DE60315728T2

DE60315728T2 - Zellsignalverstärker

Info

Publication number: DE60315728T2
Application number: DE60315728T
Authority: DE
Inventors: David L. Duluth MCKAY; Donald L. Duluth RUNYON; Donald Joseph Sugar Hill MCNEILL; Stephen Brett Norcross THOMPSON; James William Atlanta MAXWELL
Original assignee: Andrew LLC
Current assignee: Commscope Technologies LLC
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: BR0318162A; ATE370559T1; AU2003219940B2; EP1597839A4; AU2003219940A1; CN1765067A; KR20050102680A; CN1765067B; KR100978878B1; CA2516967A1; JP2006514488A; EP1597839B1; AU2003219940C1; MXPA05009144A; HK1086395A1; WO2004079946A1; DE60315728D1; ES2291625T3; EP1597839A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen drahtlose Kommunikation und insbesondere erweiterte Dienstabdeckung für eine Subscribereinheit durch Verstärken des empfangenen (oder übertragenen) Signals durch die Subscribereinheit in einem Bereich begrenzter Abdeckung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Drahtlose Kommunikationssysteme haben sich stark verbreitet und die Benutzer verlassen sich vermehrt auf drahtlose Kommunikation und beanspruchen die Verfügbarkeit derselben. Viele Benutzer verlassen sich auf die drahtlose Kommunikationsmöglichkeit, ohne Rücksicht auf die Verfügbarkeit von Leitungstelefondienst. Diese drahtlosen Kommunikationssysteme können zur Kommunikation von Sprache und/oder Daten zwischen Diensten und Subscribern oder Benutzern sein. Da viele von diesen Systemen nun auf Digitalformate zur Kommunikation fußen, wird die Unterscheidung zwischen Sprach- und Digitalübertragung hauptsächlich eine, abgegrenzt durch die Informationsrate. Obwohl die Dienstabdeckung der drahtlosen Kommunikationssysteme sich mit rascher Geschwindigkeit ausgedehnt hat, verbleiben verschiedene Bereiche mit begrenzter Abdeckung. Jedes von den drahtlosen Kommunikationssystemen schließt typischerweise Mehrfachbasisstationen zur Übertragung von drahtlosen Signalen zu der Subscribereinheit des Benutzers und Empfang von drahtlosen Signalübertragungen von der Subscribereinheit des Benutzers ein. Diese Kommunikationssysteme umfassen beispielsweise Zellübertragungsvorgänge bei etwa 800 MHz, Personal Communication Services (PCS)-Übertragungen, die bei etwa 1900 MHz in den Vereinigten Staaten (US) betrieben werden, oder andere drahtlose und mobile Kommunikationsanwendungen weltweit.
Jede der feststehenden Lokationsbasisstationen hat einen oder mehrere Abdeckungsbereiche, typischerweise Zelle genannt. Ein mobiler Benutzer mit einer Subscribereinheit, beispielsweise einem Mobiltelefon, kann Signale von der Basisstation empfangen und Signale zu der Basisstation übertragen. Ein mobiler Benutzer kann andere Arten von tragbaren Subscribereinheiten verwenden, wie beispielsweise relativ kleine Computer, die in der Industrie als Personal Digital Assistant (PDA) bekannt sind, oder ein größerer, tragbarer Computer, der in der Industrie als Laptopcomputer bekannt ist, mit der Fähigkeit zur Kommunikation über drahtlose Maßnahmen zu einer Basisstation. Die Signalabdeckung ist typischerweise am besten in dem definierten Abdeckungsbereich, kann aber auch in dem Abdeckungsbereich blockiert oder geschwächt werden. Wie gut bekannt, kann der Abdeckungsbereich Lokationen einschließen, die von einem Hügel oder einer anderen Struktur abgeschattet sind, kann Bereiche an der Kante der Zelle hinterlassen, zwischen Zellen oder über den Zellbereich hinaus, wo der Signalempfang zeitweilig ist oder für den Benutzer nicht vorliegt. Beispielsweise kann der Abdeckungsbereich Gebäude einschließen und die Signalabdeckung in dem Gebäuderaum ist im Allgemeinen geringer als der äußere Raum nahe dem Gebäude, aufgrund der Signalabschwächung und Streuung der Signaldurchdringung und -Ausbreitung in dem Gebäude. Es kann auch erwünscht sein, die Abdeckung der Basisstation auf eine bestimmte Benutzerlokation auszudehnen, was nicht, zumindest derzeitig, die Konstruktion einer weiteren Basisstation oder eines Permanentrepeaters zum Ausdehnen der Abdeckung für die Lokation rechtfertigt.
So genannte "Repeater" einheiten wurden zur Bereitstellung einer Lösung für die gewünschte erweiterte Abdeckung entwickelt und sind im Allgemeinen auf Türmen in permanenten Lokationen lokalisiert. Diese Repeater arbeiten durch Empfang des übertragenen Signals von der Basisstation an eine erste oder Donorantenne und dann wieder Zurückstrahlen oder Zurückübertragen eines verstärkten Signals von einer zweiten oder Serverantenne zu dem Benutzer. Die Übertragungen des Benutzers werden von der Serverantenne empfangen, verstärkt und dann wieder auf die Basisstation durch die Donorantenne zurück übertragen. Der Repeater kann verwendet werden, um die Abdeckung der Basisstation auf einen Bereich über den normalen Zellabdeckungsbereich hinaus auszudehnen oder um ein ausreichendes Signal in eine im Schatten liegende Lokation in dem Zellabdeckungsbereich bereitzustellen, um den Benutzer mit der gewünschten Abdeckung zu versorgen. Außenrepeater werden typischerweise in festgelegten Lokationen angeordnet, wie Minizelltürme, die relativ kostspielig zu installieren sind und im Allgemeinen von einem Benutzer nicht installiert werden.
Einzelrepeatereinheiten oder Subsysteme, die eine oder mehrere Repeatereinheiten und ein Signaldistributionsnetzwerk von optischer Faser oder einem Koaxialkabel enthalten, können insbesondere zur Bereitstellung von Abdeckung innerhalb eines Gebäudes oder einer anderen Konstruktion, wie ein Tunnel, entwickelt werden. Diese Repeater haben im Allgemeinen eine einzige Donorantenne außerhalb der Konstruktion, die abgedeckt ist, und eine oder mehrere Serverantennen, die in der Konstruktion lokalisiert ist/sind.
Bei Betrieb erzeugt ein Repeater eine endliche Menge an übertragener Energie, die zurückgekoppelt wird oder an die ersten bzw. zweiten Repeaterantennen gekoppelt wird. Die Isolation zwischen den ersten und zweiten Repeaterantennen kann im Allgemeinen als ein Maß für die Rückübertragungsausgangsleistung zu der gekoppelten Eingangsleistung definiert werden, allgemein ausgedrückt in Dezibel (dB)-Einheiten. Da Rückkopplung oder gekoppelte Interferenz in den Repeatern existiert, gibt es die Möglichkeit von instabilem Betrieb, was unter bestimmten Bedingungen Oszillation erzeugt. Um instabile Bedingungen vor dem Auftreten in den Repeatern zu verhindern, darf die Signalamplitudenverstärkung des Repeater nicht mehr als die Isolation zwischen den zwei Repeaterantennen sein.
Außenrepeater haben typischerweise Verstärkerverstärkungswerte bzw. Verstärkergewinnwerte in der Größenordnung von fünfundachtzig (85) bis fünfundneunzig (95) dB und können Donorantennenverstärkungswerte bzw. Donorantennengewinnwerte in der Größenordnung von dreiundzwanzig (23) bis fünfundzwanzig (25) dBi aufweisen und Serverantennenverstärkungswerte in der Größenordnung von fünfzehn (15) bis achtzehn (18) dBi. Die entsprechende Nettosignalverstärkung und minimale Isolierung dieses Bereichs von Verstärkungswerten ist einhundertdreiundzwanzig (123) bis einhundertachtunddreißig (138) dB. Die Composite-Radio-Frequenz (RF) Ausgangsleistungsgrenze von derzeitig typischen Ausrüstungen kann plus zwanzig (+20) dBm auf der Donorseite und plus dreiundvierzig (+43) auf der Serverseite sein.
Der typische Außenrepeater liefert Betriebsverstärkung für einen Subbereich von Frequenzzuordnung in Zell- oder PCS-Diensten. Die Verwendung eines Subbereichs der Frequenzzuordnung kann den Betrieb des Repeaters auf einen Subsatz von Dienstleistern mit Lizenzen innerhalb einer bestimmten Dienstzone limitieren. Diese Limitierung kann zu einem Bedarf an zusätzlicher Ausrüstung und Realkredit zur Bereitstellung an Abdeckung für Mobilbenutzer führen.
Es ist klar, dass ein Repeater auf dem Downlinkweg eine Signalamplitude für die Subscribereinheit des Benutzers bereitstellen muss, die größer ist als die Signalamplitude, die die Subscribereinheit ohne vorliegenden Repeater erreicht, damit es irgendeinen Nutzen für den Benutzer gibt. Es gibt eine minimale Nettosignalverstärkung bzw. minimalen Nettosignalgewinn, der von dem Repeater bereitgestellt werden muss, um irgendeinen Nutzen bereitzustellen. Die Nettosignalverstärkung muss den wirksamen Signalverlust von Empfang und Rückübertragung einer Welle, die sich in der Umgebung ausbreitet, überwinden, im Gegensatz zu dem Ausbreitungsverlust des ursprünglichen Signals. Folglich wird ein passiver Repeater, ohne aktive oder elektronische Signalverstärkung und nur auf Antennengewinn beruhend, keinen Vorteil für eine Außenumgebung bereitstellen. Die aktive Verstärkung kann in einer Außenumgebung größer als siebzig (70) dB sein, wenn die Repeatersignalabdeckungsausdehnung häufig mehr als eine (1) Meile Abstand beträgt.
Das Erfordernis, dass Außenrepeater drahtlos Signalabdeckung unter zehn (10) GHz ausweiten, führt zur Verwendung von relativ großen Antennen und der Verwendung von relativ kostenaufwändiger Elektronik, erfordert Eigentümerschaft oder Leasing von tatsächlichem Eigentum, und erfordert einen Montageaufbau, der ein Turm oder ein Gebäude sein kann. Diese Kosten werden typischerweise in gewissem Umfang von dem Dienstleister entweder durch direkte Eigentümerschaft oder durch Leasing getragen.
Ausdehnung von Signalabdeckung auf einen Bereich von unzureichender Abdeckung, wie in einem Gebäude, kann für den Benutzer Probleme aufwerfen, da die Redistribution wesentlich hohen Gewinn erfordert, was wiederum Instabilität hervorruft, was potenziell zu Oszillationen und/oder unerwünschtem Rauschen innerhalb des Kommunikationssystems führt. Außerdem kann der Benutzer an einer Lokation temporär sein, und in jedem Fall möchte der Benutzer Abdeckungserstreckung erhalten, wo immer möglich, ohne wesentliche Setup- oder Installationskosten oder Dienste. Wie nachstehend genauer im Zusammenhang mit 3–13 beschrieben, haben übliche "Personal"-Repeater den Versuch unternommen, diese Signalabdeckungsausdehnungsaufgabe anzusprechen, bislang mit begrenztem Erfolg auf dem Markt.
Dokument WO 98/39856 A (CELLETRA LTD; SHAPIRA, JOSEPH) offenbart einen Signalverstärker, umfassend: einen bidirektionalen Verstärker mit einem verstärkenden Downlinksignalweg zum Erzeugen eines verstärkten Basisstationssignals, in Antwort auf ein Basissignal, und einen Verstärkungs-Uplinksignalweg zum Erzeugen eines verstärkten Benutzersignals, in Antwort auf ein Benutzersignal aus der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung; eine Donor-dual-polarisierte-Antenne, gekoppelt an den bidirektionalen Verstärker, mit einem ersten Donor polarisierten Abschnitt mit einem ersten Polarisationszustand und einem zweiten Donor polarisierten Abschnitt mit einem zweiten Polarisationszustand, rechtwinklig zu dem ersten Polarisationszustand; und einer Server-dual-polarisierten-Antenne, gekoppelt an den bidirektionalen Verstärker, mit einem ersten Server polarisierten Abschnitt mit dem zweiten Polarisationszustand und einem zweiten Server polarisierten Abschnitt mit dem ersten Polarisationszustand, wobei der Downlinksignalweg zwischen dem ersten Donor polarisierten Abschnitt und dem zweiten Server polarisierten Abschnitt gekoppelt ist; und wobei der Uplinksignalweg zwischen dem zweiten Donor polarisierten Abschnitt und dem ersten Server polarisierten Abschnitt gekoppelt ist.
Im Hinblick auf das Vorstehende kann beobachtet werden, dass ein Bedarf existiert zum Erstrecken von Benutzerabdeckung für Basisstationanwendungen, die bei verminderten Kosten und Einfachheit der Nutzung durch den Benutzer erhalten werden kann. Es ist auch erwünscht, eine transportierbare, kostengünstige, verstärkte Bereichabdeckung bereitzustellen, die individuell lokalisiert werden kann, wie von dem Benutzer gewünscht. Es besteht außerdem Bedarf zur Bereitstellung von ausgeweiteter Benutzerabdeckung in einer Weise, die nicht zu einer Signalinstabilität führt, welche Oszillationen oder Interferenzen bzw. Schwingungen oder Störungen in dem drahtlosen Kommunikationssystem erzeugen würde.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Ausdehnung bzw. Ausweitung der Dienstabdeckung von drahtlosen Kommunikationen für eine Subscribereinheit, wie ein Mobiltelefon oder eine andere Art von drahtloser Kommunikationsvorrichtung, durch Verstärken des Signals, erhalten durch die Einheit in dem gewünschten Bereich von begrenzter Abdeckung. Beispielsweise ist die Verstärkung die Erhöhung des Signalleistungsniveaus, um die Mobiltelefonbenutzung zu erlauben, wo die ursprünglichen Zellsignale schwach sind und der Bereich oder der Raum, der von der verbesserten Abdeckung profitieren kann, relativ klein ist, verglichen mit der Abdeckung einer Makrobasisstation. Lokationen, die ausgedehnte Dienstabdeckung erfordern, können in einer Innenumgebung, wie einem Wohnsitz, einem kleinen Büro oder einer Heimbüroumgebung, oder in einer örtlichen Außenumgebung, wie einem Tagungsort für einen speziellen Anlass, vorliegen.
Für einen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Signal der drahtlosen Basisstation aktiv verstärkt werden durch einen bidirektionalen Verstärker, der ein Basisstationssignal empfängt, die Signalleistung verstärkt und das verstärkte Signal über einen Downlinksignalweg zu der Subscribereinheit des Benutzers in unmittelbarer Nähe zurück überträgt. Der bidirektionale Verstärker, allgemein als BDA bezeichnet, empfängt auch ein Benutzersignal, verstärkt die Signalleistung und führt das verstärkte Signal über einen zweiten Uplinksignalweg zu der Basisstation zurück.
Der BDA kann bidirektionalen Betrieb über die vollständige Frequenzzuordnung für einen bestimmten drahtlosen Kommunikationsdienst bereitstellen und kann mit einem oder mehreren Benutzern gleichzeitig betrieben werden; jeder Benutzer hat typischerweise eine Subscribereinheit oder ein Terminal, wobei das Systemzugriffsprotokoll unter mehreren Benutzern verschieden sein kann. Beispielsweise kann der bidirektionale Betrieb für den BDA das gesamte lizenzierte US PCS Frequenz-Spektrum einschließen und kann kooperativ mit einem oder mehreren Benutzern gleichzeitig, die CDMA-, GSM- oder IS-136-Systemzugriffsprotokolle aufweisen, betrieben werden.
Der BDA kann zwischen einer "Donor"-dual-polarisierten-Antenne und einer "Server"-dual-polarisierten-Antenne gekoppelt sein. Die Donor-dual-polarisierte-Antenne kann (1) das Basisstationssignal empfangen zur Abgabe des Downlinksignalwegs, und (2) eine verstärkte Version des Benutzersignals an die Basisstation in Beantwortung zum Empfang von dem verstärkten Signal aus dem Uplinksignalweg übertragen. Die Server-dual-polarisierte-Antenne kann (1) das Benutzersignal zur Abgabe zu dem Uplinksignalweg empfangen und (2) eine verstärkte Version des Basisstationssignals zu der Subscribereinheit des Benutzers in Antwort auf den Empfang von dem verstärkten Signal von dem Downlinksignalweg übertragen. Somit kann der BDA Uplink- und Downlinkwegsignale zwischen Donor- und Serverantennen tragen.
Der BDA ist typischerweise in einer portierbaren bzw. tragbaren Einzelbenutzer-Anlage mit einem Gehäuse mit Abmessung und Gewicht, die eine Bewegung des Benutzers der portierbaren Einheit von einer Lokation zur anderen unterstützt, enthalten. Für einen repräsentativen Aspekt der vorliegenden Erfindung können Donor- und Server-dual-polarisierte-Antennen auf entgegen gesetzten Oberflächen des Gehäuses für die tragbare Einheit montiert werden. Dies gestattet, eine Antenne auf eine Fläche des Gehäuses zum Abstrahlen von Energie in eine Richtung, entgegen gesetzt zu jener der Antenne, die auf der anderen Fläche montiert ist, zu montieren. Die dual-polarisierten Antennen können die Uplink- bzw. Downlinksignale unter Verwendung von orthogonalen Polarisationen zur Erhöhung einer Isolation der Signale empfangen und übertragen.
Zur Stützung des Betriebs einer tragbaren Einheit in verschiedenen Lokationen kann, basierend auf der Bewegung dieser Einheit durch den Benutzer, die tragbare Einheit ein automatisiertes Setup oder eine Initialisierungsroutine einschließen, die variable Verstärkungskontrolle für den BDA unterstützt. In Antwort auf die Anwendung von elektrischem Strom auf die Anlage aus einem stromlosen Zustand kann dieses variable Verstärkungskontrollsystem die Signalamplitudenverstärkung auf sowohl Downlink- als auch Uplinkwegen für den BDA erhöhen, bis eines von einem vorbestimmten Betriebssignalniveau erreicht ist, oder ein maximal vorbestimmter Signalamplitudenverstärkungswert auf dem Downlinksignalweg empfangen wird. Wenn der Initialisierungszustand erreicht ist, kann das variable Verstärkungskontrollsystem verfolgt werden, und der Ausgangsleistungswert bzw. Anfangsspiegel von dem Downlink- und Uplinkweg von dem BDA zur Aufrechterhaltung der Initialisierungsbetriebswerte eingestellt werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein portierbarer Signalenhancer bzw. Signalverstärker mit einem Gehäuse mit einem Paar von gegenüberliegend zueinander weisenden Flächen und einer dual-polarisierten Antenne, befestigt auf jeder der Flächen, zur Abstrahlung von Energie in eine Richtung, entgegen gesetzt zu der von der Antenne, die auf der anderen Oberfläche befestigt ist. Jede Dualpolarisationsantenne kann ein erstes Antennenelement mit einem ersten Polarisationszustand und ein zweites Antennenelement mit einem zweiten Polarisationszustand umfassen. Der erste Polarisationszustand ist von dem zweiten Polarisationszustand verschieden, um eine Separation von Signalen, empfangen von dem ersten Antennenelement, und dem Ausgang von dem zweiten Antennenelement zu erreichen.
Dieser Signalverstärker umfasst auch einen BDA, befestigt in dem Gehäuse, zum Verstärken von Signalen, befördert auf einem Downlinksignalweg, der sich zwischen den dual-polarisierten Antennen auf jedem der von dem Paar von gegenüberliegend zueinander weisenden Flächen des Gehäuses erstreckt. Dieser BDA kann auch Signale, getragen auf einem Uplinksignalweg, der sich zwischen den dual-polarisierten Antennen auf jeder von dem Paar von gegenüberliegend zueinander weisenden Flächen des Gehäuses erstreckt, verstärken.
Der Downlinksignalweg und der Uplinksignalweg umfassen typischerweise ein Downlinkfilter bzw. ein Uplinkfilter, zum Definieren von Vollbandbreitensignalwegen für den BDA. Sowohl der Downlinkfilter als auch der Uplinkfilter umfassen Signalverzögerungsoptimierungseigenschaften zum Minimieren von Gruppenverzögerung in diesen Signalwegen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht nach Kenntnisnahme der nachstehenden genauen Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Erläuterung einer drahtlosen Kommunikationsabdeckung in einer repräsentativen Basisstationsumgebung.
2 ist eine Erläuterung einer Einschränkung in der Kommunikationsabdeckung in einer Basisstationsumgebung.
3 ist eine Erläuterung einer üblichen Lösung für eine eingeschränkte Signalabdeckungsfläche für die Basisstation, erläutert in 1.
4 ist eine Erläuterung einer weiteren üblichen Lösung für eine eingeschränkte Signalabdeckung für die Basisstation, erläutert in 1.
5 ist eine Erläuterung einer weiteren üblichen Lösung für eine eingeschränkte Signalabdeckung für die Basisstation, erläutert in 1.
6 ist ein Blockdiagramm einer üblichen Repeaterlösung für eine Basisstation mit eingeschränkter Signalabdeckung.
7 ist ein Blockdiagramm einer üblichen gekoppelten Interferenz-Löschungs-Repeaterlösung für eine Basisstation mit eingeschränkter Abdeckung.
8 ist ein Blockdiagramm einer üblichen adaptiven Löschungs-Repeaterlösung für eine Basisstation mit eingeschränkter Abdeckung.
9 ist ein Blockdiagramm eines Downlinkweges von der üblichen adaptiven Löschungs-Repeaterlösung von 8.
10 ist ein Blockdiagramm eines Uplinkweges der üblichen adaptiven Löschungs-Repeaterlösung von 8.
11 ist ein Blockdiagramm einer weiteren üblichen adaptiven Löschungs-Repeaterlösung für eine Basisstation mit eingeschränkter Abdeckung.
12 ist eine perspektivische Veranschaulichung eines Flachplattenmoduls für eine übliche adaptive Löschungs-Repeaterlösung von 8.
13 ist eine perspektivische Veranschaulichung einer weiteren Flachplattenmodullösung für die übliche adaptive Löschungs-Repeaterlösung von 11.
14 ist eine Veranschaulichung der repräsentativen Kommunikationsabdeckung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
15 ist eine Veranschaulichung einer repräsentativen Kommunikationsabdeckung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
16 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform.
17 ist eine perspektivische Ansicht einer flachen Platte, beispielhaft für eine erfindungsgemäße Ausführungsform.
18 ist ein Diagramm, das das Frequenzspektrum einer repräsentativen Basisstation veranschaulicht.
19 ist ein Blockdiagramm im Einzelnen von einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
20 ist ein Zustandsdiagramm, das die Vorgänge der beispielhaften Ausführungsform von 19 erläutert.
21 ist ein Zeitdiagramm einer anfänglichen Verstärkungskontrolleinstellung der beispielhaften Ausführungsform von 19.
22 ist ein Fließdiagramm, das ein Verfahren zum Betrieb der beispielhaften Ausführungsform von 19 erläutert.
23 ist ein Zeitdiagramm, das die Vorgänge der beispielhaften Ausführungsform von 19 erläutert.
24 ist eine teilperspektivische Ansicht eines Gebäudes mit einer darin befindlichen beispielhaften Verstärkereinheit.
25 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Verstärkereinheit, konstruiert gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
26 ist eine Explosions-perspektivische Ansicht eines Teils der beispielhaften Verstärkereinheit von 25.
27 ist eine weitere Explosions-perspektivische Ansicht der teilweise zusammengebauten, beispielhaften Verstärkereinheit von 25.
28 ist eine weitere perspektivische Ansicht der beispielhaften Verstärkereinheit von 25 mit einem Montageständer für die Einheit.
29A, 29B und 29C sind jeweils Frontansicht, Seiten- und Draufsicht der beispielhaften Verstärkereinheit von 25.
30 ist eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Verstärkereinheit von 29A, genommen entlang der Linie 30-30 darin.
31 ist eine Querschnittsansicht der beispielhaften Verstärkereinheit von 29A, genommen entlang Linie 31-31 darin.
32 ist eine Querschnittsansicht der Verstärkereinheit und des Montageständers von 29A, genommen entlang Linie 32-32 darin, jeweils konstruiert gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
33 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts des beispielhaften Montageständers von 32.
34 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts der beispielhaften Verstärkereinheit von 30.
35 ist eine weitere perspektivische Ansicht einer beispielhaften Verstärkereinheit von 25, mit einem alternativen Montageständer für die Einheit.
36 ist eine Draufsicht auf eine Server-dual-polarisierte-Antenne, konstruiert gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
37 ist eine Draufsicht auf eine Donor-dual-polarisierte-Antenne, konstruiert gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
38 ist eine teilperspektivische Ansicht eines Gebäudes mit einer alternativen beispielhaften Verstärkereinheit mit einer ablösbaren Untereinheit, darin angeordnet.
39 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer alternativen beispielhaften Verstärkereinheit, erläutert in 38.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Für die nachstehende Beschreibung werden die gleichen Bezugsziffern in den Figuren verwendet, die gleiche oder ähnliche Komponenten in den Zeichnungen betreffen. Bezug nehmend nun auf 1, schließt eine Basisstation oder die Zellstelle 10 mindestens eine und typischerweise mehrere Antennen 12 ein, die zur Unterstützung drahtloser Kommunikationen Radiofrequenzsignale ausstrahlen und empfangen. Die Antennen oder Antennenanordnungen 12 sind in üblicher Weise an einem Basisstationsturm 14 oder einer ähnlich funktionalen Struktur, wie einem Gebäude, befestigt. Wie hierin verwendet, ist eine Antennenanordnung eine Zusammenschaltung von Antennenelementen mit Abmessungen, Beabstandungen und Illuminationssequenz, sodass die Felder für die einzelnen Strahlerelemente kombinieren, zur Erzeugung einer maximalen Intensität in einer bestimmten Richtung und minimalen Feldintensitäten in anderen Richtungen. Der Begriff Anordnung von Antennen kann austauschfähig mit Antennenanordnung beim Beschreiben einer solchen Zusammenschaltung verwendet werden.
Jede der Basisstationsantennenanordnungen 12 liefert eine Abdeckung für eine Zelle von einem mobilen oder feststehenden Kommunikationssystem (nicht erläutert), wie für Zellübertragungen, die bei etwa 800 MHz betrieben werden, Personal Communication Services (PCS)-Übertragungen, die bei etwa 1900 MHz in den Vereinigten Staaten (US) betrieben werden, oder andere drahtlose Kommunikationsanwendungen mit festen oder mobilen Benutzern des Systems, wie in einem oder mehreren Abdeckungsbereichen 16. Die Abdeckung der Basisstation 10 mag die Gesamtheit des Abdeckungsbereichs 16 nicht einschließen. Beispielsweise kann eine Struktur oder ein Gebäude bei der Signalstärke an dem Gebäude 18 stören, erläutert in der Peripherie des Abdeckungsbereichs 16, könnte aber auch irgendwo in dem Abdeckungsbereich 16 sein. Ausreichende Signalstärke kann verfügbar sein, beispielsweise für Signalverstärkung, zur Unterstützung der Abgabe von Kommunikationsdiensten an den Benutzer. Ein anderes Serviceabdeckungsproblem kann der Dienst sein, der für den Benutzer innerhalb einer Struktur oder eines Gebäudes 22 verfügbar ist, auch wenn das Gebäude sich in dem Abdeckungsbereich 16 befindet. Dies kann veranlasst sein durch eine Vielzahl von Problemen, wie die Konstruktion des Gebäudes 22, oder andere Quellen einer Blockade oder Mehrwegsignalstörung, die wiederum die Signalstärke veranlassen kann, für den Benutzer ohne Verstärkung des Signals unzureichend zu sein.
Eine weitere Einschränkung auf die Dienstabdeckung der Basisstation 10 ist die Störung durch natürliche oder künstliche Gebäude, wie ein Hügel oder ein Berg 24, wie in 2 erläutert. Der Hügel 24 verursacht Interferenz bei dem Signal, das von der Basisstation 10 in einen Bereich 26 ausgestrahlt wird, genannt Schattenbildung. Das Signal, das den Schattenbereich 26 erreicht, wird wiederum zur Verwendung durch einen Benutzer, wie in einem Gebäude oder einer Lokation 28, ohne Verstärkung des Basisstationssignals nicht ausreichend sein.
Eine Lösung zur Bereitstellung ausreichender Signalabdeckung im Schattenbereich oder in der Zone 26 ist in 3 erläutert. Ein Repeater 30 wird im Allgemeinen auf einem Turm 32 oder einem ähnlichen Funktionsaufbau befestigt. Der Turm ist typischerweise entweder in dem Zellabdeckungsbereich der Basisstation 10 oder nahe genug dazu positioniert, damit die Signalstärke, empfangen an einer Donorantenne 34, zum Verstärken und Zurückführen durch eine Wiederausstrahlung von Serverantenne 36 an eine mobile Station 38, wie ein Mobilphon in der Schattenzone 26, ausreichend ist. Die Mobilstation 38, auch beschrieben als Subscribereinheit oder Terminal, kann sich in einem Gebäude (nicht erläutert) innerhalb der Zone befinden oder kann eine Lokation innerhalb der Zone 26 sein.
Eine weitere Lösung des Kommunikationsproblems des eingeschränkten Zellabdeckungsbereichs 16 ist in 4 erläutert. Wiederum ist der Repeater 30 entweder an der Kante des Abdeckungsbereichs 16 lokalisiert, wie erläutert, oder außerhalb des Bereichs 16, aber, wo das Signal von der Basisstation 10 ausreichend ist, um für die Wiederübertragung ausreichend zu sein. Hier ist ein Bereich 40 von der gewünschten Abdeckung kein Schattenbereich, sondern geht vollständig oder teilweise über den Abdeckungsbereich 16 hinaus. Der Bereich 40 kann ausgewählt werden, um beliebige permanente Lokation des Benutzers oder der Benutzer, wie Gebäude oder Lokation 20 in 1, abzudecken.
Wie in 5 erläutert, ist Repeater 30 im Allgemeinen auf dem Turm 32 in einer festen Lokation befestigt. Die Donorantenne 34 zeigt zur Basisstation 10 und ist im Allgemeinen physikalisch von der Serverantenne 36 isoliert, indem sie voneinander entlang der Länge von Turm 32 weg beabstandet ist. Der Repeater 30 erfordert Elektronik 42 zum Verstärken und Wiederzurückführen der Signale zu und von Benutzerstation 38. Die Elektronik 42 umfasst mindestens ein Paar Verstärker 44 und 46, einer zum Verstärken des Downlinksignals von der Basisstation 10 und ein anderer zum Verstärken des Uplinksignals von der Benutzerstation 38.
Die übliche Lösung zur Ausdehnung von Dienstabdeckung, wie in 4 und 5 erläutert, bezieht im Allgemeinen Ausdehnung der Dienstabdeckung auf einen relativ weiten Bereich der Abdeckung ein. Im Gegensatz dazu, liefern beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie nachstehend beschrieben, Signalverstärkung in einem vergleichsweise mehr eingeschränkten Bereich oder Raum, der typisch ist für Innen, und hat eine Abdeckungsfläche von typisch bis zu fünftausend (5 000) square feet, basierend auf der Verwendung einer einzigen, portierbaren bzw. tragbaren Signalverstärkereinheit.
Ein Blockdiagramm von einem üblichen Repeater 30 ist in 6 erläutert. Der Repeater 30 schließt die Donorantenne 34 ein, die an das Downlinksignal von der Basisstation 10 durch einen Duplexerfilter 48 in ein Vorwärtsband oder einen Downlinkweg 50 koppelt. Das Downlinksignal kann beispielsweise in dem Frequenzband von 1930 bis 1990 MHz liegen. Das Downlinksignal wird verstärkt durch Verstärker 46 und dann durch einen Duplexerfilter 52 zu der Serverantenne 36 zur Übertragung an den Benutzer gekoppelt. Übertragungssignale von dem Benutzer werden durch die Serverantenne 36 empfangen und über den Duplexerfilter 52 zu einem Umkehrband oder Uplinkweg 54 gekoppelt. Das Uplinksignal kann beispielsweise in dem Frequenzband von 1850 bis 1910 MHz, separiert von dem Downlinksignalfrequenzband um 20 MHz zur Isolation zwischen den Signalen, liegen. Das Uplinksignal wird durch den Verstärker 44 verstärkt und dann durch den Duplexerfilter 48 zu der Donorantenne 34 zur Übertragung an die Basisstation 10 gekoppelt.
Der übliche Repeater 30, erläutert in 6, verwendet Duplexerfilter 48 und 52 zum Separieren von Uplink- 54 und Downlink 50-Wegsignalen zur Verstärkung. Der übliche Repeater 30 verwendet eine einzige Donorantenne und eine einzige Serverantenne und jede Antenne hat eine einzige charakteristische Polarisation zum Empfang und zur Übertragung von Signalen. Im Gegensatz dazu, verwenden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung keine Duplexerfilter 48 und 52. Wie genauer nachstehend beschrieben, nutzen diese beispielhaften Ausführungsformen typischerweise Einzeldonorantennen und Einzelserverantennen, wobei jede Antenne zwei charakteristische Polarisationen aufweist: eine charakteristische Polarisation zum Empfang von Signalen und eine charakteristische Polarisation zur Übertragung von Signalen. Außerdem ist die charakteristische Polarisation, die zur Übertragung von Signalen von der Donorantenne verwendet wird, nicht dieselbe wie die charakteristische Polarisation zum Empfang der Signale durch die Serverantenne. In ähnlicher Weise ist die charakteristische Polarisation, die für den Empfang von Signalen durch die Donorantenne verwendet wird, nicht dieselbe wie die charakteristische Polarisation zum Empfang von Signalen von der Serverantenne.
Der Fachmann wird im Allgemeinen erkennen, dass die vorstehend genannten Darstellungen für Abdeckungsverstärkung und Abdeckungserstreckung für Kommunikationen für Zwei-Wege-Kommunikationen sein können, und die Beschreibung von Dienstabdeckung kann für Signalbedingungen für Uplinksignale sowie für Downlinksignale gelten. Der Fachmann wird auch erkennen, dass Ungleichgewichte in dem Kommunikationslinkdesign oder in den örtlichen Ausbreitungsbedingungen zu temporären oder langzeitigen Ungleichgewichten in Auf- und Ab-Kommunikations-links führen können, was einen Signalweg mehr als den anderen begünstigt. Daher kann ein Repeater betriebsmäßig die Signalabdeckung an einem der Links oder bidirektional an beiden Links verbessern.
Bezug nehmend auf 7, wird ein üblich gekoppeltes Interferenz-Löschungs-System (CICS)-Repeater 60 erläutert, wie in US-Patent Nr. 6 385 435 B1 beschrieben. Zusätzlich zu den Elementen, die hinsichtlich des Repeater 30 beschrieben sind, liefert Repeater 60 eine Schaltung zur Verminderung der Rückkopplung oder gekoppelten Interferenzsignalen bzw. Störungssignalen in dem Repeater 30. Der Repeater 60 schließt einen Downlink oder einen Vorwärts-CICS-Schaltungsblock 62 und einen Uplink- oder einen Rückwärts-CICS-Schaltungsblock 64 ein. Die CICS-Schaltungsblöcke 62 und 64 sind nicht im Detail dargestellt, aber jeder umfasst einen Pilotsignalgenerator und Detektor, die zur Detektion der Anwesenheit und Amplitude von dem jeweiligen Störungssignal bzw. Interferenzsignal und zur Injektion eines Löschungssignals bei dem Eingang der Duplexerfilter 48 bzw. 52 genutzt werden. Die Duplexerfilter 48 und 52 und die CICS-Schaltungsblöcke 62 und 64 fügen unerwünschte Kosten, Gruppenverzögerung und Komplexität für die Signalverstärkung hinzu.
Der übliche Repeater 60, erläutert in 7, verwendet CICS Schaltkreisblöcke 62 und 64, um alles oder einen Teil von unerwünschter Rückkopplung oder gekoppelten Störsignalen in dem Repeater 30 auszuschalten. Im Gegensatz dazu, verwenden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie hierin beschrieben, keinen CICS Schaltkreis oder ähnlichen Schaltkreis zum Bekämpfen oder Ausschalten unerwünschter Rückkopplung oder gekoppelten Störsignalen in einer Signalverstärkereinheit.
Ein Fachmann wird erkennen, dass ein Duplexerfilter und ein Diplexerfilter grundsätzlich dieselbe Art von Filter mit drei Eingängen sind. Ein Duplexer- oder Diplexerfilter ist ein spezieller Fall von dem allgemeineren Multiplexing-Filter mit einem ge meinsamen Eingang und mit einem betriebsmäßigen Durchlassband, der zwei oder mehrere Eingänge mit betriebsmäßigen Durchlassbändern umfasst, die Subsätze vom betriebsmäßigen Durchlassband des gemeinsamen Eingangs sind. Die Terminologie Duplexerfilter wird üblicherweise verwendet, wenn zwei Eingänge, entsprechend Subsatz-betriebsmäßigen Bändern, speziell zum Übertragen bzw. Empfangen von RF-Signalen verwendet werden. Die Diplexerfilterterminologie kann allgemeiner für Zwei-Band-separierte RF-Signale verwendet werden, wenn beide Band-separierte RF-Signale zum Empfangen oder Übertragen vorgesehen sind. Die Terminologie Duplexerfilter kann äquivalent verwendet werden, um einen Diplexerfilter zu beschreiben.
Bezug nehmend auf 8, wird ein konventioneller adaptiver Löschungsrepeater 70 erläutert, wie in der PCT Veröffentlichung Nr. WO 01/52447 A2 beschrieben. Der Repeater 70 umfasst eine Donor-Übertragungs-(Tx)- und -Empfangs-(Rx)-Antenne 72, die das empfangene Downlinksignal F2 zu einem Duplexerfilter (D) 74 speist, welche wiederum das Downlinksignal F2 an den adaptiven Löschungs-Schaltkreisblock (AC BLOCK) 76 koppelt. Der AC BLOCK 76 erzeugt ein negatives Signal, das mit dem Signal F2 zum Aufheben des Rückkopplungssignals oder mit der Komponente von dem Signal F2 kombiniert wird. Das Signal F2 wird auch verstärkt in dem AC BLOCK 76 und dann an einen Filter (F) 78, typischerweise ein Bandpassfilter, gekoppelt. Der AC BLOCK 76 und der Filter 78 bilden die aktiven Komponenten in einem Downlinksignalweg 80. Der Filter 78 schützt den Verstärker in dem AC BLOCK 76 vor der Signalleistung von dem Uplinkweg. Der Filter 78 koppelt das Signal F2 zu einem Duplexerfilter (D) 82, der wiederum das Signal F2 zu einer zweiten Server-Übertragungs-(Tx)- und -Empfangs-(Rx)-Antenne 84 koppelt. Die Antenne 84 überträgt das verstärkte Downlinksignal F2 zu dem Benutzer.
Der Benutzer überträgt ein Signal F1 zur Übertragung an die Basisstation, welches durch die Antenne 84 empfangen wird und zu dem Duplexerfilter 82 gekoppelt wird, der wiederum das Signal F1 an den adaptiven Löschungs-Schaltkreisblock (AC BLOCK) 86 in einem Uplinkweg 88 koppelt. Der AC BLOCK 86 wirkt in derselben Weise wie der AC BLOCK 76. Das Filter 90, typischerweise ein Bandpassfilter, schützt den Verstärker in dem AC BLOCK 86 vor der Signalstärke am Downlinkweg. Der Filter 90 koppelt das Signal F1 zu dem Duplexerfilter 74, der wiederum das Sig nal F1 zu der Donor-Übertragungs-(Tx)- und -Empfangs-(Rx)-Antenne 72 koppelt. Die Antenne 72 überträgt das verstärkte Uplinksignal F1 zu der Basisstation.
Der Betrieb von dem AC BLOCK 76 wird in 9 erläutert. Das Downlinksignal F2 wird kombiniert, bei einer summierenden Verknüpfung 92 mit einem modulierten Signal, konstruiert in dem AC BLOCK 76. Das modulierte Signal ist zum destruktiven Stören mit dem Rückkopplungssignalabschnitt von dem Signal F2 ausgelegt. Das Signal F2 wird digital gesamplet und außerdem durch einen digitalen Signalprozessor (DSP) 94 verarbeitet. Der DSP 94 berechnet ein Zwischensignal und koppelt es an einen Modulator (MOD) 96. Der MOD 96 ist auch Input einer Probe bzw. Sample von dem Signal F2, nachdem das Signal über ein Filter (F) 98 passiert wurde und durch einen Verstärker (A) 100 verstärkt wurde. Der MOD 96 erzeugt das destruktive, modulierte Signal aus den zwei Inputs und koppelt es in die Verknüpfung 92.
Der Betrieb von dem AC BLOCK 86 wird in 10 erläutert. Wie der AC BLOCK 76, erzeugt der AC BLOCK 86 ein moduliertes Signal in einem Modulator (MOD) 102, ausgelegt zur destruktiven Störung, mit einem Rückkopplungssignalabschnitt von dem Signal F1. Das modulierte Signal wird kombiniert in einer summierenden Verknüpfung 104 mit dem Signal F1. Das Signal F1 wird digital gesamplet und außerdem durch einen digitalen Signalprozessor (DSP) 106 verarbeitet. Der DSP 106 berechnet ein Zwischensignal und koppelt es in den MOD 102. Der MOD 102 ist auch Input einer Probe bzw. Sample von Signal F1, nachdem das Signal durch ein Filter (F) 108 passiert ist, und durch einen Verstärker (A) 110 verstärkt wurde. Das MOD 102 erzeugt ein destruktives, moduliertes Signal aus den zwei Inputs und koppelt es in die Verknüpfung 104.
Der Repeater 70 umfasst die AC BLÖCKE 76 und 86, gekoppelt zwischen dem Ausgang bzw. Output von den Duplexerfiltern 74 bzw. 82, und der Output bzw. Ausgang von den Verstärkern 98 und 108. Der Repeater 60 injiziert das Löschungssignal vor den Duplexerfiltern 48 und 52, wohingegen der Repeater 70 das adaptive Löschungssignal nach den Duplexerfiltern 74 und 82 injiziert.
Bezug nehmend nun auf 11, wird ein weiterer üblicher adaptiver Löschungssrepeater 120, ähnlich wie Repeater 70, erläutert. Der Repeater 120 umfasst eine sepa rate Donor-Übertragungs-(Tx)-Antenne 122 zur Übertragung des Uplinksignals F1 zu der Basisstation, und eine separate Donor-Empfangs-(Rx)-Antenne 124 zum Empfang des Downlinksignals F2 von der Basisstation. Der Repeater 120 umfasst auch eine separate Server-Übertragungs-(Tx)-Antenne 126 zur Übertragung des Downlinksignals F2 zu dem Benutzer, und eine separate Server-Empfangs-(Rx)-Antenne 128 zum Empfang des Uplinksignals F1 von dem Benutzer. Mit Ausnahme einer Abwesenheit von Duplexerfiltern ist der Repeater 120 in jeder Hinsicht mit dem Repeater 70 identisch.
Der übliche Repeater 120, erläutert in 11, umfasst vier (4) Antennen und zwei (2) vollständig separate RF-Wege. Der übliche Repeater 120 verwendet separate Antennen zur Übertragung und zum Empfang an dem Donorende des Systems und separate Antennen zur Übertragung und zum Empfang an dem Serverende des Systems. Wie nachstehend genauer beschrieben, umfassen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung zwei (2) Antennen. Beispielsweise verwendet eine beispielhafte Ausführungsform eine einzige Donorantenne und eine einzige Serverantenne, und jede Antenne hat zwei definierte charakteristische Polarisationen: eine charakteristische Polarisation zum Empfang und eine charakteristische Polarisation zur Übertragung von Signalen. Außerdem ist die charakteristische Polarisation, die zur Übertragung von Signalen von der Donorantenne verwendet wird, nicht dieselbe wie die charakteristische Polarisation zum Empfang von Signalen von der Serverantenne. In ähnlicher Weise ist die charakteristische Polarisation, die zum Empfang von Signalen durch die Donorantenne verwendet wird, nicht dieselbe wie die charakteristische Polarisation zur Übertragung von Signalen von der Serverantenne.
Ein flaches Plattenmodul 130 von dem Repeater 70 wird in 12 veranschaulicht. Das Modul 130 umfasst ein Gehäuse 132, in dem die Elektronik von dem Repeater 70 befestigt ist. Die Antennen 72 und 84 sind in Rücken-zu-Rücken-Orientierung in dem Modul 130 angeordnet, obwohl die Antenne 72 auf der Außenseite des Gehäuses 132 zu Erläuterungszwecken gezeigt wird. Wie der Repeater 60, fügen Duplexerfilter 74 und 82 (in Repeater 70) und die AC BLÖCKE 76 und 86 unerwünschte Kosten, Gruppenverzögerung und Komplexität für die Signalverstärkung des Repeaters 70 hinzu.
Ein ähnliches flaches Plattenmodul 140 von dem Repeater 120 wird in 13 erläutert. Das Modul 140 schließt ein Gehäuse 142 ein, in das die Elektronik von dem Repeater 120 befestigt wird. Das Paar von Antennen 122, 124 und 126, 128, wird in Rücken-zu-Rücken-Orientierung in dem Modul 140 angeordnet, obwohl die Antennen 122 und 124 auf der Außenseite des Gehäuses 142 zu Erläuterungszwecken gezeigt sind. Die Antennen 122 und 124 sind das Donorantennenpaar und Antennen 126 und 128 sind das Serverantennenpaar. Die Donor-Übertragungs-(Tx)-Antenne 122 und die Donor-Empfangs-(Rx)-Antenne 124 sind in Nebeneinander-Konfiguration angeordnet. Gleichfalls sind die Serverübertragungsantenne 126 und Serverempfangsantenne 128 in Nebeneinander-Konfiguration angeordnet.
Eine Erläuterung des Abdeckungsbereichs, verbessert durch Signalverstärkung, gestützt durch eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird in 14 erläutert. Eine Basisstationsturm 150 überträgt ein Signal, das ein Benutzer durch Verwendung einer Subscribereinheit in einem Gebäude oder einem Aufbau 152 empfangen möchte. Das Basisstationssignal ist zu schwach, aus einem oder mehreren Gründen, die vorstehend angeführt wurden, wenn bei dem Gebäude 152 für den Benutzer zum Empfang und zur Verwendung in dem Gebäude 152 mit der gewünschten Qualität des Dienstes empfangen wird. Das Signal ist jedoch stark genug, zumindest in der Größenordnung von etwa minus neunzig (–90) bis minus fünfundneunzig (–95) dBm, um empfangen und verstärkt zu werden durch eine Signalverstärkungseinheit 154, konstruiert gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Benutzer kann die Signalverstärkungseinheit 154 anordnen, auch beschrieben als Signalverstärker, an oder benachbart einer Wand oder eines Fensters 156 des Gebäudes 152. Der Benutzer (nicht dargestellt) kann die Einheit 154, benachbart eines Bereiches hoher RF-Übertragung, anordnen, wie ein Fenster (nicht dargestellt), und dann elektrischen Strom an die Anlage 154 anschließen und beobachten, wenn das Signal durch die Einheit 154 zur Verwendung in dem Gebäude 152 empfangen und verstärkt werden kann.
Derselbe oder ein anderer Benutzer kann auch Abdeckung wünschen oder die Qualität des Dienstes verbessern, von Randabdeckung in einem größeren Gebäude 160, erläutert in 15. Der Benutzer in dem Gebäude 160 empfängt auch ein Signal von dem Turm 150, das anfänglich zu schwach ist, um verwendet zu werden, oder zu schwach wird, um in den inneren Lokationen von dem Gebäude 160 für die gewünschte Qualität des Dienstes verwendet zu werden. In dieser Situation kann der Benutzer wiederum eine beispielhafte Signalverstärkereinheit 162, benachbart einer Wand oder eines Fensters 164, anordnen, zum Empfang und zur Verstärkung des Signals von dem Basisstationsturm 150. Der Benutzer kann das verstärkte Signal in dem Gebäude 160 für einen Abstand, der typischerweise von vielen Faktoren um das Signal und die Umgebung abhängt, nutzen. Beispielsweise kann die verstärkte Signalabdeckung einen Bereich in der Größenordnung von zweitausend (2 000) square feet bis zu etwa fünftausend (5 000) square feet abdecken. Nachdem der Abstand überschritten ist oder der Benutzer in einen anderen Raum oder einen anderen Bereich weitergeht, muss das Signal allerdings wiederum verstärkt werden. Der Benutzer kann, falls erwünscht, einen oder mehrere andere Verstärkereinheiten 162' innerhalb des gesamten Gebäudes anordnen, um verlässliche Signalabdeckung zu erhalten. Die Einheiten 162' sind typischerweise dieselben wie die Einheit 162 und werden in einem Bereich von der ersten oder primären Einheit 162 zu einer anderen der Einheiten 162' angeordnet. Die Einheiten 162 und 162' können als kaskadiert oder sequentiell verbunden bei Betrieb angesehen werden. Die Einheiten 162 und 162' werden in Orientierung als parallel zueinander erläutert; allerdings können die Einheiten 162 und 162' auch in einem Winkel zueinander angeordnet werden, um die erhaltene, verstärkte Signalabdeckung auszuweiten oder zurückzurichten.
Bezug nehmend auf 16 wird ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Signalverstärkers 170, konstruiert gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, erläutert. Der beispielhafte Signalverstärker 170 umfasst eine erste Donor-dual-polarisierte-Antenne 172 mit einem ersten Antennen charakteristischen Polarisationsabschnitt 174, der durch eine vertikal polarisierte Charakteristik implementiert werden kann. Der Antennenabschnitt 174 empfängt Downlinksignal F2 und koppelt es in den Downlinksignalweg 176. Das Signal F2 wird an einen Verstärker 178 gekoppelt, der einen ersten Teil des bidirektionalen Verstärkers (BDA) bildet und der das Signal F2 verstärkt und das Signal F2 zu einer zweiten Server-dual-polarisierten-Antenne 180 koppelt. Die erste Serverantenne 180 mit einem charakteristischen Polarisationsabschnitt 182 ist kreuzpolarisiert, bezogen auf die Donorantennen charakteristische Polarisation 174 und ist in diesem Beispiel horizontal polarisiert. Der Antennenabschnitt 180 kann das verstärkte Downlinksignal F2 zu dem Be nutzer übertragen. Ein Fachmann wird wissen, dass eine zweite Polarisation, die, bezogen auf eine erste charakteristische Polarisation, kreuzpolarisiert ist, eine rechtwinklige bzw. orthogonale Polarisationseigenschaft, bezogen auf die erste charakteristische Polarisation, hat.
Ein zweiter Antennen charakteristischer Polarisationsabschnitt 184 der Serverantenne 180 ist kreuzpolarisiert, bezogen auf den ersten charakteristischen Polarisationsabschnitt 182 und ist vertikal polarisiert. Der Antennenabschnitt 184 empfängt das Uplinksignal F1 von dem Benutzer und koppelt es in einen Uplinksignalweg 186. Das Signal F1 wird an einen Verstärker 188 gekoppelt, der den zweiten Teil eines bidirektionalen Verstärkers (BDA) bildet, verstärkt das Signal F1 und koppelt das verstärkte Signal F1 zu einem zweiten Antennen charakteristischen Polarisationsabschnitt 190 von der Donorantenne 172. Der Antennenabschnitt 190 ist kreuzpolarisiert zu dem ersten Abschnitt 174 und ist in diesem Beispiel horizontal polarisiert. Der Antennenabschnitt 190 überträgt das verstärkte Uplinksignal F1 zu der Basisstation.
Die Downlinkempfangspolarisation 174 ist vertikal polarisiert, was rechtwinklig ist zur horizontalen Polarisierung 182 für den Downlinkübertragungsabschnitt für das Signal F2. In gleicher Weise hat der Uplinkweg einen empfangenden, vertikal polarisierten Antennenabschnitt 184, der rechtwinklig zu dem horizontal polarisierten Übertragungsantennenabschnitt 190 für das Signal F1 ist. Die Downlink empfangende Polarisation 174 könnte horizontal polarisiert sein, ist aber vorzugsweise vertikal polarisiert, da eine Mehrheit der Basisstationen mit einer vertikalen Polarisation überträgt. Folglich wird ein vertikal polarisierter Abschnitt 174 mehr Leistung für eine Basisstation empfangen, als wenn er horizontal polarisiert ist. Die orthogonale Polarisation zwischen der Downlink empfangenden Antenne 174 und der Uplink übertragenden Antenne 190 kann ausreichend Isolierung bereitstellen, sodass der Verstärker 170 keine Duplexerfilter, die üblicherweise erforderlich sind, braucht. Außerdem ist die Isolierung ausreichend zur Bereitstellung von Verstärkung, ohne jegliche Art von Signalübertragung oder Feedback-Löschungs-Schaltkreis. Der Verstärker 170 liefert somit eine Kostenersparnis, eine Verminderung in der Rauschzahl und eine Verminderung in der Gruppenverzögerung des Verstärkers 170 gegenüber üblichen Repeatern. Der Signalverstärker 170 ist ausgelegt, wie weiterhin beschrieben, sodass ein Duplexerfilter durch die Antenne 172 nicht erforderlich ist, selbst wenn nur eine erste Donorantenne 172 für sowohl Empfangen von als auch Übertragen zu der Basisstation erforderlich ist, und nur eine zweite Serverantenne 180 für sowohl Empfangen von als auch Übertragung zu dem Benutzer verwendet wird. Der beispielhafte Verstärker 170 ist ausgelegt ohne übliche Duplexerfilter und kann geringere Signalverluste aufweisen oder Abschwächung vor den rauscharmen Verstärkern 240 und 276, verglichen mit der üblichen Art. Die Rauschzahl des beispielhaften Verstärkers 170 liegt typischerweise bei weniger als 6 dB.
Mobile Positionierung ist eine wichtige, neu aufkommende Forderung für mobile drahtlose Telefonsysteme. Die Federal Communications Commission (FCC) der Vereinigten Staaten übernahm eine Verordnung im Juni 1996 (Docket Nr. 94-102), die erfordert, dass alle mobilen Netzwerkoperatoren Lokationsinformation an allen Rufen zu "911" den Notdiensten aufnehmen, oder so genannte E911-Fähigkeit. Gruppenverzögerung ist eine Rate der Änderung der totalen Phasenverschiebung hinsichtlich einer Winkelfrequenz durch die Vorrichtung oder die Übertragungszeit, erforderlich für RF Leistung, die für eine gegebene Modengruppengeschwindigkeit abläuft, um eine gegebene Strecke zu durchqueren. Der beispielhafte Verstärker 170 liefert einen typischen Gruppenverzögerungswert von weniger als 50 Nanosekunden (ns). Einige Lokationsschemen, wie Enhanced Observed Time Difference (E-OTD), beruhen auf genauen Zeitmessungen und zu hohe Gruppenverzögerung kann beim E-OTD-System verursachen, dass es Schwierigkeit beim genauen Bestimmen des Punkts in dem Signal, das von allen Empfängern zu messen ist, gibt.
17 erläutert eine flache Platten-Verstärkereinheit 200, konstruiert gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Einheit 200 schließt ein Gehäuse 201 ein, das die Schaltung (nicht dargestellt) der Verstärkereinheit 200 enthält. Das Gehäuse 201 hat eine obere Seite oder Kante 202, ein Paar von Seiten oder Seitenkanten 203 und 204 und eine untere Seite oder Seitenkante 205. Die Donorantenne 172 kann eine symmetrische Anordnung von vier (4) Patchen 206, 207, 208 und 209 einschließen, wobei jeder Patch dual-polarisiert (siehe 36) ist, zur Bereitstellung eines Empfangsabschnitts 174 und eines Übertragungsabschnitts 190, die rechtwinklig zueinander sind. Beispielsweise umfasst Patch 206 einen vertikalen Orientierungsabschnitt 210 und einen horizontalen Orientierungsabschnitt 211. Jeder von den anderen Patchen 207, 208 und 209 hat auch dieselben Orientierungsabschnitte (nicht separat gezeigt), die in derselben Weise funktionieren. In ähnlicher Weise kann die Serverantenne 180 von der umgekehrten oder Rückseite von dem Gehäuse 201 eine ähnliche Anordnung von vier (4) Patchen 212, 213, 214 und 215 umfassen, wobei jedes Patch dual-polarisiert ist, zur Bereitstellung des Empfangsabschnitts 184 und des Übertragungsabschnitts 182, rechtwinklig zueinander in derselben Weise wie Patch 206.
Die beispielhafte Verstärkereinheit 200 verwendet Antennenpolarisationsisolation zur Verminderung von Rückkopplungssignalen zwischen Serverantenne 180 und Donorantenne 172 und zur Verminderung von Signalen zwischen den Übertragungs- und Empfangsfunktionen an der Serverantenne 180 an der Donorantenne 172. Diese Rückkopplungssignale werden durch Strahlungsmaßnahmen zwischen der Serverantenne 180 und der Donorantenne 172 gekoppelt. Die Verwendung von linearen Polarisationsorientierungen 210 und 211, die senkrecht zu und parallel zu den Seiten oder Kanten 202, 203, 204 und 205 des Gehäuses 201 sind, können Kreuzkopplung zwischen den gegenüberliegenden oder rechtwinklig zueinander stehenden Polarisationen der Serverantenne 180 und der Donorantenne 172 abschwächen. Lineare Polarisationen 210 und 211 sind hauptsächlich senkrecht zu und parallel zu den leitfähigen und dielektrischen Grenzen an den Seiten oder Kanten 202, 203, 204 und 205 und können die Kopplung zwischen einem ersten Antennen charakteristischen Polarisationsabschnitt 174 Antenne 172 und einem ersten charakteristischen Polarisationsabschnitt 182, der in Bezug auf Antennenabschnitt 174 kreuzpolarisiert ist, minimieren. In gleicher Weise sind lineare Polarisationen 210 und 211 prinzipiell senkrecht zu und parallel zu den leitfähigen und dielektrischen Grenzen an den Seiten oder Kanten 202, 203, 204 und 205, und können die Kopplung zwischen einem zweiten Antennen charakteristischen Polarisationsabschnitt 190 und einem zweiten charakteristischen Polarisationsabschnitt 184, der im Verhältnis zu dem Antennenabschnitt 190 kreuzpolarisiert ist, minimieren.
Lineare Polarisationen 210 und 211 sind prinzipiell senkrecht zu und parallel zu den leitfähigen und dielektrischen Grenzen an den Seiten oder Kanten 202, 203, 204 und 205 und können die Kopplung zwischen einem ersten Antennen charakteristischen Polarisationsabschnitt 174 und einem zweiten charakteristischen Polarisationsabschnitt 190, der im Verhältnis zu dem Antennenabschnitt 174 kreuzpolarisiert ist, mi nimieren. In gleicher Weise sind lineare Polarisationen 210 und 211 prinzipiell senkrecht zu und parallel zu den Grenzen an den Seiten oder Kanten 202, 203, 204 und 205, und können die Kopplung zwischen einem ersten Antennen charakteristischen Polarisationsabschnitt 182 und einem zweiten charakteristischen Polarisationsabschnitt 184, der relativ zu dem Antennenabschnitt 182 kreuzpolarisiert ist, minimieren.
Die Grenzen bzw. Begrenzungen an den Seiten oder Kanten 202, 203, 204 und 205 von der beispielhaften Verstärkereinheit 200 umfassen leitende und/oder dielektrische Materialien, die im Wesentlichen dieselbe Länge aufweisen. Das Gehäuse 201 von der Verstärkereinheit 200 ist im Wesentlichen von quadratischer Form in der Draufsicht von der Donorantenne 172 oder der Serverantenne 180. Die Antennenanordnungsstrahler 206, 207, 208 und 209 können bei gleichem Abstand in der Donorantenne 172 angeordnet sein. In der gleichen Weise können die Antennenanordnungsstrahler 212, 213, 214 und 215 mit der gleichen Beabstandung in der Serverantenne 180 angeordnet sein. Die Antennenanordnungsstrahler 206, 207, 207, 208 und 209 in der Donorantenne 172 können in Rücken-zu-Rücken-Konfiguration, relativ zu den Antennenanordnungsstrahler 212, 213, 214 und 215 der Serverantenne 180, angeordnet sein. Für diese Konfiguration sind die primären Richtungen von Abstrahlung von der Donorantenne 172 und der Serverantenne 180 im Wesentlichen in gegenüberliegenden Richtungen.
Die beispielhafte ebene Platten Verstärkereinheit 200 verwendet im Gegensatz zu den üblichen ebenen Plattenmodulen 130 und 140, erläutert in 12 bzw. 13, eine Antennenanordnung von Strahlern mit dual simultanen Eigenschaftspolarisationen 210 und 211, zum Zweck der Separierung und Isolierung der Uplink- und Downlinksignale in zwei Wegen. Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine Ein-Donor-Antennenanordnung und eine Ein-Server-Antennenanordnung verwenden, wobei jede Antennenanordnung zwei definierte Eigenschaftspolarisationen aufweist: eine charakteristische Polarisation zum Empfang und eine charakteristische Polarisation zur Übertragung von Signalen. Außerdem ist die charakteristische Polarisation, die für die Übertragung von Signalen von der Donorantennenanordnung verwendet wird, nicht dieselbe wie die charakteristische Polarisation zum Empfang der Signale durch die Serverantennenanordnung. In ähnlicher Weise ist die charakteristische Polarisation, die zum Empfang von Signalen durch die Donorantennenanordnung verwendet wird, nicht dieselbe wie die charakteristische Polarisation zur Übertragung von Signalen von der Serverantennenanordnung. Jede charakteristische Polarisation in der Donor- oder Serverantennenanordnung ist für den einzelnen Zweck des Empfangs eines Signals oder für den einzigen Zweck der Übertragung eines Signals. In anderen Worten, eine charakteristische Polarisation einer beispielhaften Ausführungsform hat keinen dualen Zweck oder keine Funktion der Übertragung und des Empfangs eines gewünschten Signals, wie von der Verstärkereinheit 200 gezeigt.
Das Frequenzspektrum 220 für das PCS-Band, das beispielsweise für den Betrieb von beispielhaften Ausführungsformen verwendet wird, wird in 18 erläutert. Die Basisstation (BS) empfängt in einem Band 222 von 1850 bis 1910 MHz und überträgt in einem Band 224 von 1930 bis 1990 MHz. Obwohl ein perfektes Übertragungs-(Tx) Band 224 und ein perfektes Empfangs-(Rx)-Band 222 eine rechtwinklige bzw. rechteckig Bandform aufweisen würde (erläutert in Strichlinien), die nur in dem Frequenzband vorliegt, gibt es einige Ausbreitung bzw. Verteilung und Überlappung zwischen der Frequenzresponse von Signalenhancerfiltern, die die aktuellen Banden- 222 und 224 Eigenschaftscharakteristiken definieren. Die tatsächlichen Frequenzbänder werden durch durchgezogene Linien 225 und 226 für das Band 222 und durchgezogene Linien 227 und 228 für das Band 224 veranschaulicht. Die idealen Banden haben 20 MHz Separation zwischen 1910 und 1930 MHz. Ein kritischer Punkt ist allerdings ein Kreuzpunkt 229, wo die zwei Bänder tatsächlich überlappen. Der Kreuzpunkt 229 wird genauer hinsichtlich der Filterung der Signale in 19 erörtert. Jedes von den Bändern 222 und 224 ist auch unterteilt in eine Vielzahl von Unterbändern, A, B, C, D, E und F, die für die Dienstanbieter des Dienstbereichs oder der Dienstzone innerhalb der Vereinigten Staaten individuell lizenziert sind. Eine beispielhafte Signalverstärkereinheit liefert typischerweise Operationsabdeckung über alle Subbänder und kann als "Vollband"-Vorrichtung angesehen werden.
Ein genaueres Blockdiagramm einer beispielhaften Signalverstärkereinheit ist in 19 veranschaulicht und wird im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 230 bezeichnet. Die beispielhafte Einheit 230 umfasst eine Donor-dual-polarisierte-Antenne 232 mit einem Downlink, vertikal polarisierten Empfangsabschnitt 234, der das Downlinksignal F2 zu einem Downlinksignalweg 236 koppelt. Das Signal F2 wird zu einem ersten Filter 238 gekoppelt, der bzw. das so ausgelegt ist, dass er eine mittlere Passfrequenz von 1960 MHz aufweist, und zum Passieren des Empfangsband F2-Signals in dem Empfangsband von 1930 bis 1990 MHz (das Übertragungsband an der Basisstation), während unerwünschte Frequenzen außerhalb des Bandes ausgefiltert werden.
Das Preselektorfilter 238 und andere Filter der Einheit 230 können durch so genannte "keramische" Bandpassfilter implementiert sein. Für eine beispielhafte Ausführungsform kann ein üblicher keramischer Bandpassfilter verwendet werden, wobei der Filter drei (3) Pole aufweist und ausgelegt ist mit einer Null, angeordnet bei oder nahe der benachbarten Bandkante von dem anderen Betriebs- oder Übertragungs- oder Empfangsband. Die Pole und Nullstellen der Filterübertragungsfunktion definieren Lokationen von Singularitäten innerhalb der S-Ebene, die üblicherweise in der Filteranalyse und Entwicklung eingesetzt wird und werden als ein Maß für die Komplexität des Filters verwendet. Solche Filter werden um die Mittelfrequenz von 1960 MHz ausgelegt, zum Passieren des Empfangs-Frequenzbands von 1930 bis 1990 MHz oder um die Mittelfrequenz von 1880 MHz zum Passieren des Übertragungsfrequenzbandes von 1850 bis 1910 MHz, für Uplinksignale zu der Basisstation (BS), was eine Separation von 20 MHz zwischen Signalen, wie in 18 veranschaulicht, hinterlässt. Wie jedoch beschrieben, sind die Bänder 222 und 224 nicht ideal, wie mit den Strichlinien in 18 dargestellt, und es gibt einen tatsächlichen Überkreuzungspunkt 229 zwischen den Responses von den Bändern 222 und 224.
Die üblichen drei (3) Pol keramischen Preselektor-Bandpassfilter können durch Teil Nummer C031880E, hergestellt von Microwave Circuits, Inc., zugegen in Washington DC, für das Übertragungsfrequenzband von 1850 bis 1910 MHz implementiert sein. Die üblichen drei (3) Pol keramischen Bandpassfilter können implementiert sein durch Teil Nummer C031960J, hergestellt von Microwave Circuits, Inc., für das Empfangsfrequenzband von 1930 bis 1990 MHz.
Die üblichen drei (3) Pol keramischen Bandpassfilter haben eine Leistungscharakteristik nahe dem Kreuzpunkt 229 von etwa minus drei (–3) dB, relativ zu dem Peaksignalwert in den Durchlassbandbereichen 222 und 224. Der Anstieg und die Form der üblichen drei (3) Pol keramischen Filterresponse außerhalb der Durchlassbandbereiche 222 und 224 werden vorwiegend durch die Durchlassbandbreite und die Zahl der Pole bestimmt. Der BS Übertragungsfilter (Tx) auf der niederen Frequenzseite 227 hat eine messbare Response innerhalb des Durchlassbandes von BS Empfangs-(Rx)-Filterdurchlassband 222. Diese Response stellt den Grad der Isolierung oder Zurückweisung zwischen den BS Übertragungs-(Tx)- und BS Empfangs-(Rx)-Bändern dar. In ähnlicher Weise hat die obere Frequenzseite 226 von dem BS Empfangs-(Rx)-Filter eine messbare Response innerhalb des Durchlassbandes von BS Übertragungs-(Tx)-Filterdurchlassband 224. Diese Response stellt den Grad der Isolierung oder Zurückweisung zwischen den BS Empfangs-(Rx)- und BS Übertragungs-(Tx)-Bändern dar.
Durch Zusatz einer Nullstelle in der Filterübertragungsfunktion, bei oder nahe der benachbarten Bandkante von dem anderen Betriebs-Übertragungs- oder -Empfangsband, kann der Überkreuzungswert 229 reduziert werden von etwa minus drei (–3) dB, von dem üblichen keramischen Filteraufbau zu etwa minus zehn (–10) dB, und der Grad der Isolierung oder Zurückweisen zwischen den BS Übertragungs(Tx)- und BS Empfangs-(Rx)-Bändern kann erhöht werden. Beispielsweise kann eine Nullstelle zugefügt werden bei oder nahe 1932 MHz von dem BS Empfangs-(Rx)-Bandpassfilter mit einem Betriebsband von 1850 bis 1910 MHz, und eine Nullstelle kann zugefügt werden bei oder nahe 1908 MHz für einen Bandpassfilter mit einem Betriebsband von 1930 bis 1990 MHz. Diese Filterentwicklung liefert einen Crossover- bzw. Kreuzungs-229-Zurückweisungs- oder Isolationswert, der minus zehn (–10) dB, relativ zu der Betriebsdurchlassbandresponse ist. Anordnen der Nullstelle nahe zu dem Betriebsband kann die Zurückweisung bei der Überkreuzung 229-Frequenz von 1920 MHz verbessern, aber das Durchlassband von dem Betriebsband kann eine größere Abschwächung und Gruppenverzögerung aufweisen.
Die üblichen keramischen Drei-(3)-Pol-Bandpassfilter mit null können bezogen werden von ComNav Engineering in Portland, Maine, die auf kundenspezifisch angepasste Filter für drahtlose Kommunikationssysteme spezialisiert sind. Ein angepasster keramischer Drei-(3)-Pol-Bandpassfilter mit Nullstelle für BS Empfangs-(Rx)-Band ist Teil Nummer 3BCR6C-1880/Z75-LX und für das BS Übertragungs-(Tx)-Band ist Teil Nummer 3BCR6C-1960/Z75-LX.
Ein zusätzlicher Vorteil des Aufbaus und der Verwendung der keramischen Drei-(3)-Pol-Bandpassfilter mit Nullstelle besteht darin, dass die Filter relativ kostengünstig sind und physikalisch eine geringe Größe aufweisen. Dieser Aufbau eliminiert das Erfordernis für zusätzliche Filter oder komplexere Filter mit zusätzlichen Polen, was die Größe und Kosten der Filter sowie die Gruppenverzögerung minimiert. Durch Senken der Gruppenverzögerung, wie in beispielhafter Verstärkereinheit 230 gezeigt, kann die Fähigkeit des Findens eines Benutzers in rechtzeitiger Weise unter Notruf 911 Lokationserfordernissen befriedigt werden. Eine größere Verzögerung wird in einer weniger genauen Benutzerlokation resultieren und folglich kann sich Störung beim Herausfinden des Benutzers in einem Notfall ergeben. Beispielhafte Ausführungsformen der Verstärkereinheit 230 bieten attraktive Merkmale von niedrigen Kosten, Fähigkeit von portabler bzw. tragbarer Nutzung und verminderte Gruppenverzögerung.
Nach Filterung wird das Signal F2 an einen rauscharmen Verstärker (LNA) 240 für eine erste Verstärkungsstufe für das Signal F2 gekoppelt, ohne wesentliche Erhöhung des Signal-Rauschen Verhältnisses von dem Signal. Das verstärkte Signal F2 wird dann an einen zweiten Filter 242 gekoppelt, der zum Filter 238 zum Filtern der Frequenzen außerhalb des Empfangsbandes identisch sein kann, um enger mit dem idealen Empfangsband übereinzustimmen. Das gefilterte Signal F2 wird an einen variablen Gewinnverstärker 244 gekoppelt, der die Ausgangsleistung des Downlinksignals F2 kontrolliert. Der variable Gewinnverstärker 244 wirkt als Vorverstärker, wenn der Gewinn größer ist als oder gleich der Einheitlichkeit, die 0 dB oder größer ist. Der variable Gewinnverstärker 244 kann auch als Abschwächer wirken, wenn der Gewinn geringer ist als die Einheitlichkeit oder geringer als 0 dB. Die Verwendung eines variablen Gewinnverstärkers 244, als Kontrollvorrichtung für die Signalamplitudenkontrolle, kann eine Auflösungskontrolle der Signalamplitude in ein halb (0,5) und ein (1,0) dB Schrittgrößen bereitstellen und liefert gleichförmige Kontrolle der Signalamplitude, die ohne Kalibrierung von jedem Signalverstärker 230 erreicht werden kann. Der beispielhafte variable Gewinnverstärker 244 hat einen dynamischen Bereich von etwa 50 dB, unter Abdecken des Bereichs von Ausgangssignalwerten mit einem Gewinn von etwa minus fünfundzwanzig (–25) dB bis plus dreiundzwanzig (+23) dB.
Das Ausgangssignal von dem variablen Gewinnverstärker 244 wird außerdem verstärkt durch einen Leistungsverstärker (PA) 246. Der Ausgang von dem PA 246 ist gekoppelt über einen üblichen direktionalen Koppler 248, der einen kleinen, aber Amplituden-proportionalen Abschnitt von dem Signal F2 als ein Maß der Ausgangsleistung von dem PA samplet. Der direktionale Koppler 248 kann ein (1) dB sein, ein DC17-73, hergestellt von Skyworks Solutions, Inc., in Woburn Massachusetts, und kann einen Insertionsverlust von weniger als ein (1) dB mit einem gekoppelten Eingang bei einem Wert von etwa minus elf (–11) dB haben. Nach dem Koppler 248 wird das Ausgangssignal über einen dritten und letzten Filter 250 gekoppelt, der mit dem Filter 238 identisch sein kann.
Das Signal F2 wird nach letztlicher Filterung an eine Server-dual-polarisierte-Antenne 252 zur Übertragung zu einem Benutzer von einem horizontal polarisierten Abschnitt 254 der Antenne 252 gekoppelt. Die Rückübertragung zu dem Benutzer von dem Antennenabschnitt 254 liefert die maximale Isolierung von dem Empfangsabschnitt 234 der Antenne 232, die vertikal polarisiert oder orthogonal zu dem Abschnitt 254 ist.
Der variable Gewinnverstärker 244 wird kontrolliert durch einen Microcontroller 256, der die Ausgangsleistung von dem Signal F2 von dem direktionalen Koppler 248 bei vorbestimmten periodischen Intervallen samplet. Der Microcontroller kann ein PIC16F873 Bauelement, hergestellt von Microchip Technology, Inc. von Chandler, Arizona, sein. Die Funktionen des Microcontrollers 256 könnten auch durch eine kundenspezifisch angepasste Anwendung, speziell integrierten Schaltkreis (ASIC), eine komplexe, programmierbare, logische Vorrichtung (CPLD), einem System auf einem Chip (SOC)-integrierten Schaltkreis, einen Feld-programmierbaren Gate Array (FPGA), oder einer ähnlichen Vorrichtung bzw. einem ähnlichen Bauelement ausgeführt werden.
Der direktionale Koppler 248 liefert einen Probenabschnitt von dem Signal F2 zu einem RF Leistungsdetektor 258. Eine beispielhafte Ausführungsform verwendet einen RF logarithmischen Detektor und Kontroller AD8313, hergestellt von Analog Devices, Inc. in Norwood, Massachusetts. Die Verwendung von RF logarithmischem Detektor liefert einen relativ breiten dynamischen Bereich von Signalamplitudendetektion und kann Genauigkeiten von plus oder minus drei (±3) dB über einen dynamischen Bereich von 70 dB oder plus oder minus ein (±1) dB über einen dynamischen Bereich von 62 dB liefern. Kostengünstige Bauelemente, wie Diodendetektor, können verwendet werden, aber die Genauigkeit und Wiederholbarkeit in der vorliegenden Anwendung würde eine Kalibrierung jedes Diodendetektors bei einem beispielhaften Signalverstärker 230 erfordern. Kalibrierung der einzelnen Signalverstärker 230 würde deutliche Kosten zu der Einheit bei einem hochvolumigen Herstellungsbetrieb zufügen. Es ist erwünscht, das Erfordernis zur Kalibrierung hinsichtlich eines Aspekts der beispielhaften Anlage 230 nach der Montage zu vermeiden.
Das Ausgangssignal von dem RF Leistungsdetektor 258 wird an den Microcontroller 256 über eine Pufferstufe 260 gekoppelt. Die Pufferstufe liefert einen Ausgang niederer Impedanz als der RF Leistungsdetektorausgang. Der gepufferte Ausgang des detektierten Signals wird an einen Analog-Digital-Konverter-(ADC)-Abschnitt 262 in dem Microcontroller 256 gekoppelt. Der Microcontroller 256 vergleicht den RF detektierten Leistungswert von Signal F2 und vergleicht ihn zu dem vorbestimmten oder Initialisierungs-Leistungswert, wie nachstehend beschrieben. Während normalen Betriebs wird der Microcontroller 256 die Ausgangsleistung zu einem vorbestimmten Betriebsausgangswert oder Bereich davon vergleichen. Der Microcontroller 256 wird ein Signal an den Digital-Analog-Wandler-(DAC)-Abschnitt 264 senden zur Einstellung des Ausgangs des variablen Verstärkers 244, und folglich den Ausgangsleistungswert von dem Signal F2 kontrollieren. Der DAC-Abschnitt 264 kann ein LTC 1661 Micropower Dual zehn (10) Bit DAC von Linear Technology Corporation of Milpitas, Kalifornien, sein. Der LTC 1661 DAC liefert zwei genau adressierbare zehn (10) Bit-DACs in einer kleinen Verpackung, die einen hohen Grad an Linearität aufweisen und somit kann eine Vorrichtung die DAC-Abschnitte 264 und 262 bereitstellen.
Die Verwendung eines variablen Gewinnverstärkers 244 mit einer ausreichend linear dynamischen Bereichskontrolle, eines Digital-Analog-Wandler-(DAC)-Abschnitts 264 zur Einstellung der Ausgangs des variablen Verstärkers 244 mit einer ausreichenden Zahl von Bits und einer gewünschten Auflösung über den Kontrollbereich, und ein RF logarithmischer Leistungsdetektor 258 mit angemessener Genauigkeit ermöglicht die Implementierung der Signalamplitudenkontrolle, die ohne eine individuelle Kalibrierung für jede beispielhafte Einheit 230 funktionieren kann. Ein Signalverstärker 230, der keine Kalibrierung erfordert, ist wichtig, um geringe Herstellungskosten zu erzielen.
Der Benutzer sendet ein Signal, das von der Antenne 252 zu empfangen ist, verstärkt und überträgt wieder zu der Basisstation von der Antenne 232 in einer Weise, ähnlich zu dem Downlinksignalweg 236. Ein vertikal polarisierter Abschnitt 270 der Antenne 252 empfängt das Signal von dem Benutzer. Das Uplinksignal F1 wird dann an einen ersten Filter 272 an einem Uplinksignalweg 274 gekoppelt. Der erste Filter 272 ist auch im Wesentlichen identisch mit dem Filter 238, mit der Abweichung, dass er entworfen ist, zentriert auf 1880 MHz, zum Filtern des Übertragungsbandes 1850 bis 1910 MHz. Mit Ausnahme des Frequenzbandes ist jedes der Elemente von dem Uplink-F1-Signalweg 274 funktionell identisch zu dem entsprechenden Element, das vorher hinsichtlich des Downlinksignal-F2-Wegs 236 beschrieben wurde. Das gefilterte Signal F1 wird dann an ein LNA 276 und Ausgang zu einem zweiten Filter 278 gekoppelt. Von dem Filter 278 wird das Signal F1 an einen variablen Gewinnverstärker 280 und Ausgang zu einem PA 282 gekoppelt. Das Signal F1 wird dann über einen direktionalen Koppler 284 und einen letztlichen Filter 286 zu einem horizontal polarisierten Abschnitt 288 der Antenne 232 für die Übertragung zu der Basisstation gekoppelt. Wie bei dem Downlinksignal F1 wird der Ausgangsleistungswert von dem Signal F1 durch den direktionalen Koppler 284 gesamplet und zu dem RF Leistungsdetektor 290 gespeist. Das RF Leistungsdetektorsignal wird über einen Puffer 292 zu einem ADC-Abschnitt 294 des Microcontrollers 256 gekoppelt. Der Microcontroller 256 gibt ein analoges Kontrollsignal über einen DAC-Abschnitt 296 zur Kontrolle des Gewinns bzw. der Verstärkung des variablen Gewinnverstärkers 280 und folglich den Ausgangsleistungswert des Signals F1 aus.
Die wünschenswerten Ziele von niedrigen Kosten und Portabilität für den beispielhaften Signalverstärker stützen ein Erfordernis für einen autonomen oder automatischen Setup oder Initialisierungs- oder Monitoringroutine. Diese automatische Setuproutine wird in dem Zustandsdiagramm 300 in 20 veranschaulicht und ein Zeit- und Leistungsdiagramm 302 veranschaulicht in 21. Nachdem der Benutzer Leistung an einen Signalverstärker angelegt hat, wie den beispielhaften Verstärker 230, vergleicht Microcontroller 256 die Downlinksignal-F2-Leistung mit einem vorbestimmten Referenzwert oder Gewinn 304 (siehe 21) in einem anfänglichen Zustand (INIT Zustand) 306. Wenn der erfasste Downlinkleistungswert von dem Signal F2 geringer (<) als der Referenzwert 304 ist, dann erhöht Microcontroller 256 die Ausgangsleistung von sowohl Downlinksignal F2 als auch Uplinksignal F1. Beispielsweise wird Microcontroller 256 den Ausgangsleistungswert bei 1 dB pro Sekunde, dargestellt durch Linie 308, erhöhen, bis ein Leistungswert 310 von minus zehn (–10) dBm erreicht ist, das ist auch unterhalb des Werts 304. Der Microcontroller 256 wird dann den Ausgangsleistungswert bei 0,5 dB pro Sekunde erhöhen, dargestellt in Linie 312, bis der Referenzleistungswert 304 von null (0) dBm erreicht ist. Alternativ kann eine maximale variable Gewinnverstärkereinstellung von +23 dB erreicht werden und der Referenzwert 304 wird entsprechend eingestellt. Bei dem Betrieb oder dem Initialisierungsreferenzwert 304 wird ein niederer Gewinnwert 314 von fünf (5) dB, weniger als Wert 304, eingestellt. In anderen Worten, ein unterer Wert von einem Bereich von Gewinnwerten einzustellen zum Halten der Signalamplitudenverstärkung, ist minus fünf (–5) dB, bezogen auf einen oberen Wert, entsprechend dem Referenzgewinn- bzw. Verstärkungswert.
Der Microcontroller 256 wird dann einen MONITOR Zustand 316 erreichen und ein Satz von LED oder anderen visuell anzeigenden Bauelementen (siehe 25) wird eingestellt zur Anzeige des Status des Betriebs-Downlink-Leistungswerts 304. Bei dem Monitorzustand 316 verfolgt Microcontroller 256 den Betrieb der Verstärkereinheit 230 für verschiedene Bedingungen.
In einem Downlink EQUALIZE Zustand 318 ist die gesamplete Downlinksignalleistung F2 geringer als der Referenzgewinnwert 304 und der Gewinnwert von dem variablen Gewinnverstärker 244 ist geringer als der untere Fenstergewinnwert 314. Der Microcontroller 256 kann sowohl Uplink- als auch Downlinkgewinn erhöhen, bis die F2 Signalleistung innerhalb des Fensters, gebildet durch die Werte 304 und 314, liegt, oder bis ein maximal zulässiger variabler Gewinnwert oder -Niveau erreicht ist. Die Rate von Signalgewinn erhöht sich relativ langsam, da das Signal von der Basisstation relativ konsistent bei einem festgelegten Abstand sein sollte.
In einem Uplink EQUALIZE Zustand 320 ist die gesamplete Uplinksignalleistung F1 geringer als das vorgeschriebene maximale Uplinkleistungsniveau, beispielsweise plus zwanzig (+20) dBm, und geringer als der Referenzgewinnwert 304. Der Microcontroller 256 kann die Uplinksignalleistung F1 erhöhen, bis entweder der vorgeschriebene maximale Uplinkgewinnwert für den variablen Gewinnverstärker 244 oder der Referenzgewinnwert 304 erreicht ist. In diesem Fall ist die Rate der Gewinnänderung bzw. Verstärkungsänderung relativ schnell, da der Benutzer frei ist zum Bewegen, um das Gebäude oder eine andere Lokation, wodurch das Uplinksignalleistungsniveau zum Schwanken veranlasst wird.
Die Verwendung eines Downlinkspitzenwertes und eines Downlink-Overdrivewertes betrifft einen maximalen Signalamplitudenwert; beide Begriffe haben dieselbe Bedeutung und die Begriffe werden miteinander austauschbar verwendet. In ähnlicher Weise betrifft die Verwendung eines Uplinkspitzenwertes und eines Uplink-Overdrivewertes einen maximalen Signalamplitudenwert; beide Begriffe haben dieselbe Bedeutung und die Begriffe werden miteinander austauschbar verwendet.
Bei einem DOWNLINK OVERDRIVE Zustand 322 ist die gesamplete Downlinksignalleistung F2 größer als oder gleich dem vorbestimmten Monitoringwert oberhalb des Werts 304. Der Microcontroller 256 kann sowohl Uplink- als auch Downlinkgewinn vermindern, bis die F2 Signalleistung unterhalb der Downlink-Overdrive-Referenz-Monitoringhöhe, eingestellt bei plus zwei (+2) dBm, liegt. Bei dem Zustand 322 wird ein visueller Indikator, wie eine rote LED, zur Anzeige aufleuchten, dass die maximale Downlinksignalleistung 304 überschritten ist. Die Verstärkereinheit 230 wird zu dem MONITOR Zustand 316 zurückkehren, wenn die F2 Signalleistung wiederum unterhalb der Downlink-Overdrive-Referenz-Monitoringleistungshöhe von plus zwei (+2) dBm liegt.
In einem UPLINK OVERDRIVE Zustand 324 ist die gesamplete Uplinksignalleistung F1 größer als die Uplink-Overdrive-Referenz-Monitoringleistungshöhe von plus einundzwanzig (+21) dBm. Der Microcontroller 256 kann den Uplinkgewinn nur vermindern, bis die F1 Signalleistung unterhalb der Uplink-Overdrive-Referenz-Monitoring-Leistungshöhe liegt. In dem Zustand 324 wird ein visueller Indikator, wie eine rote LED, zur Anzeige aufleuchten, dass die maximale Uplinksignalleistung überschritten ist. Die Verstärkereinheit 230 wird zu dem MONITOR Zustand 316 zurückkehren, wenn die F1 Signalleistung wiederum unterhalb der Uplink-Overdrive-Referenz-Monitoring-Leistungshöhe liegt.
Ein AUTO-OFF Zustand 326 wird erreicht, wenn eine vorbestimmte Timeout-Periode abläuft, wobei jedes oder beide von den Downlinksignal F2 oder dem Uplinksignal F1 größer als die entsprechenden Peakwerte während der Timeout Periode ist/sind. Nach Ablauf einer vorbestimmten Timeout-Periode, beispielsweise eine Zeitperiode von dreihundert (300) Sekunden Dauer, kann der Microcontroller 256 beide von den Downlink- und den Uplinkwegen 236 und 274 auf eine minimale Gewinneinstellung vermindern. Dies ist im Wesentlichen eine Herunterfahrbedingung bzw. Shutdown-Bedingung, die drastisch sowohl die RF Signale F1 als auch F2 schwächt.
Diese Herunterfahrbedingung hindert die beispielhafte Verstärkereinheit 230 vor dem Anhalten der Overdrive-Bedingungen, was Oszillationen oder Instabilität hervorrufen könnte. Die beispielhafte Einheit 230 kann bei normalen Operationswerten, die angeführt sind, einen Systemgewinn in der Größenordnung von etwa achtzig (80) bis fünfundachtzig (85) dB bereitstellen. Die beispielhafte Verstärkereinheit 230-Systemgewinn schließt typischerweise die Antennengewinnwerte für die Donor- und Serverantennen, die Peakgewinnwerte von etwa 13 dBi aufweisen, ein.
22 zeigt ein Fließbild 330, das die Operationen, dargestellt im Zustandsdiagramm 300, veranschaulicht, zum Erreichen variabler Gewinnkontrolle für einen beispielhaften Signalverstärker 230. In einem anfänglichen Schritt 332 hat eine beispielhafte Einheit 230 Strom angelegt und führt zum automatischen Power-up bzw. Einschalten. In einem Schritt 334 werden die Variablen in dem Microcontroller 256 eingestellt, und dann beginnt der Microcontroller 256, den Gewinn bzw. die Verstärkung in den Uplink- und Downlinkwegen 274 und 236 in einem Schritt 336 zu inkrementieren. Wie durch das Zeitdiagramm 302 in 21 erläutert, bestimmt ein Schritt 338 (22), ob die Downlinksignal-F2-Leistung mehr als minus zehn (–10) dBm ist. Wenn die Downlinksignal-F2-Leistung geringer als minus zehn (–10) dBm ist, dann stellt der Microcontroller 256 die Zunahme von ein (1) dB pro Sekunde in Schritt 340 ein. Wenn die Downlinksignal-F2-Leistung mehr als minus zehn (–10) dBm ist, dann stellt der Microcontroller 256 die Zunahme auf ein halbes (0,5) dB pro Sekunde in Schritt 342 ein.
Wenn die Downlinksignal-F2-Leistung noch nicht null (0) dBm ist, oder der Gewinn noch nicht bei einer maximalen variablen Einstellung ist, dann erfolgt eine Entscheidung in Schritt 344, zurückzukehren oder schleifenmäßig zu dem Schritt 336 zurückzukehren, um Inkrementierung der Verstärkung bzw. des Gewinns in den Uplink- und den Downlinkwegen fortzusetzen. Wenn die Downlinksignal-F2-Leistung bei null (0) dBm ist, oder der Gewinn an der maximalen variablen Einstellung ist, dann erfolgt eine Entscheidung, wie in dem Schritt 344, fortzuschreiten mit der Einstellung des oberen Gewinn- bzw. Verstärkungswertes 304 und des unteren Verstärkungs- bzw. Gewinnwertes 314 (21) in Schritt 346. Die Gewinnwerte 304 und 314 im Effekt setzen ein Initialisierungsfenster des Betriebs, und bei diesem Schritt beginnt auch die Einheit 230 den Monitoringzustand oder Betrieb.
Eine Entscheidung erfolgt zunächst in einem Schritt 348, ob die Downlinksignal-F2-Leistung größer ist als die Spitzen-zulässige Ausgangsleistung oder der Overdrive-Leistungswert. Wenn die Downlinksignal-F2-Leistung größer ist als der Downlink-Overdrive-Leistungswert, dann wird der DOWNLINK OVERDRIVE Zustand 322 erreicht und die Uplink- und die Downlinkwegverstärkungen bzw. -gewinne werden beide in einem Schritt 350 dekrementiert. Wenn die Downlinksignal-F2-Leistung weniger ist als der Downlink-Overdrive-Leistungswert in einem Entscheidungsschritt 352, dann wird die Timeout-Periode oder der Overdrivetimer zurückgesetzt in einem Schritt 354 und die Einheit 230 wird zurückkehren zu dem Monitorzustand und Schritt 348. Wenn die Downlinksignal-F2-Leistung größer bleibt als der Downlink-Overdrive-Leistungswert in dem Entscheidungsschritt 352, dann wird Timeout- oder Overdrivetimer- oder Zeitperiode in dem Entscheidungsschritt 356 geprüft. Wenn die voreingestellte Zeitperiode nicht abgelaufen ist, dann wird die Einheit 230 zurückkehren oder die Schleife zurückkehren zu dem Schritt 350, um die Dekrementierung des Gewinns bzw. der Verstärkung fortzusetzen. Wenn die voreingestellte Zeitperiode abgelaufen ist, dann wird die Einheit 230 in einem Schritt 358 durch Einstellen des Gewinns in sowohl den Downlink- als auch den Uplinkwegen auf einen minimalen Wert in dem AUTO-OFF Zustand 326 heruntergefahren.
Wenn die Entscheidung im Schritt 348 jene ist, dass die Downlinksignal-F2-Leistung größer ist als der Downlink-Overdrive-Leistungswert, dann wird die Uplinksignal-F1-Leistung geprüft gegen ihre voreingestellte Peakgrenze in einem Schritt 360. Wenn die Uplinksignal-F1-Leistung größer ist als die voreingestellte Peakgrenze, dann wird der UPLINK OVERDRIVE Zustand 324 erreicht und nur der variable Uplinkgewinn bzw. Verstärkung wird in einem Schritt 362 vermindert. Wenn die Uplinksignal-F1-Leistung geringer ist als das Uplink-Overdrive-Leistungsniveau in einem Entscheidungsschritt 364, dann wird die Timeout-Periode oder der Overdrivetimer wiederum in dem Schritt 354 zurückgesetzt und die Anlage 230 wird zu dem Monitorzustand und dem Schritt 348 zurückkehren. Wenn die Uplinksignal-F1-Leistung größer bleibt als das Uplink-Overdrive-Leistungsniveau im Entscheidungsschritt 364, dann wird das Timeout- oder Overdrivetimer- oder Zeitperiode in einem Entscheidungsschritt 366 geprüft. Wenn die Voreinstell-Zeitperiode noch nicht abgelaufen ist, dann wird die Einheit 230 zurückkehren oder in einer Schleife zu dem Schritt 362 zurückkehren, um die Dekrementierung des Gewinns bzw. der Verstärkung fortzusetzen. Wenn die Voreinstell-Zeitperiode abgelaufen ist, dann wird die Einheit 230 wieder heruntergefahren in dem Schritt 358 durch Einstellen des Gewinns bzw. der Verstärkung in sowohl den Downlink- als auch den Uplinkwegen auf einen minimalen Wert, der die variablen Verstärker dazu zwingt, als Abschwächer in dem AUTO-OFF Zustand 326 zu wirken.
Wenn die Uplinksignal-F1-Leistung nicht größer ist als die voreingestellte Peakgrenze in dem Schritt 360, dann erfolgt eine Bestimmung, ob die Downlinksignal-F2-Leistung geringer ist als der Initialisierungsreferenzwert von null (0) dBm, und die Downlinkgewinneinstellung geringer als der untere Fensterwert 314 ist, in einem Entscheidungsschritt 368. Wenn die Downlinksignal-F2-Leistung geringer ist als der Downlinkreferenzwert von null (0) dBm, und der Downlink variable Verstärkergewinn geringer ist als der untere Fensterwert 314, dann wird sowohl der Uplink- als auch der Downlinkweggewinn erhöht oder in einem Schritt 370 inkrementiert. Die Einheit 230 kehrt dann zu dem Timer-Rückstellschritt 354 zurück und dann wiederum zu dem Monitorzustand 348. Wenn die Downlinksignal-F2-Leistung größer ist oder gleich dem Downlink-Referenzleistungswert von null (0) dBm, oder die Downlink variable Gewinneinstellung größer ist als der untere Fensterwert 314, dann erfolgt eine Entscheidung, ob die Uplinksignal-F1-Leistung geringer ist als der Uplink-Referenz wert plus zwanzig (+20) dBm, und geringer als der obere Fensterwert 314 in einem Schritt 372. Wenn die Uplinksignal-F1-Leistung geringer ist als der Uplink-Referenzleistungswert von plus zwanzig (+20) dBm, und der Uplink variable Verstärkergewinnwert geringer als der untere Fensterwert 314, dann wird nur die Uplinksignal-F1-Leistung erhöht oder in einem Schritt 374 inkrementiert. Die Einheit 230 kehrt dann zu dem Timer-Rückstellschritt 354 und dann zu dem Monitorzustand 348 zurück. Wenn die Uplinksignal-F1-Leistung größer als oder gleich der Uplink-Referenzleistung plus zwanzig (+20) dBm ist, oder der Uplink variable Verstärkergewinnwert größer als oder gleich dem oberen Fensterwert 314 in dem Schritt 372 ist, dann kehrt die Einheit 230, wie vorher, zu dem Timer-Rückstellschritt 354 und dann zu dem Monitorzustand 348 zurück.
In dem beschriebenen Vorgang der beispielhaften Anlage 230 werden die Uplinksignalleistung F1 und die Downlinksignalleistung F2 periodisch gesamplet gemäß einem Timerinterrupt Timingintervall, wie beispielsweise in einem Zeitdiagramm 380 in 23 erläutert. Wenn die Downlinksignalleistung F2 oberhalb der Spitzengrenze oder des Werts 304 liegt, dann werden sowohl die Uplink- als auch die Downlinkwege bei einer vorbestimmten Rate dekrementiert, beispielsweise zwei (2) dBm pro Sekunde, bis der Overdrivezustand beseitigt ist. Wenn nur die Uplinksignalleistung F1 in einem Overdrivezustand ermittelt wird, dann wird der Uplinksignalweg bei einer vorbestimmten Rate dekrementiert, beispielsweise zwanzig (20) dBm pro Sekunde, bis der Overdrivezustand beseitigt ist. Wie beschrieben, wenn ein Overdrivezustand für einen vorbestimmten Zeitraum existiert, beispielsweise dreihundert (300) Sekunden [fünf (5) Minuten], dann werden beide Wege auf einen minimalen Gewinn eingestellt, um anhaltende Overdrivebedingung in der Einheit 230 zu verhindern.
Das Timerinterrupt Timingintervall wird in dem Microcontroller 256 eingestellt und liefert Zeitgebung für alle Vorgänge in der Einheit 230. Wie durch das Zeitdiagramm 380 gezeigt, werden synchron zeitgesteuerte Intervalle von fünf (5) Millisekunden (ms) für periodische Vorgänge bereitgestellt, wie Sampling der Leistung von dem Downlinksignal F2 und dem Uplinksignal F1, die DAC und ADC von den digitalen und analogen Signalen und der visuelle Anzeigevorgang, unter anderem. Die fünf (5) ms Intervalle werden durch zehn (10) Phasen gebildet; Phase-0, Phase-1, bis Phase-9, das einen synchronen Block 382 ausmacht und welche kontinuierlich wiederholt wer den. Der synchrone Block 382 arbeitet alle fünfzig (50) Millisekunden (ms) durch Verwendung eines synchronen Blockzählers (nicht dargestellt), der alle fünfzig (50) Millisekunden (ms) bei Phase-0 inkrementiert wird. Der synchrone Blockzähler zählt in einer Modulo-zwei-(2)-Weise zu einem Gesamtzeitrahmen von einhundert (100) Millisekunden (ms) Intervallen zum Einstellen von Zeitverzögerungen in der Einheit 230. Ein weiterer Zähler (nicht dargestellt) wird alle Zeitrahmen [einhundert (100) Millisekunden (ms)] für fünf (5) Rahmen inkrementiert, zur Bereitstellung eines fünfhundert (500) Millisekunden (ms) Zählers zur Verwendung bei der Bereitstellung der dreihundert (300) Sekunden Herunterfahr-Zeitgebungsperiode. Das Zeitgebungsdiagramm 380 liefert Zeitgebungsintervalle von fünf (5), fünfzig (50), einhundert (100) Millisekunden (ms) und eine halbe Sekunde zur Verwendung durch die Einheit 230.
Der Microcontroller 256 liefert zwei Timerinterruptperioden bei einer festgesetzten Rate, wie in dem Zeitdiagramm 380 gezeigt. Ein erstes Timerinterrupt, Timer0, liefert die Basis-Gesamtzeitgebung für die Einheit 230. Es gibt zehn (10) sich unterscheidende Timer0-Intervalle, Phase-0 bis Phase-9, wobei die ersten acht (8) Intervalle, Phase-0 bis Phase-7, verwendet werden für das Uplinksignal F1 und das Downlinksignal-F2-Leistungswertsampling. Ein zweiter Timerinterrupt, Timer1, liefert die ADC-(Analog-zu-Digital-Wandler)-Umwandlungsraten. Das neunte Intervall, Phase-8, wird genutzt zum Laden der geeigneten Verstärkungs- bzw. Gewinneinstellungen für die Uplinksignal-F1- und die Downlinksignal-F2-Leistungswerte in die DAC's 264 und 296. Das zehnte Intervall, Phase-9, wird genutzt zum Einstellen der Verstärkungen bzw. Gewinne der Uplinksignal-F1- und der Downlinksignal-F2-variablen Gewinnverstärker 244 und 280, welche die optischen oder visuellen Anzeigen updaten und Zähler für die fünfzig (50) und fünfhundert (500) Millisekunden (ms) Intervalle bereitstellen. Das fünfzig (50) Millisekunden (ms) Intervall wird zum Updaten des Zustands des Microcontrollers 256 eingesetzt und das fünfhundert (500) Millisekunden (ms) Intervall wird sowohl zum Aufleuchten der LED oder anderer visueller Indikatoren genutzt und für den dreihundert (300) Sekundenzeitraum, der zum Timing out des anhaltenden Overdrivezustands genutzt wird.
Derzeit existieren drei (3) grundsätzliche drahtlose Protokolle bei der Verwendung in dem US PCS Band für die zweite Generation (2G) drahtloser Kommunikationen. Das erste Protokoll ist der IS-95 Standard, welcher ein Code Division Multiple Access (CDMA) Protokoll ist, das weitgehend in Nordamerika genutzt wird. CDMA ist charakterisiert als ein ausgebreitetes Spektrum, was bedeutet, dass CDMA die Informationen, die in einem bestimmten Signal von Interesse enthalten sind, sich über eine viel größere Bandbreite ausbreitet, als die Bandbreite von dem ursprünglichen Signal. CDMA nutzt auch einzigartige digitale Codes, anstelle von separaten Frequenzbändern, um zwischen den Kanälen zu unterscheiden. Da jeder Benutzerkanal durch einen einzigartigen Digitalcode separiert wird, können alle Benutzer dasselbe Frequenzband teilen. Das zweite Protokoll ist das Global System for Mobile (GSM) Telekommunikationen, welches ein Time-Division Multiple Access (TDMA) Protokoll ist, das vorwiegend in Europa genutzt wird. Bei dem TDMA Protokoll sind die Kanäle durch Zeitschlitze innerhalb eines Gesamtrahmens voneinander beabstandet. Das dritte Protokoll ist der IS-136 Standard, ein anderes TDMA Protokoll, das in Nordamerika eingesetzt wird.
Als ein Beispiel wird der Betrieb einer beispielhaften Ausführungsform zur Verwendung des GSM-Protokolls dargelegt. Das GSM-Protokoll arbeitet als ein TDMA Protokoll mit acht (8) Zeitschlitzen für fünfhundertsiebenundsiebzig (577) Mikrosekunden Dauer pro Schlitz. Die acht (8) Zeitschlitze erfordern einen Rahmen von viertausendsechshundertsechzehn (4616) Millisekunden (ms). Diese Folge erfordert ein Rahmenintervall von fast fünf (5) ms, um alle acht (8) Zeitschlitze zu umfassen. Die Einheit 230 kann ein Samplingintervall für die ADC's (A/D) 262 und 294 von zweihundertfünfzig (250) Mikrosekunden verwenden, was mindestens zwei Proben bzw. Samples oder mehr für jeden GSM-Zeitschlitz gemäß dem Nyquist-Sampling-Kriterium oder -Intervall bereitstellt.
Das Nyquist-Sampling-Intervall ist das maximale Zeitintervall zwischen gleich beabstandeten Samples eines Signals, das die Signalwellenform vollständig zu ermitteln ermöglicht. Das Nyquist-Intervall ist gleich dem Reziproken von dem Doppelten der höchsten Frequenzkomponente des gesampleten Signals. Bei der Ausführung werden die Analogsignale zum Zweck der Digitalübertragung oder anderer Verarbeitung gesamplet, die Samplingrate muss häufiger sein als durch das Nyquist's Theorem definiert, da durch den Digitalisierungsvorgang ein Quantifizierungsfehler eingeführt wird. Die erforderliche Samplingrate wird durch die Genauigkeit des Digitalisierungsvorgangs ermittelt.
Wenn die Proben von den Downlinksignal-F2- und dem Uplinksignal-F1-Leistungswerten genommen werden, wird der maximale oder Peakwert, der gesamplet wurde, über die Dauer des Rahmens bewahrt, hier fünf (5) Millisekunden (ms). Diese Technik sichert, dass der maximale Leistungswert in dem GSM-Rahmen [über acht (8) GSM-Zeitschlitze] bestimmt wird, insbesondere über den Uplinkkanal oder -Weg 274, wobei verfügbare Zeitschlitze nicht alle bei der Verwendung in einem Zellort während einer Zeit vorliegen können, wenn der Ort bei weniger als der Ortskommunikationskapazität betrieben wird. Im Gegensatz dazu ist das CDMA Protokoll eine Ausbreitungsspektrumstechnik. Das CDMA Leistungsspektrum ist gleichmäßig verteilt über das Frequenzband und somit kann eine einfachere Samplingtechnik mit dem CDMA Protokoll verwendet werden. Die beispielhafte Signalverstärkereinheit 230 unterscheidet nicht zwischen den drei Protokollen, sodass das Peaksamplingverfahren, das mit dem GSM-Protokoll beschrieben wird, genutzt wird, da es gut mit jedem der drei Protokolle arbeitet, die für drahtlose Kommunikationen genutzt werden.
Als ein zweites Beispiel wird der Betrieb einer beispielhaften Ausführungsform zur Verwendung des IS-136-Protokolls angeführt. Das IS-136-Protokoll arbeitet als ein TDMA Protokoll mit sechs (6) Zeitschlitzen bei einer Halbrate (4800 Bits/Sekunde) und drei (3) Zeitschlitzen bei einer Vollrate (9600 Bits/Sekunde). Um das IS-136-Protokoll abzudecken, wird die GSM-Samplerate von zweihundertfünfzig (250) Mikrosekunden pro Kanal genutzt, aber über den IS-136-Protokollrahmen von vierzig (40) ms gesamplet. Diese Samplerate gewährleistet, dass sechs (6) Zeitschlitze bei einer Halbrate oder drei (3) Zeitschlitze bei der Vollrate abgedeckt sind. In dem GSM-Protokoll ist das Sampling über acht (8) GSM-Rahmen oder vierundsechzig (64) Zeitschlitze, da aber die Monitoringzustands-Kontrollschleife alle fünfzig (50) Millisekunden anrufen wird, ist das Sampling ausreichend für eine vollständige Abdeckung. Die Monitoringzustands-Kontrollschleife erfolgt alle fünfzig (50) Millisekunden bei dem neunten Timer0 Intervall. Die Hauptkontrollschleife ändert die Gewinn- bzw. Verstärkungsvariablen für die Uplink- und die Downlinkkanäle oder Wege 236 und 274, basierend auf den vorliegenden gesampleten Peakleistungswerten, wie über den vierzig (40) Millisekunden (ms) Samplingrahmen bestimmt.
Ein Fachmann wird das Erfordernis zum geeigneten Sampling des Peakleistungswertes erkennen, zur Ableitung eines Wertes, der im Wesentlichen die Peakleistung für das Kommunikationssystemprotokoll der Signale, die bei der Einheit 390 verstärkt wurden, wiedergibt. Ein periodisches Sampling eines Bereichs der Signale, die durch die Einheit 390 verstärkt wurden, kann ein Samplingintervall aufweisen, definiert durch das Nyquist's Theorem, und ein akzeptierbarer Fehler, zugeordnet zur Quantifizierung des Analogsignals, zu einem Digitalformat. Das erforderliche Samplingintervall kann durch das Kommunikationssystemprotokoll mit der größten Rahmenrate bestimmt werden. Die erforderliche Samplingperiode oder -Dauer für eine Sequenz von aufeinander folgenden Proben kann durch das Kommunikationssystemprotokoll mit der größten Rahmenperiode ermittelt werden. Die Updaterate für Peak- bzw. Spitzenleistungsdetektion kann weniger als die inverse der Samplingperiode sein.
Bezug nehmend nun auf 24, wird eine beispielhafte Verstärkereinheitsausführungsform 390 in ein Fenster 392 einer Wand 394 eines teilweise erläuterten Gebäudeaufbaus 396 befestigt. Die Einheit 390 wird im Allgemeinen benachbart zu oder befestigt in einem Fenster angeordnet, da das Fenster 392 im Allgemeinen der Bereich größter RF Frequenzdurchlässigkeit in und aus einer Gebäudestruktur darstellt.
Eine vergrößerte Ansicht der beispielhaften Einheit 390 ist in 25 dargestellt. Die Einheit 390 wird im Allgemeinen in oder auf einer Struktur befestigt, wie unter Verwendung eines Montageständers 398, der hinsichtlich 27 und 32 weiter im Einzelnen beschrieben wird. Die Einheit 390 kann ein übliches Leistungskabel 400 einschließen, das in einen üblichen Leistungsauslass (nicht dargestellt) durch den Benutzer zum Anfahren und Initialisieren der Einheit 390 eingesteckt werden kann. Alternativ kann die Einheit 390 ein übliches Leistungskabel oder Versorgungskabel 400 einschließen, das an eine übliche Gleichstromleistungsquelle (DC) angeschlossen wird, wie eine Batterie. Die automatische Anfahrroutine versorgt die Einheit 390 mit einer so genannten "plug-and-plag" Benutzerfähigkeit beim Anwenden von elektrischem Strom auf die Signal verstärkende Einheit aus einem stromlosen Zustand. Die Einheit 390 hat eine Trägerstruktur 402 (siehe 27), die ein äußeres Vorderserverseitenradom 404 trägt, welches ein dielektrisches Material ist und ein Rückdonorseitenradom 406, welches ein dielektrisches Material ist, und die anderen Elemente der Einheit 390. Das Vorderradom 404 kann ein visuelles Anzeigearray 408 aus LED's oder anderen optischen Indikatoren einschließen, wie Flüssigkristalldisplay. Das Array 408 schließt beispielsweise eine bernsteinfarbene LED 410, eine rote LED 412 und eine grüne LED 414 – in keiner besonderen Folge – ein.
Diese drei LED werden zur Anzeige eines relativen Maßes an Downlink variabler Verstärkergewinn- bzw. Verstärkung während der Anfahrinitialisierung verwendet. Beispielsweise wird die Anfahrinitialisierung durch Aufleuchten der grünen LED bei einem Halbsekunden-(0,5)-Intervall und die relative Leistung des Downlinkverstärkers wird durch Ein, Aus oder Aufleuchten der bernsteinfarbenen LED 410 und der roten LED 412 angezeigt. Nachdem die Initialisierung abgeschlossen ist, gelangt die Firmware in den Monitorzustand. Der Monitorzustand zeigt den Downlink-Overdrive-Zustand durch Aufleuchten der roten LED 412 an. Der Uplink-Overdrive-Zustand wird durch ein Aufleuchten einer grünen LED 414 angezeigt. Das Herunterfahren oder der Auto-Off-Zustand wird durch eine durchgehende rote LED 412 angezeigt. Wenn kein Overdrive- oder Auto-Off-Zustand vorliegt, dann wird der Downlinksignalverlust durch Aufleuchten der bernsteinfarbenen LED 410 angezeigt. Wenn eine relativ geringe Downlinksignalleistung detektiert wird, dann schaltet die bernsteinfarbene LED 410 auf Durchgehend um. Wenn das Downlinksignal größer ist als der Niedersignalschwellenwert, dann schaltet die grüne LED 410 auf Durchgehend um.
Das Array 408 kann zur visuellen Anzeige des Betriebsstatus der Einheit 390 für den Benutzer genutzt werden. Beispielsweise zeigt das Aufblitzen der bernsteinfarbenen LED 410 an, dass nicht ausreichend Downlinksignal-F2-Leistung für die Einheit 390 vorhanden ist. Der Benutzer kann versuchen, eine andere Lokation, wie ein anderes Fenster oder eine andere Seite des Bauwerks 396 (nicht dargestellt) zu suchen, da der Benutzer wahrscheinlich anfänglich nicht weiß, wo das stärkste Signal empfangen wird. Die bernsteinfarbene LED 410, die kontinuierlich an ist, zeigt an, dass es einen geringen Wert von Downlinksignal-F2-Leistung, verfügbar an der Einheit 390, gibt. Dies fordert den Benutzer auf, wiederum eine andere Lokation aufzusuchen.
Die aufblitzende rote LED 412 zeigt an, dass zu viel Downlinksignal-F2-Leistung an der Einheit 390 verfügbar ist, ein Overdrivezustand. Die rote LED 412 zeigt kontinuierlich an, dass es einen Overdrivezustand der Downlinksignal-F2-Leistung an der Einheit 390 gibt, welche die Timeoutperiode überschritten hat, und die Einheit 390 wurde heruntergefahren.
Die aufblitzende grüne LED 414 zeigt an, dass es ausreichend Downlinksignal-F2-Leistung, die an der Einheit 390 verfügbar ist, gibt und die Einheit 390 wird initialisiert. Die grüne LED 414 zeigt kontinuierlich an, dass es ausreichend Downlinksignal-F2-Leistung, verfügbar an der Einheit 390, gibt, und dass die Einheit 390 sich in dem normalen Betriebs- und Monitoringzustand befindet.
Ein Fachmann wird erkennen, dass die Verwendung von LED 410, 412 und 414 mit sich unterscheidenden Farben oder sich unterscheidender Position an der Einheit 390 und die Bereitstellung einer Anzeige des Zustands oder Status des elektronischen Betriebs der Einheit durch alternative Maßnahmen und visuelle Anzeigen bewirkt werden kann. Die Verwendung von LEDs ist eine kostengünstige Maßnahme zur Bereitstellung von Anzeigen des Zustands oder Status des Betriebs für den Benutzer. Andere Arten von Displays, wie Flüssigkristalldisplay (LCD), können eine ähnliche Funktion bereitstellen und können zusätzliche Informationen durch die Verwendung von numerischen Werten bereitstellen und mehr Platz zur Displayinformation bieten.
Ein Fachmann wird erkennen, dass andere Werte der Referenzleistungen und für die Referenzgewinne bei der Initiierung und bei den Verfolgungszuständen des Signalverstärkers 230 verwendet werden können, und diese sind im Umfang der Erfindung. Als Beispiel kann der Uplink-Overdrive-Leistungswert oder Uplinkpeak-Leistungswert ungefähr von plus zwanzig (+20) dBm Wert, der vorher angeführt wird, zu ungefähr plus fünfzehn (+15) zu plus siebzehn (+17) dBm vermindert werden, um den Federal Communications Commission (FCC) Limitierungen hinsichtlich RF Emissionen von effektiver Strahlungsleistung (ERP) zu genügen. Weiterhin können Parameter, wie Updateraten, Amplitudensignalschrittgrößen, Signaländerungsraten, Timeouts, Settlingzeiten und dergleichen, unterschiedlich sein zu den Werten, die angeführt sind, und können im Umfang der Erfindung verbleiben. Ein beispielhafter Signalverstärker 230 wurde mit Betriebsfähigkeiten für GSM-, CDMA- und IS-136 TDMA-Fähigkeiten in dem US PCS-Frequenzband des Betriebes beschrieben. Die Vorrichtung 230 kann modifiziert werden zum Betrieb in einem anderen Frequenz spektrum und/oder kann zur Verwendung zum Unterstützen zusätzlicher Protokolle modifiziert werden, einschließlich, WCDMA, IMT2000, 1xEV-DO, GPRS, EDGE, TETRA und iDEN, ist jedoch nicht darauf begrenzt.
Bezug nehmend auf 26 wird eine Teil- oder eine Serversubanordnung 420 der beispielhaften Einheit 390 veranschaulicht. Die Subanordnung 420 kann das Endprodukt von einer Stufe der Herstellung der Anlage 390 sein, die dann an große Distributoren oder anderen Einrichtungen verkauft wird, die ihr eigenes vorderes dielektrisches Radom 404 und hinteres dielektrisches Radom 406 hinzufügen können. Die Subanordnung 420 schließt eine innere oder erste dielektrische Radomschicht oder Platte 422 ein, die zum Zusammen-Halten der Subanordnung 420 genutzt werden kann und kann eliminiert werden, wenn das vordere dielektrische Radom 404 zu der Subanordnung 420 vor dem Versand zu dem Benutzer hinzugefügt wird.
Die Subanordnung 420 schließt zumindest ein Serverpatcharray, angetrieben durch Antennenschicht 424, ein. Jedes von den Arraypatchen 426, 428, 430 und 432 entspricht den vertikal und horizontal polarisierten Abschnitten 254 und 270 der Serverantenne 252 (siehe 36). Die Antenne 252 schließt typischerweise eine zweite parasitäre Patcharrayantennenschicht 434 zum Hinzufügen von Betriebsbandbreite der Einheit 390 ein. Jedes der nichtangetriebenen, parasitären Arraypatche 436, 438, 440 und 442 entspricht den entsprechend angetriebenen Arraypatche 426, 428, 430 und 432. Die Antenne 252 schließt eine dielektrische Schaumkern-Spacer-schicht zwischen den zwei Antennenarrayschichten 424 und 434 ein. Die Subanordnung 420 schließt außerdem eine metallische oder metallleitfähige Grundplatte oder -schale 446 und ein Paar von Chokerahmen bzw. Drosselrahmen 448 und 450 ein, die eine RF Choke bzw. Drossel-Anordnung bilden, die zum Unterdrücken und Steuern der RF-Ströme mit der Schale 446 zusammengesetzt ist, die sonst an oder über die peripheren Kanten oder Seiten 202, 203, 204 und 202 strömen können (17). Die beispielhafte RF-Choke-Anordnung bzw. RF-Drossel-Anordnung bildet zwei (2) Kanäle, die die strahlenden Elemente in Schichten 432 und 442 umgeben; jeder Kanal ist etwa ein Viertel der Wellenlänge tief an der Betriebsfrequenz, die etwa 1920 MHz ist.
Bezug nehmend nun auf 27 wird eine explodierte Ansicht der teilweise zusammengebauten beispielhaften Einheit 390 veranschaulicht. Die Grundplatte oder -schale 446 ist zusammengesetzt mit dem Choke- bzw. Drossel-Rahmen 448 und 450, die so bemessen sind, dass sie mit einem definierten Spalt ineinander passen. Dies liefert einen Kanal oder mehrere Kanäle mit einer Breite von weniger als einer halben (1/2) Wellenlänge und vorzugsweise weniger als einem Drittel (1/3) Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz. Die Serverantennenelemente 424, 434 und 444 werden miteinander verbunden, wobei das Radom 422 eine Außenabdeckung über die Elemente bildet. Die Donorantennenelemente (nicht dargestellt) werden auch miteinander verbunden in einer Schale oder einer Grundplatte 452, wobei das Rückradome 406 eine Außenabdeckung über den Elementen bildet; einschließlich einem inneren Radome (nicht dargestellt), wie Radome 422. Eine Elektronikeinkapselung 454 wird zwischen die Schalen 446 und 452 montiert. Die Serverantennenelemente 424, 434 und 444 können in Rücken-zu-Rücken-Anordnung mit den Donorantennenelementen befestigt werden. Beispielsweise können die angetriebenen Strahler-elemente 426, 428, 430 und 432 in Schicht 424 und die parasitären Strahlerelemente bzw. Strahlerelemente 436, 438, 440 und 442 über dem Oberen der entsprechenden angetriebenen Strahlerelemente und die parasitären Strahlerelemente der Donorantenne mit einem Trennabstand zwischen einer Serverantennenschicht 424 und einer ähnlichen Donorantennenschicht 424 ausgerichtet sein. In anderen Worten, die Donor- und Serverantennenarrays können entgegengesetzte Richtungen aufweisen, wenn die einzelnen Strahlern mit einer oder mehreren leitenden Grundebenen zwischen den Antennenarrays übereinander sind.
Eine oder mehrere elektronische Platten 456 können in der Einkapselung 454 befestigt sein. Die Trägerstruktur 402 kann vier im Wesentlichen identische Trägerplatten 458, 460, 462 und 464 sein, die an den Seiten der Schalen 446 und 452 befestigt sind. Nur die Trägerplatte 460 wird genauer beschrieben, da jede der Platten 458, 460, 462 und 464 im Wesentlichen identisch ist. Die Platte 460 schließt einen ersten Satz von Armen 466, 468 und 470 ein, jeweils mit einem Spalt oder einer Öffnung 472, die mit den Öffnungen 474 in der Schale 452 in Flucht ist. Die Platte 460 wird an der Schale 452 mit Befestigungsmitteln (nicht dargestellt), die durch jedes der Paare von Öffnungen 472 und 474 eingesetzt werden, befestigt. Die Platte 460 enthält auch einen zweiten Satz von Armen 476, 478 und 480, wobei jede davon einen Spalt oder eine Öffnung 472 aufweist, die mit Öffnungen 474 in Flucht ist, die auch in der Schale 446 gebildet sind. Die Platte 460 wird auch an der Schale 446 mit Befestigungsmitteln (nicht erläutert), eingesetzt durch die entsprechenden Paare von Öffnungen 472 und 474, befestigt.
Jede der Platten 458, 460, 462 und 464 weist auch ein Paar von mit Gewindegängen versehenen Öffnungen 482 und 484 auf. Der Montageständer 398 schließt eine Grundplatte 486 mit einem Paar von U-förmigen Schenkelträgern 488 und 490 ein. Ein Paar von Schenkeln 492 (nur einer davon wird in 27 erläutert) ist mit Gewindegängen versehen in den Öffnungen 482 und 484 in der Platte 462 beispielsweise, obwohl eine beliebige der Platten 458, 460, 462 und 464 genutzt werden kann, in Abhängigkeit davon, ob die Einheit 390 zu befestigen ist. Die Befestigungsständer 398-Grundplatte 486 kann auch eine Vielzahl von Schlitzen 494 enthalten, die genutzt werden können, um die Platte 486 an einer beliebigen gewünschten Fläche mit entsprechenden Befestigungsmitteln (nicht dargestellt), eingesetzt durch die Öffnungen bzw. Spalte 494, zu befestigen.
Die Schenkel 492 werden in Einschnappweise in die U-förmigen Schenkelträger 488 und 490 zum Tragen der Einheit 390 in oder auf dem Montageständer 398 eingeschnappt, wie durch einen Pfeil 498 in 28 erläutert. Bei Nichtverwendung können die Schlitze bzw. Öffnungen 482 und 484 versiegelt werden oder mit Einschüben 496 verdeckt werden.
29A, 29B und 29C erläutern Vorder-, Seiten- und Draufsicht der Einheit 390.
30 ist eine Querschnittsansicht der Einheit 390, genommen entlang Linie 30-30 in 29A.
31 ist eine Querschnittsansicht der Einheit 390, genommen entlang Linie 31-31 in 29A.
32 ist eine Querschnittsansicht der Einheit 390, der Grundplatte 486 und des Schenkels 492, genommen entlang Linie 32-32 in 29A.
Der Schenkel 492 schließt einen mit Gewinde versehenen Stab 500 an einem Ende ein, der in die Öffnung 484 geschraubt wird. Der Schenkel 492 schließt einen mit Flansch versehenen Kopf 502 ein, der geformt ist, um mit einer spiegelbildlichen Flanschöffnung 504, gebildet an dem Schenkelträger 488, übereinzustimmen.
33 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Grundplatte 486 und des Schenkels 492 im Bereich 506 in 32.
Der Schenkel 492 kann auch eine Aussparung oder Verzahnung 508 in der Bodenfläche 510 einschließen. Die Fläche 510 passt mit der Öffnung 504 überein, während die Verzahnung 508 vorgespannt ist, gegen einen passenden kleinen Vorsprung 512, der auf dem Oberen von einem federbelasteten (nicht dargestellten) Stift 514 gebildet ist. Der Stift 514 und der Vorsprung 512, die in die Verzahnung 508 passen, helfen beim Zurückhalten der Einheit 390 in dem Montagestand 398.
34 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Chokeanordnungsfläche 514 in 30.
35 ist eine weitere perspektivische Ansicht der beispielhaften Verstärkereinheit 390 mit einem freistehenden Montageständer 520.
Der Ständer 520 ist im Wesentlichen identisch mit dem Ständer 398, mit Ausnahme einer vergrößerten Grundplatte 522. Die vergrößerte Grundplatte 522 weist keine besonders kritische Form auf, wird allerdings groß genug sein, die Einheit 390 als freistehende Einheit zu tragen. Die Einheit 390 ist vorgesehen, portierbar bzw. tragfähig für den Benutzer zu sein, falls erwünscht, um zu Lokationen oder Gebäuden bewegt zu werden. Um die Tragfähigkeit bzw. Portabilität der Einheit 390 zu erleichtern, kann ein Handgriff 524 in den mit Gewinde versehenen Öffnungen 482 und 484 (nicht dargestellt) in der oberen Trägerplatte 458 befestigt werden.
36 erläutert die Server-dual-polarisierte-Antenne 424 für die beispielhafte Verstärkeranlage 390. Die beispielhafte Antenne 424 umfasst typischerweise eine Leiterplatte (PCB) 530, auf der die Metallpatche 426, 428, 430 und 432 ausgebildet sind. Das Downlinksignal F2 auf dem Downlinkweg 236 wird durch ein RF- Distributions-Netzwerk 532 an die Patche 426, 428, 430 und 432 gekoppelt. Das Netzwerk 532 speist das Signal F2 zu jedem der Patche 426, 428, 430 und 432 durch ein jeweiliges horizontales Einspeiseelement 534, 536, 538 und 540, das den horizontal polarisierten Downlinkabschnitt 252 der Serverantenne 252 in 19 bildet.
In ähnlicher Weise wird das Uplinksignal F1 von den Patchen 426, 428, 430 und 432 empfangen und an dem Uplinkweg 274 durch ein RF-Distributions-Netzwerk 542 gekoppelt. Das Netzwerk 542 empfängt das Signal F1 von jedem der Patche 426, 428, 430 und 432 durch ein jeweiliges vertikales Einspeisungselement 544, 546, 548 und 550, das den vertikal polarisierten Uplinkabschnitt 270 der Serverantenne 252 bildet.
37 erläutert eine Donor-dual-polarisierte-Antenne 232 der beispielhaften Verstärkereinheit 390. Die beispielhafte Antenne 232 kann eine Leiterplatte (PCB) 560 einschließen, auf der vier metallische Patche 562, 564, 566 und 568 ausgebildet sind. Das Downlink-(DL)-Signal F2 wird empfangen durch die Patche 562, 564, 566 und 568 und zu dem Downlinkweg 236 durch ein RF-Distributions-Netzwerk 570 gekoppelt. Die Patche 562, 564, 566 und 568 empfangen das Signal F2 und speisen ein jeweiliges vertikales Einspeisungselement 572, 574, 576 und 578, das den vertikal polarisierten Downlinkabschnitt 234 von der Donorantenne 232 in 19 bildet.
In ähnlicher Weise wird das Uplinksignal F1 von dem Uplink-(UL)-Weg 274 an die Patche 562, 564, 566 und 568 durch ein RF-Distributions-Netzwerk 542 gekoppelt. Das Netzwerk 542 speist das Signal F1 zu jedem der Patche 562, 564, 566 und 568 durch ein jeweiliges horizontales Einspeisungselement 582, 584, 586 und 588, das den horizontal polarisierten Uplinkabschnitt 288 der Donorantenne 232 bildet.
Es ist selbstverständlich, dass Änderungen in der Anordnung der Server- und Donorantennenarrays verwendet werden können, um die Signalverstärkungsfunktion zu unterstützen. Als ein Beispiel kann eine Anordnung mit einem ersten Strahlungselementabstandswert in dem Serverantennenarray und einem zweiten Strahlungselementabstandswert in dem Donorantennenarray verwendet werden. Als ein zweites Beispiel können die Serverantennenelemente mit seitlichem Abstand oder Verschie bung relativ zu den Donorantennenelementen positioniert sein und erreichen die gewünschte Isolation zwischen den Donor- und Serverantennenarrays. Verschieben des Antennenarrays zum Einschließen einer lateralen Verschiebung zwischen der Server- und Donorantenne wird zu einer größeren gesamten Packungsgröße des Signalverstärkers führen. Eine weitere mögliche Variation ist die Donorantenne, und die Serverantenne kann einen Trennabstand aufweisen, der größer ist als die Einheitsgröße von jedem Antennenarray, und kann miteinander verbunden sein mit einer oder mehreren Übertragungsleitungen, wie Koaxialkabel, wie veranschaulicht in 38 und 39.
Bezug nehmend nun auf 38 hat eine Verstärkereinheit, konstruiert gemäß einer alternativen, beispielhaften Ausführungsform, Abschnitte 600, 610 und 620, befestigt in einem Fenster 392 in einer Wand 394 eines teilweise veranschaulichten Gebäudes 396. Die Einheit 600, einschließlich der Donorantenne, wird im Allgemeinen benachbart zu oder befestigt in einem Fenster angeordnet, da das Fenster 392 im Allgemeinen die Fläche der größten RF-Frequenzdurchlässigkeit in und aus dem Gebäude ist. Die Einheit 620, einschließlich der Serverantenne, kann bei einer separaten Lokation angeordnet werden, die nahe Einheit 600 sein kann, oder bei einer Strecke, weniger als dreißig (30) feet, relativ zur Einheit 600, lokalisiert sein, und typischerweise in demselben Raum eines Innenraums. Die Einheit 600 und die Einheit 620 werden mit einer RF Übertragungsleitungsanordnung 610, die zwei (2) unabhängige RF Signalwege unterstützt, verbunden.
Eine vergrößerte Ansicht einer alternativen Ausführungsform mit Abschnitten 600, 610 und 620 wird in 39 veranschaulicht. Die alternative Ausführungsform kann separate Abschnitte 600 und 620 umfassen, die mit einer RF-übertragungsleitungsanordnung 610 verbunden sind. Die alternative Ausführungsform kann eine Einheit 390 (25) darstellen, mit lösbaren Abschnitten 600 und 620, miteinander verbunden mit einer RF-Übertragungsleitungsanordnung 610. Eine oder beide von den Abschnitten 600 und 620 können in oder zu einer Struktur unter Verwendung eines Montageständers 398 befestigt werden. Die alternative Ausführungsform kann einen oder mehrere Handgriffe 524 (35) und freistehende Sockel 520 (35) aufweisen.
Die alternative Ausführungsform mit Abschnitten 600, 610 und 620 kann ein übliches Stromkabel 400, das in den üblichen Stromausgang (nicht dargestellt) eingesteckt wird, oder eine Batteriequelle vom Benutzer zum In-Betrieb-Nehmen und Initialisieren der Einheit einschließen. Der Abschnitt 600 hat eine Trägerstruktur 402a, die ein äußeres vorderes Serverseitenradom 404 trägt, das ein dielektrisches Material ist, und die anderen Elemente von dem Abschnitt 600. Der Abschnitt 620 hat eine Trägerstruktur 402b, und ein Rück-Donor-Seitenradome 406, das ein dielektrisches Material ist, und die anderen Elemente von dem Abschnitt 620. Das Vorderradom 404 kann ein visuell anzeigendes Array 408 von LEDs oder andere optische Anzeigen, wie Flüssigkristallanzeige, einschließen. In einer Variation von einer alternativen Ausführungsform mit lösbaren Abschnitten 600, 610 und 620 können die Trägerrahmen 402a und 402b miteinander durch eine oder mehrere Befestigungen oder Befestigungsvorrichtungen (nicht dargestellt) befestigt sein, was zu einer zusammengebauten Einheit 390 (25) führt.
Im Hinblick auf das Vorstehende ist es selbstverständlich, dass die Donorantenne und die Serverantenne von einer beispielhaften Ausführungsform der portablen bzw. tragbaren Signalausdehnungseinheit zur Erleichterung einer Installation getrennt werden können, bei der eine Antenne in einer Lokation, getrennt von der Ausdehnungseinheit, positioniert ist. Für diese Installation wird die Antenne typischerweise an einen elektronischen Schaltkreis der Ausdehnungseinheit durch Verkabeln, typischerweise Koaxial- oder faseroptische Verkabelung, angeschlossen, für Trägersignale zwischen der Antenne und der Ausdehnungseinheit. Um einen Benutzer mit Installationsflexibilität zu versehen, kann die Antenne abnehmbar an dem Gehäuse der Ausdehnungseinheit befestigt werden, um dem Benutzer zu gestatten, in Abhängigkeit von der Installationsanwendung die Antenne separat von dem Gehäuse zu installieren oder am Gehäuse zu befestigen. Beispielsweise können übliche Klammern verwendet werden, um die Antenne an dem Gehäuse zur Bewegung und Signalausdehnungseinheit von einer Lokation zur anderen Lokation anzubringen. Der Benutzer kann dann diese Klammern lösen und die Antenne von dem Gehäuse entfernen, und die Antenne in einer Position, gesondert von der beispielhaften Ausdehnungseinheit, installieren.
Obwohl die Erfindung in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wurde, kann der Fachmann leicht viele Modifizierungen, Zusätze und Weglassungen für die Erfindung, wie beschrieben und offenbart, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, ausführen.

Claims

Signalenhancer bzw. Verstärker (170, 230) zum Erweitern der Dienstabdeckung in einem drahtlosen Kommunikationssystem für zumindest eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung auf einem Gebiet begrenzter Abdeckung von einer Basisstation (150) mit: einem bidirektionalen Verstärker (178, 188) mit einem verstärkenden Downlinksignalweg bzw. -pfad (176, 236) zur Erzeugung eines verstärkten Basisstationssignals in Antwort auf ein Basissignal und einem verstärkenden Uplinksignalweg bzw. -pfad (186, 274) zur Erzeugung eines verstärkten Benutzersignals in Antwort auf ein Benutzersignal von der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung; eine an den bidirektionalen Verstärker gekoppelte Donator-dual-polarisierten-Antenne (172, 232) mit einem ersten Donator-polarisierten-Abschnitt (174, 234), der einen ersten Polarisationszustand aufweist, und einem zweiten Donator-polarisierten-Abschnitt (190, 288), der einen zweiten Polarisationszustand senkrecht zu dem ersten Polarisationszustand aufweist; und eine an den bidirektionalen Verstärker gekoppelte Server-dual-polarisierte-Antenne (180, 252) mit einem ersten Server-polarisierten Abschnitt (182, 254), der den zweiten Polarisationszustand aufweist, und einem zweiten Server-polarisierten Abschnitt (184, 270), der den ersten Polarisationszustand aufweist, wobei der Downlinksignalweg (176) zwischen dem ersten Donator-polarisierten Abschnitt (174, 234) und dem ersten Server-polarisierten Abschnitt (182, 254) gekoppelt ist; und wobei der Uplinksignalweg (186) zwischen dem zweiten Donator-polarisierten Abschnitt (190, 288) und dem zweiten Server-polarisierten Abschnitt (184, 270) gekoppelt ist.
Enhancer (170, 230) nach Anspruch 1, wobei beide von den Signalwegen (176, 186) in einer für einen Benutzer tragbaren Einheit enthalten sind und der bidirektionale Verstärker (178, 188) außerdem ein variables Verstärkungssteuerungs- bzw. -regelungssystem zum Einstellen der Verstärkung für jeden Signalweg in Antwort auf eine Detektion von schwankenden Signalhöhen bzw -pegeln umfasst.
Enhancer (170, 230) nach Anspruch 2, wobei das variable Verstärkungssteuerungs- bzw. -regelungssystem betriebsfähig ist zur Erhöhung der Verstärkung auf beiden der Wege bzw. Strecken, bis eine vorbestimmte Betriebssignalhöhe erzielt ist oder ein maximaler vorbestimmter Verstärkungsgrad auf dem Downlinksignalweg erreicht wurde, wenn Leistung bzw. Strom an die Anlage angelegt wird.
Enhancer (170, 230) nach Anspruch 3, wobei das variable Verstärkungssteuerungs- bzw. -regelungssystem betriebsfähig ist zur Verfolgung der Ausgangsleistungshöhe von zumindest dem Downlinksignalweg (176, 236) und zum Vermindern der Leistungshöhe für beide von den Signalwegen, wenn die Ausgangsleistungshöhe bzw. -pegel eine vorbestimmte Grenze überschreitet.
Enhancer (170, 230) nach Anspruch 3, wobei das variable Verstärkersteuerungs- bzw. -regelungssystem betriebsfähig ist zur Verfolgung der Ausgangsleistungshöhe von zumindest dem Uplinksignalweg (186, 274) und zum Ver mindern der Leistungshöhe für den Uplinksignalweg, wenn die Ausgangsleistungshöhe eine vorbestimmte Grenze überschreitet.
Enhancer (170, 230) nach Anspruch 2, wobei das variable Verstärkungssteuerungs- bzw -regelungssystem betriebsfähig ist zur Verfolgung der Ausgangsleistungshöhe von dem Downlinksignalweg (176, 236) und zum Vermindern der Leistungshöhe für beide von den Signalwegen, wenn die Ausgangsleistungshöhe eine vorbestimmte Grenze überschreitet, wobei die variable Verstärkungssteuerung bzw. -regelung außerdem betriebsfähig ist zur Verfolgung der Ausgangsleistungshöhe von dem Uplinksignalweg (186, 274) und zum Vermindern der Leistungshöhe für den Uplinksignalweg, wenn die Ausgangsleistungshöhe eine vorbestimmte Grenze überschreitet.
Enhancer (170, 230) nach Anspruch 1, der außerdem einen Montageständer bzw. -gestell (398) zum Befestigen der Anlage an einem geeigneten Ort in Bezug auf den Empfang von dem Basisstationssignal von der Basisstation (150) umfasst.
Enhancer (170, 230) nach Anspruch 1, wobei: die Donator-dual-polarisierte Antenne (172, 232) ein Array bzw. Feld von Donator-Antennenelementen (206, 207, 208, 209) umfasst; der erste Donator-polarisierte Abschnitt (174, 234) zumindest ein Downlinkantenneneinspeisungselement zugehörig zu bzw. assoziiert mit jedem Donator-Antennenelement umfasst; der zweite Donator-polarisierte Abschnitt (190, 288) zumindest ein Uplinkantenneneinspeisungselement zugehörig zu bzw. assoziiert mit jedem Donator-Antennenelement umfasst; die Server-dual-polarisierte Antenne (180, 252) ein Array bzw Feld von Ser ver-Antennenelementen umfasst; der erste Server-polarisierte Abschnitt (182, 254) zumindest ein Downlinkantenneneinspeisungselement zugehörig zu bzw. assoziiert mit jedem Server-Antennenelement umfasst; und der zweite Server-polarisierte Abschnitt (184, 270) zumindest ein Uplinkeinspeisungselement zugehörig zu bzw. assoziiert mit jedem Serverantennenelement umfasst.
Enhancer nach Anspruch 2, der außerdem einen freistehenden Montageständer bzw. -gestell (398) zum Befestigen des Enhancers an einem geeigneten Ort in Bezug auf den Empfang des Basisstationssignals von der Basisstation umfasst.
Enhancer nach Anspruch 1, wobei die Antennen in Rücken-zu-Rücken-Anordnung benachbart zueinander angeordnet sind.
Enhancer nach Anspruch 1, wobei jede von den Antennen ein Antennen-Array mit einer Mehrahl von Patch-Radiatoren umfasst.
Enhancer nach Anspruch 11, wobei jede von den Antennen außerdem ein parasitäres Patch-Antennenarray, beabstandet von jeder der Array-Antennen, umfasst, um die Bandbreite der Antennen zu erhöhen.
Enhancer nach Anspruch 1, wobei der bidirektionale Verstärker außerdem zumindest einen Bandpassfilter in jedem von den Uplink- und den Downlinksignalwegen umfasst, wobei die Filter eine Transmission Null nahe einer Signalüberschneidung zum Erhöhen der Isolation zwischen den Signalwegen aufweisen.
Tragbarer Signalenhancer zum Erweitern der Dienstabdeckung in einem drahtlosen Kommunikationssystem mit: einem Gehäuse, das ein Paar von gegenüberstehenden Flächen und eine Größe und ein Gewicht aufweist, die eine Bewegung des Gehäuses mit der bzw. per Hand von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort unterstützen, und dem Signalenhancer von Anspruch 1, wobei die Donator-dual-polarisierte Antenne (172, 232) an einer der Oberflächen bzw. Flächen montiert ist die Server-dual-polarisierten Antenne (180, 252) an der anderen Oberfläche bzw. Fläche befestigt bzw. montiert ist und der bidirektionale Verstärker (178, 188) in dem Gehäuse befestigt bzw. montiert ist.