DE69534991T2

DE69534991T2 - Spreizspektrum-Kommunikationssystem in Mehrfachband- und Mehrfachmodetechnik

Info

Publication number: DE69534991T2
Application number: DE69534991T
Authority: DE
Inventors: G. Douglas Arlington SMITH; C. Robert Palmer Lake DIXON; S. Jeffrey Colorado Springs VANDERPOOL
Original assignee: Xircom Wireless Inc
Current assignee: Xircom Wireless Inc
Priority date: 1994-08-18
Filing date: 1995-08-15
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2015-08-16
Also published as: JP2007116702A; KR970705879A; ATE326793T1; EP1460772A3; EP1460772A2; IL114924A; CA2197332A1; EP0776557B1; IL114924A0; EP0776557A1; WO1996006490A1; JP2004312766A; JPH10504698A; EP0776557A4; JP2008193721A; DE69534991D1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Spreizspektrumkommunikation und insbesondere ein Kommunikationssystem, das mehrere Kommunikationsmodi über Multifrequenzbänder verwendet.
Beschreibung des Standes der Technik
Zellulare Telephonie ist seit vielen Jahren sehr bekannt, jedoch mit ihrer wachsenden Popularität wurden mehr Kanäle in den zugeteilten zellularen Frequenzen notwendig. Unter den vorgeschlagenen Weiterentwicklungen im Stand der Technik hat es eine Bewegung von Systemen mit Frequenzmultiplexverfahren (FDMA), welche eine analoge schmalbandige Kommunikation verwenden, zu digitaler Sprachkommunikation gegeben, welche herkömmliche FDMA-Schmalbandtechniken verwendet, die unter Umständen mit Zeitmultiplex- (TDMA) Techniken gekoppelt sind. Weitere vorgeschlagene Weiterentwicklungen umfassen die Verwendung von Codemultiplex- (CDMA) Techniken, wie z.B. Spreizspektrumsysteme. Beispiele von Kommunikationsprotokollen umfassen IS-45, IS-95, DCS1900 (auch bekannt als GSM), DECT (Digital European Cordless Telephone), und AMPS.
Ein weiterer Ansatz in Bezug auf das Problem, eine erhöhte Anzahl an Benutzern an einem geographischen Standort zu ermöglichen, ist das Konzept personenbezogener Kommunikationssysteme, oder PCN's, welche Mikrozellen verwenden. Eine Mikrozelle ist ähnlich einer Zelle in einem herkömmlichen zellularen System, nur viel kleiner. Während eine herkömmliche Zelle ein Gebiet von mehreren Quadratmeilen abdecken kann, kann eine Mikrozelle nur einen Durchmesser von einigen hundert Fuß besitzen. Durch ein Beschränken der Sendeleistung können mehrere Mikrozellen und folglich mehrere Benutzer gemeinsam in einem geographischen Gebiet angeordnet sein.
Der Stand der Technik lehrt kein Verfahren zum Betreiben eines einzelnen Telefons, welches die Fähigkeit besitzt, sowohl als ein schmalbandiges zellulares Telefon (Mobiltelefon) mit Frequenz-, Zeit- und/oder Codemultiplex, als auch als ein mikrozellulares Telefon zu arbeiten, das Zeit-, Frequenz- oder Codemultiplex verwendet, in dem die zellularen und mikrozellularen Funktionen entweder die gleichen Betriebsfrequenzbänder teilen oder diese voneinander versetzt sind. Der Stand der Technik beschreibt auch nicht solch ein System, in dem der mikrozellulare Modus eine Funkeinheit unabhängig von der Telefonfunktionalität der Einheit einsetzen kann.
Zum Zwecke der vorliegenden Spezifikation wird "Analogsprache" als ein System beschrieben, in dem ein analoges Sprachsystem einen Radiofrequenz- (RF-) Träger oder ein Zwischenfrequenz- (IF-) Signal direkt moduliert, und "Digitalsprache" wird als eine System beschrieben, in dem das Signal zuerst digitalisiert wird und unter Umständen durch irgendeine Anzahl von Verfahren komprimiert wird, die im Stand der Technik üblich und bekannt sind, und dessen Digitalsignal dann für eine RF-Träger- oder IF-Modulation verwendet wird. Eine schmalbandige Modulation verwendet üblicherweise eine Amplitudenmodulation (AM) oder eine Frequenzmodulation (FM) und besitzt eine Bandbreite zwischen 3 kHz und 30 kHz.
In einer Spreizspektrumkommunikation besitzt das Spreizspektrumsignal, welches generiert und übertragen wird, eine Spreizbandbreite, die größer ist als die Bandbreite des Datenstroms. Wenn für eine drahtlose Kommunikation Spreizspektrumtechniken verwendet werden, kann es notwendig sein, eine Interferenz mit anderen Benutzern des elektromagnetischen Spektrums zu vermeiden oder zu minimieren. Einige Beispiele solcher Benutzer sind Benutzer einer Mikrowellenkommunikation (wie z.B. Operational Fixed Services ("OFS"), die Mikrowellenkommunikationsmasten verwenden) und Benutzer zellularer Kommunikation (wie z.B. jene, die zellulare Telefone verwenden). Insbesondere sind OFS-Dienste kritisch in Bezug auf eine Steuerung, unter anderem das nationale Energieversorgungsnetz, wodurch die Möglichkeit einer ungewollten OFS-Störung äußerst ernst zu nehmen ist. Dementsprechend wäre es vorteilhaft, eine Interferenz mit Benutzern einer Mikrowellen- und zellularen Kommunikation zu vermeiden oder zu minieren.
In einer drahtlosen Kommunikation kann das übertragene Signal verschiedenen Formen eines frequenzselektiven Fadings unterliegen, wodurch das Signal veranlasst werden kann, in einem örtlich begrenzten Frequenzbereich schwächer zu werden oder auszufallen. Obwohl Spreizspektrumsignale über einen breiteren Frequenzbereich verteilt werden als schmalbandige Signale, können sie auch einem frequenzselektiven Fading in einem Teil ihrer Spreizbandbreite unterliegen. Dementsprechend wäre es vorteilhaft, den Effekt eines frequenzselektiven Fadings abzuschwächen.
Eine Spreizspektrummodulation in mehr als einem Frequenzband kann aufgrund der breiten Trennung zwischen Frequenzbändern schwierig sein. Beispielsweise könnte ein Betrieb in den 900 Megahertz und 1800 Megahertz Bändern einen Synthesizer erfordern, der in der Lage ist, ein Frequenzspektrum von ungefähr 1000 Megahertz abzudecken. Jedoch ist es in Handgeräten, wie z.B. Telefonen, aufgrund der erhöhten Kosten, Gewichts und ähnlichen Abwägungen nicht erwünscht, mehr als einen Synthesizer oder sogar mehr als einen Oszillator zu verwenden. Dementsprechend wäre es vorteilhaft, ein Spreizspektrumsystem bereitzustellen, in dem ein einzelner, relativ schmaler Synthesizer mehr als ein Betriebsfrequenzband abdecken würde.
US 5,291,516 offenbart Dualmodussender und -Empfänger, einschließlich eines verstellbaren Bandpassfilters. Die japanische Patentzusammenfassung betreffend JP-A-5-244,032 offenbart einen TDMA-Empfänger mit zwei Bandpassfiltern, um schmalbandige Signale in zwei Frequenzbändern zu empfangen.
Die Erfindung, welche in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, stellt in einem Aspekt einen Sender und einen Empfänger bereit, die in der Lage sind, in einer Vielzahl von Frequenzbändern und/oder in einer Vielzahl von Modi zu arbeiten, welche entweder Schmalband- oder Spreizspektrumkommunikationstechniken nutzen. Die Erfindung kann als ein zellulares oder schnurloses Telefon verkörpert werden, das Frequenzmultiplex, Zeitmultiplex, Codemultiplex oder verschiedene Kombinationen davon verwendet. In einem Ausführungsbeispiel verfügt die Erfindung sowohl über zellulare als auch mikrozellulare Funktionalitäten, wobei ein Versand und/oder Empfang erfolgen kann, indem entweder schmalbandige oder Spreizspektrumsignale in Verbindung mit entweder FDMA, TDMA oder CDMA Techniken, oder irgendeiner Kombination davon, verwendet werden. Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung kann zwei oder mehrere Modi besitzen, wie z.B. einen zellularen Modus und einen mikrozellularen Modus, oder wie z.B. einen Spreizspektrummodus und einen schmalbandigen Modus, und die verschiedenen Modi können gemeinsame Frequenzbänder, überlappende Frequenzbänder oder verschiedene, versetzte Frequenzbänder belegen.
Die Erfindung kann als ein Sender verkörpert werden, der im Allgemeinen einen Schalter, einen Synthesizer mit einstellbarer Frequenz, einen oder mehrere Modulatoren, einen Dualbandleistungsverstärker (in dem die dualen Modi verschiedene Frequenzbänder belegen) oder einen Einbandleistungsverstärker (in dem die dualen Modi einzelne, benachbarte oder dicht platzierte verschiedene Bänder bele gen) und ein verstellbares Bandpassfilter umfasst. Der Schalter kann verwendet werden, um entweder eine Schmalband- oder eine Spreizspektrummodulation auszuwählen, oder kann verwendet werden, um eines einer Vielzahl von Frequenzbändern zur Übertragung auszuwählen. Wenn ein Schmalbandmodus ausgewählt wird, moduliert ein schmalbandiger Modulator ein Eingangssignal, kombiniert es mit einer Trägerfrequenz, die durch den Synthesizer mit einstellbarer Frequenz generiert wird, und stellt dem Leistungsverstärker und dem verstellbaren Bandpassfilter eine Ausgabe zur Übertragung bereit. Wenn ein Spreizspektrummodus ausgewählt wird, wird das Eingangssignal einem Spreizspektrummodulator zum Erzeugen eines Spreizspektrumsignals bereitgestellt. Das Spreizspektrumsignal wird mit einer Trägerfrequenz kombiniert, die durch den Synthesizer mit einstellbarer Frequenz generiert wird, und wird dem Leistungsverstärker und dem verstellbaren Bandpassfilter zur Übertragung bereitgestellt. Das verstellbare Bandpassfilter kann eingestellt und der Leistungsverstärker geschaltet werden, indem verschiedene Offsetfrequenzen für die zwei Betriebsmodi eingesetzt werden.
Die Erfindung kann auch als ein Empfänger verkörpert werden, der im Allgemeinen einen Schalter, einen Synthesizer mit einstellbarer Frequenz, ein verstellbares Bandpassfilter, einen Vorverstärker, einen Frequenzkonverter, einen IF-Verstärker und einen oder mehrere Demodulatoren umfasst. Der Empfänger arbeitet im Allgemeinen in einer zum Sender umgekehrten Art und Weise, wobei der Modusauswahlschalter verwendet wird, um zwischen einem schmalbandigen oder Spreizspektrumempfang zu wählen. Wenn er im Schmalbandmodus ist, kann das verstellbare Bandpassfilter auf eine schmale Bandbreite zum Durchlassen eines empfangenen, schmalbandigen Signals verstellt werden, während wenn er in einem Spreizspektrummodus ist, kann das verstellbare Bandpassfilter auf eine breite Bandbreite zum Durchlassen eines empfangenen Spreizspektrumsignals verstellt werden. Das Bandpassfilter ist auch einstellbar, wobei unterschiedliche Frequenzen für verschieden Modi verwendet werden, und der Vorverstärker kann auch mittels Schalter ausgewählt oder auf das geeignete Band eingestellt werden, wenn die dualen Modi verschiedene, getrennte Frequenzbänder einsetzen. Das empfangene Signal wird in ein IF-Signal konvertiert, wobei ein Signal eines lokalen Oszillators vom Synthesizer mit einstellbarer Frequenz verwendet wird und wobei das IF-Signal entweder durch den Spreizspektrumdemodulator oder den schmalbandigen Demodulator demoduliert wird, abhängig vom ausgewählten Modus.
Die Erfindung stellt in einem weiteren Aspekt ferner einen Dualband-Spreizspektrummodulator bereit, der einen einzelnen, relativ schmalen Synthesizer verwendet, um zwei Betriebsfrequenzbänder abzudecken. In dem niedrigeren Frequenzband kann der Synthesizer in einem "high-side injection" Modus arbeiten, während der Synthesizer in dem höheren Frequenzbereich in einem "low-side injection" Modus arbeiten kann. In einem Ausführungsbeispiel kann der niedrigere Frequenzbereich ungefähr 1850 bis 1990 Megahertz umfassen, während der höhere Frequenzbereich ungefähr 2400 bis 2485,5 Megahertz umfassen kann.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der Beschreibung dargelegt werden, die folgt, und können aus der Beschreibung deutlich werden oder durch eine Anwendung der Erfindung herausgefunden werden. Die Merkmale und Vorteile der Erfindung können auch durch die Mittel und Kombinationen realisiert und erlangt werden, auf welche insbesondere in den beigefügten Ansprüchen hingewiesen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen, die in die Spezifikation einbezogen werden und einen Teil davon bilden, illustrieren bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, um die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
1 ist ein Blockdiagramm eines Senders und eines Empfängers für eine Spreizspektrumkommunikation;
2 ist ein Blockdiagramm eines Dualmodussenders gemäß der Erfindung;
3 ist ein Blockdiagramm eines Dualmodusempfängers gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 und 5 sind Abbildungen, die Ausschlusszonen um einen Mikrowellenstrahlengang herum vergleichen;
6 ist ein Diagramm dreieckiger Zellen, die in einem Gittermuster angeordnet sind;
7 ist ein Diagramm einer dreieckigen Zelle;
8 und 9 sind Diagramme, die eine Zuteilung von Frequenzbändern zeigen;
10 zeigt einen Dualmodus-Spreizspektrummodulator mit zwei Frequenzbändern;
11 zeigt einen programmierbaren Frequenzgenerator;
12 ist ein Blockdiagramm, das ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Senders zeigt, der einen Einfrequenzsynthesizer zum Kommunizieren über eine Vielzahl von Frequenzbändern verwendet;
13 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres, alternatives Ausführungsbeispiel eines Senders zeigt, der einen Einfrequenzsynthesizer zum Zulassen einer Kommunikation über eine Vielzahl von Frequenzbändern verwendet;
14 ist ein Blockdiagramm eines Empfängers, der einen Einfrequenzsynthesizer zum Demodulieren von Signalen verwendet, die über mehr als ein Frequenzband gesendet werden können; und
15 ist ein Diagramm von Frequenzbändern und unterteilten Bändern, das Frequenzpaare abbildet, welche durch die Sender generiert werden können, die in den 11, 12 oder 13 gezeigt sind.
Nun wird im Detail auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung Bezug genommen werden, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen abgebildet sind, wobei ähnliche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Ansichten ähnliche Elemente indizieren. Die Offenbarung der Erfindung kann durch die Inhalte technischer Informationen ergänzt werden, welche dieser Spezifikation in einem technischen Anhangsabschnitt beigefügt sind. Es wird kein Zugeständnis in Bezug auf einen möglichen Effekt des Standes der Technik irgendeines Teils des technischen Anhangsabschnitts gemacht.
Moderne und vorgeschlagene zellulare Telefonsysteme verwenden gegenwärtig leistungsstarke, schmalbandige Radiofrequenzkommunikationstechniken mit Frequenz-, Zeit- und/oder Codemultiplex in Verbindung mit großen Zellen, um Telefonkommunikationen herzustellen und aufrechtzuerhalten. Mit der wachsenden Popularität dieser Systeme ist eine erhöhte Benutzerkapazität innerhalb eines geographischen Gebiets erforderlich. Ein Ansatz zum Bereitstellen einer erhöhten Kapazität sind Mikrozellen, die vergleichsweise viele kleinere Zellen wie auch leistungsarme Radiofrequenztechniken verwenden.
Herkömmliche zellulare Systeme haben bewiesen, bei der Installation von Basisstationen sehr kapitalintensiv zu sein, in der Größenordnung von mehreren hunderttausend Dollar pro Zellenstandort, und erfordern daher hohe Betriebs- und Zugriffsgebühren. Vorgeschlagene Mikrozellensysteme würden eine viel geringere Kapitalinvestition pro Zelle bei einem kleinen Bruchteil von Installationskosten eines zellularen Standorts erfordern, so dass Ladenbesitzer und andere kleine Betreiber auf ihren Gebäuden leicht einen Zellenstandort installiert haben könnten. Mikrozellen können möglicherweise in Gebieten mit öffentlichem Zugriff, Flughäfen, Restaurants, Einkaufszentren, Banken, Tankstellen, etc. wie auch in Geschäfts- oder Bürogebäuden (die drahtloses PBX, Centrex oder Bürotelefonanlagen verwenden) und Wohnstätten angeordnet werden. Ein Mikrozellenbenutzer könnte somit auf eine kostengünstige Art und Weise den gleichen Handapparat zu Hause, im Büro oder an den meisten anderen öffentlichen Plätzen verwenden, wo er oder sie typischerweise einen Zugriff auf Telefonkommunikationen benötigen würde, und eine einzige Telefonnummer beibehalten. Öffentliche Betriebs- und Zugriffsgebühren für den Benutzer könnten dann viel geringer sein, wahrscheinlich in der Größenordnung von Telefonzellengebühren pro Anruf, nicht pro Minute.
Ein Nachteil mikrozellularer Systeme ist ihre mögliche fehlende Erreichbarkeit bei einem eingehenden Anruf. Möglicherweise kann in dem System kein Anruf zu einem entfernten Benutzer getätigt werden. Es wurden jedoch Studien durchgeführt, die schätzen, dass bis zu 80% aller Anrufe, die in herkömmlichen zellularen Systemen gemacht werden, vom Benutzer sind, die von dem Mikrozellenbenutzer ausgehen und nicht beim Benutzer eingehen. Selbst ohne eingehenden Zugriff auf den drahtlosen Mikrozellenbenutzer existiert ein möglicherweise großer Markt, der einen geringen Bedarf an eingehenden Zugriffen hat, wo Benutzer gewillt wären, auf einen Zugriff auf eingehende Anrufe zu verzichten, um einen mikrozellularen Funkempfänger in der Mikrozellenhandeinheit einzusparen, der einen Pegel eines eingehenden Zugriffs auf den Benutzer in der öffentlichen Umgebung gewährleisten kann.
Ein weiterer Nachteil von Mikrozellen ist eine praktische Umschaltfähigkeit (Hand-Over) von Zelle zu Zelle. Da die Zellen in einem Mikrozellensystem klein sind, wird das System von einem sich bewegenden Fahrzeug aus unpraktisch zu benutzen, da der Benutzer möglicherweise alle paar Sekunden durch Zellen durchfahren könnte, wodurch Gesprächsumschaltungen unpraktisch werden. Mikrozellulare Systeme können so ausgebildet werden, dass es keine Umschaltfähigkeit zwischen Zellen gibt, was ein drahtloses telefonzellenartiges System gewährleisten würde. Da Mikrozellen so klein sind, wäre eine Systembenutzung in entlegenen Gebieten aufgrund der Anzahl von Zellinstallationen unpraktisch, die notwendig sind, um eine komplette Abdeckung vorzusehen.
Die vorliegende Erfindung stellt in einem Ausführungsbeispiel einen Dualmodussender und -Empfänger bereit, der Vorteile beider Systeme verwirklicht, das heißt die Reichweite und Mobilität des herkömmlichen zellularen Systems und die geringen Kosten des mikrozellularen Systems. Der Dualmodussender und -Empfänger schließen ein schnurloses Dualmodustelefon ein, das als seinen ersten Modus Betriebsfähigkeiten besitzt, die eine zellulare Funktionalität ermöglichen, und das einen zweiten Modus besitzt, der einen mikrozellularen Betrieb ermöglicht. Eine Funktionalität in dem ersten oder zellularen Modus schließt ein relativ leistungsstarkes zellulares Telefon ein, das analoge oder digitale Sprachtechniken in Verbindung mit herkömmlichen schmalbandigen Funktechniken mit Frequenz- und/oder Zeitteilung einsetzt. Eine Funktionalität im zweiten oder mik rozellularen Modus schließt ein leistungsarmes mikrozellulares Telefon ein, das Sprachtechniken in Verbindung mit Spreizspektrumfunktechniken mit Frequenz-, Zeit- und/oder Codeteilung verwendet, wobei die zellularen und mikrozellularen Funktionen entweder die gleichen Frequenzbänder teilen oder zueinander versetzt sind.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Senders und Empfängers für eine Spreizspektrumkommunikation.
Ein Spreizspektrumsender 1 umfasst einen Eingangsanschluss 2 für Eingabedaten 3, einen Chipsequenzgenerator 4 des Senders und eine Sendeantenne 5 zum Senden eines Spreizspektrumsignals 6. Ein Spreizspektrumempfänger 7 umfasst eine Empfängerantenne 8, einen Chipsequenzgenerator 9 des Empfängers und einen Ausgangsanschluss 10 für Ausgabedaten 11. Eine Chipsequenz 12 kann identisch generiert werden, sowohl durch den Generator 4 des Senders als auch durch den Generator 9 des Empfängers, und erscheint anderen, die den Spreizcode nicht kennen, auf dem sie basiert, im Wesentlichen zufällig. Das Spreizspektrumsignal 6 kann eine Spreizbandbreite besitzen, die größer ist als die Breite der Eingabedaten 3. Das Spreizspektrumsignal 6 kann auch auf einem Kommunikationskanal moduliert werden, der eine Mittenfrequenz besitzt, wobei die Mittenfrequenz und die Spreizbandbreite im Wesentlichen einen Kommunikationskanal definieren. Der Kommunikationskanal kann auch einen bekannten Signalabfall für Energie außerhalb der Grenzen des Kanals besitzen. Eine ausführliche Diskussion von Spreizspektrumkommunikation, Spreizcodes und Chipsequenzen kann in R. Dixon, SPREAD-SPECTRUM SYSTEMS (2d ed. 1984) gefunden werden.
In der beispielhaften Anordnung, die in 2 gezeigt ist, wird ein Dualmodussender gemäß unterschiedlichen Aspekten der vorliegenden Erfindung gezeigt, umfassend eine Antenne 109, eine Modussteuerung 103, einen Modusauswahlschalter 104, Senderinformationsverarbeitungsmittel 101, einen Synthesizer 105 mit einstellbarer Frequenz, einen Chipcodegenerator 107, einen Spreizspektrummodulator 111, einen schmalbandigen Modulator 113, einen Leistungsverstärker 115 und einen verstellbaren Bandpassfilter 117. Die Senderinformationsmittel können als eine Informationsvorrichtung 101 verkörpert sein. Die Informationsvorrichtung 101 kann Quellencodierer, wie z.B. Golay-Codierer, eine Fehlerkorrekturcodierung, Analog-Digital-Konverter, etc. einschließen.
Der Spreizspektrummodulator 111 ist mit der Informationsvorrichtung 101 über einen Modusauswahlschalter 104, dem Synthesizer 105 mit einstellbarer Frequenz und dem Chipcodegenerator 107 gekoppelt. Der schmalbandige Modulator 113 ist mit der Informationsvorrichtung 101 über einen Modusauswahlschalter 104 und dem Synthesizer 105 mit einstellbarer Frequenz gekoppelt. Der Leistungsverstärker 105 ist mit der Modussteuerung 103, dem Spreizspektrummodulator 111 und dem schmalbandigen Modulator 113 gekoppelt. Der verstellbare, einstellbare Bandpassfilter 117 ist mit der Antenne 109, dem Leistungsverstärker 115 und der Modussteuerung 103 gekoppelt.
Eine Schmalband- oder Spreizspektrummodulation wird ausgewählt, indem die Modussteuerung 103 verwendet wird. Die Informationsvorrichtung 101 verarbeitet das eingegebene Informationssignal, während der Synthesizer 105 mit einstellbarer Frequenz ein Trägersignal generiert und der Chipcodegenerator 107 ein Chipcodesignal generiert.
Die Modussteuerung 103 steuert einen Modusauswahlschalter 104, der das verarbeitete Informationssignal an den schmalbandigen Modulator 113 oder den Spreizspektrummodulator 111 leitet. Der Spreizspektrummodulator 111 modu liert den Träger mit dem verarbeiteten Informationssignal und das Chipcodesignal als ein Spreizspektrumsignal, wenn der Modusauswahlschalter 104 für eine Spreizspektrummodulation ausgewählt wurde. Der schmalbandige Modulator 113 moduliert den Träger mit dem verarbeiteten Informationssignal als ein moduliertes schmalbandiges Signal, wenn der Modusauswahlschalter 104 für eine schmalbandige Modulation ausgewählt ist.
Wenn die Modussteuerung 103 für eine schmalbandige Modulation eingestellt ist, verstärkt der Leistungsverstärker 115 das modulierte schmalbandige Signal. Wo die dualen Modi in verschiedenen Frequenzbändern arbeiten, kann der Leistungsverstärker 115 entweder breitbandig genug sein, um in beiden Bändern zu arbeiten, oder kann verstellbar sein, um in dem Band betreffend den Betriebsmodus zu arbeiten, wobei die Modussteuerung 103 seinen Betrieb entsprechend steuert. Wenn die Modussteuerung 103 für eine Spreizspektrummodulation eingestellt ist, verstärkt der Leistungsverstärker 115 das Spreizspektrumsignal. Mit einer schmalbandigen Modulationseinstellung der Modussteuerung 103 besitzt der verstellbare Bandpassfilter 117 gleichermaßen eine Bandbreite, die auf eine schmale Bandbreite verstellt ist, und eine entsprechende Frequenz zum Durchlassen des modulierten schmalbandigen Signals. Mit einer Spreizspektrumeinstellung der Modussteuerung 103 besitzt der verstellbare Bandpassfilter 117 eine Bandbreite, die auf eine breite Bandbreite verstellt ist, und eine entsprechende Frequenz zum Durchlassen des Spreizspektrumsignals.
Die vorliegende Erfindung, wie in 3 abgebildet, schließt auch ein Ausführungsbeispiel wie einen Dualmodusempfänger ein. Der Dualmodusempfänger kann eine Modussteuerung 103, einen Synthesizer 105 mit einstellbarer Frequenz, einen Chipcodegenerator 107, eine Antenne 109, einen ver stellbaren Bandpassfilter 117, einen Vorverstärker 205, einen Frequenzkonverter 209, einen IF-Verstärker 211, einen Modusauswahlschalter 104, einen Spreizspektrum-Entspreizer (engl. despreader) 215, einen Spreizspektrumdemodulator 217, einen schmalbandigen Modulator 213 und Empfängerinformationsverarbeitungsmittel umfassen. Das Empfängerinformationsmittel wird als eine Empfängerinformationsverarbeitungsvorrichtung 219 verkörpert. Der verstellbare Bandpassfilter 117 ist mit der Antenne 201 und mit der Modussteuerung 103 gekoppelt. Der Vorverstärker 205 ist mit dem verstellbaren Bandpassfilter 117 und mit der Modussteuerung 103 gekoppelt. Der Frequenzkonverter 209 ist mit dem Vorverstärker 205 und dem Synthesizer 105 mit einstellbarer Frequenz gekoppelt. Der IF-Verstärker 211 ist mit dem Frequenzkonverter 209 gekoppelt. Der Spreizspektrumentspreizer 215 ist mit dem Chipcodegenerator 107 und über den Modusauswahlschalter 104 mit dem IF-Verstärker 211 gekoppelt. Der Spreizspektrumdemodulator 217 ist mit dem Spreizspektrumentspreizer 215 gekoppelt. Der schmalbandige Demodulator 213 ist über die Modussteuerung 103 mit dem IF-Verstärker 211 gekoppelt.
Wie beim Dualmodussender der 2 wird die Modussteuerung 103 verwendet, um einen Empfang einer schmalbandigen oder Spreizspektrummodulation auszuwählen. Der Synthesizer 105 mit einstellbarer Frequenz generiert ein lokales Oszillatorsignal, und der Chipcodegenerator 107 generiert ein Referenzchipcodesignal zum Vergleichen mit dem empfangenen Chipcodesignal.
Wenn die Modussteuerung 103 auf eine schmalbandige Modulation eingestellt wird, wird der verstellbare Bandpassfilter 117 auf eine schmale Bandbreite und eine entsprechende Frequenz zum Durchlassen des schmalbandigen modulierten Signals verstellt. Bei einer Spreizspektrumeinstel lung der Modussteuerung 103 wird der verstellbare Bandpassfilter 117 auf eine breite Bandbreite und eine entsprechende Frequenz zum Durchlassen des Spreizspektrumsignals verstellt. Der Vorverstärker 205 verstärkt das gefilterte schmalbandige modulierte Signal, wenn die Modussteuerung 103 auf die schmalbandige Modulationseinstellung eingestellt wird, und verstärkt das gefilterte Spreizspektrumsignal, wenn die Modussteuerung auf die Spreizspektrummodulationseinstellung eingestellt wird, und kann wahlweise auf das entsprechende Band für jeden Modus geschaltet werden, wenn der duale Modus nicht benachbarte oder weit voneinander beabstandete Frequenzbänder belegt. Der Frequenzkonverter 209 konvertiert das gefilterte schmalbandige modulierte Signal und das gefilterte Spreizspektrumsignal in ein IF-Signal, indem er das lokale Oszillatorsignal verwendet.
Die 2 und 3 bilden die Implementierung eines Dualband-, Dualmodussenders bzw. -Empfängers ab, zur Verwendung in jeder schmalbandigen Anwendung, mit der Fähigkeit, auf ein separates Frequenzband umzuschalten, während eine Spreizspektrummodulation/-Demodulation in dem wechselnden Betriebsband eingesetzt wird.
Der Betrieb des Dualbandsenders der 2 ist wie folgt. Durch Verwendung einer Verarbeitungsvorrichtung 101 für Senderinformation, kann eine Eingabeinformation gefiltert werden, bei Bedarf analog/digital (A/D) konvertiert werden, wie durch die Modusschaltersteuerung bestimmt wird, und auf entweder einen schmalbandigen oder Spreizspektrummodulationsprozess angewendet werden. Eine schmalbandige Modulation wird in einem Schmalbandmodus eingesetzt und eine Spreizspektrummodulation wird in einem Spreizspektrummodus eingesetzt. In beiden Modi wird der modulierte Träger auf den Dualband-RF-Leistungsverstärker 115 angewendet.
Der Synthesizer 105 mit einstellbarer Frequenz, der den richtigen Träger für entweder den herkömmlichen schmalbandigen Modus oder den Spreizspektrummodus bereitstellt, wird durch die Modusschaltersteuerung 103 gesteuert, wobei er jeweils nur eine von möglicherweise vielen erforderlichen Sendeträgerfrequenzen zum Modulieren ausgibt.
Nach der Verstärkung wird das richtige modulierte Trägersignal, entweder ein herkömmliches schmalbandiges oder ein Spreizspektrumsignal, an einem verstellbaren, einstellbaren Bandpassfilter 117 und dann an der Antenne 109 angelegt. Das Durchlassband und die Frequenz des verstellbaren Bandpassfilters 117 werden durch die Modussteuerung 103 ausgewählt. Dies ist notwendig, um Steuerstandards eines Störsignalpegels beim Senden zu erfüllen.
Eine einzelne Dualbandantenne 109 fungiert dann als ein Wandler, um das elektrische RF-Signal vom Leistungsverstärker 115 und verstellbaren Bandpassfilter 117 in ein elektromagnetisches Signal zur Übertragung an den Empfänger zu konvertieren.
Die Modussteuerung 103 steuert auch den Betrieb eines Referenzcodes, der durch einen Chipcodegenerator 107 generiert wird. Der Referenzcode wird als eine Funktion zum Spreizen des Spektrums im Spreizspektrummodus verwendet. Der Chipcodegenerator 107 würde im herkömmlichen schmalbandigen Modus nicht arbeiten.
Diese Senderkonfiguration ist auf jedes gewünschte Dualmodussystem anwendbar, in dem ein Modus in einem herkömmlichen schmalbandigen System verwendet wird, wie z.B. in Mobiltelefonen, während ein zweiter Modus zum Kommunizieren in einem Spreizspektrumsystem eingesetzt wird.
Ein Empfangsbetrieb des Empfängers in 3 ist wie folgt. Ein empfangenes Signal wird durch die Antenne 109 von einem elektromagnetischen Signal in ein elektrisches Signal konvertiert. Die Antenne 109 kann die gleiche wie die des Senders sein oder nicht. Das empfangene Signal wird dann an einem verstellbaren Bandpassfilter 117 angelegt, welcher der gleiche wie der des Senders sein kann oder nicht, und welcher durch die Modussteuerung 103 gesteuert wird. Der verstellbare Bandpassfilter 203 wählt das richtige herkömmliche schmalbandige oder Spreizspektrumbetriebssignal aus und leitet es durch einen Vorverstärker 205, dessen Ausgabe an einem Frequenzkonverter 209 angelegt wird.
Die andere Eingabe in den Frequenzkonverter 209 ist ein Signal eines lokalen Oszillators, das durch eine Synthesizer 105 mit einstellbarer Frequenz generiert wird, dessen Frequenz wiederum durch die Modussteuerung 103 gesteuert wird. Das Eingabesignal wird in eine Zwischenfrequenz (IF) konvertiert, welche die gleiche sowohl für herkömmliche schmalbandige als auch für Spreizspektrumsignale sein kann. Vom Empfänger wird angenommen, dass er vom Zwischenfrequenztyp (engl. superheterodyne) ist, und er wird als ein Einzelkonvertierungsempfänger abgebildet, kann jedoch auch durch einen Dual- oder Multikonvertierungszwischenfrequenzempfänger implementiert werden, ohne eine Änderung im Betrieb des Gesamtsystems.
Ein Ausgabesignal vom Frequenzsynthesizer 105 wird mit dem verstärkten Eingabesignal vom Vorverstärker 205, das durch den Eingangsfilter ausgewählt wird, im Frequenzkonverter 209 multipliziert, um das Zwischenfrequenzsignal zu erzeugen, Ein eingestellter, festgelegter IF-Frequenzverstärker 211 verstärkt das empfangene Signal und legt es an einem Modusauswahlschalter 104 an, dessen Ausgabe entweder mit dem herkömmlichen schmalbandigen Signaldemodulator 213 oder dem Spreizspektrumsignalentspreizer 215 gekoppelt wird. Der Entspreizer 215 verwendet einen Refe renzcode, der durch den Chipcodegenerator 107 bereitgestellt wird, um die richtige Spreizspektrumsignalauswahl und das Entspreizen zu erleichtern. Dieser Referenzcode wird durch die Modussteuerung 103 gesteuert und kann gleich zu dem des Senders sein, der in 2 gezeigt ist.
Der Spreizspektrumentspreizer 201 entspreizt durch Verwendung des Referenzchipcodesignals das IF-Signal als ein digital moduliertes Signal. Der Spreizspektrumdemodulator 217 demoduliert das digital modulierte Signal als ein digital demoduliertes Signal. Der schmalbandige Demodulator 213 demoduliert das gefilterte schmalbandige modulierte Signal als ein demoduliertes Signal. Die Empfängerinformationsvorrichtung 219 verarbeitet das demodulierte Signal als ein Informationssignal.
Die Spreizspektrumsignale werden, nachdem sie entspreizt werden, durch einen Spreizspektrumdemodulator 217 demoduliert, der vom Schmalbanddemodulator 213 getrennt ist. Dies ist aufgrund des Unterschieds bei der herkömmlichen Modulation der Signalinformation des Trägers notwendig, welche typischerweise eine analoge FM ist, während Spreizspektrumsignale eine digitale Modulation einsetzen können und vor der Verarbeitung digital/analog (D/A) konvertiert werden können. Wenn die verwendete schmalbandige Technik eine digitale Modulation einsetzt, kann ein zweiter schmalbandiger D/A-Demodulator, ähnlich dem Spreizspektrumdemodulator, eingesetzt werden, oder der Spreizspektrumdemodulator kann entfernt werden und eine D/A-Demodulation, die für sowohl die schmalbandige als auch die Spreizspektrummodulation identisch sein kann, kann als eine Funktion des Prozessor für empfangene Information eingeschlossen werden.
Nach dem Entspreizen werden Ausgangssignale des Spreizspektrumdemodulators 217 verarbeitet, indem eine Emp fängerinformationsvorrichtung 219 verwendet wird, nach Bedarf durch Filtern, Digital-/Analog-Umwandeln und eine Verstärkung, um sie in eine Form zu konvertieren, die für das Informationsausgabeziel verwendbar ist. Die Verarbeitung wird durch die Modusschaltersteuerung 103 ausgewählt.
Wie im Sender der 2 können mehr als zwei Modi durch die gleiche allgemeine Empfängerkonfiguration der 3 unterstützt werden. Dies umfasst den Betrieb bei mehreren Frequenzen, die Verwendung mehrerer Codes, mehrere Modulationsformate oder eine zeitlich sequentielle Auswahl des Betriebsmodus.
Das Folgende illustriert eine Anwendung von Aspekten der vorliegenden Erfindung für bestimmte Modulationsschemata.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Telefon, dessen erster Modus analoge Sprachtechniken und einen herkömmlichen zellularen Frequenzmultiplexbetrieb umfasst, der schmalbandige Radiofrequenztechniken, wie z.B. FM, einsetzt, aber nicht darauf beschränkt ist, und dessen zweiter Modus einen mikrozellularen Betrieb umfasst, der digitale Sprachbefehls- und/oder Kompressionstechniken gekoppelt mit einer Spreizspektrumradiofrequenzmodulation und/oder Zeit- und/oder Frequenzmultiplextechniken einschließt, aber nicht darauf beschränkt ist, wobei die zellularen und mikrozellularen Modi gemeinsame Frequenzbänder belegen. Der mikrozellulare Modus kann auch eine Funkfunktion einschließen, die schmalbandige oder Spreizspektrumtechnologien verwenden kann und Frequenzbänder zusammen mit den zellularen und mikrozellularen Modi belegt, oder kann von beiden oder einem von beiden versetzt sein, und kann unabhängig von der Telefonfunktionalität der Einheit sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung schließt ein Telefon ein, dessen erster Modus einen zellu laren Frequenzmultiplexbetrieb umfasst, der schmalbandige Radiofrequenzmodulationstechniken, wie z.B. FM, gekoppelt mit digitalen Sprachbefehls- und/oder Kompressions- und/oder Zeitmultiplexverfahren-Techniken einsetzt, aber nicht darauf beschränkt ist, und dessen zweiter Modus einen mikrozellularen Betrieb umfasst, der digitale Sprachbefehls- und/oder Kompressionstechniken gekoppelt mit einer Spreizspektrumradiofrequenzmodulation und/oder Zeit- und/oder Frequenzmultiplex-Techniken einschließt, aber nicht darauf beschränkt ist, wobei die zellularen und mikrozellularen Modi gemeinsame oder verschiedene Frequenzbänder belegen. Der mikrozellulare Modus kann auch eine Funkfunktion umfassen, die schmalbandige oder Spreizspektrumtechnologien verwenden kann und Frequenzbänder zusammen mit den zellularen und mikrozellularen Modi belegen kann, oder von beiden oder dem einen von beiden versetzt sein kann, und kann unabhängig von der Telefonfunktionalität der Einheit sein.
Es wird für einen Fachmann offensichtlich sein, dass an den beschriebenen Sender- und Empfängerkonfigurationen unterschiedliche Modifikationen vorgenommen werden können, und es ist vorgesehen, dass die vorliegende Erfindung Modifikationen und Veränderung der Techniken, die hierin gezeigt werden, abdeckt, sofern sie in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.
Wie vorher in Bezug auf 1 angemerkt, kann ein Spreizspektrumsignal 6 eine Spreizbandbreite besitzen, welche größer ist als die Bandbreite der Eingangsdaten 3. Das Spreizspektrumsignal 6 kann auch auf einem Kommunikationskanal mit einer Mittenfrequenz moduliert werden, wobei die Mittenfrequenz und die Spreizbandbreite im Wesentlichen einen Kommunikationskanal definieren, und der Kommunikationskanal kann einen bekannten Signalabfall für Energie außer halb der Grenzen des Kanals besitzen. Die Erfinder haben herausgefunden, dass ein bestimmter Satz ausgewählter Werte für die Spreizbandbreite und die Mittenfrequenz einen wesentlichen und überraschenden Vorteil bereitstellen, wenn Spreizspektrumtechniken für eine drahtlose Kommunikation eingesetzt werden.
Insbesondere wurde durch die Erfinder herausgefunden, dass eine Spreizungsbandbreite von ungefähr 10 Megahertz (MHz) oder weniger mehrere Vorteile in einer drahtlosen Spreizspektrumkommunikation bietet. Diese Vorteile schließen ein:

– Minimieren einer Interferenz mit Mikrowellenkommunikationsbenutzern, wenn in einem Mikrowellenkommunikationsband wie beispielsweise dem 1850-1990 MHz Kommunikationsband übertragen wird;
– Minimieren einer Interferenz mit und Maximieren einer Kompatibilität mit Zellenkommunikationsbenutzern, wenn in einem zellularen Kommunikationsband wie beispielsweise dem zellularen Kommunikationsband nahe 800-900 MHz und anderen zellularen Kommunikationsbändern übertragen wird;
– Abschwächen des Effekts frequenzselektiven Fadings, wenn durch die Verwendung einer Spreizspektrumtechnik übertragen wird;
– Ermöglichen, dass die gleiche Spreizspektrumtechnologie in andern Kommunikationsbändern verwendet wird, wie beispielsweise dem 902-928 MHz Band und dem 2400-2483,5 MHz Band; und
– andere und weitere Vorteile, die im technischen Anhangsabschnitt detailliert beschrieben sind und sich für den Fachmann nach Durchsicht der Spezifikation, der Zeichnungen und der Ansprüche daraus ergeben.

Die Verwendung eines 10 MHz oder kleineren Bands für eine Spreizspektrumkommunikation, wenn innerhalb eines Mikrowellenkommunikationsbands (wie z.B. dem 1850-1990 MHz Kommunikationsband) übertragen wird, minimiert eine Interferenz mit Mikrowellenkommunikationsbenutzern auf unterschiedliche Art und Weise. Als eine allgemeine Sache ist die Interferenzvermeidung eine Aufgabe sowohl der Geografie- als auch der Frequenzauswahl. Typischerweise wird eine Mikrowellenkommunikation über einen Strahlengang zwischen einem Mikrowellensender und -Empfänger geleitet. Da Mikrowellenstationen kritische Dienste wie beispielsweise die Steuerung eines nationalen elektrischen Energieversorgungsnetzes bereitstellen, ist die Möglichkeit einer versehentlichen Störung solcher Dienste sehr ernst zu nehmen. Dementsprechend setzen Regierungsverordnungen typischerweise voraus, dass von Mikrowellenstationen, wie z.B. staatlich anerkannten OFS-Empfängern, nicht gefordert werden kann, mehr als einen festgesetzten Interferenzpegel (z.B. 1 dB) in ihren Betriebsgebieten zu tolerieren. Benutzer der Mikrowellenfrequenzbänder innerhalb des geographischen Gebiets staatlich anerkannter Mikrowellenstationen können daher nicht in einer Zone arbeiten, die mehr als 1 dB Interferenz an den Mikrowellenstationen verursachen würde. Diese Zone kann als eine Ausschlusszone bezeichnet werden.
Die 4 und 5 zeigen Beispiele von Ausschlusszonen für eine spezifische herkömmliche schmalbandige Kommunikationstechnik im Vergleich zu einem spezifischen Typ einer Spreizspektrumkommunikationstechnik. 4 vergleicht die Größe von Ausschlusszonen 331 und 332 um einen Mikrowellenstrahlengang 330 herum, gemäß einem theoretischen Freiraumverlustmodell. Wie in 4 gesehen werden kann, kann die Ausschlusszone 332 für eine schmalbandige Kommunikation weit größer sein als die Ausschlusszone 331 für eine Spreizspektrumkommunikation. Es kann auch gesehen werden, dass sich die Ausschlusszonen 331 und 332 am weitesten in der Richtung des Strahlengangs 330 ausdehnen. In Bezug auf andere Richtungen erstrecken sich die Ausschlusszonen 331 und 332 bei 90 Grad zum Strahlengang 330 relativ weit nach außen, sind aber beispielsweise in der Richtung entgegengesetzt dem Strahlengang 330 und bei verschiedenen anderen Winkel relativ nahe, wie in 4 dargestellt.
Auf eine ähnliche Art und Weise vergleicht 5 die Größe der Ausschlusszonen 341 und 342 um einen Mikrowellenstrahlengang 340 herum, gemäß einem HATA Verlustmodell (unter der Annahme eines Außenbezirks einer mittleren Stadt). Die Ausschlusszonen 341 und 342 der 5 sind, obwohl sie von einem anderen Verlustmodell abgeleitet werden, formähnlich zu denen der 4.
Aufgrund der besonderen Form der Ausschlusszonen 331, 332, 341 und 342 (wie in den 4 und 5 abgebildet), kann ein Minimieren einer Interferenz bei Mikrowellenkommunikationsbenutzern möglicherweise durch eine Vermeidung der Mikrowellenstrahlengänge 330 und 340 erreicht werden. Es wurde bisher jedoch noch nicht gewürdigt, dass eine OFS-Vermeidung schwieriger für Signale ist, egal ob sie schmalbandige oder Spreizspektrumsignale sind, die eine Bandbreite von größer als 10 MHz haben oder sich über mehrere OFS-Bänder erstrecken. Der Grund für diese Schwierigkeit basiert auf der Tatsache, dass ungefähr 94 Prozent aller OFS-Verbindungen 10 MHz Verbindungen sind. Während es möglich sein könnte, ein 10 MHz Band zum Übertragen auszuwählen, um höchstens mit nur einer einzelnen 10 MHz OFS-Verbindung zu interferieren, kann somit irgendein Signal, das breiter als 10 MHz ist, möglicherweise mit mindestens zwei oder mögli cherweise mehr OFS-Verbindungen interferieren. Dieses Problem wird durch die Tatsache verschlimmert, dass in und um viele Stadtgebiete herum OFS-Mikrowellenstrahlengänge unterschiedlicher Frequenzbänder nicht notwendigerweise parallel sind, sondern sich in einer Vielzahl von Mustern schneiden können. Somit würde das existierende geographische Muster von Mikrowellenverbindungen in den meisten Hauptstädten erfordern, dass in vielen, wenn nicht in den meisten Zellen (in dem Fall eines zellularen Systems), jedes Signal, das breiter als 10 MHz ist und in Mikrowellenfrequenzbändern übertragen wird, mit dem Strahlengang von mehr als einer Mikrowellenstation interferieren würde, ganz gleich wie viel Frequenzvermeidung aufgewendet wurde.
Demgegenüber stellt die vorliegende Erfindung in einem Ausführungsbeispiel Mittel zum Vermeiden oder Minimieren einer Interferenz mit bestehenden OFS-Verbindungen bereit, indem eine bestimmte Frequenzbandbreite zur Spreizspektrumkommunikation ausgewählt wird. Insbesondere sieht dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Spreizspektrumkommunikationsbandbreite vor, die eine Größe von 10 MHz oder weniger besitzt. In Anbetracht einer bekannten Zuteilung von Frequenzbändern für OFS-Benutzer sieht die vorliegende Erfindung in einem Ausführungsbeispiel die Auswahl eines 10 MHz oder kleineren Bands zur Spreizspektrumkommunikation vor, um den Strahlengang vorhandener festgelegter Mikrowellenbenutzer zu umgehen oder um im schlimmsten Fall möglicherweise mit nur einem einzelnen Mikrowellenkommunikationsbenutzer zu interferieren. Wenn beispielsweise das ausgewählte Band für eine Spreizspektrumkommunikation flächengleich mit oder vollkommen innerhalb der Bandbreite einer bekannten 10 MHz OFS-Verbindung ist, dann kann, da die OFS-Kanäle frequenzgebündelt sind, das Spreizspektrumkommunikationssignal mit höchstens der einen bekannten 10 MHz Ver bindung interferieren. Des Weiteren kann der Spreizspektrumsender 1 geographisch so angeordnet sein, um eine Interferenz mit dieser vorhandenen OFS-Verbindung zu minimieren oder zu vermeiden.
Eine andere Art und Weise, auf welche die Aspekte der vorliegenden Erfindung eine Interferenz mit Mikrowellenkommunikationsbenutzern minimieren, ist die Verwendung eines Spreizspektrumsignals zur Kommunikation. Ein Spreizspektrumsignal mit seinen rauschähnlichen Charakteristika erzeugt weit weniger Interferenz als ein schmalbandiges Signal mit vergleichbarer Leistung. Ungefähr 83% aller OFS-Verbindungen verwenden analoge Mikrowellensysteme, die äußerst anfällig für eine schmalbandige Interferenz sind. Die maximal zulässige Interferenz für einen Mikrowellenempfänger wird herkömmlich durch den TSB10E Standard mit nur einem 1 dB Anstieg im Rauschgrenzwert des Empfängers definiert. Ein Spreizspektrumsignal mit 10 MHz Bandbreite kann zu einer 1/100 (20 dB) geringeren Interferenz für einen OFS-Empfänger führen, verglichen mit einem schmalbandigen Signal gleicher Leistung mit 100 kHZ Bandbreite. Der Interferenzunterschied ist beispielsweise in den 4 und 5 abgebildet. Die 4 vergleicht die Ausschlusszone 332 (unter der Annahme eines 2 GHz Mikrowellensenders mit einer Richtantenne in einer Höhe von 200 Fuß) eines 100 kHz Schmalbandsignals mit der Ausschlusszone 331 eines 10 MHz Spreizspektrumsignals, indem ein theoretisches Freiraumverlustmodell verwendet wird.
Die Schmalbandausschlusszone ist 30 bis 100 Mal größer als die Spreizspektrumausschlusszone. 5 zeigt einen ähnlichen Vergleich, wobei ein HATA Verlustmodell verwendet wird (unter der Annahme eines Außenbezirks einer mittleren Stadt).
Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer 10 MHz oder von geringeren Spreizspektrumkommunikationsbandbreiten ist, dass sie einen einfachen Migrationspfad in die vorhandenen Bänder von OFS-Benutzers bereitstellt, wenn die OFS-Benutzer in ein anderes Band verlagert werden können.
Information in Bezug auf eine Konstruktion eines Spreizspektrumkommunikationssystems, das eine 10 MHz oder eine geringere Spreizbandbreite verwendet und bekannte Mittenfrequenzen hat, kann im Detail im technischen Anhangsabschnitt gefunden werden. Die Spezifikation, Zeichnungen, Ansprüche und der technische Anhang enthalten in Kombination eine geschriebene Beschreibung der Erfindung und die Art und Weise und den Ablauf sie herzustellen und einzusetzen, mit solch vollständigen, klaren, präzisen und exakten Begriffen, so dass jeder Fachmann in der Lage ist, dieselbe herzustellen und zu verwenden.
Zum Beispiel kann ein Spreizspektrumsystem zur Kommunikation über ein 10 MHz oder ein kleineres Frequenzband Teil eines zellularen Netzwerks sein. Das System kann eine Vielzahl an Basisstationen 381 umfassen, die in einem in etwa dreieckigen Gitter 383 angeordnet sind, das einen Versorgungsbereich abdeckt, wie in 6 gezeigt. Bereiche, die von drei Basisstationen 381 umgeben sind, können dreieckige Zellen 380 umfassen. Jede Basisstation 381 kann aus sechs Sendern bestehen, wobei jeder separat eine 60° Sektorantenne ansteuert. Aus ästhetischen Gründen können konform montierte, flache Antennen, die an den Seiten von Gebäuden befestigt sind, in manchen Bereichen eingesetzt werden, wo das Erhalten einer Zoneneinteilung für auf Türmen montierte Antennen schwierig oder wirtschaftlich nicht erwünscht ist. Obwohl nicht erforderlich, kann die Frequenz jedes Übertragungssektors, falls erforderlich, unterschiedlich sein, um eine Interferenz mit bestehenden OFS- und PCS-Diensten zu minimieren. Die Datenübertragungsrate kann von Zelle zu Zelle unabhängig eingestellt werden; das heißt, unterschiedliche Sektoren einer Basisstation können bei unterschiedlichen Raten übertragen.
Eine dreieckige Versorgungszelle 380 ist in 7 gezeigt. Drei Basisstationen 381 mit Sendern bilden die Ecken der dreieckigen Versorgungszelle 380. Die Basisstationen 381 senden Hochgeschwindigkeitsdaten, wobei entsprechende 60° Antennen verwendet werden, und können auch unterschiedliche Spreizcodes und/oder unterschiedliche Frequenzen verwenden. Da unterschiedliche Frequenzen verwendet werden können, ermöglicht das beschriebene System eine OFS-Frequenzvermeidung in einem Zellensektor durch eine Zellensektorbasis. Innerhalb des Datenstroms können auch eine Blockverschachtelung und konvolutionelles Codieren verwendet werden, um ein Fading und Interferenzeffekte weiter abzuschwächen. Ein zusätzlicher Datenstrom mit Zustand-/Sektor-Indentifikator bei niedriger Rate, beschränkt auf jeden Sender, wird eingesetzt, um eine Lagebestimmung der mobilen Einheit und eine Abfrageverarbeitung der Datenübertragung zu vereinfachen.
In einer Konfiguration können die Daten in der abgehenden Übertragung in jeder dreieckigen Zelle 380 unterscherschiedlich sein. Da jeder Sender auch einen unterschiedlichen Spreizcode verwenden kann, können an einem Empfänger 382 die Signale getrennt sein und vor der Datensystemkombinierung unabhängig verarbeitet werden. Wie in 7 gezeigt, kann der Empfänger 382 innerhalb einer dreieckigen Zelle 380 in einer Position sein, um Signale von mindestens drei Basisstationen 381 zu empfangen. Der Empfänger 382 entspreizt die drei Signale unabhängig, führt eine Datendemodulation mit bewerteten Entscheidungen durch und kombiniert die Datenströme vor einer konvolutionellen Decodierung. Code basierte, variable Verzögerungen können eingefügt werden, um Datenströme zu synchronisieren, bevor sie kombiniert werden.
Die Basisstationen 381 können durch Verwendung eines Globalen Positionierungssystems synchronisiert werden. Durch Einschließen der Position der Basisstation im Datenstrom, kann ein Benutzer seinen oder ihren Standort mit einer Genauigkeit von ungefähr 30 Fuß bestimmen, indem eine Pseudoentfernung zu jedem der drei Sender gemessen wird, die an den Basisstationen 381 angeordnet sind. Der Benutzer kann auch eine zeitliche Information innerhalb einer Genauigkeit von ungefähr 30 bis 100 Nanosekunden erhalten.
Das oben beschriebene System, das eine Dreifachübertragung und eine Spreizspektrumkommunikation einsetzt, besitzt mehrere wichtige Vorteile. Das System verringert eine Signalabschattungsempfindlichkeit signifikant, die durch Gebäude, Hügel und ähnliche Hindernisse verursacht wird. Das System schwächt Mehrwegeschwundeffekte ab und verbessert eine Fehlerkorrekturcodierungsleistung. Des weitern kann, wenn Interferenz bei einer Frequenz angetroffen wird, ein Signal auf einer anderen Frequenz durch eine der anderen zwei Basisstationen 381 der dreieckigen Zelle 380 übertragen werden. Auch die Systemarchitektur reduziert das Potential für eine OFS-Interferenz. Leistungsarme Sender (z.B. so niedrig wie 100 mW) können in Regionen verwendet werden, wo eine OFS-Interferenz vorhanden ist.
Wenn die Basisstationen 381 nah zueinander angeordnet sind, wird die maximale Datenübertragungsrate vornehmlich durch gegenseitige Interferenzbetrachtungen bestimmt, während bei weiteren Trennungen von Basisstationen 381 die Datenübertragungsrate durch Rauschen beschränkt ist. Selbst in Gebieten nahe einem OFS-Benutzer auf der gleichen Frequenz kann ein dreieckiges Sendergitter, das 1 bis 2 km ab seits ist, 600 kBit/s Rohdatenrate bei einer Bitfehlerrate von 10^–6 bereitstellen. Ein kompakter Empfänger kann in der Lage sein, mehrere gleichzeitige 1,5 MBit/s Übertragungen in einem einzelnen angrenzenden 10 MHz Band eines geteilten Spektrums zu kombinieren. Der Empfänger kann die Option besitzen, irgendeine der verfügbaren Übertragungsfrequenzen basierend auf lokalen Ausbreitungscharakteristika und einem empfangenen S/(I + N) auszuwählen. Ein Benutzer, der einen Empfang guter Qualität wahrnimmt, kann eine höhere Datenrate anfordern, wenn es der Gesamtverkehr gewährt.
Das System zum Übertragen von Spreizspektrumsignalen über eine 10 MHz Bandbreite kann ein Zeitmultiplexverfahren oder einen -Duplexbetrieb einsetzen, um Benutzer voneinander zu trennen. Eine zeitliche Trennung verhindert Interferenzprobleme, da die Interferenz in irgendeinem einzelnen Zeitschlitz einfach jene ist, die durch einen einzelnen Benutzer verursacht wird. Somit können mehrere Benutzer die gleiche 10 MHz Bandbreite teilen, während nur die Interferenz eines einzelnen durchgehenden Benutzers verursacht wird. Demgegenüber steigt in anderen Systemen die gesamte Interferenz pro Zelle typischerweise proportional mit der Anzahl an Benutzern an, was zu Interferenzproblemen mit OFS- und anderen Benutzern führt, die sich das elektromagnetische Spektrum teilen. Ein Zeitmultiplexverfahren oder -Duplexbetrieb kann mit einem Frequenzmultiplexverfahren oder -Duplexbetrieb kombiniert werden, um die Anzahl separater Benutzer zu erhöhen.
Ein Weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Technik zur Spreizspektrumkommunikation, die mehr als ein Frequenzband verwendet, insbesondere Frequenzbänder einschließlich der 902-928 MHz, 1850-1990 MHz und 2,4-2,4835 GHz Frequenzbänder. Wie oben angemerkt, kann das Spreizspektrumsignal 6 auf einem Kommunikationskanal modu liert werden. Der Kommunikationskanal kann aus Frequenzen in einem von einer Vielzahl von Frequenzbändern ausgewählt werden, einschließlich der 902-928 MHz, 1850-1990 MHz und 2,4-2,4835 MHz Frequenzbänder, und einschließlich des 1910-1930 MHz Frequenzbands oder anderer zukünftiger, nicht zugelassener Frequenzbänder, oder anderer vorgesehener Frequenzbänder.
In diesem Aspekt der Erfindung kann eine Spreizbandbreite von 10 MHz verwendet werden oder eine andere Spreizbandbreite, die größer oder kleiner als 10 MHz sein kann. Eine andere Spreizbandbreite kann von Zeit zu Zeit verwendet werden; eine andere Spreizbandbreite kann zur Kommunikation in unterschiedlichen Frequenzbändern oder für unterschiedliche Einsätze verwendet werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sieht die Erfindung eine Änderung des Frequenzbands vor, auf dem das Spreizspektrumsignal 6 codiert wird, bei einer Umgebungsänderung oder einem anderen Steuerungsauslöser. Beispielsweise können die 902-928 MHz und 2,4-2,4835 GHz Bänder für eine Spreizspektrumkommunikation eines privaten Zugriffs verwendet werden, wie z.B. mit einem PBX, PABX, Haustelefon, Bürotelefon, Centrex-System oder anderen ähnlichen Systemen, während das 1850-1990 MHz Band für eine Spreizspektrumkommunikation eines öffentlichen Zugriffs verwendet werden kann, wie z.B. eines Zugriffs mittels Fernsprechautomat. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann ein Spreizspektrumsender 1 in einem Handapparat 13 verkörpert sein und kann dynamisch von einem Frequenzband zu einem anderen schalten, basierend darauf, ob er in der Lage ist, auf ein lokales PBX oder PABX 14 mittels Spreizspektrumkommunikation zuzugreifen. Insbesondere kann der Handapparat 13 in der Lage sein, zwischen dem 1850-2200 MHz Band und dem 2400-2485 MHz Band oder zwischen zwei Teilbändern in nerhalb dieser Bänder umzuschalten. Anstatt des PBX oder PABX 14 kann ein ähnliches System wie z.B. ein Haustelefon, Bürotelefonsystem oder Centrex-System leicht an dessen Stelle eingesetzt werden. Alternativ kann der Sender 1 dynamisch von einem Frequenzband auf ein anderes schalten, basierend auf lokalen Ausbreitungscharakteristika und einem empfangenen S/(1 + N).
8 zeigt ein mögliches Schema zum Unterteilen der 1850-1990 MHz und 2400-2485 MHz Bänder in Teilbänder von jeweils 10 MHz oder 5 MHz. Eine erste Bandbreite 400, die Frequenzen von 1850-1930 MHz umfasst, kann in Teilbänder 402 von jeweils 10 MHz oder 5 MHz unterteilt werden. Wenn die erste Bandbreite 400 in die Teilbänder 402 von 10 MHz unterteilt wird, dann können somit acht Kanäle bereitgestellt werden, während wenn sie in Teilbänder 402 von 5 MHz unterteilt wird, dann können sechzehn Kanäle bereitgestellt werden. Gleichermaßen kann eine zweite Bandbreite 405, umfassend Frequenzen von 2400-2480 MHz, in Teilbänder 406 von jeweils 10 MHz oder 5 MHz unterteilt werden. Ein Dualmodustelefon 410 stellt einen Zugriff auf ein ausgewähltes der Vielzahl von Teilbändern 402 in der ersten Bandbreite 400 bereit und kann umgeschaltet werden, um einen Zugriff auf ein ausgewähltes der Vielzahl von Teilbändern 406 in der zweiten Bandbreite 405 bereitzustellen.
Während einer Übertragung in einem Teilband 402 innerhalb der ersten Bandbreite 400, die ein zugelassenes Frequenzband umfasst, auf das OFS-Benutzer Zugriff haben würden, kann das Dualmodustelefon 410 durch Verwendung einer Spreizspektrumkommunikation übertragen, die sich CDMA- und/oder TDMA-Verfahren zunutze macht, um eine Interferenz mit OFS-Mikrowellenbenutzern zu minimieren. Wenn kein OFS-Benutzer vorhanden ist, kann das Dualmodustelefon 410 natürlich durch Verwendung herkömmlicher Schmalbandtechniken senden. Während es in einem Teilband 406 innerhalb der zweiten Bandbreite 405 sendet, die nicht zugelassene Frequenzen umfasst, die für PCS-Systeme wie z.B. PBX, Centrex oder andere System verfügbar sind, kann das Dualmodustelefon 410 durch Verwendung einer Spreizspektrumkommunikation senden, wobei es sich CDMA und/oder TDMA Verfahren zunutze macht, um eine Interferenz mit vorhanden Benutzern, wenn überhaupt vorhanden, zu minimieren, oder kann durch Verwendung herkömmlicher Schmalbandtechniken senden. Somit kann das gleiche Dualmodustelefon 410 beispielsweise in einer ersten Bandbreite 400 auf ein zellulares System zugreifen, kann jedoch durch Betätigung eines Schalters auf ein privates Zugangsnetz, wie z.B. PBX oder Centrex, in einer zweiten Bandbreite 405 zugreifen.
9 zeigt ein ähnliches Schema zur Kommunikation in entweder einem oder zwei unterschiedlichen Frequenzbändern.
Information in Bezug auf eine Konstruktion eines Spreizspektrumkommunikationssystems, das mehr als ein Frequenzband verwendet, insbesondere Frequenzbänder einschließlich die 902-928 MHz, 1850-1990 MHz und 2,4-2,4835 GHz Frequenzbänder, können im Detail im technischen Anhangsabschnitt gefunden werden, wie auch in der Beschreibung, die zuvor hierin dargelegt wurde. Die Spezifikation, Zeichnungen, Ansprüche und der technische Anhang enthalten in Kombination eine geschriebene Beschreibung der Erfindung, und die Art und Weise und den Ablauf ihrer Herstellung und Verwendung in solch vollständigen, klaren, präzisen und exakten Worten, um einen Fachmann in die Lage zu versetzen, dieselbe herzustellen und zu verwenden.
Beispielsweise zeigt 10 einen Dualmodusspreizspektrummodulator mit zwei Frequenzbändern. Der Dualmodusspreizspektrummodulator verwendet einen einzelnen, relativ schmalen Synthesizer, um zwei Betriebsfrequenzbänder abzudecken. In dem niedrigeren Frequenzband kann der Synthesizer in einem "high-side injection" Modus arbeiten, während der Synthesizer in dem höheren Frequenzbereich in einem "low-side injection" Modus arbeiten kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der untere Frequenzbereich ungefähr 1850 bis 1990 Megahertz umfassen, während der höhere Frequenzbereich ungefähr 2400 bis 2483,5 Megahertz umfassen kann.
Der Betrieb der Vorrichtung, die in 10 gezeigt ist, wird nun detaillierter beschrieben werden. Eine erste Frequenzquelle 401 kann eine erste Frequenz f1 402 generieren, während eine zweite Frequenzquelle 403 eine zweite Frequenz f2 404 generieren kann. Die erste Frequenz f1 402 und die zweite Frequenz f2 404 können an einen Multiplizierer 405 gekoppelt werden, der ein bimodales Signal 406 mit einer Frequenzverteilung über zwei Frequenzbereiche fL 407 und fH 408 generieren kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die niedrigere der zwei Frequenzen fL 407 (fL = f1 – f2) von ungefähr 1850 bis 1990 Megahertz reichen, während die höhere der zwei Frequenzen fH 408 (fH = f1 + f2) von ungefähr 2400 bis 2483,5 Megahertz reichen kann. Wenn eine der zwei Frequenzen f1 und f2, z.B. f2, zwischen zwei Bereichen gewählt wird, beispielsweise ungefähr 2200 Megahertz, kann die andere Frequenz, z.B. f1, zwischen ungefähr 300 und 440 Megahertz gewählt werden.
Das bimodale Signal 406 kann an einen binären Codierer 409 zum Codieren eines Datenstroms 410 gekoppelt werden. Der Datenstrom 410, der eine Folge von Datenbits 411 umfasst, kann an den binären Codierer 409 gekoppelt werden, der eine erste Frequenz generieren kann, z.B. fL 407, wenn ein Datenbit 411 in dem Datenstrom 410 ein "0" Bit ist, und kann eine zweite Frequenz generieren, z.B. fH 408, wenn ein Datenbit 411 in dem Datenstrom 410 ein "1" Bit ist.
Die vorliegende Erfindung sieht auch eine Überwachung einer Frequenz in jedem Band (oder Übertragen zu einer Frequenz in jedem Band) auf einmal vor, da sowohl (f1 + f2) als auch (f1 – f2) mit einem einzelnen lokalen Oszillator auf die gleiche Zwischenfrequenz herunter transformiert werden können. Wenn die Zwischenfrequenz 260 MHz beträgt und der lokale Oszillator auf 2180 MHz eingestellt ist, ermöglicht die vorliegende Erfindung sowohl einen Betrieb bei 1920 MHz als auch bei 2440 MHz. Wenn der lokale Oszillator auf 10 MHz mehr eingestellt wird, dann ermöglicht die vorliegenden Erfindung einen Betrieb bei sowohl 1930 MHz als auch bei 2450 MHz, das heißt zwei jeweils 10 MHz höhere Frequenzen. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung für gepaarte Frequenzen ein Empfangen oder ein Senden auf einer von beiden (oder beiden) Frequenzen in dem Paar.
11 zeigt einen programmierbaren Frequenzgenerator.
Ein Referenzfrequenzsignal 501 kann an den Multiplizierer 502 gekoppelt werden. Der Multiplizierer 502 kann ein Signal f(s) 503 generieren, das an einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 504 gekoppelt werden kann. Der VCO 504 kann an eine Ausgangsverbindung 505 gekoppelt werden, die ein Ausgabefrequenzsignal 506 bereitstellt, und kann in einer Rückkopplungskonfiguration durch einen programmierbaren Divide-by-N Zähler 507 auch an den Multiplizierer 502 gekoppelt werden. Der programmierbare Divide-by-N Zähler 507 kann mittels einer Reihe von Steuerleitungen 509 programmiert werden. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Divide-by-N Bereich des programmierbaren Divide-by-N Zählers 507 23 Schritte, von 205 bis 234.
12 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Senders, der einen einzelnen Frequenzsynthesizer zum Kommunizieren über eine Vielzahl von Frequenzbändern verwendet. In 12 wird ein zu modulierender eingehender Datenstrom 601 an einen Spreizspektrumcodierer 602 bereitgestellt, der den Datenstrom 601 codiert und ein Spreizspektrumsignal 605 ausgibt. Der Spreizspektrumcodierer 602 kann den Datenstrom 601 codieren, indem er ihn mit einem PN-Code moduliert oder indem er eine M-wertige Spreizspektrumtechnik einsetzt. Das Spreizspektrumsignal 605 wird mit einem Modulator 609 verbunden. Ein Trägersignal mit einer Frequenz f1 wird von einer Signalquelle 603 generiert und wird auch mit dem Modulator 609 verbunden. Der Modulator 609 gibt ein moduliertes Spreizspektrumsignal 607 aus.
Das modulierte Spreizspektrumsignal 607 wird mit einem anderen Modulator 610 verbunden. Ein Frequenzsynthesizer 606 (z.B. wie in 11 gezeigt) generiert ein programmierbares Frequenzsignal 608, das auch mit dem Modulator 610 verbunden ist. Das programmierbare Frequenzsignal 608 besitzt eine Mittenfrequenz fn, die mittels Steuerleitungen 509, wie beispielsweise in 11 gezeigt, programmiert werden kann. Der Modulator 610 gibt ein bimodales Signal 611 aus, das Frequenzkomponenten bei Frequenzen f1 + fn und f1 – fn besitzt.
Das bimodale Signal 611 wird mit einem Breitbandverstärker 615 verbunden. Der Breitbandverstärker 615 wird durch ein Bandauswahlsignal 616 gesteuert, das den Breitbandverstärker 615 dazu veranlasst, an einem Betriebspunkt zu arbeiten, der für entweder die Frequenz f1 + fn oder die Frequenz f1 – fn zugeschnitten ist. Eine Ausgabe des Breitbandverstärkers 615 wird mit zwei Bandpassfilters 619 und 620 verbunden. Ein Bandpassfilter 619 besitzt eine Filtermittenfrequenz von f1 + fn, und der andere Bandpassfilter 620 besitzt eine Mittenfilterfrequenz von f1 – fn. Der erste Bandpassfilter 619 lässt den Teil des verstärkten Signals durch, der die Frequenzkomponenten bei f1 + fn besitzt, während die Frequenzkomponenten bei f1 – fn gedämpft werden, und der zweite Bandpassfilter 620 lässt den Teil des verstärkten Signals durch, der die Frequenzkomponenten bei der Frequenz f1 – fn besitzt, während die Frequenzkomponenten bei der Frequenz f1 + fn gedämpft werden. Der Bandpassfilter 619 gibt ein Ausgabesignal 622 aus, das eine Frequenz f1 + fn besitzt, während der Bandpassfilter 620 ein Ausgabesignal 623 mit einer Frequenz f1 – fn ausgibt.
Somit ermöglicht der Sender der 12 durch Verwendung eines einzelnen Frequenzsynthesizer 606 eine Generierung und Übertragung eines Signals in einem von beiden oder beiden der zwei Frequenzbänder, wobei die Frequenz f1 + fn in einem Frequenzband liegt und die Frequenz f1 – fn in dem anderen Frequenzband liegt. 15 ist ein Diagramm von Frequenzbändern und Teilbändern, das Frequenzpaare abbildet, die für ein ausgewähltes f1 und fn generiert werden können. In 15 wird ein Paar von Frequenzbändern FH und FL jeweils in eine Vielzahl von Teilbändern 750 unterteilt. Das höhere Frequenzband FH wird in Teilbänder SBH1, SBH2, ... SBHN unterteilt, während das untere Frequenzband FL in Teilbänder SBL1, SBL2, ... SBLN unterteilt wird. Die Teilbänder SBH1 ... SBHN und SBL1 ... SBLN sind gepaart, wobei das höchste der Teilbänder SBH1 in dem hohen Frequenzband FH mit dem niedrigsten der Teilbänder SBL1 in dem niedrigen Frequenzband FL gepaart ist, wobei das zweithöchste der Teilbänder SBH2 in dem hohen Frequenzband FH mit dem zweitniedrigsten der Teilbänder SBL2 in dem niedrigen Frequenzband FL gepaart ist und so weiter, bis das niedrigste der Teilbänder SBHN in dem hohen Frequenzband FH mit dem höchsten der Teilbänder SBLN in dem niedrigen Fre quenzband FL gepaart ist, woraus die Frequenzpaare PAIR-1, PAIR-2, ... PAIR-N resultieren. Das hohe Frequenzband FH kann das gesamte oder einen Teil des Bands umfassen, das von 1850 MHz bis 1990 MHz reicht, während das niedrige Frequenzband FL das gesamte oder einen Teil des Bands umfassen kann, das von 2,4 GHz bis 2,485 GHz reicht. Die Teilbänder SBH1 ... SBHN und SBL1 ... SBLN müssen innerhalb jedes der Hauptfrequenzbänder FL und FH nicht benachbart sein.
Im Betrieb wird der programmierbare Frequenzsynthesizer 606 programmiert, um eine Frequenz fn auszuwählen, die vorzugsweise aus einer von einer diskreten Gruppe von N Frequenzen ausgewählt wird, die den Frequenzpaaren PAIR-1, PAIR-2, ... PAIR-N entspricht. Die größte ausgewählte fn ermöglicht einen Betrieb über dem Frequenzteilbandpaar, das mit PAIR-1 bezeichnet wird, während die kleinste ausgewählte fn einen Betrieb über dem Frequenzteilbandpaar ermöglicht, das mit PAIR-N bezeichnet wird, wobei die Frequenzauswahl für fn zwischen den kleinsten und größten Werten von fn den Frequenzpaaren PAIR-2 bis einschließlich PAIR-(N – 1) entspricht. Somit kann durch Ändern der Frequenz fn in diskreten Schritten der Sender der 12 über ein anderes Paar von Frequenzteilbändern 750 betrieben werden.
Während das Ausführungsbeispiel der 12 mit der Frequenz f1 größer als die Frequenz fn beschrieben wird, ist es auch möglich, eine Frequenz fn zu haben, die größer als die Frequenz f1 ist. In solch einem Fall wird die relative Frequenzdifferenz zwischen dem höheren Frequenzsignal bei einer Frequenz fn + f1 und dem niedrigeren Frequenzsignal bei einer Frequenz fn – f1 eine Konstante 2·f1 sein, während die Frequenz fn gemäß den Steuerleitungen 509 oder anderen Programmiermitteln variiert wird.
13 ist ein weiters Ausführungsbeispiel eines Senders, der einen einzelnen Frequenzsynthesizer zum Ermög lichen einer Kommunikation über eine Vielzahl von Frequenzbändern verwendet. In 13 wird ein Datenstrom 651 durch einen Spreizspektrumcodierer 652 in einer zu 12 ähnlichen Art und Weise codiert. Ein Spreizspektrumsignal 655, das von dem Spreizspektrumcodierer 652 ausgegeben wird, wird mit einen Trägersignal 654 von einer Signalquelle 653 durch einen Modulator 659 moduliert. Das Trägersignal 654 hat eine Frequenz f1. Der Modulatorausgang 657 wird mit einem anderen Modulator 660 verbunden. Ein Frequenzsynthesizer 656 (z.B. wie der in 11 gezeigte) generiert ein programmierbares Frequenzsignal 658, das auch mit dem Modulator 660 verbunden ist. Das programmierbare Frequenzsignal 658 besitzt eine Mittenfrequenz fn, die durch Steuerleitungen 509, wie beispielsweise in 11 gezeigt, programmiert werden kann. Der Modulator 660 gibt ein bimodales Signal 611 aus, das Frequenzkomponenten bei den Frequenzen f1 + fn und f1 – fn besitzt.
Das bimodale Signal 661 ist mit zwei schmalbandigen Leistungsverstärkern 670 und 671 verbunden. Ein schmalbandiger Leistungsverstärker 670 ist konfiguriert, um bei einer Frequenz f1 + fn zu arbeiten, während der andere schmalbandige Leistungsverstärker 671 konfiguriert ist, um bei einer Frequenz f1 – fn zu arbeiten. Ausgaben von jedem der schmalbandigen Leistungsverstärker 670 und 671 werden einem analogen Multiplexer 675 bereitgestellt (oder einer Reihe von Schaltern), der eine von zwei Ausgaben der Verstärker 670 und 671 in Antwort auf ein Bandauswahlsignal 676 auswählt. Der Multiplexer 675 kann so konfiguriert sein, dass er eine oder beide der Verstärkerausgaben auswählt, wodurch der Betrieb über ein einzelnes Frequenzband oder zwei Frequenzbänder ermöglicht wird, und wobei in jedem Fall ein einzelner Frequenzsynthesizer 656 verwendet wird. Der Sender der 13 arbeitet über gepaarte Fre quenzteilbänder SBH1 ... SBHN und SBL1 ... SBLN (siehe 15) auf eine Art und Weise ähnlich zu dem Sender der 12, abhängig von der Frequenz fn, die für das programmierbare Frequenzsignal 658 ausgewählt wird.
14 ist ein Blockdiagramm eines Empfängers zum Empfangen und Demodulieren von Signalen, die über zwei Frequenzbänder gesendet werden können. Im Empfänger der 14 wird ein übertragenes Signal 703 mittels einer Antenne 700 empfangen und einem Schalter 709 bereitgestellt. In einer Position A verbindet der Schalter 709 mit einem ersten Bandpassfilter 714, der eine Filtermittenfrequenz fIF + fn besitzt, während der Schalter 709 in einer anderen Position B mit einem zweiten Bandpassfilter 715 verbindet, der eine Filtermittenfrequenz fIF – fn besitzt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Frequenz fIF als Frequenz F1 ausgewählt, die im Sender verwendet wird.
Ausgaben von jedem der Bandpassfilter 714 und 715 werden mit einem anderen Schalter 710 verbunden. In einer ersten Position A verbindet der Schalter 710 mit dem ersten Bandpassfilter 714, während der Schalter 710 in einer anderen Position B mit dem zweiten Bandpassfilter 715 verbindet.
Die Schalter 709 und 710 sind mittels eines Bandauswahlsignals 719 steuerbar. Wenn die Schalter 709 und 710 in der Position A eingestellt sind, ist der Empfänger der 14 so konfiguriert, um Signale zu erkennen, die über ein Frequenzband mit einer Mittenfrequenz von fIF + fn gesendet werden, und wenn die Schalter 709 und 710 in Position B eingestellt sind, ist der Empfänger so konfiguriert, um Signale zu erkennen, die über ein Frequenzband mit einer Mittenfrequenz von fIF – fn gesendet werden. Während in 14 zwei Schalter 709 und 710 gezeigt sind, kann das gleiche Ergebnis erzielt werden, indem nur ein einzelner Schalter 709 oder 710 verwendet wird. Es können auch eine Vielzahl anderer Auswahlmittel verwendet werden.
Der Ausgang des Schalters 710 wird mit einem Multiplizierer 720 verbunden. Ein Frequenzsynthesizer 721 generiert ein programmierbares Frequenzsignal 722 mit einer Frequenz fn. Das programmierbare Frequenzsignal 722 wird auch mit dem Multiplizierer 720 verbunden. Die Frequenz fn wird so ausgewählt, um zu dem gewünschten Frequenzteilbandpaar PAIR-1, PAIR-2, ... oder PAIR-N zu passen, und kann daher jedes der zwei Teilbänder 750, die das Paar umfassen, überwachen, abhängig von der Einstellung des Bandauswahlsignals. Durch Schalten der Frequenz fn des programmierbaren Frequenzsignals 722, kann der Empfänger der 14 angepasst werden, um zwei andere Frequenzteilbänder 750 zu überwachen. Die Teilbänder 750, die durch ein Ändern der Frequenz fn überwacht werden können, besitzen das gleiche Muster, wie in 15 gezeigt – das heißt, das höchste Teilband SBH1 in dem hohen Frequenzband FH wird mit dem niedrigsten Teilband SBL1 in dem niedrigen Frequenzband FL gepaart, und das niedrigste Teilband SBHN in dem hohen Frequenzband FH wird mit dem höchsten Teilband SBLN des niedrigen Frequenzbands FL gepaart.
Durch Ersetzen der Schalter 709 und 710 durch eine Verbindung sowohl zur Position A als auch zur Position B, kann der Empfänger der 14 modifiziert werden, um zwei Frequenzbänder gleichzeitig zu überwachen, das heißt die Frequenzbänder mit Mittenfrequenzen von fIF + fn und fIF – fn.
Der Multiplizierer 720 gibt ein herabkonvertiertes Signal 725 aus. Das herabkonvertierte Signal 725 wird einem IF/Demodulierungsblock 730 bereitgestellt, der das herabkonvertierte Signal 725 demoduliert, um die darin modulierte ursprüngliche Information wiederherzustellen. Der Demo dulierungsblock 730 arbeitet bei der Frequenz fIF (das heißt f1) und kann eine Frequenzquelle zum Generieren einer Frequenz f1 und/oder einen Spreizspektrumdecodierer und -Demodulator umfassen.
Wie bei dem vorher beschriebenen Dualbandsender kann die Frequenz fn in dem Dualbandempfänger der 14 größer als die Frequenz f1 ausgewählt werden, wobei in diesem Fall der Bandpassfilter 714 so konfiguriert sein kann, um eine Filtermittenfrequenz von fn + fIF zu besitzen, und der Bandpassfilter 715 kann so konfiguriert sein, um einen Filtermittenfrequenz von fn – fIF zu besitzen. Somit wären die zu überwachenden Frequenzteilbänder durch eine festgelegte 2·fIF getrennt, wenn die Frequenz fn zwischen ihren programmierbaren Frequenzwerten variiert wird.
Alternative Ausführungsbeispiele
Während hierin bevorzugte Ausführungsbeispiele offenbart werden, sind viele Veränderungen möglich, die innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche bleiben, und diese Änderungen würden einem Fachmann nach einer Durchsicht der Spezifikation, der Zeichnungen und der Ansprüche hierin klar werden.
Beispielsweise wird Information, die zum Übertragen codiert wird, hierin gelegentlich als "Daten" bezeichnet, es wäre einem Fachmann aber nach der Durchsicht dieser Anmeldung klar, dass diese Daten Daten, Sprache (digital codiert oder anderweitig), Fehlerkorrekturcodes, Steuerinformation oder andere Signale umfassen können, und dass dies innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche wäre.

Claims

Eine Vorrichtung zur Spreizspektrumkommunikation, umfassend: ein Filter (709, 710, 714, 715) zum Empfangen eines Spreizspektrumsignals mit einer ersten Frequenz, wobei das Filter ein gefiltertes Signal in Antwort auf das Spreizspektrumsignal erzeugt; einen Synthesizer (721) zum Erzeugen eines synthetisierten Signals, welches eine zweite Frequenz umfasst; einen Multiplizierer (720), der mit dem Filter und mit dem Synthesizer gekoppelt ist, um ein abwärts konvertiertes Signal zu erzeugen; und einen Demodulator (730), umfassend einen Spreizspektrumdecodierer und -demodulator zum Decodieren und Demodulieren des Filtersignals, dadurch gekennzeichnet, dass: das Filter erste und zweite Bandpassfilter (714, 715) mit entsprechenden ersten und zweiten Filtermittenfrequenzen umfasst und wobei das Spreizspektumsignal durch einen der beiden Bandpassfilter gefiltert wird, um das gefilterte Signal zu erzeugen; die erste Filtermittenfrequenz durch eine Summierung der ersten und zweiten Frequenz definiert ist; und die zweite Filtermittenfrequenz durch eine Differenz zwischen der ersten und zweiten Frequenz definiert ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Synthesizer umfasst einen programmierbaren Divide-by-N Zähler (57); eine Referenzfrequenzsignalquelle; einen Multiplizierer (502) mit einem ersten Eingang, der mit dem programmierbaren Divide-by-N Zähler gekoppelt ist, einem zweiten Eingang, der mit der Referenzfrequenzsignalquelle gekoppelt ist, und einem Ausgang; und einen spannungsgesteuerten Oszillator (504) mit einem Eingang, der mit dem Ausgang des Multiplizierers gekoppelt ist, und einem Ausgang, der mit dem programmierbaren Divide-by-N Zähler gekoppelt ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Sender, wobei der Sender umfasst: einen Spreizspektrummodulator (111), der auf einen ersten Modus reagiert, zum Erzeugen eines Spreizspektrumsignals; einen Schmalbandmodulator (113), der auf einen zweiten Modus reagiert, zum Erzeugen eines Schmalbandsignals; und eine Modussteuerung (103) zum Auswählen zwischen einem ersten Modus und einem zweiten Modus und zum Senden der Ausgabe des Spreizspektrummodulators oder des Schmalbandmodulators an den Multiplizierer (720).
Die Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Schmalbandsignal oder das Spreizspektrumsignal in einem mikrozellularen Bereich übertragen wird.
Die Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei ein Frequenzband des Spreizspektrumsignals zumindest teilweise mit einem Frequenzband des Schmalbandsignals überlappt.
Die Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei ein Frequenzband des Spreizspektrumsignals getrennt und verschieden von einem Frequenzband des Schmalbandsignals ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Sender des Weiteren einen Trägersignalgenerator (105) umfasst.
Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Trägersignalgenerator einen einstellbaren Frequenzsynthesizer (105) umfasst.
Die Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Sender des Weiteren einen Leistungsverstärker (115) umfasst, der mit dem Spreizspektrummodulator und mit dem Schmalbandmodulator gekoppelt ist, wobei der Leistungsverstärker in einem Frequenzband arbeitet, welches entweder dem ersten Modus oder dem zweiten Modus der Modussteuerung entspricht.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: der Synthesizer eine einstellbare Frequenzquelle umfasst; und der Multiplizierer einen Frequenzkonverter umfasst.
Die Vorrichtung nach Anspruch 10, des Weiteren umfassend einen Sender, wobei der Sender umfasst: eine zweite einstellbare Frequenzquelle (105); eine Vielzahl von Modulatoren (111, 113), die mit der zweiten einstellbaren Frequenzquelle gekoppelt sind, wobei die Vielzahl von Modulatoren eine Vielzahl von Übertragungsmodi erzeugt; einen Übertragungsmodusselektor (104), der mit der Vielzahl von Modulatoren gekoppelt ist; und ein zweites Filter (117), das mit der Vielzahl von Modulatoren gekoppelt ist.
Eine Vorrichtung zur Spreizspektrumkommunikation, umfassend: einen Spreizspektrumsignalgenerator (602) zum Erzeugen eines Spreizspektrumsignals mit einer ersten Frequenz; einen Synthesizer (606) zum Erzeugen eines synthetisierten Signals mit einer zweiten Frequenz; und einen Modulator (610) mit einem ersten Eingang, der mit dem Synthesizer gekoppelt ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Spreizspektrumsignalgenerator gekoppelt ist, und einem Ausgang, dadurch gekennzeichnet, dass: der Modulator ein bimodales Signal erzeugt; und durch einen ersten Schmalbandleistungsverstärker (670), der bei einer ersten Mittenfrequenz arbeitet und ein erstes verstärktes Signal erzeugt; und einen zweiten Schmalbandleistungsverstärker (671), der bei einer zweiten Mittenfrequenz arbeitet und ein zweites verstärktes Signal erzeugt; wobei die erste Mittenfrequenz durch eine Summierung der ersten und der zweiten Frequenz definiert ist, und die zweite Mittenfrequenz durch eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten Frequenz definiert ist.
Eine Vorrichtung zur Spreizspektrumkommunikation, umfassend: einen Spreizspektrumsignalgenerator (602) zum Erzeugen eines Spreizspektrumsignals mit einer ersten Frequenz; einen Synthesizer (606) zum Erzeugen eines synthetisierten Signals mit einer zweiten Frequenz; und einen Modulator (610) mit einem ersten Eingang, der mit dem Synthesizer gekoppelt ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Spreizspektrumsignalgenerator gekoppelt ist, und einem Ausgang, dadurch gekennzeichnet, dass: der Modulator ein bimodales Signal erzeugt; und durch ein Filter (619, 620), das mit dem Ausgang des Multiplizierers gekoppelt ist, wobei das Filter ein gefiltertes Signal mit einem ersten Ausgabefrequenzbereich und ei nem zweiten Ausgabefrequenzbereich in Antwort auf das bimodale Signal erzeugt, wobei das Filter umfasst: ein erstes Bandpassfilter (619) mit einer ersten Filtermittenfrequenz, welche durch eine Summierung der ersten und der zweiten Frequenz definiert ist; und ein zweites Bandpassfilter (620) mit einer zweiten Filtermittenfrequenz, welche durch eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten Frequenz definiert ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Filter des Weiteren umfasst: einen Bandselektor, der mit dem ersten Bandpassfilter und mit dem zweiten Bandpassfilter gekoppelt ist; und einen Breitbandverstärker (615), der mit dem Bandselektor gekoppelt ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Spreizspektrumsignalgenerator umfasst: einen Spreizspektrumcodierer (602); eine Trägersignalquelle (603); und einen Modulator (609), der mit dem Spreizspektrumcodierer und mit der Trägersignalquelle gekoppelt ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei sich der erste Ausgabefrequenzbereich von 2400 Megahertz bis 2483,5 Megahertz erstreckt; und sich der zweite Ausgabefrequenzbereich von 1850 Megahertz bis 1990 Megahertz erstreckt.
Die Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei: der erste Ausgabefrequenzbereich eine Vielzahl von ersten Frequenzteilbändern umfasst; der zweite Ausgabefrequenzbereich eine Vielzahl von zweiten Frequenzteilbändern umfasst; jedes der Vielzahl von ersten Frequenzteilbändern mit einem Entsprechenden der Vielzahl von zweiten Frequenzteilbändern gepaart wird, um ein Entsprechendes einer Vielzahl von Frequenzpaaren zu definieren; und die zweite Frequenz aus einer diskreten Gruppe von Frequenzen entsprechend der Vielzahl von Frequenzpaaren ausgewählt wird.
Die Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, des Weiteren umfassend einen Spreizspektrumempfänger, wobei der Spreizspektrumempfänger umfasst: ein zweites Filter (709, 710, 714, 715); eine einstellbare Frequenzquelle (721); einen Frequenzkonverter (720), der mit dem zweiten Filter und mit der einstellbaren Frequenzquelle gekoppelt ist; einen Demodulator (730), der mit dem Frequenzkonverter gekoppelt ist und der eine Vielzahl von Empfangsmodi besitzt; und eine Empfangsmodussteuerung, die mit dem Demodulator gekoppelt ist.
Ein Verfahren zur Spreizspektrumkommunikation, umfassend die Schritte: Erzeugen eines Spreizspektrumsignals mit einer ersten Frequenz; Erzeugen eines synthetisierten Signals mit einer zweiten Frequenz; Modulieren des Spreizspektrumsignals und des synthetisierten Signals, um ein bimodales Signal zu erzeugen; Filtern des bimodalen Signals, um ein gefiltertes Signal mit einer ersten Komponente in einem ersten Ausgabefrequenzbereich und einer zweiten Komponente in einem zweiten Ausgabefrequenzbereich zu erzeugen; und Übertragen des gefilterten Signals; wobei der Schritt des Filterns des bimodalen Signals die Schritte umfasst: Bandpassfiltern mit einer ersten Filtermittenfrequenz, die durch eine Summe der ersten und der zweiten Frequenz definiert ist; und Bandpassfiltern mit einer zweiten Filtermittenfrequenz, die durch eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten Frequenz definiert ist.
Ein Verfahren zur Spreizspektrumkommunikation, umfassend die Schritte: Erzeugen eines Spreizspektrumsignals mit einer ersten Frequenz; Erzeugen eines synthetisierten Signals mit einer zweiten Frequenz; Modulieren des Spreizspektrumsignals und des synthetisierten Signals, um ein bimodales Signal zu erzeugen; Filtern des bimodalen Signals, um ein gefiltertes Signal mit einer ersten Komponente in einem ersten Ausgabefrequenzbereich und einer zweiten Komponente in einem zweiten Ausgabefrequenzbereich zu erzeugen; und Übertragen des gefilterten Signals; wobei der Schritt des Filterns des bimodalen Signals die Schritte umfasst: Erzeugen eines ersten verstärkten Signals durch Verstärken des bimodalen Signals bei einer Frequenz, die durch eine Summierung der ersten und der zweiten Frequenz definiert ist; und Erzeugen eines zweiten verstärkten Signals durch Verstärken des bimodalen Signals bei einer Frequenz, die durch eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten Frequenz definiert ist.
Das Verfahren nach Anspruch 20, des Weiteren umfassend den Schritt des Multiplexens des ersten und des zweiten verstärkten Signals.
Das Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei der Schritt des Übertragens des gefilterten Signals selektives Übertragen der ersten oder der zweiten Komponente des gefilterten Signals umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei der Schritt des Übertragens des gefilterten Signals das gleichzeitige Übertragen der ersten und der zweiten Komponente des gefilterten Signals umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei der Schritt des Übertragens des gefilterten Signals das Übertragen des gefilterten Signals in einem Frequenzband mit einer Bandbreite von ungefähr zehn Megahertz oder kleiner umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei der Schritt des Übertragens des gefilterten Signals das Übertragen des gefilterten Signals in einem Frequenzband umfasst, das nicht durch mehr als einen feststehenden Mikrowellenbenutzer in einem geographischen Bereich mit einer Vielzahl von feststehenden Mikrowellenbenutzern belegt ist.
Das Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, des Weiteren umfassend die Schritte: Empfangen eines Spreizspektrumsignals; Erzeugen eines gefilterten Signals durch Filtern des Spreizspektrumsignals; Erzeugen eines multiplizierten Signals durch Multiplizieren des gefilterten Signals und eines synthetisierten Signals; und Spreizspektrumdemodulieren des multiplizierten Signals.