另外，虽然在优选数据传输速度内对本发明做了描述，但是本领域的技术人员能够理解所述转发器组件能够在更多的数据传输速度下运行。
图1举例说明无线转发器组件100，用于直放通信信号以及扩展无线发射器的范围。无线转发器组件100包括接收器110以及发射器120。接收器110包括天线112、滤波器114以及放大器116。转发器组件100的接收器110适于接收以特定的频率发射的信号。发射器120包括放大器122、滤波器124以及天线126。转发器组件100的发射器120适于以特定的频率发射信号。
在优选实施例中，转发器组件100的接收器110和发射器120进行通信。当然，优选的是接收器110和发射器120经由硬件有线连接130进行通信。
接收器110包括天线112。优选的是，天线112适于接收约60GHz(即54至66GHz)范围内的频率。天线112是高增益天线，其是具有集中的狭窄无线电波波束宽度(focused narrow radiowave beam width)的天线。窄波束宽度考虑到获得信号的明确目标。所述高增益天线有时也称为定向天线。优选的是，体现较宽辐射覆盖面的介质增益天线可被用于多扇区实现中。
接收器110进一步包括滤波器114。优选的是，滤波器114是带通滤波器。通常，带通滤波器是一种对某个范围进行滤波来允许频率通过的电子电路。例如，优选的带通滤波器能够允许54至66GHz的频率通过、同时超出所设范围以外的频率会被衰减的或者被丢弃。
接收器110进一步包括放大器116。放大器116优选低噪声放大器。低噪声放大器可提供对放大滤波器114滤过的信号的增强，或者放大滤波器114滤过的信号的增益，而不降低信号的噪声比。
发射器120包括放大器122。优选的是，放大器122是功率放大器。该功率放大器可增强信号，其中产生较大的负载。
发射器120还包括滤波器124。在优选实施例中，滤波器124是带通滤波器。
发射器120进一步包括天线126。类似接收器110的天线112，发射器120的天线126优选的是高增益天线，其适于从转发器组件100中发射信号。
在本发明的优选实施例中，转发器组件100可以通过接收器110和发射器120分别在54至66GHz的范围内进行接收和发射。通常，此范围，即约60GHz，包括在短程应用中使用的设备。
图2举例说明另一个转发器组件200。转发器组件200被举例说明。转发器组件200包括接收器天线202、接收器204、缓冲存储设备206、发射器208以及发射器天线210。
接收器天线202类似于如上所述的天线112来运行。接收器天线202与接收器204进行通信。接收器204包括ADC或者模数转换器。ADC将信号从模拟转换为数字信号。从接收器天线202获得的模拟信号被转换为数字信号。优选的是，接收器204能够以约60GHz来运行。
缓冲存储设备206适于容纳数据，尤其是当接收器204与发射器208进行通信时。优选的是，发射器208包括DAC或者数模转换器。DAC将数字信号转换为模拟信号，其中，转发器200经由发射器天线210来发射数字信号。发射器208能够以约60GHz来运行。
在示范性实施例中，转发器组件可以在单元对单元(unit-to-unit)通信方案中实现，正如图3中举例说明的那样。例如，单元300可以具有嵌入式模块305或者可插拨模块310。嵌入式模块305可被嵌入到单元300中。替换的是，可插拨模块310可在单元300的背面被插拨。优选的是，单元300的背部包括专用数字接口。因此，通过使用模块305或者310，可以减少甚至在某些情况下可以去掉通信线。
在优选实施例中，转发器组件的模块305和310包括至少两个层，顶层312和底层314。优选的是，顶层312由液晶聚合物(LCP)组成，而底层314由FR4(Fire Resistant 4，耐火材料4)组成。顶层312和底层314由粘接剂进行连接，优选的是3M-9713。
专利申请“Receiver Assembly and Method for Multi-Gigabit WirelessSystem(用于几千兆位无线系统的接收器组件和方法)”进一步描述了这样的基底层。具有相同发明人的该专利申请与本申请在同一天提出-2006年3月31口，其全部内容和实质被并入此处作为参考。
进一步地，使用具有模块305和310的高增益、高方向性天线允许通过组成或者容纳/保护单元300的材料315(例如木材和/或玻璃)来实现数据传输。由于模块305和310的天线的高方向性，在不同的单元对单元无线模块之间优选进行邻近对准。
当然，这个概念可以被扩展，如在图4举例说明的另一个实施例中，无线转发器400可被用于单元对单元对接。无线转发器400可被置于工作台上，或者如举例说明的那样置于办公桌上。此后，无线转发器400可用作远程基站以便寻址对接应用。
例如，无线转发器400可与若干外部设备进行通信，例如，膝上型电脑、数字照相机、监视器、移动音乐设备(MP3播放器)、打印机、扫描仪、桌上型电脑等等。
现在参考图5，举例说明了用于60GHz无线对接站的金字塔形的多扇区天线500。优选的是，所述金字塔形天线500可以在方位角上覆盖360度。取决于所需/所期望的覆盖面，多扇区天线500的每个扇区都支持从低到中等增益、单片天线或者1-2片天线阵列510。进一步地，可以使用线型或者环型极化天线。在优选实施例中，金字塔形天线500的尺寸与其在近1.8-1.8-1.8立方厘米的优选体积内的集成化程度相适应。
如同所述，超高频、超高速通信的局限之一是视距局限。图6举例说明转发器600如何能够有助于降低这种视距局限的若干例子。如同所示，可以通过建立路径冗余克服这种局限。图6的例示描述了在一个房间内，在典型的障碍情况下，单个转发器600可以创建足够多的路径冗余。因此，使用两个或多个转发器600就能够创建一种改进的转发器系统，其中，即使不是全部，但仍绕过了多数障碍以便将信号从发射器610发射到接收器620。
图7举例说明接收器710的一种示范性高级体系结构。取决于所期望的覆盖面和天线的选择，这种体系结构包括可在多扇区构造中设置的多个收发器(发射器加上接收器)。图7举例说明了一个两个扇区例子。
图7的无线转发器700包括接收器710和发射器720。接收器720和发射器720可被安装在自动机械扫描系统上，其中，转发器700可利用外围基站自动地进行最佳对准。机械扫描的范围优选约90度的方位角，以及约90至180度的仰角，以便建立并提供所需的覆盖面。使用接收器710的全方向天线可降低系统的复杂性乃至系统的成本，尤其是，若转发器700位于发射基站附近以便接收足够的功率并保持可接受的信噪比。优选的是，转发器700位于地面以上2米左右以便减少屏蔽和链接中断，并且通常能够避开人体障碍。
向无线转发器供电是一个难题。由于转发器是无线的，那么消费者对该无线转发器所期望的最后一件事就是电源线。从而，较佳的是将无线转发器放置成与室内环境的现有照明系统相通信。首先，使用现有的电源防止了对无线转发器进行额外的电力布线和安装的需要。其次，照明系统一般位于地面以上，因此，在不同的无线节点之间易于建立视距传播路径。
图8举例说明了无线转发器的功率适配器组件800。在优选实施例中，功率适配器组件800可实现耐用的60GHz、5Gb/s的无线链接，例如视距障碍或者穿墙链接。对于60GHz高速室内通信系统的根本性局限是信道衰减，通常是由于伴随人体引起的视距障碍而发生的屏蔽效应。在严重的屏蔽条件下，通过在一旦所接收到信号落到灵敏阈值以下时就切换到第二访问点来应用宏分集。同样地，访问点的位置和配置(例如顶装式基站天线、角落安装式基站天线和/或壁装式基站天线)被认为是确保纯净信道性能的关键参数。
如此，因为无线转发器具有形状很小的因素，它可被插入到现有的照明系统900中。这在图9中进行了举例说明。在优选实施例中，使用功率适配器800适于接收许多照明系统上安装的60GHz无线转发器。另外，新型照明系统可与无线节点或者无线转发器一起安装。
图10举例说明适于穿透墙壁1005进行发射的无线转发器1000。例如，无线转发器1000可提供穿墙(混凝土、石膏壁等等)链路，其中，不必使用有线连接(电连接或者光导连接)就可传输60GHz信号至隔壁房间。优选的是，每个无线穿墙转发器1000包括接收器1010和发射器1020。
穿墙转发器1000的接收器/发射器可被安装在自动机械扫描系统上和/或以多扇区拓扑结构为特色以支持扇形覆盖面。因此，转发器1000可利用位于附近的基站自动进行最佳对准，优选与转发器1000在同一房间内的位于附近的基站。优选的是，机械扫描的范围是约180度的方位角，以及鸡90至180度的范围内的仰角，以便提供良好的的覆盖面。另外，在优选实施例中，转发器1000位于地面以上至少两米，其中降低了由于人体障碍引起的屏蔽和链接中断。
专用于穿墙转发器1000的接收器/发射器可被安装在转发器1000背面，其中该背面与墙壁直接接触。双单元实施例优选对准墙壁的两侧，优选在+/-5cm之内，其提供了稳固的连接。
转发器1000可包括接收器1010(例如60GHz模块)以及利用LCP-FR4技术实现的发射器1020(例如60GHz模块)(如以上及所参考的专利申请所述)。改进版本的转发器模块(参见图2)包括闭路(complete)接收器-发射器以及缓冲存储器，以弥补基站和转发器之间严重的链接中断。
此处所描述的无线转发器优选在DC(直流)电源上运行。例如，DC电源可以是电池、标准的AC-DC插头或者AC-DC适配器，其可被插到电源上并从照明系统获得电力。
尽管对本发明以优选形式进行了公开，但是，对于所述领域的技术人员来说，不脱离本发明及其等价体的精神和范围下而对本发明做出的众多改进、添加和删除显而易见，如以下的权利要求所阐述的那样。
Claims (13)
1.一种无线转发器组件包括：
接收器，用于接收无线数据通信，其中该接收器包括：
用于接收模拟信号的接收天线；
接收器滤波器，允许预设范围的频率传至接收器放大器；以及
接收器放大器，用于增强接收器滤波器发出的信号；
发射器，用于发射无线数据通信，其中，该发射器包括：
发射器放大器，其用于增强来自接收器的信号；
发射器滤波器，允许预设范围的频率传至发射天线；以及
发射天线，用于发射来自转发器组件的信号；以及
接收器和发射器之间的硬件有线连接，其中，接收器和发射器以有线方式进行通信。
2.根据权利要求1的无线转发器组件，其中，接收天线被调谐以约60GHz进行接收，以及发射天线被调谐以约60GHz进行发射。
3.根据权利要求2的无线转发器组件，其中，接收天线包括高增益天线，接收器滤波器包括带通滤波器，其中接收器放大器包括低噪声放大器。
4.根据权利要求2的无线转发器组件，其中，发射器放大器包括功率放大器，发射器滤波器包括带通滤波器，其中发射天线包括高增益天线。
5.根据权利要求2的无线转发器组件，其中，接收天线包括高增益天线，接收器滤波器包括带通滤波器，其中接收器放大器包括低噪声放大器，其中发射器放大器包括功率放大器，发射器滤波器包括带通滤波器，以及其中发射天线包括高增益天线。
6.根据权利要求2的无线转发器组件，其中，无线转发器组件可以穿过墙壁向第二无线转发器组件进行发射，以及该无线转发器组件和第二无线转发器组件位于墙壁相对两侧且彼此邻近。
7.根据权利要求5的无线转发器组件，进一步包括位于接收器和发射器之间用于保护数据的缓冲存储器。
8.根据权利要求7的无线转发器组件，其中，接收器进一步包括模数转换器，以及其中发射器进一步包括数模转换器。
9.根据权利要求6的无线转发器组件，其中，无线转发器组件与光源的功率适配器进行通信，其中，无线转发器组件从功率适配器获得工作电力。
10.根据权利要求7的无线转发器组件，其中，该无线转发器组件位于地面以上至少两米。
11.根据权利要求7的无线转发器组件，其中，该无线转发器能够扫描约90度的方位角以及约90至180度范围内的仰角，以便模拟信号在该无线转发器组件五米内在约60GHz下运行。
12.根据权利要求7的无线转发器组件，其中，该无线转发器组件被供以直流电。
13.一种无线转发器组件，包括：
顶层，包括液晶聚合物，以及该顶层形成顶层空腔；以及
底层，具有耐火材料4。
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Open date: 20090708 |