Способ и устройство для интеграции беспроводной системы связи с системой кабельного телевидения

 

Группа радиоантенных устройств (РАУ) соединена с кабельной системой. РАУ обеспечивают преобразование частоты и управление мощностью сигнала, принимаемого из кабельной системы для беспроводной передачи удаленным устройствам связи. РАУ также обеспечивают управление мощностью и преобразование частоты беспроводных сигналов, принимаемых с удаленных устройств связи для передачи с помощью РАУ в кабельную систему. В дополнение к функциям стандартных базовых станций и централизованного контроллера базовая станция сети кабельного телевидения должна также компенсировать изменения усиления в кабельной системе. Управление нисходящей мощностью регулируется опорным сигналом РАУ, который может быть скрыт в сигнале МДКР в целях обеспечения максимальной эффективности, что и является достигаемым техническим результатом. 12 ил.

Область изобретения Изобретение относится к системам связи, в частности к способу и устройству для выполнения переключения (перехода) связи между двумя секторами общей базовой станции.

Описание предшествующего уровня В системе сотовой телефонной беспроводной локальной или персональной радиосвязи с многостанционным доступом с кодовым разделением каналов (МДКР) для связи со всеми базовыми станциями системы используется общая полоса частот. Эта общая полоса частот позволяет одновременно осуществлять связь между удаленным устройством связи и более, чем одной базовой станцией. Сигналы, занимающие общую полосу частот, дискриминируются на приемной станции на основании свойств сигналов МДКР расширенного спектра за счет использования высокоскоростного псевдошумового (ПШ) кода. Этот высокоскоростной ПШ код используется для модуляции сигналов, передаваемых как с базовых станций, так и с удаленных устройств связи. Передающие станции, использующие разные ПШ коды или ПШ коды, сдвинутые во времени, вырабатывают сигналы, которые можно принимать раздельно на приемной станции. Высокоскоростная ПШ модуляция также позволяет приемной станции принимать несколько образцов сигнала с одной передающей станции, когда этот сигнал прошел по нескольким разным трассам распространения в результате многолучевых свойств радиоканала или специально введенного разнесения.

Многолучевые характеристики радиоканала создают многолучевые сигналы, которые проходят по нескольким разным трассам распространения между передающей и приемной станциями. Характерной чертой многолучевого канала является расширение во времени, введенное в сигнал, который передается по данному каналу. Например, если по многолучевому каналу передается идеальный импульс, то принимаемый сигнал приходит в виде потока импульсов. Другой характерной чертой многолучевого канала является то, что каждая трасса канала может давать разный коэффициент ослабления сигнала. Например, если по многолучевому каналу передается идеальный импульс, то каждый импульс принимаемого потока импульсов имеет, как правило, силу сигнала, отличную от других принимаемых импульсов. Еще одной характерной чертой многолучевого канала является то, что каждая трасса канала может создавать разную фазу на сигнале. Например, если по многолучевому каналу передается идеальный импульс, то каждый импульс принимаемого потока импульсов имеет, как правило, фазу, отличную от других принятых импульсов.

В канале радиосвязи многолучевое распространение создается за счет отражения сигнала от препятствий в среде, таких как строения, деревья, машины и люди. Как правило, радиоканал представляет собой изменяющийся во времени многолучевой канал, что обусловлено относительным перемещением объектов, создающих многолучевое распространение. Например, если по изменяющемуся во времени каналу с многолучевым распространением передать идеальный импульс, то принятый поток импульсов будет изменяться в точке времени, ослаблении и фазе в зависимости от времени, когда передается идеальный импульс.

Многолучевые характеристики канала могут вызывать замирание сигнала. Замирание является результатом фазовых характеристик канала с многолучевым распространением. Замирание имеет место, когда векторы многолучевого распространения деструктивно складываются, приводя к тому, что принятый сигнал меньше любого отдельного вектора. Например, если синусная волна передается по каналу с многолучевым распространением, имеющим две трассы, из которых первая имеет коэффициент ослабления Х дБ, задержку δ с фазовым сдвигом Θ радиан, а вторая трасса имеет коэффициент ослабления Х дБ, задержку δ с фазовым сдвигом Θ+π радиан, то на выходе канала не будет получено никакого сигнала.

В узкополосных системах модуляции, например в системе с аналоговой частотной модуляцией (ЧМ), используемой в традиционных системах радиотелефонной связи, наличие трасс многолучевого распространения в радиоканале приводит к серьезному замиранию, обусловленному многолучевым распространением. Однако, как отмечалось выше, в широкополосной системе с МДКР разные трассы могут дискриминироваться на приемной станции в процессе демодуляции. Дискриминация сигналов многолучевого распространения не только значительно снижает серьезность замирания, вызванного многолучевым распространением, но также обеспечивает преимущества для системы МДКР.

В примерном варианте системы МДКР каждая базовая станция передает управляющий сигнал, имеющий одинаковый расширяющий ПШ код, сдвинутый по кодовой фазе относительно управляющего сигнала других базовых станций. В процессе работы системы удаленное устройство связи получает перечень сдвигов кодовой фазы, соответствующих соседним базовым станциям, окружающим ту базовую станцию, через которую установлена связь. Удаленное устройство связи снабжено поисковым элементом, который позволяет ему отслеживать силу управляющего сигнала от группы базовых станций, включающей соседние базовые станции.

Из патента США 5267261, опубликованного 30.11.93, на изобретение "Мягкое переключение связи с участием подвижной станции в сотовой системе связи с МДКР", также принадлежащего настоящему заявителю, известны способ и система для обеспечения связи с подвижным устройством более чем через одну базовую станцию в процессе переключения. При использовании этой системы связь между подвижным устройством связи и конечным пользователем не прерывается в случае переключения с первоначальной базовой станции на следующую базовую станцию. Такой тип переключения можно считать "мягким" переключением в силу того, что связь со следующей базовой станцией устанавливается прежде, чем будет прервана связь с первоначальной базовой станцией. Когда подвижное устройство находится на связи с этими двумя базовыми станциями, оно объединяет сигналы, принятые от каждой базовой станции точно так же, как объединяются сигналы многолучевого распространения от общей базовой станции.

В типичной макросотовой системе может использоваться системный контроллер для формирования одного сигнала для каждого конечного пользователя из сигналов, принятых каждой базовой станцией. В каждой базовой станции сигналы, принятые от общего удаленного устройства связи, могут объединяться, прежде чем они будут декодироваться, и таким образом полностью используются принятые сигналы многолучевого распространения. Декодированный результат от каждой базовой станции подается в системный контроллер. После того как сигнал был декодирован, его уже нельзя "объединить" с другими сигналами. Следовательно, системный контроллер должен выбирать между множеством декодированных сигналов, сформированных каждой базовой станцией, с которой ведет связь одно удаленное устройство. При этом выбирается самый оптимальный декодированный сигнал от базовой станции, а другие сигналы просто игнорируются.

Мягкое переключение связи с участием подвижного устройства реализуется на основе измеренной подвижным устройством силы управляющего сигнала, принимаемого от нескольких групп базовых станций. Группа базовых станций, через которые ведется активная связь, является Активной Группой. Группа базовых станций, окружающих активную базовую станцию и имеющих высокую вероятность того, что сила их управляющих сигналов достаточна для установления связи, является Соседней Группой. Группа базовых станций, сила управляющего сигнала которых достаточна для установления связи, является Группой Кандидатов.

При первоначальном установлении связи удаленное устройство ведет связь через первую базовую станцию, и Активная Группа включает в себя только эту первую базовую станцию. Удаленное устройство связи контролирует силу управляющих сигналов от базовых станций Активной Группы, Группы Кандидатов и Соседней Группы. Когда управляющий сигнал какой-то базовой станции из Соседней Группы превосходит заданный пороговый уровень, эта базовая станция добавляется на подвижном устройстве к Группе Кандидатов и удаляется из Соседней Группы. Удаленное устройство связи посылает на первую базовую станцию сообщение с указанием этой новой базовой станции. Контроллер сотовой или персональной системы связи решает, следует ли устанавливать связь между новой базовой станцией и этим подвижным устройством связи. Если контроллер сотовой или персональной системы принимает положительное решение, то он посылает на новую базовую станцию сообщение с идентификационными данными удаленного устройства связи и команду на установление связи с ним. Это сообщение также передается удаленному устройству связи через первую базовую станцию. В сообщении указывается новая Активная Группа, включающая в себя первую и новую базовые станции. Удаленное устройство связи осуществляет поиск информационного сигнала, передаваемого новой базовой станцией, и устанавливает связь с этой новой базовой станцией, не прерывая связь через первую базовую станцию. Этот процесс может продолжаться для дополнительных базовых станций.

Когда подвижное устройство осуществляет связь через несколько базовых станций, оно продолжает контролировать силу сигналов базовых станций Активной Группы, Группы Кандидатов и Соседней Группы. Если сила сигнала, соответствующего какой-то базовой станции из Активной Группы, падает ниже установленного порога в течение заданного интервала времени, удаленное устройство связи формирует и передает сообщение, извещающее об этом событии. Контроллер сотовой или персональной системы связи принимает это сообщение через по меньшей мере одну из базовых станций, с которыми находится на связи данное удаленное устройство. Контроллер сотовой и персональной системы связи может принять решение о прекращении связи через базовую станцию, имеющую слабый управляющий сигнал.

После принятия решения о прекращении связи через какую-то базовую станцию контроллер сотовой или персональной системы связи вырабатывает сообщение, идентифицирующее новую Активную Группу базовых станций. В эту новую Активную Группу не входит та базовая станция, связь через которую должна быть прервана. Те базовые станции, через которые установлена связь, посылают сообщение подвижному устройству. Контроллер сотовой или персональной системы связи также посылает информацию на базовую станцию, чтобы она прервала связь с данным удаленным устройством. Таким образом, передачи подвижного устройства связи маршрутизируются только через базовые станции, идентифицированные в новой Активной Группе.

Поскольку подвижное устройство связи осуществляет связь с конечным пользователем через по меньшей мере одну базовую станцию в течение всего процесса мягкого переключения, связь между ними не прерывается. Мягкое переключение связи обеспечивает существенные преимущества за счет присущего ему принципа "переключение до разрыва связи" по сравнению с традиционным принципом "переключение после разрыва связи", применяемым в других сотовых системах связи.

В сотовой или персональной системе телефонной связи особую важность представляет обеспечение максимальной пропускной способности системы в смысле количества одновременных телефонных вызовов, которое она может обрабатывать. Пропускная способность системы с расширенным спектром может быть максимально увеличена, если мощностью передачи каждого удаленного устройства связи управлять таким образом, чтобы каждый переданный сигнал поступал на приемник базовой станции на одинаковом уровне. В реальной системе каждое удаленное устройство может передавать сигнал с максимальным уровнем, обеспечивающим такое отношение сигнал-шум, которое позволяет восстанавливать данные с приемлемым качеством. Если сигнал, переданный удаленным устройством связи, поступает в приемник базовой станции с чрезмерно низким уровнем мощности, то коэффициент ошибок в битах из-за помех от других удаленных устройств связи может быть слишком высоким, чтобы позволить качественную связь. С другой стороны, если сигнал, переданный удаленным устройством связи, имеет слишком высокий уровень мощности при приеме на базовой станции, то связь с этим конкретным удаленным устройством будет допустимой, но сам сигнал высокой мощности будет создавать помехи для других удаленных устройств связи. Такие помехи могут отрицательно сказываться на связи с другими удаленными устройствами.

Следовательно, для обеспечения максимальной пропускной способности в примерной системе МДКР с расширенным спектром мощность передачи каждого удаленного устройства, находящегося в зоне обслуживания базовой станции, управляется базовой станцией, чтобы обеспечить одинаковую номинальную мощность принимаемых сигналов на этой базовой станции. В идеальном случае общая мощность сигналов, принимаемых на базовой станции, равна номинальной мощности, принимаемой от каждого удаленного устройства связи, умноженной на количество удаленных устройств, ведущих передачу в зоне обслуживания базовой станции, плюс мощность, принимаемая на базовой станции от удаленных устройств связи, находящихся в зоне обслуживания соседних базовых станций.

Потери на трассе в радиоканале можно охарактеризовать двумя отдельными явлениями: средними потерями на трассе и замиранием. Прямая линия связи, т. е. от базовой станции к удаленному устройству связи, функционирует на частоте, отличной от частоты обратной линии связи, т.е. от удаленного устройства связи к базовой станции. Однако, поскольку частоты прямой линии связи и обратной линии связи находятся в одной и той же общей полосе частот, существует значительная корреляция между средними потерями на трассе этих двух линий. С другой стороны, замирание является независимым явлением для прямой и обратной линий связи и изменяется во времени.

В примерной системе МДКР каждое удаленное устройство связи оценивает потери на трассе в прямой линии связи, исходя из общей мощности на его входе. Эта общая мощность равна сумме мощности от всех базовых станций, работающих на одной и той же назначенной частоте, принимаемой удаленным устройством связи. Из оценки средних потерь на трассе прямой линии связи удаленное устройство устанавливает уровень передачи для сигнала обратной линии связи. Если канал обратной линии связи для одного удаленного устройства внезапно улучшается по сравнению с каналом прямой линии связи для того же удаленного устройства в результате независимого замирания этих двух каналов, то мощность сигнала, принимаемого на базовой станции от данного удаленного устройства связи, возрастает. Такое повышение мощности создает дополнительные помехи для всех сигналов, разделяющих ту же назначенную частоту. Следовательно, быстрая реакция мощности передачи удаленного устройства на внезапное улучшение канала улучшит рабочие характеристики системы. Поэтому необходимо, чтобы базовая станция постоянно участвовала в механизме управления удаленным устройством.

Мощностью передачи удаленного устройства связи можно также управлять с одной или нескольких базовых станций. Каждая базовая станция, с которой находится на связи удаленное устройство, измеряет силу принимаемого сигнала от данного удаленного устройства. Измеренная сила сигнала сравнивается с заданным уровнем силы сигнала для данного удаленного устройства связи. Каждая базовая станция генерирует команду на регулировку мощности и посылает ее удаленному устройству по прямой линии связи. В ответ на команду на регулировку мощности, поступившую от базовой станции, удаленное устройство связи уменьшает или повышает свою мощность передачи на заданную величину. С помощью этого метода реализуется быстрый отклик на изменения в канале и улучшается действие системы в среднем. Следует отметить, что в типичной сотовой системе базовые станции не имеют тесной взаимосвязи, и каждой базовой станции в системе не известен уровень мощности, на котором другие базовые станции принимают сигнал от удаленного устройства связи.

Когда удаленное устройство связи находится на связи более чем с одной базовой станцией, команды на регулировку мощности поступают с каждой базовой станции. Удаленное устройство связи реагирует на множество таких команд на регулировку мощности от базовых станций, чтобы избежать передачи на таком уровне мощности, который может отрицательно сказаться на передачах других удаленных устройств связи, и в то же время, чтобы обеспечить достаточную мощность для поддержки связи удаленного устройства с по меньшей мере одной базовой станцией. Этот механизм управления мощностью реализуется за счет того, что удаленное устройство увеличивает уровень своего сигнала передачи только в том случае, если каждая базовая станция, с которой оно находится на связи, запрашивает увеличение уровня мощности. Удаленное устройство снижает уровень своего сигнала, если какая-либо базовая станция, с которой оно находится на связи, запрашивает уменьшение уровня мощности. Система управления мощностью базовой станции и удаленного устройства известна из патента США 5056109 на изобретение "Способ и устройство для управления мощностью передачи в сотовой системе телефонной подвижной связи с МДКР", опубликованного 8 октября 1991 года.

Важным аспектом в процессе мягкого переключения связи является разнесение базовых станций на удаленном устройстве связи. Упомянутый выше способ управления мощностью дает оптимальный результат, когда удаленное устройство осуществляет связь с каждой базовой станцией, через которую это возможно. При этом удаленное устройство связи избегает непреднамеренного создания помех для передач через базовую станцию, которая принимает сигнал удаленного устройства связи на чрезмерном уровне, но не может передать команду на регулировку мощности в это удаленное устройство, поскольку с ним не установлена связь.

Традиционная сотовая или персональная система связи содержит ряд базовых станций, имеющих несколько секторов. Многосекторная базовая станция содержит несколько независимых передающих и приемных антенн. Процесс одновременной связи с двумя секторами одной и той же базовой станции называется более мягким переключением связи. Для удаленного устройства связи процесс мягкого переключения связи и процесс более мягкого переключения связи воспринимаются одинаково. Но работа базовой станции в процессе более мягкого переключения связи отличается от ее работы при мягком переключении. Когда удаленное устройство находится на связи с двумя секторами одной и той же базовой станции, демодулированные сигналы данных от обоих секторов могут объединяться в базовой станции, прежде чем они поступят в контроллер сотовой или персональной системы связи. Поскольку эти два сектора базовой станции совместно используют общие электронные схемы и функциональные блоки управления, для секторов общей базовой станции легко доступна разнообразная информация, которая недоступна между независимыми базовыми станциями. Кроме того, два сектора общей базовой станции посылают одинаковую информацию для управления мощностью в удаленное устройство связи (как будет поясняться ниже).

Процесс объединения при более мягком переключении связи позволяет объединять демодулированные данные из разных секторов перед их декодированием и получать таким образом одно выходное значение для мягкого переключения. Процесс объединения может выполняться на основании относительного уровня каждого сигнала, что обеспечивает наиболее надежный процесс объединения.

Как отмечалось выше, базовая станция может принимать множество образцов сигнала от одного и того же удаленного устройства связи. Каждому демодулированному образцу поступившего сигнала назначается элемент демодуляции. Демодулированный выход элемента демодуляции объединяется. Объединенный сигнал демодулируется. Вместо того чтобы назначаться одному сектору, элементы демодуляции могут назначаться сигналу любого сектора из группы секторов базовой станции. Следовательно, базовая станция может использовать свои ресурсы с большой эффективностью за счет назначения элементов демодуляции наиболее сильным сигналам из всех имеющихся.

Объединение сигналов из секторов общей базовой станции также позволяет разделенной на секторы базовой станции выдавать одну команду на регулировку мощности для управления мощностью удаленного устройства связи. Следовательно, команда на регулировку мощности от каждого сектора общей базовой станции будет одна и та же. Это единообразие управления мощностью позволяет осуществлять гибкую операцию мягкого переключения связи в силу того, что разнесение секторов в удаленном устройстве не имеет критического значения для процесса управления мощностью. Подробнее процесс более мягкого переключения связи описан в заявке на патент США с серийным номером 08/144903, поданной 30 октября 1993 года, на изобретение "Способ и устройство для выполнения переключения связи между секторами общей базовой станции". Дополнительную информацию о преимуществах и применении более мягкого переключения связи можно найти в заявке на патент США с серийным номером 08/144901, поданной 30 октября 1993 года, на изобретение "Способ и устройство для уменьшения средней мощности передачи от разделенной на секторы базовой станции" и заявке на патент США с серийным номером 08/316155, поданной 30 сентября 1994 года, на изобретение "Способ и устройство для уменьшения средней мощности передачи базовой станции", принадлежащих настоящему заявителю.

Каждая базовая станция в сотовой системе имеет зону обслуживания прямой линии связи и зону обслуживания обратной линии связи. Эти зоны обслуживания определяют физическую границу, за пределами которой связь базовой станции с удаленным устройством ухудшается. Иными словами, если удаленное устройство связи находится в пределах зоны обслуживания базовой станции, то оно может вести с нею связь, но если удаленное устройство связи находится вне этой зоны обслуживания, связь становится сомнительной. Базовая станция может содержать один сектор или несколько секторов. Односекторные базовые станции имеют приблизительно круглую зону обслуживания. Многосекторные базовые станции имеют независимые зоны обслуживания, которые образуют лепестки, расходящиеся от базовой станции.

Зоны обслуживания базовой станции имеют две границы переключения связи. Под границей переключения связи понимается физическое место между двумя базовыми станциями, в котором линия связи будет иметь одинаковые характеристики независимо от того, с какой из первой и второй базовых станций ведет связь удаленное устройство. Каждая базовая станция имеет границу переключения для прямой линии связи и границу переключения для обратной линии связи. Под границей переключения для прямой линии связи подразумевается место, в котором приемник удаленного устройства связи функционирует одинаково, независимо от того, какую базовую станцию он принимает. Под границей переключения для обратной линии связи подразумевается место нахождения удаленного устройства, в котором приемники двух базовых станций функционируют одинаково относительно данного удаленного устройства связи.

В идеальном случае эти границы должны быть выровнены, т.е. они должны иметь одинаковое физическое местоположение. Если же они не выровнены, пропускная способность системы может снизиться, так как нарушается процесс управления мощностью или необоснованно расширяется область переключения связи. Следует отметить, что равенство границ переключения связи является функцией времени в том смысле, что зона обслуживания обратной линии связи сжимается по мере того, как возрастает количество присутствующих в ней удаленных устройств связи. Мощность обратной линии связи, которая возрастает с каждым дополнительным удаленным устройством связи, обратно пропорциональна зоне обслуживания обратной линии связи. Увеличение мощности приема уменьшает эффективный размер зоны обслуживания обратной линии связи базовой станции, в результате чего граница переключения обратной линии связи смещается внутрь по направлению к базовой станции.

Для достижения высокой производительности системы с МДКР или другой сотовой системы важно точно и тщательно управлять уровнем мощности передачи базовых станций и удаленных устройств связи в системе. Управление мощностью передачи ограничивает количество внутренних помех, создаваемых системой. Кроме того, на прямой линии связи точный уровень мощности передачи может служить для выравнивания границ переключения связи прямой и обратной линий связи базовой станции или одного сектора многосекторной базовой станции. Такое выравнивание способствует уменьшению размера областей переключения связи, повышению пропускной способности системы в целом и улучшению рабочих характеристик удаленного устройства связи в области переключения.

Перед вводом новой базовой станции в существующую сеть мощность сигнала прямой линии связи (т.е. передачи) и мощность сигнала обратной линии связи (т. е. приема) новой базовой станции устанавливаются приблизительно на нуль. Для запуска процесса ввода новой станции аттенюатор на тракте приема новой базовой станции устанавливается на высокий уровень ослабления, что создает высокий уровень мощности приема искусственного шума. Аттенюатор на тракте передачи также устанавливается на высокий уровень ослабления, что в свою очередь вызывает низкий уровень мощности передачи. Высокий уровень мощности приема искусственного шума приводит к тому, что зона обслуживания обратной линии связи новой базовой станции будет очень мала. Аналогичным образом, поскольку зона обслуживания прямой линии связи прямо пропорциональна мощности передачи, уровень мощности передачи будет очень низким и зона обслуживания прямой линии связи также будет очень малой.

Процесс затем продолжается регулировкой в унисон аттенюаторов на трактах приема и передачи. Уровень ослабления аттенюатора на тракте приема снижают, уменьшая тем самым уровень мощности приема искусственного шума, повышая уровень естественного сигнала и, следовательно, увеличивая размер зоны обслуживания обратной линии связи. Уровень ослабления аттенюатора тракта передачи также снижают, увеличивая тем самым уровень мощности передачи новой базовой станции и расширяя зону обслуживания ее прямой линии связи. Скорость, с которой повышается мощность передачи и понижается мощность приема искусственного шума, должна быть достаточно низкой, чтобы позволить осуществить переключение связи между новой базовой станцией и окружающими базовыми станциями, когда новая базовая станция вводится в систему или выводится из нее.

Каждая базовая станция в системе изначально калибруется таким образом, что сумма шума на тракте ненагруженного приемника и требуемой мощности управляющего сигнала равна некоторой постоянной величине. Эта постоянная калибровочная величина одинакова по всей системе. По мере того, как система получает нагрузку (т.е. когда удаленные устройства связи выходят на связь с базовыми станциями), компенсационная сеть сохраняет постоянное соотношение между мощностью обратной линии связи, принимаемой на базовой станции, и мощностью управляющего сигнала, передаваемого с базовой станции. Нагрузка на базовую станцию вызывает эффективное смещение границы переключения на обратной линии связи ближе к базовой станции. Поэтому для имитации такого же эффекта на прямой линии связи мощность управляющего сигнала снижают по мере увеличения нагрузки. Процесс выравнивания границы переключения на прямой линии связи с границей переключения на обратной линии связи известен как пульсация базовой станции, которая подробно описана в патенте США 5548812 на изобретение "Способ и устройство для выравнивания границы переключения на прямой линии связи с границей переключения на обратной линии связи в сотовой системе связи", опубликованном 20 августа 1996 года и принадлежащем настоящему заявителю. Процесс выравнивания границы переключения на прямой линии связи с границей переключения на обратной линии связи во время ввода базовой станции в систему или ее вывода называется "расцветом" и "увяданием" и подробно описан в патенте США 5475870 на изобретение "Устройство и способ для ввода базовой станции в сотовую систему связи и ее вывода", опубликованном 12 декабря 1995 года и принадлежащем правопреемнику данного изобретения.

Желательно управлять относительной мощностью, используемой в каждом сигнале прямой линии связи, передаваемом базовой станцией в ответ на управляющую информацию, передаваемую каждым удаленным устройством связи. Такое управление, в основном, необходимо для того, чтобы решить проблему возможного ухудшения прямой линии связи в определенных местах. Если мощность, передаваемая удаленному устройству связи, подвергшемуся такому ухудшению, не увеличить, то качество сигнала может стать неприемлемым. Примером такого места может служить точка, в которой потери на трассе к одной или двум соседним базовым станциям почти равны потерям на трассе к базовой станции, ведущей связь с данным удаленным устройством. В таком месте общие помехи возрастут втрое по сравнению с помехами, воспринимаемыми удаленным устройством связи в точке, расположенной относительно близко к его базовой станции. Кроме того, помехи, обуславливаемые соседними базовыми станциями, не замирают в унисон с сигналом от активной базовой станции, как это имеет место в случае помех, исходящих от активной базовой станции. В такой ситуации для достижения соответствующих рабочих характеристик удаленному устройству связи может потребоваться увеличение мощности сигнала от активной базовой станции на 3-4 дБ.

Иногда удаленное устройство связи может попадать в положение, в котором отношение сигнал-шум имеет чрезвычайно хорошее значение. В этом случае базовая станция может передавать соответствующий сигнал на прямой линии связи, используя мощность передачи ниже номинального значения, чтобы уменьшить тем самым помехи для других сигналов, передаваемых системой.

Для достижения перечисленных выше целей можно предусмотреть возможность измерения отношения сигнал-шум в приемнике удаленного устройства связи. Измерение отношения сигнал-шум выполняется путем сравнения мощности полезного сигнала с общей мощностью помех и шума. Если измеренное отношение меньше некоторого заданного значения, то удаленное устройство передает запрос к базовой станции на добавление мощности на прямой линии связи. Если же это отношение превосходит заданное значение, удаленное устройство связи передает запрос на снижение мощности. Одним из способов, с помощью которого приемник удаленного устройства связи может контролировать отношения сигнал-шум, заключается в контролировании коэффициента ошибок в битах (КОБ) в кадрах результирующего сигнала.

Базовая станция получает запросы на регулировку мощности от каждого удаленного устройства связи и реагирует на них, корректируя мощность, выделяемую соответствующему сигналу прямой линии связи, на заданную величину. Такая корректировка обычно невелика, порядка 0,5-1,0 дБ, или около 12%. Частота изменения мощности может быть несколько меньше частоты, которая используется на обратной линии связи возможно один раз в секунду. В предпочтительном варианте динамический диапазон корректировки на прямой линии связи обычно ограничен в рамках от значения на 4 дБ меньше номинальной мощности передачи до значения на 6 дБ выше нее.

Базовые станции МДКР способны точно управлять своим уровнем мощности передачи. Для обеспечения точного управления мощностью необходимо компенсировать изменения в усилении разных компонентов, составляющих передающую цепь базовой станции. Изменения усиления обычно возникают под действием температуры и старения, поэтому точная калибровка при запуске не гарантирует точный уровень выходной мощности передачи в течение всего времени. Изменения усиления можно компенсировать посредством регулировки общего усиления в цепи передачи, чтобы действительная мощность передачи базовой станции соответствовала вычисленной требуемой мощности передачи. Каждый сектор базовой станции обеспечивает несколько каналов сигнализации, работающих с рядом скоростей передачи данных и относительных уровней сигнала, которые вместе создают первичный высокочастотный сигнал передачи. Канальные элементарные модуляторы, каждый из которых соответствует какому-то каналу, вычисляют ожидаемую мощность сигнала каждого канала. Базовая станция также содержит контроллер приемопередатчика базовой станции (КПБС), который вырабатывает требуемую выходную мощность сектора посредством суммирования ожидаемых мощностей каждого канала.

Ключевым аспектом реализации беспроводной системы связи является такое размещение антенн по зоне обслуживания, при котором в каждом местоположении по всей зоне обслуживания, в котором может находиться удаленное устройство связи, поддерживается достаточный уровень сигналов. Для получения распределенной антенны выходной сигнал передачи базовой станции подается в последовательность антенных элементов, разделенных задержкой. В распределенной антенне эксплуатируется способность МДКР с прямой последовательностью дискриминировать многолучевое распространение за счет преднамеренного создания многолучевого распространения, которое удовлетворяет критериям дискриминации.

Методика улучшения рабочих характеристик распределенной антенной системы с помощью параллельных последовательностей отдельных антенн, в которых каждая антенна в общей последовательности разделена с соседними антеннами задержкой, описана в патенте США 5280472 на изобретение "Микросотовая телефонная система МДКР и распределенная антенная система для нее", опубликованном 18 января 1994 года и принадлежащем правопреемнику данного изобретения. Дальнейшее развитие концепция распределенной антенны получила в заявке на патент США с серийным номером 08/112392, поданной 27 августа 1993, на изобретение "Двойная распределенная антенная система", также принадлежащей настоящему заявителю. В распределенной антенной системе сигналы, передаваемые с антенн разных антенных элементов общего узла, имеют разные трассы задержки между базовой станцией и антенной. Антенные элементы могут содержать схемы понижающего преобразования, чтобы уменьшить потери на кабельной трассе между антенными элементами и базовой станцией и позволить использовать стандартные устройства на ПАВ в качестве элементов задержки.

Другое преимущество распределенной антенной системы состоит в том, что для ее внедрения необходимы лишь незначительные специальные технические работы. Обычно местоположение антенны определяется только физическими ограничениями, а также тем, что каждый участок, нуждающийся в обслуживании, должен быть охвачен группой из двух антенн. При этом не имеет значения перекрытие диаграмм направленности антенн. Фактически, охват с перекрытием желателен, так как он обеспечивает работу с разнесением для всех терминалов в зоне перекрытия. Однако, тем не менее, перекрытие не является необходимым.

Целью сети персональной подвижной связи является обеспечение охвата большой территории (географической зоны). Такой охват имеет большое значение и он должен обеспечиваться с первого дня работы, чтобы привлечь пользователей в данной экономической среде. Одной из основных статей расходов на обеспечение охвата большой территории является приобретение прав на недвижимость и землепользование и установка базовых станций, каждая из которых обеспечивает охват части общей географической зоны обслуживания.

Следует отметить, что сети кабельного телевидения (КТВ) обеспечивают широкий охват почти всех пригородных районов. Следовательно, если бы можно было использовать сеть КТВ, называемую кабельной системой, как основу для беспроводной сети связи, то это позволило бы избежать проблемы приобретения прав на недвижимость и землепользование и расходов на установку отдельных базовых станций. Централизованный процессор головного узла мог бы обеспечить необходимые функции обработки сигналов на одном участке в географической зоне, а кабельные распределительные средства можно было бы использовать для подачи сигнала пользователям.

Характеристики системы МДКР обеспечивают широкий спектр преимуществ в беспроводной системе связи на основе КТВ. Интеграцию беспроводной сети связи с кабельной системой можно так тщательно скоординировать, чтобы в полной мере воспользоваться гибкостью и пропускной способностью системы МДКР. В основу настоящего изобретения положена задача создания такой системы.

Сущность изобретения Предложены способ и устройство для интеграции персональной системы связи с системой кабельного телевидения. Группа радиоантенных устройств (РАУ) соединена с кабельной системой. РАУ обеспечивают преобразование частоты и управление мощностью сигнала, принимаемого из кабельной системы, для беспроводной передачи удаленным устройствам связи. РАУ также обеспечивают управление мощностью и преобразование частоты сигналов беспроводной связи, принимаемых от удаленных устройств связи, для их передачи с помощью РАУ по кабельной системе.

В головном узле кабельной системы устанавливается базовая станция для выполнения функций интерфейса между РАУ и коммутируемой телефонной сетью общего пользования (КТСОП). Базовая станция обеспечивает выполнение функций стандартной макросотовой базовой станции, таких как понижающее преобразование частоты, демодуляция, объединение сигналов и декодирование сигналов, а также модуляция, управление мощностью и повышающее преобразование частоты. Базовая станция может также выполнять некоторые функции, которые обычно выполняются централизованным системным контроллером в стандартной макросотовой системе, например функции выборочного вокодирования.

В дополнение к функциям стандартных базовых станций и централизованного системного контроллера базовая станция КТВ также должна компенсировать изменения усиления в кабельной системе. Управление нисходящей мощностью регулируется опорным сигналом РАУ, который может быть скрыт в сигнале МДКР для обеспечения максимальной эффективности. Управление восходящей мощностью регулируется опорным сигналом восходящего усиления, который передается отдельно каждым РАУ на восходящей линии связи.

Архитектура предложенного технического решения сама по себе обеспечивает значительную гибкость. Каждое РАУ может функционировать либо как элемент распределенной антенны, либо как сектор базовой станции. Функционирование каждого РАУ как распределенной антенны или сектора может дистанционно программироваться с процессора головного узла. Следовательно, чтобы учесть изменяющуюся плотность графика, можно географически изменять плотность пропускной способности системы.

Гибкость также имеет большое значение во время развертывания системы. В этих обстоятельствах всей системе может понадобиться всего один сектор в базовой станции, чтобы обслуживать первоначально небольшое количество пользователей. По мере роста использования системы, чтобы увеличить ее пропускную способность, можно просто добавлять ресурсы в головном узле. РАУ дистанционно перепрограммируются с головного узла для работы с вновь вводимыми ресурсами.

Тесная взаимосвязь ресурсов базовой станции позволяет системе объединять поступающие сигналы, соответствующие разным секторам во всей системе, после демодуляции и перед декодированием. Таким образом, можно выполнять более мягкое переключение связи по всей зоне обслуживания.

Краткое описание чертежей В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его воплощения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых использованы идентичные нумерационные обозначения, при этом фиг. 1 изображает приведенную в качестве примера (примерную) схему кабельной системы, фиг. 2 - структурную схему, иллюстрирующую примерную кабельную систему, интегрированную с персональной системой связи, фиг. 3 - структуру для обработки сигналов на прямой линии связи в примерном варианте радиоантенного устройства (РАУ), фиг. 4 - структуру для обработки сигналов на обратной линии связи в примерном варианте РАУ,
фиг.5 - диаграмму направленности антенны типичной трехсекторной станции,
фиг. 6 - группу распределенных антенн, обеспечивающих охват концентрированной зоны обслуживания,
фиг. 7 - примерный вариант реализации стандартной сотовой системы, показывающий три односекторных базовых станции,
фиг. 8 - примерный вариант трехсекторной базовой станции стандартной сотовой системы,
фиг. 9А - примерное спектральное распределение на нисходящей линии связи кабельной системы,
фиг. 9В - примерное спектральное распределение на восходящей линии связи кабельной системы,
фиг. 10 - примерную структурную схему базовой станции, выполненной в соответствии с изобретением,
фиг. 11 - сценарий, в котором опорный сигнал РАУ помещен в центре секторного сигнала МДКР, и
фиг. 12 - структурную схему, частично иллюстрирующую функции цифровых каскадов.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
На фиг.1 изображен примерный вариант кабельной системы. Антенны 10 и 12 для спутниковых сигналов принимают сигналы телевидения (ТВ сигналы) обычно в диапазоне частот Кu или С в головном узле 4. ТВ приемник 14 в головном узле 4 преобразует эти сигналы в более низкие радиочастоты для передачи по кабельной системе. Обычно нисходящие ТВ сигналы передаются в диапазоне частот 54-550 МГц. Электрические высокочастотные сигналы с выхода ТВ приемника 14 подаются в банк преобразователей 16A-16I электрических сигналов в оптические. Каждый из преобразователей 16A-16I электрических сигналов в оптические преобразует электрические ВЧ сигналы в оптические сигналы для оптоволоконной передачи в подгруппу географических зон обслуживания, обслуживаемую множеством оптоволоконных узлов 20A-20I. Например, оптическое волокно 2 передает оптические сигналы от преобразователя 16А электрических сигналов в оптические в оптоволоконный узел 20А. Оптоволоконные узлы 20A-20I разнесены по всей географической зоне, обслуживаемой сигналом с оптического волокна 2. Каждый из оптоволоконных узлов 20A-20I подает сигнал по кабелю для электрических сигналов в множество пунктов назначения 24А-24I, таких как жилые дома и учреждения. По длине кабеля для электрических сигналов расположено множество двусторонних усилителей 22A-22I. Кроме последовательной конфигурации, показанной на фиг.1, кабель для электрических сигналов и усилители можно также организовать параллельно и/или в виде звезды.

Трасса прохождения ТВ сигнала от головного узла 4 к пунктам назначения 24A-24I называется нисходящей трассой. Обычно в городе, имеющем население около одного миллиона, имеются три или четыре головных узла. Оптоволоконные линии, такие как оптическое волокно 2, протянуты на большие расстояния по подземным трубам или наземным мачтам. От каждого оптоволоконного узла 20A-20I кабели для электрических сигналов обычно простираются на милю или меньше в зависимости от количества пунктов назначения. Двусторонние усилители 22A-22I могут быть введены через каждые 1000 футов (~300 м) по длине кабеля для электрических сигналов. Обычно не более пяти двусторонних усилителей расположены каскадом по длине любого кабеля для электрических сигналов, учитывая интермодуляционное искажение, добавляемое каждым усилителем.

Согласно требованиям Нормативов Федеральной комиссии по связи (ФКС) кабельная система должна обеспечивать двустороннюю связь с пунктами назначения. В дополнение к нисходящей системе, подающей ТВ сигналы в пункт назначения, восходящая система обеспечивает трассу сигнализации от пунктов назначения 24A-24I обратно к головному узлу 4. Восходящая трасса предназначена для передачи гораздо меньшего объема сигнального графика, чем нисходящая трасса. Восходящая трасса может использоваться, например, для индикации пользователем, что он выбрал принцип "оплаты за просмотр".

Восходящая линия связи функционирует практически так же, как нисходящая линия связи, но в обратную сторону. Обычно, восходящая линия связи работает в более ограниченном диапазоне частот, например 5-40 МГц. Сигналы от пунктов назначения 24A-24I передаются через кабель для электрических сигналов и двусторонние усилители 22A-22I в оптоволоконный узел 20А. В оптоволоконных узлах 20A-20I сигналы преобразуются из электрической формы в оптическую для передачи на оптическом волокне 2. В головном узле 4 восходящие сигналы преобразуются в электрическую форму преобразователями 18A-18I оптических сигналов в электрические. Восходящие сигналы затем обрабатываются пользовательским процессором 6 сигналов.

В типичных конфигурациях существует однозначное соответствие между преобразователями 16A-16I электрических сигналов в оптические и оптоволоконными узлами 20A-20I. Уникальное оптическое волокно, входящее в оптическое волокно 2, передает каждый нисходящий и восходящий сигнал отдельно.

На фиг.2 показана примерная архитектура, воплощающая данное техническое решение, интегрированное с примерной кабельной системой, изображенной по фиг.1. Головной узел 4 заменен головным узлом 40, который обеспечивает функции беспроводной связи. В состав головного узла 40 входит базовая станция 44, которая обеспечивает сопряжение беспроводной сети связи с коммутируемой телефонной сетью общего пользования (ТСОП) 30. Кроме того, базовая станция 44 обеспечивает генерацию вызывных сигналов МДКР для прямой линии связи, а также управляющих и других служебных сигналов, которые распределяются на нисходящей линии связи. Базовая станция 44 также предусматривает выбор или объединение вызывного сигнала МДКР на обратной линии связи и служебных сигналов, принимаемых на восходящей линии связи. Базовая станция 44 будет более подробно описана ниже.

Как отмечалось выше, нисходящая линия системы КТВ обычно несет ТВ сигналы в полосе частот 54-550 МГц. Однако нисходящая линия системы КТВ способна обеспечивать передачу сигналов с частотой до 700 МГц. Некоторые совершенно новые системы способны работать на частоте до 850 МГц. В тех более старых системах, которые работают только на частоте 350-450 МГц, может потребоваться освободить несколько телевизионных приемников для использования их в ПСС. В предпочтительном варианте изобретения сигналы МДКР прямых линий связи передаются в диапазоне 550-700 МГц. Каждому сектору прямой линии МДКР выделяется часть имеющейся полосы частот в системе КТВ. Сигнал прямой линии связи на выходе базовой станции 44 суммируется с ТВ сигналами от приемника 14 КТВ в сумматоре 42. Сигналы МДКР прямой линии связи передаются практически так же, как ТВ сигналы на нисходящей линии КТВ. Как будет более подробно описано ниже, пунктами назначения некоторых сигналов МДКР на прямой линии связи являются радиоантенные устройства (РАУ) 50A-50I. РАУ 50A-50I излучают сигнал МДКР прямой линии связи в географическую зону обслуживания, ассоциированную с оптоволоконным узлом 20А. РАУ 50A-50I разнесены по длине электрического кабеля, связанного с оптоволоконным узлом 20А, обычно на расстояние 1000-1500 футов (~300-450 м). Сигналы МДКР прямой линии связи пропускаются через двусторонние усилители 22A-22I вместе с ТВ сигналами. РАУ 50A-50I, по всей вероятности, должны размещаться таким образом, чтобы сигналы, которые они выдают, могли излучаться с достаточными уровнями энергии на требуемую зону обслуживания. Если электрический кабель, связанный с оптоволоконным узлом 20А, находится под землей, РАУ 50A-50I могут быть установлены на одном или нескольких пунктах назначения 24A-24I. Например, даже если электрический кабель проложен под землей, он выходит на поверхность для соединения с физической конструкцией, соответствующей каждому пункту назначения. РАУ 50A-50I могут устанавливаться на крыше здания. Если электрический кабель, связанный с оптоволоконным узлом 20, находится над поверхностью земли, то РАУ 50A-50I можно разместить в любом месте по длине самого кабеля или на одной из вышек, удерживающих электрический кабель.

Как было отмечено выше, восходящая линия связи работает в полосе частот 5-40 МГц. Обратная линия связи системы МДКР, если есть разнесение в приемном тракте, предпочтительно работает так, что каждое РАУ 50A-50I имеет две разные приемные антенны, каждая из которых подает отдельный сигнал обратно на базовую станцию 44. Следовательно, если бы сигналы МДКР обратной линии связи должны были частотно мультиплексироваться в системе КТВ, на обратной линии связи потребовался бы вдвое больший спектральный диапазон, чем тот, который используется для сигналов МДКР на прямой линии связи. Но для восходящей линии КТВ доступно только 35 МГц полосы частот. Следовательно, как показано на фиг.2, каждый оптоволоконный узел 20A-20I соответствует прямой трассе к соответствующему одному из преобразователей 18A-18I оптических сигналов в электрические. Каждый преобразователь 18A-18I оптических сигналов в электрические соединен с процессором 40 головного узла. Базовая станция 44 выдает сигнал в ТСОП 30 и принимает сигналы из нее.

Как отмечалось выше, одним важным аспектом системы связи МДКР является управление мощностью как на прямой, так и на обратной линии связи. В известных базовых станциях МДКР средства генерации сигналов и антенные средства располагаются в одном месте. Поэтому известные базовые станции МДКР могут просто прямо устанавливать уровень мощности передачи. Аналогично известные базовые станции МДКР могут прямо измерять уровни сигналов, которые они принимают.

В отличие от них, в системе на основе системы КТВ базовая станция 44 и РАУ 50A-50I могут быть расположены на расстоянии многих миль друг от друга. Кроме того, даже при беглом взгляде на фиг.2 видно, что трассы между каждой отдельной РАУ 50A-50I и базовой станцией 44 различны. В дополнение к постоянным физическим различиям между трассами, усиление системы КТВ существенно изменяется во времени, например, под действием широкого диапазона температур, при которых должна работать система. Система КТВ также подвержена воздействию широкого спектра динамических проникающих сигналов. Под проникающими сигналами подразумеваются паразитные сигналы, попадающие в кабельную систему. Множество проникающих сигналов образуется в городской среде, например, от других систем связи (таких, как местные системы телевещания, коммерческие системы радиовещания, радиостанции гражданских служб) и от механизмов, которые создают произвольные спорадические излучения (такие, как излучения при запуске автомобиля). Проникающие сигналы очень непредсказуемы и сильно изменяются во времени.

Учитывая важность управления мощностью в системе МДКР, а также сложность и изменчивость амплитудной реакции кабельной системы, управление мощностью признано важным аспектом изобретения. Компенсация управления мощностью прямой линии связи осуществляется путем использования опорного сигнала РАУ, передаваемого по нисходящей линии связи. Компенсация управления мощностью обратной линии связи осуществляется за счет использования опорного сигнала усиления восходящей линии связи, передаваемого по восходящей линии связи. Форма и функция опорного сигнала РАУ и опорного сигнала усиления восходящей линии более подробно описаны ниже.

Прежде чем приступить к обсуждению механизма компенсации управления мощностью, рассмотрим структуру самих РАУ. Каждое РАУ обеспечивает обработку сигналов как прямой, так и обратной линии связи. На фиг.3 показана структура для обработки сигналов прямой линии связи в примерном варианте РАУ, являющемся его предпочтительным вариантом. На фиг.3 блок сопряжения 60 подает высокочастотный сигнал с электрического кабеля. Делитель 62 делит входящий сигнал таким образом, что его могут использовать два разных обрабатывающих элемента. Процессор 84 опорного сигнала РАУ извлекает опорный сигнал РАУ из множества сигналов, присутствующих в электрическом кабеле. Опорный сигнал РАУ служит трем целям: он является эталоном усиления канала, эталоном для синтезаторов частот и используется для передачи управляющих данных в РАУ. Каждая из этих функций будет подробно описана ниже. Процессор 84 опорного сигнала РАУ извлекает опорный сигнал частоты из опорного сигнала РАУ и подает его в блоки фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) 64 и 68. Процессор 84 опорного сигнала РАУ также извлекает опорный сигнал усиления, который дальше обрабатывается микропроцессором 88 РАУ и подается в блок 72 управления усилением. Процессор 84 опорного сигнала РАУ извлекает также любые управляющие данные и подает их в микропроцессор 88 РАУ для дальнейшего анализа. Управляющие данные могут включать в себя команды от головного узла 40, предназначенные только для данного РАУ. Например, управляющие данные могут указывать, что частота ФАПЧ 68 или ФАПЧ 64 должна быть изменена на новое значение.

Процессор 70 промежуточной частоты (ПЧ процессор) также принимает сигнал от делителя 62. ПЧ процессор 70 преобразует входящий сигнал таким образом, что полезный сигнал центрируется вокруг заданной ПЧ. Как было указано выше, сигналы МДКР прямой линии связи частотно мультиплексируются в кабельной системе. Частота, генерированная ФАПЧ 64, смешивается с входящим сигналом от делителя 62 таким образом, что полезный сигнал центрируется вокруг заданной промежуточной частоты. Обычно в ПЧ процессоре используется фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ) или другой фильтр, согласованный с формой волны сигнала, который передает РАУ, и отклоняющий другие сигналы, поступающие из делителя 62. Если физическое расстояние между РАУ недостаточно для обеспечения задержки, создающей пригодное многолучевое распространение, ПЧ процессор 70 может также содержать заменяемый на месте, или программируемый, или стационарный элемент задержки.

ПЧ сигнал с выхода ПЧ процессора 70 подается в блок 72 управления усилением. Блок 72 управления усилением устанавливает выходную мощность передачи РАУ с учетом управляющего сигнала от микропроцессора 88 РАУ. Смеситель 74 преобразует с повышением частоты сигнал с отрегулированным усилением, поступивший из блока 72 управления усилением, в частоту передачи. Усилитель 76 мощности обеспечивает номинально фиксированное усиление и усиливает сигнал до соответствующей мощности для передачи. Фильтр 77 отфильтровывает сигнал для передачи, чтобы подавить любые паразитные продукты смесителя. Блок 78 сопряжения подает небольшое количество мощности, переданной с этого РАУ, на антенну 80. Мощность, поданная от блока 78 сопряжения, измеряется детектором 90 мощности и результат сообщается обратно в микропроцессор 88 РАУ.

На фиг. 4 показана структура для обработки сигналов на обратной линии связи в примерном варианте РАУ, являющемся предпочтительным вариантом. Каждая из антенн 100 и 126 связана с этим РАУ. За счет использования двух расположенных вместе антенн, помещенных на некотором расстоянии друг от друга, на каждом РАУ вводится желаемое разнесение. Разделение между антеннами должно позволять этим двум антеннам иметь практически одинаковую зону обслуживания, но при этом обеспечивать независимое замирание. Размещение двух антенн на одной базовой станции для получения разнесения является распространенной практикой в макросотовых системах. В макросотовой системе две антенны, имеющие относительно большие зоны обслуживания, обычно порядка нескольких миль (нескольких км), помещаются на одной базовой станции. Обычно антенны помещаются на расстоянии, равном 5-20 длинам волны, друг от друга для обеспечения разнесения трасс и независимости замирания. Как уже отмечалось выше, чтобы полностью воспользоваться преимуществами разнесения трасс, каждый разнесенный сигнал отдельно демодулируется, прежде чем будут суммированы результирующие демодулированные сигналы для получения совокупного результата. Процесс демодуляции выполняется в головном узле 40. Следовательно, в данном изобретении два отдельных сигнала приема транспортируются с каждого РАУ обратно в головной узел 40, при этом каждой антенне 100 и 126 соответствует по одному сигналу, и они будут ниже соответственно именоваться как трассы альфа и бета сигналов. Поэтому для восходящей сигнализации в кабельной системе требуется вдвое большая ширина полосы частот, чем для нисходящей сигнализации.

С антенны 100 альфа сигнал приема поступает в управляемый аттенюатор 102, а с антенны 126 бета сигнал приема поступает в управляемый аттенюатор 128. Хотя размещение управляемых аттенюаторов 102 и 128 сразу после антенн 100 и 126 кажется противоречащим логике, тем не менее эти управляемые аттенюаторы выполняют две важные функции. В целях правильного объединения сигнала, демодулированного в головном узле 40, необходимо знать относительные уровни каждого сигнала, подлежащего объединению, чтобы можно было правильно взвесить сигнал для объединения его с другими сигналами. Поскольку генерируется только один восходящий опорный сигнал усиления для облегчения этого процесса из каждого РАУ, этот восходящий опорный сигнал усиления используется для индикации относительного уровня обоих принятых сигналов от одного РАУ. Следовательно, две трассы следует уравнять так, чтобы они обе обеспечивали одинаковые характеристики приема (коэффициент шума и усиление) для сигналов, которые они принимают. Управляемые аттенюаторы 102 и 128 могут использоваться для калибровки альфа и бета трасс.

Вторая цель управляемых аттенюаторов 102 и 128 состоит в том, чтобы обеспечить пульсацию и "расцвет" РАУ. Пульсацией называют процесс, с помощью которого границы переключения связи на прямой и обратной линии выравниваются относительно соседних РАУ. Под расцветом понимается процесс, с помощью которого РАУ добавляются или удаляются из работы. Микропроцессор 88 РАУ управляет ослаблением управляемых аттенюаторов 102 и 128 для реализации этих процессов. Пульсация и расцвет, включая целый ряд вариантов, подробно описаны в упомянутых выше патентах США 5548812 и 5475870.

Затем на каждой трассе сигнал приема усиливается в малошумящем усилителе 104 и 130. Усиленный сигнал преобразуется в фиксированную ПЧ в смесителе 106 и 132. Фиксированная ПЧ остается неизменной независимо от частоты, принимаемой антеннами 100 и 126, и частоты, используемой для передачи сигнала от РАУ в головной узел 40 по кабельной системе. Смесители 106 и 132 управляются блоком ФАПЧ 118, который вырабатывает частоту, запрограммированную микропроцессором РАУ 88 и с учетом опорного сигнала РАУ (связи не показаны для упрощения иллюстрации).

Сигнал с выхода смесителей 106 и 132 повергается полосовой фильтрации соответственно в полосовых фильтрах 108 и 134, чтобы отклонить нежелательные частоты. Блоки 110 и 136 задержки могут быть фиксированными, заменяемыми на месте или управляемыми. Может возникнуть необходимость создания задержки в цепи приема, если, например, объединяются два сигнальных тракта от каждой антенны 100 и 126, или если сигналы объединяются с сигналами от других РАУ в кабельной системе. Более подробную информацию по этому вопросу можно найти в упомянутом выше патенте США 5280472 и заявке на патент США 08/112392.

Смеситель 112 преобразует альфа сигнал в соответствующую частоту для передачи по кабельной системе, используя смешивающий сигнал, поступающий от блока ФАПЧ 120. Смеситель 138 преобразует бета сигнал в соответствующую частоту для передачи по кабельной системе, используя смешивающий сигнал, обеспечиваемый блоком ФАПЧ 122. Блоки ФАПЧ 120 и 122 программируются микропроцессором 88 РАУ и учитывают опорный сигнал РАУ (связи не показаны для упрощения иллюстрации). Сумматор 144 суммирует на общем выходе альфа и бета сигналы и восходящий опорный сигнал усиления. Регулятор усиления 146 регулирует усиление суммарного сигнала и усилитель 148 усиливает суммарный сигнал. Блок 150 сопряжения подает суммарный сигнал в кабельную систему.

На фиг.4 вновь в целях пояснения показан микропроцессор 88 РАУ. В предпочтительном варианте воплощения микропроцессор 88 РАУ представляет собой один обрабатывающий узел, который обеспечивает управление как приемной, так и передающей частями РАУ. Также на фиг.4 показан управляемый напряжением кварцевый генератор 154 с температурной компенсацией (УНКГТК). УНКГТК 154 обеспечивает тактовый сигнал для микропроцессора РАУ 88 и опорный сигнал для генератора 152 восходящего опорного сигнала усиления. Микропроцессор 88 РАУ может синхронизировать выходной сигнал УНКГТК 154 с опорным сигналом РАУ и/или осуществлять фазовую автоподстройку частоты после того, как поступит опорный сигнал РАУ. Когда РАУ впервые принимает мощность, выходной сигнал УНКГТК 154 может выдавать тактовый сигнал и опорные сигналы, с помощью которых обеспечивается выполнение функций самонастройки.

Генератор 152 восходящего опорного сигнала усиления обеспечивает механизм управления мощностью для РАУ. Каждое РАУ передает различимый восходящий опорный сигнал усиления обратно в головной узел 40, где этот сигнал измеряется и сравнивается с другими принятыми уровнями восходящего опорного сигнала усиления. Головной узел 40 может послать сообщение через опорный сигнал РАУ в отдельный РАУ с командой увеличить или уменьшить уровень мощности сигнала, который он подает в кабельную систему. Как отмечалось выше, кабельная система обеспечивает усиление, которое может существенно изменяться в течение времени. Усиление кабельной системы и изменение во времени различны для разных частот. Каждое РАУ должно иметь восходящий опорный сигнал усиления, который различим на головном узле 40, даже если сигналы, которые он генерирует, объединяются с сигналами от других РАУ. В дальнейшем будет более подробно описано действие восходящего опорного сигнала усиления.

Как отмечалось выше, типичная сотовая система содержит множество разнесенных базовых станций, каждая из которых имеет набор связанных и совместно расположенных антенн. Типичная сотовая станция может содержать три или более секторов. Сектора представляют собой подразделения базовой станции, тесно связанные между собой. Каждый сектор передает набор сигналов, отличный от набора сигналов, передаваемых каждым другим сектором этой базовой станции. Так как электронные схемы секторов расположены в одном месте, можно легко обеспечить их совместное использование и взаимное соединение между секторами.

На фиг. 5 показана диаграмма направленности антенны типичной трехсекторной базовой станции. Зона обслуживания 300А на фиг.5 показана самой тонкой линией. Зона обслуживания 300В показана линией средней толщины. Зона обслуживания 300С показана самой жирной линией. Форма трех зон обслуживания, показанных на фиг.5, соответствует форме, создаваемой стандартными направленными симметричными вибраторными антеннами. Края зон обслуживания можно рассматривать как место, в котором удаленное средство связи принимает минимальный уровень сигнала, необходимый для поддержки связи через этот сектор. По мере перемещения удаленного устройства связи в сектор сила сигнала, принимаемого от базовой станции, как его воспринимает удаленное устройство связи, возрастает. Удаленное устройство связи в точке 302 может вести связь через сектор 300А. Удаленное устройство связи в точке 303 может вести связь через сектор 300А и сектор 300В. Удаленное устройство связи в точке 305 может вести связь через сектор 300В. По мере того как удаленное устройство связи переходит через край сектора, связь через этот сектор может ухудшаться. Удаленное устройство связи, работающее в режиме мягкого переключения связи между базовой станцией на фиг.5 и не показанной соседней базовой станцией, вероятно будет находиться вблизи края одного из секторов.

Конфигурация распределенной антенны описана в упомянутом выше патенте США 5280472. В антенной системе, описанной в этом патенте, последовательности антенн связаны друг с другом и разделены элементами задержки. Последовательности антенн можно использовать для обеспечения охвата удлиненной зоны или зоны, имеющей большое количество объектов, вызывающих ослабление сигнала. Например, распределенную антенну можно использовать для обеспечения сигнала, проходящего по длине тротуара между двумя очень высокими зданиями. Распределенная антенна может легко обеспечить охват с учетом углов, там где охват стандартной базовой станции, например, показанный на фиг.5, блокируется большими зданиями.

Система распределенных антенн может использоваться для обеспечения охвата не только удлиненной, но и концентрированной зоны обслуживания. Например, на фиг.6 показана группа распределенных антенн 306A-306J, которая обеспечивает соответственно зоны обслуживания 306A-306J. Система распределенных антенн обычно используется в связи с одним сектором базовой станции. Следовательно, каждая распределенная антенна 306A-306J передает одинаковый набор сигналов. Даже если между антеннами используются элементы задержки, каждая из распределенных антенн 306A-306J обеспечивает один и тот же набор сигналов. В дополнение к большой гибкости формы зоны обслуживания преимущество распределенных антенн состоит в том, что удаленным устройствам связи, находящимся в их зонах обслуживания, подается сигнал относительно постоянной мощности. Поэтому удаленные устройства связи могут избежать ведения передачи на очень высоких уровнях, что вызвало бы быстрый расход мощности батарей.

В системе распределенных антенн, изображенной на фиг.6, по мере того, как удаленное устройство связи движется между зонами обслуживания 306A-306J, ни базовая станция, ни удаленное устройство связи не выполняют никакого переключения связи. Сигналы, которые передаются через более чем одну распределенную антенну 306A-306J, поступают на базовую станцию и в удаленное устройство связи как при многолучевом распространении, и они обнаруживаются, демодулируются и объединяются так же, как при естественном многолучевом распространении.

На фиг.7 показан примерный вариант стандартной сотовой системы, иллюстрирующий три односекторные базовые станции 363, 364 и 368. Каждая антенна 310, 326 и 344 является приемной антенной соответственно для базовой станции 363, 364 и 368. Базовые станции 362, 364 и 368 расположены близко друг к другу и антенны 310, 326 и 344 имеют перекрывающиеся зоны обслуживания, в результате чего сигнал одного удаленного устройства связи может одновременно находится в режиме мягкого переключения связи со всеми тремя базовыми станциями. Любая из антенн 310, 326 и 344 может быть такой распределенной антенной, как показана на фиг.6. Обычно на базовых станциях используются разнесенные приемные антенны, что означает, что в каждом секторе используются две отдельные антенны. Каждая разнесенная антенна подсоединена к собственному обрабатывающему блоку ВЧ приема, а элементы демодуляции могут назначаться для обслуживания сигналов с любой из антенн. Для упрощения иллюстрации эта разнесенная система на фиг.7 не показана.

Антенны 310, 326 и 344 подают сигнал приема соответственно в обрабатывающие блоки 312, 328 и 346 приема. Обрабатывающие блоки 312, 328 и 346 приема обрабатывают ВЧ сигнал и преобразуют его в цифровые двоичные разряды. Обрабатывающие блоки 312, 328 и 346 приема могут также отфильтровывать цифровые двоичные разряды. Обрабатывающий блок 312 приема подает отфильтрованные цифровые двоичные разряды в элементы демодуляции 316A-316N. Обрабатывающий блок 328 приема подает отфильтрованные цифровые двоичные разряды в элементы демодуляции 332A-332N. Аналогичным образом, обрабатывающий блок 346 приема подает отфильтрованные цифровые двоичные разряды в элементы демодуляции 350A-350N.

Элементы демодуляции 316A-316N управляются контроллером 318 через межкомпонентное соединение 320. Контроллер 318 назначает элементы демодуляции 316A-316N одному из образцов информационных сигналов, принимаемых от одного и того же удаленного устройства связи, как их воспринимает базовая станция 362. Разные образцы сигнала могут возникать в результате характеристик многолучевого распространения, обусловленных средой. Элементы демодуляции 316A-316N генерируют биты данных 322A-322N, которые суммируются в сумматоре 324 символов. Выходной сигнал сумматора 324 символов может представлять собой данные совокупного мягкого решения, подходящие для декодирования по Витерби. Суммарные данные декодируются декодером 314, выдаются как Сообщение 1 и подаются в контроллер 370 сотовой или персональной системы связи.

Команда на регулировку мощности от базовой станции 362 для удаленного устройства связи формируется контроллером 318 из суммарной силы всех сигналов, демодулированных элементами демодуляции 316A-316N. Контроллер 318 может подать информацию управления мощностью в передающие электронные схемы (не показаны) базовой станции 362 для ретрансляции удаленному устройству связи.

Элементы демодуляции 322A-322N управляются контроллером 334 через межкомпонентное соединение 336. Контроллер 334 назначает элементы демодуляции 322A-322N одному из образцов информационных сигналов, принимаемых от одного и того же удаленного устройства связи. Элементы демодуляции 322A-322N генерируют биты данных 338A-338N, которые суммируются в сумматоре 340 символов. Выходной сигнал сумматора 340 символов может представлять собой данные совокупного мягкого решения, подходящие для декодирования по Витерби. Суммарные данные декодируются декодером 342, выдаются как Сообщение 2 и подаются в контроллер 370 сотовой или персональной системы связи.

Команда на регулировку мощности для удаленного устройства связи формируется контроллером 334 из суммарной силы всех сигналов, демодулированных элементами демодуляции 322A-322N. Контроллер 334 может передать информацию управления мощностью в передающие электронные схемы (не показаны) базовой станции 364 для ретрансляции удаленному устройству связи.

Элементы демодуляции 350A-350N управляются контроллером 352 через межкомпонентное соединение 354. Контроллер 352 назначает элементы демодуляции 350A-350N одному из образцов информационных сигналов, принимаемых от одного и того же удаленного устройства связи, как их воспринимает базовая станция 368. Элементы демодуляции 350A-350N генерируют биты данных 356A-356N, которые суммируются в сумматоре 358 символов. Выходной сигнал сумматора символов может представлять собой данные совокупного мягкого решения, подходящие для декодирования по Витерби. Суммарные данные декодируются декодером 360, выдаются как Сообщение 3 и подаются в контроллер 370 сотовой или персональной системы связи.

Команда на регулировку мощности для удаленного устройства связи формируется контроллером 352 из оценочной силы всех сигналов, демодулированных элементами демодуляции 350A-350N. Контроллер 352 может передать информацию управления мощностью в передающие электронные схемы (не показаны) базовой станции 368 для ретрансляции удаленному устройству связи.

Для каждого удаленного устройства связи, работающего в режиме мягкого переключения связи в системе, контроллер 370 сотовой или персональной системы связи принимает декодированные данные от, по меньшей мере, двух базовых станций. Например, как показано на фиг.7, контроллер 370 сотовой или персональной системы связи принимает декодированные данные в форме Сообщений 1, 2 и 3 от одного и того же удаленного устройства связи соответственно с базовой станции 362, 364 и 368. Эти декодированные данные нельзя суммировать для обеспечения тех преимуществ, которые дает суммирование данных перед декодированием. Поэтому контроллер 370 сотовой или персональной системы связи обычно не суммирует декодированные данные от каждой базовой станции, а вместо этого выбирает одно их трех декодированных Сообщений 1, 2 или 3, имеющее максимальный показатель качества сигнала, и отбрасывает остальные два сообщения. Как видно на фиг.7, селектор 372 выполняет процесс выбора на покадровой основе и подает результат в вокодер иди другой блок обработки данных. Более подробную информацию о процессе выбора можно найти в находящейся на рассмотрении заявке на патент США с серийным номером 08/519670 на изобретение "Система связи с использованием многократного выбора данных".

Причина, почему суммированный, но не декодированный выходной сигнал из сумматоров 324, 340 и 358 символов не посылается соответственно из базовых станций 362, 364 и 368 в системный контроллер 370, состоит в том, что процесс демодуляции генерирует данные с очень высокой скоростью. В процессе декодирования для формирования декодированного символа используется большой блок данных. Соотношение между количеством данных, необходимых для декодирования символа данных, и количеством данных для определения декодированного символа и показателя качества, может достигать 1000:1. В дополнение к этой сложности, отрицательно сказывается характерная задержка, обусловленная переносом таких больших количеств данных, если только не используется высокоскоростная линия связи. Следовательно, система взаимосвязи между сотнями базовых станций в системе (большинство которых не показаны на фиг.7) и системным контроллером 370 существенно упрощается за счет посылки только декодированных данных и индикаций качества, вместо того, чтобы посылать недекодированные данные, пригодные для суммирования.

Помимо сложности передачи большого объема данных, связанной с суммированными, но недекодированными данными, отрицательным моментом также является стоимость. Обычно, базовые станции системы располагаются на расстоянии от системного контроллера. Трассой от базовых станций к системному контроллеру обычно служит арендованная линия связи, например интерфейсная магистраль Т1. Стоимость таких линий связи в значительной степени определяется объемом передаваемых по ним данных. Следовательно, увеличение данных, передаваемых от базовых станций в системный контроллер, экономически не выгодно и технически сложно.

В менее оптимальной системе способ выбора мягкого переключения связи, описанный со ссылкой на фиг.7, можно непосредственно применять для разделенной на сектора базовой станции, если рассматривать каждый сектор общей базовой станции как отдельную независимую базовую станцию. Каждый сектор базовой станции может объединять и декодировать сигналы многолучевого распространения от одного удаленного устройства связи. Декодированные данные могут посылаться прямо в контроллер сотовой или персональной системы связи каждым сектором базовой станции, или же они могут сравниваться и выбираться на базовой станции, а результат посылаться в контроллер сотовой или персональной системы связи. Но наиболее предпочтительным методом выполнения переключения связи между секторами одной базовой станции является использование более мягкого переключения связи, описанного в упомянутой выше заявке на патент США с серийным номнром 08/144903. Электронные схемы для обеспечения более мягкого переключения описаны в связи с фиг.8.

Как показано на фиг.8, каждая антенна 222А-222С является приемной антенной для одного сектора, а каждая антенна 230А-230С является передающей антенной для одного сектора. Антенна 222А и антенна 230С соответствуют общей зоне обслуживания и могут в идеале иметь одинаковую диаграмму направленности. Аналогичным образом антенны 222В и 230В и антенны 222С и 230С соответствуют общим зонам обслуживания. На фиг.8 изображена типичная базовая станция, в которой антенны 222А-222С имеют перекрывающиеся зоны обслуживания, так что одно удаленное устройство связи может быть одновременно представлено более чем на одной антенне. Антенны 222А-222С могут обеспечивать диаграммы направленности, показанные на фиг. 5, или же одна или несколько антенн 222А-222С могут быть распределенными антеннами.

Как показано на фиг.8, антенны 222А, 222В и 222С подают принятый сигнал соответственно в обрабатывающие блоки 224А, 224В и 224С приема. Обрабатывающие блоки 224А, 224В и 224С приема обрабатывают ВЧ сигнал и преобразуют его в цифровые двоичные разряды. Обрабатывающие блоки 224А, 224В и 224С приема могут отфильтровывать цифровые двоичные разряды и подавать полученные цифровые двоичные разряды в интерфейсный порт 226. Интерфейсный порт 226 может соединять любой из трех трактов входящих сигналов с любым из элементов демодуляции 204A-204N под управлением контроллера 200 через межкомпонентное соединение 212.

Элементы демодуляции 204A-204N управляются контроллером 200 через межкомпонентное соединение 212. Контроллер 200 назначает элементы демодуляции 204A-204N одному из образцов информационных сигналов от одного и того же удаленного устройства связи из любого сектора. Элементы демодуляции 204A-204N вырабатывают биты данных 220A-220N, каждый из которых представляет оценку данных от одного итого же удаленного устройства связи. Биты данных 220A-220N суммируются в сумматоре 208 символов для получения одной оценки данных от удаленного устройства связи. Выходной сигнал сумматора 208 символов может представлять собой данные совокупного мягкого решения, пригодные для декодирования по Витерби. Суммированные символы подаются в декодер 228.

Элементы демодуляции 204A-204N также подают несколько выходных управляющих сигналов в контроллер 200 через межкомпонентное соединение 212. Информация, передаваемая в контроллер 200, включает в себя оценку силы сигнала, назначенного конкретному элементу демодуляции. Каждый из элементов демодуляции 204A-204N измеряет оценку силы сигнала, который он демодулирует, и подает эту оценку в контроллер 200.

Следует отметить, что сумматор 208 символов может объединять сигналы только от одного сектора, чтобы получить выходной сигнал, или же он может объединять сигналы от множества секторов, выбранных интерфейсным портом 226. Контроллер 200 вырабатывает одну команду на управление мощностью из оценочных сил сигналов от всех секторов, через которые принимается этот сигнал. Контроллер 200 может передавать информацию управления мощностью в передающие электронные схемы каждого сектора базовой станции.

Следовательно, каждый сектор базовой станции передает одинаковую информацию управления мощностью одному и тому же удаленному устройству связи.

Когда сумматор 208 символов объединяет сигналы от удаленного устройства связи, которое ведет связь через более чем один сектор, удаленное устройство связи находится в режиме более мягкого переключения связи. Базовая станция может посылать выходной сигнал декодера 228 в контроллер сотовой или персональной системы связи. В контроллере сотовой или персональной системы связи сигналы от этой базовой станции и от других базовых станций, соответствующие данному удаленному устройству связи, могут использоваться для формирования единого выходного сигнала с помощью описанного выше процесса выбора.

В процессе передачи, проиллюстрированном на фиг.8, сообщение для удаленного устройства связи от конечного пользователя принимается через контроллер сотовой или персональной системы связи. Это сообщение может быть послано на одну или несколько антенн 230А-230С. Интерфейсный порт 236 подает сообщение для удаленного устройства связи в один или несколько элементов модуляции 234А-234С в соответствии с заданием контроллера 200. Элементы модуляции 234А-234С модулируют сообщение для удаленного устройства связи с помощью соответствующего ПШ кода. Модулированные данные от элементов модуляции 234А-234С подаются соответственно в обрабатывающие блоки 232А-232С передачи. Обрабатывающие блоки 232А-232С передачи преобразуют сообщение в ВЧ частоту и передают сигнал с соответствующим уровнем соответственно через антенны 230А-230С. Следует отметить, что интерфейсный порт 236 и интерфейсный порт 226 работают независимо в том смысле, что прием сигнала от конкретного удаленного устройства связи через одну из антенн 222А-222С не обязательно означает, что соответствующая передающая антенна 230А-230С ведет передачу сигнала в это конкретное удаленное устройство связи. Также следует отметить, что команда на управление мощностью, посылаемая через каждую антенну, одинакова, поэтому разнесение сектора от общей базовой станции не имеет особой важности для оптимального управления мощностью. Эти преимущества дополняют преимущества системы, описанной в вышеупомянутых заявках на патент США 08/144901 и 08/316155, за счет использования процесса, именуемого как стробирование передачи.

Следует обратить внимание на повышение гибкости ресурсов базовой станции. Если сравнить фиг.7 и фиг.8, то эта гибкость очевидна. Допустим, что из трех базовых станций, изображенных на фиг.7, базовая станция 362 имеет большую нагрузку сигналами, так что количество входящих сигналов превосходит количество сигналов, которое могут обработать элементы демодуляции. Тот факт, что базовая станция 364 имеет небольшую нагрузку и содержит неиспользуемые элементы демодуляции, не помогает базовой станции 362. Но на фиг. 8 каждый элемент демодуляции может быть назначен одному из множества секторов, что позволяет выделять ресурсы наиболее загруженному сектору.

В данном изобретении в головном узле 40 предусмотрена только одна централизованная базовая станция (см. фиг.2). Следовательно, все элементы демодуляции в системе можно рассматривать как тесно взаимосвязанные так же, как и сектора стандартной системы. Сигналы от любого РАУ можно объединять перед декодированием с сигналом от любого другого РАУ, улучшая тем самым действие системы. В самой идеальной конфигурации процесс выбора исключается и более мягкое переключение связи можно выполнять по всей зоне обслуживания системы. Следует отметить, что для упрощения архитектуры может быть целесообразным ограничить взаимосвязи между элементами демодуляции и иногда использовать выбор для объединения некоторых сигналов.

Кроме значительных преимуществ обеспечения более мягкого переключения связи во всей системе, исключительная гибкость такой системы упрощает первоначальное развертывание системы и ее реконфигурирование для адаптации к изменениям в системе. Эта гибкость обусловлена тем, что в описанной системе каждое РАУ может работать либо как узел распределенной антенны, либо как независимый сектор, и роль РАУ можно изменять просто, быстро и дистанционно с головного узла 40.

На фиг. 9А показано примерное спектральное распределение на нисходящей линии связи в кабельной системе. Поскольку традиционным каналам телевещания в кабельной системе выделяется 6 МГц полосы частот, для сигнализации прямой линии связи в предпочтительном варианте использует блоки частотой 6 МГц. Типичная базовая станция также содержит три сектора. Следовательно, чтобы соответствовать традиционной сотовой аппаратуре, частота назначается с учетом трех взаимосвязанных секторов. При этом очевидно, что под концепцию изобретения можно легко подвести многие другие распределения частоты и ресурсов. На фиг.9А показан сигнал МДКР для трех секторов. В предпочтительном варианте сигнал МДКР имеет ширину приблизительно 1,25 МГц для каждого сектора. На фиг.9А также показан опорный сигнал РАУ, который контролируется РАУ, передающим любой из трех показанных секторов. Фильтр с крутым срезом на ПАВ, предусмотренный в РАУ, может отклонять другие сигналы МДКР и опорный сигнал РАУ до достаточного уровня, чтобы к удаленным устройствам связи по беспроводной линии передавался только полезный сигнал.

На фиг. 9В показано примерное спектральное распределение на восходящей линии связи в кабельной системе. Сигнализация обратной линии связи менее ограничена традиционным распределением частоты восходящего спектра. В распределении, показанном на фиг. 9В, предполагается, что по меньшей мере некоторые РАУ снабжены разнесенными альфа и бета антеннами, например, как в примерном РАУ, изображенном на фиг.4. Поэтому для обслуживания трех секторов требуется выделение большей восходящей ширины полосы частот. В примерной конфигурации, показанной на фиг.9В, выделено 13 МГц, при этом часть спектра выделена для уникального опорного сигнала усиления РАУ для восходящей линии.

Как видно на фиг.9А и 9В, сигналы секторов частотно мультиплексируются на кабеле. РАУ сможет получать через опорный сигнал РАУ команду настроить его блоки ФАПЧ таким образом, чтобы из РАУ передавалась частота сектора и чтобы РАУ подавало свой принятый сигнал на альфа и бета частотах сектора 1. Второе РАУ, имеющее смежную зону обслуживания, может получить команду также передавать и принимать сектор 1. Следовательно, второе РАУ функционирует так, как если бы оно было другой антенной, соединенной с первым РАУ в конфигурацию распределенной антенны. Это остается верным независимо от того, соединены первое и второе РАУ с одним и тем же или с разными оптоволоконными узлами (например, узлами 20A-20I на фиг.2). В этом случае удаленное устройство связи, перемещающееся из зоны обслуживания первого РАУ в зону обслуживания второго РАУ, совсем не выполняет переключения связи. Как удаленное устройство связи, так и обрабатывающий блок базовой станции воспринимают изменение зоны обслуживания просто как возникновение нового пути многолучевого распространения.

Альтернативно второе РАУ может получить через опорный сигнал РАУ команду настроить свои блоки ФАПЧ так, чтобы с РАУ передавалась частота сектора 2 и чтобы РАУ подавало свой принятый сигнал на альфа и бета частотах сектора 2. В этом случае, по мере того, как удаленное устройство связи перемещается из зоны обслуживания первого РАУ в зону обслуживания второго РАУ, оно выполняет переключение связи, как было описано выше. В зависимости от конфигурации базовой станции она выполняет мягкое или более мягкое переключение связи для данного удаленного устройства. Обычно, удаленное устройство связи одинаково воспринимает мягкое и более мягкое переключение связи.

На фиг.10 представлена примерная структурная схема базовой станции, выполненной с соответствии с изобретением. В частности, на фиг.10 детально показана базовая станция 44, которая была изображена на фиг.2. Базовая станция 44 принимает входной сигнал от преобразователей 18A-18I оптических сигналов в электрические. В наиболее общем случае каждый из преобразователей 18A-18I оптических сигналов в электрические может содержать сигналы для любого из К разных секторов, поддерживаемых базовой станцией 44. Двойной банк понижающих преобразователей 410A-410N соединен с преобразователями 18A-18I оптических сигналов в электрические через межкомпонентное соединение 414. Двойной характер понижающих преобразователей 410А-410N отражает тот факт, что жилы оптического волокна могут обеспечивать разнесенный прием альфа и бета сигналов. Если есть несколько РАУ, которые не обеспечивают разнесенный прием, то некоторые понижающие преобразователи не должны иметь двойной характер. В наиболее общем случае межкомпонентное соединение 414 способно соединять любой из преобразователей 18A-18I оптических сигналов в электрические с любым двойным банком понижающих преобразователей 410A-410N и может быть выполнено с возможностью объединения сигналов от двух или более преобразователей 18A-18I оптических сигналов в электрические.

На фиг. 9В наглядно показано, что при понижающем преобразовании каждого сигнала от каждого входящего сектора на одинаковую ПЧ не существует однозначного соответствия между понижающими преобразователями и преобразователями оптических сигналов в электрические. Например, если преобразователь 18А оптических сигналов в электрические обеспечивает только сигналы, соответствующие трем секторам, показанным на фиг.9В, то должно быть предусмотрено шесть разных понижающих преобразователей - по одному для каждого из секторов 1-альфа, 1-бета, 2-альфа, 2-бета, 3-альфа, 3-бета, для приема сигнала от преобразователя 18А оптических сигналов в электрические. В предпочтительном варианте, если каждый преобразователь 18А оптических сигналов в электрические и преобразователь 18В оптических сигналов в электрические несет сигналы, соответствующие сектору 1-альфа на одинаковой частоте, то эти сигналы могут объединяться в межкомпонентном соединении 414 перед понижающим преобразованием.

В наиболее общем случае тот факт, что заданный сектор из К разных секторов, поддерживаемых базовой станцией 44, переносится на первой частоте первым оптическим волокном кабельной системы, не обязательно означает, что другие оптические волокна несут тот же самый сектор на первой частоте. Следовательно, даже в системе, содержащей всего три сектора и выполненной с возможностью объединять сигнал на ВЧ в межкомпонентном соединении 4141, требуется, чтобы соотношение между количеством поддерживаемых секторов (К) и количеством понижающих преобразователей в двойном банке (N) было больше, чем 2: 1. Например, если преобразователь 18А оптических сигналов в электрические несет группу из трех секторов, показанных на фиг.9В, центрированных вокруг 12 МГц, а преобразователь 18В оптических сигналов в электрические несет группу из трех секторов, показанных на фиг.9В, центрированных вокруг 25 МГц, то требуется 12 отдельных понижающих преобразователей для обслуживания этих трех секторов.

Двойной банк понижающих преобразователей 410A-410N обеспечивает понижающее преобразование и фильтрацию входящих сигналов. В предпочтительном варианте сигнал на выходе каждого двойного банка понижающих преобразователей 410A-410N имеет одинаковую промежуточную частоту (ПЧ).

Параллельно с двойным банком понижающих преобразователей 410A-410N расположены процессоры 412А-412М восходящего опорного сигнала усиления. Межкомпонентное соединение 414 также обеспечивает подачу восходящего опорного сигнала усиления (пример которого показан на фиг.9В) из преобразователей 18A-18I оптических сигналов в электрические в процессоры 412А-412М восходящего опорного сигнала усиления. Восходящий опорный сигнал усиления от каждого РАУ должен отдельно анализироваться на базовой станции 44, и поэтому количество процессоров (М) восходящего опорного сигнала усиления не задается по количеству двойных понижающих преобразователей (N). В предпочтительном варианте восходящий опорный сигнал не должен контролироваться непрерывно, а только периодически. Например, каждому процессору 412А-412М восходящего опорного сигнала усиления может быть назначено для контролирования до 12 разных восходящих опорных сигналов усиления одновременно, посредством последовательного измерения уровня мощности каждого. В этом случае действительное количество процессоров (М) восходящих опорных сигналов усиления может быть уменьшено.

Процессоры 412А-412М восходящих опорных сигналов усиления измеряют амплитуду восходящего опорного сигнала усиления каждого РАУ. Измерение восходящего опорного сигнала усиления обеспечивает оценку относительных амплитуд восходящих сигналов. Результат измерений сообщается связному контроллеру 430 кабельной системы по межкомпонентному соединению 408. В соответствующее РАУ через опорный сигнал РАУ посылается обратное сообщение с командой для данного РАУ увеличить или уменьшить уровень восходящих сигналов, которые оно вырабатывает. Следовательно, относительные уровни сигналов на выходе каждого РАУ регулируются таким образом, что сигналы могут соответствующим образом объединяться в кабельной системе или базовой станции 44. Процессоры 412А-412М восходящих опорных сигналов усиления могут также обеспечивать другие функции, например контролирование сообщений от РАУ или управление ошибками.

Межкомпонентное соединение 408 реализует взаимосвязь между двойным банком понижающих преобразователей 410A-410N с двойным банком сумматоров 407А-407К. Двойные банки сумматоров 407А-407К складывают выходные сигналы от каждого понижающего преобразователя 410A-410N, которые соответствуют одному и тому же сектору.

В дополнение к тому, что восходящая мощность от каждого РАУ должна регулироваться относительно других таким образом, чтобы можно было эффективно осуществлять суммирование, головной узел 40 должен также регулировать абсолютный уровень восходящего сигнала. Как отмечалось выше, одной из характерных проблем, возникающих при использовании кабельной системы для распределения сигналов персональной связи, является наличие проникающих сигналов. Для предпочтительного варианта системы МДКР свойственна терпимость к отрицательным эффектам даже относительно больших активных преднамеренных радиопомех, введенных в среду беспроводной связи, и проникающих сигналов, попадающих в кабельную систему в результате широкополосной природы информационного сигнала и механизмов управления мощностью обратной линии, используемых в системе. Механизм управления мощностью обратной линии управляет сигналом обратной линии связи в очень ограниченном динамическом диапазоне, принятом РАУ. Каждое удаленное устройство связи регулирует свою мощность передачи так, что РАУ принимает его сигнал на одинаковом уровне независимо от расстояния между удаленным устройством и РАУ. Поскольку мощность обратной линии связи имеет относительно низкий динамический диапазон, восходящий сигнал кабельной системы может иметь рабочую точку с достаточно высоким уровнем мощности в кабельной системе, что обеспечивает существенные преимущества по сравнению с проникающими сигналами, имеющими более низкий уровень мощности.

Однако важно также то, чтобы рабочая точка восходящей линии связи оставалась относительно низкой, чтобы не перегружать преобразователи электрических сигналов в оптические и другие устройства на трассе. Рабочая точка восходящих сигналов обратной линии связи должна также быть относительно низкой, чтобы не вызвать ухудшения других восходящих сигналов кабельной системы, например сигналов индикации "оплаты за просмотр", исходящих от абонентов кабельного телевидения. Следовательно, головной узел 40 должен также решать проблему абсолютного уровня восходящих сигналов в кабельной системе.

При использовании архитектуры, изображенной на фиг.10, существуют многочисленные способы, с помощью которых можно управлять абсолютным уровнем. Вспомним, что восходящий опорный сигнал усиления достигает головного узла 40 с одинаковым уровнем независимо от действительного уровня сигнала, принятого от соответствующего РАУ. Следовательно, нужно использовать другой способ для определения общей мощности. Один способ заключается в том, что каждый активный двойной банк понижающих преобразователей 410A-410N сообщает связному контроллеру 430 кабельной системы абсолютный уровень сигналов, которые он принимает. В ответ связной контроллер 430 кабельной системы может дать команду каждому РАУ увеличить или уменьшить уровень, на котором оно передает восходящий сигнал.

Выходной сигнал каждого двойного банка сумматоров 407А-407К подается в соответствующий двойной банк блоков 406А-406К автоматической регулировки усиления (АРУ). Каждый двойной банк блоков 406А-406К автоматической регулировки усиления обеспечивает такую обработку ПЧ сигнала, как фильтрация. В предпочтительном варианте двойной банк понижающих преобразователей 410A-410N выдает аналоговые сигналы, которые объединяются в аналоговом двойном банке сумматоров 407А-407К. Объединенный аналоговый сигнал преобразуется в цифровой сигнал в двойном банке блоков 406А-406К автоматической регулировки усиления. Чтобы обеспечить правильную работу аналого-цифровых преобразователей, необходимо тщательно регулировать амплитуду аналогового сигнала на входе аналого-цифровых преобразователей. Функцией автоматической регулировки усиления двойного банка блоков 406А-406К автоматической регулировки усиления является процесс установки комбинированного аналогового сигнала на уровень, необходимый для преобразования, и она не влияет на системы управления мощностью кабельной системы. Альтернативно АЦП могут быть размещены в модеме 400.

Модемный блок 400 соединен с двойным банком блоков 406А-406К автоматической регулировки усиления через межкомпонентное соединение 404. Модемный блок 400 содержит множество цифровых каскадов 402. Каждый цифровой каскад содержит банк канальных элементарных модемов. Канальные элементарные модемы выполняют функции элементов демодуляции (таких, как элементы демодуляции 204A-204N, показанные на фиг.8). В наиболее общем случае каждому элементу демодуляции в модемном банке 400 может быть назначен любой из секторных сигналов, исходящих из любого двойного банка блоков 406А-406К автоматической регулировки усиления.

На фиг.12 показана частичная структурная схема одного канального элементарного модема в цифровых каскадах 402, на которой использована та же нумерация идентичных элементов, что и на фиг.8. Канальный элементарный модем, показанный на фиг.12, используется для обработки сигналов, соответствующих одному удаленному устройству связи. В наиболее идеальном предпочтительном варианте каждый из элементов демодуляции 204A-204N может быть назначен для демодуляции одного сигнала многолучевого распространения из любого двойного банка блоков 406А-406К автоматической регулировки усиления через межкомпонентное соединение 404. Следовательно, одному и тому же двойному банку блоков 406А-406К автоматической регулировки усиления может быть назначено больше одного элемента демодуляции 204A-204N, если с одного и того же двойного банка блоков 406А-406К автоматической регулировки усиления принимается больше одного пригодного для использования сигнала многолучевого распространения. Также одному из элементов демодуляции 204A-204N может быть назначен другой двойной банк блоков 406А-406К автоматической регулировки усиления, если сигнал удаленного устройства связи принимается на двух отдельных несоединенных трассах через кабельную систему. Следует отметить, что выходной сигнал элементов демодуляции 204A-204N объединяется в сумматоре 208 символов, взвешенных по качеству сигнала, независимо от того, какой двойной банк блоков 406А-406К автоматической регулировки усиления подает этот сигнал, и процесс выбора не используется, что обеспечивает мягкое переключение связи по всей зоне обслуживания.

На фиг. 12 также показана модулирующая часть одного из канальных элементарных модемов в одном из цифровых каскадов 402. В предпочтительном варианте сигнал канала графика прямой линии связи модулируется управляющей последовательностью перед передачей. Если полученный сигнал прямой линии должен подаваться с двух РАУ, работающих с разными сдвигами управляющих сигналов, то этот сигнал прямой линии связи должен формироваться двумя разными элементами модуляции. Контроллер 237 модемного блока выполняет аналогичные функции управления через шину 237, ведущую к контроллеру 200, изображенному на фиг.8.

В идеальном случае межкомпонентное соединение 414, межкомпонентное соединение 404, межкомпонентное соединение 426 и межкомпонентное соединение 408 могут соединять любой вход с любым из выходов. Но на практике, особенно в очень больших системах, такая взаимосвязь может ограничиваться из экономических, пространственных или других практических соображений. Например, может быть целесообразным ограничить взаимосвязь таким образом, чтобы первая группа преобразователей оптических сигналов в электрические могла соединяться с первой группой понижающих преобразователей, но не могла соединяться со второй группой понижающих преобразователей. Конфигурация связи межкомпонентного соединения 414, межкомпонентного соединения 408, межкомпонентного соединения 426 и межкомпонентного соединения 404 динамически регулируется связным контроллером 430 кабельной системы (для упрощения иллюстрации некоторые соединения не показаны на фиг.10).

Сигналы передачи формируются в цифровых каскадах 402. Полный набор сигналов, содержащий управляющий канал, канал синхронизации, пейджинговые каналы и все каналы графика (т.е. мобильной связи) выдается цифровыми каскадами 402 для каждого активного сектора и вводится в межкомпонентное соединение 404. Каждый выходной секторный сигнал модемного блока 400 преобразуется с повышением по меньшей мере одним из повышающих преобразователей 422А-422Р. Если секторный сигнал должен передаваться по нескольким жилам оптического волокна на разных частотах, то он подается в более чем один повышающий преобразователь 422А-422Р.

Для каждого секторного сигнала в один или более генераторов 420A-420L опорного сигнала РАУ посылается цифровая индикация желаемого уровня сигнала передачи. Каждая жила, несущая секторный сигнал, должна также передавать соответствующий опорный сигнал РАУ, который обеспечивает информацию управления нисходящей мощностью, информацию управления восходящей мощностью и любую другую управляющую информацию, соответствующую РАУ на этой жиле, контролирующему один из секторных сигналов.

Если в альтернативном варианте воплощения изобретения цифровая индикация желаемого уровня сигнала передачи не генерируется цифровыми каскадами 402, перед понижающими преобразователями 422А-422Р может быть добавлена схема контролирования мощности, которая будет измерять мощность входящих секторных сигналов. Измеренный уровень мощности будет прямо или косвенно сообщаться в соответствующий генератор 420A-420L опорного сигнала РАУ, который будет воздействовать на измеряемое значение так же, как он воздействует в предпочтительном варианте на цифровую индикацию желаемого уровня сигнала передачи.

Если одна жила передает три разных секторных сигнала в РАУ, находящихся на одной и той же жиле, как показано на фиг.9А, то в один из генераторов 420A-420L опорных сигналов РАУ посылаются три разные цифровые индикации желаемого уровня сигнала передачи. Необходимо также предоставлять каждому РАУ, контролирующему секторный сигнал на этой жиле, управляющую информацию восходящей мощности. Эта информация подается из связного контроллера 430 кабельной системы, получившего ее из процессоров 412А-412М восходящего опорного сигнала усиления.

Межкомпонентное соединение 426 должно быть выполнено с возможностью подавать выходной сигнал от множества повышающих преобразователей 422А-422Р в один или больше преобразователей 16A-16I электрических сигналов в оптические. Если на нескольких жилах передается одинаковая секторная информация, передаваемая по кабельной системе на одинаковой частоте, один и тот же повышающий преобразователь может запускать несколько преобразователей 16A-16I электрических сигналов в оптические. Если на одной и той же жиле передается несколько секторов, как показано на фиг.9А, то больше одного повышающего преобразователя 422А-422Р соединяется с одним и тем же преобразователем 16A-16I электрических сигналов в оптические. Межкомпонентное соединение 426 также подает соответствующий опорный сигнал РАУ от одного из генераторов 420A-420L опорных сигналов РАУ в каждый из преобразователей 16A-16I электрических сигналов в оптические. Если опорный сигнал РАУ имеет достаточный информационный диапазон частот для обеспечения информации управления мощностью и другой управляющей информации, то один и тот же опорный сигнал РАУ может быть подан в множество преобразователей 16A-16I электрических сигналов в оптические. Альтернативно могут быть генерированы разные опорные сигналы РАУ для каждой жилы, даже если эти жилы несут одинаковые секторные сигналы. В таком случае опорный сигнал РАУ несет только управляющую информацию, соответствующую РАУ, находящимся на этой жиле.

Абсолютный уровень нисходящей линии связи должен контролироваться подобно абсолютному уровню восходящей линии связи. Обычные нисходящие телевизионные сигналы имеют рабочие характеристики 112 дБ/Гц. В предпочтительном варианте уровни сигналов МДКР можно снизить с этого уровня приблизительно на 10 дБ, чтобы гарантировать, что на работу кабельного телевидения не повлияет сигнализация МДКР.

Межкомпонентное соединение 414 также обеспечивает соединение преобразователей 18A-18I оптических сигналов в электрические с процессором 416 проникающего шума. Функции процессора 416 проникающего шума будут более подробно описаны ниже.

В типичной макросотовой системе базовые станции не имеют прямого сопряжения с ТСОП. Обычно централизованный системный контроллер управляет группой базовых станций. Например, на фиг.7 показан системный контроллер 370, обеспечивающий процесс выбора для базовых станций 362, 364 и 368. В предпочтительном варианте процесс выбора может быть исключен, но есть другие функции централизованного контроллера, которые теперь можно делегировать головному узлу 40. Например, система МДКР, спроектированная в соответствии со "Стандартом совместимости подвижной станции и базовой станции для двухрежимной широкополосной сотовой системы с расширенным спектром" TIA/EIA/IS-95, обычно именуемым просто как IS-95, предусматривает речевые данные, которые вокодируются в кадры. Системный контроллер 370 обеспечивает преобразование между сигнализацией с импульсной кодовой модуляцией (ИКМ), используемой в ТСОП, и вокодированными кадрами, используемыми в системе МДКР.

В предпочтительном варианте воплощения изобретения система предусматривает обслуживание как речевых сигналов, так и сигналов данных, поступающих от удаленных устройств связи. Может также потребоваться, чтобы головной узел обеспечивал разные функции обслуживания данных, обычно выполняемые системным контроллером в макросотовой системе. Может также потребоваться, чтобы головной узел выполнял функции ведения счетов и другие функции обработки вызовов, обычно выполняемые системным контроллером. Головной узел может также содержать коммутатор для переключения вызовов между системой КТВ и ТСОП.

С предложенным изобретением может сочетаться широкий спектр архитектур и функциональных распределений. Например, традиционные функции системного контроллера могут оставаться делегированными отдельному системному контроллеру, а головной узел может рассматриваться как одна или несколько базовых станций системы большего размера.

Как отмечалось выше, опорный сигнал РАУ имеет тройное применение в РАУ. Во-первых, опорный сигнал РАУ служит для передачи цифровой информации в РАУ. Во-вторых, он используется как эталон частоты в РАУ. В-третьих, опорный сигнал РАУ используется как эталон, по которому измеряется усиление кабельной системы. Одним из путей, позволяющих опорному сигналу РАУ выполнять все три функции, является применение амплитудно-модулированного (AM) опорного сигнала РАУ.

В предпочтительном варианте воплощения изобретения каждому РАУ в системе назначен собственный уникальный адрес. В реальности требуется только, чтобы каждое РАУ, назначенное для контролирования общего опорного сигнала РАУ, имело уникальный адрес, и поэтому адреса могут повторяться в системе. При более гибкой структуре даже адреса РАУ дистанционно программируются с головного узла 40, но адрес может быть также зафиксирован в аппаратных средствах. В качестве формата сигнализации РАУ можно использовать стандартный формат сигнализации, в котором каждое РАУ контролирует опорный сигнал РАУ относительно собственного адреса. Когда адрес, передаваемый на опорном сигнале РАУ, соответствует адресу данного РАУ или универсальному адресу, РАУ декодирует последующее сообщение и при необходимости воздействует на него. Если адрес не соответствует адресу данного РАУ или универсальному адресу, РАУ просто игнорирует последующее сообщение, но продолжает контролировать опорный сигнал РАУ. Ожидаемая скорость сигнала, требуемая для опорного сигнала РАУ, составляет всего около 300 бит/с, но можно также легко использовать стандартную скорость модема 9,6 кбит/с или 19,2 кбит/с.

Вторым применением опорного сигнала РАУ является его использование в качестве эталона частоты для блоков ФАПЧ в РАУ. Опорный сигнал РАУ также используется в РАУ как эталон частоты для синхронизации передачи данных. Поскольку опорный сигнал РАУ является AM модулированным сигналом, частота сигнала не изменяется со временем, и сигнал может использоваться практически непосредственно как эталон. Кроме того, чтобы исключить искажения амплитудной и фазовой модуляции, используемая модуляция должна быть очень быстрой и не иметь содержания постоянного тока. Могут использоваться такие методы модуляции, как модуляция с разделением фазы или манчестерская модуляция, которые обеспечивают М-образные спектральные плотности, чтобы искажение не располагалось близко к несущей.

Третьим применением опорного сигнала РАУ является его использование для аппроксимации усиления кабельной системы между головным узлом 40 и каждым РАУ. Амплитудно-модулированный сигнал может использоваться как эталон амплитуды, если схема модуляции тщательно разработана. Например, индекс амплитудной модуляции должен сохраняться относительно низким. Передаваемые цифровые данные должны содержать равное количество логических "1" и "0" в относительно коротких интервалах. Необходимо также, чтобы РАУ усредняло мощность опорного сигнала РАУ в течение некоторого периода времени.

Как отмечалось в разделе "Описание предшествующего уровня", мощность совокупного сигнала МДКР прямой линии связи, передаваемого по нисходящей кабельной системе, зависит от количества и относительной мощности сигналов, которые объединяются для получения совокупного сигнала прямой линии связи. По указанным выше причинам важно также, чтобы обеспечивалось соответствующее управление относительной мощностью, передаваемой каждым РАУ, в результате чего границы переключения связи остаются правильно выровненными между РАУ. Способ и устройство для формирования сигнала усиления, характеризующего соответствующую силу совокупного сигнала, детально описаны в заявке на патент США 08/525899, поданной 8 сентября 1995, на изобретение "Устройство и способ управления мощностью передачи в сотовой системе связи", права на которую принадлежат правопреемнику данного изобретения.

Каждый сектор в системе имеет независимую силу совокупного сигнала, основанную на количестве и относительной силе каждого передаваемого им сигнала. Каждый элемент модуляции в цифровых каскадах 402, генерирующий сигнал, выдает цифровой сигнал, который складывается с другими показателями, выдаваемыми элементами модуляции, формирующими сигнал для того же сектора. Таким образом, совокупная индикация уровня передачи, которая может быть получена согласно упомянутой выше заявке на патент США с серийным номером 08/525899, характеризует силу каждого совокупного секторного сигнала, генерированного модемным блоком 400.

В то же время, опорный сигнал РАУ всегда передается головным узлом 40 на фиксированном уровне, независимо от желаемой выходной мощности. Опорный сигнал РАУ можно использовать как приблизительную оценку усиления кабельной системы. Как видно на фиг.3, когда РАУ излучает мощность, выходная мощность обнаруживается детектором 90 мощности и сообщается обратно в микропроцессор 88 РАУ. Микропроцессор 88 РАУ сравнивает измеренный уровень мощности передачи с уровнем, индицированным в цифровой форме и принятым в цифровой информации на опорном сигнале РАУ. Из сравнения получается результирующий разностный сигнал, представляющий величину, на которую следует снизить или увеличить выходную мощность. Эта система автоматического управления мощностью реализуется с первой константой времени, соответствующей скорости, с которой команды на управление мощностью принимаются от головного узла 40 на опорном сигнале РАУ. Следует отметить, что каждое РАУ, излучающее сигнал, соответствующий данному сектору, принимает одинаковую индикацию мощности в цифровой информации на опорном сигнале РАУ. Поскольку целью систем автоматического управления мощностью является сохранение выходной мощности в пределах +/-1 дБ от желаемого выходного уровня, может потребоваться, чтобы первая система автоматического управления мощностью работала очень медленно, чтобы обеспечить желаемую точную выходную мощность.

В то же время, когда микропроцессор 88 РАУ реализует первую систему автоматического управления мощностью, он также контролирует абсолютный уровень опорного сигнала РАУ. Следует отметить, что усиление между каждым РАУ и головным узлом 40 различно и в некоторой степени независимо в том смысле, что каждое РАУ имеет свою трассу к головному узлу 40, отличную от других РАУ. Без второй системы автоматического управления мощностью, если на трассе между головным узлом 40 и РАУ изменятся условия, выходная мощность РАУ также будет изменяться до тех пор, пока первая система автоматического управления мощностью не сможет возвратить уровень к желаемому.

Однако РАУ используют вторую систему автоматического управления мощностью для компенсации изменений в усилении кабельной системы. Процессор 84 опорного сигнала РАУ контролирует абсолютный уровень опорного сигнала РАУ и сравнивает его с фиксированным эталоном. Результат второго сравнения складывается с результатом сравнения первой системы автоматического управления мощностью. Суммарный сигнал выдается в блок 72 управления усилением, который устанавливает выходную мощность РАУ. Следовательно, когда усиление кабельной системы изменяется, соответственно изменяется и усиление РАУ,
В других вариантах воплощения изобретения может применяться только один из описанных выше способов управления мощностью. Такие модификации также подпадают под объем настоящего изобретения.

Из предыдущего описания управления мощностью прямой линии связи видно, что чем точнее опорный сигнал РАУ представляет действительное усиление или изменение в усилении кабельной системы, тем точнее управление восходящей мощностью. В кабельной системе изменения усиления во времени могут иметь существенную частотную зависимость. Следовательно, чем больше сдвиг частоты между секторным сигналом и соответствующим опорным сигналом РАУ, тем ниже корреляция изменений усиления секторного сигнала с изменениями усиления опорного сигнала РАУ. Например, обратившись вновь к фиг.9А, видим, что амплитуда опорного сигнала РАУ может обеспечивать хорошую индикацию амплитуды сектора 3 и в то же время давать менее точную оценку амплитуды сектора 1.

Другой фактор, который очевиден из анализа фиг.9А, состоит в том, что опорный сигнал РАУ сам по себе занимает полосу частот, которая может использоваться для других целей, например для другого секторного сигнала или ТВ сигнала.

Один из способов более точной связи амплитудных характеристик опорного сигнала РАУ и секторного сигнала заключается в передаче опорного сигнала РАУ на частоте, находящейся в ширине полосы частот 1,25 МГц секторного сигнала МДКР. На фиг.11 показан сценарий, в котором опорный сигнал РАУ помещен в центре секторного сигнала МДКР. Присутствие опорного сигнала РАУ в сигнале МДКР не оказывает существенного влияния на рабочую характеристику системы. Расширяющая ПШ последовательность, использованная в удаленных устройствах связи для демодуляции секторного сигнала, обеспечивает существенное кодирующее усиление сигналу МДКР относительно энергии "активных радиопомех" опорного сигнала РАУ.

Размещение опорного сигнала РАУ в центре секторного сигнала МДКР может обеспечивать дополнительные преимущества по сравнению с размещением опорного сигнала РАУ в каком-либо другом месте секторного сигнала. В удаленных устройствах связи сигнал МДКР преобразуется в моноканал, так что средняя частота ВЧ сигнала преобразуется в значение постоянного тока на моноканале. Значение постоянного тока аналогового сигнала МДКР блокируется аналоговыми схемами, прежде чем он будет преобразован в цифровую форму, обеспечивая тем самым дополнительный механизм отклонения сигнала на этой частоте.

Аналогичную технологию можно использовать для восходящего опорного сигнала усиления. Однако это решение для восходящей линии связи не так целесообразно, поскольку количество восходящих опорных сигналов усиления для каждого сектора может быть довольно большим, в результате чего пропорционально увеличивается объем помех.

Как отмечалось выше, высокочастотная (ВЧ) среда кабельной системы отличается особой неблагоприятностью. Кабельная система сильно подвержена воздействию проникающих сигналов, которые могут развиваться и изменяться во времени. Выше также отмечалось, что для свойств сигналов МДКР характерна защита от узкополосных помех. Поэтому, если в спектре восходящих секторных сигналов развиваются узкополосные активные радиопомехи, работа системы может незначительно ухудшиться. Однако, в электронных схемах МДКР нет реального механизма, позволяющего определить причину ухудшения.

Эту функцию выполняет процессор 416 проникающего шума, изображенный на фиг. 10. Процессор 416 проникающего шума контролирует весь используемый спектр в узкополосных инкрементах, чтобы создать базу данных расположения источников активных радиопомех. Например, процессор 416 проникающего шума производит выборку части спектра величиной 125 кГц в течение 10 мс. Если энергия, наблюдаемая в этой ширине полосы частот превосходит энергию, характерную для сигнала МДКР (которая относительно мала из-за широкополосного характера сигнала МДКР и узкополосной природы измерения), то процессор 416 проникающего шума регистрирует "источник активных радиопомех" на этой частоте. Если сумма энергии активных радиопомех в одном из секторных сигналов превосходит некоторый порог, секторный сигнал может быть перенесен на другую частоту. Новую частоту можно выбрать с учетом базы данных источников активных радиопомех, хранящейся в процессоре 416 проникающего шума, что позволяет использовать наиболее чистый возможный спектр.

Переход на новую частоту можно легко осуществлять без разрыва связи между РАУ и головным узлом. Группа РАУ, обеспечивающих сигналы на пораженной ширине полосы частот,
извещается через опорный сигнал РАУ, что она должна подавать сигнал на новой частоте. Например, как показано на фиг.4, какой-либо из блоков ФАПЧ 112 или ФАПЧ 138 или оба этих блока могут быть перепрограммированы на новую частоту. В головном узле 40 один из двойных банков понижающих преобразователей 410-410N получает команду начать обработку сигналов, поступающих на новой частоте. Следует отметить, что вся эта операция может происходить автоматически без вмешательства человека.

Описанная выше система имеет большое количество преимуществ, заключающихся в гибкости, которую она обеспечивает. Когда система впервые запускается в работу, количество пользователей относительно невелико. При начальном запуске головной узел 40 может содержать один сектор ресурсов, что означает, что каждое РАУ в системе обеспечивает один и тот же набор сигналов. Удаленные устройства связи могут перемещаться по всей системе без выполнения переключения связи.

Когда количество удаленных пользователей возрастает, на базовой станции могут быть добавлены ресурсы для создания дополнительного сектора. Например, для нового сектора потребуются дополнительные цифровые каскады и могут потребоваться дополнительные повышающие и понижающие преобразователи. После установки новых электронных схем на базовой станции, некоторые РАУ могут быть перепрограммированы головным узлом на работу в качестве нового секторного сигнала. По мере дальнейшего увеличения количества удаленных устройств связи на базовой станции добавляется все больше ресурсов и все больше РАУ дистанционно программируется. Следует отметить, что добавление новых секторов не требует каких-либо физических изменений РАУ. Все необходимое программирование выполняется базовой станцией дистанционно. Это значит, что в дополнение к низким первоначальным расходам, необходимым для внедрения системы, систему можно постепенно, легко и экономично расширять.

Простота перепрограммирования РАУ для работы в качестве нового сектора может также быть использована, когда изменяются требования системы. Допустим, например, что нормальная городская зона охвачена группой 5 РАУ, которые все передают те же наборы сигналов, что и распределенные антенны общего сектора. В малой зоне, охваченной группой из 5 РАУ, количество удаленных устройств связи, пытающихся использовать систему, может внезапно возрасти втрое из-за какого-то непредвиденного события, например дорожно-транспортного происшествия, которое заблокировало движение. Базовая станция узнает о том, что количество попыток доступа к системе через соответствующий сектор, чрезвычайно увеличилось. Базовая станция может перепрограммировать одно или несколько РАУ из 5 РАУ, чтобы оно или они начали работать как другой сектор, увеличив тем самым общее количество одновременных телефонных вызовов, которое можно обслужить в данной зоне. В наиболее крайнем случае сектором может стать каждое из пяти РАУ. Базовая станция может сделать это почти мгновенно без вмешательства человека.

Такая гибкость, которая является совершенно уникальной для данного изобретения по сравнению с традиционными макросотовыми системами, создает безграничные возможности. Другой пример ее применения относится к зонам, которые характеризуются спорадическим использованием. Например, стадион может быть заполнен людьми в течение нескольких часов несколько раз в неделю, но совершенно пустовать в остальное время. В традиционных стационарных системах, если выделить достаточные ресурсы для обслуживания всех удаленных устройств во время спортивных мероприятий, то эти ресурсы будут простаивать большую часть времени. В данном изобретении ресурсы могут выделяться стадионам по мере необходимости и использоваться для всей остальной системы, когда они не используются на стадионе, что позволяет снизить стоимость системы и повысить ее эффективную пропускную способность. Это распределение можно перепрограммировать в головном узле с учетом известных и ожидаемых событий или же можно использовать одинаковый автоматический отклик на увеличение графика, используемый в описанном случае с дорожно-транспортным происшествием.

Охраняемый объем изобретения охватывает различные модификации. Например, как отмечалось выше, ПЧ процессор 70, изображенный на фиг.3, может содержать элемент фиксированной задержки для обеспечения задержки, необходимой для создания разнесенных сигналов, которые могут отдельно демодулироваться в удаленных устройствах связи. В альтернативном варианте более одной версии секторного сигнала может передаваться по нисходящей линии кабельной системы. Эти версии могут задерживаться в процессоре головного узла или еще где-либо в системе, и разные РАУ, действующие как распределенные элементы общей распределенной антенны, могут передавать разные версии, имеющие разные задержки, вместо того, чтобы создавать свою собственную задержку.

Другим способом обеспечения более высокой пропускной способности для передачи сигналов на восходящей линии является обеспечение механизма преобразования частоты в оптоволоконных узлах 20A-20I. На линии связи, ведущей от РАУ к оптоволоконным узлам, восходящий диапазон системы ограничен в пределах 5-40 МГц, а нисходящий диапазон системы ограничен в пределах 54-700 МГц. Фактически, оптоволоконная сеть способна передавать сигналы на гораздо большей полосе частот, например 200 МГц. Каждый оптоволоконный узел может использовать общий набор частот для передачи восходящего сигнала от РАУ в оптоволоконный узел. Оптоволоконные узлы могут частотно мультиплексировать восходящий сигнал в набор частот выше рабочей частоты нисходящей линии, чтобы передавать сигнал между оптоволоконной сетью и преобразователями 18A-18I оптических сигналов в электрические. Преобразователи 18A-18I оптических сигналов в электрические могут преобразовывать сигналы с понижением частоты перед подачей их на базовую станцию 44, или же необходимое понижающее преобразование может обеспечивать двойной банк понижающих преобразователей 410A-410N.

При реализации первого поколения настоящего изобретения может быть экономически целесообразно построить электронные схемы головного узла 40 из существующих схем, используемых в макросотовых системах. Обычная стационарная макросотовая базовая станция содержит три разных сектора. Для переключения связи между тремя секторами общей базовой станции выполняется более мягкое переключение и объединение, а для переключения между любым из секторов и сектором другой базовой станции выполняется мягкое переключение и выбор. Для использования имеющейся аппаратуры архитектура головного узла может быть реализована в трехсекторных группах. Переключение связи между секторами трехсекторной группы будет более мягким, тогда как переключение связи между секторами несвязанных секторных троек будет мягким. Наиболее оптимальное применение такой системы заключается в программировании РАУ, находящихся физически близко друг к другу, таким образом, чтобы они соответствовали трем секторам трехсекторной группы, с тем чтобы увеличить количество более мягких переключений связи и уменьшить количество мягких переключений по всей системе. Таким образом, сохраняются гибкость и другие преимущества системы, а начальная стоимость внедрения системы уменьшается.

В изобретение может быть внесено множество очевидных изменений, включая простые архитектурные изменения. Представленное выше описание предпочтительных вариантов позволит любому специалисту в данной области осуществить или использовать изобретение. Для специалистов будут очевидны разные модификации этих вариантов, а общие принципы, представленные в данной заявке, могут быть применены для других вариантов без необходимости в творческой деятельности. Изобретение не ограничено описанными выше вариантами, а имеет самый широкий объем, соответствующий описанным принципам и новым признакам.

Формула изобретения

Устройство для обеспечения зон обслуживания связью по всей системе связи, включающей систему кабельного телевидения, содержащее ряд радиоантенных устройств (РАУ), разнесенных по длине кабеля, каждое из которых имеет кабельный вход и кабельный выход, а также беспроводный вход и беспроводный выход, причем каждое РАУ указанного ряда выполнено с возможностью приема входных сигналов прямой линии связи и опорного сигнала РАУ с кабеля через кабельный вход и выдачи выходных сигналов прямой линии связи через беспроводный выход, а также приема входных сигналов обратной линии связи через беспроводный вход и выдачи выходного сигнала обратной линии связи и восходящего опорного сигнала усиления через кабельный вход, и связанный с кабелем, процессор головного узла, имеющего базовую станцию, содержащую группу элементов демодуляции, выполненных с возможностью программируемого соединения с, по меньшей мере, одним из указанных ряда РАУ, причем если первые два РАУ из указанного ряда передают одинаковый сигнал прямой линии связи, то они функционируют как элементы распределенной антенны, а если они передают разные сигналы прямой линии связи, то они функционируют как сектора указанной системы связи, и выбором функционирования указанных РАУ в качестве элементов или секторов управляет опорный сигнал РАУ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12