專利名稱：無線數(shù)字高速通信的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于無線高速復(fù)用通信的方法和裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及通過高頻無線電波的高速復(fù)用數(shù)字數(shù)據(jù)的無線傳輸，所述高頻無線電波包括但不限于PCS頻帶或超高頻(UHF)和微波頻譜內(nèi)的其它頻帶。
背景技術(shù)：
隨著因特網(wǎng)的發(fā)展，企業(yè)和消費者對因特網(wǎng)的依賴程度增加，無論用戶是否接入有線連接，用戶及時可靠接入因特網(wǎng)變得相當重要。因此，通過電磁頻譜無線接入因特網(wǎng)的需求在增加。隨著因特網(wǎng)使用的增加，可用數(shù)據(jù)量得以增加。企業(yè)和消費者日益需要使用因特網(wǎng)進行諸如全屏視頻的實時應(yīng)用。因而相應(yīng)地增加了對于比通過電話線可獲得傳輸率更高的傳輸率的需求。對增加傳輸速度的這種需求引發(fā)了諸如T-1線、電纜調(diào)制解調(diào)器、光纖傳輸?shù)母镄隆Ｒ源祟愃俾拾l(fā)送的數(shù)據(jù)通常稱為“寬帶”數(shù)據(jù)。
然而，許多將使用因特網(wǎng)的應(yīng)用要求移動接入因特網(wǎng)。此外，許多企業(yè)和消費者工作或居住的建筑中安裝高速傳輸所需的線路或電纜費用可能太高。例如，許多企業(yè)和家庭位于歷史建筑內(nèi)，因而安裝高速傳輸所需的線路或電纜實際上是不可能的。因此，存在對于因特網(wǎng)和其它數(shù)據(jù)(諸如內(nèi)部網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù))的高速無線傳輸?shù)男枨?，特別是對于處在安裝線路或電纜費用太高或無法實現(xiàn)的建筑內(nèi)的企業(yè)和消費者。數(shù)據(jù)的高速無線傳輸通常用“寬帶無線”術(shù)語表示。
電磁頻譜已由管理機構(gòu)(諸如美國的聯(lián)邦通信委員會)分配為不同的頻帶。每個頻帶分配用于不同的用途，如用于軍事、海上和航空無線電、蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)及商用廣播無線電和電視的通信。這種電磁頻譜大部分已經(jīng)分配用于這些不同的用途，并為實現(xiàn)這些用途建立了大量基礎(chǔ)設(shè)施。通常，這些頻帶的用戶為這些用途而在設(shè)備上共同投資了數(shù)十億美元。因此，對于通過改變管理機構(gòu)設(shè)定的頻率分配來為新用途釋放頻譜，存在強大的阻力。
還可用于配置的一個頻帶是分配用于個人通信系統(tǒng)的頻帶，通常簡稱為“PCS”的頻帶。PCS“A”和“B”頻帶已在多數(shù)市場增建，并主要用于話音傳輸。PCS“C”頻帶包括介于1895與1910兆赫(MHz)之間和介于1975與1990MHz之間的頻率。此頻帶配置用于某些有限市場的話音傳輸。然而，此PCS“C”頻帶尚未在國內(nèi)多數(shù)更重要的市場增建，因此仍可用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪x擇。更小的PCS“D”、“E”和“F”頻帶也尚未在多數(shù)市場增建，因此也保留有配置用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪x擇。這樣，雖然LMDS、MDS和MMDS很快便可用，但在美國，這些PCS頻帶是可廣泛用于發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)的最后頻帶。雖然，如上所述，PCS頻帶的一些現(xiàn)有用戶已配置其設(shè)備來使用PCS頻帶進行話音傳輸(且因此無法為轉(zhuǎn)換到數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸而重新配置其設(shè)備或放棄其現(xiàn)有的話音傳輸客戶)，但在主要市場，許多PCS頻帶保留用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪x擇。PCS頻帶也可用于與衛(wèi)星通信。
在其它國家，管理當局以稍微不同的方式分配電磁頻譜。然而，仍有可用于配置數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸?shù)腢HF和微波頻帶。
下面將描述與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)背景。
無線設(shè)備通過調(diào)制(或修改)指定頻率的“載波”來發(fā)送信號。人們知道調(diào)制載波的多種方案。最易實施的方案是調(diào)幅(AM)，其中調(diào)制載波的強度(振幅)。其它基本方案包括調(diào)頻(FM)和調(diào)相(PM)，在調(diào)頻中，由信號來調(diào)制載波的頻率，在調(diào)相中，調(diào)制載波的相位。人們知道其它更復(fù)雜的調(diào)制載波的方法，諸如正交調(diào)幅(QAM)。
1986年的第三版“通信系統(tǒng)”一書(Communication Systems，3rdEdition，by A.Bruce Carlson，and published by McGraw Hill)是有關(guān)通信理論的一本經(jīng)典教科書，通過引用將該書結(jié)合在此。此書包括有上述理論和其它調(diào)制方案，實施這些調(diào)制方案的電路及存在噪音時執(zhí)行這些調(diào)制方案的嚴謹分析。包含用于實施不同調(diào)制方案的電路的另一本好書是美國無線電中繼聯(lián)盟(ARRLAmerican Radio RelayLeague)的年刊“無線電業(yè)余愛好者ARRL手冊”(ARRL Handbookfor Radio Amateurs)。通過引用將此書的2000年版結(jié)合在此。
下面進一步考慮AM調(diào)制。

圖1示出幾個波形。示出未調(diào)制的載波101和表示二進制數(shù)據(jù)流“10110100”的數(shù)字信號103。未調(diào)制的載波101經(jīng)數(shù)字信號103進行AM調(diào)制后，結(jié)果為AM調(diào)制波105。在應(yīng)用于數(shù)字信號傳輸時，AM調(diào)制也稱為幅移鍵控(ASK)?；旧希ㄟ^在數(shù)字信號103為“高”或“數(shù)字1”時允許傳輸，而在數(shù)字信號103為“低”或“數(shù)字零”時不允許傳輸，數(shù)字信號103調(diào)制載波101。換言之，載波振幅或強度在最強與最弱之間調(diào)制或移動。AM調(diào)制波105的特征在于數(shù)字1或數(shù)字1序列在數(shù)字0之間發(fā)送時會出現(xiàn)脈沖(如107)。AM調(diào)制信號105的“數(shù)據(jù)率”指在一秒內(nèi)可以發(fā)送數(shù)字信號103多少原始比特。此類型的AM調(diào)制也因為載波101根據(jù)數(shù)字信號103的狀態(tài)接通或關(guān)閉而稱為通斷鍵控(OOK)。從數(shù)字信號生成此類AM調(diào)制信號的電路也是已知和即成技術(shù)。通常，此類電路簡單且易于實施。通過將載波振幅減至更小值而不是將其關(guān)閉，也可以執(zhí)行AM調(diào)制而無需使用嚴格的OOK。AM調(diào)制也可以多級形式而不是上述的二元(二)級形式執(zhí)行，允許同時發(fā)送多個比特。然而，對于給定的傳輸功率限制，此類方案比嚴格的OOK更易于受噪音影響。
在無線系統(tǒng)接收機端從AM調(diào)制波來解調(diào)或析取數(shù)字信號波103也是已知和即成技術(shù)。傳統(tǒng)的方式是借助于包絡(luò)檢測器。圖2示出配置為接收數(shù)字信號的傳統(tǒng)包絡(luò)檢測器電路201。此電路包括二極管205、低通電路207和閾值電路221。還示出AM調(diào)制載波脈沖225、經(jīng)整流濾波的脈沖227和輸出數(shù)字脈沖229，它們均用于描述包絡(luò)檢測器電路201的操作。假定AM調(diào)制脈沖225發(fā)至包絡(luò)檢測器輸入203。二極管205對輸入信號整流，僅允許正的部分通過。低通濾波器網(wǎng)絡(luò)207對載波頻率造成的擾動進行平滑。整流濾波的脈沖227在包絡(luò)檢測器的點209處出現(xiàn)。整流濾波的脈沖227基本上仍是模擬信號。閾值電路211在輸入高于預(yù)定閾值時輸出高值或數(shù)字1，否則輸出低值或數(shù)字零。這樣的閾值電路的設(shè)計是已知和即成技術(shù)。閾值電路211的輸出是包絡(luò)檢測器輸出213，且在此示例中將產(chǎn)生脈沖229。
總而言之，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，使用AM調(diào)制以發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)具有的優(yōu)點是調(diào)制載波101和從調(diào)制載波105析取數(shù)字信號103的電路很簡單。熟悉發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)的技術(shù)人員知道，采用諸如PM、FM或QAM的其它調(diào)制方案執(zhí)行類似功能的電路復(fù)雜得多。
通常，術(shù)語“調(diào)制”指通過使用要發(fā)送的任何信號來修改載波以形成調(diào)制載波的處理。執(zhí)行調(diào)制的裝置或電路稱為“調(diào)制器”。同樣地，術(shù)語“解調(diào)”指從調(diào)制載波析取信號的處理?！敖庹{(diào)器”是執(zhí)行解調(diào)的任何裝置或電路。因此，“包絡(luò)檢測器”可視為解調(diào)器，且“包絡(luò)檢測”處理視為解調(diào)處理。
包絡(luò)檢測器電路201的優(yōu)點是它的實施極為簡單。主要的缺點是二極管205必須能夠處理載波的高頻。如果載頻是處于AM廣播頻帶(0.535到1.6MHz)或在HF頻率(3到30MHz)內(nèi)，則普通鍺二極管可用作二極管205。不過，在諸如PCS頻率的頻率，這樣的鍺二極管不適合上述的使用。
一些用于AM解調(diào)的其它先有技術(shù)電路不使用二極管，因而不具有前面段落所述的數(shù)據(jù)率限制。但是，這些電路比圖2所示的包絡(luò)檢測器電路201更加復(fù)雜和難以實施。下面將簡述一下其中的兩種電路。圖3A示出配置用于數(shù)字數(shù)據(jù)接收的相干AM解調(diào)器電路301。發(fā)至輸入303的信號與振蕩器305產(chǎn)生的本機振蕩器信號309相混合(使用混頻器307)或相乘?；祛l器輸出311隨后通過低通濾波器312以消除載波殘余。低通濾波器輸出隨后通過閾值電路313以生成解調(diào)器輸出315。為使此電路正常運行，必須存在兩個條件。首先，振蕩器305必須以與用于生成AM調(diào)制信號的載波完全相同的頻率振動。其次，振蕩器輸出309必須與輸入載波精確同相。為在現(xiàn)實實施中使這兩個條件均得到加強，需要穩(wěn)定的振蕩器和使用其它鎖相電路。這使得同步檢測器的現(xiàn)實實施比包絡(luò)檢測器201的現(xiàn)實實施復(fù)雜得多。
圖3B示出另一AM解調(diào)器351不需要振蕩器精確同步。它使用的振蕩器305以非常接近于載波頻率的頻率振動，但這兩個頻率無需完全相同。振蕩器355的信號與在輸入353提供的信號混合(使用混頻器359)，以在361點產(chǎn)生同相中頻信號。同時，振蕩器355的信號通過延時單元357還延時90度，然后與輸入353混合(使用混頻器363)，以在365點產(chǎn)生正交中頻信號。同相信號361和正交信號365分別通過平方律單元367和369自乘。這兩個平方律單元的輸出相加(使用加法器371)，且結(jié)果和信號發(fā)至閾值電路373。閾值電路輸出變?yōu)榇私庹{(diào)器電路的輸出375。此電路的缺點在于它需要復(fù)雜電路來實施。實際上，此電路實施的算法作為數(shù)字計算機或數(shù)字信號處理器(DSP)芯片中的算法更好實施。
調(diào)幅也可用于發(fā)送模擬信號，如在0.535-1.605kHz(千赫)AM廣播頻帶中一樣。這種情況下，載波振幅根據(jù)發(fā)送的信號在最強與最弱之間持續(xù)調(diào)制。從AM調(diào)制載波中析取信號的解調(diào)可通過圖2、3A和3B所示三種電路中的任何一種電路來執(zhí)行，不同之處在于去除了閾值電路，并可選擇替換為其它低通濾波。
為有效地使用任一無線數(shù)字高速通信系統(tǒng)，最好是允許多個用戶在通信中使用相同的頻率而不會使一個用戶的信號干擾另一用戶的信號。這樣，對無線數(shù)字高速通信的復(fù)用需求很大。這種需求導(dǎo)致多種多樣的復(fù)用方案的開發(fā)。例如，在時分多址(TDMA)方案中，不同的用戶輪流以相同的頻率發(fā)送。在頻分多址(FDMA)方案中，不用的用戶在不同頻率上發(fā)送。人們還知道其它諸如碼分多址(CDMA)的更復(fù)雜的方案。
還希望任何通信不但健壯而且可滲入各種位置。這導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)，所述網(wǎng)絡(luò)包括由稱為“鏈路”的有線或無線線路互連的多個節(jié)點。節(jié)點可以是接入點和中間節(jié)點，用戶在接入點接入網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)中的中間點從源路由選擇到目的地。網(wǎng)絡(luò)具有高度的連通性，可為要從源發(fā)送到目的地的數(shù)據(jù)安排多種可能的路由。這樣的網(wǎng)絡(luò)具有健壯性，如果路由上的其中一個中間節(jié)點在傳輸期間變得不可運行，則其它節(jié)點可以取代它并提供從源到目的地的新路由。
多個用戶通過單個共享網(wǎng)絡(luò)進行健壯數(shù)字通信的需求導(dǎo)致了諸如“TCP/IP”的協(xié)議的開發(fā)。TCP/IP協(xié)議是用于因特網(wǎng)通信的協(xié)議。在此協(xié)議中，通過稱為“分組”的處理，數(shù)據(jù)被分成離散分組。每個分組賦有包含該分組發(fā)送目的地地址的標號。隨后，分組通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送并在其目的地重裝。在此協(xié)議中，如果一個或更多鏈路或節(jié)點過載或不可運行，則不同的分組可通過不同的路由發(fā)送。生成和實施連網(wǎng)、分組和多址協(xié)議是即成和已知的技術(shù)。有興趣的讀者可參考1997年的“計算機連網(wǎng)工程方法”一書(An Engineering Approachto Computer Networking，by Srinivasan Keshav，and published byAddision-Wesley)。通過引用將此書結(jié)合在此。
由于處理光信號的高速度，多年來，科學(xué)家和工程師試圖建立光電路，包括光網(wǎng)絡(luò)和光計算機。為避免RF和電子技術(shù)相對的緩慢，在建立光電路上已進行了大量的研究，側(cè)重于建立完整的光電路。這種研究的兩種產(chǎn)品是“快速LED(發(fā)光二極管)”和“光脈沖檢測器”?？焖貺ED是這樣的LED被設(shè)計為具有特別短的轉(zhuǎn)換時間，從而可以從高速電脈沖生成高速光脈沖。光脈沖檢測器是光電裝置，它從高速光脈沖生成高速電脈沖。這兩種裝置一般用于上述光電路的電接口。
因此，本發(fā)明的目的是提供用于允許數(shù)字數(shù)據(jù)高速無線通信的無線數(shù)字高速通信的一種方法和裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供使用易于獲得的組件且制造方便經(jīng)濟的這樣一種方法和裝置。
本發(fā)明的又一目的是提供用于允許數(shù)字數(shù)據(jù)高速無線復(fù)用通信的無線數(shù)字高速復(fù)用通信的這樣一種方法和裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供允許與衛(wèi)星直接進行無線數(shù)字高速通信的這樣一種方法和裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供允許多個用戶使用相同頻率進行數(shù)據(jù)傳輸而相互數(shù)據(jù)無干擾的一種方法和裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供允許對使用寬帶數(shù)據(jù)調(diào)制的載波進行解調(diào)的一種方法和裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供用于從調(diào)制載波析取信號的一種方法和裝置。
發(fā)明公開本發(fā)明提供一種用于發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)的高速鏈路，包括發(fā)射機，發(fā)射機從數(shù)字數(shù)據(jù)生成調(diào)制載波；RF前端，RF前端從調(diào)制載波生成中間信號；LED電路，LED電路從中間信號生成光脈沖；光脈沖檢測器，光脈沖檢測器從光脈沖析取數(shù)字數(shù)據(jù)。
圖形簡述圖1示出用于AM調(diào)制說明中的幾種波形。
圖2示出包絡(luò)檢測器及其操作。
圖3A和圖3B示出實施AM信號解調(diào)的兩種替代電路。
圖4A示出本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例。
圖4B示出外差電路。
圖5示出本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例。
圖6示出替代光脈沖檢測器。
執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式第一優(yōu)選實施例說明圖4A描繪了高速無線鏈路401，它包括本發(fā)明的第一實施例。此鏈路401包括AM發(fā)射機403、發(fā)射天線405、接收天線407、RF前端409、快速LED電路411及光脈沖檢測器413。為便于論述，圖中同時示出源數(shù)字信號421、AM調(diào)制載波423、電磁信號425、兩個可能的中間信號427和428、光脈沖信號429及輸出數(shù)字信號431。
AM發(fā)射機403和發(fā)射天線405構(gòu)成鏈路的發(fā)射機部分415。AM發(fā)射機403將數(shù)字信號為21作為輸入并生成AM調(diào)制載波423。AM調(diào)制載波423由發(fā)射天線405作為電磁波425發(fā)送。AM發(fā)射機可以是通過通斷鍵控(OOK)或幅移鍵控(或任何其它技術(shù))生成AM調(diào)制載波的任何標準系統(tǒng)，生成的調(diào)制載波的功率足以在發(fā)射機天線405和接收機天線407之間距離內(nèi)發(fā)送。構(gòu)建此類發(fā)射機部分是即成和已知技術(shù)。
接收機天線407、RF前端409、快速LED電路411和光脈沖檢測器413構(gòu)成接收機部分417。接收天線攔截電磁波425，并提供到RF前端的輸入。RF前端409生成中間信號。RF前端409可以只是包括放大器與帶通濾波器(未示出)。在此例中，信號427表示中間信號，且中間信號的載頻與AM調(diào)制載波423的頻率相同。RF前端可以替代為單級外差電路，包括基本無線電電路(未示出)通常具有的配置中的帶通濾波器、本機振蕩器、混頻器、中頻帶通濾波器及可選的一級或多級放大。圖4B示出可以實施RF前端409的一個可能的外差電路451。首先利用帶通濾波器455對輸入453處的信號進行濾波。利用混頻器把濾波的信號與本機振蕩器457生成的信號混合。隨后利用第二帶通濾波器463對混頻器輸出461進行濾波，并利用放大器進行放大。放大器輸出形成外差電路輸出467。小心選擇兩個帶通濾波器455和463及選擇本機振蕩器457頻率，確保選擇正確的調(diào)制載波而拒絕其它RF信號。在使用外差電路的后一種情況中，信號428表示中間信號。此外，中間信號的載頻稱為“中頻”且不同于AM發(fā)射機403提供的頻率。注意，理論上中間信號428本身可視為具有其自身載頻的AM調(diào)制載波。中間信號隨后提供給LED電路411。如果中間信號(427或428，適當時)足夠強，則LED電路411可包括直接由中間信號驅(qū)動的快速LED。否則，LED 411包括放大器電路和快速LED。LED電路411從中間信號生成光脈沖429。光脈沖檢測器接收光脈沖429并生成接收數(shù)字信號431，該信號是原數(shù)字信號421的再現(xiàn)形式。光脈沖檢測器輸出414是無線鏈路401的輸出。
本發(fā)明與先有技術(shù)之間的主要不同在于為包絡(luò)檢測使用了LED電路和光脈沖檢測器?；仡櫽嘘P(guān)圖2的論述，包絡(luò)檢測一般通過包絡(luò)檢測器電路201執(zhí)行，使用二極管205對輸入信號整流。二極管205和低通濾波器207一起在209點產(chǎn)生整充濾波形式的輸入信號，該信號隨后由閾值電路211轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。這是與本發(fā)明不同的方法，在本發(fā)明中，整流由LED電路411中的快速LED執(zhí)行，且輸出數(shù)字信號由光脈沖檢測器413產(chǎn)生。使用本發(fā)明的LED電路411和光脈沖檢測器413組合有兩個主要的優(yōu)點。首先，一般在UHF和微波接收系統(tǒng)中使用的高頻運行的快速LED易于獲得，如在PCS頻帶使用的快速LED。其次，將光脈沖轉(zhuǎn)換成與標準電子設(shè)備兼容的數(shù)字信號的光脈沖檢測器易于獲得。這樣，易于獲得的組件可用于實現(xiàn)簡單低廉的AM解調(diào)器以接收高速無線數(shù)字信號?？偟慕Y(jié)果是，與用于接收數(shù)字PM或FM調(diào)制載波的等效接收機部分的成本相比，能以相對低的成本實現(xiàn)整個接收機部分417。
應(yīng)該指出，此第一優(yōu)選實施例可用于實現(xiàn)各種無線鏈路，包括固定位置到固定位置、固定位置到移動、移動到移動及固定位置或移動到衛(wèi)星的鏈路。
也應(yīng)理解，即使第一優(yōu)選實施例的上述說明指定使用AM調(diào)制，也不是將本發(fā)明限于AM調(diào)制方案。同樣，應(yīng)理解本發(fā)明不限于使用AM發(fā)射機。系統(tǒng)可以配置為使用其它調(diào)制方案，并仍在本發(fā)明的精神范圍內(nèi)。例如，如果RF前端409使用外差電路451實現(xiàn)，且如果選擇帶通濾波器463以使其截止頻率接近生成的中頻，則可使用FM調(diào)制而不是AM調(diào)制。上面的論述指定使用AM調(diào)制，更具體地說是OOK調(diào)制，因為相信這是執(zhí)行本發(fā)明的最佳已知模式。
第二優(yōu)選實施例說明回顧上述內(nèi)容，對提供多個用戶同時接入系統(tǒng)的多點之間健壯通信系統(tǒng)的需要，導(dǎo)致了諸如TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的開發(fā)?；仡櫾诖藚f(xié)議，數(shù)據(jù)被分組成離散分組，且每個分組賦有包含該分組發(fā)送目的地地址的標號。隨后，每個分組通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送并在其目的地重裝。本發(fā)明可以結(jié)合到使用此類協(xié)議的通信系統(tǒng)，包括因特網(wǎng)。本發(fā)明特別適用于提供對網(wǎng)絡(luò)的“最后一公里”無線接入。以此方式使用的本發(fā)明構(gòu)成包括第二優(yōu)選實施例。
請參照圖5，它描繪了本發(fā)明如何可用于提供對網(wǎng)絡(luò)的“最后一公里”接口。圖5描繪“用戶”或數(shù)據(jù)源501、包含在數(shù)據(jù)源501中的數(shù)字數(shù)據(jù)502、數(shù)字分組503、網(wǎng)絡(luò)505、連接到數(shù)據(jù)源501的網(wǎng)絡(luò)接入點507及第二網(wǎng)絡(luò)接入點509。這些部件是第二優(yōu)選實施例所依附的通信網(wǎng)絡(luò)511的所有部件。有其它用戶和/或數(shù)據(jù)源(未示出)能向網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)。同時描述的是第二優(yōu)選實施例521，它包括發(fā)射機523、接收機525和目的地裝置527。物理上，發(fā)射機523可位于塔上，以提高到其預(yù)期接收區(qū)的傳輸。接收機和目的地可以不止一個。圖5示出另外一個接收機529和目的地531。同樣，即使只示出一個“第二網(wǎng)絡(luò)接入”，也可以有更多接入點(未示出)提供對大量用戶的網(wǎng)絡(luò)接入。
包括第二優(yōu)選實施例521的整個網(wǎng)絡(luò)511按如下方式運行數(shù)據(jù)源501包含大量要發(fā)送的數(shù)據(jù)502。此數(shù)據(jù)分組成分組503。為便于論述，假定數(shù)據(jù)源501包含用于把數(shù)據(jù)502分組成分組503的電路和/或算法。此類電路和/或算法的實施是即成技術(shù)。如上所述，每個分組包含要發(fā)送的數(shù)據(jù)及描述分組目的地的標號。這些分組503通過網(wǎng)絡(luò)接入點507發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中。利用標準路由協(xié)議，分組503被路由選擇到適當?shù)哪康牡亍７纸M503被發(fā)送到第二接入點509，因為這是最終連接到目的地527(和531)的接入點。第二接入點509接收分組503，并通過發(fā)射機523以無線方式將它們發(fā)送。此發(fā)射機523包括第一優(yōu)選實施例的發(fā)射機部分415。分組通過電磁波524以無線方式發(fā)送到接收機525。此接收機525包括第一優(yōu)選實施例的接收機部分417。隨后，數(shù)字分組503發(fā)送到目的地527。此目的地527可以是被準許通過第二優(yōu)選實施例接入網(wǎng)絡(luò)的膝上型計算機或個人數(shù)據(jù)助理。為便于此處論述，目的地527包括用于對尋址到它的分組進行接收、析取分組503的數(shù)字部分以及重建原數(shù)字數(shù)據(jù)502的電路和算法。此類電路和算法的實施是已知和即成技術(shù)。隨后，此數(shù)字數(shù)據(jù)502可提供給最終用戶。
上面的論述中，僅描述了從源501到目的地527方向上的數(shù)據(jù)傳輸。對于多數(shù)實際情況(自編寫時起)，這是足夠的，因為在接入因特網(wǎng)時，一般以高數(shù)據(jù)率(如圖5所示)下載的需求大于以高數(shù)據(jù)率上載的需求。利用基本相同的技術(shù)，反方向上的數(shù)據(jù)傳輸可以在相反方向上另外執(zhí)行。本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白必要的修改?？傊谝恍薷氖悄康牡?27另外提供要發(fā)送的數(shù)據(jù)，且具有對數(shù)據(jù)分組的電路和/或算法。第二修改是有另外的無線鏈路540，包括另外的發(fā)射機部分541(連接到裝置527)和另外的接收機部分543(連接到接入節(jié)點509)。此無線鏈路提供反方向?qū)W(wǎng)絡(luò)的接入，即從裝置527到接入點509對網(wǎng)絡(luò)的接入。第三修改是兩個方向上的傳輸要被配置和/或調(diào)整成允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上發(fā)送(雙工)。通過實施諸如FDMA、TDMA或CDMA的復(fù)用方案的眾所周知的電路和/或算法，這可容易地被實現(xiàn)。第四修改是原“數(shù)據(jù)源”501另外包括用于選擇尋址到它的分組以及重建發(fā)送數(shù)據(jù)的電路和/或算法。無論此第二優(yōu)選實施例是被配置成僅用于下載數(shù)據(jù)或上載數(shù)據(jù)(即“單路”或“單向”鏈路)，還是被配置成用于下載和上載數(shù)據(jù)兩者(即“雙路”或“雙向”鏈路)，它均視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
此優(yōu)選實施例的意義在于，當因特網(wǎng)是圖5所示的網(wǎng)絡(luò)505時，它可允許無線接入因特網(wǎng)。第二優(yōu)選實施例521提供的無線接入可通過上述PCS頻譜實施，該頻譜的子頻帶C、D、E和F可用于配置成利用本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸。假定本發(fā)明提供的無線鏈路實施易于利用現(xiàn)有組件實施，且假定易于得到實施TCP/IP協(xié)議的電路和算法，則可在適當?shù)腜CS頻帶快速建設(shè)提供寬帶無線接入因特網(wǎng)的系統(tǒng)。
替代實施例上面的論述只描述了本發(fā)明許多不同實施例中的兩個實施例。下面將論述可以產(chǎn)生的多種不同變化或?qū)嵤├?。下面變化中的許多是“正交的”，即一個以上變化可同時用于產(chǎn)生更多實施例。這些變化描述如下變化1AM調(diào)制載波的有線傳輸在此變化中，發(fā)射機天線405和接收機天線407替換為諸如電纜、導(dǎo)體或甚至波導(dǎo)管的連接器，因此，AM發(fā)射機403的輸出直接連接到RF前端409的輸入。此連接器將稱為“有線連接器”，即使在使用波導(dǎo)管時也一樣，并且此變化將稱為提供“有線連接”或“有線鏈路”。這種情況下，AM發(fā)射機403的輸出直接施加到RF前端409(通過有線連接器)。此變化的其它部分起作與所述優(yōu)選實施例中完全相同的作用。在有線連接可行的情況下，及有線連接器中的組延時不會使信號降低到阻止操作的情況下，此變化有用。
變化2使用LED電路411中快速LED外的光源LED電路411無需專門使用快速LED。例如，如果載波頻率足夠低，則可以使用普通LED。同樣，任何從電生成光的其它裝置可以作為候選裝置，但要受該特定裝置的電氣和物理限制的影響。例如，包括激光二極管的電路可用于某些環(huán)境。即使優(yōu)選實施例指定使用LED電路411中的快速LED，也應(yīng)理解，用從電生成光的任何裝置替代快速LED將導(dǎo)致在本發(fā)明范圍內(nèi)的替代實施例。
變化3光脈沖檢測器413中的變化不使用商業(yè)上可獲得的光脈沖檢測器，而使用具有類似功能的任何電路。例如，參照圖6，它描述了用標準電子組件實施的替代光脈沖檢測器電路。光電二極管603(或光電三極管)接收光脈沖429并傳導(dǎo)與即時光強度成正比的電流。對于光脈沖429和任何環(huán)境光的給定強度，仔細選擇電阻器605的值可使通過光電二極管603的電壓擺動最大。電阻器607和電容器609實現(xiàn)用于噪聲消除的低通濾波器。這兩個組件是任選的，或可重新安排以形成高通濾波器。閾值電路611接收濾波的信號并生成數(shù)字輸出613。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到執(zhí)行相同功能的其它電路。即使優(yōu)選實施例提及商業(yè)上可獲得的光脈沖檢測器，也應(yīng)理解把光脈沖轉(zhuǎn)換成電或數(shù)字脈沖的任何裝置被視為“光脈沖檢測器”。
變化4LED電路與光脈沖檢測器間的物理分離在此細徵的變化中，物理上，LED電路411和光脈沖檢測器413可位于不同位置。例如，接收機天線407、RF前端409和LED電路411可位于房間的天花板上，而光脈沖檢測器413可位于移動裝置上，如膝上型計算機或PDA(個人數(shù)字助理)。發(fā)射機部分415可能位于幾公里外。采用這樣的配置后，移動裝置能接收發(fā)送的高速數(shù)字數(shù)據(jù)，但在該移動裝置本身中結(jié)合有最小量的無線電路?？紤]到多個移動裝置，每個移動裝置具有其自己的光脈沖檢測器，且每個移動裝置能接收光脈沖(例如，在“同一房間內(nèi)”的所有移動裝置)，則可以有其它變化。在后一種情況中，所有的移動裝置有能力接收相同的發(fā)送數(shù)據(jù)。
變化5上述第二實施例表現(xiàn)為提供對諸如因特網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)“最后一公里”接入的形式。應(yīng)該指出，為分組的數(shù)據(jù)的傳輸而由第二優(yōu)選實施例提供的無線鏈路可在網(wǎng)絡(luò)其它地方使用。基本上，每個鏈路，無論它是有線或無線鏈路，都是第一和第二優(yōu)選實施例中所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)應(yīng)用的候選鏈路。此類變化應(yīng)視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
變化6在其它調(diào)制方案中的使用如第一優(yōu)選實施例部分后面所述，可以使用AM調(diào)制外的其它調(diào)制方案。
變化7新穎的解調(diào)器電路或裝置如上所述，本發(fā)明與先有技術(shù)之間的主要區(qū)別在于，為從調(diào)制載波析取信號而使用了LED電路411和光脈沖檢測器413。為解調(diào)而以這種方式使用這些組件使得能通過調(diào)制載波接收高速數(shù)字數(shù)據(jù)。如果光脈沖檢測器具有持續(xù)響應(yīng)而不是具有響應(yīng)閾值，則此組合可用于解調(diào)由任何模擬或數(shù)字信號調(diào)制的載波。通過去除閾值裝置修改的圖6的電路601，可以實現(xiàn)這樣的持續(xù)響應(yīng)光脈沖檢測器。還應(yīng)該指出，此類解調(diào)器可能以單獨組件或甚至作為RF集成電路的一部分大量產(chǎn)生。這些用作包絡(luò)檢測器或AM解調(diào)器的組合在先有技術(shù)中未遇到過。因此，為信號解調(diào)、包絡(luò)檢測或析取以調(diào)制載波發(fā)送的信號而使用LED電路411和光脈沖檢測器413(無論是具有閾值響應(yīng)還是具有持續(xù)響應(yīng))應(yīng)全部理解為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，包括LED電路411和光脈沖檢測器413的任何裝置或集成電路，如果用于從調(diào)制載波中析取信號，則應(yīng)視為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
變化8剛才所述的新穎的包絡(luò)檢測器可結(jié)合在接收機中，包括任何AM接收機。此類接收機的一個示例是第一優(yōu)選實施例的接收機部分417。此類接收機的新穎之處在于它利用剛才所述的新穎的解調(diào)器進行解調(diào)。利用該新穎解調(diào)器進行載波解調(diào)的任何接收機將視為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
上述實施例和變化是為了說明本發(fā)明的原理。在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可設(shè)計其它實施例。
工業(yè)適用性本發(fā)明可用于需要高速無線鏈路的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)的高速鏈路，包括發(fā)射機，所述發(fā)射機從所述數(shù)字數(shù)據(jù)生成調(diào)制載波；RF前端，所述RF前端從所述調(diào)制載波生成中間信號；LED電路，所述LED電路從所述中間信號生成光脈沖；以及光脈沖檢測器，所述光脈沖檢測器從所述光脈沖析取所述數(shù)字數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的鏈路，其特征在于所述發(fā)射機是AM發(fā)射機。
3.如權(quán)利要求1所述的鏈路，其特征在于所述LED電路包括LED。
4.如權(quán)利要求2所述的鏈路，其特征在于所述LED電路包括LED。
5.一種用于發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟(a)通過所述數(shù)字數(shù)據(jù)來調(diào)制載波以產(chǎn)生調(diào)制載波；(b)對所述調(diào)制載波進行處理以產(chǎn)生中間信號；(c)從所述中間信號生成光脈沖；(d)從所述光脈沖重建所述數(shù)字數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于步驟(a)包括通過所述數(shù)字數(shù)據(jù)對載波進行AM調(diào)制以產(chǎn)生調(diào)制載波。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于步驟(c)包括提供所述中間信號給LED電路以生成光脈沖。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于步驟(d)包括利用光脈沖檢測器從所述光脈沖重建所述數(shù)字數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于步驟(d)包括利用光脈沖檢測器從所述光脈沖重建所述數(shù)字數(shù)據(jù)。
10.一種用于發(fā)送分組的數(shù)字數(shù)據(jù)的高速鏈路，包括發(fā)射機，所述發(fā)射機從所述分組的數(shù)字數(shù)據(jù)生成調(diào)制載波；RF前端，所述RF前端從所述調(diào)制載波生成中間信號；LED電路，所述LED電路從所述中間信號生成光脈沖；光脈沖檢測器，所述光脈沖檢測器從所述光脈沖析取所述分組的數(shù)字數(shù)據(jù)。
11.如權(quán)利要求10所述的鏈路，其特征在于所述發(fā)射機是AM發(fā)射機。
12.如權(quán)利要求10所述的鏈路，其特征在于所述LED電路包括LED。
13.如權(quán)利要求11所述的鏈路，其特征在于所述LED電路包括LED。
14.一種用于發(fā)送分組的數(shù)字數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟(a)通過所述分組的數(shù)字數(shù)據(jù)調(diào)制載波以產(chǎn)生調(diào)制載波；(b)對所述調(diào)制載波進行處理以產(chǎn)生中間信號；(c)從所述中間信號生成光脈沖；(d)從所述光脈沖重建所述分組的數(shù)字數(shù)據(jù)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于步驟(a)包括通過所述數(shù)字數(shù)據(jù)對載波進行AM調(diào)制以產(chǎn)生調(diào)制載波。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于步驟(c)包括提供所述中間信號給LED電路以生成光脈沖。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于步驟(d)包括利用光脈沖檢測器從所述光脈沖重建所述數(shù)字數(shù)據(jù)。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于步驟(d)包括利用光脈沖檢測器從所述光脈沖重建所述數(shù)字數(shù)據(jù)。
19.一種用于發(fā)送分組的數(shù)字數(shù)據(jù)的高速鏈路，包括用于從所述分組的數(shù)字數(shù)據(jù)生成調(diào)制載波的裝置；用于從所述調(diào)制載波生成光脈沖的裝置；以及用于從所述光脈沖析取所述分組的數(shù)字數(shù)據(jù)的裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的鏈路，其特征在于用于生成光脈沖的所述裝置包括LED電路。
21.如權(quán)利要求19所述的鏈路，其特征在于用于析取所述分組的數(shù)字數(shù)據(jù)的所述裝置包括光脈沖檢測器。
22.如權(quán)利要求20所述的鏈路，其特征在于用于析取所述分組的數(shù)字數(shù)據(jù)的所述裝置包括光脈沖檢測器。
23.一種用于析取包含在調(diào)制載波中的信號的裝置，包括LED電路，所述LED電路從所述調(diào)制載波生成光脈沖；以及光脈沖檢測器，所述光脈沖檢測器產(chǎn)生包含在所述調(diào)制載波中的所述信號。
24.一種用于對調(diào)制載波進行解調(diào)以析取所述調(diào)制載波中包含的信號的方法，包括以下步驟(a)從所述調(diào)制載波生成光脈沖；以及(b)從所述光脈沖重建所述信號。
25.一種用于利用LED電路和光脈沖檢測器以從調(diào)制載波析取信號的方法。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述信號是數(shù)字信號。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于所述數(shù)字信號是分組的數(shù)字信號。
全文摘要
本發(fā)明提供適用于通過包括PCS頻帶的UHF和微波頻率傳輸高比特率數(shù)字數(shù)據(jù)的高速無線鏈路。通過利用通斷鍵控調(diào)制載波，在RF載波上發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)。在鏈路的接收機端，通過使用包括快速LED和光脈沖檢測器的新穎的包絡(luò)檢測電路，從調(diào)制載波析取數(shù)字數(shù)據(jù)。用于構(gòu)建作為上述結(jié)果的無線鏈路的電路在體系結(jié)構(gòu)上比類似無線鏈路更加簡單，且可容易地利用商業(yè)上可獲得的組件構(gòu)建。本發(fā)明特別適用于提供對因特網(wǎng)的寬帶無線接入和與衛(wèi)星的寬帶通信。
文檔編號H04B10/11GK1416625SQ01804577
公開日2003年5月7日 申請日期2001年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月13日
發(fā)明者G·L·巴羅斯, B·錢塔維, J·K·馬利納 申請人:無形網(wǎng)無線公司