用于为无线通信提供远程覆盖范围的系统和方法

专利名称：用于为无线通信提供远程覆盖范围的系统和方法
用于为无线通信提供远程覆盖范围的系统和方法发明领域
本发明涉及无线网络，尤其是涉及为无线网络中的移动接收器提
供远程覆盖范围(remote coverage area)。
背景技术：
在传统无线蜂窝电话网络中，宏基站为移动单元提供无线蜂窝覆盖。宏基站包括多个收发器单元，向其天线输出相对高的功率(即，10瓦或更多)，并通过回程链路(backhaul)连接通信地连接到电话网络。因为宏基站输出高功率，因此它们可提供大的覆盖范围。
宏基站的容量可通过将收发器和天线添加到宏基站而在一定限度内扩展。额外的宏基站也可添加到网络。然而，由于在宏基站中由其大覆盖范围和高输出功率引起的干扰，这些措施具有限制。此外，由建筑物结构引起的信号衰减(即，室内穿透损耗)可导致当移动单元位于室内时的通信困难。
无线广播网络通过无线广播传输来将信息例如广播、电视、多媒体业务和数据广播传送到移动接收器。例如，可配备移动电话，用于双向语音通信并用于接收广播传输。可选地，专用接收器例如卫星无线电接收器可用于接收广播传输。无线广播网络的例子包括移动数字广播电视(也称为DTV和移动TV)和卫星无线电广播。移动数字广播电视标准包括数字视频广播一手持式(DVB-H)和数字多媒体广播(DMB)。卫星广播一般根据运营商(例如，SIRIUS卫星广播公司和XM卫星广播公司)的私有标准来操作。例如用于移动数字广播电视的无线广播系统可使用位于输出高功率的发射塔或建筑物上的天线，其类似于蜂窝电话宏基站。卫星广播运营商可使用位于建筑物上的陆地转发器(terrestrial repeater)来改进在大城市地区中的接收。
当接收器位于室外时，这样的广播系统的小区半径相对大(例如，15km到30km)。然而，如同蜂窝电话网络一样，由于室内穿透损耗，这些广播系统可能经历困难。例如，如果接收器位于室内，8 dB到3 0 dB的额外的室内穿透损耗是普遍的。这明显减小了小区规模，且常常引起信号强度中的足够的损耗来阻止正确的信号接收。

发明内容
本发明是用于为无线通信提供 一 个或更多远程覆盖范围的系统和方法。在一个实施方式中，用于为无线通信提供远程覆盖范围的系统包括产生第 一无线通信信号的本地系统和在地理上远离本地系统定位的远程系统。远程系统包括第一变频器、网络和第二变频器，第一变频器将第一无线通信信号转换成数据分组的流，网络从第一变频器接收数据分组的流，且第二变频器从网络接收数据分组的流，并通过将数据分组的流转换成第二无线通信信号而产生远程覆盖范围。远程覆盖范围可位于室内。
附图的简要说明
关于本发明的特定示例性实施方式并相应地参考附图，来描述本
发明，其中


图1示出根据本发明的实施方式用于为无线广播通信提供远程覆盖范围的系统；
图2示出根据本发明的实施方式的模拟信号到数字分组的下变频
器；
图3示出根据本发明的实施方式的数字分组到模拟信号的上变频
器；
图4示出根据本发明的实施方式的模拟信号到数字分组的下变频
器；
图5示出根据本发明的实施方式的数字分组到模拟信号的上变频
器；
图6示出根据本发明的实施方式用于为无线广播通信提供远程覆盖范围的系统的可选实施方式；
图7示出根据本发明的实施方式用于为无线双向通信提供远程覆盖范围的系统；
图8示出根据本发明的实施方式用于无线双向通信的双向模拟信号到数字分组的下变频器；
图9示出根据本发明的实施方式用于无线双向通信的双向模拟信号到数字分组的上变频器；
图10示出根据本发明的实施方式用于无线双向通信的双向模拟信号到数字分组的下变频器；
图11示出根据本发明的实施方式用于无线双向通信的双向模拟信号到数字分组的上变频器；以及
图12示出根据本发明的实施方式用于为无线双向通信提供远程覆盖范围的系统的可选实施方式。
本发明的详细描述
图1示出根据本发明的实施方式用于为无线广播通信提供远程覆盖范围的系统。系统100包括第一 (本地)系统102和第二(远程)系统104。本地系统102对广播业务供应商(例如数字广播电视台或卫星广播业务)的建筑物来说是本地的。远程系统104优选地在地理上远离本地系统102。就地理上远离来说，意指远程系统104与本地系统102分离一段大约IOO米或更多的距离。在实施方式中，该距离可能大于1千米或大于10千米。远程系统104提供一个或更多远程覆盖范围，在该范围内移动接收器106可从本地系统102接收信息广播。远程系统104的部分可位于室内，以便在移动接收器106位于室内时为其提供一个或更多室内覆盖范围。
本地系统102包括基站108,广^番内容发自该基站108。例如，基站108可为数字广播电视业务供应商的基站。基站108可通过有线回程链路(未示出)从另一位置接收广播内容。可选地，本地系统102可用作无线转发器。例如，从远程定位的基站接收信号的陆地接收器或从卫星接收信号的卫星接收器可用作本地系统102的基站108。
本地系统102包括连接到基站108的发送器110。发送器110从基站108接收广播内容，并通过天线112将以无线模拟信号形式的内容发送到远程系统104。为了实现此，发送器IIO可包括将从基站108接收的第一频率(例如中频或IF)的信号转换成天线112所使用的第二频率(例如射频或RF)的变频器。发送器110可包括放大器，其将从基站108接收的信号放大到适合于通过天线112进行传输的水平。
远程系统104包括用于接收本地系统102所传输的信号的天线
7114和接收器116。远程系统104所接收的信号传递到变频器118A(图2)或118 (图4)，其将所接收的模拟信号的内容转换成数字分组的流。在优选实施方式中，数字分组是互联网协议(IP)分组。数字分组接着通过网络(例如局域网或LAN) 120分发到一个或更多变频器122A(图3)或122B(图5 )。每个分组可被广播到所有的变频器122A或122B,或被编址到变频器122A或122B中的适当的一个。变频器122将从网络120接收的数字分组转换成模拟信号，模拟信号接着通过一个或更多天线124被传输到移动接收器106。每个天线124传输的模拟信号优选地为远程系统104从本地系统102接收的信号的重建形式，因为其具有相同的信道、频率、调制和格式化特征。例如，假定天线114在特定的信道上接收在1900MHz频带内的信号，天线124传输的信号也在1900MHz频带内的信道上。这些重建的信号也具有相同的延迟，该延迟通过将模拟信号转换成数字分组、经由网络120传输它们并接着将数字分组转换回模拟信号而被引入。当以太网用于网络120时，延迟可低至几百孩i秒。
天线112和114优选地位于室外，以^更最小化本地系统102和远程系统104之间的信号衰减。然而，远程系统104的其它元件，特别是天线124优选地位于室内，以便为移动接收器106提供一个或更多室内覆盖范围。每个天线124为移动接收器106提供相应的覆盖范围，移动接收器106位于天线124的范围内。
通过使用网络120来分发数字分组中的广播内容，变频器122A或122B(以及，因此天线124)可定位在距离彼此和距离变频器118A或118B的一段距离处。这允许远程系统104提供遍及不同规模和配置的结构(例如办公楼、校园建筑、会议中心、机场，等等)的内部的室内覆盖范围。例如，假定网络120根据IOBASE-T、 100BASE-T或吉比特以太网#:作，则该距离可长达IOO米或更多(因为每个双绞线网络段可为100米长，且网络120可在段之间执行信号重建)。可使用其它网络协议，例如10吉比特以太网。虽然示出两个变频器122A或122B和天线124，明显的是，可使用额外的变频器122A或122B和天线124,以便提供更大的或额外的覆盖范围。
图2示出根据本发明的实施方式的模拟信号到数字分组的下变频器118A (在图1中示出)的细节。来自本地系统102 (图1 )的信号频器126 (图2)。下变频器126将可为RF信号的所接收的信号转换到较低的频率，例如IF。
下变频的IF信号可接着传递到滤波器128,滤波器128除去带外频率分量(其可包括上部的频率和下部的频率)，以准备模拟信号的数字采样。信号接着传递到模数转换器130,模数转换器130执行信号的数字采样。采样率至少两倍于包含在模拟信号中的所关注的最高频率。
数字样本接着传递到微控制器132,其緩存样本并将它们插入适当格式化的数据分组(例如IP分组)的净荷部分。例如，每个分组净荷可包括2到8个数字样本。微控制器132接着通过网络120 (图1)将分组发送到变频器122A (图1和3 )。
合成器134可包括在变频器118A中，用于产生由下变频器126使用的恒定频率信号。变频器118A所接收的输入信号的频率分量和合成器134所生成的信号的频率确定下变频器126的输出频率分量。合成器134可由微控制器132控制，以选择合成器134的输出频率。这允许变频器118A对各种不同的输入频带执行其功能。
图3示出根据本发明的实施方式的数字分组到模拟信号的上变频器122A (在图1中示出)的细节。从网络120接收的数字分组传递到微控制器136,微控制器136处理分组以除去包含在分组的净荷部分中的数字样本。数字样本接着传递到数模信号转换器138，数模信号转换器138以恒定的速率将数字样本转换成模拟信号，以便在变频器130 (图2)处采样之前再次产生模拟信号。此再次产生的模拟信号可例如为IF信号。模拟信号可接着传递到滤波器140,滤波器140通过除去寄生频率而对信号执行平滑。
模拟信号可接着传递到上变频器142,变频器142将IF或基带信号转换到适合于通过天线124 (图1 )传输到移动接收器106 (图1 )的频率。上变频器142也可将信号放大到适当的水平。如所提到的，该信号可在RF且优选地在与从本地系统102接收的信号相同的频带内由天线124传输。
合成器144可包括在变频器122A中，用于产生由上变频器142使用的恒定频率信号。输入到上变频器142的信号的频率分量和合成器144所生成的信号的频率确定上变频器142的输出频率分量。合成器144可由微控制器136控制，以选择合成器144的输出频率。这允许变频器122A对天线124产生各种不同的输出频率。优选地，变频器122A的输出频率与变频器118A (图2)的输入频率相同。
图4示出根据本发明的实施方式的模拟信号到数字分组的下变频器118B (图1中示出)的细节。变频器118B不同于变频器118A,因为它在基带而不是IF执行处理。来自本地系统102 (图1 )的信号通过接收器116 (图1 )被接收到，并传递到下变频器126，其将可能是RF信号的所接收的信号转换到基带。
基带信号可接着传递到滤波器148，其除去带外频率分量，以准备模拟信号的解调。该信号接着传递到解调器150，其通过将基带信号转换成数字消息符号来执行被滤波的基带信号的解调。微控制器152緩存这些符号并将其插入适当格式化的数据分组(例如IP分组)的净荷部分。例如，每个分组净荷可包括2到8个符号。微控制器152接着通过网络120 (图1 )将分组传输到变频器122B (图1和5)。
可根据各种不同的调制方案，例如QPSK、 16QAM或64QAM，来调制下变频器118B所接收的信号。如果所接收的信号被向下转换到IF，如下变频器118A的情况，则解调是不必要的。然而，如果所接收的信号被解调到基带，如下变频器118B的情况，则根据所接收的信号的调制方案来配置解调器150,以便它可通过将基带信号解码成所传输的消息符号来适当地解调基带信号。在一个实施方式中，解调器150配置成以各种调制方案中的任何一个调制方案来解调基带信号。
在一个实施方式中，解调器150配置成在所接收的信号的可能调制方案中的范围最广的调制方案。就范围最广的调制方案来说，意指当根据范围最广的调制方案配置解调器150时，也可由解调器150解调最多数量的其它被包括的调制方案。例如，全球移动通信系统
(GSM)，即，蜂窝式电话通信协议使用高斯滤波最小移位(GMSK)调制。作为在GSM信道上数据传输规范的增强型数据速率GSM演进
(EDGE)对使用8进制相移键控(8PSK)用于调制。因此，假定用于所接收的信号的可能调制方案包括GMSK和8PSK,则解调器150优选地配置成解调8 PSK;作为结果，如果所接收的信号根据GMSK
10或8PSK被调制，则下变频器可解调所接收的信号。因此，8PSK是 GMSK或8PSK中的范围最广的调制方案。其它通信技术和协议使用 可变的调制方案。例如，通用移动通信系统(UMTS)和码分多址 (CDMA)协议都使用正交相移键控(QPSK)和16进制正交幅度调 制(16 QAM ) 。 16 QAM包括在QPSK内。因此，为了解调QPSK和 16QAM信号，下变频器126需要配置成只解调16QAM。进一步地， 64 QAM包括在16 QAM (其中使用每个第4符号位置)内。因此， 可根据64 QAM配置解调器150,以便它可根据64 QAM、 16 QAM和 QPSK解调信号。
此外或可选地，因此对特定的所接收的信号的这些可能调制方案 中的正确的一个来配置解调器150，变频器118B可以可选地包括控 制路径154,其允许微控制器152根据特定的调制方案配置解调器 150。
合成器156可包括在变频器118B中，用于产生下变频器146所 使用的恒定频率信号。合成器156可由微控制器152控制，以便变频 器118B能够对各种不同的输入频带执行其功能。
如所提到的，为了将基带信号转换成可插入适当格式化的数据分 组的净荷部分中的数字符号，基带信号的消息符号需要由解调器150 解码。该解码过程预期比变频器118A的模数转换器130所执行的IF 信号的数字采样花费的时间更长。然而，由变频器118A处理的IF信 号需要比基带信号更高的采样率，因而在采样数字数据流上的更高的 比特率。每个这样的数字样本可具有例如8-14比特的分辨率。因此， 在上述IF和基带信号处理技术之间存在折衷。
图5示出根据本发明的实施方式的数字分组到模拟信号的上变频 器122B (在图1中示出)的细节。变频器122B不同于变频器122A, 因为它在基带而不是IF执行处理。从网络12 0接收的数字分组传递到 微控制器158,微控制器158处理分组，以移除包含在分组的净荷部 分中的消息符号。符号接着传递到调制器160,调制器160以恒定速 率将符号转换成适当编码的模拟基带信号。模拟基带信号可接着传递 到滤波器162,滤波器162通过除去寄生频率来对信号执行平滑。
模拟信号可接着传递到上变频器164，上变频器164将基带信号 转换到适合于通过天线124 (图1 )传输到移动接收器106 (图1 )的
ii频率。上变频器164也可将信号放大到适当的水平。如所提到的，该 信号可在RF且优选地在与本地系统102接收的信号相同的频带内由 天线124传输。
合成器168可包括在变频器122B中，用于产生由上变频器164 使用的恒定频率信号。合成器168可由微控制器158控制，以便变频 器122B对各种不同的输入频率执行其功能。
因此对特定的所接收的信号的几个可能调制方案中的正确的一 个来配置解调器160，变频器122B可以可选地包括控制路径166,控 制路径166允许微控制器158根据特定的调制方案配置解调器160。 例如，在初始化阶段中，变频器118B (图4)的微控制器152可使用 指示正确的调制方案的信息对数据分组编码。该数据分组接着发送到 变频器122B(图5)的微控制器158。为了此目的，微控制器152 (图 4)优选地能够确定从本地系统102 (图1 )接收的信号的调制方案。 微控制器152例如可根据从解调器150 (图4)接收的每符号比特的 数量来确定调制方案。
图6示出用于为无线广播通信提供远程覆盖范围的系统200的可 选实施方式。系统200包括第一 (本地)系统202和第二(远程)系 统204。本地系统202对广播业务供应商(例如数字广播电视台或卫 星广播业务)的建筑物来说是本地的。远程系统204优选地在地理上 远离本地系统202。远程系统204提供一个或更多远程覆盖范围，在 该范围内移动接收器206可从本地系统202接收广播的信息。远程系 统204的部分可位于室内，以便在移动接收器206位于室内时为其提 供室内覆盖范围。
本地系统202包括基站208,广播内容发自该基站208。例如， 基站208可通过有线回程链路从另一位置接收广播内容，或本地系统 102可用作无线转发器。本地系统202包括连接到基站208的模拟信 号到数字分组下变频器210。变频器210从基站208接收广播内容， 转换数字分组的流的内容，并将内容传输到远程系统204。
变频器210可与图2和4中示出的变频器118A或118B相同。因 此，假定基站208产生RF信号，则变频器210可将来自基站208的 信号下变频转换到IF,并如上结合变频器118A所述处理信号。可选 地，变频器210可将来自基站208的信号下变频转换到基带，并如上
12结合变频器118B所述处理信号。由变频器210产生的分组通过网络 (例如广域网或WAN) 212,例如互联网，传送到远程系统204。
远程系统104包括一个或更多变频器214,变频器214将从网络 212接收的数字分组转换成模拟信号，模拟信号接着通过天线214传 输到移动接收器206。变频器214可与图3和5中示出的变频器122A 或122B相同。因此，变频器214可将在数字分组中接收到的数字样 本转换到模拟IF，并接着将IF信号上变频转换到RF，如上结合变频 器122A描述的。可选地，变频器214可根据从数字分组取回的消息 符号产生基带信号，并接着将基带信号上变频转换到RF,如上结合 变频器118B描述的。发送到远程系统204的每个分组可被广播到所 有的变频器214或被编址到变频器214中适当的一个。
由每个天线216传输的模拟信号优选地为本地系统202的基站 208所产生的信号的重建形式，因为它有相同的频率分量和内容。这 些重建的信号也具有某种延迟，该延迟通过将模拟信号转换成数字分 组、经由网络212传输它们并接着将数字分组转换回模拟信号而被引 入。当通过互联网(用于网络212)按规定路线发送信号时，信号的 延迟可达到数十或甚至数百毫秒。如果专用通信链接用于网络212而 不是互联网，则延迟可减小到几毫秒，取决于网络212的距离和配置 (例如，当分组在本地系统202和远程系统204之间传播时分组所经 过的路由器/开关的数量)。
远程系统204的很多元件，特别是天线216优选地位于室内，以 便为移动接收器206提供室内覆盖范围。每个天线216为移动接收器 206提供相应的覆盖范围，移动接收器206位于天线216的范围内。
通过使用网络212来传输数字分组中的广播内容，变频器214(因 此天线216)可本质上定位在任何地方，其中它们可连接到网络212。 例如，在互联网用于网络212的场合，变频器214和天线216可位于 远离本地系统202的数十或数百英里的地方。类似于图1的系统100, 系统200的配置允许远程系统204提供遍及不同规模和配置的结构 (例如办公楼、校园建筑、会议中心、机场，等等)的内部的室内覆 盖范围。虽然示出两个变频器214或和天线216，但是明显的是可使 用额外的变频器214和天线216，以便提供更大或额外的覆盖范围。
图7示出根据本发明的实施方式用于为无线双向通信提供远程覆盖范围的系统300。除了系统300提供双向通信之外，系统300与图 1所示的系统100类似地配置并以类似的方式起作用。
系统300包括第一(本地)系统302和第二(远程)系统304。 本地系统302对双向通信业务供应商(例如^^窝电话业务供应商)的 建筑物来说是本地的。远程系统304优选地在地理上远离本地系统 302。远程系统304提供一个或更多远程覆盖范围，在该范围内移动 单元306例如蜂窝电话可进行双向通信。远程系统304的部分可位于 室内，以便在移动单元306位于室内时为其提供一个或更多室内覆盖 范围。
本地系统302包括基站308，例如蜂窝电话宏基站、微基站或微 微基站。基站308可通过回程链路(未示出)连接到通信网络，例如 公共电话网络。可选地，本地系统302可用作蜂窝转发器。
本地系统302包括连接到基站308的收发器310。收发器310从 基站308接收信号(即，下行链路信号)，并通过天线312以无线模 拟信号的形式将这些信号传输到远程系统304。收发器310也从远程 系统304接收信号(即，上行链路信号)，并将其传输到基站308。 为了实现该功能，收发器310可包括上变频器，上变频器将从基站308 接收的在第一频带(例如中频或IF)内的信号转换成天线312所使用 的第二频带(例如射频或RF)。收发器310还可包括下变频器，其 将从远程系统304接收的在第二频带内的信号转换到基站308所使用 的第一频带。收发器310可包括将上行链路和下行链路信号放大到适 当的水平的放大器。
远程系统304包括用于与本地系统302通信的天线314和收发器 316。远程系统304所接收的下行链路信号传递到变频器318A(图8) 或318B (图10),其将从本地系统302接收的模拟信号的内容转换 成数字分组。在优选实施方式中，数字分组是互联网协议(IP)分组。 数字分组接着通过网络(例如局域网或LAN) 320分发到一个或更多 变频器322A (图9)或322B (图11 )。每个分组可被广播到所有的 变频器322A或322B,或#1编址到变频器322A或322B中的适当的 一个。变频器322A或322B将从网络320接收的数字分组转换成模拟 信号，模拟信号接着通过一个或更多天线324被传输到移动单元306。 每个天线324传输的模拟下行链路信号优选地为远程系统304从本地
14系统接收的信号的重建形式，因为它有相同的频率分量和内容。例如，
假定天线314在特定的信道上使用CDMA协议接收在1900MHz频带 内的信号，则天线324传输的信号也为在相同的频带和信道上的 CDMA信号。类似地，提供到本地系统302的基站308的上行链路信 号优选地包括每个移动单元306产生的信号的重建形式，因为它有相 同的频率分量和内容。这些信号也具有某种延迟，该延迟通过将模拟 信号转换成数字分组，经由网络320传输它们并接着将数字分组转换 回模拟信号而被引入。当以太网用于网络320时，延迟可低至几百微 秒。
天线312和314优选地位于室外，以i更最小化本地系统302和远 程系统304之间的信号衰减。然而，远程系统304的其它元件，特别 是天线324优选地位于室内，以便为移动单元306提供一个或更多室 内覆盖范围。每个天线324为移动单元306提供相应的覆盖范围，移 动单元306位于天线324的范围内。
通过使用网络310来传送数字分组中的上行链路和下行链路信 号，变频器322A和322B (以及，因此天线324 )可定位在距离彼此 和距离变频器318A或318B —段距离处的地方。这允许远程系统304 提供遍及不同规模和配置的结构(例如办公楼、校园建筑、会议中心、 机场，等等)的内部的室内覆盖范围。例如，假定网络320根据 IOBASE-T、 100BASE-T或吉比特以太网操作，则该距离可长达100 米或更多(因为每个双绞线网络段可为100米长，且LAN可在段之 间执行信号重建)。可使用其它网络协议，例如10吉比特以太网。 虽然示出两个变频器322A或322B和天线324,但是明显的是可使用 额外的变频器322A或322B和天线324,以便提供更大的或额外的覆 盖范围。
图8示出根据本发明的实施方式用于无线双向通信的双向模拟信 号到数字分组的变频器318A (在图7中示出)的细节。如图8所示， 对于变频器318A,来自本地系统302的下行链路信号通过收发器316 (图7)被接收到并传递到下变频器326。下变频器326将可为RF信 号的所接收的信号转换到较低的频率，例如IF。下变频的IF信号可 接着传递到滤波器328，滤波器328除去带外频率分量(其可包括上 部的频率和下部的频率)，以准备模拟信号的数字采样。信号接着传递到模数转换器330，模数转换器330执行信号的数字采样。每个数 字样本可具有例如8-14比特的分辨率。
数字样本接着传递到微控制器332,其緩存样本并将它们插入适 当格式化的数据分组(例如IP分组)的净荷部分。例如，每个分组净 荷可包括2到8个数字样本。微控制器332接着通过网络320 (图7) 传输分组。
由变频器318A从网络320接收的数字分组传递到微控制器332， 微控制器332处理分组以除去包含在分组的净荷部分中的数字样本。 数字样本接着传递到数模信号转换器334A-C，其以恒定的速率将数 字样本转换成模拟信号。模拟信号接着被滤波器336A-C滤波，以除 去带外频率分量。
因为变频器318A可通过网络320从多个变频器322A (图7)接 收数字分组，所以可使用多个数模转换器334A-C和滤波器336A-C, 一个数模转换器和滤波器用于来自变频器322A的每个数据流。可选 地，单个数模转换器和滤波器可每个都设置有多条并行的路径，或单 条路径可为时分复用的，以处理来自每个变频器322A的数据流。合 并器338可接着合并时分复用模拟信号或并行的模拟信号。例如，来 自不同变频器322A的信号可来源于在不同信道或时隙中操作的不同 移动单元306 (图7)。没有通信量的时隙往往具有低的场强。因此， 合并信号可通过信号叠加来执行。虽然在图7中示出通过变频器 334A-C和滤波器336A-C的三条路径，但是明显的是可存在更多更少 的路径。在优选实施方式中，提供8条路径来服务于8个变频器3 22A 。
来自合并器338的模拟信号可为IF信号。该模拟信号可传递到上 变频器340，上变频器340将IF信号转换到适合于通过天线314 (图 7)传输到本地系统302的频率。在传输之前，也可将信号放大到适 当的水平。
合成器342可包括在变频器318A中，用于产生由下变频器326 和上变频器340使用的恒定频率信号。合成器342可由微控制器332 控制，以选择合成器342的输出频率。这允许变频器318A对各种不 同的频带执行其功能。
图9示出根据本发明的实施方式的数字分组到模拟信号的上变频 器322A (在图7中示出)的细节。除了图8的合并器338可省略，
16且通过数模转换器334A-C和滤波器336A-C的多条并行路径可用单条 路径代替，变频器332A可与图8所示的变频器318A相同。因此， 对于下行链路，变频器322A从网络320接收数字分组，在微控制器 332处从其净荷除去数字样本，在数模转换器334处将数字样本转换 成模拟信号(例如，在IF),在滤波器336处滤波模拟信号并在上变 频器340处将模拟信号上变频转换到适合于通过天线324传输的频率 (例如RF)。对于上行链路，变频器322A从天线324接收模拟信号， 并在下变频器326处下变频转换信号(例如，到IF)，在滤波器328 处滤波信号，在数模转换器330处数字地采样信号，并在微控制器332 处将数字样本格式化成用于通过网络320传输的数据分组。变频器 322A可包括合成器342,合成器342用于产生由下变频器326和上变 频器340使用的恒定频率信号。
图10示出根据本发明的实施方式的模拟信号到数字分组的下变 频器318B(在图7中示出)的细节。变频器318B不同于变频器318A (图8)，因为它在基带而不是IF执行处理。来自本地系统302 (图 7)的下行链路信号传递到下变频器344,其将可能是RF信号的所接 收的信号转换到基带。基带信号可接着传递到滤波器346，滤波器346 除去带外频率分量，以准备模拟信号的解调。该信号接着传递到解调 器348，解调器348通过将基带信号转换成数字消息符号来执行被滤 波的基带信号的解调。微控制器350緩存这些符号并将其插入适当格 式化的数据分组(例如IP分组)的净荷部分。微控制器350接着通过 网络320 (图7)将分组传输到变频器322B (图7和11)。
可根据各种不同的调制方案，例如QPSK、 16 QAM或64QAM来 调制下变频器118B所接收的信号。在一个实施方式中，解调器348 配置成在所接收的信号的可能调制方案中的范围最广括的调制方案。 此外或可选地，因此对特定的所接收的信号的这些调制方案中的正确 的一个来配置解调器348,变频器318B可以可选地包括控制路径352, 其允许微控制器350根据特定的调制方案配置解调器348。
对于上行链路，从网络320接收的数字分组被微控制器350处理， 以除去包含在分组的净荷部分中的消息符号。符号接着传递到调制器 354,调制器354以恒定速率将符号转换成适当编码的模拟基带信号。 模拟基带信号可接着传递到滤波器356，滤波器356通过除去寄生频率来对信号执行平滑。
模拟信号可接着传递到上变频器358,上变频器358将基带信号 转换到适合于通过收发器316传输到本地系统302的频率。如所提到 的，该信号可在RF且优选地在与从本地系统302接收的信号相同的 频带内被传输。
合成器360可包括在变频器318B中，用于产生由下变频器34和 上变频器358使用的恒定频率信号。
因此对特定的所接收的信号的几个可能调制方案中的正确的一 个来配置调制器354，变频器318B可以可选地包括控制路径362，其 允许微控制器350根据特定的调制方案配置调制器354。为了此目的， 微控制器350优选地能够确定从本地系统302 (图7)接收的信号的 调制方案。微控制器350可以，例如根据从解调器348接收的每符号 比特的数量确定调制方案。
类似于变频器318A (图8),变频器318B可通过网络320从多 个变频器322B (图7)接收数字分组。然而，因为信号处于基带，因 此信号被以不同的方式合并。例如，可省略变频器318A (图8)所使 用的合并器338。替代地，消息符号连同指示符号的"置信度"的信 息可通过变频器322B置入数据分组中。例如，变频器322B可测量所 接收的信号强度作为从信号解码的符号的置信度的指示。更确切地或 此外，信号强度、抖动的测量和/或相位误差可用于指示置信度。可为 每个符号或多个符号的组传输置信度值。例如，单个置信度值可与每 个分组一起被传输，其中每个分组包含多个符号。微控制器350接着 使用置信度信息合并来自多个变频器322B的符号。例如，微控制器 可根据置信度对符号加权，或微控制器350可使用多数表决，或微控 制器可忽略除了具有最高置信度的符号(例如，来自最强信号的符号) 以外的全部符号，或者可以忽略降到预定阈值之下的那些符号。表示 噪声的符号于是倾向于被抵消或忽略，而有效传输往往被保留下来。 合并的结果是符号的流，该符号的流接着传递到调制器354,如上所 述。
图11示出根据本发明的实施方式的模拟信号到数字分组的上变 频器322B (在图7中示出)的细节。如图7和11所示，变频器322B 将模拟信号传送到网络320并从网络320传送出来，以及将数字分组传送到网络320并从网络320传送出来。变频器322B可在很多方面 与变频器318—致。相应地，变频器322B在图11中示出，相似的翁: 字表示变频器318B的相似元件。变频器322B和变频器318B之间的 主要差异是变频器322B优选地使用关于符号的置信度信息对上行 链路数据分组编码，而变频器318B使用该置信度信息来合并从多个 变频器322B接收的信号，如上所述。为了执行使用置信度信息编码 上行链路数据分组的功能，变频器322B的解调器348优选地为它从 模拟基带信号解码的符号生成置信度信息，并将该置信度信息连同符 号一起传递到微控制器350。变频器322B的微控制器350接着将置 信度信息插入数据分组，用于传输到变频器318B。
图12示出根据本发明的实施方式用于为无线双向通信提供远程 覆盖范围的系统400的可选实施方式。除了系统400提供双向通信之 外，系统400与图4所示的系统200类似地配置。
系统400包括第 一 (本地)系统402和第二 (远程)系统404。 本地系统402对于双向通信业务供应商(例如^^窝电话业务供应商) 的建筑物来说是本地的。远程系统404优选地在地理上远离本地系统 402。远程系统404提供一个或更多远程覆盖范围，在该范围内移动 单元406例如蜂窝式电话可进行双向通信。远程系统404的部分可位 于室内，以便在移动单元406位于室内时为其提供一个或更多室内覆 盖范围。
本地系统402包括基站408,例如蜂窝式电话宏基站、微基站或 微微基站。基站408可通过回程链路(未示出)连接到通信网络，例 如公共电话网络。可选地，本地系统402可用作蜂窝转发器(cellular repeater)。
本地系统402包括连接到基站408的模拟信号到数字分组的下变 频器410。变频器410从基站408接收内容，将内容转换成数字分组 并将内容传输到远程系统404。变频器410可与图8和10中示出的变 频器318A或318B相同。因此，为了处理下行链路信号，变频器410 将来自本地系统402的信号下变频转换到IF,并如上结合变频器318A 所述处理信号。可选地，变频器410将来自本地系统402的信号下变 频转换到基带，并如上结合变频器318B所述处理信号。由变频器410 产生的分组通过网络(例如广域网或WAN) 412，例如互联网，传送到远程系统404。
对于上行链路信号，变频器410通过网络412从远程系统404 4妄 收数据分组，并如上结合变频器318A或318所述处理它们。这些上 行链路数据分组可包括由多个变频器414(图12)发起的多个数据流。
远程系统404包括一个或更多变频器414，变频器414将从网络 412接收的数字分组转换成模拟信号，模拟信号接着通过天线414传 输到移动单元406。变频器414可与图9和11中示出的变频器322A 或322B相同。因此，对于下行链路信号，变频器414通过网络412 接收数据分组。每个分组可被广播到所有的变频器414,或被编址到 变频器414中的适当的一个。如上结合变频器322A和322B所述来处 理变频器414从网络412接收的下行链路分组。类似地，为了处理来 自移动单元406的上行链路信号，变频器414可如上结合变频器322A 和322B所述将上行链路信号转换成分组。由变频器414产生的分组 通过网络412传送到本地系统402。
由每个天线416传输的下行链路模拟信号优选地为本地系统402 的基站408所产生的信号的重建形式，因为它有相同的信道、频率、 调制和格式化特征。类似地，提供到本地系统402的基站408的上行 链路信号优选地包括每个移动单元406所产生的信号的重建形式，因 为它有相同的信道、频率、调制和格式化特征。这些重建信号也具有 某种延迟，该延迟通过将模拟信号转换成数字分组、经由网络412传 输它们并接着将数字分组转换回模拟信号而被引入。当通过互联网 (用于网络412)按规定路线发送信号时，信号的延迟可达到数十或 甚至数百毫秒。如果专用通信链接用于网络412而不是互联网，则延 迟可减小到几毫秒，取决于网络412的距离和配置(例如，当分组在 本地系统402和远程系统404之间传播时分组所经过的路由器/开关的 数量)。
远程系统404的^艮多元件，特别是天线416优选地位于室内，以 便为移动单元406提供室内覆盖范围。每个天线416为移动单元406 提供相应的覆盖范围，移动单元406位于天线416的范围内。
通过使用网络412来传输数字分组中的广播内容，变频器414(以 及，因此天线416)可本质上定位在任何地方，其中它们可连接到网 络412。例如，在互联网用于网络412的场合，变频器414和天线416
20可位于距离本地系统402数十或数百英里的位置。系统400的配置允 许远程系统404提供遍及不同规模和配置的结构(例如办公楼、校园 建筑、会议中心、机场，等等)的内部的室内覆盖范围。虽然示出两 个变频器414或和天线416，但是明显的是可使用额外的变频器414 和天线416,以便提供更大的或额外的覆盖范围。
在示例性实施方式中，基站408是以200kHz传输一个GSM载波 的微微基站。为了在变频器414处数字化IF信号，每秒需要采样至少 400k个样本。如果变频器414的模数转换器采样14-比特的样本，则 将对数据进行分组所需的没有任何开销的数据流是5.6 Mb/s。如果使 用基带，则GSM所需的比特率是270kb/s。较新的DSL宽带连接提供 25Mb/s或更多。因此，这样的DSL宽带连接可足以支持一个或更多 GSM载波或甚至CDMA或UMTS载波。类似地，如果图7的基站308 以200kHz传输一个GSM载波，则传统以太网LAN协i义应足以支持 一个或更多这样的载波。
因为在网络320 (图7)和412 (图12)上的传输增加了延迟， 所以基站308 (图7)和408 (图12)必须能够接受几百微秒或甚至 毫秒的额外延迟。因为大多数传统双向无线协议(radio protocol)只 可处理小于1毫秒的延迟，所以在基站308和408的1层软件中可能 需要一些更改。
特别地，在一个实施方式中，接收窗在时间上移动(或偏移)与 预期的额外延迟相当的数量tl ，在该接收窗中对传出的消息的响应被 预期返回到基站308或408。这可能为数百微秒到几毫秒，取决于预 期延迟。在该配置中，移动单元306 (图7)和406 (图12)总是经 历tl的最小延迟，即使移动单元紧邻远程系统的天线324 (图7)或 416 (图12)也是如此。移动所述接收窗并没有预期干扰相邻时隙的 其它移动台，因为tl被添加到所有的信号。只要延迟扩展不超过网络 的预期延迟tl,那么就不会预期出现容量的下降。
延迟tl依赖于很多因素，这些因素包括网络320 (图7)或412 (图12)的协议和配置以及所使用的路由器和/或开关的数量和类型。 如果网络320或412是分开的网络，其中通信量被控制并且是本地的， 例如在建筑物内，则延迟可低至10(H殷秒并可为确定性的。然而，如 果网络320或412是公共互联网且距离不是本地的，则可观察到多于100ms的延迟。
如果延迟多于几毫秒，则由于延迟，大多数移动无线协议将需要 进行一些更改以允许移动单元306、 406和基站308、 408稍后进行反 应。例如，在GSM中移动单元被要求在每4.6ms的3个时隙内响应； 这意味着如果延迟是10 ms (单向)，则移动单元将在10 ms后接收 消息，然后处理它并在3*4.6 ms后以应答进行答复。基站将以10ms 延迟接收该信号，因而有20ms的总延迟(往返行程的延迟)。在这 种情况下，窗口移动20 ms (tl)，以便无线通信协议仍然正确地起 作用。为了移动窗口，可能需要调整在基站308和308以及移动单元 306和406的无线协议层中的一些定时器。如果延迟tl增加到不仅影 响基站308或408而且影响其基站控制器(BSC)的程度，则可能需 要对基站控制器中的协议和定时器进行更改。
时间窗的限制是当基站或移动台中的定时器超过界限时。例如， 当移动台发送接入突发时，移动台等待直到该突发被基站参考为止。 这通过相对的时间参考来完成。如果系统的最小延迟为100ms;移动 台中的定时器将首先在基站有机会处理它之前到期，因为定时器未被 设计成这么长。
如上解释的，接收窗偏移了数量tl。可选地或除了偏移以外，接 收窗的尺寸可增加，以便适用较大的延迟，并且以便适用变化的延迟。
上述系统和方法可用于所有标准的移动技术，如GSM、 CDMA、 UMTS和WiMax,以及移动TV中的广播技术，如MeidiaFlo、 DVB-H 和ISDB-T,以及卫星广(例如Sirius和XM )。
在广播网络例如移动TV和卫星广播中，这种延迟一般不是大问 题，因为没有上行链路。因此，在远程系统104 (图1 )和204 (图6) 处的移动接收器106 (图1 )和206 (图6)将在几毫秒之后接收卫星 或TV信号。没有对适应任何往返路程延迟而改变协议的需要。
本发明的以上详细描述是为了举例说明的目的而提供的，且并不 旨在是无遗漏的或将本发明限制为所公开的实施方式。因此，本发明 的范围由所附权利要求界定。
2权利要求
1.一种系统，所述系统用于为无线通信提供远程覆盖范围，所述系统包括本地系统，其生成第一无线通信信号；以及远程系统，其在地理上远离所述本地系统定位，所述远程系统包括第一变频器，其将第一所述无线通信信号转换成数据分组的流；网络，其从所述第一变频器接收所述数据分组的流；以及第二变频器，其从所述网络接收所述数据分组的流，并通过将所述数据分组的流转换成第二无线通信信号而产生所述远程覆盖范围。
2. 如权利要求l所述的系统，其中所述远程覆盖范围是室内的。
3. 如权利要求1所述的系统，进一步包括在所述远程系统处的 一个或更多额外的变频器，其中所述一个或更多额外的变频器中的每 一个变频器从所述网络接收所述数据分组的流，并产生相应的远程覆 盖范围。
4. 如权利要求3所述的系统，其中所述第一无线通信信号是下 行链路通信信号，且其中所述系统支持从每个远程覆盖范围到所述本 地系统的上行链路通信。
5. 如权利要求1所述的系统，其中所述第一无线通信信号是广 播信号。
6. 如权利要求1所述的系统，其中所述第一无线通信信号是广 播电视信号。
7. 如权利要求1所述的系统，其中所述第一无线通信信号是卫 星广播信号。
8. 如权利要求1所述的系统，其中所述第二无线通信信号是所 述第一无线通信信号的具有相同频率和内容的重建形式。
9. 如权利要求1所述的系统，其中所述第一无线通信信号是下 行链路通信信号，且其中所述系统支持从所述远程覆盖范围到所述本 地系统的上行链路通信。
10. 如权利要求9所述的系统，其中所述本地系统包括蜂窝电话 基站。
11. 如权利要求9所述的系统，其中所述本地系统包括蜂窝电话转发器。
12. 如权利要求l所述的系统，其中所述第二变频器从移动单元 接收第三无线通信信号，并将所述第三无线通信信号转换成第二数据 分组的流，所述网络从所述第二变频器接收所述第二数据分组的流， 且所述第 一 变频器将所述数据分组的流转换成第四无线通信信号。
13. 如权利要求12所述的系统，其中所述第四无线通信信号是 所述第二无线通信信号的具有相同频率和内容的重建形式。
14. 如权利要求l所述的系统，其中所述网络包括以太网LAN。
15. 如权利要求l所述的系统，其中所述第一无线通信信号被所 述第一变频器下变频转换成IF信号，且所述IF信号被数字地采样以 形成所述数据分组的流。
16. 如权利要求l所述的系统，其中所述第一无线通信信号被所 述第一变频器下变频转换成基带信号，且所述基带信号被解调以形成 所述数据分组的流。
17. 如权利要求16所述的系统，其中所述第一变频器被配置成 以多种调制方案中的任何一种调制方案解调所述第一无线通信信号。
18. 如权利要求17所述的系统，其中所述第一变频器配置成以 所述多种调制方案中范围最广的调制方案解调所述第 一无线通信信亏_
19. 一种系统，所述系统用于为无线通信提供远程覆盖范围，所 述系统包4舌本地系统，其包括生成第一模拟通信信号的基站和将所述第一模拟通信信号转换成数据分组的流的第 一 变频器；网络，其从所述本地系统*接收所述 居分组的流；以及 远程系统，其在地理上远离所述本地系统定位，所述远程系统包括第二变频器，所述第二变频器从所述网络接收所述数据分组的流，并通过将所述数据分组的流转换成第二模拟通信信号来产生所述远程覆盖范围。
20. 如权利要求19所述的系统，其中所述远程覆盖范围是室内的。
21. 如权利要求19所述的系统，进一步包括在所述远程系统处 的一个或更多额外的变频器，其中所述一个或更多额外的变频器中的每 一 个变频器从所述网络接收所述数据分组的流，并产生相应的远程 覆盖范围。
22. 如权利要求21所述的系统，其中所述第一无线通信信号是 下行链路通信信号，且其中所述系统支持从每个远程覆盖范围到所述 本地系统的上行链路通信。
23. 如权利要求19所述的系统，其中所述第一无线通信信号是 广播信号。
24. 如权利要求19所述的系统，其中所述第二无线通信信号是 所述第 一无线通信信号的具有相同频率和内容的重建形式。
25. 如权利要求19所述的系统，其中所述网络包括广域网。
26. 如权利要求25所述的系统，其中所述广域网包括互联网。
27. —种方法，所述方法用于为无线通信提供远程覆盖范围，所 述方法包括在第一位置处生成第一无线通信信号；在地理上远离所述第一位置的第二位置处，将所述第一无线通信 信号转换成数据分组的流；通过网络传送所述数据分组的流；乂人所述网结 接收所述凄t据分组的流；以及将所述数据分组的流转换成第二无线通信信号来产生所述远程 覆盖范围。
28. —种方法，所述方法用于为无线通信提供远程覆盖范围，所 述方法包括生成第一模拟通信信号；在第一位置处，将所述第一模拟通信信号转换成数据分组的流； 通过网络将所述数据分组的流传送到在地理上远离所述第 一 位 置的第二位置；从所述网络接收所述凄t据分组的流；以及将所述数据分组的流转换成第二模拟通信信号来产生所述远程 覆盖范围。
全文摘要
本发明是用于为无线通信提供一个或更多远程覆盖范围的系统和方法。在一个实施方式中，用于为无线通信提供远程覆盖范围的系统包括产生第一无线通信信号的本地系统和在地理上远离本地系统定位的远程系统。远程系统包括第一变频器、网络和第二变频器，第一变频器将第一无线通信信号转换成数据分组的流，网络从第一变频器接收数据分组的流，且第二变频器从网络接收数据分组的流，并通过将数据分组的流转换成第二无线通信信号而产生远程覆盖范围。远程覆盖范围可位于室内。
文档编号H04W76/04GK101663904SQ200780051630
公开日2010年3月3日 申请日期2007年11月8日 优先权日2006年12月22日
发明者I·苏加布罗德, S·谢纳特 申请人:Lgc无线公司