具有组合微微蜂窝的基于光纤无线通信（ROF）的无线微微蜂窝系统.pdf

一种基于光纤的无线通信(ROF)无线微微蜂窝系统，其适于通过以不同的频率运行邻近的微微蜂窝而形成基本上不交叠的多个单独的微微蜂窝的阵列，由此形成一个或多个组合微微蜂窝。组合微微蜂窝由以公共频率运行邻近的微微蜂窝的中央前端站自两个或更多个邻近的微微蜂窝形成。通过利用两个或更多个应答器天线系统，增强中央前端站和存在于组合微微蜂窝中的客户端设备之间的通信。因此，可以实施诸如天线多样性、相控阵列天线网络和多输入/多输出(MIMO)方法的增强的通信技术来为系统提供增强的性能。这些技术优选地在中央前端站上实施以避免必须对无线微微蜂窝系统基础设施进行实质性改变。

1.  一种用于与至少一个客户端设备无线通信的基于光纤的集中式无线微微蜂窝系统，包括：
中央前端站，其适于提供射频(RF)信号；
两个或更多个应答器，其经由一个或多个光纤RF通信链路光耦合到所述中央前端站，其中所述两个或更多个应答器适于将电信号转换成光信号并将光信号转换成电信号，并且具有基于所述RF信号形成对应的微微蜂窝的天线系统，其中，由具有不同频率的RF信号形成的邻近的微微蜂窝基本上不交叠；以及
其中，所述中央前端站适于为一组或多组的两个或更多个应答器提供具有应答器组中的公共频率的所述RF信号，以形成对应的一个或多个组合微微蜂窝。

2.  根据权利要求1所述的系统，其中，所述中央前端单元包括适于提供天线多样性到所述一个或多个组合微微蜂窝中的至少一个的多样性选择器。

3.  根据权利要求1所述的系统，其中，所述中央前端单元适于向提供给所述一个或多个组合微微蜂窝中的至少一个的公共频率RF信号提供相位，使得至少一个组合微微蜂窝的应答器组中的应答器的天线系统作为相控阵列天线网络运行。

4.  根据权利要求1所述的系统，其中：
至少一个客户端设备中的一个或多个和所述中央前端站适于执行RF信号的多输入/多输出(MIMO)处理。

5.  根据权利要求4所述的系统，其中，所述中央前端站包括具有MIMO信号处理能力的服务单元。

6.  根据权利要求5所述的系统，其中，所述服务单元包括适于执行所述MIMO信号处理的MIMO芯片。

7.  一种在具有中央前端站的基于光纤的集中式无线微微蜂窝系统中组合两个或更多个微微蜂窝的方法，当以不同射频(RF)频率运行时，所述两个或更多个微微蜂窝基本上不交叠，所述方法包括：
以所述中央前端站提供的公共RF频率运行两个或更多个邻近的微微蜂窝的组，以提供所述两个或更多个邻近的微微蜂窝的基本交叠，从而形成组合微微蜂窝。

8.  根据权利要求7所述的方法，包括：以其他公共频率形成两个或更多个邻近的微微蜂窝的一个或多个额外的组，以形成多个组合微微蜂窝。

9.  根据权利要求8所述的方法，其中，邻近的组合微微蜂窝以不同的公共频率运行。

10.  根据权利要求7所述的方法，其中，客户端设备存在于组合微微蜂窝中，并且其中，所述微微蜂窝包括具有天线系统的关联应答器，所述方法还包括：
经由与所述组合微微蜂窝关联的应答器天线系统，利用天线多样性，在所述客户端设备和所述中央前端站之间通信。

11.  根据权利要求7所述的方法，客户端设备存在于组合微微蜂窝中，并且其中，所述微微蜂窝包括具有天线系统的关联应答器，所述方法还包括：
通过使与所述组合微微蜂窝关联的应答器天线系统作为相控阵列天线网络运行，在所述客户端设备和所述中央前端站之间通信。

12.  根据权利要求7所述的方法，其中，具有多根天线并适于利用多输入/多输出(MIMO)信号处理而通信的客户端设备存在于组合微微蜂窝中，并且其中，所述微微蜂窝包括具有天线系统的关联应答器，所述方法还包括：
经由所述客户端设备多根天线和与所述组合微微蜂窝关联的应答器天线系统，利用MIMO信号处理，在所述客户端设备和所述中央前端站之间通信。

13.  一种在无线微微蜂窝系统中形成组合微微蜂窝的方法，其适于在以不同频率运行时形成基本上不交叠的多个单独的微微蜂窝，其中所述单独的微微蜂窝与光耦合到中央前端站并具有天线系统的应答器关联，所述方法包括：
a)在所述前端中央站上提供下行链路射频(RF)信号；以及
b)以公共频率同时或不同时地发送所述下行链路RF信号到对应的两个或更多个邻近的应答器，使得所述两个或更多个邻近的应答器基本交叠以形成组合微微蜂窝。

14.  根据权利要求13所述的方法，包括对于不同的公共频率以及对于不同的两个或更多个邻近的应答器执行步骤a)和b)，以形成多个组合微微蜂窝。

15.  根据权利要求13所述的方法，其中，客户端设备存在于组合微微蜂窝中，并且其中天线具有当在所述中央前端站上测量时相关联的接收信号强度，所述方法还包括：
经由与所述组合微微蜂窝关联的应答器天线系统，利用天线多样性，通过使所述中央前端站与具有最大接收信号强度的应答器通信，在所述客户端设备和中央前端站之间通信。

16.  根据权利要求15所述的方法，包括向所述中央前端站可操作地提供多样性选择器。

17.  根据权利要求13所述的方法，其中，客户端设备存在于组合微微蜂窝中，并所述方法还包括：
通过使与组合微微蜂窝关联的应答器天线系统作为相控阵列天线网络运行而在所述客户端设备和所述中央前端站之间通信。

18.  根据权利要求13所述的方法，其中，具有多根天线并适于利用多输入/多输出(MIMO)信号处理的客户端设备存在于组合微微蜂窝中，并且所述方法还包括：
经由所述客户端设备多根天线和与所述组合微微蜂窝关联的应答器天线系统，利用MIMO信号处理，在所述客户端设备和所述中央前端站之间通信。

19.  根据权利要求18所述的方法，包括向所述中央前端站可操作地提供适于执行所述MIMO信号处理的MIMO芯片。

20.  根据权利要求19所述的方法，包括运行所述MIMO芯片以使下行链路RF信号被分割成多个比特流，并将所述多个比特流提供到与所述组合微微蜂窝关联的多个应答器天线系统。

具有组合微微蜂窝的基于光纤无线通信(ROF)的无线微微蜂窝系统
相关申请的交叉引用
本申请涉及于2006年6月12日提交的名称为“Centralized optical-fiberbased wireless picocellular systems and methods”的美国专利申请序列号11/451,553，其内容通过引用全部并入在本文中作为参考。
发明背景
发明领域
本发明总体涉及一种无线通信系统，并且更具体地涉及一种基于光纤的集中式无线系统及使用光纤射频(RF)传输的方法。
技术背景
随着对高速移动数据通信要求的不断增加，无线通信也快速发展。例如，所谓的“无线保真”或“WiFi”系统和无线局域网(WLAN)正被配置到很多不同类型的区域中(咖啡店、飞机场、图书馆等)。无线通信系统与被称为“客户端”的必须存在于无线范围或者“蜂窝覆盖区域”内以便与接入点设备通信的无线设备进行通信。
配置无线通信系统的一种方法包括微微蜂窝的使用，微微蜂窝是辐射范围从大约几米直到大约20米的射频(RF)覆盖区域。因为微微蜂窝覆盖小区域，所以一般每个微微蜂窝只有几个用户(客户端)。微微蜂窝还允许小区域中的选择性无线覆盖，否则，当被传统的基站所产生的较大的蜂窝覆盖时，该小区域会有差的信号强度。
在传统的无线系统中，微微蜂窝由连接到前端控制器的无线接入点设备产生，并以该无线接入点设备为中心。无线接入点设备包括数字信息处理电子装置、RF发射器/接收器以及可操作地连接到RF发射器/接收器的天线。给定的微微蜂窝的大小由接入点设备发射的RF功率大小、接收器灵敏度、天线增益和RF环境以及无线客户端设备的RF发射器/接收器灵敏度决定。客户端设备一般具有固定的RF接收器灵敏度，从而主要由接入点设备的上述特性决定微微蜂窝大小。把很多连接到前端控制器的接入点设备组合起来，由此产生覆盖被称为“微微蜂窝覆盖区域”的区域的微微蜂窝的阵列。紧密结合在一起的微微蜂窝阵列在微微蜂窝覆盖区域上为每个用户提供了高的数据吞吐量。
现有技术的无线系统和网络是基于电线的信号分布系统，在基于电线的信号分布系统中，接入点设备被看作是链接到中央位置的分离的处理单元。这就使得无线系统/网络相对地复杂和难以标度，尤其当很多微微蜂窝需要覆盖大区域时。此外，在接入点设备上执行的数字信息处理要求这些设备是由前端控制器激活和控制的，这样进一步使用以产生大的微微蜂窝覆盖区域的大量接入点设备的分布和使用复杂化。
虽然无线微微蜂窝系统一般是强健的，但是也具有一些限制。一个限制是当应答器具有一根天线时的数据传输容量。数据传输容量可以通过给每个应答器增加更多的天线而增大，但这就要求给系统增加更多的上行和下行链路光纤，这样就大大地增加了系统成本。而且，当各个微微蜂窝仅仅具有一个关联的天线系统时，利用天线多样性的能力就被降低。在一些实例中，被设计成利用天线多样性的客户端设备(例如，具有带两根天线的无线卡的膝上型计算机)因为单根天线的应答器而不能最佳地运行。
发明内容
本发明的一个方面在于用于与至少一个客户端设备无线通信的基于光纤的集中式无线微微蜂窝系统。该系统包括适于提供射频(RF)信号的中央前端站。该系统还包括经由一个或多个光纤RF通信链路光耦合到中央前端站的一个或多个应答器。应答器适于将电信号转换成光信号，以及将光信号转换成电信号。应答器还具有基于来自中央前端站的RF信号形成对应的微微蜂窝的天线系统。由具有不同频率的RF信号形成的邻近的微微蜂窝基本上不交叠，而由具有相同频率(即，公共频率)的RF信号形成的邻近的微微蜂窝基本交叠。中央前端站适于为一组或多组的两个或更多个应答器提供用于每组的公共频率，从而形成对应的一个或多个组合微微蜂窝。
本发明的另一方面在于一种形成具有中央前端站的基于光纤的集中式无线微微蜂窝系统的方法，其中，该方法目的在于组合当以不同RF频率运行时基本上不交叠的两个或更多个微微蜂窝。所述方法包括：以中央前端站提供的公共RF频率运行两个或更多个邻近的微微蜂窝的组，以提供两个或更多个邻近的微微蜂窝的基本交叠，从而形成组合微微蜂窝。
本发明的另一方面在于一种在无线微微蜂窝系统中形成组合微微蜂窝的方法。所述系统适于在以相同频率运行时形成基本上不交叠的多个单独的微微蜂窝。所述系统在每个微微蜂窝中使用一个应答器，其中应答器光耦合到中央前端站并具有天线系统。所述方法包括：在前端中央站上提供下行链路射频(RF)信号；以及以公共频率将该信号发送到对应的两个或更多个邻近的应答器，使得两个或更多个邻近的应答器基本交叠以形成组合微微蜂窝。取决于系统使用的与客户端设备通信的具体方法，下行链路RF信号可以同时或不同时地发送到两个或更多个应答器。实例方法包括天线多样性、形成相控阵列天线网络以及执行多输入/多输出(MIMO)。
本发明的其他特征和优点在下列详细说明中阐述，并且对于所属领域的技术人员而言，将从说明书中容易地显而易见，或者通过实践包括下述详细说明、权利要求书和附图描述的本发明而认知。
应该理解，前述总体说明和下文的详细说明都呈现了本发明的实施方式，旨在提供用于理解其所主张的本发明的本质和特征的总体评述或框架。包括的附图提供对于本发明的进一步理解，其并入本说明书中构成本说明书的一部分。附图示出本发明的各个实施方式并和说明一起用于解释本发明的原理和操作。
相应地，为了易于解释和示例，并没有在图中示出各种基本的电子电路元件和信号调节部件，例如，偏置T形管、RF滤波器、放大器、功率分配器等。对于所属领域的技术人员而言，用于本发明的系统的这些基本电子电路元件和部件的应用是显而易见的。
附图的简要说明
图1是根据本发明的基于光纤的无线微微蜂窝系统的概括实施方式的示意图，其示出了经由光纤RF通信链路而光耦合到应答器的前端单元和由应答器所形成的微微蜂窝以及微微蜂窝中的客户端设备；
图2是图1系统的示例性实施方式的详细示意图，其示出了前端单元、光纤RF通信链路和应答器的细节；
图3是图2无线系统的应答器的替代示例性实施方式的特写图，其中应答器包括发射天线和接收天线；
图4是根据本发明的基于光纤的无线微微蜂窝系统的示例性实施方式的示意图，其使用中央前端站和沿光纤电缆布置的多个应答器；
图5是图4系统的中央前端站的示例性实施方式的详细示意图；
图6A是图4系统的光纤电缆的特写剖面图，其示出了两个应答器、上行链路和下行链路光纤以及向应答器供电的电力线；
图6B是与图6A类似的示意图，其示出了其中的应答器位于光纤电缆的防护外套之外的示例性实施方式；
图7是光纤电缆中的多个应答器中的一个应答器的特写图，其示出了对应的微微蜂窝以及应答器和微微蜂窝中的客户端设备之间的电磁RF服务信号的交换；
图8是包括中央前端站和多根光纤电缆的基于光纤的微微蜂窝系统的示例性实施方式的示意图；
图9是图8系统的“由上向下”的示意图，其示出了由多根光纤电缆产生的延伸的微微蜂窝覆盖区域；
图10是建筑物基础设施的剖面图，其示出了本发明的基于光纤的无线微微蜂窝系统被包括在建筑物基础设施中的示例性实施方式；
图11是在图10的系统中用来将应答器分布遍及建筑物基础设施的多区段电缆的示例性实施方式的示意图；
图12是图10的建筑物基础设施的第二地板的示意性平面图，其示出了如何自多电缆连接器中分支出3根光纤电缆以便为第二地板产生延伸的微微蜂窝覆盖区域；
图13是作为基于光纤的无线微微蜂窝系统的一部分的示意性光纤电缆系统的由上向下的视图，其中光纤电缆布置在图10所示的建筑物基础设施的吊顶上；
图14是如图13中所示的光纤电缆系统的侧视图，其示出由每个应答器所形成的微微蜂窝，进而在房间中形成了微微蜂窝覆盖区域；
图15是与图14类似的示意图，其示出了两个相邻(邻近的)应答器及其各自的天线系统，并且示出了由两个邻近的应答器形成的组合微微蜂窝，还示出了与系统的天线多样性能力关联的信号传输路径的两个选择；
图16是基于图8的示出中央前端单元的示例性实施方式的示意图，所述中央前端单元具有可操作地布置在其中以向诸如图15中所示的两个应答器组合微微蜂窝之类的一个或多个组合微微蜂窝提供天线多样性的多样性选择器；
图17是与图15类似的示意图，其示出了与组合微微蜂窝关联的各个应答器的天线系统如何一起运行成为相控阵列天线网络，以与存在于组合微微蜂窝中的客户端设备通信；
图18是与图15和图17类似的示意图，其示出了在执行中央前端站和客户端设备之间的MIMO传输时，应答器天线系统和客户端设备的多根天线之间的信号传输路径，
图19是与图16和图2类似的示意图，其示出了中央前端站中的服务单元具有向中央前端站提供MIMO信号处理能力的MIMO芯片的示例性实施方式；
图20是与图9类似的示意图，其示出了重新构造由单独的微微蜂窝的阵列形成的图9的微微蜂窝覆盖区域以包括多个组合微微蜂窝；以及
图21是示出基于组合的4个微微蜂窝的组合微微蜂窝的示范性边界的示意图，其中组合微微蜂窝边界表示组合天线功率一致地较低的距离。
优选实施方式的详细说明
现在详细地参照本发明的优选实施方式进行说明，优选实施方式的实例在附图中示出。尽可能地将相同或类似的参考标号用于整个附图中以代表相同或相似的部分。
总体的基于光纤的无线系统
图1是根据本发明的基于光纤的无线微微蜂窝系统10的概括实施方式的示意图。系统10包括前端单元20、一个或多个应答器单元(应答器)30和把前端单元光耦合到应答器的光纤RF通信链路36。如下所详细讨论的，系统10具有实质上以应答器30为中心的微微蜂窝40。一个或多个应答器30形成微微蜂窝覆盖区域44。前端单元20适用于执行或促进很多基于光纤的RF应用中的任何一个应用，例如，射频识别(RFID)、无线局域网(WLAN)通信或蜂窝电话服务。在微微蜂窝40中示出的是计算机形式的客户端设备45。客户端设备45包括适用于接收和/或发送电磁RF信号的天线46(例如，无线卡)。
图2是图1的系统10的示例性实施方式的详细示意图。在示例性实施方式中，前端单元20包括向某个无线服务或应用提供电RF服务信号的服务单元50。在示例性实施方式中，如下所述，服务单元50通过传递(或者调节，然后传递)来自一个或多个外部网络223的这些信号而提供电RF服务信号。在具体的示例性实施方式中，这包括提供如IEEE802.11标准所规定的WLAN信号分布，即频率范围从2.4到2.5GHz和从5.0到6.0GHz。在另一示例性实施方式中，服务单元50通过直接地产生信号而提供电RF服务信号。在再一示例性实施方式中，服务单元50调整微微蜂窝覆盖区域44中的客户端设备间的电RF服务信号的传送。
服务单元50电耦合到电/光(E/O)转换器60，如下更详细地讨论，E/O转换器60从服务单元50接收电RF服务信号并将它转换成相应的光信号。在示例性实施方式中，E/O转换器60包括适于为本发明的基于光纤的RF应用传送充分的动态范围的激光器，并可选地包括电耦合到激光器的激光驱动器/放大器。用于E/O转换器60的适当的激光器的实例包括激光二极管、分布式反馈(DFB)激光器、法布里-珀罗(FP)激光器以及垂直腔面发射激光器(VCSEL)。
前端单元20还包括电耦合到服务单元50的光/电(O/E)转换器62。O/E转换器62接收光RF服务信号并将它转换成相应的电信号。在示例性实施方式中，O/E转换器是光电探测器或者电耦合到线性放大器的光电探测器。E/O转换器60和O/E转换器62组成“转换器对”66。
在示例性实施方式中，服务单元50包括RF信号调制器/解调器单元70，其产生给定频率的RF载波并接着将RF信号调制在载波上，并且还解调接收到的RF信号。服务单元50还包括数字信号处理单元(数字信号处理器)72、用于处理数据或者执行逻辑和计算操作的中央处理单元(CPU)74以及用于存储诸如系统设置和状态信息、RFID标签信息等数据的存储器单元76。在示例性实施方式中，与不同的信号信道关联的不同的频率由基于来自CPU 74的指令而产生不同的RF载波频率的调制器/解调器单元70产生。此外，如下所述，与具体的组合微微蜂窝关联的公共频率由产生相同RF载波频率的调制器/解调器单元70产生。
继续参照图2，在示例性实施方式中，应答器30包括转换器对66，其中的E/O转换器60和O/E转换器62经由诸如循环器的RF信号定向元件106电耦合到天线系统100。如下所述，信号定向元件106用于引导下行和上行链路电RF服务信号。在示例性实施方式中，天线系统100包括如2006年8月16日提交的美国专利申请序列号11/504,999所公开的一个或多个片状天线(patchantenna)，该专利申请通过引用并入本文。
图3是应答器30的替代示例性实施方式的特写图，应答器30包括两根天线：电耦合到O/E转换器62的发射天线100T和电耦合到O/E转换器60的接收天线100R。两根天线的实施方式避免了需要RF信号定向元件106。
本发明的应答器30不同于与无线通信系统关联的一般的接入点设备，在本发明中，应答器的优选实施方式仅仅具有少许信号调节元件并且不具有数字信息处理能力。较合适地，信息处理能力远程地位于前端单元20中，在更具体的实例中，是在服务单元50中。这样就使应答器30非常紧凑并且实际上免于维护。另外，如下所述，应答器30的优选示例性实施方式消耗非常少的功率，对于RF信号是透明的，并且不要求本地电源。
再次参照图2，光纤RF通信链路36的示例性实施方式包括具有输入端138和输出端140的下行链路光纤136D和具有输入端142和输出端144的上行链路光纤136U。下行链路光纤136D和上行链路光纤136U将前端单元20上的转换器对66光耦合到应答器30上的转换器对。更具体地，下行链路光纤输入端138光耦合到前端单元20的E/O转换器60，而输出端140光耦合到应答器30的O/E转换器62。类似地，上行链路光纤输入端142光耦合到应答器30的E/O转换器60，而输出端144光耦合到前端单元20上的O/E转换器62。
在示例性实施方式中，本发明的基于光纤的无线微微蜂窝系统10使用已知的电信波长，例如850nm、1300nm或者1550nm。在另一示例性实施方式中，系统10使用其他较不常用但适当的波长，例如980nm。
系统10的示例性实施方式既可以包括单模光纤也可以包括多模光纤作为下行链路光纤136D和上行链路光纤136U。光纤的具体类型取决于系统10的应用。对于很多建筑物内的部署应用，最大的传输距离一般不超过300米。在考虑使用多模光纤作为下行链路光纤136D和上行链路光纤136U时，需要考虑期望的基于光纤的RF传输的最大长度。例如，已经表明1400MHz.km的多模光纤带宽-距离的乘积足够5.2GHz传输高达300m。
在示例性实施方式中，本发明使用50μm的多模光纤作为下行链路光纤136D和上行链路光纤136U，并使用E/O转换器60，该转换器使用针对10Gb/s数据传输而指定的商业上可利用的VCSEL在850nm下运行。在更多具体的示例性实施方式中，将OM3 50μm多模光纤用作下行链路光纤136D和上行链路光纤136U。
无线系统10还包括产生电力信号162的电源160。电源160电耦合到前端单元20以向其中的功耗元件供电。在示例性实施方式中，电力线168经过前端单元到应答器30来给转换器对66中的E/O转换器60和O/E转换器62，可选的RF信号定向元件106(除非元件106是诸如循环器的无源器件)以及其他任何功耗元件(未示出)供电。在示例性实施方式中，电力线168包括承载单一电压并电耦合到应答器30上的DC功率转换器180的两根电线170和172。DC功率转换器180电耦合到E/O转换器60和O/E转换器62，并将电力信号162的电压或电平改变为应答器30中的功耗部件所要求的功率电平。在示例性实施方式中，DC功率转换器180既可以是DC/DC功率转换器，也可以是AC/DC功率转换器，这取决于电力线168所承载的功率信号162的类型。在示例性实施方式中，电力线168包括用在标准电信和其他应用中的标准的承载电力的电线，例如18-26AWG(美国线规)。在其他示例性实施方式中，电力线168(虚线)直接地从电源160到达应答器30，而不是从前端单元20起或者经过前端单元20。在另一示例性实施方式中，电力线168包括多于两根的电线并承载多种电压。
在示例性实施方式中，前端单元20经由网络链接224可操作地连接到外部网络223。
操作方法
参照图1和图2的基于光纤的无线微微蜂窝系统10，服务单元50产生对应于其具体应用的电下行链路RF服务信号SD(电信号SD)。在示例性实施方式中，这由向RF信号调制器70提供电信号(未示出)的数字信号处理器72完成，将所述电信号调制在RF载波上以产生期望的电信号SD。
电信号SD由E/O转换器60接收，转换器60将该电信号转换成对应的光下行链路RF信号SD’(光信号SD’)，接着将该信号SD’耦合到输入端38上的下行链路光纤136D。这里应该注意，在示例性实施方式中，调整光信号SD’以使其具有给定的调制指数。此外，在示例性实施方式中，控制(例如，通过未示出的一个或多个增益控制放大器)E/O转换器60的调制功率来改变来自天线系统100的传输功率。在示例性实施方式中，改变提供到天线系统100的功率大小以限定相关的微微蜂窝40的大小，在示例性实施方式中，该相关微微蜂窝40的大小为从大约1米到大约20米范围内的任何值。
光信号SD’通过下行链路光纤136传播到输出端140，在这里光信号SD’被应答器30中的O/E转换器62接收。O/E转换器62将光信号SD’转换回电信号SD，接着传播到信号定向元件106。信号定向元件106接着把电信号SD引导到天线100。电信号SD反馈到天线系统100，使得天线系统100辐射对应的电磁下行链路RF信号SD”(电磁信号SD”)。
因为客户端设备45在微微蜂窝40中，所以电磁信号SD”由可以是诸如无线卡的一部分或者蜂窝电话天线的客户端天线46接收。天线46把电磁信号SD”转换成客户端设备中的电信号SD(在这里未示出信号SD)。客户端设备45接着对电信号SD进行处理，例如，将信号信息存储在存储器中，把信息显示成e-mail或文本消息等。
在示例性实施方式中，客户端设备45产生电上行链路RF信号SU(未在客户端设备中示出)，该信号由天线46转换成电磁上行链路RF信号SU”(电磁信号SU”)。
因为客户端设备45位于微微蜂窝40中，所以电磁信号SU”由应答器天线系统100检测，该系统把该信号转换回电信号SU。信号定向元件106将电信号SU引导到E/O转换器60，转换器60把该电信号转换成对应的光上行链路RF信号SU’(光信号SU’)，接着耦合到上行链路光纤136U的输入端142。光信号SU’通过上行链路光纤136U传播到输出端144，在这里其被前端单元20上的O/E转换器62接收。O/E转换器62把光信号SU’转换回电信号SU，接着该电信号SU被引导到服务单元50。服务单元50接收并处理信号SU，在示例性实施方式中，上述步骤包括下列步骤中的一个或多个步骤：存储信号信息；数字地处理或调节信号；经由网络链接224把信号发送到一个或多个外部网络223；以及将信号发送到微微蜂窝覆盖区域44中的一个或多个客户端设备45。在一个示例性实施方式中，信号SU的处理包括：在RF信号调制器/解调器单元70中解调该电信号；接着在数字信号处理器72中处理解调过的信号。
具有中央前端站和光纤电缆的系统
图4是包括中央前端站210的基于光纤的无线微微蜂窝系统200的示例性实施方式的示意图。中央前端站210可以被看作为适于处理一个或多个服务单元50和一个或多个应答器30的前端单元20。中央前端站210光耦合到包括多个应答器30的光纤电缆220。光纤电缆220由多个光纤RF通信链路36组成，其中每个链路光耦合到对应的应答器30。在示例性实施方式中，多个应答器30沿着光纤电缆220的长度方向上间隔开(例如，8米间隔)，以产生由实际上在边缘处交叠的微微蜂窝40组成的期望的微微蜂窝覆盖区域44。
图5是中央前端控制站210的示例性实施方式的详细示意图。在示例性实施方式中，代替了将图1的多个前端单元20直接地包括到前端控制站210中，前端单元被修改成根据给定的服务单元的具体应用，允许每个服务单元50与一个、一些或所有的应答器30通信。服务单元50均电耦合到RF发射线230和RF接收线232。在图5中，为了示例，示出了6个服务单元50A到50F中的3个。
在示例性实施方式中，系统200还包括主控制器250，主控制器250可操作地连接到服务单元50并适于控制和调整与应答器30通信的服务单元的运行。在示例性实施方式中，控制器250包括中央处理单元(CPU)252和用于存储数据的存储器单元254。CPU 252适用于(例如被编程为)处理经由服务单元50中的一个或多个提供到控制器250的信息。在示例性实施方式中，控制器250是或者包括适于执行提供给它或者被编码到其中的计算机可读介质上的指令(程序)的可编程计算机。
中央前端站210还包括可操作地连接到控制器250的下行链路RF信号多路复用器(下行链路多路复用器)270。下行链路多路复用器单元270具有输入侧272和输出侧274。发射线230在输入侧272电连接到下行链路多路复用器270。
在示例性实施方式中，如下所述，下行链路多路复用器270包括允许在服务单元50和应答器30之间选择性通信的RF信号定向元件280(例如，RF开关)。在实例中，选择性通信包括用于轮询对应的微微蜂窝40的按序寻址应答器30。例如，当服务单元50中的一个单元是用于寻找微微蜂窝40中的RFID标签290的(图4)RFID阅读器时，可以使用这样的按序轮询。在示例性实施方式中，RFID标签290附接到待通过附接的RFID标签而被追踪或监控的产品292。在另一示例性实施方式中，选择性通信包括同时寻址应答器30中的一些或全部。例如，当服务单元50中的一个单元是提供微微蜂窝40中的一些或全部微微蜂窝的同时覆盖的蜂窝电话发射器或者RF信号馈通(feed-through)单元时，可以使用这样的同时寻址。
中央前端站210还包括可操作地连接到控制器250并具有输入侧322和输出侧324的上行链路RF信号多路复用器(上行链路多路复用器)320。接收线232在输出侧324电连接到上行链路多路复用器320。在示例性实施方式中，上行链路多路复用器320包括RF信号定向元件328。
中央前端站210还包括组成E/O转换器阵列360的多个E/O转换器60和组成O/E转换器阵列362的对应数量的多个O/E转换器62。E/O转换器60经由电线330电耦合到下行链路多路复用器270的输出侧274，并光耦合到对应的下行链路光纤136D的输入端138。O/E转换器62经由电线332电耦合到上行链路多路复用器320的输入侧322，并光耦合到对应的上行链路光纤136U的输出端144。下行链路光纤136D组成下行链路光纤电缆378，并且上行链路光纤136U组成上行链路光纤电缆380。
图6A是光纤电缆220的特写示意图，其示出了下行链路光纤136D和上行链路光纤136U以及6个应答器30中的2个应答器。还示出了电耦合到应答器30的电力线168。在示例性实施方式中，光纤电缆220包括防护外套344。在示例性实施方式中，应答器30完全地存在于外套344中。
图6B是与图6A类似的示意图，其示出了其中的应答器30位于防护外套344之外的示例性实施方式。如下所述，应答器30位于防护外套344之外，可以使部署完光纤电缆之后相对于建筑物基础设施布置应答器变得更为容易。
操作方法
参照图4、5、6A和6B，基于光纤的无线微微蜂窝系统200操作如下。在中央前端站210上，服务单元50A、50B...50F每个均产生或从一个或多个外部网络223传递对应于给定服务单元的具体应用的各个电信号SD。电信号SD经由RF发射线230传输到下行链路多路复用器270。下行链路多路复用器270接着组合(在频率上)并分布各个信号SD到E/O转换器阵列360中的E/O转换器60。在示例性实施方式中，控制器250经由控制信号S1控制下行链路多路复用器270和其中的RF信号定向元件280，来根据具体的服务单元应用而引导信号SD到E/O转换器阵列360中的一个、一些或所有的E/O转换器60，并因而到一个、一些或所有的应答器30。例如，如果服务单元50A是蜂窝电话单元，那么在示例性实施方式中，来自该电话单元的(例如，从一个或多个外部网络223传递的)信号SD被RF信号定向元件280均等地分割(并且可选地放大)并提供到E/O转换器阵列360中的各个E/O转换器60。这样导致各个应答器30被寻址。另一方面，如果服务单元50F是WLAN服务单元，那么RF信号定向元件280可以适用于(例如，被编程)引导信号SD选择E/O转换器阵列360中的E/O转换器60中的一个或一些，使得只有选择的应答器30被寻址。
因此，E/O转换器阵列360中的一个、一些或所有的E/O转换器60从下行链路多路复用器270接收电信号SD。E/O转换器阵列360中被寻址的E/O转换器60把电信号SD转换成对应的光信号SD’，该光信号经由对应的下行链路光纤136D传输到对应的应答器30。被寻址的应答器30将光信号SD’转换回电信号SD，该电信号接着转换成对应于具体服务单元应用的电磁信号SD”。
图7是光纤电缆220中的多个应答器30中的一个的特写图，其示出了对应的微微蜂窝40以及应答器和微微蜂窝中的客户端设备45之间的下行链路电磁信号SD”和上行链路电磁信号SU”之间的交换。具体地，电磁信号SU”由对应的应答器30接收，并转换成电信号SU，然后转换成光信号SD’。光信号SD’接着通过上行链路光纤136U传播，并被O/E转换器阵列362以及其中用于被寻址的应答器30的对应O/E转换器62接收。O/E转换器60将光信号SU’转换回电信号SU，接着进入上行链路多路复用器320。上行链路多路复用器320接着把电信号SU分布到要求接收这些电信号的服务单元50。接收服务单元50处理信号SU，在示例性实施方式中，该处理步骤包括下列步骤中的一个或多个步骤：存储信号信息；数字地处理或调节信号；通过网络链接224把信号发送到一个或多个外部网络223；以及将信号发送到微微蜂窝覆盖区域44中的一个或多个客户端设备45。
在示例性实施方式中，控制器250经由控制信号S2控制上行链路多路复用器320和其中的RF信号定向元件328来引导电信号SU到要求接收电信号SU的服务单元50。
在示例性实施方式中，来自一些或所有的服务单元50的不同服务(即，蜂窝电话服务、用于数据通信的WiFi、RFID监控等)经由频率多路复用而组合在RF信号电平上。
在示例性实施方式中，如图6中所示，中央控制站210上的来自电源160的单一电力线168并入在光纤电缆220中并适用于向每个应答器30供电。每个应答器30例如经由DC转换器1 80释放所需要的功率大小(图2)。因为应答器30的优选实施方式具有相对低的功能性和功耗，所以仅仅要求相对低的功率电平(例如，大约1瓦特)，由此允许高规格的电线(例如，20AWG或更高)来用作电力线168。在示例性实施方式中，在光纤电缆220中使用很多应答器(例如，大于12个)，或者如果应答器30的功耗因为其特定的设计而显著地大于1瓦特，那么在电力线168中使用低规格电线或多根电线。沿着电缆220中的电力线168的不可避免的电压降一般在每个应答器30上要求大范围(大约30伏特)的电压调整。在示例性实施方式中，每个应答器30上的DC功率转换器180实现这样的电压调整功能。如果预期的电压降是已知的，那么在示例性实施方式中，控制器250执行电压调整。在可选实施方式中，采用在每个应答器30上感测远程电压的方式，但是这种方法不是优选方法，因为它增加了系统的复杂性。
具有多根光纤电缆的集中式系统
图8是根据本发明的基于光纤的集中式无线微微蜂窝系统400的示例性实施方式的示意图。系统400与上述的系统200类似，但包括光耦合到中央前端站210的多根光纤电缆220。中央前端站210包括多个E/O转换器阵列360和对应数量的O/E转换器阵列362，两者成对地布置在转换器阵列单元410中，其中一个转换器阵列单元光耦合到一根光纤电缆220。类似地，系统400包括多个下行链路多路复用器270和上行链路多路复用器320，两者成对地布置在多路复用器单元414中，其中，一个多路复用器单元电耦合到一个转换器阵列单元410。在示例性实施方式中，控制器250电耦合到每个多路复用器单元414，并适用于控制其中的下行链路多路复用器270和上行链路多路复用器320的运行。这里，术语“阵列”并不意欲受限于如通常在所属领域中所实施的那样集成在单一芯片上的组件，而是包括离散的、非集成的组件的布置。
每个E/O转换器阵列360电耦合到对应的多路复用器单元414中的下行链路多路复用器270。类似地，每个O/E转换器阵列362电耦合到对应的多路复用器单元414中的上行链路多路复用器320。多个服务单元50均电耦合到每个多路复用器单元414中的下行链路多路复用器270和上行链路多路复用器320。各个下行链路光纤电缆378和上行链路光纤电缆380把每个转换器阵列单元410光耦合到对应的光纤电缆220。在示例性实施方式中，中央前端站210包括连接器端口420，并且光纤电缆220包括适于连接到连接器端口的连接器422。在示例性实施方式中，连接器422是MT(机械传递)连接器，例如，可从美国北卡罗来纳州希柯利市的康宁光缆系统公司(Corning Cable Systems，Inc.)获得的MTP连接器。在示例性实施方式中，连接器422适于容纳连接到端口420的电力线168。
图9是系统400的“由上向下”视图，其示出了通过使用多根光纤电缆220而形成的延伸的微微蜂窝覆盖区域44。在示例性实施方式中，系统400可以支持从两个应答器30到数百个应答器甚至到数千个应答器范围内的任何应答器。所使用的应答器具体数量基本上不受系统400的设计所限制，而取决于具体应用。
在图9中，微微蜂窝40被显示成非交叠状。这样的非交叠基于以略微不同的频率运行的邻近的应答器，以避免发生在以相同频率运行的邻近的微微蜂窝之间的实质上不期望的交叠。以下将结合组合了两个或更多个微微蜂窝的本发明的实施方式，更详细地讨论相同频率的交叠。
操作方法
除了应答器30不是在单一光纤电缆220中而是通过对应的两个或更多个转换器阵列单元410的使用而分布在两根或多根光纤电缆上之外，系统400以如上所述的系统200类似的方式运行。来自服务单元50的电信号SD被分布到每个多路复用器单元414。其中的下行链路多路复用器270根据服务单元所要寻址的应答器而将电信号SD传送到一个、一些或所有的转换器阵列单元410。接着如上所述那样处理电信号SD，其中下行链路光信号SD’被发送到一个、一些或所有的应答器30。由对应的微微蜂窝40中的客户端设备产生的上行链路光信号SU’返回到中央前端站210上对应的转换器单元410。光信号SU’在接收转换器单元410上转换成电信号SU，接着发送到对应的多路复用器单元414中的上行链路多路复用器320。其中的上行链路多路复用器320适于(例如，通过控制器250进行编程)引导电信号SU到要求接收电信号SU的服务单元50。接收服务单元50处理信号SU，如上述在示例性实施方式中所讨论，该处理步骤包括下列步骤中的一个或多个步骤：存储信号信息；数字地处理或调节信号；经由网络链接224将信号发送到一个或多个外部网络223；以及发送信号到微微蜂窝覆盖区域44中的一个或多个客户端设备45。
用于建筑物基础设施的集中式系统
图10是建筑物基础设施500的示意性剖面图，其一般表示任何类型的建筑物，例如，办公室建筑物、学校、医院、大学建筑物、飞机场、仓库等，在该建筑物中本发明的基于光纤的无线微微蜂窝系统是有用的。建筑物基础设施500包括第一(底层)地板501、第二地板502和第三地板503。第一地板501由地板510和天花板512限定，第二地板502由地板520和天花板522限定，而第三地板503由地板530和天花板532限定。示例性的基于光纤的集中式无线微微蜂窝系统400包括在建筑物基础设施500中，以提供覆盖地板501、502和503的微微蜂窝覆盖区域44。
在示例性实施方式中，系统400包括具有多个不同区段的主电缆540，该多个不同区段有助于建筑物基础设施500中大量应答器30的布置。图11是主电缆540的示例性实施方式的示意图。电缆540包括承载来自中央前端站210的所有上行链路光纤电缆378和下行链路光纤电缆380(图8)的竖直区段(risersection)542。电缆540包括一个或多个多电缆(MC)连接器550，其适于将选择的下行链路光纤电缆378和上行链路光纤电缆380连同电力线168一起连接到多根光纤电缆220。在示例性实施方式中，MC连接器550包括多个单独的光纤电缆端口420，而光纤电缆220包括匹配连接器422。在示例性实施方式中，竖直部分542包括总共72根下行链路光纤136D和72根上行链路光纤136U，而12根光纤电缆220的每根都承载6根下行链路光纤和6根上行链路光纤。
主电缆540使多根光纤电缆220能够分布在整个建筑物基础设施500(例如，固定至天花板512、522和532)，以为第一、第二和第三地板501、502和503提供延伸的微微蜂窝覆盖区域44。示例性类型的MC连接器550是用于连接光电信系统中的进入和离开光纤电缆的“配线板”(patch panel)。
在多区段电缆540的示例性实施方式中，来自电源160的电力线168从中央前端站210经过竖直部分542，并分支到MC连接器550上的光纤电缆220中。在可选的示例性实施方式中，如虚线盒电源160和虚线电力线168所示，在每个MCl连接器550上分开提供电力。
在示例性实施方式中，中央前端站210和电源160位于建筑物基础设施500(例如，在储藏室或者控制室中)中，而在另一个示例性实施方式中，其位于远程位置上的建筑物外部。
本发明的示例性实施方式包括为不同的地板定制或设计微微蜂窝覆盖区域44以适应具体需要。图12是建筑物基础设施500的第二地板502的“由上向下”示意图，其示出了从MC连接器550分支出并在天花板522上延伸的3根光纤电缆220。与应答器30(未在图12中示出)关联的微微蜂窝40形成了延伸的微微蜂窝覆盖区域44，其以比第一地板501和第三地板503(图10)更少、更大的微微蜂窝覆盖第二地板502。当不同的地板具有不同的无线需要时，这样的不同的微微蜂窝覆盖区域44可能是期望的。例如，如果第三地板用来作为需要通过RFID标签290(图4)编录和追踪的产品的存储空间，第三地板503就可能要求相对密集的微微蜂窝覆盖，在本发明中可以认为RFID标签290是简单的客户端设备45。类似地，第二地板502可以是要求较大和较少的微微蜂窝来提供蜂窝电话服务和WLAN覆盖的办公室空间。
图13是示例性光纤电缆系统的由上向下的视图，该电缆系统包括作为诸如系统400的基于光纤的无线微微蜂窝系统的一部分的多根光纤电缆220，其中光纤电缆布置在地板520和天花板522(图10)之间以在房间502中提供微微蜂窝覆盖。在图13的实例中，天花板522是具有框架602的悬吊式天花板，该框架602带有用以支撑天花板瓷砖608的导电(例如，金属)横梁606。图14是图13中所示的光纤电缆系统的侧视图，其示出了由每个应答器30在房间502中所形成的微微蜂窝40，进而在房间中形成了微微蜂窝覆盖区域44。
具有组合微微蜂窝的集中式无线微微蜂窝系统
在上述无线微微蜂窝系统的各个示例性实施方式中，一个或多个客户端设备45经由客户端设备所在的单独的微微蜂窝40与中央前端站210通信。每个微微蜂窝40仅仅处理与其自身微微蜂窝中的客户端设备关联的“通信量”，从而使每个微微蜂窝的比特率最大化到中央前端站210的技术所支持的整个理论最大值(即，802.11a IEEE标准下的54Mb/s)。这是一般用在无线微微蜂窝系统中的所谓的“单输入/单输出”或者“SISO”方法。
然而，大部分客户端设备45可以容易地检测来自形成邻近微微蜂窝40的应答器30的天线系统100的信号。无线微微蜂窝系统的目标在于通过在每个微微蜂窝中具有高的信噪比(SNR)而提供高的比特率。这可以通过在给定的客户端设备45和最近的天线系统100之间具有相对短的距离而获得。然而，因为微微蜂窝40由每个具有用于每个微微蜂窝的发射和接收的单一天线系统100的应答器30所形成，并且因为不同的信道频率用于邻近的微微蜂窝以避免交叠(干扰)，所以不可能使用天线空间多样性方法。这是不利的，因为空间多样性对于抵消诸如无线传输过程中固有的信号衰落的不利作用是一个很好的方法。一般期望通过诸如增加数据率，增加SNR和增加传输距离，优选地，不用增加应答器天线系统的发射功率或者对系统硬件和/或基础设施进行实质改变，来克服这样的固有缺陷并提高无线微微蜂窝系统的性能。
本发明的一个方面通过组合一组或多组两个或更多个邻近的微微蜂窝来形成对应的一个或多个较大的微微蜂窝来提高使用通过单一天线应答器所形成的单独微微蜂窝的传统的无线微微蜂窝系统的性能，一个或多个较大的微微蜂窝中的每个在下文中都被称为“组合微微蜂窝”。
以下将对形成一个或多个组合微微蜂窝的系统和方法的几个示例性实施方式进行描述。下述系统和方法不要求对实际上已经存在的无线微微蜂窝系统的基础设施或硬件进行明显的改变。优选地，以包括两个或更多个单一天线应答器的现有的无线微微蜂窝系统基础设施为基础，通过在中央前端站210执行的操作形成组合微微蜂窝。
本发明的一个方面在于“升级路径”，其为带有包括单根天线的应答器的现有微微蜂窝基础设施提供了增强的性能。可选地，具有多根天线的应答器能够用来从应用多天线系统的技术中获得类似的益处。而且，如下所述的形成组合微微蜂窝的技术可以被应用到具有两根或更多根天线的应答器的微微蜂窝系统。但是，多根天线要求通往中央前端站的多个RoF路径。这就要求额外的E/O转换器和光纤通信链路，从而很大地增加了系统成本。虽然波分复用(WDM)可以用来避免增加额外的光纤链路，但是要求WDM多路复用器和多路解复用器，这依然增加了系统成本和复杂性。本发明的“蜂窝结合”方法允许使用现有的RoF无线微微蜂窝系统基础设施来获得多天线增益性能，而不需安装额外的光纤通信链路或者相关的WDM硬件。
在示例性实施方式中，形成一个或多个组合微微蜂窝的系统和方法包括对上述不同的中央前端站实施方式进行改型，使得它们能够实现用于所使用的具体方法的合适类型的信号处理。这些改型可以包括硬件和/或软件改变，使得中央前端站可以执行用于实施具体方法的必须步骤。
以下所描述的每个示例性实施方式均有利地利用发生在以相同(即，公共)频率运行的邻近微微蜂窝之间的基本交叠(其通常情况下是不利的特性)。在示例性实施方式中，通过改变应答器的天线功率电平调节微微蜂窝交叠的量(并且因而调节组合微微蜂窝的大小)。通常，最佳量的交叠是期望的，并且其与对应的天线功率电平关联。类似地，通过在对给定的组合微微蜂窝中的应答器使用公共频率的同时利用邻近的组合微微蜂窝的不同频率，减小邻近的组合微微蜂窝之间的交叠。
参照图2的无线微微蜂窝系统，如上所述，其中的前端单元20表示如图5的无线微微蜂窝系统200和图8的系统400的中央前端站210的概括形式。在示例性实施方式中，提供到组成组合微微蜂窝的应答器30的公共频率RF信号由一个或多个服务单元50提供。如上所提及，与不同信号信道关联的不同频率由基于来自CPU 74的指令而产生不同RF载波频率的调制器/解调器单元70产生。类似地，当形成组合微微蜂窝时，CPU 74指示调制器/解调器70为待发送到组成给定的组合微微蜂窝的应答器30的这些RF信号产生公共RF载波频率。在示例性实施方式中，与哪些应答器30形成给定的组合微微蜂窝有关的信息由控制器250提供，例如通过其中的CPU 252提供。
因为组合的微微蜂窝与两个或更多个应答器关联，所以可以通过两个或更多个应答器天线系统的有利使用实现性能改善。因此，紧接在下文描述的各个示例性系统和方法表示形成一个或多个组合微微蜂窝的不同方法，其与利用具有单一天线系统的应答器的单独的微微蜂窝相比具有增强的性能。
天线多样性系统和方法
与具有通过基带数据传输信道分布在整个部署区域并连接在骨干网中的接入点的大部分WLAN系统不同，基于RoF传输的无线微微蜂窝系统不容易被用来开发天线多样性，因为一般每个应答器仅仅支持单根天线。如上所讨论，支持额外的天线会要求额外的光纤信道，这样实质上增加了整个系统成本。同时，用于邻近蜂窝中的邻近应答器的不同频率防止一个微微蜂窝40中的客户端设备45在短时间标度内(例如，微秒或毫秒的数据包时间标度)与关联于邻近微微蜂窝的天线系统100通信。
因此，本发明的示例性实施方式包括无线微微蜂窝系统，例如如上所述的那些系统，其中中央前端站210适于由一组或多组的邻近微微蜂窝40形成一个或多个组合微微蜂窝40C，例如，如图15中所示。
在如图15中所示的示例性实施方式中，一组或多组的两个或更多个微微蜂窝40经中央前端站210的操作而组合形成对应的一个或多个组合微微蜂窝40C。具体地，中央前端站210(参见图5或图8)中的控制器250使一个或多个服务单元50产生电下行链路信号SD。在示例性实施方式中，控制器250还使用控制信号S1来引导下行链路信号多路复用器270中的RF信号定向元件280，以将下行链路信号发送到用于待组合成组合微微蜂窝40C的微微蜂窝的两个或更多个应答器30中的选择的那个应答器，同时保证组合微微蜂窝中的每个应答器接收具有相同频率的信号。
注意，在天线多样性方法中，下行链路信号不是同时发送到应答器30。更确切地说，下行链路信号被发送到选择的应答器30，即，在客户端位置上具有最大天线信号强度的那个应答器。另一方面，自每个客户端设备45发送的上行链路信号被同时发送给组合微微蜂窝40C中的所有应答器30。对于上行链路传输，应答器30接收的两个或更多个信号被同时发送回决定所选择的信号的中央前端站。这个决定基于接收的最大信号强度。选择的信号既可以由中央前端站210处理(例如，在一个或多个服务单元50中)，也可以被传递到外部网络223(图2)。因为假设短时间段内反向信道是类似的，所以提供最高上行链路信号强度的应答器一般也可以被选择用于下行链路信号传输。客户端设备45和中央前端站210之间的通信随着各天线信号强度的改变(例如，由于无线信道的衰落)而在应答器30之间切换。因此，在天线多样性方法中，下行链路信号被“不同时地”提供到对应的应答器30，意味着它们被一次提供到一个应答器。
图16是图8的无线微微蜂窝系统400的简化的示意图，其示出了当包括电耦合到转换器阵列单元410的多样性选择器620时的中央前端站210。与组合微微蜂窝40C关联的应答器30经由各个光纤通信链路36A和36B光耦合到中央前端站210上的各个转换器阵列单元410。
在示例性实施方式中，多样性选择器620包括功率检测器622、可操作地连接到功率检测器622的功率选择逻辑电子装置624以及可操作地连接到(或者直接包括)功率选择电子装置的RF开关626，并且如果需要，RF开关626连接到功率检测器622。多样性选择器620经由功率检测器622检测组成组合微微蜂窝40C的应答器30所发送的上行链路信号的上行链路信号强度，并比较功率选择电子装置624中接收到的信号强度。功率选择电子装置选择(识别)具有最大强度的上行链路信号。RF开关626接着把最大强度的上行链路信号传递到一个或多个服务单元50(图8)。这个信号接着被用于进一步的信号处理或者传递到外部网络。
中央前端站210接着寻址(利用下行链路信号)与最大强度的上行链路信号关联的应答器30。这通过中央前端站210为与组合微微蜂窝40C关联的两个或更多个应答器组中的给定的“最佳”应答器选择适当的上行链路路径(例如，光纤通信链路36A或36B(图2)中的上行链路光纤136U)而完成。
对于如此形成的组合微微蜂窝40C，存在于组合微微蜂窝中的每个客户端设备45可以与形成组合微微蜂窝的应答器30的两个天线系统100中的任何一个通信。用于经由来自天线系统100的电磁下行链路信号SD”和电磁上行链路信号SU”与客户端设备45通信的具体的上行链路信号传输路径TP1或下行链路信号传输路径TP2取决于哪个天线系统具有诸如多样性选择器620所决定的较强的信号。
通过中央前端站210进入无线微微蜂窝系统的天线多样性的引入由于多样性的益处而在不需要对系统基础设施或者硬件进行实质性改变的情况下就可以提高性能(包括更高的数据吞吐量和降低的信号衰落)。
天线多样性一般与通常在毫秒范围内的相对短的信号衰落时间标度关联。因此，在给定的下行链路无线传输中，可以为每个新的数据包选择新的信号传输路径。这对于漫游在组合微微蜂窝之间的客户端设备具有限制效果，这一般发生在较长时期的平均功率改变时(例如，秒)。
相控阵列天线网络系统和方法
在无线微微蜂窝系统中形成一个或多个组合微微蜂窝40C的另一示例性实施方式包括形成基于与组合微微蜂窝关联的应答器30的天线系统100的相控阵列天线网络。用于这种方法的系统和方法与其中使用相同频率上行链路和下行链路信号来用于形成组合微微蜂窝的应答器的上述天线多样性系统和方法类似。然而，代替了客户端设备45在单个信号传输路径上与具有最强的天线信号的一个应答器30通信，客户端设备利用共同地作为相控阵列天线网络运行的应答器的两个或更多个天线系统，与多个传输路径上的每个应答器30同时通信。类似地，与天线多样性方法相对照的，中央前端站210把下行链路信号同时地提供给与组合微微蜂窝40C关联的应答器30中的每个，同时将合适的相移应用到每个应答器。注意，在示例性实施方式中，还对于每个应答器进行适当的幅度调节，并且可以将适当的幅度调节应用在上行链路和下行链路的其中之一或者两者上，使得相控阵列天线网络例如以最大比合并(maximalratio combining)进一步作为自适应阵列天线网络运行。
因此，参照图17，存在于组合微微蜂窝40C中的一个或多个客户端设备45(仅仅示出了一个客户端设备45用来示例)经由电磁下行链路和上行链路信号SD”和SU”与组合微微蜂窝应答器30的天线系统100同时通信。这些信号沿信号传输路径TP1和TP2传播并因而传播到两个天线系统100。
在示例性实施方式中，两个或更多个微微蜂窝40通过用以产生电下行链路信号SD对应的两个或更多个复制信号的一个或多个服务单元50组合，以形成组合微微蜂窝40C。在示例性实施方式中，给定的服务单元50(图2)中的调制器/解调器单元70调节两个或更多个电下行链路信号的复制信号的各个相位，使得当它们被两个或更多个天线系统100发送时，他们不仅具有相同的频率，而且在客户端设备45上积极地干涉以最大化接收的频率，因此，最大化SNR。
在示例性实施方式中，控制器250也使用控制信号S1来引导下行链路信号多路复用器270中的RF信号定向元件280，以把下行链路信号SD的相移复制信号发送给对应的组合微微蜂窝应答器30。在示例性实施方式中，通过例如改变相位以及测量来自具体的客户端设备45的信号强度，按照经验来优化给予电下行链路信号的相位，其中客户端设备45的位置决定所要求的信号相位。
利用相控阵列天线网络的组合微微蜂窝导致信噪比增加，由此实现较高的比特率。虽然这种系统和方法不增加标准所支持的最大比特率，但是它们确实能够由于低信号强度(即，SNR)而使微微蜂窝覆盖区域中承受降低的比特率的区域的大小最小化。这对被期望成为无线微微蜂窝系统的广泛应用的室内环境是有益的。
MIMO系统和方法
形成用于无线微微蜂窝系统的一个或多个组合微微蜂窝40C的另一示例性实施方式包括由两个或更多个应答器天线系统100形成多输入/多输出(MIMO)天线系统以用于与具有两根或更多根天线和MIMO能力的客户端设备45组合。具有多根天线和MIMO能力的客户端设备45的示例性实施方式是具有多天线MIMO无线卡的膝上型计算机。
图18是与图17类似的示意图，其示出存在于由两个邻近的应答器30形成的示例性组合微微蜂窝40C中的具有两根天线46A和46B的客户端设备45。客户端设备45和两个应答器30的两个天线系统100之间的通信同时通过标记为TP1A、TP1B、TP2A和TP2B的四个信号传输路径发生在组合微微蜂窝40C中。
图18中所示的布置示出了具有两个(2)发射天线和两个(2)接收天线的“2×2”MIMO配置。在本发明中也可利用其他的“X×Y”MIMO配置，例如1×2、2×1、2×3、3×2、3×3 3×4、4×3、4×4等，这取决于组合形成组合微微蜂窝40C的微微蜂窝40的数量和在具体客户端设备45上可利用的天线的数量。
在诸如图18中所示的本发明的无线微微蜂窝系统的示例性实施方式中，两个或更多个微微蜂窝40组合形成组合微微蜂窝40C。这由使得一个或多个服务单元50产生电下行链路信号SD的中央前端站210(例如图5或图8)中的控制器250完成。
一般而言，电下行链路信号SD和对应的电上行链路信号SU是比特流的形式。对于MIMO应用，每个应答器天线和每个客户端天线用作发射比特流段(segment)和接收比特流段的发射天线和接收天线。可选地，可以具有用于发射和接收的分离的天线。对于上行链路MIMO通信，每个天线系统100接收由每个发射器天线46A和46B发射的整个电磁上行链路信号SD”的各个部分(即，比特流段)，使得在每个接收器天线上接收到混杂的比特流。类似地，对于下行链路IMMO通信，每根天线46A和46B接收从每个发射器天线系统100发射的电磁下行链路信号SD”的各个部分(即，比特流段)。因此，尽管下行链路信号比特流在应答器中根据MIMO信号处理而被分割，但是中央前端站210将下行链路信号SD同时提供给不同的应答器30。同样，虽然上行链路信号比特流在客户端设备天线中根据MIMO信号处理而被分割，但是客户端设备将上行链路信号比特流同时地传输到不同的天线系统100。
在示例性实施方式中，一个或多个服务单元50适于通过执行把给定的下行链路比特流信号适当地分割成用于每根天线的分离的下行链路比特流信号以获得MIMO增益的数学算法而实现电下行链路和上行链路信号比特流的MIMO信号处理。类似地，一个或多个服务单元50适于把每个天线系统100所接收的混杂的上行链路信号比特流进行适当地重新组合。客户端设备45还具有MIMO信号处理能力，使得其能够利用MIMO技术而与天线系统100通信。
适于在本发明中使用的示例性MIMO信号处理方法在例如由Arogyaswami等人于2004年2月发表在IEEE学报Vol.92，No.2中的名称为“An overview of MIMO communications-a key to gigabit wireless”的论文中有讨论，在此通过参考将该文章并入本文中。
图19是与图16和图2类似的无线微微蜂窝系统400的示例性实施方式的示意图，其示出了中央前端站210中的服务单元50包括MIMO芯片75的示例性实施方式。MIMO芯片75可操作地连接到服务单元50中的CPU 74和数字信号处理器72，并适于执行前述MIMO信号处理。适于用在本发明中的示例性MIMO芯片75是802.11n兼容的MIMO芯片，例如，可利用来自加利福尼亚州欧文市的Broadcom公司的零件号BCM2055。
在示例性实施方式中，控制器250利用控制信号S1来引导下行链路信号多路复用器270(图5)中的RF信号定向元件280，以将相同频率的MIMO下行链路信号(比特流)发送到形成组合微微蜂窝40C的对应的两个或更多个应答器30。
通过使用MIMO方法，独立的下行链路和上行链路信号(比特流)从两根或更多根天线中发射出，导致比特率提高了N倍，其中N是所使用的应答器天线系统100的数量或者所使用的客户端天线46的数量中较小的那个。MIMO方法允许微微蜂窝无线系统使用单天线应答器来满足未来的无线通信标准例如IEEE无线通信标准(例如，IEEE802.11n)所期望的较高的数据传输率。
无线微微蜂窝系统独特的适应性
用于组合微微蜂窝以形成一个或多个组合微微蜂窝的上述示例性方法依赖于彼此间相对接近的两个或更多个应答器天线系统，比如说，彼此间从分隔开数厘米至分隔开高达大约10米。这些距离与无线微微蜂窝系统中所使用的距离一致。本发明实现的仿真和测量已经表明前述分离范围中的组合天线的原理确实起到了作用并提高了无线微微蜂窝系统的性能。
本发明所实现的仿真和测量还显示较大的天线分离(即，大大地超过了10米)实际上降低了基于蜂窝组合技术的无线微微蜂窝系统的性能。因此，提高无线微微蜂窝系统的性能的上述方法并不适用于具有从50m到100m的大蜂窝尺寸的一般的WLAN系统安装，因为这些系统的天线分离显著地比与微微蜂窝无线系统关联的天线分离大。
使用组合微微蜂窝的微微蜂窝覆盖
本发明的无线微微蜂窝系统的一个方面包括通过自两个或更多个(单独的)微微蜂窝形成一个或多个组合微微蜂窝40C而重新构造从微微蜂窝40的阵列中形成的现有的微微蜂窝覆盖区域44，如图9所示。
图20是与图9类似的示意图，但其示出了例如通过使用上述微微蜂窝组合系统和方法中的任一个来重新构造现有微微蜂窝40中的除了两个之外所有的微微蜂窝而形成的多个组合微微蜂窝40C。在图20中，组成给定的组合微微蜂窝40C的微微蜂窝40具有相同的线类型(即，实线、短虚线、点虚线等)。在示例性实施方式中，组合微微蜂窝40C的微微蜂窝区域基本上是组成组合微微蜂窝的多个单独微微蜂窝的区域的总和。这在图21中示出，其示意性示出了基于组合的4个微微蜂窝40的组合微微蜂窝40C的边界“B”的实例。如单独的微微蜂窝边界一样，组合微微蜂窝边界B实际上不是一个突然变化的边缘，而是距离的示意性表示，在该距离中，组合天线功率一致地较低。
在图20中，具有两个保持未与其他任何微微蜂窝组合的微微蜂窝40。两个未组合的微微蜂窝40被示为基本上不与邻近的组合微微蜂窝40C交叠，以表示这些微微蜂窝40保持未组合并使用与周围的组合微微蜂窝不同的频率。一般，为了避免相邻组合微微蜂窝40之间的串扰(交叠)，对于相邻的组合微微蜂窝使用不同的频率，同时将公共频率应用在每个组合微微蜂窝中。在图20中，为了便于示意，仍然将相邻的组合微微蜂窝40C示为交叠。
值得再次注意的是，在示例性实施方式中，可通过调节天线系统100的功率而调节组合微微蜂窝40C的大小。在图20中，这通过具有大虚线类型并位于微微蜂窝覆盖区域44中的中心偏右的组合微微蜂窝40C表示。
显而易见，所属领域的技术人员可以在不背离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改和变更。因此，本发明旨在涵盖所附权利要求书及其等效范围内所提供的本发明的改型和变更。