СИСТЕМА БЕСПРОВОДНЫХ ПОВТОРИТЕЛЕЙ С КОНФИГУРАЦИЕЙ ГЛАВНЫЙ/ПОДЧИНЕННЫЕ
SYSTEM OF WIRELESS REPEATERS WITH MASTER/SLAVE CONFIGURATION

Перекрестная ссылка на родственную заявку
По настоящей заявке на патент испрашивается приоритет по дате подачи предварительной заявки США 60/801,396, поданной 19 МАЯ 2006 г., которая полностью включена в этот документ по ссылке.
Область техники, к которой относится изобретение
Область техники, к которой относится изобретение, в общем относится к беспроводной связи и более конкретно к системе беспроводных повторителей для расширения зоны охвата беспроводной связи посредством использования существующей или новой кабельной сети в пределах комплекса или структуры здания.
Предшествующий уровень техники
Существует множество повторителей на основе RF, которые обеспечивают охват сетью беспроводной связи районов, которые в противном случае не охвачены такой сетью или (сигнал в них) является слабым. Такой охват важен, потому что большой процент, по некоторым исследованиям около 40%, абонентов сети живут, работают или путешествую в районах, которые не охвачены такой (сетью) или (сигнал в них) является слабым.
Несколько типов повторителей на основе RF поддерживают системы дуплексной передачи с частотным разделением (FDD) и увеличивают зону охвата сети в сетях, обеспечивающих услугу беспроводной связи в различных частотных диапазонах и поддерживающих различные стандарты беспроводной связи, в том числе IS-95, IS-2000, W-CDMA, HSDPA/HSUPA, TDS-CDMA, IEEE802.11, IEEE802.16 и т.п. В такой конфигурации первое устройство повторителя, связанное с беспроводной базовой станцией (BS), принимает RF сигналы через антенну, как правило, находящуюся наверху большого строения, например торгового центра или этажа гаража. Далее это первое устройство повторителя передает RF сигналы по нисходящей линии связи, часто вместе с гетеродинным (LO) сигналом, в удаленный второй повторитель или повторители по существующей или новой кабельной сети здания. Некоторые из этих типов систем повторителей транспортируют RF сигналы на их исходных частотах, в то время как другие для транспортировки упомянутых сигналов используют промежуточную частоту (IF). Там, где используют промежуточную частоту, вместе с сигналом IF обеспечивают опорный LO сигнал. Эти системы повторителей часто называют "системами распространения внутри здания". Вторые повторители, часто называемые удаленными или подчиненными устройствами, в свою очередь обмениваются информацией с абонентскими терминалами для обеспечения зоны охвата беспроводной связи в пределах строения и передачи RF сигналов абонентского терминала назад в приемопередатчик по восходящей линии связи, установленной с первым устройством повторителя, через новую кабельную сеть здания, включающую в некоторых случаях оптоволоконную кабельную сеть. LO сигнал обеспечивает возможность первому устройству повторителя, связанному с BS, и вторым повторителям, связанным с абонентскими терминалами, минимизировать уход частоты.
Однако вышеупомянутый повторитель, как правило, сложно устанавливать, и, следовательно, его установка требует больших затрат и включает в себя существенную часть сетевого планирования из-за размера строений, в которых, как правило, она реализуется. В общем, для этих систем должна использоваться новая кабельная сеть, и в большинстве случаев развертывания между первым повторителем, или главным управляющим устройством, и каждым удаленным устройством должен быть установлен один кабель. Дублирование кабельной сети увеличивает стоимость развертывания как в отношении материалов, так и рабочей силы. Поскольку кабель устанавливают из главного устройства в каждое удаленное устройство, то трудно реконфигурировать удаленные устройства или устанавливать дополнительные удаленные устройства, и это требует больших затрат. Наконец, эти удаленные устройства, в общем, не связаны с главным управляющим устройством, и, следовательно, если возникают сбои, то оператор часто не знает об этой ситуации в течение неопределенного периода времени.
Другой повторитель на основе RF, популярность которого увеличилась в таких странах, как Южная Корея, находит применение в приложениях для жилого помещения. В такой системе, как правило, кабель проводят из внешней антенны снаружи в устройство повторителя внутри, которое осуществляет передачу на второй антенне в пределах дома. Характеристики такой системы зависят от изоляции этих двух антенн и могут изменяться в зависимости от их физического разделения и ориентации антенны. Кроме того, преимущества этого решения, как правило, перевешиваются стоимостью требуемой профессиональной установки.
Несмотря на то, что такая конфигурация не требует существующей бытовой проводки или кабельной сети, как отмечалось ранее, она требует профессиональной установки, потому что повторитель включает в себя передающую антенну и приемную антенну, которые должны быть разделены физически. Кроме того, уровень сигнала повторителя должен быть отрегулирован с понижением пропорционально близости антенн передатчика и приемника друг к другу для предотвращения колебания сигналов передатчика и приемника, которые совместно используют одну частоту, из-за их связи. В результате того что уровень сигнала каждого повторителя регулируют с понижением, такой повторитель обеспечивает инкрементное улучшение зоны охвата сети, и, соответственно, уровень сигнала во многих случаях в результате приводит только к незначительной выгоде для некоторых абонентов сети и крайне изменчивому выходу для несущих, которые часто устанавливают их.
Доступен один известный повторитель на базе RF с идентичной частотой для жилого помещения в самоустанавливающемся пакете, причем изоляция между антеннами передатчика и приемника в каждом повторителе осуществлена с использованием направленных антенн посредством физического разделения этих антенн и регулировки с понижением уровня сигнала передатчика/приемника повторителя для предотвращения колебания и уменьшения чувствительности приемника. Однако сами повторители большие и громоздкие из-за необходимости физического разделения антенн и дорогостоящие из-за большого количества в них RF компонентов. Преимущество, обеспечиваемое такими повторителями, незначительно из-за непосредственной близости обеих антенн, и, следовательно, минимальная изоляция ограничивает их эффективность. Кроме того, это решение обеспечивает инкрементное улучшение зоны охвата сети и уровня сигнала; тем самым в результате приводящее только к незначительной выгоде для абонентов сети.
Сущность изобретения
С учетом вышеизложенных ограничений обеспечена система повторителей на базе RF с дуплексной передачей в частотной области (FDD), в которой главное управляющее устройство связано с беспроводной базовой станцией, и одно или несколько подчиненных, или удаленных, устройств связаны с одним или несколькими абонентскими терминалами. Главное управляющее устройство обменивается информацией с подчиненным устройством через физическое соединение с существующей или новой проводкой в жилом помещении, например коаксиальным кабелем, кабелем (локальной сети) Ethernet, линиями электропередачи и телефонными линиями или оптоволоконной кабельной сетью. В случае использования новой кабельной сети все удаленные устройства могут совместно использовать один коаксиальный (например) кабель, что обеспечивает упрощенную установку и существенно снижает стоимость. Кроме того, реконфигурация или добавление подчиненных устройств являются относительно простым делом по сравнению с существующими решениями. При использовании с существующей проводкой часто одновременно могут поддерживаться другие услуги, например технологии передачи мультимедийного контента по телевизионным кабельным сетям зданий (MoCA), спутниковая IF и цифровая абонентская линия (DSL). В обоих случаях сигналы сотовой связи, или беспроводной связи, транспортируются между главным и подчиненными устройствами на промежуточной частоте. Координация специальных промежуточных частот, используемых для этой транспортировки, осуществляется через протокол связи между главным и подчиненным устройствами (MSCP), что в результате приводит к переносу частоты способом, который прозрачен для беспроводной базовой станции и абонентских терминалов. Поскольку перенос частоты прозрачен для беспроводной сети, то упомянутая конфигурация удовлетворяет всем стандартам известных систем связи с (широкополосными) псевдослучайными сигналами.
Система повторителей применима к системам FDD, например к системам, которые основаны на таких протоколах, как IS-2000, IS-95, GSM и WCDMA. Этот подход также применим к системам с дуплексной передачей с временным разделением (TDD), например PHS, WIFI, WIMAX и TDS - CDMA. Каждое из подчиненных устройств в системе повторителей включает в себя гетеродин, который синхронизирован с гетеродином главного устройства, для обеспечения повторного RF сигнала с очень низким (уровнем) ухода частоты. Эта синхронизация достигается с использованием подхода на основе нового сообщения, посредством которого уходы хронометрирования между главным и подчиненными устройствами могут быть уменьшены с высокой точностью. Главное и подчиненное устройства транспортируют сигнал по нисходящей линии связи с переносом частоты из базовой станции на транспортной частоте нисходящей линии связи и сигнал по восходящей линии связи из беспроводного терминала на транспортной частоте восходящей линии связи. В то время как эти две частоты различны для системы на основе FDD, они, вероятно, будут идентичными IF для системы на основе TDD. Кроме транспортировки сигналов по восходящей линии связи и нисходящей линии связи, главное и подчиненное устройства также обмениваются информацией друг с другом посредством пакетов протокола связи между главным и подчиненным устройствами (MSCP), которые могут находиться на идентичных частотах восходящей линии связи и нисходящей линии связи в течение предопределенного периода времени, который может быть псевдослучайным, когда главное или подчиненное устройства выкалывают аналоговый беспроводной сигнал, переносимый на транспортных частотах восходящей линии связи или нисходящей линии связи, для вставки цифровых пакетов MSCP, причем частотные каналы проводки или кабельной сети, используемые для транспортировки сигналов по восходящей и нисходящей линиям связи, в этом документе называются "транспортными частотами". Пакеты MSCP используют при конфигурировании и установке главного и подчиненных устройств, передаче регулировки мощности между устройствами и минимизации уходов частоты и хронометрирования между главным и подчиненными устройствами. Пакеты MSCP могут также использоваться для передачи состояния удаленных устройств для предупреждения оператора о сбое или о другом общем состоянии.
Система повторителей также может поддерживать качество линии связи между базовой станцией и абонентскими терминалами посредством измерения помех и управления, тестирования и уточнения транспортных частот, настройки транспортных частот восходящего потока данных и нисходящего потока данных, независимого обнаружения помех в течение предопределенных времен выкалывания и периодического выполнения сканирования канала транспортной частоты главным управляющим устройством и в координации с подчиненными устройствами в течение интервалов времени выкалывания. Это управление IF становится важным, когда в строении используется существующая кабельная сеть или когда очень сильные сигналы помехи связаны с кабелями при использовании новой проводки.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи, в которых подобные ссылочные позиции относятся к идентичным или функционально аналогичным элементам и которые вместе с подробным описанием, приведенным ниже, включены в описание изобретения и являются его частью, также служат для иллюстрации различных показательных вариантов осуществления и пояснения различных принципов и преимуществ, соответствующих настоящему изобретению.
Фиг.1A и 1B - схематические схемы, изображающие иллюстративную архитектуру иллюстративной системы беспроводных повторителей.
Фиг.2 - схематическая блок-схема частей иллюстративного подчиненного или главного управляющего устройства.
Фиг.3 - блок-схема, изображающая иллюстративную процедуру настройки главного и подчиненных устройств.
Фиг.4 - блок-схема, изображающая иллюстративную процедуру регулировки транспортных частот между главным и подчиненным устройствами.
Фиг.5 - блок-схема, изображающая иллюстративную процедуру управления мощностью подчиненного устройства.
Фиг.6 - блок-схема, изображающая иллюстративную процедуру контроля за колебаниями главное устройство/подчиненное устройство и установки оптимального усиления.
Фиг.7 - блок-схема, изображающая иллюстративную процедуру оптимизации усиления восходящей линии связи подчиненного устройства.
Фиг.8 - блок-схема, изображающая иллюстративную процедуру измерения помех и шума на транспортных частотах.
Фиг.9 - схематическая блок-схема иллюстративного коаксиального кабеля, соединяющего несколько помещений в доме согласно технологиям передачи мультимедийного контента по телевизионным кабельным сетям зданий (MoCA).
Фиг.10 - схематическая блок-схема другого иллюстративного коаксиального кабеля, соединяющего несколько помещений в доме согласно MoCA.
Фиг.11A и 11B - графики частотных характеристик для соответствующих длинных и коротких маршрутов передачи по коаксиальному кабелю, изображенному на фиг.10, согласно MoCA.
Фиг.12 - иллюстративная схема, изображающая соответствующие полосы пропускания других потенциально существующих услуг, которые беспроводной повторитель на фиг.1 должен избегать.
Фиг.13 - схема, изображающая иллюстративные настройку и установку повторителя, изображенного на фиг.1.
Фиг.14 - системная схема другой иллюстративной системы беспроводных повторителей, включающая в себя несколько подчиненных устройств.
Подробное описание
Далее согласно чертежам со сквозной нумерацией будут описаны несколько иллюстративных вариантов осуществления.
Настоящее раскрытие обеспечено для дополнительного пояснения с обеспечением возможности использования лучших способов выполнения одного или нескольких вариантов осуществления. Это раскрытие также предлагается для улучшения понимания и оценки принципов изобретения и его преимуществ, а не для ограничения изобретения каким-либо образом.
Кроме того, подразумевается, что относительные термины, например первый и второй и т.п., если таковые вообще имеются, используются исключительно для отличия одного объекта, элемента или действия от другого без обязательного требования или предположения любого такого фактического отношения или порядка между такими объектами, элементами или действиями. Следует отметить, что некоторые варианты осуществления могут включать в себя множество процессов или этапов, которые могут выполняться в любом порядке, если нет явного и обязательного ограничения на конкретный порядок, то есть процессы или этапы, на которые нет таких ограничений, могут выполняться в любом порядке.
Большая часть функциональных возможностей изобретения и многие из принципов изобретения при реализации лучше всего поддерживаются посредством программного обеспечения или в нем, или посредством интегральных схем (IC), например цифрового сигнального процессора и его программного обеспечения, и/или специализированных IC. Ожидается, что специалист в данной области техники, без существенных усилий и мотивации многих конструкторских альтернатив, например, имеющегося в распоряжении времени, имеющейся современной технологии и экономических соображений, под руководством раскрытых здесь понятий и принципов, сможет сформировать такие команды программного обеспечения или схемы IC при минимальном экспериментировании. Следовательно, для краткости и минимизации любого риска затруднения понимания принципов и понятий, соответствующих настоящему изобретению, дальнейшее обсуждение такого программного обеспечения и схем IC, при наличии таковых, будет ограничено основными элементами в отношении принципов и понятий, используемых иллюстративными вариантами осуществления.
Настоящее приложение включает в себя по ссылке содержимое следующих документов: Патентная заявка США №10/465,817, озаглавленная Wireless Local Area Network Extension Using Existing Wiring And Wireless Repeater Module(s), патентная заявка США №11/127,320, озаглавленная Non-frequency Translating Repeater with Detection and Media access control, патентная заявка США № 11/340,860, озаглавленная Physical Layer Repeater with Discrete Time Filter for All-digital Detection and Delay Generation, и патентная заявка США № "_____", озаглавленная Enhanced Physical Layer Repeater for Operation in WIMAX Systems, которая была подана 30 марта 2007г.
На фиг.1A и 1B изображена архитектура части системы 100 беспроводного повторителя (также называемого в более широком смысле повторителем) согласно одному иллюстративному варианту осуществления, а также другие периферийные электронные компоненты. Система 100 повторителей включает в себя два или большее количество субустройств для реализации главного управляющего устройства и подчиненного устройства. Первое субустройство конфигурируют как главное управляющее устройство 102 для беспроводной связи с беспроводной базовой станцией 104, и в этом документе его будем называть главное управляющее устройство 102. Главное управляющее устройство 102 размещают в помещении с зоной охвата или физически за пределами помещения в комплексе или аналогичной структуре, в которой требуется расширенная зона охвата беспроводной связи. Второе субустройство конфигурируют как подчиненное устройство 106 для беспроводной связи с абонентским терминалом 108. Следует отметить, что повторитель 100 может включать в себя более одного подчиненного устройства. В практической реализации повторитель 100 может включать в себя множество субустройств для реализации множества подчиненных устройств, распределенных по всему комплексу или аналогичной структуре, в которой требуется расширенная зона охвата беспроводной связи.
Главное управляющее устройство 102 связывают с подчиненным устройством 106 через проводку 110, существующую в комплексе, для обеспечения возможности главному управляющему устройству 102 передавать радиочастотные (RF) сигналы, например сигналы сотовой связи, в подчиненное устройство 106 на транспортной частоте нисходящей линии связи и принимать сигналы сотовой связи из подчиненного устройства 106 на транспортной частоте восходящей линии связи способом, который прозрачен для базовой станции 104 и абонентского терминала 108, и, следовательно, согласно существующим стандартам известных систем связи с (широкополосными) псевдослучайными сигналами. И главное управляющее устройство 102 и подчиненное устройство 106 также включают в себя детекторы 112, 114 уровня мощности, функционирование которых будет более подробно описано ниже.
На фиг.2 изображены части субустройств согласно одному иллюстративному варианту осуществления. Субустройство 200 может включать в себя процессор 220, память 235, соединенную с процессором 220, и приемопередатчик 230 для связи процессора 220 с внешними объектами, например базовой станцией 104 или абонентским терминалом 108. Приемопередатчик 230 может включать в себя компоненты, изображенные на фиг.1, например антенну, модемы и/или усилители. Приемопередатчик 230 может также включать в себя фильтр нижних частот, связанный с существующей проводкой или кабельной сетью, который физически соединяет главное управляющее устройство и подчиненное устройство в точке, в которой существующая проводка или кабельная сеть входят в дом. Фильтр нижних частот обеспечивает возможность вводить сигналы кабельного телевидения в комплекс и фильтрует беспроводные сигналы, тем самым препятствуя выходу беспроводных сигналов за пределы дома и приему их другими подобными повторителями, расположенными, например, в доме с несколькими нанимателями.
Приемопередатчик 230 может отправлять беспроводные сигналы в беспроводную базовую станцию 104 или абонентский терминал 108 и принимать их из них. Приемопередатчик 230 также может отправлять в другое субустройство, например другое подчиненное устройство или главное управляющее устройство, и принимать из них беспроводные сигналы и пакеты протокола связи между главным и подчиненным устройствами (MSCP) на транспортных частотах нисходящей линии связи и восходящей линии связи по существующей проводке комплекса. Приемопередатчик 230 отправляет беспроводные сигналы в одно из базовой станции и абонентского терминала и/или в подчиненное устройство или главное управляющее устройство в зависимости от того, сконфигурировано ли субустройство 200 как подчиненное устройство или как главное управляющее устройство.
Процессор 220 может быть одним из множества различных процессоров, в том числе универсальных процессоров, специализированных процессоров, контроллеров, компактных восьмиразрядных процессоров и т.п. Память 235 может быть одного типа или комбинацией множества типов памяти, например оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), флэш-память, динамическая RAM (DRAM) и т.п. Память 235 может включать в себя базовую операционную систему, данные и переменные 240 и исполнимый код 245. Память 235 также может включать в себя компьютерные программы (или исполнимые команды) для конфигурирования процессора 220 для выполнения задач, требуемых субустройством 200. В частности, память 235 может включать в себя: команды 250 регулировки транспортной частоты; команды 255 формирования пакета MSCP; команды 260 передачи обслуживания; команды 265 поиска/обнаружения, команды 270 управления (мощностью)/обнаружения мощности и команды 275 оптимизации усиления, каждая из которых более подробно будет обсуждаться ниже.
Команды 250 регулировки транспортной частоты предназначены для конфигурирования процессора 220 для проверки и уточнения транспортных частот и независимой настройки транспортных частот нисходящей линии связи и восходящей линии связи. Команды 255 формирования пакета MSCP предназначены для конфигурирования процессора 220 для формирования пакетов MSCP, включающих рабочие параметры, уведомление о временах передачи паузы, широковещательные сообщения, измеренные параметры и другие сообщения.
Команды 260 передачи обслуживания предназначены для конфигурирования процессора 220 для обеспечения возможности мягкой передачи обслуживания абонентского терминала между субустройством и другой базовой станцией, между базовыми станциями или между различными субустройствами. В системах CDMA мягкая передача обслуживания является процессом, посредством которого одновременно принимаются сигналы из нескольких базовых станций. Кроме того, если абонентский терминал принимает сигналы и из маршрутов с повторениями, и из прямых маршрутов, то эти сигналы могут быть объединены с использованием Rake приемника CDMA. Важно, что уход частоты между этими несколькими источниками сигнала имеет минимальные значения. В частности, процессор 220 может быть сконфигурирован для ограничения ухода частоты между сигналами этих двух объектов, с которыми абонентский блок участвует в процессе передачи обслуживания.
Команды 265 поиска/обнаружения предназначены для конфигурирования процессора 220 для конфигурирования субустройства 200 или как главного, или как подчиненного устройства. В частности, команды 265 поиска/обнаружения могут сконфигурировать субустройство для работы в режиме обнаружения (главное управляющее устройство), в котором пакеты MSCP, в том числе широковещательные сообщения главного устройства с временными метками, отправляют в другие субустройства на транспортной частоте, или могут сконфигурировать субустройство 200 для работы в режиме поиска (подчиненное устройство), в котором он прослушивает канал для обнаружения широковещательных сообщений главного устройства. Широковещательные сообщения главного устройства могут включать в себя рабочие параметры, например параметры хронометрирования, времена передачи по нисходящей линии связи из главного устройства в подчиненное, начальные времена передачи из подчиненного устройства в главное и временной интервал, отведенный для произвольного доступа по восходящей линии связи, который доступен для передачи.
Команды 270 управления мощностью/обнаружения мощности предназначены для конфигурирования процессора 220 для установки параметров, например индикации уровня принимаемого сигнала (RSSI), порогов детектора уровня мощности на восходящей линии связи и нисходящих линиях связи, на основе измеренных RSSI, уровней шума и входной и выходной мощности субустройства, и для управления входной и выходной мощностью на основе установленных параметров.
Команды 275 оптимизации усиления предназначены для конфигурирования процессора 220 для определения максимального усиления для или восходящей линии связи с базовой станцией или нисходящей линии связи с абонентским терминалом, причем главное управляющее устройство и подчиненное устройство не будут находиться в состоянии колебания.
Согласно фиг.3 будет обсуждаться иллюстративная процедура 300 настройки повторителя, включающего в себя два субустройства как главное управляющее устройство и подчиненное устройство. На этапе 305 субустройство, которое должно быть сконфигурировано как главное управляющее устройство (далее в этом документе главное управляющее устройство), устанавливают в режим обнаружения, и на этапе 310 другое субустройство, которое должно быть сконфигурировано как подчиненное устройство (подчиненное устройство), устанавливают в режим поиска. Как будет более подробно обсуждаться позже, субустройства могут быть установлены в режим обнаружения и режим поиска пользователем посредством процедуры нажатия одной кнопки, в которой пользователь нажимает командную кнопку на главном управляющем устройстве для установки его в режим обнаружения и командную кнопку на подчиненном устройстве для установки его в режим поиска.
На этапе 315 главное управляющее устройство отправляет пакеты MSCP, включающие в себя управляющие сообщения, например широковещательные сообщения главного устройства, на транспортной частоте нисходящей линии связи в подчиненное устройство. В качестве альтернативы в данной работе главное управляющее устройство может быть установлено в режим приема подчиненного устройства, когда пользователь отжимает командную кнопку на главном управляющем устройстве, который будет установлен через фиксированный интервал времени. На этапе 320 подчиненное устройство принимает широковещательные сообщения главного устройства и идентифицирует главное управляющее устройство. На этапе 325 главное управляющее устройство отправляет другое управляющее сообщение в подчиненное устройство, включающее в себя рабочие параметры, например параметры хронометрирования, времена передачи по нисходящей линии связи из главного устройства в подчиненное, начальные времена передачи из подчиненного устройства в главное и временной интервал, отведенный для произвольного доступа по восходящей линии связи, который доступен для передачи.
На этапе 330 главное управляющее устройство отправляет пакеты MSCP, включающие в себя команду относительно того, когда временной интервал, отведенный для произвольного доступа восходящего потока данных, доступен для передачи подчиненному устройству. В течение этого времени RF передачи из подчиненного устройства на транспортной частоте восходящей линии связи прекращены. Эти времена могут использоваться подчиненным устройством и главным управляющим устройством для оценки помех, а также для начальной связи подчиненного устройства с главным.
На этапе 335 подчиненное устройство отправляет пакеты MSCP, включающие в себя сообщение произвольного доступа, в главное управляющее устройство на транспортной частоте восходящей линии связи. На этапе 340 подчиненное устройство принимает сообщение подтверждения приема из главного управляющего устройства на транспортной частоте нисходящей линии связи.
На этапе 345 главное управляющее устройство отправляет пакеты MSCP, включающие в себя команду предопределенного хронометрирования и специальный временной интервал для подчиненного устройства для передачи в главное управляющее устройство. Этот специальный временной интервал будет отличаться от временного интервала, отведенного для произвольного доступа.
На этапе 350 подчиненное устройство прослушивает канал для обнаружения стандартных сообщений между главным и подчиненным устройствами для того, чтобы удостовериться в правильности своего хронометрирования передачи между главным и подчиненным устройствами. В течение этого времени RF передачи из подчиненного устройства на транспортной частоте восходящей линии связи все еще прекращены.
9)
-7
6
На этапе 355 главное управляющее устройство отправляет пакеты MSCP, включающие в себя широковещательные сообщения с временной меткой, в подчиненное устройство или устройства на транспортной частоте нисходящей линии связи для обеспечения возможности регулировок хронометрирования частоты в подчиненном устройстве. На этапе 360 подчиненное устройство определяет разницу в хронометрировании между локальным тактовым генератором процессора и главным управляющим устройством. В частности, подчиненное устройство может сравнивать внутренний тактовый генератор, работающий локально в процессоре подчиненного устройства, с широковещательными сообщениями с временной меткой из главного управляющего устройства в течение длительных интервалов временной оси для определения разницы в хронометрировании. На этапе 365 подчиненное устройство регулирует свой генератор опорного сигнала с контролируемым напряжением на основе разницы в хронометрировании для достижения требуемой точности. Это обеспечивает возможность сделать RF частоты очень близкими, то есть с разностью <100 Гц (100/(2×10=1/(2×10)=0,05×10=0,05 миллионных долей (ppm)), когда повторитель работает при 2 ГГц.
После достижения требуемой точности хронометрирования и мощности подчиненное устройство активизируется в соответствии с процедурами активизации передатчика/приемника подчиненного устройства. Подчиненное устройство далее осуществляет передачи по нисходящей линии связи, осуществляет текущий контроль за передачами главного управляющего устройства и осуществляет текущий контроль за помехами в течение времен выкалывания. Процедура 300 настройки повторителя может быть выполнена процессором 220, исполняющим команды 265 поиска/обнаружения.
Согласно фиг.4 будет обсуждаться иллюстративная процедура 400 настройки или регулировки транспортных частот между главным и подчиненным устройствами. На этапе 401 главное управляющее устройство отправляет уведомительное сообщение относительно времени передачи паузы нисходящей линии связи в подчиненное устройство на транспортной частоте нисходящей линии связи и подчиненное устройство отправляет уведомительное сообщение относительно времени передачи паузы восходящей линии связи в главное управляющее устройство на транспортной частоте восходящей линии связи.
На этапе 403 главное управляющее устройство выкалывает беспроводные сигналы на транспортной частоте нисходящей линии связи посредством интервала "молчания" нисходящей линии связи во время передачи паузы нисходящей линии связи и подчиненное устройство выкалывает беспроводные сигналы на транспортной частоте восходящей линии связи посредством интервала "молчания" восходящей линии связи во время передачи паузы восходящей линии связи. Главное управляющее устройство и подчиненное устройство выкалывают беспроводные сигналы согласно нерегулярному интервалу для предотвращения гармонических помех.
На этапе 405 главное управляющее устройство и подчиненное устройство принимают паузу нисходящей линии связи и паузу восходящей линии связи на соответствующих транспортных частотах. На этапе 410 главное управляющее устройство и подчиненное устройство измеряют уровни помех и/или отношение сигнал/шум (SNR) на транспортных частотах нисходящей линии связи и восходящей линии связи на основе интервалов "молчания". Подчиненное устройство может отправлять сообщение, включающее измеренный уровень помех или SNR, в главное управляющее устройство.
На этапе 412 главное управляющее устройство определяет, превышают ли измеренные уровни помех и/или SNR предопределенный абсолютный уровень или уровень, относящийся к требуемому сигналу, присутствующему на транспортных частотах. Если определено, что измеренные уровни помех и/или SNR превышают предопределенный абсолютный уровень (ДА на этапе 412), то на этапе 415 повторение беспроводного (сигнала) может быть отключено.
Если определено, что измеренные уровни помех и/или SNR (не) превышают предопределенный абсолютный уровень (НЕТ на этапе 412), то на этапе 420 на основе минимальных помех или предопределенного SNR выбирают транспортные частоты восходящей линии связи и нисходящей линии связи. Главное управляющее устройство может непрерывно переоценивать уровни помех для обеспечения того, что помехи не будут повторно передаваться по беспроводной сети.
Во время периода передачи пакета MSCP все подчиненные устройства должны выключать свои RF передатчики, поскольку эти пакеты главного управляющего устройства непосредственно подставляют в транспортный сигнал посредством "выкалывания" беспроводного сигнала, который также транспортируется на транспортной частоте.
Процедура 400 настройки или регулировки транспортных частот между главным и подчиненным устройствами может быть выполнена процессором 220, исполняющим команды 250 регулировки транспортной частоты.
Согласно фиг.5 будет обсуждаться иллюстративная процедура 500 управления мощностью подчиненного устройства. На этапе 505 подчиненное устройство измеряет индикацию уровня принимаемого сигнала (RSSI) и уровень шума транспортной частоты восходящей линии связи, а также входную и выходную мощность подчиненного устройства. Подчиненное устройство устанавливает начальный порог обнаружения сигнала на восходящей линии связи (порог детектора уровня мощности RSSI) на основе этих измеренных значений и требуемой вероятности обнаружения/ложного обнаружения.
На этапе 510 подчиненное устройство вычисляет потери в тракте передачи обратно в главное управляющее устройство через транспортную частоту и обмены пакетами между главным и подчиненным устройствами. На этапе 515 подчиненное устройство добавляет минимальную регулировку увеличения SNR для этих потерь в тракте передачи. На этапе 520 подчиненное устройство устанавливает усиление транспортной частоты восходящей линии связи на основе вычисленных потерь в тракте передачи и увеличения SNR.
Далее на этапе 525 подчиненное устройство устанавливает усиление RF нисходящей линии связи на минимальном уровне на основе того, какие параметры нисходящей линии связи установлены в минимум. На этапе 530 подчиненное устройство начинает передавать сигнал несущей частоты по нисходящей линии связи в абонентский терминал. Процедура 500 управления мощностью подчиненного устройства может быть выполнена процессором 220, исполняющим команды 270 управления мощностью/обнаружения мощности.
Согласно фиг.6, будет обсуждаться иллюстративная процедура 600 контроля за колебаниями главное устройство/подчиненное устройство и установки оптимального усиления. На этапе 605 подчиненное устройство измеряет выходную мощность подчиненного устройства, например, посредством детектора 114 уровня мощности. На этапе 610 подчиненное устройство регулирует усиление RF нисходящей линии связи (DL_RF_G), например, посредством регулировки выходной мощности. На этапе 615 подчиненное устройство сравнивает изменение в усилении RF с изменением в выходной мощности подчиненного устройства.
На этапе 620 подчиненное устройство определяет, по существу является ли изменение в усилении нисходящей линии связи с абонентским терминалом равным изменению в измеренной выходной мощности. Если отношение изменений по существу не является равным, то главное управляющее устройство и подчиненное устройство, вероятно, находятся в состоянии колебания.
Если изменение в усилении нисходящей линии связи с абонентским терминалом по существу не является равным изменению в измеренной выходной мощности (НЕТ на этапе 620), то на этапе 630 подчиненное устройство регулирует усиление RF нисходящей линии связи и сравнивает изменение установки усиления с измеренным изменением выходной мощности. Усиление регулируют с шагом приращения, например, в 1дБ, пока не будет достигнут максимум, перед состоянием колебания. На этапе 635 подчиненное устройство уменьшает усиление RF нисходящей линии связи на добавляемую постоянную величину. На этапе 640 подчиненное устройство калибрует выходную мощность посредством периодического увеличения и уменьшения выходной мощности и измерения измеряемых изменений выходной мощности на непрерывной основе. Соответственно, подчиненное устройство определяет максимальное усиление нисходящей линии связи с абонентским терминалом, при котором главное управляющее устройство и подчиненное устройство не находятся в состоянии колебания.
На этапе 645 подчиненное устройство определяет, находится ли усиление нисходящей линии связи с абонентским терминалом, требуемое для предотвращения колебания, ниже конкретного уровня. Если усиление нисходящей линии связи с абонентским терминалом, требуемое для предотвращения колебания, находится ниже конкретного уровня (ДА на этапе 645), или если определено, что изменение в усилении нисходящей линии связи с абонентским терминалом по существу является равным изменению в измеренной выходной мощности (ДА на этапе 620), то на этапе 625 подчиненное устройство или главное управляющее устройство могут сформировать сообщение индикации для пользователя, указывающее, что подчиненное устройство находится в приемлемом месте.
Если усиление нисходящей линии связи с абонентским терминалом, требуемое для предотвращения колебания, выше конкретного уровня (НЕТ на этапе 645), то на этапе 650 подчиненное устройство формирует сообщение индикации для отправки в главное управляющее устройство и локально пользователю, что подчиненное устройство находится в неприемлемом месте. Этот подход также потенциально может быть использован для определения изоляции между множеством подчиненных устройств. Процедура 600 контроля за колебаниями главное устройство/подчиненное устройство и установки оптимального усиления может быть выполнена процессором 220, исполняющим команды 275 оптимизации усиления.
Согласно фиг.7 будет обсуждаться иллюстративная процедура 700 установки усиления восходящей линии связи подчиненного устройства. На этапе 705 пользователь абонентского терминала делает вызов вблизи подчиненного устройства после предварительной настройки. На этапе 710, во время вызова, все подчиненные устройства периодически выкалывают передачу по восходящей линии связи на транспортной частоте восходящей линии связи посредством паузы восходящей линии связи. На этапе 715 главное управляющее устройство последовательно обеспечивает возможность каждому подчиненному устройству передавать паузу восходящей линии связи. Соответственно, каждому подчиненному устройству обеспечена возможность для передачи по очереди.
На этапе 720 главное управляющее устройство выполняет измерение уклона регулировки выходной мощности/усиления для восходящей линии связи с базовой станцией способом, аналогичным процессу 600, выполняемому подчиненным устройством. Соответственно, главное управляющее устройство определяет максимальное усиление восходящей линии связи с базовой станцией, при котором главное управляющее устройство и подчиненное устройство не находятся в состоянии колебания, причем изменение в усилении восходящей линии связи с базовой станцией по существу не является равным изменению в измеренной мощности главного управляющего устройства. После установки усиления RF восходящей линии связи главного управляющего устройства на безопасном уровне для предотвращения колебания на этапе 725 главное управляющее устройство сравнивает усиление RF восходящей линии связи главного управляющего устройства с усилением, требуемым для всех других подчиненных устройств для речевой связи на удовлетворительном уровне.
На этапе 730 главное управляющее устройство определяет, находится ли минимальное усиление восходящей линии связи с базовой станцией, требуемое для предотвращения колебания, для каждого из подчиненных устройств ниже конкретного уровня. Если усиление, требуемое для предотвращения колебания, находится ниже конкретного уровня (ДА на этапе 730), то на этапе 740 главное управляющее устройство может сформировать сообщение индикации для отправки в подчиненное устройство и локально пользователю, что подчиненное устройство находится в неприемлемом месте.
Если усиление, требуемое для предотвращения колебания, находится не ниже конкретного уровня (НЕТ на этапе 730), то на этапе 735 главное управляющее устройство может сформировать сообщение индикации для отправки в подчиненное устройство и локально пользователю, что подчиненное устройство находится в приемлемом месте.
Процедура 700 установки усиления восходящей линии связи подчиненного устройства может быть выполнена процессором 220, исполняющим команды 275 оптимизации усиления.
Согласно фиг.8 будет обсуждаться иллюстративная процедура 800 измерения помех и шума на транспортных частотах восходящей линии связи и нисходящей линии связи. Транспортные частоты проверяют и уточняют посредством независимой настройки транспортных частот восходящего потока данных и нисходящего потока данных.
На этапе 805 главное управляющее устройство определяет шум и/или помехи в течение паузы восходящей линии связи, выкалываемой в беспроводных сигналах между главным и подчиненным устройствами на транспортной частоте восходящей линии связи. Аналогично подчиненное устройство определяет шум и/или помехи во время паузы нисходящей линии связи, выкалываемой в беспроводных сигналах между главным и подчиненным устройствами на транспортной частоте нисходящей линии связи. Главное управляющее устройство и подчиненное устройство могут определять, когда пауза восходящей линии связи и пауза нисходящей линии связи будут выкалываться в беспроводных сигналах, на основе уведомительного сообщения, включенного в пакеты MSCP, принимаемые из подчиненного устройства или главного управляющего устройства.
На этапе 810 главное управляющее устройство измеряет уровень помех и распространение на транспортной частоте восходящей линии связи на основе паузы восходящей линии связи, выкалываемой в беспроводных сигналах. Подчиненное устройство измеряет уровень помех и распространение на транспортной частоте нисходящей линии связи на основе паузы нисходящей линии связи, выкалываемой в беспроводных сигналах. Подчиненное устройство может формировать пакеты MSCP, включающие в себя измеренные уровни помех, и сообщать о них в главное управляющее устройство. Главное управляющее устройство периодически выполняет сканирование канала транспортной частоты в координации с подчиненным устройством в течение времен “выкалывания” и поддерживает таблицу измерений шума/помех на всех доступных транспортных каналах на основе прослушивания, выполняемого в главных управляющих устройствах, и сообщений из подчиненных устройств.
На этапе 815 главное управляющее устройство определяет, являются ли обнаруженные помехи, обнаруженный шум или измеренное распространение слишком большими для удовлетворительной связи на (соответствующих) транспортных частотах. Если обнаруженные помехи, обнаруженный шум или измеренное распространение слишком большие (ДА на этапе 815), то на этапе 820 главное управляющее устройство реконфигурирует транспортные частоты и на этапе 825 отправляет изменения транспортной частоты в подчиненное устройство. Вышеупомянутый процесс может повторяться до тех пор, пока параметры не будут удовлетворительными для связи (НЕТ на этапе 815).
Следует отметить, что пакеты MSCP и беспроводные сигналы по восходящей линии связи и нисходящей линии связи транспортируются одновременно. Главное управляющее устройство координирует использование пакетов MSCP в течение пауз в передаче, если такие паузы имеют место, для обеспечения возможности измерения помех. Кроме того, главное управляющее устройство координирует хронометрирование передачи пакетов MSCP для обеспечения возможности главному или подчиненным устройствам отключать их повторную передачу для предотвращения передачи пакетов по беспроводному интерфейсу посредством использования предопределенного плана, который может быть или нерегулярным, или псевдослучайным планом, для координации времен передачи. Процедура 800 измерения помех и шума на транспортных частотах восходящей линии связи и нисходящей линии связи может быть выполнена процессором 220, исполняющим команды 250 для транспортной частоты и команды 255 пакета MSCP.
На фиг.9 изображен иллюстративный коаксиальный кабель, соединяющий несколько помещений в доме и обеспеченный для иллюстрации того, каким образом различные маршруты в существующей кабельной сети или проводке имеют различные соотнесенные потери, шум и транспортные частоты.
На фиг.10 изображены несколько иллюстративных маршрутов по коаксиальному кабелю переменной длины, в то время как на фиг.11A и 11B графически изображены частотные характеристики (затухание сигнала по транспортной частоте) для длинного (из F в B) и короткого (из F в E) маршрутов по коаксиальному кабелю, изображенные на фиг.10. Специалисту в данной области техники может быть понятно, что важно тщательно определять соответствующие транспортные частоты, так как на определенных частотах более высокий уровень затухания сигнала, чем на других частотах.
На фиг.12 изображены рабочие частоты нескольких услуг, некоторые или все из которых могут присутствовать в комплексе, в котором может быть реализован повторитель, описанный в этом документе. Фиг.12 служит дополнительной иллюстрацией важности выбора соответствующих транспортных частот во избежание взаимных помех с частотами передатчика существующих услуг, например кабельного телевидения, MoCA и передач спутникового телевидения.
Относительно установки и конфигурации главное/подчиненные устройства фиг.13 является схемой, изображающей иллюстративную настройку и установку повторителя, изображенного на фиг.1. Пользователь устанавливает подчиненное устройство в помещение с зоной охвата со слабым сигналом и подключает его к электрической розетке и выводу кабеля. Далее пользователь нажимает кнопку на подчиненном устройстве для перевода его в "режим настройки" на фиксированный период времени (10 минут). Пользователь использует сотовый телефон или другое устройство беспроводной связи для определения помещения с зоной охвата с использованием ползунков на устройстве. Пользователь устанавливает главное управляющее устройство в это помещение и подключает его к электрической розетке и выводу кабеля. Пользователь нажимает кнопку на главном управляющем устройстве, что переводит его в "режим настройки" на фиксированный период времени (10 минут). Пользователь далее звонит по своему сотовому телефону, находясь вблизи главного управляющего устройства. "Конфигурируемый индикатор" на главном управляющем устройстве включает индикацию, что конфигурирование закончено. Далее пользователь должен подойти к подчиненному устройству и увидеть увеличенную зону охвата или функционирование в этой зоне.
Фиг.14 является системной схемой, изображающей другой иллюстративный вариант осуществления системы 1400 повторителей, в которой для соединения главного управляющего устройства 1402 с несколькими подчиненными устройствами 1406 используют единый кабель, например коаксиальный кабель, 1401. Главное управляющее устройство 1402 и каждое из подчиненных устройств имеют архитектуру, например, изображенную на фиг.1A и 1B. Однако каждое из подчиненных устройств 1406 соединено с кабелем 1401 через разветвитель или сплиттер, тип которого известен в данной области техники, и, следовательно, он специально не изображен. Система 1400 находит конкретное применение, например, в доме с несколькими нанимателями, причем устройства беспроводной связи, например телефонные трубки 1408, связаны с различными поставщиками услуг, представленными как базовые станции 1416, работающие на распределенных частотах FAl, FA2 и FA3. Несмотря на то что на фиг. 14 изображено, что на каждом этаже находится только одно подчиненное устройство и, следовательно, только один разветвитель или сплиттер, на каждом этаже могут фактически находиться несколько разветвителей или сплиттеров, в зависимости от количества подчиненных устройств, необходимых для расширения зоны охвата беспроводной сети.
Реализация системы 1400 повторителей возможна, так как главное управляющее устройство 1402 и подчиненные устройства 1406 могут обмениваться информацией друг с другом посредством использования пакетов MSCP, как обсуждалось ранее, и, в частности, из-за использования одной IF на каждой из частот вверх и вниз в системах на основе FDD или одной IF для частот как вверх, так и вниз в системах на основе TDD.
Система 1400 повторителей может быть использована в средах, в которых используется новая кабельная сеть, которая обеспечивает много преимуществ перед общепринятыми системами, использующими концепцию одной кабельной (сети). Например, общепринятые системы не имеют главного управляющего устройства и подчиненных устройств, которые могут обмениваться информацией друг с другом, не обмениваются информацией с использованием IF и, как правило, требуют для каждого подчиненного устройства один кабель. Несмотря на то что система, изображенная на фиг.1A и 1B использует частоты IF на относительно высоких частотах, где используется выделенная кабельная сеть, в системе 1400 могут быть использованы намного более низкие частоты IF, например в диапазоне 400-600 МГц, что обеспечивает возможность использования менее дорогостоящей кабельной сети.
Дополнительные модификации к вышеупомянутым вариантам осуществления также возможны. Например, устройство повторителя может быть разработано с переключателем для манипулирования им пользователем, что обеспечивает возможность делать устройство или главным управляющим устройством, или подчиненным устройством, в зависимости от положения переключателя. Пользователь может выбирать одно главное устройство, и тогда все остальные устройства в доме пользователя будут подчиненными устройствами.
Кроме того, если требуется автоматическая настройка главного и подчиненного устройств, то принцип обеспечения того, что устройство будет главным (например, устройство, установленное на окне или рядом с ним, которое показало самую сильную RSSI на терминале или телефонной трубке пользователя), состоит в том, что оно является первым, чтобы при выполнении им сканирования оно не видело никакого другого устройства. В результате упомянутое главное управляющее устройство будет знать, что оно должно быть главным управляющим устройством, и тогда, когда другие подчиненные устройства включаются в контур управления, они определяют, что устройство на окне является главным управляющим устройством, и, следовательно, присоединяются к сети как подчиненные устройства.
Кроме того, предполагается, что подчиненное устройство может быть связано с конкретным главным управляющим устройством посредством манипуляции одним или несколькими переключателями на подчиненном устройстве (аналогично тому, как устройство для открытия двери гаража присоединяют к конкретному дверному блоку гаража) или посредством перемещения подчиненных устройств в непосредственную близость к главному управляющему устройству и нажатия кнопки, что заставит подчиненное устройство найти самое сильное главное управляющее устройство. Это необходимо в доме с несколькими нанимателями (MTD).
Это раскрытие предназначено для пояснения, как сформировать и использовать различные варианты осуществления в соответствии с изобретением, и нет намерения ограничить истинный, подразумеваемый и полный объем изобретения и его существо. Не подразумевается, что вышеизложенное описание является исчерпывающим, и нет намерения ограничивать изобретение точной раскрытой формой. В свете вышеизложенных идей возможны модификации или изменения. Упомянутый(ые) вариант(ы) осуществления был(и) выбран(ы) и описан(ы) для обеспечения лучшей иллюстрации принципов изобретения и его практического применения и для обеспечения возможности специалисту в данной области техники использовать изобретение в различных вариантах осуществления и с различными модификациями, подходящими для конкретного предполагаемого использования.