CN1835417B - 无线系统 - Google Patents

Abstract

一种用于亚毫米波带中的低功率数据通信的无线系统包括至少一个无线通信装置，该无线通信装置包括交叉极化鉴别率不小于24dB的定向天线，其中，该无线系统有选择性地使用多个极化面。根据极化面检测未占用信道的数量，以使未占用信道数量最大化的方式，选择所要使用的极化面。前视图为正方形的盒状定向天线与该无线通信装置形成一体，并且，该无线通信装置以使该正方形的各边相对于杆倾斜45°的方式固定在杆上。

Description

无线系统

发明领域

本发明涉及一种无线系统，尤其涉及一种用于亚毫米波带中的低功率数据通信的无线系统，该无线系统的有效信道在有限的频率范围内在数量上得到了增加。

技术背景

能够进行无牌照无线通信的低功率数据通信系统已经投入实际使用。这种系统无需任何牌照，且使用方便。然而，当使用这种系统时，很难查明谁在使用它们以及使用它们的方式。因此，过去，这种系统设法检测干扰，如果找到干扰，通信就会通过其它信道进行或在干扰消失之前终止(例如，日本公开申请No.2001-45538、No.H5-300047和No.H5-206942)。因此，当系统的用户数量达到一定水平时，实际上就无法再使用这种系统进行额外的通信。

这是不可避免的，因为任何人都可以使用未占用信道，与有牌照通信的用户不同，无牌照通信的无线系统的用户无法确保特定的通信信道由他们专用，这就给其用户带来了不便。

用于无牌照通信的传统无线系统是有缺陷的，因为即使新用户拥有实现这种系统所需安装的所有设备，根据信道情况，仍存在新用户无法使用未占用信道的可能性。因此，需要一种在有限频率范围内增加有效信道数量的方法。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种使有效信道在数量上得到提高的无线系统。

根据本发明，提供了一种用于亚毫米波带中的低功率数据通信的无线系统，该无线系统至少包括一个无线通信装置，该无线通信装置有一个交叉极化鉴别率不小于24dB的定向天线，其中，该无线系统有选择性地使用多个极化面。

附图说明

通过下面结合附图对优选实施例的描述，本发明的以上和其他方面和特征将变得显而易见，其中：

图1A和1B中的示意图分别示出了无线系统中的一个示例性天线在H面和E面上的天线增益；

图2示出了无线系统的一种示例性配置；

图3提供了无线系统的另一种示例性配置；

图4示出了一个无线通信装置可相对于另一无线通信装置安装的范围；

图5是根据本发明第一实施例的低功率数据通信系统中的无线通信装置的结构图；

图6A和6B是根据本发明第一实施例的无线通信装置的一种示例性配置的后视图；

图7A和7B是根据本发明第一实施例的无线通信装置的其它示例性配置的后视图；

图8是根据本发明第一实施例的无线系统中的无线通信装置及固定于其上的各部分的后透视图；

图9是根据本发明第一实施例的无线系统中的无线通信装置及固定于其上的各部分的前透视图；

图10是根据本发明第一实施例的无线系统中的无线通信装置及固定于其上的各部分的左侧视图；

图11A至11D分别示出了根据本发明第一实施例的无线系统中的无线通信装置及与其相连的各部分的平面图、正视图、侧视图和后视图，其中，从该无线通信装置中移走了罩子和固定金属部分，而将杆13固定在无线通信装置上；

图12A根据本发明第二实施例的第一修改提供了无线通信装置11及与其相连的各部分的简化后视图；

图12B根据本发明第二实施例的第一修改示出了从无线通信装置11中分离出来的天线固定部分31a的后透视图；

图12C根据本发明第二实施例的第一修改示出了无线通信装置11在移走了天线固定部分31a的状态下的简化后透视图；

图13A根据本发明第二实施例的第二修改提供了无线通信装置11及与其相连的各部分的局部后视图；

图13B根据本发明第二实施例的第二修改示出了从无线通信装置中分离出来的天线固定部分的局部后视图；以及

图13C根据本发明第二实施例的第二修改示出了无线通信装置在移走了天线固定部分后的状态下的简化后透视图。

具体实施方式

本发明利用了电磁波的一种特性，即可以彼此不受影响地使用极化面相互正交的两电磁波。这样，通过使用具有改进极化特性的天线，可以增加亚毫米波带中的无牌照通信的无线系统的有效信道数量。

图1A和1B分别示出了无线系统中的一种示例性天线在H面和E面上的天线增益。该天线是方向性很敏锐的波束天线，具有31dBi的绝对增益和4度的半功率角。图1A和1B分别示出了当将天线设置成与无线系统的极化面正交时在H面和E面上的标准化天线增益，其中，标准化天线增益是通过用极化面上的天线增益最大值(即波束中心处的天线增益)对天线增益进行标准化而获得的。可以容易地达到由-20dB和-30dB之间的线段表示的天线增益的目标值，因为使用现有技术可以很容易地确保30dB或更高的天线交叉极化鉴别率。

图2示出了无线系统的一种示例性配置。无线系统1包括无线通信装置11和12，它们各有一个天线且方向彼此相对地排列，从而执行其间的无线通信。此外，包括无线通信装置21和22的另一无线系统2以无线通信装置12与无线通信装置22呈直线的方式，与无线系统1平行排列，其中，无线系统2与无线系统1使用相同频率的信道。在这种情况下，因为无线通信装置11和21分别与无线通信装置12和22相对排列，因此在其间会发生相当大程度的干扰。但是，通过将无线系统2的极化面设置成不同于无线系统1的极化面，可以通过交叉极化鉴别降低干扰。

我们假设：在16QAM模式中，理论上可以实现具有16dB载波噪声比(C/N)的解调；由于干扰波所造成的C/N降低是1dB。那么，在安装了无线系统2的情况下，无线系统1的C/N为16dB，但是在没有无线系统2安装的情况下，其C/N为17dB。因此，关于载波的干扰电平可以通过下面的公式得到：

0-10log(10^-1.6-10^-1.7)＝24dB    公式(1)

所以，如图2所示，如果无线系统1的信号与无线系统2的信号传播基本上相同的距离并且无线系统1的信号电平与无线系统2的信号电平基本上相同时，干扰电平会比交叉极化鉴别率低6dB。

图3提供了无线系统的另一种示例性配置。如图所示，无线通信装置11和2分别与无线通信装置12和22相对排列，并且它们之间的距离为l₁。另外，无线系统2与无线系统1平行排列，并且，无线通信装置22被放置为沿着信号路径比无线通信装置21远l₂，使得无线通信装置21和22之间的距离大约为l₂。采用这种配置，因为无线通信装置11和22之间的距离大约减少了l₂，因此干扰增大了。然而，由公式(1)可以看出，因为干扰电平比交叉极化鉴别率低了6dB，所以，只要长度l₂不超过等价于6dB传播损失的长度，就可以正确地执行解调。

根据该实施例，一般而言，亚毫米波带(例如，24.75至25.25GHz或27至27.5GHz)中的传播损失，总计是通过20logd获得的自由空间损失，其中d为传播距离。因此，在该实施例中，等价于6dB传播损失的长度是l₁/2。

图4示出了无线通信装置12相对无线通信装置11可安装的范围。扇形区域abc表示在无线通信装置11和12之间进行通信的范围，角θ是半功率角。

如果无线通信装置22安装在区域abc中与无线通信装置11相对，那么，在区域dbce中其与无线通信装置11的距离比l₃长，所以干扰电平是允许的，但是在区域ade中其与无线通信装置11的距离比l₃短，所以干扰电平是不允许的，其中l₃等于l₁/2。

因为区域dbce的面积是区域ade面积的3/4，所以区域abc中重用频率的比值等于75％。这等价于有效信道在数量上增加7/4倍。鉴于此，通过使用两种类型的极化，原理上不可能使有效信道的数量增加超过两倍，所以，有效信道在数量上增加7/4倍可以认为是令人满意的结果，并且，30dB的交叉极化鉴别率可以粗略地认为是必要的和足够的。如果将交叉极化鉴别率设置为20dB，那么，在相同频率下，即使采用图2的配置也不能够进行通信。因为图2的配置预期将得到广泛的应用，所以，交叉极化鉴别率必须至少为24dB。

在以上描述中，假定以最大通信距离的最大输出功率进行通信。如果无线通信装置11和12之间的距离比最大通信距离短，则无线通信装置11的输出功率最大衰减到通信所需的最小电平，即确保17dBC/N电平所需的最小电平。在这种情况下，如果增大无线通信装置12的输出功率以确保无线通信装置11的C/N电平，那么，即使当无线通信装置11和22之间的距离缩短为无线通信装置11和12之间的距离的一半时，干扰电平也是允许的。换言之，即使无线通信装置1和2分别以最小和最大输出功率工作，有效信道数量也不会低于传统情形的7/4倍。虽然图4所示的l₁缩短了，但是，从无线通信装置11到无线通信装置22的干扰电平不至于高到产生问题，因为无线通信装置11的输出功率减小了。

下面将描述一种用于选择极化面的方法。当安装无线通信装置时，首先，分别检测关于水平极化和垂直极化的未占用信道的数量。通过将天线旋转90°而进行水平极化和垂直极化之间的转换。

这样可以找到具有更大数量的未占用信道的极化面，然后，将天线安装在其上，以使用该无线通信装置。这是因为，当未占用信道的数量更大时，通信环境会更好。

(第一实施例)

图5是根据本发明第一实施例的低功率数据通信系统中的无线通信装置的结构图。该无线通信装置在25GHz范围内使用TDD，通过与其相对安装的另一无线通信装置进行一对一的无线通信，从而连接到LAN。其最大通信距离约为1Km，并且其最大通信速度约为150Mbps。该无线通信装置包括天线、RF单元、调制/解调LSI、帧处理单元、存储传输单元以及控制器单元。在图5所示的结构中，其中包括了天线，且天线与其合为一体。另外，RF单元包括混频器、本地振荡器和带通滤波器(均未示出)，以进行频率转换。另外，也可以将其配置成：例如，使用一条合适的命令，通过telnet远程登陆到无线通信装置的IP地址，可以获得例如未占用信道的有关信息。

图6A和6B是根据本发明第一实施例的无线通信装置11的示例性配置的后视图，其中，图6A中所示的天线的极化面与图6B中所示的天线的极化面不同，相差90°。

如图6A和6B所示，无线通信装置11为盒状，当从前面看时像是一个正方形。其中天线等安装于其前面，而无线电路等安装于其后面。所用的天线是平面天线，例如，正方形的波导狭缝阵列(waveguideslot array)。

接收端111是接触插头，通过它供电以及输入和输出电信号。其中采用的例如LAN电缆被用作信号线，并且，通过使用例如PowerOver Ethernet(注册商标)的产品也可以为其供电。接收端111是，例如，“capcon”，其是防水线缆固定座。

通常在与地平面(即水平面)垂直或水平的方向安装杆13。另外，通过固定金属部分16(图8中所示)，将无线通信装置11固定在杆13上，从而，当从前面看时，无线通信装置11的四个边相对于杆13倾斜45°。

如图6A和6B所示，当改变极化面时，需要将所安装的无线通信装置11旋转90°。因此，将引入端111设置在无线通信装置11后表面的侧边的中心部分，从而，即使改变极化面时也能够防止杆13妨碍或阻隔引入端111和/或从其中伸出的电缆。

图7A和7B是根据本发明第一实施例的无线通信装置11的其它示例性配置的后视图。如图所示，根据这些示例性配置，引入端112设置于无线通信装置11的侧面的中心部分。在这种情况下，杆13也不会妨碍或阻隔输入端111和/或从其中伸出的电缆。

图8至图10根据本发明的第一实施例，分别示出了无线系统中无线通信装置11及其上固定的各部分的后透视图、前透视图和左侧视图。

如图8和9所示，可选地安装了一个罩子15，以覆盖无线通信装置11的上部。罩子15保护无线通信装置11免受雪的影响，雪通过附着到其前表面而会造成通信信号的衰减，以及免受雨、风、下降物、太阳热等的影响，从而提高可靠性。罩子15是用易于制造的金属板做成的，并且形状是倾斜成45°的三角形顶。在罩子15上或无线通信装置11的前表面上涂上一层抗粘剂，以防止雪或冰附着到其上。

如图10所示，将无线通信装置11固定于杆13上的固定金属部分16包括：钳夹部分，用于将无线通信装置11钳夹于杆13上；倾斜部分，用于调整无线通信装置11的天线波束的垂直倾斜度。此外，在两个相差90°的不同固定角度，可以将无线通信装置11固定在杆13上，例如，这可以通过调整无线通信装置11的螺旋凹槽和固定金属部分16以旋转90°的对称方式来实现。

提供了另一固定金属部分17，用于将罩子15固定在杆13上。因为，如上所述，罩子15不是杆13的一个组成部分，而是固定于杆13上并独立于它的一个部分，所以，无线通信装置11及其天线波束得到了保护，从而避免由施加于罩子15上的外力(如压力)而产生变形或错位。

(第二实施例)

图11A至11D根据本发明的第一实施例，分别示出了无线系统中的无线通信装置11及与其相连的各部分的平面图、正视图、侧视图和后视图，其中从无线通信装置中去除了罩子15和固定金属部分17，杆13固定在无线通信装置11上。图11A至11D中所示的无线通信装置11与图5所示的无线通信装置具有相同的结构。此外，其中未显示引入端111和112。当安装根据第二实施例的无线通信装置11时，需要研究具有较多未占用信道是水平极化面还是垂直极化面，并且，天线要以使用具有更多未占用信道的极化面的方式来安装包括在无线通信装置11中且与无线通信装置11构成一体的天线。

在有些情况下，例如，由于使用相同极化面的其它通信系统数量增加而产生干扰从而导致通信频繁故障时，需要改变所使用的极化面。但是，为此需要付出许多努力和工时，因为，要改变所使用的极化面就必须改变图11中所示的天线固定部分30和31。

因此，提出了本发明的第二实施例，以便于很容易地改变所要使用的极化面。图12A根据本发明第二实施例的第一修改提供了无线通信装置11及与其相连的各部分的简化后视图；图12B根据本发明第二实施例的第一修改示出了从无线通信装置11中分离出来的天线固定部分31a的后透视图；图12C根据本发明第二实施例的第一修改示出了无线通信装置11去除了天线固定部分31a后的简化后透视图。根据第二实施例的第一修改的无线通信装置11及与其相连的各部分的平面图、前视图和侧视图与第一实施例的基本相同，不同之处在于，用天线固定部分31a取代了天线固定部分31。如图所示，在无线通信装置11的后表面上形成了两个凸起，即圆柱形突出部件33和34，和四个用于将螺钉32插入其中的螺旋凹槽37。此外，天线固定部分31a还具有：孔35，用于插入凸起33；弧形孔36，用于插入凸起34；孔35，用于插入凸起33；以及四个孔38，用于插入螺钉32。

螺旋凹槽37分别形成于正方形的四个角上，凸起33位于该正方形的中心。当通过天线固定部分30和31a将无线通信装置11固定到杆13上时，无线通信装置11的这种安装使得天线的每个边都相对于水平面倾斜45°。天线安装部分31a的四个孔38与四个螺旋凹槽37相重合，位于正方形的四个角上，凸起33位于该正方形的中心。弧形孔36的这种设计使得其具有合适的外形，当凸起33插入孔35中，允许无线通信装置11以凸起33作为旋转轴而旋转90°，天线的极化面与水平面或垂直面相对应，这取决于无线通信装置11的90°旋转。

采用根据第二实施例的第一修改的结构，将极化面改变90°通过下列步骤完成：将螺钉32从无线通信装置11中移掉；以凸起33作为旋转轴，绕着它将无线通信装置11旋转90°；将螺钉32重新插入无线通信装置11中并将其固定在那里。与改变极化面必须替换天线固定部分30和31的情况相比，这种方式可以更加高效地改变极化面。

图13A根据本发明第二实施例的第二修改，提供了无线通信装置11及与其相连的各部分的局部后视图；图13B根据本发明的第二实施例的第二修改，示出了从无线通信装置11中分离出来的天线固定部分31b的局部后视图；图13C根据本发明第二实施例的第二修改，示出了无线通信装置11在去除天线固定部分31b后的简化后透视图。

根据第二实施例的第二修改，第二实施例的第一修改中的天线固定部分31a被天线固定部分31b取代，并且，凸起33和34、孔35和弧形孔36以与图12A至12B所示相同的方式，形成于无线通信装置11或天线固定部分31b上。然而，两对螺旋凹槽40a和41b的设置使得每个螺旋凹槽40a与凸起33之间的距离不同于每个螺旋凹槽41b与凸起33之间的距离。此外，在天线固定部分31b上形成了一对相对于孔35彼此对称的弧形孔40，另一对弧形孔41相对于孔35彼此对称且垂直于弧形孔40。另外，一对螺钉40c穿过弧形孔40插入且固定在螺旋凹槽40a中，一对螺钉41c穿过弧形孔41插入且固定在螺旋凹槽41a中，这样，无线通信装置11就固定到天线固定部分31b上了。

根据这种结构，与弧形孔36相类似，弧形孔40和41的这种结构使得，当天线围绕着凸起33旋转90°时，螺钉40c和41c分别位于弧形孔40和41的一端。因此，将极化面改变90°可以通过下列步骤完成：释放两对螺钉40c和41c；围绕着凸起33旋转天线；重新插入两对螺钉40c和41c，并将其固定于无线通信装置11上。这样，可以更加高效地改变极化面。

虽然在上面的描述中所描述的无线通信装置11具有正方形的前视图，但是不应当将其外形限制于此，而是也可以将圆形、菱形或矩形等外形作为其前视图。此外，天线可以不是无线通信装置11的一个组成部分，而是独立于它的一个部分。另外，极化面不必局限于水平和垂直面，它可以相对于水平面以具体传输线最佳特定角度倾斜。

根据本发明的无线系统，通过使用具有良好交叉极化特性的天线，有效信道的数量可以得到增加。

上面根据优选实施例已经对本发明做了说明和描述，但是应当理解的是，本领域的技术人员在不脱离以下权利要求所限定的本发明保护范围的前提下可以做出各种改变和修改。

Claims (3)

1.一种用于亚毫米波带中的低功率数据通信的无线系统，所述无线系统具有增加数量的有效信道，所述无线系统包括：

至少一个无线通信装置，其包括交叉极化鉴别率不小于24dB的定向天线，

其中，所述无线系统有选择性地使用多个极化面，

其中，通过检测每个极化面上未占用信道的数量，将所述定向天线设置在具有最高数量的未占用信道的极化面上，

其中，所述无线通信装置还包括：

从所述无线通信装置的后表面突出的第一凸起和第二凸起，

其中，将上面形成有第一孔和第二孔的天线固定部分以使所述第一凸起和所述第二凸起分别插入所述第一孔和所述第二孔的方式固定到所述无线通信装置的后表面，所述第二孔所形成的形状使得，当所述第一凸起和所述第二凸起插入所述第一孔和所述第二孔中时，所述无线通信装置能够绕着作为旋转轴的第一凸起旋转90°，

其中，所述天线固定部分是正方形，所述第一孔位于该正方形的中心。

2.如权利要求1所述的无线系统，所述无线通信装置还包括：

多个固定凹槽，所述多个固定凹槽以设置在正方形的四个角上的方式形成在所述无线通信装置的后表面上，以及

所述天线固定部分还包括：

形成于其中与所述固定凹槽相对应的位置处的多个固定孔，

其中，通过将多个固定元件穿过所述固定孔而插入所述固定凹槽中，将所述无线通信装置固定在所述天线固定部分上。

3.如权利要求1所述的无线系统，所述无线通信装置还包括：

在所述无线通信装置的后表面上的一对第一固定凹槽，其形成方式是，所述第一凸起和一个所述第一固定凹槽中之间的距离与所述第一凸起和任意另一个所述第一固定凹槽中之间的距离相同；以及

形成于所述无线通信装置的后表面上的一对第二固定凹槽，其形成方式是，所述第一凸起和一个所述第二固定凹槽中之间的距离与所述第一凸起和任意另一个所述第二固定凹槽中之间的距离相同，以及

所述天线固定部分还包括：

形成于其中与一对所述第一固定凹槽相对应的位置处的一对第一固定孔；以及

形成于其中与一对所述第二固定凹槽相对应的位置处的一对第二固定孔；

其中，通过将一对第一固定元件分别穿过所述第一固定孔而插入所述一对第一固定凹槽中以及通过将一对第二固定元件分别穿过所述第二固定孔而插入所述一对第二固定凹槽中，将所述无线通信装置固定于所述天线固定部分，以及

其中，所述第一和第二固定孔所形成的形状使得，当所述第一和所述第二固定元件分别插入所述第一固定孔和所述第二固定孔中时，所述无线通信装置能够绕着作为旋转轴的所述第一凸起旋转90°；

其中，所述第一凸起和每个第一固定凹槽之间的距离不同于所述第一凸起和每个第二固定凹槽之间的距离。

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