蜂窝信号增强器的制作方法

专利名称：蜂窝信号增强器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通信，尤其涉及通过增强受限覆盖区域内的用户单元所接收到(或传送)的信号，来扩展用于用户单元的业务覆盖。
背景技术：
无线通信系统已经非常普遍，用户也越来越多地依赖于无线通信系统的有效性、并对其提出了更高的要求。许多用户依赖于无线通信的能力而不考虑陆线电话业务的有效性。这些无线通信系统能够用于在业务和用户之间通信声音和/或数据。由于很多这些系统现在依赖数字通信形式，所以声音和数字传输主要靠信息速率来区别。虽然无线通信系统的业务覆盖已在高速扩大，但是仍存在许多的受限覆盖区域。每个无线通信系统通常包括用于向用户的用户单元传输无线信号和从用户的用户单元接收无线信号传送的多个基站。例如，这些通信系统包括，运行在频率大约为800MHz的蜂窝传输，在美国(US)运行在频率大约为1900MHz的个人通信业务(PCS)传送以及世界各地其它的无线移动通信应用。
每个固定位置基站具有一个或多个覆盖区域，通常称为小区。拥有用户单元，例如蜂窝电话，的移动用户，能够接收来自基站的信号也能向基站传送信号。移动用户也可以使用其他类型的便携式用户单元，诸如在工业界被称为个人数字助理(PDA)的相对小的计算机，或者在工业界被称为手提电脑的更大的便携式计算机，其具有通过无线方式与基站通信的能力。数字覆盖通常在规定的覆盖区域内效果最好，但是它甚至在覆盖区域内也可能被阻挡或削弱。众所周知，覆盖区域可能包括被山坡或其他建筑物遮蔽的地方，也可能在小区边缘、小区之间、或者在小区范围之外存在这样的区域，在其中用户接收信号时断时续或者接收不到信号。例如，覆盖区域可能包括建筑物，由于信号衰减和信号在建筑物内穿过和传播时的散射，在建筑物空间内的信号覆盖通常弱于建筑物周围的外部空间。还可能希望将基站的覆盖扩展到特定的用户位置，但至少到现在，这种做法并没有证明通过建设另外一个基站或者永久中继器将覆盖扩展到所述用户位置是正确的。
所谓的“中继器”单元已经被设计用来提供对于希望的扩展的覆盖的一个解决方案，它通常位于永久位置的塔楼上。这些中继器以以下方式工作，即在第一或施主(donor)天线上接收从基站传送的信号，然后从第二或服务器天线向用户再辐射或再传送放大的信号。用户的传送被服务器天线接收，被施主天线放大并然后再传送到基站。中继器可以用于将基站覆盖扩大至超过正常小区覆盖范围的区域或用于向小区覆盖区域内的被遮蔽位置提供足够的信号以为用户提供期望的覆盖。室外中继器通常安装在固定位置，诸如微型小区塔楼，其安装成本较贵，通常不由用户安装。
单独中继器单元或由一个或多个中继器单元和光纤或同轴电缆的信号分配网络组成的子系统可以被专门指定用于提供建筑物或其他结构，例如隧道，内部的覆盖。这些中继器通常在被覆盖的结构外部有一个施主天线，在结构内部有一个或多个服务器天线。
在运行时，中继器产生有限的传送能量，其被反馈或耦接至各第一和第二天线。第一和第二中继器天线之间的隔离通常被定义为再传送输出功率比耦接的输入功率的量度，通常用分贝(DB)表示。由于在中继器中存在反馈或耦接的干扰，所以存在这样的可能性，即在某些条件下出现产生振荡的不稳定运行。为了避免在中继器中出现不稳定状态，中继器的信号幅值增益不能大于两个中继器天线之间的隔离。
室外中继器的放大器增益值通常在85至95dB的等级，施主天线增益值在23至25dBi的等级，服务器天线增益值在15至18dBi的等级。用于这些增益值范围的相应净信号增益和最小隔离为123至138dB。当前典型设备的合成射频(RF)输出功率边界值在施主端可以为+20dBm，在服务器端可以为+43dBm。
典型的室外中继器为蜂窝或PCS业务中频率分配的子部分提供运行增益。频率分配的子部分的使用能够将中继器的运行限制到特定业务区域内拥有许可证的业务提供商子集。这种限制可能导致需要用于向移动用户提供覆盖的附加设备和不动资产。
显然，为了用户的利益，下行链路路径上的中继器必须向用户的用户单元提供与没有中继器的情况下到达该用户单元的信号幅度相比更大的信号幅值。存在中继器必须提供的最小净信号增益，以提供优点。和原始信号的传播损耗相比，净信号增益必须克服环境中传播的波的接收和再传送的有效信号损耗。因此，没有有源或电子信号增益、并仅仅依赖于天线增益的无源中继器不能在室外环境下提供优点。在室外环境下，有源增益可以大于70dB，其中中继器信号覆盖扩展经常超过一英里的距离。
要求室外中继器扩展无线信号覆盖低于10GHz就导致了使用较大的天线和使用较贵的电子仪器，需要拥有或租赁不动产，并且需要可以是塔楼或建筑物的安装结构。业务提供商通常以某种方式通过直接拥有或通过租赁来负担这些花费。
将信号覆盖扩展至不充分覆盖的区域，诸如用户的建筑物内部，可能导致很多问题，这是因为再分配需要非常高的增益，这反过来可能导致可能在通信系统中引起振荡和/或不希望的噪声的不稳定。而且，用户可能暂时处于一个位置，并且在任何情况下，用户希望在任何可能的地方获得覆盖扩展，而不需要大量的设置或安装成本或业务。如以下将结合图3-13更详细地描述的那样，常规的“个人”中继器已经试图解决这个信号覆盖扩展问题，但至今在市场上只取得了有限的成功。
综上所述，可以看出需要能够以降低的成本和用户简单使用而实现扩展用于基站应用的用户覆盖。也希望提供能够如用户希望地那样单独定位的便携、低成本，增强的区域覆盖。此外，还存在这样的需求，即以不导致信号不稳定的方式提供扩展的用户覆盖，其中信号不稳定可能在无线通信系统中产生振荡或干扰。

发明内容
本发明的目的是通过增强由希望的受限覆盖区域内用户接收的信号，将无线通信的业务覆盖扩展到用户单元，例如蜂窝电话或其他类型的无线通信设备。例如，增强是指信号功率电平的增加，以允许蜂窝电话在原始蜂窝信号弱的地方的使用，并且可能受益于提高的覆盖的区域或空间相对于宏基站(macro base station)的覆盖来说比较小。需要扩展的业务覆盖的区域可以在室内环境中，诸如住宅，小型办公室，或家庭办公环境，或者局部室外环境，诸如特殊活动的举办地。
对于本发明的一方面，无线基站信号能够被双向放大器有源地增强，双向放大器接收基站信号、放大信号功率、并经由下行链路信号路径将放大的信号再传送至附近的用户的用户单元。双向放大器，通常被称为BDA，也接收用户信号、放大信号功率、并经由第二上行链路信号路径将放大的信号再传送至基站。
BDA能够提供在用于特定无线通信业务的完整频率分配上的双向运行，也能够与一个或多个同时用户运行；每个用户通常具有用户单元或终端，其中在多用户中，系统接入协议可以不同。例如，BDA的双向运行可以包括整个被准许的US PCS频谱，并能够与一个或多个拥有CDMA、GSM或IS-136系统接入协议的同时用户协作运行。
BDA可以耦接在“施主”双极化天线和“服务器”双极化天线之间。施主双极化天线可以(1)接收用于传送到下行链路信号路径的基站信号，以及(2)响应于从上行链路信号路径接收该放大的信号，向基站传送用户信号的放大版本。服务器双极化天线可以(1)接收用于传送到上行链路信号路径的用户信号，以及(2)用于响应于从下行链路信号路径接收该放大的信号，向用户的用户单元传送基站信号的放大版本。因此，BDA能够在施主天线和服务器天线之间传递上行链路和下行链路路径信号。
BDA通常被包含在单个用户便携单元中，其中该便携单元具有有一定尺寸和重量的壳体，用于支持用户将便携单元从一个地方移动到另一个地方。对于本发明的典型方面，施主和服务器双极化天线可以安装在便携单元的壳体的相对表面上。这使得安装在壳体一个表面上的天线在与安装在另一表面上的天线辐射能量的方向相反的方向上辐射能量。双极化天线能够利用正交极化接收和传送各自上行链路和下行链路信号，以增加信号的隔离。
为了支持便携单元在不同位置的运行，基于用户对便携单元的移动，便携单元可以包括支持用于BDA的可变增益控制的自动设置或初始化程序。响应于从无供能状态向单元提供电能，该可变增益控制系统能够增大BDA的下行链路和上行链路路径上的信号幅度增益，直到达到一个预定的运行信号电平或者直到在下行链路信号路径上接收到最大预定信号幅度增益电平。一旦达到初始化状态，可变增益控制系统能够监控和调整BDA的下行链路和上行链路路径的输出功率电平，以维持初始化运行电平。
对于本发明的另一方面，便携信号增强器包括具有一对相对朝向表面的壳体，和安装到壳体的每个表面的双极化天线，用于在与安装在另一表面的天线的方向辐射能量的方向相反的方向上辐射能量。每一双极化天线可以包括具有第一极化状态的第一天线元件和具有第二极化状态的第二天线元件。第一极化状态和第二极化状态不同，以实现第一天线元件所接收的信号和第二天线元件所输出的信号的隔离。
该信号增强器还可以包括安装在壳体内、用于放大在下行链路信号路径上传递的信号的BDA，其中下行链路信号路径在壳体的相对朝向表面的每一表面上的双极化天线之间延伸。该BDA也能够放大在上行链路信号路径上传递的信号，其中上行链路信号路径在壳体的相对朝向表面的每一表面上的双极化天线之间延伸。
下行链路信号路径和上行链路信号路径通常各自包括下行链路滤波器和上行链路滤波器，用于定义用于BDA的全带宽信号路径。下行链路滤波器和上行链路滤波器都包括信号延迟最优化特性，以使这些信号路径中的群时延最小。
本发明的其它特征和优点将通过随后的详细描述并参照附图很容易的得出。


图1表示在典型基站环境中的无线通信覆盖。
图2表示在基站环境中通信覆盖的限制。
图3表示用于图1所示基站的受限信号覆盖区域的一种常规解决方案。
图4表示用于图1所示基站的受限信号覆盖区域的另一常规解决方案。
图5表示用于图1所示基站的受限信号覆盖区域的再一常规解决方案。
图6为用于具有受限信号覆盖的基站的常规中继器方案的框图。
图7为用于具有受限覆盖的基站的常规耦合干扰消除中继器方案的框图。
图8为用于具有受限覆盖的基站的常规自适应消除中继器方案的框图。
图9为图8的常规自适应消除中继器方案的下行链路路径的框图。
图10为图8的常规自适应消除中继器方案的上行链路路径的框图。
图11为用于具有受限覆盖的基站的另一常规自适应消除中继器方案的框图。
图12为图8的常规自适应消除中继器方案的一个平板模块的透视图。
图13为图11常规自适应消除中继器解决方案的一平板模块的透视图。
图14说明本发明示例性实施例的典型通信覆盖。
图15说明本发明另一示例性实施例的典型通信覆盖。
图16为本发明示例性实施例的框图。
图17为本发明的平板示例性实施例的透视图。
图18为典型基站的频谱图。
图19为本发明示例性实施例的详细结构图。
图20为说明图19所示示例性实施例的运行的状态图。
图21为图19所示示例性实施例的初始增益控制设定的时序图。
图22为说明图19所示示例性实施例的运行方法的流程图。
图23为表示图19所示示例性实施例的运行的时序图。
图24为装有示例增强器单元的建筑物的部分透视图。
图25为依照本发明示例性实施例构造的增强器单元的放大的透视图。
图26为图25所示示例增强器单元的部分分解图。
图27为图25所示部分装配的示例增强器单元的另一分解图。
图28为具有单元安装支架的图25所示示例增强器单元的另一透视图。
图29A、29B、29C分别为图25所示示例增强器单元的主视图，侧视图和俯视图。
图30为图29A所示示例增强器单元沿30-30线的断面图。
图31为图29A所示示例增强器单元沿31-31线的断面图。
图32为图29A所示增强器单元和安装支架沿32-32线的断面图，每一个均依照本发明的示例性实施例构造。
图33为图32所示示例安装支架的部分放大断面图。
图34为图30所示示例增强器单元的部分放大断面图。
图35为带可选的单元安装支架的图25所示示例增强器单元的另一透视图。
图36为依照本发明示例性实施例构造的服务器双极化天线的平面图。
图37为依照本发明示例性实施例构造的施主双极化天线的平面图。
图38为带有可拆卸子单元的可选示例增强器单元的建筑物的部分透视图。
图39为图38所示可选示例增强器单元的放大透视图。
具体实施例方式
在后面的描述中，附图中相同的数字标号在各个附图中代表相同或相似的元件。参照图1，基站或小区基站(cell site)10包括至少一个、通常是多个天线12，其辐射和接收射频信号以支持无线通信。天线或天线阵列12按照常规的方式安装在基站塔楼14或类似功能结构上，诸如建筑物。像这里使用的这样，天线阵列是具有尺寸、间距和照明序列的天线元件的集合，以致各个辐射体元件的场组合起来在特定方向上产生最大强度，在其它方向上产生最小场强度。在描述这样的集合时，术语阵列天线和天线阵列可以相互替换使用。
每一基站天线阵列12为移动或固定通信系统(图中未标出)的小区提供覆盖，诸如用于运行在大约800MHz的蜂窝传送、在美国(US)运行在大约1900MHz的个人通信业务(PCS)传送或其它具有系统固定或移动用户的无线通信应用，诸如在一个或多个覆盖区域16里。基站10的覆盖可能不包括覆盖区域16的所有部分。例如，结构或建筑物可能干扰建筑物18处的信号强度，如图中所示的覆盖区域16的边缘，但它可以在覆盖区域16的任何地方。不过，足够的信号强度可能可用于信号增强以支持将通信业务传递到用户。另一业务覆盖问题可能是可用于结构或建筑物22内用户的业务，即使该建筑物在覆盖区域16内。这可能由多种原因造成，诸如建筑物22的构造或其它阻挡源或者多路径信号干扰，这在没有信号增强的情况下又可能导致信号强度不足以被用户使用。
基站10的业务覆盖的另一限制是自然或人工结构的干扰，诸如山坡或高山24，如图2所示。山坡24导致干扰从区域26内基站10所辐射的信号，这称为遮蔽。没有增强基站信号的情况下，到达阴影区域26的信号又将不足以被用户使用，诸如在建筑物或位置28中。
图3描述了一种在阴影区域或地带26中提供足够信号覆盖的解决方案。中继器30通常安装在塔楼32或有类似功能结构上。塔楼通常位于基站10的小区覆盖区域内或者离小区足够近以致施主天线34上所接收到的信号强度足以被再辐射或服务器天线36放大并再传送至移动台38，诸如阴影地带26中的蜂窝电话。移动台38，也被称作用户单元或者终端，可以位于地带内的建筑物(图中未画出)内，或者可以位于地带26内的某一位置。
图4描述了用于受限小区覆盖区域16的通信问题的另一解决方案。同样，中继器30位于如图所示的覆盖区域16的边缘、或位于区域16的外部，但是来自基站10的信号足以被放大用于再传送。这里，希望的覆盖区域40不是阴影区域，但是全部或部分位于覆盖区域16之外。可以选择区域40覆盖任意用户永久位置，诸如图1所示的建筑物或位置20。
如图5所示，中继器30通常安装在固定位置中的塔楼32上。施主天线34面对基站10，并且通常地，施主天线34和服务器天线36通过沿着塔楼32的长度方向彼此隔开而被物理隔离。中继器30需要电子设备42放大和再传送来自和送往用户台38的信号。电子设备42至少包括放大器对44和46，一个用于放大来自基站10的下行链路信号，一个用于放大来自用户台38的上行链路信号。
如图4和图5所示，常规的扩展业务覆盖的解决方案通常涉及将业务覆盖扩展到相对广阔的覆盖区域。相反，如下所述，本发明的示例性实施例基于使用一个便携式信号增强单元来提供在相对更狭小的区域或空间内，通常是室内并其覆盖面积通常最多5000平方英尺，的信号增强。
图6描述了常规中继器30的结构图。中继器30包括施主天线34，其通过天线共用器滤波器(duplexer filter)48将来自基站10的下行链路信号耦接至正向频带或下行链路路径50。例如，下行链路信号可以在1930至1990MHz的频带内。下行链路信号被放大器46放大，然后通过天线共用器滤波器52耦接至服务器天线36用于传送给用户。来自用户的传送信号被服务器天线36接收，并通过天线共用器滤波器52耦接至反向频带或上行链路路径54。例如，上行链路信号可以在1850至1910MHz的频带内，与下行链路信号频带相隔20MHz以实现信号之间的隔离。上行链路信号被放大器44放大，然后通过天线共用器滤波器48耦接至施主天线34用于传送至基站10。
图6描述的常规中继器30使用天线共用器滤波器48和52来分离上行链路54和下行链路50路径信号，用于放大。常规中继器30使用一个施主天线和一个服务器天线，每个天线具有一个用于信号接收和传送的特性极化。相反，本发明的示例性实施例不使用天线共用器滤波器48和52。如以下更详细所描述的那样，这些示例性实施例通常使用一个施主天线和一个业务器天线，其中每个天线具有两个特性极化一个特性极化用于信号接收，一个特性极化用于信号传送。并且，用于从施主天线传送信号的特性极化与用于服务器天线接收信号的特性极化不同。同样的，用于施主天线接收信号的特性极化与用于从服务器天线传送信号的特性极化不同。
本领域技术人员将认识到，前述用于通信覆盖增强和覆盖扩展的场景可以是用于双向通信，业务覆盖的描述可以适用于上行链路信号和下行链路信号的信号状态。本领域技术人员还将认识到，通信链路设计或局部传播状态中的不平衡可能导致对一个信号路径的偏好胜过另一个信号路径的上行和下行通信链路中暂时的或长期的不平衡。
参照图7，描述了常规耦合干扰消除系统(CICS)中继器60，诸如在美国专利US 6385435 B1中描述的。除了针对中继器30所描述的那些元件外，中继器60提供了用于减少中继器30中的反馈或耦合干扰信号的电路。中继器60包括下行链路或正向CICS电路块62和上行链路或反向CICS电路块64。CICS电路块62和64没有被详细表示，但是每个块都包括导频信号发生器和检测器，用于检测各干扰信号的存在和幅值，以及在各天线共用器滤波器48和52的输入端注入消除信号。天线共用器滤波器48和52以及CICS电路块62和64增加了不希望的成本、群时延和信号增强的复杂性。
图7描述的常规中继器60使用CICS电路块62和64来消除所有的或部分的、中继器30中不希望的反馈或耦合干扰信号。相反，本发明的示例性实施例，如此所述，不使用CICS电路或类似电路来防止或消除一个信号增强器单元中不希望的反馈或耦合干扰信号。
本领域技术人员将认识到，天线共用器滤波器和双工滤波器(diplexer filter)基本上是相同类型的拥有三个端口的滤波器。天线共用器滤波器或者双工滤波器是具有公共端口并具有运行通带的更一般复用滤波器的特例，其包括具有作为公共端口的运行通带子集的运行通带的两个或多个端口。当对应于子集运行通带的两个端口分别专门用于传送和接收RF信号时，通常使用术语天线共用器滤波器。术语双工滤波器可更通常用于两个频带分离的RF信号，其中这两个频带分离的RF信号都用于接收或传送目的。术语天线共用器滤波器可以等价的用来描述双工滤波器。
参照图8，描述了常规的自适应消除中继器70，诸如在PCT公开WO01/52447A2中描述的。中继器70包括施主传送(Tx)和接收(Rx)天线72，它将接收到的下行链路信号F2馈送到天线共用器滤波器(D)74，天线共用器滤波器(D)74将下行链路信号F2耦接至自适应消除电路块(AC BLOCK)76。AC BLOCK 76生成负信号，其与信号F2结合以消除来自信号F2的反馈信号或成分。信号F2也在AC BLOCK 76中被放大，然后被耦接至滤波器(F)78，滤波器通常是带通滤波器。ACBLOCK 76和滤波器78组成下行链路信号路径80的有源元件。滤波器78保护AC BLOCK 76内的放大器不受上行链路路径上信号功率的影响。滤波器78将信号F2耦接至天线共用器滤波器(D)82，天线共用器滤波器(D)82将信号F2耦接至第二服务器传送(Tx)和接收(Rx)天线84。天线84将放大的下行链路信号F2传送至用户。
用户传送用于传送到基站的信号F1，其被天线84接收，并被耦接至天线共用器滤波器82，天线共用器滤波器82将信号F1耦接至上行链路路径88中的自适应消除电路块(AC BLOCK)86。AC BLOCK86的工作原理与AC BLOCK 76相同。滤波器90，通常是带通滤波器，保护AC BLOCK 86中的放大器不受下行链路路径上信号功率的影响。滤波器90将信号F1耦接至天线共用器滤波器74，天线共用器滤波器74将信号F1耦接至施主传送(Tx)和接收(Rx)天线72。天线72将放大的上行链路信号F1传送至基站。
图9描述了AC BLOCK 76的工作过程。下行链路信号F2在求和节点92与AC BLOCK 76中构造的调制的信号结合。调制的信号被设计为破坏性地干扰信号F2的反馈信号部分。信号F2被数字信号处理器(DSP)94数字采样并进一步处理。DSP94计算中间信号并将其耦接至调制器(MOD)96。信号F2已经通过滤波器(F)98并已经被放大器(A)100放大后，向MOD96输入信号F2的样本信号。MOD96根据两个输入产生破坏性的调制的信号，并将其耦接至节点92。
图10描述了AC BLOCK 86的工作过程。像AC BLOCK 76一样，AC BLOCK 86在调制器(MOD)102内产生调制的信号，用来破坏性的干扰信号F1中的反馈信号部分。调制的信号在求和节点104与信号F1结合。信号F1被数字信号处理器(DSP)106数字采样并进一步处理。DSP106计算中间信号并将其耦接至MOD102。信号F1已经通过滤波器(F)108并已经被放大器(A)110放大后，向MOD102输入信号F1的样本信号。MOD102根据两个输入产生破坏性的调制的信号，并将其耦接至节点104。
中继器70包括分别耦接在天线共用器滤波器74和82输出端与放大器98和108输出端之间的AC BLOCK 76和86。中继器60在天线共用器滤波器48和52之前注入消除信号，但是，中继器70在天线共用器滤波器74和82之后注入自适应消除信号。
参照图11，描述了与中继器70类似的另一常规自适应消除中继器120。中继器120包括用于向基站传送上行链路信号F1的独立施主传送(Tx)天线122和用于接收来自基站的下行链路信号F2的独立施主接收(Rx)天线124。中继器120也包括用于向用户传送下行链路信号F2的独立服务器传送(Tx)天线126和用于接收来自用户的上行链路信号F1的独立服务器接收(Rx)天线128。除了缺少天线共用器滤波器外，中继器120在其他所有方面与中继器70相同。
图11描述的常规中继器120包括4个天线和2个完全独立的RF路径。常规中继器120使用用于在系统的施主端传送和接收的独立天线，以及用于在系统服务器端传送和接收的独立天线。如以下更详细描述的那样，本发明的示例性实施例通常包括2个天线。例如，一个示例性实施例使用一个施主天线和一个服务器天线，每个天线具有两个规定的特性极化一个特性极化用于信号的接收，一个特性极化用于信号的传送。进一步，用于从施主天线传送信号的特性极化与用于由服务器天线接收信号的特性极化不同。同样的，用于由施主天线接收信号的特性极化与用于从服务器天线传送信号的特性极化不同。
图12描述了中继器70的平板模块(flat panel module)130。模块130包括里面装有中继器70的电子设备的壳体132。虽然天线72为了图示需要而显示在壳体132的外面，但是天线72和84背靠背地放置在模块130内。像中继器60一样，天线共用器滤波器74和82(在中继器70内)以及AC BLOCK 76和86增加了不希望的成本、群时延和中继器70的信号增加的复杂性。
图13描述了中继器120的类似平板模块140。模块140包括里面装有中继器120的电子设备的壳体142。虽然天线122和124为了图示需要而被显示在壳体142的外面，但是天线对122、124和126、128背靠背地放置在模块140内。天线122和124是施主天线对，天线126和128是服务器天线对。施主传送(Tx)天线122和施主接收(Rx)天线124并排放置。同样的，服务器传送天线126和服务器接收天线128并排放置。
图14表示了由本发明示例性实施例支持的信号增强所改善的覆盖区域的描述。基站塔楼150传送用户想在建筑物或结构152内利用用户单元接收的信号。由于前面列举的任一或多个原因，当在建筑物152内接收时，基站信号太微弱以致不能被用户接收以及不能以理想业务质量在建筑物152内被使用。但是，信号仍然足够强，至少在大约-95至-90dBm的等级，以至能够被依照本发明示例性实施例构造的信号增强单元154接收和增强。用户可以在建筑物152的墙壁或窗户156上或附近安装信号增强单元154，也被称为信号增强器。用户(图中未标出)可以将单元154放置在邻近高RF传送的区域，诸如窗户(图中未标出)，然后为单元154提供电能，并观察信号能否被单元154接收并放大，以便在建筑物152内使用。
同一或另一用户也可能希望由于图15所示的更大建筑物160中的边缘的覆盖或提高业务质量。建筑物160内的用户也接收来自塔楼150的信号，该信号最初就很微弱以致不能使用，或者变得很微弱以致不能在建筑物160内部用于期望的业务质量。在这种情况下，用户又可以在邻近墙壁或窗户164处放置示例的信号增强器单元162，用于接收和增强来自基站塔楼150的信号。用户可以在建筑物160内部一定距离处使用增强的信号，这个距离通常取决于许多关于信号及环境的因素。例如，增强的信号覆盖可以覆盖2000平方英尺至5000平方英尺等级的范围。然而，在超过这个距离或用户进入另一房间或区域以后，信号可能需要再次被增强。用户可以在整个建筑物内放置一个或多个另外的增强器单元162’，以在期望的区域获得可靠的信号覆盖。单元162’通常与单元162相同，并被放置在第一或主要单元162或另一单元162’的范围内。单元162和162’可以被认为在运行时级联或顺序链接。在图中，单元162和162’彼此平行放置；不过，单元162和162’也可以彼此成一定角度的放置，以加宽或改变所获得的增强的信号覆盖。
参照图16，描述了依照本发明示例性实施例构造的信号增强器170的简化结构图。示例的信号增强器170包括具有可以通过垂直极化特性实施的第一天线特性极化部分174的第一施主双极化天线172。天线部分174接收下行链路信号F2，并将其耦接至下行链路信号路径176。信号F2被耦接至放大器178，放大器178形成双向放大器(BDA)的第一部分、放大信号F2并将信号F2耦接至第二服务器双极化天线180。具有特性极化部分182的第一服务器天线180相对于施主天线特性极化174被交叉极化，在本例中其被水平极化。天线部分180可以向用户传送放大的下行链路信号F2。本领域技术人员知道，相对于第一特性极化被交叉极化的第二极化具有相对于第一特性极化的正交极化特性。
服务器天线180的第二天线特性极化部分184相对于第一特性极化部分182被交叉极化，其被垂直极化。天线部分184接收来自用户的上行链路信号F1并将其耦接至上行链路信号路径186。信号F1被耦接至放大器188，放大器188构成双向放大器(BDA)的第二部分、放大信号F1并将放大的信号F1耦接至施主天线172的第二天线特性极化部分190。天线部分190相对于第一部分174被交叉极化，在本例中被水平极化。天线部分190向基站传送放大的上行链路信号F1。
下行链路接收极化174被垂直极化，它垂直于用于信号F2下行链路传送部分的水平极化182。以类似的方式，上行链路路径具有接收垂直极化天线部分184，它垂直于用于信号F1的水平极化传送天线部分190。下行链路接收极化174可被水平极化，但优选被垂直极化，因为大多数基站以垂直极化传送。因此，垂直极化部分174比被水平极化时接收更多用于基站的功率。下行链路接收天线174和上行链路传送天线190之间的正交极化能够提供足够的隔离，使得增强器170不需要现有技术所需的天线共用器滤波器。进一步，隔离足以提供放大，而不需要任何类型的信号变换或反馈消除电路。因此，增强器170相对于常规中继器提供了成本节约、减小噪声系数和减少增强器170的群时延。像下面叙述的一样，这样设计信号增强器170，使得天线172不需要天线共用器滤波器，即使只有一个第一施主天线170被用于即从基站接收又向基站传送，并且只有一个第二服务器天线180被用于即从用户接收又向用户传送。示例的增强器170被设计为没有传统的天线共用器滤波器，它与现有技术相比在低噪音接收放大器240和170之前可具有更低的信号损耗或衰减。示例增强器170的噪声系数通常小于6dB。
移动定位是对于移动无线电话系统的重要的新兴需求。USA联邦通信委员会(FCC)在1996年6月(Docket no.94-102)采纳了一项裁决，要求所有移动网络运行商提供关于所有“911”、紧急服务或所谓的E911能力的呼叫的位置信息。群时延是关于通过设备的角频率的总相移的变化率或RF功率以给定模式的群速度传播给定距离所需的传送时间。示例的增强器170提供小于50纳秒(ns)的典型群时延值。一些位置方案，诸如增强观测时间差(E-OTD)，依赖于精确的时间测量，并且过度的群时延可能使E-OTD系统难以精确确定要被所有接收器测量的信号中的点。
图17描述了依照本发明另一示例性实施例构造的平板增强器单元200。单元200包括包含增强器单元200的电路(图中未标出)的壳体201。壳体201具有顶端或顶面202、一对侧端或侧面203和204、以及底端或底面205。施主天线172可以包括四贴片206、207、208、209的对称阵列，每个贴片被双极化(参照图36)，以提供相互垂直的接收部分174和传送部分190。例如，贴片206包括垂直定向部分210和水平定向部分211。其他每个贴片207、208和209也有以相同方式运行的相同定向部分(没有单独编号)。类似的方式，在壳体201反面或背面的服务器天线180可以包括四贴片212、213、214和215的相似阵列。每个贴片被双极化，以以与贴片206类似的方式提供相互垂直的接收部分184和传送部分182。
示例增强器单元200使用天线极化隔离来减小服务器天线180和施主天线172之间的反馈信号，以及减小服务器天线180上和施主天线172上传送和接收功能之间的信号。这些反馈信号通过辐射单元耦合在服务器天线180和施主天线172之间。使用与壳体201的端或面202、203、204和205垂直和平行的线性极化定向210和211就可以减轻服务器天线180和施主天线172的相反或正交极化之间的交叉耦合。线性极化210和211主要垂直和平行于端或面202、203、204和205的导电和介质边界，并可以使天线172的第一天线特性极化部分174和相对于天线部分174被交叉极化的第一特性极化部分182之间的耦合最小化。类似的方式，线性极化210和211主要垂直和平行于端或面202、203、204和205的导电和介质边界，并可以使第二天线特性极化部分190和相对于天线部分190被交叉极化的第二特性极化部分184之间的耦合最小化。
线性极化210和211主要垂直和平行于端或面202、203、204和205的导电和介质边界，并可以使第一天线特性极化部分174和相对于天线部分174被交叉极化的第二特性极化部分190之间的耦合最小化。类似的方式，线性极化210和211主要垂直和平行于端或面202、203、204和205的边界，并可以使第一天线特性极化部分182和相对于天线部分182被交叉极化的第二特性极化部分184之间的耦合最小。
示例增强器单元200的端或面202、203、204和205的边界包括长度基本相同的导电和/或介质材料。增强器单元200的壳体201在施主天线172或服务器天线180的平面图上基本是正方形。可以在施主天线172内等距离地排列天线阵列辐射体206、207、208和209。类似的方式，可以在服务器天线180内等距离地排列天线阵列辐射体212、213、214和215。施主天线172内的天线阵列辐射体206、207、208和209可以以相对于服务器天线180的天线阵列辐射体212、213、214和215背靠背的配置被放置。由于这种配置，施主天线172和服务器天线180的主要辐射方向基本相反。
与图12和图13分别所示的常规平板模块130和140形成对比，示例平板增强器单元200使用具有双同步特性极化210和211的辐射体的天线阵列，目的是为了将上行链路和下行链路信号分离和隔离到2个路径中。本发明的示例性实施例可以使用一个施主天线阵列和一个服务器天线阵列，其中每个天线阵列具有两个规定的特性极化一个特性极化用于信号接收，一个特性极化用于信号传送。并且，用于从施主天线阵列传送信号的特性极化与用于由服务器天线阵列接收信号的特性极化不同。同样的，用于由施主天线阵列接收信号的特性极化与用于从服务器天线阵列传送信号的特性极化不同。施主或服务器天线阵列内的每一特性极化只用于接收信号或只用于传送信号。换言之，示例性实施例的特性极化不具有传送和接收希望信号的双目的或功能，如增强器单元200所示。
图18描述了作为例子用于示例性实施例运行的PCS频带的频谱220。基站(BS)在1850至1910MHz的频带222中接收，在1930至1990MHz的频带224内传送。虽然最佳传送(Tx)频带224和最佳接收(Rx)频带222应该具有仅存在于频带中的矩形带状(图中用虚线标出)，但是在定义实际频带222与224性能特性的信号增强器滤波器的频率响应之间存在扩展和重叠。在图中，频带222的实际频带用实线225和226标出，频带224的实际频带用实线227和228标出。理想频带在1910和1930MHz之间具有20MHz的分离。不过，一个临界点是两频带实际重叠的交叉点229。交叉点229将相对于图19中的信号滤波过程而进一步详细讨论。频带222和224的每一个还被细分为多个子频带A、B、C、D、E和F，在美国，子频带单独被许可给业务区域或地带的业务提供商。示例的信号增强器单元通常提供跨所有子频带的运行覆盖，并可以被视为“全频带”设备。
图19描述了示例信号增强器单元的更详细的结构图，其通常被指定用编号230表示。示例单元230包括带有下行链路垂直极化接收部分234的双极化施主天线232，下行链路垂直极化接收部分234将下行链路信号F2耦接至下行链路信号路径236。信号F2被耦接至第一滤波器238，第一滤波器238被设计为具有中心通频(center passfrequency)1960MHz并通过1930至1990MHz的接收频带(基站的传送频带)内的接收频带F2信号，而过滤掉频带外的不希望的频率。
预选器滤波器238和单元230的其他滤波器可以通过所谓的“陶瓷”带通滤波器实现。对于示例性实施例，可以使用常规的陶瓷带通滤波器，其中滤波器具有三个极点，并且被定制有位于另一运行传送或接收频带的相邻频带边缘上或其附近处的零点。滤波器传递函数的极点和零点定义了在常规上用于滤波器分析和设计的s面内的奇点的位置，并且用作滤波器复杂性的衡量标准。这样的滤波器被设计在中心频率1960MHz周围，以通过1930至1990MHz的接收频带，或在中心频率1880MHz周围，以通过1850至1910MHz的、用于传向基站(BS)的上行链路信号的传送频带。如图18所示，两信号之间留有20MHz的分离。不过，如所述的那样，频带222和224不是理想的，如图18虚线所示，在频带222和224的响应之间存在实际交叉点229。
用于传送频带1850至1910MHz的常规三极陶瓷预选器带通滤波器可以由位于Washington DC的Microwave Circuits，Inc.制造的型号C031880E来实现。用于接收频带1930至1990MHz的常规三极陶瓷带通滤波器可以由Microwave Circuits，Inc.制造的型号C031960J来实现。
常规的三极陶瓷带通滤波器具有在交叉点229附近相对于通带区域222和224中的峰值信号电平大约-3dB的性能特征。通带区域222和224之外的常规三极陶瓷滤波器响应的斜率和形状主要由通带宽度和极点数决定。下频侧227上的BS传送(Tx)滤波器具有在BS接收(Rx)滤波器通带222的通带内的可测量响应。这个响应代表BS传送(Tx)和BS接收(Rx)频带之间的隔离或阻止程度。同样的，BS接收(Tx)滤波器的上频侧226具有在BS传送(Tx)滤波器通带224的通带内的可测量响应。这个响应代表BS接收(Rx)和BS传送(Tx)频带之间的隔离或阻止程度。
通过在其他运行传送或接收频带的相邻边缘上或其附近在滤波器传递函数中增加零点，交叉值229可以从常规陶瓷滤波器设计的大约-3dB减小到大约-10dB，并且BS传送(Tx)和BS接收(Rx)频带之间的隔离或阻止程度可以被增加。例如，可以在运行频带为1850至1910MHz的BS接收(Rx)带通滤波器的1932MHz上或附近增加零点，可以在运行频带为1930至1990MHz的带通滤波器的1908MHz上或附近增加零点。这种滤波器设计提供了相对于运行通带响应为-10dB的交叉229阻止或隔离值。将零点定位在离运行频带更近就可以提高1920MHz的交叉229频率处的阻止，但是运行频带的通带可能具有更大的衰减和群时延。
带零点的自定义陶瓷三极带通滤波器可以由Portland，Maine的专营无线通信系统自定义滤波器的ComNav Engineering提供。用于BS接收(Rx)频带的带零点的自定义陶瓷三级带通滤波器可以是型号3BCR6C-1880/Z75-LX，用于BS传送(Tx)频带可以是型号3BCR6C-1960/Z75-LX.
设计和使用带零点的三极陶瓷带通滤波器的另外一个优势是滤波器相对便宜并且体积小。这样的设计避免了对附加滤波器或带附加极点的更复杂滤波器的需求，这使得滤波器的体积和成本以及群时延最小化。通过减小群时延，如示例的增强器单元230中所示，可以满足在紧急911定位需求下及时找到用户的能力。更大的延迟将导致更不精确的用户定位，并因此可能干扰紧急情况下找到用户。增强器单元230的示例性实施例提供了低成本、便携使用能力以及减小的群时延的有利特征。
滤波后，信号F2被耦接至用于信号F2第一放大级的低噪声放大器(LNA)240，而不显著增加信号的噪声比。然后，放大的信号F2被耦接至可以同滤波器238一样的第二滤波器242，用于过滤接收频带外的频率，以更接近地匹配理想的接收频带。过滤后的信号F2被耦接至控制下行链路信号F2输出功率的可变增益放大器244。如果增益大于或等于1，即0dB或更大，则可变增益放大器244用作前置放大器。如果增益小于1或小于0dB，则可变增益放大器244也可以用作衰减器。使用作为用于信号幅值控制的控制设备的可变增益放大器244就可以提供以0.5和1dB为步长的信号幅值的分辨率控制，并提供无需校准每个信号增强器230就能够实现的信号幅值的均匀控制。示例的可变增益放大器244的动态范围为大约50dB，覆盖了增益大约为-25dB到+23dB的输出信号值的范围。
可变增益放大器244的输出信号被功率放大器(PA)246进一步放大。PA 246的输出通过常规定向耦合器248耦接，其中定向耦合器248采样信号F2的小的但幅度比例的部分作为PA输出功率的量度。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约为-11dB时有小于1dB的插入损耗。在耦合器248之后，输出信号通过可以与滤波器238相同的第三和最后的滤波器250耦接。
信号F2在最后过滤后被耦接至双极化服务器天线252，用于从天线252的水平极化部分254向用户传送。从天线部分254向用户的再传送提供了于天线232的接收部分234的最大隔离，其中天线232的接收部分被垂直极化或与部分254垂直。
可变增益放大器244被微控制器256控制，微控制器256在预定周期间隔从定向耦合器248采样信号F2的输出功率。微控制器可以是Chandler，Arizon的Microchip Technology，Inc.制造的PIC16F873设备。微控制器256的功能也可以由自定义的特定用途集成电路(ASIC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)、片上系统(SOC)集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)或类似的设备执行。
定向耦合器248将信号F2的采样部分提供给RF功率检测器258。一个示例性实施例使用由Norwood，Massachusetts的Analog Devices，Inc.制造的RF对数检测器和控制器AD8313。使用RF对数检测器就提供了相对宽的信号幅值检测的动态范围，并能够在70dB动态范围上提供±3dB的精度，或在62dB动态范围上提供±1dB的精度。可以使用低成本设备，诸如二极管检测器，但是本申请的精确性和可重复性会要求校准示例的信号增强器230内的每一二极管检测器。各个信号增强器230的校准将显著增加单元在大量制造操作中的费用。希望避免在装配后需要校准示例的单元230的任一元件。
来自RF功率检测器258的输出信号通过缓冲级260被耦接至微控制器256。缓冲级提供比RF功率检测器输出低的阻抗输出。检测到的信号的缓冲输出被耦接至微控制器256内的模数转换器(ADC)部分262。微控制器256比较RF检测到的信号F2的功率电平，并将其与预定的或初始化的功率电平比较，下文将会描述。在正常运行中，微控制器256将输出功率与预定的运行输出电平或其范围比较。微控制器256向数模转换器(DAC)部分264发送信号以调整可变放大器244的输出，以此控制信号F2的输出功率电平。DAC部分264可以是来自Milpitas，California的Linear Technology Corporation的LTC1661微功率双10-bit DAC。LTC 1661 DAC在小包装内提供两个高度线性化的精确可寻址的10-bit DAC，因此一台设备可以提供DAC部分264和262。
使用具有足够线性动态范围控制的可变增益放大器244、以充足的位和控制范围上希望的分辨率来调整可变放大器244的输出的数模转换器(DAC)部分264、以及具有同等精度的RF对数功率检测器258就使得能够实现能够无需单个校准每个示例单元230而工作的信号幅值控制。不需要校准的信号增强器230对实现低制造成本很重要。
用户发送信号，以与下行链路信号路径236相似的方式被天线252接收、被被天线232放大并再传送到基站。天线252的垂直极化部分270接收来自用户的信号。上行链路信号F1然后被耦接至上行链路信号路径274上的第一滤波器272。第一滤波器272除了被设计为以1880MHz为中心以过滤1850至1910MHz的传送频带外，基本与滤波器238相同。除了频带外，上行链路F1信号路径274的每一元件在功能上与前面针对下行链路信号F2路径236而描述的相应元件相同。过滤后的信号F1然后被耦接至LNA 276，并被输出至第二滤波器278。信号F1从第二滤波器278耦接至可变增益放大器280并输出至PA282。然后，信号F1通过定向耦合器284和最后的滤波器286耦接至用于向基站传送的天线232的水平极化部分288。与下行链路信号GF相同，信号F1的输出功率电平被定向耦合器284采样，并被馈送到RF功率检测器290。RF功率检测器信号通过缓冲器292耦接至微控制器256的ADC部分294。微控制器256通过DAC部分296输出模拟控制信号以控制可变增益放大器280的增益，并因此控制信号F1的输出功率电平。
对示例信号增强器希望低成本和便携性的目标就支持对自治或自动设置或初始化和监控程序的需要。图20中的状态图300描述了这个自动的安装程序，图21描述了定时和功率图表。用户给信号增强器，诸如示例的增强器230，加上电源后，微控制器256将下行链路信号F2功率与初始状态(INIT State)306内的预定参考电平或增益304(参照图21)进行比较。如果信号F2的被感测下行链路功率电平小于参考电平304，那么微控制器256增加下行链路信号F2和上行链路信号F1的输出功率。例如，微控制器256将每秒将输出功率电平增加1dB，如直线308所示，直到达到-10dBm的功率电平310，其也低于电平304。然后，微控制器256将以0.5dB每秒的速度增加输出功率，如直线312所示，直到达到0dBm的参考功率电平304。可选地，可能达到最大可变增益放大器设定+23dB，并且参考电平304将相应调整。在运行的或初始的参考电平304处，设定低于电平3045dB的更低电平的增益电平314。换言之，为维持信号幅值增益而设定的增益值范围的下电平相对于对应于参考增益值的上电平为-5dB。
然后，微控制器256将进入监控状态316，将设置一组LED或其他可视指示设备(参照图25)以指示运行下行链路功率电平304的状态。在监控状态316中，微控制器256为几种状态监控增强器单元230的运行。
在下行链路均衡状态318内，采集到的下行链路信号功率F2小于参考增益304值，可变增益放大器244的增益值小于下窗增益(lower-window gain)314值。微控制器256可以增加上行链路和下行链路增益，直到F2信号功率在电平304和314形成的窗内或者直到达到最大允许可变增益值或电平。由于来自基站的信号应该在固定距离处相对稳定，所以信号增益增加的速率相对较慢。
在上行链路均衡状态320内，采集到的上行链路信号功率F1小于预定的最大上行链路功率电平，例如+20dBm，并且小于参考增益电平304。微控制器256可以增加上行链路信号功率F1，直到达到可变增益放大器244的预定最大上行链路增益电平或者参考增益电平304。在这种情况下，由于用户在建筑物或其他位置自由移动，所以增益变化的速率相对较快，引起上行链路信号功率电平波动。
下行链路峰值电平和下行链路过驱动电平的使用是指最大信号幅值；这两个术语意思相同并可替换使用。同样地，上行链路峰值电平和上行链路过驱动电平的使用是指最大信号幅值；这两个术语意思相同并可替换使用。
在下行过驱动状态322中，采集到的下行链路信号功率F2大于或等于在电平304之上的预定监控电平。微控制器256可以降低上行链路和下行链路增益，直到F2信号功率低于设置为+2dBm的下行链路过驱动参考监控电平。在状态322中，可视指示器，诸如红色LED，闪烁，以指示超出了最大下行链路信号功率304。当F2信号功率又低于+2dBm的下行链路过驱动参考监控功率电平时，增强器单元230将返回到监控状态316。
在上行链路过驱动状态324中，采集到的上行链路信号功率F1大于+21dBm的上行链路过驱动参考监控功率电平。微控制器256可以只降低上行链路增益，直到F1信号功率低于上行链路过驱动参考监控功率电平。在状态324中，可视指示器，诸如红色LED，闪烁以指示超出了最大上行链路信号功率。当F1信号功率又低于上行链路过驱动参考监控功率电平时，增强器单元230将返回到监控状态316。
当预定的超时周期期满时，其中在超时周期内下行链路信号F2和上行链路信号F1中二者或任意一个大于各自的峰值电平，则进入自动关闭状态326。预定的超时周期，例如300秒的持续时间周期，期满后，微控制器256可以降低下行链路和上行链路路径236和274至最小增益设置。这基本上是关闭状态，其显著地衰减RF信号F1和F2。
这个关闭状态防止示例的增强器单元230处于诸如可能由振荡或不稳定所引起的持续的过驱动状态。在所列出的正常运行电平处，示例单元230可以提供大约80至85dB的系统增益。示例的增强器单元230系统增益通常包括分别具有大约13dBi的峰值增益值的施主和服务器天线的天线增益值。
图22给出了流程图330，其说明用于实现对示例的信号增强器230的可变增益控制的、状态图300所描述的运行。在初始步骤332中，示例的单元230被通电并进入自动上电。在步骤334中，在微控制器256内设定变量，然后在步骤336中，微控制器256开始增加上行链路和下行链路路径274和236中的增益。如图21中定时图表302所示，步骤338(如图22所示)确定下行链路信号F2功率是否大于-10dBm。如果下行链路信号F2功率小于-10dBm，则在步骤340中，微控制器256设定增加到每秒1dB。如果下行链路信号F2功率大于-10dBm，则在步骤342中，微控制器256设定增加到每秒0.5dB。
如果下行链路信号F2功率还不是0dBm，或者增益还不是最大可变设定，则在步骤344中决定返回或回调至步骤336，以继续增加上行链路和下行链路路径中的增益。如果下行链路信号F2功率是0dBm或者增益是最大可变设定，则在步骤344中决定进入步骤346，设定上增益电平304和下增益电平314(图21)。实际上，增益电平304和314设定运行的初始窗，单元230在该步骤中还开始监控状态或运行。
在步骤348中首先确定下行链路信号F2功率是否大于峰值允许输出功率或过驱动功率电平。如果下行链路信号F2功率大于下行链路过驱动功率电平，则进入下行链路过驱动状态322，并且在步骤350中减小上行链路和下行链路路径增益。如果在判定步骤352中，下行链路信号F2功率小于下行链路过驱动功率电平，则在步骤354中将重新复位超时周期或过驱动定时器，并且单元230将返回监控状态和步骤348。如果在判定步骤352中，下行链路信号F2功率仍大于下行链路过驱动功率电平，则在判定步骤356中将检查超时或者过驱动定时器或持续时间周期。如果预定持续时间周期还没有期满，则单元230将返回或回调至步骤350以继续减小增益。如果预定持续时间周期已经期满，则在步骤358中，通过在自动关闭状态326中将下行链路和上行链路路径二者的增益设定为最小值，单元230将关闭。
如果步骤348中的判定是下行链路信号F2功率不大于下行链路过驱动功率电平，那么在步骤360中相对于其预定峰值限制检查上行链路信号F1功率。如果上行链路信号F1功率大于预定峰值限制，则进入上行链路过驱动状态324，并且在步骤362中只减小上行链路可变增益。如果在判定步骤364中，上行链路信号F1功率小于上行链路过驱动功率电平，则在步骤354中将复位超时周期或过驱动定时器，并且单元230将返回监控状态和步骤348。如果在判定步骤364中，上行链路信号F1功率仍大于上行链路过驱动功率电平，则在判定步骤366中，将检查超时或者过驱动定时器或持续时间周期。如果预定持续时间周期还没有期满，则单元230将返回或回调至步骤362以继续减小增益。如果预定持续时间周期已经期满，则在步骤358中，通过将下行链路和上行链路路径中的增益设定为最小值，单元230将关闭，这强迫可变放大器在自动关闭状态326下用作衰减器。
如果在步骤360中，上行链路信号F1功率不大于预定峰值限制，则在判定步骤368中，判定下行链路信号F2功率是否小于初始参考电平0dBm，以及下行链路增益设定是否小于下窗电平314。如果下行链路信号F2功率小于下行链路参考电平0dBm，并且下行链路可变放大器增益小于下窗电平314，则在步骤370中，上行链路和下行链路路径增益都被增加或增大。然后，单元230返回定时器复位步骤354，并然后再次返回监控状态348。如果下行链路信号F2功率大于或等于下行链路参考功率电平0dBm，或者下行链路可变增益设定大于下窗电平314，则在步骤372中，判断上行链路信号F1功率是否小于上行链路参考电平+20dBm，以及是否小于上窗电平314。如果上行链路信号F1功率小于上行链路参考功率电平+20dBm并且上行链路可变放大器增益值小于下窗电平314，则在步骤374中只增大或增加上行链路信号F1功率。然后，单元230返回定时器复位步骤354，并返回监控状态348。如果在步骤372中，上行链路信号F1功率大于或等于上行链路参考功率+20dBm或者上行链路可变放大器增益值大于或等于上窗电平314，则单元230像前面一样返回定时器复位步骤354，并返回监控状态348。
在所描述的示例单元230的运行中，依照例如由图23中的定时图表所示的定时器中断定时间隔，周期地采样上行链路信号功率F1和下行链路信号功率F2。如果下行链路信号功率F2高于峰值限制或电平304，则上行链路和下行链路信号都以预定的速率，例如每秒2dBm，减小，直到消除过驱动状态。如果只感测到上行链路信号功率F1在过驱动状态中，那么只有上行链路信号路径以预定的速率，例如每秒20dBm，减小，直到过驱动状态消除。如所述，如果任一过驱动状态存在长达预定持续时间周期，例如300秒[5分钟]，则两条路径都被设定为最小增益，以防止单元230内的任何持续的过驱动状态。
定时器中断定时间隔在微控制器256内被设定，并为单元230的所有运行提供定时。如定时图表380所示，为周期运行，诸如采样下行链路信号F2和上行链路信号F1的功率、数字和模拟信号的DAC和ADC以及可视指示器运行等，提供5毫秒(ms)的同步定时间隔。5ms间隔由10个阶段(phase)组成；Phase-0、Phase-1至Phase-9，它们组成了同步块382并连续地重复。通过使用在Phase-0处每隔50毫秒(ms)就加1的同步块计数器(图中未标出)，同步块382每隔50毫秒(ms)就运行。同步块计数器以模为2的方式计数到用于设定单元230的时间延迟的100毫秒(ms)间隔的整个定时帧。另一计数器(图中未标出)每隔用于5个帧中的时间帧(100毫秒(ms))就加1，以提供500毫秒(ms)的计数器，用于提供300秒关闭定时周期。定时图表380提供了单元230使用的5、50、100毫秒(ms)和0.5秒的定时间隔。
如定时图表380所示，微控制器256提供固定速率的2个定时中断周期。第一定时中断，Timer0，提供用于单元230的基本整个定时。存在10个独立的Timer0间隔，Phase-0至Phase-9，其中前8个间隔，Phase-0至Phase-7用于上行链路信号F1和下行链路信号F2功率电平采样。第二定时中断，Timer1，提供ADC(模数转换器)转换速率。第九间隔，Phase-8，用于将用于上行链路信号F1和下行链路信号F2功率电平的适当增益设定加载到DAC 264和296中。第十间隔，Phase-9，用于设定上行链路信号F1和下行链路信号F2可变增益放大器244和280的增益、更新光学或可视指示器、以及提供用于50毫秒(ms)和500毫秒(ms)间隔的计数器。50毫秒(ms)间隔用于更新微控制器256的状态，500毫秒(ms)间隔用于LED或其它可视指示器的闪烁以及用于持续过驱动状态超时的300秒次序时间周期。
当前存在三种基本无线协议用于第二代(2G)无线通信的US PCS频带。第一种协议是IS-95标准，即在北美广泛应用的码分多址(CDMA)协议。CDMA的特点是扩频，也就是CDMA在比原始信号带宽大得多的带宽上扩展包含在特定信号或所感兴趣的信号内的信息。CDMA也使用唯一数字代码，而不是分离的频带，来区分信道。由于每个用户信道由唯一数字代码分离，所以所有用户可以共享相同的频带。第二种协议是全球移动通信系统(GSM)，它是欧洲非常流行的时分多址(TDMA)协议。在TDMA协议内，信道由整个帧内的时隙隔开。第三种协议是IS-136标准，这是在北美使用的另一种TDMA协议。
作为例子，示例性实施例的运行涉及GSM协议的使用。GSM协议作为具有8个时隙的TDMA协议运行，其中每个时隙577微秒持续时间。8个时隙需要4.616毫秒(ms)的帧。这个序列需要大约5ms的帧间隔来包括所有8个时隙。根据奈奎斯特采样标准或间隔，单元230可以使用250微秒的、ADC(A/D)262和294的采样间隔，其为每个GSM时隙提供至少两个或更多的采样。
奈奎斯特采样间隔是将使得信号波形能够被完整确定的信号的同等间隔采样之间的最大时间间隔。奈奎斯特间隔等于采样的信号的最高频率的两倍的倒数。实际上，当为了进行数字传送或其它处理而采样模拟信号时，由于数字化过程所引入的量化误差，采样速率必须大于奈奎斯特定理所定义的速率。所需的采样速率由数字化过程的精确度确定。
当对下行链路信号F2和上行链路信号F1功率采样时，在帧的持续时间上，这里是5毫秒(ms)，保存有采样的最大值或峰值。这项技术保证确定GSM帧内(在8个GSM时隙上)的最大功率电平，尤其是在上行链路信道或路径274上，在那里在蜂窝站点运行在小于站点通信容量期间，可利用的时隙可能没有全部使用在蜂窝站点内。相反，CDMA协议是扩频技术。CDMA功率频谱在频带上均匀分布，因此CDMA协议可以使用更简单的采样技术。示例的信号增强器单元230不区别这三种协议，因此使用由GSM协议描述的峰值采样方法，因为其在用于无线通信的三个协议中任意一个都工作良好。
作为第二个例子，示例性实施例的运行涉及IS-136协议的使用。IS-136协议作为具有6个半速率(4800比特/秒)时隙和3个全速率(9600比特/秒)时隙的TDMA协议运行。为了覆盖IS-136协议，使用每信道250微秒的GSM采样速率，但在40ms的IS-136协议帧上采样。这个采样速率保证涵盖6个半速率时隙或3个全速度时隙。在GSM协议中，在8个GSM帧或64个时隙上采样。但由于每隔50毫秒(ms)调用监控状态控制循环，因此采样对于完整覆盖是充分的。监控状态控制循环每隔50毫秒(ms)在第九Timer0间隔执行。基于在40毫秒(ms)采样帧上确定的当前采样峰值功率电平，主控制循环改变上行链路和下行链路信道或路径236和274的增益变量。
本领域技术人员将认识到，需要恰当地采样峰值功率电平，以推导出充分代表用于正被单元390增强的信号的通信系统协议的峰值功率的值。正被单元390放大的信号的一部分的周期采样可以具有由奈奎斯特定理确定采样间隔，以及由于模拟信号量化为数字格式而产生的可接受的误差。所需的采样间隔可由具有最大帧速率的通信系统协议确定。用于连续采样序列的所需采样周期或持续时间可由具有最大帧周期的通信系统协议确定。峰值功率检测的更新速率可以小于采样周期的倒数。
参照图24，示例的增强器单元实施例390安装在被部分表示的建筑物结构396的墙394的窗户392上。由于窗户392通常是出入建筑物结构的最强RF频率传送的区域，所以单元390通常安装在窗户上或其附近处。
图25描述了示例单元390的放大图。通常利用安装支架398将单元390安装在结构中或上，安装支架398将在后面参照图27和32详细描述。单元390可以包括常规的电力电缆400，用户可以将其插入常规的电源插座(图中未标出)，以上电和初始化单元390。可选地，单元390可以包括常规电力电缆400，其可连接到常规的直流(DC)电源，诸如电池。当从无动力状态向信号增强器单元通电时，自启动程序为单元390提供所谓的即插即用用户性能。单元390具有支撑结构402(参照图27)，其支撑是介质材料的外部前服务器侧天线罩404、是介质材料的后施主侧天线罩406以及单元390的其它部件。前天线罩404可以包括LED或其它光学指示器的可视指示阵列408，诸如液晶显示器。阵列408包括，例如，黄色LED410、红色LED412和绿色LED414，它们之间没有固定顺序。
这三个LED用于指示启动初始化期间下行链路可变放大器增益的相对电平。例如，绿色LED以0.5秒间隔闪烁就表示启动初始化，黄色LED410和红色LED412的开、关和闪烁表示下行链路放大器的相对功率。一旦初始化完成，固件进入监控状态。监控状态通过闪烁红色LED412表示下行链路过驱动状态。闪烁绿色LED414表示上行链路过驱动状态。连续的红色LED412表示关闭或自动关闭状态。如果不存在过驱动或自动关闭状态，则闪烁黄色LED410表示下行链路信号损耗。如果检测到相对低的下行链路信号功率，则黄色LED410持续接通。如果下行链路信号大于下信号阈值，则绿色LED被持续接通。
阵列408可以用于向用户可视地指示单元390的运行状态。例如，黄色LED410闪烁就表示没有足够的下行链路信号F2功率可用于单元390。由于用户可能开始不知道哪里将接收到最强的信号，因此用户可以尝试另一位置，诸如结构396的另一面的另一窗户(图中未标出)。黄色LED410持续发亮就表示单元390可用的下行链路信号F2功率处于低电平。这提示用户再次尝试其他位置。
红色LED412闪烁就表示存在太多下行链路信号F2功率可用于单元390，过驱动状态。红色LED412持续发亮表示存在到单元390的下行链路信号F2功率的过驱动状态，其已经超过了超时周期，单元390已关闭。
绿色LED414闪烁表示单元390处有足够的下行链路信号F2功率，且单元390正在初始化。绿色LED414持续发亮表示单元390处有足够的下行链路信号F2功率，且单元390在正常运行和监控状态下。
本领域技术人员将认识到，在单元390上使用具有不同颜色或位置的LED410、412和414以及提供单元电子运行的状态或情况的指示可以通过交替的方式和可视显示完成。LED的使用是向用户提供运行状态指示的低成本方法。其它类型的显示，诸如液晶显示(LCD)，可以提供类似功能，并可进一步通过数字数值的使用而提供附加信息，并提供更大的空间来显示信息。
本领域技术人员将认识到，信号增强器230的初始和监控状态中可以使用参考功率和参考增益的其他值，并且这些也都落入本发明的保护范围。作为例子，为了满足联邦通信委员会(FCC)对于有效辐射功率(ERP)的RF发射的限制，上行链路过驱动功率电平或上行链路峰值功率电平可以从前述+20dBm大约减小至大约+15至+17dBm。而且，更新速率、幅度信号步长、信号变化速率、超时、建立时间等的参数可以与前述值不同，并且仍落入本发明的精神和保护范围。已经结合US PCS运行频带内的GSM、CDMA和IS-136TDMA能力的运行能力描述了示例的信号增强器230。设备230可以被修改以运行在不同频谱中，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的附加协议。
参照图26，描述了示例单元390的部分或服务器部件420。部件420可以是制造单元390的一个阶段的最终产品，其可以被卖给大的批发商或其他实体，他们可以添加他们自己的前介质天线罩404和后介质天线罩406。部件420包括可以用于使部件420结合的内部或第一介质天线罩层或板422，并且如果在运送至用户前为部件420添加了前介质天线罩404，则其可以被去除。
部件420包括至少一个服务器贴片阵列有源天线(drivenantenna)层424。阵列贴片426、428、430和432中的每一个对应于服务器天线252的垂直和水平极化部分254和270(参照图36)。天线252通常包括第二寄生贴片阵列天线层434，以为单元390增加运行带宽。非有源寄生阵列贴片436、438、440和442中的每一个对应于各有源阵列贴片426、428、430和432。天线252包括两天线阵列层424和434之间的泡沫芯介质间隔层。部件420还包括含金属的或金属导电接地面或盘446和一对扼流框架(chock frame)448和450，当与盘446装配在一起时这对扼流框架形成了RF扼流组件，以抑制和控制RF电流，否则RF电流可能流到外围端或面202、203、204和202(图17)上或附近。示例的RF扼流组件形成包围层432和442内辐射元件的2个信道；在大约为1920MHz的运行频率处，每个信道大约为四分之一波长深。
参照图27，描述了部分装配的示例单元390的分解图。接地面或盘446与扼流框架448和450装配在一起，扼流框架448和450的大小以固定间隔彼此适配。这就提供了在运行频率上宽度小于1/2波长，优选是小于1/3波长的一个或多个信道。服务器天线元件424、434、444与天线罩422安装在一起，组成元件上的外部罩。施主天线元件(图中未标出)也在盘或接地面452内与后天线罩406装配在一起，组成元件上的外部罩，包括内部天线罩(图中未标出)，与天线罩422一样。电子外壳454安装在盘446和452之间。服务器天线元件424、434和444可以以与施主天线元件背靠背的关系被安装。例如，层424内的有源辐射体元件426、428、430和432与寄生辐射体元件436、438、440和442可以在顶部与施主天线的相应有源辐射体元件和寄生辐射体元件对齐，在服务器天线层424和相似的施主天线层424之间具有分离距离。换言之，施主和服务器天线阵列可以面向相反方向，其中各辐射体在彼此之上，在天线阵列之间具有一个或多个导电接地面。
一个或多个电子板456安装在外壳454内。支撑结构402可以是4个基本相同的支撑板458、460、462和464，他们安装在盘446和452的端面上。由于板458、460、462和464中每一个基本相同，所以仅对支撑板460详细描述。板460包括第一组各自带有孔或开口472的臂466、468和470，他们与盘452中的开口474对齐。板460通过插入通过每对开口472和474的固定件(图中未标出)而被安装在盘452上。板460还包括第二组各自带有孔或开口472的臂476、478和480，他们与盘446上形成的开口474对齐。板460通过插入通过各对开口472和474的固定件(图中未标出)而被安装在盘446上。
每块板458、460、462和464也有一对螺纹孔482和484。安装支架398包括带一对U型腿支撑488和490的底座486。一对腿492(图27中只标出其中一个)被拧入板462上的孔482和484中，例如，虽然可以根据单元390如何被安装按使用板458、460、462和464中的任意一块。安装支架398底座486还可以包括多个孔494，其可以用于将板486通过恰当的、插入通过孔494的固定件而安装在任意希望的面上。
于是，腿492被扣接至U型腿支撑488和490，以将单元390支撑在安装支架398上，如图28箭头所示。不用时，孔482和484可以被塞子496封住或覆盖。
图29A、29B、29C给出了单元390的主视图、侧视图和俯视图。
图30为图29A所示的单元390沿30-30线的断面图。
图31为图29A所示的单元390沿31-31线的断面图。
图32为图29A所示的单元390、底座486和腿492沿32-32线的断面图。腿492包括位于一端的、拧入开口484中的螺纹柱500。腿492包括凸缘头502，它的形状与腿支撑488上形成的镜像凸缘开口504匹配。
图33为图32所示的506区域内的底座486和腿492的放大断面图。腿492还可以包括在底面510上的凹口或锁销(detent)508。面510与开口504啮合，而锁销508相对于形成在弹簧(图中未标出)销514顶部上的啮合小突起512被偏压。销514和与容纳到锁销508中的突起512帮助使单元390保持在安装支架398内。
图34为图30中扼流组件区域514的放大断面图。
图35为带自由支撑安装支架520的示例增强器单元390的另一透视图。除了扩大的底座522外，支架520与支架398基本相同。扩大的底座522没有特定的关键的形状，但是要大到足够作为自由支撑单元来支撑单元390。单元390被确定为便于用户移动至希望的位置或建筑物。为了促进单元390的便携性，可以将把手524安装在顶部支撑板458上的螺纹孔482和484(图中未标出)内。
图36描述了用于示例的增强器单元390的服务器双极化天线424。示例的天线424通常包括印刷电路板(PCB)530，其上形成有金属贴片426、428、430和432。下行链路路径236上的下行链路信号F2通过RF分配网络532耦接至贴片426、428、430和432。网络532通过形成图19中服务器天线252的水平极化下行链路部分252的各水平馈给元件534、536、538和540将信号F2馈送至每个贴片426、428、430和432。
以相似的方式，上行链路信号F1被贴片426、428、430和432接收，并通过RF分配网络542耦接至上行链路路径274。网络542通过形成服务器天线252的垂色极化上行链路部分270的各垂直馈给元件544、546、548和550接收来自每个贴片426、428、430和432的信号F1。
图37描述了示例的增强器单元390的施主双极化天线232。示例天线232可以包括印刷电路板(PCB)560，其上形成有金属贴片562、564、566和568。下行链路(DL)信号F2被贴片562、564、566和568接收，并通过RF分配网络570耦接至下行链路路径236。贴片562、564、566和568接收信号F2，并馈送形成图19中施主天线232的垂直极化下行链路部分234的各垂直馈给元件572、574、576和578。
以相似的方式，上行链路(UL)路径274上的上行链路信号F1通过RF分配网络542耦接至贴片562、564、566和568。网络542通过形成施主天线232的水平极化上行链路部分288的各水平馈给元件582、584、586和588将信号F1馈送到每个贴片562、564、566和568。
应该理解，服务器和施主天线阵列布局的变体可以用来支持信号增强功能。作为例子，可以使用这样的布局，即在服务器天线阵列中具有第一辐射元件间距值，在施主天线阵列中具有第二辐射元件间距值。作为第二个例子，服务器天线元件可以被定位为相对于施主天线元件具有横向距离或位移，并实现施主和服务器天线之间希望的隔离。移动天线阵列以在服务器和施主天线之间包括横向位移将导致信号增强器更大的整体包装大小。另一可能的变体是，施主天线和服务器天线可以具有大于任一天线阵列的单位尺寸的分割距离，并且通过一个或多个传送线路，诸如图38和39所示的同轴电缆，互连。
参照图38，依照可选示例性实施例构造的增强器单元具有安装在部分示出的建筑物结构396墙394上窗户392上的部分600、610和620。由于窗户392通常是进出建筑物结构最强RF频率传送的区域，所以包括施主天线的单元600通常放置在窗户上或其附近处。包括服务器天线的单元620可以放置在可在单元600附近的分离位置处或者位于相对于单元600小于30英尺的距离处，并通常位于室内空间的同一房间中。单元600和单元620通过支撑2个独立RF信号路径的RF传送路径部件610连接。
图39描述了具有部分600、610和620的可选示例性实施例的放大视图。可选实施例可以包括用RF传送线路部件610连接的独立部分600和620。可选实施例可以是带有用RF传送线路部件610互连的可拆卸部分600和620的单元390(图25)。部分600和620中的一个或二者可以借助安装支架398安装在结构中或上。可选实施例可以具有一个或多个把手524(图35)和独立式底座520(图35)。
具有部分600、610和620的可选实施例可以包括常规电力电缆400，用户可将其插入常规电源插座(图中未标出)或电池，以为单元加电和初始化。部分600具有支撑结构402a，用于支撑介质材料的外部前服务器侧天线罩404，和部分600的其它元件。部分620包括支撑结构402b和介质材料的后施主侧天线罩406以及部分620的其它元件。前天线罩404可以包括LED的或其它光学指示器的可视指示阵列408，诸如液晶显示。在具有可拆卸部分600、610和620的可选实施例的一个变体中，可以将支撑框加402a和402b通过一个或多个连接件或固定件(图中未标出)彼此连接，形成装配的单元390(图25)。
综上所述，将理解，施主天线或服务器天线可以与便携信号扩展单元的示例性实施例分离，以有利于其中天线定位在与扩展单元分离的位置上的安装。为了这个安装，天线通常通过缆线，通常是同轴或光导纤维缆线，与扩展单元的电子电路连接，以在天线和扩展单元之间传递信号。为了为用户提供安装灵活性，天线可以被可移动地安装在扩展单元的壳体上，以允许用户根据安装应用将天线与壳体分离地安装或安装在壳体上。例如，常规支架可用于将天线安装在壳体上，用于信号扩展单元从一个位置向另一位置的移动。于是，用户可以撤掉这些支架，从壳体上移走天线，并将天线安装到与示例的扩展单元分离的位置。
虽然已经在几个实施例中描述本发明，但是本领域技术人员可以很容易想到对本发明可以进行的很多修改、增加和删除，而不脱离本发明思想和范围。
权利要求
1.一种用于将无线通信系统中的业务覆盖扩展到基站受限覆盖区域内的至少一个用户的信号增强器，包括双向放大器，包括用于响应于基信号产生放大的基站信号的放大下行链路信号路径和用于响应于来自每一用户的用户信号产生来自用户的放大的用户信号的放大上行链路信号路径；耦接至所述双向放大器的施主双极化天线，包括具有第一极化状态的第一施主双极化天线和具有与所述第一极化状态正交的第二极化状态的第二施主双极化天线；和耦接至所述双向放大器的服务器双极化天线，包括具有第一极化状态的第一服务器双极化天线和具有与所述第一极化状态正交的第二极化状态的第二服务器双极化天线；其中所述下行链路信号路径耦接在所述第一施主双极化天线和所述第二服务器双极化天线之间，和所述上行链路信号路径耦接在所述第二施主双极化天线和所述第一服务器双极化天线之间。
2.根据权利要求1所述的增强器，其中所述两个信号路径都被包含在用户便携单元中，所述双向放大器还包括用于响应于检测到变化的信号电平，调整所述信号路径增益的可变增益控制系统。
3.根据权利要求2所述的增强器，其中所述可变增益控制系统用于增加所述两个路径上的增益，直到达到预定运行信号电平或者当为所述单元加电时在下行链路信号路径上已经达到最大预定增益电平。
4.根据权利要求3所述的增强器，其中所述可变增益控制系统用于监控至少所述下行链路信号路径的输出功率电平，以及如果所述输出功率电平超过预定极限，则降低用于所述两个信号路径的功率电平。
5.根据权利要求3所述的增强器，其中所述可变增益控制系统用于监控至少所述上行链路信号路径的输出功率电平，以及如果所述输出功率电平超过预定极限，则降低用于所述上行链路信号路径的功率电平。
6.根据权利要求2所述的增强器，其中所述可变增益控制系统用于监控所述下行链路信号路径的输出功率电平，以及如果所述输出功率电平超过预定极限，则降低用于所述两个信号路径的功率电平；所述可变增益控制还用于监控所述上行链路信号路径的输出功率电平，以及如果所述输出功率电平超过预定极限，则降低用于所述上行链路信号路径的功率电平。
7.根据权利要求1所述的增强器，还包括安装支架，用于将所述单元安装在对于从基站接收基站信号恰当的位置。
8.根据权利要求1所述的增强器，其中所述用户区域位于具有低信号覆盖特性的建筑物内。
9.根据权利要求1所述的增强器，还包括独立式安装支架，用于在对于从基站接收基站信号恰当的位置上安装所述单元。
10.根据权利要求1所述的增强器，其中所述天线彼此相邻地位于背靠背布置中。
11.根据权利要求1所述的增强器，其中每个所述天线包括具有多个贴片辐射体的天线阵列。
12.根据权利要求11所述的增强器，其中每个所述天线还包括与每个所述阵列天线分隔的寄生贴片天线阵列，以增加所述天线的带宽。
13.根据权利要求1所述的增强器，其中所述双向放大器在每个所述上行链路和下行链路路径中还包括至少一个带通滤波器，所述滤波器在信号交点附近具有传送零点，以增加所述信号路径之间的隔离。
14.一种用于扩展无线通信系统中的业务覆盖的便携信号增强器，包括具有一对相对表面、一定大小和重量的壳体，用于支持用手使壳体从第一位置移动到第二位置；安装在所述表面中每一个的双极化天线，用于在与安装在另一面的天线辐射能量的方向相反的方向中辐射能量，每个双极化天线包括具有第一极化状态的第一天线元件和具有第二极化状态的第二天线元件，其中所述第一极化状态与所述第二极化状态不同；和安装在所述壳体内的双向放大器(BDA)，用于在所述壳体相对表面对中每一表面上的双极化天线之间放大信号。
15.一种用于控制便携信号扩展器单元中双向放大器(BDA)的下行链路信号接收路径中的增益和上行链路信号传送信号路径中的增益的方法，所述方法包括以下步骤响应于为所述信号增强器单元初始供电，通过增加所述下行链路信号接收路径和所述上行链路信号传送路径的增益，直到对于其中一条路径达到预定运行信号电平或者对于所述下行链路信号接收路径达到最大预定增益电平，来建立BDA的初始化状态；监控所述下行链路信号接收路径的输出功率电平，并响应于检测到所述输出功率电平超过第一阈值，减小所述下行链路信号接收路径和所述上行链路信号传送路径的功率电平；和监控所述上行链路信号接收路径的输出功率电平，并响应于检测到所述输出功率电平超过第二阈值，减小所述下行链路信号接收路径和所述上行链路信号传送路径的功率电平。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括步骤通过响应于检测到其中一条所述路径的输出功率电平超过第一阈值或第二阈值长达一定时间周期，终止到所述信号扩展器单元的电源，以建立功率关闭状态。
17.一种用于扩展无线通信系统中业务覆盖的便携信号增强器，包括具有一对相对表面的壳体；安装到所述表面中每一个的双极化天线，用于在与安装到另一表面的天线辐射能量的方向相反的方向上辐射能量，每个双极化天线包括具有第一极化状态的第一天线元件和具有第二极化状态的第二天线元件，其中所述第一极化状态与所述第二极化状态不同，以实现所述第一天线元件所接收的信号和所述第二天线元件所输出的信号之间的隔离；和安装在所述壳体内的双向放大器(BDA)，用于放大在所述壳体相对表面对中每一个上的双极化天线之间延伸的下行链路信号路径上所承载的信号，以及用于放大在所述壳体相对表面对中每一个上的双极化天线之间延伸的上行链路信号路径上所承载的信号，其中所述下行链路信号路径包括下行链路滤波器，用于限定BDA的全带宽路径，所述下行链路滤波器包括信号延迟最优化特性，以使所述下行链路信号路径中的群时延最小化；和其中所述上行链路信号路径包括上行链路滤波器，用于限定BDA的全带宽路径，所述上行滤波器包括信号延迟最优化特性，以使所述上行链路信号路径中的群时延最小化。
18.一种用于扩展无线通信系统中业务覆盖的便携信号增强器，包括包括一对相对表面的壳体；安装到所述表面中每一个的双极化天线，用于在与安装到另一表面的天线辐射能量的方向相反的方向中辐射能量，每个双极化天线包括具有第一极化状态的第一天线元件和具有第二极化状态的第二天线元件，其中所述第一极化状态与所述第二极化状态不同，以实现所述第一天线元件所接收的信号和所述第二天线元件所输出的信号之间的隔离；和双向放大器(BDA)，用于放大在具有用于所述双极化天线中第一双极化天线的第一极化状态的第一天线元件和具有用于所述双极化天线中第二双极化天线的第二极化状态的第二天线元件之间延伸的下行链路信号路径上所承载的信号，以及用于放大在具有用于所述双极化天线中第一双极化天线的第二极化状态的第二天线元件和具有用于所述双极化天线中第二双极化天线的第一极化状态的第一天线元件之间延伸的上行链路信号路径上所承载的信号。
19.一种用于扩展无线通信系统中业务覆盖的便携信号增强器，包括具有一对相对表面和总大小和重量的壳体，用于支持用手使所述壳体移动；安装到所述表面中每一个的双极化天线，用于在与安装到另一表面的天线辐射能量的方向相反的方向中辐射能量，每个双极化天线包括具有第一极化状态的第一天线元件和具有第二极化状态的第二天线元件；和安装在所述壳体内的双向放大器(BDA)，用于放大在所述壳体相对表面对中每一个上的双极化天线之间延伸的下行链路信号路径上所承载的信号，以及用于放大在所述壳体相对表面对中每一个上的双极化天线之间延伸的上行链路信号路径上所承载的信号，所述BDA还包括增益控制系统，用于监控所述下行链路信号路径的输出功率电平，并且如果所述输出功率电平超过第一阈值，则降低所述下行链路信号路径的功率电平，所述增益控制系统还用于监控所述上行链路信号路径的输出功率电平，并且如果所述输出功率电平超过第一阈值，则降低所述上行链路信号线路的功率电平。
20.根据权利要求19所述的信号扩展器单元，其中所述增益控制单元还用于响应于检测到所述信号路径中一条信号路径的输出功率电平，终止到所述BDA的电源。
全文摘要
一种用于将无线通信的业务覆盖扩展到希望的受限覆盖范围中的用户的低成本便携信号增强器单元。所述增强支持增加信号功率电平，以允许在原始蜂窝信号微弱或不可靠的区域，诸如小型办公室或家庭办公室环境中，使用无线通信。基站信号被双向放大器设备(BDA)增强，其中双向放大器设备接收基站信号，放大信号功率，并在第一信号路径中将放大的信号再传送至附近的用户。双向放大器也接收用户信号，放大信号功率，再在第二分离的信号路径上将放大的信号再传送至基站。双极化天线能以相反的极化接收和传送各信号，以增加信号的隔离。
文档编号H04B7/155GK1765067SQ03826337
公开日2006年4月26日 申请日期2003年2月26日 优先权日2003年2月26日
发明者大卫·L·麦凯, 多纳尔德·L·鲁尼恩, 多纳尔德·卓塞弗·麦克奈尔, 史蒂芬·布莱特·汤普森, 詹姆斯·威廉姆·马克斯威尔 申请人:Ems技术公司