专利名称：用于通过无线天线发送光传输的数据的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于通过无线天线发送光传输的数据的方法，具有以下步骤-根据待传输的数据或根据待传输的数据信号调制栽波信号以产 生经过调制的栽波信号，-通过光纤导线传送经过调制的栽波信号，-在通过光纤导线传送之后通过无线天线发送该数据。
背景技术：
这种方法也称为"光无线电"，并例如在昂贵的单模式玻璃纤维 中使用。换句话说，该方法尤其涉及用于将无线电频率的信号光学传 输到无线天线的方法。发明内容本发明要解决的技术问题在于提供一种简单的方法，该方法尤其 是也可以用于长的玻璃纤维、价廉的聚合纤维和/或大的载波频率中。 此外还应当提供一种尤其适用于执行该方法的装置。涉及方法的技术问题通过具有权利要求中给出的方法步骤的方法 解决。扩展方式在从属权利要求中给出。在本发明的方法中，除了开头所述的方法步骤之外还执行以下方 法步骤数据信号，该数据或数据信号接着通过无线天线发送出去，从而也可 以说是重新产生将通过无线天线发送的数据，-从传送的经过调制的载波信号中产生辅助栽波信号，-根据接收数据或接收数据信号对辅助载波信号进行调制，-通过无线天线发送经过调制的辅助栽波信号。本发明所基于的考虑是存在期望传送位于千兆赫兹范围内的栽波频率的应用，例如大于20千兆赫兹，因为例如在这种频率时频率发 生器实现起来是很昂贵和困难的。尤其是难以无噪声地、尤其是无相 位噪声地实现这样的发生器。另一方面，传送位于无线电频带的数据， 即传送位于高频率的数据会导致，由于光纤导线中的衰减和散射在没 有其它措施如再生器的条件下在光纤导线上的传输距离是有限的。因此在本发明的方法中，对传送的经过调制的载波信号进行解调 以产生接收数据或接收数据信号。从传送的经过调制的载波信号中也 产生重新产生的辅助栽波信号，该辅助栽波信号优选具有与经过调制 的栽波信号相同的频率，或者其频率等于载波信号的频率的数倍，尤 其是整数倍。在根据该接收数据或接收数据信号调制了辅助载波信号 之后，可以通过无线天线和通过无线传输线路进行传送，尽管在它们 当中存在信号衰减和/或具有较小错误率以及尤其是在无源的天线头 中的信号失真。在一个实施方式中，对栽波信号和辅助载波信号采用 互不相同的调制方法进行调制。可替换的，还可以采用相同的调制方 法。本发明的方法尤其是在所谓的MIMO(多输入多输出)应用中采用， 或者在定向的无线电辐射中采用，尤其是在所谓的Piko小区中，即在 直径小于35米的无线电小区中，但是也用于运行移动无线数据传输网 络的基站。在本发明方法的扩展中，按照振幅调制根据待传输的数据或者根 据待传输的数据信号对载波信号进行调制。该扩展基于以下考虑由 于光纤导线的衰减或由于光纤导线中的散射，相位调制如PSK (Phase Shift Keying,移相键控)或QAM ( Quadratur Amplitude Modulation, 正交振幅调制)只能实现比较短的传输距离，尤其是对于具有非常高 频率的栽波信号来说，例如高于20千兆赫兹。相反，振幅调制只受到 衰减的影响，从而更大的传输距离或"更为价廉"的光纤导线也能采 用。在一扩展中，对于振幅调制来说在经过调制的载波信号中的峰值 和随后的最小值之间的差值在分别不考虑由于互不相同的数据值而导 致的变换的情况下是相等的。由此例如栽波信号的峰值以及最小值都 根据待传输的数据而变化。通过这种方式可以简单地调制载波信号。在替换的扩展中，对于振幅调制来说在经过调制的载波信号中的峰值和随后的最小值之间的差取决于待传输数据的值，尤其是在待传 输的数据值变换之间。例如只有峰值根据待传输的数据改变，但是最 小值保持不变。可替换的，可以反过来进行。在该扩展中对栽波信号 的调制程度特别高。在本发明方法的下个扩展中，采用跟踪调节来从接收的主载波信号中产生辅助载波信号，该跟踪调节也称为PLL (Phase Locked Loop, 锁相回路)。跟踪调节使得在接收的载波信号受到很强干扰的情况下 也能产生辅助载波信号。此外可以利用简单的手段产生两个信号之间 的相位相等或刚性的相位关系，该相位相等尤其是在MIM0应用中是必 要的。在实施方式中，跟踪调节例如也提高频率，尤其是使频率加倍 或4吏频率变成三倍，在本发明方法的下个扩展中，采用滤波器单元，尤其是采用与辅 助载波信号的频率相比窄带的滤波器单元来产生辅助载波信号，其中 窄带意思是，滤波器单元例如只让具有小于3dB的衰减、且频率位于 这样一个频率范围的信号通过，该频率范围位于比载波信号的频率小5 %以及最多比载波信号的频率高出5%的值之间。滤波器单元尤其是带 通滤波器，例如通带中的相移比较小的滤波器，如Tschebyscheff滤 波器。在下个扩展中，所述方法用于运行多个天线，这些天线同时通过 多个无线传输线路将数据传送到一个终端设备。该应用也称为MIMO(多 输入多输出)，并且当信号非常弱时也能保证可以向终端设备无错误 地传送数据。在另一个扩展中，光纤导线是聚合物纤维导线，尤其是由有机聚 合物制成，例如P薩A导线(Polymethylmethacrylat，聚甲基丙烯酸 曱酯)或其它聚合物导线。聚合物是摩尔质量例如大于104gmol^的大 分子。这种纤维导线例如是梯度纤维，而且与玻璃纤维、尤其是单模 式玻璃纤维相比明显更为便宜。但是这种纤维导线的衰减和散射也明显高于玻璃纤维导线，尤其是高于单模式玻璃纤维导线。但是聚合物 纤维导线由于本发明的方法即使在传输距离大于50m以及载波信号的频率大于20千兆赫兹时也能使用。在本发明方法的下个扩展中，通过发射天线或通过附加的接收天 线也接收无线信号。辅助载波用于对接收的无线信号解调。由此可以执行双向的数据传输。尤其是对于返回路径来说也可以在载波信号频率大于20千兆赫兹以及导线长度大于50米或100米时使用聚合物纤 维.在另一个扩展中，辅助载波用于与要返回的数据或要返回的数据 信号一起进行调制。经过调制的辅助载波通过所述光纤导线或通过其 它光纤导线发送。两种光纤导线尤其是具有相同的物理特性。如果只 采用一种光纤导线，则采用多路复用方法，例如时间多路复用或频率 多路复用。本发明还涉及一种装置，尤其是光学无线天线头。该天线头包含 光/电的转换单元，例如吸收射线的二极管，如pn二极管、pin二极管 或所谓的雪崩二极管。此外天线头包含连接在转换单元之后的第一分 离单元，如低通滤波器，该第一分离单元让传送的数据信号通过。此 外天线头包含第二分离单元，传送载波信号的信号，但是对数据信号 进行剧烈衰减。在两个分离单元之后连接信号混合单元或调制单元， 该信号混合单元或调制单元用于混合或调制由第一分离单元和第二分 离单元输出的信号。在分离单元和混合单元或调制单元之间不需要其它中间单元就可 以在天线头中进行信号制备，该信号制备使得可以使用大的传输距离 或"廉价的"聚合物纤维。尤其是该天线头可以构造成无源的，也就 是没有额外的供电源。在下个扩展中，在第一分离单元和混合单元之间设置调制单元， 尤其是具有数字信号处理器的调制单元。该调制单元产生处于基带的 经过调制的数据信号。接着在混合单元中基于混合而将基带推移到高 频区域。由此与直接对高频载波信号进行调制的情况相比，可以更为 简单地构造调制单元。在下个扩展中，天线头包含跟踪调节单元，该跟踪调节单元连接 在第二分离单元之后并且连接在混合单元之前。跟踪调节单元或PLL 使得可以简单地再现载波信号，例如同时还提高频率。在下个扩展中，天线头包含连接在混合单元之后的无线天线。该 无线天线在另一个扩展中设计为用于大于20千兆赫兹或甚至大于50 千兆赫兹的发射频率。在下个扩展中，所述装置包括引向光/电的转换单元的光纤导线。该光纤导线尤其是在通过该光纤导线传送的载波信号的频率大于20千 兆赫兹时是长度大于50m的聚合物纤维导线。在另一个扩展中，无线天线也用作接收天线。可替换的，还存在 附加的接收天线。在该接收天线之后连接了解调单元，由此可以进行 双向的数据传输。
下面借助附图解释本发明的实施例。在此图1示出天线头的发射部件的原理连接图，图2示出天线头的接收部件的原理连接图，图3示出要通过聚合物纤维传送的经过调制的载波信号，图4示出另一个要通过聚合纤维传送的经过调制的载波信号。
具体实施方式
图1示出天线头10的发射部件8的原理连接图。天线头10与引 向光接收二极管14的聚合物纤维12连接。天线头10的接收二极管14 的一端连接到分支16。导电的连接线18从分支16引向基带滤波器20， 该基带滤波器例如是低通滤波器。导电的连接线22从基带滤波器20 的输出端引向信号处理单元44，该信号处理单元例如包含数字信号处 理器(DSP)。导电的连接线从信号处理单元44的输出端引向混合单 元26的输入端El。导电的连接线28从混合单元26的输出端引向天线 29。此外导电的连接线30从分支16引向载波频率滤波器32，该载波 频率滤波器在栽波频率附近进行窄带的滤波。导电的连接线从载波频 率滤波器32的输出端引向PLL电路46, PLL电路例如包含用载波频率 振荡的本地振荡器，其中例如其精度不如用于产生在聚合物纤维导线 12的未示出末端使用的栽波频率的振荡器那样高。导电的连接线从PLL 电路46的输出端引向混合单元26的输入端E2。在电连接线36上传输 辅助载波信号HT。例如通过聚合纤物维导线12传输经过振幅调制的栽波信号，如下 面例如借助图3和图4解释的。经过光/电的转换之后，从经过调制的 载波信号中产生接收数据信号，该数据信号例如在低通滤波器20中就已经经过了解调，但是该解调还可以用信号处理单元44来执行。接着 在信号处理单元44中进行适用于无线传输的调制，尤其是PSK (相移 键控)调制或者QAM调制(正交振幅调制)。滤波器32滤出载波频率 信号，但是该载波频率信号由于在聚合物纤维12上的传输而受到强烈 干扰。PLL电路46从受到干扰的载波信号中产生辅助载波信号HT，该辅助栽波信号可以看作是重新产生的载波信号，而且尤其是具有与原 始的栽波信号相同的相位，即尤其是辅助栽波信号HT与原始的或未受 干扰的载波信号之间是锁相的。在将辅助载波信号HT与通过信号处理 单元44产生的经过调制的数据信号混合之后形成无线信号，该无线信 号尤其是结合MIMO应用通过天线29发射出去。在其它实施例中，天线头构造为无源的天线头，即没有信号处理 单元44和没有PLL电路46，参见括号40至43。在下个实施例中只有 信号处理单元44而没有PLL电路46。在这种情况下，通过栽波滤波器 32进行滤波就足以重新产生载波信号。但在替换扩展中采用PLL电路 46，但不采用信号处理单元44。在这种情况下，混合单元26作为调制 单元工作，该混合单元例如又进行振幅调制。图2示出天线头10的接收部件48的原理连接图。天线29或者说 附加的接收天线通过导电的连接线50与解调器或者说信号混合单元 52连接。还通过电连接线54将重新产生的辅助载波信号HT输入解调 单元52。导电的连接线从解调器52的输出端引向光发射二极管的一 端，该二极管例如是激光二极管或发光二极管。二极管58连接到聚合 物纤维60。可替换的连接玻璃纤维。由此重新产生的辅助栽波信号还 可以用于接收无线数据，然后通过聚合物纤维60传输该无线数据。解调器52例如还包含调制器，该调制器产生经过振幅调制的载波 信号，如下面借助图3和图4解释的。经过振幅调制的信号尤其适用 于通过聚合物纤维或通过很长的玻璃纤维传输。接收部件48也可以无 源地构造。可以例如用Mach-Zehender干涉计来代替二极管58, Mach-Zehender干涉计是一种晶体，其根据电压来改变其光学特性，或 采用基于Franz-Keldysh效应的所谓的电吸收调制器(EAM )来代替二 极管58。图3在坐标系70中示出信号曲线72,该信号曲线示出要通过聚合 物纤维12传输的经过调制的载波信号。坐标系70具有水平的x轴，在该轴上示出时间t,垂直的y轴76用于表示所传输的光射线的强度 或功率。如图3所示，为了传输数据值O对栽波信号这样进行调制， 即使得该载波信号具有小的峰值和小的最小值。相反在传输数据值1 时，采用较大的峰值和较大的最小值。峰值和最小值之间的差大于0， 而且该差值在数据值为0时例如与在数据值为1时一样大。换句话说， 周期性改变的载波信号的平均值在振幅保持相等的条件下改变。图4在坐标系80中示出根据第二实施例的将通过聚合物纤维12 传输的经过调制的载波信号的信号曲线82。坐标系80具有水平的x轴 84,在该轴上示出时间t。垂直的y轴86用于表示通过光发射器产生 的射线的强度或功率。如图4所示，为了传输数据值1对例如正弦或余弦形的栽波信号 这样调制，使得该栽波信号具有大的峰值和小的最小值，尤其是最小 值为0。相反在传输数据值0时这样调制栽波信号，使得该载波信号具 有与数据值为0时的峰值相比更小的峰值，其中最小值仍然具有0值。 由此载波信号的振幅上升根据待传输的数据值改变。在其它实施例中采用其它类型的振幅调制。例如还可以交换用于 数据值0和1的信号形式。或者采用不等于0的最小值。总之，在此采用"光学无线电"技术的概念，其中一部分待传输 的信号或者以基带或者以无线电频带通过光纤如玻璃纤维或聚合物纤 维传输。所描述的实施例涉及通过经由价廉的聚合物纤维引向天线的 光线路来传输无线电频率数据。对于未来的无线数据传输技术需要达 到60千兆赫兹的非常高的频率，例如在WLAN应用或未来的移动无线 数据传输网络中。但是价廉的多模式聚合物纤维具有非常高的形态散 射，从而在频率例如为60千兆赫兹时用于数据的最大传输面积只有少 量厘米数，例如小于30厘米。由此，当利用RF (射频)数据信号对光 进行调制时，不能通过这样的纤维连接天线头。另一方面期望例如传 输60千兆赫兹的载波频率，因为在该频率时频率发生器很贵也难以实 现，尤其是不能无相位噪声地实现。但尤其是对于MIMO应用或定向的无线电射线来说，需要多个天线 具有锁相的关系，该关系在每个天线头都有自己的振荡器时只能非常 费事地实现。在该实施例中通过光纤传输基带的数据，并且载波频率 与数据分离地传输。在此利用了，由于强烈的散射虽然不能再传输例如60千兆赫兹的数据，但是如果要传输例如60千兆赫兹的载波信号， 该载波信号可以在经过窄带滤波之后在纤维末端上锁相地再现出来。 要传输的数据例如只有每秒几十兆位的比较小的数据率，例如小于每 秒100兆位，而且可以通过剧烈散射的媒介在几百米的距离上传输。在一实施例中，天线头具有这样的结构，即在其光输入端具有光 电二极管，该光电二极管的电信号分为两部分。第一部分通过低通滤 波器滤波，并提供要发送的基带信息。第二部分通过窄带滤波器以载 波频率滤波，并产生载波。无线电频率混合器从基带信号和载波信号 中产生要辐射的信号。如果要辐射的无线频率功率非常小，则整个天线头可以完全无源 的，即没有额外的供电源地形成。来自光电二极管的电流提供所需要 的能量。基带低通滤波器、载波窄带滤波器和混合器在这种情况下是 无源的组件。对于反馈信道尤其是使用现有的载波信号，以便将接收的射频信 号转换到基带。利用该基带信号对反馈信道进行调制。在实施例中这 也是完全无源地执行的。通过所述措施可以为设置的天线单元，尤其是为无源工作的天线 单元，但是也可以为有源工作的天线单元使用价廉的多模式聚合物纤 维。在其它实施例中，为了通过光纤导线传输不采用高阶的调制方法， 如QAM64。高阶调制方法不能无干扰地通过高散射的媒介传输。因此在 该实施例中借助简单的调制方法来传输基带的数据，例如开-关键控， 而且待发射的无线信号在天线头中数字产生，参见信号处理单元44。天线头又这样构造，即在其光输入端设置光电二极管，该光电二 极管的电信号分为两部分。第一部分通过低通滤波器滤波，并提供要 发送的基带信息。笫二部分通过窄带滤波器以载波频率滤波，并产生 载波。天线头本身具有信号处理器，该信号处理器将待发送的数据转换 为期望的调制格式。现在经过调制的基带数据与再现的无线电频率载 波频率混合，并通过天线发射。对于反馈信道还是使用现有的载波信号，以便对接收的射频信号 进行解调并转换到基带。利用该基带信号对反馈信道进行调制，例如设置的天线使用价廉的多模式 聚合物纤维。附图标记列表8发射部件10天线头12聚合物纤维14光接收二极管16分支18连接线20基带滤波器22， 24连接线26信号混合单元El、 E2输入端28输出连接线29天线30连接线32载波频率滤波器34， 36连接线40至43括号44信号处理单元46 PLL电路48接收部件50连接线52解调器54、 56连接线58光发射二极管60聚合物纤维74、 84 x轴 76、 86 y轴 HT辅助载波信号
权利要求
1.一种用于通过无线天线(29)发送光传输的数据的方法，具有步骤根据待传输的数据或根据待传输的数据信号调制载波信号以产生经过调制的载波信号(72，82)，通过光纤导线(12)传送经过调制的载波信号(72，82)，对传送的经过调制的载波信号进行解调以产生接收数据或接收数据信号，从传送的经过调制的载波信号中产生辅助载波信号(HT)，根据接收数据或接收数据信号对辅助载波信号(HT)进行调制，通过无线天线(29)发送经过调制的辅助载波信号(HT)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照振幅调制根据
3. 根据权;J要求2所述的方法，^特征在于，在^过调制的栽波 信号(72)中的峰值和随后的最小值之间的差值在不考虑由于互不相 同的数据值而导致的变换的情况下是相等的。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在经过调制的载波 信号(82)中的峰值和随后的最小值之间的差值取决于待传输数据的 值。
5. 根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤 采用跟踪调节装置(46)从接收的载波信号中产生辅助载波信号(HT)。
6. 根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤 采用滤波器单元(32)来产生所述辅助栽波信号。
7. 根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述方法用 于运行多个天线(29)，这些天线同时通过多个无线传输线路将数据 传送到一个终端设备。
8. 根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述光纤导 线是聚合物纤维导线，尤其是由有机聚合物制成。
9. 根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，作为光纤导 线(12)采用多模式纤维或梯度指数纤维。
10. 根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，采用至少有 50米或至少有100米长的光纤导线(12 )，和/或采用频率大于20千兆赫兹或大于50千兆赫兹的载波信号。
11. 根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤 通过接收天线(29)接收无线信号，将辅助载波(HT)用于对接收的无线信号解调。
12. 根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤 将辅助栽波(HT)用于与要返回的数据或要返回的数据信号一起进行调制(52)，通过所述光纤导线(12)或通过其它光纤导线发送经过调制的辅 助栽波信号(HT)。
13. —种装置(10)，具有 光/电的转换单元U4),连接在该转换单元(14)之后的第一分离单元(20)，该第一分 离单元传送基带频率范围的信号比传送频率位于基带频率范围之外的 信号更好，连接在转换单元(14 )之后的第二分离单元(32 )，该第二分离 单元传送主频率范围的信号比传送基带频率范围的信号更好，其中主 频率范围的下限大于基带频率范围的上限，连接在第一分离单元(20)和第二分离单元(32)之后的信号混 合单元(26)或调制单元，该信号混合单元或调制单元具有第一输入 端(El)，从第一分离单元(20)输出的信号到达该第一输入端，而 且该信号混合单元或调制单元具有第二输入端(E2),从第二分离单 元(32)输出的信号到达该第二输入端，而且该信号混合单元或调制 单元在输出端产生一个信号，该信号是第一输入端(El)上的信号和 第二输入端(E2)上的信号的混合或调制。
14. 根据权利要求13所述的装置(10)，其特征在于，具有设置 在第一分离单元(20 )之后和混合单元(26 )的第一输入端(El )之前的调制单元(44)。
15. 根据权利要求13或14所述的装置(10),其特征在于，具有 设置在第二分离单元(32)之后和混合单元(26)或调制单元的第二 输入端(E2)之前的跟踪调节单元H6)。
16. 根据权利要求13至15中任一项所述的装置(10)，其特征在 于连接在混合单元(26)或调制单元之后的无线天线(29)。
17. 根据权利要求16所述的装置(10)，其特征在于，所述无线 天线(29 )设计为用于大于20千兆赫兹或大于50千兆赫兹的发射频 率，
18. 根据权利要求13至17中任一项所述的装置(10 )，其特征在 于具有引向光/电的转换单元(14)的光纤导线(12)。
19. 根据权利要求13至18中任一项所述的装置(10)，其特征在 于具有接收天线(29)，在该接收天线之后连接了解调单元(52)。
20. 根据权利要求13至19中任一项所述的装置(10),其特征在 于，所述装置(10)用于根据权利要求1至l2中任一项所述的方法。
全文摘要
解释了一种方法，其中根据待传输的数据调制载波信号。通过光纤导线传送经过调制的载波信号。对传送的经过调制的载波信号进行解调，其中产生接收数据。从传送的经过调制的载波信号中产生辅助载波信号。根据接收数据对辅助载波信号(HT)进行调制，然后通过无线天线(29)发送。
文档编号H04B10/2575GK101233705SQ200680027978
公开日2008年7月30日 申请日期2006年5月12日 优先权日2006年5月12日
发明者H·罗德 申请人:西门子家庭及办公室通讯装置两合公司