nado 115. Un segundo recorrido de señalización 125 incluye una reflexión del segundo edificio de oficinas 110b cuando la señal respectiva avanza desde la primera torre de antena 105a a la unidad de abonado 115. Un tercer recorrido de señalización 130 es un recorrido directo de señalización desde la segunda torre de antena 105b a la unidad de abonado 115. El primer recorrido de señalización 120 es en la dirección de la primera torre de antena 105a. La unidad de abonado 115 no sabe dónde está situada la primera torre de antena 105a. La unidad de abonado 115 solamente puede apuntar (es decir, dirigir un haz) en la dirección de la señal deseada más intensa, si la señal de abonado está equipada con una antena de dirección. La señal deseada más intensa es en la dirección entre las posiciones de la primera torre de antena 105a y el segundo edificio de ofi-ciñas 110b. En radiogoniometría (DF) , los trayectos múltiples tienden a ser perjudiciales porque enmascaran la verdadera dirección de la señal. El componente de los trayectos múltiples que está en fase con el primer recorrido de señalización 120 ayuda realmente, y así, el cambio de dirección no tiene consecuencias. Así, los trayectos múltiples no son interferencia. Sin embargo, el tercer recorrido de señalización 130 es interferencia porque no es la misma señal que la que se transmite en el primer recorrido de señalización y nunca puede estar en fa-se con la señal en el primer recorrido de señalización. Si la unidad de abonado 115 emplea una red de antenas en fase, puede utilizar la red de antenas en fase para dirigir un haz de antena asociado hacia la primera torre de antena 105a, o, en el caso de los trayectos múltiples recién descritos, en la dirección de la señal deseada más intensa. Además, la red de antenas en fase se puede usar para dirigir el haz de antena asociado para recibir señales solamente del recorrido directo de señalización 120 de la primera torre de antena 105a para quitar los efectos de trayectos múltiples (es decir, desvanecimiento de señal) producidos por la segunda señal 125 o in-terferencia producida por el tercer recorrido de señalización 130. La figura 2 es un diagrama de bloques de la red de antenas en fase usada por la unidad de abonado 115 de la figura 1 capaz de dirigir el haz asociado, donde la dirección se reali-za por desfase de las señales RF a/de los elementos de antena que componen la red de antenas 200. La red de antenas en fase 200 se compone de subcon untos de antena 205. Cada subconjunto de antena 205 incluye un elemento de antena 210, duplexador 215, y desplazador de fase 220. Se utiliza una señal de con-trol 225 para regular los desfases impuestos por cada uno de los desplazadores de fase 220. En modo de transmisión, los subconjuntos 205 de la red de antenas en fase 200 reciben una señal 230. La señal es desplazada en fase por los desplazadores de fase 220 de una manera en la que, cuando se combinan los haces de todos los elementos de antena 210, el haz efectivo resultante (no representado) se dirige como se define por las señales de control 225. La señal 230 pasa de los desplazadores de fase 220 a los elementos de antena 210 a través de los duplexadores 215, que están en un modo de transmisión. En modo de recepción, los elementos de antena 210 reciben señales RF más fuertemente de una dirección definida por las mismas señales de control 225. Los elementos de antena 210 proporcionan las señales recibidas a los duplexadores 215, que se ponen en un modo de recepción para permitir que la señal RP recibida pase a los desplazadores de fase 220. Los desplazado-res de fase 220 proporcionan señales 230, que han sido desplazadas en fase, a un sumador (no representado) para reconstruir la señal . La señal reconstruida es procesada después por un receptor (no representado) . COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Recientemente, experimentos para determinar ganancia óptima entre una unidad de abonado y una torre de antena han mostrado que, al utilizar señales de transmisión de frecuencias diferentes, la dirección de señalización óptima varía pa-ra las frecuencias diferentes. En tecnología CDMA, como se define para una unidad de abonado, las señales de recepción (Rx) son del orden de entre 1930-1990 MHz, y las señales de transmisión (Tx) se extiende de 1850-1910 MHz. Se realizaron más pruebas para determinar si los recorridos de señalización óp-timos difieren para las señales Tx y Rx de la tecnología CDMA, como en el caso de transmitir señales que tienen frecuencias diferentes. Estos experimentos adicionales demostraron que, de hecho, los recorridos óptimos de señalización entre una unidad de abonado y una torre de antena de estación base son dependientes de la frecuencia, afectando a los recorridos de seña-lización de señales Tx y Rx. Se ha determinado que al menos una razón de las diferentes direcciones óptimas de señalización para señales a frecuencias diferentes es producida por ángulos diferentes de refracción cuando las señales avanzan entre la torre de antena y la antena de unidad de abonado. Por ejemplo, en tecnología CDMA., cuando las señales Tx y Rx avanzan a través de un vidrio de una ventana de un edificio de oficinas, las señales Tx "se curvan" en un primer ángulo y las señales Rx "se curvan" en un segundo ángulo. Los ángulos diferentes de refracción también pueden dar lugar a que las señales tomen múltiples trayectos dentro de una oficina en la que reside la unidad de abonado. Además, las señales Tx y Rx se curvan alrededor de objetos de fuera del edificio de oficinas en ángulos diferentes, lo que puede ser otra fuente de diferencia en los recorridos de transmisión. El resultado neto de las diferencias de ángulos y trayectos múltiples es en el mejor de los casos una reducción de la relación de señal a ruido (SNR) y en el peor de los casos una interferencia que produce disrupción en la comunicación. En tecnología de antenas direccionales , hay un supuesto de que las direcciones óptimas de las señales que avanzan en los enlaces directos e inversos son a lo largo del mismo recorrido. Así, una vez que una dirección ha sido seleccionada, típicamente en base a la relación de señal a ruido (SNR) Rx, la dirección seleccionada se utiliza para ambas señales Tx y Rx. Aunque se puede considerar que la dirección seleccionada es óptima para uno de los enlaces, la dirección seleccionada de la directividad de la antena puede ser subóptima para el otro enlace, como se observó durante los experimentos explicados anteriormente . En general, la presente invención proporciona una unidad de abonado con una capacidad de transmitir y recibir señales simultáneamente en direcciones diferentes para permitir ganancia óptima en ambas direcciones. De esta forma, se puede compensar los efectos de refracción y trayectos múltiples que re-sultán de señales de comunicación que operan a frecuencias diferentes para mejorar la ganancia en enlaces directos e inversos . Por consiguiente, la presente invención incluye una antena directiva que tiene múltiples elementos de antena dispues-tos en una red de antenas. Los componentes selectivos de frecuencia están acoplados a respectivos elementos de antena, donde los componentes selectivos de frecuencia proporcionan discriminación de frecuencia simultánea. Al menos dos estructuras de ponderación están acopladas a los componentes selec-tivos de frecuencia para producir haces dirigibles independientemente que tienen señales separadas espectralmente .
Los componentes selectivos de frecuencia pueden estar diseñados para transmitir y recibir señales, por ejemplo, en un sistema CDMA en el que las bandas de señales de transmisión y recepción están separadas. Los componentes selectivos de fre-cuencia también pueden estar diseñados para separar señales de la misma dirección que tienen frecuencias diferentes. Los componentes selectivos de frecuencia también pueden separar más de dos señales, en cuyo caso más de dos elementos de desplazamiento de fase están acoplados a los componentes selectivos de frecuencia. Los componentes selectivos de frecuencia pueden constar de una tecnología impresa o no impresa, o su combinación. Las estructuras de ponderación pueden incluir elementos de desfase para dirigir los haces independientemente. Señales de control independiente establecen desfases respectivos. Las estructuras de ponderación pueden incluir además al menos un componente amplificador de ganancia variable para amplificar independientemente las señales recibidas por o transmitidas por los respectivos elementos de antena. Teniendo más de un componente amplificador de ganancia variable asociado con cada elemento de antena, se puede optimizar las formas respectivas de los haces . La antena directiva puede incluir además un combinador asociado con cada haz producido para combinar señales transmi-tidas o recibidas por los elementos de antena. Teniendo haces configurables y dirigibles independiente-mente, la antena directiva es atractiva para ser utilizada en un entorno multibanda y/o de trayectos múltiples. En una realización, la unidad de abonado optimiza una configuración de haz de enlace directo (es decir, un haz de recepción, Rx, para recibir señales en el enlace directo) en base a una señal piloto recibida de una estación base. La unidad de abonado también puede optimizar la configuración de haz inversa (es decir, transmitir, Tx) en base a una calidad de señal de una señal dada recibida mediante una métrica de re-alimentación de una estación base por el enlace directo. Además, al mismo tiempo, la unidad de abonado puede dirigir el haz inverso (haz Tx) en la dirección de máxima potencia recibida de una señal de una estación base dada, optimizando al mismo tiempo el haz directo (haz Rx) en una mejor relación de señal a ruido (SNR) o nivel de portadora a interferencia (C/I) . Estas y otras técnicas para determinar la dirección de los haces en enlaces directos e inversos (es decir, haces de recepción y transmisión, respectivamente, desde el punto de vista de la unidad de abonado) se describen en la Solicitud de Patente de Estados Unidos número 09/776.396 presentada el 2 de febrero de 2001, titulada "Método y aparato para realizar re-exploración direccional de una antena adaptativa" de Proctor y otros, cuyas ideas en su totalidad se incorporan aquí por referencia. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los anteriores y otros objetos, características y venta-jas de la invención serán evidentes por la siguiente descripción más detallada de las realizaciones preferidas de la invención, ilustrada en los dibujos anexos en los que caracteres de referencia análogos se refieren a las mismas partes en to-das las distintas vistas. Los dibujos no están necesariamente a escala, recalcándose en cambio que ilustran los principios de la invención. La figura 1 es un diagrama de un entorno en el que está desplegado un sistema de comunicaciones inalámbricas. La figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema de red de antenas en fase de la técnica anterior. La figura 3 es un diagrama de un entorno en el que opera un sistema que emplea los principios de la presente invención.
La figura 4 es un diagrama de bloques de una red de haces independientes dobles usado por el sistema de la figura 3. La figura 5 es un diagrama esquemático detallado de una realización de la red de haces independientes dobles de la figura 4. La figura 6 es un diagrama esquemático de una realización de un componente selectivo de frecuencia utilizado en la red de haces independientes dobles de la figura 5. La figura 7 es un gráfico de respuesta de frecuencia de un componente selectivo de frecuencia típico representado en la figura 6. Y la figura 8 es un diagrama de flujo de una realización de un proceso empleado por el sistema de la figura 3.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA. INVENCIÓN Sigue una descripción de las realizaciones preferidas de la invención. La figura 3 es un diagrama que ilustra un ejemplo de uso de la presente invención. Un ordenador personal portátil 305 está acoplado a través de un cable de antena 310 a una red de antenas 315. La red de antenas 315 es capaz de formar un haz directivo debido a la separación de los elementos de antena 317. Como se representa, la red de antenas 315 proporciona dos haces: un haz de transmisión 320 y un haz de recepción 325. El haz de transmisión 320 se apunta direccionalmente a transmitir una señal 120 a través de una ventana 330 a una torre de antena 105a en una dirección óptima. Igualmente, el haz de recep-ción 325 se apunta direccionalmente para recibir un haz de recepción 125 de la torre de antena 105a a través de la ventana 330 en una dirección óptima. En el caso de CDMA para una unidad de abonado, las señales de transmisión (Tx) operan a 1850-1910 MHZ y las señales de recepción (Rx) operan entre 1930-1990 MHZ . La diferencia en frecuencias entre estas dos señales es suficiente para producir, por ejemplo, una diferencia en el ángulo de refracción de las señales que se transmiten a través de la ventana 330, entre otras diferencias direccionales . Para optimizar la rela-ción de señal a ruido y mitigar los efectos de trayectos múltiples y otras interferencias de señal, la red de antenas es capaz de proporcionar simultáneamente los haces Tx y Rx, a la vez que utiliza la misma red de antenas 315. Para optimizar el ángulo del haz de recepción, el sistema que controla el ángulo del haz de recepción puede usar la re-lación de señal a ruido (SNR) de señales recibidas como un parámetro para determinar el mejor ángulo del haz de recepción. Un método que se puede usar para optimizar el ángulo de mira de recepción se describe en la Patente de Estados Unidos número 6.100.843 y la Solicitud de Patente de Estados Unidos reíacionada número 09/616.588, presentada el 14 de julio de 2000, titulada "Antena adaptativa para usar en red de la misma frecuencia", de Proctor y otros; las ideas completas de ambas se incorporan aquí por referencia. Para optimizar el ángulo del haz de transmisión, el sis-tema que controla el ángulo del haz de transmisión transmite una señal a ángulos diferentes y permite que la estación base (no representada) en la torre 105a efectúe realimentación si la dirección de señalización es óptima. Se puede emplear varias implementaciones de transmitir y realimentar señales para determinar el ángulo óptimo del haz de transmisión, tales como las descritas en la Solicitud de Patente de Estados Unidos número 09/776.396 presentada el 2 de febrero de 2001, titulada "Método y aparato para realizar re-exploración direccional de una antena adaptativa", de Proctor y otros, cuyas ideas en su totalidad se incorporan aquí por referencia. Por ejemplo, como se describe en la Solicitud de Patente de Estados Unidos número 09/776.396, la unidad de abonado puede optimizar la configuración de haz de enlace directo (es decir, el haz Rx) en base a lo bien que la unidad de abonado recibe una señal piloto. La unidad de abonado puede optimizar su configuración del haz de enlace inverso (es decir, haz Tx) en base a la calidad de una señal recibida dada mediante una métrica de realimentación de una estación base dada por el enlace directo. Además, la unidad de abonado puede dirigir el haz de enlace inverso en la dirección de máxima potencia recibida de una señal de una estación base, optimizando al mismo tiempo el haz directo (es decir, el haz Rx) en una mejor relación de señal a ruido (SNR) o nivel de portadora a interferencia (C/I) . Los principios de la presente invención son útiles en sistemas en los que se utilizan señales de frecuencias diferentes. Por ejemplo, además de un sistema que tiene haces de transmisión y recepción que tienen frecuencias diferentes, el sistema se puede usar para transmitir dos señales a dos frecuencias diferentes. Además, se puede usar una señal de recep-ción y dos señales de transmisión separadas espectralmente , donde se puede suministrar tres ángulos de haz diferentes por la red de antenas 315 correspondientes a las tres señales. El número de ángulos de haces simultáneos requiere un elemento correspondiente de desplazadores de fase y componentes selec-tivos de frecuencia que proporcionen el mismo número de canales de frecuencia.
La figura 4 es un diagrama de bloques de un sistema usado para proporcionar el haz de transmisión 320 y el haz de recepción 325. Un conjunto de antena 405 incluye un elemento de antena 210, componente selectivo de frecuencia 410, estructura de ponderación de recepción 415, (por ejemplo, desplazador de fase y amplificador y estructura de ponderación de transmisión 420. Las estructuras de ponderación 415, 420 son controladas por respectivas señales de control 425, 435. La estructura de ponderación de recepción 415 soporta una señal de recepción 430, y la estructura de ponderación de transmisión 420 soporta una señal de transmisión 440. El conjunto de antena 405 es uno de un número n de conjuntos de antena 405 que componen la red de antenas 315 (figu-ra 3) . El número de estructuras de ponderación 415, 420 en cada conjunto de antena 405 determina el número de haces que pueden ser generados simultáneamente a ángulos y/o configuraciones diferentes por la red de antenas 315. El componente selectivo de frecuencia 410 proporciona discriminación entre se-ñales a frecuencias diferentes. Pre eriblemente, el componente selectivo de frecuencia 410 proporciona medios pasivos para dividir las señales a frecuencias diferentes, para minimizar la potencia requerida por el conjunto de antena 405. El control independiente de las estructuras de pondera-ción 415, 420 lo facilita el controlador 445, que genera las señales de control de recepción 425 y las señales de control de transmisión 435. El controlador 445 puede incluir la inteligencia para proporcionar el ángulo y/o configuración para el haz de transmisión 320 y el haz de recepción 325 (figura 3) , o un sistema local (por ejemplo, un ordenador portátil 305) pue-de proporcionar la inteligencia para determinar los ángulos y/o configuraciones óptimos de los haces. En tal realización, el sistema local proporciona después al controlador 445 la información de ángulo y/o configuración óptimos, que, a su vez se suministra a las estructuras de ponderación 415, 420. La figura 5 es un diagrama esquemático de una realización más amplia del sistema de red de haces independientes dobles de la figura 4. Según los principios de la presente invención, un haz de transmisión 320 y un haz de recepción 325 pueden ser dirigidos independiente y simult neamente por la misma red de antenas 315 (figura 3) . El sistema de red de haces independientes dobles 500 incluye múltiples redes de formación de haz de transmisión/recepción 505. Cada red 505 incluye un elemento de antena 510, componente selectivo de frecuencia 515, y estructuras de ponderación de recepción y transmisión 415, 420, respectivamente. En esta realización, las estructuras de ponderación de recepción 415 incluyen un amplificador de ruido bajo y ganancia variable de recepción, 520 y un desplazador de fase de recepción 522. Las estructuras de ponderación de transmisión 420 incluyen un amplificador de bajo ruido y ganancia variable de transmisión 525.
Los amplificadores 520, 525 en las redes 505 proporcionan mejor rendimiento a un gasto posiblemente más alto que tener amplificadores de recepción y transmisión únicos situados más lejos de los elementos de antena 510. Sin embargo, puesto que los haces son directivos, teniendo ganancia más alta en la dirección del haz máximo, los amplificadores 520, 525 no tienen necesariamente que ser de alta potencia, como podría suceder en el caso de una antena omnidireccional , de modo que el costo por amplificador puede ser relativamente barato. Alternativamente, los amplificadores de bajo ruido 520 y los amplificadores de potencia 525 podrían estar detrás del combinador 530 y 535. El sistema 500 puede ser menos caro debido a una implementación de un solo amplificador, pero probablemente tendría peor rendimiento que la realización de ampli-ficadores distribuidos representada. Los desplazadores de fase 522, 527 pueden ser desplazado-res de fase genéricos o del tipo descrito en la Solicitud de Patente de Estados Unidos número 09/774.534 presentada el 31 de enero de 2001, titulada "Desplazador de fase electrónico con mejor rendimiento de desplazamiento de fase", de Chiang y otros, cuyas ideas en su totalidad se incorporan aquí por referencia . Un primer combinador 530 transmite señales a las N porciones de transmisión de las redes de formación de haz 505. Un segundo combinador 535 recibe señales de las N porciones de recepción de las redes de formación de haz 505. El combinador puede ser un combinador típico, tal como un combinador de potencia Wilkinson. Además, los elementos de antena 510 pueden ser elementos de antena genéricos capaces de ser utilizados en una red de antenas para otro tipo de antenas de formación de haz, tal como las antenas mostradas y descritas en la Solicitud de Patente de Estados Unidos número 09/773.277, presentada el 31 de enero de 2001, titulada "Antema dipolo apilada para uso en sistemas de comunicaciones inalámbricas", de Chiang y otros, y la Solicitud de Patente de Estados Unidos número 09/773.377, presentada el 31 de enero de 2001, titulada "Circuito impreso de dipolo vertical de perfil bajo", de Gothard y otros, cuyas ideas completas se incorporan aquí por referencia. Además, los componentes selectivos de frecuencia 515 pue-den ser de varios tipos, incluyendo tipos imprimibles y no impresos. Sin embargo, es importante que los componentes selectivos de frecuencia 515 proporcionen suficiente aislamiento de banda de frecuencia para no dejar salir señales Tx y Rx a otro, creando por ello ruido de señal. En la figura 6 se representa un ejemplo de un componente selectivo de frecuencia impreso. Con referencia a la figura 6, el componente selectivo de frecuencia 315 incluye dos híbridos de 90 grados 605, dos filtros de paso bajo (LPF) 610, y un desplazador de fase de 180 grados, de valor fijo 615. La señal recibida del elemento de antena 150 se dirige a un primer híbrido de 90 grados 605 y envía a un amplificador de ruido bajo (LNA) 320a. La señal recibida amplificada se envía a un receptor (no representado) para procesado adicional. Un transmisor (no representado) proporciona una señal al amplificador de potencia (PA) 320b. La señal de transmisión amplificada es procesada por el componente selectivo de frecuencia 315 y enviada al elemento de antena 510 (no representado) . La señal que se transmite por la antena está preferiblemente aislada por el componente selectivo de frecuencia 315 del amplificador de ruido bajo 320a. El componente selectivo de frecuencia 315 es de bajo costo, pero no puede proporcionar el mismo nivel de rendimiento que otros posibles componentes selectivos de frecuencia. Por ejemplo, el componente selectivo de frecuencia 315 no proporciona un alto grado de aislamiento entre las señales de transmisión y recepción dentro de 80 MHz una de otra a causa de su baja característica Q. Sin embargo, dado que el componente selectivo de frecuencia se puede imprimir, es pequeño y barato de hacer. Un ejemplo de componente selectivo de frecuencia alterna-tivo se puede adquirir en el mercado de Agilent® Technologies, que se denomina un resonador acústico volumétrico de película fina (FBAR) , que proporciona un filtro de Q alto en un perfil de paquete pequeño. Un HPMD-7903 es un ejemplo de tal FBAR du-plexado y es relativamente pequeño. El HPMD-7903 tiene buenas características de rendimiento, pero es más caro que el componente selectivo de frecuencia imprimible de la figura 6.
Otra realización alternativa del componente selectivo de frecuencia 315 es un duplexador cerámico. Un duplexador cerámico (i) tiene una característica de filtro de Q alto y alto rendimiento, (ii) es relativamente barato, pero (iii) es rela-tivamente grande. Otras características de rendimiento a considerar al seleccionar un componente selectivo de frecuencia incluyen características de pérdida por introducción, bloqueo de ruido, manipulación de potencia, anchuras de banda de transmisión y recepción, aislamiento entre canales, ondulación en banda, impedancia, y temperatura. La figura 7 es un gráfico de respuesta de frecuencia ejemplar 700 de un componente selectivo de frecuencia 315. El gráfico de respuesta de frecuencia 700 indica las regiones de banda de paso de la banda de paso de recepción 705a y la banda de paso de transmisión 705b. Las características de transmisión y recepción son para una unidad de abonado en un sistema CDMA, en el que la banda de transmisión se especifica entre 1850-1910 MHZ y, la banda de recepción se especifica entre 1930-1990 MHZ. La figura 8 es un diagrama de flujo de una realización de un proceso 800 empleado por el sistema de red de haces independientes dobles 500 (figura 5) . El proceso 800 comienza en el paso 805. En el paso 810, el proceso 800 determina si se ha recibido una señal de control para regular la dirección del haz de recepción de la red de antenas. En caso afirmativo, en el paso 815, el proceso 800 controla el estado de las estruc-turas de ponderación de recepción 415 (figura 5) acopladas a una red de antenas. En caso negativo, el proceso 800 continúa después en el paso 820. En el paso 820, el proceso 800 determina si se ha recibí-do una señal de control para regular la dirección del haz de transmisión. En caso afirmativo, el proceso 800 continúa después en el paso 825, en el que el proceso 800 controla el estado de las estructuras de ponderación de transmisión 420 (figura 5) acopladas a la misma red de antenas. El proceso 800 continúa en el paso 810, a no ser que o hasta que el sistema se apague . Realizaciones alternativas del proceso 800 pueden incluir otros pasos u otros puntos de decisión para controlar la red de antenas 315 (figura 3) (i) de la manera explicada anterior-mente, tal como controlando los amplificadores 520, 525 (figura 5) , o (ii) de manera no descrita pero conocida comúnmente en la técnica para control de haces directivos. El proceso 800 lo puede ejecutar el controlador 445 (figura 4) o un controlador maestro, tal como un controlador en el ordenador personal 305 (figura 3) . Aunque esta invención se ha mostrado y descrito con detalle con referencias a sus realizaciones preferidas, los expertos en la materia entenderán que se puede hacer varios cambios en la forma y detalles sin apartarse del alcance de la inven-ción abarcado por las reivindicaciones anexas.