DE112011103298B4

DE112011103298B4 - Verwendung von OFDM zur Korrektur von Verzerrungen im Ultrabreitbandfunk mit Betrieb über flache Millimeter-Wellenkanäle

Info

Publication number: DE112011103298B4
Application number: DE112011103298.6T
Authority: DE
Inventors: Yigal LEIBA; Izhak Kirshenbaum; Baruch SCHWARZ
Original assignee: Siklu Communication Ltd
Current assignee: Siklu Communication Ltd Il
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2023-06-22
Anticipated expiration: 2031-09-27
Also published as: US20120076217A1; DE112011103298T5; WO2012042461A2; US8416836B2; WO2012042461A3

Abstract

Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem, umfassend:einen Millimeterwellenkanal (109), der zwischen einer ersten Frequenz von Millimeterwellen und einer zweiten Frequenz von Millimeterwellen eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion aufweist, wobei die beiden Frequenzen um mindestens 500 MHz getrennt sind;ein Sendesystem (101) umfassend einen Orthogonal-Frequenz-Multiplex(OFDM)-Modulator (101b), der so konfiguriert ist, dass er ein OFDM-Signal mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz ausgibt, und einen Funksender (101a), der über die Bandbreite des OFDM-Signals eine im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion aufweist, so konfiguriert, dass er das OFDM-Signal in ein Millimeterwellensignal, das sich zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz befindet, aufwärtswandelt, und das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal (109) sendet; undein Empfangssystem umfassend einen Funkempfänger (104a), der über die Bandbreite des OFDM-Signals eine im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion aufweist, so konfiguriert, dass er das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal (109) empfängt und das Millimeterwellensignal in eine Rekonstruktion des OFDM-Signals mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz abwärtswandelt, und einen OFDM-Demodulator (104b), der so konfiguriert ist, dass er die im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion und die im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion durch Demodulation der Rekonstruktion des OFDM-Signals kompensiert.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität an der am 29. September 2010 eingereichten US-Anmeldung Nr. 12/892,942 .
TECHNISCHES GEBIET
Einige der offenbarten Ausführungsformen beziehen sich auf drahtlose Kommunikationssysteme und speziell auf die Nutzung von OFDM zur Korrektur von Verzerrungen im Ultrabreitbandfunk mit Betrieb über flache Millimeterwellenkanäle.
HINTERGRUND
Stationäre Drathlosnetzwerke senden Daten im Punkt-zu-Punkt-Betrieb über eine terrestrische Mikrowellenplattform durch die Luft und nicht über Kupfer oder Faseroptik und verwenden in der Regel eine Richtfunkantenne an jedem Ende einer Drahtlosverbindung. Diese Antennen sind für die Verwendung im Freien und verschiedene Witterungen, Entfernungen und Bandbreiten ausgelegt. Sie werden gewöhnlich ausgewählt, um den Strahl so eng wie möglich zu halten und dadurch die Sendeleistung auf das Funkziel zu bündeln, was die Zuverlässigkeit erhöht und die Möglichkeit des Abhörens oder Einschleusens von Daten verringert. Um die Verwendung dieser Antennen zu ermöglichen, werden die Verbindungen gewöhnlich in einer Punkt-zu-Punkt-Konfiguration angeordnet. Dies gestattet auch eine höhere Kapazität der Verbindung und/oder größere Reichweite bei gleichem Leistungsbereich. Integrierte Schaltungen für Funkfrequenzen (RFIC), die in Millimeterwellenbändern arbeiten und Signale mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz senden können, führen in der Regel zu einer im Wesentlichen nichtflachen Sendeübertragungsfunktion. Speziell produzieren Silizium-Germanium(SiGe)-RFIC und CMOS-RFIC große Schwankungen des Frequenzgangs über Bandbreiten oberhalb von 5 100 MHz.
Val Dyadyuk et al., Improved Spectral Efficiency for a Multi-Gigabit Mm-Wave Communication System, 2007, offenbart ein Kommunikationssystem hinsichtlich der spektralen Effizienz für Multi-Gigabit Millimeterwellen bei einer Übertragung von Daten unter Verwendung modulierter Millimeterwellen. Ein Multiplex-Konzept eines drahtlosen Frequenzbereichsmultiplex-Mehrkanalsystems beruht auf einer Kombination von wurzelpotenziertenkosinus (root-raised-cosine - RRC) Digitalfiltern und Linearphase-Analogfiltern.
US 2003/0022694 A1 offenbart ein drahtloses Zellen-Kommunikationssystem mit Zellenbasisstationen, die Mehrfachstrahl-Antennen verwenden, um einer Anzahl von Nutzern zu kommunizieren. Sender sind mit Antennen versehen, deren Strahldivergenz so gering ist, dass die Datenkanäle so aufgeteilt sind, dass eine beinahe unbegrenzte Anzahl von Punkt-zu-Punkt Sendern dasselbe Millimeterwellenspektrum gleichzeitig nutzen können.
Die unabhängigen Ansprüche definieren allgemeine Ausführungsformen gemäß der Erfindung in verschiedener Hinsicht. Die abhängigen Ansprüche nennen besondere Ausführungsformen gemäß der Erfindung in verschiedener Hinsicht.
KURZFASSUNG
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem (i) einen Millimeterwellenkanal, der zwischen einer ersten Frequenz von Millimeterwellen und einer zweiten Frequenz von Millimeterwellen eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion aufweist, wobei die beiden Frequenzen mindestens 500 MHz getrennt sind, (ii) ein Sendesystem umfassend einen Orthogonal-FrequenzMultiplex(OFDM)-Modulator, der ein OFDM-Signal mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz ausgibt, und einen Funksender, der über die Bandbreite des OFDM-Signals eine im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion aufweist und das OFDM-Signal in ein Millimeterwellensignal, das sich zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz befindet, aufwärtswandelt und das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal sendet, und (iii) ein Empfangssystem umfassend einen Funkempfänger, der über die Bandbreite des OFDM-Signals eine im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion aufweist und das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal empfängt und das Millimeterwellensignal in eine Rekonstruktion des OFDM-Signals mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz abwärtswandelt, und einen OFDM-Demodulator, der die im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion und die im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion durch Demodulation der Rekonstruktion des OFDM-Signals kompensiert.
In einer Ausführungsform ist der Millimeterwellenkanal ein Wireless-Kanal, der eine erste Richtantenne, über die das Millimeterwellensignal gesendet wird, und eine zweite Richtantenne, über die das Millimeterwellensignal empfangen wird, umfasst, und beträgt der kombinierte Gewinn der ersten Richtantenne und der zweiten Richtantenne mindestens 50 dBi, wodurch der Millimeterwellenkanal die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz erlangt. In einer Ausführungsform ist der Millimeterwellenkanal ein Wellenleiter, über den das Millimeterwellensignal gesendet wird. Der Wellenleiter weist eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz auf. In einer Ausführungsform ist die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion des Millimeterwellenkanals so flach, dass die Verwendung eines OFDM-Modulators und eines OFDM-Demodulators zur Begünstigung der Kommunikation über den Millimeterwellenkanal im Wesentlichen nicht notwendig ist.
In einer Ausführungsform liegt die zweite Millimeterwellenfrequenz zwischen 50 GHz und 100 GHz. In einer Ausführungsform wird das OFDM-Signal mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz dazu verwendet, Daten mit einer Rate von über 100 Mbit/s über den Millimeterwellenkanal zu senden. In einer Ausführungsform weist das OFDM-Signal mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz eine Bandbreite von mindestens 200 MHz auf und wird dazu verwendet, Daten mit einer Rate von über 200 Mbit/s über den Millimeterwellenkanal zu senden. In einer Ausführungsform weist das OFDM-Signal mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz eine Bandbreite von mindestens 500 MHz auf und wird dazu verwendet, Daten mit einer Rate von über 500 Mbit/s über den Millimeterwellenkanal zu senden.
In einer Ausführungsform ist die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion eine Übertragungsfunktion, die eine Differenz von höchstens zwei dB zwischen dem höchsten Wert und tiefsten Wert der Übertragungsfunktion im Bereich zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz aufweist. In einer Ausführungsform weist die im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion im Bereich der mindestens 100 MHz eine Differenz von mindestens 4 dB zwischen dem höchsten Wert und tiefsten Wert der im Wesentlichen nichtflachen Sendeübertragungsfunktion auf. In einer Ausführungsform weist die im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion im Bereich der mindestens 100 MHz eine Differenz von mindestens 4 dB zwischen dem höchsten Wert und tiefsten Wert der im Wesentlichen nichtflachen Empfangsübertragungsfunktion auf. In einer Ausführungsform ist der Funksender eine Integrierte Schaltung für Funkfrequenzen (RFIC), die eine im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion aufweist, da es sich um eine Integrierte Schaltung handelt. In einer Ausführungsform ist der Funkempfänger eine Integrierte Schaltung für Funkfrequenzen (RFIC), die eine im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion aufweist, da es sich um eine Integrierte Schaltung handelt.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem (i) einen Millimeterwellenkanal, der zwischen einer ersten Frequenz von Millimeterwellen und einer zweiten Frequenz von Millimeterwellen eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion aufweist, wobei die beiden Frequenzen um mindestens 500 MHz getrennt sind, (ii) ein Sendesystem umfassend einen Orthogonal-FrequenzMultiplex(OFDM)-Modulator, der für die Ausgabe eines OFDM-Signals mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz konfiguriert ist, und einen Funksender mit einer Sendeübertragungsfunktion, der so konfiguriert ist, dass er das OFDM-Signal in ein Millimeterwellensignal, das sich zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz befindet, aufwärtswandelt und das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal sendet, und (iii) ein Empfangssystem umfassend einen Funkempfänger mit einer Empfangsübertragungsfunktion, die in Kombination mit der Sendeübertragungsfunktion des Funksenders zu einer im Wesentlichen nichtflachen Funkübertragungsfunktion über die Bandbreite des OFDM-Signals führt, wobei der Funkempfänger so konfiguriert ist, dass er das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal empfängt und das Millimeterwellensignal in eine Rekonstruktion des OFDM-Signals mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz abwärtswandelt, sowie einen OFDM-Demodulator, der so konfiguriert ist, dass er die im Wesentlichen nichtflache Funkübertragungsfunktion durch Demodulation der Rekonstruktion des OFDM-Signals kompensiert. In. einer Ausführungsform weist die im Wesentlichen nichtflache Funkübertragungsfunktion im Bereich der mindestens 100 MHz eine Differenz von mindestens 6 dB zwischen dem höchsten Wert und tiefsten Wert der im Wesentlichen nichtflachen Funkübertragungsfunktion auf. In einer Ausführungsform ist der Funksender eine Integrierte Schaltung für Funkfrequenzen (RFIC) und der Funkempfänger eine RFIC, was zu im Wesentlichen nichtflachen Funkübertragungsfunktionen führt. In einer Ausführungsform ist der Millimeterwellenkanal ein Wellenleiter, über den das Millimeterwellensignal gesendet wird, der die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz aufweist. In einer Ausführungsform ist die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion des Millimeterwellenkanals so flach, dass die Verwendung eines OFDM-Modulators und eines OFDM-Demodulators zur Begünstigung der Kommunikation über den Millimeterwellenkanal im Wesentlichen nicht notwendig ist. In einer Ausführungsform ist der Millimeterwellenkanal ein Wireless-Kanal, der eine erste Richtantenne, über die das Millimeterwellensignal gesendet wird, und eine zweite Richtantenne, über die das Millimeterwellensignal empfangen wird, umfasst, und beträgt ein kombinierter Gewinn der ersten Richtantenne und der zweiten Richtantenne mindestens 50 dBi, wodurch der Millimeterwellenkanal die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz erlangt. In einer Ausführungsform liegt die zweite Millimeterwellenfrequenz zwischen 50 GHz und 100 GHz. In einer Ausführungsform wird das OFDM-Signal mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz dazu verwendet, Daten mit einer Rate von über 100 Mbit/s über den Millimeterwellenkanal zu senden. In einer Ausführungsform ist die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion eine Übertragungsfunktion, die eine Differenz von höchstens zwei dB zwischen dem höchsten Wert und tiefsten Wert der Übertragungsfunktion im Bereich zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz aufweist.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem (i) einen Millimeterwellenkanal, der zwischen einer ersten Frequenz von Millimeterwellen und einer zweiten Frequenz von Millimeterwellen eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion aufweist, wobei die beiden Frequenzen um mindestens 500 MHz getrennt sind, (ii) ein Sendesystem, das so konfiguriert ist, dass es über den Millimeterwellenkanal als zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz befindliches Millimeterwellensignal ein Orthogonal-FrequenzMultiplex(OFDM)-Signal mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz sendet, und (iii) ein Empfangssystem umfassend einen Funkempfänger, der über die Bandbreite des OFDM-Signals eine im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion aufweist und so konfiguriert ist, dass er das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal empfängt und das Millimeterwellensignal in eine Rekonstruktion des OFDM-Signals mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz abwärtswandelt, und einen OFDM-Demodulator, der so konfiguriert ist, dass er die im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion durch Demodulation der Rekonstruktion des OFDM-Signals kompensiert. In einer Ausführungsform ist der Millimeterwellenkanal ein Wireless-Kanal, der eine erste Richtantenne, über die das Millimeterwellensignal gesendet wird, und eine zweite Richtantenne, über die das Millimeterwellensignal empfangen wird, umfasst, und beträgt ein kombinierter Gewinn der ersten Richtantenne und der zweiten Richtantenne mindestens 50 dBi, wodurch der Millimeterwellenkanal die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz erlangt. In einer Ausführungsform ist der Millimeterwellenkanal ein Wellenleiter, über den das Millimeterwellensignal gesendet wird, der die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz aufweist. In einer Ausführungsform ist die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion des Millimeterwellenkanals so flach, dass die Verwendung eines OFDM-Modulators und eines OFDM-Demodulators zur Begünstigung der Kommunikation über den Millimeterwellenkanal im Wesentlichen nicht notwendig ist. In einer Ausführungsform ist der Millimeterwellenkanal ein Wireless-Kanal, der eine erste Richtantenne, über die das Millimeterwellensignal gesendet wird, und eine zweite Richtantenne, über die das Millimeterwellensignal empfangen wird, umfasst, und ein kombinierter Gewinn der ersten Richtantenne und der zweiten Richtantenne beträgt mindestens 50 dBi, wodurch der Millimeterwellenkanal die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz erlangt. In einer Ausführungsform liegt die zweite Millimeterwellenfrequenz zwischen 50 GHz und 100 GHz. In einer Ausführungsform wird das OFDM-Signal mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz dazu verwendet, Daten mit einer Rate von über 100 Mbit/s über den Millimeterwellenkanal zu senden. In einer Ausführungsform ist die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion eine Übertragungsfunktion, die eine Differenz von höchstens zwei dB zwischen dem höchsten Wert und tiefsten Wert der Übertragungsfunktion im Bereich zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz aufweist. In einer Ausführungsform ist die im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion eine Übertragungsfunktion, die eine Differenz von mindestens 4 dB zwischen dem höchsten Wert und tiefsten Wert der Übertragungsfunktion im Bereich der mindestens 100 MHz aufweist. In einer Ausführungsform ist der Funkempfänger eine Integrierte Schaltung für Funkfrequenzen (RFIC), die eine im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion aufweist, da es sich um eine Integrierte Schaltung handelt.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Drahtloskommunikationssystem mit ultrahoher Bandbreite und geringem Leistungsverbrauch (i) eine Integrierte Schaltung für Funkfrequenzen (RFIC), die einen Funksender umfasst, der Millimeterwellensignale sendet. Der Funksender beinhaltet einen Leistungsverstärker (PA, Power Amplifier), der die Millimeterwellensignale bei einem geringen Leistungspegel von -10 dBm bis 20 dBm sendet, und dadurch die Einbeziehung des PA in die RFIC gestattet. Der Funksender beinhaltet ferner einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO, Voltage Controlled Oscillator) und einen Synthesizer, die einen Mischer ansteuern, der Signale in die Millimeterwellensignale aufwärtswandelt. Der VCO und Synthesizer haben ein kombiniertes Phasenrauschen zwischen einem ersten Pegel und einem zweiten Pegel, wobei der erste Pegel hoch genug ist, damit der VCO und Synthesizer in die RFIC eingebunden werden können, und der zweite Pegel niedrig genug ist, damit das Senden bei 16-pegeliger Quadratur-Amplitudenmodulation (16 QAM) begünstigt wird, (ii) einen Funkempfänger, der die Millimeterwellensignale empfängt, und (iii) eine erste Richtantenne und eine zweite Richtantenne, die durch mindestens 100 Meter Sichtlinie voneinander getrennt und zueinander ausgerichtet sind und gemeinsam einen Summengewinn von über 60 dBi aufweisen, wobei die erste Richtantenne die Millimeterwellensignale sendet und die zweite Richtantenne die Millimeterwellensignale empfängt und die Millimeterwellensignale zum Funkempfänger speist. Der Gesamtgewinn konzentriert den geringen Leistungspegel auf den PA. Der Funksender und der Funkempfänger bilden eine Millimeterwellenkommunikationsverbindung bei einer Bandbreite von mindestens 100 MHz und mit 16 QAM über Entfernungen von mehr als 100 Metern, was zu Datenübertragungsraten von mindestens 200 Mbit/s führt, während die RFIC, die erste Richtantenne und die zweite Richtantenne den Leistungsverbrauch des Funksenders unter 2,5 W halten. In einer Ausführungsform liegen die Millimeterwellensignale bei über 20 GHz. In einer Ausführungsform liegen die Millimeterwellensignale bei über 50 GHz. In einer Ausführungsform liegen die Millimeterwellensignale bei über 57 GHz. In einer Ausführungsform bilden der Funksender und der Funkempfänger eine Millimeterwellenkommunikationsverbindung bei einer Bandbreite von mindestens 200 MHz und 16 QAM über Entfernungen von mehr als 100 Metern, was zu einer Datenübertragungsrate von mindestens 400 Mbit/s führt. In einer Ausführungsform bilden der Funksender und der Funkempfänger eine Millimeterwellenkommunikationsverbindung bei einer Bandbreite von mindestens 500 MHz und 16 QAM über Entfernungen von mehr als 100 Metern, was zu einer Datenübertragungsrate von mindestens 1 Gbit/s führt. Der erste Pegel, der hoch genug ist, um die Einbindung des VCO und Synthesizers in die RFIC zu ermöglichen, beträgt in einer Ausführungsform -25 dBc. In einer Ausführungsform führen die Millimeterwellensignale ein Orthogonal-Frequenz-Multiplex(OFDM)-Basisbandsignal mit Hilfsträgerfrequenztrennung gleich X MHz, das kombinierte Phasenrauschen wird gemessen, indem eine doppelte kombinierte Phasenrauschdichte über einen Bereich beginnend bei X MHz oberhalb einer Frequenz eines Trägers und bis zu mindestens 100 MHz oberhalb der Frequenz des Trägers integriert wird, und der zweite Pegel, der ausreichend niedrig ist, um ein Senden bei einer 16-pegeligen Quadratur-Amplitudenmodulation (16 QAM) zu begünstigen, liegt bei -15 dBc. In einer Ausführungsform beinhaltet ein Drahtloskommunikationssystem mit ultrahoher Bandbreite und geringem Leistungsverbrauch ferner elektrische Komponenten, die einen netzwerkfähigen Prozessor, einen Modulator und eine Power-Over-Ethernet(PoE)-Schnittstelle umfassen. Die eine Power-Over-Ethernet(PoE)-Schnittstelle liefert im Betrieb Leistung an die RFIC und die elektrischen Komponenten. In einer Ausführungsform haben die elektrischen Komponenten einen Leistungsverbrauch von unter 23 W, so dass der Gesamtleistungsverbrauch der RFIC und der elektrischen Komponenten unter 25,5 W beträgt. In einer Ausführungsform haben die elektrischen Komponenten einen Leistungsverbrauch von unter 10,45 W, so dass der Gesamtleistungsverbrauch der RFIC und der elektrischen Komponenten unter 12,95 W beträgt. In einer Ausführungsform haben die elektrischen Komponenten einen Leistungsverbrauch von unter 3,99 W, so dass der Gesamtleistungsverbrauch der RFIC und der elektrischen Komponenten unter 6,49 W beträgt. In einer Ausführungsform beinhaltet eine Backhaul-Einheit die elektrischen Komponenten und die RFIC. Die elektrischen Komponenten beinhalten eine Power-Over-Ethernet(PoE)-Schnittstelle, und die PoE-Schnittstelle ist so konfiguriert, dass sie Leistung an die RFIC und die elektrischen Komponenten liefert. Eine zu einem Funkzugangsnetz (RAN, Radio Access Network) gehörende Basisstation ist so konfiguriert, dass sie die PoE-Schnittstelle ansteuert. In einer Ausführungsform ist die RFIC eine Silizium-Germanium(SiGe)-RFIC, die Hochfrequenz-Bipolartransistoren mit Heteroübergang (HBT) umfasst. In einer Ausführungsform ist die RFIC eine CMOS-RFIC.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Kommunikationssystem (i) eine Integrierte Schaltung für Funkfrequenzen (RFIC), die einen Funksender umfasst, der Millimeterwellensignale sendet. Der Funksender beinhaltet einen Leistungsverstärker (PA), der die Millimeterwellensignale bei einem geringen Leistungspegel von -10 dBm bis 20 dBm ausgibt, und einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) und einen Synthesizer, die einen Mischer ansteuern, der Signale in die Millimeterwellensignale aufwärtswandelt, und (ii) eine erste Richtantenne, die einen Gewinn von mindestens 30 dBi aufweist. Der Funksender und die erste Richtantenne sind so konfiguriert, dass sie die Millimeterwellensignale bei einem Pegel von mindestens 20 dBmi mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz und 16 QAM senden und Datenraten von mindestens 200 Mbit/s begünstigen, während die RFIC so konfiguriert ist, dass sie den Leistungsverbrauch des Funksenders unter 2,5 W hält. In einer Ausführungsform weisen der VCO und Synthesizer ein kombiniertes Phasenrauschen zwischen einem ersten Pegel und einem zweiten Pegel auf, wobei der erste Pegel hoch genug ist, um die Einbeziehung des VCO und Synthesizers in die RFIC zu ermöglichen, und der zweite Pegel niedrig genug ist, um ein Senden bei 16-pegeliger Quadratur-Amplitudenmodulation (16 QAM) zu begünstigen. Der erste Pegel, der hoch genug ist, um die Einbindung des VCO und Synthesizers in die RFIC zu ermöglichen, beträgt in einer Ausführungsform -25 dBc. In einer Ausführungsform führen die Millimeterwellensignale ein Orthogonal-Frequenz-Multiplex(OFDM)-Basisbandsignal mit Hilfsträgerfrequenztrennung gleich X MHz, das kombinierte Phasenrauschen wird gemessen, indem eine doppelte kombinierte Phasenrauschdichte über einen Bereich beginnend bei X MHz oberhalb einer Frequenz eines Trägers und bis zu mindestens 100 MHz oberhalb der Frequenz des Trägers integriert wird, und der zweite Pegel, der ausreichend niedrig ist, um ein Senden bei einer 16-pegeligen Quadratur-Amplitudenmodulation (16 QAM) zu begünstigen, liegt bei -15 dBc. In einer Ausführungsform gestattet der geringe Leistungspegel des PA die Einbindung des PA in die RFIC. In einer Ausführungsform sind der Funksender und die erste Richtantenne so konfiguriert, dass sie die Millimeterwellensignale bei einem Pegel von mindestens 20 dBmi mit einer Bandbreite von mindestens 500 MHz und 16 QAM senden und Datenraten von mindestens 1 Gbit/s begünstigen. In einer Ausführungsform sind der Funksender und die erste Richtantenne so konfiguriert, dass sie die Millimeterwellensignale bei einem Pegel von mindestens 20 dBmi mit einer Bandbreite von mindestens 500 MHz senden und Datenraten von mindestens 500 Mbit/s begünstigen. In einer Ausführungsform umfasst das System ferner: elektrische Komponenten, die einen netzwerkfähigen Prozessor, einen Modulator und eine Power-Over-Ethernet(PoE)-Schnittstelle umfassen; die PoE-Schnittstelle ist so konfiguriert, dass sie Leistung an die RFIC und die elektrischen Komponenten liefert; wobei die elektrischen Komponenten einen Leistungsverbrauch von unter 23 W aufweisen, so dass der Gesamtleistungsverbrauch der RFIC und der elektrischen Komponenten weniger als 25,5 W beträgt. In einer Ausführungsform umfasst das System ferner: elektrische Komponenten, die einen netzwerkfähigen Prozessor, einen Modulator und eine Power-Over-Ethernet(PoE)-Schnittstelle umfassen; die PoE-Schnittstelle ist so konfiguriert, dass sie Leistung an die RFIC und die elektrischen Komponenten liefert; wobei die elektrischen Komponenten einen Leistungsverbrauch von unter 10,45 W aufweisen, so dass der Gesamtleistungsverbrauch der RFIC und der elektrischen Komponenten weniger als 12,95 W beträgt. In einer Ausführungsform umfasst das System ferner: elektrische Komponenten, die einen netzwerkfähigen Prozessor, einen Modulator und eine Power-Over-Ethernet(PoE)-Schnittstelle umfassen; die PoE-Schnittstelle ist so konfiguriert, dass sie Leistung an die RFIC und die elektrischen Komponenten liefert; wobei die elektrischen Komponenten einen Leistungsverbrauch von unter 3,99 W aufweisen, so dass der Gesamtleistungsverbrauch der RFIC und der elektrischen Komponenten weniger als 6,49 W beträgt. In einer Ausführungsform umfasst das System ferner: eine Backhaul-Einheit, die elektrische Komponenten und die RFIC umfasst; die elektrischen Komponenten umfassen eine Power-Over-Ethernet(PoE)-Schnittstelle, die PoE-Schnittstelle ist so konfiguriert, dass sie Leistung an die RFIC und die elektrischen Komponenten liefert; und eine zu einem Funkzugangsnetz (RAN) gehörende Basisstation, die Basisstation ist so konfiguriert, dass sie die PoE-Schnittstelle ansteuert. In einer Ausführungsform ist die RFIC eine Silizium-Germanium(SiGe)-RFIC, die Hochfrequenz-Bipolartransistoren mit Heteroübergang (HBT) umfasst. In einer Ausführungsform ist die RFIC eine CMOS-RFIC.
Figurenliste
Die Ausführungsformen werden hier unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen nur beispielhaft beschrieben. Es wird nicht versucht, strukturelle Einzelheiten der Ausführungsformen detaillierter darzustellen, als für ein grundlegendes Verständnis der Ausführungsformen notwendig ist. In den Zeichnungen illustriert:

1 eine Ausführungsform eines Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystems;
2A eine Ausführungsform eines drahtlosen Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystems;
2B eine Ausführungsform eines wellenleiterbasierten Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystems;
3 eine Ausführungsform einer im Wesentlichen flachen Kanalübertragungsfunktion;
4 eine Ausführungsform einer im Wesentlichen nichtflachen Kanalübertragungsfunktion;
5 eine Ausführungsform einer im Wesentlichen nichtflachen Empfangsübertragungsfunktion;
6 eine Ausführungsform einer im Wesentlichen nichtflachen Funkübertragungsfunktion;
7A ein Ausführungsbeispiel von OFDM-Signalausbreitung durch ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem;
7B ein Ausführungsbeispiel von OFDM-Signalausbreitung durch ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem;
7C ein Ausführungsbeispiel von OFDM-Signalausbreitung durch ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem;
7D ein Ausführungsbeispiel von OFDM-Signalausbreitung durch ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem;
8 eine Ausführungsform einer Integrierten Schaltung für Funkfrequenzen (RFIC), die einen Funksender umfasst;
9A eine Ausführungsform eines Kommunikationssystems, das eine Integrierte Schaltung für Funkfrequenzen (RFIC) umfasst;
9B eine Ausführungsform eines Kommunikationssystems, das eine Integrierte Schaltung für Funkfrequenzen (RFIC) und eine Basisstation umfasst; und
9C eine Ausführungsform eines Kommunikationssystems, das eine Integrierte Schaltung für Funkfrequenzen (RFIC) und eine Richtantenne umfasst.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Viele für Backhauling-Anwendungen typische Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssysteme haben hohe Anforderungen an die Sendedatenrate. Sendedatenraten von über 200 Mbit/s erfordern in der Regel die Verwendung von Funksystemen mit Kommunikationsbandbreiten von über 100 MHz. Solche großen Kommunikationsbandbreiten wirken sich nachteilig auf den Frequenzgang von Funksendern und -empfängern aus, der idealerweise einen flachen Verlauf haben sollte. Zur Realisierung von Funksendern und -empfängern können Integrierte Schaltungen für Funkfrequenzen (RFIC) verwendet werden. Die Verwendung von Integrierten Millimeterwellenschaltungen für Funkfrequenzen zur Realisierung von Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystemen mit Bandbreiten von über 100 MHz kann dazu führen, dass Funksender und Funkempfänger im Wesentlichen nichtflache Frequenzverläufe aufweisen. Integrierte Millimeterwellenschaltungen wie Silizium-Germanium(SiGe)-RFIC, die Hochfrequenz-BipolarTransistoren mit Heteroübergang (HBT) umfassen, die bei Bandbreiten von über 100 MHz arbeiten, können beim Sendefrequenzgang eine Schwankung von mindestens 4 dB über eine 100 MHz-Sendebandbreite aufweisen. Diese Schwankung muss zur Erzielung hoher Datensenderaten kompensiert werden. In einer Ausführungsform wird die Schwankung von mindestens 4 dB durch Verwendung des Orthogonal-Frequenzmultiplex-Verfahrens (OFDM) bei Sendern und Empfängern stark gerichteter Punkt-zu-Punkt-Millimeterwellenverbindungen ausgeglichen. Die Kompensation von Fluktuationen des Sendefrequenzgangs in Integrierten Millimeterwellenschaltungen für Funkfrequenzen (RFIC), die mit Bandbreiten von über 100 MHz arbeiten, ist unbekannt für stark gerichtete Punkt-zu-Punkt-Millimeterwellenverbindungen, die einen flachen Kanalfrequenzgang aufweisen und kein OFDM für die Kompensierung von Fluktuationen im Kanalfrequenzgang benötigen.
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem (i) einen Millimeterwellenkanal, der zwischen einer ersten Frequenz von Millimeterwellen und einer zweiten Frequenz von Millimeterwellen eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion aufweist, wobei die beiden Frequenzen mindestens 500 MHz getrennt sind, (ii) ein Sendesystem umfassend einen Orthogonal-FrequenzMultiplex(OFDM)-Modulator, der ein OFDM-Signal mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz ausgibt, und einen Funksender, der über die Bandbreite des OFDM-Signals eine im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion aufweist und das OFDM-Signal in ein Millimeterwellensignal, das sich zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz befindet, aufwärtswandelt und das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal sendet, und (iii) ein Empfangssystem umfassend einen Funkempfänger, der über die Bandbreite des OFDM-Signals eine im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion aufweist und das Millimeterwellensignal in eine Rekonstruktion des OFDM-Signals mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz abwärtswandelt, und einen OFDM-Demodulator, der die im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion und die im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion durch Demodulation der Rekonstruktion des OFDM-Signals kompensiert.
1 illustriert eine Ausführungsform eines Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystems. Ein Millimeterwellenkanal 109 weist eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen einer ersten Frequenz von Millimeterwellen und einer zweiten Frequenz von Millimeterwellen auf, wobei die beiden Frequenzen mindestens 500 MHz getrennt sind. Ein Sendesystem 101 beinhaltet einen Orthogonal-Frequenzmultiplex(OFDM)-Modulator 101b und einen Funksender 101a. Der OFDM-Modulator 101b gibt ein OFDM-Signal aus, das eine Bandbreite von mindestens 100 MHz aufweist. Der Funksender 101a weist über die Bandbreite des OFDM-Signals eine im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion auf. Der Funksender 101a wandelt das OFDM-Signal aufwärts in ein Millimeterwellensignal, das sich zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz befindet, und sendet das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal 109. Ein Empfangssystem 104 beinhaltet einen Funkempfänger 104a und einen OFDM-Demodulator 104b. Der Funkempfänger 104a weist über die Bandbreite des OFDM-Signals eine im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion auf. Der Funkempfänger 104a empfängt das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal 109 und wandelt das Millimeterwellensignal abwärts in eine Rekonstruktion des OFDM-Signals, das eine Bandbreite von mindestens 100 MHz aufweist. Der OFDM-Demodulator 104b kompensiert die im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion und die im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion durch Demodulierung der Rekonstruktion des OFDM-Signals.
2A illustriert eine Ausführungsform eines drahtlosen Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystems. Der Millimeterwellenkanal 109 ist ein Wireless-Kanal 110, der eine erste Richtantenne 102, über die das Millimeterwellensignal gesendet wird, und eine zweite Richtantenne 105, über die das Millimeterwellensignal empfangen wird, umfasst, und der kombinierte Gewinn der ersten Richtantenne 102 und der zweiten Richtantenne 105 beträgt mindestens 50 dBi, wodurch der Millimeterwellenkanal 109 die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz erlangt.
2B illustriert eine Ausführungsform eines wellenleiterbasierten Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystems. Der Millimeterwellenkanal 109 ist ein Wellenleiter 115, über den das Millimeterwellensignal gesendet wird. Der Wellenleiter 115 weist eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz auf.
In einer Ausführungsform ist die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion des Millimeterwellenkanals so flach, dass die Verwendung eines OFDM-Modulators und eines OFDM-Demodulators zur Begünstigung der Kommunikation über den Millimeterwellenkanal im Wesentlichen nicht notwendig ist. OFDM wird in der Regel verwendet, um die Kommunikation über Kanäle mit einer im Wesentlichen nichtflachen Kanalübertragungsfunktion zu begünstigen. Unterschiedliche Töne des OFDM-Signals, die auch als Hilfsträger bezeichnet werden, werden, nachdem sie über einen Kanal mit im Wesentlichen nichtflacher Kanalübertragungsfunktion gesendet wurden, von einem OFDM-Empfänger unabhängig demoduliert. Der Schritt der unabhängigen Demodulierung der Töne führt zu einer inhärenten Immunität gegen Frequenzgangschwankungen, die mit dem Kanal mit im Wesentlichen nichtflacher Kanalübertragungsfunktion verbunden sind. Diese Immunität ist im Grunde nicht erforderlich, wenn der Kanal eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion aufweist. Ein typischer Kanal mit im Wesentlichen nichtflacher Kanalübertragungsfunktion kann ein Wireless-Kanal sein, der zwischen einem Sender und einem Empfänger ausgebildet wird, die sich beide in Innenräumen befinden. Der Wireless-Kanal ist im Innenbereich Mehrwegreflexionen ausgesetzt, wodurch der Wireless-Kanal eine im Wesentlichen nichtflache Kanalübertragungsfunktion erlangt. Gemäß einem Beispiel wird die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion des Millimeterwellenkanals durch die Verwendung von Richtantennen 102, 105 erreicht. Die Richtantennen 102, 105 eliminieren Mehrwegreflexionen. Die Verwendung von Richtfunkantennen 102, 105 ist typisch in Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystemen. Ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem mit Antennen 102, 105 benötigt keine Verwendung von OFDM zur Kompensierung von Mehrwegreflexionen.
In einer Ausführungsform liegt die zweite Millimeterwellenfrequenz zwischen 50 GHz und 100 GHz. In einer Ausführungsform liegt die erste Millimeterwellenfrequenz bei über 57 GHz und liegt die zweite Millimeterwellenfrequenz bei unter 86 GHz. In einer Ausführungsform wird das OFDM-Signal mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz dazu verwendet, Daten mit einer Rate von über 100 Mbit/s über den Millimeterwellenkanal zu senden. In einer Ausführungsform weist das OFDM-Signal mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz eine Bandbreite von mindestens 200 MHz auf und wird dazu verwendet, Daten mit einer Rate von über 200 Mbit/s über den Millimeterwellenkanal zu senden. In einer Ausführungsform weist das OFDM-Signal mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz eine Bandbreite von mindestens 500 MHz auf und wird dazu verwendet, Daten mit einer Rate von über 500 Mbit/s über den Millimeterwellenkanal zu senden.
3 illustriert eine Ausführungsform einer im Wesentlichen flachen Kanalübertragungsfunktion. Die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion 301 ist eine Übertragungsfunktion, die eine Differenz von höchstens zwei dB zwischen dem höchsten Wert und tiefsten Wert der Übertragungsfunktion im Bereich zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz aufweist. Gemäß einem Beispiel liegt der höchste Wert der im Wesentlichen flachen Kanalübertragungsfunktion 301, der beispielsweise bei der zweiten Millimeterwellenfrequenz 303 auftritt, bei -78,5 dB, und liegt der tiefste Wert der im Wesentlichen flachen Kanalübertragungsfunktion 301, der beispielsweise bei der ersten Millimeterfrequenz 302 auftritt, bei -80 dB. Die Differenz zwischen dem höchsten Wert und dem tiefsten Wert beträgt somit 1,5 dB. Es wird darauf hingewiesen, dass der höchste Wert bei einer beliebigen Frequenz zwischen der ersten Millimeterwellenfrequenz 302 und der zweiten Millimeterwellenfrequenz 303 auftreten kann. Es wird darauf hingewiesen, dass der tiefste Wert bei einer beliebigen Frequenz zwischen der ersten Millimeterwellenfrequenz 302 und der zweiten Millimeterwellenfrequenz 303 auftreten kann. Gemäß einem Beispiel liegt die erste Millimeterwellenfrequenz 302 bei 60 GHz und liegt die zweite Millimeterwellenfrequenz 303 bei 60,5 GHz. Gemäß einem Beispiel liegt die erste Millimeterwellenfrequenz 302 bei 70 GHz und liegt die zweite Millimeterwellenfrequenz bei 71 GHz. In einer Ausführungsform wird die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion 301 von einem Port der ersten Richtantenne 102 zu einem Port der zweiten Richtantenne 105, oder umgekehrt, gemessen. In einer Ausführungsform wird die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion 301 von einem ersten Port des Wellenleiters 115 zu einem zweiten Port des Wellenleiters 115, oder umgekehrt, gemessen.
4 illustriert eine Ausführungsform der im Wesentlichen nichtflachen Sendeübertragungsfunktion. Die im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion 401 weist im Bereich der mindestens 100 MHz 403 eine Differenz von mindestens 4 dB zwischen dem höchsten Wert und tiefsten Wert der im Wesentlichen nichtflachen Sendeübertragungsfunktion 401 auf. Gemäß einem Beispiel liegt der höchste Wert der im Wesentlichen nichtflachen Sendeübertragungsfunktion 401, der beispielsweise bei der ersten Millimeterwellenfrequenz 401 auftritt, bei 20 dB, und liegt der tiefste Wert der im Wesentlichen flachen Sendeübertragungsfunktion 401, der beispielsweise bei der zweiten Millimeterfrequenz 402 auftritt, bei 13 dB. Die Differenz zwischen dem höchsten Wert und dem tiefsten Wert beträgt somit 7 dB. Es wird darauf hingewiesen, dass der höchste Wert bei einer beliebigen Frequenz zwischen der ersten Millimeterwellenfrequenz 401 und der zweiten Millimeterwellenfrequenz 402 auftreten kann. Es wird darauf hingewiesen, dass der tiefste Wert bei einer beliebigen Frequenz zwischen der ersten Millimeterwellenfrequenz 401 und der zweiten Millimeterwellenfrequenz 402 auftreten kann. Gemäß einem Beispiel liegt die erste Millimeterwellenfrequenz 401 bei 60 GHz, die zweite Millimeterwellenfrequenz 402 bei 60,5 GHz und die mindestens 100 MHz 403, die von dem durch Funksender 101a gesendeten OFDM-Signal besetzt werden, bei 200 MHz. Gemäß einem Beispiel liegt die erste Millimeterwellenfrequenz 401 bei 70 GHz, die zweite Millimeterwellenfrequenz 402 bei 71 GHz und die mindestens 100 MHz 403, die von dem durch Funksender 101a gesendeten OFDM-Signal besetzt werden, bei 500 MHz.
In einer Ausführungsform ist die im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion 401, oder eine beliebige Sendeübertragungsfunktion in Bezug auf einen Funksender wie Funksender 101a, definiert als der Frequenzgang eines Funksenders, gemessen von einem Basisbandpegel des Funksenders zum Ausgang des Funksenders, unter Berücksichtigung der bei Aufwärtswandlung eines Basisbandsignals in ein Millimeterwellensignal auftretenden Frequenzumsetzung. 5 illustriert eine Ausführungsform der im Wesentlichen nichtflachen Empfangsübertragungsfunktion. Die im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion 501 weist im Bereich der mindestens 100 MHz 503 eine Differenz von mindestens 4 dB zwischen dem höchsten Wert und tiefsten Wert der im Wesentlichen nichtflachen Empfangsübertragungsfunktion 501 auf. Gemäß einem Beispiel liegt der höchste Wert der im Wesentlichen nichtflachen Empfangsübertragungsfunktion 501, der beispielsweise nahe null Hz auftritt, bei 100 dB, und liegt der tiefste Wert der im Wesentlichen flachen Empfangsübertragungsfunktion 501, der beispielsweise bei 100 MHz auftritt, bei 94 dB. Die Differenz zwischen dem höchsten Wert und dem tiefsten Wert beträgt somit 6 dB. Es wird darauf hingewiesen, dass der höchste Wert bei einer beliebigen Frequenz in den mindestens 100 MHz 503 auftreten kann. Es wird darauf hingewiesen, dass der tiefste Wert bei einer beliebigen Frequenz in den mindestens 100 MHz 503 auftreten kann.
In einer Ausführungsform ist die im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion 501, oder eine beliebige Empfangsübertragungsfunktion in Bezug auf einen Funkempfänger wie Funkempfänger 104a, definiert als der Frequenzgang eines Funkempfängers, gemessen von einem Millimeterwelleneingang des Funkempfängers zum Basisbandausgang des Funkempfängers, unter Berücksichtigung der bei Abwärtswandlung eines Millimeterwellensignals in ein Basisbandsignal auftretenden Frequenzumsetzung.
In einer Ausführungsform ist der Funksender eine Integrierte Schaltung für Funkfrequenzen (RFIC), die eine im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion aufweist, da es sich um eine Integrierte Schaltung handelt. RFIC-Schaltungen, die in Millimeterwellenbändern arbeiten und OFDM-Signale mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz senden können, führen in der Regel zu einer im Wesentlichen nichtflachen Sendeübertragungsfunktion. Speziell erzeugen Silizium-Germanium(SiGe)-RFIC und CMOS-RFIC große Schwankungen des Frequenzgangs über Bandbreiten oberhalb von 100 MHz. In einer Ausführungsform ist der Funkempfänger eine Integrierte Schaltung für Funkfrequenzen (RFIC), die eine im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion aufweist, da es sich um eine Integrierte Schaltung handelt.
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem (i) einen Millimeterwellenkanal, der zwischen einer ersten Frequenz von Millimeterwellen und einer zweiten Frequenz von Millimeterwellen eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion aufweist, wobei die beiden Frequenzen um mindestens 500 MHz getrennt sind, (ii) ein Sendesystem umfassend einen Orthogonal-FrequenzMultiplex(OFDM)-Modulator, der für die Ausgabe eines OFDM-Signals mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz konfiguriert ist, und einen Funksender mit einer Sendeübertragungsfunktion, der so konfiguriert ist, dass er das OFDM-Signal in ein Millimeterwellensignal, das sich zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz befindet, aufwärtswandelt und das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal sendet, und (iii) ein Empfangssystem umfassend einen Funkempfänger mit einer Empfangsübertragungsfunktion, die in Kombination mit der Sendeübertragungsfunktion des Funksenders zu einer im Wesentlichen nichtflachen Funkübertragungsfunktion über die Bandbreite des OFDM-Signals führt, wobei der Funkempfänger so konfiguriert ist, dass er das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal empfängt und das Millimeterwellensignal in eine Rekonstruktion des OFDM-Signals mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz abwärtswandelt, sowie einen OFDM-Demodulator, der so konfiguriert ist, dass er die im Wesentlichen nichtflache Funkübertragungsfunktion durch Demodulation der Rekonstruktion des OFDM-Signals kompensiert.
6 illustriert eine Ausführungsform der im Wesentlichen nichtflachen Funkübertragungsfunktion. Die im Wesentlichen nichtflache Funkübertragungsfunktion 601 weist im Bereich der mindestens 100 MHz 603 eine Differenz von mindestens 6 dB zwischen dem höchsten Wert und tiefsten Wert der im Wesentlichen nichtflachen Funkübertragungsfunktion 601 auf. Gemäß einem Beispiel liegt der höchste Wert der im Wesentlichen nichtflachen Empfangsübertragungsfunktion 601, der beispielsweise nahe Null Hz auftritt, bei 120 dB, und liegt der tiefste Wert der im Wesentlichen flachen Empfangsübertragungsfunktion 501, der beispielsweise bei 100 MHz auftritt, bei 110 dB. Die Differenz zwischen dem höchsten Wert und dem tiefsten Wert beträgt somit 10 dB. Es wird darauf hingewiesen, dass der höchste Wert bei einer beliebigen Frequenz in den mindestens 100 MHz 603 auftreten kann. Es wird darauf hingewiesen, dass der tiefste Wert bei einer beliebigen Frequenz in den mindestens 100 MHz 603 auftreten kann.
In einer Ausführungsform ist die im Wesentlichen nichtflache Funkübertragungsfunktion 601, oder eine beliebige Funkübertragungsfunktion in Bezug zu einem Funkempfänger und einem Funksender wie Funkempfänger 104a und Funksender 101a, definiert als die Summe aus einer im Wesentlichen nichtflachen Sendeübertragungsfunktion und einer im Wesentlichen nichtflachen Empfangsübertragungsfunktion. In einer Ausführungsform ist der Funksender eine Integrierte Schaltung für Funkfrequenzen (RFIC) und der Funkempfänger eine RFIC, was zu im Wesentlichen nichtflachen Funkübertragungsfunktionen führt.
2A, 7A, 7B, 7C und 7D illustrieren ein Ausführungsbeispiel von OFDM-Signalausbreitung durch ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem. Ein Millimeterwellenkanal 109 weist eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen einer ersten Frequenz von Millimeterwellen und einer zweiten Frequenz von Millimeterwellen auf, wobei die beiden Frequenzen um mindestens 500 MHz getrennt sind. Ein Sendesystem 101 beinhaltet einen Orthogonal-Frequenzmultiplex(OFDM)-Modulator 101b und einen Funksender 101a. Der OFDM-Modulator 101b gibt ein OFDM-Signal 709 aus, das eine Bandbreite von mindestens 100 MHz aufweist. Das OFDM-Signal 709 umfasst beispielsweise 8 Töne. Die Töne sind als senkrechte Pfeile dargestellt. Alle Töne haben beispielsweise die Amplitude 707. Der Funksender 101a weist über die Bandbreite des OFDM-Signals eine im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion auf. Der Funksender 101a wandelt das OFDM-Signal 709 aufwärts in ein Millimeterwellensignal 719, das sich zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz befindet, und sendet das Millimeterwellensignal 719 über den Millimeterwellenkanal 109. Ein Empfangssystem 104 beinhaltet einen Funkempfänger 104a und einen OFDM-Demodulator 104b. Der Funkempfänger 104a weist über die Bandbreite des OFDM-Signals eine im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion auf. Der Funkempfänger 104a empfängt das Millimeterwellensignal 729 über den Millimeterwellenkanal 109 und konvertiert das Millimeterwellensignal 729 abwärts in eine Rekonstruktion 739 des OFDM-Signals, das eine Bandbreite von mindestens 100 MHz aufweist. Der OFDM Demodulator 104b kompensiert die im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion und die im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion durch Demodulierung der Rekonstruktion 739 des OFDM-Signals. Die als senkrechte Pfeile dargestellten 8 Töne von Millimeterwellensignal 719 sind eine frequenzumgesetzte Version des OFDM-Signals 709. Die 8 Töne von Millimeterwellensignal 719 weisen eine Amplitudenschwankung 717 auf, die im Wesentlichen ungleich Null ist und beispielsweise 4 dB betragen kann. Die Amplitudenschwankung 717 sowie die nicht dargestellte Phasenschwankung sind ein unmittelbares Ergebnis der im Wesentlichen nichtflachen Sendeübertragungsfunktion von Funksender 101a. Der Leistungspegel 718 kann beispielsweise 0 dBm betragen. Die als senkrechte Pfeile dargestellten 8 Töne von Millimeterwellensignal 729 sind eine gedämpfte Version von Millimeterwellensignal 719, wobei die Dämpfung das Ergebnis von Millimeterwellenkanal 109 ist, der einen Wireless-Kanal 110 beinhaltet. Der Leistungspegel 728 kann beispielsweise -100 dBm betragen. Die 8 Töne von Millimeterwellensignal 729 weisen eine Amplitudenschwankung 727 auf, die im Wesentlichen der Amplitudenschwankung 717 entspricht. Dies ist ein Ergebnis von Millimeterwellenkanal 109, der eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion aufweist. Die als senkrechte Pfeile dargestellten 8 Töne der Rekonstruktion 739 des OFDM-Signals sind eine frequenzumgesetzte Version von Millimeterwellensignal 729. Die 8 Töne der Rekonstruktion 739 des OFDM-Signals weisen eine Amplitudenschwankung 737 auf, die im Wesentlichen ungleich Null ist und beispielsweise 8 dB betragen kann. Die Amplitudenschwankung 737 sowie die nicht dargestellte Phasenschwankung sind ein unmittelbares Ergebnis der im Wesentlichen nichtflachen Empfangsübertragungsfunktion von Funkempfänger 104a und der im Wesentlichen nichtflachen Sendeübertragungsfunktion von Funksender 101a. Es wird darauf hingewiesen, dass die Amplitudenschwankung 737 sowie die nicht dargestellte Phasenschwankung im Wesentlichen nicht ein Ergebnis des Millimeterwellenkanals 109 sind, da Millimeterwellenkanal 109 eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion aufweist. Die Amplitudenschwankung 737 sowie die nicht dargestellte Phasenschwankung werden im Zuge der Demodulation der Rekonstruktion 739 des OFDM-Signals durch den OFDM-Demodulator 104b inhärent ausgeglichen.
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem (i) einen Millimeterwellenkanal, der zwischen einer ersten Frequenz von Millimeterwellen und einer zweiten Frequenz von Millimeterwellen eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion aufweist, wobei die beiden Frequenzen um mindestens 500 MHz getrennt sind, (ii) ein Sendesystem, das so konfiguriert ist, dass es über den Millimeterwellenkanal als zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz befindliches Millimeterwellensignal ein Orthogonal-FrequenzMultiplex(OFDM)-Signal mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz sendet, und (iii) ein Empfangssystem umfassend einen Funkempfänger, der über die Bandbreite des OFDM-Signals eine im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion aufweist und so konfiguriert ist, dass er das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal empfängt und das Millimeterwellensignal in eine Rekonstruktion des OFDM-Signals mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz abwärtswandelt, und einen OFDM-Demodulator, der so konfiguriert ist, dass er die im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion durch Demodulation der Rekonstruktion des OFDM-Signals kompensiert.
Viele für Backhauling-Anwendungen typische Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssysteme haben einander entgegenstehende Betriebsanforderungen. Idealerweise soll ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem den Datentransport mit hohen Geschwindigkeiten bei minimalem Leistungsverbrauch über große Entfernungen gewährleisten. Mit wachsenden Datenraten und Entfernungen steigt auch der Leistungsverbrauch. Um einen Funksender zu realisieren, der in der Lage ist, Daten mit Geschwindigkeiten von mehreren hundert Megabit pro Sekunde über Entfernungen von über 100 Metern unter Verwendung eines Senders mit einem Leistungsverbrauch von unter 2,5 Watt erfolgreich zu übertragen, bedarf es einer Einzelintegration verschiedener Komponenten. Um den Leistungsverbrauch unter 2,5 Watt zu senken, muss eine einzelne Integrierte Funkfrequenzschaltung (RFIC) verwendet werden, die alle Komponenten eines voll funktionsfähigen Senders umfasst. Zu den Komponenten zählen ein Leistungsverstärker (PA) und ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) mit einem Synthesizer. Integrierte Funkfrequenzschaltungen wie Silizium-Germanium(SiGe)-RFIC, die Hochfrequenz-Bipolartransistoren mit Heteroübergang (HBT) umfassen, können allerdings keine integrierten VCO und Synthesizer mit ausreichend gutem kombinierten Phasenrauschen für eine Quadratur-Amplitudenmodulation mit 64 Pegeln (64 QAM) oder 256 QAM unterstützen, die nötig sind, um Datenraten von über 200 Mbit/s unter Verwendung eines ausreichenden Bereichs des Spektrums bei für Kommunikationsanwendungen typischen Frequenzen zu erreichen. In einer Ausführungsform werden deshalb ein VCO und Synthesizer mit Unterstützung von nur 16 QAM in die RFIC integriert, während Millimeterwellenbänder verwendet werden, um so Zugriff zu großen Bereichen des Spektrums zu bekommen. Kontinuierliche und verwendbare Kanäle von über 500 MHz sind bei Frequenzen von 57 GHz bis 87 GHz verfügbar. Deshalb werden diese Frequenzen und andere mit Millimeterwellen verbundene Frequenzen ausgewählt. Integrierte Schaltungen für Funkfrequenzen wie SiGe-RFIC mit Hochfrequenz-HBT können auch integrierte PA unterstützen, deren Millimeterwellenausgang Leistungspegel übersteigt, die üblicherweise mit der Kommunikation auf großen Bandbreiten über große Entfernungen verbunden sind. In einer Ausführungsform wird in die RFIC deshalb ein PA integriert, der eine reduzierte Ausgangsleistung aufweist. Der leistungsreduzierte PA arbeitet im Zusammenwirken mit stark gerichteten Antennen, die bei mit Millimeterwellen verbundenen Frequenzen eine vertretbare Größe haben. Die stark gerichteten Antennen kompensieren den leistungsreduzierten PA. Die Kombination der obigen Elemente ermöglicht die Erzielung eines Anforderungskatalogs, der derzeit für unmöglich gilt.
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Drahtloskommunikationssystem mit ultrahoher Bandbreite und geringem Leistungsverbrauch (i) eine Integrierte Schaltung für Funkfrequenzen (RFIC), die einen Funksender umfasst, der Millimeterwellensignale sendet. Der Funksender beinhaltet einen Leistungsverstärker (PA, Power Amplifier), der die Millimeterwellensignale bei einem geringen Leistungspegel von -10 dBm bis 20 dBm sendet, und dadurch die Einbeziehung des PA in die RFIC gestattet. Der Funksender beinhaltet ferner einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO, Voltage Controlled Oscillator) und einen Synthesizer, der einen Mischer ansteuert, der Signale in die Millimeterwellensignale aufwärtswandelt. Der VCO und Synthesizer haben ein kombiniertes Phasenrauschen zwischen einem ersten Pegel und einem zweiten Pegel, wobei der erste Pegel hoch genug ist, damit der VCO und Synthesizer in die RFIC eingebunden werden können, und der zweite Pegel niedrig genug ist, damit das Senden bei 16-pegeliger Quadratur-Amplitudenmodulation (16 QAM) begünstigt wird, (ii) einen Funkempfänger, der die Millimeterwellensignale empfängt, und (iii) eine erste Richtantenne und eine zweite Richtantenne, die durch mindestens 100 Meter Sichtlinie voneinander getrennt und zueinander ausgerichtet sind und gemeinsam einen Summengewinn von über 60 dBi aufweisen, wobei die erste Richtantenne die Millimeterwellensignale sendet und die zweite Richtantenne die Millimeterwellensignale empfängt und die Millimeterwellensignale zum Funkempfänger speist. Der Gesamtgewinn konzentriert den geringen Leistungspegel auf den PA. Der Funksender und der Funkempfänger bilden eine Millimeterwellenkommunikationsverbindung bei einer Bandbreite von mindestens 100 MHz und 16 QAM über Entfernungen von mehr als 100 Metern, was zu Datenübertragungsraten von mindestens 200 Mbit/s führt, während die RFIC, die erste Richtantenne und die zweite Richtantenne den Leistungsverbrauch des Funksenders unter 2,5 W halten.
8 illustriert eine Ausführungsform einer Integrierten Schaltung für Funkfrequenzen (RFIC) 800, die einen Funksender 801 umfasst. Der Funksender 801 beinhaltet alle Komponenten, die notwendig sind, um eine komplette Funksenderausführung zu erleichtern, wie einen Mischer 804, wahlweise Filter wie Filter 805 und wahlweise Verstärker wie Verstärker 803. Der Funksender 801 beinhaltet einen Leistungsverstärker (PA) 806, der im Betrieb Millimeterwellensignale bei einem niedrigen Leistungspegel von -10 dBm bis 20 dBm ausgeben kann. Dieser niedrige Leistungspegel ist tief genug, um eine Integration des PA 806 in die RFIC 800 zu ermöglichen, so dass eine komplette Funksenderausführung begünstigt werden kann. Ein VCO und Synthesizer 802 steuern den Mischer 804 an. Der Mischer 804 wird zur Erzeugung von Millimeterwellensignalen verwendet. Der VCO und Synthesizer 802 haben ein kombiniertes Phasenrauschen zwischen einem ersten Pegel und einem zweiten Pegel. Der erste Pegel ist hoch genug, um die Integration des VCO und Synthesizers 802 in die RFIC 800 zu ermöglichen. Der zweite Pegel ist tief genug, um das Senden bei 16-pegeliger Quadratur-Amplitudenmodulation (16 QAM) zu begünstigen.
9A illustriert eine Ausführungsform eines Kommunikationssystems. Ein Funkempfänger 940 empfängt die vom PA 806 erzeugten Millimeterwellensignale. Eine erste Richtantenne 910 und eine zweite Richtantenne 930 sind etwa 100 Meter Sichtlinie voneinander getrennt. Die erste Richtantenne 910 und die zweite Richtantenne 930 sind aufeinander gerichtet und weisen gemeinsam einen Gesamtgewinn von über 60 dBi auf. Der Gesamtgewinn von über 60 dBi konzentriert im Betrieb den tiefen Leistungspegel von PA 806 und ermöglicht so eine bessere Ausbreitung der Millimeterwellensignale. Die erste Richtantenne 910 sendet die Millimeterwellensignale. Die zweite Richtantenne empfängt die Millimeterwellensignale und speist die Millimeterwellensignale an den Funkempfänger 940. Der Funksender 801 und der Funkempfänger 940 bilden eine Millimeterwellenkommunikationsverbindung bei einer Bandbreite von mindestens 100 MHz und mit 16 QAM über Entfernungen von mehr als 100 Metern, was zu einer Datenübertragungsrate von mindestens 200 Mbit/s führt. Die den VCO und Synthesizer 802 sowie PA 806 umfassende RFIC 800 hält gemeinsam mit der ersten Richtantenne 910 und der zweiten Richtantenne 930 den Leistungsverbrauch des Funksenders 801 auf unter 2,5 W und erreicht dabei die Bandbreite von mindestens 100 MHz, mit 16 QAM, über Entfernungen von mehr als 100 Metern, was zu einer Datenübertragungsrate von mindestens 200 M führt. Es wird darauf hingewiesen, dass eine Bandbreite von mindestens 100 MHz bei Frequenzen gefunden werden kann, die zu Millimeterwellen gehören. Es wird darauf hingewiesen, dass zur Erreichung einer Datenübertragungsrate von mindestens 200 M bei Nutzung einer Bandbreite unter 100 MHz die Verwendung von 64 QAM oder 256 QAM erforderlich gewesen wäre.
In einer Ausführungsform liegen die Millimeterwellensignale bei über 20 GHz. In einer Ausführungsform liegen die Millimeterwellensignale bei über 50 GHz. In einer Ausführungsform liegen die Millimeterwellensignale bei über 57 GHz. In einer Ausführungsform bilden der Funksender 801 und der Funkempfänger 940 eine Millimeterwellenkommunikationsverbindung bei einer Bandbreite von mindestens 200 MHz und 16 QAM über Entfernungen von mehr als 100 Metern, was zu einer Datenübertragungsrate von mindestens 400 Mbit/s führt. In einer Ausführungsform bilden der Funksender 801 und der Funkempfänger 940 eine Millimeterwellenkommunikationsverbindung bei einer Bandbreite von mindestens 500 MHz und 16 QAM über Entfernungen von mehr als 100 Metern, was zu einer Datenübertragungsrate von mindestens 1 Gbit/s führt.
In einer Ausführungsform liegt der erste Pegel, der hoch genug ist, um die Einbindung des VCO und Synthesizers 802 in die RFIC 800 zu ermöglichen, bei -25 dBc. In einer Ausführungsform führen die Millimeterwellensignale ein Orthogonal-FrequenzMultiplex(OFDM)-Basisbandsignal mit Hilfsträgerfrequenztrennung gleich X MHz, das kombinierte Phasenrauschen wird gemessen, indem eine kombinierte Phasenrauschdichte zwei Mal über einen Bereich beginnend bei X MHz oberhalb einer Frequenz eines Trägers und bis zu mindestens 100 MHz oberhalb der Frequenz des Trägers integriert wird, und der zweite Pegel, der ausreichend niedrig ist, um ein Senden bei einer 16-pegeligen Quadratur-Amplitudenmodulation (16 QAM) zu begünstigen, liegt bei -15 dBc. Der Träger ist der Ausgang des VCO und Synthesizers 802, die den Mischer 804 ansteuern. Gemäß einem Beispiel hat der Träger eine Frequenz von 70 GHz, hat das Orthogonal-Frequenzmultiplex(OFDM)-Basisbandsignal eine Hilfsträgerfrequenztrennung gleich 2 MHz, hat die Millimeterwellenkommunikationsverbindung eine Bandbreite von 200 MHz und ist das kombinierte Phasenrauschen zwei Mal (doppelt) so groß wie die Integration einer kombinierten Phasenrauschdichte des VCO und Synthesizers 802 über den Bereich von 70 GHz + 2 MHz bis 70 GHz + 200 MHz, was ein kombiniertes Phasenrauschen von unter -15 dBc ergibt.
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Drahtloskommunikationssystem mit ultrahoher Bandbreite und geringem Leistungsverbrauch ferner elektrische Komponenten 902, die einen netzwerkfähigen Prozessor, einen Modulator und eine Power-Over-Ethernet(PoE)-Schnittstelle 901b umfassen. Die eine Power-Over-Ethernet(PoE)-Schnittstelle 901b liefert im Betrieb Leistung an die RFIC 800 und die elektrischen Komponenten 902. In einer Ausführungsform haben die elektrischen Komponenten 902 einen Leistungsverbrauch von unter 23 W, so dass der Gesamtleistungsverbrauch der RFIC 800 und der elektrischen Komponenten unter 25,5 W beträgt. Das kann optional die Verwendung eines hohen Leistungsbereichs des PoE-Standards ermöglichen. In einer Ausführungsform haben die elektrischen Komponenten 902 einen Leistungsverbrauch von unter 10,45 W, so dass der Gesamtleistungsverbrauch der RFIC 800 und der elektrischen Komponenten 902 unter 12,95 W beträgt. Das kann optional die Verwendung eines mittleren Leistungsbereichs des PoE-Standards ermöglichen. In einer Ausführungsform haben die elektrischen Komponenten 902 einen Leistungsverbrauch von unter 3,99 W, so dass der Gesamtleistungsverbrauch der RFIC 800 und der elektrischen Komponenten 902 unter 6,49 W beträgt. Das kann optional die Verwendung eines niedrigen Leistungsbereichs des PoE-Standards ermöglichen.
9B illustriert eine Ausführungsform eines Kommunikationssystems. Optional beinhaltet ein Drahtloskommunikationssystem mit ultrahoher Bandbreite und geringem Leistungsverbrauch ferner eine Backhaul-Einheit 940, die die elektrischen Komponenten 902 und die RFIC 800 umfasst. Die elektrischen Komponenten 902 beinhalten die Power-Over-Ethernet(PoE)-Schnittstelle 901b. Die Power-Over-Ethernet(PoE)-Schnittstelle 901b liefert im Betrieb Leistung an die RFIC 800 und die elektrischen Komponenten 902. Optional steuert eine zu einem Funkzugangsnetz (RAN) gehörende Basisstation die PoE-Schnittstelle 901b an und liefert Leistung an die Backhaul-Einheit 940. In einer Ausführungsform ist die RFIC eine Silizium-Germanium(SiGe)-RFIC, die Hochfrequenz-Bipolartransistoren mit Heteroübergang (HBT) umfasst. In einer Ausführungsform ist die RFIC eine CMOS-RFIC.
In einer Ausführungsform gibt der Leistungsverstärker (PA) 806 die Millimeterwellensignale bei einem niedrigen Leistungspegel von -10 dBm bis 0 dBm aus. Der Funksender und der Funkempfänger bilden eine Millimeterwellenkommunikationsverbindung bei einer Bandbreite von mindestens 100 MHz und 16 QAM über Entfernungen von mehr als 50 Metern, was zu Datenübertragungsraten von mindestens 200 Mbit/s führt, während die RFIC, die erste Richtantenne und die zweite Richtantenne den Leistungsverbrauch des Funksenders unter 1,5 W halten.
In einer Ausführungsform sind die erste Richtantenne 910 und die zweite Richtantenne 930 aufeinander gerichtet und weisen gemeinsam einen Gesamtgewinn von über 80 dBi auf. Der Leistungsverstärker (PA) 806 gibt die Millimeterwellensignale bei einem niedrigen Leistungspegel von -10 dBm bis 0 dBm aus. Der Funksender und der Funkempfänger bilden eine Millimeterwellenkommunikationsverbindung bei einer Bandbreite von mindestens 100 MHz und 16 QAM über Entfernungen von mehr als 100 Metern, was zu Datenübertragungsraten von mindestens 200 Mbit/s führt, während die RFIC, die erste Richtantenne und die zweite Richtantenne den Leistungsverbrauch des Funksenders unter 1,5 W halten.
In einer Ausführungsform sind die erste Richtantenne 910 und die zweite Richtantenne 930 aufeinander gerichtet und weisen gemeinsam einen Gesamtgewinn von über 80 dBi auf. Der Leistungsverstärker (PA) 806 gibt die Millimeterwellensignale bei einem niedrigen Leistungspegel von -10 dBm bis 0 dBm aus. Der Funksender und der Funkempfänger bilden eine Millimeterwellenkommunikationsverbindung bei einer Bandbreite von mindestens 100 MHz und 16 QAM über Entfernungen von mehr als 50 Metern, was zu Datenübertragungsraten von mindestens 200 Mbit/s führt, während die RFIC, die erste Richtantenne und die zweite Richtantenne den Leistungsverbrauch des Funksenders unter 1 W halten.
9C illustriert eine Ausführungsform eines Kommunikationssystems. Das Kommunikationssystem beinhaltet (i) eine Integrierte Schaltung für Funkfrequenzen (RFIC) 800', die einen Funksender 801' umfasst, der Millimeterwellensignale sendet. Der Funksender 801' beinhaltet einen PA 806', der die Millimeterwellensignale bei einem geringen Leistungspegel von -10 dBm bis 20 dBm ausgibt, und einen VCO und einen Synthesizer 802', die einen Mischer 804' ansteuern, der Signale in die Millimeterwellensignale aufwärtswandelt, und (ii) eine erste Richtantenne 910', die einem Gewinn von mindestens 30 dBi aufweist. Der Funksender 801' und die erste Richtantenne 910' sind so konfiguriert, dass sie die Millimeterwellensignale bei einem Pegel von mindestens 20 dBmi mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz und 16 QAM senden und Datenraten von mindestens 200 Mbit/s begünstigen, während die RFIC 800' so konfiguriert ist, dass sie den Leistungsverbrauch des Funksenders 801' unter 2,5 W hält. Es wird darauf hingewiesen, dass der PA 806' zwar mit direktem Anschluss an die Richtantenne 910' dargestellt ist, aber dass der PA 806' an der Richtantenne 910' auch indirekt über ein Filter oder einen Power-Splitter oder über eine sonstige geeignete Komponente angeschlossen sein kann.
In einer Ausführungsform weisen der VCO und Synthesizer 802' ein kombiniertes Phasenrauschen zwischen einem ersten Pegel und einem zweiten Pegel auf, wobei der erste Pegel hoch genug ist, um die Einbeziehung des VCO und Synthesizers 802' in die RFIC 800' zu ermöglichen, und der zweite Pegel niedrig genug ist, um ein Senden bei 16-pegeliger Quadratur-Amplitudenmodulation (16 QAM) zu begünstigen. In einer Ausführungsform liegt der erste Pegel, der hoch genug ist, um die Einbindung des VCO und Synthesizers 802' in die RFIC 800' zu ermöglichen, bei -25 dBc.
In einer Ausführungsform führen die Millimeterwellensignale ein Orthogonal-Frequenz-Multiplex(OFDM)-Basisbandsignal mit Hilfsträgerfrequenztrennung gleich X MHz, das kombinierte Phasenrauschen wird gemessen, indem eine doppelte kombinierte Phasenrauschdichte über einen Bereich beginnend bei X MHz oberhalb einer Frequenz eines Trägers und bis zu mindestens 100 MHz oberhalb der Frequenz des Trägers integriert wird, und der zweite Pegel, der ausreichend niedrig ist, um ein Senden bei einer 16-pegeligen Quadratur-Amplitudenmodulation (16 QAM) zu begünstigen, liegt bei -15 dBc. In einer Ausführungsform gestattet der niedrige Leistungspegel des PA 806' die Einbindung des PA 806' in die RFIC 800'. In einer Ausführungsform sind der Funksender 801' und die erste Richtantenne 910' so konfiguriert, dass sie die Millimeterwellensignale bei einem Pegel von mindestens 20 dBmi mit einer Bandbreite von mindestens 500 MHz und 16 QAM senden und Datenraten von mindestens 1 Gbit/s begünstigen. In einer Ausführungsform sind der Funksender 801' und die erste Richtantenne 910' so konfiguriert, dass sie die Millimeterwellensignale bei einem Pegel von mindestens 20 dBmi mit einer Bandbreite von mindestens 500 MHz senden und Datenraten von mindestens 500 Mbit/s begünstigen.
In der vorliegenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details dargelegt. Die Ausführungsformen der Erfindung lassen sich jedoch unter Verzicht auf einige dieser speziellen Details realisieren. In anderen Fällen wurden allgemein bekannte Hardware, Software, Materialien, Strukturen und Techniken nicht im Detail dargestellt, um das Verständnis dieser Beschreibung nicht zu erschweren. In dieser Beschreibung bedeuten Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“, dass das Merkmal, auf das Bezug genommen wurde, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten sein kann. Getrennt vorgenommene Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“ oder „einige Ausführungsformen“ beziehen sich in der vorliegenden Beschreibung außerdem nicht notwendigerweise auf ein und dieselbe Ausführungsform. Illustrierte Ausführungsformen schließen einander nicht gegenseitig aus, sofern nicht entsprechend angegeben und ausgenommen in für den durchschnittlichen Fachmann leicht ersichtlichen Fällen. Die Erfindung kann also eine beliebige Vielfalt von Kombinationen und/oder Integrationen der Merkmale der hier beschriebenen Ausführungsformen beinhalten.
Obwohl manche Ausführungsformen serielle Betriebsvorgänge veranschaulichen, können in den Ausführungsformen bestimmte Betriebsschritte parallel und/oder in Reihenfolgen, die von der Darstellung abweichen, durchgeführt werden. Außerdem erfolgt die Verwendung wiederholter Bezugszahlen und/oder Bezugsbuchstaben im Text und/oder in den Zeichnungen aus Gründen der Einfachheit und Klarheit und gibt keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen an. Die Ausführungsformen sind in ihren Anwendungen nicht auf die Details der Reihen- oder Abfolge von Betriebsschritten von Verfahren oder Details der Realisierung von Vorrichtungen begrenzt, die in der Beschreibung, in den Zeichnungen bzw. Beispielen dargestellt sind. In den Figuren dargestellte einzelne Blöcke können außerdem funktional beschaffen sein und müssen nicht zwangsweise separaten Hardware-Elementen entsprechen. Obwohl die hier offenbarten Verfahren unter Bezugnahme auf bestimmte, in einer besonderen Reihenfolge durchzuführende Schritte beschrieben und dargestellt wurden, ist darauf hinzuweisen, dass diese Schritte zur Ausbildung eines äquivalenten Verfahrens kombiniert, weiter untergliedert oder in eine andere Reihenfolge gebracht werden können, ohne dass dadurch von den Lehren der Ausführungsformen abgewichen wird. Dementsprechend ist die Reihenfolge und Gruppierung der Schritte keine Begrenzung der Ausführungsformen, sofern nicht besonders angegeben. Darüber hinaus werden der Klarheit halber Verfahren und Mechanismen der Ausführungsformen gelegentlich in der Einzahl beschrieben. Sofern nicht anders angegeben, können jedoch einige Ausführungsformen auch mehrfache Iterationen eines Verfahrens oder mehrfache Instanziierungen eines Mechanismus beinhalten. Wenn in einer Ausführungsform beispielsweise eine Schnittstelle offenbart wird, umfasst der beabsichtigte Geltungsbereich der Ausführungsform auch die Verwendung mehrerer Schnittstellen. Bestimmte Merkmale der Ausführungsformen, die der Klarheit halber eventuell im Kontext separater Ausführungsformen beschrieben worden sind, können auch in verschiedenen Kombinationen in einer einzigen Ausführungsform vorgesehen werden. Umgekehrt können bestimmte Merkmale der Ausführungsformen, die der Kürze halber eventuell im Kontext einer einzigen Ausführungsform beschrieben worden sind, auch separat oder in einer beliebigen geeigneten Unterkombination vorgesehen werden. Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit speziellen Beispielen beschrieben werden, werden beispielhaft und nicht einschränkend dargelegt. Außerdem liegt es auf der Hand, dass für den Fachmann viele Alternativen, Modifizierungen und Variationen offensichtlich sind. Es ist davon auszugehen, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Ausführungsformen abzuweichen. Dementsprechend ist es beabsichtigt, dass all solche Alternativen, Modifizierungen und Variationen, die zum Wesen und Umfang der angehängten Patentansprüche und ihrer Äquivalente gehören, mit erfasst sind.

Claims

Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem, umfassend: einen Millimeterwellenkanal (109), der zwischen einer ersten Frequenz von Millimeterwellen und einer zweiten Frequenz von Millimeterwellen eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion aufweist, wobei die beiden Frequenzen um mindestens 500 MHz getrennt sind; ein Sendesystem (101) umfassend einen Orthogonal-Frequenz-Multiplex(OFDM)-Modulator (101b), der so konfiguriert ist, dass er ein OFDM-Signal mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz ausgibt, und einen Funksender (101a), der über die Bandbreite des OFDM-Signals eine im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion aufweist, so konfiguriert, dass er das OFDM-Signal in ein Millimeterwellensignal, das sich zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz befindet, aufwärtswandelt, und das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal (109) sendet; und ein Empfangssystem umfassend einen Funkempfänger (104a), der über die Bandbreite des OFDM-Signals eine im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion aufweist, so konfiguriert, dass er das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal (109) empfängt und das Millimeterwellensignal in eine Rekonstruktion des OFDM-Signals mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz abwärtswandelt, und einen OFDM-Demodulator (104b), der so konfiguriert ist, dass er die im Wesentlichen nichtflache Sendeübertragungsfunktion und die im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion durch Demodulation der Rekonstruktion des OFDM-Signals kompensiert.
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der Millimeterwellenkanal (109) ein Wireless-Kanal (110) ist, der eine erste Richtantenne (102), über die das Millimeterwellensignal gesendet wird, und eine zweite Richtantenne (105), über die das Millimeterwellensignal empfangen wird, umfasst, und ein kombinierter Gewinn der ersten Richtantenne (102) und der zweiten Richtantenne (105) mindestens 50 dBi beträgt, wodurch der Millimeterwellenkanal (109) die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz erlangt.
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der Millimeterwellenkanal (109) ein Wellenleiter (115) ist, über den das Millimeterwellensignal gesendet wird, der die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz aufweist.
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion des Millimeterwellenkanals (109) so flach ist, dass die Verwendung eines OFDM-Modulators (101b) und eines OFDM-Demodulators (104b) zur Begünstigung der Kommunikation über den Millimeterwellenkanal (109) im Wesentlichen nicht erforderlich ist.
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem, umfassend: einen Millimeterwellenkanal (109), der zwischen einer ersten Frequenz von Millimeterwellen und einer zweiten Frequenz von Millimeterwellen eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion aufweist, wobei die beiden Frequenzen um mindestens 500 MHz getrennt sind; ein Sendesystem (101) umfassend einen Orthogonal-Frequenz-Multiplex(OFDM)-Modulator (101b), der für die Ausgabe eines OFDM-Signals mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz konfiguriert ist, und einen Funksender (101a) mit einer Sendeübertragungsfunktion, der so konfiguriert ist, dass er das OFDM-Signal in ein Millimeterwellen-signal, das sich zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz befindet, aufwärtswandelt und das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal (109) sendet; und ein Empfangssystem umfassend einen Funkempfänger (104a) mit einer Empfangsübertragungsfunktion, die in Kombination mit der Sendeübertragungsfunktion des Funksenders (101a) zu einer im Wesentlichen nichtflachen Funkübertragungsfunktion über die Bandbreite des OFDM-Signals führt, wobei der Funkempfänger (104a) so konfiguriert ist, dass er das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal (109) empfängt und das Millimeter-wellensignal in eine Rekonstruktion des OFDM-Signals mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz abwärtswandelt, und einen OFDM-Demodulator (104b), der so konfiguriert ist, dass er die im Wesentlichen nichtflache Funkübertragungsfunktion durch Demodulation der Rekonstruktion des OFDM-Signals kompensiert.
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem nach Anspruch 5, wobei der Millimeterwellenkanal (109) ein Wellenleiter (115) ist, über den das Millimeterwellensignal gesendet wird, der die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz aufweist.
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem nach Anspruch 5, wobei die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion des Millimeterwellenkanals (109) so flach ist, dass die Verwendung eines OFDM-Modulators (101b) und eines OFDM-Demodulators (104b) zur Begünstigung der Kommunikation über den Millimeterwellenkanal (109) im Wesentlichen nicht erforderlich ist.
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem nach Anspruch 7, wobei der Millimeterwellenkanal (109) ein Wireless-Kanal (110) ist, der eine erste Richtantenne (102), über die das Millimeterwellensignal gesendet wird, und eine zweite Richtantenne (105), über die das Millimeterwellensignal empfangen wird, umfasst, und ein kombinierter Gewinn der ersten Richtantenne (102) und der zweiten Richtantenne (105) mindestens 50 dBi beträgt, wodurch der Millimeterwellenkanal (109) die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz erlangt.
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem, umfassend: einen Millimeterwellenkanal(109), der zwischen einer ersten Frequenz von Millimeterwellen und einer zweiten Frequenz von Millimeterwellen eine im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion aufweist, wobei die beiden Frequenzen um mindestens 500 MHz getrennt sind; ein Sendesystem (101), das so konfiguriert ist, dass es über den Millimeterwellenkanal (109) als zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz befindliches Millimeterwellensignal ein Orthogonal-Frequenz-Multiplex(OFDM)-Signal mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz sendet; und ein Empfangssystem umfassend einen Funkempfänger (104a), der über die Bandbreite des OFDM-Signals eine im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion aufweist, so konfiguriert, dass er das Millimeterwellensignal über den Millimeterwellenkanal (109) empfängt und das Millimeterwellensignal in eine Rekonstruktion des OFDM-Signals mit einer Bandbreite von mindestens 100 MHz abwärtswandelt, und einen OFDM-Demodulator (104b), der so konfiguriert ist, dass er die im Wesentlichen nichtflache Empfangsübertragungsfunktion durch Demodulation der Rekonstruktion des OFDM-Signals kompensiert.
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem nach Anspruch 9, wobei der Millimeterwellenkanal (109) ein Wireless-Kanal (110) ist, der eine erste Richtantenne (102), über die das Millimeterwellensignal gesendet wird, und eine zweite Richtantenne (105), über die das Millimeterwellensignal empfangen wird, umfasst, und ein kombinierter Gewinn der ersten Richtantenne (102) und der zweiten Richtantenne (105) mindestens 50 dBi beträgt, wodurch der Millimeterwellenkanal (109) die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz erlangt.
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem nach Anspruch 9, wobei der Millimeterwellenkanal (109) ein Wellenleiter (115) ist, über den das Millimeterwellensignal gesendet wird, der die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz aufweist.
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem nach Anspruch 9, wobei die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion des Millimeterwellenkanals (109) so flach ist, dass die Verwendung eines OFDM-Modulators (101b) und eines OFDM-Demodulators (104b) zur Begünstigung der Kommunikation über den Millimeterwellenkanal (109) im Wesentlichen nicht notwendig ist.
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem nach Anspruch 12, wobei der Millimeterwellenkanal (109) ein Wireless-Kanal (110) ist, der eine erste Richtantenne (102), über die das Millimeterwellensignal gesendet wird, und eine zweite Richtantenne (105), über die das Millimeterwellensignal empfangen wird, umfasst, und ein kombinierter Gewinn der ersten Richtantenne (102) und der zweiten Richtantenne (105) mindestens 50 dBi beträgt, wodurch der Millimeterwellenkanal (109) die im Wesentlichen flache Kanalübertragungsfunktion zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz erlangt.