MX2011013175A - Sistema omnidireccional y conmutable de antenas de banda ancha. - Google Patents

Sistema omnidireccional y conmutable de antenas de banda ancha.

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Abstract

Sistemas y métodos para incrementar la cobertura y rendimiento en un sistema de comunicación inalámbrica. Una antena para su uso en un sistema de comunicación inalámbrica de acuerdo con una o más modalidades de la presente invención comprende una pluralidad de elementos de antena, un conmutador de selección de antena, acoplado a la pluralidad de elementos de antena, y un sistema de control, acoplado al conmutador de selección de antena, en donde el sistema de control energiza selectivamente una pluralidad de elementos de antena para crear un enlace de comunicación para un dispositivo en el sistema de comunicación inalámbrica a través de la antena.

Description

SISTEMA OMNIDIRECCIONAL Y CONMUTABLE DE ANTENAS DE BANDA ANCHA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a sistemas de comunicación inalámbrica, y en particular, a un sistema de antenas inalámbricas de banda ancha omnidireccional y conmutable .
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El uso de dispositivos inalámbricos para la comunicación se ha convertido en algo común. Varias redes inalámbricas p.ej., Verizon, Sprint, T- obile, AT&T, etc., proporcionan servicios de voz, datos, video, y otros a través de servicios "celulares" terrestres, y otros proveedores, p.ej., Intelsat, Iridium, etc., proporcionan servicios inalámbricos a través de satélite.
El servicio de telefonía celular, sin embargo, está limitado por la capacidad del sistema inalámbrico de comunicar donde las señales celulares pueden estar bloqueadas o de otra manera por debajo de la capacidad de que los dispositivos de mano se reconozcan. Por ejemplo, y no a manera de limitación, los teléfonos celulares típicamente tienen antenas con amplificación limitada, y por lo tanto, la antena en el teléfono celular no puede transmitir la suficiente energía o recibir la suficiente intensidad de señal para comunicarse en ciertas áreas. Otras limitaciones en la comunicación celular incluyen cañones urbanos, áreas remotas, y múltiples interferencias que pueden prevenir o degradar las señales en un sistema celular, impactando tanto la cobertura como la capacidad del sistema celular.
Se puede observar, entonces, que hay una necesidad en la materia de incrementar la capacidad para tener acceso al sistema celular en ciertas áreas geográficas, y de incrementar la capacidad y eficiencia del sistema celular en general .
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Para minimizar las limitaciones en el arte actual, y para minimizar otras limitaciones que se harán aparentes después de leer y comprender la presente especificación, la presente invención comprende sistemas y métodos para incrementar el rendimiento en un sistema de comunicación inalámbrica.
Una antena para su uso en un sistema de comunicación inalámbrica de acuerdo con una o más modalidades de la presente invención comprende una pluralidad de elementos de antena, un conmutador de selección de antena, acoplado a la pluralidad de elementos de antena, y un sistema de control, acoplado al conmutador de selección de antena, en donde el sistema de control energiza selectivamente la pluralidad de elementos de antena para crear un enlace de comunicación para un dispositivo en el sistema de comunicación inalámbrica a través de la antena.
Tal antena además comprende opcionalmente que el sistema de control energiza selectivamente la pluralidad de elementos de antena para incrementar una velocidad de transferencia de datos para el dispositivo en el sistema de comunicación inalámbrica, el sistema de control utiliza realimentación del dispositivo para energizar selectivamente la pluralidad de elementos de antena, el sistema de comunicación inalámbrica utiliza señales de comunicación que tienen una pluralidad de polarizaciones, la pluralidad de elementos de antena se selecciona con base en una polarización de las señales de comunicación utilizadas en el enlace de comunicación para el dispositivo, la antena se monta junto con una antena de recepción satelital, la antena proporciona un mayor rendimiento de señal comparado con un sistema de comunicación inalámbrica carente de la antena, el mayor rendimiento de señal se proporciona por un incremento en la intensidad de señal del sistema de comunicación inalámbrica, el mayor rendimiento de señal se proporciona por una amplificación adicional en la antena, el dispositivo se acopla a un sistema satelital de transmisión amplia a través de la antena, y un puente de red coaxial, para acoplar una señal satelital en el sistema satelital de transmisión amplia a una señal inalámbrica en el sistema de comunicación inalámbrica, en donde el puente de red coaxial habilita al dispositivo para que reciba la señal satelital y la señal inalámbrica.
Un sistema para combinar un sistema satelital de transmisión amplia con una red inalámbrica de acuerdo con una o más modalidades de la presente invención comprende una antena de red inalámbrica, que comprende una pluralidad de elementos de antena, un conmutador de selección de antena, acoplado a la pluralidad de elementos de antena, y un sistema de control, acoplado al conmutador de selección de antena, en donde el sistema de control energiza selectivamente la pluralidad de elementos de antena para crear un enlace de comunicación para un dispositivo en el sistema de comunicación inalámbrica a través de la antena, una antena de recepción satelital, y un puente de red coaxial, acoplado a la antena de recepción satelital y a la antena de red inalámbrica, para acoplar una señal satelital en el sistema satelital de transmisión amplia con una señal inalámbrica en la red inalámbrica, en donde el puente de red coaxial habilita al dispositivo para que reciba la señal satelital y la señal inalámbrica.
Tal sistema además comprende opcionalmente que el dispositivo del sistema inalámbrico está montado con la antena de recepción satelital, el dispositivo del sistema inalámbrico es un dispositivo de relevo para al menos un dispositivo inalámbrico, dicho al menos un dispositivo inalámbrico recibe la señal satelital, un dispositivo que utiliza la red inalámbrica se comunica selectivamente con la red inalámbrica a través de la antena de red inalámbrica con base en las características de señal del dispositivo, la comunicación con el dispositivo se conmuta entre la antena de red inalámbrica y otra antena en la red inalámbrica durante la comunicación con el dispositivo, y la antena inalámbrica sirve como un relevador para un dispositivo inalámbrico.
Otras características y ventajas son inherentes en el sistema que se divulga o serán aparentes para aquellos experimentados en la materia a partir de la siguiente descripción detallada y sus dibujos de acompañamiento.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Haciendo referencia ahora a los dibujos en los que los números de referencia similares representan partes correspondientes desde el principio hasta el fin: La Figura 1 ilustra una red inalámbrica típica de la materia relacionada.
La Figura 2 ilustra un sistema inalámbrico de acuerdo con una o más modalidades de la presente invención.
La Figura 3 ilustra una modalidad de un sistema de antenas de acuerdo con una o más modalidades de la presente invención.
La Figura 4 ilustra un sistema satelital de transmisión amplia de la materia relacionada.
La Figura 5 ilustra una unidad a la intemperie típica de la materia relacionada.
La Figura 6 ilustra una modalidad de un multiconmutador de cable simple de un sistema satelital de transmisión amplia de la materia relacionada.
La Figura 7 ilustra una aplicación de una o más modalidades de la presente invención.
La Figura 8 ilustra una aplicación de una o más modalidades de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la siguiente descripción, se hace referencia a los dibujos de acompañamiento los cuales forman parte de la misma, y los cuales muestran, a manera de ilustración, varias modalidades de la presente invención. Se entiende que se pueden utilizar otras modalidades y que se pueden hacer cambios estructurales sin apartarse del alcance de la presente invención.
Entorno Operativo La Figura 1 ilustra una red inalámbrica 100 de acuerdo con una o más modalidades de la presente invención. En una modalidad preferida, la red 100 comprende un sistema de teléfono celular, aunque también se pueden utilizar otras redes inalámbricas 100. Otras redes inalámbricas 100 que pueden beneficiarse a partir de la presente invención incluyen redes de datos móviles y/o celulares, redes inalámbricas de transmisión amplia, redes de servicio de distribución multi-canal multi-punto ( MDS, Multi-channel Multi-point Distribution Service) , redes inalámbricas de área personal, redes inalámbricas de área local, y similares.
La red 100 típicamente incluye al menos un centro de conmutación móvil 102 (MSC, obile Switching Center) , al menos un controlador de estación base 104 (BSC, Base Station Controller) , al menos una estación de transceptor base 106 (BTS, Base Transceiver Station) (y antenas asociadas). Los límites de la cobertura de la señal de radiofrecuencia (RF, Radio Frequency) de la BTS 106 definen un perímetro de la cobertura de la célula asociada 108, la cual es a menudo irregular su forma debido a la forma del terreno y la presencia de edificios y otras estructuras. La BTS 106 puede incluir antenas direccionales u omnidireccionales, en donde las antenas direccionales se pueden utilizar para definir sectores 110A-C dentro del sitio de la célula 108.
El MSC 102 típicamente hace interfaz con un sistema de Recopilación de Datos 114, y proporciona varios tipos de información al mismo. Esta información puede incluir, entre otros, información de ubicación E911, (p.ej., Latitud, Longitud, Altura, Velocidad, Dirección, etc.), información de cambio de conexión (HO, Hand Off) (p.ej., estatus de HO, etc.), e información de energía (p.ej., Ec/Io = energía por bit de código/interferencia intracelular , Eb/Io = energía por bit/interferencia intracelular, ERP = energía radiada efectiva, pérdida de trayectoria, desvanecimiento, etc.), así como otras Mediciones y Parámetros del Sistema (p.ej., velocidad pico de transferencia de datos, rendimiento, retraso, hora del día, ruido de fondo, características ambientales, densidad de usuarios, tiempo promedio de conversación, tasa de bloqueo de llamadas, etc.) . Esta información se analiza por el sistema de Recopilación y Filtrado de Datos 114 y los resultados de este análisis se proporcionan a un sistema de Control de Red 116 para controlar dinámicamente la operación de la red 100.
Cuando Ec/Io, ERP, u otras características de señal de las señales en la red 100 caen por debajo de un cierto requerimiento mínimo para la red 100, no se puede soportar el enlace de comunicación entre el teléfono móvil 112 y la BTS 106, y, en consecuencia, el enlace estará interrumpido, lo que resulta en una "llamada perdida" u otra interrupción en la comunicación entre el teléfono móvil 112 y la BTS 106. La presente invención proporciona soporte y rendimiento adicionales a este enlace para mantener los enlaces de comunicación donde la red 100 actual no puede.
Sistema de Antenas La Figura 2 ilustra un sistema inalámbrico de acuerdo con una o más modalidades de la presente invención.
Además del sistema 100, un sistema de acuerdo con una o más modalidades de la presente invención además comprende un sistema de antenas 200, el cual habilita al teléfono móvil 112, o, al mismo tiempo y/o alternativamente, a una red doméstica 202, para que tenga acceso al sistema 100 a través del sistema de antenas 200.
La Figura 3 ilustra una modalidad de un sistema de antenas de acuerdo con una o más modalidades de la presente invención .
El sistema de antenas 200 se muestra como una antena de múltiples elementos, con los elementos 202 que comprenden elementos de recepción/transmisión de polarización horizontal y vertical. Los elementos de antena 202 también se pueden acomodar para recibir arbitrariamente señales polarizadas, o señales con polarizaciones circulares, polarizaciones cruzadas inclinadas, u otros tipos de polarizaciones utilizadas para la transmisión y recepción de señal, sin apartarse del alcance de la presente invención. Los elementos 202 se acomodan típicamente en sectores de aproximadamente 90 grados, de tal manera que cada uno de los elementos 202 cubre un campo de visión de aproximadamente 90 grados, aunque son posibles otros acomodos de los elementos 202 dentro del alcance de la presente invención.
Los elementos de antena 202 están acoplados a un conmutador de selección de antena 204, el cual está controlado por un sistema de control de antenas 206 para seleccionar y determinar las características de señal, p.ej., intensidad de señal, que se reciben en cada uno de los elementos 202, y determina cuál o cuáles de los elementos 202 se debe energizar, y en qué fases se deben energizar los elementos, o, alternativamente o colectivamente, qué elementos 202 se deben utilizar para permitir al sistema de antenas 200 que se comunique de la mejor forma con la red inalámbrica 100. Los haces de antena del sistema de antenas 200 se pueden formar con elementos de antena individuales 200, o al combinar una pluralidad de elementos individuales 200 para crear un nuevo haz de antena a partir de la combinación de dos o más elementos 200. Una solución típica de acuerdo con la presente invención utiliza cuatro elementos 200 por polarización para crear ocho haces de antena 200 por polarización al utilizar los haces de antena individual 200, y al combinar cada par de dos haces de antenas adyacentes 200, pero son posibles otros patrones de haces, combinaciones de elementos 200, o trayectorias de comunicación con la antena 200 dentro del alcance de la presente invención.
Aunque se describe con respecto a elementos 202 de sectores de 90 grados, se puede utilizar cualquier número de elementos 202 con una antena 200 dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, y no a manera de limitación, puede haber veinte elementos 202: diez elementos 202 para la polarización horizontal y diez elementos 202 para la polarización vertical, donde cada elemento está acomodado en un sector de aproximadamente 36 grados. Los cambios correspondientes se harían entonces al conmutador de selección de antena 204 y al sistema de control de antenas 206 para configurar apropiadamente al antena 200 con más o menos elementos 202.
Debido a que el sistema de control de antenas 206 puede determinar las características de señal recibidas en cualquiera o todos los elementos 202, la antena 200 se puede orientar en una variedad de direcciones después de la instalación de la antena 200 en una instalación dada. En consecuencia, la antena 200 se puede apuntar en cualquier dirección, en lugar de apuntar la antena 200 en una dirección en particular para recibir señales del sistema 100, lo que requeriría un procedimiento de instalación más complicado para la antena 200.
Tal libertad de instalación hace que la antena 200 como "omnidireccional" en términos de instalación, pero direccional en términos del uso debido al control proporcionado por el sistema de control de antenas 206. Así por ejemplo, y no a manera de limitación, ya que el sistema de control de antenas 206 puede determinar cuál de los elementos 202 está recibiendo señales, y, mediante computación, de qué dirección están viniendo las señales, los elementos 202 de cero grados horizontales y cero grados verticales no se requieren apuntar directamente o incluso aproximadamente en la fuente de las señales del sistema 100. En su lugar, el sistema de control de antenas 206 puede energizar y/o desenergizar los elementos 202 para permitir que la antena 200 reciba la señal con una intensidad de señal tan alta como sea posible al configurar la fase y/o en energización de los elementos individuales 202 para igualar las características de la señal entrante.
Además, la antena 200 puede ser re configurada debido al cambio en las condiciones de señal. Por ejemplo, y no a manera de limitación, el sistema 100 puede colocar células adicionales 108, con antenas de BTS 106 adicionales correspondientes, las cuales pueden cambiar la dirección y/o intensidad de las señales que están siendo recibidas por la antena 200. Como tal, periódicamente o continuamente, el sistema de control 206 puede evaluar las señales que están siendo recibidas por la antena 200 y ajustar la energización de los elementos 202 para permitir incremento en tasas de bits, intensidad de señal, u otra característica de señal que se desee con base en el monitoreo de las señales que están siendo recibidas por la antena 200 y hacer los cambios correspondientes a los elementos 202 mediante el sistema de control 206. Típicamente no será requerido ningún realineamiento físico de la antena 200, debido a que el sistema de control 206 reconfigura la antena 200 electrónicamente para "apuntar" en la fuente de señal.
El sistema de control de antenas 206 también se comunica con radio 208 (que también puede ser un teléfono celular, PDA, u otro dispositivo 208), el cual tanto tiene acceso a la red inalámbrica 100, como proporciona acceso a la red doméstica 200 o a otros dispositivos como se desee. El radio 208 es típicamente un radio de múltiple entrada y múltiple salida (MIMO, Múltiple- Input Multiple-Output ) , el cual permite múltiples elementos de antena 202 como entradas/salidas del radio 208. El radio 208 puede ser móvil o fijo en su ubicación. Se puede utilizar con mayor o menor número de elementos 202 sin apartarse del alcance de la presente invención. Además, se pueden utilizar otros sistemas de antenas 200 sin apartarse del alcance de la presente invención. El sistema de control de antenas 206 puede utilizar realimentación del radio 208 para determinar cómo energizar los elementos de antena 202, de tal manera que el radio 208 puede mantener la comunicación con el sistema 100 a través de la antena 200.
Aplicaciones para el Sistema de Antenas La Figura 4 ilustra un sistema satelital de transmisión amplia de la materia relacionada.
El sistema 400 utiliza señales enviadas desde el Satélite A (SatA) 402, Satélite B (SatB) 404, y Satélite C (SatC) 406 que se transmiten de manera amplia directamente a una unidad a la intemperie (ODU, Outdoor Unit) 408 que típicamente está unida a la parte exterior de una casa 410. La ODU 408 reside estas señales y envía las señales recibidas al decodificador receptor integrado (IRD, Integrated Receiver Decoder) 412, el cual decodifica las señales y separa las señales en canales de televisión, las cuales se pasan entonces a un monitor 414 para ser vistas por un usuario.
Puede haber más de un satélite transmitiendo desde cada ubicación orbital y ubicaciones orbitales adicionales sin apartarse del alcance de la presente invención.
Las señales satelitales de enlace ascendente 416 se transmiten por una o más instalaciones de enlace ascendente 418 a los satélites 402-406 que están típicamente en órbita geosincrónica . Los satélites 402-406 amplifican y retransmiten de manera amplia las señales de enlace ascendente 416, a través de transpondedores ubicados en el satélite, como señales de enlace descendente 420. Dependiendo del patrón de antenas del satélite 402-406, las señales de enlace descendente 420 se dirigen hacia las áreas geográficas para su recepción por la ODU 408.
Alternativamente, las instalaciones 418 de enlace ascendente pueden enviar señales a través de cable 422 ya sea en conjunto con las señales de enlace ascendente 416 o en lugar de las señales de enlace ascendente 416 al IRD 412, para su visualización en el monitor 414.
Cada satélite 402-406 transmite de manera amplia las señales de enlace descendente 420 en típicamente treinta y dos (32) frecuencias diferentes, las cuales están autorizadas para varios usuarios para transmisión amplia de programación, la cual puede ser audio, video, o señales de datos, o cualquier combinación. Estas señales se ubican típicamente en la banda Ku de frecuencias, esto es, 11-18 GHz, o en la banda Ka de frecuencias, esto es, 18-40 GHz.
Mientras que los satélites 402-406 transmiten de manera amplia servicios adicionales y canales adicionales a una casa, a los usuarios les gustarla y esperarían que estos servicios adicionales se entreguen a un costo razonable. A los televidentes y usuarios de los servicios, p.ej., red inalámbrica, servicios de Internet, etc., les gustaría y esperaría tener acceso a estos servicios e integrar estos servicios con otros servicios, p.ej., comunicación telefónica inalámbrica, etc.
La Figura 5 ilustra una ODU típica de la materia relacionada .
La ODU 408 utiliza típicamente el plato reflector 423 y el ensamble de alimentador 424 para recibir y dirigir las señales de enlace descendente 420 sobre el ensamble de alimentador 424. El plato reflector 422 y el ensamble de alimentador 424 están típicamente montados en un soporte 426 y unidos a una estructura para un montaje estable. El ensamble de alimentador 424 comprende típicamente uno o más convertidores de Bloque de Bajo Ruido 428 (LNB, Low Noise Block) que es tan conectados a través de cables comerciales a un multiconmutador, el cual puede estar ubicado dentro del ensamble de alimentador 424, en cualquier parte de la ODU 408, o dentro de la casa 410. Los LNBs típicamente convierten descendentemente las señales de enlace descendente de banda FSS, banda Ku, banda Ka 420 en frecuencias que se transmiten fácilmente mediante un cable, que están típicamente en la banda L de frecuencias, que oscila típicamente desde 950 MHz hasta 2150 MHz. Esta conversión descendente hace posible distribuir las señales dentro de una casa utilizando cables coaxiales estándar. La ODU 408 está típicamente montada a la casa 410 mediante un mástil 430 u otro ensamble el cuál habilita la alineación del plato reflector 423 con los varios satélites 402-406.
El multiconmutador habilita al sistema 400 para que conmute selectivamente las señales desde los SatA 402, SatB 404, y SatC 406, y entregue estas señales a través de cables 424 a cada uno de los IRDs 412A-D ubicados dentro de la casa 410. Típicamente, el multiconmutador es un multiconmutador de cinco entradas, cuatro salidas (5x4), donde dos entradas al multiconmutador son del SatA 402, una entrada al multiconmutador es del SatB 404, y una entrada al multiconmutador es una entrada combinada del SatB 404 y el SatC 406. Puede haber otras entradas para otros propósitos, p.ej., entradas fuera del aire o de otras antenas, sin apartarse del alcance de la presente invención. El multiconmutador puede ser de otros tamaños, tal como un multiconmutador de 6x8, si se desea. El SatB 404 entrega típicamente programación local a las áreas geográficas especificadas, pero también puede entregar otra programación si se desea.
Para maximizar el ancho de banda disponible en la banda Ku de las señales de enlace descendente 420, cada frecuencia de transmisión amplia además se divide en polarizaciones. Cada LNB 428 puede solamente recibir una polarización a la vez, así mediante la alineación de polarizaciones entre la polarización de enlace descendente y la polarización del LNB 428, las señales de enlace descendente 420 se pueden filtrar selectivamente al desplazarse a través del sistema 400 hacia cada IRD 412A-D.
Los IRDs 412A-D actualmente utilizan un sistema de comunicación de una vía para controlar el multiconmutador. Cada IRD 412A-D tiene un cable dedicado 424 conectado directamente al multiconmutador, y cada IRD coloca independientemente una combinación de voltaje y señal en el cable dedicado para programar el multiconmutador. Por ejemplo, el IRD 412A envía una señal de voltaje/tono en el cable dedicado de regreso al multiconmutador, y el multiconmutador entrega las señales del SatA 402 al IRD 412A en el cable dedicado 424. El IRD 412B controla independientemente el puerto de salida al que está acoplado el IRD 412B, y en consecuencia puede entregar una señal diferente de voltaje/tono al multiconmutador . La señal de voltaje/tono comprende típicamente una señal de 13 Voltios de CD (VDC, Volts Direct Current) o de 18 VDC, con o sin un tono de 22 kHz superpuesto en la señal de CD. Los 13 VDC sin el tono de 22 kHz seleccionarían un puerto, los 13 VDC con el tono de 22 kHz seleccionarían otro puerto del multiconmutador, etc. Puede haber también un tono modulado, típicamente un tono de 22 kHz, donde el esquema de modulación puede seleccionar una de cualquier número de entradas con base en el esquema de modulación.
Para reducir el costo de la ODU 408, las salidas de los LNBs 128 presentes en la ODU 408 se pueden combinar, o "acumular", dependiendo del diseño de la ODU 408. La acumulación de las salidas del LNB 428 ocurre después de que el LNB ha recibido y convertido descendentemente la señal de entrada. Esto permite múltiples polarizaciones, una de cada satélite 402-406, para que pase a través de cada LNB 428. Así un LNB 428 puede, por ejemplo, recibir las señales de polarización circular izquierda (LHCP, Left Hand Circular Polarization) del SatA 402 y del SatB 404, mientras que otro LNB recibe las señales de polarización derecha (RHCP, Right Hand Circular Polarization) del SatB 404, lo que permite menos cables entre los LNBs 428 y el multiconmutador.
La banda Ka de las señales de enlace descendente 420 se dividirán además en dos bandas, una banda superior de frecuencias llamada la banda "A" y una banda inferior de frecuencias llamada la banda "B". Una vez que los satélites están desplegados en el sistema 400 para transmitir de manera amplia estas frecuencias, cada LNB 428 puede entregar las señales de la banda Ku, la banda Ka de la banda A, y la banda Ka de la banda B para una polarización dada en el multiconmutador . Sin embargo, los diseños actuales de IRD 412 y sistema 400 no pueden sintonizar a través de toda esta banda de frecuencias, lo que limita la utilidad de esta característica de acumulación.
Al acumular las entradas del LNB 428 como se describió anteriormente, cada LNB 428 entrega típicamente 48 transpondedores de información al multiconmutador, pero algunos LNBs 428 pueden entregar más o menos en bloques de varios tamaños. El multiconmutador permite a cada salida del multiconmutador recibir cada señal del LNB 428 (la cual es una entrada para del multiconmutador) sin filtrar o modificar la información, lo que permite a cada IRD 412 recibir más datos. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, los IRDs actuales no pueden utilizar la información en algunas de las frecuencias propuestas utilizadas para las señales de enlace descendente 420, limitando de esta manera la información transmitida en esas señales de enlace descendente 420.
Además, todas las entradas en el multiconmutador se utilizan por la configuración actual de satélites 402-406, lo cual inhibe las mejoras en el sistema 400 para que se procesen señales satelitales de enlace descendente 520 adicionales por el IRD 412. Además, agregar otro IRD 412 en una casa 410 requiere un cableado de regreso a la ODU 408. Tales limitaciones en la materia relacionada hacen difícil y costoso agregar nuevas características, tales como canales adicionales, programación en alta definición, sistemas de entrega satelital adicionales, etc., o agregar nuevas unidades IRD 412 en una casa 410 dada.
La Figura 6 ilustra una modalidad de un multiconmutador de cable. simple de un sistema satelital de transmisión amplia de la materia relacionada.
En una o más modalidades de la presente invención, la ODU 408 está acoplada al módulo de conversión de frecuencias (FTM, Frequency Translation Module) 500, también conocido como un multiconmutador de cable simple (SWiM, Single Wire Multiswitch) 500. El SWiM 500 está acoplado al inyector de energía 502. El SWiM 500 es capaz de soportar directamente el IRD 412 actualmente instalado directamente como se muestra mediante el cable 424 , como se describe con respecto a las Figuras 4 y 5.
El S iM 500 también es capaz de soportar nuevos IRDs 508, a través de una red de divisores de señal 504 y 506, y el inyector de energía 502. Los IRDs 508 nuevos son capaces de llevar a cabo comunicación de dos vías con SWiM 500, lo que asiste a los IRDs 508 en la entrega de señales personalizadas en canales seleccionados de IRD privado a través de un solo cable 510. Cada uno de los divisores 504 y. 506 puede, en algunas instalaciones, tener inteligencia al permitir que se envíen mensajes desde cada IRD 508 al SWiM 500, y de vuelta del SWiM 500 a los IRDs 508, donde los divisores de señal 504 y 506 inteligentes controlan el acceso al SWiM 500.
La comunicación de dos vías entre los IRDs 508 y el SWiM 500 puede tomar lugar a través del cable 510, o a través de otro cableado, tal como las líneas de distribución de energía o líneas telefónicas que están presentes en una casa 410.
La Figura 7 ilustra una aplicación de una o más modalidades de la presente invención.
El sistema 300 ilustra la ODU 408, la cual puede ser una ODU 408 como se muestra en la Figura 2 ya sea combinada con un módulo SWiM 500 que permite un enfoque de cable simple de distribución de señal satelital como se muestra en la Figura 5, o como un enfoque de cable múltiple 424 como se muestra en la Figura 2. En un sistema SWiM 500, el cable 302 (en lugar de cables múltiples 424) se enruta a un insertor de energía 304, y luego a un divisor de señal coaxial 306 para la entrega de señal de la señal en el cable 302 a uno o más IRDs 412 como se desee directamente desde el divisor 306.
Con la presente invención, el cable 302 ahora se enruta a través de la trayectoria 308 hacia un dispositivo con capacidad de banda ancha 310 que está montado afuera de la casa 410. Típicamente, el dispositivo de banda ancha 310 se puede montar junto con una ODU 408, p.ej., en el mástil 430, o en otra parte en la ODU 408, o separado de la ODU 408 tanto como se desee dependiendo del empaquetado del. dispositivo de banda ancha 310. Además, el dispositivo de banda ancha 310 puede estar solo si se desea.
El dispositivo de banda ancha 310 habilita a los dispositivos adicionales 312 y 314 para que operen en conjunto con el sistema satelital 400. Por ejemplo, un IRD 312 que puede estar en red mediante cable coaxial está ahora habilitado utilizando el dispositivo de banda ancha 310, y un ruteador de red 314 ahora puede estar acoplado al sistema satelital de entrega 400 para la entrega de señales satelitales y de Internet a una computadora 316 u otros dispositivos como se desee.
Dispositivo Externo de Banda Ancha Dentro de un dispositivo de banda ancha 310, varios componentes habilitan los servicios de entrega de señales. Inicialmente , el sistema de antenas 200 (mostrado aquí como la antena 318) se utiliza para habilitar la comunicación de dos vías 317 entre al menos una red inalámbrica 319, p.ej., la red de evolución a largo plazo (LTE, Long Term Evolution) Verizon, la red Sprint, la red AT&T, etc. El sistema de antenas 200 puede ser de cualquier diseño, p.ej., unidireccional, antenaje en fase, etc., que habilitará la comunicación con tales redes, y puede transmitir y recibir cualquier banda de frecuencia como se desee.
Un sistema de radio 320, que típicamente incluye radio 208, que es compatible con el sistema de antenas 200, habilita la codificación y generación de frecuencia compatible con la(s) red (es) inalámbrica (s) 319, y también está típicamente presente en el dispositivo de banda ancha 310. Tal sistema de radio 320 se puede diseñar para que sea compatible con una sola red inalámbrica 319, o con múltiples redes inalámbricas 319, como se desee.
Para acoplar la(s) red (es) inalámbrica ( s ) 319 con las señales satelitales, se utiliza un sistema de puente/módem/red 322 para acoplar la red inalámbrica 319 con el sistema satelital 400. Tal sistema 322 típicamente comprende un puente o combinador para acoplar las dos señales (inalámbrica y satelital) juntas en frecuencias especificas, esquemas de codificación, etc., y para convertir estas señales en señales que puedan ser utilizadas por los diferentes dispositivos 412, 312, y 314 (y otros dispositivos como se desee) .
Varias arquitecturas son posibles en el sistema 322, p.ej., funciones de ruteadores, cortafuegos (firewall), protocolo dinámico de configuración de equipos (DHCP, Dynamic Host Configuration Protocol), traducción de dirección de red (NAT, Network Address Traslation), etc., las cuales son todas posibles dentro del alcance de la presente invención. Aunque en la presente se discute como un sistema genérico 322, el sistema 322 abarca las capacidades para combinar cualquier implementación de red inalámbrica 319 con un sistema de antena/entrega local 200.
Además, el sistema 322 permite la operación en red de estas señales, asi como un módem para modular y desmodular las señales en un esquema de modulación deseado o predeterminado para su uso por los diferentes dispositivos 412, 312, y 314 (y otros dispositivos como se desee) . Para habilitar el IRD 412 para que se comunique a través de la nueva red, se puede insertar un adaptador 313 entre el IRD 412 y el divisor 306.
Un elemento adicional del dispositivo inalámbrico 310 opera en red las señales satelitales e inalámbricas en una red coaxial, mostrada como el sistema coaxial de redes 324. Finalmente, se muestran una fuente de energía 326 y el sistema de administración/control 328. El sistema 328 es un controlador para la porción inalámbrica del sistema 300, y típicamente incluye el sistema de control 206. Sin embargo, los comandos del sistema satelital 400, ya sea mediante la ODU 408 o dispositivos 412 y 312, o dispositivos 316, se pueden enviar e interpretar por el sistema de control 328 como se desee. El control del dispositivo de banda ancha 310 también puede estar dedicado al sistema inalámbrico 319 si se desea. La fuente de energía 326 puede ser una fuente independiente, o puede derivar energía del insertor de energía o del IRD 412 como en un sistema típico 400.
El sistema de antenas 200 también habilita el uso del dispositivo de banda ancha 310 como un puerto de relevo para comunicarse con los dispositivos de mano 330 mediante una trayectoria de comunicación inalámbrica local 332. En consecuencia, si el dispositivo de mano 330 no puede recibir la suficiente intensidad de señal de la red inalámbrica 319, el dispositivo de banda ancha 310 puede actuar como un relevador para conectar el dispositivo de mano a la red inalámbrica 319 a través de la trayectoria 332. Tal trayectoria 332 se puede controlar por la red inalámbrica 319 o mediante el control del dispositivo de banda ancha 310 a través del control del usuario, o mediante el sistema satelital 400, como se desee.
Como tal, el sistema de antenas 200 habilita una estructura, p.ej., la casa 400, para ser servida con una conexión de Internet de banda ancha mediante la red 319 y la conexión 317, visto que, sin la amplificación adicional del sistema de antenas 200, o la colección 317 no estará presente del todo, o la conexión 317 podría no soportar las velocidades de datos que la conexión 317 puede soportar con el sistema de antenas 200. Además, se prevé que la red inalámbrica 319 será al menos capaz de "4G" con el fin de proporcionar capacidad adicional en el servicio de banda ancha que será competitivo con sistemas basados en DSL y Cable Módem. Las tecnologías basadas tanto en la evolución a largo plazo (LTE) de 3GPP como en 802.16 satisfacen este requerimiento de 4G.
Este sistema de antenas 200 es utilizable con un sistema de radio inalámbrico 4G 219, y comprende una pluralidad de elementos de antenas 200 acomodados de una manera para sectorizar las señales entrantes por la polarización y azimut, un sistema de control de antenas 206 utilizado para detectar y seleccionar las entradas óptimas de antena, un sistema de conmutación 204 para tomar las entradas deseadas y enrutarlas hacia las salidas deseadas, y una pluralidad de salidas para su uso mediante un radio de múltiple entrada y múltiple salida (MIMO) 208.
Aunque la modalidad preferida de la solución es un solo alojamiento integrado, es posible diseñar la solución para permitir una antena desmontable remotamente para su ubicación en una ubicación más óptima. Como tal, el sistema de antenas 200 se puede ubicar junto con la ODU 408, o puede ser un sistema independiente, o puede de otra manera estar ubicado con la ODU 408 de tal manera que la ODU 408 y el sistema de antenas 200 pueden estar ambos optimizados para su respectiva recepción y/o transmisión de señal.
Las modalidades de la presente invención habilitan la eficiencia superior en la red inalámbrica al mejorar el presupuesto de enlace al incrementar la amplificación en la antena del dispositivo de usuario por aproximadamente 10 dB debido al aumento de amplificación en la dirección de la torre celular del sistema inalámbrico, elevando el dispositivo por varios metros lo que resulta en menores pérdidas de propagación por 5-10 dB, y disminuyendo la interferencia de sitios celulares adyacentes en un entorno de menor interferencia.
Además, el presupuesto de enlace mejorado permite la operación con un formato de modulación de orden superior (p.ej., modulación de amplitud de cuadratura 64-aria (64 QAM, 64-ary Quadrature Amplitude Modulation) en lugar de cuadratura de modulación por desplazamiento de fase (QPSK, Quadrature Phase Shift-Keying) ) permitiendo de esta manera mayores velocidades de conexión y/o menos tiempo requerido de recursos en la red inalámbrica para conseguir para conseguir la velocidad de conexión deseada del usuario. Esto lleva a mayor eficiencia de la red inalámbrica, haciendo factible ofrecer servicio residencial de banda ancha fijo a través de una red inalámbrica.
Como tal, cuando se monta en una casa 410 de un usuario e'n particular, el sistema de antenas 200 puede extender el área de cobertura útil del sistema inalámbrico 319 para ese usuario, o, como se desee, para usuarios adicionales que pueden ser autorizados para utilizar el sistema de antenas 200. El sistema de antenas 200 puede también proporcionar un rendimiento mayor para un usuario dado en el sistema 319, ya que el enlace de comunicación 317 es ahora más fuerte y puede manejar datos adicionales en lugar de un enlace por separado con intensidad de señal menor, etc., para un usuario dado. Además, el sistema ce antenas 200 se puede utilizar como un nodo de relevo para otros usuarios, de tal manera que el sistema de antenas 200 en la casa de un primer usuario puede actuar como relevador para otro usuario que está más lejos del área de cobertura del sistema 319, extendiendo de esta manera el área de cobertura del sistema 319 sin la necesidad de instalaciones adicionales de BTS 106. Tal acceso al sistema de antenas 200 puede ser proporcionado por el proveedor del sistema 319, el usuario, el proveedor del sistema satelital de transmisión amplia, u otras entidades como se desee. Además, tal acceso se puede controlar o remplazar en cualquier momento.
La Figura 8 ilustra una aplicación para una o más modalidades de la presente invención.
Se muestra la casa 410, con el dentro de medios doméstico (Home Media Center) 800 (un tipo especifico de IRD 508), una pluralidad de clientes 802 (otro tipo de IRD 508), y un ruteador 804 acoplado a la antena 806. La antena 806 es una antena combinada que comprende la ODU 408 y la antena 200, y puede comprender antenas adicionales si se desea sin apartarse del alcance de la presente invención.
Típicamente, el dispositivo móvil 330 y/o teléfono móvil 112 se comunica directamente con la BTS 106, como se muestra por la trayectoria de señal 808. Sin embargo, cuando el dispositivo móvil 330 está dentro de la casa 410, la trayectoria comunicación 810, nuevamente una trayectoria directa desde el dispositivo 330 a la BTS 106, se atenúa y/o interfiere debido a la casa 410, esto es, la casa bloquea algunas de las transmisiones de señal entre el dispositivo 300 y la BTS 106, la interferencia de trayectorias múltiples ocurre debido a la interposición de la casa 410 y/u otras construcciones, etc. Como tal, se experimenta pérdida de trayectoria de señal tanto como 10-20 dB por el dispositivo 330 cuando se utiliza la trayectoria de comunicación 810 en lugar de la trayectoria 808. Tales pérdidas pueden limitar severamente el rendimiento de datos entre el dispositivo 330 y la BTS 106, o, en algunos casos, prevenir la comunicación entre el dispositivo 330 y la BTS 106 debido a que la intensidad de señal no es lo suficientemente alta para que el dispositivo 330 mantenga la trayectoria de comunicación 810.
Una o más modalidades de la presente invención, sin embargo, permiten una diferente trayectoria de comunicación 812, la cual reenvía las señales de comunicación de la BTS 106 a través del ruteador 804 u otro dispositivo de transmisión dentro de la casa, para comunicarse con el dispositivo 330 mediante la trayectoria de comunicación 814. Tales trayectorias nuevas 812 y 814 proporcionan intensidad de señal adicional y, dependiendo del diseño, amplificación, y otras características de la antena 806 y/o del ruteador 804, pueden proporcionar un incremento en el rendimiento de datos entre el dispositivo 330 y la BTS 106. Además, la antena 806 (ya sea en la forma de ODU 408 y/o antena 200) puede actuar como un repetidor para la trayectoria de comunicación 808 en que la antena 806 puede aceptar una señal de la BTS 106 y repetir exactamente la misma señal de tal manera que el dispositivo 330 pueda recibir la señal mediante la trayectoria 816; o la antena 806 puede actuar como un relevador para la señal 812 en que la antena 806, mediante el sistema 300, puede re formatear la señal 812 con una conversión de frecuencia, nuevo esquema de codificación, nueva tasa de transmisión, etc., de tal manera que el dispositivo 330 puede recibir la señal 812 en un nuevo formato. Por ejemplo, y no a manera de limitación, una modalidad de la presente invención, mediante la antena 806 y otra electrónica acoplada al sistema 300, se puede convertir una señal de cuarta generación (4G, Fourth Generation) de 746-756 MHz (de la red 4G de Verizon) a una red wi-fi tal como un teléfono Verizon que tenga capacidades 4G y wi-fi que puede comunicarse a través de ambas redes, y conmutar de la red 4G a la red wi-fi o viceversa. También son posibles otras conversaciones de frecuencia, esquema de transmisión, u otras características de señal dentro del alcance de la presente invención .
Mientras que el dispositivo 330 se mueve desde dentro de una casa 410 hacia el exterior de la casa 410, o viceversa, como se muestra por la flecha de movimiento 818, puede ocurrir un cambio de conexión entre las trayectorias de comunicación que acoplan el dispositivo 330 a la BTS 106. Asi, por ejemplo, si el dispositivo 330 está fuera de la casa 410 y se mueve hacia el interior, el sistema 300 ve que la energía del dispositivo 330 es más fuerte a través del ruteador 804 (u otro dispositivo de transmisión dentro de la casa 410) que la que el dispositivo 330 recibe directamente de la BTS 106, entonces el sistema 300 conmuta las trayectorias de comunicación de la trayectoria 808 a las trayectorias 812/814 para mantener la comunicación con el dispositivo 330. Además, el sistema 300 acopla el Internet (u otra red) , .típicamente mediante una conexión de banda ancha como se muestra por la conexión 820, al HMC 800, a los clientes 802, y al dispositivo 330. Tal conexión puede también incluir una conexión "wi-fi" (típicamente a través del ruteador 804 u otros transmisores inalámbricos en la casa 410) .
Mientras que el HMC 800 y los clientes 802 típicamente reciben señales satelitales 420 mediante la antena 806, el sistema 300 puede también entregar señales satelitales 420 al dispositivo móvil 330 si se desea.
Conclusión La presente invención comprende sistemas y métodos para incrementar el rendimiento y el rango en un sistema de comunicación inalámbrica. Una antena para su uso en un sistema de comunicación inalámbrica de acuerdo con una o más modalidades de la presente invención comprende una pluralidad de elementos de antena, un conmutador de selección de antena, acoplado a la pluralidad de elementos de antena, y un sistema de control, acoplado al conmutador de selección de antena, en donde el sistema de control energiza selectivamente la pluralidad de elementos de antena para crear un enlace de comunicación para un dispositivo en el sistema de comunicación inalámbrica a través de la antena.
Tal antena además comprende opcionalmente que el sistema de control energiza selectivamente la pluralidad de elementos de antena para incrementar una velocidad de transferencia de datos para el dispositivo en el sistema de comunicación inalámbrica, el sistema de control utiliza realimentación del dispositivo para energizar selectivamente la pluralidad de elementos de antena, el sistema de comunicación inalámbrica utiliza señales de comunicación que tienen una pluralidad de polarizaciones, la pluralidad de elementos de antena se selecciona con base en una polarización de las señales de comunicación utilizadas en el enlace de comunicación para el dispositivo, la antena se monta junto con una antena de recepción satelital, la antena proporciona un mayor rendimiento de señal comparado con un sistema de comunicación inalámbrica carente de la antena, el mayor rendimiento de señal se proporciona por un incremento en la intensidad de señal del sistema de comunicación inalámbrica, el mayor rendimiento de señal se proporciona por una amplificación adicional en la antena, el dispositivo se acopla a un sistema satelital de transmisión amplia a través de la antena, y un puente de red coaxial, para acoplar una señal satelital en el sistema satelital de transmisión amplia a una señal inalámbrica en el sistema de comunicación inalámbrica, en donde el puente de red coaxial habilita al dispositivo para que reciba la señal satelital y la señal inalámbrica.
Un sistema para combinar un sistema satelital de transmisión amplia con una red inalámbrica de acuerdo con una o más modalidades de la presente invención comprende una antena de red inalámbrica, que comprende una pluralidad de elementos de antena, un conmutador de selección de antena, acoplado a la pluralidad de elementos de antena, y un sistema de control, acoplado al conmutador de selección de antena, en donde el sistema de control energiza selectivamente la pluralidad de elementos de antena para crear un enlace de comunicación para un dispositivo en el sistema de comunicación inalámbrica a través de la antena, una antena de recepción satelital, y un puente de red coaxial, acoplado a la antena de recepción satelital y a la antena de red inalámbrica, para acoplar una señal satelital en el sistema satelital de transmisión amplia con una señal inalámbrica en la red inalámbrica, en donde el puente de red coaxial habilita al dispositivo para que reciba la señal satelital y la señal inalámbrica.
Tal sistema además comprende opcionalmente que el dispositivo del sistema inalámbrico está montado con la antena de recepción satelital, el dispositivo del sistema inalámbrico es un dispositivo de relevo para al menos un dispositivo inalámbrico, dicho al menos un dispositivo inalámbrico recibe la señal satelital, un dispositivo que utiliza la red inalámbrica se comunica selectivamente con la red inalámbrica a través de la antena de red inalámbrica con base en las características de señal del dispositivo, la comunicación con el dispositivo se conmuta entre la antena de red inalámbrica y otra antena en la red inalámbrica durante la comunicación con el dispositivo, y la antena inalámbrica sirve como un relevador para un dispositivo inalámbrico.
La descripción anterior de las modalidades de la invención se ha presentado para los propósitos de ilustración y descripción. No tiene la intención de ser exhaustiva o de limitar la invención a la forma precisa divulgada. Muchas modificaciones y variaciones son posibles a la luz de la enseñanza anterior. Se pretende que el alcance de la invención no se limite por esta descripción detallada.

Claims (18)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención como antecede, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES
1. Una antena para su uso en un sistema de comunicación inalámbrica, que comprende: una pluralidad de elementos de antena; un conmutador de selección de antena, acoplado a la pluralidad de elementos de antena; y un sistema de control, acoplado al conmutador de selección de antena, en donde el sistema de control energiza selectivamente la pluralidad de elementos de antena para crear un enlace de comunicación para un dispositivo en el sistema de comunicación inalámbrica a través de la antena.
2. La antena de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el sistema de control energiza selectivamente la pluralidad de elementos de antena para incrementar una velocidad de transferencia de datos para el dispositivo en el sistema de comunicación inalámbrica.
3. La antena de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque el sistema de control utiliza realimentación del dispositivo para energiza selectivamente la pluralidad de elementos de antena.
4. La antena de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque el sistema de comunicación inalámbrica utiliza señales de comunicación que tienen una pluralidad de polarizaciones .
5. La antena de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque la pluralidad de elementos de antena se seleccionan con base en una polarización de las señales de comunicación utilizadas en el enlace de comunicación para el dispositivo .
6. La antena de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque la antena está montada junto con una antena de recepción satelital.
7. La antena de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la antena proporciona un mayor rendimiento de señal comparado con un sistema de comunicación inalámbrica que carece de la antena.
8. La antena de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada porque el mayor rendimiento de señal se proporciona por un incremento en la intensidad de señal del sistema de comunicación inalámbrica.
9. La antena de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada porque el mayor rendimiento de señal se proporciona por amplificación adicional en la antena.
10. La antena de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo está acoplado a un sistema satelital de transmisión amplia a través de la antena.
11. La antena de acuerdo con la reivindicación 10, además comprende un puente de red coaxial, para acoplar una señal satelital en el sistema satelital de transmisión amplia con una señal inalámbrica en el sistema de comunicación, en donde el puente de red coaxial habilita al dispositivo para que reciba la señal satelital y la señal inalámbrica.
12. Un sistema para combinar un sistema satelital de transmisión amplia con una red inalámbrica, que comprende: a) una antena de red inalámbrica, que comprende: una pluralidad de elementos de antena; un conmutador de selección de antena, acoplado a la pluralidad de elementos de antena; y un sistema de control, acoplado al conmutador de selección de antena, en donde el sistema de control energiza selectivamente la pluralidad de elementos de antena para crear un enlace de comunicación para un dispositivo en el sistema de comunicación inalámbrica a través de la antena; b) una antena de recepción satelital; y c) un puente de red coaxial, acoplado a la antena de recepción satelital y a la antena de red inalámbrica, para acoplar una señal satelital en el sistema satelital de transmisión amplia con una señal inalámbrica en la red inalámbrica, en donde el puente de red coaxial habilita al dispositivo para qué reciba la señal satelital y la señal inalámbrica .
13. El sistema de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque el dispositivo del sistema inalámbrico está montado con la antena de recepción satelital.
14. El sistema de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque el dispositivo del sistema inalámbrico es un dispositivo de relevo para al menos un dispositivo inalámbrico .
15. El sistema de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque dicho al menos un dispositivo inalámbrico recibe la señal satelital.
16. El sistema de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque un dispositivo que utiliza la red inalámbrica se comunica selectivamente con la red inalámbrica a través de la antena de red inalámbrica con base en las características de señal del dispositivo.
17. El sistema de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque la comunicación con el dispositivo se conmuta entre la antena de red inalámbrica y otra antena en la red inalámbrica durante la comunicación con el dispositivo.
18. El sistema de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque la antena inalámbrica sirve como un relevador para un dispositivo inalámbrico.
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