CN1554161A

CN1554161A - 用于大量宽带通信的系统和方法

Info

Publication number: CN1554161A
Application number: CNA028176227A
Authority: CN
Inventors: Pt; P·T·许格斯
Original assignee: Innovium Networks Ltd
Current assignee: Redwave Technology Ltd
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-12-08
Also published as: US20040213294A1; ZA200401113B; DE60211908T2; GB2393341A; HK1065412A1; GB0400672D0; EP1410534A2; ES2261689T3; CZ2004228A3; DE60211908D1; GB2393341B; NZ531056A; RU2305373C2; GB0117177D0; SK972004A3; HUP0401259A2; BG108579A; WO2003007510A2; RU2004103803A; CA2457702A1

Abstract

一种宽带大量通信网络系统和方法，包括多个片区(10)，其中每个片区都包括多个用户，每个用户都具有发送信号到其它用户和从其它用户接收信号的用户单元(12)。每个用户单元都包括用于让用户访问系统的室内接口单元(20)及用于发送和接收信号的室外安装通信单元(18)。该信号加到工作在从红外线到紫外线范围的频率的载波信号，各片区的用户单元布置成基本全向地发送载波信号并利用片区内直接视线连接通信。各片区内和/或其周围的物体(16)用来确定和/或修改载波信号的传播模式及限定片区的边界。各片区通过片区接口点(46)互连，每个片区接口点通过与片区内备用户单元之间的通信装置不同的通信装置连接到来自至少两个邻接片区的各用户单元。

Description

用于大量宽带通信的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于高密度用户通信的系统和方法。

背景技术

很多年来，以经济的方式向大量住宅用户和小商业用户同时提供高速电信业务的问题都很难解决。对于低带宽(例如，小于大约56,000位/秒(bps))用户之间的通信，现有的电话系统就完全足够了。但是，当用户之间需要高出几个数量级的带宽(例如在流高质量图象中的2-6Mbs)时，传统的设备和方法就不再足够了。

因此，已经开发出各种技术，试图以允许所需设备的所有者和/或运营商部署其，然后对其使用进行收费以便可能经过几年时间就能获得纯利的方式向用户提供这种类型的带宽。很清楚，获利所需时间越短，对所有者/运营商越有利。

这些技术分为两类：有线和无线。有线系统依赖于部署在每个用户房屋的传导缆线(地下或地上)。缆线可以传导电或光信号。但是在任何一种情况下，这种技术对高带宽系统而言成本都是非常高的。

另一类系统：无线系统，利用自由空间电磁辐射在用户之间传输信号。无线系统本身分成射频系统和光学系统，射频系统是大约一个世纪以来众所周知的、使用频率低于{10¹²Hz}的电磁波的系统，光学系统可论证具有更长演变过程。但是更近一段时间，由于红外辐射的波长辐射的发生和检测技术有了改进，因此，使用红外辐射(波长在800nm到50,000nm之间)的系统开始流行。原则上讲，甚至更短波长或超过该波长的辐射也可以使用：但是目前检测和发射技术的实际困难阻止了这些波长的使用。

原则上讲，无线系统的好处在于其设备比有线系统更容易和更便宜地部署，不需要开挖或缆线承载结构。在RF和光学领域有很多旨在解决这种“最后一英里”问题的现有技术。

在无线通信系统中，影响其性能和经济性的关键领域是：

1、有多少频谱用于向用户群提供业务：“频谱效率”。

2、能多容易地安排用户以便有效地发送和接收辐射——所谓“覆盖范围”。

3、所部署设备的复杂度及进而制造成本；尤其是用户房屋设备。

就每个用户所需要的频谱数量而言，这对RF和光学系统都是个问题。因为信号传送介质是辐射波，因此如果基本上同时存在足够多的辐射源，则很难分清哪个信号来自哪个用户及哪个信号打算送给哪个用户。这意味着对特定的用户密度这种所谓的干扰将占优势，而通信系统将变得不可用。通信系统利用其频谱越有效，该截止密度越高。因此，为了大市场使用，无线系统必须具有非常好的频谱效率来支持在大多数住宅区中会出现的用户密度。

有几种众所周知的提高无线系统频谱效率的技术方法；其包括频分、时分、码分和空分多路复用。频分、时分和码分系统通过以不同方式对要发送的信号进行编码来工作，以将尽可能多的信号与这些资源结合在一起，而不会发生不利的干扰。这些系统中每一种都增加了复杂性，由此也增加了必需设备的成本，但其回报是可以达到更高的用户密度。在实际系统(尤其是光学系统)中，这些方法中的时分多路复用可能是最直接和最容易实现的。

空分多路复用基本上是利用所发送辐射的几何特性，如准直角和有效范围，通过限制辐射的空间传播来减轻干扰。这意味着，从原则上讲，不在彼此范围内或彼此在特定角度范围内的设备组可以重用给定的频率而不会有干扰。这两种类型的空分多路复用是经过现代多扇区GSM基站小区证明的。

此外，关于空分多路复用，需要仔细设计发射器和接收器以便充分利用自由范围和角度。事实上，一些RF和大多数光学系统都利用高准直辐射光束，因此，这些光束的角展延范围很低；从而频谱的重用率可以非常高。

关于这些所谓“点对点”和“网格”系统的一个关键问题是对准和重新对准光束发射器和接收器的复杂手段成为必须，这又增加了单元成本及安装的复杂性和时间。这是因为用户的地理位置不是规则的几何模式，在这些位置所部署的设备必须能够应付这种问题。

另一个与自由空间辐射相关的问题是随着所使用频率的增加，更加难以布置可靠的辐射接收。例如，在长波(1,500m)无线发送(LW RF)中，这些波很容易穿过固体(非金属)结构(人造的和自然的，如植被、丘陵、山川等)并且很容易由简单的设备进行接收。但是，利用这种频率的辐射可以传输的信息量是非常有限的。在上面的例子中，理论上可能只允许400kbit/s的最大值。这对于大量宽带通信是完全不够的，大量宽带通信需要每秒发送数百甚至数千兆位。

在实际上，这意味着必须使用超过几GHz的频率。但问题是这种频率的辐射穿过固体物体比LW RF困难得多。事实上，这些频率的辐射基本上表现为可见光。因此，为了信息的传输，接收器必须在发射器的视线内。原则上讲这不是问题。但是在实际上，宽带访问无线通信系统通常要部署在高密度居住区，这意味着建筑物会挡住视线。因此，由于用户单元必须放置在突出位置，高于屋顶、在高建筑物一侧等，这些系统的设计和使用包括为安排用户和系统设备的视线或邻近视线定位而使用的更多时间和精力。这又会增加安装问题和系统的复杂性，而且在有些地区还会引起关于规划许可的问题，在这种地区规定不允许安装或展示大于特定尺寸或不符合特定审美观的物体。

通信系统单元的内部可见性问题通常称为“覆盖”，这个术语来源于蜂窝式或点对多点无线系统，其中用户单元(固定的或移动的)划分到地理区域(或“小区”)中，每个小区由一个多信道收发信机“基站”来提供业务。必须部署这种基站，使得该范围内任何用户都可以以很高的概率同基站通信。如果是这样的话，则称该用户单元被基站“覆盖”。

在本文中，术语“覆盖”用于表示用户与该系统其它部分通信的可能性，这不一定是指蜂窝式或点对多点系统。

特定的现有技术系统和技术

EP-1085707-Radiant Networks：“Mesh radio”system

EP-1085707描述了一种具有多节点的通信系统，每个节点都有用于无线发送和接收信号的无线发射器和接收器。每个节点还具有确定所述节点接收的信号是否包括用于另一节点的信息和如果所述信号包括用于另一节点的信息则将包含所述信息的信号由所述发射装置发送到另一节点的装置。每个节点都具有基本上只到另一个节点的单向点对点无线链路。因此，该专利公开了一种由位于用户房屋的无线收发信机设备(“节点”)对间很多准直无线链路建立的网络系统。在任何网络配置中，每个无线链路都是针对一个特定的发射器节点和一个特定的接收器节点。每个节点可能都有多于一条到一组其它节点的这种链路。所公开的网络系统是多跳或“网格”体系结构，其中每个节点都可以承载用于其它节点的业务和其自身的源业务和宿业务。节点是通过检查在每条链路上发送的信号以找出嵌在信号中的路由信息然后对该信息进行处理来实现该功能的。

该发明的频谱效率是很好的，但受其空分多路复用基于角(方位角)扇区的限制。这意味着频谱效率是通过使用高增益天线来获得的。提高频谱效率就意味着要增加天线增益，由此要增加天线孔径。因此，该系统的频谱效率是以增加其安装难度的大节点为代价获得的。此外，该系统在每个节点都需要对所接收信号的复杂解码过程来建立对整个网络的信息的路由选择。这又增加了节点成本和复杂性，由此增加了网络的经济性和安装的简便性。

WO99/45665 Airfiber：Hybrid Picocell通信系统

WO99/45665描述了一种包括大量微微小区(picocell)的自由空间激光通信系统。每个微微小区都包括单个向一个或多个(通常是很多)用户提供传统(RF)通信的基站。每个基站还包括至少两个利用自动对准机制在空间中机械定向的激光收发信机。这些光学收发信机使得可以构建点对点的基站网格来为终端用户业务形成中间回程网络。在该发明中，对终端用户的访问受以下现有技术装置的影响：RF蜂窝式收发信机系统。新的回程机制利用高准直光束作为固定的通信链路。此外，绝对需要精确地对准回程链路增加了基站设备的复杂性和大小。因为微微小区的范围是大约100m，这意味着为了对1平方公里的地区提供业务就需要大约30-35个这样的基站(假设有均匀的部署密度)。这种数量复杂安装的经济性易于限制大市场推广。

Nokia“Roof-top”无线系统

该系统在各种公有领域的文献中都有描述，例如在Nokia公开网站www.nokia.com上可以看到的一份白皮书“Nokia Rooftop WirelessRouting”，此外该网站上还有其它公开内容也对此进行了描述。

Nokia公开了一种屋顶安装的无线路由器系统，该系统声明为允许各种类型的电信运营商向比只利用有线装置可达到的更大的客户基数传送宽带访问。利用这些全向无线路由器，可以创建基于分组(IP)的多跳(网格)网络。这些路由器工作在具有可用于用户业务的有限频谱的免许可证RF波段(例如：2.4GHz和5.8GHz)。信息在到达另一类型单元(“空降场(airhead)”)之前要经过若干跳(一般是3-4个)，空降场用作对传统有线网络的入网点(POP)的数据集中接口。有限的可用频谱加上系统无线链路不受限制的广播特性意味着设备的部署密度是受限制的。通过系统本身支持对时间不敏感的基于分组(IP)的通信协议，这种情况在一定程度上可以得到缓解。但是，需要提供严格对时间敏感的业务，如E1/T1，将严重限制这种系统的容量。

US-5,724,168-Wireless Diffuse Infrared LAN System

US5724168公开了一种工作在密闭(室内)区域的无线漫射红外线局域网通信系统。该通信系统包括一个控制器和位于密闭区域内墙壁上与该控制器有效连接的基本全向的中心红外线收发信机。该系统还包括一个远端站和有效耦合到该远端站用于收发与全向红外线收发信机的通信信号的装置。

利用单频直视线或利用密闭墙面的反射，远端单元只与中心收发信机通信。因此该单元浸在基本上各向同性的辐射浴中。该发明中密闭墙面的角色是提供反射面，从而远端(移动)单元不需要指向中心收发信机。还公开了一种中心站和远端站之间的专用时分多址(TDMA)通信协议，该协议允许远端站和中心站在共享的各向同性红外线介质中通信。

由于室内系统依赖于来自不同表面信号的漫反射，而由于漫反射引起的信号衰减和漫反射在来自其它单元的反射信号中产生的“噪声”，这种漫反射对于室外规模是不可行的，因此，室内系统很显然不适于室外公共宽带通信网络。

宽带无线访问系统的要求

上述例子证明这些现有技术系统足以支持实际的大量通信网络。

有利地，对于这种技术，应当可以获得以下特性：

1、可用频谱最优地用于和重用于高部署密度(即，每平方公里超过1,000个用户)。

2、系统应当能够向相当数量的用户同时传输宽带(即，多兆位/秒业务)。

3、系统应当对低密度和高得多的密度(如上)都可以经济地部署。

4、原则上讲，其应当可以直接布置用户群的100％覆盖率。

5、系统应当足够可靠，从而实现有竞争力的业务可用性。

6、系统应当圆满地支持现有业务，并且具有支持新的不可预见业务的显著余地。

7、用户设备应当尽可能简单，从而尽可能低成本。因此，如果可能，应当避免使用复杂方案，如码分多路复用。

8、用户单元应当尽可能小和轻，并且不包括移动部分(例如，对于定向激光器和天线)，该移动部分易于负面影响单元的可靠性。此外，野外站应当有尽可能长的安装和业务寿命。

9、用户设备应当很容易安装和很可靠地工作，只需要最少的设备和技术。(事实上，理想地，用户应当能够安装他们自己的设备。)

10、系统应当能达到工作中显著的灵活性及圆满地与现有安装站协作。

发明概述

本发明提供了一种基于经过修改的信号自由空间光传输的大量通信网络系统。

该系统包括至少一个，优选地多个“片区(patch)”。每一片区都包括网络用户的一个地理分组，每个用户都有一个安装在他们房屋或附近及周围环境中各种物体，如建筑物上的用户单元(SU)。

本发明的一个重要方面是利用在片区中和片区周围环境的物体，如建筑物，来修改信号在片区内在SU之间传播的方式。

置于空间中的物理物体具有于电磁辐射在中间空间中的传播相关的某些属性。

在这些中间空间中的传播模式主要依赖于以下特性：

1、辐射的大小和频率/波长的绝对值和与物体大小相比的相对值；

2、物体的形状；

3、物体相对于彼此的布置；及

4、物体的表面光洁度，即它们是吸收性的、传导性的、反射性的还是以上所有三种的组合。

在考虑物体的该布置时，不包括中间空间完全被物体包住(即，如在建筑物内部)的布置。

对于在室外修建公共空间-都市、城镇或乡村等中的环境类型，以上特性可以限制为：

1、短波长辐射-实际上是大约10GHz及更高，包括但不限于频谱的红外线区。

2、建筑物大小的物体-几十米高并相互隔开几十米。

3、这种物体基本上是多边形的，具有至少一条几乎垂直的边，实际上是位于街道、街区、校园布置中的一般建筑物-房屋、办公室、工作间等。这些物体的总体布置(包括栅栏和树木)称为“物体区”。

4、这些物体通常是吸收性的，具有少量的反射性。

在辐射以“视线模式”传播的频率(如上所述)，在给定物体区(OZ)周围分布的某种抽象全向辐射源配置将导致产生一个或优选地多个包括全部抽象辐射源中的一个子集的空间“自由传播区”(FPZ)。在FPZ中，来自每个包含的抽象源的辐射辐射到该FPZ中所有的其它源，而不辐射到(该FPZ之外的)任何其它源。

对于给定的OZ，有很多种可能的FPZ配置的可能性。但是，对于给定的OZ，可实现的FPZ配置个数依赖于填充OZ所允许的抽象源的个数和布置。在大多数实际情况下，对于OZ及其源，有大量的可实现的FPZ。

实际上FPZ的使用是由以下因素/考虑定义的：

1、两个不同FPZ的辐射之间不存在干扰。这意味着这些FPZ中所采用的频谱带宽可以相同。

2、FPZ可以由与OZ的范围相比非常小的差别(例如，墙或建筑物的厚度)空间上隔开。因此，FPZ可以非常密集地聚在一起。

3、FPZ构成一种组织通信网络有用方法的基础。

从通信网络的角度，期望可实现FPZ配置有以下特性：

1、假定每个物体大约一个抽象源，且没有物体有多于(比如说)10个与之关联的源，应当创建尽可能多的FPZ。

2、FPZ应当可以利用物体上可合理接触到、但不会被移动物体，如人、机动车辆等挡住的位置(例如，低于屋顶高度)的源实现。

在大多数实际情况下，假定有一特定的OZ，不能很明显地知道有多少源及源的布置应该是什么样子来生成最大数量的实际FPZ-并由此产生最高频谱效率。因此，给定任意OZ的可能FPZ特性(独立于技术)，本发明有利地涉及：

1、以理论(或概括)方式公开了FPZ/OZ和相关概念，

2、示出了如何开发某种可实现FPZ或任何OZ以构成经济、高性能、高密度无线通信系统基础的原理，

3、公开了优化用于任何OZ的FPZ配置方法的基本元素，及

4、公开了利用这些原理的设备设计及其安装的基本元素

可实现和装配的FPZ称为“片区”。

因此，根据本发明的一方面，提供了一种宽带大量通信网络系统，包括：

多个片区，

每个片区都包括多个用户，

每个用户都有各自的用户单元，该用户单元用于向其它用户发送信号及从其它用户接收信号，及

各个片区是通过片区接口点互连的，

在该系统中：

每个用户单元都包括用于让用户访问该宽带大量通信网络系统的室内接口单元和用于发送和接收信号的室外安装通信单元，

该信号加到工作在红外线到紫外线范围的频率的载波信号，

安排各片区的用户单元基本上全向发送该载波信号并通过片区内的直接视线连接通信，

各片区中和/或其周围的物体用来确定和/或修改载波信号的传播模式并限定片区边界，及

每个片区接口点都通过与片区内各用户单元之间的通信装置不同的通信装置连接到来自至少两个邻接片区的各用户单元。

因此，本发明使用物体在周围环境中的阴影属性将空间划分成区域，称为“片区”，其中无线频率信道可以重用，而不会干扰邻近片区中的同一信道。这样做的好处是通过空分多路复用实现高频谱效率。

在下述的一种优选实施方案中，SU连接到其用户的客户房屋设备，而且可以通过加到工作在电磁频谱红外线(IR)区域的载波上的信号在彼此之间传递信息。这种频率比射频更容易吸收更多而散射更少，而且这允许构成定义好的片区边界。

SU基本上是全向的，且一个特定片区中所有的SU在彼此的直接视线内。这允许最大带宽被包括到片区内的可用频率，还意味着SU不需要很精确地对准。相似地，不同片区中的SU不在彼此视线内而且不能直接通信。

片区的最大直线范围可以是大约200m的数量级。有大量现有技术显示IR信号在这种距离上传播的大气削减不会影响系统的可用性。

不同片区中SU的不可见性主要是由于安装SU的自然和修建的环境中的物理障碍物。物理障碍物的例子是建筑物墙壁、栅栏、树木、地理特性等。

因为典型高密度用户环境中的建筑物和其它物体有效地吸收高频辐射，如IR，因此本发明可以实现很高的频谱重用(由此实现高用户密度)。该高重用主要不是由于设备的设计-而是由于设备部署作为系统的方式。使用这些阴影效果还意味着SU不需要安装在屋顶或烟囱上，而是可以安装在低得多的地方。

为了避免需要有效地重新定向或对准发射器和接收器，SU信号优选地以基本全向的方式发射和接收。该特性显著地降低了设备成本和复杂性，并且由于设备大小和重量的降低，在很大程度上方便了物理安装。

通过利用片区互连单元(PIP)将片区互连，从而源自特定片区的信号可以传输到网络中其它任何位置。因此，片区不仅可以传输从该片区内部发出到该片区内的信号，还可以传输从其它片区接收或传输到其它片区的信号。

小单独互连片区的关键好处是：

1、可以看到，如果使用小片区，则需要较少的系统资源(时隙)。

2、相应地，网络吞吐量比较高，(而可能的拥塞比较少)，

3、IR频谱重用比较高-由此有最大部署密度。

IR的使用意味着大量带宽可用于承载信号，由此向许多用户同时提供多兆位业务是可行的。

根据本发明的另一方面，提供了一种提供宽带大量通信的方法，包括：

构成多个片区，每一片区都包括多个用户，

向每个用户提供各自的用户单元，该用户单元用于将信号发送到其它用户和从其它用户接收信号，每个用户单元都包括用于让用户访问系统的室内接口单元和用于信号发送和接收的室外安装通信单元，

定位各片区内的用户单元，从而利用片区内直接视线连接来通信，

将该信号加到工作在红外线到紫外线范围的频率的载波信号，

基本上全向发送该载波信号，

使用各片区中和/或其周围的物体来确定和/或修改载波信号的传播模式并限定片区边界，及

利用片区接口点使各片区互连，各片区接口点都通过与片区内各用户单元之间的通信装置不同的通信装置连接到来自至少两个邻接片区的备用户单元。

本发明的片区内和片区间通信方法设计为精密地仿真一段缆线中的通信方法。因此，本发明对终端用户协议是透明的。

由于设备设计的相对简单性和安装的容易性，运行成本可以保持较低，由此本发明向运营商提供了一种经济的网络构建方案。

附图说明

通过实例并参考附图，对本发明做进一步描述，其中：

图1a说明了根据本发明一种用户单元(SU)的典型安装；

图1b按比例说明了一种现有技术无线用户单元的典型安装；

图2说明了部署在一典型建立的区域内以构成片区的几个SU；

图3a示出了一类总体上包括不透明和透明分段的多边形片区边界；

图3b示出了设计来应付不尽理想片区边界的SU的特定特性；

图4是SU一种实施方案的方框图；

图5说明了利用片区接口点(PIP)的片区互连；

图6a示出了被多个互连片区覆盖的区域；

图6b示出了从所部署PIP角度看的图6a区域，其中PIP之间的连线表示片区的多路由网；

图7是PIP一种实施方案的方框图；

图8是核心网络接口(CNI)一种实施方案的方框图；

图9是显示根据本发明网络的控制和管理方面的图；

图10a是表示本发明在一直周期性重复的时序中单元的活动的表；

图10b示出了图9网络的分段，对该分段中的两个部分说明了其时序中的活动；及

图11是对应于图4但示出SU一种经过修改的实施方案的方框图。

优选实施例的详细说明

现在参考附图对本发明一种优选实施方案进行描述。

片区

本发明的一个主要部分是片区10，图2说明了其一种实施方案。根据本发明的网络系统包括一个或多个这样的片区10。

每个片区10都包括两个或多个用户单元(SU)12和构成片区10概念边界的各种不同物理障碍14。片区10的SU 12安装在例如各建筑物16上，从而它们每个都在彼此视线内，而且片区边界14的不透光部分对其它片区10中的SU12屏蔽该边界内的SU12。

物理上，每个SU12都包括两个基本部分：室外安装的通信“头”单元18和让用户访问网络系统的室内接口单元20。这两部分18、20是通过适当的短程缆线组件22连接的。这在图1a的图中进行了说明。

图1b的图示出了一种现有技术的无线单元——大致成比例。可以看到现有技术单元比本发明SU 12大得多(这是由于天线的物理性质)。此外，不象现有技术单元，本发明的SU 12不一定要安装在屋脊之上-而是可以低很多。

SU 12安装高度的限制只是：

1)足够高以通常高出人和机动车辆等的活动范围，

2)视力安全，及

3)足够低到可以利用建筑物16的垂直(或几乎垂直)表面来构成片区边界14的一部分。

图2中的图说明了实际上如何实现典型的片区。

每个SU 12都包括如下所述的发射器子系统和接收器子系统，布置成以基本全向方位角方式发射和接收IR辐射。在升级当中，该模式可以更加准直。SU 12还可以修改以具有修改这种辐射模式来考虑非理想片区边界14的能力。片区边界14可以看成是具有1条或多条由以下元素组成的边的不规则多边形：

1)不透明障碍物24(如砖墙)

2)开口26(如没有墙；开放空间)

3)这些的组合。

这在图3a中做了说明。在实际的环境中，将会遇到很多不同类型的片区边界，这取决于建筑结构、植被、地形等。

当候选片区边界有完全不透明的元素时，不管其确切形状是什么，片区的构成都是最简单的。但是，实际上会遇到非理想的边界28。为了能够应付尽可能多不同类型的片区边界，SU设计成具有以下特性：

1)抑制辐射在任意方位角范围内发送和接收的能力。一种实现该能力的众所周知的方法是：

a)划分成独立的固定扇区，即发射器子系统或接收器子系统或两者都有，

b)布置这些固定扇区，从而各扇区的辐射轴分别指向地理上的不同方向，但所有扇区构成一个连接的整体；及

c)减少一个或多个发射器部分发射的功率，或一个或多个接收器部分的灵敏度，或两者兼有。原则上讲，以这种方式，可以通过在360度弧上延伸来修改收发信机全向模式，从而只有270、180、90度等被照射。

2)安装在嵌入建筑物墙壁或短(＜1m)平衡支架上的能力。从而SU的直线布置将是相互可见的。

3)改变SU发射功率或接收器灵敏度或两者兼改变的能力。其效果是增加或限制单元的有效范围。

图3b以特定非理想片区边界说明了这些特性的使用。这些类型的边界在沿直线辅路排列的高密度、低层居住区很容易遇到。

参考图4，对一种优选实施方案中SU 12的元件进行描述。有四个主要部分：

1)IR发射器子系统(TX)30，

2)IR接收器子系统(RX)32，

3)包括2个单工缓冲器36、38(FIFO)-“输出”和“输入”的用户接口34，

4)发射缓冲器(TX_FIFO)40。

同发射缓冲器TX_FIFO 40一样，用户输出缓冲器36连接到IR发射器子系统TX 30。IR接收器子系统RX 32连接到发射缓冲器TX_FIFO 40的输入42和用户输入缓冲器38。这里关心的有三条基本数据路径，SINK路径、SOURCE路径和TRANSIT路径。由接收器子系统RX 32检测的IR信号(由箭头R表示)转换成数字电子形式并送到用户输入缓冲器38(在该SU使用数据-SINK路径)或送到发射缓冲器TX_FIFO 40用于对另一SU12的向前处理(TRANSIT路径)。发射缓冲器TX_FIFO 40被接收数字数据并将其转换成用于IR发射的适当信号(由箭头T表示)的发射器子系统TX 30清空。来自用户输出缓冲器36的数字电子数据也送到发射器子系统TX 30用于相似的转换和发射(SOURCE路径)。

为了系统能够正确工作，片区10中各SU 12的工作必须协调。为了这个目的，每个SU都具有一个控制器44，控制器44包括用于规则时钟间隔(“时隙”)执行的存储指令程序，该时隙对网络系统的其它元件是通用的。例如，不同SU 12中各时钟的同步可以通过为每个SU 12提供对主参考时钟(如利用GPS系统可获得的时钟)的信号的访问来实现。

在控制器44控制下由SU 12执行的主要指令类型是：

1)什么都不做。(NOOP)

2)从内部发射缓冲器TX_FIFO 40取一数据片区，转换并发射它。

3)接收数据并将其附加到内部发射缓冲器TX_FIFO 40。

4)接收数据并将其附加到用户接口输入缓冲器(IN)38。然后以下述方式对该数据进行处理。

5)从用户接口输出缓冲器(OUT)36取一数据片区，并将其传送到发射器子系统TX 30进行转换和发射。

每个SU的存储程序可以从中心网络管理设备空中下载。

在图2的图中，实际使用的互连示为单元之间的线。应当注意，这些互连可以非常迅速改变-从片区10增加/删除用户或对片区10中业务量负荷的变化作出响应-而不需要物理移动任何物体(野外单元、支座等)。

图4中SU 12的修改在图11中示出。相同的部分用相同的标号表示。在SU 112中，增加了一个附加的IR发射器子系统(TX2)130和一个附加的IR接收器子系统(RX2)132。以与发射器和接收器子系统30、32相同的方式，这些附加的发射器和接收器子系统130、132分别连接到用户“输出”和“输入”缓冲36、38，还连接到发射缓冲器TX_FIFO 40和控制器44。然后，与SU 112关联的信号发送或接收的各角度部分分配它们自己的发射器和接收器子系统30、32或130、132，将控制器44布置成在一特定角度部分中选择合适的发射/接收对。以这种方式，对来自SU载波信号的抑制可以在选定的角度范围中实现。

为了更精确控制，还可以添加附加的发射器和接收器子系统。

片区互连

因此，在片区10中，通信路径可以在多个任意的用户对之间建立，以便允许它们基本同时地互相通信。为了允许用户与不在同一片区10中的其它用户通信，信号可以在片区10之间传送，如图5所示。

为了实现这种目的，片区10还包括一个或多个连接到称为片区接口点(PIP)46的第二种类型单元的SU 12。为了确保最佳频谱效率，这些连接由与片区中SU 12之间的不同介质执行是很重要的。在本实施方案中，这种连接是通过短程缆线实现的。因此，PIP 46表现为对于SU 12的室内接口。这样连接的SU在下文中称为“入口”单元48。通常一个入口48连接到一个PIP 46，而一个PIP 46连接到不同片区10中的两个或多个入口48。

PIP 46可以是室内或室外安装单元。因此，PIP 46位于两个或多个片区大体在空间上邻接的位置，例如，建筑物的相对两侧。在下面图6a中说明了一些互连片区。在此图中，为了清晰，只示出了PIP 46和片区边界14。

因此，现在先看PIP 46而忽略片区10中的SU 12，我们可以将总体网络看成一组(原则上讲)全互连PIP 46，如图6b中的图所示。该图中的线表示由片区10(即，SU 12和使用它们的区域)支持的PIP 46之间的连接。这构成了在其上传输用户数据的丰富“网”。有多个可能可用的冗余路由，这显著有助于提高网络的可能吞吐量、增强其对拥塞的处理并显著改善其可靠性/可用性属性。

不管出于什么原因，如果片区10中的一个SU 12失败，则对于直接连接到该故障单元的用户来说，业务只需中断一点儿时间。当检测到单元故障时，可以远程重新定义片区连接，从而其它用户的业务不受影响。如果需要，可以对受影响的特定用户进行一种业务调用来代替SU 12；不需要其它野外行为。这是一个非常重要的因素。

PIP 46可以看成是可编程交换机，包括图7所示元件并具有如下两个子系统：

1)多个双工接口缓冲器50-每个缓冲器用于一个连接的SU 12。

2)交换机网52，被传送给来自缓冲器50的输入，并将数据附加到缓冲器50。

还提供了包括参考时钟的控制器54，用于控制PIP 46的操作，从而在每个时隙(见上)PIP 46做以下工作：

1)为该时钟滴答建立交换机网路由表，

2)读所有的输入缓冲器IN_FIFO 50，

3)根据交换表操作交换机网52，从而将交换输入数据移动到适当的交换输出端口，

4)将交换输出端口的内容附加到输出接口缓冲器OUT_FIFO 50。

以这种方式，用户数据在源SU 12和目的地SU 12之间连续传输-可能途中会经过许多片区和PIP 46。

当然，PIP 46还可以由点对点无线链路，如由现有IR或RF链路产品支持的点对点无线链路，进行互连。但是，这存在要提供附加设备用于安装、维护和管理的可能缺点，而且可能引起片区内的干扰问题。

为了理解为什么本发明优于传统的微微小区技术，设想一种场景，其中基站(BS)相当于PIP，用户远程站(OS)相当于SU。一个微微小区中所有的OS都与BS在视线内(尽管不需要彼此都在视线内)，且一个OS只与该BS通信。在静态情形下这会适用。但是，由于以下原因，这种方法存在缺陷：

1)随着系统的增长要覆盖更多用户，有必要在任意点互连片区/微微小区。在BS/OS模型中，这需要新的基站。而在片区结构中，全部所需的只是PIP 46与一个现有SU 12的连接。这在物理上更加容易和便宜。

2)允许SU 12的全/任意互连使得可以在片区10中存在冗余路由-例如以缓解到入口48的视线暂时丢失。而在BS/OS模型中，这是不可能的。

3)为了实现最好的频谱效率，优选地，片区10中所有SU 12都在彼此视线内。但是，在根据本发明网络的早期发展中，这可以放松，从而稀疏填充的片区是可能的。这意味着片区10中所有SU 12都可以通过片区10中连接的结果逻辑网连接到合适的PIP 46。微微小区模型不允许这种灵活性。

事实上，PMP或微微小区拓扑结构是很多种可以利用片区元件可编程特性实现的拓扑结构中的一种实例-见下。因此，本发明包括现有技术的系统拓扑结构，但以一种更通用和实用的方式用于宽带、高用户密度系统。

连接到回程网络

在用户需要只有通过连接到核心(或主干)网络才可获得的业务(例如：不利用本发明与其它用户通信)时，使用第三种类型单元，即核心网络接口(CNI)56，如图6b中所示。这确保信号可以从根据本发明网络的分段58到达核心网络的干线60，反之亦然。这种类型的连接需要比PIP 46所需的更多的功能，而且在根据本发明网络中比PIP 46少得多的位置需要这种类型的连接。因此，经济上要求需要附加的专门单元充当该角色。可能需要一个或多个CNI 56来装配一个给定的区域。CNI 56在图6的图中示为方盒子并，如图所示，优选地通过缆线连接到一个或多个PIP。

CNI 56只关心数据接口，而不关心用户的业务覆盖。因此，CNI 56可以位于网络中任何位置，但优选地靠近合适的核心网络入网点。

来自所有连接用户的数据以时间加扰方式到达CNI 56，在该方式中，连续的时隙可能包含来自不同用户的数据。因此，CNI 56的关键任务是处理这种聚合的用户数据流并将适当解开的这些数据流传送到核心网络。

CNI 56可以设计成使这种解扰可与标准的数据聚合及到核心网络的接口功能分开。以这种方式，根据本发明的网络可以独立于网络运营商和用户所使用的实际传输协议。

就其内部功能而言，CNI 56类似于PIP 46，如图8所示。但是，CNI56具有同标准核心网络接口的附加功能。参考图8，CNI可以看成是包括图中标记为“P侧”和“S侧”的两部分62、64。在P侧，数据是根据本发明原理和操作处理的。而在“S侧”，数据是根据某种标准传输协议，如ATM、IP等，处理的。

CNI 56的主要子系统是：

1)多个双工接口缓冲器66-每个缓冲器用于一个连接的PIP 46。

2)连接到接口缓冲器66的交换机网68。

3)包括多个缓冲器(原则上讲，网络分段中每个业务连接有一个缓冲器)的业务端接子系统70。这些缓冲器一侧连接到交换机网68，另一侧连接到适当的业务多路复用器(核心网络网关(CNG))72。

4)CNG 72(现成元件)将业务端接子系统接口到标准核心网络接口74(例如，OC-3/STS-3c、STM-4等)。

包括参考时钟78的控制器76控制CNI 56的操作，从而它在每个系统时隙中执行以下功能：

1、从PIP接口缓冲器(FIFO)66读数据，并将这些数据放到交换机网70的相应端口缓冲器。

2、根据交换机网路由表，将时隙数据从输入端口侧移到输出端口侧。原则上讲，每个当前活动的用户电路都有一个输出端口。因此，CNI交换机网68的任务是将任何端口(k)上时隙Tj中的数据移到适当信道(x)。

3、再根据交换机网路由表，将来自用户信道x的数据移到适当的输入端口号和时隙。(操作2的互补操作)。

4、每个用户信道上的数据被业务端接单元70缓存，以便同由CNG 72支持的基于标准的网络传输协议接口。业务端接单元70的输出是一组适于由第三方CNG多路复用器72聚合的数据电路。

系统的端对端系统操作

为了在理论上理解如何配置元件以便使网络能够工作，考虑以下内容。

本发明采用时分多址(TDMA)体制，这是一种关于上面概述的同步的标准技术。根据该技术，通过图10a中所示的图表，人们可以看到网络区域一个分段中所有单元的活动。在此图中，以系统时隙T0、T1、T2等量化的时间沿x轴绘制。y轴分成SU 12、PIP 46和CNI 56。该表中的每个单元76都可用于表示每个这样的单元在其特定时隙内干什么。时间轴是循环的，因为在一定数量的时隙后，重复所有活动。在下面的描述中，我们称这种重复周期为“超帧”。

图10a的图表还示出了两个“电路”，在图10b所示网络分段中标记为“电路A”和“电路B”。每个这种电路都是由上述关联SU 12和PIP 46的协同行为支持的。例如，电路B用户要求并被给予了电路A用户两倍的带宽。因此，电路B使用两个时隙，而电路A只使用一个时隙。

如下面所讨论的，网络管理软件负责确定和配置超帧每个时隙(或上面表中的每个单元)中合适设备(即，SU 12、PIP路由表、CNI路由表)的行为，以实现所需的数据连接。当用户提出业务请求时，管理软件执行这项任务，同时还执行网络操作。

当由网络管理软件进行配置时，图10a的表可以看作是一组水平条-每个单元12、46等都有一条-每一条则表示用于各单元的具体操作指令(或“操作程序”)的一个循环列表。这在图10b中分别对PIP 46和SU12进行了说明。管理系统将这些和相关列表加载到网络单元以允许网络工作。

网络管理

本发明的网络元件是由网络管理系统78的业务器软件，例如位于网络运营商的网络控制中心80、或IT控制室(在专用网络的情况下)，进行远程配置或管理的。这在图9中说明。

在例行操作中，当网络承载用户业务时，原则上讲不需要网络管理系统的干预。SU、PIP和CNI单元以上述自主但合作的方式工作，将数据通过网络进行传输。但是，如果网络元件需要配置或重新配置，则需要该网络管理系统的业务。

在这种情况下，通过位于网络中方便点(例如，在CNI位置)的一个或多个代理“元件管理器”82，在从公共电信网络众所周知的，网络管理系统78利用独立的网络控制和管理中心81将命令和数据发送到网络元件(SU 12、PIP 46等)并从这些网络元件接收命令和数据。

由网络控制和管理中心81使用的管理网络可以在本发明所提供网络业务的上层实现-所谓的“频带内”管理网络-同样，这也是公共电信网络通用的。

例行程序和操作过程

如上所述，网络元件的经济性意味着它们的内部时钟不是理想的，因此会在时间上漂移-即相对于网络时钟标准走得更快或更慢。从专用的主参考时钟，如铯原子钟，或可能更方便地，从来自全球可用的全球定位系统(GPS)卫星网络的信号，可以获得高精度标准时钟信号。利用实例，通过以下描述可以实现连续的单元同步：

1)作为例行操作的一部分，当与适当标准同步时，所有网络元件都周期性地发送它们的内部时钟信号。

2)此外，作为例行操作的一部分，所有单元都周期性地开启它们的接收器来检测这些信号。这种信息可以由单元用来(通过各种众所周知的方式)同步它们的内部时钟，然后根据上述1)重新发送信号。

本发明需要上述的内部同步。但是，这种同步不一定需要与由本发明承载的用户层，如EI/TI，业务的任何同步相同或相关。

网络安装

在由本发明支持的新区域内提供业务是通过下面代表网络运营商的活动实现的：

1、确定哪个用户将接收业务及何时接收。

2、构建网络基础设施。

3、网络的稳态工作-例如，确保遵循业务层(SLA)协议并管理故障和用户流失。

本发明体系结构允许这些活动在定时和排序上的很大灵活性(不象PMP和有线系统)，而确切使用哪种将依赖于特定运营商的策略和财务管理。

有利地，在新区域内提供业务可能包括以下步骤：

(A)通过数字地图数据或通过野外观察，确定一个扇区中哪些现有的建筑物配置可用作片区。

(B)在建筑物上放置野外单元，从而创建“片区结构”-可以利用GIS/DTM来容易地实现这一点。

(C)对网络(片区结构)中的每个用户单元和PIP计算“工作程序”。该工作程序告诉它的单元在特定时间周期操作其发射器还是接收器(也可能两者都要)。

(D)将“工作程序”下载到网络中每个单元。

(E)命令网络中所有单元开始执行它们的工作程序。这会造成在网络中规定位置之间出现物理层连接。

(F)当网络的变化时，通过增加或删除用户或通过修改它们的业务契约，关键单元工作程序要重新如上所述计算、下载和设置执行。

(G)需要时，在用户房屋和核心网络接口，将合适的可能标准的设备与网络连接。

例如，下面说明了根据本发明的网络如何在一个新区域中建立。

A)确定该区域的可能片区结构。

这是由合适的网络规划软件执行的-利用数字地图或照片区数据作为输入。与需要三维数据的现有技术系统对比，原则上讲，本发明规划只需要简单的二维(规划)数据，现有技术系统需要三维数据是因为在这些系统中建筑物顶部的几何特征是严格的。本发明规划只需要二维数据是因为片区10的现有网络主要是利用垂直障碍或不存在垂直障碍，如墙壁，来定义的。从二维地图数据中就可获得关于建筑物墙壁布置和其它特性的关键信息。

关于扩建策略的类型，有很多种可能性，下面是一些实例：

1)从合适核心网络入网点和CNI 56向外连续有组织地生长(“晶体生长”模型)-所有SU 12都获得收益。

2)第一阶段：建立基础设施-SU 12和PIP 46的低密度“框架”网络，不是所有SU 12和PIP 46都获得收益。第二阶段：通过在框架的不同区域添加收益发生用户来增加框架网络的密度。

3)晶体和框架生长方式的混合。

本发明可以支持在实际上用的任何一种方法。

B)基于销售和市场输入，安装野外单元和连接合适客户房屋设备与室内单元。

如上所述，SU 12和PIP 46要求直接安装-最高为屋檐高度。在第一种情况下，设想该安装是由运营商(或立约者)而不是用户自己完成的。

C)为SU、PIP和CNI单元计算工作程序。

其利用上述原理确保系统单元已经按合适的指令集准备好启动来支持当前或规划的网络加载。

D)为所有单元下载工作程序。

当已响应用户的业务请求，计算出电路，(利用管理网络)该工作程序分发到电路中每个单元。

但是，该程序不是一下载就立即执行，而是遵循下一步骤。

E)当所有程序都已经圆满地接收，所有单元的指令开始执行它们的程序。

这种“两阶段实施”方法确保网络的电路结构不会被缺少上下文程序-当由于某种原因，一个或多个下载未成功时可能发生这种情况-破坏。

F)在稳定工作之前执行基本业务测试。

当所有程序都运行时，从原则上讲，这意味着所有用户都具有其期望的连接。通过执行某种端对端测试和性能检查，这一步在用户发送数据之前检查该连接是否可用。如果通过该测试，则用户可以自由地发送数据。如果没有，则运营商还需要做进一步的诊断工作。

G)如果业务或网络配置改变，则确定哪个单元受影响并重新进行上面从步骤C)开始的动作。

假定对所有其它业务电路的约束由网络同时操纵，如果用户希望改变其电路-删除该电路或改变其一些参数(例如，最大带宽)，则在合适的时间释放旧分配，并计算新电路。

替代方案

以上描述涉及本发明的特定优选实施方案。应当理解各种修改也是可能的，以下可替代布置也完全在本发明范围之内。

1)每个SU 12优选地都是固定的。但是，可能有一定程度的移动性和可便携性。

2)SU 12的头单元优选地安装在建筑物外部，但它也可以安装在室内、窗户后面或其它合适的孔隙。

3)为了使入口SU 48及普通非入口SU 12能够获得收益，可以为SU 12作好准备连接到用户的客户房屋设备及PIP 46。

4)本发明着眼于IR作为载波介质，但原则上讲，频谱的其它较高频区(如可见光、紫外线)也可以使用。

如上所述，本发明具有很多显著优点，下面列出了至少其中一部分。

主要产品设计的简单性-经济性和共支性(financial)

14、接入网络解决方案可以只通过3类产品建立-以大的通用性保证了早期高密度部署。

15、产品本身的尺寸可以很小，而且不要求屋顶安装-避免了规划许可问题。

16、一旦安装，就不需要移动部分来调整或重新调整产品的方向。

17、技术焦点是在PHY/MAC层-不强制使用Edge/Bearer业务/技术-例如语音、数据、多媒体等都有可能。

18、设计灵活性-考虑到在系统顶层建立第三方IP和ATM等解决方案。

19、测试和制造可以简化-将所需的单元和集成测试量减到最少。

20、所需的开发量和程度及测试设备和技术可以减到最少。

21、开发的时间量程可以减小。

22、所需的客户开发量-硬件和软件-可以减到最少。

23、所需的第三方集成量和许可证费用可以减到最少。

24、工具量-台柜、内部制模等-可以减到最少。

25、引入制造复杂性-厂商数量可以减到最少。

系统体系结构的选择

1、SU从第一天开始就可以非常密集地部署。可实现的最终密度与无线广播比特率有关，与产品或系统体系结构无关。

2、该系统具有固有的冗余，及在较高层添加更多冗余的可能性。

3、该系统固有地克服了恶劣天气条件下关于IR传播的问题。

4、SU可以用在室内也可以用在室外-也可兼室内和室外。

5、该系统可以应付多播/广播及点对点业务。

避免地理覆盖率的限制

该系统使用对传统系统成问题的城市和半城市地形的关键特性。

避免由于管理问题引起的延迟

1、不需要无线操作许可证。

2、可能的小尺寸使规划许可问题容易解决。

3、不需要遵循某种麻烦的(ETSI)标准。

关键网络运营商好处

1、原则上讲，高带宽对所有客户都是可用的。

2、有一组很丰富的获得收益业务类型可用。

3、前期资本支出要求较低-没有基站等。

4、收支平衡点早得多-可以开始获得收益快得多。

5、IR不涉及目前的管理许可证问题。

6、从规划许可等角度看，所部署的SU很可能尺寸很小而且不显眼。不要求高安装，也不要求任何特定的对准。从人力/健康和安全角度看，这使得安装容易和便宜得多。还存在用户自己装配用户单元的可能性。

7、灵活的网络规划和管理。

网络/系统管理技术/过程可以是固有自动的和简单的。不需要在安装时或以后调整SU的方向。

下面给出了如上所述的本发明一些重要的特性方面。

1)作为一种系统特性，在创建片区和进而的可行网络中，不可见性(即，建筑物障碍)的使用同可见性一样重要。

2)片区是一种新的空分多路复用手段-允许非常高的频谱重用。不象有竞争力的RF系统，对于发生和接收装置实际上限制为单频信道的红外区，尤其需要这种技术。

3)使用基本全向的红外线单元可以用来缓解定向和对准问题。

4)使用PIP和短程线路互连片区。

5)使用简单、低成本、通用预编程(或数据驱动)单元来精心安排系统行为。

6)使用纯TDMA结构实现必需的数据路由。(其效率来自与上面2)的组合)。完成该工作不需要使用特定的路由协议(例如，IP、ATM)，从而使得网络完全类似于原始有线网络。

为了说明本发明的灵活性和独特性质，在下面段落中提到了所述本发明的更多特定特性。

1、用户设备可以是静止的或在一定程度上移动的，或者是两种类型的混合。

2、单元以对等方式工作-与蜂窝式基站/远程站系统相比。

3、本系统不需要基站-或任何其它高外形收发设备或房屋设备。

4、信息在用户设备和片区接口设备(PIP)之间以一系列步骤或跳传输。

5、因此，通过PIP，片区以任意方式互连-只要该方式适于信号在本地用户之间或用户和核心网络之间的最有效传输。

6、可以认为SU和PIP能提供覆盖一地理区域的互连收发信机“片区结构”。

7、原则上讲，使用无线传输-避免需要直埋或铺设缆线。片区是通过一般包括光学单元和互连单元之间的短(＜100m)程缆线的PIP互连的。

8、优选地，SU只为两种主要目的发送：1)周期性地在整个网络传播定时信息；及2)当发送用户或系统信息时。

9、优选地，SU只为两种主要目的接收：1)周期性地检测用于单元同步的定时信息；及2)用于用户或系统信息。

10、SU通过一般短(＜100m)程合适缆线连接到室内用户接口。

11、在本发明的一种实例中，用户单元安装在建筑结构(如建筑物、灯柱、桥等)上。这些建筑结构可以是也可以不是用户房屋。用户单元不必连接到任何用户(在这种情况下，所有信息都被单元转发；不消耗也不产生)。

12、一个用户单元可以向多于一个用户提供业务；例如，在一个公寓街区中(或其它多房屋单元)。

13、本系统使用基本上方位角全向(在水平面)而仰角准直(在垂直面)的辐射模式。这是为了避免需要移动部分来重新对准和方便安装和放置问题。

14、为了微调辐射模式来考虑到不好的片区几何特性-辐射的全向性质可以通过使不同角范围无效来修改。这与网格系统正好相反。

15、本系统使用低功率辐射，从而使1)其在很多部署中是视力安全的，且2)不受阻碍范围(见下一点)限制为最大150m。

16、与长距离系统-尤其是红外线系统相比，这个范围意味着与大气吸收和散播相关的问题被降低或消除了。

17、片区的一种功能是允许增加发射功率来减轻天气影响-而不会不利地引起干扰。

18、本系统基本上固有地使用空分多路复用，空分多路复用采用典型大量市场地形和建筑物结构及单元定位，从而辐射包含在定义好的小地理区域，或“片区”，中。在其它系统中认为是问题的东西被对本系统有利地利用。

19、因此，SU优选地安装在低于屋顶高度，以便允许形成有界的片区。因此，片区是由修建的/自然的环境中的物理障碍定义的。

20、原则上讲，片区是可以物理重叠的。例如，在高层建筑城市规划中，由于单元的准直垂直辐射模式，通过在不同高度平面安装单元，可以形成独立的片区-这允许甚至更高的频谱重用，并且，从原则上讲，向用户提供更多的可用带宽。

21、原则上讲，业务可以从网络中任何SU注入和提取；从而允许网络结构和增长的灵活性。

22、优选地，在本发明中，片区中所有SU彼此是可见的。这构成逻辑上全互连的网络拓扑结构。

23、在单个SU失败的情况下，只会拒绝到与该SU关联的特定用户的业务。原则上讲，由于该片区互连拓扑结构，片区中任何其它单元都可以接管维持向其它单元的全部业务。

24、为了最小化信号抖动，每个用户都优选地通过至少一条预定义路径向后连接到核心网络接口或另一用户单元。这种路径包括用户单元和PIP之间的若干级。

25、原则上讲，由于SU的全向性质，可以计算几组路径并以小业务延迟使用。

26、此外，由于这种互连方案，SU可以逻辑连接到多于一个其它SU。

27、SU互连的持续时间定义了该逻辑连接的带宽。原则上讲，这可以在非常短的时间量程内由管理系统灵活地改变，以便考虑(例如，每天)业务流的变化和需求。

28、本发明为用户提供了到彼此或到核心网络接口的物理互连装置。原则上讲，从用户设备的角度着，该物理互连装置完全等同于专用有线连接。

29、此外，本发明还有允许几个不相关用户共享同一物理连接的装置。

30、独立于传输协议的连接方案的好处是不强制运营商或用户在部署中使用一种特定技术(如ATM或IP)-但是原则上讲，可以使用其现有设备。

31、SU可以同时接收或发送信息。这是由SU当前配置表定义的属性-而不是其体系结构或设计的基本特性。

32、整个片区结构系统充当分布式交换机。

33、与野外部署单元一起，优选地有一个运营商可以使用其配置和监视系统的网络管理和规划系统。该中心管理和规划系统优选地通过带内管理网络-即，由片区结构网络本身支持的网络-与野外部署单元通信。

34、当用户被获得或改变其业务契约时，优选地，网络规划系统用于确定该用户到其选定目的地的一条或多条互连路径。目的地可能是另一用户(例如，在校园或LAN互连情况下)或主干网络。

35、为了确保系统的各个野外部署元件尽可能简单，原则上讲它们的操作是由从管理系统下载到它们的“程序”数据定义的。该数据例如确定用户单元何时发送和接收。通过在每一片区的每个SU中适当布置辅助数据配置，数据可以由相对“dumb”单元高速传输。这意味着开发和制造成本及风险可以最小化-其代价是更多的复杂管理。以这种方式，不要求每个SU都有网络寻址逻辑。

36、原则上讲，假定辐射被内嵌该系统的建筑结构快速衰减，则SU收发信机可以工作在任何频率。

37、优选地，该系统利用红外线发射和接收，因为目前这不需要任何操作许可证。

38、如果发生和检测装置允许(而且经济上必要)，则SU被可编程使用多于一个频率。

39、SU可以利用各种极化辐射；例如，圆形极化。这样是为了减轻片区内的任何反射效果。

40、由于多路径能力，后备路径或冗余路径是可能的-考虑到高弹性。

41、在很多电信系统中，当遇到不同物理介质时，在网络上承载的信息需要在不同级进行编码和解码。这对于使用ATM作为本地传输协议的网格无线系统来说尤其真实。在每一跳，所有无线广播信号都要被解码成ATM信元-提取发向当前节点的信元，重新编码并发送其余的信元。这意味着在每个网络跳都需要ATM交换机和协议堆栈。而对于片区结构SU这是不需要的，因为其体系结构设计为信息只在开始和结束端点，而不在途中任何其它地方进行编码和解码。这意味着基本SU可以非常简单，因而低成本。在需要时，信息在连接到SU的附着用户接口中解码。片区结构体系结构确保能够支持任何高层传输协议(例如，ATM、IP)，而没有不必要的编码/解码操作。这意味着产品开发的主要部分不依赖于这些复杂的第三方标准：这是降低开发成本、风险和面市时间一个显著的因素。

42、原则上讲，SU可以互连，从而实现“广播”或更严格说是“多播”操作模式。这种模式更易于普及，因为运营商/客户习惯于用于分配视频的缆线网络，在该网络中，多个用户易于同时观看(如体育节目、新闻等)。

Claims

1、一种宽带大量通信网络系统，包括：

多个片区，

每个片区都包括多个用户，

且每个用户都具有发送信号到其它用户和从其它用户接收信号的各自用户单元，及

各片区是通过片区接口点互连的，

在该系统中：

每个用户单元都包括用于让用户访问该宽带大量通信网络系统的室内接口单元及用于发送和接收信号的室外安装通信单元，

该信号加到工作在从红外线到紫外线范围的载波信号，

各片区内的用户单元布置成基本全向地发送载波信号并通过片区内的直接视线连接通信，

各片区内和/或其周围的物体用来确定和/或修改载波信号的传播模式及限定片区的边界，及

每个片区接口点通过与片区内的各用户单元之间的通信装置不同的通信装置连接到来自至少两个邻接片区通各用户单元。

2、根据权利要求1的系统，其中为各片区中至少一些用户单元提供了抑制载波信号的发送和接收的装置。

3、根据权利要求2的系统，其中所述载波信号的发送和接收的装置被布置成抑制信号在选定角范围内的发送和接收。

4、根据上述任何一项权利要求的系统，其中每个用户单元都包括协调关联片区中的用户单元的控制器。

5、根据上述任何一项权利要求的系统，其中各用户单元对都布置成彼此直接视线通信，从而片区中每个用户单元都能够优选地直接与片区中其它任何用户单元通信。

6、根据上述任何一项权利要求的系统，其中所述限定片区边界的物体包括一个或多个不透明障碍物。

7、根据上述任何一项权利要求的系统，其中每个片区接口点都布置成通过各通信缆线与关联用户单元通信。

8、根据上述任何一项权利要求的系统，还包括一个或多个布置成提供在该宽带大量通信网络系统和传统主干网之间的接口的核心网络接口单元。

9、根据权利要求8的系统，其中各片区接口点布置成与该核心网络接口单元通信。

10、根据权利要求8或9的系统，其中该核心网络接口单元包括布置成与关联片区接口点通信的第一电路，布置成利用标准传输协议与传统主干网通信的第二电路，及提供在第一和第二电路之间的接口的核心网络网关。

11、一种提供宽带大量通信的方法，包括：

构成多个片区，每片区都包括多个用户，

为每个用户都提供发送信号到其它用户或从其它用户接收信号的用户单元，每个用户单元都包括用于让用户访问系统的室内接口单元及用于发送和接收信号的室外安装通信单元，

定位各片区中的用户单元，从而能通过片区中的直接视线连接通信，

将该信号加到工作在从红外线到紫外线范围内的频率的载波信号，

基本全向地发送载波信号，

使用各片区内和/或其周围的物体来确定和/或修改载波信号的传播模式及限定片区的边界，及

通过片区接口点互连各片区，每个片区接口点通过与片区内各用户单元之间的通信装置不同的通信装置连接到来自至少两个邻接片区的各用户单元。

12、根据权利要求11的方法，包括布置各用户单元对彼此直接视线通信，从而片区内每个用户单元都能够与片区内任何其它用户单元通信。

13、根据权利要求11或12的方法，还包括提供一个或多个在网络系统和传统主干网之间形成接口的核心网络接口单元。

14、根据权利要求13的方法，其中各片区接口点布置成与该核心网络接口单元通信。