УСТРОЙСТВО И СЕТЬ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ, СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ РАДИОСИГНАЛОВ
DEVICE AND WIRELESS COMMUNICATION NETWORK, RADIO SIGNAL TRANSMISSION METHOD

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В сетях беспроводной связи могут использоваться различные алгоритмы доступа к среде передачи данных. Например, в сотовых сетях используются алгоритмы доступа сотовых сетей, в локальных сетях беспроводной связи используется стандарт IEEE 802.11, и в городских сетях связи используется стандарт IEEE 802.16. Для работы в каждой из указанных сетей необходимы разные устройства радиосвязи, которые работают на разных частотах и/или используют разные алгоритмы модуляции.
Устройство беспроводной связи, которое способно работать в разных сетях, может содержать несколько отдельных ВЧ-трактов для работы в каждой из таких сетей беспроводной связи. Такое устройство беспроводной связи может содержать большое количество внутренних соединений, трактов передачи/приема, приемников и антенн. Кроме того, устройство беспроводной связи может содержать определенное количество антенн и каналов связи со многими входами и многими выходами (MIMO) для каждого ВЧ-тракта, входящего в состав устройства беспроводной связи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Объект настоящего изобретения подробно определен и четко заявлен в заключительной части заявки. Однако изобретение в отношении организации и способа работы, вместе с его объектами, признаками и достоинствами лучше всего можно будет понять из нижеприведенного подробного описания вместе с прилагаемыми чертежами, на которых показано:
фиг.1 - схема сети беспроводной связи в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 - блок-схема устройства беспроводной связи в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения;
фиг.3 - иллюстративная таблица, в которой показаны различные вариантов комбинаций сигналов, которые должны передаваться и/или приниматься устройством беспроводной связи, схема которого приведена на фиг.2;
фиг.4 - блок-схема ВЧ-модуля радиосвязи в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
Следует иметь в виду, что для упрощения и наглядности иллюстраций элементы, показанные на фигурах, могут быть даны с нарушениями масштаба. Например, размеры некоторых элементов для наглядности могут быть непропорционально увеличены относительно других элементов. Кроме того, там, где это уместно, ссылочные номера на фигурах могут повторяться для указания соответствующих или аналогичных элементов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В нижеприведенном подробном описании для обеспечения полного понимания настоящего изобретения указываются различные конкретные детали. Однако среднему специалисту в данной области техники будет ясно, что настоящее изобретение может быть осуществлено и без некоторых таких конкретных деталей. В других случаях хорошо известные способы, операции, компоненты и схемы не описываются подробно, чтобы не загромождать описание изобретения.
Некоторые части нижеприведенного подробного описания содержат термины, относящиеся к архитектуре приемо-передающих устройств радиосвязи. Эти термины могут быть техническими средствами, которые используются специалистами в области систем обработки данных и сигналов, а также радиочастотных устройств для объяснения другим специалистам существа их работы.
Следует иметь в виду, что если специально не указано иное, как это может быть ясно из нижеприведенного описания, то такие термины в описании, как "множество" или "несколько", следует понимать как указывающие на два или более компонентов, устройств, элементов, параметров и т.п. Например, указание "несколько подвижных станций" означает две или более подвижных станций.
Необходимо понимать, что настоящее изобретение может иметь различные применения. Схемы и технологии, раскрытые в настоящем описании, могут использоваться во многих устройствах, таких как передатчики и/или приемники системы радиосвязи, хотя настоящее изобретение не ограничивается только указанными применениями. Передатчики и/или приемники, охватываемые объемом настоящего изобретения, могут быть включены, например, в состав беспроводной локальной сети (WLAN), также известной как WiFi, системы ультраширокополосной радиосвязи (UWB), беспроводной городской сети (WMAN), также известной как WiMAX, системы двухсторонней радиосвязи, системы цифровой связи, передатчиков аналоговой системы связи, системы сотовой радиотелефонной связи, систем сотовой связи LTE и др.
На фиг.1 показана схема сети 100 беспроводной связи в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Сеть 100 беспроводной связи может включать сеть WMAN 110, сеть WLAN 120, сеть UWB 130 и устройство 140 беспроводной связи, которое содержит несколько мультисистемных ВЧ-трактов для разных диапазонов частот, а также высокочастотный модуль (ВЧ-модуль) со многими входами и многими выходами (при необходимости, хотя объем изобретения не ограничивается вышеуказанным вариантом).
В этой иллюстративной сети 100 беспроводной связи сеть WMAN 110 может содержать по меньшей мере одну базовую станцию 115 (BS), сеть WLAN 120 может содержать по меньшей мере одну базовую станцию 125 (BS) и сеть UWB 130 может содержать по меньшей мере одну подвижную станцию 135 (MS), при необходимости.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения устройство 140 беспроводной связи может одновременно передавать и/или принимать сигналы в разных частотных диапазонах для осуществления связи с базовыми станциями 115, 125 и с подвижной станцией 135 с использованием нескольких антенн. Например, одни антенны могут использоваться для передачи сигналов на базовые станции 115 и 125, а другие антенны могут использоваться для приема сигналов от подвижной станции 135 и базовой станции 115, при необходимости.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения устройство 140 беспроводной связи может содержать первый ВЧ-тракт, например, для передачи сигналов на базовую станцию 115 в сети WMAN с использованием алгоритма мультиплексирования с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM) в верхнем и нижнем частотных диапазонах, второй ВЧ-тракт для передачи широкополосных сигналов в верхнем и нижнем частотных диапазонах на базовую станцию 125 и третий ВЧ-тракт для передачи и/или приема сигналов в системе UWB для связи с подвижной станцией 135, при необходимости.
Кроме того, устройство 140 беспроводной связи может содержать первый ВЧ-модуль для одновременной передачи в верхнем и нижнем частотных диапазонах сигналов ВЧ-трактов, обеспечивающих радиосвязь в сетях WMAN и WLAN, через две или более антенн с использованием алгоритма многих входов и многих выходов (MIMO) и второй ВЧ-модуль для одновременной передачи в другом верхнем и другом нижнем частотных диапазонах сигналов ВЧ-трактов, обеспечивающих радиосвязь в сетях WMAN и WLAN, через две или более антенн с использованием алгоритма MIMO. Устройство 140 беспроводной связи может содержать переключатель групп устройств для переключения сигналов OFDM и/или широкополосных сигналов от ВЧ-трактов радиосвязи в сетях WMAN и WLAN на первый и второй ВЧ-модули в зависимости от частотных диапазонов сигналов OFDM и/или широкополосных сигналов и необходимого алгоритма передачи, используемого ВЧ-трактами, обеспечивающими радиосвязь в сетях WMAN и WLAN.
На фиг.2 приведена блок-схема устройства 200 беспроводной связи в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Устройство 200 беспроводной связи также может быть назван мультисистемным многодиапазонным устройством радиосвязи, которое содержит ВЧ-модуль с многопортовым усилителем, приемопередатчик 210 для работы в сети UWB, приемопередатчик 220 для работы в сети WiMAX, приемопередатчик 230 для работы в сети WiFi, мультиплексор 250, мультисистемный ВЧ-тракт 260 для обеспечения радиосвязи в верхнем частотном диапазоне, мультисистемный ВЧ-тракт 270 для обеспечения радиосвязи в нижнем частотном диапазоне, мультисистемный ВЧ-тракт 280 для обеспечения радиосвязи в среднем частотном диапазоне и антенны 265, 275 и 285, хотя объем настоящего изобретения не ограничивается указанным вариантом.
В соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления изобретения UWB-приемопередатчик 210 может обрабатывать и/или модулировать/демодулировать сигналы системы UWB. UWB-устройство радиосвязи может передавать модулированные сигналы UWB, сформированные UWB-приемопередатчиком 210 и/или принимать сигналы UWB, которые могут быть демодулированы UWB-приемопередатчиком 210, при необходимости. Мультиплексор 250 может направлять UWB-сигналы от UWB-приемопередатчика 210 в ВЧ-тракт 240 для обеспечения радиосвязи в сети UWB и наоборот.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения WiMAX-приемопередатчик 220 может обрабатывать и/или модулировать/демодулировать сигналы в трех различных частотных диапазонах по стандарту IEEE 802.16 (широкополосные беспроводные локальные сети LAN/MAN). Например, верхний частотный диапазон для сети WiMAX может содержать сигналы на частотах 5,2 ГГц и 5,8 ГГц, средний частотный диапазон для сети WiMAX может содержать сигнал на частоте 3,5 ГГц и нижний частотный диапазон для сети WiMAX может содержать сигналы на частотах 2,3 ГГц и 2,5 ГГц.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения WiFi-приемопередатчик 230 может обрабатывать и/или модулировать/демодулировать сигналы в двух различных частотных диапазонах по стандарту IEEE 802.11, "Широкополосные беспроводные локальные сети LAN/MAN, Часть 11: управление доступом к среде передачи данных сетей LAN и спецификации физического уровня". Например, верхний частотный диапазон для сети WiFi может содержать сигналы на частотах 5,2 ГГц и 5,8 ГГц и нижний частотный диапазон для сети WiFi () может содержать сигнал на частоте 2,4 ГГц.
Мультиплексор 250 может содержать (без ограничения) механические, и/или электронные, и/или полупроводниковые, и/или микроэлектромеханические переключатели. Мультиплексор 250 может направлять WiMAX-сигналы и WiMAX-приемопередатчиком 220 и WiFi-приемопередатчиком 230, с одной стороны, и мультисистемным ВЧ-трактом 260, обеспечивающим радиосвязь в верхнем частотном диапазоне, и мультисистемным ВЧ-трактом 270, обеспечивающим радиосвязь в нижнем частотном диапазоне соответственно, с другой стороны. Кроме того, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения мультиплексор 250 может направлять WiMAX-сигналы WiMAX-приемопередатчиком 220 и ВЧ-трактом 280, обеспечивающим радиосвязь в среднем частотном диапазоне.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения мультисистемный ВЧ-тракт 260, обеспечивающий радиосвязь в верхнем частотном диапазоне, и/или мультисистемный ВЧ-тракт 270, обеспечивающий радиосвязь в нижнем частотном диапазоне, могут содержать несколько многодиапазонных усилителей принятых сигналов (режим MIMO) и ВЧ-модуль, в котором в качестве усилителя передатчика используется многопортовый усилитель. В соответствии с этим вариантом WiMAX-приемопередатчик 220 и WiFi-приемопередатчик 230 могут содержать схему управления мощностью, которая предназначена для обеспечения изменяемой выходной мощности в MIMO-каналах мультисистемного ВЧ-тракта 260, обеспечивающего радиосвязь в верхнем частотном диапазоне, и/или мультисистемного ВЧ-тракта 270, обеспечивающего радиосвязь в нижнем частотном диапазоне, при необходимости.
В рассматриваемом варианте осуществления изобретения мощность сигналов ВЧ-трактов, обеспечивающих радиосвязь в сетях WiMax и WiFi в режиме MIMO, может гибко изменяться в зависимости от числа MIMO-каналов.
Мультисистемный ВЧ-тракт 260, обеспечивающий радиосвязь в верхнем частотном диапазоне, мультисистемный ВЧ-тракт 270, обеспечивающий радиосвязь в нижнем частотном диапазоне, и ВЧ-тракт 280, обеспечивающий радиосвязь в среднем частотном диапазоне, подсоединены для работы к антеннам 265, 275 и 285 соответственно. Антенны 265, 275 и 285 могут быть, например, внутренними антеннами, дипольными антеннами, директорными антеннами, несимметричными антеннами, антенными решетками и т.п.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения мультисистемный ВЧ-тракт 260, обеспечивающий радиосвязь в верхнем частотном диапазоне, и мультисистемный ВЧ-тракт 270, обеспечивающий радиосвязь в нижнем частотном диапазоне, могут передавать и принимать одновременно WiMAX- и WiFi-сигналы через каждую из антенн 265 и 275. Например, мультисистемный ВЧ-тракт 260, обеспечивающий радиосвязь в верхнем частотном диапазоне, может передавать и/или принимать одновременно WiFi-сигналы верхнего частотного диапазона через две антенны и WiMAX-сигналы верхнего частотного диапазона через две другие антенны, при необходимости. Мультисистемный ВЧ-тракт 270, обеспечивающий радиосвязь в нижнем частотном диапазоне, может передавать и/или принимать одновременно WiFi-сигналы через две антенны и WiMAX-сигналы нижнего частотного диапазона через две другие антенны, при необходимости.
На фиг.3 приведена иллюстративная таблица, в которой показаны различные варианты комбинаций сигналов, которые должны передаваться и/или приниматься устройством 200 беспроводной связи, схема которого приведена фиг.2. Необходимо иметь в виду, что таблица 300 приводится лишь в качестве примера, и возможны также многие другие комбинации сигналов WiMAX и WiFi. Для уменьшения количества антенн может быть использована подгруппа конфигураций, приведенных в таблице 300. Также для дополнительного объединения сигналов UWB-приемопередатчика 210, WiMAX-приемопередатчика 220 и WiFi-приемопередатчика 230 может быть использована технология широкополосной связи, что позволит уменьшить количество антенн и трактов сигналов.
На фиг.4 приведена блок-схема ВЧ-модуля радиосвязи в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. ВЧ-модуль 400 может содержать переключатель 410 "передача/прием" для переключения между режимом приема сигналов и режимом передачи модулированных сигналов многопортовым усилителем 420, блочный усилитель 430 для усиления принятых сигналов, переключатель 440 групп устройств для включения режима передачи модулированных сигналов через антенны 450 и/или подключения антенн 450 к блочному усилителю 430 для направления принятых сигналов в приемники, если необходимо, хотя объем настоящего изобретения не ограничивается указанным вариантом.
В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения многопортовый усилитель 420 может содержать четыре пассивных гибридных распределителя, включенных по схеме матрицы Батлера, четыре усилителя мощности и четыре пассивных гибридных сумматора, включенных по схеме матрицы Батлера, хотя следует понимать, что объем изобретения не ограничивается указанным вариантом.
Многопортовый усилитель 420 может использоваться как усилитель передатчика, способный передавать сигналы в соответствии со схемой формирования диаграммы направленности. Например, в схеме формирования диаграммы направленности может использоваться матрица Батлера, в соответствии с которой необходимо только N×logN элементов для формирования диаграммы направленности. В матрице Батлера используется 900 фазосдвигающих восьмиполюсников с фиксированными фазовращателями со сдвигом фазы на 45°. Матрицы Батлера для четырехэлементной решетки с элементным разнесением на λ/2 обеспечивают получение четырех лепестков, которые перекрываются и взаимно ортогональны.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения сигнал на каждом из четырех входных портов многопортового усилителя 420 делится равномерно по фазе и разветвляется по усилителям мощности. Сигналы могут снова суммироваться на выходе матрицы Батлера и появляются в качестве исходных дискретных сигналов на четырех выходных портах. В соответствии с такой схемой составляющие сигналы в каждом усилителе мощности могут содержать 1/4 каждого входного сигнала, равномерно распределенного по усилителям мощности. Это позволяет многопортовому усилителю 420 гибко изменять мощность для каждого MIMO-канала ВЧ-модуля 400 и суммировать сигналы различных ВЧ-трактов. Например, мощность сигналов ВЧ-трактов в сетях WiMax и/или WiFi в режиме MIMO может гибко изменяться в зависимости от числа MIMO-каналов, при необходимости.
В конкретном варианте для выполнения функций передачи и приема ВЧ-модулем 400 могут использоваться: входная переключающая матрица, выходная переключающая матрица и матрица фильтров, хотя объем настоящего изобретения не ограничивается указанным вариантом. В некоторых других вариантах осуществления изобретения входная переключающая матрица и входная матрица Батлера могут быть реализованы для базового диапазона мультисистемного устройства радиосвязи и/или устройства программно управляемой радиосвязи, при необходимости.
В соответствии с одним из таких вариантов ВЧ-модуль 400 работает в том частотном диапазоне, в котором будут использоваться MIMO-устройства радиосвязи. Например, в нижнем частотном диапазоне (2,2-2,7 ГГц), в диапазоне U-NII (5,15-5,86 ГГц) и/или в любом другом коммерческом частотном диапазоне радиосвязи, в котором частоты близки или перекрываются.
В нижеприведенной таблице иллюстрируется действие ВЧ-модуля 400 для некоторых вариантов возможных комбинаций ВЧ-трактов и различных частотных диапазонов в разных режимах работы.
Вариант
ВЧ-тракт 1, диапазон 1
ВЧ-тракт 2, диапазон 2
ВЧ-тракт 2, диапазон 3
1
3×3 MIMO
SISO или Откл.
Нет
2
3×3 MIMO
Нет
SISO или Откл.
3
2×2 MIMO
2×2 MIMO
Нет
4
2×2 MIMO
Нет
2×2 MIMO
5
SISO или Откл.
3×3 MIMO
Нет
6
SISO или Откл.
Нет
3×3 MIMO
7
SISO или Откл.
Нет
3×3 MIMO
Хотя в настоящем описании были рассмотрены и описаны конкретные признаки изобретения, специалистам в данной области техники будут очевидны многочисленные модификации, замены, изменения и эквиваленты. Поэтому необходимо понимать, что такие модификации и изменения, не выходящие за пределы объема охраны изобретения, охватываются прилагаемой формулой.