專利名稱：蜂窩信號(hào)增強(qiáng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及無(wú)線通信，尤其涉及通過(guò)增強(qiáng)受限覆蓋區(qū)域內(nèi)的用戶單元所接收到(或傳送)的信號(hào)，來(lái)擴(kuò)展用于用戶單元的業(yè)務(wù)覆蓋。
背景技術(shù)：
無(wú)線通信系統(tǒng)已經(jīng)非常普遍，用戶也越來(lái)越多地依賴于無(wú)線通信系統(tǒng)的有效性、并對(duì)其提出了更高的要求。許多用戶依賴于無(wú)線通信的能力而不考慮陸線電話業(yè)務(wù)的有效性。這些無(wú)線通信系統(tǒng)能夠用于在業(yè)務(wù)和用戶之間通信聲音和/或數(shù)據(jù)。由于很多這些系統(tǒng)現(xiàn)在依賴數(shù)字通信形式，所以聲音和數(shù)字傳輸主要靠信息速率來(lái)區(qū)別。雖然無(wú)線通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)覆蓋已在高速擴(kuò)大，但是仍存在許多的受限覆蓋區(qū)域。每個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)通常包括用于向用戶的用戶單元傳輸無(wú)線信號(hào)和從用戶的用戶單元接收無(wú)線信號(hào)傳送的多個(gè)基站。例如，這些通信系統(tǒng)包括，運(yùn)行在頻率大約為800MHz的蜂窩傳輸，在美國(guó)(US)運(yùn)行在頻率大約為1900MHz的個(gè)人通信業(yè)務(wù)(PCS)傳送以及世界各地其它的無(wú)線移動(dòng)通信應(yīng)用。
每個(gè)固定位置基站具有一個(gè)或多個(gè)覆蓋區(qū)域，通常稱為小區(qū)。擁有用戶單元，例如蜂窩電話，的移動(dòng)用戶，能夠接收來(lái)自基站的信號(hào)也能向基站傳送信號(hào)。移動(dòng)用戶也可以使用其他類型的便攜式用戶單元，諸如在工業(yè)界被稱為個(gè)人數(shù)字助理(PDA)的相對(duì)小的計(jì)算機(jī)，或者在工業(yè)界被稱為手提電腦的更大的便攜式計(jì)算機(jī)，其具有通過(guò)無(wú)線方式與基站通信的能力。數(shù)字覆蓋通常在規(guī)定的覆蓋區(qū)域內(nèi)效果最好，但是它甚至在覆蓋區(qū)域內(nèi)也可能被阻擋或削弱。眾所周知，覆蓋區(qū)域可能包括被山坡或其他建筑物遮蔽的地方，也可能在小區(qū)邊緣、小區(qū)之間、或者在小區(qū)范圍之外存在這樣的區(qū)域，在其中用戶接收信號(hào)時(shí)斷時(shí)續(xù)或者接收不到信號(hào)。例如，覆蓋區(qū)域可能包括建筑物，由于信號(hào)衰減和信號(hào)在建筑物內(nèi)穿過(guò)和傳播時(shí)的散射，在建筑物空間內(nèi)的信號(hào)覆蓋通常弱于建筑物周圍的外部空間。還可能希望將基站的覆蓋擴(kuò)展到特定的用戶位置，但至少到現(xiàn)在，這種做法并沒有證明通過(guò)建設(shè)另外一個(gè)基站或者永久中繼器將覆蓋擴(kuò)展到所述用戶位置是正確的。
所謂的“中繼器”單元已經(jīng)被設(shè)計(jì)用來(lái)提供對(duì)于希望的擴(kuò)展的覆蓋的一個(gè)解決方案，它通常位于永久位置的塔樓上。這些中繼器以以下方式工作，即在第一或施主(donor)天線上接收從基站傳送的信號(hào)，然后從第二或服務(wù)器天線向用戶再輻射或再傳送放大的信號(hào)。用戶的傳送被服務(wù)器天線接收，被施主天線放大并然后再傳送到基站。中繼器可以用于將基站覆蓋擴(kuò)大至超過(guò)正常小區(qū)覆蓋范圍的區(qū)域或用于向小區(qū)覆蓋區(qū)域內(nèi)的被遮蔽位置提供足夠的信號(hào)以為用戶提供期望的覆蓋。室外中繼器通常安裝在固定位置，諸如微型小區(qū)塔樓，其安裝成本較貴，通常不由用戶安裝。
單獨(dú)中繼器單元或由一個(gè)或多個(gè)中繼器單元和光纖或同軸電纜的信號(hào)分配網(wǎng)絡(luò)組成的子系統(tǒng)可以被專門指定用于提供建筑物或其他結(jié)構(gòu)，例如隧道，內(nèi)部的覆蓋。這些中繼器通常在被覆蓋的結(jié)構(gòu)外部有一個(gè)施主天線，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部有一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器天線。
在運(yùn)行時(shí)，中繼器產(chǎn)生有限的傳送能量，其被反饋或耦接至各第一和第二天線。第一和第二中繼器天線之間的隔離通常被定義為再傳送輸出功率比耦接的輸入功率的量度，通常用分貝(DB)表示。由于在中繼器中存在反饋或耦接的干擾，所以存在這樣的可能性，即在某些條件下出現(xiàn)產(chǎn)生振蕩的不穩(wěn)定運(yùn)行。為了避免在中繼器中出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，中繼器的信號(hào)幅值增益不能大于兩個(gè)中繼器天線之間的隔離。
室外中繼器的放大器增益值通常在85至95dB的等級(jí)，施主天線增益值在23至25dBi的等級(jí)，服務(wù)器天線增益值在15至18dBi的等級(jí)。用于這些增益值范圍的相應(yīng)凈信號(hào)增益和最小隔離為123至138dB。當(dāng)前典型設(shè)備的合成射頻(RF)輸出功率邊界值在施主端可以為+20dBm，在服務(wù)器端可以為+43dBm。
典型的室外中繼器為蜂窩或PCS業(yè)務(wù)中頻率分配的子部分提供運(yùn)行增益。頻率分配的子部分的使用能夠?qū)⒅欣^器的運(yùn)行限制到特定業(yè)務(wù)區(qū)域內(nèi)擁有許可證的業(yè)務(wù)提供商子集。這種限制可能導(dǎo)致需要用于向移動(dòng)用戶提供覆蓋的附加設(shè)備和不動(dòng)資產(chǎn)。
顯然，為了用戶的利益，下行鏈路路徑上的中繼器必須向用戶的用戶單元提供與沒有中繼器的情況下到達(dá)該用戶單元的信號(hào)幅度相比更大的信號(hào)幅值。存在中繼器必須提供的最小凈信號(hào)增益，以提供優(yōu)點(diǎn)。和原始信號(hào)的傳播損耗相比，凈信號(hào)增益必須克服環(huán)境中傳播的波的接收和再傳送的有效信號(hào)損耗。因此，沒有有源或電子信號(hào)增益、并僅僅依賴于天線增益的無(wú)源中繼器不能在室外環(huán)境下提供優(yōu)點(diǎn)。在室外環(huán)境下，有源增益可以大于70dB，其中中繼器信號(hào)覆蓋擴(kuò)展經(jīng)常超過(guò)一英里的距離。
要求室外中繼器擴(kuò)展無(wú)線信號(hào)覆蓋低于10GHz就導(dǎo)致了使用較大的天線和使用較貴的電子儀器，需要擁有或租賃不動(dòng)產(chǎn)，并且需要可以是塔樓或建筑物的安裝結(jié)構(gòu)。業(yè)務(wù)提供商通常以某種方式通過(guò)直接擁有或通過(guò)租賃來(lái)負(fù)擔(dān)這些花費(fèi)。
將信號(hào)覆蓋擴(kuò)展至不充分覆蓋的區(qū)域，諸如用戶的建筑物內(nèi)部，可能導(dǎo)致很多問(wèn)題，這是因?yàn)樵俜峙湫枰浅８叩脑鲆?，這反過(guò)來(lái)可能導(dǎo)致可能在通信系統(tǒng)中引起振蕩和/或不希望的噪聲的不穩(wěn)定。而且，用戶可能暫時(shí)處于一個(gè)位置，并且在任何情況下，用戶希望在任何可能的地方獲得覆蓋擴(kuò)展，而不需要大量的設(shè)置或安裝成本或業(yè)務(wù)。如以下將結(jié)合圖3-13更詳細(xì)地描述的那樣，常規(guī)的“個(gè)人”中繼器已經(jīng)試圖解決這個(gè)信號(hào)覆蓋擴(kuò)展問(wèn)題，但至今在市場(chǎng)上只取得了有限的成功。
綜上所述，可以看出需要能夠以降低的成本和用戶簡(jiǎn)單使用而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展用于基站應(yīng)用的用戶覆蓋。也希望提供能夠如用戶希望地那樣單獨(dú)定位的便攜、低成本，增強(qiáng)的區(qū)域覆蓋。此外，還存在這樣的需求，即以不導(dǎo)致信號(hào)不穩(wěn)定的方式提供擴(kuò)展的用戶覆蓋，其中信號(hào)不穩(wěn)定可能在無(wú)線通信系統(tǒng)中產(chǎn)生振蕩或干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)增強(qiáng)由希望的受限覆蓋區(qū)域內(nèi)用戶接收的信號(hào)，將無(wú)線通信的業(yè)務(wù)覆蓋擴(kuò)展到用戶單元，例如蜂窩電話或其他類型的無(wú)線通信設(shè)備。例如，增強(qiáng)是指信號(hào)功率電平的增加，以允許蜂窩電話在原始蜂窩信號(hào)弱的地方的使用，并且可能受益于提高的覆蓋的區(qū)域或空間相對(duì)于宏基站(macro base station)的覆蓋來(lái)說(shuō)比較小。需要擴(kuò)展的業(yè)務(wù)覆蓋的區(qū)域可以在室內(nèi)環(huán)境中，諸如住宅，小型辦公室，或家庭辦公環(huán)境，或者局部室外環(huán)境，諸如特殊活動(dòng)的舉辦地。
對(duì)于本發(fā)明的一方面，無(wú)線基站信號(hào)能夠被雙向放大器有源地增強(qiáng)，雙向放大器接收基站信號(hào)、放大信號(hào)功率、并經(jīng)由下行鏈路信號(hào)路徑將放大的信號(hào)再傳送至附近的用戶的用戶單元。雙向放大器，通常被稱為BDA，也接收用戶信號(hào)、放大信號(hào)功率、并經(jīng)由第二上行鏈路信號(hào)路徑將放大的信號(hào)再傳送至基站。
BDA能夠提供在用于特定無(wú)線通信業(yè)務(wù)的完整頻率分配上的雙向運(yùn)行，也能夠與一個(gè)或多個(gè)同時(shí)用戶運(yùn)行；每個(gè)用戶通常具有用戶單元或終端，其中在多用戶中，系統(tǒng)接入?yún)f(xié)議可以不同。例如，BDA的雙向運(yùn)行可以包括整個(gè)被準(zhǔn)許的US PCS頻譜，并能夠與一個(gè)或多個(gè)擁有CDMA、GSM或IS-136系統(tǒng)接入?yún)f(xié)議的同時(shí)用戶協(xié)作運(yùn)行。
BDA可以耦接在“施主”雙極化天線和“服務(wù)器”雙極化天線之間。施主雙極化天線可以(1)接收用于傳送到下行鏈路信號(hào)路徑的基站信號(hào)，以及(2)響應(yīng)于從上行鏈路信號(hào)路徑接收該放大的信號(hào)，向基站傳送用戶信號(hào)的放大版本。服務(wù)器雙極化天線可以(1)接收用于傳送到上行鏈路信號(hào)路徑的用戶信號(hào)，以及(2)用于響應(yīng)于從下行鏈路信號(hào)路徑接收該放大的信號(hào)，向用戶的用戶單元傳送基站信號(hào)的放大版本。因此，BDA能夠在施主天線和服務(wù)器天線之間傳遞上行鏈路和下行鏈路路徑信號(hào)。
BDA通常被包含在單個(gè)用戶便攜單元中，其中該便攜單元具有有一定尺寸和重量的殼體，用于支持用戶將便攜單元從一個(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方。對(duì)于本發(fā)明的典型方面，施主和服務(wù)器雙極化天線可以安裝在便攜單元的殼體的相對(duì)表面上。這使得安裝在殼體一個(gè)表面上的天線在與安裝在另一表面上的天線輻射能量的方向相反的方向上輻射能量。雙極化天線能夠利用正交極化接收和傳送各自上行鏈路和下行鏈路信號(hào)，以增加信號(hào)的隔離。
為了支持便攜單元在不同位置的運(yùn)行，基于用戶對(duì)便攜單元的移動(dòng)，便攜單元可以包括支持用于BDA的可變?cè)鲆婵刂频淖詣?dòng)設(shè)置或初始化程序。響應(yīng)于從無(wú)供能狀態(tài)向單元提供電能，該可變?cè)鲆婵刂葡到y(tǒng)能夠增大BDA的下行鏈路和上行鏈路路徑上的信號(hào)幅度增益，直到達(dá)到一個(gè)預(yù)定的運(yùn)行信號(hào)電平或者直到在下行鏈路信號(hào)路徑上接收到最大預(yù)定信號(hào)幅度增益電平。一旦達(dá)到初始化狀態(tài)，可變?cè)鲆婵刂葡到y(tǒng)能夠監(jiān)控和調(diào)整BDA的下行鏈路和上行鏈路路徑的輸出功率電平，以維持初始化運(yùn)行電平。
對(duì)于本發(fā)明的另一方面，便攜信號(hào)增強(qiáng)器包括具有一對(duì)相對(duì)朝向表面的殼體，和安裝到殼體的每個(gè)表面的雙極化天線，用于在與安裝在另一表面的天線的方向輻射能量的方向相反的方向上輻射能量。每一雙極化天線可以包括具有第一極化狀態(tài)的第一天線元件和具有第二極化狀態(tài)的第二天線元件。第一極化狀態(tài)和第二極化狀態(tài)不同，以實(shí)現(xiàn)第一天線元件所接收的信號(hào)和第二天線元件所輸出的信號(hào)的隔離。
該信號(hào)增強(qiáng)器還可以包括安裝在殼體內(nèi)、用于放大在下行鏈路信號(hào)路徑上傳遞的信號(hào)的BDA，其中下行鏈路信號(hào)路徑在殼體的相對(duì)朝向表面的每一表面上的雙極化天線之間延伸。該BDA也能夠放大在上行鏈路信號(hào)路徑上傳遞的信號(hào)，其中上行鏈路信號(hào)路徑在殼體的相對(duì)朝向表面的每一表面上的雙極化天線之間延伸。
下行鏈路信號(hào)路徑和上行鏈路信號(hào)路徑通常各自包括下行鏈路濾波器和上行鏈路濾波器，用于定義用于BDA的全帶寬信號(hào)路徑。下行鏈路濾波器和上行鏈路濾波器都包括信號(hào)延遲最優(yōu)化特性，以使這些信號(hào)路徑中的群時(shí)延最小。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)隨后的詳細(xì)描述并參照附圖很容易的得出。


圖1表示在典型基站環(huán)境中的無(wú)線通信覆蓋。
圖2表示在基站環(huán)境中通信覆蓋的限制。
圖3表示用于圖1所示基站的受限信號(hào)覆蓋區(qū)域的一種常規(guī)解決方案。
圖4表示用于圖1所示基站的受限信號(hào)覆蓋區(qū)域的另一常規(guī)解決方案。
圖5表示用于圖1所示基站的受限信號(hào)覆蓋區(qū)域的再一常規(guī)解決方案。
圖6為用于具有受限信號(hào)覆蓋的基站的常規(guī)中繼器方案的框圖。
圖7為用于具有受限覆蓋的基站的常規(guī)耦合干擾消除中繼器方案的框圖。
圖8為用于具有受限覆蓋的基站的常規(guī)自適應(yīng)消除中繼器方案的框圖。
圖9為圖8的常規(guī)自適應(yīng)消除中繼器方案的下行鏈路路徑的框圖。
圖10為圖8的常規(guī)自適應(yīng)消除中繼器方案的上行鏈路路徑的框圖。
圖11為用于具有受限覆蓋的基站的另一常規(guī)自適應(yīng)消除中繼器方案的框圖。
圖12為圖8的常規(guī)自適應(yīng)消除中繼器方案的一個(gè)平板模塊的透視圖。
圖13為圖11常規(guī)自適應(yīng)消除中繼器解決方案的一平板模塊的透視圖。
圖14說(shuō)明本發(fā)明示例性實(shí)施例的典型通信覆蓋。
圖15說(shuō)明本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的典型通信覆蓋。
圖16為本發(fā)明示例性實(shí)施例的框圖。
圖17為本發(fā)明的平板示例性實(shí)施例的透視圖。
圖18為典型基站的頻譜圖。
圖19為本發(fā)明示例性實(shí)施例的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。
圖20為說(shuō)明圖19所示示例性實(shí)施例的運(yùn)行的狀態(tài)圖。
圖21為圖19所示示例性實(shí)施例的初始增益控制設(shè)定的時(shí)序圖。
圖22為說(shuō)明圖19所示示例性實(shí)施例的運(yùn)行方法的流程圖。
圖23為表示圖19所示示例性實(shí)施例的運(yùn)行的時(shí)序圖。
圖24為裝有示例增強(qiáng)器單元的建筑物的部分透視圖。
圖25為依照本發(fā)明示例性實(shí)施例構(gòu)造的增強(qiáng)器單元的放大的透視圖。
圖26為圖25所示示例增強(qiáng)器單元的部分分解圖。
圖27為圖25所示部分裝配的示例增強(qiáng)器單元的另一分解圖。
圖28為具有單元安裝支架的圖25所示示例增強(qiáng)器單元的另一透視圖。
圖29A、29B、29C分別為圖25所示示例增強(qiáng)器單元的主視圖，側(cè)視圖和俯視圖。
圖30為圖29A所示示例增強(qiáng)器單元沿30-30線的斷面圖。
圖31為圖29A所示示例增強(qiáng)器單元沿31-31線的斷面圖。
圖32為圖29A所示增強(qiáng)器單元和安裝支架沿32-32線的斷面圖，每一個(gè)均依照本發(fā)明的示例性實(shí)施例構(gòu)造。
圖33為圖32所示示例安裝支架的部分放大斷面圖。
圖34為圖30所示示例增強(qiáng)器單元的部分放大斷面圖。
圖35為帶可選的單元安裝支架的圖25所示示例增強(qiáng)器單元的另一透視圖。
圖36為依照本發(fā)明示例性實(shí)施例構(gòu)造的服務(wù)器雙極化天線的平面圖。
圖37為依照本發(fā)明示例性實(shí)施例構(gòu)造的施主雙極化天線的平面圖。
圖38為帶有可拆卸子單元的可選示例增強(qiáng)器單元的建筑物的部分透視圖。
圖39為圖38所示可選示例增強(qiáng)器單元的放大透視圖。
具體實(shí)施例方式
在后面的描述中，附圖中相同的數(shù)字標(biāo)號(hào)在各個(gè)附圖中代表相同或相似的元件。參照?qǐng)D1，基站或小區(qū)基站(cell site)10包括至少一個(gè)、通常是多個(gè)天線12，其輻射和接收射頻信號(hào)以支持無(wú)線通信。天線或天線陣列12按照常規(guī)的方式安裝在基站塔樓14或類似功能結(jié)構(gòu)上，諸如建筑物。像這里使用的這樣，天線陣列是具有尺寸、間距和照明序列的天線元件的集合，以致各個(gè)輻射體元件的場(chǎng)組合起來(lái)在特定方向上產(chǎn)生最大強(qiáng)度，在其它方向上產(chǎn)生最小場(chǎng)強(qiáng)度。在描述這樣的集合時(shí)，術(shù)語(yǔ)陣列天線和天線陣列可以相互替換使用。
每一基站天線陣列12為移動(dòng)或固定通信系統(tǒng)(圖中未標(biāo)出)的小區(qū)提供覆蓋，諸如用于運(yùn)行在大約800MHz的蜂窩傳送、在美國(guó)(US)運(yùn)行在大約1900MHz的個(gè)人通信業(yè)務(wù)(PCS)傳送或其它具有系統(tǒng)固定或移動(dòng)用戶的無(wú)線通信應(yīng)用，諸如在一個(gè)或多個(gè)覆蓋區(qū)域16里。基站10的覆蓋可能不包括覆蓋區(qū)域16的所有部分。例如，結(jié)構(gòu)或建筑物可能干擾建筑物18處的信號(hào)強(qiáng)度，如圖中所示的覆蓋區(qū)域16的邊緣，但它可以在覆蓋區(qū)域16的任何地方。不過(guò)，足夠的信號(hào)強(qiáng)度可能可用于信號(hào)增強(qiáng)以支持將通信業(yè)務(wù)傳遞到用戶。另一業(yè)務(wù)覆蓋問(wèn)題可能是可用于結(jié)構(gòu)或建筑物22內(nèi)用戶的業(yè)務(wù)，即使該建筑物在覆蓋區(qū)域16內(nèi)。這可能由多種原因造成，諸如建筑物22的構(gòu)造或其它阻擋源或者多路徑信號(hào)干擾，這在沒有信號(hào)增強(qiáng)的情況下又可能導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度不足以被用戶使用。
基站10的業(yè)務(wù)覆蓋的另一限制是自然或人工結(jié)構(gòu)的干擾，諸如山坡或高山24，如圖2所示。山坡24導(dǎo)致干擾從區(qū)域26內(nèi)基站10所輻射的信號(hào)，這稱為遮蔽。沒有增強(qiáng)基站信號(hào)的情況下，到達(dá)陰影區(qū)域26的信號(hào)又將不足以被用戶使用，諸如在建筑物或位置28中。
圖3描述了一種在陰影區(qū)域或地帶26中提供足夠信號(hào)覆蓋的解決方案。中繼器30通常安裝在塔樓32或有類似功能結(jié)構(gòu)上。塔樓通常位于基站10的小區(qū)覆蓋區(qū)域內(nèi)或者離小區(qū)足夠近以致施主天線34上所接收到的信號(hào)強(qiáng)度足以被再輻射或服務(wù)器天線36放大并再傳送至移動(dòng)臺(tái)38，諸如陰影地帶26中的蜂窩電話。移動(dòng)臺(tái)38，也被稱作用戶單元或者終端，可以位于地帶內(nèi)的建筑物(圖中未畫出)內(nèi)，或者可以位于地帶26內(nèi)的某一位置。
圖4描述了用于受限小區(qū)覆蓋區(qū)域16的通信問(wèn)題的另一解決方案。同樣，中繼器30位于如圖所示的覆蓋區(qū)域16的邊緣、或位于區(qū)域16的外部，但是來(lái)自基站10的信號(hào)足以被放大用于再傳送。這里，希望的覆蓋區(qū)域40不是陰影區(qū)域，但是全部或部分位于覆蓋區(qū)域16之外?？梢赃x擇區(qū)域40覆蓋任意用戶永久位置，諸如圖1所示的建筑物或位置20。
如圖5所示，中繼器30通常安裝在固定位置中的塔樓32上。施主天線34面對(duì)基站10，并且通常地，施主天線34和服務(wù)器天線36通過(guò)沿著塔樓32的長(zhǎng)度方向彼此隔開而被物理隔離。中繼器30需要電子設(shè)備42放大和再傳送來(lái)自和送往用戶臺(tái)38的信號(hào)。電子設(shè)備42至少包括放大器對(duì)44和46，一個(gè)用于放大來(lái)自基站10的下行鏈路信號(hào)，一個(gè)用于放大來(lái)自用戶臺(tái)38的上行鏈路信號(hào)。
如圖4和圖5所示，常規(guī)的擴(kuò)展業(yè)務(wù)覆蓋的解決方案通常涉及將業(yè)務(wù)覆蓋擴(kuò)展到相對(duì)廣闊的覆蓋區(qū)域。相反，如下所述，本發(fā)明的示例性實(shí)施例基于使用一個(gè)便攜式信號(hào)增強(qiáng)單元來(lái)提供在相對(duì)更狹小的區(qū)域或空間內(nèi)，通常是室內(nèi)并其覆蓋面積通常最多5000平方英尺，的信號(hào)增強(qiáng)。
圖6描述了常規(guī)中繼器30的結(jié)構(gòu)圖。中繼器30包括施主天線34，其通過(guò)天線共用器濾波器(duplexer filter)48將來(lái)自基站10的下行鏈路信號(hào)耦接至正向頻帶或下行鏈路路徑50。例如，下行鏈路信號(hào)可以在1930至1990MHz的頻帶內(nèi)。下行鏈路信號(hào)被放大器46放大，然后通過(guò)天線共用器濾波器52耦接至服務(wù)器天線36用于傳送給用戶。來(lái)自用戶的傳送信號(hào)被服務(wù)器天線36接收，并通過(guò)天線共用器濾波器52耦接至反向頻帶或上行鏈路路徑54。例如，上行鏈路信號(hào)可以在1850至1910MHz的頻帶內(nèi)，與下行鏈路信號(hào)頻帶相隔20MHz以實(shí)現(xiàn)信號(hào)之間的隔離。上行鏈路信號(hào)被放大器44放大，然后通過(guò)天線共用器濾波器48耦接至施主天線34用于傳送至基站10。
圖6描述的常規(guī)中繼器30使用天線共用器濾波器48和52來(lái)分離上行鏈路54和下行鏈路50路徑信號(hào)，用于放大。常規(guī)中繼器30使用一個(gè)施主天線和一個(gè)服務(wù)器天線，每個(gè)天線具有一個(gè)用于信號(hào)接收和傳送的特性極化。相反，本發(fā)明的示例性實(shí)施例不使用天線共用器濾波器48和52。如以下更詳細(xì)所描述的那樣，這些示例性實(shí)施例通常使用一個(gè)施主天線和一個(gè)業(yè)務(wù)器天線，其中每個(gè)天線具有兩個(gè)特性極化一個(gè)特性極化用于信號(hào)接收，一個(gè)特性極化用于信號(hào)傳送。并且，用于從施主天線傳送信號(hào)的特性極化與用于服務(wù)器天線接收信號(hào)的特性極化不同。同樣的，用于施主天線接收信號(hào)的特性極化與用于從服務(wù)器天線傳送信號(hào)的特性極化不同。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，前述用于通信覆蓋增強(qiáng)和覆蓋擴(kuò)展的場(chǎng)景可以是用于雙向通信，業(yè)務(wù)覆蓋的描述可以適用于上行鏈路信號(hào)和下行鏈路信號(hào)的信號(hào)狀態(tài)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將認(rèn)識(shí)到，通信鏈路設(shè)計(jì)或局部傳播狀態(tài)中的不平衡可能導(dǎo)致對(duì)一個(gè)信號(hào)路徑的偏好勝過(guò)另一個(gè)信號(hào)路徑的上行和下行通信鏈路中暫時(shí)的或長(zhǎng)期的不平衡。
參照?qǐng)D7，描述了常規(guī)耦合干擾消除系統(tǒng)(CICS)中繼器60，諸如在美國(guó)專利US 6385435 B1中描述的。除了針對(duì)中繼器30所描述的那些元件外，中繼器60提供了用于減少中繼器30中的反饋或耦合干擾信號(hào)的電路。中繼器60包括下行鏈路或正向CICS電路塊62和上行鏈路或反向CICS電路塊64。CICS電路塊62和64沒有被詳細(xì)表示，但是每個(gè)塊都包括導(dǎo)頻信號(hào)發(fā)生器和檢測(cè)器，用于檢測(cè)各干擾信號(hào)的存在和幅值，以及在各天線共用器濾波器48和52的輸入端注入消除信號(hào)。天線共用器濾波器48和52以及CICS電路塊62和64增加了不希望的成本、群時(shí)延和信號(hào)增強(qiáng)的復(fù)雜性。
圖7描述的常規(guī)中繼器60使用CICS電路塊62和64來(lái)消除所有的或部分的、中繼器30中不希望的反饋或耦合干擾信號(hào)。相反，本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如此所述，不使用CICS電路或類似電路來(lái)防止或消除一個(gè)信號(hào)增強(qiáng)器單元中不希望的反饋或耦合干擾信號(hào)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，天線共用器濾波器和雙工濾波器(diplexer filter)基本上是相同類型的擁有三個(gè)端口的濾波器。天線共用器濾波器或者雙工濾波器是具有公共端口并具有運(yùn)行通帶的更一般復(fù)用濾波器的特例，其包括具有作為公共端口的運(yùn)行通帶子集的運(yùn)行通帶的兩個(gè)或多個(gè)端口。當(dāng)對(duì)應(yīng)于子集運(yùn)行通帶的兩個(gè)端口分別專門用于傳送和接收RF信號(hào)時(shí)，通常使用術(shù)語(yǔ)天線共用器濾波器。術(shù)語(yǔ)雙工濾波器可更通常用于兩個(gè)頻帶分離的RF信號(hào)，其中這兩個(gè)頻帶分離的RF信號(hào)都用于接收或傳送目的。術(shù)語(yǔ)天線共用器濾波器可以等價(jià)的用來(lái)描述雙工濾波器。
參照?qǐng)D8，描述了常規(guī)的自適應(yīng)消除中繼器70，諸如在PCT公開WO01/52447A2中描述的。中繼器70包括施主傳送(Tx)和接收(Rx)天線72，它將接收到的下行鏈路信號(hào)F2饋送到天線共用器濾波器(D)74，天線共用器濾波器(D)74將下行鏈路信號(hào)F2耦接至自適應(yīng)消除電路塊(AC BLOCK)76。AC BLOCK 76生成負(fù)信號(hào)，其與信號(hào)F2結(jié)合以消除來(lái)自信號(hào)F2的反饋信號(hào)或成分。信號(hào)F2也在AC BLOCK 76中被放大，然后被耦接至濾波器(F)78，濾波器通常是帶通濾波器。ACBLOCK 76和濾波器78組成下行鏈路信號(hào)路徑80的有源元件。濾波器78保護(hù)AC BLOCK 76內(nèi)的放大器不受上行鏈路路徑上信號(hào)功率的影響。濾波器78將信號(hào)F2耦接至天線共用器濾波器(D)82，天線共用器濾波器(D)82將信號(hào)F2耦接至第二服務(wù)器傳送(Tx)和接收(Rx)天線84。天線84將放大的下行鏈路信號(hào)F2傳送至用戶。
用戶傳送用于傳送到基站的信號(hào)F1，其被天線84接收，并被耦接至天線共用器濾波器82，天線共用器濾波器82將信號(hào)F1耦接至上行鏈路路徑88中的自適應(yīng)消除電路塊(AC BLOCK)86。AC BLOCK86的工作原理與AC BLOCK 76相同。濾波器90，通常是帶通濾波器，保護(hù)AC BLOCK 86中的放大器不受下行鏈路路徑上信號(hào)功率的影響。濾波器90將信號(hào)F1耦接至天線共用器濾波器74，天線共用器濾波器74將信號(hào)F1耦接至施主傳送(Tx)和接收(Rx)天線72。天線72將放大的上行鏈路信號(hào)F1傳送至基站。
圖9描述了AC BLOCK 76的工作過(guò)程。下行鏈路信號(hào)F2在求和節(jié)點(diǎn)92與AC BLOCK 76中構(gòu)造的調(diào)制的信號(hào)結(jié)合。調(diào)制的信號(hào)被設(shè)計(jì)為破壞性地干擾信號(hào)F2的反饋信號(hào)部分。信號(hào)F2被數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)94數(shù)字采樣并進(jìn)一步處理。DSP94計(jì)算中間信號(hào)并將其耦接至調(diào)制器(MOD)96。信號(hào)F2已經(jīng)通過(guò)濾波器(F)98并已經(jīng)被放大器(A)100放大后，向MOD96輸入信號(hào)F2的樣本信號(hào)。MOD96根據(jù)兩個(gè)輸入產(chǎn)生破壞性的調(diào)制的信號(hào)，并將其耦接至節(jié)點(diǎn)92。
圖10描述了AC BLOCK 86的工作過(guò)程。像AC BLOCK 76一樣，AC BLOCK 86在調(diào)制器(MOD)102內(nèi)產(chǎn)生調(diào)制的信號(hào)，用來(lái)破壞性的干擾信號(hào)F1中的反饋信號(hào)部分。調(diào)制的信號(hào)在求和節(jié)點(diǎn)104與信號(hào)F1結(jié)合。信號(hào)F1被數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)106數(shù)字采樣并進(jìn)一步處理。DSP106計(jì)算中間信號(hào)并將其耦接至MOD102。信號(hào)F1已經(jīng)通過(guò)濾波器(F)108并已經(jīng)被放大器(A)110放大后，向MOD102輸入信號(hào)F1的樣本信號(hào)。MOD102根據(jù)兩個(gè)輸入產(chǎn)生破壞性的調(diào)制的信號(hào)，并將其耦接至節(jié)點(diǎn)104。
中繼器70包括分別耦接在天線共用器濾波器74和82輸出端與放大器98和108輸出端之間的AC BLOCK 76和86。中繼器60在天線共用器濾波器48和52之前注入消除信號(hào)，但是，中繼器70在天線共用器濾波器74和82之后注入自適應(yīng)消除信號(hào)。
參照?qǐng)D11，描述了與中繼器70類似的另一常規(guī)自適應(yīng)消除中繼器120。中繼器120包括用于向基站傳送上行鏈路信號(hào)F1的獨(dú)立施主傳送(Tx)天線122和用于接收來(lái)自基站的下行鏈路信號(hào)F2的獨(dú)立施主接收(Rx)天線124。中繼器120也包括用于向用戶傳送下行鏈路信號(hào)F2的獨(dú)立服務(wù)器傳送(Tx)天線126和用于接收來(lái)自用戶的上行鏈路信號(hào)F1的獨(dú)立服務(wù)器接收(Rx)天線128。除了缺少天線共用器濾波器外，中繼器120在其他所有方面與中繼器70相同。
圖11描述的常規(guī)中繼器120包括4個(gè)天線和2個(gè)完全獨(dú)立的RF路徑。常規(guī)中繼器120使用用于在系統(tǒng)的施主端傳送和接收的獨(dú)立天線，以及用于在系統(tǒng)服務(wù)器端傳送和接收的獨(dú)立天線。如以下更詳細(xì)描述的那樣，本發(fā)明的示例性實(shí)施例通常包括2個(gè)天線。例如，一個(gè)示例性實(shí)施例使用一個(gè)施主天線和一個(gè)服務(wù)器天線，每個(gè)天線具有兩個(gè)規(guī)定的特性極化一個(gè)特性極化用于信號(hào)的接收，一個(gè)特性極化用于信號(hào)的傳送。進(jìn)一步，用于從施主天線傳送信號(hào)的特性極化與用于由服務(wù)器天線接收信號(hào)的特性極化不同。同樣的，用于由施主天線接收信號(hào)的特性極化與用于從服務(wù)器天線傳送信號(hào)的特性極化不同。
圖12描述了中繼器70的平板模塊(flat panel module)130。模塊130包括里面裝有中繼器70的電子設(shè)備的殼體132。雖然天線72為了圖示需要而顯示在殼體132的外面，但是天線72和84背靠背地放置在模塊130內(nèi)。像中繼器60一樣，天線共用器濾波器74和82(在中繼器70內(nèi))以及AC BLOCK 76和86增加了不希望的成本、群時(shí)延和中繼器70的信號(hào)增加的復(fù)雜性。
圖13描述了中繼器120的類似平板模塊140。模塊140包括里面裝有中繼器120的電子設(shè)備的殼體142。雖然天線122和124為了圖示需要而被顯示在殼體142的外面，但是天線對(duì)122、124和126、128背靠背地放置在模塊140內(nèi)。天線122和124是施主天線對(duì)，天線126和128是服務(wù)器天線對(duì)。施主傳送(Tx)天線122和施主接收(Rx)天線124并排放置。同樣的，服務(wù)器傳送天線126和服務(wù)器接收天線128并排放置。
圖14表示了由本發(fā)明示例性實(shí)施例支持的信號(hào)增強(qiáng)所改善的覆蓋區(qū)域的描述?；舅?50傳送用戶想在建筑物或結(jié)構(gòu)152內(nèi)利用用戶單元接收的信號(hào)。由于前面列舉的任一或多個(gè)原因，當(dāng)在建筑物152內(nèi)接收時(shí)，基站信號(hào)太微弱以致不能被用戶接收以及不能以理想業(yè)務(wù)質(zhì)量在建筑物152內(nèi)被使用。但是，信號(hào)仍然足夠強(qiáng)，至少在大約-95至-90dBm的等級(jí)，以至能夠被依照本發(fā)明示例性實(shí)施例構(gòu)造的信號(hào)增強(qiáng)單元154接收和增強(qiáng)。用戶可以在建筑物152的墻壁或窗戶156上或附近安裝信號(hào)增強(qiáng)單元154，也被稱為信號(hào)增強(qiáng)器。用戶(圖中未標(biāo)出)可以將單元154放置在鄰近高RF傳送的區(qū)域，諸如窗戶(圖中未標(biāo)出)，然后為單元154提供電能，并觀察信號(hào)能否被單元154接收并放大，以便在建筑物152內(nèi)使用。
同一或另一用戶也可能希望由于圖15所示的更大建筑物160中的邊緣的覆蓋或提高業(yè)務(wù)質(zhì)量。建筑物160內(nèi)的用戶也接收來(lái)自塔樓150的信號(hào)，該信號(hào)最初就很微弱以致不能使用，或者變得很微弱以致不能在建筑物160內(nèi)部用于期望的業(yè)務(wù)質(zhì)量。在這種情況下，用戶又可以在鄰近墻壁或窗戶164處放置示例的信號(hào)增強(qiáng)器單元162，用于接收和增強(qiáng)來(lái)自基站塔樓150的信號(hào)。用戶可以在建筑物160內(nèi)部一定距離處使用增強(qiáng)的信號(hào)，這個(gè)距離通常取決于許多關(guān)于信號(hào)及環(huán)境的因素。例如，增強(qiáng)的信號(hào)覆蓋可以覆蓋2000平方英尺至5000平方英尺等級(jí)的范圍。然而，在超過(guò)這個(gè)距離或用戶進(jìn)入另一房間或區(qū)域以后，信號(hào)可能需要再次被增強(qiáng)。用戶可以在整個(gè)建筑物內(nèi)放置一個(gè)或多個(gè)另外的增強(qiáng)器單元162’，以在期望的區(qū)域獲得可靠的信號(hào)覆蓋。單元162’通常與單元162相同，并被放置在第一或主要單元162或另一單元162’的范圍內(nèi)。單元162和162’可以被認(rèn)為在運(yùn)行時(shí)級(jí)聯(lián)或順序鏈接。在圖中，單元162和162’彼此平行放置；不過(guò)，單元162和162’也可以彼此成一定角度的放置，以加寬或改變所獲得的增強(qiáng)的信號(hào)覆蓋。
參照?qǐng)D16，描述了依照本發(fā)明示例性實(shí)施例構(gòu)造的信號(hào)增強(qiáng)器170的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖。示例的信號(hào)增強(qiáng)器170包括具有可以通過(guò)垂直極化特性實(shí)施的第一天線特性極化部分174的第一施主雙極化天線172。天線部分174接收下行鏈路信號(hào)F2，并將其耦接至下行鏈路信號(hào)路徑176。信號(hào)F2被耦接至放大器178，放大器178形成雙向放大器(BDA)的第一部分、放大信號(hào)F2并將信號(hào)F2耦接至第二服務(wù)器雙極化天線180。具有特性極化部分182的第一服務(wù)器天線180相對(duì)于施主天線特性極化174被交叉極化，在本例中其被水平極化。天線部分180可以向用戶傳送放大的下行鏈路信號(hào)F2。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，相對(duì)于第一特性極化被交叉極化的第二極化具有相對(duì)于第一特性極化的正交極化特性。
服務(wù)器天線180的第二天線特性極化部分184相對(duì)于第一特性極化部分182被交叉極化，其被垂直極化。天線部分184接收來(lái)自用戶的上行鏈路信號(hào)F1并將其耦接至上行鏈路信號(hào)路徑186。信號(hào)F1被耦接至放大器188，放大器188構(gòu)成雙向放大器(BDA)的第二部分、放大信號(hào)F1并將放大的信號(hào)F1耦接至施主天線172的第二天線特性極化部分190。天線部分190相對(duì)于第一部分174被交叉極化，在本例中被水平極化。天線部分190向基站傳送放大的上行鏈路信號(hào)F1。
下行鏈路接收極化174被垂直極化，它垂直于用于信號(hào)F2下行鏈路傳送部分的水平極化182。以類似的方式，上行鏈路路徑具有接收垂直極化天線部分184，它垂直于用于信號(hào)F1的水平極化傳送天線部分190。下行鏈路接收極化174可被水平極化，但優(yōu)選被垂直極化，因?yàn)榇蠖鄶?shù)基站以垂直極化傳送。因此，垂直極化部分174比被水平極化時(shí)接收更多用于基站的功率。下行鏈路接收天線174和上行鏈路傳送天線190之間的正交極化能夠提供足夠的隔離，使得增強(qiáng)器170不需要現(xiàn)有技術(shù)所需的天線共用器濾波器。進(jìn)一步，隔離足以提供放大，而不需要任何類型的信號(hào)變換或反饋消除電路。因此，增強(qiáng)器170相對(duì)于常規(guī)中繼器提供了成本節(jié)約、減小噪聲系數(shù)和減少增強(qiáng)器170的群時(shí)延。像下面敘述的一樣，這樣設(shè)計(jì)信號(hào)增強(qiáng)器170，使得天線172不需要天線共用器濾波器，即使只有一個(gè)第一施主天線170被用于即從基站接收又向基站傳送，并且只有一個(gè)第二服務(wù)器天線180被用于即從用戶接收又向用戶傳送。示例的增強(qiáng)器170被設(shè)計(jì)為沒有傳統(tǒng)的天線共用器濾波器，它與現(xiàn)有技術(shù)相比在低噪音接收放大器240和170之前可具有更低的信號(hào)損耗或衰減。示例增強(qiáng)器170的噪聲系數(shù)通常小于6dB。
移動(dòng)定位是對(duì)于移動(dòng)無(wú)線電話系統(tǒng)的重要的新興需求。USA聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)在1996年6月(Docket no.94-102)采納了一項(xiàng)裁決，要求所有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行商提供關(guān)于所有“911”、緊急服務(wù)或所謂的E911能力的呼叫的位置信息。群時(shí)延是關(guān)于通過(guò)設(shè)備的角頻率的總相移的變化率或RF功率以給定模式的群速度傳播給定距離所需的傳送時(shí)間。示例的增強(qiáng)器170提供小于50納秒(ns)的典型群時(shí)延值。一些位置方案，諸如增強(qiáng)觀測(cè)時(shí)間差(E-OTD)，依賴于精確的時(shí)間測(cè)量，并且過(guò)度的群時(shí)延可能使E-OTD系統(tǒng)難以精確確定要被所有接收器測(cè)量的信號(hào)中的點(diǎn)。
圖17描述了依照本發(fā)明另一示例性實(shí)施例構(gòu)造的平板增強(qiáng)器單元200。單元200包括包含增強(qiáng)器單元200的電路(圖中未標(biāo)出)的殼體201。殼體201具有頂端或頂面202、一對(duì)側(cè)端或側(cè)面203和204、以及底端或底面205。施主天線172可以包括四貼片206、207、208、209的對(duì)稱陣列，每個(gè)貼片被雙極化(參照?qǐng)D36)，以提供相互垂直的接收部分174和傳送部分190。例如，貼片206包括垂直定向部分210和水平定向部分211。其他每個(gè)貼片207、208和209也有以相同方式運(yùn)行的相同定向部分(沒有單獨(dú)編號(hào))。類似的方式，在殼體201反面或背面的服務(wù)器天線180可以包括四貼片212、213、214和215的相似陣列。每個(gè)貼片被雙極化，以以與貼片206類似的方式提供相互垂直的接收部分184和傳送部分182。
示例增強(qiáng)器單元200使用天線極化隔離來(lái)減小服務(wù)器天線180和施主天線172之間的反饋信號(hào)，以及減小服務(wù)器天線180上和施主天線172上傳送和接收功能之間的信號(hào)。這些反饋信號(hào)通過(guò)輻射單元耦合在服務(wù)器天線180和施主天線172之間。使用與殼體201的端或面202、203、204和205垂直和平行的線性極化定向210和211就可以減輕服務(wù)器天線180和施主天線172的相反或正交極化之間的交叉耦合。線性極化210和211主要垂直和平行于端或面202、203、204和205的導(dǎo)電和介質(zhì)邊界，并可以使天線172的第一天線特性極化部分174和相對(duì)于天線部分174被交叉極化的第一特性極化部分182之間的耦合最小化。類似的方式，線性極化210和211主要垂直和平行于端或面202、203、204和205的導(dǎo)電和介質(zhì)邊界，并可以使第二天線特性極化部分190和相對(duì)于天線部分190被交叉極化的第二特性極化部分184之間的耦合最小化。
線性極化210和211主要垂直和平行于端或面202、203、204和205的導(dǎo)電和介質(zhì)邊界，并可以使第一天線特性極化部分174和相對(duì)于天線部分174被交叉極化的第二特性極化部分190之間的耦合最小化。類似的方式，線性極化210和211主要垂直和平行于端或面202、203、204和205的邊界，并可以使第一天線特性極化部分182和相對(duì)于天線部分182被交叉極化的第二特性極化部分184之間的耦合最小。
示例增強(qiáng)器單元200的端或面202、203、204和205的邊界包括長(zhǎng)度基本相同的導(dǎo)電和/或介質(zhì)材料。增強(qiáng)器單元200的殼體201在施主天線172或服務(wù)器天線180的平面圖上基本是正方形?？梢栽谑┲魈炀€172內(nèi)等距離地排列天線陣列輻射體206、207、208和209。類似的方式，可以在服務(wù)器天線180內(nèi)等距離地排列天線陣列輻射體212、213、214和215。施主天線172內(nèi)的天線陣列輻射體206、207、208和209可以以相對(duì)于服務(wù)器天線180的天線陣列輻射體212、213、214和215背靠背的配置被放置。由于這種配置，施主天線172和服務(wù)器天線180的主要輻射方向基本相反。
與圖12和圖13分別所示的常規(guī)平板模塊130和140形成對(duì)比，示例平板增強(qiáng)器單元200使用具有雙同步特性極化210和211的輻射體的天線陣列，目的是為了將上行鏈路和下行鏈路信號(hào)分離和隔離到2個(gè)路徑中。本發(fā)明的示例性實(shí)施例可以使用一個(gè)施主天線陣列和一個(gè)服務(wù)器天線陣列，其中每個(gè)天線陣列具有兩個(gè)規(guī)定的特性極化一個(gè)特性極化用于信號(hào)接收，一個(gè)特性極化用于信號(hào)傳送。并且，用于從施主天線陣列傳送信號(hào)的特性極化與用于由服務(wù)器天線陣列接收信號(hào)的特性極化不同。同樣的，用于由施主天線陣列接收信號(hào)的特性極化與用于從服務(wù)器天線陣列傳送信號(hào)的特性極化不同。施主或服務(wù)器天線陣列內(nèi)的每一特性極化只用于接收信號(hào)或只用于傳送信號(hào)。換言之，示例性實(shí)施例的特性極化不具有傳送和接收希望信號(hào)的雙目的或功能，如增強(qiáng)器單元200所示。
圖18描述了作為例子用于示例性實(shí)施例運(yùn)行的PCS頻帶的頻譜220?；?BS)在1850至1910MHz的頻帶222中接收，在1930至1990MHz的頻帶224內(nèi)傳送。雖然最佳傳送(Tx)頻帶224和最佳接收(Rx)頻帶222應(yīng)該具有僅存在于頻帶中的矩形帶狀(圖中用虛線標(biāo)出)，但是在定義實(shí)際頻帶222與224性能特性的信號(hào)增強(qiáng)器濾波器的頻率響應(yīng)之間存在擴(kuò)展和重疊。在圖中，頻帶222的實(shí)際頻帶用實(shí)線225和226標(biāo)出，頻帶224的實(shí)際頻帶用實(shí)線227和228標(biāo)出。理想頻帶在1910和1930MHz之間具有20MHz的分離。不過(guò)，一個(gè)臨界點(diǎn)是兩頻帶實(shí)際重疊的交叉點(diǎn)229。交叉點(diǎn)229將相對(duì)于圖19中的信號(hào)濾波過(guò)程而進(jìn)一步詳細(xì)討論。頻帶222和224的每一個(gè)還被細(xì)分為多個(gè)子頻帶A、B、C、D、E和F，在美國(guó)，子頻帶單獨(dú)被許可給業(yè)務(wù)區(qū)域或地帶的業(yè)務(wù)提供商。示例的信號(hào)增強(qiáng)器單元通常提供跨所有子頻帶的運(yùn)行覆蓋，并可以被視為“全頻帶”設(shè)備。
圖19描述了示例信號(hào)增強(qiáng)器單元的更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)圖，其通常被指定用編號(hào)230表示。示例單元230包括帶有下行鏈路垂直極化接收部分234的雙極化施主天線232，下行鏈路垂直極化接收部分234將下行鏈路信號(hào)F2耦接至下行鏈路信號(hào)路徑236。信號(hào)F2被耦接至第一濾波器238，第一濾波器238被設(shè)計(jì)為具有中心通頻(center passfrequency)1960MHz并通過(guò)1930至1990MHz的接收頻帶(基站的傳送頻帶)內(nèi)的接收頻帶F2信號(hào)，而過(guò)濾掉頻帶外的不希望的頻率。
預(yù)選器濾波器238和單元230的其他濾波器可以通過(guò)所謂的“陶瓷”帶通濾波器實(shí)現(xiàn)。對(duì)于示例性實(shí)施例，可以使用常規(guī)的陶瓷帶通濾波器，其中濾波器具有三個(gè)極點(diǎn)，并且被定制有位于另一運(yùn)行傳送或接收頻帶的相鄰頻帶邊緣上或其附近處的零點(diǎn)。濾波器傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)定義了在常規(guī)上用于濾波器分析和設(shè)計(jì)的s面內(nèi)的奇點(diǎn)的位置，并且用作濾波器復(fù)雜性的衡量標(biāo)準(zhǔn)。這樣的濾波器被設(shè)計(jì)在中心頻率1960MHz周圍，以通過(guò)1930至1990MHz的接收頻帶，或在中心頻率1880MHz周圍，以通過(guò)1850至1910MHz的、用于傳向基站(BS)的上行鏈路信號(hào)的傳送頻帶。如圖18所示，兩信號(hào)之間留有20MHz的分離。不過(guò)，如所述的那樣，頻帶222和224不是理想的，如圖18虛線所示，在頻帶222和224的響應(yīng)之間存在實(shí)際交叉點(diǎn)229。
用于傳送頻帶1850至1910MHz的常規(guī)三極陶瓷預(yù)選器帶通濾波器可以由位于Washington DC的Microwave Circuits，Inc.制造的型號(hào)C031880E來(lái)實(shí)現(xiàn)。用于接收頻帶1930至1990MHz的常規(guī)三極陶瓷帶通濾波器可以由Microwave Circuits，Inc.制造的型號(hào)C031960J來(lái)實(shí)現(xiàn)。
常規(guī)的三極陶瓷帶通濾波器具有在交叉點(diǎn)229附近相對(duì)于通帶區(qū)域222和224中的峰值信號(hào)電平大約-3dB的性能特征。通帶區(qū)域222和224之外的常規(guī)三極陶瓷濾波器響應(yīng)的斜率和形狀主要由通帶寬度和極點(diǎn)數(shù)決定。下頻側(cè)227上的BS傳送(Tx)濾波器具有在BS接收(Rx)濾波器通帶222的通帶內(nèi)的可測(cè)量響應(yīng)。這個(gè)響應(yīng)代表BS傳送(Tx)和BS接收(Rx)頻帶之間的隔離或阻止程度。同樣的，BS接收(Tx)濾波器的上頻側(cè)226具有在BS傳送(Tx)濾波器通帶224的通帶內(nèi)的可測(cè)量響應(yīng)。這個(gè)響應(yīng)代表BS接收(Rx)和BS傳送(Tx)頻帶之間的隔離或阻止程度。
通過(guò)在其他運(yùn)行傳送或接收頻帶的相鄰邊緣上或其附近在濾波器傳遞函數(shù)中增加零點(diǎn)，交叉值229可以從常規(guī)陶瓷濾波器設(shè)計(jì)的大約-3dB減小到大約-10dB，并且BS傳送(Tx)和BS接收(Rx)頻帶之間的隔離或阻止程度可以被增加。例如，可以在運(yùn)行頻帶為1850至1910MHz的BS接收(Rx)帶通濾波器的1932MHz上或附近增加零點(diǎn)，可以在運(yùn)行頻帶為1930至1990MHz的帶通濾波器的1908MHz上或附近增加零點(diǎn)。這種濾波器設(shè)計(jì)提供了相對(duì)于運(yùn)行通帶響應(yīng)為-10dB的交叉229阻止或隔離值。將零點(diǎn)定位在離運(yùn)行頻帶更近就可以提高1920MHz的交叉229頻率處的阻止，但是運(yùn)行頻帶的通帶可能具有更大的衰減和群時(shí)延。
帶零點(diǎn)的自定義陶瓷三極帶通濾波器可以由Portland，Maine的專營(yíng)無(wú)線通信系統(tǒng)自定義濾波器的ComNav Engineering提供。用于BS接收(Rx)頻帶的帶零點(diǎn)的自定義陶瓷三級(jí)帶通濾波器可以是型號(hào)3BCR6C-1880/Z75-LX，用于BS傳送(Tx)頻帶可以是型號(hào)3BCR6C-1960/Z75-LX.
設(shè)計(jì)和使用帶零點(diǎn)的三極陶瓷帶通濾波器的另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是濾波器相對(duì)便宜并且體積小。這樣的設(shè)計(jì)避免了對(duì)附加濾波器或帶附加極點(diǎn)的更復(fù)雜濾波器的需求，這使得濾波器的體積和成本以及群時(shí)延最小化。通過(guò)減小群時(shí)延，如示例的增強(qiáng)器單元230中所示，可以滿足在緊急911定位需求下及時(shí)找到用戶的能力。更大的延遲將導(dǎo)致更不精確的用戶定位，并因此可能干擾緊急情況下找到用戶。增強(qiáng)器單元230的示例性實(shí)施例提供了低成本、便攜使用能力以及減小的群時(shí)延的有利特征。
濾波后，信號(hào)F2被耦接至用于信號(hào)F2第一放大級(jí)的低噪聲放大器(LNA)240，而不顯著增加信號(hào)的噪聲比。然后，放大的信號(hào)F2被耦接至可以同濾波器238一樣的第二濾波器242，用于過(guò)濾接收頻帶外的頻率，以更接近地匹配理想的接收頻帶。過(guò)濾后的信號(hào)F2被耦接至控制下行鏈路信號(hào)F2輸出功率的可變?cè)鲆娣糯笃?44。如果增益大于或等于1，即0dB或更大，則可變?cè)鲆娣糯笃?44用作前置放大器。如果增益小于1或小于0dB，則可變?cè)鲆娣糯笃?44也可以用作衰減器。使用作為用于信號(hào)幅值控制的控制設(shè)備的可變?cè)鲆娣糯笃?44就可以提供以0.5和1dB為步長(zhǎng)的信號(hào)幅值的分辨率控制，并提供無(wú)需校準(zhǔn)每個(gè)信號(hào)增強(qiáng)器230就能夠?qū)崿F(xiàn)的信號(hào)幅值的均勻控制。示例的可變?cè)鲆娣糯笃?44的動(dòng)態(tài)范圍為大約50dB，覆蓋了增益大約為-25dB到+23dB的輸出信號(hào)值的范圍。
可變?cè)鲆娣糯笃?44的輸出信號(hào)被功率放大器(PA)246進(jìn)一步放大。PA 246的輸出通過(guò)常規(guī)定向耦合器248耦接，其中定向耦合器248采樣信號(hào)F2的小的但幅度比例的部分作為PA輸出功率的量度。定向耦合器248可以是Wodurn Massachusetts的Skyworks Solutions，Inc.制造的DC17-73，并可以在耦合端口值大約為-11dB時(shí)有小于1dB的插入損耗。在耦合器248之后，輸出信號(hào)通過(guò)可以與濾波器238相同的第三和最后的濾波器250耦接。
信號(hào)F2在最后過(guò)濾后被耦接至雙極化服務(wù)器天線252，用于從天線252的水平極化部分254向用戶傳送。從天線部分254向用戶的再傳送提供了于天線232的接收部分234的最大隔離，其中天線232的接收部分被垂直極化或與部分254垂直。
可變?cè)鲆娣糯笃?44被微控制器256控制，微控制器256在預(yù)定周期間隔從定向耦合器248采樣信號(hào)F2的輸出功率。微控制器可以是Chandler，Arizon的Microchip Technology，Inc.制造的PIC16F873設(shè)備。微控制器256的功能也可以由自定義的特定用途集成電路(ASIC)、復(fù)雜可編程邏輯設(shè)備(CPLD)、片上系統(tǒng)(SOC)集成電路、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)或類似的設(shè)備執(zhí)行。
定向耦合器248將信號(hào)F2的采樣部分提供給RF功率檢測(cè)器258。一個(gè)示例性實(shí)施例使用由Norwood，Massachusetts的Analog Devices，Inc.制造的RF對(duì)數(shù)檢測(cè)器和控制器AD8313。使用RF對(duì)數(shù)檢測(cè)器就提供了相對(duì)寬的信號(hào)幅值檢測(cè)的動(dòng)態(tài)范圍，并能夠在70dB動(dòng)態(tài)范圍上提供±3dB的精度，或在62dB動(dòng)態(tài)范圍上提供±1dB的精度。可以使用低成本設(shè)備，諸如二極管檢測(cè)器，但是本申請(qǐng)的精確性和可重復(fù)性會(huì)要求校準(zhǔn)示例的信號(hào)增強(qiáng)器230內(nèi)的每一二極管檢測(cè)器。各個(gè)信號(hào)增強(qiáng)器230的校準(zhǔn)將顯著增加單元在大量制造操作中的費(fèi)用。希望避免在裝配后需要校準(zhǔn)示例的單元230的任一元件。
來(lái)自RF功率檢測(cè)器258的輸出信號(hào)通過(guò)緩沖級(jí)260被耦接至微控制器256。緩沖級(jí)提供比RF功率檢測(cè)器輸出低的阻抗輸出。檢測(cè)到的信號(hào)的緩沖輸出被耦接至微控制器256內(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)部分262。微控制器256比較RF檢測(cè)到的信號(hào)F2的功率電平，并將其與預(yù)定的或初始化的功率電平比較，下文將會(huì)描述。在正常運(yùn)行中，微控制器256將輸出功率與預(yù)定的運(yùn)行輸出電平或其范圍比較。微控制器256向數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)部分264發(fā)送信號(hào)以調(diào)整可變放大器244的輸出，以此控制信號(hào)F2的輸出功率電平。DAC部分264可以是來(lái)自Milpitas，California的Linear Technology Corporation的LTC1661微功率雙10-bit DAC。LTC 1661 DAC在小包裝內(nèi)提供兩個(gè)高度線性化的精確可尋址的10-bit DAC，因此一臺(tái)設(shè)備可以提供DAC部分264和262。
使用具有足夠線性動(dòng)態(tài)范圍控制的可變?cè)鲆娣糯笃?44、以充足的位和控制范圍上希望的分辨率來(lái)調(diào)整可變放大器244的輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)部分264、以及具有同等精度的RF對(duì)數(shù)功率檢測(cè)器258就使得能夠?qū)崿F(xiàn)能夠無(wú)需單個(gè)校準(zhǔn)每個(gè)示例單元230而工作的信號(hào)幅值控制。不需要校準(zhǔn)的信號(hào)增強(qiáng)器230對(duì)實(shí)現(xiàn)低制造成本很重要。
用戶發(fā)送信號(hào)，以與下行鏈路信號(hào)路徑236相似的方式被天線252接收、被被天線232放大并再傳送到基站。天線252的垂直極化部分270接收來(lái)自用戶的信號(hào)。上行鏈路信號(hào)F1然后被耦接至上行鏈路信號(hào)路徑274上的第一濾波器272。第一濾波器272除了被設(shè)計(jì)為以1880MHz為中心以過(guò)濾1850至1910MHz的傳送頻帶外，基本與濾波器238相同。除了頻帶外，上行鏈路F1信號(hào)路徑274的每一元件在功能上與前面針對(duì)下行鏈路信號(hào)F2路徑236而描述的相應(yīng)元件相同。過(guò)濾后的信號(hào)F1然后被耦接至LNA 276，并被輸出至第二濾波器278。信號(hào)F1從第二濾波器278耦接至可變?cè)鲆娣糯笃?80并輸出至PA282。然后，信號(hào)F1通過(guò)定向耦合器284和最后的濾波器286耦接至用于向基站傳送的天線232的水平極化部分288。與下行鏈路信號(hào)GF相同，信號(hào)F1的輸出功率電平被定向耦合器284采樣，并被饋送到RF功率檢測(cè)器290。RF功率檢測(cè)器信號(hào)通過(guò)緩沖器292耦接至微控制器256的ADC部分294。微控制器256通過(guò)DAC部分296輸出模擬控制信號(hào)以控制可變?cè)鲆娣糯笃?80的增益，并因此控制信號(hào)F1的輸出功率電平。
對(duì)示例信號(hào)增強(qiáng)器希望低成本和便攜性的目標(biāo)就支持對(duì)自治或自動(dòng)設(shè)置或初始化和監(jiān)控程序的需要。圖20中的狀態(tài)圖300描述了這個(gè)自動(dòng)的安裝程序，圖21描述了定時(shí)和功率圖表。用戶給信號(hào)增強(qiáng)器，諸如示例的增強(qiáng)器230，加上電源后，微控制器256將下行鏈路信號(hào)F2功率與初始狀態(tài)(INIT State)306內(nèi)的預(yù)定參考電平或增益304(參照?qǐng)D21)進(jìn)行比較。如果信號(hào)F2的被感測(cè)下行鏈路功率電平小于參考電平304，那么微控制器256增加下行鏈路信號(hào)F2和上行鏈路信號(hào)F1的輸出功率。例如，微控制器256將每秒將輸出功率電平增加1dB，如直線308所示，直到達(dá)到-10dBm的功率電平310，其也低于電平304。然后，微控制器256將以0.5dB每秒的速度增加輸出功率，如直線312所示，直到達(dá)到0dBm的參考功率電平304?？蛇x地，可能達(dá)到最大可變?cè)鲆娣糯笃髟O(shè)定+23dB，并且參考電平304將相應(yīng)調(diào)整。在運(yùn)行的或初始的參考電平304處，設(shè)定低于電平3045dB的更低電平的增益電平314。換言之，為維持信號(hào)幅值增益而設(shè)定的增益值范圍的下電平相對(duì)于對(duì)應(yīng)于參考增益值的上電平為-5dB。
然后，微控制器256將進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)316，將設(shè)置一組LED或其他可視指示設(shè)備(參照?qǐng)D25)以指示運(yùn)行下行鏈路功率電平304的狀態(tài)。在監(jiān)控狀態(tài)316中，微控制器256為幾種狀態(tài)監(jiān)控增強(qiáng)器單元230的運(yùn)行。
在下行鏈路均衡狀態(tài)318內(nèi)，采集到的下行鏈路信號(hào)功率F2小于參考增益304值，可變?cè)鲆娣糯笃?44的增益值小于下窗增益(lower-window gain)314值。微控制器256可以增加上行鏈路和下行鏈路增益，直到F2信號(hào)功率在電平304和314形成的窗內(nèi)或者直到達(dá)到最大允許可變?cè)鲆嬷祷螂娖?。由于?lái)自基站的信號(hào)應(yīng)該在固定距離處相對(duì)穩(wěn)定，所以信號(hào)增益增加的速率相對(duì)較慢。
在上行鏈路均衡狀態(tài)320內(nèi)，采集到的上行鏈路信號(hào)功率F1小于預(yù)定的最大上行鏈路功率電平，例如+20dBm，并且小于參考增益電平304。微控制器256可以增加上行鏈路信號(hào)功率F1，直到達(dá)到可變?cè)鲆娣糯笃?44的預(yù)定最大上行鏈路增益電平或者參考增益電平304。在這種情況下，由于用戶在建筑物或其他位置自由移動(dòng)，所以增益變化的速率相對(duì)較快，引起上行鏈路信號(hào)功率電平波動(dòng)。
下行鏈路峰值電平和下行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)電平的使用是指最大信號(hào)幅值；這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)意思相同并可替換使用。同樣地，上行鏈路峰值電平和上行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)電平的使用是指最大信號(hào)幅值；這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)意思相同并可替換使用。
在下行過(guò)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)322中，采集到的下行鏈路信號(hào)功率F2大于或等于在電平304之上的預(yù)定監(jiān)控電平。微控制器256可以降低上行鏈路和下行鏈路增益，直到F2信號(hào)功率低于設(shè)置為+2dBm的下行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)參考監(jiān)控電平。在狀態(tài)322中，可視指示器，諸如紅色LED，閃爍，以指示超出了最大下行鏈路信號(hào)功率304。當(dāng)F2信號(hào)功率又低于+2dBm的下行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)參考監(jiān)控功率電平時(shí)，增強(qiáng)器單元230將返回到監(jiān)控狀態(tài)316。
在上行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)324中，采集到的上行鏈路信號(hào)功率F1大于+21dBm的上行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)參考監(jiān)控功率電平。微控制器256可以只降低上行鏈路增益，直到F1信號(hào)功率低于上行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)參考監(jiān)控功率電平。在狀態(tài)324中，可視指示器，諸如紅色LED，閃爍以指示超出了最大上行鏈路信號(hào)功率。當(dāng)F1信號(hào)功率又低于上行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)參考監(jiān)控功率電平時(shí)，增強(qiáng)器單元230將返回到監(jiān)控狀態(tài)316。
當(dāng)預(yù)定的超時(shí)周期期滿時(shí)，其中在超時(shí)周期內(nèi)下行鏈路信號(hào)F2和上行鏈路信號(hào)F1中二者或任意一個(gè)大于各自的峰值電平，則進(jìn)入自動(dòng)關(guān)閉狀態(tài)326。預(yù)定的超時(shí)周期，例如300秒的持續(xù)時(shí)間周期，期滿后，微控制器256可以降低下行鏈路和上行鏈路路徑236和274至最小增益設(shè)置。這基本上是關(guān)閉狀態(tài)，其顯著地衰減RF信號(hào)F1和F2。
這個(gè)關(guān)閉狀態(tài)防止示例的增強(qiáng)器單元230處于諸如可能由振蕩或不穩(wěn)定所引起的持續(xù)的過(guò)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。在所列出的正常運(yùn)行電平處，示例單元230可以提供大約80至85dB的系統(tǒng)增益。示例的增強(qiáng)器單元230系統(tǒng)增益通常包括分別具有大約13dBi的峰值增益值的施主和服務(wù)器天線的天線增益值。
圖22給出了流程圖330，其說(shuō)明用于實(shí)現(xiàn)對(duì)示例的信號(hào)增強(qiáng)器230的可變?cè)鲆婵刂频?、狀態(tài)圖300所描述的運(yùn)行。在初始步驟332中，示例的單元230被通電并進(jìn)入自動(dòng)上電。在步驟334中，在微控制器256內(nèi)設(shè)定變量，然后在步驟336中，微控制器256開始增加上行鏈路和下行鏈路路徑274和236中的增益。如圖21中定時(shí)圖表302所示，步驟338(如圖22所示)確定下行鏈路信號(hào)F2功率是否大于-10dBm。如果下行鏈路信號(hào)F2功率小于-10dBm，則在步驟340中，微控制器256設(shè)定增加到每秒1dB。如果下行鏈路信號(hào)F2功率大于-10dBm，則在步驟342中，微控制器256設(shè)定增加到每秒0.5dB。
如果下行鏈路信號(hào)F2功率還不是0dBm，或者增益還不是最大可變?cè)O(shè)定，則在步驟344中決定返回或回調(diào)至步驟336，以繼續(xù)增加上行鏈路和下行鏈路路徑中的增益。如果下行鏈路信號(hào)F2功率是0dBm或者增益是最大可變?cè)O(shè)定，則在步驟344中決定進(jìn)入步驟346，設(shè)定上增益電平304和下增益電平314(圖21)。實(shí)際上，增益電平304和314設(shè)定運(yùn)行的初始窗，單元230在該步驟中還開始監(jiān)控狀態(tài)或運(yùn)行。
在步驟348中首先確定下行鏈路信號(hào)F2功率是否大于峰值允許輸出功率或過(guò)驅(qū)動(dòng)功率電平。如果下行鏈路信號(hào)F2功率大于下行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)功率電平，則進(jìn)入下行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)322，并且在步驟350中減小上行鏈路和下行鏈路路徑增益。如果在判定步驟352中，下行鏈路信號(hào)F2功率小于下行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)功率電平，則在步驟354中將重新復(fù)位超時(shí)周期或過(guò)驅(qū)動(dòng)定時(shí)器，并且單元230將返回監(jiān)控狀態(tài)和步驟348。如果在判定步驟352中，下行鏈路信號(hào)F2功率仍大于下行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)功率電平，則在判定步驟356中將檢查超時(shí)或者過(guò)驅(qū)動(dòng)定時(shí)器或持續(xù)時(shí)間周期。如果預(yù)定持續(xù)時(shí)間周期還沒有期滿，則單元230將返回或回調(diào)至步驟350以繼續(xù)減小增益。如果預(yù)定持續(xù)時(shí)間周期已經(jīng)期滿，則在步驟358中，通過(guò)在自動(dòng)關(guān)閉狀態(tài)326中將下行鏈路和上行鏈路路徑二者的增益設(shè)定為最小值，單元230將關(guān)閉。
如果步驟348中的判定是下行鏈路信號(hào)F2功率不大于下行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)功率電平，那么在步驟360中相對(duì)于其預(yù)定峰值限制檢查上行鏈路信號(hào)F1功率。如果上行鏈路信號(hào)F1功率大于預(yù)定峰值限制，則進(jìn)入上行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)324，并且在步驟362中只減小上行鏈路可變?cè)鲆?。如果在判定步驟364中，上行鏈路信號(hào)F1功率小于上行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)功率電平，則在步驟354中將復(fù)位超時(shí)周期或過(guò)驅(qū)動(dòng)定時(shí)器，并且單元230將返回監(jiān)控狀態(tài)和步驟348。如果在判定步驟364中，上行鏈路信號(hào)F1功率仍大于上行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)功率電平，則在判定步驟366中，將檢查超時(shí)或者過(guò)驅(qū)動(dòng)定時(shí)器或持續(xù)時(shí)間周期。如果預(yù)定持續(xù)時(shí)間周期還沒有期滿，則單元230將返回或回調(diào)至步驟362以繼續(xù)減小增益。如果預(yù)定持續(xù)時(shí)間周期已經(jīng)期滿，則在步驟358中，通過(guò)將下行鏈路和上行鏈路路徑中的增益設(shè)定為最小值，單元230將關(guān)閉，這強(qiáng)迫可變放大器在自動(dòng)關(guān)閉狀態(tài)326下用作衰減器。
如果在步驟360中，上行鏈路信號(hào)F1功率不大于預(yù)定峰值限制，則在判定步驟368中，判定下行鏈路信號(hào)F2功率是否小于初始參考電平0dBm，以及下行鏈路增益設(shè)定是否小于下窗電平314。如果下行鏈路信號(hào)F2功率小于下行鏈路參考電平0dBm，并且下行鏈路可變放大器增益小于下窗電平314，則在步驟370中，上行鏈路和下行鏈路路徑增益都被增加或增大。然后，單元230返回定時(shí)器復(fù)位步驟354，并然后再次返回監(jiān)控狀態(tài)348。如果下行鏈路信號(hào)F2功率大于或等于下行鏈路參考功率電平0dBm，或者下行鏈路可變?cè)鲆嬖O(shè)定大于下窗電平314，則在步驟372中，判斷上行鏈路信號(hào)F1功率是否小于上行鏈路參考電平+20dBm，以及是否小于上窗電平314。如果上行鏈路信號(hào)F1功率小于上行鏈路參考功率電平+20dBm并且上行鏈路可變放大器增益值小于下窗電平314，則在步驟374中只增大或增加上行鏈路信號(hào)F1功率。然后，單元230返回定時(shí)器復(fù)位步驟354，并返回監(jiān)控狀態(tài)348。如果在步驟372中，上行鏈路信號(hào)F1功率大于或等于上行鏈路參考功率+20dBm或者上行鏈路可變放大器增益值大于或等于上窗電平314，則單元230像前面一樣返回定時(shí)器復(fù)位步驟354，并返回監(jiān)控狀態(tài)348。
在所描述的示例單元230的運(yùn)行中，依照例如由圖23中的定時(shí)圖表所示的定時(shí)器中斷定時(shí)間隔，周期地采樣上行鏈路信號(hào)功率F1和下行鏈路信號(hào)功率F2。如果下行鏈路信號(hào)功率F2高于峰值限制或電平304，則上行鏈路和下行鏈路信號(hào)都以預(yù)定的速率，例如每秒2dBm，減小，直到消除過(guò)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。如果只感測(cè)到上行鏈路信號(hào)功率F1在過(guò)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)中，那么只有上行鏈路信號(hào)路徑以預(yù)定的速率，例如每秒20dBm，減小，直到過(guò)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)消除。如所述，如果任一過(guò)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)存在長(zhǎng)達(dá)預(yù)定持續(xù)時(shí)間周期，例如300秒[5分鐘]，則兩條路徑都被設(shè)定為最小增益，以防止單元230內(nèi)的任何持續(xù)的過(guò)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。
定時(shí)器中斷定時(shí)間隔在微控制器256內(nèi)被設(shè)定，并為單元230的所有運(yùn)行提供定時(shí)。如定時(shí)圖表380所示，為周期運(yùn)行，諸如采樣下行鏈路信號(hào)F2和上行鏈路信號(hào)F1的功率、數(shù)字和模擬信號(hào)的DAC和ADC以及可視指示器運(yùn)行等，提供5毫秒(ms)的同步定時(shí)間隔。5ms間隔由10個(gè)階段(phase)組成；Phase-0、Phase-1至Phase-9，它們組成了同步塊382并連續(xù)地重復(fù)。通過(guò)使用在Phase-0處每隔50毫秒(ms)就加1的同步塊計(jì)數(shù)器(圖中未標(biāo)出)，同步塊382每隔50毫秒(ms)就運(yùn)行。同步塊計(jì)數(shù)器以模為2的方式計(jì)數(shù)到用于設(shè)定單元230的時(shí)間延遲的100毫秒(ms)間隔的整個(gè)定時(shí)幀。另一計(jì)數(shù)器(圖中未標(biāo)出)每隔用于5個(gè)幀中的時(shí)間幀(100毫秒(ms))就加1，以提供500毫秒(ms)的計(jì)數(shù)器，用于提供300秒關(guān)閉定時(shí)周期。定時(shí)圖表380提供了單元230使用的5、50、100毫秒(ms)和0.5秒的定時(shí)間隔。
如定時(shí)圖表380所示，微控制器256提供固定速率的2個(gè)定時(shí)中斷周期。第一定時(shí)中斷，Timer0，提供用于單元230的基本整個(gè)定時(shí)。存在10個(gè)獨(dú)立的Timer0間隔，Phase-0至Phase-9，其中前8個(gè)間隔，Phase-0至Phase-7用于上行鏈路信號(hào)F1和下行鏈路信號(hào)F2功率電平采樣。第二定時(shí)中斷，Timer1，提供ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)換速率。第九間隔，Phase-8，用于將用于上行鏈路信號(hào)F1和下行鏈路信號(hào)F2功率電平的適當(dāng)增益設(shè)定加載到DAC 264和296中。第十間隔，Phase-9，用于設(shè)定上行鏈路信號(hào)F1和下行鏈路信號(hào)F2可變?cè)鲆娣糯笃?44和280的增益、更新光學(xué)或可視指示器、以及提供用于50毫秒(ms)和500毫秒(ms)間隔的計(jì)數(shù)器。50毫秒(ms)間隔用于更新微控制器256的狀態(tài)，500毫秒(ms)間隔用于LED或其它可視指示器的閃爍以及用于持續(xù)過(guò)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)超時(shí)的300秒次序時(shí)間周期。
當(dāng)前存在三種基本無(wú)線協(xié)議用于第二代(2G)無(wú)線通信的US PCS頻帶。第一種協(xié)議是IS-95標(biāo)準(zhǔn)，即在北美廣泛應(yīng)用的碼分多址(CDMA)協(xié)議。CDMA的特點(diǎn)是擴(kuò)頻，也就是CDMA在比原始信號(hào)帶寬大得多的帶寬上擴(kuò)展包含在特定信號(hào)或所感興趣的信號(hào)內(nèi)的信息。CDMA也使用唯一數(shù)字代碼，而不是分離的頻帶，來(lái)區(qū)分信道。由于每個(gè)用戶信道由唯一數(shù)字代碼分離，所以所有用戶可以共享相同的頻帶。第二種協(xié)議是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)，它是歐洲非常流行的時(shí)分多址(TDMA)協(xié)議。在TDMA協(xié)議內(nèi)，信道由整個(gè)幀內(nèi)的時(shí)隙隔開。第三種協(xié)議是IS-136標(biāo)準(zhǔn)，這是在北美使用的另一種TDMA協(xié)議。
作為例子，示例性實(shí)施例的運(yùn)行涉及GSM協(xié)議的使用。GSM協(xié)議作為具有8個(gè)時(shí)隙的TDMA協(xié)議運(yùn)行，其中每個(gè)時(shí)隙577微秒持續(xù)時(shí)間。8個(gè)時(shí)隙需要4.616毫秒(ms)的幀。這個(gè)序列需要大約5ms的幀間隔來(lái)包括所有8個(gè)時(shí)隙。根據(jù)奈奎斯特采樣標(biāo)準(zhǔn)或間隔，單元230可以使用250微秒的、ADC(A/D)262和294的采樣間隔，其為每個(gè)GSM時(shí)隙提供至少兩個(gè)或更多的采樣。
奈奎斯特采樣間隔是將使得信號(hào)波形能夠被完整確定的信號(hào)的同等間隔采樣之間的最大時(shí)間間隔。奈奎斯特間隔等于采樣的信號(hào)的最高頻率的兩倍的倒數(shù)。實(shí)際上，當(dāng)為了進(jìn)行數(shù)字傳送或其它處理而采樣模擬信號(hào)時(shí)，由于數(shù)字化過(guò)程所引入的量化誤差，采樣速率必須大于奈奎斯特定理所定義的速率。所需的采樣速率由數(shù)字化過(guò)程的精確度確定。
當(dāng)對(duì)下行鏈路信號(hào)F2和上行鏈路信號(hào)F1功率采樣時(shí)，在幀的持續(xù)時(shí)間上，這里是5毫秒(ms)，保存有采樣的最大值或峰值。這項(xiàng)技術(shù)保證確定GSM幀內(nèi)(在8個(gè)GSM時(shí)隙上)的最大功率電平，尤其是在上行鏈路信道或路徑274上，在那里在蜂窩站點(diǎn)運(yùn)行在小于站點(diǎn)通信容量期間，可利用的時(shí)隙可能沒有全部使用在蜂窩站點(diǎn)內(nèi)。相反，CDMA協(xié)議是擴(kuò)頻技術(shù)。CDMA功率頻譜在頻帶上均勻分布，因此CDMA協(xié)議可以使用更簡(jiǎn)單的采樣技術(shù)。示例的信號(hào)增強(qiáng)器單元230不區(qū)別這三種協(xié)議，因此使用由GSM協(xié)議描述的峰值采樣方法，因?yàn)槠湓谟糜跓o(wú)線通信的三個(gè)協(xié)議中任意一個(gè)都工作良好。
作為第二個(gè)例子，示例性實(shí)施例的運(yùn)行涉及IS-136協(xié)議的使用。IS-136協(xié)議作為具有6個(gè)半速率(4800比特/秒)時(shí)隙和3個(gè)全速率(9600比特/秒)時(shí)隙的TDMA協(xié)議運(yùn)行。為了覆蓋IS-136協(xié)議，使用每信道250微秒的GSM采樣速率，但在40ms的IS-136協(xié)議幀上采樣。這個(gè)采樣速率保證涵蓋6個(gè)半速率時(shí)隙或3個(gè)全速度時(shí)隙。在GSM協(xié)議中，在8個(gè)GSM幀或64個(gè)時(shí)隙上采樣。但由于每隔50毫秒(ms)調(diào)用監(jiān)控狀態(tài)控制循環(huán)，因此采樣對(duì)于完整覆蓋是充分的。監(jiān)控狀態(tài)控制循環(huán)每隔50毫秒(ms)在第九Timer0間隔執(zhí)行?；谠?0毫秒(ms)采樣幀上確定的當(dāng)前采樣峰值功率電平，主控制循環(huán)改變上行鏈路和下行鏈路信道或路徑236和274的增益變量。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，需要恰當(dāng)?shù)夭蓸臃逯倒β孰娖?，以推?dǎo)出充分代表用于正被單元390增強(qiáng)的信號(hào)的通信系統(tǒng)協(xié)議的峰值功率的值。正被單元390放大的信號(hào)的一部分的周期采樣可以具有由奈奎斯特定理確定采樣間隔，以及由于模擬信號(hào)量化為數(shù)字格式而產(chǎn)生的可接受的誤差。所需的采樣間隔可由具有最大幀速率的通信系統(tǒng)協(xié)議確定。用于連續(xù)采樣序列的所需采樣周期或持續(xù)時(shí)間可由具有最大幀周期的通信系統(tǒng)協(xié)議確定。峰值功率檢測(cè)的更新速率可以小于采樣周期的倒數(shù)。
參照?qǐng)D24，示例的增強(qiáng)器單元實(shí)施例390安裝在被部分表示的建筑物結(jié)構(gòu)396的墻394的窗戶392上。由于窗戶392通常是出入建筑物結(jié)構(gòu)的最強(qiáng)RF頻率傳送的區(qū)域，所以單元390通常安裝在窗戶上或其附近處。
圖25描述了示例單元390的放大圖。通常利用安裝支架398將單元390安裝在結(jié)構(gòu)中或上，安裝支架398將在后面參照?qǐng)D27和32詳細(xì)描述。單元390可以包括常規(guī)的電力電纜400，用戶可以將其插入常規(guī)的電源插座(圖中未標(biāo)出)，以上電和初始化單元390?？蛇x地，單元390可以包括常規(guī)電力電纜400，其可連接到常規(guī)的直流(DC)電源，諸如電池。當(dāng)從無(wú)動(dòng)力狀態(tài)向信號(hào)增強(qiáng)器單元通電時(shí)，自啟動(dòng)程序?yàn)閱卧?90提供所謂的即插即用用戶性能。單元390具有支撐結(jié)構(gòu)402(參照?qǐng)D27)，其支撐是介質(zhì)材料的外部前服務(wù)器側(cè)天線罩404、是介質(zhì)材料的后施主側(cè)天線罩406以及單元390的其它部件。前天線罩404可以包括LED或其它光學(xué)指示器的可視指示陣列408，諸如液晶顯示器。陣列408包括，例如，黃色LED410、紅色LED412和綠色LED414，它們之間沒有固定順序。
這三個(gè)LED用于指示啟動(dòng)初始化期間下行鏈路可變放大器增益的相對(duì)電平。例如，綠色LED以0.5秒間隔閃爍就表示啟動(dòng)初始化，黃色LED410和紅色LED412的開、關(guān)和閃爍表示下行鏈路放大器的相對(duì)功率。一旦初始化完成，固件進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。監(jiān)控狀態(tài)通過(guò)閃爍紅色LED412表示下行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。閃爍綠色LED414表示上行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。連續(xù)的紅色LED412表示關(guān)閉或自動(dòng)關(guān)閉狀態(tài)。如果不存在過(guò)驅(qū)動(dòng)或自動(dòng)關(guān)閉狀態(tài)，則閃爍黃色LED410表示下行鏈路信號(hào)損耗。如果檢測(cè)到相對(duì)低的下行鏈路信號(hào)功率，則黃色LED410持續(xù)接通。如果下行鏈路信號(hào)大于下信號(hào)閾值，則綠色LED被持續(xù)接通。
陣列408可以用于向用戶可視地指示單元390的運(yùn)行狀態(tài)。例如，黃色LED410閃爍就表示沒有足夠的下行鏈路信號(hào)F2功率可用于單元390。由于用戶可能開始不知道哪里將接收到最強(qiáng)的信號(hào)，因此用戶可以嘗試另一位置，諸如結(jié)構(gòu)396的另一面的另一窗戶(圖中未標(biāo)出)。黃色LED410持續(xù)發(fā)亮就表示單元390可用的下行鏈路信號(hào)F2功率處于低電平。這提示用戶再次嘗試其他位置。
紅色LED412閃爍就表示存在太多下行鏈路信號(hào)F2功率可用于單元390，過(guò)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。紅色LED412持續(xù)發(fā)亮表示存在到單元390的下行鏈路信號(hào)F2功率的過(guò)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，其已經(jīng)超過(guò)了超時(shí)周期，單元390已關(guān)閉。
綠色LED414閃爍表示單元390處有足夠的下行鏈路信號(hào)F2功率，且單元390正在初始化。綠色LED414持續(xù)發(fā)亮表示單元390處有足夠的下行鏈路信號(hào)F2功率，且單元390在正常運(yùn)行和監(jiān)控狀態(tài)下。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在單元390上使用具有不同顏色或位置的LED410、412和414以及提供單元電子運(yùn)行的狀態(tài)或情況的指示可以通過(guò)交替的方式和可視顯示完成。LED的使用是向用戶提供運(yùn)行狀態(tài)指示的低成本方法。其它類型的顯示，諸如液晶顯示(LCD)，可以提供類似功能，并可進(jìn)一步通過(guò)數(shù)字?jǐn)?shù)值的使用而提供附加信息，并提供更大的空間來(lái)顯示信息。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，信號(hào)增強(qiáng)器230的初始和監(jiān)控狀態(tài)中可以使用參考功率和參考增益的其他值，并且這些也都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。作為例子，為了滿足聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)對(duì)于有效輻射功率(ERP)的RF發(fā)射的限制，上行鏈路過(guò)驅(qū)動(dòng)功率電平或上行鏈路峰值功率電平可以從前述+20dBm大約減小至大約+15至+17dBm。而且，更新速率、幅度信號(hào)步長(zhǎng)、信號(hào)變化速率、超時(shí)、建立時(shí)間等的參數(shù)可以與前述值不同，并且仍落入本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍。已經(jīng)結(jié)合US PCS運(yùn)行頻帶內(nèi)的GSM、CDMA和IS-136TDMA能力的運(yùn)行能力描述了示例的信號(hào)增強(qiáng)器230。設(shè)備230可以被修改以運(yùn)行在不同頻譜中，和/或可以被修改以支持包括、但不限于WCDMA、IMT2000、1xEV-DO、GPRS、EDGE、TETRA和iDEN的附加協(xié)議。
參照?qǐng)D26，描述了示例單元390的部分或服務(wù)器部件420。部件420可以是制造單元390的一個(gè)階段的最終產(chǎn)品，其可以被賣給大的批發(fā)商或其他實(shí)體，他們可以添加他們自己的前介質(zhì)天線罩404和后介質(zhì)天線罩406。部件420包括可以用于使部件420結(jié)合的內(nèi)部或第一介質(zhì)天線罩層或板422，并且如果在運(yùn)送至用戶前為部件420添加了前介質(zhì)天線罩404，則其可以被去除。
部件420包括至少一個(gè)服務(wù)器貼片陣列有源天線(drivenantenna)層424。陣列貼片426、428、430和432中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于服務(wù)器天線252的垂直和水平極化部分254和270(參照?qǐng)D36)。天線252通常包括第二寄生貼片陣列天線層434，以為單元390增加運(yùn)行帶寬。非有源寄生陣列貼片436、438、440和442中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于各有源陣列貼片426、428、430和432。天線252包括兩天線陣列層424和434之間的泡沫芯介質(zhì)間隔層。部件420還包括含金屬的或金屬導(dǎo)電接地面或盤446和一對(duì)扼流框架(chock frame)448和450，當(dāng)與盤446裝配在一起時(shí)這對(duì)扼流框架形成了RF扼流組件，以抑制和控制RF電流，否則RF電流可能流到外圍端或面202、203、204和202(圖17)上或附近。示例的RF扼流組件形成包圍層432和442內(nèi)輻射元件的2個(gè)信道；在大約為1920MHz的運(yùn)行頻率處，每個(gè)信道大約為四分之一波長(zhǎng)深。
參照?qǐng)D27，描述了部分裝配的示例單元390的分解圖。接地面或盤446與扼流框架448和450裝配在一起，扼流框架448和450的大小以固定間隔彼此適配。這就提供了在運(yùn)行頻率上寬度小于1/2波長(zhǎng)，優(yōu)選是小于1/3波長(zhǎng)的一個(gè)或多個(gè)信道。服務(wù)器天線元件424、434、444與天線罩422安裝在一起，組成元件上的外部罩。施主天線元件(圖中未標(biāo)出)也在盤或接地面452內(nèi)與后天線罩406裝配在一起，組成元件上的外部罩，包括內(nèi)部天線罩(圖中未標(biāo)出)，與天線罩422一樣。電子外殼454安裝在盤446和452之間。服務(wù)器天線元件424、434和444可以以與施主天線元件背靠背的關(guān)系被安裝。例如，層424內(nèi)的有源輻射體元件426、428、430和432與寄生輻射體元件436、438、440和442可以在頂部與施主天線的相應(yīng)有源輻射體元件和寄生輻射體元件對(duì)齊，在服務(wù)器天線層424和相似的施主天線層424之間具有分離距離。換言之，施主和服務(wù)器天線陣列可以面向相反方向，其中各輻射體在彼此之上，在天線陣列之間具有一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電接地面。
一個(gè)或多個(gè)電子板456安裝在外殼454內(nèi)。支撐結(jié)構(gòu)402可以是4個(gè)基本相同的支撐板458、460、462和464，他們安裝在盤446和452的端面上。由于板458、460、462和464中每一個(gè)基本相同，所以僅對(duì)支撐板460詳細(xì)描述。板460包括第一組各自帶有孔或開口472的臂466、468和470，他們與盤452中的開口474對(duì)齊。板460通過(guò)插入通過(guò)每對(duì)開口472和474的固定件(圖中未標(biāo)出)而被安裝在盤452上。板460還包括第二組各自帶有孔或開口472的臂476、478和480，他們與盤446上形成的開口474對(duì)齊。板460通過(guò)插入通過(guò)各對(duì)開口472和474的固定件(圖中未標(biāo)出)而被安裝在盤446上。
每塊板458、460、462和464也有一對(duì)螺紋孔482和484。安裝支架398包括帶一對(duì)U型腿支撐488和490的底座486。一對(duì)腿492(圖27中只標(biāo)出其中一個(gè))被擰入板462上的孔482和484中，例如，雖然可以根據(jù)單元390如何被安裝按使用板458、460、462和464中的任意一塊。安裝支架398底座486還可以包括多個(gè)孔494，其可以用于將板486通過(guò)恰當(dāng)?shù)摹⒉迦胪ㄟ^(guò)孔494的固定件而安裝在任意希望的面上。
于是，腿492被扣接至U型腿支撐488和490，以將單元390支撐在安裝支架398上，如圖28箭頭所示。不用時(shí)，孔482和484可以被塞子496封住或覆蓋。
圖29A、29B、29C給出了單元390的主視圖、側(cè)視圖和俯視圖。
圖30為圖29A所示的單元390沿30-30線的斷面圖。
圖31為圖29A所示的單元390沿31-31線的斷面圖。
圖32為圖29A所示的單元390、底座486和腿492沿32-32線的斷面圖。腿492包括位于一端的、擰入開口484中的螺紋柱500。腿492包括凸緣頭502，它的形狀與腿支撐488上形成的鏡像凸緣開口504匹配。
圖33為圖32所示的506區(qū)域內(nèi)的底座486和腿492的放大斷面圖。腿492還可以包括在底面510上的凹口或鎖銷(detent)508。面510與開口504嚙合，而鎖銷508相對(duì)于形成在彈簧(圖中未標(biāo)出)銷514頂部上的嚙合小突起512被偏壓。銷514和與容納到鎖銷508中的突起512幫助使單元390保持在安裝支架398內(nèi)。
圖34為圖30中扼流組件區(qū)域514的放大斷面圖。
圖35為帶自由支撐安裝支架520的示例增強(qiáng)器單元390的另一透視圖。除了擴(kuò)大的底座522外，支架520與支架398基本相同。擴(kuò)大的底座522沒有特定的關(guān)鍵的形狀，但是要大到足夠作為自由支撐單元來(lái)支撐單元390。單元390被確定為便于用戶移動(dòng)至希望的位置或建筑物。為了促進(jìn)單元390的便攜性，可以將把手524安裝在頂部支撐板458上的螺紋孔482和484(圖中未標(biāo)出)內(nèi)。
圖36描述了用于示例的增強(qiáng)器單元390的服務(wù)器雙極化天線424。示例的天線424通常包括印刷電路板(PCB)530，其上形成有金屬貼片426、428、430和432。下行鏈路路徑236上的下行鏈路信號(hào)F2通過(guò)RF分配網(wǎng)絡(luò)532耦接至貼片426、428、430和432。網(wǎng)絡(luò)532通過(guò)形成圖19中服務(wù)器天線252的水平極化下行鏈路部分252的各水平饋給元件534、536、538和540將信號(hào)F2饋送至每個(gè)貼片426、428、430和432。
以相似的方式，上行鏈路信號(hào)F1被貼片426、428、430和432接收，并通過(guò)RF分配網(wǎng)絡(luò)542耦接至上行鏈路路徑274。網(wǎng)絡(luò)542通過(guò)形成服務(wù)器天線252的垂色極化上行鏈路部分270的各垂直饋給元件544、546、548和550接收來(lái)自每個(gè)貼片426、428、430和432的信號(hào)F1。
圖37描述了示例的增強(qiáng)器單元390的施主雙極化天線232。示例天線232可以包括印刷電路板(PCB)560，其上形成有金屬貼片562、564、566和568。下行鏈路(DL)信號(hào)F2被貼片562、564、566和568接收，并通過(guò)RF分配網(wǎng)絡(luò)570耦接至下行鏈路路徑236。貼片562、564、566和568接收信號(hào)F2，并饋送形成圖19中施主天線232的垂直極化下行鏈路部分234的各垂直饋給元件572、574、576和578。
以相似的方式，上行鏈路(UL)路徑274上的上行鏈路信號(hào)F1通過(guò)RF分配網(wǎng)絡(luò)542耦接至貼片562、564、566和568。網(wǎng)絡(luò)542通過(guò)形成施主天線232的水平極化上行鏈路部分288的各水平饋給元件582、584、586和588將信號(hào)F1饋送到每個(gè)貼片562、564、566和568。
應(yīng)該理解，服務(wù)器和施主天線陣列布局的變體可以用來(lái)支持信號(hào)增強(qiáng)功能。作為例子，可以使用這樣的布局，即在服務(wù)器天線陣列中具有第一輻射元件間距值，在施主天線陣列中具有第二輻射元件間距值。作為第二個(gè)例子，服務(wù)器天線元件可以被定位為相對(duì)于施主天線元件具有橫向距離或位移，并實(shí)現(xiàn)施主和服務(wù)器天線之間希望的隔離。移動(dòng)天線陣列以在服務(wù)器和施主天線之間包括橫向位移將導(dǎo)致信號(hào)增強(qiáng)器更大的整體包裝大小。另一可能的變體是，施主天線和服務(wù)器天線可以具有大于任一天線陣列的單位尺寸的分割距離，并且通過(guò)一個(gè)或多個(gè)傳送線路，諸如圖38和39所示的同軸電纜，互連。
參照?qǐng)D38，依照可選示例性實(shí)施例構(gòu)造的增強(qiáng)器單元具有安裝在部分示出的建筑物結(jié)構(gòu)396墻394上窗戶392上的部分600、610和620。由于窗戶392通常是進(jìn)出建筑物結(jié)構(gòu)最強(qiáng)RF頻率傳送的區(qū)域，所以包括施主天線的單元600通常放置在窗戶上或其附近處。包括服務(wù)器天線的單元620可以放置在可在單元600附近的分離位置處或者位于相對(duì)于單元600小于30英尺的距離處，并通常位于室內(nèi)空間的同一房間中。單元600和單元620通過(guò)支撐2個(gè)獨(dú)立RF信號(hào)路徑的RF傳送路徑部件610連接。
圖39描述了具有部分600、610和620的可選示例性實(shí)施例的放大視圖。可選實(shí)施例可以包括用RF傳送線路部件610連接的獨(dú)立部分600和620。可選實(shí)施例可以是帶有用RF傳送線路部件610互連的可拆卸部分600和620的單元390(圖25)。部分600和620中的一個(gè)或二者可以借助安裝支架398安裝在結(jié)構(gòu)中或上?？蛇x實(shí)施例可以具有一個(gè)或多個(gè)把手524(圖35)和獨(dú)立式底座520(圖35)。
具有部分600、610和620的可選實(shí)施例可以包括常規(guī)電力電纜400，用戶可將其插入常規(guī)電源插座(圖中未標(biāo)出)或電池，以為單元加電和初始化。部分600具有支撐結(jié)構(gòu)402a，用于支撐介質(zhì)材料的外部前服務(wù)器側(cè)天線罩404，和部分600的其它元件。部分620包括支撐結(jié)構(gòu)402b和介質(zhì)材料的后施主側(cè)天線罩406以及部分620的其它元件。前天線罩404可以包括LED的或其它光學(xué)指示器的可視指示陣列408，諸如液晶顯示。在具有可拆卸部分600、610和620的可選實(shí)施例的一個(gè)變體中，可以將支撐框加402a和402b通過(guò)一個(gè)或多個(gè)連接件或固定件(圖中未標(biāo)出)彼此連接，形成裝配的單元390(圖25)。
綜上所述，將理解，施主天線或服務(wù)器天線可以與便攜信號(hào)擴(kuò)展單元的示例性實(shí)施例分離，以有利于其中天線定位在與擴(kuò)展單元分離的位置上的安裝。為了這個(gè)安裝，天線通常通過(guò)纜線，通常是同軸或光導(dǎo)纖維纜線，與擴(kuò)展單元的電子電路連接，以在天線和擴(kuò)展單元之間傳遞信號(hào)。為了為用戶提供安裝靈活性，天線可以被可移動(dòng)地安裝在擴(kuò)展單元的殼體上，以允許用戶根據(jù)安裝應(yīng)用將天線與殼體分離地安裝或安裝在殼體上。例如，常規(guī)支架可用于將天線安裝在殼體上，用于信號(hào)擴(kuò)展單元從一個(gè)位置向另一位置的移動(dòng)。于是，用戶可以撤掉這些支架，從殼體上移走天線，并將天線安裝到與示例的擴(kuò)展單元分離的位置。
雖然已經(jīng)在幾個(gè)實(shí)施例中描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易想到對(duì)本發(fā)明可以進(jìn)行的很多修改、增加和刪除，而不脫離本發(fā)明思想和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于將無(wú)線通信系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)覆蓋擴(kuò)展到基站受限覆蓋區(qū)域內(nèi)的至少一個(gè)用戶的信號(hào)增強(qiáng)器，包括雙向放大器，包括用于響應(yīng)于基信號(hào)產(chǎn)生放大的基站信號(hào)的放大下行鏈路信號(hào)路徑和用于響應(yīng)于來(lái)自每一用戶的用戶信號(hào)產(chǎn)生來(lái)自用戶的放大的用戶信號(hào)的放大上行鏈路信號(hào)路徑；耦接至所述雙向放大器的施主雙極化天線，包括具有第一極化狀態(tài)的第一施主雙極化天線和具有與所述第一極化狀態(tài)正交的第二極化狀態(tài)的第二施主雙極化天線；和耦接至所述雙向放大器的服務(wù)器雙極化天線，包括具有第一極化狀態(tài)的第一服務(wù)器雙極化天線和具有與所述第一極化狀態(tài)正交的第二極化狀態(tài)的第二服務(wù)器雙極化天線；其中所述下行鏈路信號(hào)路徑耦接在所述第一施主雙極化天線和所述第二服務(wù)器雙極化天線之間，和所述上行鏈路信號(hào)路徑耦接在所述第二施主雙極化天線和所述第一服務(wù)器雙極化天線之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)器，其中所述兩個(gè)信號(hào)路徑都被包含在用戶便攜單元中，所述雙向放大器還包括用于響應(yīng)于檢測(cè)到變化的信號(hào)電平，調(diào)整所述信號(hào)路徑增益的可變?cè)鲆婵刂葡到y(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增強(qiáng)器，其中所述可變?cè)鲆婵刂葡到y(tǒng)用于增加所述兩個(gè)路徑上的增益，直到達(dá)到預(yù)定運(yùn)行信號(hào)電平或者當(dāng)為所述單元加電時(shí)在下行鏈路信號(hào)路徑上已經(jīng)達(dá)到最大預(yù)定增益電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的增強(qiáng)器，其中所述可變?cè)鲆婵刂葡到y(tǒng)用于監(jiān)控至少所述下行鏈路信號(hào)路徑的輸出功率電平，以及如果所述輸出功率電平超過(guò)預(yù)定極限，則降低用于所述兩個(gè)信號(hào)路徑的功率電平。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的增強(qiáng)器，其中所述可變?cè)鲆婵刂葡到y(tǒng)用于監(jiān)控至少所述上行鏈路信號(hào)路徑的輸出功率電平，以及如果所述輸出功率電平超過(guò)預(yù)定極限，則降低用于所述上行鏈路信號(hào)路徑的功率電平。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增強(qiáng)器，其中所述可變?cè)鲆婵刂葡到y(tǒng)用于監(jiān)控所述下行鏈路信號(hào)路徑的輸出功率電平，以及如果所述輸出功率電平超過(guò)預(yù)定極限，則降低用于所述兩個(gè)信號(hào)路徑的功率電平；所述可變?cè)鲆婵刂七€用于監(jiān)控所述上行鏈路信號(hào)路徑的輸出功率電平，以及如果所述輸出功率電平超過(guò)預(yù)定極限，則降低用于所述上行鏈路信號(hào)路徑的功率電平。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)器，還包括安裝支架，用于將所述單元安裝在對(duì)于從基站接收基站信號(hào)恰當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)器，其中所述用戶區(qū)域位于具有低信號(hào)覆蓋特性的建筑物內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)器，還包括獨(dú)立式安裝支架，用于在對(duì)于從基站接收基站信號(hào)恰當(dāng)?shù)奈恢蒙习惭b所述單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)器，其中所述天線彼此相鄰地位于背靠背布置中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)器，其中每個(gè)所述天線包括具有多個(gè)貼片輻射體的天線陣列。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的增強(qiáng)器，其中每個(gè)所述天線還包括與每個(gè)所述陣列天線分隔的寄生貼片天線陣列，以增加所述天線的帶寬。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)器，其中所述雙向放大器在每個(gè)所述上行鏈路和下行鏈路路徑中還包括至少一個(gè)帶通濾波器，所述濾波器在信號(hào)交點(diǎn)附近具有傳送零點(diǎn)，以增加所述信號(hào)路徑之間的隔離。
14.一種用于擴(kuò)展無(wú)線通信系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)覆蓋的便攜信號(hào)增強(qiáng)器，包括具有一對(duì)相對(duì)表面、一定大小和重量的殼體，用于支持用手使殼體從第一位置移動(dòng)到第二位置；安裝在所述表面中每一個(gè)的雙極化天線，用于在與安裝在另一面的天線輻射能量的方向相反的方向中輻射能量，每個(gè)雙極化天線包括具有第一極化狀態(tài)的第一天線元件和具有第二極化狀態(tài)的第二天線元件，其中所述第一極化狀態(tài)與所述第二極化狀態(tài)不同；和安裝在所述殼體內(nèi)的雙向放大器(BDA)，用于在所述殼體相對(duì)表面對(duì)中每一表面上的雙極化天線之間放大信號(hào)。
15.一種用于控制便攜信號(hào)擴(kuò)展器單元中雙向放大器(BDA)的下行鏈路信號(hào)接收路徑中的增益和上行鏈路信號(hào)傳送信號(hào)路徑中的增益的方法，所述方法包括以下步驟響應(yīng)于為所述信號(hào)增強(qiáng)器單元初始供電，通過(guò)增加所述下行鏈路信號(hào)接收路徑和所述上行鏈路信號(hào)傳送路徑的增益，直到對(duì)于其中一條路徑達(dá)到預(yù)定運(yùn)行信號(hào)電平或者對(duì)于所述下行鏈路信號(hào)接收路徑達(dá)到最大預(yù)定增益電平，來(lái)建立BDA的初始化狀態(tài)；監(jiān)控所述下行鏈路信號(hào)接收路徑的輸出功率電平，并響應(yīng)于檢測(cè)到所述輸出功率電平超過(guò)第一閾值，減小所述下行鏈路信號(hào)接收路徑和所述上行鏈路信號(hào)傳送路徑的功率電平；和監(jiān)控所述上行鏈路信號(hào)接收路徑的輸出功率電平，并響應(yīng)于檢測(cè)到所述輸出功率電平超過(guò)第二閾值，減小所述下行鏈路信號(hào)接收路徑和所述上行鏈路信號(hào)傳送路徑的功率電平。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括步驟通過(guò)響應(yīng)于檢測(cè)到其中一條所述路徑的輸出功率電平超過(guò)第一閾值或第二閾值長(zhǎng)達(dá)一定時(shí)間周期，終止到所述信號(hào)擴(kuò)展器單元的電源，以建立功率關(guān)閉狀態(tài)。
17.一種用于擴(kuò)展無(wú)線通信系統(tǒng)中業(yè)務(wù)覆蓋的便攜信號(hào)增強(qiáng)器，包括具有一對(duì)相對(duì)表面的殼體；安裝到所述表面中每一個(gè)的雙極化天線，用于在與安裝到另一表面的天線輻射能量的方向相反的方向上輻射能量，每個(gè)雙極化天線包括具有第一極化狀態(tài)的第一天線元件和具有第二極化狀態(tài)的第二天線元件，其中所述第一極化狀態(tài)與所述第二極化狀態(tài)不同，以實(shí)現(xiàn)所述第一天線元件所接收的信號(hào)和所述第二天線元件所輸出的信號(hào)之間的隔離；和安裝在所述殼體內(nèi)的雙向放大器(BDA)，用于放大在所述殼體相對(duì)表面對(duì)中每一個(gè)上的雙極化天線之間延伸的下行鏈路信號(hào)路徑上所承載的信號(hào)，以及用于放大在所述殼體相對(duì)表面對(duì)中每一個(gè)上的雙極化天線之間延伸的上行鏈路信號(hào)路徑上所承載的信號(hào)，其中所述下行鏈路信號(hào)路徑包括下行鏈路濾波器，用于限定BDA的全帶寬路徑，所述下行鏈路濾波器包括信號(hào)延遲最優(yōu)化特性，以使所述下行鏈路信號(hào)路徑中的群時(shí)延最小化；和其中所述上行鏈路信號(hào)路徑包括上行鏈路濾波器，用于限定BDA的全帶寬路徑，所述上行濾波器包括信號(hào)延遲最優(yōu)化特性，以使所述上行鏈路信號(hào)路徑中的群時(shí)延最小化。
18.一種用于擴(kuò)展無(wú)線通信系統(tǒng)中業(yè)務(wù)覆蓋的便攜信號(hào)增強(qiáng)器，包括包括一對(duì)相對(duì)表面的殼體；安裝到所述表面中每一個(gè)的雙極化天線，用于在與安裝到另一表面的天線輻射能量的方向相反的方向中輻射能量，每個(gè)雙極化天線包括具有第一極化狀態(tài)的第一天線元件和具有第二極化狀態(tài)的第二天線元件，其中所述第一極化狀態(tài)與所述第二極化狀態(tài)不同，以實(shí)現(xiàn)所述第一天線元件所接收的信號(hào)和所述第二天線元件所輸出的信號(hào)之間的隔離；和雙向放大器(BDA)，用于放大在具有用于所述雙極化天線中第一雙極化天線的第一極化狀態(tài)的第一天線元件和具有用于所述雙極化天線中第二雙極化天線的第二極化狀態(tài)的第二天線元件之間延伸的下行鏈路信號(hào)路徑上所承載的信號(hào)，以及用于放大在具有用于所述雙極化天線中第一雙極化天線的第二極化狀態(tài)的第二天線元件和具有用于所述雙極化天線中第二雙極化天線的第一極化狀態(tài)的第一天線元件之間延伸的上行鏈路信號(hào)路徑上所承載的信號(hào)。
19.一種用于擴(kuò)展無(wú)線通信系統(tǒng)中業(yè)務(wù)覆蓋的便攜信號(hào)增強(qiáng)器，包括具有一對(duì)相對(duì)表面和總大小和重量的殼體，用于支持用手使所述殼體移動(dòng)；安裝到所述表面中每一個(gè)的雙極化天線，用于在與安裝到另一表面的天線輻射能量的方向相反的方向中輻射能量，每個(gè)雙極化天線包括具有第一極化狀態(tài)的第一天線元件和具有第二極化狀態(tài)的第二天線元件；和安裝在所述殼體內(nèi)的雙向放大器(BDA)，用于放大在所述殼體相對(duì)表面對(duì)中每一個(gè)上的雙極化天線之間延伸的下行鏈路信號(hào)路徑上所承載的信號(hào)，以及用于放大在所述殼體相對(duì)表面對(duì)中每一個(gè)上的雙極化天線之間延伸的上行鏈路信號(hào)路徑上所承載的信號(hào)，所述BDA還包括增益控制系統(tǒng)，用于監(jiān)控所述下行鏈路信號(hào)路徑的輸出功率電平，并且如果所述輸出功率電平超過(guò)第一閾值，則降低所述下行鏈路信號(hào)路徑的功率電平，所述增益控制系統(tǒng)還用于監(jiān)控所述上行鏈路信號(hào)路徑的輸出功率電平，并且如果所述輸出功率電平超過(guò)第一閾值，則降低所述上行鏈路信號(hào)線路的功率電平。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的信號(hào)擴(kuò)展器單元，其中所述增益控制單元還用于響應(yīng)于檢測(cè)到所述信號(hào)路徑中一條信號(hào)路徑的輸出功率電平，終止到所述BDA的電源。
全文摘要
一種用于將無(wú)線通信的業(yè)務(wù)覆蓋擴(kuò)展到希望的受限覆蓋范圍中的用戶的低成本便攜信號(hào)增強(qiáng)器單元。所述增強(qiáng)支持增加信號(hào)功率電平，以允許在原始蜂窩信號(hào)微弱或不可靠的區(qū)域，諸如小型辦公室或家庭辦公室環(huán)境中，使用無(wú)線通信?；拘盘?hào)被雙向放大器設(shè)備(BDA)增強(qiáng)，其中雙向放大器設(shè)備接收基站信號(hào)，放大信號(hào)功率，并在第一信號(hào)路徑中將放大的信號(hào)再傳送至附近的用戶。雙向放大器也接收用戶信號(hào)，放大信號(hào)功率，再在第二分離的信號(hào)路徑上將放大的信號(hào)再傳送至基站。雙極化天線能以相反的極化接收和傳送各信號(hào)，以增加信號(hào)的隔離。
文檔編號(hào)H04B7/155GK1765067SQ03826337
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2003年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月26日
發(fā)明者大衛(wèi)·L·麥凱, 多納爾德·L·魯尼恩, 多納爾德·卓塞弗·麥克奈爾, 史蒂芬·布萊特·湯普森, 詹姆斯·威廉姆·馬克斯威爾 申請(qǐng)人:Ems技術(shù)公司