CN1240192C - 在低带宽媒体上传输rf带宽内的rf信号的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在低带宽媒体(60)上发射频率在RF带宽中的射频(RF)信号的系统和方法，例如室内电缆，其传输带宽低于RF带宽。系统(50)具有用于接收RF信号的单元(52)和用于将具有高稳定性的全局参考音调分配给整个系统(50)的全局参考振荡器(66)。用从该全局参考音调导出的调节信号控制本地振荡器(58，86)，以便传送对RF信号混频所需的具有高稳定性的RF参考音调，从而获得中频(IF)信号，通过低带宽媒体(60)传送。最好通过同一低带宽媒体(60)将全局参考音调传送到所需的地方，诸如用于蜂窝式通信、无绳电话、本地RF通信、交互式多媒体电视和高比特率通信等网络中的远端覆盖站。

Description

在低带宽媒体上传输RF带宽内的RF信号的系统和方法
                        背景-发明领域
本发明涉及射频(RF)信号分配领域，尤其涉及通过低带宽结构分配RF信号的装置和方法。
                     背景-现有技术的描述
对无线通信的要求持续快速增长。这一增长的直接结果是对用于分配射频(RF)信号的有效和低成本系统的需要。在许多散射或吸收RF辐射的自然障碍或人为障碍的区域中RF信号的分配尤其困难。例如，在建筑物内或其周围，RF分配的问题特别突出。
目前的室内分配系统由两个主要部分组成。第一个部分是一组天线和在建筑物内再发射RF信号所需的相关辅助设备。第二个部分是电缆系统，例如一光纤网用来将室内天线与主天线互连。后者通常安装在建筑物的顶部，或者是可以方便地接收外部RF信号的地方。如果是在通过高发射带宽电缆提供RF信号的地方，主天线可以用与例如地下室中的RF网的直接接口来取代。
安装和维护这样一种室内分配网的费用是很高的。主要费用是电缆网。另外，在各个房间之间、楼层之间或建筑物的侧厅之间铺设新电缆通常是既费时，又具破坏性的。因此，想像中的室内RF分配系统的解决方案需要安装费用最小和不用特别的工具(例如，这在光纤网中是必须的)，并且在安装和操作期间不会在建筑物内产生不适当的干扰。这样的网络最好与通用室内电缆结构一致。
满足这些标准的最有效的方法是采用现有的或标准的室内电缆结构。不幸的是，这一方法有几个障碍。主要问题是用于传送RF信息信号的频带。蜂窝通信目前采用约1GHz的载波频率。例如，先进的移动电话系统(Advanced MobilePhone System，AMPS)规约采用824-894MHz的带宽，而GSM在890-960MHz之间传送。目前的立法允许PCS业务移向更高的频率(例如1.85-1.99GHz)。比较而言，标准室内电缆(诸如用于局域网(LAN)的非屏蔽双扭绞线或屏蔽双扭绞线(UTP和STP))、电话电缆、多模式光纤链路和电源线这些都局限于很低的传输带宽。例如，在小于100米的距离内，第5种类(10base T型)UTP电缆的信号损失和串话特性使带宽局限于约0-100MHz。尽管对LAN应用来说这些参数够用了，但对于在远端天线站之间往复传送蜂窝和PCS信号来说这显然是不够的。
为此，居先的技术中采用宽带媒体，诸如同轴电缆和光纤等。如上所述，这些媒体必须分开安装，并且需要经特殊培训的人员。
所以，挑战是在上述标准低带宽结构上传送高频RF信号。实现这一目标的通用方法是一开始将RF信号带下变频至处于电缆带宽内的中频(IF)。随后，IF信号通过建筑物中的标准低带宽电缆馈送。在远端天线站处，对IF信号进行上变频以恢复原始的RF信号，并由远端天线再次发射经恢复的RF信号。这一解决方案见图1，并且将详细讨论。
实施该解决方案中所遇到的主要问题是本地振荡器的稳定性。它们提供了混频器所需的参考信号并对信号进行下变频和上变频。为了确保进行恰当的操作，本地振荡器必须在选定的RF高频(即800MHz)下产生一个稳定的音调(tone)。两个振荡器的频率必须至少处于RF信号的的信道间隔(channel spacing)内。事实上，要求振荡器相互锁定，以保持RF信号带的频率。这一论点在更高频率处(例如，中心在2GHz附近的PCS带宽，与载波频率相比，其通信信道的相对宽度较小)更为重要。
对这一问题有两种解决办法，一种办法是使用非常稳定的振荡器(例如，＜每百万分之一的稳定性)，但非常昂贵，另一种办法从中心位置开始分配振荡器的音调。第二种选择也不可行，因为可以考虑的媒体不具备实施这类系统所需的带宽。
现有的对稳定振荡器音调的分配办法是有限制的。在美国专利第5,046,135号，Hatcher揭示了如何通过在下变频级增加标志信号来消除接收机变频器中因本地振荡器固有的不稳定所引起的频率不稳。标志信号以相同于IF信号的方式畸变，在进一步进行任何下变频之前，通过与标志信号进行比较，第二级下变频器计算出这一畸变。
该方法很复杂，因为它将变频过程分成两步，并且除了振荡器频率和信号之外还需要附加标志音调。另外，它不能结合室内低带宽媒体一起使用。事实上，本发明的主要目的是逐步并可靠地对从例如轨道卫星接收到的频率非常高的信号进行下变频。
颁发给Davidov等人的美国专利第4,959,862号提出了一个新的方案，该方案可以在用于有线电视传输(CATV)的光纤链路上传送FM已调副载波。传统的CATV系统用残留边带调幅(VSB-AM)将模拟视频信道传送给家庭用户。比较而言，频分复用调频(FDM-FM)信号可以提供较高的信噪比和较长的传输距离的信号。Davidov等人描述了一种方法，该方法在用光纤链路传输之前将VSB-AM信道转换成FDM-FM信道。传输后但在传送到家庭之前，再将FM信号转换成AM信号。将4MHz“全局参考(global reference)”和FM信号一起分配给AM信号。
尽管Davidov等人提出了可用来参考(“锁定”)变频级的全局信号的概念，但该思想不能马上解决问题。首先，参考信号是高频，并且为了达到FM至AM信号转换的目的，分配到远端天线站。该信号不适于基于受限制的低带宽媒体来传输RF信号的系统。事实上，Davidov等人强调该系统使用宽带的光纤媒体。另外，在Davidov的系统结构中，不必使用全局参考，提供了方便。Davidov等人使用中心化振荡器的唯一优点是降低了振荡器的相位噪声。
在美国专利第5,109,532号，Petrovic等人讨论了无线电通信链路的发射机和接收机。该链路需要对将被发射至有关无线电频带或从无线电频带传送来的信号进行上变频和下变频。用于上变频和下变频的振荡器的频率和相位是需要着重考虑性价关系的。在传输之前对上变频信号增加一个射频导音(polit tone)就解决了这些问题。在接收机处，用本地振荡器对RF信号和导音进行下变频。本地振荡器的任何相位或频率偏差都会等效影响RF信号和导音。因此可以用这两个信号来消除相位和频率变化，从而如Petrovic专利中图2C所示，获得经恢复的清洁信号。这种消除方法解决了接收机处本地振荡器的稳定性问题。
尽管披露试图解决与本发明类似的问题，即远端振荡器的稳定性，但解决问题的方法完全不同。另外，由于导音处于RF频率，所以该方法既没有描述也没有揭示如何在低带宽媒体上实施该技术。
除了设计了这样一个系统，它能适当“锁定”振荡器从而能通过低带宽结构传送RF信号，还存在其它未解决的问题。在典型的RF分配系统中，多个远端天线再发射已上变频的RF信号。为了确保完全覆盖，各个天线的覆盖区交迭。因此，用户经常可以同时从多个天线接收信号。当那些天线上用于上变频的个体振荡器频率不匹配，用户将在两个本地振荡器的差频上听到基带音或拍。
因此，RF信号在低带宽结构上的有效和可靠分配仍是一个未解决的问题。
                        发明目的和优点
鉴于居前技术的缺点，本发明的一个目的是提供一种通过低带宽结构分配RF信号的系统和方法。特别是，本发明的目的是通过标准室内电缆分配RF信号。
本发明的另一个目的是确保系统能高效地利用资源、便于安装和操作，以及低成本。
本发明的再一个目的是提供一种在用于建筑物中分配RF信号的方法和系统，它能消除振荡器的不稳定性，这些不稳定会产生拍频和相关效应，并造成链路质量下降。
阅读以下描述和附图，将更清楚这些和其它的目的和优点。
                           发明内容
本发明的目的是通过一种独特的系统来实现的，该系统用于在低带宽媒体上传送RF带宽中的射频(RF)信号，其中低带宽媒体的传输带宽低于RF带宽。一般地说，低带宽媒体是一种属于普通室内结构的标准电缆。RF带宽通常选自用于蜂窝式通信、无绳电话、本地RF通信、卫星电视、交互式多媒体电视和高比特率局域网等的RF带宽组。在这些情况下，RF带宽比低带宽媒体传输带宽窄。后者可以是10base T型电缆、电话线、光缆、非屏蔽电缆、电力电缆或任何其它低带宽的标准室内结构。
系统具有一个单元，通常是主天线或基站，用于接收RF信号。全局参考振荡器最好是稳定性非常高的振荡器(诸如对温度稳定的石英振荡器)，能够在低带宽媒体的传输带宽内的某一频率处提供具有高稳定性的全局参考音调，例如稳定性＜百万分之一。在较佳实施例中，全局参考振荡器安装在分配集线器内的一个安全位置，全局参考音调从这里开始传送至整个系统。
第一本地振荡器最好是受电压控制的振荡器(VCO)，它由从全局参考音调导出的第一调节信号来控制。在第一调节信号的帮助下，第一本地振荡器产生具有高稳定性的第一RF参考音调。主天线和第一本地振荡器接至第一混频器，致使第一RF参考音调和RF信号传送给该第一混频器。由这两信号，混频器产生中频(IF)信号，然后通过低带宽媒体馈送。IF信号的频率包含在低带宽媒体的传输带宽内。
第二本地振荡器位于远端位置，例如在远端覆盖区中。第二本地振荡器受同样从全局参考音调导出的第二调节信号的控制。用这种方式，第二本地振荡器产生频率与第一RF参考音调频率相同并具有高稳定性的第二RF参考音调。第二混频器也位于远端位置，并且与第二本地振荡器和低带宽媒体相连。因此，第二混频器接收第二RF参考音调和IF信号。将这两信号混频，混频器恢复原始的RF信号。当然，该系统可以延伸至任何数目的远端地点，例如为诸如办公大楼或购物中心等整个建筑结构提供无线电覆盖的实际系统就必须如此。
用于导出第一和第二调节信号的方法依赖于相位锁定电路或锁相环(PLL)。可以用几种方法将全局参考音调传送给PLL。特别是，如果全局参考振荡器的位置靠近被讨论的振荡器时，可以直接通过分立链路(例如短通信链路)传送全局参考音调。当本地振荡器和全局参考振荡器都位于同一个房间(诸如主集线器)中时，便是这种情况。否则，可以通过低带宽媒体将全局参考音调和IF信号一起传输。
当通过低带宽媒体将全局参考音调与IF信号一起分配时，不使这两个信号重叠是很重要的。本发明的方法保证可以做到这点，并且在较佳实施例中，全局参考音调的频率低于IF信号的频率。另外，特别提供加法元件，用于将全局参考音调与IF信号相加，以便通过低带宽媒体馈送这两个信号。
滤波器用来在远端位置从低带宽媒体中得到全局参考音调。该功能可以通过一个简单的带通滤波器来完成，该带通滤波器为全局参考音调设置了一个窗口。该情况下的PLL位于远端位置的滤波器和本地振荡器之间。
相位锁定电路本身由分频器(也称prescaler)构成，它与本地振荡器相连，用于对该振荡器产生的不稳定RF参考音调进行分频，以在全局参考音调的频率附近导出不稳定的IF参考音调。当然，由于本地振荡器是不稳定的，因此频率将不匹配。相位比较器通过产生一个输出调节信号将不稳定的IF参考音调锁定为全局参考音调，其中所述输出调节信号正比于参考信号与IF信号之间的不匹配。最好在相位比较器与本地振荡器之间再提供一个滤波器，又称环路滤波器。调节信号使本地振荡器稳定，并使其产生具有高稳定性的第二RF参考音调。
根据实际情况，可以在一个或许多个远端位置再传送经恢复的RF信号。通常，为此将采用覆盖区重叠的本地天线。低带宽结构可以是一个网络，例如星型网络、树型网络、分支网络或通常安装在建筑物内部的任何其它的网络类型。
在实施本发明的较佳方式中，将全局参考音调的频率选择成低于IF信号的带宽。另外，本发明的方法将需要的双向通信作为实际应用。
说明书结合附图进一步描述详细内容和较佳实施例。
                          附图概述
图1是一示意图，示出了一个典型的现有技术的RF分配系统。
图2示出了典型的RF带宽和典型的传输带宽。
图3示出了传输带宽和IF信号的带宽。
图4是一示意图，示出了依照本发明的一简单的RF分配系统。
图5A示出了参考音调的稳定性。
图5B示出了IF信号与全局参考音调之间的关系。
图6是一示意图，示出了依照本发明的具有多个远程覆盖站的RF分配系统。
图7是一示意图，示出了依照本发明的另一个RF分配系统。
图8是一示意图，示出了覆盖区的交迭。
图9是一三维视图，示出了依照本发明的适于建筑结构的RF分配系统。
图10示出了典型的10base T型室内电缆。
图11是一示意图，示出了依照本发明的另一个RF分配系统。
图12是一示意图，示出了依照本发明的又一个RF分配系统。
图13示出了本发明使用多模式光纤的系统的一部分。
图14示出了对图13系统的双音测试。
图15示出了依照本发明的一个较好的IF信号放大方法。
                         具体描述
在回顾了图1所示的用于射频(RF)信号12的典型现有技术分配系统10之后，将更好地理解本发明的突出特点。在该典型系统中，RF信号12处在一般用于蜂窝式通信或类似通信的带宽中。图2示出了RF带宽30，其跨度范围从824MHz至894MHz。该范围一般供蜂窝式通信中的RF信号12使用。
主天线或基天线14接收RF信号12。诸如同轴电缆等连接16将来自天线14的RF信号12传送给第一混频器18输入端中的一个。混频器18的第二输入端与第一本地振荡器20相连。振荡器20提供RF频率音调，而混频器18利用该RF频率音调将RF信号12下变频为中频(IF)，并通过低带宽媒体33(诸如标准的预先安装好的电缆)馈送。
图2较佳地描绘了各种信号与其带宽的关系。特别是，RF信号12从RF带宽30下变频产生一个包含在传输带宽34内IF信号32。传输带宽34的范围为0至100MHz，主要用于普遍安装在建筑结构中的低带宽媒体。
再回过来参照图1，通过媒体33将IF信号32传输到用虚线勾勒出的远端位置或站点36。站点36通常是建筑结构内的一个房间或是一些希望RF覆盖的其它区域。在该位置处，第二混频器38接收IF信号32，在振荡器40的帮助下，第二混频器38对IF信号32上变频，恢复原始的RF信号12。然后，在远端站点36中用远端天线42再发射RF信号12。
如在背景部分中描述的，在分配系统10和其它相关的现有技术系统中，本地振荡器20和40不稳定(除非使用非常贵的振荡器)。依照本发明并由图4所示的RF分配系统50用一种简单而有效的方法消除了这一缺点。
与现有技术举例的一样，系统50具有一个主天线或基天线52，它接收RF信号12。通信链路54(例如，同轴电缆或能够发射RF信号12但产生不适当畸变的任何其它的链路)将天线52与第一混频器56之输入端中的一个相连。选作混频器56的装置类型可以包括任何合适的单端的、平衡的、双平衡的、双-双平衡的混频器，或其它混频器。第一本地振荡器58最好是受电压控制的振荡器(VCO)，它与混频器56的另一输入端相连。低带宽媒体60(诸如10base T型电缆，电话线，光缆，非屏蔽或屏蔽电缆，电力电缆或任何其它低带宽室内媒体)与混频器56的输出端相连。
振荡器58是典型的低成本的装置，其本身会产生不稳定的RF参考音调。振荡器58的一个输出端与混频器56相连，另一个输出端接至分频器62。分频器62的功能可以由任何分频装置或能够以整数对接收到的音调分频的电路来实现。分频器62的输出端还与相位比较器64的一个输入端相连。合适的比较器在本领域中是众所周知。
比较器64的第二输入端与全局参考振荡器66相接。如图所示，振荡器66安装在一个分开的外罩单元或分配集线器68中。为了确保振荡器66稳定并且高效，安装集线器68的地方不应受到过度的热波动、振动或其它外部影响。这些条件经常符合在建筑物内远离窗户、门或其它开口的地方，例如在地下室中。另外，较佳实施例将温度稳定的晶体振荡器用作振荡器66。这类装置可以达到大约百万分之一的稳定特征，并且可以在市场上买到。以下将讨论振荡器66的频率。
应该注意，在系统50中只使用一个参考振荡器66。因此，系统50中需要从振荡器66获得音调的任何元件都可以通过线路70得到它。在该情况下，线路70中的一条将振荡器66与比较器64的另一输入端相连。
比较器64的输出端与滤波器72相连。合适的低通循环滤波器在本领域中是众所周知的，并且可以用市场上买来的部件构成。滤波器72的输出端与振荡器58的控制输入端相连。
在较佳实施例中，系统50具有一个加法元件或累加装置74，它将线路70中的一条与低带宽媒体60相连。装置74将已经传过媒体60的信号与任何附加信号合并，在本情况下，信号是振荡器66产生的信号，完成该操作的装置在本领域中是众所周知的。
在远端覆盖地或站76，媒体60与滤波器78和第二混频器80相连。滤波器78具有一预置带通，用于从传过媒体60的信号中选择特定的频率。滤波器78的输出端与相位比较器82之输入端中的一个相连。比较器82的另一个输入端与分频器84的输出端相连，分频器84与分频器62相似，它与第二本地振荡器86相连。与前相同，本地振荡器86是一个受电压控制振荡器，它会产生不稳定的RF参考音调。比较器82的输出端通过滤波器88连接至振荡器86的控制输入端。
振荡器86、分频器84、比较器82以及滤波器88一起形成一个相位锁定装置或电路90，通常还称为锁相环(PLL)。事实上，振荡器58、滤波器72、比较器64和分频器62也形成一个相位锁定电路92。如以下将描述的，电路90和92在结构和操作上都相似。
远端覆盖站76具有一再发射单元95，在本例中，RF天线用于再发射来混频器80的RF信号12。安装系统50的人员根据不同的情况在站点76对天线95适当定位，以确保RF覆盖范围。
在操作过程中，RF分配系统50的主天线52接收RF信号12。如图2所示，RF信号12包含在范围为824MHz至894MHz的RF带宽30中。但在实践中，根据通信类型，RF信号12可以属于其它RF带宽。因此，RF带宽30可以选自用于蜂窝式通信、无绳电话、本地RF通信、卫星电视、交互式多媒体视频、高比特率局域网等的RF带宽群。所有这些RF带宽共有的特征是它们的传输带宽比媒体60的传输带宽34高。
天线52通过通信链路54将RF信号12传送给第一混频器56。同时，锁相环92将稳定性很高的第一RF参考音调96(参见图2)传送给混频器56。根据已知的混频技术，第一混频器56通过产生IF信号94对这两个输入作出响应，或者换句话说，对RF信号12下变频。图3示出了下变频的结果--IF信号94。在本实施例中，IF信号94的带宽(894MHz-824MHz＝70MHz)比媒体60的传输带宽窄。事实上，IF信号94只占用了从24MHz至94MHz的带宽。下变频后RF信号12的实际带宽(即IF信号94)可以随有效室内结构的情况变化。无论怎样，因为第一混频器56的输出端与媒体60相连，所以IF信号94被发送或馈送过媒体60。
下变频过程本身依赖于提供给第一混频器56的第一RF参考音调96的稳定性，第一RF参考音调96通常依赖于第一本地振荡器58的稳定性。但在本例中，振荡器58的输出端是稳定性很好的第一RF参考音调96。这一结果可以在相位锁定电路92的其余部分以及全局参考振荡器66的帮助下，采用几个步骤来实现。
首先，如图5A所示，将振荡器58的原始输出(它是不稳定的RF参考音调98)馈送给分频器62。音调98的的固有波动可以从其可能频率的扩展得到证实。如图所示，分频器62被设置成对音调98整数分频，以得到一个不稳定的IF参考音调100。试图使不稳定的IF参考音调100与放在分配集线器68中的全局参考振荡器66所产生的全局参考音调102的频率接近匹配。另外，不稳定的IF参考音调100以及全局参考音调102都包括在媒体60的传输带宽34内。
对于最可靠的操作，全局参考音调102处在不稳定IF参考音调100占据的带宽的中间。另外，最好IF参考音调100的带宽乃至全局参考音调102的频率位于IF信号94的带宽之外。该结构避免了IF信号94与参考音调100之间存在任何潜在的干涉。在图5A中，IF参考音调100的带宽低于IF信号94的带宽，并且中心位于全局参考音调102的附近，等于8.0Mhz。当然，这些特征只是为证明的目的而选择的。
相位比较器64在其两输入端接收不稳定的IF参考音调100，并通过线路70接收高度稳定的全局参考音调102。响应于这两个输入，比较器64在其输出端产生第一调节信号104，表示不稳定音调100与稳定音调102之间的相位不匹配或相位差。滤波器72清除高频噪声的调节信号104，并且保证反馈环路的稳定性，从滤波器72，调节信号104被传送到第一本地振荡器58的控制输入端。在那里，用调节信号104对振荡器58的振荡频率细调。
由于相位锁定电路92的反馈特性，将非常稳定的全局参考音调102作为基准对振荡器58进行连续的细调或微调。结果，迫使振荡器58的输出产生高度稳定的第一RF参考音调96。第一混频器56利用该高度稳定的参考音调96，以产生非常精确的下变频后的IF信号94，然后通过媒体60将其馈送出去。
在较佳实施例中，分配集线器68与加法元件74相连，而加法元件74与媒体60接口。因此，来自振荡器66的全局参考音调102被传送给加法元件74。在那里，已传过媒体60的IF信号94与全局参考音调102合并，并通过媒体60传送给远端覆盖站76。由于IF信号94和音调102的带宽不重叠，所以它们之间不会产生不希望有的干涉。用这种方式，通过相同的媒体将全局参考音调102作为有用信号有效地送到远端站76。
在远端站76中，滤波器78得到来自媒体60的全局参考音调102。同时，IF信号94传至第二混频器80。相位锁定电路90的工作方式与相位锁定电路92的相同，它使用音调102稳定第二本地振荡器86的输出。为此目的，比较器82产生第二调节信号106，并且将其通过滤波器88，传至振荡器86的控制输入端。振荡器86的输出端产生稳定的RF参考音调86。混频器80用稳定的RF参考音调96对IF信号94上变频，并且恢复RF信号12，使其信号变形最小。然后，RF天线95接收RF信号12，并通过站76再发射。
由此，系统50非常适于用现有的低带宽媒体(诸如常规电缆)在建筑物或其它结构中进行RF分配。系统资源是基础。在该布置中只需用一个较贵的振荡器(即全局参考振荡器66)确保对信号进行准确地上变频和下变频。其余的实质性元件简单，易于安装，而且一般成本较低。事实上，诸如振荡器58和86等受电压控制的振荡器把3.125MHz用作全局参考音调102，在800MHz处产生稳定的RF参考音调96，因此它能以非常低的成本获得较高的稳定性。
上述实施例非常简单，其主要作用是证明本发明的几个基本方面。图6示出了依照本发明的更有实践意义的RF分配系统110。本实施例的对应部件用与第一实施例中相同的标号来表示。
通信链路54将RF信号12传送给主集线器112。安装在主集线器112内的有第一混频器56和第一本地振荡器58。分频器62、比较器64和滤波器72连接在一起，并且按上述相同的方式工作，它们也安装在集线器112中。事实上，全局参考振荡器66和加法元件74也在集线器112内。用这种方式，将RF信号12转换成IF信号94所必须的所有元件都布置在同一个小型的单元中。
加法元件74与三个低带宽的电缆114相连，而三个低带宽的电缆则分别通向其远端的覆盖站116、118和120。相位锁定电路122、124和126以及滤波器128、130和132以相同于前一实施例的方式连接，并且实现与前一实施例中滤波器78和电路90相同的功能。换句话说，电路122、124、126和滤波器128、130和132允许每个远端站116、118和120滤出全局参考信号102，并且用其产生稳定的第二RF参考信号96。另外，每个远端站116、118和120有其自己的第二混频器134、136和138，用于从IF信号94中恢复RF信号12。恢复后，在每个远端站116、118和120，用相应的RF天线140、142和144再发射RF信号12。
分配系统110更加小型化，并且适用于在某些使用单元集线器112的应用。当然，集线器112的结构和位置必须保证内部元件得到保护。尤其是，必须用某种方式将全局参考振荡器66隔离，以保证全局参考音调102的稳定性。
图7示出了依照本发明的另一个RF分配系统150。与前述实施例相同，由主天线52接收到RF信号12传送至第一混频器56，经下变频后产生IF信号94。全局参考振荡器被隔离安装在一个分配集线器152中。从这里出发，全局参考音调102通过链路154分配至网络集线器156和158，并且分配给锁相环92。
网络集线器156和158包含多个加法元件74，它们可以将全局参考音调102发送到许多低带宽电缆160上。事实上，电缆160构成一个网络162。单独来看的话，电缆160A-D形成一个树型网络，而所有电缆160形成两个星型网络，集线器156和158代表它们的中心。
由该实施例可见，本发明的分配系统150适用于任何现有的室内电缆网络。特别是，依照本发明，任何星型网络、树型网络、环型网络或分支型网络都适于分配RF信号12。另外，如果系统设计者认为用于分配全局参考信号102的其它媒体方便，那么链路154不需要成为网络结构的一部分。例如，可以通过光纤链路或AC电力线分配全局参考音调102。
图8示出了本发明的一个特别优越的方面。两个远端覆盖站170和172具有对应的RF天线174和176，用于再发射RF信号12。与上述实施例中的相同，IF信号94通过低带宽媒体来馈送，在本例中是电力电缆178和180。单元182和184包含依照本发明的用于从IF信号94恢复RF信号12所必须的所有上述元件。
站170和172的RF覆盖区重叠。发生重叠的区域被划出，并用标号186表示。一般来说，由于它保证完全覆盖，所以在相邻站覆盖区中的重叠是需要的。位于区域186内并拥有RF接收机(未示出)的用户将从两个天线174和176截获RF信号12。
在现有技术系统中，本地振荡器(即使是高质量的器件)的不稳定性会导致天线174的RF信号12与来自天线176的同一RF信号12之间产生较小的频率差异Δf。该频率差(一般约±500Hz)产生可听的拍频。除了在电话通信情况下因干扰通话而使用户烦恼，拍频还会削弱电子部件的作用并引起假信号。用于数据传输的RF分配系统可以经受较大的位误码率(BER)和其它恶劣效应。
幸运的是，依照本发明的RF分配系统在恢复RF信号12时没有一点频移。因此，在本例中，从天线174和176辐射出的RF信号12将具有相同的频率，并且不会引起任何拍音。
图9示出了依照本发明的用于建筑结构192中的RF分配系统190。在本例中，系统190是双向的，即安装在整个结构192各个位置的RF天线194可以再发射和接收RF信号12。为了更好地理解，被发射的RF信号用12A表示，而被接收的RF信号用12B表示。安装在结构192顶上的主天线196还可以发射和接收RF信号12A和12B。
系统190使用包括电缆198、200、202和204以及接线室206和208的室内低带宽网络分配RF信号12。在该特殊布置中，接线室208中装有一个分配集线器210。后者提供全局参考音调102，该音调来自一个对温度稳定的起全局参考振荡器作用的石英振荡器(未示出)。由于接线室208位于地面上，远离诸如门或窗等开口处，所以可以保护集线器210不受外界影响。
应该注意，电缆198、200、202和204可以构成一预先存在的网络，但如果设计人员不进行昂贵的再择路由工作，就不能对该网络进行大范围的修改。例如，电缆198、200、202和204是标准的AC电力电缆，即使在旧结构中，这种电缆也是到处存在的。选择AC电力电缆可以在任何实际环境中分配RF信号，而不改变室内电缆，由此提供超低成本的RF分配网络。使用AC电力线的另一个好处是，可以在提供IF信号的同时，通过电缆198、200、202和204提供用于操作天线194和任何其它必须的电子器件(未示出)的电力。当然，由于AC电力线是预先安装的，RF分配系统的设计人员将受到一些限制。事实上，在一些房间里，天线194的位置可能已被架构征用了。
例如，假设系统190用于无绳电话的目的。无绳电话在900MHz频带内工作，并具有一窄的带宽，可以通过电缆198、200、202或204发射。当然，在该应用中，应该将天线194放在建筑物192之外的地方(例如，游泳池附近等)。
图10示出了室内最普遍的的低带宽媒体220。特别是，媒体220是由四对扭绞线对222、224、226、228或线对组成的电缆。这些都可以为蜂窝式通信、无绳电话、本地RF通信、卫星电视、交互式多媒体电视或高比特率的局域网分配信号。
图11是示出了依照本发明的另一个RF分配系统230的示意图。主天线232位于建筑物234的顶上，用于接收和发射RF信号12A和12B。系统230由三个星型网络238A、238B和238C组成。每个楼层上一个，单独从天线232馈送。网络238A、238B和238C具有RF天线240和用于安放上述重要部件的独立集线器242A、242B和242C。
图12示出了在相同建筑物252内的另一种较好的RF分配系统250。系统250利用预先安装好的专用小交换机254(PBX)，而不用主天线接收和再发射RF信号12A和12B。
在本实施例中，RF信号12A和12B传送给PBX254，并用任何合适的高带宽媒体(未示出)来接收它。由此，PBX 254将RF信号12B馈送给三个星型网络256A、256B和256C的集线器258A、258B和258C。然后，从星型网络256A、256B和256C接收RF信号12A，并将信号发回PBX 254，通过高带宽媒体再发射。
由于PBX系统很普及，所以该实施例非常实用。在本例中，不需要从任何外部RF天线导人附加的电缆。事实上，在许多地方都可以找到PBX系统，并且经常在一个或多个建筑结构内对PBX进行预先的室内接线。在某些情况下，也进行室外操作。用这种方法，几乎不需要修改就能安装本发明的RF分配系统。
图13示出了依照本发明的另一系统260的一部分。在本例中，低带宽媒体262为一多模式光缆，它将发光二极管单元264(LED)与远端站270的低速模拟检测器266相连。由于本发明所需的光缆262的传输带宽低于100MHz，所以光缆262的长度可以超过1公里。覆盖这一距离的能力使得本实施例特别适用于购物中心和覆盖大区域的其它结构。
与图4中相同的混频器56通过低带宽媒体268将IF信号94传送给LED单元264。媒体268可以属于预先安装好的网络，例如AC电力干线或电话线。
低成本的LED在低频表现出极好的响应，尤其在媒体262的传输带宽(＜100MHz)内，但在高频(例如，1Ghz没有响应)。因此，LED单元264特别适于通过媒体262馈送IF信号94。传统的光学系统使用激光器和单模光纤来发送各种频率的信号，但二者都很昂贵。与常规系统相比，本实施例的成本非常低，并且在所需的频率范围内有效。为了支持这一事实，图14示出了对LED单元264进行标准双音测试的结果，其中LED单元264在1.3微米处工作，而光缆262的长度为1公里。
最后，图15示出了依据本发明的系统280中一部分的较好的补充。系统280使用加法元件288，如上所述将全局参考音调102与IF信号94相加，并且通过由低带宽电缆286组成的网络290传送它们。两个标准的放大器282和284与电缆286相连，用于放大传输带宽34内的信号。
工作期间，放大器282和284放大IF信号94，同时信号通过电缆286。如果需要，放大器282和284两者或其中的一个还可以放大全局参考音调102。本领域的熟练技术人员应理解，放大低频信号比放大RF信号简单，而且成本低。因此，本实施例提出了一种特别有效的方法，它依照本发明可以保持系统分配信号的强度。通过就对应于IF信号和/或全局参考音调的频率安装合适的低频放大器(＜100MHz)，可以在上述任何实施例中包含该“转发器的功能”。
依照本发明的RF分配系统的多功能性及其各种实施例提供了一种分配RF信号的方法。事实上，本领域的熟练技术人员能够根据所给的例子找到本发明方法的特征。

Claims (17)

1.一种用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的系统，其中所述低带宽媒体的传输带宽低于所述RF带宽，所述系统的特征在于，它包括：
a)接收装置，用于接收所述RF信号；
b)全局参考振荡器，用于向所述系统提供频率在所述低带宽媒体之所述传输带宽内的具有高稳定性的全局参考音调；
c)第一本地振荡器，它受从所述全局参考音调导出的第一调节信号的控制，致使所述第一本地振荡器产生具有高稳定性的第一RF参考音调；
d)第一混频装置，它与所述接收装置和所述第一本地振荡器相连，用于使所述第一RF参考音调与所述RF信号混频，以便在所述传输带宽内产生IF信号，所述第一混频装置还与所述低带宽媒体相连，以便通过所述低带宽媒体馈送所述IF信号；
e)第二本地振荡器，它位于所述第一本地振荡器的远端，所述第二本地振荡器受从所述全局参考音调导出的第二调节信号的控制，致使所述第二本地振荡器产生与所述第一RF参考音调相同频率的具有高稳定性的第二RF参考音调；和
f)第二混频装置，它与所述第二本地振荡器和所述低带宽媒体相连，用于接收所述IF信号，并将该信号与所述第二RF参考音调混频，以便恢复所述RF信号。
2.如权利要求1所述的用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的系统，其特征在于，还包括第一相位锁定装置，它在所述第一本地振荡器之前进行切换，用于从所述全局参考音调中导出所述第一调节信号。
3.如权利要求1所述的用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的系统，其特征在于，还包括第二相位锁定装置，它在所述第二本地振荡器之前进行切换，用于从所述全局参考音调中导出所述第二调节信号。
4.如权利要求3所述的用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的系统，其特征在于，还包括加法装置，它与所述低带宽媒体和所述全局参考振荡器相连，用于将所述全局参考信号与所述IF信号相加，以便通过所述低带宽媒体将所述IF信号和所述全局参考信号一并传送。
5.如权利要求3所述的用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的系统，其特征在于，所述第二本地振荡器是一个受电压控制的振荡器，并且传送不稳定的RF参考音调，所述第二相位锁定装置包括；
a)分频器，它与所述第二本地振荡器相连，用于对所述不稳定的RF参考音调分频，以便在所述全局参考音调的频率处导出一个不稳定的IF参考音调；
b)相位比较器，用于将所述不稳定的IF参考音调锁定为所述全局参考音调，以便所述相位比较器的输出端发送所述第二调节信号；以及
c)滤波器，用于对所述第二调节信号滤波，并将其传送给所述第二本地振荡器，所述第二调节信号使所述第二本地振荡器稳定，致使所述第二本地振荡器产生具有高稳定性的所述第二RF参考音调。
6.如权利要求1所述的用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的系统，其特征在于，还包括分配集线器，用于容纳所述全局参考振荡器，从而将所述全局参考信号从所述分配集线器提供给所述系统。
7.如权利要求1所述的用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的系统，其特征在于，所述低带宽媒体包括一个网络。
8.如权利要求1所述的用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的系统，其特征在于，所述RF带宽选自用于蜂窝式通信、无绳电话、本地RF通信、卫星电视、交互式多媒体电视和高比特率局域网的RF带宽组。
9.如权利要求1所述的用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的系统，其特征在于，所述RF带宽比所述低带宽媒体的所述传输带宽窄。
10.如权利要求9所述的用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的系统，其特征在于，所述低带宽媒体选自由10base T型电缆、电话线、光缆、非屏蔽电缆和电力电缆组成的组。
11.一种用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的方法，其中所述低带宽媒体的传输带宽低于所述RF带宽，所述方法的特征在于，它包括以下步骤：
a)接收所述RF信号；
b)向所述系统提供频率在所述低带宽媒体之所述传输带宽内的具有高稳定性的全局参考音调；
c)用从所述全局参考音调导出的第一调节信号产生具有高稳定性的第一RF参考音调，以便控制第一本地振荡器的输出，从而使所述第一本地振荡器产生所述第一RF参考音调；
d)使所述第一RF参考音调与所述RF信号混频，以便在所述传输带宽内产生IF信号；
e)通过所述低带宽媒体馈送所述IF信号；
f)用从所述全局参考音调导出的第二调节信号产生具有高稳定性的第二RF参考音调，以便控制第二本地振荡器的输出，从而使所述第二本地振荡器产生所述第二RF参考音调；和
g)将通过所述低带宽媒体馈送的所述IF信号与所述第二RF参考音调混频，以便恢复所述RF信号。
12.如权利要求11所述的用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的方法，其特征在于，所述全局参考音调不与所述IF信号的带宽重叠。
13.如权利要求11所述的用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的方法，其特征在于，所述全局参考音调的频率低于所述IF信号的带宽。
14.如权利要求11所述的用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的方法，其特征在于，在一基站接收所述RF信号，并通过所述低带宽媒体将其馈送到一远端覆盖站。
15.如权利要求11所述的用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的方法，其特征在于，在一远端覆盖站接收所述RF信号，并且通过所述低带宽媒体将其送给一基站。
16.如权利要求11所述的用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的方法，其特征在于，通过所述低带宽媒体双向地发射所述RF信号。
17.如权利要求11所述的用于在低带宽媒体上传输包含在RF带宽内的RF信号的方法，其特征在于，在所述IF信号通过所述低带宽媒体时，对所述IF信号放大。
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