ТЕХНОЛОГИИ ПОВТОРИТЕЛЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ С МНОЖЕСТВОМ ВХОДОВ И МНОЖЕСТВОМ ВЫХОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФОРМИРОВАТЕЛЕЙ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ Российский патент 2011 года по МПК H04B7/185 

ОПИСАНИЕ

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Для настоящей заявки испрашивается приоритет на основании находящейся на рассмотрении родственной предварительной заявки США № 60/854424, поданной 26 октября 2006 года, все содержимое которой включено в настоящий документ путем ссылки. Настоящая заявка является частичным продолжением (CIP): патентной публикации США № 2005-0286448 (заявки США № 10/516327) авторов Proctor и др., которая озаглавлена "WIRELESS LOCAL AREA NETWORK REPEATER"; патентной публикации США № 2006-0193271 (заявки США № 11/340838) авторов Proctor и др., которая озаглавлена "PHYSICAL LAYER REPEATER CONFIGURATION FOR INCREASING MIMO PERFORMANCE"; и патентной публикации США № 2007-0117514 (заявки США № 11/602455) авторов Gainey и др., озаглавленной "DIRECTIONAL ANTENNA CONFIGURATION FOR TDD REPEATER", все содержимое которых включено в настоящий документ путем ссылки. Родственными для настоящей заявки являются также: патент США № 7200134 авторов Proctor и др., который озаглавлен "WIRELESS AREA NETWORK USING FREQUENCY TRANSLATION AND RETRANSMISSION BASED ON MODIFIED PROTOCOL MESSAGES FOR ENHANCING NETWORK COVERAGE"; патентная публикация США № 2006-0195883 (заявка США № 11/340860) авторов Proctor и др., которая озаглавлена "PHYSICAL LAYER REPEATER WITH DISCRETE TIME FILTER FOR ALL-DIGITAL DETECTION AND DELAY GENERATION"; и заявка PCT № PCT/US07/19163 авторов Proctor и др., поданная 31 августа 2007 года, которая озаглавлена "REPEATER HAVING DUAL RECEIVER OR TRANSMITTER ANTENNA CONFIGURATION WITH ADAPTATION FOR INCREASED ISOLATION", все содержимое которых включено в настоящий документ путем ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в общем к области техники беспроводной связи, а более конкретно к повторителю для увеличения зоны покрытия беспроводных сетей.

Уровень техники

Обычно зона покрытия сети беспроводной связи, такой как, например, беспроводная сеть на основе дуплекса с временным разделением (TDD), дуплекса с частотным разделением (FDD), стандарта высококачественной беспроводной связи (Wi-Fi), глобальной функциональной совместимости широкополосного беспроводного доступа (Wi-Max), сотовая беспроводная сеть, беспроводная сеть на основе глобальной системы мобильной связи (GSM), множественного доступа с кодовым разделением (CDMA), или беспроводная сеть на основе спецификации третьего поколения (3G), может быть увеличена за счет повторителя (промежуточного усилителя). Примерные повторители включают в себя, например, повторители с преобразованием частоты или повторители на неизменной частоте, которые работают на физическом уровне или уровне управления передачей данных, заданных эталонной моделью взаимодействия открытых систем (Модель OSI).

Повторитель физического уровня, выполненный с возможностью работать в пределах, например, беспроводной сети на основе TDD, такой как Wi-Max, в общем включает в себя антенные модули и схемы повторителя для одновременной передачи и приема TDD-пакетов. Предпочтительно, антенны для приема и передачи, а также схемы повторителя включены в один узел, чтобы достичь сокращения производственных затрат, простоты установки и т.п. Это имеет место особенно в случае, когда повторитель предназначен для использования потребителем в качестве устройства для использования дома или в малом офисе, где форм-фактор и простота установки являются важнейшими критериями. В таком устройстве одна антенна или набор антенн обычно направлены, например, к базовой станции, точке доступа, шлюзу или другой антенне или набору антенн, направленных к устройству абонента.

Для любого повторителя, который одновременно принимает и передает, развязка между приемными и передающими антеннами является важнейшим фактором общей эффективности повторителя. Это имеет место и при повторении на той же частоте, и при повторении на другой частоте. Таким образом, если антенны приемного устройства и передающего устройства не развязаны надлежащим образом, эффективность повторителя может значительно ухудшиться. Усиление повторителя в общем не может быть большим, чем развязка, чтобы не допустить колебания (осцилляции) или начального снижения чувствительности повторителя. Развязка достигается в общем посредством физического разделения, диаграмм направленности антенны или поляризации. Для повторителей с преобразованием частоты дополнительная развязка может быть достигнута с помощью полосовой фильтрации, но развязка антенн остается в общем ограничивающим фактором в эффективности повторителя вследствие нежелательного шума и внеполосных излучений от передающего устройства, принимаемых во внутриполосном частотном диапазоне приемной антенны. Развязка антенн от приемного устройства к передающему устройству является еще более критической проблемой для повторителей, работающих на неизменных частотах, и полосовая фильтрация не обеспечивает дополнительную развязку.

Те же самые вопросы относятся к повторителям с преобразованием частоты, в которых каналы приема и передачи развязываются с помощью способа частотного детектирования и преобразования, таким образом давая возможность двум модулям беспроводной локальной сети (WLAN) IEEE 802.11 обмениваться данными посредством преобразования пакетов, ассоциированных с одним устройством в первом частотном канале, во второй частотный канал, используемый вторым устройством. Повторитель с преобразованием частоты может быть выполнен с возможностью отслеживать оба канала на предмет передачи и, когда передача обнаружена, преобразовывать принимаемый сигнал на первой частоте в другой канал, где он передается на второй частоте. Проблемы могут возникать, когда уровень мощности от передающего устройства, поступающей во внешний каскад приемного устройства, слишком высокий, что вызывает интермодуляционное искажение, которое дает в результате так называемое «повторное расширение спектра». В некоторых случаях интермодуляционное искажение может попадать во внутриполосный диапазон к полезному принимаемому сигналу, вызывая эффект организованных помех или уменьшение чувствительности приемного устройства. Это фактически уменьшает развязку, достигаемую благодаря преобразованиям частоты и фильтрации.

В качестве дополнения, в среде WLAN, использующей предложенный протокол стандарта IEEE 802.11n, беспроводные устройства базируются на передачах с многолучевым распространением для увеличения скоростей и диапазона передачи данных. Тем не менее в обычной домашней среде WLAN возможность передачи с многолучевым распространением и пространственное разнесение ограничены по многим из тех причин, что пояснены выше в связи с недостаточной эффективностью изделий для беспроводной связи при использовании в домашних условиях или в среде внутри помещений.

Раскрытие изобретения

Ввиду вышеизложенных проблем повторитель согласно первому аспекту включает в себя методы разнесения для повышения поддержки передачи с многолучевым распространением и пространственного разнесения для типичной домашней среды WLAN. Повторитель может включать в себя первую и вторую дипольные антенны, связанные с первым и вторым передающими устройствами, и первую и вторую микрополосковые антенны, связанные с первым и вторым приемными устройствами. Передающие устройства и приемные устройства могут быть приспособлены к повышению уровня развязки друг с другом на основе передаваемого сигнала, измеряемого в приемных устройствах, такого как самогенерирующийся сигнал.

Известный весовой коэффициент передачи или приема с развязкой для данного выбора разнесения приемного устройства может быть оптимизирован для достижения более высокой развязки. Кроме того, устройство взвешивания при передаче или приеме может применять несколько взвешиваний для обеспечения возможности оптимизации потоков сигналов с множеством входов и множеством выходов (MIMO), принимаемых с различными углами прихода (также называемыми здесь трактами). Взвешенные сигналы могут комбинироваться и передаваться таким образом, что сигнал, преимущественно принимаемый из первой диаграммы направленности приема, передается согласно первой диаграмме направленности передачи антенны, а любые дополнительные сигналы, принимаемые одновременно по другим диаграммам направленности, преимущественно одновременно передаются по другим диаграммам направленности антенны передающего устройства путем одновременного формирования диаграмм направленности в передающем устройстве.

Диаграммы направленности приемного устройства и/или передающего устройства могут быть дополнительно оптимизированы в соответствии с сигналами сетевого трафика на основе вычисленного ортогонального уровня между сигналами, принимаемыми по каждой диаграмме направленности антенны, и/или принимаемой MIMO-сигнализации от передающей станции.

Повторитель согласно второму аспекту включает в себя конфигурацию со сдвоенным приемным устройством/передающим устройством с методом мультиплексирования, использующим спектральную инверсию для более выраженной развязки между передающим устройством и приемным устройством. Для каждого из двух приемных устройств может быть обеспечена квадратурная промежуточная частота (IF), чтобы суммировать I-каналы и вычитать Q-каналы, чтобы вызывать спектральную инверсию для одного из двух сигналов приема. Составные I- и Q-каналы затем могут быть оцифрованы и разделены обратно на составляющие их сигналы через цифровую обработку, включающую в себя сдвиги частоты и фильтрацию.

Повторитель согласно первому или второму аспекту может дополнительно включать в себя синтезатор и цифровой формирователь частоты для управления взвешиваниями, применяемыми к передаваемым и принимаемым сигналам.

Повторитель согласно третьему аспекту может включать в себя порт передачи данных, доступный для клиентского устройства, позволяющий двойное использование процессора с конкретными для клиента приложениями.

Повторитель согласно четвертому аспекту - это многоканальный радиочастотный (RF) повторитель, использующий широкополосное аналого-цифровое (ADC) и цифроаналоговое (DAC) преобразование.

Краткое описание чертежей

Иллюстрирующие чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают идентичные или функционально подобные элементы на всех отдельных видах и которые вместе с нижеприведенным подробным описанием осуществления изобретения формируют часть описания изобретения, служат для дополнительной иллюстрации различных вариантов осуществления и пояснения различных принципов и преимуществ в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 1 - блок-схема внутренних компонентов примерного повторителя в соответствии с различными примерными вариантами осуществления.

Фиг. 2 - блок-схема внутренних и внешних компонентов примерного повторителя.

Фиг. 3 - таблица, иллюстрирующая примерные требования по усилению для аналого-цифрового преобразователя (ADC) в примерном повторителе.

Фиг. 4 - таблица, иллюстрирующая примерные требования по усилению для цифроаналогового преобразователя (DAC) в примерном повторителе.

Фиг. 5A - схема, иллюстрирующая примерный корпус для конфигурации с одной дипольной и двумя микрополосковыми антеннами.

Фиг. 5B - схема, иллюстрирующая внутренность корпуса по фиг. 5A.

Фиг. 5C - блок-схема испытательного устройства, используемого для тестирования конфигурации передающего устройства на основе адаптивных антенн.

Фиг. 5D - схема, иллюстрирующая примерную конфигурацию с двумя дипольными и двумя микрополосковыми антеннами.

Фиг. 6A-6B - графики, иллюстрирующие усиление в зависимости от частоты и сдвиг фазы в зависимости от частоты для антенны без адаптации и с адаптацией.

Фиг. 7 - блок-схема приемного устройства на основе конфигурации с адаптивными антеннами в соответствии с различными примерными вариантами осуществления.

Фиг. 8 - функциональная блок-схема примерного повторителя.

Фиг. 9 - блок-схема сдвоенного приемного устройства/преобразователя с понижением частоты.

Фиг. 10 - блок-схема обработки цифровых сигналов.

Фиг. 11 - блок-схема сдвоенного передающего устройства.

Фиг. 12-17 - схемы, иллюстрирующие обработку сигналов в различных каналах, выполняемую повторителем.

Фиг. 18 - результаты моделирования восстановления сигнала в полосе модулирующих частот из составного IF-сигнала.

Фиг. 19 - иллюстрация примерного комбинирования сигналов приема.

Фиг. 20 - блок-схема примерного модуля комбинирования сигналов.

Фиг. 21 - блок-схема компонентов повторителя, включая связанную задержку компонентов.

Фиг. 22 - иллюстрация примерной рабочей временной диаграммы повторителя.

Фиг. 23 - иллюстрация примерной схемы распределения частот во время обработки сигналов приема.

Фиг. 24 - блок-схема синтезатора низкочастотных колебаний согласно уровню техники.

Фиг. 25 - блок-схема синтезатора низкочастотных колебаний (LO) для примерного повторителя.

Фиг. 26 - блок-схема аналогового сдвоенного комплексного умножителя для LO-синтезатора, показанного на фиг. 25.

Фиг. 27 - блок-схема низкочастотного синтезатора.

Фиг. 28-33 - иллюстрации частотного расширения для низкочастотного синтезатора при различных конфигурациях полюсов.

Фиг. 34 - иллюстрация частотного расширения для частотного синтезатора предшествующего уровня техники.

Фиг. 35 - иллюстрация частотного расширения для частотного синтезатора.

Фиг. 36 - иллюстрация выхода смесителя частотного синтезатора до и после ограничения.

Фиг. 37 - иллюстрация уровня сигнала и шума для приемного устройства примерного повторителя.

Фиг. 38 - иллюстрация характеристики автоматической регулировки усиления (AGC).

Фиг. 39 - иллюстрация уровня шумов.

Детальное описание

Повторитель 10 согласно различным новым вариантам осуществления будет описан со ссылкой на блок-схему по фиг. 1. Повторитель 10 может включать в себя сдвоенное приемное устройство/преобразователь 20 с понижением частоты, соединенный с мультиплексором 25 промежуточной частоты (IF), синтезатором или линейным генератором (LO) 30 для формирования LO-сигналов, сдвоенное передающее устройство/преобразователь 35 с повышением частоты, устройство 40 обнаружения сигналов и устройство 45 демодуляции и модуляции. Повторитель 10 в качестве альтернативы может включать в себя сдвоенное приемное устройство/преобразователь 20' с понижением частоты, которое включает в себя модуль комбинирования каналов и соединено с цифровым фильтром и устройством автоматической регулировки усиления (AGC). Как показано в блок-схеме по фиг. 2, повторитель 10 может включать в себя дипольные антенны в качестве передающих антенн и микрополосковые антенны в качестве приемных антенн.

Как показано на фиг. 1, сдвоенное приемное устройство/преобразователь 20 с повышением частоты включает в себя аналого-цифровые преобразователи (ADC), а сдвоенное передающее устройство/преобразователь 35 с понижением частоты включает в себя цифроаналоговые преобразователи (DAC). Примерные требования по усилению для ADC и DAC показаны на фиг. 3 и 4.

Как показано на фиг. 5A-5B, повторитель 10 может включать в себя конфигурацию с одной дипольной антенной и двумя микрополосковыми антеннами наряду с электронными схемами повторителя, эффективно размещенными в компактном корпусе 100. Каждая из микрополосковых антенн 114 и 115 размещается параллельно с противовесом 113 и может быть выполнена печатью на монтажной панели и тому подобном или может быть сконструирована из штампованной металлической части, встроенной в пластиковый корпус.

Как показано на фиг. 5C, повторитель может включать в себя примерную конфигурацию 200 с двумя дипольными антеннами и двумя микрополосковыми антеннами, включающими в себя первую и вторую микрополосковые антенны 202, 204, разделенные печатной платой (PCB) 206 для электронных схем повторителя.

Авторы изобретения выполнили несколько исследований, демонстрирующих более высокий уровень развязки, достигаемый за счет конфигурации с адаптивными антеннами. Фиг. 5D является блок-схемой тестовой конфигурации с адаптивными антеннами, используемой для тестирования развязки, которая достигается за счет конфигурации антенн, аналогичной показанной на фиг. 5B. Как показано на Фиг. 6-7, потери в тракте передачи измерены при 2,36 ГГц (маркер 1) и при 2,40 ГГц (маркер 2) для решетки из дипольной и микрополосковой антенн без схемы взвешивания (без адаптации) и для решетки из дипольной и микрополосковой антенн со схемой взвешивания (адаптация) в местоположении с несколькими объектами рассеяния сигналов физически около антенной решетки 504. Результаты продемонстрировали, что регулирование настройки фазы и усиления предоставляет существенное управление развязкой на конкретных частотах. В частности, маркер 1 на фиг. 6A показывает 45 дБ потерь в тракте S21 передачи, когда адаптация не применяется, тогда как маркер 1 на фиг. 6B показывает 71 дБ потерь в тракте передачи после настройки переменной фазы и усиления. Результатом является дополнительная выгода для развязки в 26 дБ. Маркер 2 на фиг. 6A показывает 47 дБ потерь в тракте S21 передачи, когда адаптация не применяется, тогда как маркер 2 на фиг. 6B показывает 57 дБ потерь в тракте передачи после настройки переменной фазы и усиления. Результатом является дополнительная выгода для развязки в 10 дБ.

Со ссылкой на фиг. 7 кратко поясняется конфигурация 400 с адаптивными антеннами на основе приемного устройства для достижения развязки. Конфигурация 400 включает в себя первую и вторую микрополосковые антенны 402, 404 и 90-градусный гибридный направленный соединитель 410 для комбинирования сигналов A, B в трактах 406, 408 так, чтобы первое и второе приемные устройства 416, 418 принимали различную алгебраическую комбинацию сигналов A, B. Выходы первого и второго приемных устройств 416, 418 подаются на модуль 420 обработки базовой полосы для комбинирования сигналов с целью выполнения операции формирования диаграммы направленности в цифровой полосе модулирующих частот. Первое приемное устройство 416 и второе приемное устройство 418 настраиваются на различные частоты, пока сигнал не обнаруживается на одной из этих двух частот, затем другое приемное устройство может быть перенастроено на обнаруженную частоту. К первому и второму приемным устройствам 416? 418 затем могут быть применены весовые коэффициенты в цифровой форме в модуле 420 обработки базовой полосы и для них выполнена адаптация антенны приемного устройства. Решение по взвешиванию может быть достигнуто посредством вычисления сигналов "со сформированной диаграммой направленности" или взвешенных комбинированных сигналов в нескольких комбинациях одновременно и выбора лучшей комбинации из набора комбинаций. Это может быть реализовано с помощью быстрого преобразования Фурье, матрицы Батлера набора дискретных взвешиваний или любого другого метода для формирования набора комбинированных выводов и выбора "лучшего" из выводов. "Лучший" может быть основан на интенсивности сигнала, соотношении сигнал/шум (SNR), разбросе задержек или другом показателе качества. В качестве альтернативы, вычисление сигнала "со сформированной диаграммой направленности" или взвешенного комбинированного сигнала может быть выполнено последовательно. Дополнительно, комбинация может быть выполнена в любых соотношениях взвешивания (усиление и фаза, частотная коррекция) таким образом, что используется лучшая комбинация сигналов A, B от первой и второй микрополосковых антенн 402, 404.

Со ссылкой на фиг. 8 поясняются различные варианты осуществления повторителя 800. Повторитель 800 включает в себя сдвоенное приемное устройство/преобразователь 802 с понижением частоты, модуль 804 обработки цифровых сигналов, сдвоенное передающее устройство 806 и синтезатор 808 опорного и LO-сигналов.

Сдвоенное приемное устройство/преобразователь 802 с понижением частоты включает в себя первую и вторую приемные антенны, которые, соответственно, соединены с первым и вторым малошумящими усилителями (LNA) для усиления сигналов приема. Первая и вторая приемные антенны могут быть, например, микрополосковыми антеннами. Выводы LNA соединяются с гибридным соединителем, который может быть выполнен аналогично гибридному соединителю 410, показанному на фиг. 7. Гибридный соединитель соединен с первым и вторым преобразователями с понижением частоты, выходы которых связаны с IF-мультиплексором.

Модуль 804 обработки цифровых сигналов включает в себя первый и второй ADC, которые принимают выводы IF-мультиплексора. Выходы первого и второго ADC соединяются с преобразователем с понижением частоты и демультиплексором, выход которых соединяется с модулем комбинирования (COMBINE CHANNELS) для комбинирования каналов. Цифровой фильтр фильтрует выходной сигнал модуля комбинирования, и модуль автоматической регулировки усиления (AGC) регулирует усиление сигнала. Модуль 804 обработки цифровых сигналов также включает в себя схему обнаружения сигналов для обнаружения наличия сигналов в каналах приема, измеритель AGC для определения параметров регулировки усиления и ведущий управляющий процессор. Сигнал от AGC выводится в элементы весовых коэффициентов и демодулятор/модулятор (DEMODULATE PROCESS MODULATE) для выполнения любой требуемой модуляции или демодуляции сигналов. Элементы весовых коэффициентов могут быть аналоговыми элементами или цифровыми элементами. Элементы весовых коэффициентов связаны со схемами преобразования с повышением частоты, выходы которых подаются на первое и второе передающие устройства из сдвоенных передающих устройств 806 через первый и второй DAC.

Первое и второе передающие устройства из сдвоенного передающего устройства 806 связаны с первой и второй передающими антеннами через первый и второй усилители мощности. Первая и вторая передающие антенны могут быть, например, дипольными антеннами.

Синтезатор 808 опорного и LO-сигналов включает в себя генератор опорного сигнала, постоянный генератор опорного и LO-сигнала, синтезатор базовой полосы и переменный LO-генератор для формирования LO-сигналов, используемых приемными устройствами и передающими устройствами.

Сдвоенное приемное устройство/преобразователь с понижением частоты более подробно показано на фиг. 9. Преобразователи с понижением частоты включают в себя ряд смесителей, соединенных с синтезатором 808, с выходами, проходящими через полосовые фильтры (BPF).

Модуль 804 обработки цифровых сигналов более подробно показан на фиг. 10. AGC и блок управления весовыми коэффициентами могут управлять комплексным весовым коэффициентом, который подается на векторный модулятор.

Сдвоенное передающее устройство/преобразователь с повышением частоты более подробно показано на фиг. 11. Преобразователи с повышением частоты включают в себя ряд смесителей, соединенных с синтезатором 808, с выходами, проходящими через BPF.

Операция обработки сигналов IF-мультиплексора, ADC и цифрового преобразователя с понижением частоты показана на фиг. 12-17 для различных сценариев, в которых сигналы принимаются по первому и второму каналам. Как показано на фиг. 18, моделирование имеет результатом демонстрируемое восстановление требуемого сигнала в базовой полосе из составного IF-сигнала, сформированного посредством IF-мультиплексора.

На фиг. 19 показано примерное комбинирование сигналов приема, выполняемое посредством гибридного соединителя и модуля комбинирования. Гибридный соединитель (схема взвешивания при приеме) может применять первый и второй весовые коэффициенты к сигналам Ра, Rb приема, принимаемым по первому и второму трактам приема, соединенным с первой и второй приемными антеннами, соответственно, чтобы сформировать первый взвешенный сигнал приема и второй взвешенный сигнал приема (Sa, Sb). Модуль комбинирования сигналов комбинирует первый и второй взвешенные сигналы приема согласно различным математическим комбинациям, чтобы сформировать множество комбинированных сигналов приема (So1, So2, So3, So4). Лучший из комбинированных сигналов приема (So) выводится.

Модуль комбинирования сигналов более подробно показан на фиг. 20. Модуль комбинирования сигналов может быть выполнен с возможностью сохранения первого образца сигнала приема, принимаемого в первой приемной антенне, и второго образца сигнала приема, принимаемого во второй приемной антенне, и загружать одно из первого образца или второго образца в цифровой фильтр в соответствии с коммутатором. Управление коммутатором может осуществлять устройство обнаружения сигналов в соответствии с тем, в какой из первой приемной антенны и второй приемной антенны устройство обнаружения сигналов обнаружило присутствие сигнала приема.

Метрики, такие как маяк, передаваемый повторителем в обычном режиме работы, могут использоваться для определения значений весовых коэффициентов. Например, для повторителя с преобразованием частоты, работающего на двух частотных каналах, приемное устройство может измерять интенсивность принимаемого сигнала в одном канале, тогда как две передающие антенны могут передавать самогенерирующийся сигнал, такой как маяк. Величина начальной развязки между приемным и передающим устройствами может быть определена во время самогенерирующихся передач. Весовые коэффициенты могут регулироваться между последующими передачами с помощью любого числа известных адаптивных алгоритмов минимизации, таких как крутой спуск или алгоритмы на базе статистического градиента, например алгоритма LMS, чтобы тем самым минимизировать связь между передающими устройствами и приемным устройством (повысить уровень развязки) на основе начальной развязки между приемным и передающим устройствами. Другие традиционные адаптивные алгоритмы, которые должны регулировать данные параметры (называемые в настоящем документе весовыми коэффициентами) и минимизировать результирующий показатель, также могут использоваться.

На фиг. 21 показаны задержки каждого из компонентов повторителя. Бюджет задержки составляет в целом приблизительно 600 нс. Преобладающими являются задержки фильтров. Если предполагается, что IF BPF представляет собой SAW- компонент (с высокими потерями) с задержкой в 150 нс, то полная задержка может быть уменьшена на 100 нс за счет исключения SAW. Фильтры детектора - это фильтры с длительной FIR, чтобы обеспечивать практически всю режекцию соседних каналов для детекторов. SAW с шириной полосы 40 МГц не предоставляют задержки при работе в полосе 20 МГц. Фильтр FIR в базовой полосе также имеет существенную задержку, поскольку он должен режектировать помеху от соседних каналов и обеспечивать линейную фазу (или корректировать нелинейность фаз предшествующих фильтров). Тем не менее эта задержка может быть уменьшена за счет предварительной загрузки в этот фильтр сохраненных выборок после того, как сигнал обнаружен. Следовательно, его задержка не включается в бюджет задержки.

На фиг. 22 показана операция хронирования для повторения одного образца за другим. Начальное время t=0 задано как время, в которое первый символ преамбулы пакета (в сигнале приема) поступает на первой IF приемного устройства A. При t=250 нс первый символ выходит из ADC и входит в фильтр детектора и детектор. При t=450 нс обнаруживается пакет. Одновременно, приемное устройство B прослушивает пакеты на другом частотном канале WIFI, но (в этом примере) ничего не принимает. Когда приемное устройство обнаруживает сигнал, приемное устройство B переключается на тот же WIFI-канал, что и приемное устройство A, так чтобы оба приемных устройства принимали один и тот же сигнал через различные тракты. Схема управления (не показана) может быть соединена с устройством обнаружения сигналов, приемными устройствами или антеннами, чтобы переключать частоты в соответствии с обнаружением устройства обнаружения сигналов.

При t=700 сигнал в приемном устройстве B выходит из ADC. Выводы ADC из обоих приемных устройств подключаются к модулю комбинирования. Сигнал от приемного устройства A поступает при t=250 нс, а сигнал от приемного устройства B поступает позже, при t=700 нс, не потому что сигнал от приемного устройства B запаздывает, а потому что приемное устройство B было настроено на "неправильный" канал. Модуль комбинирования содержит два запоминающих устройства, которые сохраняют образцы за последние 150 нс сигнала от приемного устройства A и за последние 150 нс сигнала от приемного устройства B. Когда происходит удачное обнаружение, модуль комбинирования быстро загружает в цифровой фильтр сохраненные образцы из соответствующего приемного устройства (в данном случае приемного устройства A). Затем он начинает выводить образцы из приемного устройства во время t=450 нс и t=475 нс.

При t=700 нс поступает сигнал от приемного устройства B. Модуль комбинирования начинает процесс выбора лучшей из нескольких комбинаций входного сигнала, и при t=900 нс выбирается лучшая комбинация. Амплитуда комбинированного сигнала регулируется так, чтобы совпадать с амплитудой сигнала от приемного устройства A. Комбинированный сигнал заменяется на сигнал от приемного устройства A и выводится в цифровой фильтр.

Выходной сигнал цифрового фильтра начинается при t=475 нс (вскоре после обнаружения). Он состоит из 150 нс сохраненных выборок сигнала от приемного устройства A и 400 нс текущих образцов сигнала A, за которыми следуют образцы комбинированного сигнала. Выходной сигнал цифрового фильтра регулируется посредством AGC, чтобы обеспечивать постоянный выход в передающей антенне выборок приблизительно в 20 dBm сигнала на выходе цифрового фильтра. Образцы усредняются для формирования управляющего напряжения AGC. Начальное среднее начинается со среднего сохраненных выборок и, по мере того как все больше выборок добавляется к среднему, процесс продолжается. В итоге, сигнал в передающей антенне является выходным сигналом цифрового фильтра, задержанным на задержки передающего устройства и DAC. Он начинается при t=575 нс.

В общем, при t=0 первый символ WIFI-пакета достигает Rx-антенны, а при t≤575 нс передаваемый сигнал покидает передающую антенну(ы). Хотя Tx-сигнал первоначально не является идеальной репликой Rx-сигнала, он близко воспроизводит этот сигнал. Дополнительно, Tx-сигнал улучшается со временем (комбинирование сигналов повышает SNR, а время усреднения AGC увеличивается).

Примерная схема распределения частот для повторения выборок показана на фиг. 23. Для продуктов первого порядка и сигналов в проводниках схема распределения частот свободна от собственных помех.

Со ссылкой на фиг. 25 поясняется примерный синтезатор низкочастотных колебаний для примерного повторителя. По сравнению с синтезатором предшествующего уровня техники, показанным на фиг. 24, синтезатор согласно настоящему варианту осуществления включает в себя аналоговые сдвоенные комплексные умножители, показанные более подробно на фиг. 26.

Синтезатор использует один синтезатор фиксированной частоты, чтобы формировать переменный LO-сигнал посредством произведения двух или больше сигналов, которые извлекаются посредством разделения фиксированного синтезатора с помощью делителей. Делители основаны на целых числах и выполняют умножения между несколькими разделенными сигналами, чтобы сформировать дополнительные частоты. Делители могут быть настраиваемыми или программируемыми так, что частота результирующего произведения является настраиваемой.

Синтезатор может извлекать несколько LO на различных частотах. Полосовой фильтр, за которым следует ограничитель, может быть использован для того, чтобы подавлять нежелательные результаты умножения (смешивания). LO-сигнал извлекается посредством нескольких комбинаций разделенных частот, чтобы предоставить возможность манипуляции остаточными паразитными сигналами в конечном LO-сигнале.

На фиг. 27 показана примерная конфигурация низкочастотных синтезаторов. Частотное расширение низкочастотного синтезатора для различных конфигураций полюсов показаны на фиг. 28-33 и 35. Частотное расширение для низкочастотного синтезатора предшествующего уровня техники показано для сравнения на фиг. 34. Фиг. 36 показывает частотное расширение синтезатора до и после ограничения.

Как показано на фиг. 37, уровень сигнала, шум и утечка при передаче показаны для приемного устройства и передающего устройства. Характеристики AGC показаны на фиг. 38. Уровень шумов показан на фиг. 39.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления несколько антенных модулей могут быть сконструированы в одном повторителе или устройстве, например, несколько направленных антенн или антенных пар, как описано выше, и несколько всенаправленных или квази-всенаправленных антенн для использования, например, в среде или системе MIMO. Те же самые антенные методы могут использоваться для многочастотных повторителей, таких как системы на основе FDD, где нисходящая линия связи находится на одной частоте, а восходящая линия связи находится на другой частоте.

Соответственно, настоящее описание касается повторителя для сети беспроводной связи. Повторитель, показанный, например, на фиг. 8, включает в себя первое и второе приемные устройства, соединенные с первой и второй приемными антеннами для приема множества потоков сигналов системы с множеством входов и множеством выходов (MIMO) по различным трактам, и первое и второе передающие устройства, соединенные с первой и второй передающими антеннами. Повторитель дополнительно включает в себя: модуль комбинирования сигналов для комбинирования множества потоков сигналов MIMO согласно различным математическим комбинациям с целью формирования множества комбинированных потоков сигналов MIMO; схему взвешивания для применения весового коэффициента к каждому множеству потоков сигналов MIMO для формирования множества взвешенных потоков сигналов MIMO; и цифровой процессор для определения преобладающего потока сигналов из взвешенных потоков сигналов MIMO. Преобладающий поток сигналов может быть передан первой передающей антенной, а оставшиеся потоки взвешенных сигналов MIMO могут быть переданы второй передающей антенной.

Цифровой процессор может определять преобладающий поток сигналов на основе по меньшей мере одного из интенсивности сигнала, соотношения сигнал/шум и разброса задержек.

Настоящее описание предназначено для пояснения того, каким образом следует создавать и использовать различные варианты осуществления в соответствии с изобретением, но не для ограничения истинного, подразумеваемого и корректного объема и сущности изобретения. Вышеприведенное описание не призвано быть исчерпывающим или ограничивать изобретение точной раскрытой формой. Допустимы модификации или варианты в свете вышеприведенного описания. Варианты осуществления выбраны и описаны с целью обеспечения наилучшей иллюстрации принципов изобретения и его практического применения, а также обеспечения специалистам в данной области техники возможности использовать изобретение в различных вариантах осуществления и с различными модификациями, которые приспособлены к конкретному предполагаемому использованию. Все такие модификации и изменения находятся в пределах объема изобретения. Различные схемы, описанные выше, могут быть реализованы в дискретных схемах или интегральных схемах в зависимости от того, что требуется в той или иной реализации. Кроме того, части изобретения могут быть реализованы в программном обеспечении и тому подобном, что должно быть понятно специалистам в данной области техники, и могут быть осуществлены в виде способов, связанных с содержимым, описанным в настоящем документе.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для сети беспроводной связи. Технический результат состоит в повышении эффективности использования беспроводной связи в домашних условиях или в среде внутри помещений. Для этого повторитель включает в себя первую приемную антенну для приема сигнала приема по первому тракту от одного из точки доступа, другого повторителя или устройства беспроводной станции; вторую приемную антенну для приема сигнала приема по второму тракту; схему взвешивания при приеме для применения первого и второго весовых коэффициентов к сигналу приема для формирования первого взвешенного сигнала приема и второго взвешенного сигнала приема; модуль комбинирования сигналов для комбинирования первого и второго взвешенных сигналов приема согласно различным математическим комбинациям для формирования множества комбинированных сигналов приема; и передающую антенну для передачи сигнала передачи, соответствующего одному из комбинированных сигналов приема, в одно из точки доступа, другого повторителя или беспроводной станции. 9 н. и 11 з.п. ф-лы, 43 ил.

1. Повторитель для сети беспроводной связи, содержащий:
первую приемную антенну для приема сигнала приема по первому тракту от одного из точки доступа, другого повторителя или устройства беспроводной станции;
вторую приемную антенну для приема сигнала приема по второму тракту от одного из точки доступа, другого повторителя или устройства беспроводной станции;
схему взвешивания при приеме для применения первого и второго весовых коэффициентов к сигналу приема, принимаемому по первому и второму трактам, для формирования первого взвешенного сигнала приема и второго взвешенного сигнала приема;
модуль комбинирования сигналов для комбинирования первого и второго взвешенных сигналов приема согласно различным математическим комбинациям для формирования множества комбинированных сигналов приема и
передающую антенну для передачи сигнала передачи, соответствующего одному из комбинированных сигналов приема, в одно из точки доступа, другого повторителя или устройства беспроводной станции.

2. Повторитель по п.1, в котором первая приемная антенна исходно настроена на прием сигнала приема по первому тракту через первый частотный канал, а вторая приемная антенна исходно настроена на прием сигнала приема по второму тракту через второй частотный канал.

3. Повторитель по п.2, дополнительно содержащий:
устройство обнаружения сигналов, соединенное с первой приемной антенной и второй приемной антенной, при этом устройство обнаружения сигналов выполнено с возможностью обнаружения наличия сигнала приема в одной из первой приемной антенны и второй приемной антенны; и
схему управления, соединенную с устройством обнаружения сигналов и первой и второй приемными антеннами, при этом схема управления выполнена с возможностью переключения первой приемной антенны таким образом, чтобы принимать сигнал приема на втором частотном канале, или переключения второй приемной антенны таким образом, чтобы принимать сигнал приема на первом частотном канале, в соответствии с обнаружением, выполненным устройством обнаружения сигналов.

4. Повторитель по п.3, дополнительно содержащий:
цифровой фильтр для фильтрования одного из комбинированных сигналов приема, при этом модуль комбинирования сигналов выполнен с возможностью сохранения первого образца сигнала приема, принимаемого в первой приемной антенне, и второго образца сигнала приема, принимаемого во второй приемной антенне, и загрузки одного из первого образца или второго образца в цифровой фильтр в соответствии с тем, в какой из первой приемной антенны и второй приемной антенны устройство обнаружения сигналов обнаружило присутствие сигнала приема,
при этом цифровой фильтр фильтрует один из комбинированных сигналов приема в соответствии с одним из первого образца или второго образца.

5. Повторитель по п.1, в котором первая и вторая приемные антенны представляют собой первую и вторую микрополосковые антенны, а передающая антенна представляет собой дипольную антенну.

6. Повторитель по п.1, в котором первая и вторая приемные антенны представляют собой первую и вторую дипольные антенны, а передающая антенна представляет собой микрополосковую антенну.

7. Повторитель по п.1, дополнительно содержащий контроллер весовых коэффициентов передачи для применения весового коэффициента к одному из комбинированных сигналов приема на основе заданных показателей сигнала для формирования сигнала передачи.

8. Повторитель по п.1, в котором схема взвешивания при приеме включает в себя одно из регулируемого фазосдвигающего модуля для регулирования фазы одного из первого и второго сигналов приема и переменного аттенюатора для регулирования усиления одного из первого и второго сигналов приема.

9. Повторитель по п.1, в котором первый и второй тракты имеют различные углы прихода.

10. Повторитель для сети беспроводной связи, причем повторитель включает в себя первую и вторую приемные антенны для приема первого сигнала приема по первому и второму тракту и первую и вторую передающие антенны, при этом повторитель содержит:
схему взвешивания при приеме для применения первого и второго весовых коэффициентов к сигналу приема, принимаемому по первому и второму трактам для формирования первого взвешенного сигнала приема и второго взвешенного сигнала приема;
модуль комбинирования сигналов для комбинирования первого и второго взвешенных сигналов приема согласно различным математическим комбинациям для формирования множества комбинированных сигналов приема и вывода заданного одного из множества комбинированных сигналов приема;
разветвитель для разветвления заданного одного из множества комбинированных сигналов приема на первый и второй сигналы передачи и
схему взвешивания при передаче для применения весового коэффициента передачи к первому и второму сигналам передачи для формирования первого и второго взвешенных сигналов передачи,
при этом первая и вторая передающие антенны передают первый и второй взвешенные сигналы передачи.

11. Повторитель по п.10, в котором первый и второй тракты имеют различные углы прихода.

12. Повторитель по п.10, дополнительно содержащий контроллер для управления схемой взвешивания при приеме в соответствии с измеренным значением самогенерирующегося сигнала, передаваемого с помощью первой и второй передающих антенн.

13. Повторитель для сети беспроводной связи, при этом повторитель включает в себя первое и второе приемные устройства, соединенные с первой и второй приемными антеннами для приема множества потоков сигналов системы с множеством входов и множеством выходов (MIMO) по различным трактам, и первое и второе передающие устройства, соединенные с первой и второй передающими антеннами, при этом повторитель содержит:
модуль комбинирования сигналов для комбинирования множества потоков сигналов MIMO согласно различным математическим комбинациям для формирования множества комбинированных потоков сигналов MIMO;
схему взвешивания для применения весового коэффициента к каждому из множества потоков сигналов MIMO для формирования множества взвешенных потоков сигналов MIMO и
цифровой процессор для определения преобладающего потока сигналов из взвешенных потоков сигналов MIMO,
при этом преобладающий поток сигналов передается с помощью первой передающей антенны, а остальные потоки взвешенных сигналов MIMO передаются с помощью второй передающей антенны.

14. Повторитель по п.13, в котором цифровой процессор определяет преобладающий поток сигналов на основе по меньшей мере одного из интенсивности сигнала, отношения сигнал/шум и разброса задержек.

15. Способ работы повторителя в сети беспроводной связи, содержащий этапы, на которых:
принимают сигнал приема по первому тракту от одного из точки доступа, другого повторителя или устройства беспроводной станции;
принимают сигнал приема по второму тракту от одного из точки доступа, другого повторителя или устройства беспроводной станции;
применяют первый и второй весовые коэффициенты к сигналу приема, принимаемому по первому и второму трактам, для формирования первого взвешенного сигнала приема и второго взвешенного сигнала приема;
комбинируют первый и второй взвешенные сигналы приема согласно различным математическим комбинациям для формирования множества комбинированных сигналов приема и
передают сигнал передачи, соответствующий одному из комбинированных сигналов приема, в одно из точки доступа, другого повторителя или устройства беспроводной станции.

16. Способ работы повторителя в сети беспроводной связи, содержащий этапы, на которых:
применяют первый и второй весовые коэффициенты к сигналу приема, принимаемому по первому и второму трактам приема, для формирования первого взвешенного сигнала приема и второго взвешенного сигнала приема;
комбинируют первый и второй взвешенные сигналы приема согласно различным математическим комбинациям для формирования множества комбинированных сигналов приема и вывода заданного одного из множества комбинированных сигналов приема;
разветвляют заданный один из множества комбинированных сигналов приема на первый и второй сигналы передачи;
применяют весовой коэффициент передачи к первому и второму сигналам передачи для формирования первого и второго взвешенных сигналов передачи и
передают первый и второй взвешенные сигналы передачи.

17. Способ работы повторителя в сети беспроводной связи, содержащий этапы, на которых:
комбинируют множество потоков сигналов системы с множеством входов и множеством выходов (MIMO) согласно различным математическим комбинациям для формирования множества комбинированных потоков сигналов MIMO;
применяют весовой коэффициент к каждому из множества потоков сигналов MIMO для формирования множества взвешенных потоков сигналов MIMO;
определяют преобладающий поток сигналов из взвешенных потоков сигналов MIMO;
передают преобладающий поток сигналов с помощью первой передающей антенны и
передают остальные потоки взвешенных сигналов MIMO с помощью второй передающей антенны.

18. Повторитель в сети беспроводной связи, содержащий:
средство для приема сигнала приема по первому тракту от одного из точки доступа, другого повторителя или устройства беспроводной станции;
средство для приема сигнала приема по второму тракту от одного из точки доступа, другого повторителя или устройства беспроводной станции;
средство для применения первого и второго весовых коэффициентов к сигналу приема, принимаемому по первому и второму трактам, для формирования первого взвешенного сигнала приема и второго взвешенного сигнала приема;
средство для комбинирования первого и второго взвешенных сигналов приема согласно различным математическим комбинациям для формирования множества комбинированных сигналов приема и
средство для передачи сигнала передачи, соответствующего одному из комбинированных сигналов приема, в одно из точки доступа, другого повторителя или устройства беспроводной станции.

19. Повторитель в сети беспроводной связи, содержащий:
средство для применения первого и второго весовых коэффициентов к сигналу приема, принимаемому по первому и второму трактам приема, для формирования первого взвешенного сигнала приема и второго взвешенного сигнала приема;
средство для комбинирования первого и второго взвешенных сигналов приема согласно различным математическим комбинациям для формирования множества комбинированных сигналов приема и вывода заданного одного из множества комбинированных сигналов приема;
средство для разветвления заданного одного из множества комбинированных сигналов приема на первый и второй сигналы передачи; и
средство для применения весового коэффициента передачи к первому и второму сигналам передачи для формирования первого и второго взвешенных сигналов передачи; и
средство для передачи первого и второго взвешенных сигналов передачи.

20. Повторитель в сети беспроводной связи, содержащий:
средство для комбинирования множества потоков сигналов системы с множеством входов и множеством выходов (MIMO) согласно различным математическим комбинациям для формирования множества комбинированных потоков сигналов MIMO;
средство для применения весового коэффициента к каждому из множества потоков сигналов MIMO для формирования множества взвешенных потоков сигналов MIMO;
средство для определения преобладающего потока сигналов из взвешенных потоков сигналов MIMO;
средство для передачи преобладающего потока сигналов с помощью первой передающей антенны и
средство для передачи остальных потоков взвешенных сигналов MIMO с помощью второй передающей антенны.