專利名稱：使用光纖陣列電纜的位置追蹤和相關系統(tǒng)與方法
技術領域：
本公開的技術一般涉及無線通信系統(tǒng)，特別是涉及基于光纖的無線電纜、系統(tǒng)和方法。
背景技術：
隨著對高速移動數(shù)據(jù)通信的需求不斷增長，無線通信正迅速地發(fā)展。例如，在許多不同類型的區(qū)域(辦公樓、機場、圖書館等)中正部署有“無線保真度”或“WiFi”系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)(wireless local area networks ;WLANs)。無線通信系統(tǒng)與被稱為“客戶端”的無線裝置進行通信，所述無線裝置存在于無線范圍內(nèi)或“蜂窩覆蓋區(qū)域”內(nèi)，以與接入點裝置進行通信。部署無線通信系統(tǒng)的一種方法涉及使用“微微蜂窩”?！拔⑽⒎涓C”為射頻 (radio-frequency ；RF)覆蓋區(qū)域。微微蜂窩可具有處于例如從數(shù)米到多達二十米范圍內(nèi)的半徑。組合許多接入點裝置產(chǎn)生微微蜂窩陣列，所述微微蜂窩陣列覆蓋被稱為“微微蜂窩覆蓋區(qū)域”的區(qū)域。因為每一個微微蜂窩覆蓋較小的區(qū)域，所以每個微微蜂窩通常僅存在數(shù)個用戶(客戶端)。這種情況考慮到無線系統(tǒng)用戶可同時擁有較高的覆蓋質量和較高的數(shù)據(jù)速率。微微蜂窩的一個優(yōu)點為與微微蜂窩覆蓋區(qū)域內(nèi)遠程通信裝置進行無線通信的能力。亦可確定和/或追蹤微微蜂窩覆蓋區(qū)域內(nèi)這些裝置的位置。

發(fā)明內(nèi)容
詳細描述中公開的實施例包括光纖陣列電纜和相關系統(tǒng)與方法?？刹捎眠@些電纜、系統(tǒng)和方法來確定和/或追蹤對象的位置?？稍诨诠饫w的通信系統(tǒng)中采用光纖陣列電纜，所述基于光纖的通信系統(tǒng)包括(但不限于)一基于光纖的集中式通信系統(tǒng)。在一個實施例中，光纖陣列電纜包括沿電纜長度的多個參考單元。光纖陣列電纜中的每一個參考單元可包括天線，以及分別將電RF信號轉換成光學RF信號和將光學RF信號轉換成電RF 信號的電至光(E/0)轉換器和光至電(0/E)轉換器。參考單元可經(jīng)配置以將所接收的光學 RF信號轉換成電RF信號，來建立與能夠接收電RF信號的對象的RF通信。所述參考單元還可經(jīng)配置以將從對象接收的電RF信號轉換成光學RF信號，所述光學RF信號隨后用來確定所述對象的位置。在一或更多個光纖陣列電纜上具有多個參考單元的可用性可在追蹤對象時提供增強的可靠性，所述對象包括室內(nèi)環(huán)境中的對象。本文所公開的光纖陣列電纜的多個參考單元可增加具有通向正被追蹤的對象的足夠的通信路徑的機率。此外，在光纖陣列電纜中提供多個參考單元允許將光纖用作與所追蹤對象進行通信的傳輸媒介?？商峁┕饫w陣列電纜使得可使用具有高帶寬速度的光纖通信來追蹤遠程對象。根據(jù)本文所公開的一個實施例，RF信號(諸如，超寬頻脈沖無線電 (UltraffideBand-Impulse Radio ；UWB-IR)信號)可由光纖陣列電纜傳輸，以確定和/或追蹤對象的位置。盡管本文未限制，但特定來說使用UWB4R信號的系統(tǒng)可提供準確的測距能力。當UWB-IR信號經(jīng)由集中式RoF系統(tǒng)傳輸時，UWB4R系統(tǒng)的準確測距能力不會降低。因此，通過經(jīng)基于光纖的集中式通信系統(tǒng)傳輸UWB4R信號，可實現(xiàn)目標對象準確并且可靠的三維追蹤，所述基于光纖的集中式通信系統(tǒng)包括具有多個參考單元的一或更多個光纖陣列電纜。詳細描述中公開的其它實施例提供一種基于光纖的集中式無線通信系統(tǒng)，所述集中式無線通信系統(tǒng)包含一或更多個光纖參考陣列電纜，所述一或更多個光纖參考陣列電纜具有沿光纖電纜長度設置的多個參考單元。多個參考單元中的每一個參考單元包含至少一個天線、E/0轉換器和一 0/E轉換器。在這點上，所述參考單元中的每一個參考單元可形成一或更多個微微蜂窩。基于光纖的集中式無線通信系統(tǒng)包括具有多個服務單元的中心頭端站和遠離所述中心頭端站的至少一個光纖參考陣列電纜。電力線從中心頭端站延伸，以向E/0轉換器和0/E轉換器提供電力。中心頭端站中的服務單元經(jīng)配置以使RF信號(諸如，UWB信號)從多個參考單元中的一或更多個天線傳輸至與參考單元相關聯(lián)的無線覆蓋區(qū)域。從所述多個參考單元中多個參考單元中的一或更多個參考單元接收相應信號，所述相應信號指示各別參考單元中的每一個參考單元與和所述各別參考單元相關聯(lián)的覆蓋區(qū)域中的對象之間的距離?？商幚韽膮⒖紗卧邮盏倪@些相應信號，以確定所述對象的位置。本文所公開的另一實施例包括一種使用本文所公開的至少一個光纖參考陣列電纜來追蹤對象的方法。在一個實施例中，所述方法包含以下步驟將RF信號從多個參考單元中的多個參考單元的至少一個天線傳輸至與所述各別參考單元相關聯(lián)的各別覆蓋區(qū)域。 例如，所述覆蓋區(qū)域可為微微蜂窩覆蓋區(qū)域。例如，RF信號可為UWB RF信號。在所述多個參考單元中的多個參考單元處，從相應微微蜂窩覆蓋區(qū)域中的對象接收相應信號?；谒邮盏南鄳盘柎_定從所述各別參考單元中多個參考單元中的每一個參考單元到所述對象的距離，以獲得多個確定的距離?；谒龆鄠€確定的距離來確定所述對象的位置。隨后的詳細描述中將闡述額外的特征結構和優(yōu)點，并且通過所述描述，或通過實踐本文所述的發(fā)明，部分額外的特征結構和優(yōu)點對本領域的技術人員來說是顯而易見的。 所述描述包括隨后的詳細描述、權利要求書和附圖。應了解，上文概述和以下詳細描述都呈現(xiàn)本發(fā)明的實施例，并且都旨在提供用于理解本公開的本質和特性的概述或框架。包括提供進一步理解的附圖，并且所述附圖被包含入本說明書并構成本說明書的一部分。所述圖式圖示各種實施例，并且與所述描述一起用于闡釋所公開的概念的原理和操作。


當參閱附圖閱讀以下詳細描述時，可更易理解本公開的上文和其它特征結構、方面和優(yōu)點，其中圖1為基于光纖的無線微微蜂窩系統(tǒng)的示范性概述實施例的示意圖；圖2為圖1的系統(tǒng)的示范性實施例的更詳細的示意圖；圖3A為根據(jù)一個實施例的示范性光纖陣列電纜的特寫示意圖；圖;3B為類似于圖3A的示意圖，所述圖:3B圖示光纖陣列電纜的替代性實施例；圖4為基于光纖的無線微微蜂窩系統(tǒng)的示范性實施例的示意圖，所述基于光纖的無線微微蜂窩系統(tǒng)包括中心頭端站；圖5為中心頭端站的示范性實施例的詳細示意圖；圖6為位于光纖陣列電纜中的參考單元的一個實例的視圖，所述圖6圖示相應微微蜂窩，以及下行鏈路電磁信號和上行鏈路電磁信號在所述微微蜂窩內(nèi)的參考單元與對象之間的交換；圖7為基于光纖的集中式無線微微蜂窩系統(tǒng)的示范性實施例的示意圖，所述基于光纖的集中式無線微微蜂窩系統(tǒng)包括光學耦接至中心頭端站的多個光纖電纜；圖8為圖7的系統(tǒng)的“俯”視圖，所述圖8圖示通過使用多個光纖電纜形成的示范性延伸微微蜂窩覆蓋區(qū)域；圖9為示范性建筑基礎設施的示意性剖視圖，在所述示范性建筑基礎設施中可使用示范性的基于光纖的無線微微蜂窩系統(tǒng)；圖10為圖9的建筑基礎設施的樓層的示意性“俯”視圖，所述圖10圖示在建筑物的樓層的天花板上方延伸的多個光纖陣列電纜；圖11為在天花板瓷磚的頂部上提供三維位置追蹤的四個光纖參考陣列電纜的示范性部署的示意圖；圖12圖示使用三個參考節(jié)點的二維位置追蹤系統(tǒng)；圖13圖示當三個視準線不可用時，使用三個參考節(jié)點的二維位置追蹤系統(tǒng)如何失效；圖14為圖示使用示范性光纖參考陣列電纜系統(tǒng)追蹤對象位置的示范性方法的步驟的流程圖；圖15為火車中光纖陣列電纜系統(tǒng)的示范性部署的示意圖；圖16為確定用戶最佳WLAN接入點的室內(nèi)環(huán)境中的光纖陣列電纜系統(tǒng)的示范性部署的示意圖；圖17為幫助參與放置和定位緊急情況911呼叫的室內(nèi)環(huán)境中的光纖陣列電纜系統(tǒng)的示范性部署的示意圖；圖18A為位于光纖陣列電纜系統(tǒng)中的示范性參考單元的示意圖，所述示意示兩個單獨的天線；圖18B為位于光纖陣列電纜系統(tǒng)中的示范性參考單元的示意圖，所述示意示一個天線和RF開關；圖19A為對應于光纖陣列電纜與光纖對之間信號的光學切換的示范性遠程頭端單元的示意圖；圖19B為對應于電纜陣列與一個雙向電纜之間射頻切換的示范性遠程頭端單元的示意圖；圖20為圖示示范性頭端單元的細節(jié)的示意圖，所述示范性頭端單元允許使用用于對象三維追蹤的單一光纖陣列電纜的不同區(qū)段；以及圖21為圖示示范性頭端單元的細節(jié)的示意圖，所述示范性頭端單元允許由單一光纖陣列電纜支持多個服務。
具體實施方式
現(xiàn)在將詳細參閱本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其部分而非全部實施例的的實例圖示于附圖中。的確，可以許多不同形式實施概念，并且不應將所述概念闡釋為限于本文所述的實施例；相反地，提供這些實施例，使得本公開將滿足適用的法律要求。在任何可能的情況下，相同元件符號將用以代表相同組件或元件。詳細描述中公開的實施例包括光纖陣列電纜和相關系統(tǒng)與方法?？刹捎眠@些電纜、系統(tǒng)和方法來確定和/或追蹤對象的位置?？稍诨诠饫w的通信系統(tǒng)中采用光纖陣列電纜，所述基于光纖的通信系統(tǒng)包括(但不限于)基于光纖的集中式通信系統(tǒng)。在一個實施例中，光纖陣列電纜包括沿電纜長度的多個參考單元。光纖陣列電纜中的每一個參考單元可包括天線，以及分別將電RF信號轉換成光學RF信號和將光學RF信號轉換成電RF信號的電至光(E/0)轉換器和光至電(0/E)轉換器。參考單元可經(jīng)配置以將所接收的光學RF 信號轉換成電RF信號，來建立與能夠接收電RF信號的對象的RF通信。所述參考單元還可經(jīng)配置以將從對象接收的電RF信號轉換成光學RF信號，所述光學RF信號隨后用來確定所述對象的位置。在一或更多個光纖陣列電纜上具有多個參考單元的可用性可在追蹤對象時提供增強的可靠性，所述對象包括室內(nèi)環(huán)境中的對象。本文所公開的光纖陣列電纜的多個參考單元可增加具有通向正被追蹤的對象的足夠的通信路徑的機率。此外，在光纖陣列電纜中提供多個參考單元允許將光纖用作與被追蹤對象進行通信的傳輸媒介?？商峁┕饫w陣列電纜使得可用高帶寬光纖來追蹤遠程對象。根據(jù)本文所公開的一個實施例，RF信號(諸如，超寬頻脈沖無線電(UWB-IR)信號)可經(jīng)由光纖陣列電纜傳輸，以確定和/或追蹤對象的位置。盡管本文未限制，但特定來說使用UWB4R信號的系統(tǒng)可提供準確的測距能力。當UWB4R信號經(jīng)由集中式RoF系統(tǒng)傳輸時，UWB-IR系統(tǒng)的準確測距能力不會降低。因此，通過經(jīng)由基于光纖的集中式通信系統(tǒng)傳輸UWB4R信號，可實現(xiàn)目標對象準確并且可靠的三維追蹤，所述基于光纖的集中式通信系統(tǒng)包括具有多個參考單元的一或更多個光纖陣列電纜。在論述經(jīng)由集中式RoF通信系統(tǒng)傳輸RF信號(包括一實施例中的UWB4R信號) 以追蹤對象位置的特定系統(tǒng)和方法之前，，提供圖1至圖10來論述基于光纖的無線通信系統(tǒng)的實例，所述集中式RoF通信系統(tǒng)包括具有多個參考單元的一或更多個光纖參考陣列電纜，所述基于光纖的無線通信系統(tǒng)可采用光纖陣列電纜和本文所述的其它系統(tǒng)與方法來追蹤對象的位置。圖1為基于光纖的無線微微蜂窩系統(tǒng)10的概述性實施例的示意圖。系統(tǒng)10包括頭端單元20、一或更多個應答器或遠程天線單元30 (或簡稱“遠程單元” 30)和光學地將頭端單元20耦接至遠程單元30的光纖RF通信鏈路36。如下詳細論述，系統(tǒng)10具有大體上以遠程單元30為中心的微微蜂窩40。遠程單元30形成微微蜂窩覆蓋區(qū)域44。如下論述， 當遠程單元30用于光纖參考陣列電纜中以追蹤對象位置時，所述遠程單元30此后稱為“參考單元30”。頭端單元20經(jīng)調適以執(zhí)行或促進若干光纖RF應用中的任何一種應用，諸如， 射頻識別(radio-frequency identification ；RFID)、無線局域網(wǎng)(WLAN)通信或蜂窩式電話服務。圖示于微微蜂窩40內(nèi)的為裝置45。裝置45可為要追蹤的對象，所述對象包括標記46，所述標記46經(jīng)調適以接收和/或發(fā)送電磁RF信號的標記46。圖2為圖1的系統(tǒng)10的示范性實施例的示意圖。在此示范性實施例中，頭端單元20包括服務單元50，所述服務單元50為特定無線服務或應用提供電RF服務信號。如下論述，服務單元50通過傳遞(或調節(jié)并隨后傳遞)來自一或更多個外部網(wǎng)絡223的這些信號， 來提供電RF服務信號。在特定實施例中，這一操作可包括提供在3. IGHz至10. 6GHz范圍內(nèi)的UWB4R信號分配。其它信號分配也是可行的，所述其它信號分配包括在IEEE 802. 11標準中指定的WLAN信號分配，即，頻率范圍為從2. 4GHz至2. 5GHz，以及從5. OGHz至6. OGHz0 在另一個實施例中，服務單元50可通過直接產(chǎn)生信號來提供電RF服務信號。如以下更詳細論述，服務單元50電耦接至E/0轉換器60，所述E/0轉換器60從服務單元50接收電RF服務信號并將所述電RF服務信號轉換成相應的光學信號。在一示范性實施例中，E/0轉換器60包括適用于向光纖RF應用傳送足夠動態(tài)范圍的激光器，并且E/0轉換器60可選地包括電耦接至所述激光器的激光驅動器/放大器。E/0轉換器60 的適合激光器的實例包括激光二極管、分布反饋(distributed feedback ；DFB)激光器、 法布里-珀羅(Fabry-Perot ；FP)激光器和垂直空腔表面發(fā)射激光器(vertical cavity surface emitting lasers ；VCSELs)。頭端單元20還包括電耦接至服務單元50的0/E轉換器62。0/E轉換器62接收光學RF服務信號并將所述光學RF服務信號轉換成相應的電信號。在一個實施例中，0/E轉換器為光檢測器或電耦接至線性放大器的光檢測器。E/0轉換器60和0/E轉換器62構成 “轉換器對” 66。在示范性實施例中，服務單元50包括RF信號調制器/解調器單元70，所述RF信號調制器/解調器單元70產(chǎn)生給定頻率的RF載波并隨后將RF信號調制至該載波上。調制器/解調器單元70還解調所接收的RF信號。服務單元50還包括數(shù)字信號處理單元(“數(shù)字信號處理器”)72、用于處理數(shù)據(jù)和另外執(zhí)行邏輯和計算操作的中央處理單元(CPU) 74，和用于儲存數(shù)據(jù)(諸如，系統(tǒng)設置、狀態(tài)信息、RFID標記信息等)的儲存單元76。在示范性實施例中，調制器/解調器單元70創(chuàng)建與不同信道相關聯(lián)的不同頻率，基于CPU 74的指令， 所述調制器/解調器單元70產(chǎn)生不同的RF載波頻率。同樣地，如下論述，產(chǎn)生相同RF載波頻率的調制器/解調器單元70創(chuàng)建與特定組合的微微蜂窩相關聯(lián)的共用頻率。繼續(xù)參閱圖2，在一個實施例中，參考單元30包括轉換器對66，其中所述參考單元 30處的E/0轉換器60和0/E轉換器62通過諸如循環(huán)器的RF信號導向元件106電耦接至天線系統(tǒng)100。如下論述，RF信號導向元件106用來導向下行鏈路和上行鏈路電RF服務信號。如以下參閱圖3A和圖:3B所圖示并論述，在示范性實施例中，天線系統(tǒng)100包括整合至專用光纖陣列電纜中的寬帶(3. IGHz至10. 6GHz)天線。參考單元30不同于與無線通信系統(tǒng)相關聯(lián)的典型接入點裝置的地方在于，參考單元30的優(yōu)選實施例僅僅具有數(shù)個信號調節(jié)元件，且參考單元30的優(yōu)選實施例不具有數(shù)字信息處理能力。當然，信息處理能力遠程地位于頭端單元20中，并且在特定實例中，所述信息處理能力位于服務單元50中。這種情況允許參考單元30十分緊密并且?guī)缀醪恍杈S修。 此外，如下論述，參考單元30的優(yōu)選示范性實施例幾乎不消耗電力、對RF信號是透明的且不需要本地電源。再參閱圖2，光纖RF通信鏈路36的示范性實施例包括下行鏈路光纖136D和上行鏈路光纖136U，所述下行鏈路光纖136D具有輸入端138和輸出端140，所述上行鏈路光纖 136U具有輸入端142和輸出端144。下行鏈路光纖136D和上行鏈路光纖136U光學地將頭端單元20處的轉換器對66耦接至參考單元30處的轉換器對66。具體地說，下行鏈路光纖輸入端138光學耦接至頭端單元20的E/0轉換器60，而輸出端140光學耦接至參考單元30處的0/E轉換器62。類似地，上行鏈路光纖輸入端142光學耦接至參考單元30的E/ 0轉換器60，而輸出端144光學耦接至頭端單元20處的0/E轉換器62。在一個實施例中，系統(tǒng)10采用已知的電信波長，諸如，850nm、1300nm或1550nm。在另一個示范性實施例中，系統(tǒng)10采用其它更少見但適合的波長，諸如980nm。系統(tǒng)10的示范性實施例包括用于下行鏈路光纖136D和上行鏈路光纖136U的單模光纖或者多模光纖。光纖的特定類型取決于系統(tǒng)10的應用。對于許多建筑物內(nèi)部署應用來說，最大傳輸距離通常不超過300米。當考慮使用用于下行鏈路光纖136D和上行鏈路光纖136U的多模光纖時，需要考慮預期光纖RF傳輸?shù)淖畲箝L度。舉例來說，已知1400MHz/ km多模光纖帶寬距離的產(chǎn)品足以供5. 2GHz傳輸多達300m。在一個實施例中，50 μ m多模光纖用于下行鏈路光纖136D和上行鏈路光纖136U， 并且E/0轉換器60使用可商購的專用于10(ib/S數(shù)據(jù)傳輸?shù)腣CSEL在850nm處操作。在更具體的示范性實施例中，0M3 50 μ m多模光纖用于下行鏈路光纖136D和上行鏈路光纖136U。系統(tǒng)10也包括電源160，所述電源160產(chǎn)生電功率信號162。電源160電耦接至頭端單元20，以供電給所述頭端單元20中的電力消耗元件。在一個實施例中，電力線168 穿過頭端單元20并到達參考單元30，以供電給轉換器對66中的E/0轉換器60和0/E轉換器62、可選的RF信號導向元件106(除非元件106為諸如循環(huán)器的被動裝置)和任何其它電力消耗元件(未圖示)。在示范性實施例中，電力線168包括兩個電線170和172，所述兩個電線170和172載送單一電壓并電耦接至參考單元30處的DC電源轉換器180。DC 電源轉換器180電耦接至E/0轉換器60和0/E轉換器62，并且DC電源轉換器180將電功率信號162的電壓或電位改變?yōu)閰⒖紗卧?0中電力消耗組件所需要的功率水平。在一個實施例中，DC電源轉換器180為DC/DC電源轉換器或者AC/DC電源轉換器，這取決于電力線168載送的電功率信號162的類型。在一示范性實施例中，電力線168包括標準電力載送電線，例如，用于標準電信和其它應用中的1816AWG (美國線規(guī)American Wire Gauge)。 在另一個示范性實施例中，電力線168(虛線)直接從電源160到達參考單元30，而非從頭端單元20或穿過頭端單元20。在另一個示范性實施例中，電力線168包括多于兩電線，并載送多個電壓。在另一個實施例中，頭端單元20通過網(wǎng)絡鏈路2 可操作地耦接至外部網(wǎng)絡223。參閱圖1和圖2的基于光纖的無線微微蜂窩系統(tǒng)10，服務單元50產(chǎn)生對應于所述服務單元50的特定應用的電下行鏈路RF服務信號SD ( “電信號SD”)。在一個實施例中，這一操作由數(shù)字信號處理器72完成，所述數(shù)字信號處理器72將調制至RF載波上的電信號(未圖示)提供給調制器/解調器單元70，以產(chǎn)生期望的電信號SD。電信號SD由E/ 0轉換器60接收，所述E/0轉換器60將此電信號SD轉換成相應的光學下行鏈路RF信號 SD'( “光學信號SD’”)，所述光學下行鏈路RF信號SD’隨后耦合至輸入端138處的下行鏈路光纖136D中。應注意，在一個實施例中，光學信號SD’經(jīng)調整為具有給定調制指數(shù)。此外，在示范性實施例中，控制(例如，通過未圖示的一或更多個增益控制放大器)E/0轉換器 60的調制功率，以從天線系統(tǒng)100改變傳輸功率。在示范性實施例中，改變向天線系統(tǒng)100 提供的功率量，以界定關聯(lián)微微蜂窩40的尺寸，所述關聯(lián)微微蜂窩40的尺寸在示范性實施例中的范圍為從約一米到約二十米的任何大小。光學信號SD’經(jīng)由下行鏈路光纖136D行進至輸出端140，在所述輸出端140處， 所述光學信號SD’由參考單元30中的0/E轉換器62接收。0/E轉換器62將光學信號SD’ 反向轉換成電信號SD，所述電信號SD隨后行進至信號導向元件106。信號導向元件106隨后將電信號SD導向至天線系統(tǒng)100。電信號SD饋送至天線系統(tǒng)100，從而使所述天線系統(tǒng) 100輻射相應的電磁下行鏈路RF信號SD” ( “電磁信號SD”” )。當裝置45為要追蹤的對象并位于微微蜂窩40內(nèi)時，標記46接收電磁信號SD”。 例如，標記46可為RFID標記、傳感器或無線卡的部分，或蜂窩式電話天線。標記46將電磁信號SD”轉換成裝置45中的電信號SD，并且標記46處理所述電信號SD。標記46可產(chǎn)生電上行鏈路RF信號SU，通過與標記46相關聯(lián)的天線將所述電上行鏈路RF信號SU轉換成電磁上行鏈路RF信號SU “( “電磁信號SU "”)。當裝置45為要追蹤的對象并位于微微蜂窩40內(nèi)時，通過參考單元30中的天線系統(tǒng)100檢測電磁信號SU"，所述天線系統(tǒng)100將此信號反向轉換成電信號SU。通過信號導向元件106將電信號SU導向至E/0轉換器60，所述E/0轉換器60將此電信號轉換成相應的光學上行鏈路RF信號SU’ ( “光學信號SU’ ”)，所述光學上行鏈路RF信號SU’隨后耦合至上行鏈路光纖136U的輸入端142中。光學信號SU，經(jīng)由上行鏈路光纖136U行進至輸出端144，在所述輸出端144處，所述光學信號SU’由頭端單元20處的0/E轉換器62接收。 0/E轉換器62將光學信號SU’反向轉換成電信號SU，所述電信號SU隨后被導向至服務單元50。服務單元50接收并處理電信號SU，所述接收和處理步驟在一個實施例中包括以下步驟中的一或更多個儲存信號信息；數(shù)字處理或調節(jié)所述信號；通過網(wǎng)絡鏈路2M將所述信號發(fā)送至一或更多個外部網(wǎng)絡223上；以及將所述信號發(fā)送至微微蜂窩覆蓋區(qū)域44中的一或更多個裝置45。在示范性實施例中，電信號SU的處理包括以下步驟解調在調制器/ 解調器單元70中的電信號SU，并隨后處理數(shù)字信號處理器72中的已解調的信號。圖3A為示范性光纖陣列電纜336的特寫示意圖，所述示范性光纖陣列電纜336 可結合基于光纖的無線微微蜂窩系統(tǒng)10使用。光纖陣列電纜336包括下行鏈路光纖336D 和上行鏈路光纖336U，所述下行鏈路光纖336D和上行鏈路光纖336U沿所述光纖陣列電纜 336的長度延伸。參考單元30在沿光纖陣列電纜336的各點處。雖然圖示為兩個參考單元30，但可使用任何數(shù)量的參考單元30。雖然參考單元30可沿光纖陣列電纜336均勻地間隔開，但所述參考單元30不必如此。在優(yōu)選實施例中，參考單元30相隔4米放置。參考單元30包括E/0和0/E轉換能力，所述E/0和0/E轉換能力可通過如圖2中的轉換器對66 的轉換器對來實施。每一個參考單元30具有至少一個寬帶天線300。寬帶天線300經(jīng)調適以發(fā)送和接收處于3. 16Hz至10. 6GHz范圍內(nèi)的UWB信號。還圖示了電耦接至參考單元30 的電力線168。在示范性實施例中，光纖陣列電纜336包括保護性外罩344。在示范性實施例中， 參考單元30完全處于外罩344內(nèi)。圖;3B為類似于圖3A的示意圖，示示范性實施例，其中參考單元30位于保護性外罩344的外部。如下論述，將參考單元30位于保護性外罩344的外部可使在部署光纖電纜后，相對于建筑基礎設施布置參考單元較為容易?；蛘?，可在系繩電纜(未圖示)中提供參考單元30，所述系繩電纜連接至光纖陣列電纜336。
圖4為基于光纖的無線微微蜂窩系統(tǒng)200的示范性實施例的示意圖，所述基于光纖的無線微微蜂窩系統(tǒng)200包括中心頭端站210。中心頭端站210可視為頭端單元20，所述頭端單元20經(jīng)調適以處理一或更多個服務單元50和一或更多個參考單元30。中心頭端站210光學耦接至包括多個參考單元30的光纖電纜220。光纖電纜220由多個光纖RF通信鏈路36(圖幻構成，每一個鏈路光學耦接至相應的參考單元30。在一個實施例中，多個參考單元30沿光纖電纜220的長度間隔開(例如，在示范性實施例中以4米或8米間隔)， 以創(chuàng)建期望的由微微蜂窩40組成的微微蜂窩覆蓋區(qū)域44，所述微微蜂窩40可在所述微微蜂窩40的邊緣處重疊。圖5為中心頭端站210的示范性實施例的詳細示意圖。在示范性實施例中，取決于給定服務單元50的特定應用，將頭端單元20修改成允許每一個服務單元50與參考單元 30中的一個、一些或全部進行通信，而非將圖1的多個頭端單元20直接包括至中心頭端站 210中。每服務單元50電耦接至RF傳輸線230和RF接收線232。在圖5中，為了清楚說明，僅圖示六個服務單元50A至50F中的三個。在一個實施例中，系統(tǒng)200進一步包括主控制器250，所述主控制器250可操作地耦接至服務單元50并且所述主控制器250經(jīng)調適以控制和協(xié)調服務單元50在與參考單元 30通信時的操作。在示范性實施例中，主控制器250包括CPU 252和用于儲存數(shù)據(jù)的儲存單元254。CPU 252經(jīng)調適(例如，經(jīng)編程)以處理由一或更多個服務單元50向主控制器 250提供的信息。在示范性實施例中，主控制器250為或包括可編程計算機，所述可編程計算機經(jīng)調適以執(zhí)行提供給所述可編程計算機的指令(程序)或在所述可編程計算機處編碼于計算機可讀取媒介上的指令。中心頭端站210進一步包括可操作地耦接至主控制器250的下行鏈路RF信號多工器(“下行鏈路多工器”)270。下行鏈路多工器270具有輸入側272和輸出側274。RF傳輸線230電連接至輸入側272處的下行鏈路多工器270。如下論述，在示范性實施例中，下行鏈路多工器270包括RF信號導向元件280 (例如，RF開關)，所述RF信號導向元件280考慮到服務單元50與參考單元30之間的選擇性通信。在實例中，選擇性通信涉及順序地定址參考單元30用于輪詢相應的微微蜂窩40。例如，可在服務單元50中的一個服務單元50為搜索微微蜂窩40中RFID標記46的RFID讀取器時，使用這種順序的輪詢(圖4)。在示范性實施例中，如果裝置45為通過所附接的標記46追蹤或監(jiān)控的物品，則將標記46附接至裝置45。在另一個示范性實施例中，選擇性通信涉及同時定址參考單元30中的一些或全部。例如，服務單元50中的一個服務單元50是提供微微蜂窩40中一些或全部的同時覆蓋的蜂窩式電話發(fā)射器或RF信號導通單元時，可使用這種同時定址。中心頭端站210還包括上行鏈路RF信號多工器(“上行鏈路多工器”)320，所述上行鏈路RF信號多工器320可操作地耦接至主控制器250并具有輸入側322和輸出側324。 接收線路232電連接至輸出側3M處的上行鏈路多工器320。在一示范性實施例中，上行鏈路多工器320包括RF信號導向元件328。中心頭端站210也包括許多E/0轉換器60和相應數(shù)量的0/E轉換器62，所述E/0 轉換器60組成E/0轉換器陣列360，所述0/E轉換器62組成0/E轉換器陣列362。E/0轉換器60通過電線332電耦接至下行鏈路多工器270的輸出側274，并且E/0轉換器60光學耦接至相應下行鏈路光纖136D的輸入端138。0/E轉換器62通過電線334電耦接至上行鏈路多工器320的輸入側322，并且0/E轉換器62光學耦接至相應上行鏈路光纖136U的輸出端144。下行鏈路光纖136D構成下行鏈路光纖電纜378，并且上行鏈路光纖136U構成上行鏈路光纖電纜380。參閱圖3A、圖3B、圖4和圖5，基于光纖的無線微微蜂窩系統(tǒng)200操作如下。在中心頭端站210處，服務單元50A、50B至50F各自從一或更多個外部網(wǎng)絡223產(chǎn)生或穿過各別電信號SD，所述各別電信號SD對應于給定服務單元的特定應用。電信號SD經(jīng)由RF傳輸線 230傳輸至下行鏈路多工器270。下行鏈路多工器270隨后將各個電信號SD (以頻率)組合并分配至E/0轉換器陣列360中的E/0轉換器60。在一示范性實施例中，基于特定服務單元應用，下行鏈路多工器270和所述下行鏈路多工器270中的RF信號導向元件觀0由主控制器250通過控制信號SI控制，以將電信號SD導向至E/0轉換器陣列360中E/0轉換器 60中的一個、一些或全部，并因此導向至參考單元30中的一個、一些或全部。舉例來說，如果服務單元50A為蜂窩式電話單元，那么在示范性實施例中，來自所述服務單元50A (例如， 從一或更多個外部網(wǎng)絡223穿過所述服務單元50A)的電信號SD由RF信號導向元件280 相等地劃分(并可選地放大)并提供給E/0轉換器陣列360中的每一個E/0轉換器60。這一操作導致每一個參考單元30被定址。另一方面，如果服務單元50F為WLAN服務單元，那么RF信號導向元件280可經(jīng)調適(例如，編程)以導向電信號SD至E/0轉換器陣列360 中E/0轉換器60中的選定E/0轉換器60，使得僅選定的參考單元30被定址。因此，E/0轉換器陣列360中E/0轉換器60中的一個、一些或全部從下行鏈路多工器270接收電信號SD。E/0轉換器陣列360中的已定址E/0轉換器60將電信號SD轉換成相應的光學信號SD’，所述相應的光學信號SD’經(jīng)由相應的下行鏈路光纖136D傳輸至相應的參考單元30。已定址的參考單元30將光學信號SD’反向轉換成電信號SD，所述電信號SD隨后轉換成對應于特定服務單元應用的電磁信號SD"。圖6為參考單元30中的一個參考單元30的特寫圖，所述圖6圖示相應的微微蜂窩40，以及下行鏈路電磁信號SD"和上行鏈路電磁信號SU"在參考單元30與微微蜂窩40 內(nèi)之裝置45之間的交換。特定來說，電磁信號SU"由相應的參考單元30接收并轉換成電信號SU，并隨后轉換成光學信號SU’。光學信號SU’隨后經(jīng)由上行鏈路光纖136U傳輸并由 0/E轉換器陣列362和所述0/E轉換器陣列362中用于已定址的參考單元30的相應0/E轉換器62接收。0/E轉換器62將光學信號SU’反向轉換成電信號SU，所述電信號SU隨后前進至上行鏈路多工器320。上行鏈路多工器320隨后將電信號SU分配至需要接收這些電信號SU服務單元50。接收服務單元50處理電信號SU，所述處理步驟在示范性實施例中包括以下步驟中的一或更多個儲存信號信息；數(shù)字處理或調節(jié)所述信號；通過網(wǎng)絡鏈路2M將所述信號發(fā)送至一或更多個外部網(wǎng)絡223上；以及將所述信號發(fā)送至微微蜂窩覆蓋區(qū)域44 中的一或更多個裝置45。在示范性實施例中，上行鏈路多工器320和所述上行鏈路多工器320中的RF信號導向元件3 通過控制信號S2 (參見圖幻由主控制器250控制，以將電信號SU導向至需要接收電信號SU的服務單元50。來自服務單元50中的一些或全部(S卩，蜂窩式服務、用于數(shù)據(jù)通信的WiFi、RFID監(jiān)控等)的不同服務可在RF信號水平處通過頻率多工來組合。如圖3A和圖;3B中所示，在示范性實施例中，來自中心頭端站210處的電源160的單一電力線168并入光纖電纜220中并經(jīng)調適以供電給每一個參考單元30。每一個參考單元30 (例如)通過DC電源轉換器180(圖2)分接需要量的功率量。由于參考單元30的優(yōu)選實施例具有相對較低的功能和電力消耗，所以僅需要相對較低的電功率水平(例如， 1 瓦特)，從而允許將高規(guī)格電線(例如，20AWG或更高)用于電力線168。在將許多參考單元30(例如，大于12)用于光纖電纜220中的一示范性實施例中，或在參考單元30的電力消耗由于所述參考單元30的特定設計而明顯地大于1瓦特的情況下，在電力線168中采用較低規(guī)格電線或多個電線。光纖電纜220內(nèi)沿電力線168的不可避免的電壓降通常在每一個參考單元30處需要大范圍( 30伏特)的電壓調整。在示范性實施例中，每一個參考單元30處的DC電源轉換器180執(zhí)行這種電壓調整功能。如果已知預期電壓降，那么在示范性實施例中主控制器250執(zhí)行電壓調整。在替代性實施例中，使用每一個參考單元30處的遠程電壓傳感，但這種方法并非優(yōu)選的方法，因為這種方法增加了系統(tǒng)的復雜性。圖7為基于光纖的集中式無線微微蜂窩系統(tǒng)400的示范性實施例的示意圖。系統(tǒng) 400類似于上述的系統(tǒng)200，但系統(tǒng)400包括光學耦接至中心頭端站210的多個光纖電纜 220。中心頭端站210包括多個E/0轉換器陣列360和相應數(shù)量的0/E轉換器陣列362，所述E/0轉換器陣列360和0/E轉換器陣列362成對地布置于轉換器陣列單元410中，一個轉換器陣列單元410光學耦接至一個光纖電纜220。同樣地，系統(tǒng)400包括多個下行鏈路多工器270和上行鏈路多工器320，所述下行鏈路多工器270和上行鏈路多工器320成對地布置于多工器單元414中，一個多工器單元414電耦接至一個轉換器陣列單元410。在一示范性實施例中，主控制器250電耦接至每一個多工器單元414并經(jīng)調適以控制所述多工器單元414中下行鏈路多工器270和上行鏈路多工器320的操作。在此，術語“陣列”并不旨在限于如本領域中通常的做法般集成在單一芯片上的組件，而是包括獨立的、非集成組件的布置。每一個E/0轉換器陣列360電耦接至相應多工器單元414中的下行鏈路多工器 270。同樣地，每一個0/E轉換器陣列362電耦接至相應多工器單元414中的上行鏈路多工器320。每一服務單元50電耦接至每一個多工器單元414內(nèi)的下行鏈路多工器270和上行鏈路多工器320兩者。各別下行鏈路光纖電纜378和上行鏈路光纖電纜380將每一轉換器陣列單元410光學耦接至相應的光纖電纜220。在示范性實施例中，中心頭端站210包括連接器端口 420，并且光纖電纜220包括經(jīng)調適以連接至連接器端口 420的連接器422。 在示范性實施例中，連接器422為MT( “機械轉換〃)連接器，諸如，可購自Corning Cable Systems, Inc. (Hickory,North Carolina)的UNICAM MTP 連接器。在一示范性實施例中， 連接器422經(jīng)調適以適合連接至連接器端口 420的電力線168。圖8為系統(tǒng)400的“俯”視圖，圖8圖示通過使用多個光纖電纜220形成的延伸的微微蜂窩覆蓋區(qū)域44。在示范性實施例中，系統(tǒng)400支持從兩個參考單元30到數(shù)百個參考單元30到甚至數(shù)千個參考單元30間的任何數(shù)量的參考單元30。所采用的特定數(shù)量的參考單元30并不在根本上受到系統(tǒng)400的設計的限制，而是受到特定應用的限制。在圖8中，微微蜂窩40圖示為非重疊的。這種非重疊是基于以稍微不同頻率操作的鄰近參考單元30，以避免原本發(fā)生在以相同頻率操作的鄰近微微蜂窩40之間的另外不理想的實質重疊。系統(tǒng)400以類似于上述系統(tǒng)200的方式操作，不同之處在于參考單元30通過使用相應的兩個或兩個以上轉換器陣列單元410在兩個或兩個以上光纖電纜220間分配，而不是參考單元30存在于單一光纖電纜220中。分配來自服務單元50的電信號SD至每一個多工器單元414。根據(jù)哪些參考單元30將由哪個服務單元50定址，多工器單元414中的下行鏈路多工器270將電信號SD輸送至轉換器陣列單元410中的一個、一些或全部。隨后如上所述處理電信號SD，發(fā)送下行鏈路光學信號SD’至參考單元30中的一個、一些或全部。由相應微微蜂窩40中的裝置產(chǎn)生的上行鏈路光學信號SU’返回至中心頭端站210處的相應轉換器陣列單元410。光學信號SU’在接收轉換器陣列單元410處轉換成電信號SU 并隨后發(fā)送至相應多工器單元414中的上行鏈路多工器320。其中的上行鏈路多工器320 經(jīng)調適(例如，由主控制器250編程)以導向電信號SU至需要接收電信號SU的服務單元 50。接收服務單元50處理電信號SU，所述處理步驟如上所論在一示范性實施例中包括以下步驟中的一或更多個步驟儲存信號信息；數(shù)字處理或調節(jié)所述信號；通過網(wǎng)絡鏈路2M將所述信號發(fā)送至一或更多個外部網(wǎng)絡223上；以及將所述信號發(fā)送至微微蜂窩覆蓋區(qū)域44 中的一或更多個客戶端裝置45。圖9為建筑基礎設施500的示意性剖視圖，所述建筑基礎設施500大體代表任何類型的建筑物，諸如辦公樓、學校、醫(yī)院、大學建筑物、飛機場、倉庫等，在所述建筑物中基于光纖的無線微微蜂窩系統(tǒng)將很有用處。建筑基礎設施500包括(底樓)一樓501、二樓502 和三樓503。一樓501由地板510和天花板512界定；二樓502由地板520和天花板522界定；以及三樓503由地板530和天花板532界定。將諸如系統(tǒng)400的示范性基于光纖的集中式無線微微蜂窩系統(tǒng)并入建筑基礎設施500中，以提供覆蓋樓層501、502和503的微微蜂窩覆蓋區(qū)域44。示范性實施例涉及為不同的樓層501、502和503定制或設計微微蜂窩覆蓋區(qū)域 44，以適應特定需要。圖10為建筑基礎設施500的二樓502的示意性“俯”視圖，所述圖10 圖示三個光纖電纜220從MC連接器550分支并在天花板522上方延伸。與參考單元30 (未圖示于圖10中)相關聯(lián)的微微蜂窩40形成延伸的微微蜂窩覆蓋區(qū)域44，其用比一樓501 和三樓503(圖9)更少、更大的微微蜂窩覆蓋二樓502。當不同樓層具有不同無線需要時， 這些不同的微微蜂窩覆蓋區(qū)域44可為理想的。舉例來說，如果三樓503充當需要庫存并通過RFID標記46追蹤的物品儲藏庫，那么所述三樓503可能需要相對密集的微微蜂窩覆蓋。 同樣地，二樓502可能為需要較大和較少微微蜂窩來提供蜂窩式電話服務和WLAN覆蓋的辦公空間。微微蜂窩無線系統(tǒng)的一個應用包括圖4和圖5中所示的基于光纖的無線微微蜂窩系統(tǒng)200或可包含圖3A和圖3B中所示的光纖陣列電纜336的、圖7和圖8中所示基于光纖的無線微微蜂窩系統(tǒng)400，所述微微蜂窩無線系統(tǒng)的應用涉及通常通過部署接近于天花板的一或更多個光纖電纜，在建筑物內(nèi)提供許多不同的服務(例如，WLAN、語音、RFID追蹤、溫度和/或燈光控制)。舉例來說，超寬頻(UWB)無線電可具有大于百分之二十(20%) 的相對帶寬或超過500MHz的絕對帶寬，所述超寬頻無線電為通信應用提供優(yōu)勢。特定來說，UWB-IR技術提供提供準確測距信息的優(yōu)點，所述優(yōu)點由寬帶脈沖的固有窄時間特征產(chǎn)生。因此，盡管未加限制，但可將UWB4R技術用于目標傳感器數(shù)據(jù)收集、精確定位和對象的追蹤。UWB代表出于不同目的而分配的、在許多頻帶間傳播的信號。因此，UWB的使用涉及共存和電磁兼容性(electromagnetic compatibility ;EMC)考慮。按照聯(lián)邦通信委員會(FCC)規(guī)定，這些裝置的等效全向輻射功率(Effective Isotropic Radiated Power ；EIRP) 限制在小于-41. 3dBm/MHz。較低的EIRP使得UWB技術在電磁干擾可能引起裝置故障的環(huán)境(例如，醫(yī)院)中具有吸引力。然而，當與傳統(tǒng)的802. 11無線局域網(wǎng)(WLAN)技術相比較時，這種EIRP限制也對這些信號的操作范圍施加較大限制。UWB-IR的另一個問題為，其需要多個視準線(Line of Sight ；LoS)信號來提供準確的距離信息。根據(jù)本文所公開的一個實施例，UWB-IR信號經(jīng)由上述類型的集中式RoF系統(tǒng)傳輸，所述集中式RoF系統(tǒng)包括本文所公開的一或更多個光纖參考陣列電纜。當UWB4R信號經(jīng)由集中式RoF系統(tǒng)傳輸時，UWB-IR系統(tǒng)的準確測距能力不會降低。因此，通過經(jīng)由集中式RoF系統(tǒng)傳輸UWB4R信號，可實現(xiàn)包括在室內(nèi)環(huán)境的環(huán)境中對目標對象準確并且可靠的三維追蹤，所述集中式RoF系統(tǒng)包括具有多個參考單元的光纖參考陣列電纜。圖11為根據(jù)一個實施例，在天花板瓷磚的頂部上提供三維位置追蹤的四個光纖陣列電纜336的示范性部署示意圖。每一個光纖陣列電纜336具有多個參考單元30，所述參考單元30包括至少一個E/0與0/E轉換器對66和至少一個天線100。在優(yōu)選的實施例中，天線100為UWB4R天線，所述UWB4R天線經(jīng)調適以發(fā)送和接收處于3. IGHz至10. 6GHz 范圍內(nèi)的UWB信號。光纖陣列電纜336的數(shù)量和布置光纖陣列電纜336的模式并不關鍵。 然而，如果在光纖陣列電纜336中存在足夠的參考單元30來避免阻斷導致的追蹤丟失，那么光纖陣列電纜336的數(shù)量和布置光纖陣列電纜336的模式是有好處的。圖12圖示使用三個參考節(jié)點的現(xiàn)有技術二維位置追蹤系統(tǒng)。圖12圖示借助于三個參考節(jié)點的二維追蹤。對象的位置可通過使用基于到達時間的算法來獲得，所述算法包括求解以下(xi，yi)的方程式。
Dl2 一 D32 - Xl2 -yl2 + x32 + y32 ‘ Dl2 - D32 - χ!2 一 y22 + a-32 + y32 _為執(zhí)行基于到達時間的算法，將需要至少三個參考節(jié)點以進行二維追蹤，并且將需要四個參考節(jié)點以進行三維追蹤。此外，如果所述參考節(jié)點中的一個參考節(jié)點諸如受到墻或其它障礙物阻斷，那么位置尋找算法會變得不穩(wěn)定。圖13圖示當三個視準線不可用時，使用三個參考節(jié)點的現(xiàn)有技術二維位置追蹤系統(tǒng)如何失效。如圖11所示，為避免這個問題，具有多個參考單元30的一或更多個光纖陣列電纜 336用以提供參考陣列。具有圖11的光纖陣列電纜336的額外參考單元30的可用性在追蹤室內(nèi)環(huán)境中對象時提供增強的可靠性?；诠饫w的無線微微蜂窩系統(tǒng)包括中心頭端站 210 (參見圖4、圖5、圖19A、圖19B、圖20和圖21)以提供系統(tǒng)的管理，通過使用開關從每一個光纖陣列電纜336選擇一或更多個參考單元30來提供增強的追蹤，所述開關在各種示范性實施例中可為IXN光學開關或RF開關。如果追蹤算法由于圖12的現(xiàn)有技術系統(tǒng)中所示類型的阻斷情形而失效，那么可啟動開關以切換至光纖陣列電纜336中的另一個參考單元組合，來減輕阻斷導致的追蹤丟失。光纖陣列電纜336的多個參考單元30顯著地增加具有通向正被追蹤對象的視準線(LoQ路徑的機率。如圖11所示，具有多個參考單元30的光纖陣列電纜336的安裝也具有簡單的優(yōu)點。如圖11中所示，四個光纖陣列電纜336可放置于大多數(shù)建筑物中天花板瓷磚的頂部上。 如圖20中所示，放置具有至少四個參考單元30的單一光纖陣列電纜336并隨后在中心頭端站210中使用光學開關也是可行的，所述參考單元30包括E/0與0/E轉換器對66和天線 100。光纖陣列電纜336中多個參考單元30的可用性還將提供多于兩個的方程式，以求出(xi，yi)，所述求解帶來更穩(wěn)定的三維位置追蹤。通過經(jīng)由集中式RoF無線系統(tǒng)使用準確測距的UWB4R信號，以提供更有效率的對象位置追蹤系統(tǒng)，所述集中式RoF無線系統(tǒng)包括光纖陣列電纜336。圖14為圖示使用示范性光纖陣列電纜系統(tǒng)(諸如圖11中所示的系統(tǒng))追蹤對象位置的示范性方法的步驟的流程圖。光纖陣列電纜336如圖11中所示放置，并且分配參考天線100的位置(方塊 1400)。參考陣列可具有數(shù)量為η的光纖陣列電纜336，每一個光纖陣列電纜336具有數(shù)量為m的參考單元30，所述參考單元30具有E/0與0/E轉換器對66和天線100 (η和m兩者都為任何數(shù)量)。將一個特定參考單元30指定為RAlAl (方塊140 ，并且將這個參考單元 30連接至中央頭端單元210 (方塊1404)。如以上關于圖3A、圖;3B、圖4和圖5所論述的，中心頭端站210處的服務單元50將從一或更多個外部網(wǎng)絡223產(chǎn)生或通過電信號SD，所述電信號SD對應于給定服務單元50 的特定應用。隨后如以上所論述處理電信號SD，以將所述電信號SD導向至E/0轉換器陣列 360中適當?shù)腅/0轉換器60并因此作為光學信號SD’導向至選定的參考單元30 (RAlAl)。 這一操作導致定址選定的參考單元30。已定址的參考單元30將光學信號SD’反向轉換成電信號SD。將電信號SD饋送至天線100，從而使所述天線100輻射相應的信號SD"。在一個實施例中，天線100經(jīng)配置以輻射UWB信號。在示范性實施例中，UWB信號以介于3. IGHz 與10. 6GHz之間的頻率傳輸。當裝置45為位于微微蜂窩40內(nèi)要追蹤的對象時，由標記46接收相應信號 SD “(所述相應信號SD “可為UWB信號)。標記46可為RFID標記或其它傳感器(諸如無線卡的一部分)或蜂窩式電話天線。標記46可響應于從天線100接收的信號SD"而產(chǎn)生電磁上行鏈路RF信號SU"(“電磁信號SU" ”)。在示范性實施例中，裝置45可具有與標記46相關聯(lián)的天線(未圖示)，所述天線產(chǎn)生電磁上行鏈路RF信號SU"。當裝置45為要追蹤的對象并位于微微蜂窩40內(nèi)時，通過參考單元30中的天線系統(tǒng)100檢測電磁信號SU"，所述天線系統(tǒng)100將此信號反向轉換成電信號SU。通過信號導向元件106將電信號SU導向至E/0轉換器60，所述E/0轉換器60將此電信號轉換成相應的光學信號SU’，所述光學信號SU’隨后耦合至上行鏈路光纖136U的輸入端142中。光學信號SU’經(jīng)由上行鏈路光纖136U行進至輸出端144，在所述輸出端144處，所述光學信號 SU'由頭端單元20處的0/E轉換器62接收。0/E轉換器62將光學信號SU’反向轉換成電信號SU，隨后將所述電信號SU導向至服務單元50。服務單元50接收并處理信號SU，所述信號SU在這種情況下用以測量從要追蹤的對象(object to be tracked ；OTT)至參考單元 30的距離。在方塊1406處，使用以上所闡述的到達時間算法或用于測量距離的任何已知算法測量從RAlAl至OTT的距離。然而，所述算法必須補償由RoF系統(tǒng)引入的傳播時間延遲。 這種傳播時間延遲可輕易地通過已知連接至光纖陣列電纜336上每一個參考單元30的光纖對的長度來校準。
在方塊1408處，將距離(Dnm)隨后與閾值距離Dnmjiiin/max相比較，以確保所測量距離是準確的。舉例來說，最大閾值距離可能為光纖陣列電纜336所在空間的大小。如果所測量距離大于空間大小，那么所述測量距離視為不準確并將不會被使用。不準確測量的一個原因為，由于阻斷障礙物造成不存在從選定參考單元30至OTT的LoS路徑。另一個誤差來源可為與其它信號的串話干擾。在任何不準確測量的情況下，選擇光纖陣列電纜336 中的另一個參考單元(m+1)(方塊1410)，并且在方塊1412處進行檢查(m是否大于光纖陣列電纜336中參考單元30的最大數(shù)量)以確保尚未到達光纖陣列電纜336的末端。將新的參考單元(RA1A》連接至中心頭端站210。隨后對于新的參考單元重復方塊1406和方塊 1408。如果所測量距離(Dnm)不大于最大閾值距離Dnmjiiax，那么在方塊1414處記錄距離Dnm。隨后在方塊1416處執(zhí)行關于四個光纖陣列電纜336中的每一個光纖陣列電纜336 中的參考單元30是否已被選擇(為η < 4)的決定。盡管圖11中光纖陣列電纜336的數(shù)量為四個，但所述數(shù)量可少于四個或多于四個，但執(zhí)行對象的三維追蹤至少四個為優(yōu)選的。 如果在圖14的示范性方法中η小于四個，那么只要尚未達到光纖陣列336的最大數(shù)量(方塊1420)，就在方塊1418處選擇(η = η+1)不同的光纖陣列電纜336。隨后重復方塊1404 至方塊1414，直到已測量四個或四個以上距離為止。隨后使用已知三邊測量算法來確定或計算OTT的三維位置。可使用如以上所論述的類似方程式，但使用三個變量(x，y，z)，這一操作需要使用從OTT至光纖陣列電纜336中四個參考單元30的四個測量距離。在一個實施例中，可選擇來自四個光纖陣列電纜336中的每一個光纖陣列電纜336的一個參考單元 30，并且隨后四個測量距離可用以求出對象的三維位置(xi，yi，zi)。隨后在方塊1似4處作出關于是否繼續(xù)追蹤的決定，且如果繼續(xù)，那么在方塊1402處所述過程重新開始。如果不繼續(xù)，那么追蹤過程結束于方塊14 處。具有光纖陣列電纜336的額外參考單元30的可用性通過提供更多LoS路徑，在追蹤室內(nèi)環(huán)境中對象時提供增強的可靠性。光纖陣列電纜336中多個參考單元30的可用性還將提供多于兩個的方程式，以求出對象的位置，所述求解導致更穩(wěn)定的三維位置追蹤。此外，由于在光纖陣列電纜336上可能存在多個未使用的參考單元30，所以使用相同的基礎設施同時追蹤多個對象也是可行的。此外，由于UWB-IR天線為寬帶并覆蓋大部分802. 11頻帶，所以除追蹤對象之外， 光纖陣列電纜336上的參考單元30還可用于其它無線服務。舉例來說，圖15為火車中光纖陣列電纜336的示范性部署的示意圖，在所述火車中存在WLAN接入點1500?？扇缫陨详P于圖14論述的，使用在參考單元30處采用UWB4R 天線100的光纖陣列電纜336，來確定用戶距已知WLAN接入點1500的距離。在已知距離的情況下，中心頭端站210可動態(tài)地分配穩(wěn)定的WLAN接入點1500。根據(jù)適用的WLAN標準和 /或已確定或已計算出的距離，可基于信號強度確定所分配的WLAN接入點1500。WLAN可基于確定的位置拒絕分配接入點，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全性。具有自動座位辨識的實時購票也是可行的。通過具有光纖陣列電纜336中的多個參考單元30，即使存在阻斷來自UWB4R天線的信號的乘客或其它對象，也可確定或計算距離。多個光纖陣列電纜336可用以提供更多 UWB4R天線，來提供更準確的定位。在一個實施例中，WLAN接入點1500還可載送UWB4R 信號。
圖16為確定用戶最佳WLAN接入點的室內(nèi)環(huán)境中光纖陣列電纜336的示范性部署示意圖。在圖16中，在建筑物的天花板中或其它位置部署具有多個UWB4R天線100的一或更多個光纖陣列電纜336。還存在位于天花板中或位于建筑物中其它地方的多個WLAN接入點1600?？扇缫陨详P于圖14論述的，使用在參考單元30處采用UWB-IR天線100的光纖陣列電纜336，來確定用戶距已知WLAN接入點1600的距離。在已知距離的情況下，中心頭端站210可動態(tài)地分配最近的WLAN接入點1600。如果所確定的位置在建筑物外部，那么可禁止連接至WLAN，從而提供數(shù)據(jù)安全性。在一個實施例中，WLAN接入點1600還可載送 UWB4R信號。圖17為幫助放置和定位緊急情況911 (E911)呼叫的室內(nèi)環(huán)境中光纖陣列電纜336 的示范性部署的示意圖。在典型的室內(nèi)蜂窩式分布天線系統(tǒng)中，E911呼叫將僅提供關于建筑物位置的信息。在圖17中，在建筑物的天花板中或其它位置部署具有多個UWB4R天線 100的一或更多個光纖陣列電纜336。還存在位于天花板中或位于建筑物中其它地方提供蜂窩覆蓋的多個蜂窩式中繼器1700?？扇缫陨详P于圖14論述的，使用在參考單元30處采用UWB4R天線100的光纖陣列電纜336，來確定通過蜂窩網(wǎng)絡進行E911呼叫的用戶的位置。已知位置允許得到原本使用蜂窩呼叫可能不可行的更精確的建筑物內(nèi)位置信息。在一個實施例中，蜂窩式中繼器1700還可載送UWB-IR信號。圖18A和圖18B圖示光纖陣列電纜336的參考單元30的兩個實施例。圖18A為連接至光纖陣列電纜336的參考單元30的一個實例的示意圖，所述參考單元30包含兩個單獨的天線100A和100B。參考單元30具有E/0轉換器60，所述E/0轉換器60從一對光纖中的一個光纖接收電信號并將所述電信號轉換成光學信號。隨后向用于傳輸待傳輸?shù)腢WB4R信號的兩個UWB天線100A中的一個UWB天線100A提供光學信號。 參考單元30具有第二天線100B和0/E轉換器62，所述第二天線100B從OTT反向接收信號，所述0/E轉換器62將接收到的信號轉換成經(jīng)由另一光纖對傳輸?shù)碾娦盘枴D18B為連接至光纖陣列電纜336的參考單元30的一個實例的示意圖，所述示意示一個天線100和RF開關1800。一個天線100為能夠既傳輸又接收UWB-IR信號的 UffB天線。參考單元30還包括E/0轉換器60、0/E轉換器62，以及接收和傳輸信號的一對光纖。如以上關于圖14所論述的，為了能夠動態(tài)地選擇哪個參考單元30來發(fā)送UWB信號，可如圖19A和圖19B中所示實施中心頭端站210。圖19A為對應于一個光纖陣列電纜 336的中心頭端站的一個實施例的示意圖，其中中心頭端站210具有光學切換系統(tǒng)1900A， 在一個實施例中所述光學切換系統(tǒng)1900A可由兩個IXN光學開關組成。所述兩個IXN光學開關可用以動態(tài)地選擇光纖參考陣列電纜336中哪個參考單元30被選定。這種示范性實施例需要較少Ε/0/Ε轉換。圖19B為對應于一個光纖陣列電纜336的頭端站210的替代性實施例的示意圖， 其中中心頭端站210具有單極N擲RF開關1900B。RF開關1900B可用以動態(tài)地選擇光纖陣列電纜336中哪個參考單元30被選定。雖然此實施例需要更多Ε/0/Ε轉換，但此實施例的成本可由與光學開關相比成本更低的RF開關所抵銷。在單一光纖陣列電纜336的不同區(qū)段中的參考單元30用于追蹤對象的一個實施例中，可如圖20中所示實施中心頭端站210。圖20為圖示中心頭端站210的細節(jié)的示意圖，所述中心頭端站210使用于對象三維追蹤的單一光纖陣列電纜336的不同區(qū)段的使用成為現(xiàn)實。舉例來說，如以上關于圖14所論述的，可選擇單一光纖陣列電纜336中的四個參考單元30來追蹤對象的位置。在一個實施例中光學切換系統(tǒng)2000可由兩個2XN開關組成，所述光學切換系統(tǒng)2000用以定址四個參考單元30中的每一個參考單元30。如圖19B 中所示，所述兩個2XN開關可由RF開關來替代。在另一個實施例中，當光纖陣列電纜336上的參考單元中的一些參考單元用于追蹤對象，并且其它參考單元30用于提供如以上圖15至圖17中所示的其它無線服務時，可如圖21中所示，實施中心頭端站210。圖21為圖示中心頭端站210的細節(jié)的示意圖，所述中心頭端站210使單一光纖陣列電纜336支持多種服務成為現(xiàn)實。在一個實施例中可由兩個2XN光學開關組成的光學切換系統(tǒng)2100，用以實施UWB-IR服務以及其它無線服務。如圖 19B中所示，可使用一 RF開關替代兩個2XN光學開關。中心頭端站210通過啟動光學開關或RF開關來動態(tài)地選擇參考單元30的能力通過使用四個或四個以上參考單元30，以實現(xiàn)增強的對象三維位置追蹤。中心頭端站通過啟動光學開關或RF開關來動態(tài)地選擇參考單元30的能力也實現(xiàn)使用相同的光纖陣列電纜 336安裝來同時追蹤多個對象以及同時提供位置追蹤和其它無線服務兩者。此外，如本文所使用的，術語“光纖電纜”和/或“光纖”旨在包括所有類型的單模和多模光波導，所述單模和多模光波導包括一或更多個裸光纖、松套管光纖、緊緩沖光纖、 帶狀光纖、對彎曲不敏感的光纖或任何用于傳輸光信號的其它權宜的媒介。本領域的技術人員可設計本文所闡述的許多修改和其它實施例，所述實施例涉及的許多修改和其它實施例具有存在于上文描述和關聯(lián)圖式中的教示的益處。因此，應了解，所述描述和權利要求書不限于所公開的特定實施例，并且修改和其它實施例旨在包括于附加權利要求書的范圍內(nèi)。所述實施例旨在涵蓋屬于附加權利要求書和附加權利要求書的等效物的范圍內(nèi)的實施例的修改和變化。盡管本文采用特定術語，但并非出于限制的目的而僅從一般和描述性的意義上使用所述特定術語。
權利要求
1.一種基于光纖的集中式無線通信系統(tǒng)，所述基于光纖的集中式無線通信系統(tǒng)包含中心頭端站，所述中心頭端站的每一者具有至少一個服務單元；以及至少一個光纖陣列電纜，所述至少一個光纖陣列電纜耦接至所述中心頭端站并具有沿所述光纖陣列電纜的長度設置的多個參考單元，所述多個參考單元中的每一個參考單元含有至少一個天線、電至光(E/0)轉換器和光至電(0/E)轉換器，其中所述至少一個服務單元經(jīng)配置以將射頻(RF)信號從所述多個參考單元中的所述至少一個天線中的一或更多個天線傳輸，以形成與所述參考單元相關聯(lián)的微微蜂窩覆蓋區(qū)域；從所述多個參考單元中多個參考單元中的每一個參考單元接收相應信號，所述相應信號指示所述各別參考單元中的每一個參考單元與和所述各別參考單元相關聯(lián)的所述微微蜂窩覆蓋區(qū)域中的對象之間的距離；以及處理從所述多個參考單元中的所述多個參考單元接收的所述相應信號，以確定所述對象的位置。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中從所述一或更多個天線傳輸?shù)乃鯮F信號為超寬頻 (UffB)信號。
3.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述UWB信號以介于3.IGHz與10. 6GHz之間的頻率進行傳輸。
4.如權利要求1至3所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進一步包含電力線，所述電力線從所述中心頭端站延伸，以向所述E/0轉換器和所述0/E轉換器提供電力。
5.如權利要求1至4所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個服務單元經(jīng)配置以從所述參考單元中的至少三個參考單元接收相應信號并處理所述相應信號來確定所述對象的二維位置。
6.如權利要求1至4所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個服務單元經(jīng)配置以從所述參考單元中的至少四個參考單元接收相應信號并處理所述相應信號來確定所述對象的三維位置。
7.如權利要求1至6所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進一步包含多個光纖參考陣列電纜，所述多個光纖參考陣列電纜的每一者具有沿所述光纖陣列電纜的長度設置的多個參考單元。
8.如權利要求1至4所述的系統(tǒng)，其中從單一光纖陣列電纜中的至少四個參考單元接收所述相應信號。
9.如權利要求7所述的系統(tǒng)，其中從所述多個光纖陣列電纜中的四個光纖陣列電纜中的每一個光纖陣列電纜中的一個參考單元接收所述相應信號。
10.如權利要求1至9所述的系統(tǒng)，其中所述中心頭端站進一步包含開關。
11.如權利要求10所述的系統(tǒng)，其中從包含光學開關和RF開關的群組選擇所述開關。
12.如權利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述開關經(jīng)配置以動態(tài)地選擇所述至少一個光纖陣列電纜中參考單元的組合用于獲得所述相應信號，所述相應信號用來確定所述對象的所述位置。
13.如權利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述開關經(jīng)配置以動態(tài)地選擇所述至少一個光纖陣列電纜中參考單元的組合來同時追蹤多個對象的所述位置。
14.如權利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述開關經(jīng)配置以動態(tài)地選擇所述至少一個光纖陣列電纜中參考單元的組合來同時追蹤所述對象的所述位置并提供另一個無線服務。
15.一種光纖陣列電纜，所述光纖陣列電纜包含光纖電纜，所述光纖電纜具有多個光纖并包含多個參考單元，所述多個參考單元沿所述光纖電纜的長度設置并含有至少一個天線、 電至光(E/0)轉換器和光至電(0/E)轉換器，其中與所述多個參考單元中每一個參考單元相關聯(lián)的所述至少一個天線中的每一個天線經(jīng)配置以將射頻(RF)信號傳輸至與所述各別參考單元相關聯(lián)的各別微微蜂窩覆蓋區(qū)域；以及從所述相應微微蜂窩覆蓋區(qū)域中的對象接收相應信號；以及其中在多個所述參考單元處接收的所述相應信號用以確定所述對象的位置。
16.如權利要求15所述的光纖陣列電纜，其中從所述一或更多個天線傳輸?shù)乃鯮F信號為超寬頻(UWB)信號。
17.如權利要求16所述的光纖陣列電纜，其中所述UWB信號以介于3.IGHz與10. 6GHz 之間的頻率進行傳輸。
18.如權利要求15至17所述的光纖陣列電纜，所述光纖陣列電纜進一步包含電力線， 所述電力線經(jīng)配置以向所述E/0轉換器和所述0/E轉換器提供電力。
19.如權利要求15至18所述的光纖陣列電纜，其中所述參考單元中的至少三個參考單元經(jīng)配置以從所述對象接收相應信號，并且所述相應信號用以確定所述對象的二維位置。
20.如權利要求15至18所述的光纖陣列電纜，其中所述參考單元中的至少四個參考單元經(jīng)配置以從所述對象接收相應信號，并且所述相應信號用以確定所述對象的三維位置。
21.如權利要求15至20所述的光纖陣列電纜，其中所述多個參考單元中的一或更多個參考單元含有兩個天線。
22.如權利要求15至20所述的光纖陣列電纜，其中所述多個參考單元中的一或更多個參考單元含有一個天線和RF開關。
23.一種追蹤對象的方法，所述方法包含提供至少一個光纖陣列電纜，所述至少一個光纖陣列電纜具有沿所述光纖電纜的長度設置的多個參考單元，其中所述多個參考單元中的每一個參考單元含有至少一個天線、電至光(E/0)轉換器和光至電(0/E)轉換器；從所述多個參考單元中的多個參考單元的所述至少一個天線傳輸射頻(RF)信號，以形成與所述各別參考單元相關聯(lián)的各別微微蜂窩覆蓋區(qū)域；在所述多個參考單元中的多個參考單元處接收來自所述相應微微蜂窩覆蓋區(qū)域中對象的相應信號；基于接收的所述相應信號來確定從所述各別參考單元中多個參考單元中的每一個參考單元到所述對象的距離，以獲得多個確定的距離；以及基于所述多個確定的距離來確定所述對象的位置。
24.如權利要求23所述的方法，其中所述RF信號為超寬頻(UWB)信號。
25.如權利要求M所述的方法，所述方法進一步包含以介于3.IGHz與10. 6GHz之間的頻率傳輸所述UWB信號。
26.如權利要求23至25所述的方法，所述方法進一步包含 從所述參考單元中的至少三個參考單元接收相應信號；確定從所述參考單元中的至少三個參考單元到所述對象的距離；以及基于所述確定的距離確定所述對象的二維位置。
27.如權利要求23至25所述的方法，所述方法進一步包含 從所述參考單元中的至少四個參考單元接收相應信號；確定從所述參考單元中的至少四個參考單元到所述對象的距離；以及基于所述確定的距離確定所述對象的三維位置。
28.如權利要求23至25所述的方法，所述方法進一步包含動態(tài)地選擇所述至少一個光纖陣列電纜中參考單元的組合用于獲得所述相應信號，所述相應信號用來確定所述對象的所述位置。
29.如權利要求觀所述的方法，所述方法進一步包含動態(tài)地選擇所述至少一個光纖陣列電纜中的一個光纖陣列電纜中至少四個參考單元用于獲得所述相應信號，所述相應信號用來確定所述對象的所述位置。
30.如權利要求23所述的方法，所述方法進一步包含提供至少四個光纖陣列電纜，所述至少四個光纖陣列電纜每一者具有多個參考單元；以及動態(tài)地選擇所述至少四個光纖陣列電纜中的四個光纖陣列電纜中的每一個光纖陣列電纜中的一個參考單元用于獲得所述相應信號，所述相應信號用來確定所述對象的所述位置。
31.如權利要求23至30所述的方法，所述方法進一步包含動態(tài)地選擇所述至少一個光纖陣列電纜中參考單元的組合，以同時追蹤多個對象的所述位置。
32.如權利要求23至30所述的方法，所述方法進一步包含動態(tài)地選擇所述至少一個光纖陣列電纜中參考單元的組合，以同時追蹤對象的所述位置并提供另一無線服務。
33.如權利要求32所述的方法，其中所述另一個無線服務為WLAN服務，并且所述方法進一步包含基于所述確定的位置動態(tài)地分配WLAN接入點。
34.如權利要求32所述的方法，其中所述另一個無線服務為E911呼叫，并且所述方法進一步包含向所述確定的位置提供所述E911呼叫。
全文摘要
本發(fā)明公開確定和/或追蹤對象位置的光纖陣列電纜和相關系統(tǒng)與方法?？稍诨诠饫w的通信系統(tǒng)中采用光纖陣列電纜，所述基于光纖的通信系統(tǒng)包括基于光纖的集中式通信系統(tǒng)。在一個實施例中，光纖陣列電纜經(jīng)配置以載送光學RF或光纖無線電(RoF)信號，來建立與對象的通信。光纖陣列電纜包括沿電纜長度的多個參考單元。參考單元可經(jīng)配置以將所接收的光學RF信號轉換成電RF信號，來建立與能夠接收電RF信號的對象的RF通信。所述參考單元還可經(jīng)配置以將從對象接收的電RF信號轉換成光學RF信號，所述光學RF信號隨后用來確定所述對象的位置。在一或更多個光纖陣列電纜上具有多個參考單元的可用性能在追蹤對象時提供增強的可靠性。
文檔編號G02B6/44GK102598544SQ201080039136
公開日2012年7月18日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權日2009年7月24日
發(fā)明者邁克爾·索爾, 迪安·M·西倫, 雅各布·喬治 申請人:康寧光纜系統(tǒng)有限責任公司