СТАЦИОНАРНАЯ БЕСПРОВОДНАЯ РЕГИОНАЛЬНАЯ СЕТЬ С МОДУЛЯЦИЕЙ НА ОСНОВЕ ОРТОГОНАЛЬНОГО ЧАСТОТНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ, В КОТОРОЙ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ОБОРУДОВАНИЕ, УСТАНОВЛЕННОЕ В ПОМЕЩЕНИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ, ИМЕЮЩЕЕ ВНУТРЕННЮЮ АНТЕННУ Российский патент 2005 года по МПК H04J11/00 H04B7/26 

ПРИТЯЗАНИЕ НА ПРИОРИТЕТ

Настоящая заявка требует приоритета одновременно рассматриваемой предварительной патентной заявки США "Fixed Wireless Access System" под номером 60/161107, поданной 22 октября 1999 года. В этой связи указанная предварительная заявка целиком включена сюда по ссылке.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится в целом к системам беспроводной передачи данных. В частности, настоящее изобретение относится к стационарной беспроводной региональной сети (PC), в которой используется модуляция несущей на основе мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (МОЧП), причем конфигурация сети позволяет использовать для оборудования, установленного в помещении пользователя (СРЕ, ОПП), антенну, которая развернута внутри помещения пользователя, вместо того, чтобы использовать доступную снаружи антенну, находящуюся на линии прямой видимости для передачи на базовую станцию.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Хорошо известны беспроводные системы передачи данных, вкоторых для передачи и приема данных используются радиочастотные (РЧ) сигналы. Обычно беспроводная технология передачи данных используется в настоящее время в высокоэффективных системах дальней связи, таких как спутниковая связь или микроволновая мачтовая связь, либо в системах ближней связи на основе локальной сети (ЛВС), таких как беспроводная ЛВС для домашнего или офисного оборудования. В случае систем дальней связи необходима двухточечная антенная система, причем для создания тракта передачи приемник и передатчик должны находиться на линии прямой видимости. В случае ближней связи на основе беспроводной ЛВС можно использовать всенаправленную антенную систему, причем отсутствует требование прямой линии видимости для передачи, поскольку расстояния в этом случае обычно меньше одной мили. Эти два случая отличаются тем, что РЧ сигналы быстро затухают на больших расстояниях либо при передаче через препятствия, такие как здания или стенки.

Региональная сеть (PC) - это сеть, которая может обеспечивать связь на средние расстояния - от 1 до 40 миль (1,6-65 км), что обычно необходимо для обеспечения покрытия всего региона. Хорошим примером проводной системы PC, где в качестве среды для передачи используются телефонные провода, является служба цифровых абонентских контуров (ЦАК). Другим примером проводной системы PC являются кабельные модемные системы, где в качестве среды для связи используется коаксиальный кабель. Одним из основных преимуществ системы PC является то, что она обеспечивает более высокую скорость передачи данных по сравнению с известными телефонными модемами. Основной проблемой указанных проводных систем PC является стоимость установки и обслуживания среды для высококачественной связи на основе телефонной сети или коаксиальных кабелей. Стационарная беспроводная система PC имеет очевидное преимущество, состоящее в отсутствии затрат, связанных с установкой и обслуживанием проводной сети для связи.

Другим преимуществом стационарной беспроводной системы PC является то, что среда для беспроводной связи может быть выбрана таким образом, чтобы обеспечить более высокие скорости передачи данных, чем у известных проводных PC систем. Это преимущество объясняется тем, что стационарные беспроводные PC системы, которые развернуты на сегодняшний день, спроектированы для относительно дорогих сетей с выделенными каналами, отличающимися очень высокими характеристиками. Интерес к этим стационарным беспроводным PC системам проявляет сегодня небольшое число пользователей, которым необходима высокоскоростная передача данных, что может оправдать дорогую и сложную установку таких систем на индивидуальной основе. Из-за ограниченной базы пользователей и потребности в связи высочайшего качества развитие конструкции существующих стационарных беспроводных PC шло в первую очередь по линии создания высококачественных систем дальней беспроводной связи.

Хотя при разработке систем РЧ связи учитывается множество факторов, к ряду наиболее важных факторов, которые следует принимать во внимание при проектировании стационарной беспроводной PC, относятся назначенная частота, тип модуляции сигнала и модуляции доступа к несущей. Назначенная частота относится к диапазону частот или колебаний радиосигнала, доступному для использования системой. Примером является назначенный диапазон для AM (амплитудно-модулированных) радиосигналов в диапазоне от 500 до 1600 кГц. Модуляция сигнала относится к способу кодирования информации или данных в РЧ сигнале. Примером является различие между радиосигналами с амплитудной модуляцией (AM) и радиосигналами с частотной модуляцией (ЧМ). Модуляция доступа несущей относится к способу использования назначенных частот несущей для РЧ сигнала. Примером является различие между использованием одного широкого канала или множества узких каналов в одной и той же присвоенной полосе частот.

Для целей данного изобретения в конструкции стационарной беспроводной системы PC используются частотные диапазоны ниже 10 ГГц. Разработаны другие беспроводные системы связи на средние расстояния, такие как локальная многоточечная система распределения (ЛМСР), которая работает в гораздо более высоких частотных диапазонах, к примеру, от 28 до 31 ГГц. Использование таких высоких частот связано с рядом технических проблем и требует наличия больших наружных антенных систем, которые обеспечивают передачу по линии прямой видимости с крыши одного здания на крышу другого.

Из-за стремления к более высоким скоростям передачи данных во всех существующих стационарных беспроводных системах PC применяются усложненные схемы для модуляции сигнала. Для поддержки высокоскоростной передачи по направлению трафика в этих системах обычно используется 16-битовая квадратурная амплитудная модуляция (КАМ) или 64-битовая КАМ для передачи по направлению трафика от базовой станции к ОПП со скоростью передачи данных, составляющей по меньшей мере 10 Мбит/с.

В отличие от многих стационарных беспроводных ЛВС, которые были разработаны для ближней связи и где используется вариант модуляции доступа к несущей с расширенным спектром, когда один сигнал расширяют по назначенной полосе частот, в относительно небольшом количестве стационарных беспроводных системах PC, которые были разработаны на сегодняшний день, в качестве способа модуляции доступа к несущей выбрана модуляция нескольких несущих. При модуляции нескольких несущих сигнал разделяется на несколько параллельных потоков данных, и эти параллельные потоки данных одновременно посылаются по каналам с разной, более низкой скоростью передачи, а затем вновь собираются в приемнике, обеспечивая более высокую эффективную скорость передачи. Схема модуляции на нескольких несущих, которая была разработана Комитетом стандартов IEEE, для использования в качестве расширения стандарта 802.11 для беспроводных ЛВС с целью обеспечения высокоскоростной беспроводной передачи данных, известной как мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (МОЧР). Схема модуляции МОЧР обеспечивает более эффективное использование назначенной полосы частот и повышает возможности приема высокоскоростных передач.

Для всех указанных усложненных схем модуляции, используемых в существующих стационарных беспроводных PC, обычно требуется более дорогое оборудование и большая мощность передачи на каждой базовой станции. Для извлечения выгоды от повышенных капиталовложений, связанных с разворачиванием каждой базовой станции, разработаны существующие стационарные беспроводные системы PC, в которых минимизируется количество базовых станций, необходимых для обеспечения покрытия данного региона. Радиус обычной зоны покрытия для существующих беспроводных систем PC составляет от 10 до 30 миль (от 16 до 50 км).

Также используют зоны покрытия большего размера, чтобы минимизировать необходимость повторного использования одних и тех же частотных каналов в соседних зонах покрытия. Поскольку для передачи данных с более высокими скоростями во всех существующих стационарных беспроводных системах PC используют более высокие мощности передачи, сигналы повышенной мощности не дают возможность повторно использовать одни и те же частотные каналы в соседних зонах покрытия и даже могут препятствовать возможности повторного использования одних и тех же частотных каналов на расстояниях, в три-пять раз превышающих радиус зоны покрытия. Таким образом, использование зон покрытия увеличенного размера снижает влияние проблем, вызванных невозможностью повторного использования частот в соседних зонах покрытия.

Наиболее существенным недостатком использования для каждой базовой станции зоны покрытия большого размера является возрастающая вероятность потери или ослабления сигнала между базовой станцией и ОПП. Для борьбы с возможной потерей сигнала на больших расстояниях и улучшения приема с более высокой мощностью и более высокими скоростями передачи во всех существующих стационарных беспроводных системах PC используют двухточечную антенную систему, которая требует обеспечения передачи по линии прямой видимости между базовой станцией и доступной извне антенной, подсоединенной к ОПП. На фиг.1 в качестве примера представлена известная конфигурация стационарной беспроводной системы PC, в которой ОПП, находящееся в среде одного пользователя, например в доме, подсоединено к антенне, которая находится вне среды этого пользователя, и где в среде нескольких пользователей, например в небольшом офисе, каждое ОПП подсоединено к своей собственной антенне, расположенной вне среды этих нескольких пользователей.

В условиях относительно ограниченного количества пользователей и потребности в высококачественном функционировании, продиктованных развитием существующих стационарных беспроводных систем PC, использование доступной извне антенны, которая обеспечивает передачу по линии прямой видимости, является необходимым и очевидным. Однако желательно создать стационарную беспроводную систему PC, для которой не требуется доступная извне антенна и которую можно было бы развернуть на большей площади для обеспечения более высоких скоростей передачи данных с более высокой эффективностью и охватом большего количества пользователей.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вышеописанные потребности в значительной степени удовлетворяются стационарной беспроводной системой PC, использующей МОЧР по настоящему изобретению. Стационарная беспроводная система доступа обычно содержит блок оборудования, установленного в помещении пользователя (ОПП), который через интерфейс Ethernet подсоединен к компьютеру небольшого офиса/домашнему компьютеру или локальной сети, и блок базовой станции, который через интерфейс Ethernet подсоединен к сети. Блок ОПП находится дома или в помещении небольшого офиса и имеет антенну, которая развернута внутри этого помещения и легко устанавливается пользователем. Предпочтительно, чтобы блок базовой станции был смонтирован на мачте в радиусе 1-5 миль (1,6-8 км) от блока ОПП. Блок ОПП предпочтительно включает в себя внутренний интегрированный приемопередатчик/коммутатор данных, который позволяет принимать цифровой сигнал от компьютера или сети, преобразовывать этот сигнал в аналоговый формат и передавать аналоговый сигнал на основе радиочастотной технологии в рабочем диапазоне, предпочтительно составляющем 2,5-2,686 ГГц, на базовую станцию. Блок базовой станции предпочтительно включает в себя интегрированный приемопередатчик/коммутатор данных. После приема сигнала блок базовой станции преобразует аналоговый сигнал обратно в цифровой сигнал и подает этот сигнал через соединение Ethernet на персональный компьютер, ЛВС и/или сеть. При передачах по восходящей и нисходящей линиям связи между блоками ОПП и блоками базовых станций используется мультиплексирование с частотным разделением.

Стационарная беспроводная система доступа ведет передачу, используя МОЧР сигналы, которые включают в себя символы МОЧР. Символы МОЧР представлены без настроечного символа и определяются на посимвольной основе.

В стационарной беспроводной системе доступа используется передача с разбивкой на кадры по нисходящей линии связи и передача без разбивки на кадры по восходящей линии связи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - общий вид известной стационарной беспроводной системы РА, использующей внешние антенны.

Фиг.2 - общий вид стационарной беспроводной системы PC с МОЧР согласно настоящему изобретению, в котором используются внутренние антенны.

Фиг.3 - общий вид односекторной структуры в соте фиксированной беспроводной системы доступа по настоящему изобретению.

Фиг.4 - сотовая система по настоящему изобретению.

Фиг.5 - известная стандартная сотовая схема с повторным использованием каналов.

Фиг.6 - известная сотовая схема с повторным использованием каналов, где применяется множественный доступ с временным разделением каналов (МДВР).

Фиг.7 - предпочтительная сотовая схема с повторным использованием каналов по настоящему изобретению.

Фиг.8 - расположение временных интервалов для восходящей и нисходящей передач, используемых системой по настоящему изобретению, а также расположение пакетов сообщений, содержащихся во временных интервалах.

Фиг.9 - блок-схема обработки битового потока пакета данных, который передается или принимается на радиочастоте в стационарной беспроводной системе доступа по настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.2 представлен общий вид стационарной беспроводной региональной сети (PC) с компьютерным оборудованием, установленным в помещении (ОПП), использующим внутренние антенны согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг.2, стационарная беспроводная система 10 доступа по настоящему изобретению может быть сконфигурирована для варианта среды для одиночного пользователя либо для среды с многими абонентами, например, в виде локальной сети. Система 10 предназначена для передачи данных от пользователей и к пользователям системы 10 посредством использования технологии высоконадежной радиопередачи. Система 10 может иметь особенно хороший спрос для бытового применения и малых/домашних офисов (SOHO).

На фиг.3 в общем виде представлена односекторная структура соты стационарной беспроводной системы доступа 10. Как показано на фиг.3, система 10 обычно включает в себя один или несколько основных компьютеров, например один или несколько главных компьютеров 12 и/или один или несколько серверов 13 ЛВС, которые подсоединены к одному или нескольким блокам 14 оборудования, установленного в помещении пользователя (ОПП), через соединение Ethernet 16. Каждый блок 14 ОПП поддерживает связь с одним или несколькими блоками 18 базовых станций в системе 10 посредством радиочастотных сигналов. Каждый блок 18 базовой станции подсоединен через интерфейс Ethernet 19 к одной или нескольким сетям 19 различных типов или коммутационным структурам, например, с использованием асинхронных режимов передачи (АТМ, АРП).

I. СИСТЕМНЫЕ КОМПОНЕНТЫ, РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ И РАСПОЗНАВАНИЕ КОМПОНЕНТОВ

Каждый блок 14 ОПП включает в себя аппаратные средства, необходимые для реализации связи через Ethernet с персональным компьютером 12 пользователя или сервером АВС, а также радиочастотной связи с блоками 18 базовой станции. Эти аппаратные средства предпочтительно реализуются (по меньшей мере, частично) путем использования технологии программируемых матриц логических элементов (ПЛМ) или технологии специализированных интегральных схем (СИС) и предпочтительно разрабатываются на максимальное энергопотребление, составляющее примерно 10 Вт. В частности, каждый блок 14 ОПП предпочтительно включает в себя интегрированный приемопередатчик/коммутатор данных и один или несколько соединителей Ethernet, например соединитель 10Ваsе-Т RG45 (10Base-T - это среда передачи, определяемая IEEE 802.3, в которой информация переносится со скоростями до 10 Мбит/с в немодулированной форме с использованием скрученных пар проводов, которые также называют неэкранированной витой парой (НВП)). Что касается интегрированного приемопередатчика/коммутатора, то следует заметить, что в нем могут быть использованы дискретные компоненты, что не выходит за рамки существа или объема настоящего изобретения.

Для облегчения установки блока 14 ОПП интегрированный приемопередатчик/коммутатор предпочтительно имеет в своем составе направленную антенну, которая дает возможность пользователю устанавливать блок 14 ОПП неподалеку от соответствующего главного компьютера 12 в помещении пользователя. Использование стандартного соединителя Ethernet 22 дополнительно облегчает установку блока 14 ОПП и дает возможность пользователю легко установить блок 14 ОПП для связи с главным компьютером 12 или сервером 13 локальной сети. Предпочтительно, чтобы размеры и форма блока ОПП 14 позволяли расположить и/или смонтировать его на рабочем столе, что опять же дополнительно облегчает установку оборудования.

Блок 18 базовой станции включает в себя аппаратные средства, необходимые для реализации связи Ethernet с сетями 19 одного или нескольких различных типов или коммутационными структурами, например, с использованием асинхронных режимов передачи (АРП), а также радиочастотной связи с блоками 14 ОПП. Эти аппаратные средства предпочтительно реализуются (по меньшей мере, частично) путем использования технологии ПЛМ или технологии СИС и предпочтительно проектируются на максимальное энергопотребление, составляющее примерно 100 Вт. В частности, каждый блок 18 базовой станции, как и каждый блок 14 ОПП, предпочтительно включает в себя интегрированный приемопередатчик/коммутатор данных и один или несколько соединителей Ethernet, например соединитель 10Base-T RG45. Что касается интегрированного приемопередатчика/коммутатора данных, то необходимо отметить, что в нем можно использовать дискретные компоненты, что не выходит за рамки существа или объема настоящего изобретения. Предпочтительно, чтобы блок 18 базовой станции был дополнительно оборудован приемником системы глобального позиционирования (СГА, GPS) для обеспечения временной привязки, для обеспечения соответствующей разрешающей способности и точности системы. Система 10 предпочтительно использует импульс времени СГП для обеспечения синхронизации географически распределенных блоков 18 базовых станций во избежание взаимных помех между блоками 18 базовых станций. Что касается интегрированного приемопередатчика/коммутатора, то следует заметить, что в нем могут быть использованы дискретные компоненты, что не выходит за рамки существа или объема настоящего изобретения.

Согласно фиг.3 блок 18 базовой станции предпочтительно монтируется на мачте для увеличения дальности связи сверх той, что обеспечивается по линии прямой видимости. Высокий коэффициент усиления системы, обеспечиваемый соответствующими уровнями передачи, коэффициентами усиления антенн и чувствительностью приемника, позволяет обеспечить функционирование блока базовой станции 18, не ограничиваясь линией прямой видимости. Если блок 18 базовой станции смонтирован в нижней части мачты, между блоком 18 базовой станции и его антенной потребуется более длинный коаксиальный кабель. Удлинение коаксиального кабеля снижает коэффициент усиления системы и уменьшает рабочее расстояние для заданной степени покрытия, не ограниченного линией прямой видимости.

Каждый блок 18 базовой станции, как показано на фиг.4, расположен в распределенной сотовой системе 30, где каждая сота 32 предпочтительно включает в себя один или несколько секторов 34, а каждый сектор 34 предпочтительно включает в себя один блок 18 базовой станции. На фиг.4 в качестве примера представлена схема распределенной сотовой системы 30, в которой каждая сота 32 имеет шесть секторов 34. Радиус связи каждой соты 32 предпочтительно составляет примерно от 1 до 5 миль (от 1,6 до 8 км) при стандартном радиусе 3 мили (5 км). Однако развертывание блоков 18 базовых станций по секторам не ограничивает использования одного всенаправленного блока 18 базовой станции. В частности, для работы в режиме одной соты не обязательно иметь соту с множеством секторов. В случае небольшой географической зоны, к примеру, с радиусом менее трех миль (менее 5 км), где потенциальное количество пользователей мало и один блок 18 базовой станции способен обеспечить требуемую пропускную способность по обмену данными, может быть установлена одна базовая станция с всенаправленной антенной и большим коэффициентом усиления.

Как только правильным образом установлены каждый блок 14 ОПП и каждый блок 18 базовой станции, любой из них сможет передавать и принимать сигналы связи друг от друга. По существу комбинированное действие радиочастотной связи между блоком 14 ОПП и блоком 18 базовой станции представляет собой действие стандартного коммутатора Ethernet с некоторыми дополнительными усовершенствованиями. Например, между блоками 14 и 18 облегчается радиочастотная связь благодаря тому, что каждому блоку 14 ОПП и каждому блоку 18 базовой станции присваивается уникальный адрес подобно тому, как это делается в коммутационной системе Ethernet. Кроме того, радиочастотная связь между блоками 14 и 18 предпочтительно происходит в виде пакетов данных, где пакет включает в себя адрес источника и/или адресата, указывающий, из какого блока 14 ОПП или из какого блока 18 базовой станции пришел сигнал связи и/или на какой из этих блоков передается сигнал связи соответственно, что опять же аналогично действию коммутационной системы Ethernet. Трафик вещания, например трафик, посылаемый на все блоки в системе 10, может также передаваться между блоками 18 базовых станций и блоками 14 ОПП подобно тому, как это происходит в коммутационной системе Ethernet.

Таким образом, так же, как коммутатор Ethernet улучшает работу системы Ethernet, коммутационная конфигурация, обеспечиваемая блоком 14 ОПП и блоком 18 базовой станции, повышает эффективность функционирования системы 10, допуская распространение только существенного трафика между блоками 14 ОПП и блоками 18 базовых станций; пакеты данных фильтруются и направляются на основе адресов их источников и/или адресатов без вмешательства со стороны промежуточных блоков 18 базовых станций, то есть распределенной коммутации. Кроме того, как и в системе Ethernet, блок 14 ОПП и блок 18 базовой станции реализуют динамический протокол управления главным компьютером (ДПУГК), который отслеживается блоком 14 ОПП и блоком 18 базовой станции для динамического определения аппаратного адреса физической сети нижнего уровня, который соответствует адресу протокола Интернет (IP) высокого уровня главных компьютеров 12, подключенных к блоку 14 ОПП.

В частности, когда блок ОПП первый входит в оперативный режим, он начинает контролировать сигналы блока 18 базовой станции, используя свой приемопередатчик. Когда блок 14 ОПП обнаруживает достаточно качественный сигнал блока 18 базовой станции, блок 14 ОПП закрепляется за блоком базовой станции 18. Блок 18 базовой станции использует сервер аутентификации в сети 20 для определения того, разрешен ли блок 14 ОПП, и определения того, сколько главных компьютеров 12 может быть подсоединено к блоку 14 ОПП. Затем блок 18 базовой станции либо отвергает, либо подтверждает полномочия блока 14 ОПП с разрешенным количеством главных компьютеров 12. После закрепления за одним из блоков 18 базовых станций блок 14 ОПП вступает в фазу распознавания (адресов), когда блок 14 ОПП, отслеживая трафик, узнает адрес уровня 3 и адрес физического уровня Ethernet. Слежение за трафиком заключается в том, что один из главных компьютеров 12 запрашивает адрес уровня 3 от сервера по сети передачи данных, то есть ЛВС 13, и получает ответ сервера предпочтительно согласно протоколу ДПУГК.

Отследив трафик, блок 14 ОПП создает таблицу уровня 3 для исключенного главного компьютера (компьютеров), состоящую из IP-адреса и соответствующего аппаратного адреса физической сети низкого уровня Ethernet. При создании этой таблицы блок 14 ОПП способен обеспечить отсутствие передачи сообщений по радиолинии на блок 18 базовой станции, которые имеют адресат с адресом уровня 3, соответствующий главному компьютеру 12, который уже подключен к блоку 14 ОПП через интерфейс ЛВС 13. Подобно блоку 14 ОПП блок 18 базовой станции отслеживает трафик и создает таблицу уровня 3 главного компьютера (компьютеров), состоящую из IP адреса, соответствующего аппаратного адреса физической сети низкого уровня Ethernet и соответствующего "эфирного" аппаратного адреса блока 14 ОПП. При создании этой таблицы блок 18 базовой станции способен обеспечить отсутствие передачи сообщений по радиолинии, когда сообщение включает в себя адресат с адресом уровня 3, которого нет в таблице адресов блока 18 базовой станции.

Кроме того, подобно системе Ethernet блок 14 ОПП и блок 18 базовой станции предпочтительно реализуют протокол распознавания адресов (ARP, ПРА), который используется конечными устройствами, главными компьютерами и другими компьютерами, подключенными к сети, для динамического обнаружения аппаратного адреса физической сети низкого уровня Ethernet для подключенного главного компьютера 12, который соответствует соответствующему IP адресу указанного главного компьютера 12.

Однако в отличие от стандартных систем Ethernet стационарная беспроводная система 10 доступа обеспечивает для ПРА блок-посредник, когда один из блоков 18 базовых станций может отвечать на запросы ПРА, предназначенные для главного компьютера 12, подключенного к блоку 14 ОПП. Действуя от лица блока 14 ОПП, перехвативший его полномочия блок 18 базовой станции берет на себя ответственность за направленный пакет данных и может отвечать на него, например, блок 18 базовой станции может передать обратно действительный Ethernet адрес управления доступа к среде блока 14 ОПП. Конечно, можно использовать другие и/или дополнительные протоколы в качестве посредников, не выходя за рамки существа или объема изобретения. Используя ПРА и блок-посредник для ПРА, можно сохранить пропускную способность канала и повысить эффективность системы 10, то есть уменьшить график эфирного вещания. Вдобавок, блок 14 ОПП отслеживает трафик данных главного компьютера (компьютеров 12), которые подключены к блоку 14 ОПП. Если трафик предназначен для другого главного компьютера 12, который также подсоединен к блоку 14 ОПП, то тогда блок 14 ОПП не передает этот трафик в блок 18 базовой станции, вследствие чего может быть сохранена пропускная способность канала и повышена эффективность системы 10.

Блок 14 ОПП предпочтительно реализует функцию роуминга, позволяющую перемещать блок 14 ОПП из помещения, находящегося в радиусе действия одного блока 18 базовой станции, в помещение, находящееся в радиусе действия другого блока базовой станции, либо переключаться на другие базовые станции 18, если необходимо выйти из эфира. Блок 14 ОПП непрерывно контролирует качество сигналов всех блоков 18 базовых станций и закрепляется за другим блоком 18 базовой станции, когда уровень сигнала текущего блока 18 базовой станции становится ниже уровня сигнала другого блока 18 базовой станции. Как и в случае с исходным блоком 18 базовой станции, когда происходит подобное изменение, блок 14 ОПП регистрируется в новом блоке 18 базовой станции и, кроме того, передает на новый блок 18 базовой станции таблицу адресов уровня 3 и адресов физического уровня Ethernet тех главных компьютеров 12, которые подсоединены к блоку 14 ОПП, чтобы обеспечить правильную синхронизацию таблиц между блоком ОПП и новым блоком 18 базовой станции. Затем новая базовая станция 18 самостоятельно выполняет ПРА, чтобы обновить таблицы бывшего блока 18 базовой станции с целью ускорения процесса необходимого переключения трафика блоков 18 базовых станций на блок 14 ОПП для соответствующих главных компьютеров 12.

Кроме того, главный компьютер 12 может быть отсоединен от одного блока 14 ОПП и подсоединен к другому блоку 14 ОПП. Тогда новый блок 14 ОПП сможет наблюдать по трафику, что другой главный компьютер 12 активизирован на интерфейсе ЛВС 13. Затем новый блок 14 ОПП регистрируется в добавленном главном компьютере 12, добавляя в свою таблицу адрес уровня 3 и адрес физического уровня Ethernet. Затем блок 18 базовой станции, связанный с новым блоком 14 ОПП, определяет, что был добавлен новый главный компьютер 12, и создает новую запись в таблице адресов блока базовой станции для нового главного компьютера 12. Блок 18 базовой станции дополнительно самостоятельно выполняет ПРА для обновления других блоков 18 базовых станций.

II. СИСТЕМНАЯ ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ

Стационарная беспроводная система 10 доступа предпочтительно работает в частотном диапазоне специальной службы учебного телевидения/службы многоточечного распределения (ITFS/MDS) от 2,5 до 2,686 ГГц. Федеральная комиссия связи (FCC, ФКС) лицензирует эти частоты в виде 31 канала, каждый из которых имеет ширину 6 МГц для дуплексной цифровой связи. В недавнем постановлении ФКС определила, что лицензии на каналы будут выдаваться как безоговорочные лицензии, тем самым исключая необходимость для каждого пользователя регистрировать свой блок 14 ОПП и исключая необходимость индивидуальной регистрации для каждого блока 18 базовой станции.

Как указывалось выше, система 10 предпочтительно является сотовой системой 30, в которой каждая сота 32 в системе имеет один или несколько секторов 34. Один 6 МГц канал может быть использован для поддержания всей системы путем использования комбинации многократно (повторно) используемых сотовых частот и способа мультиплексирования с временным разделением. В альтернативном варианте может быть использовано несколько 6 МГц каналов; при этом добавление каналов увеличивает пропускную способность системы 10 в отношении радиочастотной связи и производительности.

В предпочтительной системе 10, как показано на фиг.4, используется сотовая система 30, в которой каждая сота 32 разделена на шесть секторов 34 и обеспечена шестью каналами, так что один сектор 34 может использовать канал постоянно. При такой предпочтительной конфигурации система 10 обеспечивает схему повторного использования 1:1, скорость передачи 9 Мбит/с на сектор (54 Мбит/с на соту) и скорость прохождения данных 3 Мбит/с на сектор (18 Мбит/с на соту). Предпочтительная система 10 способна одновременно поддерживать примерно 300 активных пользователей на сектор (1800 на соту) и примерно 1000-1500 абонентов на сектор (6000-9000 на соту). Система 10 рассчитана, как минимум, на одновременную поддержку по меньшей мере 250 активных пользователей на сектор.

Для многократного (повторного) использования частоты в известных беспроводных системах обычно требуется по меньшей мере одно кольцо из разделяющих сот. Обратимся за примером к фиг.5, где в известной системе имеются три частоты, используемые в сотах, что показано тремя разными штриховками. В конфигурации на фиг.5 сотовая система отделяет каждую соту, которая совместно использует один и тот же канал, установленный по меньшей мере одной сотой 32, для того чтобы минимизировать помехи, когда допускается использование одних и те же частот в другой части системы. В другой известной беспроводной системе для уменьшения частотных помех между сотами используется множественный доступ с временным разделением каналов (МДВР, TDMA). Обратимся за примером к фиг.6, где каждая сота 32 разделена на секторы 34, причем каждый сектор 34 имеет свой собственный частотный канал, при этом каналы повторяются в следующей соседней соте 32. Для обеспечения возможности повторного использования частоты применяется технология МДВР, что дает каждому пользователю уникальный временной интервал в канале. Так, в нижней соте 32, сектор 1, пользователь осуществляет передачу в соответствии с указанным сигналом дискретного времени, в соседней правой соте 32 пользователь осуществляет передачу в соответствии с указанным сигналом дискретного времени, то есть после того, как нижняя сота 32 выполнила передачу, а в соседней верхней соте 32 пользователь осуществляет передачу в соответствии с указанным сигналом дискретного времени, то есть после того, как соседняя правая сота 32 выполнила передачу, и так далее, так что каждый сектор в каждой соте выполняет передачу в разное время. Однако согласно настоящему изобретению из-за использования квадратурной фазовой манипуляции (КФМн) и уменьшенного диаметра каждой соты, как более подробно описано ниже, не требуется ни отделения сот 32, ни использования МДВР между сотами, смотри фиг.7.

В альтернативных вариантах настоящего изобретения в каждой соте 32 может быть предусмотрено три сектора 34, в результате чего используемый в такой соте способ мультиплексирования с временным разделением каналов будет базироваться на двухсотовой конфигурации (шесть секторов). Когда в двухсотовой конфигурации предусмотрен один 6 МГц канал, передача ведется одну шестую часть времени в каждом секторе; когда в двухсотовой конфигурации предусмотрено два 6 МГц канала, передача ведется одну треть времени в каждом секторе, а когда в двухсотовой конфигурации предусмотрено три 6 МГц канала, передача идет в течение половины данного времени. Конечно, изменение конфигурации сот и секторов влияет на скорость передачи, скорость прохождения данных и количество пользователей, которых может поддерживать система 10. Однако возможность совместного использования времени, например, в отношениях 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:6 и т.д. позволяет развернуть систему 10 с уменьшенным количеством частот для покрытия данной зоны. Следует заметить, что можно использовать другие конфигурации сот, секторов и каналов в системе 10, не выходя за рамки существа или объема изобретения. Однако следует также отметить, что увеличение количества секторов повышает общую стоимость блока 18 базовой станции из-за увеличения количества отдельных антенн, которые потребуются в этом случае для каждого блока 18 базовой станции.

Независимо от точного расположения сот и рабочего цикла мультиплексирования с временным разделением каналов внутри соты в каждом секторе 34 предпочтительно использовать предусмотренный для него канал для передачи пакетов данных для увеличения временных интервалов, называемых кадрами. В системе 10 для поддержки двунаправленной связи в каждом секторе предпочтительно использовать дуплексную связь с временным разделением (TDD, ДСВР). Каждый кадр делится на две основные части: время передачи по нисходящей линии и время передачи по восходящей линии. Время передачи по нисходящей линии предпочтительно позволяет блоку 18 базовой станции вести передачу на одном из множества канальных интервалов 100 нисходящей линии связи, смотри фиг.8. Аналогично время передачи по восходящей линии связи предпочтительно позволяет блокам 14 ОПП вести передачу на одном из множества канальных интервалов 102 восходящей линии. Предпочтительно иметь переменное отношение количества канальных интервалов 100 нисходящей линии к количеству канальных интервалов 102 восходящей линии, чтобы иметь возможность адаптации скоростей прохождения данных в системе для трафика связи данного типа. Это отношение предпочтительно должно быть настраиваемым параметром, но оно может изменяться во время работы, если это не выходит за рамки существа или объема изобретения.

На каждом канальном интервале нисходящей линии связи и восходящей линии связи идет передача одного сигнала МОЧР, который содержит пакет данных (модуляция МОЧР предпочтительней, чем цифровой расширенный спектр, так как цифровой расширенный спектр не обеспечивает достаточную мощность для каждого символа, который передается на общей частоте; увеличение мощности для поддержки передачи на более длинные расстояния приводит к расширению (выходу) мощности сигнала за пределы присвоенной полосы частот). Предпочтительно иметь возможность настройки длительности во времени общей длины кадра на предпочтительную стандартную длину. Однако длительность каждого кадра может изменяться от одного кадра до следующего и может быть различной у разных сот и секторов. Заметим, что для обеспечения сигнализации и временной/частотной привязки для восходящей линии связи передача по нисходящей линии данного сектора 34 предпочтительно длится в течение времени, установленного для передачи по нисходящей линии связи, даже если для данного кадра или части кадра отсутствуют данные для передачи по нисходящей линии.

Обратимся к фиг.8, где каждая передача по нисходящей линии предпочтительно содержит пакет 104 сообщений нисходящей линии, который включает в себя непрерывный поток байтов, сформированный главным компьютером 12 или сетью 19. Каждый байтовый поток начинается и заканчивается флагом 106 длиной, например, 1 или 2 байта, которые отмечают начало и конец пакета сообщений. Между флагами 106 каждый байтовый поток предпочтительно включает в себя 4-байтовый адрес адресата 108, 2-байтовое поле длины типа 110 до 2К байтов данных 112 и 4-байтовый циклический избыточный код (CRC, ЦИК) 114, который охватывает поле адреса 108, поле длины/типа 110 и данные 112.

Вдобавок часть передачи по нисходящей линии разбивается на кадры с использованием протокола радиолинии Управления доступом к среде (УДС) и предпочтительно содержит поле заголовка кадра (ЗК) 116 и множество полей состояния каналов восходящей линии (СКВЛ) 118, причем поля СКВЛ 118 появляются в передаче по нисходящей линии с интервалами, равными одному интервалу нисходящей линии. Вдобавок каждый символ МОИР нисходящей линии начинается с флага из восьмибитовой символьной последовательности (ФСП) 119, который указывает, содержит ли символ нисходящей линии поле заголовка кадра 116. По существу каждый символ МОЧР содержит пакет данных и вспомогательную информацию, достаточную для демодуляции символа; причем отдельные символы МОЧР, содержащие известную фиксированную информацию для подстройки, то есть данные, содержащиеся в символе, которые позволяют приемнику принимать и "захватывать" частоту, на которой идет передача, не используются.

Поле 116 заголовка кадра содержит радиоадрес блока 18 базовой станции и другую информацию, специфическую для данного блока 18 базовой станции и для всех операций блока базовой станции и блока (блоков) 14 ОПП, которые используют данный блок 18 базовой станции. Предпочтительная конфигурация поля 116 заголовка кадра обеспечивает всего восемь байтов, в том числе: (1) несколько флагов (каждый размером 1 бит) для начала суперкадра, конца суперкадра и пустой символ; (2) системный идентификатор, 4 бита; (3) уровень мощности передачи, 4 бита; (4) адрес блока базовой станции сектора/соты, 4 байта; (5) величина смещения, указывающая количество символов МОЧР в части кадра для нисходящей линии, 4 бита; (6) коэффициент (кратность) многократного использования при мультиплексировании с временным разделением каналов (например, 1:1, 1:2, 1:3 и т.д.), 4 бита, и (7) избыточный циклический код (ЦИК), 1 байт.

Поле 118 состояния канала восходящей линии (СКВЛ) содержит информацию о том, используется ли канальный интервал 102 восходящей линии. Поле 118 СКВЛ имеется в каждом из первых "n" символов МОЧР нисходящей линии, где "n" - количество интервалов в кадре восходящей линии. Если интервал 102 используется, то СКВЛ 118 содержит: (1) радиоадрес блока 14 ОПП, который использует определенный канальный интервал 102 восходящей линии 102; (2) зарезервирован ли канальный интервал 102 восходящей линии и для какого блока 14 ОПП он зарезервирован и (3) другую подходящую информацию для управления данным канальным интервалом 102 восходящей линии. Предпочтительная конфигурация поля 118 СКВЛ обеспечивает всего шесть байтов, в том числе: (1) адрес мобильной станции, 4 байта; (2) используемый интервал, 1 бит; (3) подтверждение, 1 бит; (4) прерывание, 1 бит; (5) резервный, 2 бита; (6) качество обслуживания (QoS), 3 бита и (7) избыточный циклический код (ЦИК), 1 байт.

Адрес мобильной станции поля 118 СКВЛ обычно относится к блоку 14 ОПП, который использовал данный интервал 102 в предыдущем кадре. Однако он может относиться к блоку 14 ОПП, который будет использовать интервал 102 в части текущего/следующего кадра передачи по восходящей линии, но может не иметь ранее использованный интервал 102. "Используемый интервал" относится к сведениям о том, будет ли данный интервал 102 доступен для произвольного доступа в части текущего кадра передачи блока 14 ОПП. "Подтверждение" относится к результатам передачи по восходящей линии в данном интервале 102 предшествующего кадра. Блок 14 ОПП должен повторно передать любой неправильный блок данных перед передачей нового блока данных. "Прерывание" означает, что интервал 102 зарезервирован за "новым" блоком 14 ОПП в части следующего кадра для передачи блоком ОПП. "Резервные" биты не используются. "Качество обслуживания" (QoS) относится к приоритету интервала 102 в части текущего кадра для передачи блоком ОПП, то есть для передачи пакетов с произвольным доступом в данном интервале 102 в части текущего кадра передачи по восходящей линии допускаются только пользователи с заданным или более высоким приоритетом. ЦИК представляет собой тот же полином, который используется в поле 116 заголовка кадра и охватывает все другие поля 118 в поле СКВЛ.

Нисходящая линия обеспечивает управление согласно протоколу управления доступом к среде передачи (УДС) блоком (блоками) 14 ОПП для передачи по восходящей линии через поле 118 ОПП. УДС, обеспеченное нисходящей линией, предпочтительно использует протокол УДС для радиолинии. Указанное УДС предпочтительно предоставляет сегментированный по схеме Aloha доступ, обеспечивая пользователей доступом по требованию к радиолинии между блоком 14 ОПП и блоком 18 базовой станции, причем такой доступ подразумевает дополнительное резервирование интервалов для расширенной передачи сообщения от блока 14 ОПП. В полях 118 СКВЛ предпочтительно предусмотреть данные о качестве обслуживания (QoS) для управления услугами, разрешенными при доступе.

Поток байтов поддерживается для передачи блоком 14 ОПП или блоком 18 базовой станции на нижнем уровне блок-схемы на фиг.9. Как показано на фигуре, байтовый поток сначала кодируется с прямым исправлением ошибок, что обеспечивается блочным кодером 40 Рида/Соломона и сверточным кодером 42. Блочный кодер 40 Рида/Соломона добавляет байты контроля четности Рида/Соломона, например 10 байтов четности, к байтовому потоку, в котором может быть исправлено определенное количество байтовых ошибок, например пять байтовых ошибок. После обработки в блочном кодере 40 Рида/Соломона байтовый поток подается в виде последовательного битового потока в сверточный кодер 42. Сверточный кодер 42 предпочтительно представляет собой сверточный кодер со скоростью 1/2, который вносит избыточность в битовый поток. Заметим, что кодовое слово Рида/Соломона предпочтительно вводится в сверточный кодер 42 с длиной ограничения 7, глубиной 35 и скоростью кодирования 0,5. Конечно, можно использовать другие значения длины ограничения и скорости кодирования, не выходя за рамки существа или объема изобретения.

В предпочтительном варианте байтовый поток кодируется блочным кодером 40 Рида/Соломона и сверточным кодером 42 со скоростью 1/2 с использованием 672 несущих. В частности, эти 672 несущие, которые осуществляют передачу информации, модулируются двумя битами, обеспечивая 1344 бита данных, передаваемых за один символ. Эти 1344 бита данных подвергаются сверточному кодированию со скоростью 1/2 для того, чтобы оставить 672 бита данных со случайными ошибками при приеме и сверточном декодировании приемником. 672 бита включают в себя 84 байта данных, которые разделены на 74 байта данных полезных данных, подлежащих передаче, и 10 байтов коррекции ошибок с использования кодирования Рида/Соломона. При приеме 84 байтов данных выполняется коррекция ошибок на основе декодирования Рида/Соломона (как описано ниже) для исправления до пяти байтов данных, в которых могут быть ошибки, что исправляет пакетные ошибки, полученные при приеме.

После сверточного кодера 42 поток битов поступает в преобразователь 44 сигнала, который предпочтительно включает в себя блок 46 перемежителя и блок 48 преобразования "биты в символы КФМн" 48. Преобразователь 44 сигналов перемежает выходные биты, поступающие от сверточного кодера, с заданным интервалом и глубиной, например 32 и 42 соответственно. Затем значения битов 1/0 кодируются в -1/1, а затем немодулированные сдвоенные биты, например три немодулированных сдвоенных бита (0,0), вставляются в центр битовой последовательности для формирования общей последовательности из 675 информационных дибитов, каждый из которых модулирует подсимвол, используя квадратурное фазовое манипулирование (КФМн). Обнуление, или "немодулирование" трех центральных несущих, устраняет необходимость сохранения содержимого для постоянной и низкочастотной составляющих в модулированном сигнале, что ослабляет конструктивные ограничения и облегчает реализацию передатчика и приемника.

Использование КФМн - модуляции информационных несущих дает возможность оптимизировать сотовую систему. В частности, использование КФМн - модуляции несущих обеспечивает оптимальное отношение несущая/помеха для данной скорости прохождения данных. Оптимальное отношение несущая/помеха позволяет развернуть вариант сотовой структуры, где применяется схема 1:1 многократного использования частоты. Это позволяет каждой соте использовать одни и те же шесть частот в шестисекторной соте. При модуляции более высокого порядка требуются большее значение отношения несущая/помеха, вследствие чего понадобится иметь больше (а именно в три раза или более) частот, чем в системе с КФМн модуляцией.

Для дальнейшего пояснения обратимся к диаграмме на фиг.10, где показаны взаимные помехи для схемы многократного использования с кратностью 1:1 для соты, которая имеет шесть секторов по 60° со смещением 30°, где расстояние R, равное 1, отсчитывается от вершины сектора. На этой схеме узел Х является главным передающим узлом. Абонентами, которые испытывают действие помех, являются А, В и С. Узлами, которые могут создавать помехи, являются узлы Т и U. Соты, лежащие ниже и правее Т и U, также добавляют помехи, но в гораздо меньшей степени, чем Т и U. Уровни помех представлены следующим образом (коэффициент потерь на распространение A 1/R⁴ используется для последующего анализа):

1. Для "А" создают помехи Т и U. Уровень помех составляет примерно 14,84 дБ.

2. Для "В" создают помехи Т и U. Уровень помех составляет примерно 14,84 дБ.

3. Для "С" создают помехи Т и U. Уровень помех составляет примерно 13,9 дБ.

С учетом диаграмм направленности излучения направленных антенн допускается дополнительно от 2 до 4 дБ защиты.

Чтобы обеспечить значение частоты ошибок по битам (ЧОБ), равное 10^-6, для обмена сигналами МОЧР с использованием КФМн потребуется отношение сигнал-шум только 5 дБ (ОСШ) для защиты. Шестисекторная сота обеспечивает по меньшей мере 8 дополнительных дБ для защиты от помех. При использовании модуляции более высокого порядка требуется более высокое отношение сигнал-шум по сравнению с КФМн для той же самой частоты символьных ошибок. В следующей таблице показан уровень модуляции и дополнительная защита, необходимая для модуляции более высокого уровня по сравнению с КФМн-модуляцией.

МодуляцияБит/с/ГцСкорость передачиТребуемая дополнитель
ная защитаКратность повторного использованияЭффективностьBPSK (двоичная фазовая манипуляция)12,5 Мбит/с0,0 дБ1:10,50QPSK квадратурная фазовая манипуляция25 Мбит/с0,0 дБ1:11,0016QFM частотная модуляция с квантованием410 Мбит/с7,0 дБ3:10,6664 КАМ615 Мбит/с13,2 дБ5:10,60256 КАМ820 Мбит/с19,3 дБ7:10,57

Скорость передачи приведена в качестве примера для сравнения различных способов модуляции. Дополнительная защита - это дополнительное приращение ОСШ, необходимое для модуляции более высокого порядка для достижения той же самой частоты символьных ошибок, что и в случае КФМн. Эта дополнительная защита распространяется на помехи от базовых станций, использующих те же каналы. Уровни необходимой дополнительной защиты близки или превосходят предел, имеющийся в шестисекторной сотовой схеме с кратностью 1:1, как было описано ранее. Коэффициент многократного использования - это количество канальных наборов, которые необходимы для создания схемы многократного использования, способной обеспечить требуемую защиту. Приближенный подсчет показывает, что с каждым удвоением порядка модуляции уровень необходимой дополнительной защиты возрастает на три дБ. Это увеличение мощности на 3 дБ преобразуется в увеличение расстояния распространения сигнала, что приводит к невозможности достижения коэффициента кратности использования частоты, равного один к одному, между соседними сотами.

Затем может быть вычислен коэффициент эффективности как отношение бит/с/Гц/площадь по отношению к КФМн. Настоящее изобретение позволяет обеспечить максимальный коэффициент эффективности, чтобы создать высокоэффективную сотовую систему для стационарной беспроводной МРС с МОЧР. Из настоящего изобретения следует, что чем выше порядок модуляции, тем ниже коэффициент эффективности, если рассматривать всю сотовую сеть в целом. Следовательно, КФМн является оптимальным способом модуляции для системы, разбитой на соты, где используется минимальная часть спектра для данной зоны в сотовой системе. Следует также отметить, что для модуляций более высокого порядка потребуются уровни сигналов для более высоких пределов замирания из-за многолучевого распространения сигналов.

Продолжая далее обсуждать условия поддержания сигналов и повторно обращаясь к фиг.9, можно увидеть, что модуляция 50, предпочтительно с ортогональным частотным разделением (МОЧР), выполняется на подсимволах КФМн, выходящих из преобразователя сигнала 44. Как показано на фиг.9, МОЧР 50 предпочтительно включает следующие шаги. Сначала между информационными двойными битами равномерно вставляются подсимволы пилот-сигнала, модулирующие двубитные значения, равные (1,1); в верхнюю и нижнюю части 6 мГц канала вставляются немодулированные защитные подсимволы и добавляются внеполосные подсимволы, чтобы обеспечить требуемую общую длину последовательности подсимволов, например 1024 подсимволов на символ МОЧР, смотри блок 52. Далее подсимволы подаются в рандомизатор бита знака, смотри блок 54. Более конкретно, последовательность подсимволов предпочтительно умножается на псевдослучайную (PRN) последовательность для исключения амплитудных пиков из-за неслучайной природы подсимволов данных, пилот-сигнала, защиты и внеполосных символов.

Следующий шаг при выполнении МОЧР предпочтительно включает в себя выполнение обратного быстрого преобразования Фурье для новой рандомизированной последовательности подсимволов, смотри блок 56. После завершения этого преобразования в начало символа нисходящей линии связи вставляется циклический префикс/постфикс, смотри блок 58. При завершении модуляции цифровая последовательность предпочтительно подается в фильтр нижних частот и, если это необходимо, интерполируется до более высокой частоты перед вводом в цифроаналоговый преобразователь, смотри блок 60. Наконец, эта последовательность направляется в цифроаналоговый преобразователь 62 и передается из блока 14 ОПП или блока 18 базовой станции через аналоговые радиоэлектронные схемы.

МОЧР, по меньшей мере, частично противостоит таким воздействиям, как конструктивная и деструктивная интерференция, и фазовый сдвиг сигнала при многолучевом распространении. Многолучевое распространение - это явление, приводящее к тому, что радиосигналы достигают приемной антенны двумя или более путями.

Вновь обратимся к фиг.8, где каждая передача по восходящей линии содержит пакет 120 сообщений восходящей линии, включающий в себя непрерывный байтовый поток, созданный компьютером 12 или сетью 19. Каждый байтовый поток предпочтительно включает в себя 4-байтовый адрес 122 адресата, 4-байтовый адрес 124 источника, 2-байтовое поле 126 длины/типа, 60 байтов 128 данных и 32-битовый избыточный циклический код (ЦИК) 130, который охватывает оба адресных поля 122 и 124, а также поле 126 длины/типа и данные 128. Заметим, что для передачи по восходящей линии пакет 120 сообщений не разбивается на кадры, как в случае передачи по нисходящей линии, однако предполагается фиксированное количество, например шесть, канальных интервалов 102 для восходящей линии. Система 10 может быть сконфигурирована таким образом, чтобы дать возможность любому данному блоку 14 ОПП вести передачу только в одном канальном интервале 102 данного кадра для восходящей линии. Однако в альтернативном варианте систему 10 можно сконфигурировать таким образом, чтобы иметь возможность одновременной обработки множества сообщений по восходящей линии от одного блока 14 ОПП вплоть до числа интервалов 102 восходящей линии на кадр. Таким образом, под управлением уровня УДС отдельный блок 14 ОПП может увеличить свою пропускную способность по восходящей лини, используя два или более интервалов 102 восходящей линии в каждом кадре, если это требуется, вплоть до количества интервалов, равного общему количеству всех интервалов 102 восходящей линии в кадре.

Байтовый поток поддерживается для приема блоком 14 ОПП или блоком 18 базовой станции на верхнем уровне блок-схемы на фиг.9. Как показано на схеме, блок 14 ОПП или блок 18 базовой станции принимают аналоговый сигнал через аналоговые радиоэлектронные схемы. Затем аналоговый сигнал подается в аналого-цифровой преобразователь 70. Выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя дискретизируется и подается в виде сигнала обратной связи в контуре автоматического регулирования усиления, так что режим работы аналого-цифрового преобразователя поддерживается в линейном рабочем диапазоне, смотри блок 72. Выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя подается также в блок 74 "цифровой фильтрации нижних частот (ФНЧ) и прореживания", в результате чего цифровой выходной сигнал подвергается цифровой обработке (DSP) предпочтительно с использованием матриц программируемых логических элементов (ПЛМ) или технологии на основе специализированных интегральных схем (СИС), а затем фильтруется в фильтре нижних частот. После всех этих преобразований сигнал будет представлен в виде символа МОЧР.

На следующем шаге обработки символа МОЧР при завершении приема из символа МОЧР удаляются циклический префикс и постфикс, смотри блок 76. Затем полученный символ МОЧР подвергается быстрому преобразованию Фурье, смотри блок 78. Затем выполняется рандомизация бита знака, смотри блок 80. Грубая синхронизация/грубая частота и точная синхронизация/точная частота символа МОЧР обеспечиваются блоками 82 и 84 соответственно.

Грубая синхронизация предпочтительно достигается путем сопоставления циклического префикса данного символа МОЧР с содержанием символа. В частности, циклический префикс, являющийся повторением части символа, позволяет приемнику реализовать функцию автокорреляции для определения того, попадает ли начало символа в интервал времени внутри нескольких выборок. Приемник может обнаруживать символ за символом, поскольку была выполнена грубая синхронизация, путем просмотра нескольких символов (не требуется, чтобы эти символы имели фиксированное содержание, это испытательные символы). Грубая частота предпочтительно определяется с помощью корреляции пилот-сигнала. В частности, приемник выполняет автокорреляцию в частотной области на основе пилот-сигналов, чтобы определить частоту несущей приемника.

Точная синхронизация символа МОЧР предпочтительно достигается путем оценки фазы пилот-сигналов. Пилот-сигналы передаются с известной фазой, что позволяет приемнику использовать эту заранее известную информацию для точного определения местоположения начала символа с погрешностью менее малой части выборки. Точная частота символа МОЧР предпочтительно выявляется из циклического префикса. Циклический префикс используется для настройки частоты несущей точно по несущей передатчика. После того как приемник выполнил грубую синхронизацию и получил точную частоту, выполняется настройка каждого символа МОЧР для точной синхронизации и грубой частоты, что позволяет приемнику повысить качество определения символа, увеличить чувствительность приема и повысить эффективность исправления ошибок.

Затем символ МОЧР подвергается демодуляции, которая включает в себя канальное выравнивание посредством обработки пилот-сигнала, смотри блок 86. После демодуляции сигнала МОЧР выделяются подсимволы пилот-сигнала, защиты и внеполосные подсимволы, после чего остается общая последовательность из информационных сдвоенных битов, каждый из которых модулирован подсимволом квадратурной фазовой манипуляции (КФМн), смотри блок 88. Затем символы КФМн предпочтительно подаются в обратный преобразователь сигнала 90, который включает в себя блок 92, где символам КФМн возвращаются битовые значения 1/0, и блок 94, где биты подвергаются обратному перемежению. Обратный преобразователь сигнала 90 эффективно размещает биты в том же порядке, в каком они были в исходном передаваемом сигнале. Выходной сигнал обратного преобразователя 90 сигнала представляет собой последовательный поток битовых данных, который предпочтительно подается в декодер 96 Витерби, где скорость последовательного потока данных уменьшается вдвое для исправления ошибок. Затем выходной сигнал из декодера 96 Витерби предпочтительно подается в блочный декодер 98 Рида/Соломона, который исправляет оставшиеся ошибки в поступившем потоке данных.

Затем поток данных восходящей линии поступает на проверку на основе циклического избыточного кода (ЦИК) в блоке 18 базовой станции. Проверка ЦИК представляет собой способ обнаружения ошибок при передаче данных, который используется для обеспечения точной пересылки пакета данных. ЦИК является результатом вычисления на наборе переданных битов, которые передатчик, например блок 14 ОПП, добавил к пакету данных, как было описано ранее применительно к передаче по восходящей линии. В приемнике, например в блоке 18 базовой станции, это вычисление повторяется и результаты сравниваются с закодированным значением. Вычисления выполняются таким образом, чтобы оптимизировать обнаружение ошибок. Если проверка ЦИК дает положительный результат, то пакет данных обрабатывается. Если проверка ЦИК дает отрицательный результат, то тогда пакет данных не допускается к дальнейшей обработке, как если бы он вообще не был принят блоком 18 базовой станции.

В свете вышесказанного очевидно, что стационарная беспроводная система 10 доступа по настоящему изобретению способна обеспечить максимальную производительность операторов многоканальной многосторонней системы связи (ММСС) и пропускную способность пользователя по спектру, причем разворачивание сети не представляет больших трудностей как со стороны базовой станции, так и со стороны пользователя. Более конкретно, система 10 может поддерживать более высокую пропускную способность, чем другие существующие беспроводные системы, что определяется скоростью прохождения данных в расчете на одного пользователя. Что касается пользователя, то он может выполнить полную установку блока 14 ОПП с помощью простого соединителя Ethernet, при этом не требуется регистрация в ФКС. Кроме того, разбитая на соты и секторы структура блока 18 базовой станции позволяет в полной мере многократно использовать частоты для выделенного набора каналов, что облегчает планирование сети и дает возможность изменять размеры сот, согласуя их с плотностью абонентов; а именно при высокой плотности пользователей предпочтительно использовать множество небольших смежных сот 32, а не одну большую соту.

Что касается частной реализации стационарной беспроводной системы 10 доступа, то предпочтительно учитывать следующее: (1) потенциальный конечный пользователь системы 10 приходит в магазин, торгующий электроникой в розницу, чтобы купить блок 14 ОПП; (2) розничный продавец обеспечивает конечного пользователя контрактом с поставщиком услуг в зоне, которую обслуживает стационарная беспроводная система 10 доступа; (3) конечный пользователь связывается с поставщиком услуг и предоставляет поставщику услуг информацию, необходимую для того, чтобы тот смог подключить определенный блок 14 ОПП конечного пользователя; и (4) конечный пользователь устанавливает блок 14 ОПП, используя, как было описано ранее, его внутреннюю антенну, обеспечивающую связь с системой 10. Поставщику услуг нет необходимости присылать обслуживающий персонал в помещение конечного пользователя для установки блока 14 ОПП. Конечно, можно использовать и другие варианты розничной реализации, если это не выходит за рамки существа или объема настоящего изобретения.

Применения стационарной беспроводной системы 10 доступа включают, но не ограничиваются перечисленными: (1) высокоскоростную передачу данных, например доступ в Интернет (со скоростями цифровой абонентской линии (ЦАЛ)), услуги по размещению информации в Web-узлах (хостинг) с дистанционным доступом по электронной почте, расширение глобальной/локальной (ГС/ЛВС) сети, дистанционные услуги поддержки управленческой информационной системы (УИС); (2) телефонию, например Интернет-телефонию, речевую телефонию по протоколу Интернет (VoIP) и (3) видеотехнологии, например видеоконференции, потоковую передачу видеоданных (стриминг), дистанционный обзор видеокамерой, заочное обучение, телемедицину.

Настоящее изобретение может быть воплощено в других конкретных формах в рамках существа его главных признаков; следовательно, проиллюстрированные варианты следует рассматривать во всех отношениях только как примеры, а не как ограничения, причем объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения, а не предшествующим описанием.

Стационарная беспроводная система доступа обычно включает в себя блок оборудования, устанавливаемого в помещении пользователя (ОПП), которое подсоединено через интерфейс Ethernet к персональному компьютеру или локальной сети, и блок базовой станции, который подсоединен через интерфейс Ethernet к сети. Сам по себе блок ОПП предпочтительно легко устанавливается пользователем, в то время как блок базовой станции предпочтительно монтируется на мачте в радиусе от 1 до 5 миль (1,6-8 км) от блока ОПП. Как блок ОПП, так и блок базовой станции, предпочтительно включают интегрированный приемопередатчик/коммутатор данных, который позволяет обеспечить радиочастотную линию связи, работающую в диапазоне от 2,5 до 2,686 ГГц. При передачах между блоками ОПП и блоками базовых станций по восходящей и нисходящей линиям используется мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов. Технический результат заключается в использовании доступной извне антенны, которая обеспечивает передачу по линии прямой видимости.8 н. и 54 з.п. ф-лы, 13 ил. 1 табл.

1. Стационарная беспроводная региональная сеть (PC), работающая в частотном диапазоне ниже 10 ГГц, содержащая множество базовых станций, причем каждая базовая станция обеспечивает беспроводный обмен данными на основе мультиплексированного ортогонального частотного разделения (МОЧР) на наборе каналов, определенных в частотном диапазоне для зоны охвата, уникальной для данной базовой станции и имеющей радиус больше 1 мили (1,5 км) и меньше 10 миль (16 км); и множество комплектов оборудования, установленного в помещении пользователя (ОПП), назначенных каждой базовой станции и расположенных в помещении в соответствующей зоне охвата данной базовой станции, причем каждый комплект ОПП имеет антенну, развернутую внутри помещения, где расположено ОПП.2. Стационарная беспроводная PC по п.1, в которой базовые станции и комплекты ОПП используют схему модуляции сигнала, которая требует защиты, обеспечивающей значение отношения сигнал-шум (ОСШ), меньшее 10 дБ, для достижения частоты ошибочных битов (ЧОБ), равной 10^-6.3. Стационарная беспроводная PC по п.2, в которой схема модуляции сигнала представляет собой модуляцию КФМн (квадратурная фазовая манипуляция).4. Стационарная беспроводная PC по п.1, в которой набор каналов для первой базовой станции многократно используется второй базовой станцией, имеющий зону охвата, смежную по отношению к зоне охвата первой базовой станции.5. Стационарная беспроводная PC по п.1, в которой базовые станции и комплекты ОПП используют схему ALOHA доступа к среде, которая играет роль посредника для множества запросов на обмен данными по набору каналов.6. Стационарная беспроводная PC по п.1, в которой каждая базовая станция включает в себя меньше 10 ориентированных по секторам антенн, причем каждая ориентированная на сектор антенна обеспечивает беспроводный обмен данными с заранее установленным сектором зоны охвата базовой станции и в которой каждая ориентированная на сектор антенна использует свой набор каналов.7. Стационарная беспроводная PC по п.1, в которой коэффициент эффективности беспроводного обмена данными составляет по меньшей мере 0,75.8. Стационарная беспроводная PC по п.1, в которой отношение радиуса зоны охвата, умноженного на скорость беспроводного обмена данными и деленного на потери на затухание при беспроводном обмене данными, составляет по меньшей мере 5.9. Стационарная беспроводная система доступа, содержащая блок базовой станции, причем блок базовой станции включает в себя сетевой интерфейс, подсоединяемый к сети, первый радиочастотный интерфейс, позволяющий вести радиочастотную передачу и прием, и первый коммутатор, где первый коммутатор способен коммутировать информационный пакет от упомянутой сети на блок базовой станции и от блока базовой станции на первый радиочастотный интерфейс для передачи информационного пакета блоком базовой станции на радиочастоте и способен коммутировать информационный пакет, принимаемый в первом радиочастотном интерфейсе, на блок базовой станции и от блока базовой станции в сеть; и блок оборудования в помещении пользователя (ОПП), причем блок ОПП включает в себя интерфейс главного компьютера, подсоединяемый к главному компьютеру, второй радиочастотный интерфейс, позволяющий обеспечивать радиочастотную передачу вне линии прямой видимости на блок базовой станции и радиочастотный прием вне линии прямой видимости от блока базовой станции, и второй коммутатор, причем второй коммутатор способен коммутировать информационный пакет от главного компьютера на блок ОПП и от блока ОПП на радиочастотный интерфейс для передачи информационного пакета блоком ОПП на радиочастоте, и способный коммутировать информационный пакет, принимаемый в радиочастотном интерфейсе на блок ОПП и от блока ОПП к главному компьютеру, где первый и второй радиочастотные интерфейсы для передачи и приема информационных пакетов используют мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (МОЧР).10. Система по п.9, в которой главный компьютер выбирают из группы, состоящей из одного главного компьютера и сети из множества главных компьютеров.11. Система по п.9, в которой радиочастотный интерфейс работает в диапазоне 2,5-2,686 ГГц.12. Система по п.9, в которой сетевой интерфейс и интерфейс главного компьютера содержат Ethernet интерфейс.13. Система по п.9, дополнительно включающая множество блоков базовых станций, в которой блоки базовых станций скомпонованы в соответствии с сотовой структурой и в которой каждый из блоков базовых станций излучает сигнал и блок ОПП зарегистрирован по меньшей мере в одном из множества блоков базовых станций посредством радиочастотной связи и блок ОПП определяет, в каком из множества блоков базовых станций он зарегистрирован, на основе качества сигнала от множества блоков базовых станций.14. Система по п.13, в которой после регистрации блока ОПП в одном из множества блоков базовых станций и после того, как блок базовой станции, в котором был зарегистрирован блок ОПП, теряет качество сигнала, блок ОПП ищет новый блок из множества блоков базовых станций на основе качества сигнала и регистрируется в нем.15. Система по п.14, в которой после регистрации блока ОПП в новом блоке из множества блоков базовых станций блок ОПП передает адрес главного компьютера, подсоединенного к блоку ОПП, в указанный один блок базовой станции.16. Система по п.14, в которой после регистрации блока ОПП в новом блоке из множества блоков базовых станций указанный новый блок из множества блоков базовых станций вызывает обновление блока базовой станции, в котором был раньше зарегистрирован указанный блок ОПП, в результате чего предыдущий блок базовой станции уведомляется о новой регистрации указанного блока ОПП.17. Беспроводная система доступа, включающая множество блоков базовых станций, где блоки базовых станций расположены в соответствии с сотовой структурой и где каждый блок из множества блоков базовых станций может быть подсоединен к сети; блок оборудования, установленного в помещении пользователя (ОПП), где блок ОПП поддерживает связь по меньшей мере с одним из множества блоков базовых станций на радиочастоте и может быть подсоединен к главному компьютеру, причем после подсоединения блока ОПП к главному компьютеру блок ОПП узнает адрес протокола Интернет высокого уровня и физический адрес низкого уровня, относящиеся к указанному главному компьютеру, путем слежения за трафиком связи указанного главного компьютера.18. Система по п.17, в которой адрес протокола Интернет высокого уровня содержит адрес уровня 3 и в которой физический адрес низкого уровня содержит адрес физического уровня Ethernet.19. Система по п.17, в которой график связи содержит запрос адреса от главного компьютера к подсоединенному сетевому серверу и ответ от подсоединенного сетевого сервера.20. Система по п.19, в которой запрос и ответ реализуются посредством протокола динамического управления главным компьютером (ДУГК).21. Система по п.17, в которой блок ОПП создает и использует таблицу адресов протокола Интернет высокого уровня и физических адресов низкого уровня.22. Система по п.17, в которой после подсоединения блока ОПП к главному компьютеру блок базовой станции узнает адрес протокола Интернет высокого уровня и физический адрес низкого уровня блока ОПП и главного компьютера путем отслеживания трафика связи.23. Система по п.18, в которой блок базовой станции создает и использует таблицу адресов протокола Интернет высокого уровня и физических адресов низкого уровня для указанного блока ОПП и указанного главного компьютера.24. Система по п.21, в которой блок ОПП передает сообщение на блок базовой станции только в том случае, если указанное сообщение направлено в главный компьютер, который не перечислен в указанной таблице блока ОПП.25. Система по п.23, в которой блок базовой станции передает сообщение в блок ОПП только в том случае, если указанный блок ОПП содержится в таблице блока базовой станции.26. Система по п.23, в которой блок базовой станции способен выполнить функцию посредника по протоколу распознавания адресов (АКР, ПРА) от лица главного компьютера, связанного с блоком ОПП.27. Система по п.26, в которой функция посредника по ПРА блока базовой станции выполняется с целью уменьшения радиочастотного трафика.28. Система по п.17, в которой радиочастотная связь выполняется в диапазоне 2,5-2,686 ГГц.29. Беспроводная система связи, включающая приемник и передатчик, в которой передатчик ведет передачу на приемник на радиочастоте и в которой передатчик передает мультиплексированный ортогональный сигнал с частотным разделением (МОЧР), имеющий множество символов МОЧР, где приемник обнаруживает сигнал МОЧР символ за символом, и в которой множество символов МОЧР не содержит испытательный символ.30. Система по п.29, в которой сигнал МОЧР закодирован кодером Рида/Соломона и сверточным кодером со скоростью 1/2.31. Система по п.30, в которой кодирование Рида/Соломона декодируется приемником и используется приемником для исправления пакетных ошибок.32. Система по п.29, в которой множество символов МОЧР включает в себя данные и информацию, помогающую обнаружению, которая используется приемником для демодуляции сигнала МОЧР.33. Система по п.29, в которой сигнал МОЧР включает в себя циклический префикс и в которой циклический префикс используется приемником для определения грубой синхронизации сигнала МОЧР.34. Система по п.33, в которой циклический префикс используется приемником для определения точной частоты сигнала МОЧР.35. Система по п.29, в которой множество символов МОЧР включает в себя подсимволы пилот-сигнала и в которой символы пилот-сигнала используются приемником для определения точной синхронизации сигнала МОЧР.36. Система по п.35, в которой подсимволы пилот-сигнала используются приемником для определения грубой частоты сигнала МОЧР.37. Система по п.29, в которой сигнал МОЧР является результатом выполняемой передатчиком модуляции с ортогональным частотным разделением на множестве подсимволов квадратурной фазовой манипуляции (КФМн).38. Система по п.37, в которой подсимволы КФМн являются результатом работы передатчика, выполняющего КФМн модуляцию на кодированном битовом потоке.39. Система по п.37, в которой КФМн модуляция сотовое развертывание приемника и передатчика, где применяется схема многократного использования частоты 1:1.40. Система по п.38, в которой кодированный битовый поток включает в себя множество нулевых центральных бит.41. Система по п.29, в которой передатчик выбирают из группы, состоящий из блока базовой станции и блока компьютерного оборудования, установленного в помещении (ОПП), и приемник выбирают из группы, состоящей из блока базовой станции и блока ОПП.42. Беспроводная система связи, содержащая первый приемопередатчик и второй приемопередатчик, в которой первый и второй приемопередатчики поддерживают связь по радиочастотной эфирной линии, позволяющей выполнять как передачи по восходящей линии связи, так и передачи по нисходящей линии связи, используют модуляцию на основе мультиплексирования с частотным разделением (МОЧР) между первым и вторым приемопередатчиками и в которой передача по нисходящей линии осуществляется с разбиением на кадры, а при передаче по восходящей линии разбиение на кадры не осуществляется.43. Система по п.42, в которой эфирная линия устанавливается через протокол управления доступом к среде (УДС).44. Система по п.43, в которой протокол УДС обеспечивает доступ к среде по схеме ALOHA с использованием интервалов с интервалами неявного резервирования для сообщения с передачей, превышающей один интервал информации с полезными данными.45. Система по п.42, в которой кадр передачи по нисходящей линии включает в себя поле, выбранное из группы, состоящей из поля адреса адресата, поля заголовка кадра и поля состояния канала восходящей линии.46. Система по п.42, в которой передача по восходящей линии представлена фиксированным количеством интервалов восходящей линии.47. Система по п.45, в которой поле состояния канала восходящей линии включает в себя качество обслуживания (QoS).48. Система по п.42, в которой передачи по восходящей линии и передачи по нисходящей линии являются дуплексными с временным разделением.49. Система по п.48, в которой передачи по восходящей линии передаются на множестве интервалов восходящей линии, а передачи по нисходящей линии передаются на множестве интервалов нисходящей линии и имеет место переменное отношение интервалов нисходящей линии к интервалам восходящей линии.50. Способ установления связи между блоком компьютерного оборудования, установленного в помещении (ОПП), и множеством блоков базовых станций, содержащий этапы: установку пользователем блока ОПП для подключения к главному компьютеру, расположенному в помещении, причем блок ОПП полностью находится в помещении; автоматическую регистрацию в одном из блоков базовых станций посредством радиочастотной связи после того, как блок ОПП установлен пользователем.51. Способ по п.50, в котором указанная регистрация основана на качестве сигнала, излучаемого блоком базовой станции.52. Способ по п.50, дополнительно включающий определение указанным блоком базовой станции того, допустима ли регистрация блока ОПП в указанном блоке базовой станции.53. Способ по п.52, дополнительно включающий отказ или подтверждение блоком базовой станции регистрации в нем блока ОПП.54. Способ по п.50, в котором блок ОПП подсоединен к множеству главных компьютеров и в котором после регистрации блока ОПП в одно из множества блоков базовых станций блок ОПП пересылает адреса главных компьютеров, подсоединенных к блоку ОПП, на указанную базовую станцию.55. Способ по п.54, в котором главный компьютер выбирают из группы, состоящей из одного главного компьютера и сети из множества главных компьютеров.56. Способ по п.55, в котором блок ОПП подсоединен к множеству главных компьютеров через соединение Ethernet.57. Способ по п.50, в котором радиочастотная связь выполняется на частоте ниже 10 ГГц.58. Беспроводная сотовая система, содержащая блок компьютерного оборудования, установленного в помещении (ОПП), и множество блоков базовых станций, в котором блок ОПП поддерживает связь по меньшей мере с одним из множества блоков базовых станций посредством модулированного радиочастотного сигнала, где блоки базовых станций расположены в сотовой конфигурации и где отношение максимального радиуса соты в сотовой конфигурации к порядку модуляции составляет по меньшей мере два.59. Стационарная беспроводная система, содержащая множество блоков компьютерного оборудования, установленного в помещении (ОПП), и множество блоков базовых станций, причем каждый из множества блоков ОПП поддерживает связь, по меньшей мере, с одним из множества блоков базовых станций на радиочастоте и где множество блоков ОПП и множество блоков базовых станций расположены в конфигурации, разбитой на секторы, где каждый сектор имеет до 250 блоков ОПП и где каждый сектор имеет радиус не менее 10 миль (16 км).60. Система по п.59, в которой в сотовой системе поддерживается разбитая на секторы конфигурация.61. Система по п.60, в которой сотовая конфигурация включает в себя шесть секторов на соту.62. Система по п.61, где в сотовой конфигурации применяется схема многократного использования 1:1.