專利名稱：集線器和探頭系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及無(wú)線通信，特別說(shuō)，涉及用于結(jié)構(gòu)內(nèi)的內(nèi)部通信的集線器和探頭系統(tǒng)和方法，這種通信特別以0.5到100MHz的頻率范圍進(jìn)行。
背景技術(shù)：
在建筑物和其它封閉空間內(nèi)的通信具有長(zhǎng)期存在的問(wèn)題。通信線，諸如為局域網(wǎng)的網(wǎng)線，是有效的，但是苦于安裝成本、連接位置的限制和在技術(shù)進(jìn)步時(shí)需要周期地升級(jí)的問(wèn)題。金屬結(jié)構(gòu)部件、內(nèi)部家具、管道和電氣布線，所有都傾向于干擾常規(guī)無(wú)線通信。外部干擾，諸如極大的噪聲和人產(chǎn)生的電磁源也經(jīng)常干擾建筑物內(nèi)的通信的質(zhì)量和效率。
如在先前申請(qǐng)的發(fā)明中所述，一個(gè)在電磁譜中被忽略的頻帶，至少?gòu)耐ㄐ攀褂玫挠^點(diǎn)來(lái)看，是在0.5-100MHz范圍內(nèi)的頻帶。這一范圍內(nèi)的大多數(shù)傳統(tǒng)上被認(rèn)為用處不大，因此政府實(shí)體較少管理。這一點(diǎn)在美國(guó)的一個(gè)例子是，F(xiàn)CC規(guī)則第15部分適用于這一范圍。這一范圍未廣泛使用的一個(gè)原因是波形具有足夠長(zhǎng)的波長(zhǎng)，使得結(jié)構(gòu)干擾影響傳輸和接收。然而，使用本發(fā)明人的技術(shù)，變得能夠控制這一頻率范圍，和轉(zhuǎn)變?cè)?jīng)是障礙的因素為優(yōu)點(diǎn)。
一個(gè)傳統(tǒng)上曾經(jīng)很少理解和使用的電磁現(xiàn)象的領(lǐng)域是處理隱失(非傳播)波。這些現(xiàn)象的商業(yè)應(yīng)用十分稀少。這些現(xiàn)象在波導(dǎo)技術(shù)中公知和被觀察，但是通常是一種障礙，和限制結(jié)構(gòu)的使用到接近稱為“截止”的狀態(tài)。
對(duì)于在中空管波導(dǎo)中的常規(guī)傳播的截止發(fā)生在該中空管波導(dǎo)的尺寸小于運(yùn)行頻率波長(zhǎng)的一半(1/2)時(shí)。當(dāng)?shù)玫竭@些條件時(shí)，傳輸損失非常高，但是并非無(wú)窮。在理想波導(dǎo)中低于截止的衰減表達(dá)式，等式1，可以寫為γ=2π/λc1-(f/fc)2---(1)]]>式中γ＝衰減λc＝截止波長(zhǎng)f＝運(yùn)行頻率fc＝截止時(shí)的運(yùn)行頻率這里，波長(zhǎng)f近似等于11.8/f(GHz)英寸。
隨著f減少到低于fc，γ從值0增加接近常數(shù)值2π/λc，當(dāng)(f/fc)＜＜1時(shí)。
僅由波導(dǎo)的截止波長(zhǎng)決定衰減量，它通常正比于波導(dǎo)的橫向大小，使得可以通過(guò)選擇一個(gè)低截止波長(zhǎng)或一個(gè)高截止頻率(小的管尺寸)使γ的值幾乎隨意大。因?yàn)?1)對(duì)在任何波導(dǎo)形狀中的任何波都成立，因此它遵從波類型和波導(dǎo)形狀的選擇不能影響衰減常量，除了關(guān)于它們規(guī)定截止波長(zhǎng)λc1。
形成物理學(xué)中許多主題核心的波運(yùn)動(dòng)是許多教科書的突出的(學(xué)科間的)題目。2雖然傳統(tǒng)波運(yùn)動(dòng)常常十分詳細(xì)地處理(為充分的理由)，但是漸消失波(Evanescent wave)理論常常僅順便提及。
這種很少提到絕對(duì)不是有理由的漸消失波在最初真的是作為方便的數(shù)學(xué)工具引入的，沒(méi)有想到它的應(yīng)用，34但是在最后幾十年間逐漸成熟到它自己的內(nèi)在興趣，在基本研究以及應(yīng)用研究和工業(yè)中找到1Simon Ramo和John Whinnery所著“Fields and Waves in Modern Radio(現(xiàn)代無(wú)線電中的場(chǎng)和波)”，386-387頁(yè)，1956年5月2A.Stahhofen和H.Druxes的“ON EVANESCENT WAVES(關(guān)于漸消失波)”，德國(guó)D-56075Koblenz，Rheinau 1，Koblenz大學(xué)物理學(xué)院3Bryndahl，O.，“Evanescent waves in optical imaging(光成像中的漸消失波)”，inProgress in Optics(光學(xué)中的進(jìn)展)(美國(guó)Elsevier出版公司，紐約1973)169-221頁(yè)4Hupert，J.J.，Appl.Phys.6，131-149(1975)穩(wěn)定增長(zhǎng)數(shù)量的應(yīng)用。
任何傳播波在撞擊經(jīng)典禁止的區(qū)域(低于截止)時(shí)都轉(zhuǎn)變?yōu)闈u消失波。在這一場(chǎng)合，波矢量的至少一個(gè)分量變成虛構(gòu)的或復(fù)數(shù)值，和當(dāng)在這一區(qū)域內(nèi)運(yùn)行時(shí)波經(jīng)歷指數(shù)阻尼(上述截止效應(yīng))。在包括波導(dǎo)的許多環(huán)境中這種波用作診斷工具，其應(yīng)用遍及固態(tài)物理和微波技術(shù)的不同領(lǐng)域。直白的例子表示漸消失波在微波、光學(xué)和量子力學(xué)中起著重要的作用。不管所有這些系統(tǒng)由不同的波公式、不同的散射規(guī)則、不同的能量體制和完全不同的結(jié)構(gòu)和大小統(tǒng)治，但是在所考慮的各系統(tǒng)中的波運(yùn)動(dòng)常常包括漸消失波。
解釋漸消失波存在的典型的機(jī)構(gòu)是1)轉(zhuǎn)變?yōu)樵趽p耗介質(zhì)中的其它能量形式，2)從在無(wú)損耗介質(zhì)的反射產(chǎn)生的一定方向上的截止方式，3)從一定的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)逐漸泄漏能量和4)由在引導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的障礙或變化產(chǎn)生的方式變換。
漸消失波有一些有時(shí)不服從直覺(jué)的特殊特性。作為一個(gè)典型的例子已經(jīng)提到，它們?cè)诮?jīng)歷指數(shù)阻尼的禁止區(qū)域(低于截止)運(yùn)行。包括漸消失波的波運(yùn)動(dòng)很容易用使用微波的電磁波演示。PIRA提供對(duì)涉及漸消失波的許多試驗(yàn)的指南，PIRA是“物理學(xué)規(guī)程研究協(xié)會(huì)”的簡(jiǎn)稱，位于httn//www.physics.umd.edu/deptinfo/facilities/lecdem。這一信息源提供實(shí)際訓(xùn)練的簡(jiǎn)短說(shuō)明以及關(guān)于漸消失波的復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，詳情請(qǐng)參考容易訪問(wèn)的文獻(xiàn)。
現(xiàn)在已經(jīng)確立，通過(guò)使用低于截止的隱失的非傳播波或高于頻率截止的傳播波可以實(shí)現(xiàn)電磁連接。必須開(kāi)發(fā)一些工藝，它們能夠注射電流到一個(gè)結(jié)構(gòu)中的金屬元件中以便在截止區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生漸消失波。對(duì)于高于截止區(qū)域的頻率，可以使用更加傳統(tǒng)的天線技術(shù)。
雖然已知與漸消失波和產(chǎn)生低于或接近截止區(qū)域的波長(zhǎng)的其它波特性有關(guān)的現(xiàn)象，但是此前它們一直沒(méi)有有意義的商業(yè)應(yīng)用。一般說(shuō)，這些現(xiàn)象被認(rèn)為是障礙和損害，而不是為事實(shí)上增強(qiáng)通信的機(jī)會(huì)。鑒于此，仍然有許多由本發(fā)明和與本發(fā)明人有關(guān)的發(fā)明陳述使用和改進(jìn)的機(jī)會(huì)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是使用在產(chǎn)生漸消失波的頻率或在接近截止頻率內(nèi)的電磁能的特性提供用于在結(jié)構(gòu)內(nèi)有效通信的介質(zhì)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于激勵(lì)器在結(jié)構(gòu)內(nèi)無(wú)線發(fā)送和接收信息的介質(zhì)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供遠(yuǎn)程設(shè)備上的一個(gè)探頭，用于通過(guò)所述介質(zhì)接收信息和給其發(fā)送信息。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備的探頭，它產(chǎn)生一個(gè)射頻給激勵(lì)器和最終給所述介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)，用于與結(jié)構(gòu)外的設(shè)備以及與該結(jié)構(gòu)內(nèi)的其它遠(yuǎn)程設(shè)備通信。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一個(gè)探頭，它產(chǎn)生一個(gè)電磁環(huán)境，用于耦合信號(hào)的傳輸?shù)浇ㄖ锊亩郊?lì)器的導(dǎo)電元件。
簡(jiǎn)言之，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是一個(gè)激勵(lì)器系統(tǒng)，其用于激勵(lì)和操作用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的電磁場(chǎng)通信系統(tǒng)。這是一種允許在一個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)無(wú)線通信的無(wú)線技術(shù)模式。在一個(gè)典型的居民、商業(yè)或工業(yè)建筑物內(nèi)，激勵(lì)器執(zhí)行激勵(lì)導(dǎo)電框架的功能，該導(dǎo)電框架由在結(jié)構(gòu)的墻壁內(nèi)存在的金屬元件形成，不管它們是電線、金屬壁、管道或其任何組合。這一無(wú)線系統(tǒng)由連接到激勵(lì)器并驅(qū)動(dòng)該激勵(lì)器的一個(gè)集線器和控制器網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)。激勵(lì)器依次給在建筑物墻壁內(nèi)的導(dǎo)電框架提供能量，由位于該結(jié)構(gòu)內(nèi)任何數(shù)目的遠(yuǎn)程無(wú)線接收機(jī)使用。為這一技術(shù)的基礎(chǔ)在本發(fā)明人的美國(guó)專利申請(qǐng)、名稱為“Electromagnetic FieldCommunication Systems for Wireless Networks(用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的電磁場(chǎng)通信系統(tǒng))”中公開(kāi)和包括，所述申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?9/340,218，在1999年6月25日遞交。集線器和控制器網(wǎng)絡(luò)連同激勵(lì)器一起工作，允許在一個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)運(yùn)行原本不可能的一個(gè)完整的無(wú)線系統(tǒng)。
集線器從在一個(gè)無(wú)線通信結(jié)構(gòu)外面的設(shè)備接收信息。這些外部設(shè)備可以通過(guò)硬接線連接到集線器上，或它們可以無(wú)線連接到集線器上。集線器也可以從在該結(jié)構(gòu)內(nèi)的遠(yuǎn)程設(shè)備接收信息。集線器通過(guò)給激勵(lì)器發(fā)送一個(gè)頻率信號(hào)給它傳輸這一數(shù)據(jù)。激勵(lì)器產(chǎn)生漸消失波并通過(guò)該漸消失波將射頻轉(zhuǎn)送到該無(wú)線通信結(jié)構(gòu)內(nèi)的遠(yuǎn)程設(shè)備上的探頭。探頭把該信息傳遞給應(yīng)用電子設(shè)備，諸如電話、PC等。當(dāng)探頭電磁耦合射頻信號(hào)到結(jié)構(gòu)墻壁內(nèi)的導(dǎo)電元件時(shí)，從遠(yuǎn)程設(shè)備發(fā)出的通信通過(guò)探頭發(fā)送到激勵(lì)器。激勵(lì)器接收該射頻信號(hào)并把該信號(hào)傳送到集線器，在這里，它可以與其它遠(yuǎn)程設(shè)備外部或內(nèi)部通信。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它提供激活在一個(gè)建筑物或結(jié)構(gòu)內(nèi)的有效通信泡(bubble)的方式，使來(lái)自外部源的影響最小，這些外部源的干擾例如有銀河系射頻輻射和人為的無(wú)線電頻率信號(hào)。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是集線器控制與外部設(shè)備有關(guān)的到來(lái)的和發(fā)出的信息的傳播。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它使來(lái)自該結(jié)構(gòu)內(nèi)的干擾源的噪聲干擾最小。
本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它可以在FCC規(guī)則的第15部分下運(yùn)行。
本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它使用一個(gè)結(jié)構(gòu)的尺寸消除對(duì)特別大的天線的需要。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是遠(yuǎn)程設(shè)備探頭體積小并且對(duì)方向不敏感。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由激勵(lì)器、集線器和探頭作為一個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)寬廣的頻率范圍。
本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由本系統(tǒng)的線性和雙側(cè)性質(zhì)產(chǎn)生的寬闊頻率范圍內(nèi)的靈活性，能使用所有調(diào)制技術(shù)手段，包括頻分多路訪問(wèn)(FDMA)、時(shí)分多路訪問(wèn)(TDMA)、和碼分多路訪問(wèn)(CDMA)。
通過(guò)閱讀對(duì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明當(dāng)前已知的最佳方式的說(shuō)明和在這里說(shuō)明的優(yōu)選實(shí)施例的工業(yè)實(shí)用性，以及參考幾個(gè)附圖中的圖示，對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人將十分清楚本發(fā)明的這些和其它的目的及優(yōu)點(diǎn)。


圖1原理表示根據(jù)本發(fā)明在一個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)的無(wú)線通信系統(tǒng)中包含的各種部件；圖2原理表示根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部無(wú)線連接性；圖3原理表示根據(jù)本發(fā)明的對(duì)外部源的無(wú)線應(yīng)用連接性；圖4原理表示根據(jù)本發(fā)明對(duì)無(wú)線應(yīng)用的外部連接性；圖5原理表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)無(wú)線通信結(jié)構(gòu)的內(nèi)部環(huán)境；圖6原理表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)無(wú)線遙控系統(tǒng)；圖7原理表示根據(jù)本發(fā)明在一個(gè)無(wú)線通信結(jié)構(gòu)中的一個(gè)局域網(wǎng)；圖8原理表示根據(jù)本發(fā)明在一個(gè)無(wú)線通信結(jié)構(gòu)中的一個(gè)安全系統(tǒng)；圖9是一個(gè)流程圖，表示根據(jù)本發(fā)明使用集線器和探頭系統(tǒng)的過(guò)程。
具體實(shí)施例方式
使本發(fā)明適應(yīng)產(chǎn)生這樣的條件，在這種條件下，在George G.Chadwick的在先申請(qǐng)中說(shuō)明的發(fā)明將有效運(yùn)行，所述在先申請(qǐng)的序列號(hào)為09/09/340218。使其適應(yīng)在封閉空間運(yùn)行，和結(jié)合在與之同時(shí)遞交的伴隨申請(qǐng)中敘述的激勵(lì)器系統(tǒng)和方法運(yùn)行。作為PCT/US00/11886公開(kāi)的先前遞交的優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)的公開(kāi)、文字和附圖直接與之相關(guān)。
本發(fā)明一個(gè)現(xiàn)在優(yōu)選的實(shí)施例是集線器和探頭系統(tǒng)，和在整體系統(tǒng)中使用該集線器和探頭系統(tǒng)的方法方便和優(yōu)化在各種封閉空間之內(nèi)的無(wú)線通信。使本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例適應(yīng)方便上面參考的在先申請(qǐng)中敘述的用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的電磁場(chǎng)通信系統(tǒng)和在其中工作。目前的優(yōu)選實(shí)施例被稱作集線器和探頭系統(tǒng)和方法。
集線器管理在外部和內(nèi)部設(shè)備之間、以及在內(nèi)部設(shè)備之間的信息和通信信號(hào)和數(shù)據(jù)。信號(hào)可以從集線器傳遞到激勵(lì)器，后者產(chǎn)生一個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)各處的漸消失波。這些漸消失波無(wú)線傳輸信息到該結(jié)構(gòu)中的遠(yuǎn)程設(shè)備。通過(guò)使用探頭電磁耦合傳輸?shù)男盘?hào)到該結(jié)構(gòu)內(nèi)連接到激勵(lì)器上的導(dǎo)電元件，該結(jié)構(gòu)內(nèi)的無(wú)線遠(yuǎn)程設(shè)備與集線器通信。激勵(lì)器發(fā)送這些信號(hào)給集線器。
集線器和探頭系統(tǒng)與在同時(shí)提交的和名稱為“Exciter System andMethod for Communications Within an Enclosed Space(用于在封閉空間內(nèi)通信的激勵(lì)器系統(tǒng)和方法)”的伴隨專利中公開(kāi)的激勵(lì)器系統(tǒng)一起工作。該激勵(lì)器系統(tǒng)由集線器加電，因此，集線器通過(guò)硬接線連接到激勵(lì)器設(shè)備上。到來(lái)的信號(hào)或來(lái)自外部源的信息最初通過(guò)集線器選擇路由。集線器轉(zhuǎn)換該信號(hào)或信息為具有合適格式的范圍在0.5-100MHz內(nèi)的射頻，并傳輸該信號(hào)到激勵(lì)器。激勵(lì)器產(chǎn)生射頻漸消失波，它穿過(guò)該結(jié)構(gòu)，而允許傳輸信號(hào)或信息到連接到該結(jié)構(gòu)中各種遠(yuǎn)程設(shè)備上的探頭。探頭通過(guò)電磁耦合到該結(jié)構(gòu)墻壁內(nèi)的導(dǎo)電元件的射頻傳輸信號(hào)。探頭信號(hào)由激勵(lì)器通過(guò)導(dǎo)電元件接收，激勵(lì)器依次回送該信號(hào)到集線器。集線器可以給外部源或與在該結(jié)構(gòu)內(nèi)的遠(yuǎn)程設(shè)備關(guān)聯(lián)的其它探頭傳遞信號(hào)。
激勵(lì)器在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生漸消失波和探頭電磁耦合到在該結(jié)構(gòu)內(nèi)的導(dǎo)電元件，這一組合允許在結(jié)構(gòu)內(nèi)無(wú)線傳輸信息。漸消失波是非傳播的。結(jié)構(gòu)的墻壁內(nèi)的導(dǎo)線和導(dǎo)電元件支持漸消失波場(chǎng)。激勵(lì)器從集線器耦合能量到結(jié)構(gòu)的墻壁內(nèi)的導(dǎo)電元件。
圖1原理表示根據(jù)本發(fā)明在一個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)的無(wú)線通信系統(tǒng)中包含的各種部件。該結(jié)構(gòu)用描繪內(nèi)部部件和源的輪廓的方框表示，總體稱為建筑物并用參考數(shù)字10指示。建筑物10的外部可以存在各種外部源12。這些外部源可以用硬接線連接到建筑物內(nèi)的集線器上，或者它們可以與集線器無(wú)線通信。外部數(shù)據(jù)源可以包括例如衛(wèi)星電視、電纜電視、因特網(wǎng)供應(yīng)商、和電話供應(yīng)商。
在建筑物10內(nèi)的是一個(gè)集線器14?？梢越M成集線器14系統(tǒng)的部件包括連接到激勵(lì)器18的雙工器16。集線器14可以通過(guò)同軸電纜或任何其它適于用于本發(fā)明的方法連接到激勵(lì)器18?？梢园ㄒ粋€(gè)用于傳輸信號(hào)的功率放大器20，以及用于從內(nèi)部源30接收信息的接收機(jī)22?？梢园ㄒ粋€(gè)頻率變換模塊24轉(zhuǎn)換信號(hào)為射頻或從射頻轉(zhuǎn)換而給建筑物內(nèi)各處的設(shè)備發(fā)送和接收信息。另外可以包括調(diào)制解調(diào)器26和網(wǎng)絡(luò)處理器28。前述部件可以總體包括在集線器內(nèi)?？梢栽诩€器內(nèi)包括各種其它部件和模塊，其由根據(jù)本發(fā)明的集線器的其它實(shí)施例指示(參見(jiàn)圖5-8)。
另外在建筑物內(nèi)有內(nèi)部源和無(wú)線應(yīng)用30。內(nèi)部源和無(wú)線應(yīng)用30通過(guò)來(lái)自激勵(lì)器18的射頻從外部源12接收信息，激勵(lì)器從集線器14接收頻率信號(hào)，集線器14與外部源12通信。安全層32結(jié)合在集線器14系統(tǒng)中以保證信息的安全傳輸和接收。
集線器14從在無(wú)線通信結(jié)構(gòu)(亦即建筑物10)以外的設(shè)備(外部源12)接收信息。這些外部設(shè)備12可以與集線器14通過(guò)硬接線連接。集線器14通過(guò)給激勵(lì)器18發(fā)送頻率信號(hào)給它傳輸這一數(shù)據(jù)。激勵(lì)器18通過(guò)產(chǎn)生信號(hào)在其上傳送的漸消失波依次把該射頻傳遞給在無(wú)線通信結(jié)構(gòu)10內(nèi)的遠(yuǎn)程設(shè)備上的探頭。然后探頭把這一信息傳遞給應(yīng)用電子設(shè)備(亦即內(nèi)部源和無(wú)線應(yīng)用30)，諸如電話、PC等。從遠(yuǎn)程設(shè)備出發(fā)的通信通過(guò)由探頭產(chǎn)生的射頻發(fā)送到激勵(lì)器18，在探頭上該射頻信號(hào)電磁耦合到建筑物10的墻壁內(nèi)的導(dǎo)電元件。激勵(lì)器18從建筑物10的墻壁內(nèi)的導(dǎo)電元件接收射頻，并傳送該信號(hào)到集線器14，在集線器14上該信號(hào)可以在內(nèi)部處理或者傳遞到外部。
雙工器16可以作用從集線器連接兩個(gè)路徑到激勵(lì)器，使得發(fā)射機(jī)和接收機(jī)可以同時(shí)運(yùn)行(全雙工)。雙工器16分開(kāi)兩個(gè)路徑和防止發(fā)射機(jī)使接收機(jī)22飽和。另外可選擇的方案為，可以使用一個(gè)發(fā)射/接收(TR)開(kāi)關(guān)17以實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)中同樣的分離，在這里，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)哪個(gè)都不能同時(shí)運(yùn)行(半雙工)。TR開(kāi)關(guān)17可以允許在同樣的頻率上傳輸和接收。
外部源可以是任何信息源，它起源于或產(chǎn)生于結(jié)構(gòu)外部。另外，外部源可以是從結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)送的信息的終止點(diǎn)。外部源可以包括諸如衛(wèi)星電視、電纜電視、因特網(wǎng)供應(yīng)商、電話供應(yīng)商、計(jì)算設(shè)備、或任何其它適合用于本發(fā)明的外部源的設(shè)備。例如，Bob，請(qǐng)?zhí)峁└嗟睦印?br> 相似地，內(nèi)部源可以是任何信息源，它起源于或產(chǎn)生于結(jié)構(gòu)內(nèi)部。內(nèi)部源可以是從結(jié)構(gòu)內(nèi)部或從結(jié)構(gòu)外部發(fā)送的信息的終止點(diǎn)。內(nèi)部源通?？梢允沁h(yuǎn)程設(shè)備。遠(yuǎn)程設(shè)備可以包括諸如DVD播放機(jī)、計(jì)算機(jī)、電視、和電話。此外，遠(yuǎn)程設(shè)備可以包括任何其它適合用于本發(fā)明的設(shè)備。例如，任何計(jì)算設(shè)備可以是一個(gè)內(nèi)部信號(hào)源。
圖2原理表示根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部無(wú)線連接性。激勵(lì)器18連接到建筑物10的墻壁34。在集線器14上的網(wǎng)絡(luò)處理器28傳輸(Tx)信息到激勵(lì)器18和從激勵(lì)器18接收(Rx)信息，如圖所示。探頭36(未示出)連接到一個(gè)遠(yuǎn)程內(nèi)部設(shè)備上。從激勵(lì)器18發(fā)送的信息的頻率通常和從遠(yuǎn)程設(shè)備發(fā)送信息給激勵(lì)器18的頻率不同。使用時(shí)分多路訪問(wèn)(TDMA)技術(shù)的應(yīng)用可以包括從激勵(lì)器18發(fā)送的信息，其以和發(fā)送信息給激勵(lì)器18相同的頻率發(fā)送。
來(lái)自激勵(lì)器的漸消失波可以充滿建筑物10。一旦建立這一環(huán)境，則數(shù)據(jù)可以通過(guò)集線器14從建筑物10內(nèi)的其它設(shè)備傳輸?shù)絻?nèi)部設(shè)備。在圖2所示的例子中，建筑物10中的DVD播放機(jī)38給集線器14傳輸信息。為實(shí)現(xiàn)這一步驟，DVD播放機(jī)38的探頭(未示出)通過(guò)電磁耦合到導(dǎo)電元件以頻率f1傳輸數(shù)據(jù)到激勵(lì)器18和通過(guò)連接到集線器上的激勵(lì)器到集線器14。在內(nèi)部電視40上的一個(gè)探頭36通過(guò)由激勵(lì)器18產(chǎn)生的漸消失波從集線器14從DVD播放機(jī)38接收數(shù)據(jù)并以頻率f2發(fā)送。建筑物10的墻壁34使從到達(dá)外部源的內(nèi)部交換的信息最少。
圖3原理表示根據(jù)本發(fā)明對(duì)外部源的無(wú)線應(yīng)用連接性。內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)以頻率f3通過(guò)激勵(lì)器18和集線器14輪詢傳感器。來(lái)自激勵(lì)器18的漸消失波填充建筑物10。傳感器36接收這一輪詢并通過(guò)電磁耦合到建筑物內(nèi)的導(dǎo)電元件(亦即墻壁)以頻率f4發(fā)送傳感器信息到激勵(lì)器18。然后激勵(lì)器把這一信息傳送給集線器14，它可能與外部設(shè)備通信。存在一個(gè)安全層32，用于保證與內(nèi)部設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)的可靠傳輸和接收。
圖4原理表示根據(jù)本發(fā)明無(wú)線應(yīng)用的外部連接性。來(lái)自外部源12的電纜電視信號(hào)傳遞到集線器14。集線器14把這一信號(hào)傳送到激勵(lì)器18。和前面一樣，來(lái)自激勵(lì)器18的漸消失波例如以頻率f5充滿建筑物10。一個(gè)與內(nèi)部遠(yuǎn)程設(shè)備相關(guān)的探頭36從漸消失波拾取該電纜電視信號(hào)。這樣，無(wú)線傳輸內(nèi)部電纜電視信號(hào)。
圖5原理表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)無(wú)線通信結(jié)構(gòu)的內(nèi)部環(huán)境。在本例中，從衛(wèi)星TV天線和LNB 42來(lái)的信號(hào)通過(guò)建筑物10的外墻34傳遞到內(nèi)部SATCOM接收機(jī)44。SATCOM接收機(jī)44發(fā)送信號(hào)給集線器14上的濾波調(diào)諧器和頻率轉(zhuǎn)換器46，該信號(hào)被傳送到激勵(lì)器18。激勵(lì)器18產(chǎn)生頻率為f6的漸消失波，該漸消失波充滿建筑物10。漸消失波借助布線和位于墻壁48之內(nèi)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)傳播通過(guò)建筑物10的內(nèi)部墻壁48。這些墻壁48之內(nèi)的常規(guī)導(dǎo)線對(duì)漸消失波在整個(gè)建筑物10內(nèi)的傳輸不產(chǎn)生影響。另外，漸消失波的傳播獨(dú)立于建筑物10內(nèi)的人的行動(dòng)，不被中斷。
一個(gè)探頭和頻率轉(zhuǎn)換器50，也稱為TV上變換器，接收從激勵(lì)器18來(lái)的頻率信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)由集線器14從SATCOM接收機(jī)44發(fā)送。建筑物10內(nèi)的遠(yuǎn)程設(shè)備，在本圖表示為TV，通過(guò)探頭輸入接收該信號(hào)。如已經(jīng)指出的，外部干擾被嚴(yán)重衰減。內(nèi)部信號(hào)相應(yīng)可靠。另外，在網(wǎng)絡(luò)處理器上實(shí)現(xiàn)的代碼保護(hù)該內(nèi)部信號(hào)的安全。相似地，可以使用其它外部信號(hào)源，諸如AM/FM無(wú)線電、電視、蜂窩和PCS信號(hào)、GPS、商業(yè)SATCOM、氣象衛(wèi)星廣播等。
圖6原理表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)無(wú)線遙控系統(tǒng)。如圖5所示，衛(wèi)星TV天線和LNB 42給內(nèi)部SATCOM接收機(jī)44傳遞信號(hào)。SATCOM接收機(jī)44傳送這一信號(hào)到集線器14上的濾波調(diào)諧器和頻率轉(zhuǎn)換器46。衛(wèi)星TV信號(hào)通過(guò)傳遞該信號(hào)到探頭和頻率轉(zhuǎn)換器50內(nèi)部重新廣播，所述通信被通過(guò)由激勵(lì)器18產(chǎn)生的頻率為f6的漸消失波實(shí)現(xiàn)。探頭和頻率轉(zhuǎn)換器50把這一信號(hào)傳送到本例以及前例中的TV天線輸入。
本例中的頻道選擇通過(guò)一個(gè)探頭和遙控單元頻道選擇器(發(fā)射機(jī))52實(shí)現(xiàn)。該探頭和遙控單元頻道選擇器(發(fā)射機(jī))52以頻率f7傳遞信號(hào)到激勵(lì)器18。激勵(lì)器18傳送該信號(hào)到集線器14上的控制接收機(jī)54?？刂平邮諜C(jī)54與也在集線器14上的濾波調(diào)諧器和頻率轉(zhuǎn)換器46交換信息。
圖7原理表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)無(wú)線通信結(jié)構(gòu)中的局域網(wǎng)。到因特網(wǎng)或公司局域網(wǎng)(LAN)諸如電纜、DSL、以太網(wǎng)的連接的外部源12發(fā)送信號(hào)到集線器14上的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)接口調(diào)制解調(diào)器56。也在集線器14上的網(wǎng)絡(luò)控制器58與網(wǎng)絡(luò)接口調(diào)制解調(diào)器56交換數(shù)據(jù)?？梢允褂靡粋€(gè)雙工器、調(diào)制解調(diào)器、發(fā)射機(jī)、和/或接收機(jī)從集線器14傳遞信號(hào)到激勵(lì)器18。與電纜、DSL、電話、以太網(wǎng)，或公司LAN、或其它LAN連接的外部接口使用標(biāo)準(zhǔn)接口調(diào)制解調(diào)器以連接網(wǎng)絡(luò)控制器58。雙工器、調(diào)制解調(diào)器、發(fā)射機(jī)、和/或接收機(jī)60以頻率f8發(fā)送信號(hào)和以頻率f9從激勵(lì)器18接收信號(hào)。
結(jié)構(gòu)10內(nèi)的遠(yuǎn)程設(shè)備諸如計(jì)算機(jī)64上的探頭、調(diào)制解調(diào)器、和接收機(jī)62以頻率f8接收信息。該信息被傳送到計(jì)算機(jī)64，計(jì)算機(jī)與探頭、調(diào)制解調(diào)器、和發(fā)射機(jī)62交換信息以便以頻率f9給集線器發(fā)送信息。網(wǎng)絡(luò)處理器管理計(jì)算機(jī)到外部源的連接?？梢栽L問(wèn)該結(jié)構(gòu)內(nèi)的另外的計(jì)算機(jī)，或者通過(guò)時(shí)間共享這些計(jì)算機(jī)之間的f8和f9，或者通過(guò)分配其它頻率給這些計(jì)算機(jī)。
為了為遠(yuǎn)程元件和設(shè)備(62，64)內(nèi)部交換信息，信息從一個(gè)元件和/或設(shè)備(62，64)經(jīng)由集線器14發(fā)送到位于建筑物10內(nèi)的另一個(gè)元件和/或設(shè)備(62，64)。在包含多訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的地方，集線器14為避免碰撞的目的產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)。
圖8原理表示無(wú)線通信結(jié)構(gòu)中的安全系統(tǒng)。外部源12提供到在集線器14上的內(nèi)部安放的調(diào)制解調(diào)器66的外部連接，諸如外部電纜、DSL、電話線、到因特網(wǎng)或公司LAN的以太網(wǎng)連接。調(diào)制解調(diào)器66與安全控制器68交換信息。集線器14上的雙工器、調(diào)制解調(diào)器、發(fā)射機(jī)、和/或接收機(jī)幫助通過(guò)激勵(lì)器18傳遞信號(hào)到建筑物10內(nèi)的設(shè)備。安全控制器以頻率f10請(qǐng)求傳感器信息。傳感器以頻率f11回答。安全監(jiān)視器以頻率f12經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器給外部系統(tǒng)或給內(nèi)部遠(yuǎn)程監(jiān)視器70提供安全信息。
傳感器和視頻攝像機(jī)數(shù)據(jù)通過(guò)由激勵(lì)器18產(chǎn)生的頻率為f12的漸消失波傳遞，并由連接到遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視器和控制器70上的探頭、調(diào)制解調(diào)器和接收機(jī)接收。遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視器70以頻率f13與集線器14和其中的元件18、60、68和66通信。其它模塊72連接到遠(yuǎn)程設(shè)備上，諸如本例中的視頻攝像機(jī)74和安全傳感器76，用于從這些遠(yuǎn)程設(shè)備74、76傳遞數(shù)據(jù)到在建筑物10內(nèi)的安全控制器68。遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視器和控制系統(tǒng)62、70還中繼數(shù)據(jù)到集線器14。
圖9是一個(gè)流程圖，表示根據(jù)本發(fā)明在無(wú)線通信結(jié)構(gòu)中使用集線器和探頭系統(tǒng)的過(guò)程。在探作78，從集線器傳遞第一信號(hào)。這一信號(hào)可以傳遞到位于該結(jié)構(gòu)內(nèi)連接到探頭上的遠(yuǎn)程設(shè)備。該信號(hào)可以由該結(jié)構(gòu)的外部源，諸如衛(wèi)星電視、電纜電視、因特網(wǎng)供應(yīng)商、或電話供應(yīng)商產(chǎn)生。該信號(hào)可以由在該結(jié)構(gòu)內(nèi)的一個(gè)第二遠(yuǎn)程設(shè)備產(chǎn)生(亦即內(nèi)部信號(hào))，諸如連接到集線器的DVD播放機(jī)或計(jì)算機(jī)。該信號(hào)通過(guò)由激勵(lì)器產(chǎn)生的漸消失波傳遞(到遠(yuǎn)程設(shè)備)。在操作80，允許一個(gè)探頭接收該信號(hào)。在操作82，在集線器上通過(guò)激勵(lì)器從探頭接收一個(gè)第二信號(hào)。第一信號(hào)和第二信號(hào)的頻率可以在0.5-100MHz之間的射頻范圍。激勵(lì)器通過(guò)結(jié)構(gòu)墻壁內(nèi)的導(dǎo)電元件從探頭接收第二信號(hào)。
第一信號(hào)從集線器傳遞，第二信號(hào)由集線器接收。第一和第二信號(hào)的源可以是外部的或內(nèi)部的。外部源包括從結(jié)構(gòu)外部傳遞信息的源，而內(nèi)部源包括從結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳遞信息的源，諸如遠(yuǎn)程設(shè)備。遠(yuǎn)程設(shè)備例如包括DVD播放機(jī)、計(jì)算設(shè)備等。信息的外部源可以類似地包括例如DVD播放機(jī)、計(jì)算設(shè)備、無(wú)線電等。
信號(hào)可以以變化的頻率傳遞。信號(hào)通過(guò)集線器以便重新內(nèi)部或外部傳遞。集線器可以包括雙工器、功率放大器、接收機(jī)、頻率變換器、調(diào)制解調(diào)器、發(fā)射機(jī)、安全控制器、或網(wǎng)絡(luò)處理器。集線器可以另外包括其它適用于本發(fā)明的元件。例如，更多的例子有集線器可以包括濾波調(diào)諧器或BOB。雙工器可以允許全雙工傳輸或半雙工傳輸數(shù)據(jù)。半雙工傳輸數(shù)據(jù)可以通過(guò)發(fā)射/接收開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。
集線器上的調(diào)制解調(diào)器可以連接到外部電纜、DSL、電話線、連接到因特網(wǎng)的以太網(wǎng)、或連接到局域網(wǎng)的以太網(wǎng)連接。這允許與外部源通信。另外，外部源可以通過(guò)無(wú)線傳輸與集線器通信。
第一信號(hào)可以通過(guò)激勵(lì)器從遠(yuǎn)程設(shè)備傳輸?shù)郊€器。在這一場(chǎng)合，第二信號(hào)可以由集線器經(jīng)由激勵(lì)器發(fā)送到在該結(jié)構(gòu)內(nèi)的另一個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備。
在另一個(gè)可選擇的實(shí)施例中，一個(gè)集線器可以連接到該結(jié)構(gòu)內(nèi)的另一個(gè)集線器上。另外，在結(jié)構(gòu)內(nèi)可以存在多于一個(gè)的集線器。激勵(lì)器可以共享一個(gè)集線器或具有單獨(dú)的集線器，單獨(dú)的集線器能夠通過(guò)直接連接彼此通信。另外，集線器彼此可以不直接連接。
在上面提到的例子以外，可以對(duì)所述系統(tǒng)和方法進(jìn)行各種其它的修改和改變而不離開(kāi)本發(fā)明。因此，上述公開(kāi)不應(yīng)該認(rèn)為是限制性的，所附權(quán)利要求被解釋為包容本發(fā)明的全部精神和范圍。
工業(yè)應(yīng)用性在運(yùn)行時(shí)，外部信號(hào)傳遞到一個(gè)適應(yīng)允許在其內(nèi)進(jìn)行無(wú)線通信的結(jié)構(gòu)。外部信號(hào)到達(dá)位于該結(jié)構(gòu)內(nèi)的集線器。集線器處理該信號(hào)并發(fā)送它到激勵(lì)器。激勵(lì)器通過(guò)由激勵(lì)器產(chǎn)生的漸消失波以由集線器提供的一個(gè)頻率把該信號(hào)發(fā)送出去。
信號(hào)沿漸消失波傳播到可拆卸連接到遠(yuǎn)程設(shè)備上的探頭，探頭適應(yīng)接收該信號(hào)。探頭中繼接收到的信號(hào)到應(yīng)用電子設(shè)備(亦即遠(yuǎn)程設(shè)備)。應(yīng)用電子設(shè)備處理這些信息并可以產(chǎn)生輸出信號(hào)。探頭電磁耦合這一輸出信號(hào)到結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電元件，后者回送該輸出信號(hào)到激勵(lì)器。激勵(lì)器把該輸出信號(hào)傳送到集線器。集線器可以傳送該輸出信號(hào)到位于該結(jié)構(gòu)內(nèi)的另一個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備，和/或該輸出信號(hào)可以傳送到該結(jié)構(gòu)外部的外部設(shè)備。因此，集線器允許在無(wú)線通信結(jié)構(gòu)內(nèi)交換信息(亦即內(nèi)部)以及從無(wú)線通信結(jié)構(gòu)內(nèi)到外部設(shè)備或反之交換信息。
由于上述以及其它理由，可望本發(fā)明的集線器和探頭系統(tǒng)將具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用。因此，期望本發(fā)明的商業(yè)應(yīng)用廣泛而持久。
權(quán)利要求
1.一種在無(wú)線通信結(jié)構(gòu)內(nèi)的集線器和探頭系統(tǒng)，包括(a)一個(gè)用于傳遞至少一個(gè)第一信號(hào)的集線器，其中，所述信號(hào)通過(guò)由一個(gè)激勵(lì)器產(chǎn)生的漸消失波傳遞；(b)一個(gè)用于接收所述信號(hào)的探頭；(c)包括在無(wú)線通信結(jié)構(gòu)的墻壁中的導(dǎo)電元件，用于從所述探頭接收至少一個(gè)第二信號(hào)，導(dǎo)電元件傳遞該第二信號(hào)到激勵(lì)器；(d)其中，第二信號(hào)通過(guò)激勵(lì)器回送到集線器。
2.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)第一信號(hào)或第二信號(hào)從外部源和內(nèi)部源中的至少一個(gè)傳遞到集線器。
3.如權(quán)利要求2所述系統(tǒng)，其中，第一信號(hào)和第二信號(hào)中的至少一個(gè)包括從衛(wèi)星電視、電纜電視、因特網(wǎng)供應(yīng)商、計(jì)算設(shè)備、電話供應(yīng)商、DVD播放機(jī)、電視、和電話中至少一個(gè)來(lái)的信息。
4.如權(quán)利要求2所述系統(tǒng)，其中，外部源包括從所述結(jié)構(gòu)外部傳遞的信息。
5.如權(quán)利要求2所述系統(tǒng)，其中，內(nèi)部源包括從所述結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳遞的信息。
6.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中，集線器包括雙工器、功率放大器、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、頻率變換器、調(diào)制解調(diào)器、安全控制器和網(wǎng)絡(luò)處理器中的至少一個(gè)。
7.如權(quán)利要求6所述系統(tǒng)，其中，雙工器允許全雙工傳輸數(shù)據(jù)和半雙工傳輸數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求7所述系統(tǒng)，其中，半雙工傳輸由發(fā)射/接收開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。
9.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中，探頭連接到遠(yuǎn)程設(shè)備上，后者使用包含在第一信號(hào)和第二信號(hào)中的至少一個(gè)中的信息。
10.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中，第一信號(hào)和第二信號(hào)中的至少一個(gè)在0.5-100MHz之間的射頻范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中，第一信號(hào)和第二信號(hào)處于不同的射頻。
12.一種使用在無(wú)線通信結(jié)構(gòu)內(nèi)的集線器和探頭系統(tǒng)的方法，包括步驟(a)傳遞至少一個(gè)第一信號(hào)，其中，所述信號(hào)通過(guò)由一個(gè)激勵(lì)器產(chǎn)生的漸消失波傳遞；(b)允許一個(gè)探頭接收所述信號(hào)；以及(c)通過(guò)激勵(lì)器從所述探頭接收至少一個(gè)第二信號(hào)，激勵(lì)器通過(guò)在所述結(jié)構(gòu)的墻壁中的導(dǎo)電元件從所述探頭接收第二信號(hào)。
13.如權(quán)利要求12所述方法，其中，第一信號(hào)和第二信號(hào)中的至少一個(gè)從外部源和內(nèi)部源中的至少一個(gè)傳遞。
14.如權(quán)利要求13所述方法，其中，第一信號(hào)和第二信號(hào)中的至少一個(gè)包括從衛(wèi)星電視、電纜電視、因特網(wǎng)供應(yīng)商、計(jì)算設(shè)備、電話供應(yīng)商、DVD播放機(jī)、電視、和電話中至少一個(gè)來(lái)的信息。
15.如權(quán)利要求13所述方法，其中，外部源包括從所述結(jié)構(gòu)外部傳遞的信息。
16.如權(quán)利要求13所述方法，其中，內(nèi)部源包括從所述結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳遞的信息。
17.如權(quán)利要求12所述方法，其中，雙工器、功率放大器、接收機(jī)、頻率變換器、調(diào)制解調(diào)器、發(fā)射機(jī)、安全控制器和網(wǎng)絡(luò)處理器中的至少一個(gè)被包括用于傳遞第一信號(hào)。
18.如權(quán)利要求17所述方法，其中，雙工器允許全雙工傳輸數(shù)據(jù)和半雙工傳輸數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)。
19.如權(quán)利要求18所述方法，其中，半雙工傳輸由一個(gè)發(fā)射機(jī)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。
20.如權(quán)利要求12所述方法，其中，探頭連接到遠(yuǎn)程設(shè)備上，后者使用包含在第一信號(hào)和第二信號(hào)中的至少一個(gè)中的信息。
21.如權(quán)利要求12所述方法，其中，第一信號(hào)和第二信號(hào)中的至少一個(gè)在0.5-100MHz之間的射頻范圍內(nèi)。
22.如權(quán)利要求12所述方法，其中，第一信號(hào)和第二信號(hào)處于不同的射頻。
全文摘要
提供一種方法，用于使用和實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信結(jié)構(gòu)內(nèi)的集線器和探頭系統(tǒng)。集線器傳遞第一信號(hào)。該信號(hào)通過(guò)由激勵(lì)器產(chǎn)生的漸消失波傳遞。探頭通過(guò)漸消失波從激勵(lì)器接收信號(hào)。包含在無(wú)線通信結(jié)構(gòu)墻壁中的導(dǎo)電元件從探頭接收第二信號(hào)。導(dǎo)電元件傳遞第二信號(hào)到激勵(lì)器。激勵(lì)器回送第二信號(hào)到集線器。
文檔編號(hào)H04H1/00GK1460337SQ01815890
公開(kāi)日2003年12月3日 申請(qǐng)日期2001年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月19日
發(fā)明者R·W·黑特, J·M·馬歇爾 申請(qǐng)人:株式會(huì)社科科莫Mb通訊