本申请根据35usc119(e)要求于2016年1月27日递交的美国临时申请第62/287，605号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本申请涉及与本申请同日递交的美国申请号______，名称为“星形拓扑固定无线接入网”，代理卷号为0327.0002us1，现在美国专利公开号为______；与本申请同日递交的美国申请号______，名称为“利用混合波束形成的无线接入网络的汇聚节点”，代理卷号为0327.0002us2，现在美国专利公开号为______；与本申请同日递交的美国专利申请号______，名称为“用于带有可操作的天线的固定无线接入网的订户节点”，代理卷号为0327.0002us3，现在美国专利公开号为______；与本申请同日递交的美国申请号______，名称为“使用多空间流wifi的高频固定无线接入网络”，代理卷号为0327.0002us4，现在美国专利公开号为______；与本申请同日递交的美国申请号______，名称为“用于高频固定无线接入网络的节点”，代理卷号为0327.0002us5，现在美国专利公开号为______，所有这些文献的全部内容通过引用并入本文。
背景技术：
因特网服务提供商(isp)历来在其订户或接入网络中使用多种不同的技术来向诸如家庭，多住宅单元和企业的场所传送网络连接。最初，场所通过pots线路上的拨号连接或isdn连接。通常企业使用t-1到t-3连接。
如今，dsl，布线和光纤网络在城市和大都市地区常见用来提供网络接入。
固定无线网络接入是一些地区的另一种选择。提供无线网络接入的isps可以通过传输塔以无线电波与通常位于场所的端点节点之间传送和接收数据。这通常用于没有布线和光纤网络的农村地区。
技术实现要素：
本文描述的系统通常可用于高频无线数据网络中，一般在10ghz至300ghz频带中操作以用于通常在星形拓扑网络中的汇聚节点和一个或多个诸如固定订户节点和/或多住宅单元节点的高频端点节点之间的通信。尽管如此，该技术也适用于移动和半移动应用以及点到点链路。这个光谱带包含通常被描述为覆盖30ghz到300ghz频带的毫米波长(毫米波)。
在许多系统中，汇聚节点具有至少一个相控阵列天线，该相控阵列天线将覆盖区域划分为多个子区段。在操作中，汇聚节点向端点节点传送和从端点节点接收高频调制的载波信号。这些节点与在天线的优选方位角/水平扇形图案中的不同子区段相关联。通过为这些子区段和向特定的端点节点或端点节点组形成波束，和/或通过同时为来自同一天线的不同子区段内的不同端点节点形成几个波束，汇聚节点可以与端点节点通信，而节点之间干扰较小或没有干扰。波束形成在汇聚节点的另一个优点是汇聚节点和端点节点的功率管理。具体而言，由于汇聚节点波束指向各个端点节点或端点节点小组，因此从汇聚节点到端点节点的下行链路上的传输功率较低。另一方面，由于汇聚节点的天线电子地指向各个端点节点或端点节点组，因此从端点节点到汇聚节点的上行链路上的传输功率可以较低。
通常，根据一个方面，本发明的特征在于无线接入系统。该系统包括安装在场所中的端点节点和与端点节点通信的汇聚节点，该汇聚节点包括相控阵列天线系统，该相控阵列天线系统将覆盖区域划分成多个子区段。
在实施例中，相控阵列天线系统可以包括至少一个传送相控阵列天线，用于向端点节点传送信息；和至少一个接收相控阵列天线，用于从端点节点接收信息。它也可以同时为子区段产生多个传送和接收波束。
根据实施例，相控阵列天线系统可将覆盖区域分成两个，四个或更多个子区段。
在许多实施例中，相控阵列天线系统包括至少一个相控阵列天线，该相控阵列天线可以仅在一维中电子地操纵。这可以用于在方位角方向上产生多个子区段。在当前的实施例中，一维相控阵列天线在垂直方向上被平展。
该系统可以以高频(例如在10ghz至300ghz的频带中，或者可能在30ghz至60ghz的频带中)操作。
在一些实施例中，相控阵列天线系统包括具有二维布置的天线孔径的天线阵列。天线孔径的这种二维布置可以具有至少5列天线孔并且可以具有至少5排天线孔径。这些列可能由相位控制装置的不同端口驱动。
一般而言，根据另一方面，本发明的特征在于一种用于提供固定无线接入的方法。该方法包括利用相控阵列天线系统将覆盖区域划分为多个子区段；和与安装在位于不同子区段内的场所的端点节点进行通信。
一般而言，根据另一方面，本发明的特征在于用于无线接入系统的汇聚节点。该节点包括用于向订户节点传送高频信号和/或从订户节点接收高频信号的天线阵列系统，经由一组馈电线耦合到天线阵列系统的相位控制装置以及用于放大天线阵列系统和相位控制装置之间的馈电线上的馈电的放大器系统。
在实施例中，天线阵列系统可以包括用于将高频信号传送到订户节点的至少一个传送天线阵列和用于接收来自订户节点的高频信号的至少一个接收天线阵列。相位控制装置可以包括一个或多个罗特曼透镜。
该相位控制装置控制将被馈送到放大器系统然后馈送到天线阵列系统的信号的相位以将高频信号引导到覆盖区域的不同部分。
在接收侧，相位控制装置控制从天线阵列系统接收的信号的相位，以将从覆盖区域的不同部分接收的高频信号引导至相位控制装置的不同输出端口。
放大器系统可以包括在相位控制装置的端口处的功率放大器，可能是单独的相位匹配放大器。
一般而言，根据另一方面，本发明的特征在于用于无线接入系统中的汇聚节点和订户节点的通信方法。该方法包括生成用于不同订户节点的高频信号，将高频信号馈送到传送相位控制装置中，在传送相位控制装置的输出端口放大馈电，和将高频信号传送到覆盖区域内的不同订户节点。
一般而言，根据另一方面，本发明的特征在于一种适合安装在场所的订户节点。该订户节点包括用于承载可操纵的天线模块的室外单元和用于保持本地无线模块的室内单元。
可操纵的天线模块向一个或多个汇聚节点传送信息并从一个或多个汇聚节点接收信息。它最好包括一个或多个贴片阵列天线。
可操纵的天线模块可以包括马达单元，该马达单元机械地操纵可操纵的天线模块的一个或多个天线并且优选地使天线指向一个或多个汇聚节点。
订户节点在10ghz至300ghz的频带或更具体地30ghz至60ghz的频带中与一个或多个汇聚节点通信。
桥接单元可以用于通过窗来机械地支撑室外单元和室内单元。
本地无线模块可以与订户的场所处的网络装置进行通信，它甚至可以维护用于订户场所的无线局域网。在其他情况下，它可以与本地无线接入点传送和接收信息，该本地无线接入点维护用于订户的场所的无线局域网。
示出的实施例，室外单元和室内单元安装在双悬窗的任一侧上。
一般而言，根据另一方面，本发明的特征在于一种适合安装在订户场所的订户节点。该订户节点包括安装在订户场所的窗的外侧上的可操纵的天线模块和安装在窗的内侧的本地通信模块。
一般而言，根据另一方面，本发明的特征在于一种用于与一个或多个汇聚节点进行通信的方法。该方法包括定位可操纵的天线模块以指向第一汇聚节点，和响应于第一汇聚节点的故障，重新定位可操纵的天线模块以指向第二汇聚节点。
一般而言，根据另一方面，本发明的特征在于一种用于提供接入到场所的方法。该方法包括通过室外单元向汇聚节点传送高频信号并从汇聚节点接收高频信号，和通过室内单元与局域网通信。
一般而言，根据另一方面，本发明的特征在于一种用于通过高频通信链路传送信息的方法。该方法包括将信息编码为多空间流wifi信号，上变频wifi信号，和以不同的极化来传送上变频的wifi信号和/或传送上变频的wifi信号到不同空间区段和/或不同频率。
在实施例中，上变频的wifi信号以不同的极化传送，这些极化相对于彼此正交。
另外，可以将上变频的wifi信号传送到划分覆盖区域的不同区段。
上变频的wifi信号甚至可以被多路复用到不同的频率。
在一些情况下，上变频wifi信号包括转换成中频信号，然后转换成高频信号。
本地振荡器信号可用于上变频wifi信号，其中本地振荡器信号是使用gps信号生成的。
上变频的wifi信号可以经由一个或多个相控阵列天线来传送，其中第一相控阵列天线以水平极化进行传送，而第二相控阵列天线以垂直极化进行传送。
一般而言，根据另一方面，本发明的特征在于一种无线节点。该节点包括至少一个多空间流wifi芯片组，用于将信息编码为多空间流wifi信号及从多空间流wifi信号来解码信息；块上变频器，用于将wifi信号上变频为高频信号；传送天线，用于传送高频信号；接收天线，用于接收来自其他节点的其他高频信号；以及低噪声块下变频器，用于下变频所接收的高频信号以供wifi芯片组解码。
一般而言，根据另一方面，本发明的特征在于一种无线高频无线节点。该节点包括至少一个多空间流wifi芯片组，用于将信息编码为多空间流wifi信号及从多空间流wifi信号来解码信息；块上变频器，用于将wifi信号上变频为高频信号；以及相控阵列天线系统，用于以不同的极化传送上变频的wifi信号，该不同的极化彼此正交。
一般而言，根据另一方面，本发明的特征在于一种高频无线节点。该节点包括生成wifi信号的两个或更多个wifi芯片组和驱动相控阵列天线的放大器阵列。相控阵列天线传送从至少两个wifi芯片组中得到的高频信号。这样，商品芯片组可以用来驱动特殊用途的高频天线。
一般而言，根据另一方面，本发明的特征在于一种接入网络中的节点。该节点包括：高频通信模块，用于向一个或多个汇聚节点传送信息和从一个或多个汇聚节点接收信息；以及本地无线模块，用于通过本地无线接入点与场所处的网络装置传送和接收信息，该本地无线接入点维护用于订户场所的无线局域网。
高频通信模块可以配置成将要传送到一个或多个汇聚节点的wifi信号上变频为高频信号，以及将从一个或多个汇聚节点接收的高频信号下变频为wifi信号。
本地无线模块也可以配置成接收下变频的wifi信号并建立到本地无线接入点的无线数据连接，以将下变频的wifi信号传送到订户场所处的网络装置。
在当前实施例中，订户节点在10ghz至300ghz的频带中与一个或多个汇聚节点通信，或者更具体地，在30ghz至60ghz的频带中与一个或多个汇聚节点通信。
一般而言，根据另一方面，本发明的特征在于一种用于向订户场所提供无线因特网服务的方法。该方法包括安装在订户场所处的订户节点从汇聚节点接收高频信号，将高频信号下变频为wifi信号，以及与本地无线接入点建立无线数据连接以将wifi信号传送到订户场所处的网络装置。
一般而言，根据另一方面，本发明的特征在于一种用于无线通信的系统。该系统包括汇聚节点，该汇聚节点配置成经由高频信号和与多住户单元(mdu)相关联的第一多住户单元节点(mdn)通信，其中汇聚节点包括相控阵列天线系统以电子地操纵高频信号朝向mdn，第一mdn包括至少一个配置成指向和接收高频的天线阵列。
本发明上述及其它特征，包括各种新颖的结构细节和部件组合以及其它优点现在将参照附图更具体地描述，并在权利要求中指出。应当理解，体现本发明的具体方法和装置是通过示例而不是作为对本发明的限制的方式来示出。在不脱离本发明的范围的情况下，可以在各种及多个实施例中采用本发明的原理和特征。
附图说明
在附图中，指代相同部分的参考字符贯穿不同视图。附图不一定按比例绘制；相反，重点在于说明本发明的原理。在附图中：
图1a-1c示出固定无线接入系统中的汇聚节点和端点节点的不同部署的框图；
图2a-2b是安装在订户场所的窗处的订户端点节点的透视图；
图2c是以虚线示出订户端点节点的外壳组件的透视图；
图3a示出位于建筑物屋顶上的多住户单元端点节点的示例；
图3b是多住户单元端点节点的机械布置图；
图4a示出订户端点节点的组件的框图；
图4b示出多住户单元端点节点的组件的框图；
图5示出根据一个实施例的用于汇聚节点和端点节点之间的无线通信的频率规划的示意图；
图6a和6b是用于端点节点的双工器模块的框图；
图7示出根据另一实施例的端点节点处的wifi与高频信号之间的直接转换的框图；
图8a-8b示出端点节点的极高频(ehf)模块的透视图和透视分解图；
图9a-9b是端点节点的ehf模块的电路图；
图10a-10b示出用于端点节点的ehf模块的示例性贴片天线阵列的局部透视图；
图11a示出用于端点节点的ehf模块的贴片天线阵列的另一示例；
图11b是用于ehf模块的贴片天线的剖视图。
图12a-12b示出用于端点节点处的贴片天线阵列的不同馈电技术；
图13示出用于端点节点处的贴片天线阵列的组合馈电技术；
图14a-14b示出用于在多住户单元端点节点处耦合贴片天线阵列的技术的示意图；
图15a-15b示出汇聚节点的区段头的透视图；
图16示出用于汇聚节点的两个部署示例的框图；
图17示出汇聚节点的区段头的组件的框图；
图18是第一实施例的汇聚节点的示意图；
图19示出用于区段头的调制解调器块的框图；
图20是用于与区段头相关联的双工器块的传送双工器的电路图；
图21是用于双工器块的接收双工器的框图；
图22示出汇聚节点的区段头的组件的第二实施例的框图。
图23是第二实施例的汇聚节点的示例性示意图；
图24是四路升压转换器的电路图；
图25是四路降压转换器的电路图；
图26示出时钟发生器和合成器模块的电路图。
图27是以虚线示出外壳的汇聚节点的区段头的透视图，示出了天线阵列的机械布局和布局的各方面；
图28a-28b分别是背板的前平面比例图和前板的透视比例图，示出了相控阵列天线系统的示例性接收侧；
图28c-28d分别是相控阵列天线系统的示例性传送侧及其前板的透视比例图；和
图29是根据不同实施例的用于传送天线阵列处的高频传送的示意图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的说明性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被解释为限制于这里阐述的实施例；相反地，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
本发明所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。此外，除非另有明确说明，单数形式和冠词“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。另外应当理解，术语包括和/或包含，当在本说明书中使用时，表示所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征，整体，步骤，操作，元件，组件和/或其组合的存在或增加。此外，应当理解，当包括组件或子系统的元件被提及和/或被示出为连接或耦合到另一元件时，其可以直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。
图1a中所示的系统100示出了汇聚节点(an)102和多个高频网络端点节点(en)104，例如104-1，104-2，…和104-n。
汇聚节点102利用相控阵列天线系统103与端点节点104-1至104-m通信。天线系统优选地覆盖约90度至180度之间的方位角弧；在本实施方式中使用的约120度。
然后，相控阵列天线系统103的操作将天线的覆盖区域划分为多个子区段s1，s2，…，sn。在所示的示例中，子区段分布在方位角扇中，其中子区段彼此邻接。至少有两个子区段；一些实施例具有四个，八个或更多个子区段。作为结果，在典型的实施方式中，每个子区段覆盖可能在8度和60度之间的方位角弧。在本实施方式中，子区段弧介于约10度和25度之间。
相控阵列天线系统103形成对应于每个子区段的传送和接收波束b1-bn。通过这种方式，汇聚节点102减少了端点节点之间的干扰，节省了下行链路上的功率，并降低了端点节点在上行链路上的传送功率要求。
端点节点en分布在不同的子区段内，从而与不同的子区段相关联。例如，订户节点104-1到104-3与子区段s1相关联，订户节点104-4到104-6与子区段s2相关联，订户节点104-7到104-8与子区段s3相关联，订户节点104-9到104-n与子区段s4相关联。
在一些实施例中，相控阵列天线系统103为每个子区段s1，s2，…，sn中的订户节点/订户节点组产生多个波束。相控阵列天线系统103通常包括用于向端点节点104传送数据流的一个或多个传送相控阵列天线t以及用于从端点节点104接收数据流的一个或多个接收相控阵列天线r。
每个端点节点104借助于在安装端点节点104的场所提供无线isp(因特网服务提供商)切换的电子组件或系统与汇聚节点102通信。端点节点104是住宅或商业固定无线端点，其经由高频网络(即，使用高频通信链路/无线电)与汇聚节点102通信。在一些实施例中，高频网络在10到300ghz之间操作，或更常见地在大约20到60ghz之间操作。
在典型的住宅实施方式中，本地端点节点104在可能的wifi信道(在2.4或5ghz频带中，或在2.4，5和60ghz频带的wigig三频带中，或ieee802.11acieee802.11ad-2012)上或通过有线连接(例如，1000base-t)与调制解调器/路由器或接入点通信。然后，调制解调器/路由器或接入点维护在订户场所处的局域网。
在其他情况下，端点节点104自身在场所处维护有线和/或无线lan。该端点节点提供了与lan路由器相关的常用功能，例如网络地址转换(nat)，访客网络，家长控制和其他访问限制，vpn服务器和客户端支持，端口转发和upnp以及dhcp(动态主机配置协议)服务器，以将ip地址自动地分配给lan上的网络装置。
根据优选实施例，汇聚节点包括多个wifi芯片组。这些是实现ieee802.11标准的一个或多个芯片的商用系统。这些芯片组能够维护例如由ieee802.11n或802.11ac版本以及该标准的后续版本提供的多空间流。这些wifi芯片组中的每一个产生wifi信号，该wifi信号是根据ieee802.11标准编码的信号。然后将这些wifi信号上变频并传送到端点节点104。接着，端点节点发回高频信号，将该信号下变频为诸如2.4或5ghz的传统频率的wifi信号。
这些wifi芯片组被分配给它们自己的一个或多个子区段。此外，它们的wifi信号也优选地上下变频为不同的载波频率，以最小化芯片间干扰。因此，例如，wifi芯片组“a”可以在频率f1与子区段s1和s2中的节点通信，而wifi芯片组“b”可以在频率f2与子区段s3和s4中的节点通信。
图1b示出了包括汇聚节点102的系统100，其中该汇聚节点的相控阵列天线系统103提供对多个多住户单元(mdu)106(例如，106-1，106-2，……，106-n)的访问。在该部署示例中，汇聚节点102向多住户单元106-1，106-2，106-n提供无线isp切换。这些多住户单元106中的每一个又包括多个住房单元120，例如公寓或小区(例如，120-1，120-2，……，120-6)，该多个住房单元通常分别订购因特网服务。一般而言，mdu是住房的分类，其中住宅居民的多个单独的住房单元包含在一个建筑物内或一个综合体内的若干建筑物内(例如，公寓楼)。
在所示示例性系统100中，每个多住户单元mdu106(例如，106-1，106-2)具有一个或多个端点节点，称为多住户单元节点(mdn)。例如，多住户单元106-1具有两个mdn，mdna-1，mdnb-1。同样，多住户单元106-2具有两个mdn，mdna-2，mdnb-2。为每个多住户单元提供多个多住户单元节点的优点主要是冗余。如果其中一个mdn发生故障，则第二mdn可以接管并提供到汇聚节点102的链路。
在所示示例中，路由器/交换机sw-1，sw-2，sw-n位于用于特定多住户单元106-1，106-n的mdn与例如提供到每个单独的住房单元120的有线连接的布线之间。通常，交换机sw-1，sw-2，sw-n监控用于mdu106的mdn的健康状况，并且在主mdn发生故障的情况下将切换到备用mdn。在其他情况下，在mdn连接到不同汇聚节点102以提供增加的数据吞吐量的情形中，交换机sw-1，sw-2，sw-n在mdn之间加载平衡带宽。
图1c示出了系统100的另一实施方式，其中用于相应mdu106-1的mdn(例如，mdna-1，mdnb-1)经由独立的高频链路115连接到不同的汇聚节点102(例如，102-1，102-2)。)。这可以提供至少两个优点。首先，这种布置提供针对特定汇聚节点102的故障的冗余。其次，还可以改善往返于特定多住户单元106-1的吞吐量。
这里，路由器/交换机sw-1位于mdn(mdna-1，mdnb-1)和布线118-1…118-6之间，该布线提供到每个住房单元120-1，120-2，…，120-6的有线连接。在一些实施方式中，mdn(mdna-1，mdnb-1)经由具有以太网供电(poe)或高功率poe的类别6(cat6)布线116耦合到交换机sw-1。因此，mdn使用具有数据传输的通用布线系统供电。在不偏离本发明的范围的情况下，可以采用用于将mdn耦合到sw-1的其他机构。
mdu106-1中的每个楼层通常将具有电话(线路)机房(即，三个楼层的三个机房125-1，125-2和125-3)。在一个实施方式中，类别5e/类别6布线117在电话机房125-1，125-2和125-3之间运行，但是也可以使用其他布线/耦合装置。在一个例子中，g.hn交换机(例如，126-1，126-2，126-3)安装在每个电话机房中。g.hn是一种家庭网络规范，可以在三种传统线路上运行：电话线，同轴布线和电源线。g.hn规范允许高达1gbit/s的数据速率。g.hn交换机126-1，126-2，126-3通过任何支持的线路类型进行网络连接。在一种实施方式中，g.hn交换机126-1，126-2，126-3通过电话线对或类别3(cat3)布线或用作最终布线的类别5(cat)布线的网络运行118-1…118-6连接到每个单元120-1…120-6，但是也可以使用其他联网装置。在所示示例中，每个单元120-1…120-6的lan由无线场所网络装置/路由器110-1…110-6维护。
图2a示出了安装在订户场所例如住宅的窗处的端点节点104的示例。
所示出的订户端点节点104被设计用于安装在住宅的窗处。它具有通过桥接单元206耦合到室内单元(idu)204的室外单元(odu)202。该示例性订户节点104以窗户空调单元的方式安装。具体地，利用图示的双悬窗200，订户节点104放置在窗台上，然后双悬窗200的下部光线通过密封构件208关闭。具体地，窗200的下窗框的底部导轨210将密封构件208夹在窗户的窗台上。这使idu204留在订户场所的内部，odu202暴露在订户场所的外面(即窗200外面)。桥接单元206延伸穿过密封构件208并且机械地支撑窗台205上的odu202和idu204。桥接单元206为组件提供结构支撑，并且用作odu202和idu204之间的电缆的导管。
在其他实施例中，idu204和odu202通过一个或多个布线(例如在闭合窗口下方延伸但在物理上分开，并且可以彼此分离的带状布线)连接。
odu202配置用于与汇聚节点102的高频通信，而idu204配置用于与订户场所内的一个或多个装置进行wifi通信(或有线连接或通过另一个未许可频带的通信)。在一些实施例中，idu204可以与路由器接入点通信或直接与订户场所内的一个或多个用户装置通信。桥接单元206包括用于耦合odu202与idu204的一个或多个互连布线，以及例如可以由壁装电源插座供电的dc电源模块。
另一方面，在又一其他实施例中，订户节点104未被分成idu204，odu202和桥接单元206。相反，在一种情况下，所有必要的电子器件都包含在单个外壳内，该单个外壳安装在场所外墙或窗上。在一个具体示例中，odu202和idu204的电子器件包含在防风雨外壳中，然后磁性地安装到窗户的玻璃或玻窗上。
图2b示出了由桥接单元206从订户场所外侧的有利位置支撑的odu202。odu202由延伸穿过密封构件208的桥接单元206支撑。
在其他示例中，idu204位于订户场所内，位于场所外壁的内侧上或场所的外壁附近。odu202位于外壁的外侧。例如，在一些实施方式中，在诸如场所的阁楼的外壁钻出孔。在其他示例中，在屋顶钻出孔。然后，odu202安装在外侧上。idu204安装在屋顶或墙壁的相邻内表面上，例如安装在椽子或螺柱之间。
图2c是订户节点104的示图，其中订户节点104的外壳部件以虚线示出。idu204经由穿过密封构件208突出的桥接单元206耦合到odu202。idu204包括本地无线和/或有线模块210，其维护用于订户场所的无线或有线局域网。在这种情况下，本地无线模块210与订户场所处的网络装置直接传送和接收信息。在其他情况下，本地无线模块210与本地无线接入点/路由器传送和接收信息，然后本地无线接入点/路由器维护无线局域网。
odu202包括极高频(ehf)通信模块220(在下文中称为ehf模块220)，该ehf模块具有带收发器的一个或多个集成贴片阵列天线。ehf模块220以高频信号向汇聚节点102传送信息并从汇聚节点102接收信息。伺服控制的电马达单元222支撑并机械地操纵ehf模块220(即，操纵ehf模块220的贴片阵列天线)。天气硬化外壳(称为“天线罩”)224设计用于天气和紫外线防护(即保护ehf模块220和马达单元222免受天气条件影响)，但对高频是透明的。在一些实施例中，加热器(未示出)也安装在外壳224内。在一些实施例中，ehf模块220和伺服控制的马达单元222的组合可称为可操纵的天线模块。
伺服控制的马达单元222优选地包括由一个或多个马达控制的2轴平移倾斜安装件或万向节。平移倾斜安装件用于旋转ehf模块220，使得集成贴片阵列天线可以对准以与汇聚节点102通信。具体地，马达单元222围绕垂直轴线或沿方位角方向旋转ehf模块220并围绕水平轴线或仰角方向进一步倾斜ehf模块220。该移动允许ehf模块220的集成贴片阵列天线指向汇聚节点102的相控阵列天线系统103。该移动还允许动态重新定位网络而无需现场访问。例如，在特定汇聚节点102发生故障或将新汇聚节点102添加到整个本地网络系统(例如，系统100)的情况下，ehf模块220将自动重新指向辅助/备用/新的汇聚节点102。另外，在由多个汇聚节点102服务的站点的情况下，可以扩展单独的路径以便于冗余并且使得多路径网络编码能够在ip分组级别扩展。
在一些实施例中，马达单元222的马达(例如，步进马达)由idu204上的微控制器单元(mcu)控制。在一个示例中，马达单元222能够移动ehf模块220实现在方位角方向75度或更多的旋转及在仰角方向+25度或更多的旋转。
图3a示出位于公寓楼(例如，mdu106)的屋顶上的mdn端点节点的示例。mdn将经由高频链路与汇聚节点102通信，并与交换机(例如，sw)耦合，以提供到公寓楼106中的每个公寓的连接。
图3b是示例性mdn的外壳机械布置图。mdn包括与订户节点104类似的组件。具体的，图3b描绘了用于mdna-1的ehf模块310，其具有多个用于与汇聚节点102进行高频通信的贴片阵列天线320。在本具体实施例中，这些天线未被主动地操纵，而是几个单独的贴片阵列天线并联连接以增加增益。然而，在其他实施例中，使用机械地或电动地操纵的天线。
图4a是端点节点104及其组件或模块的框图。这些组件布置在idu204，桥接单元206和odu202之间。以这种方式，它说明了图2a-2c中讨论的订户端点节点。这就是说电子结构与图3a和3b中讨论的mdu端点单元有关。
更详细地，idu204包含电子电路，该电子电路主要在两个称为wifi调制解调器模块404和双工器模块402的印刷电路板组件(pcba)上。
根据一些实施例，wifi调制解调器模块404是印刷电路板组件，其包括：1)用于因特网的802.11ac4x4无线电芯片组(在此称为因特网wifi芯片组410)，2)802.11acnxn芯片组，例如(3x3)无线电芯片组(在此称为本地wifi芯片组412或本地无线模块210)，用于通过idu204上的wifi天线416建立到无线路由器或接入点414的无线数据连接，3)和用于系统配置的蓝牙低功耗(ble)无线电418。优选地，调制解调器模块404还包括一个或多个有线和/或光学网络插孔，例如光学数据连接或rj-45插孔。
在一个实施例中，现成的印刷电路板组件(pcba)用于wifi调制解调器模块404，例如具有两个无线电pcie(外围部件互连快车)模块的ap148。在一些实施例中，本地wifi芯片组412直接安装在主pcb上而不通过板间连接器互连。在一些实施例中，将具有～5ghz工作频率的qca9980pcie卡用于因特网wifi芯片组410。
双工器模块402包括用于来自调制解调器模块404的因特网wifi芯片组410的wifi信号(例如，802.11ac信号)的频率双工器，用于低频本地振荡器(lo)信号的时钟源，全球定位系统(gps)接收器403，100mhz参考合成器和用于管理诸如本地功能，ehf模块220的功能，以及伺服控制的马达单元222的万向节功能的各种功能的微控制器。
双工器模块402经由wifi信号与因特网wifi芯片组410和ehf模块220通信。ehf模块220配置成：1)执行中频(if)，(与来自双工器模块402的wifi信号相关联的)wifi或接近wifi频率，以及高频之间的频率转换，以及2)与一个或多个处于高频的汇聚节点102进行通信。
odu202包括ehf模块220和伺服控制的马达单元222。odu202包含用于ehf模块220上的高频天线，频率转换，放大器和lnb(低噪声块下变频器)的电路。lnb是低噪声放大器，混频器，本地振荡器和中频放大器的组合。
延伸通过桥接单元206的是支撑两个或更多个传送中频连接txif的布线和支撑两个或更多个接收中频连接rxif的布线，用于控制和状态信号的电连接，到ehf模块220的电源，以及双工器模块402和伺服控制的马达单元222之间的马达控制线束。
在一些实施方式中，调制解调器模块404上的无线电具有在无线电传送时被置位的tx使能控制信号。双工器模块402缓冲该信号，并将其传递到ehf模块220。在一个实施例中，调制解调器模块404上的无线电还具有rx使能控制信号，该rx使能控制信号用于控制无线电与器天线之间的spdt(单刀双掷)开关的rx路径。双工器模块402缓冲该信号并将其传递到ehf模块220。
在一些实施方式中，t/r开关将双工器模块402上的单向传输线连接到调制解调器模块404上使用的双向传输线。
图4b是端点节点的mdn版本的框图。mdn的各种组件/模块类似于如图4a所示的订户节点104的模块并且执行与订户节点104的模块相同的功能。双工器模块422经由wifi信号(即，802.11ac信号)与wifi调制解调器模块424和ehf模块426通信。双工器模块422包括用于来自调制解调器模块424的wifi信号的频率双工器，用于lo信号的时钟源，gps接收器423，100mhz参考合成器，以及用于管理诸如ehf模块426的功能和马达单元428的万向节功能的各种功能的微控制器。
ehf模块426执行wifi/if频率和高频之间的频率转换并且以高频率与汇聚节点102通信。可选的马达单元428用于旋转ehf模块426，使得与ehf模块426相关联的贴片阵列天线可以对准以与汇聚节点102通信。具体地，马达单元428围绕垂直轴线或沿方位角方向旋转ehf模块426，并围绕水平轴线或沿仰角方向进一步倾斜ehf模块426。这种移动允许ehf模块426的贴片阵列天线指向汇聚节点102的相控阵列天线系统103。
mdu(例如，mdu106-1)的调制解调器模块424经由以太网端口430，poe分离器435，避雷器436和poe注入器437耦合到路由器/交换机sw-1)。poe注入器437用于将poe能力添加到mdu中使用的现有布线。路由器/交换机sw-1耦合到一个或多个g.hn交换机，例如126-1，126-2，126-3。在g.hn交换机和wifi路由器110之间维持有线数据连接，其中wifi路由器为mdu的特定单元(例如，公寓)中的多个网络装置提供无线连接。
图5示出了用于汇聚节点102和订户节点104之间的高频无线通信的示例性频率规划。在传送方向上，将来自因特网wifi芯片组410的四个rfwifi信号通过例如idu204的双工器模块402转换为在2到3.5ghz范围内的if信号。在接收方向上，将接收的高频信号在ehf模块220处转换为if信号。
具体地，在传送方向上，使用频率规划将因特网wifi芯片组410的4个mimo输出复用并压缩为两个信号。具体地，在双工器模块402处，将两个输出(例如，tx1和tx2)组合成if1信号，并将两个附加输出(例如，tx3和tx4)组合成if3信号。在ehf模块220处，将if1信号上变频为以水平极化(htx)传送的高频信号hf1，并将if3信号上变频为以垂直极化(vtx)传送的高频信号hf2。类似地，在接收方向上的ehf模块220处，将接收的高频信号下变频为if信号if2和if4。在双工器模块402处将这些if信号转换为wifi信号(例如，rx1，rx2，rx3和rx4)，其中wifi信号可以由因特网wifi芯片组410解码。在ehf模块220中的每个信号路径(传送或接收)通过水平和垂直极化传递两个同时的载波(例如，if1，if3用于传送，if2，if4用于接收)，其中每个载波包含(总共100mhz或50mhz的)带宽的802.11ac调制。
图6a和6b描绘了idu204的双工器模块402的示例性实施例的框图。在传送方向上，从因特网wifi芯片组410接收多空间流wifi信号(例如，处于5ghz频带中的四个rf信号-tx1，tx2，tx3和tx4)。使用两个本地振荡器(lo)频率(iflo1，iflo2)对这些信号进行下变频，并将其组合到两个信号流(if1，if3)上。tx1，tx2，tx3和tx4具有处于5ghz频带中的载波频率。它们分别与iflo1，iflo2混合，然后组合产生频率为1.4ghz和2.1ghz的双工信号if1，if3。
更详细地，如图6a所示，来自因特网wifi芯片组410的tx1，tx2信号在各自的放大器616中被放大。然后，它们被相应的带通滤波器618进行带通滤波，以消除任何带外干扰。然后，tx1，tx2分别与混合器620中的本地振荡器(lo)频率(iflo1，iflo2)混合。在一些实施例中，iflo1在6.7到7.4ghz工作，而iflo2在7.4到8.1ghz工作。混合器620的输出由相应的带通滤波器622滤波。这些带通滤波器622通过混频器620的差分分量。
y组合器624组合来自带通滤波器622的输出以产生信号if1。随后的放大器626和衰减器628调整信号if1的电平。衰减器628用于自动电平控制(alc)。在每个传送(tx)路径中存在可编程的衰减，以基于温度和来自ehf模块220的测量的rf功率提供alc功能。该功能由本地微控制器单元mcu666执行(包括衰减器628的直接控制)。
如图6b所示，将来自因特网wifi芯片组410的tx3，tx4信号类似地混合并组合以使用混合器620中的本地振荡器(lo)频率(iflo1，iflo2)产生if3。衰减器628类似地用于alc功能。
使用用于分集的不同极化来传送这两个流if1和if3。将这些流传送到ehf模块220，用于：1)上变频为高频信号，2)放大，以及3)无线传送到汇聚节点102。
在接收方向上，将两个双工流(if2，if4)以适当的频率转换成多空间流wifi信号(例如，四个rf信号rx1，rx2，rx3和rx4)，以便通过因特网wifi芯片组410接收和解码。每个接收路径包括分路器640，接着是两个不同的带通滤波器646，648，接着是单独的混合器652。
以if2信号为例。如图6a所示，在双工器模块402处接收if2信号。该信号的频率范围在1.4到2.8ghz之间。信号在y分离器640中分离。提供两个数字衰减器642以调整每个分开的信号。
根据操作模式使用每个接收路径的开关644。例如，如果汇聚节点102和订户节点104之间的链路的信号质量低，则使用更稳健的40mhz带宽信道。然而，如果链路的信号质量良好/强，则使用80mhz带宽调制和信道。在其他示例中，使用160mhz信道。为每个路径提供40mhz带宽带通滤波器646。另外，根据所使用的调制类型，提供两个80mhz带宽带通滤波器648。基于正在使用两种调制模式中的哪一种来设置四个开关644。将来自每个路径的所选带通滤波器的输出在两个放大器650中放大。
混合器652中的本地振荡器(lo)频率(iflo1，iflo2)将1.4到2.8ghz的if2信号转换为因特网wifi芯片组410所预期的5250-5350mhz频率。然后，这些5ghz频率通过放大器656提供到rx1和rx2上。
如图6b所示，类似的一系列组件640，642，644，646，648，650，652，654和656将if4转换为rx3和rx4。
在一些实施例中，混合器620，652使用的本地振荡器(lo)频率(iflo1，iflo2)是使用双工器模块402上的合成器670(图6b中所示)从gps载波信号生成的。在一个实施例中，从ehf模块220接收1.5ghzgps信号。gps载波用于控制/规范100mhz振荡器407。该100mhz信号用于同步双工器模块402和ehf模块220上使用的各种lo信号。在一些实施例中，包括gps天线(例如，双工器模块402的gps天线403或在ehf模块220处提供的其他gps天线)，以接收1.5ghzgps载波。
双工器模块402提供锁频至100mhz参考信号的两个lo信号(iflo1，iflo2)。在一个实施例中，一个lo信号(例如，iflo1)在约6.7到7.4ghz的范围内，而另一个lo信号(例如，iflo2)等于第一频率加上700mhz(即，iflo2在7.4到8.1ghz的范围内)。可以理解，这可以以包括两个完全独立的合成器的多种方式实现。
在一些实施方式中，在调制解调器模块404的中央处理单元(cpu)的指导下，每一rxpath中的可编程的衰减器642由本地mcu666直接控制。调制解调器模块404的cpu使用来自无线电的rssi(已接收信号强度指示器)信息调整rx增益。
在一些实施例中，微控制器(mcu)666用于处理双工器模块402，ehf模块220和与马达单元222相关联的马达的万向节功能的实时管理。在一个实施方式中，mcu666控制与马达单元222相关联的两个伺服马达。对马达进行控制以最大化来自汇聚节点的高频信号的接收信号强度rssi。
图7示出将来自因特网wifi芯片组410/调制解调器模块404的wifi信号直接传送到ehf模块220而没有转换到if频率的实施例。在传送侧，来自2x2wifi801.11ac芯片组的wifi信号在被传送到ehf模块220之前通过自动电平控制(alc)衰减器720和放大器725，以便上变频为高频信号。在接收侧，在ehf模块220处，将接收的高频信号下变频为可由wifi芯片组410解码的wifi信号。在放大器730处将来自ehf模块220的wifi信号放大。在传送到wifi芯片组410之前，放大的信号通过带通滤波器735和自动增益控制(agc)衰减器740。在一些实施方式中，单刀双掷(spdt)开关710基于来自wifi芯片组410的tx/rx控制信号实现传送或接收控制(无论传送或接收无线电)。
图8a和8b示出了odu单元202的ehf模块220的示例性视图。ehf模块220包括用于wifi/if频率和高频之间的频率转换的组件，一个或多个功率放大器，(来自100mhz的)高频lo生成单元，gps天线，传送功率检测器和/或温度传感器。
ehf模块220管理用于订户节点104的高频通信。它包含传送和接收天线以及所有上变频和下变频电路。如图8b所示，在一个示例中，可能存在两个或三个印刷电路板(pcb)：一个或多个天线pcb/模块810和rf电路ehfpcb812。这些板集成在砖状组件中，该组件放置在伺服控制的马达单元222中并安装在伺服控制的马达单元222上以形成可操纵的天线模块。
如图8b所示，ehf模块220组件(在图中从上到下)包括：
1、对高频透明的盖子806
2、波导短路面顶部808
3、天线pcb/模块810
4、中央底盘811
5、ehfpcb812
6、波导短路面底部818
7、背板814
8、散热器816
除了用于布线进入的设置之外，ehfpcb812完全封闭在由后板814和中央机壳811形成的铝外壳中。天线pcb/模块810和ehfpcb812之间的连接通过使用集成到中央机壳组件811及固定到ehfpcb812的底面的底部铝短路面818和位于天线pcb/模块810的顶面上的顶部铝短路面808的波导通道来实现。ehfpcb812包含在ehf模块506中使用的所有有源电路。各种电路及其功能在下面参照图9a和9b详细描述。
天线pcb/模块810的一个实施例的一些特征包括以下：
工作频率：38.6ghz到40.0ghz，
端口数量：4(垂直极化为2，水平极化为2)，和
3db波束宽度：6度(方位角和仰角)
图9a和9b示出了描绘例如在ehfpcb812上实现的ehf模块220的一些组件的框图。
1、锁相振荡器(plo)或rflo合成器952，用于产生lo频率信号/rflo合成器信号(例如，9.3ghz的rflo)。在一个实施例中，通过驱动rflo合成器952将从规范的100mhz时钟发生器407接收的100兆赫兹信号转换为rflo合成器信号。
2、具有滤波的两个tx路径(txpath1，txpath2)。
3、具有图像抑制的两个rx路径(rxpath1，rxpath2)。
4、到传送天线的波导转换960，964及来自接收天线的波导转换962，966。
5、在功率放大器916的输出上的跟踪和保持功率检测器918，用于监视tx电平。
6、功率调节器975和/或逆变器。
7、微控制器(mcu)980，用于监控传感器，信号和/或其他电路。
8、gps天线950，gps放大器970和到双工器模块402的gps信号通道972。
如图9a所示，传送路径(txpath1，txpath2)对应于两个极化。每个传送路径从双工器模块402接收if信号(例如，图6a和6b中的if1或if3)。if信号在1.4ghz至2.8ghz的范围内。将if信号上变频为(例如，在38.6ghz至40ghz的范围内的)高频信号并在ehfpcb812上放大。在放大之后，信号波导转换960，964通过波导的短部分将信号提供给天线pcb/模块810。
具体地，将if1接收到txpath1上。在混合之前，if1在混合器910中与9.3gh的rflo混合，该rflo在混合之前在乘法器912中被频率翻两倍。将混合器输出在放大器916中放大。功率检测器918检测输出功率。然后将高频信号发送到天线pcb/模块810，该天线pcb/模块810利用水平极化htx传送高频信号。
类似地，将if3接收到txpath2上。它也在混合器910中与9.3ghz的rflo混合，该rflo在混频之前在乘法器912中被频率翻两倍。将混合器输出在放大器916中放大。第二功率检测器918测量输出功率。然后将高频信号发送到天线pcb/模块810，该天线pcb/模块810利用垂直极化vtx传送高频信号。
温度传感器920靠近传送路径txpath1，txpath2中的每一个放置。mcu980读取可用于自动电平控制(alc)功能的监控的温度。
每个高频传送路径(txpath1，txpath2)具有紧接在最终功率放大器916之后的定向耦合器922。每个定向耦合器922馈电相应的功率检测器918，该功率检测器918将rf功率转换为dc电压。本地mcu980对与每个传送路径相关联的两个dc信号执行adc转换，并以dbm计算实际传送功率。
如图9a和9b中所示，两个接收路径(rxpath1，rxpath2)对应于两个极化。通过波导转换962，966从天线pcb/模块810接收与接收路径相关联的每个(例如，在38.6ghz至40ghz的范围内的)接收信号。接收信号通过lnb以降频转换。得到的if信号(例如，在大约1.400到2.800ghz的范围内)通过同轴布线传送到双工器模块402。
更详细地，将与rxpath1相关联的hrx信号(即，具有水平接收极化的高频信号)在放大器930中放大。混合器932将该信号与9.3ghz的rflo混合，该rflo在混合之前在乘法器934中被频率翻两倍。将所得到的信号通过放大器936传送。
类似地，将与rxpath2相关联的vrx信号(即，具有垂直接收极化的高频信号)在放大器930中放大。混合器932将该信号与9.3ghz的rflo混合，该rflo在混合之前在乘法器934中频率翻两倍。所得到的信号通过放大器936传送。
在一些实施例中，在两个接收路径(rxpath1，rxpath2)中经放大器936放大之后获得的信号对应于如图6a和6b所示的if2，if4信号，将该if2，if4喜好传送到双工器模块402及由双工器模块402接收。
本地mcu980执行ehf模块220的各种组件的管理和状态检查。mcu980经由功率检测器918测量rf传送功率。具体地，测量来自功率检测器918的两个rf_power模拟电压。
在所示示例中，向双工器模块402提供串行(uart)连接。mcu980使用温度传感器920针对每个传送路径检测ehf温度。双工器模块402可以使用温度信息(和/或功率测量信息)通过双工器模块402可编程的衰减器628来实现自动电平控制(alc)。
mcu980还可以管理来自因特网wifi芯片组610的tx_enable信号。mcu980还通过pll锁定状态(数字输入)监控rflo合成器952的合成器操作。
将本地rflo合成器952与100mhz参考信号(其依次是gps规范)同步。将rflo合成器信号用于在ehfpcb812上找到的所有四个混合器910，932(在传送路径上的两个和在接收路径上的两个)。
ehfpcb812具有本地电压调节器和单个dc输入电压。两个功率控制输入提供给ehfpcb812。这些输入用于在(例如，由外部控制器决定的)不需要传送器和/或接收器的期间使传送器和/或接收器断电。
在一些实施方式中，每个传送路径直接从如图7所示的因特网wifi芯片组410接收wifi信号(例如，wifi1和wifi3)。在这种情况下，将(例如，在5250-5350mhz的范围内的)wifi信号上变频为(在38.6ghz至40ghz的范围内的)高频信号并在ehfpcb812上放大。具体的，在传送侧，wifi信号(wifi1，wifi3)在相应的混合器910中与rflo信号(具有用于wifi到高频转换的适当频率)混合，该rflo信号在混合前在乘法器912中频率翻两倍。将混合器输出在相应的放大器916中放大。然后将相应的(例如，在38.6ghz到40ghz的范围内的)高频信号传送到天线pcb/模块810，该天线pcb/模块810以相应的水平和垂直极化htx，vtx传送高频信号。
在接收侧，从天线pcb/模块810接收与两个极化相关联的高频信号。将这些(例如，在38.6ghz至40ghz的范围内的)高频信号在没有if转换的情况下下变频为(例如，在5250-5350mhz的范围内的)wifi信号。具体地，将与两个接收路径(rxpath1，rxpath2)相关联的高频信号在相应的放大器930中放大并在相应的混合器932(其中信号与具有用于高频到wifi转换的适当频率的rflo信号混合)中混合。在传送到因特网wifi芯片组410之前，将所得到的信号在相应的放大器936中放大。
图10a和10b描绘了示例性贴片天线阵列模块810。
图10a示出了第一实施例。这里，在相应的电路板上的两个16x16双极化串联馈电贴片阵列天线1010，1012并排放置。天线模块810还包括gps天线950。
贴片阵列天线1010，1012的阵列列可以通过馈电网络(未在图10a中示出)激励。印刷电路板模块的总尺寸约为80x185mm。每个16x16贴片阵列天线1010，1012的天线元件被印刷在基板上，并且天线输出端子为波导转换(例如，图9a和9b所示的波导转换960-966)。
图10b示出了天线模块810的第二实施例。这里，两个16x16双极化串联馈电贴片阵列天线1010，1012集成在模块810内的单个基板1014上。
图11a示出了贴片阵列天线1010，1012的另一示例。
图11b示出了贴片阵列天线1010，1012的示例性材料层的截面图。最顶部贴片层1110利用贴片阵列天线1010，1012的天线贴片元件来图案化。用于贴片层1110的铜重量是0.5盎司(oz)铜。接地层1116夹在两个介电层1112和1118之间。介电层1112具有20密耳的厚度，介电层1118具有5密耳的厚度。用于接地层1116的铜重量是0.5盎司铜。在介电层1112和接地层1116之间提供半固化片层1114(例如1.9密耳厚的fastrisetm半固化片)以消除差异歪斜。馈电层1120包括贴片阵列天线1010，1012的馈电网络/馈线。用于馈电层1120的铜重量是0.5盎司铜。
例如，图12a描绘了使用馈电网络馈电的两个16x16贴片阵列天线1010，1012，该馈电网络包括与天线贴片元件串联的馈电线1202。
图12b描绘了使用与馈电网络耦合的孔馈电两个16x16贴片阵列天线1010，1012，使得馈电线1204(底层)上的场耦合到接地层1116上的狭槽1206，然后耦合到贴片层1110上的天线贴片元件。
图13示出了将上述图12a和图12b的两种馈送技术组合以同时激励垂直和水平极化波从而改善隔离的配置。例如，ehf模块220/天线pcb810处的组合馈电技术可用于同时从天线1010，1012传送具有水平极化htx和垂直极化vtx的高频信号。
图14a和图14b示出了耦合例如用于mdu106-1的mdn(例如，mdna-1)的(如图3b所示的)贴片天线阵列320的实施例。
图14a示出了两个贴片天线阵列1410，1420，其中每个贴片天线阵列具有两个极化输入/端口1415，1416。将两个贴片天线阵列1410，1420的端口1415，1416耦合到馈电板1430。图14b示出了使用分配板将小天线与大天线连接的机构。将馈电板1430的端口(用于两个贴片天线阵列)耦合到分配板1450。分配板1450将每个端口四分/将每四个端口组合并发送到更大的阵列。具体地，分配板1450的输出耦合到8个贴片天线阵列320的阵列。将8个贴片天线阵列320的每个端口耦合到分配板1450。
图15a和15b示出汇聚节点102的区段头的渲染。具体地，图15a示出了120度区段头汇聚节点102，而图15b示出了(没有安装硬件的)3区段汇聚节点102。汇聚节点102可以位于屋顶或适合于向多个订户节点104传送高频信号和从多个订户节点104接收高频信号的其他垂直资产或位置。
通常，汇聚节点102安装在与安装蜂窝电话基站天线的位置类似的位置。优选地，这将是城市或城镇或邻域中的高点。该点将为每个订户节点104提供开放视线或接近开放的视线的路径。
在又一个实施例中，汇聚节点102安装在邻域级别的电线杆顶部。相反，在城市中，汇聚节点102在某些情况下安装在邻域内的高层建筑物上。在公寓楼和可能的多个公寓楼的情况下，汇聚节点102可以定位成具有良好的视线访问街道，从而对于大公寓楼内每间公寓中作为窗户单元安装的订户节点104将存在视线路径。
图16示出了汇聚节点102的两个部署示例。第一示例对应于汇聚节点102的多区段部署，而第二示例对应于汇聚节点102的单区段部署。在任一部署示例中，一个或多个区段头1602包含在汇聚节点102中使用的大部分电路和设备，该大部分电路和设备在外壳中提供。例如，区段头1602可以包括rf电路，调制解调器电路，网络电路，dc功率输入，小型可插拔模块(sfp+，sfp)和rs232端口。
汇聚节点102的多区段部署示出了耦合到多区段适配器1604的三个区段头1602-1，1602-2和1602-3。功率和网络布线布设在每个区段头1602-1，1602-2，1602-3和多区段适配器1604之间。在一些实施例中，多区段适配器1604向两个或更多区段头提供功率和联网支持。多区段适配器1604用作区段头1602-1，1602-2和1602-3的功率/网络聚合器。多区段适配器1604包括ac功率输入，dc功率输出和小型可插拔模块(例如用于因特网和区段头的sfp+，以及用于服务的sfp)。
在单区段部署中，将单个区段头1602耦合到单个区段适配器1606，该单个区段适配器1606向单个区段头1602提供功率。
图17更详细地描绘了示例性区段头1602的组件。区段头1602包括用于执行1)在wifi和if频率之间的转换，以及2)在if和高频之间的转换的电路。具体地，区段头1602包括以下组件和功能：
1)sh调制解调器块1702包括802.11ac无线电(收发器)芯片组，网络处理器，网络接口和系统控制电路。
2)sh双工器块1704包括用于执行上/下频率转换(即，wifi到if转换，反之亦然)，双工和滤波的电路。sh双工器块1804还包含用于分配lo信号的lo网络。
3)shehf块1706包括高频上/下变频器(用于执行if到高频变换，反之亦然)，波束形成网络，rf开关，功率放大器，lnb，天线和用于分配lo信号的lo网络。
4)shlo发生器块1708包括用于上/下变频的高保真时钟源，其中gps载波用于规范100mhz振荡器。shlo发生器1708包括3个时钟源，3个敏捷振荡器和1个固定振荡器。shlo发生器块1708产生用于wifi到if转换的iflo信号和用于if到高频转换的rflo信号。
5)sh功率系统1710，其包括其他组件块所需的dc电源和过滤器。
图18示出了汇聚节点102的示例性示意图，该汇聚节点102利用相控阵列天线系统103t，103r与多个订户节点104通信，其中相控阵列天线系统103将覆盖区域划分为多个子区段。该汇聚节点102使用如结合图5所讨论的频率规划。
该实施例利用实现ieee802.11ac版本和后续版本的标准的多用户mimowifi芯片组(mu-mimo)。多用户mimo(mu-mimo)依赖于空间分布的传送资源。具体地，mu-mimowifi芯片组将信息编码到与多个用户相关联的多空间流wifi信号中和从与多个用户相关联的多空间流wifi信号进行解码信息。
参考传送侧/路径，将待传送的数据(例如，来自光纤同轴回程的数据)提供给两个4端口mu-mimowifi芯片组1810a，1810b。这些芯片组在sh调制解调器块1702的调制解调器板上实现。
wifi芯片组1810a，1810b产生八个5至6ghz的wifi信号，该八个5至6ghz的wifi信号在两个信号路径tx1，tx2上输出(即，4个wifi信号在tx1上和其他4个wifi信号在tx2上)。将wifi信号提供给sh双工器块1704的两个传送双工器1812a，1812b。
两个传送双工器1812a，1812b中的每一个使用固定的本地振荡器信号(iflo1，iflo2，iflo3，iflo4)将5至6ghz的wifi信号下变频为中频(if)信号(if1，if2，if3，if4)在2至3ghz的范围内。在一些实现中，iflo信号在7.8到8.2ghz的范围内。
在每个传送双工器处，将if1和if2信号组合(相加/叠加)以形成一个if信号，并将if3和if4信号组合以形成另一个if信号。以这种方式，将wifi信号多路复用成if信号。优选地，将wifiif信号偏移超过100mhz，例如偏移700mhz。
将来自两个双工器1812a，1812b的这些组合的if信号提供给四个块上变频器(buc)1814a，1814b，1814c，1814d。
buc1814a，1814b，1814c，1814d将组合的if信号上变频为高频信号。在该具体实施方式中，将上变频的if信号提供作为相位控制装置的输入，该相位控制装置包括一个或多个8端口罗特曼透镜1816a，1816b。相位控制装置配置成经由一组馈线1819a，1819b馈电传送相控阵列天线系统103t(例如，相控阵列天线系统的传送天线阵列1820a，1820b)。具体地，罗特曼透镜1816a馈电水平极化传送天线阵列1820a，而罗特曼透镜1816b馈电垂直极化传送天线阵列1820b。在一些实施方式中，将上变频的if信号在与每个罗特曼透镜1816a，1816b相关联的组合器处组合。
罗特曼透镜1816a，1816b改变上变频的高频信号的相位，以与传送天线阵列1820a，1820b组合，将高频信号操纵到覆盖区域中的一个或多个子区段。具体地，将上变频信号引导至罗特曼透镜1816a，1816b的不同端口。罗特曼透镜1816a，1816b控制上变频信号的相位，以馈电到放大器系统，然后馈电到传送天线阵列1820a，1820b。放大器系统包括设置在罗特曼透镜1816a，1816b的输出端口处的功率放大器1818a，1818b。放大器系统将馈线1819a，1819b上的馈电放大到传送天线阵列1820a，1820b。
buc1814a，1814b，1814c，1814d使用彼此频移380mhz的第一频率本地振荡器信号rflo1或第二频率本地振荡器信号rflo2。这些本地振荡器信号用于将从双工器1812a，1812b接收的if信号转换为高频信号以进行传送。然而，高频信号的中心频率相对于彼此偏移。
更详细地，buc1814a，1814c接收rflo1，而buc1814b，1814d接收rflo2。这种布置导致两个wifi芯片组以不同的中心频率下工作，这两个中心频率在高频信号中相对于彼此偏移以进行传送。这是因为来自第一wifi芯片组1810a的4tx1信号是从tx双工器1812b发送到buc1814b，1814d。相反，来自第二wifi芯片组1810b的4tx2信号是从tx双工器1812a发送到buc1814a，1814c。
通过驱动合成器模块1880将从gps规范的100mhz时钟发生器1870接收的100兆赫信号转换为rflo合成器信号(rflo1，rflo2)。优选地，发生器模块1870和合成器模块1880还产生经由传送双工器1812a，1812b使用以将wifi信号转换为if信号的iflo信号。在一些实施方式中，模块1870和1880是shlo发生器块1708的一部分。
两个罗特曼透镜1816a，1816b中的每一个的输出端口馈电到用于每个天线阵列1820a，1820b的八个并联放大器1818a，1818b。用于每个罗特曼透镜1816a，1816b的这八个放大器1818a，1818b馈电到两个8x16天线阵列1820a和1820b。然而，根据链路预算要求，也可以选择8x8，8x10，8x12，8x18天线阵列等其他选项。
然后，传送天线阵列1820a中的一个以水平极化传送与罗特曼透镜1816a相关联的高频信号，而另一传送天线阵列1820b以垂直极化传送与罗特曼透镜1816b相关联的高频信号。可以通过在其中一个天线前面添加偏振片以旋转其传送来实现偏振分集。
在接收侧/路径上，提供接收相控阵列天线系统103r的两个8x16接收天线阵列1840a，1840b。然而，可以使用8x8，8x10，8x12，8x18天线阵列。天线阵列1840a以水平极化操作，而另一天线阵列1840b以垂直极化操作。两个天线阵列1840a，1840b中的每一个的八个输出端口馈电到相位控制装置，该相位控制装置包括一个或多个8端口罗特曼透镜1842a，1842b。
罗特曼镜头相位控制装置1842a，1842b同时从一个或多个子区段和/或与一个或多个子区段相关联的不同方向接收高频信号。具体地，罗特曼透镜1842a，1842b在其一个或多个输入端口处接收高频信号，并控制所接收信号的相位以产生到低噪声下变频器(lnb)1844a，1844b，1844c，1844d的输出，其中输出对对应于相应的接收天线阵列1840a，1840b的唯一子区段。两个罗特曼透镜1842a，1842b中的每一个产生馈电到两个lnb中的两个输出。例如，罗特曼透镜1842a馈电到lnb1844a，1844b，而罗特曼透镜1842b馈电到lnb1844c，1844d。来自lnb1844a和1844c(具有不同极化)的输出对应于一个子区段，而来自lnb1844b和1844d(具有不同极化)的输出对应于另一个子区段。
将接收天线阵列1840a，1840b处接收的高频信号在与每个罗特曼透镜1842a，1842b相关联的组合器处组合。组合器将出现在天线端口处将被呈现给lnb输入的接收的高频信号矢量求和，使得每个lnb1844a，1844b，1844c，1844d然后接收一个形成的波束。然而，也可以利用波束成形的替代方法，其中将每个信号提供给lnb，并且可以将来自lnb的输出求和以形成波束。
lnb1844a，1844b，1844c，1844d也使用由合成器模块1880产生的本地振荡器信号rflo1和rflo2，以将在天线阵列1840a，1840b处接收的高频信号转换为if信号。每个子区段仅由wifi芯片组1810a或1810b中的一个处理，而且还在高频中的不同中心处操作。lnb1844a和1844c接收rflo1。相反，lnb1844b和1844d接收rflo2。作为结果，尽管来自两个wifi芯片组的wifi信号被上变频并且以不同的高频中心频率传送，但它们被下变频到相同的if频率。
四个低噪声块下变频器1844a，1844b，1844c，1844d馈电到sh双工器块1704的两个接收双工器1846a，1846b中。输入到双工器1846a，1846b的是2至3ghz的if信号。双工器解复用在每个if信号中的两个偏移信号。具体而言，接收双工器1846a产生将由第二mu-mimowifi芯片组1810b处理的四个rx2wifi信号。相反，接收双工器1846b产生将由第一mu-mimowifi芯片组1810a处理的四个rx1wifi信号。
在一些实施方式中，块上变频器，块下变频器，传送和接收侧上的罗特曼透镜，传送侧上的放大器以及传送和接收侧上的天线阵列是例如参考图17讨论的shehf块1706的部件。
图19是用于图18中描述的实施例的sh调制解调器块1702的示例性框图。sh调制解调器块1702可以基于qcomap148设计或其他商业ap设计(例如迈威半导体公司所作的商业ap设计)实现无线电/处理器架构。sh调制解调器块1702包括以下组件和功能。
1)1904：具有连接到同轴连接器的tx，rx和pdet信号的4x4802.11ac(即，4x4mimo)主无线电1810a，1810b的两个单元。主无线电1810a，1810b(这里也称为wifi芯片组)产生根据802.11ac无线网络标准编码的wifi信号。将主无线电1810a，1810b的这两个单元统一配置成传送/接收八个5到6ghz的wifi信号。在一些实施方式中，可以使用qca9980或marvell8964。主无线电1810a，1810b为多用户mimowifi芯片组，其编码/解码与多个空间流中的多个用户相关联的信息。换句话说，wifi信号同时携带与多个用户相关联的信息。虽然当前实施方式利用802.11ac标准，但可以理解，可以采用802.11系列中的其他后续无线网络标准来提供与使用多个天线的多个用户相关联的多个空间流wifi信号。此外，虽然当前实施方式(根据802.11ac标准)利用了5到6ghz频带中的wifi信号，但是可以使用与802.11系列中的其他标准相关联的其他频带中的wifi信号。
2)一个4x4802.11ac(即，4x4mimo)次级无线电1906，用于专用作频谱分析仪。rx输入与主无线电1904共享(分配)。在一些实施例中，可以使用qca9980或marvell8964。
3)第一网络处理器1908，配置成为sh调制解调器块1702的各种功能提供处理能力。在一些实施例中，可以使用ipq8064，该ipq8064是高通技术公司的因特网处理器，但是可以使用另一网络处理器。
4)辅助网络处理器1910用于系统控制，并连接到以太网(eth)交换机1912。在一些实施例中，可以使用ipq8064或其他网络处理器。
5)eth开关1912经由小型可插拔收发器(spf)耦合到光纤或铜网络布线。
6)输入电压为12v的功率系统1914，并且所有必需的线路在板上生成。
sh调制解调器块1702的物理接口包括各种插座，连接器和端口以及来自微控制器单元(mcu)1916的输入/输出，该微控制器单元(mcu)1916用于控制区段头1602中的诸如shehf块1706，sh双工器块1704和shlo发生器块1708的其他模块。在一些实施方式中，sh调制解调器块1702在emi/emc外壳内提供。
图20示出了根据一个实施例的双工器块1704的传送双工器(例如，图18的tx双工器1812a，1812b)的框图。在传送双工器1812a处从调制解调器块1702接收四个rf/wifi信号。具体地，传送双工器1812a从4端口传送mu-mimowifi芯片组1810a接收四个多空间流wifi信号。接收的四个wifi信号具有5170mhz-5650mhz范围内的载波频率。在传送双工器1812a处，使用本地振荡器频率(iflo2，iflo4)对四个wifi信号进行下变频，以产生中频(if)信号if1，if2，if3，if4。
详细地，在传送双工器(例如，1812a)处，将来自第二wifi芯片组1810b的四个wifi信号(tx2)在相应的放大器2020中放大。然后，通过相应的带通滤波器2022对它们进行带通滤波以去除任何带外干扰。在混合器2024中，将滤波后的信号与来自合成器模块1880的本地振荡器频率(iflo2，iflo4)混合以产生if信号。在一些实施方式中，iflo信号在7.8到8.2ghz的范围内操作。混合器2024的输出由相应的带通滤波器2026滤波。放大器2028调节中频信号if1，if2，if3，if4的电平。在一些实施方式中，中频信号在2.510到2.680ghz范围内。这里，将if信号组合以产生用于图18的块上变频器的两个输出。例如，在加法器2030处组合if1和if2信号以产生组合的if信号c-if1，并在加法器2030组合处组合if3和if4信号以产生组合的if信号c-if2。将两个组合的if信号作为输入提供给块上变频器，在该块上变频器中将两个组合的if信号转换成高频信号。
可以理解，传送双工器1812b包括与传送双工器1812a相同的组件和以类似的方式起作用。这样，图20的描述适用于传送双工器1812b，其中wifi信号在混合器2024处与本地振荡器频率(iflo1，iflo3)混合以产生if信号。
图21示出根据一个实施例的双工器块1704的接收双工器(例如，图18的rx双工器1846a，1846b)的框图。在接收双工器1846a处从图18的lnb处接收两个if信号。将if信号转换成适当频率的多空间流wifi信号，以便由mu-mimowifi芯片组1810b接收和解码。在一些实施方式中，if信号在2.510到2.680ghz的范围内
详细地，在接收双工器1846a处，从lnb接收两个if信号。将两个if信号在分离器2105处分成四个if信号(if1，if2，if3，if4)。然后将四个if信号转换为四个wifi信号(用于rx双工器1846a的4rx1，用于rx双工器1846b的4rx2)。每个if信号经过类似的处理以产生相应的wifi信号。下面描述if1信号的处理，然而，相同的描述也适用于其他if信号(if2，if3，if4)。
参考if1信号，开关2110根据操作模式切换if1信号。例如，如果汇聚节点102和订户节点104之间的链路的信号质量低，则使用更稳健的40mhz带宽信道。根据链路的信号质量，使用80mhz或160mhz带宽调制和信道。开关2110基于调制模式/方案的种类来设置。为所使用的相应调制方案提供带通滤波器2120。将来自所选带通滤波器2120的输出在放大器2130处放大。
在一些实施方式中，功率检测器2124测量从所选择的带通滤波器2120输出的信号的功率。衰减器2125基于所测量的功率来提供可编程的衰减。
将来自放大器2130的输出提供给混合器2140，该混合器2140将if1信号转换为调制解调器块1702所预期的在5ghz频率范围内的wifi信号。混合器2140将if1信号与来自合成器模块1880的iflo2混合以生成wifi信号。wifi信号通过滤波器2150和衰减器2160，并在被提供作为到wifi芯片组1810a的输出rx2-1之前由放大器2170放大。
用于接收双工器1846a的其他if信号if2，if3和if4中的每一个通过相对于if1信号所描述的类似组件以产生用于调制解调器块1702的相应wifi信号rx2-2，rx2-3，rx2-4。具体地，if2信号与iflo2混合以产生wifi信号rx2-2，if3信号与iflo4混合以产生wifi信号rx2-3，而if4信号与iflo4混合以产生wifi信号rx2-4。可以理解，接收双工器1846b包括与接收双工器1846a相同的组件及以类似的方式起作用。这样，图21的描述适用于接收双工器1846b，其中wifi信号在混合器2140处与本地振荡器频率(iflo1，iflo3)混合以产生if信号。
图22详细描绘了区段头1602的另一个实施例的组件。在该实施例中，区段头1602包括用于在wifi和高频之间无需中间if转换执行直接转换的电路。具体地，区段头1602包括以下组件和功能：
1)sh调制解调器块2202包括802.11ac无线电(收发器)，网络处理器，网络接口和系统控制电路。除了使用(如下面参考图23所述)8x8802.11ac(即，8x8mimo)主无线电或wifi芯片组的两个单元之外，sh调制解调器块2202的组件类似于调制解调器块1702。
2)shehf块2204包括高频上/下变频器(用于执行wifi到高频转换，反之亦然)，波束形成网络，rf开关，功率放大器，lnb，天线和用于分配lo信号的lo网络。
3)shlo发生器块2206包括用于上/下频率转换的高保真时钟源，其中gps载波用于规范100mhz振荡器。shlo发生器块2206产生用于wifi到高频转换的rflo信号。
4)sh功率系统2208，其包括其他组件块所需的dc电源和过滤器。
图23示出了利用在sh调制解调器块2202处实现的8端口mu-mimowifi芯片组2310a，2310b的实施例。具体地，在传送侧，8端口mu-mimowifi芯片组2310a，2310b馈电到四个四通道块上变频器(buc)2312a，2312b，2312c，2312d。将来自wifi芯片组的wifi信号在无需转换到图18中的if信号的情况下直接馈电到块上变频器。块上变频器2312a，2312c使用本地振荡器信号rflo1；块上变频器2312b，2312d使用本地振荡器信号rflo2。rflo1和rflo2相互频移380mhz。
四个四通道块上变频器(buc)2312a，2312b，2312c，2312d将wifi信号转换为高频信号以进行传送。rflo1和rflo2之间的偏移具有将用于传送和接收用于两个mu-mimowifi芯片组2310a，2310b的高频信号的中心频率相对于彼此偏移的效果。这减少了两个芯片组之间的干扰。
在一些实施方式中，通过驱动合成器模块2380将从gps规范的100mhz时钟发生器2370接收的100兆赫信号转换为rflo合成器信号(rflo1，rflo2)。
每个buc2312a，2312b，2312c，2312d产生四个输出。两个buc(例如，2312a，2312b)向水平极化的罗特曼透镜2314a提供八个输入。另外两个buc(例如，2312c，2312d)向垂直极化的罗特曼透镜2314b提供八个输入。罗特曼透镜2314a，2314b形成传送侧相位控制装置，除了两个罗特曼透镜2314a，2314b中的每一个从四通道buc接收八个输入而不是两个输入之外，该传送侧相位控制装置以类似于图18的相位控制装置的方式起作用。
两个罗特曼透镜2314a，2314b中的每一个的八个输出端口馈电到用于每个天线阵列2318a，2318b的八个并行放大器2316a，2316b。功率放大器2316a，2316b形成以与图18的放大器系统类似的方式起作用的放大器系统。放大器应当形成匹配组，其中就插入增益(dbs21)和插入相位(angs21)而言，这些功率放大器的出厂对准方式相互等同。用于每个罗特曼透镜2314a，2314b的这八个放大器2316a，2316b馈电到两个8x16天线阵列2318a和2318b(即，相控阵列天线系统103的传送天线阵列)。应该注意的是，根据链路预算要求，可能会使用8x8，8x8，8x12，8x18阵列，以列举几个示例。然后，传送天线阵列之一以水平极化传送与罗特曼透镜2314a相关联的高频信号，而另一传送天线阵列2318b以垂直极化传送与罗特曼透镜2314b相关联的高频信号。
由两个wifi芯片组2310a，2310b中的每一个的四个5ghzwifi信号派生的到每个天线阵列2318a，2318b的八个离散输入导致八个子区段，该八个子区段划分天线阵列2318a，2318b的120度的覆盖区域。每个天线阵列2318a和2318b的子区段彼此共同延伸，但是通过极化分开。在每个天线阵列2318a，2318b前四个子区段和后四个子区段之间也存在频率分集。
在接收侧，提供了相控阵列天线系统103的两个8x8或8x16或其他nxm接收天线阵列2340a，2340b。天线阵列2340a以水平极化操作，而另一天线阵列2340b以垂直极化操作。两个天线阵列2340a，2340b中的每一个的八个输出端口馈电到两个8端口罗特曼透镜2342a，2342b。罗特曼透镜2342a，2342b形成接收侧相位控制装置，除了两个罗特曼透镜2342a，2342b中的每一个产生八个输出，该八个输出产生八个子区段，该八个子区段划分两个接收天线阵列2340a，2340b的120度覆盖区域之外，该接收侧相位控制装置以类似于图18的接收侧相位控制装置的方式起作用。这些输出中的每一个对应于接收天线阵列2340a，2340b的八个子区段中的一个。这八个输出馈电到两个4端口(四通道)低噪声块下变频器(lnb)。例如，罗特曼透镜2342a馈电到四通道lnb2344a，2344b，而罗特曼透镜2342b馈电到四通道lnb2344c，2344d。
四通道lnb2344a，2344b，2344c，2344d使用本地振荡器信号rflo1和rflo2将在天线阵列2340a，2340b处接收的高频信号转换为调制解调器块2202的两个8端口接收mu-mimowifi芯片组2346a，2346b所预期和解码的wifi信号。在一些实施方式中，块上变换器，块下变换器，传送和接收侧的罗特曼透镜，传送侧的放大器，传送和接收侧的天线阵列是shehf块2204的部件。
由于子区段被分配给不同的wifi芯片组2310a，2310b，它们以不同的频率操作。作为结果，四通道lnb2344a，2344c接收rflo1；而四通道lnb2344b，2344d接收rflo2。
图24示出了根据一个实施例的图23的四通道块上变频器(例如，四通道buc2312a)的框图。在每个四通道buc2312a到2312d处从调制解调器块2202接收四个wifi信号。具体地，每个四通道buc2312a到2312d从8端口mu-mimowifi芯片组2310a，2310b接收四个多空间流wifi信号。接收到的wifi信号具有5170mhz-5650mhz范围内的载波频率。在每个四通道buc2312a到2312d处，使用本地振荡器频率(rflo1，rflo2)将四个wifi信号上变频以产生高频信号rf1，rf2，rf3，rf4。
参考四通道buc2312a，每个路径2401-2404上的wifi信号(tx1-1到tx1-4)由相应的放大器2410放大。将放大的信号传递到相应的数字衰减器2412，以调整wifi信号的电平。在一些实施方式中，路径2401和2403中的放大信号在被传递到数字衰减器2412之前被相位调整。在信号被信道滤波器2414滤波之后，信号在各个混合器m1-m4处与振荡器频率信号rflo1或rflo2(这里rflo1)混合，以将wifi信号上变频为高频信号。来自合成器模块1880的rflo1和rflo2信号经由lo网络2405分配到路径2401-2404。在一些实施方式中，混合器的输出在作为高频信号rf1-rf4输出到罗特曼透镜(例如罗特曼透镜2314a)之前被(通过相应的滤波器2416)滤波且(通过放大器2418)放大。
可以理解，每个四通道buc2312b到2312d包括与四通道buc2312a相同的组件并以类似的方式起作用。这样，图24的描述也适用于四通道buc2312b到2312d。
应该理解的是，图24中描述的四通道buc也可以用来实现替代实施例。例如，四通道buc可以用来实现图18中描述的实施例(例如，buc1814a到1814d)。在该实施例中，四通道buc由一个或多个if信号而不是wifi信号驱动，其中将if信号上变频为高频信号。在一些实施例中，四通道buc可以由一个if信号驱动。例如，一个或多个路径2401，2402可以由if信号(例如，if1/c-if1)驱动。在其他实施例中，可以理解，四通道buc可以由两个或更多个if信号驱动。该操作通过控制两个开关s1，s2来实现。
图25示出了根据一个实施例的图23的四通道下变频器(例如四通道lnb2344a)的框图。在每个四通道lnb2344a到2344d处从罗特曼透镜2342a，2342b的接收四个高频信号(rf1到rf4)。在每个四通道lnb2344a到2344d处，使用本地振荡器频率(rflo1或rflo2)将四个高频信号下变频以产生可由8端口接收mu-mimowifi芯片组2346a，2346b解码的wifi信号。
参考四通道lnb2344a，每个路径2501到2504上的高频信号(rf1到rf4)在与振荡器频率信号rflo1混合之前经由相应的放大器2510放大。放大的信号在相应的混合器2520处与rflo1混合以将高频信号下变频为wifi信号(rx1-1到rx1-4)。来自合成器模块2380的rflo1和rflo2信号经由lo网络2505分配到路径2501到2504，该lo网络2505控制rflo1和rflo2中的哪个用于lnb，并且进一步调节信号。wifi信号在输出到wifi芯片组2346a之前被(通过带通滤波器2530)滤波，(通过放大器2540)放大并(通过移相器2550)相位调整。
可以理解，每个四通道lnb2344b-2344d包括与四通道lnb2344a相同的部件并以类似的方式起作用。这样，图25的描述也适用于四通道lnb2344b到2344d。
应该理解的是，图25所描述的四通道lnb也可以用来实现替代实施例。例如，四通道lnb可以用来实现图18中描述的实施例(例如，lnb1844a，1844b，1844c，1844d)。在该实施例中，四通道lnb输出一个或多个if信号而不是wifi信号，其中将if信号上变频为wifi信号。在一些实施例中，四通道lnb可以由一个高频信号(rf1)驱动。例如，路径2501可以由rf1(即，图18的形成的波束)驱动以生成一个if信号(例如，if1)，该if信号作为输入提供给接收双工器1846a。在其他实施例中，可以理解，四通道lnb可以由两个或更多个rf信号驱动以生成两个或更多个if信号。
图26示出了根据一个实施例的shlo发生器块1708，2206的时钟发生器和合成器模块的框图。gps信号(工作在约1.5ghz)用于控制/规范100mhz时钟发生器2610(包括时钟发生器1870，2370)。合成器模块2620(包括合成器模块1880，2380)使用来自时钟发生器2610的100mhz的参考信号来生成各种lo信号，这些lo信号由传送和接收双工器，块上变频器和块下变频器(例如在图18和23中所描绘的)使用。基于100mhz参考信号，合成器模块2620的直接数字合成器2640用于生成lo信号(iflo1，iflo2，rflo1和rflo2)。在一些实施方式中，生成用于图18的传送和接收双工器的工作在7.9到8.3ghz频率的iflo1和iflo2信号。生成用于图18的buc和lnb及图23的四通道buc和四通道lnb的工作在8.8ghz-9.4ghz频率的rflo1和rflo2信号。尽管图22示出了生成两个iflo信号(iflo1和iflo2)，但可以理解的是，基于100mhz参考信号也可以生成额外的iflo信号(例如，图18中所示的iflo3和iflo4)。
图27示出了包括在汇聚节点102处使用的天线阵列的区段头的布局。两个接收(rx)天线阵列(例如图18的1840a，1840b或图23的2340a，2340b)和两个传送(tx)天线阵列(例如，图18的1820a，1820b或图23的2318a，2318b)以2乘2阵列布局。每个传送天线阵列耦合到包括功率放大器(例如，图18的1818a，1818b或图23的2316a，2316b)的相应的放大器系统2722。每个接收天线阵列是一个具有相位控制装置的开槽的波导天线阵列。每个传送天线阵列耦合到单独的相位控制装置。这些相位控制装置控制从天线阵列传送或接收的高频信号的相位，从而使天线阵列成为相控天线阵列。
图28a和28b描绘了示例性接收天线阵列(例如，天线阵列2340a)及其相关联的前板2810。在接收天线阵列2340a的天线孔径或槽2830处接收来自端点节点104的高频信号。虽然在图示的实施例中，这些槽以8x8阵列排列，但根据链路预算要求，可能是8x8，8x10，8x12，8x16和8x18阵列。信号经由馈线2825馈电到集成的罗特曼透镜2342a。来自罗特曼透镜2342a的输出经馈线2826提供给lnb(例如，图23的四通道lnb2344a到2344b)。(参照图18和23描述的)接收天线阵列2340b，1840a和1840b以与接收天线阵列2340a相同的方式来实现。接收天线阵列2340a，2340b以及它们的集成的罗特曼透镜2342a，2342b形成图23中的相控阵列天线系统103的接收侧。类似地，接收天线阵列1840a，1840b以及它们的集成的罗特曼透镜1842a，1842b形成图18中的相控阵列天线系统103的接收侧。
传送天线阵列2318a，2318b及其对应的罗特曼透镜2314a，2314b和功率放大器2316a，2316b形成图23的相控阵列天线系统103的传送侧。图28c和28d描述了形成图23的相控阵列天线系统103的传送侧的一部分的组件的部件。例如，图28c示出经由放大器系统2722耦合到罗特曼透镜2314a的一个传送天线阵列(例如天线阵列2318a)的背板。放大器系统2722是包括8个功率放大器(例如2316a)的8通道功率放大器部件。罗特曼透镜2314a通过控制高频信号的相位来电子地操纵来自buc(例如，四通道buc2312a到2312b)的高频信号。来自buc2312a，2312b的信号经由90度波导弯件2846馈电到罗特曼透镜2314a。罗特曼透镜2314a配置成经由天线和波导馈线2845馈电传送天线阵列2318a。然后来自馈线2845的信号从与传送天线阵列2318a相关联的前板2850的天线槽2860发出。这些槽以8x8阵列排列。罗特曼透镜2314a的这种相位控制使得来自传送天线阵列2318a的信号作为波束发出到特定的子区段和/或特定的端点节点104。高频信号在传送前通过放大器系统2722放大。(参照图18和23所描述的)传送天线阵列2318b，1820a和1820b以与传送天线阵列2318a相同的方式实现。
传送天线阵列在方位角方向上产生可操纵的波束。也就是说，光束可以通过围绕z轴及在x-y平面内的旋转操纵。这是通过控制从槽的八个垂直延伸(在z轴方向上延伸)的各列发出的信号的相位来实现的。另一方面，光束在z轴或仰角方向上被平展。这是通过设置从各行槽发出的信号的相位来实现的。
在图示的实施例中，接收和传送天线阵列是开槽的波导天线阵列，其中天线槽2380，2860是穿过波导通道的半波长的长向开口以产生水平极化的电磁波。
虽然与接收和传送天线阵列相关联的天线槽2830，2860被描绘为8x8阵列，但是取决于链路预算要求，可以使用其他尺寸阵列。可以使用诸如8x8，8x10，8x12，8x16，8x18的相同配置的不同尺寸，使得列数通常为8，但行数可变。随着行数的增加，获得更多增益和定向辐射图案。
图29示出了根据一个不同实施例的传送天线阵列(例如天线阵列2318a)处的高频传送的示意图。在一些实施方式中，(在块上变频器处上变频之后的)高频信号在前置放大器2902处被放大并被提供给开关2904。开关2904可以连接到罗特曼透镜2314a的八个输入端口中的任何端口。通过改变传播穿过罗特曼透镜2314a的信号的相位，可以控制总信号输出的方向(如由信号的相长和相消干涉所确定的)。因此，信号可以由相控天线阵列系统103的传送天线阵列2318a传送并指向特定的子区段和/或特定的端点节点104。
在罗特曼透镜2314a的每个输出端口处提供功率放大器2316a，以放大信号。尽管可以在罗特曼透镜2314a的输入端口处具有功率放大器，但与其他配置(即，透镜输入端的功率放大器)相比，透镜输出端口处的功率放大器的配置产生更低的损耗。由于这八个功率放大器是作为匹配组使用的，因此就插入增益(dbs21)和插入相位(angs21)而言，这些功率放大器的出厂对准方式相互等同。
高频信号的电子操纵由罗德曼透镜2314a执行，其将来自八个罗特曼透镜输入中的任何一个的高频信号耦合到对应的传送天线阵列。
虽然本发明已经参照其优选实施方式进行了具体展示和描述，但是本领域技术人员可以理解，而不脱离由所附权利要求涵盖的本发明的范围情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。