專利名稱：利用具有內(nèi)部天線的cpe的固定ofdm無(wú)線大城市區(qū)通信網(wǎng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)領(lǐng)域。更具體地講，本發(fā)明涉及使用配置以使客戶房屋設(shè)備(consumer premise equipment)(CPE)能夠利用布置在客戶房屋內(nèi)的天線，而不需要具有到基站的視線傳輸路徑的外部可接入天線的正交頻分多路復(fù)用(OFDM)載波接入調(diào)制的固定無(wú)線大城市區(qū)通信網(wǎng)(MAN)。
背景技術(shù)：
利用射頻(RF)信號(hào)發(fā)射和接收數(shù)據(jù)的無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是眾所周知的。一般地講，無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到諸如衛(wèi)星通信或微波塔電信之類(lèi)的高性能長(zhǎng)距離通信系統(tǒng)，或應(yīng)用到諸如住宅或辦公環(huán)境內(nèi)的無(wú)線LAN之類(lèi)的短距離局域網(wǎng)(LAN)通信系統(tǒng)。在長(zhǎng)距離通信系統(tǒng)的情況下，需要有一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)天線系統(tǒng)，并且在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間必須有視線傳輸路徑。在短距離無(wú)線LAN通信的情況下，由于距離一般不超過(guò)1英里，因而可以利用全向天線系統(tǒng)，并且不需要視線傳輸路徑。這種差別的原因是由于在較長(zhǎng)的距離上，或當(dāng)穿過(guò)建筑物或墻壁之類(lèi)的障礙物發(fā)送時(shí)，RF信號(hào)迅速地?fù)p耗功率的事實(shí)。
大城市區(qū)通信網(wǎng)(MAN)是一種能夠在大約1至40英里之間的中等范圍的距離中通信的網(wǎng)絡(luò)，例如，一般看到的為整個(gè)大城市區(qū)提供通信覆蓋的通信網(wǎng)。數(shù)字用戶環(huán)路(DSL)業(yè)務(wù)是利用電話線作為通信媒體的基于有線的MAN系統(tǒng)的一個(gè)很好的例子。電纜調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)是利用同軸電纜作為通信媒體的基于有線的MAN系統(tǒng)的另一個(gè)例子。MAN系統(tǒng)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于，它允許與常規(guī)電話調(diào)制解調(diào)速度相比更高速度的數(shù)據(jù)通信。這種基于有線的MAN的主要問(wèn)題是，安裝和維護(hù)高質(zhì)量電話或同軸電纜通信媒體的成本。固定無(wú)線MAN系統(tǒng)具有降低了與安裝和維護(hù)基于有線的通信媒體相關(guān)的成本的顯著優(yōu)點(diǎn)。
固定無(wú)線MAN系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以設(shè)計(jì)無(wú)線通信媒體來(lái)提供比常規(guī)基于有線的MAN系統(tǒng)更高的數(shù)據(jù)通信速度。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致迄今為止已經(jīng)部署的固定無(wú)線MAN系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為用于超高性能和相當(dāng)昂貴的專用網(wǎng)。這些固定無(wú)線MAN系統(tǒng)的市場(chǎng)已經(jīng)有少量的客戶，這些客戶具有可以證明在單個(gè)的基礎(chǔ)上這些系統(tǒng)的昂貴和復(fù)雜的安裝是合理的高速數(shù)據(jù)通信的需要。有限的客戶基礎(chǔ)和對(duì)超高性能的需要的結(jié)果，使現(xiàn)有固定無(wú)線MAN系統(tǒng)的設(shè)計(jì)多數(shù)一直沿高性能長(zhǎng)距離無(wú)線通信系統(tǒng)的路線發(fā)展。
盡管在設(shè)計(jì)RF通信系統(tǒng)時(shí)有許多因素要考慮，但是設(shè)計(jì)固定無(wú)線MAN系統(tǒng)中要考慮的一些更重要的因素是分配的頻率、信號(hào)調(diào)制和載波接入調(diào)制。分配的頻率是指系統(tǒng)可以使用的無(wú)線電信號(hào)的頻率或振蕩范圍。一個(gè)例子是用于在500KHz和1600KHz之間操作的AM無(wú)線電信號(hào)的分配頻帶。信號(hào)調(diào)制是指為RF信號(hào)中信息或數(shù)據(jù)編碼的編碼方式。一個(gè)例子是調(diào)幅(AM)無(wú)線電信號(hào)與調(diào)頻(FM)無(wú)線電信號(hào)之間的差別。載波接入調(diào)制是指使用分配的載頻攜帶RF信號(hào)的方式。一個(gè)例子是在相同的分配帶寬上使用一個(gè)單一的寬信道與多個(gè)窄信道之間的差別。
對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)，固定無(wú)線MAN系統(tǒng)的設(shè)計(jì)集中在小于10GHz的頻率范圍。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出其它的中距離無(wú)線通信系統(tǒng)，例如，在28GHz至31GHz的高得多的頻率范圍操作的局部多點(diǎn)分布系統(tǒng)(LMDS)。這些更高頻率涉及到不同的技術(shù)問(wèn)題，并且需要提供從一個(gè)建筑物的頂部到另一個(gè)建筑物頂部的視線傳輸路徑的更大的外部天線系統(tǒng)。
由于希望有更高的數(shù)據(jù)速度，所有的現(xiàn)有固定無(wú)線MAN系統(tǒng)都使用了更為復(fù)雜的信號(hào)調(diào)制方案。為了支持更快速度的下行鏈路傳輸，這些系統(tǒng)一般使用16位正交幅度調(diào)制(QAM)或64位QAM進(jìn)行至少10Mbps的數(shù)據(jù)率的從基站到CPE的下行鏈路發(fā)送。
與為短距離通信而開(kāi)發(fā)的并且使用將一個(gè)信號(hào)擴(kuò)展到整個(gè)分配的頻帶寬度上的擴(kuò)展頻譜形式的載波接入調(diào)制的許多固定無(wú)線LAN系統(tǒng)不同，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的極少數(shù)的固定無(wú)線MAN系統(tǒng)使用多載波調(diào)制作為它們的載波接入調(diào)制。在多載波調(diào)制中，將信號(hào)分割成數(shù)個(gè)并行數(shù)據(jù)流，并且將這些并行數(shù)據(jù)流沿不同的較低速度的信道同時(shí)發(fā)送，然后在接收機(jī)重組，以產(chǎn)生較高效率的傳輸率。IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)指定用作高速無(wú)線數(shù)據(jù)通信的802.11無(wú)線LAN標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展部分的多載波調(diào)制方案被稱為正交頻分多路復(fù)用(OFDM)。OFDM調(diào)制方案有助于更有效地利用分配的帶寬，和提高接收更高速度發(fā)送能力。
現(xiàn)有固定無(wú)線MAN系統(tǒng)的所有這些更為復(fù)雜的調(diào)制方案一般都要求在每個(gè)基站有更昂貴的設(shè)備和更高的發(fā)射功率。為了利用與每個(gè)基站相關(guān)的增大的投資，已經(jīng)對(duì)現(xiàn)有的固定無(wú)線MAN系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以使為一個(gè)給定區(qū)域提供覆蓋所需的基站數(shù)量最少?，F(xiàn)有無(wú)線MAN系統(tǒng)的典型覆蓋區(qū)的半徑在10至30英里的范圍。
也使用較大的覆蓋區(qū)來(lái)減少對(duì)相鄰覆蓋區(qū)中重復(fù)使用相同頻道的需要。由于在所有的現(xiàn)有固定無(wú)線MAN系統(tǒng)中使用了更高的發(fā)射功率以更高的數(shù)據(jù)率發(fā)射，更高功率的信號(hào)防止相鄰覆蓋區(qū)中相同的頻道的重復(fù)使用，并且甚至能夠排除在三到五倍于覆蓋區(qū)半徑的距離上的相同頻道的重復(fù)使用。結(jié)果，較大的覆蓋區(qū)減小了由不能重復(fù)使用相鄰覆蓋區(qū)中的頻率造成的問(wèn)題的影響。
每個(gè)基站的較大的覆蓋區(qū)面積的最大的缺點(diǎn)是，基站與CPE之間潛在的更大的信號(hào)損耗或衰減。為了克服更大距離中的這種潛在的信號(hào)損耗，和改進(jìn)在更高功率、更高發(fā)射速度下的接收，所有現(xiàn)有固定無(wú)線MAN系統(tǒng)使用了需要基站與連接到CPE的外部可接入天線之間的視線傳輸路徑的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)天線系統(tǒng)。例如，參看圖1的現(xiàn)有技術(shù)固定無(wú)線MAN系統(tǒng)配置，其中在一個(gè)單個(gè)使用者環(huán)境中的CPE，例如，一個(gè)住宅中的CPE，連接到一個(gè)單個(gè)使用者環(huán)境的外部的天線，而在一個(gè)多個(gè)使用者的環(huán)境內(nèi)，例如，一個(gè)小辦公室中，每個(gè)CPE連接到位于多個(gè)使用者環(huán)境外部的各自的天線。
倘若相對(duì)有限的客戶基礎(chǔ)和對(duì)于支配現(xiàn)有固定無(wú)線MAN系統(tǒng)的發(fā)展的超高性能的需要，提供視線傳輸路徑的外部可接入天線的使用不但是必須的，而且是可以理解的。但是，希望提供一種不需要使用外部可接入天線并且能夠更廣泛地部署、以更有效地向更多數(shù)量的客戶提供更高的數(shù)據(jù)速度的固定無(wú)線MAN系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一種固定OFDM無(wú)線MAN系統(tǒng)在很大程度上滿足了上述需要。固定無(wú)線接入系統(tǒng)一般包括一個(gè)經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)接口連接到小型辦公室/住宅辦公個(gè)人計(jì)算機(jī)或局域網(wǎng)的客戶房屋設(shè)備(CPE)單元，和經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)接口連接到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的基站單元。CPE單元位于一個(gè)用作住宅或小辦公室的房屋中，具有布置在房屋內(nèi)部并且易于用戶安裝的天線。基站單元優(yōu)選是安裝在1-5英里的CPE單元范圍內(nèi)的塔中。CPE單元優(yōu)選結(jié)合一個(gè)使得它能夠接收來(lái)自一個(gè)計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字信號(hào)、將這個(gè)信號(hào)變換成一種模擬格式、并且將模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)優(yōu)選在2.5-2.686GHz范圍工作的射頻技術(shù)發(fā)送到基站單元的內(nèi)部集成數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)/轉(zhuǎn)換器?；締卧獌?yōu)選結(jié)合一個(gè)集成的數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)/轉(zhuǎn)換器。一旦接收到信號(hào)，基站單元將模擬信號(hào)變換回?cái)?shù)字信號(hào)，并且通過(guò)以太網(wǎng)連接傳送到個(gè)人計(jì)算機(jī)、LAN、和/或網(wǎng)絡(luò)。在CPE單元和基站單元之間的上行鏈路和下行鏈路發(fā)送中使用正交頻分多路復(fù)用。
固定無(wú)線接入系統(tǒng)利用結(jié)合OFDM碼元的OFDM信號(hào)發(fā)送。OFDM碼元不帶訓(xùn)練碼元，并且以逐個(gè)碼元的方式檢測(cè)。
固定無(wú)線接入系統(tǒng)使用分成幀的下行鏈路發(fā)送，和不分成幀的上行鏈路發(fā)送。


圖1提供了一個(gè)利用外部天線的現(xiàn)有技術(shù)固定無(wú)線MAN系統(tǒng)的概要；圖2提供了一個(gè)利用內(nèi)部天線的本發(fā)明的固定OFDM無(wú)線MAN系統(tǒng)的概要；圖3示出了建立在本發(fā)明的一個(gè)固定無(wú)線接入系統(tǒng)的網(wǎng)孔內(nèi)的一個(gè)單一扇區(qū)的概要；圖4示出了本發(fā)明的一個(gè)蜂窩系統(tǒng)；圖5示出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的，現(xiàn)有技術(shù)蜂窩重復(fù)使用模式；圖6示出了一個(gè)利用TDMA的現(xiàn)有技術(shù)蜂窩重復(fù)使用模式；圖7示出了本發(fā)明的優(yōu)選蜂窩重復(fù)使用模式；圖8示出了本發(fā)明的系統(tǒng)使用的上行鏈路和下行鏈路發(fā)送時(shí)隙的布局，以及包含在時(shí)隙內(nèi)的消息分組的布局；圖9以方框圖的形式示出了在本發(fā)明的固定無(wú)線接入系統(tǒng)內(nèi)通過(guò)射頻發(fā)射和接收的數(shù)據(jù)分組的比特流的處理；和圖10是具有六個(gè)帶有30°偏移的60°扇區(qū)的網(wǎng)孔的1∶1復(fù)用模式的干擾的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖2中示出了一個(gè)帶有利用本發(fā)明的內(nèi)部天線的計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備(CPE)的固定OFDM無(wú)線大城市區(qū)通信網(wǎng)(MAN)。如圖所示，可以將本發(fā)明的固定無(wú)線接入系統(tǒng)10配置為用作一個(gè)單獨(dú)使用者環(huán)境，或一個(gè)多個(gè)使用者環(huán)境，例如，一個(gè)局域網(wǎng)。系統(tǒng)10操作以通過(guò)使用高可靠性無(wú)線電傳輸技術(shù)從和向系統(tǒng)10的使用者傳送數(shù)據(jù)。系統(tǒng)10特別可應(yīng)用于住宅和小辦公/住宅辦公室(SOHO)市場(chǎng)。
現(xiàn)在參考圖3，圖3示出了建立在固定無(wú)線接入系統(tǒng)10的一個(gè)網(wǎng)孔內(nèi)的一個(gè)單一扇區(qū)的概觀。如圖3中所示，系統(tǒng)10一般包括一個(gè)或更多的主機(jī)，例如，一個(gè)或更多的主計(jì)算機(jī)12，和/或一個(gè)或更多的局域網(wǎng)服務(wù)器13，它們經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)連接16連接到一個(gè)或更多的客戶房屋設(shè)備(CPE)單元14。每個(gè)CPE單元14經(jīng)過(guò)射頻與系統(tǒng)10內(nèi)的一個(gè)或更多的基站單元18通信。每個(gè)基站單元18經(jīng)過(guò)一個(gè)以太網(wǎng)接口19連接到一個(gè)或更多的各種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)19，或交換結(jié)構(gòu)，例如，異步傳送模式(ATM)。
I.系統(tǒng)組件，組件分布和組件識(shí)別每個(gè)CPE單元14結(jié)合實(shí)現(xiàn)與使用者個(gè)人計(jì)算機(jī)12或LAN服務(wù)器的以太網(wǎng)通信，以及與基站單元18的射頻通信所需的硬件。硬件優(yōu)選是至少部分地利用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)技術(shù)或ASIC技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并且優(yōu)選設(shè)計(jì)為大約10瓦的最大功率消耗。更具體地講，每個(gè)CPE單元14優(yōu)選結(jié)合一個(gè)集成數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)/轉(zhuǎn)換器和一個(gè)或更多的以太網(wǎng)連接器，例如10Base-T RJ45連接器(10Base-T是IEEE 802.3規(guī)定的一種利用雙絞導(dǎo)線，也稱為無(wú)屏蔽雙絞(UTP)線，以基帶形式攜帶高達(dá)10Mbps的速率信息的傳輸媒介)。對(duì)于集成數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)/轉(zhuǎn)換器，應(yīng)當(dāng)指出，可以使用單個(gè)組件而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
為了容易安裝CPE單元14，集成數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)/轉(zhuǎn)換器優(yōu)選結(jié)合一個(gè)一體的定向天線，以使客戶可以將CPE單元14安裝在一個(gè)相關(guān)主計(jì)算機(jī)12附近和客戶房屋內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連接器22的使用進(jìn)一步提高了CPE單元14安裝的簡(jiǎn)易性，并且使得能夠容易地使用者安裝CPE單元14，以便與它們的主計(jì)算機(jī)12或局域網(wǎng)服務(wù)器13通信。CPE單元14優(yōu)選具有一種使它能夠定位和/或安裝在桌面上的大小或形狀，這又進(jìn)一步增加了使用者安裝的簡(jiǎn)易性。
基站單元18結(jié)合了實(shí)現(xiàn)與一個(gè)或更多的各種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)19，或轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，例如，異步傳送模式(ATM)，的以太網(wǎng)通信，以及與CPE單元14射頻通信所需的硬件。優(yōu)選實(shí)現(xiàn)至少部分用FPGA技術(shù)或ASIC技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬件，并且優(yōu)選設(shè)計(jì)為大約100瓦的最大功率消耗。更具體地講，與每個(gè)CPE單元14相同，基站單元18優(yōu)選結(jié)合一個(gè)集成數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)/轉(zhuǎn)換器，和一個(gè)或更多的以太網(wǎng)連接器，例如，10Base-T RJ45連接器。對(duì)于集成數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)/轉(zhuǎn)換器，應(yīng)當(dāng)注意，可以使用單個(gè)的組件而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。基站單元18優(yōu)選附加地裝備一個(gè)全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)，以便為系統(tǒng)分辨率和精度提供時(shí)間參考。系統(tǒng)10優(yōu)選使用一個(gè)GPS時(shí)間脈沖來(lái)提供整個(gè)地理分布基站單元18的同步，以避免基站單元18之間的干擾。對(duì)于集成數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)/轉(zhuǎn)換器，應(yīng)當(dāng)注意，可以使用單個(gè)組件而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
根據(jù)圖3，基站單元18優(yōu)選是塔式安裝的，以利于一個(gè)展開(kāi)的非視線通信半徑。發(fā)射電平、天線增益、和接收機(jī)靈敏度提供的高系統(tǒng)增益容許基站單元18的非視線操作。如果基站單元18安裝在塔的底部，那么在基站單元18與它的天線之間需要有更長(zhǎng)的同軸電纜，較長(zhǎng)的電纜在系統(tǒng)增益中長(zhǎng)度產(chǎn)生較大的損耗，并且會(huì)減小一個(gè)非視線覆蓋范圍的給定電平的操作距離。
將每個(gè)基站單元18定位在每個(gè)分布式蜂窩系統(tǒng)30中，見(jiàn)圖4，其中每個(gè)網(wǎng)孔32優(yōu)選包括一個(gè)或更多的扇區(qū)34，并且每個(gè)扇區(qū)優(yōu)選包括一個(gè)基站單元18。圖4是一個(gè)其中每個(gè)網(wǎng)孔32具有六個(gè)扇區(qū)34的示例分布式蜂窩系統(tǒng)30的示意圖。每個(gè)網(wǎng)孔32優(yōu)選具有大約1至5英里的通信半徑，典型的通信半徑是3英里。但是，蜂窩式扇區(qū)化基站單元18部署的使用并不限制單個(gè)全向基站單元18的使用。更具體地講，不需要使一個(gè)帶有多個(gè)扇區(qū)的網(wǎng)孔像一個(gè)單一網(wǎng)孔操作一樣地操作。在一個(gè)小地理區(qū)的例子中，例如，一個(gè)小于3英里半徑的地理區(qū)中，潛在的使用者基數(shù)很低，并且一個(gè)單獨(dú)的基站單元18可以滿足數(shù)據(jù)通過(guò)容量，因而可以給一個(gè)單獨(dú)的基站安裝一個(gè)高增益全向天線。
一旦適當(dāng)?shù)匕惭b了每個(gè)CPE單元14和每個(gè)基站單元18，每個(gè)都能夠向和/或從對(duì)方發(fā)射和接收通信信號(hào)。在最基本的條件中，CPE單元14和基站單元18之間的射頻通信的組合效果是帶有一定額外增強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)交換的效果。例如，促進(jìn)了單元14與單元18之間的射頻通信，是由于像以太網(wǎng)交換系統(tǒng)一樣，給每個(gè)CPE單元14和每個(gè)基站單元18分配了一個(gè)唯一的地址的事實(shí)。此外，單元14與單元18之間射頻通信優(yōu)選是以包括了分別指示通信信號(hào)來(lái)自和/或到哪個(gè)CPE單元14或基站單元18的源和/或目標(biāo)地址的數(shù)據(jù)分組的形式進(jìn)行，這又與以太網(wǎng)交換系統(tǒng)相同。如同以太網(wǎng)交換系統(tǒng)一樣，也可以在基站單元18與CPE單元14之間通信廣播業(yè)務(wù)，例如，發(fā)送到系統(tǒng)10內(nèi)所有單元的業(yè)務(wù)。
因此，正如以太網(wǎng)交換增強(qiáng)了以太網(wǎng)系統(tǒng)的操作一樣，CPE單元14和基站單元18提供的轉(zhuǎn)換配置進(jìn)行操作，以通過(guò)僅允許在CPE單元14和基站單元18之間傳播基本業(yè)務(wù)；根據(jù)數(shù)據(jù)分組的源和/或目標(biāo)地址過(guò)濾或發(fā)送它們而不受中間基站單元18干涉，例如，分布式交換，提高了系統(tǒng)10的性能。此外，如同以太網(wǎng)系統(tǒng)一樣，CPE單元14和基站單元18優(yōu)選執(zhí)行動(dòng)態(tài)主機(jī)控制協(xié)議(DHCP)，這個(gè)協(xié)議是一個(gè)CPE單元14和基站單元18通過(guò)觀察動(dòng)態(tài)地發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于連接到一個(gè)CPE單元14的主計(jì)算機(jī)12的高層互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)地址的低層物理網(wǎng)絡(luò)硬件地址的協(xié)議。
更具體地講，當(dāng)一個(gè)CPE單元第一次聯(lián)機(jī)時(shí)，它通過(guò)利用它的收發(fā)信機(jī)開(kāi)始監(jiān)視基站單元18的信號(hào)。當(dāng)CPE單元14檢測(cè)到一個(gè)足夠質(zhì)量的基站單元18信號(hào)時(shí)，CPE單元14向基站單元18登記?；?8利用網(wǎng)絡(luò)20內(nèi)的一個(gè)鑒別服務(wù)器確定CPE單元14是否被允許，并且確定可以有多少主計(jì)算機(jī)12連接到CPE單元14。然后，基站單元18否認(rèn)或承認(rèn)帶有允許數(shù)量的主計(jì)算機(jī)12的CPE單元14。一旦向一個(gè)基站單元18登記，CPE單元14進(jìn)入一個(gè)學(xué)習(xí)階段，通過(guò)這個(gè)學(xué)習(xí)階段，CPE單元14操作以通過(guò)觀察業(yè)務(wù)了解層3地址和以太網(wǎng)物理層地址。觀察的業(yè)務(wù)是從數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，即，LAN 13上的一個(gè)服務(wù)器請(qǐng)求層3地址的一個(gè)主計(jì)算機(jī)12的業(yè)務(wù)，和服務(wù)器的回答的業(yè)務(wù)中的一個(gè)，最好是在DHCP中。
一旦觀察到業(yè)務(wù)，CPE單元14建立連接的主計(jì)算機(jī)層3，IP地址，和關(guān)聯(lián)的以太網(wǎng)低層物理網(wǎng)絡(luò)硬件地址的表。在建立這個(gè)表時(shí)，CPE單元14能夠保證它將不通過(guò)空中鏈路向具有對(duì)應(yīng)于一個(gè)已經(jīng)經(jīng)過(guò)LAN 13接口連接到CPE單元14的主計(jì)算機(jī)12的層3地址目的的基站單元18發(fā)送消息。與CPE單元14一樣，基站單元18操作以觀察業(yè)務(wù)和建立主計(jì)算機(jī)層3、IP地址、關(guān)聯(lián)的以太網(wǎng)低層物理網(wǎng)絡(luò)硬件地址、和CPE單元14的關(guān)聯(lián)的空中硬件地址的表。在建立這個(gè)表中，基站單元18能夠保證在消息包括一個(gè)不在基站單元18的地址表中的層3地址目標(biāo)時(shí)，它將不通過(guò)空中鏈路發(fā)送消息。
此外，如同以太網(wǎng)系統(tǒng)一樣，CPE單元14和基站單元18優(yōu)選實(shí)現(xiàn)地址分辨協(xié)議(ARP)，地址分辨協(xié)議是一個(gè)終端設(shè)備、主計(jì)算機(jī)和連接到網(wǎng)絡(luò)的其它計(jì)算機(jī)用于動(dòng)態(tài)地發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于所述主計(jì)算機(jī)12的關(guān)聯(lián)IP地址的一個(gè)連接的主計(jì)算機(jī)12的以太網(wǎng)低層物理網(wǎng)絡(luò)硬件地址的協(xié)議。
但是，與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)系統(tǒng)不同的是，固定無(wú)線接入系統(tǒng)10提供了一個(gè)其中一個(gè)基站單元18可以回答預(yù)定給一個(gè)連接到一個(gè)CPE單元14的主計(jì)算機(jī)12的APR請(qǐng)求的ARP代理。通過(guò)代表一個(gè)CPE單元14，攔截基站單元18承擔(dān)路由數(shù)據(jù)分組的責(zé)任，并且可以對(duì)其作出回答，例如，基站單元18可以送回CPE單元14的實(shí)際以太網(wǎng)MAC地址。當(dāng)然，也可以使用其它和/或附加的代理協(xié)議，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。通過(guò)使用ARP和ARP代理，可以保存信道容量，并且可以提高系統(tǒng)10的效率，即，減少了空中廣播業(yè)務(wù)。此外，CPE單元14觀察連接到CPE單元14的主計(jì)算機(jī)12的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。如果業(yè)務(wù)的目標(biāo)是另一個(gè)也連接到CPE單元14的主計(jì)算機(jī)12，那么CPE單元14不向基站單元18發(fā)送該業(yè)務(wù)，因此，可以保存信道容量，并且提高系統(tǒng)10的效率。
CPE單元14最好結(jié)合一個(gè)漫游功能，以使能夠把CPE單元14從一個(gè)基站單元18的范圍內(nèi)的房屋移動(dòng)到另一個(gè)基站范圍內(nèi)的房屋中，或如果基站將從空間中消失，那么切換基站18。CPE單元14監(jiān)視所有基站單元18信號(hào)的質(zhì)量，并且在當(dāng)前基站單元18的信號(hào)的質(zhì)量降低到低于另一個(gè)基站單元18的信號(hào)質(zhì)量時(shí)，向一個(gè)不同的基站18登記。如同向原始基站單元18登記一樣，當(dāng)發(fā)生變化時(shí)，CPE單元14向新的基站單元18登記，并且附加地將連接于CPE單元14的那些主計(jì)算機(jī)12的層3地址和以太網(wǎng)物理層地址表傳送到新基站單元18，以使CPE單元和新基站單元18之間的表能夠適當(dāng)?shù)赝交?。然后，新基站單?8執(zhí)行無(wú)償?shù)腁RP，以更新前一基站單元18的表，以便加快基站單元18的處理速度，將業(yè)務(wù)適當(dāng)?shù)厍袚Q到CPE單元14，供給其關(guān)聯(lián)的主計(jì)算機(jī)12。
此外，可以將一個(gè)主計(jì)算機(jī)12從一個(gè)CPE單元14斷開(kāi)，并連接到一個(gè)不同的CPE單元14。然后，這個(gè)新CPE單元14可以經(jīng)過(guò)業(yè)務(wù)觀察到另一個(gè)主計(jì)算機(jī)12活動(dòng)在其LAN13接口。然后，這個(gè)新CPE單元14執(zhí)行向增加的主計(jì)算機(jī)12登記，并且將增加的主計(jì)算機(jī)12的層3地址和以太網(wǎng)物理層地址添加到它的表中。然后，與新CPE單元14關(guān)聯(lián)的基站單元18識(shí)別出已經(jīng)增加了一個(gè)新主計(jì)算機(jī)12，并且操作，在基站單元地址表中建立用于新主計(jì)算機(jī)12的新項(xiàng)?；締卧?8額外地執(zhí)行一個(gè)無(wú)償ARP，以更新其它基站單元18。
II.系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸固定無(wú)線接入系統(tǒng)10最好操作在2.5-2.686GHz教學(xué)電視固定服務(wù)/多點(diǎn)分布服務(wù)(ITFS/MDS)頻率范圍。FCC特許這些頻率作為31個(gè)信道，每個(gè)具有用于雙向數(shù)字通信的6MHz帶寬。在最近的命令中，F(xiàn)CC已經(jīng)確定將為這些信道許可發(fā)布一個(gè)總許可證，從而取消了每個(gè)使用者登記他們的CPE單元14的需要，并且取消了必須單獨(dú)登記每個(gè)基站單元18的需要。
如上所述，系統(tǒng)10優(yōu)選是一種其中系統(tǒng)中的每個(gè)網(wǎng)孔32分割成一個(gè)或更多的扇區(qū)34的蜂窩系統(tǒng)30。通過(guò)使用蜂窩頻率復(fù)用和時(shí)分多路復(fù)用方法的組合，可以用一個(gè)6MHz信道支持一個(gè)完整的系統(tǒng)。作為替代，可以使用一個(gè)以上的6MHz信道；增加更多的信道提高了對(duì)于射頻通信容量和通過(guò)量的系統(tǒng)10容量。
如圖4中所示，一個(gè)優(yōu)選系統(tǒng)10使用了其中每個(gè)網(wǎng)孔32被分割成六個(gè)扇區(qū)34，并且?guī)в辛鶄€(gè)信道，從而一個(gè)扇區(qū)34在所有時(shí)間都可以使用一個(gè)信道的蜂窩系統(tǒng)30。在這個(gè)優(yōu)選配置中，系統(tǒng)10提供了1∶1復(fù)用模式，每扇區(qū)9Mbps(每個(gè)網(wǎng)孔54Mbps)的傳輸率，和每扇區(qū)3Mbps(每網(wǎng)孔18Mbps)的數(shù)據(jù)通過(guò)率。優(yōu)選系統(tǒng)10能夠支持每扇區(qū)大約300個(gè)同時(shí)活動(dòng)的使用者(每網(wǎng)孔1800個(gè))，和每扇區(qū)大約1000-1500個(gè)用戶(每網(wǎng)孔6000-9000個(gè))。將最小系統(tǒng)10設(shè)計(jì)為支持至少每扇區(qū)250個(gè)同時(shí)活動(dòng)的使用者。
現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)線系統(tǒng)對(duì)于一種頻率的復(fù)用一般需要至少一個(gè)分離的網(wǎng)孔環(huán)。例如，參考圖5，在網(wǎng)孔32中使用著三種頻率，如用三種不同陰影指示的。在圖5的配置中，蜂窩系統(tǒng)操作，分離共用由至少一個(gè)網(wǎng)孔32建立的相同信道的每個(gè)網(wǎng)孔，以便允許在系統(tǒng)的另一部分中使用相同信道的同時(shí)，使干擾最小。在另一種現(xiàn)有技術(shù)中，使用了無(wú)線系統(tǒng)時(shí)分多址(TDMA)來(lái)減小網(wǎng)孔間的頻率干擾。例如，參考現(xiàn)有技術(shù)圖6，每個(gè)網(wǎng)孔32被分割成扇區(qū)34，每個(gè)扇區(qū)34具有其自身的頻道，各信道在下一個(gè)最近的網(wǎng)孔32中重復(fù)。為了能夠進(jìn)行這種頻率復(fù)用，使用TDMA給每個(gè)使用者一個(gè)獨(dú)特的信道內(nèi)時(shí)隙。這樣，在最底部的網(wǎng)孔32中，扇區(qū)1，一個(gè)使用者根據(jù)指定的分級(jí)時(shí)間信號(hào)發(fā)送，在相鄰的右網(wǎng)孔32中，一個(gè)使用者根據(jù)指定的分級(jí)時(shí)間信號(hào)發(fā)送，即在最底部的網(wǎng)孔32之后發(fā)送，并且在相鄰的上面的網(wǎng)孔32中，一個(gè)使用者根據(jù)指定的分級(jí)時(shí)間信號(hào)發(fā)送，即，在相鄰的右網(wǎng)孔32之后發(fā)送，等等，從而使每個(gè)網(wǎng)孔中的每個(gè)扇區(qū)1在不同的時(shí)間發(fā)送。但是，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)以后要進(jìn)一步說(shuō)明的使用四相移鍵控(QPSK)和減小每個(gè)網(wǎng)孔的直徑，既不需要網(wǎng)孔32的隔離，也不需要網(wǎng)孔間的TDMA，見(jiàn)圖7。
在本發(fā)明的替代實(shí)施例中，每個(gè)網(wǎng)孔32可以帶有三個(gè)扇區(qū)34，從而使網(wǎng)孔內(nèi)使用的時(shí)分多路復(fù)用法基于一種兩網(wǎng)孔模式(六個(gè)扇區(qū))。當(dāng)給這個(gè)兩網(wǎng)孔模式提供一個(gè)單一的6MHz信道時(shí)，在每個(gè)扇區(qū)中的傳輸發(fā)生在六分之一的時(shí)間，當(dāng)為兩網(wǎng)孔模式提供兩個(gè)6MHz信道時(shí)，每個(gè)扇區(qū)中的傳輸發(fā)生在三分之一的時(shí)間，當(dāng)給這個(gè)兩網(wǎng)孔模式提供三個(gè)6MHz信道時(shí)，發(fā)送發(fā)生在二分之一的時(shí)間。當(dāng)然，改變網(wǎng)孔和扇區(qū)模式對(duì)傳輸率、數(shù)據(jù)通過(guò)率、和系統(tǒng)10可以支持的使用者數(shù)量具有影響。但是，時(shí)間分享能力，例如，1∶1，1∶2，1∶3，1∶4，1∶6，等等，使得能夠?yàn)橐粋€(gè)要覆蓋的指定區(qū)域部署具有較少的頻率數(shù)的系統(tǒng)10。應(yīng)當(dāng)指出，系統(tǒng)10內(nèi)可以使用其它網(wǎng)孔、扇區(qū)和信道配置，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。但是，也應(yīng)當(dāng)指出，增加扇區(qū)的數(shù)量將使每個(gè)基站單元18所需的分離天線的數(shù)量增加，從而提高了基站單元18的總成本。
不管準(zhǔn)確的蜂窩布局和網(wǎng)孔內(nèi)時(shí)分多路復(fù)用工作循環(huán)如何，每個(gè)扇區(qū)34優(yōu)選將它的規(guī)定信道用于稱為幀的時(shí)間增量的數(shù)據(jù)分組發(fā)送。系統(tǒng)10優(yōu)選利用時(shí)分雙工(TDD)來(lái)支持每個(gè)扇區(qū)34中的雙向通信。每個(gè)幀分割成兩個(gè)主要部分，一個(gè)下行鏈路發(fā)送時(shí)間和一個(gè)上行鏈路發(fā)送時(shí)間。下行鏈路發(fā)送時(shí)間最好允許基站單元18在多個(gè)下行鏈路信道時(shí)隙100之一中發(fā)送，見(jiàn)圖8。同樣，上行鏈路發(fā)送時(shí)間優(yōu)選允許CPE單元14在多個(gè)上行鏈路信道時(shí)隙102之一中發(fā)送。優(yōu)選具有可變的下行鏈路信道時(shí)隙100與上行鏈路信道時(shí)隙102的比率，以使系統(tǒng)能夠適合于給定通信業(yè)務(wù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)通過(guò)速率。比率最好是一個(gè)可配置的參數(shù)，但是可以在操作期間改變，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
每個(gè)下行鏈路和上行鏈路信道時(shí)隙優(yōu)選包含一個(gè)單一OFDM信號(hào)的發(fā)送，該單一OFDM信號(hào)包含一個(gè)數(shù)據(jù)的分組(OFDM優(yōu)選是數(shù)字?jǐn)U展頻譜，盡管數(shù)字?jǐn)U展頻譜不為每個(gè)在整個(gè)頻率上發(fā)送的碼元提供足夠的功率，增大功率以支持更長(zhǎng)的發(fā)送距離將導(dǎo)致信號(hào)功率超出分配的帶寬的邊帶干擾)。最好是可以將總的幀持續(xù)時(shí)間的定時(shí)配置到一個(gè)優(yōu)選的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間長(zhǎng)度。但是，每個(gè)幀的持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)度可以從一幀到下一幀地改變，并且可以在網(wǎng)孔和扇區(qū)之間改變。應(yīng)當(dāng)注意，為了提供上行鏈路操作的信令和時(shí)間/頻率參考，一個(gè)給定扇區(qū)34的下行鏈路優(yōu)選發(fā)送下行鏈路發(fā)送時(shí)間的持續(xù)時(shí)間，即使一個(gè)給定幀或一個(gè)幀的一部分沒(méi)有要在下行鏈路上發(fā)送的數(shù)據(jù)。
參考圖8，每個(gè)下行鏈路發(fā)送優(yōu)選包含一個(gè)下行鏈路消息分組104，該下行鏈路消息分組104包括一個(gè)由主計(jì)算機(jī)12或網(wǎng)絡(luò)19產(chǎn)生的連續(xù)字節(jié)流。每個(gè)字節(jié)流以一個(gè)標(biāo)志106開(kāi)始和結(jié)束，例如，1或2字節(jié)，以標(biāo)記消息分組的開(kāi)始和結(jié)束。在標(biāo)志106之間，每個(gè)字節(jié)流優(yōu)選包括一個(gè)4字節(jié)的目標(biāo)地址108，一個(gè)2字節(jié)的長(zhǎng)度/類(lèi)型字段110，多達(dá)2k的數(shù)據(jù)字節(jié)112，和一個(gè)覆蓋了地址字段108、長(zhǎng)度/類(lèi)型字段110和數(shù)據(jù)112的4字節(jié)的循環(huán)冗余碼(CRC)114。
此外，利用一個(gè)空中鏈路MAC協(xié)議將下行鏈路發(fā)送部分分成幀，并且優(yōu)選包含一個(gè)幀標(biāo)題字段(FH)116和多個(gè)上行鏈路信道狀態(tài)字段(UCS)118，UCS字段118出現(xiàn)在下行鏈路發(fā)送中的一個(gè)下行鏈路時(shí)隙的間隔中。此外，每個(gè)下行鏈路OFDM碼元以一個(gè)八比特碼元序列標(biāo)志(SSF)119開(kāi)始，SSF 119指示一個(gè)下行鏈路碼元是否包含一個(gè)幀標(biāo)題字段116。這樣，每個(gè)OFDM碼元包含一個(gè)數(shù)據(jù)和足以解調(diào)碼元的檢測(cè)幫助信息的分組；沒(méi)有使用包含用于訓(xùn)練的已知固定信息，即，嵌入在碼元中以使接收機(jī)能夠捕獲并鎖定到發(fā)送的數(shù)據(jù)。
幀標(biāo)題字段116包含基站單元18的越空地址，和用于基站單元18和正在使用給定基站單元18的CPE單元14的整個(gè)操作的給定基站單元18所特有的其它信息。幀標(biāo)題字段116的優(yōu)選配置規(guī)定了總共八個(gè)字節(jié)，包括(1)用作一個(gè)超幀的開(kāi)始，一個(gè)超幀的結(jié)束，和空閑碼元的幾個(gè)標(biāo)志(每個(gè)1比特)；(2)系統(tǒng)標(biāo)識(shí)符，4比特；(3)發(fā)射功率電平，4比特；(4)扇區(qū)/網(wǎng)孔基站單元地址，4字節(jié)；(5)一個(gè)指示幀的下行鏈路部分中的OFDM碼元數(shù)量的偏移數(shù)，4比特；(6)時(shí)分多路復(fù)用因數(shù)(例如，1∶1，1∶2，1∶3，等等)，4比特；和(7)循環(huán)冗余碼(CRC)，1字節(jié)。
上行鏈路信道狀態(tài)(UCS)字段118包含有關(guān)是否一個(gè)上行鏈路信道時(shí)隙102正在被使用的信息。這樣，在前“n”個(gè)下行鏈路碼元的每一個(gè)中有一個(gè)UCS字段118，其中“n”是幀中的上行鏈路時(shí)隙數(shù)量。如果時(shí)隙102正在被使用，那么UCS 118包含(1)正在使用特定上行鏈路信道時(shí)隙102的CPE單元14的越空地址；(2)是否保留了上行鏈路信道時(shí)隙102，和為哪個(gè)CPE單元14保留的；和(3)用于給定上行鏈路信道時(shí)隙102的控制的其它有關(guān)信息。UCS字段118的優(yōu)選配置規(guī)定了總共六個(gè)字節(jié)，包括(1)移動(dòng)地址，4字節(jié)；(2)使用中的時(shí)隙，1比特；(3)確認(rèn)(Ack)，1比特；(4)預(yù)留(preempt)，1比特；(5)保留的，2比特；(6)服務(wù)質(zhì)量(QoS)，3比特；和(7)循環(huán)冗余碼(CRC)，1字節(jié)。
UCS字段118的移動(dòng)地址一般是指使用在前幀中的給定時(shí)隙102的CPE單元14。但是，它可以指將要使用當(dāng)前/下一個(gè)幀的上行鏈路發(fā)送部分中的時(shí)隙102，但以前可以一直未使用時(shí)隙102的一個(gè)CPE單元14。“使用中的時(shí)隙”是指給定時(shí)隙102是否可在當(dāng)前幀的CPE單元14發(fā)送部分中用于隨機(jī)存取?！按_認(rèn)”是指在前幀中給定時(shí)隙102中的上行鏈路發(fā)送結(jié)果。CPE單元14在發(fā)送一個(gè)新數(shù)據(jù)塊之前必須重新發(fā)送任何錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)塊?！邦A(yù)留”是指在下一個(gè)幀的CPE單元發(fā)送部分中為一個(gè)“新”CPE單元14保留的時(shí)隙102。“保留”比特不被使用?！胺?wù)質(zhì)量”(QoS)是指在當(dāng)前幀的CPE單元發(fā)送部分中的時(shí)隙102的優(yōu)先等級(jí)，即，只有指定的或高優(yōu)先等級(jí)的使用者才被允許在當(dāng)前幀的上行鏈路發(fā)送部分中的給定時(shí)隙102中發(fā)送隨機(jī)存取脈沖串。CRC是與在幀標(biāo)題字段116中使用的相同的多項(xiàng)式，并且覆蓋UCS字段118中的所有其它字段。
下行鏈路為經(jīng)過(guò)UCS字段118在上行鏈路上發(fā)送提供了由CPE單元14進(jìn)行的媒體接入控制(MAC)。下行鏈路提供的MAC優(yōu)選使用空中鏈路MAC協(xié)議。這個(gè)MAC優(yōu)選擔(dān)當(dāng)時(shí)隙-ALOHA媒體接入作用，為使用者提供對(duì)CPE單元14和基站單元18之間的空中鏈路的請(qǐng)求式接入，提供了用于從CPE單元14擴(kuò)展消息發(fā)送的隱含附加時(shí)隙保留。優(yōu)選在UCS字段118中提供服務(wù)質(zhì)量(QoS)，以控制被允許的接入的服務(wù)。
在圖9中的方框圖的每個(gè)低層中調(diào)節(jié)字節(jié)流，以便通過(guò)CPE單元14或基站單元18發(fā)送。如圖所示，字節(jié)流首先受到前向糾錯(cuò)編碼，例如，由里德/索洛蒙塊編碼器40和卷積編碼器42提供的前項(xiàng)糾錯(cuò)編碼。里德/索洛蒙塊編碼器40操作，將里德/索洛蒙奇偶性的字節(jié)，例如，十個(gè)奇偶性字節(jié)，加入到字節(jié)流中，可以改正其中一定數(shù)量的字節(jié)錯(cuò)誤，例如五字節(jié)錯(cuò)誤。在里德/索洛蒙塊編碼器40之后，將字節(jié)流以串行比特流的形式輸入到卷積編碼器42。卷積編碼器42優(yōu)選是一個(gè)操作將冗余位添加到比特流中的半速率卷積編碼器。注意，優(yōu)選將里德/索洛蒙碼字以7的限制長(zhǎng)度、35的深度、和0.5的編碼率輸入到卷積編碼器42中。當(dāng)然，也可以使用其它限制長(zhǎng)度和編碼率，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
在本優(yōu)選實(shí)施例中，用里德/索洛蒙塊編碼器40和1/2速率卷積編碼器42編碼字節(jié)流，以使用672個(gè)載波。更具體地講，利用兩比特調(diào)制攜帶數(shù)據(jù)信息的這672個(gè)載波，提供了每碼元發(fā)送的1344比特的數(shù)據(jù)。為隨機(jī)錯(cuò)誤對(duì)這1344比特的數(shù)據(jù)進(jìn)行1/2速率卷積編碼，以在接收機(jī)接收并卷積譯碼時(shí)剩下672數(shù)據(jù)比特。這672個(gè)數(shù)據(jù)比特包括84個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，它們被利用里德/索洛蒙編碼分離成要傳送的74個(gè)有效負(fù)載數(shù)據(jù)字節(jié)，和10個(gè)糾錯(cuò)字節(jié)。當(dāng)接收這84個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)時(shí)，執(zhí)行里德/索洛蒙譯碼糾錯(cuò)(如以下要說(shuō)明的)，以改正可能是錯(cuò)誤的多達(dá)5字節(jié)的數(shù)據(jù)，這糾正了接收的突發(fā)性誤差。
將離開(kāi)卷積編碼器42的比特流提供到一個(gè)信號(hào)映射器44，信號(hào)映射器44優(yōu)選是由交插器方框46和“比特至QPSK碼元”方框48組成的。信號(hào)映射器44操作，以便用特定的跨度和深度，例如，分別是32和42，交插從卷積編碼器輸出的比特。然后，將1/0的比特值編碼到-1/1，并且隨后把未調(diào)制的雙比特，例如，三個(gè)未調(diào)制的雙比特(0，0)插在比特序列的中央，以形成一個(gè)675信息雙比特總序列，每個(gè)信息雙比特調(diào)制一個(gè)四相移相鍵控(QPSK)子碼元。中央三個(gè)載波的空出或不調(diào)制，排除了保存調(diào)制信號(hào)中DC和低頻內(nèi)容的需要，這簡(jiǎn)化了發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的涉及約束和實(shí)現(xiàn)。
對(duì)信息載波使用QPSK調(diào)制為最佳化蜂窩系統(tǒng)作出了準(zhǔn)備。更具體地講，對(duì)載波使用QPSK調(diào)制，為一個(gè)給定數(shù)據(jù)通過(guò)率提供了最佳載波-干擾比。這個(gè)最佳載波-干擾比為使用1∶1頻率復(fù)用模式的蜂窩部署類(lèi)型提供了基礎(chǔ)。這使得每個(gè)網(wǎng)孔能夠在一個(gè)六扇區(qū)的網(wǎng)孔中使用相同的六個(gè)頻率。更高級(jí)的調(diào)制需要更大的載波-干擾比，從而需要比QPSK調(diào)制系統(tǒng)更高的頻率，即，三倍或更高倍數(shù)的頻率。
為了進(jìn)一步說(shuō)明，現(xiàn)在參考圖10，圖10示出了對(duì)于一個(gè)具有六個(gè)帶有30°偏移的60°扇區(qū)的網(wǎng)孔的1∶1復(fù)用模式的干擾，其中1的距離代表一個(gè)扇區(qū)的頂點(diǎn)，R。在這個(gè)圖中，站點(diǎn)X是主發(fā)射站點(diǎn)。將受到干擾的用戶是A，B和C。干擾站點(diǎn)是T和U。在T和U下方和右面的網(wǎng)孔也將加入到干擾因素中，但是比T和U的程度小得多。那么干擾電平如下(在以下的分析中使用了A1/R4傳播損耗因數(shù))1.“A”將受T和U的干擾。干擾電平大約是14.84dB。
2.“B”將受T和U的干擾。干擾電平大約是14.84dB。
3.“C”將受T和U的干擾。干擾電平大約是13.9dB。
在考慮到定向天線的輻射模式時(shí)，存在一個(gè)2至4dB的附加保護(hù)。
利用QPSK的OFDM的信令僅需要5dB的SNR(信噪比)保護(hù)來(lái)取得10-6的比特差錯(cuò)率(BER)。六扇區(qū)網(wǎng)孔提供了至少8dB的附加干擾保護(hù)。對(duì)于相同的碼元差錯(cuò)率，更高級(jí)的調(diào)制需要比QPSK更高的SNR。下面的表給出了調(diào)制級(jí)和相對(duì)于QPSK更高級(jí)的調(diào)制所需的附加保護(hù)。

傳輸率是一個(gè)用于調(diào)制之間比較的傳輸率的例子。附加的保護(hù)是更高的調(diào)制取得與QPSK相同的碼元差錯(cuò)率所需的附加SNR量。這個(gè)附加保護(hù)對(duì)于來(lái)自同信道站點(diǎn)的干擾保持為真。所需的附加保護(hù)電平接近或超過(guò)來(lái)自上述六扇區(qū)1∶1蜂窩模式的可用容限。復(fù)用因數(shù)是建立一種能夠提供需要的保護(hù)的復(fù)用模式所需的信道組數(shù)量。經(jīng)驗(yàn)法則是，對(duì)于調(diào)制級(jí)每增加一倍，附加保護(hù)需要增加3dB。3dB功率的增加可以轉(zhuǎn)換為導(dǎo)致不能取得相鄰網(wǎng)孔之間的1比1頻率復(fù)用比的傳播距離的增加。
那么，可以把效率因數(shù)計(jì)算為相對(duì)于QPSK的比特/秒/Hz/面積。本發(fā)明使這個(gè)效率因數(shù)最大，為固定OFDM無(wú)線MAN建立一個(gè)高效蜂窩系統(tǒng)。本發(fā)明認(rèn)識(shí)到在考慮整個(gè)蜂窩網(wǎng)時(shí)，較高級(jí)調(diào)制具有較低的效率因數(shù)。因此，對(duì)于在一個(gè)蜂窩網(wǎng)中的一個(gè)給定區(qū)域上使用最小頻譜量的蜂窩系統(tǒng)，QPSK是最佳調(diào)制方法。也應(yīng)當(dāng)注意，由于多徑條件，較高級(jí)調(diào)制需要用于較高衰減容限的信號(hào)電平。
接下來(lái)，繼續(xù)信號(hào)調(diào)節(jié)的討論并且再次參考圖9，對(duì)輸出信號(hào)映射器44的QPSK子碼元執(zhí)行調(diào)制，優(yōu)選是正交頻分調(diào)制(OFDM)50。如圖9中所示，OFDM 50優(yōu)選包括以下步驟。首先，在信息雙比特間均勻地插入具有調(diào)制雙比特值(1，1)的導(dǎo)頻子碼元，在6MHz信道的頂部和底部插入未調(diào)制保護(hù)子碼元，和加入帶外子碼元以形成一個(gè)希望的總子碼元序列長(zhǎng)度，例如，每OFDM碼元1024個(gè)子碼元，見(jiàn)方框52。接下來(lái)，將一個(gè)符號(hào)位隨機(jī)函數(shù)發(fā)生器應(yīng)用于子碼元，見(jiàn)方框54。更具體地講，優(yōu)選將子碼元序列乘以一個(gè)偽隨機(jī)噪聲(PRN)序列，以消除由于數(shù)據(jù)+導(dǎo)頻+保護(hù)+帶外子碼元的非隨機(jī)性質(zhì)造成的幅度尖峰。
OFDM中的接下來(lái)的步驟優(yōu)選包括一個(gè)對(duì)于現(xiàn)在隨機(jī)化的子碼元序列進(jìn)行一個(gè)逆快速傅立葉變換，見(jiàn)方框56。在變換完成之后，將一個(gè)循環(huán)前綴/后綴插在下行鏈路碼元的開(kāi)始，見(jiàn)方框58。現(xiàn)在完成了調(diào)制，優(yōu)選將數(shù)字序列傳送到一個(gè)低通濾波器，并且如果需要的話，在輸入到數(shù)模轉(zhuǎn)換器之前，內(nèi)插到更高的頻率速率，見(jiàn)方框60。最后，將序列傳送到一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器62，并且經(jīng)過(guò)模擬無(wú)線電電路從CPE單元14或基站單元18發(fā)送。
OFDM操作至少部分地消除多徑效應(yīng)，例如，相長(zhǎng)和破壞性干擾，以及信號(hào)的相移。多徑是一種導(dǎo)致無(wú)線電信號(hào)通過(guò)兩個(gè)或更多路徑到達(dá)接收天線的傳播現(xiàn)象。
再參考圖8，每個(gè)上行鏈路發(fā)送優(yōu)選包含一個(gè)上行鏈路消息分組120，上行鏈路消息分組120包括一個(gè)已經(jīng)由計(jì)算機(jī)12或網(wǎng)絡(luò)19產(chǎn)生的連續(xù)字節(jié)流。每個(gè)字節(jié)流優(yōu)選包括一個(gè)4字節(jié)目的地址122，一個(gè)4字節(jié)源地址124，一個(gè)2字節(jié)長(zhǎng)度/類(lèi)型字段126，60個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)128，和覆蓋地址字段122和124、長(zhǎng)度/類(lèi)型字段126、和數(shù)據(jù)128的32比特的循環(huán)冗余碼(CRC)130。注意，通過(guò)上行鏈路發(fā)送，不將消息分組120分成幀，下行鏈路發(fā)送也是一樣，但是，預(yù)期有固定數(shù)量的上行鏈路信道時(shí)隙102，例如6個(gè)。可以配置系統(tǒng)10以使每個(gè)給定CPE單元14能夠僅在一個(gè)給定幀的一個(gè)上行鏈路信道時(shí)隙102中發(fā)送。但是，也可以替代地配置系統(tǒng)10，使得來(lái)自一個(gè)單一CPE單元14的多個(gè)上行鏈路消息在多達(dá)每幀的上行鏈路時(shí)隙102數(shù)量中同時(shí)處理。因此，受到MAC層的控制，一個(gè)單獨(dú)的CPE單元14可以通過(guò)使用每個(gè)幀中的兩個(gè)或更多的上行鏈路時(shí)隙102，如果希望的話，可以使用該幀中的多達(dá)上行鏈路時(shí)隙102的總數(shù)的上行鏈路時(shí)隙102，來(lái)提高它的上行鏈路通過(guò)量。
通過(guò)圖9中的上層方框圖調(diào)節(jié)字節(jié)流，以便CPE單元14和基站單元18接收。如上所述，CPE單元14或基站單元18經(jīng)過(guò)模擬無(wú)線電電路接收模擬信號(hào)。然后，將模擬信號(hào)傳送到一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器70。在一個(gè)自動(dòng)增益控制環(huán)路中對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)行抽樣并且作為反饋輸出，從而使模數(shù)轉(zhuǎn)換器保持在線性操作范圍，見(jiàn)方框72。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出也傳送到“數(shù)字LPF和抽取器”方框74，由此將數(shù)字輸出轉(zhuǎn)移到優(yōu)選使用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)技術(shù)的DSP，和低通濾波?，F(xiàn)在信號(hào)是OFDM碼元形式。
對(duì)OFDM碼元進(jìn)行的操作，在完成接收的下一個(gè)步驟是從OFDM碼元除去循環(huán)前綴和后綴，見(jiàn)方框76。然后對(duì)接收的OFDM碼元執(zhí)行快速傅立葉變換，見(jiàn)方框78。然后，實(shí)現(xiàn)一個(gè)符號(hào)位去隨機(jī)函數(shù)發(fā)生器，見(jiàn)方框80。通過(guò)方框82和84分別提供0FDM碼元的粗定時(shí)/粗頻率，和精定時(shí)/精頻率。
粗定時(shí)優(yōu)選通過(guò)將一個(gè)給定OFDM碼元的循環(huán)前綴與碼元的內(nèi)容相關(guān)而完成。更具體地講，作為碼元的一個(gè)重復(fù)部分的循環(huán)前綴使得接收機(jī)能夠執(zhí)行一個(gè)自動(dòng)相關(guān)功能，以在數(shù)個(gè)抽樣的時(shí)間內(nèi)確定一個(gè)碼元的開(kāi)始。一旦通過(guò)觀察數(shù)個(gè)碼元(不需要這些碼元是固定的數(shù)據(jù)內(nèi)容，訓(xùn)練碼元)捕獲了粗定時(shí)，那么接收機(jī)能夠逐碼元檢測(cè)。優(yōu)選通過(guò)導(dǎo)頻信號(hào)相關(guān)獲得粗頻率。更具體地講，接收機(jī)根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)在頻域中執(zhí)行自動(dòng)相關(guān)，以確定接收機(jī)載波的頻率。
優(yōu)選通過(guò)評(píng)估導(dǎo)頻信號(hào)的相位來(lái)完成OFDM碼元的精定時(shí)。導(dǎo)頻信號(hào)是以已知的相位發(fā)送的，因而使得接收機(jī)能夠利用這種已知的信息精確地確定一個(gè)碼元的開(kāi)始時(shí)間，精度好于一個(gè)抽樣的分?jǐn)?shù)。優(yōu)選從循環(huán)前綴獲得OFDM的精頻率。將循環(huán)前綴用于將載波的頻率精確地調(diào)諧到發(fā)射機(jī)的載波。一旦接收機(jī)獲得了粗定時(shí)和精頻率，接下來(lái)調(diào)節(jié)每個(gè)OFDM碼元，以獲得精定時(shí)和粗頻率，使得接收機(jī)能夠改進(jìn)碼元檢測(cè)、改進(jìn)接收靈敏度、和改進(jìn)誤差性能。
接下來(lái)，使OFDM接受解調(diào)，解調(diào)包括經(jīng)過(guò)導(dǎo)頻處理的信道均衡化，見(jiàn)方框86。通過(guò)現(xiàn)在解調(diào)的OFDM信號(hào)，提取導(dǎo)頻、保護(hù)、和帶外子碼元，剩下一個(gè)信息雙比特的總序列，它們每個(gè)調(diào)制成一個(gè)四相移相鍵控(QPSK)子碼元，見(jiàn)方框88。然后優(yōu)選將QPSK碼元提交到一個(gè)信號(hào)去映射器90，信號(hào)去映射器90包括將QPSK碼元返回到1/0比特值的方框92，和將比特去交插的方框94。信號(hào)去映射器90有效地操作，將比特排列成與發(fā)送的原始信號(hào)相同的順序。信號(hào)去映射器90的輸出是一個(gè)串行比特?cái)?shù)據(jù)流，優(yōu)選將這個(gè)串行比特?cái)?shù)據(jù)流提交到一個(gè)維特比譯碼器96，在這里將這個(gè)串行比特?cái)?shù)據(jù)流的比特率降低一半，以改正錯(cuò)誤。然后，優(yōu)選將維特比譯碼器96的輸出提交到一個(gè)里德/索洛蒙塊譯碼器98，里德/索洛蒙塊譯碼器98操作，以改正提交的數(shù)據(jù)流中的剩余錯(cuò)誤。
然后，提交上行鏈路數(shù)據(jù)流，以在基站單元18中進(jìn)行循環(huán)冗余碼(CRC)校驗(yàn)。CRC校驗(yàn)是一種數(shù)據(jù)通信中錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù)，用它來(lái)保證數(shù)據(jù)分組準(zhǔn)確地傳送。CRC是對(duì)于發(fā)射機(jī)，例如，CPE單元14，附加到數(shù)據(jù)分組的發(fā)送比特組的計(jì)算的結(jié)果，如前面根據(jù)上行鏈路發(fā)送說(shuō)明的那樣。在接收機(jī)，例如，基站單元18，重復(fù)進(jìn)行計(jì)算，并且把計(jì)算結(jié)果與編碼值比較。選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算以優(yōu)化錯(cuò)誤檢測(cè)。如果CRC校驗(yàn)良好，那么處理數(shù)據(jù)分組。如果CRC校驗(yàn)不好，那么拒絕進(jìn)一步處理數(shù)據(jù)分組，如同基站單元18根本沒(méi)有接收到這個(gè)分組一樣。
如上所述，可以看到，本發(fā)明的固定無(wú)線接入系統(tǒng)10能夠提供每分配頻譜的多信道多點(diǎn)分布式服務(wù)(MMDS)操作器最大通過(guò)量和使用者容量，并且容易在基站和客戶方進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署。更具體地講，系統(tǒng)10可以支持比其它現(xiàn)有無(wú)線系統(tǒng)更高效率的通過(guò)量，通過(guò)量可以定義為用戶密度乘以每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)通過(guò)率。對(duì)于客戶方，使用者完全可以利用簡(jiǎn)單的以太網(wǎng)連接器安裝CPE單元14，并且不需要向FCC登記。此外，基站單元18設(shè)計(jì)的蜂窩和扇區(qū)化結(jié)構(gòu)為分配的信道組的完全頻率復(fù)用提供了基礎(chǔ)，這能夠使網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃更容易，并且能夠遵照用戶密度改變網(wǎng)孔的大小，即，優(yōu)選用多個(gè)相鄰較小的網(wǎng)孔定址高客戶密度，而不是用一個(gè)單一的大網(wǎng)孔。
對(duì)于固定無(wú)線接入系統(tǒng)10的零售實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生如下的情況(1)系統(tǒng)10的潛在終端使用者到一個(gè)零售電子商店購(gòu)買(mǎi)CPE單元14；(2)零售商給終端使用者提供在提供固定無(wú)線接入系統(tǒng)10的區(qū)域中的服務(wù)提供商的合同；(3)終端使用者與服務(wù)提供商接觸，并且給服務(wù)提供商提供使服務(wù)提供商能夠開(kāi)通終端使用者的專用CPE單元14所需的信息；和(4)如前面所述，終端使用者利用它的內(nèi)部天線安裝CPE單元14，以便與系統(tǒng)10交互作用。服務(wù)提供商不需要派遣服務(wù)人員到終端使用者的房屋安裝CPE單元14。當(dāng)然，也可以使用其它零售實(shí)現(xiàn)方式，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
固定無(wú)線接入系統(tǒng)10的應(yīng)用包括，但不限于(1)高速數(shù)據(jù)應(yīng)用，例如，因特網(wǎng)接入(DSL速度)，遠(yuǎn)端接入電子郵件主機(jī)，WAN/LAN擴(kuò)展，遠(yuǎn)端MIS支持業(yè)務(wù)；(2)電話，例如，因特網(wǎng)電話，通過(guò)因特網(wǎng)協(xié)議的話音(VoIP)；視頻，例如，視頻會(huì)議，視頻流，遠(yuǎn)端圖像攝像機(jī)監(jiān)視，遠(yuǎn)距離學(xué)習(xí)，遙測(cè)治療。
本發(fā)明可以以其它特定形式體現(xiàn)，而不脫離其基本屬性的精神；因此，應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明的實(shí)施例在所有方面都考慮為說(shuō)明性的，而不是限制性的，本發(fā)明的范圍是參考附屬的權(quán)利要求指出的，而不是參考上述說(shuō)明書(shū)指出的。
權(quán)利要求
1.一種在計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備單元與多個(gè)基站單元之間建立通信的方法，包括步驟使用者將所述計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備單元安裝到位于房屋內(nèi)的主機(jī)，其中所述計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備單元完全包含在所述房屋內(nèi)；一旦所述計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備單元被使用者安裝，自動(dòng)通過(guò)射頻通信向所述多個(gè)基站單元中的一個(gè)進(jìn)行登記。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述登記步驟是根據(jù)所述基站單元發(fā)射的信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括所述一個(gè)基站單元確定所述計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備單元向所述一個(gè)基站單元的登記是否被允許。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括所述一個(gè)基站單元拒絕或確認(rèn)所述計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備單元連接到多個(gè)主機(jī)，和其中一旦所述計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備單元向所述多個(gè)基站單元中的一個(gè)進(jìn)行登記，所述計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備單元將連接到所述計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備單元的那些主機(jī)的地址發(fā)送到所述一個(gè)基站單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述主機(jī)是從由一個(gè)單個(gè)主計(jì)算機(jī)和一個(gè)多個(gè)計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的組中選擇的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備單元經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)連接連接到所述多個(gè)主機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述射頻通信是在10GHz下進(jìn)行的。
9.一種用于建立固定無(wú)線系統(tǒng)的方法，包括從零售商購(gòu)買(mǎi)計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備單元；一旦購(gòu)買(mǎi)了所述計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備單元，獲得服務(wù)提供商的合同；與所述服務(wù)提供商接觸，以提供有關(guān)購(gòu)買(mǎi)的計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備單元的信息；使用者安裝所述計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備單元；和自動(dòng)地將所述計(jì)算機(jī)房屋設(shè)備單元向所述固定無(wú)線系統(tǒng)中以前建立的多個(gè)基站單元中的一個(gè)進(jìn)行登記。
全文摘要
一種固定無(wú)線接入系統(tǒng)(10)包括一個(gè)通過(guò)以太網(wǎng)接口(16)連接到一個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)或局域網(wǎng)(12)的客戶房屋設(shè)備(CPE)單元(14)，和一個(gè)通過(guò)以太網(wǎng)接口連接到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的基站單元(19)。因而，CPE單元(14)最好是易于使用者安裝的，而基站單元(19)最好是塔式安裝在客戶房屋設(shè)備單元的1－5英里范圍內(nèi)。CPE單元和基站單元最好結(jié)合一個(gè)能夠在2.5－2.686GHz范圍中操作的射頻空中鏈路的集成數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)/轉(zhuǎn)換器。在CPE單元和基站單元之間的上行鏈路和下行鏈路發(fā)送中使用正交頻分多路復(fù)用。
文檔編號(hào)H04W99/00GK1758621SQ20051011365
公開(kāi)日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2000年10月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月22日
發(fā)明者梅爾烏·格林達(dá)爾, 弗拉迪米爾·Z·克爾曼, 斯圖·弗勒利克, 基思·巴恩斯, 埃里克·鄧恩 申請(qǐng)人:耐克斯特奈特?zé)o線公司