專利名稱：具有雙波段貼片天線系統(tǒng)的光纖承載無線電應答器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及光纖承載無線電(radio-over-fiber(RoF))系統(tǒng)，尤其 涉及的是在RoF系統(tǒng)中使用的應答器。
背景技術：
隨著對于高速移動數(shù)據(jù)通信的需要持續(xù)增長，無線通信也在快速發(fā)展。舉 個例子，在很多不同類型的區(qū)域(咖啡店、機場、醫(yī)院、圖書館等等)中正在 部署所謂的"無線高保真"或"WiFi"系統(tǒng)以及無線局域網(wǎng)(WLAN)。典型的 無線通信系統(tǒng)具有與經(jīng)由有線電纜而與接入點設備相連的頭端站(head-end station)。接入點設備包括數(shù)字信息處理電子設備以及以可操作的方式與天線 相連的RF發(fā)射機/接收機。接入點設備與名為"客戶機"的無線設備進行通信， 該"客戶機"必須駐留在無線范圍或是"小區(qū)覆蓋區(qū)域"以內(nèi)，以便與接入點 設備進行通信。
指定小區(qū)的大小是由接入點設備傳送的RF功率總量、接收機靈敏度、天 線增益、RF環(huán)境以及無線客戶機設備的RF發(fā)射機/接收機靈敏度確定的?？?戶機設備通常具有固定的RF接收靈敏度，由此，接入點設備的上述屬性大致 確定了小區(qū)大小。如果將多個接入點設備與頭端控制器相連，則可以創(chuàng)建大量 小區(qū)，這些小區(qū)將會在擴展區(qū)域上提供蜂窩覆蓋。
一種用于部署無線通信系統(tǒng)的方法包括創(chuàng)建"微微區(qū)"，這些微微區(qū)是半 徑從大約數(shù)米到大約20米的無線小區(qū)。由于微微區(qū)覆蓋的是很小的區(qū)域，因 此在每一個微微區(qū)中通常只有少量用戶(客戶機)。在微蜂窩覆蓋區(qū)域上，密 集的微微區(qū)陣列會為每一個用戶提供很高的數(shù)據(jù)吞吐量。此外，對某些區(qū)域來 說，在被常規(guī)基站創(chuàng)建的較大小區(qū)覆蓋時，這些區(qū)域的信號強度將會很弱，而 微微區(qū)可以為其提供選擇性的無線覆蓋。
在創(chuàng)建微微區(qū)的無線系統(tǒng)中，其中一種系統(tǒng)使用了在光纖上發(fā)送的射頻 (RF)信號——簡稱"光纖承載無線電"或"RoF"。此類系統(tǒng)包括經(jīng)由光纖鏈路而與應答器光耦合的頭端站。與常規(guī)的接入點設備不同，該應答器不具有數(shù) 字信息處理能力。相反，數(shù)字處理能力駐留在頭端站中。對RF信號來說，應 答器是透明的，它僅僅是將那些從光纖鏈路輸入的光信號轉換成了電信號，然 后，電信號將會經(jīng)由天線而被轉換成輻射電磁信號。該天線還接收來自一個或 多個客戶機設備的輻射電磁信號，并且將輻射電磁信號轉換成電信號。然后， 應答器將電信號轉換成光信號，這些光信號隨后將會經(jīng)由光纖鏈路而被發(fā)送到 頭端站。
通常，在整個光纖電纜中部署了多個應答器以作為"應答器陣列"，其中 光纖電纜運載的是與應答器光耦合的光纖鏈路。與應答器相關聯(lián)的微微區(qū)形成 了微蜂窩覆蓋區(qū)域。為了減小微微區(qū)串擾，我們可以使用高指向性的應答器天線。
對微蜂窩無線系統(tǒng)來說，其應用包括提供在建筑物內(nèi)部提供多種不同服務，
例如無線局域網(wǎng)(WL認)、語音、RFID追蹤、溫度和/或照明控制，并且這些 應用通常是通過部署一條或多條靠近天花板的光纖電纜來實現(xiàn)的。這類應用需 要將微微區(qū)定位在光纖電纜的正下方，由此需要在多個頻率上工作的高效的小 型定向應答器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面是包含了轉換器單元的RoF應答器，其中該轉換器單元 被適配成將RF電信號轉換成光信號，反之亦然。天線系統(tǒng)通常與轉換器單元 相耦合。在天線基底表面形成了第一和第二Z型貼片天線元件，并且這些天線 元件被適配成分別在第一微微區(qū)上以第一頻率fA發(fā)射和接收射頻(RF)電磁 輻射。此外，在第一與第二Z型貼片天線元件之間的天線基底表面上還形成了 方形貼片天線元件。該方形貼片天線被適配成在第二微微區(qū)以第二頻率fe發(fā) 射和接收RF電磁輻射("電磁信號")，其中所述第二微微區(qū)至少與第一微微區(qū) 基本重疊，由此第一和第二微微區(qū)基本上是處于同一位置的。
本發(fā)明的另一個方面是RoF微蜂窩無線系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括被適配成提供第 一和第二下行鏈路RF光信號的頭端站，其中該信號具有相應的第一和第二頻 率f,、和fB。該頭端站還被適配成接收和處理第一和第二上行鏈路RF光信號， 其中該信號具有相應的第一和第二頻率f,、和fB的。此外，該系統(tǒng)還包括與頭端站光耦合的光纖電纜。該光纖電纜具有一個或多個光纖通信鏈路，并且這些
鏈路被適配成運載第一和第二下行鏈路RF光信號以及第一和第二上行鏈路光
信號。更進一步，該系統(tǒng)還包括一個或多個應答器，并且這些應答器分別與相 應的一個或多個光纖通信鏈路光耦合。該應答器具有一個轉換器單元，它被適
配成將RF光信號轉換成RF電信號，反之亦然。該應答器包括具有第一和第二 Z型貼片天線元件的微帶天線系統(tǒng)。這些天線元件被適配成分別在第一微微區(qū) 以第一頻率fA來發(fā)射和接收RF電磁輻射。此外，該天線系統(tǒng)還包括排列在第 一和第二 Z型貼片天線元件之間的方形貼片天線元件。該方形貼片天線元件被 適配成在與第一微微區(qū)基本處于相同位置的第二微微區(qū)上以第二頻率fB來發(fā) 射和接收RF電磁輻射。相鄰應答器的微微區(qū)基本上是不重疊的，也就是說， 它們基本上是互不干擾的。
本發(fā)明的另一個方面是一種用于在相應的第一和第二頻率上產(chǎn)生第一和 第二基本重疊(由此基本處于相同位置)的第一和第二微微區(qū)的方法。該方法 包括向RoF應答器提供具有相應的第一和第二頻率&和fB的第一和第二下 行鏈路光信號。該方法還包括在應答器上將第一和第二下行鏈路光信號轉換
成相應的第一和第二電信號。此外，該方法還包括將第一下行鏈路電信號饋
送到被適配成在第一 fA上執(zhí)行發(fā)射的Z型貼片天線，以便形成第一微微區(qū)， 以及將第二下行鏈路電信號饋送到被適配成在第二頻率fB上執(zhí)行發(fā)射的方形
貼片天線，以便形成與第一微微區(qū)基本處于相同位置的第二微微區(qū)。
在后續(xù)的詳細描述中將會闡述本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點，對本領域技術人 員來說，從該描述中可以清楚了解本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點，此外，通過實踐 包括后續(xù)詳細描述、權利要求以及附圖所描述的發(fā)明，本領域技術人員也能夠 認識本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點。
應該理解的是，以上的一般描述以及后續(xù)的詳細描述給出的是本發(fā)明的實 施例，并且它們旨在提供一種概觀或框架，以便理解其所要保護的發(fā)明的特性 和特征。為了提供關于本發(fā)明的更進一步的理解，在這里包含了附圖，并且這 些附圖將被引入并構成本說明書的一部分。這些附圖描述了本發(fā)明的不同實施 例，并且它們連同本描述一起用于說明本發(fā)明的原理和操作。
相應地，為了易于說明和例證，在附圖中并未完全顯示各種基本電子電路
元件以及信號調(diào)節(jié)組件，例如偏壓接頭(biastee)、 RF濾波器、放大器、功率分配器等等。對本領域技術人員來說，在本發(fā)明中應用此類基本電子電路元 件是顯而易見的。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的RoF平面應答器的實施例的透視示意圖； 圖2是圖1中應答器的微帶貼片天線系統(tǒng)的實施例的平面圖； 圖3是圖1中應答器的轉換器單元的實施例的詳細示意圖，并且它還示意
性示出了如何將貼片天線系統(tǒng)電耦合到轉換器單元；
圖4A和圖4B分別是圖2中的Z型2. 5GHz發(fā)射和接收貼片天線的回波損
耗(return loss)與隔離度(isolation)的頻率(GHz)和功率(dB)對比
曲線圖5是關于圖2中的5. 2GHz方形貼片天線的回波損耗與隔離度的頻率 (GHz)和功率(dB)對比曲線圖6A是使用了本發(fā)明的應答器并且在光纖電纜內(nèi)部支持的RoF微蜂窩無 線系統(tǒng)的示意圖6B與圖6A相似，并且它示出的是一個實施例，在該實施例中，應答器 是由光纖電纜運載的光纖通信鏈路支持的，并且它駐留在光纖電纜的保護性外 套以外；
圖7是與6A的系統(tǒng)中的一部分光纖電纜的特寫詳細示意圖，它顯示了由 處于兩個不同頻率fA和fB的每一個應答器所產(chǎn)生的兩個微微區(qū)，并且顯示了 處于兩個不同頻率的上行鏈路和下行鏈路電磁信號，其中該信號是在每一個微 微區(qū)的客戶機設備與應答器之間交換的；
圖8是用于圖6A的系統(tǒng)的頭端站的實施例的詳細示意圖9是使用了副載波調(diào)制(SCM)的雙端口應答器的實施例的詳細示意以及
圖10是與圖8相似的頭端站的實施例的詳細示意圖，但是該頭端站被修 改成與圖9所示類型的一個或多個雙端口應答器相兼容。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中這些實施例是在附圖中例證的。只要可能，在附圖中將會始終使用相同或相似的參考數(shù)字來標引相同或相 似的部分。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的RoF平面應答器10的實施例的透視示意圖。應答器 10包括具有轉換器單元外殼22的轉換器單元20，以及與轉換器單元電耦合的 微帶貼片天線系統(tǒng)("天線系統(tǒng)")30。應答器10還包括介于轉換器單元20 與天線系統(tǒng)30之間的導電接地層40，其中該接地層具有接地42或者能以其 他方式與接地42相連。在一個實施例中，導電接地層40是在天線基底32的 背面34形成的金屬層，并且充當?shù)氖怯糜趯⑤椛淙肷涞綉鹌髦械姆瓷浣拥?平面。用于導電接地層40的材料是銅和金。導電接地層40的典型厚度大約是 數(shù)十微米。
天線系統(tǒng)
圖2是圖1中天線系統(tǒng)30的實施例的平面圖。天線系統(tǒng)30包括具有上表 面34的絕緣天線基底32。在一個實施例中，天線基底32是用(實)介電常 數(shù)~=9'2、 s'/^—tan^aOGl (其中s'是介電常數(shù)的虛部)以及高度(厚度)
為1. 6皿的氧化鋁制成的。天線系統(tǒng)30包括兩個Z型集成微帶天線元件("貼 片")40T和40R，并且這二者是在上表面34上形成的。貼片40T和40R分別 被設計成在第一頻率fA上充當發(fā)射和接收天線，在一個實施例中，該頻率是 一個處于2. 4GHz波段的頻率。貼片40T和40R分別包括發(fā)射和接收饋送點(端 口 ) 42T和42R。
天線系統(tǒng)30還包括介于貼片40T與40R之間的方形天線元件(貼片)50。 貼片50被設計成以第二頻率fB來執(zhí)行發(fā)射和接收，在一個實施例中，所述第 二頻率是一個處于5. 2GHz波段中的頻率。貼片50包括發(fā)射饋送點(端口 ) 52T 以及接收端口 52R。
如圖1和2所示，天線系統(tǒng)30具有多個尺寸的dl至d9以及L24和L52。 在天線系統(tǒng)30的一個實施例中，這些尺寸如下dl為50mm， d2為9mm， d3 為150mm， d4為1.6mm， L52為8mm， d5為l腿，d6為2. 2mm， d7為4. 5mm， d8為3. 2mm， d9為14. 4匪以及L24為17. 6mm。
如下所述，本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例是易于引入光纖電纜中或以其他方式 為光纖電纜所支持的小型應答器IO。相應地，在實施例中，天線基底表面34具有一個與轉換器單元外殼22的大小基本對應的區(qū)域。關于這一點，較為優(yōu) 選的是避免為2. 4GHz波段使用雙端口方形貼片天線，這是因為天線貼片大小 會隨波長而遞增，并且將會導致產(chǎn)生非小型應答器。
天線系統(tǒng)30的屬性主要是由天線基底32的介電常數(shù)和厚度、需要的頻率 fa和fB (例如2. 4GHz和5. 2GHz),轉換器單元20的大小以及為轉換器單元外 殼22所使用的材料決定的。對特定頻率f,和fB來說，天線系統(tǒng)30的設計是 通過電磁建模軟件的可用性來簡化的，其中舉例來說，該電磁建模軟件可以是 倉巨從Ansoft Corporation, Pittsburg, PA《導到的Ansoft HFSS。
在實施例中，以下起始天線參數(shù)將被使用
其中， "代表的是處于頻率x.yGHz的天線基底材料內(nèi)部的波長。舉個例 子，在2. 4GHz時，對介電常數(shù)s,. =9'2的氧化鋁天線基底32來說，&24二4. 037cm。 結合這些起始尺寸，還可以借助諸如計算機仿真之類的手段來確定貼片天線 40T、 40R和50的各種參數(shù)，例如回波損耗、輻射圖案(pattern)方向性、 帶寬、大小以及隔離度。
轉換器單元
圖3是用于圖1應答器10的四端口轉換器單元20的實施例的示意圖。轉 換器單元10被顯示成與光纖通信鏈路75光耦合，其中在實施例中，該鏈路包 括與四個轉換器單元的端口 Pl至P4相耦合的四條光纖分別運載了頻率為 f八的下行鏈路光信號SD',、和頻率為fB的SD' B的下行鏈路光纖76DA和76DB， 以及分別運載了頻率為f,、的上行鏈路光信號SU' A和頻率為fB的SU' b的上行 鏈路光纖76UA和76UB。為了易于例證和論述，標記與端口 Pl至P4相連并且 擴展到轉換器外殼22中的光纖部分為與連至特定端口的相關下行鏈路和上行 鏈路光纖相對應。
轉換器單元20包括電/光(E/0)轉換器60A和60B，并且這些轉換器被 適配成分別將上行鏈路電信號SU、和SUB轉換成相應的上行鏈路光信號SU' A 和SU， b。轉換器10還包括光電轉換器(0/E) 62A和62B，并且它們會將下行 鏈路光信號SD',、和SD' B轉換成相應的下行鏈路電信號SDA和SD,i。 E/0轉換
ii器60A和60B分別與上行鏈路光纖76UA和76UB的相應輸入端70A和70B光耦 合。同樣，0/E轉換器62A和62B分別與下行鏈路光纖76DA和76DB的相應輸 出端72A和72B光耦合。
在一個實施例中，轉換器單元20包括與電力線82以及E/0轉換器60A 和60B電耦合的DC電源轉換器80，以及0/E轉換器62A和62B。直流DC電源 轉換器80被適配成改變電壓電平，并且提供轉換器單元20中的功耗元件所需 要的電力。在實施例中，DC電源轉換器80要么是DC/DC電源轉換器，要么是 AC/DC電源轉換器，這一點取決于電力線82運載的電力信號84的類型。在實 施例中，電力線82包括一條或多條電力運載線路(未顯示)。
在圖3的轉換器單元20的實施例中，E/0轉換器60A被適配成接收來自 接收機貼片天線40R的上行鏈路電信號SUA，并且將其轉換成上行鏈路光信號 SU' A。在實施例中，E/0轉換器單元60A包括與上行鏈路光纖76UA的輸入端 70A光耦合的激光器IOOA，與激光器電耦合的偏壓-T單元106A，與偏壓-T單 元電耦合并且被適配成放大頻率為fA的電信號的放大器IIOA，以及與放大器 電耦合并且被適配成過濾頻率為fA的電信號的RF濾波器114A。 RF電纜部分 110A與RF濾波器114A電耦合。RF電纜部分118A運載的是上行鏈路電信號 SDa，并且通往接收機貼片40R上的接收端口 42R。
同樣，E/0轉換器60B被適配成接收來自貼片天線50的上行鏈路電信號 SU ，并且將其轉換成上行鏈路光信號SU， B。在實施例中，E/0轉換器60B包 括與上行鏈路光纖76UB的輸入端70B光耦合的激光器IOOB，與激光器電耦合 的偏壓-T單元106B，與偏壓-T單元電耦合并且被適配成放大頻率為fB的電信 號的放大器IIOB，以及與放大器電耦合并且被適配成過濾頻率為fB的電信號 的RF濾波器114B。 RF電纜部分118B與RF濾波器114B電連接。該RF電纜部 分118B運載的是上行鏈路電信號SDb，并且通往接收機/發(fā)射機貼片天線50 上的接收端口 52R。
繼續(xù)參考圖3， 0/E轉換器62A被適配成接收下行鏈路光信號SD' A，并且 將其轉換成下行鏈路電信號SDA。在實施例中，0/E轉換器62A包括與下行鏈 路光纖76DA的輸出端72A電耦合的光電探測器120A，與光電探測器電耦合的 放大器IIOA，以及與放大器電耦合的RF濾波器114A。 RF電纜部分119A與RF 濾波器114A電耦合。該RF電纜部分119A運載的是下行鏈路電信號SDA，并且通往發(fā)射機貼片40T的發(fā)射端口 42T。
同樣，0/E轉換器62B被適配成接收下行鏈路光信號SD' b，并且將其轉 換成下行鏈路電信號SDB。在實施例中，0/E轉換器62B包括與下行鏈路光纖 76DB的輸出端72B光耦合的光電探測器120B，與光電探測器電耦合的放大器 110B,以及與放大器電耦合的RF濾波器114B。 RF電纜部分119B與RF濾波器 114B電耦合。該RF電纜部分119B運載的是下行鏈路電信號SDb，并且通往發(fā) 射機貼片50的發(fā)射端口 52T。
在實施例中，激光器100被適配成為一個或多個RoF應用提供充足的動態(tài) 范圍。對E/0轉換器60來說，關于適當激光器的實例包括激光二極管、分布 反饋(DFB)激光器、法布里-珀羅(FP)激光器以及VCSEL。
天線系統(tǒng)性能
圖4A和4B是示出了用于2. 4GHz的發(fā)射和接收貼片天線40T和40R的天 線系統(tǒng)30的實施例性能的頻率(GHz)和功率(dB)對比曲線圖。這兩個天線 元件是相同的，并且由此具有相同的輻射特性。圖4A描繪的是回波損耗，圖 4B描繪的是發(fā)射與接收信號之間的隔離度(isolation)。天線40T和40R之間 的隔離度大于30dB。這意味著盡管發(fā)射與接收貼片40T和40R鄰近，但是仍 舊存在很少的串擾。貼片天線40T和40R的輻射圖案大體上是朝著前方方向的， 也就是說，其與基底表面34是垂直的，并且具有大于20dB的較高前后比。高 前后比將會確保大多數(shù)有用輻射功率是朝向前方的。如下所述，低前后比則會 導致非預期的后向傳播輻射，并且將會導致與位于天線上方(也就是位于天線 后面或背面)的微微區(qū)串擾。
圖5描繪的是用于5. 2GHz貼片天線50的實施例的隔離度和回波損耗的頻 率(GHz)和功率(dB)曲線圖。發(fā)射端口 52T與接收端口 52R之間的隔離度 是25dB。這意味著盡管發(fā)射和接收端口 52T和52R非常接近(在關于貼片天 線50的上述實施例中，這個鄰近度是4.25mm)，但是串擾仍舊是受到限制的。 與2.4GHz貼片天線40T和40R—樣，該輻射圖案大致朝向前方(也就是天線 基底表面34正交)，并且具有大于20dB的相對較高的前后比。
帶有應答器的RoF光纖電纜圖6A是包含了具有保護性外套212的RoF光纖電纜210的RoF微蜂窩無 線系統(tǒng)200的示意圖。光纖電纜210與頭端站220光耦合，并且被適配成以可 操作的方式來支持一個或多個應答器10。RoF電纜210被顯示成排列在天花板 224上方，由此應答器10會向下朝著房間228的地板226來執(zhí)行發(fā)射。在實 施例中，天花板224對RF來說是透明的，并且應答器將會通過天花板來執(zhí)行 發(fā)射。
圖6B與圖6A相似，它示出的是將應答器10排列在光纖外套212外部的 實施例。在這個實施例中，光纖通信鏈路75以可操作的方式來支持每一個應 答器IO，并且基本上是在外套212的內(nèi)部運載的。但是，在相關聯(lián)的應答器 10上，每一個光纖通信鏈路75的一部分都會在保護性外套212以外延伸。這 樣做允許將應答器10放置在光纖電纜保護性外套212以外的理想位置，例如 直接放在天花板224上。
圖7是圖6A中的RoF光纖電纜210的特寫示意圖。RoF光纖電纜210運 載的是與如圖3所示的一個或多個相應應答器10光耦合的一個或多個光纖通 信鏈路75。在實施例中，外套212包括一個或多個凹槽242，這些凹槽分別容 納了一個或多個應答器10，以使應答器10可以位于光纖電纜內(nèi)部緊鄰保護性 外套的位置。關于天線系統(tǒng)30的小型微帶設計有助于將應答器10引入光纖電 纜210。在實施例中，天線基底32構成了轉換器單元外殼22的一個壁面 (wall)。
如上所述，每一個應答器10都被適配成接收從頭端站220發(fā)送且具有相 應頻率f,、和fB的下行鏈路光信號SD， a和SD' b。在實施例中，fA=2.4GHZ， fB二5.2GHz，并且它們代表的是不同的服務，例如語音和數(shù)據(jù)服務。每一個應 答器10將這些下行鏈路光信號轉換成相應的下行鏈路電信號SDa和SDb，并且 這些電信號分別被饋送到貼片天線40 T的傳輸端口 42T以及貼片天線50的傳 輸端口52T。然后，這些貼片天線分別輻射下行鏈路電磁信號SD" a和SD" b
(圖7)。這些電磁信號將會形成相應的微微區(qū)250A和250B，而這些相應的微 微區(qū)則在與天線基底表面34基本垂直的方向上延伸，由此在與光纖電纜210 局部垂直(也就是從光纖電纜往外)的方向上延伸。在實施例中，由指定應答 器10形成的微微區(qū)250A和250B基本處于相同位置——也就是說，它們基本 上是重疊的。此外，在實施例中，應答器10是分散的，由此，相鄰應答器的微微區(qū)并不位于相同位置，也就是說，它們基本上是不重疊的，并且由此基本 上是互不干擾的。
天線系統(tǒng)30的方向性形成了從天花板224向下朝著地板226的微微區(qū) 250A和250B。由于朝下的微微區(qū)基本上不與有可能在天花板上方房間的微微 區(qū)相重疊(干擾)，并且由于這種微微區(qū)為處于房間228內(nèi)部以及微微區(qū)250A 和/或250B內(nèi)部的客戶機設備260提供了可用性更高的輻射(也就是更強的下 行鏈路電磁信號SD" a和SD" b)，因此，這種微微區(qū)是合乎需求的。
客戶機設備260通常具有自己的天線系統(tǒng)262，并且該系統(tǒng)被適配成接收 電磁下行鏈路信號SD" a和/或SD" b，以及發(fā)射電磁上行鏈路信號SU" a和/或 SU" b?？蛻魴C設備260包括發(fā)射和接收語音和文本消息傳遞的蜂窩電話，以 及發(fā)射和接收數(shù)據(jù)的計算機和手持式設備。
來自一個或多個客戶機設備260的電磁上行鏈路信號SU" a被與微微區(qū) 250A相關聯(lián)的接收貼片天線52R所接收，并且被轉換成相應的上行鏈路電信 號S仏。這些電信號由E/0轉換器60A進行處理，并且該轉換器將會形上行鏈 路光信號SU' A，所述光信號則耦合到相應的光纖通信鏈路75的上行鏈路光纖 76UA中，并且被發(fā)送到頭端站220，以便進行處理。
同樣，電磁上行鏈路信號SU" B由關聯(lián)于微微區(qū)250B的貼片天線40R接 收，并且被轉換成相應的上行鏈路電信號SUB。這些電信號由E/0轉換器60B 進行處理，并且該轉換器將會形成上行鏈路光信號SU' b，其中所述光信號將 會耦合到相應光纖通信鏈路75的上行鏈路光纖76UB中，并且將被發(fā)送到頭端 站220，以便進行處理。
頭端站
圖8是頭端站220的實施例的詳細示意圖。頭端站220包括為一個或多個 特定無線服務或應用提供RF信號的控制器300，其中舉例來說，該服務可以 是位于&為2. 4GHz的語音服務以及位于f,;為5. 2GHz的數(shù)據(jù)服務。頭端站220 經(jīng)由電力線82與電源304電耦合，如上所述，該電力線被用于向每一個應答 器IO以及頭端站提供電力。
在實施例中，控制器300包括用于調(diào)制/解調(diào)RF信號的RF信號調(diào)制器/ 解調(diào)器單元310，用于產(chǎn)生數(shù)字信號的數(shù)字信號處理器312，用于處理數(shù)據(jù)以及在其它情況下執(zhí)行邏輯和計算操作的中央處理器(CPU) 314，以及用于存儲 數(shù)據(jù)的存儲器單元316。在實施例中，控制器300被適配成提供在IEEE802. 11 標準中規(guī)定的WLAN信號分布，也就是處于2. 4至2. 5GHz和/或從5. 0至6. 0GHz 的頻率范圍之中的WLAN信號分布。在實施例中，控制器300充當?shù)氖桥月穯?元(pass-through unit),它僅僅協(xié)調(diào)的是分發(fā)那些經(jīng)由通信鏈路322來自和 去往外部網(wǎng)絡320或是介于微微區(qū)之間的下行鏈路電信號SDA、 SDb和/或上行 鏈路電信號S仏、SUB。
頭端站220包括一個或多個頭端轉換器單元330，在實施例中，如果不與 應答器單元20相同，那么它們也是相似的，并且每一個頭端站轉換器單元都 具有E/0轉換器60A和60B以及0/E轉換器62A和62B。每一個E/0轉換器60A 和60B以及每一個0/E轉換器62A和62B都與控制器300電耦合，并且還經(jīng)由 相應的光通信鏈路75而與相應的應答器10光耦合。
如圖8所示，在實施例中，光通信鏈路75包括下行鏈路光纖76DA和76DB， 以及上行鏈路光纖76UA和76UB。在該實施例中，E/0轉換器60A與下行鏈路 光纖76DA的輸入端336A光耦合，E/0轉換器60B與下行鏈路光纖76DB的輸 入端336B光耦合，0/E轉換器62A與上行鏈路光纖76UA的輸入端338A光耦 合，并且E/0轉換器62B與上行鏈路光纖76UB的輸入端338B光耦合。
參考圖7和圖8，在關于RoF無線微蜂窩系統(tǒng)200的操作的實施例中，控 制器300中的數(shù)字信號處理器312產(chǎn)生與頻率f,、二2. 4GHz相對應的下行鏈路電 信號S1a。這個信號由RF信號調(diào)制器/解調(diào)器310接收和調(diào)制，以便創(chuàng)建被設 計成向一個或多個微微區(qū)250A中的一個或多個客戶機設備260傳送數(shù)據(jù)的下 行鏈路電RF信號("電信號")SDA。電信號S"被一個或多個E/0轉換器60A 接收，該轉換器將這個電信號轉換成相應的光信號SU' A，然后，所述光信號 被耦合到相應的一個或多個下行鏈路光纖760DA。
光信號SD',、經(jīng)由一條或多條下行鏈路光纖76DA傳播到相應的一個或多 個應答器IO，并且將被以如上所述的方式進行處理，以便與相應的一個或多 個微微區(qū)250A內(nèi)部的一個或多個客戶機設備260進行通信。來自一個或多個 客戶及設備260的電磁上行鏈路信號SD" A由相應的應答器10轉換成上行鏈 路光信號SU，，、，并且被耦合到相應的上行鏈路光纖76UA。在頭端站220上， 光信號SU' a由相應的一個或多個頭端轉換器單元330中的相應的一個或多個
16器62A將光信號SU' A轉回電信號SUA，然后， 該信號將被處理。在這里，在實施例中，"處理"包括下列各項中的一項或多 項在存儲器單元316中存儲信號信息；在控制器300中對信號進行數(shù)字處理 或調(diào)整(condition);無論經(jīng)過調(diào)整還是未經(jīng)調(diào)整，在一個或多個外部網(wǎng)絡 320上經(jīng)由通信鏈路322來發(fā)送電信號SUA;以及向相同或其他微微區(qū)250A內(nèi) 部的一個或多個客戶機設備260發(fā)送信號。在實施例中，關于信號S仏的處理 包括在RF信號調(diào)制器/解調(diào)器單元310中解調(diào)這個電信號，然后在數(shù)字信號處 理器312中處理解調(diào)信號。
此外，在關于系統(tǒng)200的操作的實施例中，控制器300中的數(shù)字信號處理 器312在頻率fB=5. 2GHz上產(chǎn)生下行鏈路數(shù)字RF信號S1B。這個信號由RF信 號調(diào)制器/解調(diào)器310接收和調(diào)制，以便創(chuàng)建被設計成向一個或多個微微區(qū) 250B中的一個或多個客戶機設備260傳遞數(shù)據(jù)的下行鏈路電RF信號("電信 號")SDB。電信號SDB被一個或多個E/0轉換器60B接收，該轉換器將這些電 信號轉換成相應的光信號SU' b，然后，這些光信號被耦合到一條或多條下行 鏈路光纖76DB中。
光信號SD' B經(jīng)由一條或多條下行鏈路光纖76DB傳播到相應的應答器10 中，并且將被按照如上所述的方式進行處理，以便與相應的一個或多個微微區(qū) 250B內(nèi)部的一個或多個客戶機設備260進行通信。來自一個或多個客戶機設 備260的電磁上行鏈路信號SD" B由相應的應答器10轉換成上行鏈路光信號 SU" b，并且被耦合到相應的一條或多條上行鏈路光纖76UB中。在頭端站220 上，光信號SU' b由頭端轉換器單元330中的相應的一個或多個0/E轉換器62B 所接收。該0/E轉換器62B將光信號SU' B轉回到電信號SUB，然后，所述電 信號將被以與上文中信號SUA所描述的方式相同的方式處理。
對應答器10來說，其雙波段處理能力允許頭端站220以兩個不同的頻率 f、和fB來提供不同的服務。
四光纖雙波段能力(capability)
如上所述的應答器10的實施例具有四個天線端口 (42T， 42R， 52T和52R) 以及四個光纖端口Pl, P2， P3和P4。對于應答器10的設計而言，這是一個 非常優(yōu)選的實施例。典型的多波段微帶天線使用的是與用于分離不同頻段中的
17電信號的濾波器相結合的單個天線端口。但是，這種方法增加了成本，并且引 入了與應答器10的附加電子設備的需要相關聯(lián)的復雜性，對應答器10來說， 較為優(yōu)選的是體積較小并且避免過于復雜。
雙光纖雙波段能力
本發(fā)明的實施例為每一個應答器使用了兩條光纖以及兩個光纖端口 Pl和
P2，而不是四條光纖和四個光纖端口。這種光纖數(shù)量的減少是使用副載波復用
(SCM)來實現(xiàn)的。圖9是根據(jù)本發(fā)明且用于雙光纖應答器10的轉換器單元 20的實施例的示意圖。圖9的雙光纖轉換器單元20與圖3的四光纖轉換器單 元20相似，但其差別在于與獨立的E/0轉換器60A和60B以及0/E轉換器62A 和62B不同，所需要的僅僅是一個E/0轉換器60以及一個0/E轉換器62。同 樣，只有兩個光纖端口 Pl和P2是必需的。E/0轉換器60包括SCM發(fā)射機400T, 該發(fā)射機經(jīng)由RF電纜118A與RF濾波器114以及貼片天線40R的接收機端口 42R電耦合，并且經(jīng)由RF電纜118B與貼片天線50的接收機端口 52R電耦合。 同樣，0/E轉換器62包括SCM接收機400R,它經(jīng)由RF電纜118A與RF濾波器 114以及貼片天線40R的接收機端口 42R電耦合，并且經(jīng)由RF電纜118B與貼 片天線50的接收機端口 52R電耦合。
SCM發(fā)射機400T被適配成接收頻率為f,、和fB的RF上行鏈路電信號SUA以 及SUb，并且通過將兩個上行鏈路電信號印(impress)到副載波上來執(zhí)行副載 波復用，隨后，所述副載波將被印在由激光器100生成的光載波上。這樣做將 會形成包含了信號SU,、和SUb中的信息的上行鏈路SCM光信號SU'。
同樣，0/E轉換器62中的SCM接收機400R被適配成接收下行鏈路SCM電 信號SD，并且通過解復用這個信號來恢復下行鏈路電信號SU、和SUB。
圖10是圖8的頭端站220的修改形式的實施例的示意圖，其中該頭端站 兼容支持如圖9所示的一個或多個雙光纖應答器10的光纖電纜210。該頭端 站220與圖8的頭端站相同，但是頭端轉換器單元330包含的是單個的E/0 轉換器60以及單個的0/E轉換器62，而不是將這其中的每一個設備都包含了 雙份(也就是60A， 60B以及62A， 62B)，以便與兩個信號頻率f,、和&相適應。 同樣，光通信鏈路75為每一個雙端口應答器10都包含了一條下行鏈路光纖 76D和一條上行鏈路光纖76U。每一個頭端轉換器330都包括與E/0轉換器60電耦合的SCM發(fā)射機400T，以及與0/E轉換器62電耦合的SCM接收機400R。 SCM發(fā)射機400T電耦合到控制器300，并且被適配成從那里接收下行鏈路電信 號SDa和SDb，以及形成經(jīng)過SCM復用的下行鏈路電信號SD'。
同樣，SCM接收機400R電耦合到控制器300，并且被適配成對經(jīng)過SCM 復用的上行鏈路電信號SU執(zhí)行解復用，以便恢復電信號SUA和SUB，以及將這 些信號發(fā)送到控制器300。
經(jīng)過SCM復用的下行鏈路電信號SD被饋送到E/O轉換器60，該轉換器則 創(chuàng)建SCM復用下行鏈路光信號SD'，并且該信號將被耦合到下行鏈路光纖76D 中，以及傳播到相應的應答器IO。同樣，0/E轉換器單元62經(jīng)由上行鏈路光 纖76U來接收經(jīng)過SCM復用的上行鏈路光信號SU'，并且形成相應的電信號 SU，然后，所述電信號將會由SCM接收機400R解復用。
由于不同頻率的下行鏈路和上行鏈路RF電信號被復用并且隨后被轉換成 了SCM下行鏈路光信號SD'以及SCM上行鏈路光信號SU'，因此，光纖通信 鏈路75只需要在光纖電纜210中為每一個應答器10包含一條下行鏈路光纖 76D以及一條上行鏈路光纖76U。這樣做簡化了光纖電纜210 (圖7)的設計， 但是它會略微提升應答器10的電子設備的復雜度。
對本領域技術人員來說，很明顯，在不脫離本發(fā)明的實質和范圍的情況下， 針對本發(fā)明的各種修改和變更都是可行的。由此，如果這些針對本發(fā)明的修改 和變更落入附加權利要求及其等價物的范圍以內(nèi)，那么本發(fā)明將會覆蓋這些修 改和變更。
權利要求
1. 一種光纖承載無線電應答器，包括轉換器單元，它被適配成將RF電信號轉換成光信號，反之亦然；與轉換器單元電耦合的天線系統(tǒng)，該天線系統(tǒng)具有帶有表面的天線基底；在天線基底表面上形成的第一和第二貼片天線元件，它們被適配成分別在第一微微區(qū)上以第一頻率fA來發(fā)射和接收射頻RF電磁輻射；以及在天線基底表面上形成的第三貼片天線元件，它被適配成在與第一微微區(qū)基本重疊的第二微微區(qū)上以第二頻率fB來發(fā)射和接收RF電磁輻射。
2. 如權利要求l的應答器，其中第一和第二貼片天線元件定義了Z型貼片天線元件，并且其中第三貼片天線元件定義了方形貼片天線元件。
3. 如權利要求l的應答器，其中第三貼片天線元件是在第一與第二貼片天線元件之間的天線基底表面上形成的。
4. 如權利要求l的應答器，其中fA是2.4GHz波段中的頻率，并且fB是 5.2GHz波段中的頻率。
5. 如權利要求1的應答器，其中該轉換器單元包括第一和第二 E/0轉換器，它們將電RF信號轉換成相應的第一和第二頻率 fa和f』勺光學RF信號；以及第一和第二 0/E轉換器，它們將光學RF信號分別轉換成相應的第一和第二頻率fA和fB的電RF信號。
6. 如權利要求5的應答器，包括分別與第一和第二 0/E轉換器光耦合的第一和第二下行鏈路光纖，它們被 適配成分別運載頻率為h和fB的下行鏈路RF光信號；以及分別與第一和第二 E/0轉換器光耦合的第一和第二上行鏈路光纖，它們被 適配成分別運載頻率為&和fB的下行鏈路RF光信號。
7. 如權利要求l的應答器，其中轉換器單元包括E/0轉換器，它包括副載波復用SCM發(fā)射機，該發(fā)射機被適配成對具有相 應頻率fa和fB的上行鏈路電RF信號執(zhí)行副載波復用，以便將其復用到經(jīng)過副 載波復用SCM的上行鏈路電信號上，該E/0轉換器被適配成將SCM上行鏈路電 信號轉換成SCM上行鏈路光信號；以及0/E轉換器，它被適配成接收SCM下行鏈路光信號，并且將其轉換成SCM 下行鏈路電信號，該0/E轉換器具有SCM接收機，該接收機被適配成接收并且 解復用SCM下行鏈路電信號，以便獲取具有相應頻率fA和fB的下行鏈路電RF 信號。
8. 如權利要求7的應答器，還包括與0/E轉換器光耦合并且被適配成運載SCM下行鏈路光信號的下行鏈路光 纖；以及與E/0轉換器光耦合并且被適配成運載SCM上行鏈路光信號的上行鏈路光纖。
9. 如權利要求1的應答器，還包括以可操作的方式排列在天線基底與 轉換器單元之間的導電接地層。
10. 如權利要求1的應答器，其中第一和第二貼片天線中的至少一個具有 單個天線端口，并且第三貼片天線具有兩個天線端口。
11. 一種光纖承載無線電光纖電纜，包括外保護套；至少基本在外保護套內(nèi)部得到支持的一條或多條光纖通信鏈路； 根據(jù)權利要求6的一個或多個分散應答器，它們被調(diào)整成響應于提供給相 應的一個或多個應答器的相應的一個或多個下行鏈路光學RF信號，形成相應 的一個或多個第一和第二微微區(qū)的陣列，其中相鄰應答器的微微區(qū)基本上是互 不干擾的。
12. 如權利要求ll的光纖，其中應答器位于外保護套內(nèi)部。
13. —種光纖承載無線電光纖電纜，包括外保護套；至少基本在外保護套內(nèi)部得到支持的一條或多條光纖通信鏈路；根據(jù)權利要求8的一個或多個分散應答器，它們被調(diào)整成響應于提供給相 應的一個或多個應答器的相應的一個或多個SCM下行鏈路光信號，形成相應的 一個或多個第一和第二微微區(qū)的陣列，其中相鄰應答器的微微區(qū)基本上是互不 干擾的。
14. 如權利要求ll的光纖，其中應答器位于外保護套內(nèi)部。
15. —種光纖承載無線電微蜂窩無線系統(tǒng)，包括頭端站，它被適配成提供具有相應的第一和第二頻率fA和fB的第一和第二下行鏈路RF光信號，并且被適配成接收和處理具有相應的第一和第二頻率fa和fB的第一和第二上行鏈路RF光信號；與頭端站光耦合的光纖電纜，該光纖電纜具一條或多條光纖通信鏈路，該鏈路被適配成運載第一和第二下行鏈路RF光信號以及第一和第二上行鏈路光 信號；分別與相應的一條或多條光纖通信鏈路光耦合的一個或多個應答器，其中 至少一個應答器具有轉換器單元，該轉換器單元被適配成將RF光信號轉換成 RF電信號，反之亦然；以及其中至少一個應答器包括具有第一和第二貼片天線元件以及第三天線元 件的微帶天線系統(tǒng)，所述第一和第二天線元件被適配成分別在第一微微區(qū)上以 第一頻率fA來發(fā)射和接收RF電磁輻射，并且第三天線元件被適配成在與第一 微微區(qū)基本處于相同位置的第二微微區(qū)上以第二頻率fB來發(fā)射和接收RF電磁 輻射，以及其中相鄰應答器的微微區(qū)基本上是互不干擾的。
16. 如權利要求15的系統(tǒng)，其中至少一個應答器包括第一和第二光纖端口 ，并且至少一條光纖通信鏈路包 括與第一光纖端口相耦合的下行鏈路光纖，以及與第二端口相耦合的上行鏈路 光纖；以及其中至少一個應答器被適配成(a)對具有頻率fA和f』勺第一和第二上行 鏈路電信號執(zhí)行副載波復用，以及(b)對具有頻率fA和fB的第一和第二上行 鏈路電信號執(zhí)行副載波解復用。
17. 如權利要求15的系統(tǒng)，其中光纖電纜被排列在房間天花板的上方。
18. 如權利要求15的系統(tǒng)，其中第一頻率fA處于2.4GHz波段之中，并 且第二頻率&處于5. 2GHz波段之中。
19. 如權利要求15的應答器，其中第一和第二貼片天線元件定義的是Z 型貼片天線元件，并且其中第三貼片天線元件定義的是方形貼片天線元件。
20. 如權利要求15的應答器，其中第三貼片天線元件是在第一與第二貼 片天線元件之間的天線基底表面上形成的。
21. —種在相應的第一和第二頻率上產(chǎn)生第一和第二基本處于相同位置的 第一和第二微微區(qū)的方法，包括向光纖承載無線電應答器提供具有相應的第一和第二頻率fA和fB的第一和第二下行鏈路光信號；在應答器上，將第一和第二下行鏈路光信號轉換成相應的第一和第二電信號；將第一電下行鏈路信號饋送到被適配成以第一頻率fA執(zhí)行發(fā)射的第一和 第二貼片天線元件，以便形成第一微微區(qū)；以及將第二電下行鏈路信號饋送到被適配成以第二頻率fB執(zhí)行發(fā)射的第三貼 片天線元件，以便形成與第一微微區(qū)基本處于相同位置的第二微微區(qū)。
22. 如權利要求21的方法，包括結合光纖電纜來以可操作的方式支持 一個或多個應答器，由此形成處于相同位置的第一和第二微微區(qū)的陣列，其中 相鄰應答器的微微區(qū)基本上是互不干擾的。
23. 如權利要求21的方法，包括在以可操作的方式耦合到應答器的頭端站上對第一和第二下行鏈路電信 號執(zhí)行副載波復用；將第一和第二下行鏈路光信號提供給應答器，以此作為經(jīng)過副載波復用的 光信號；以及在應答器上執(zhí)行副載波解復用，以便恢復第一和第二下行鏈路電信號。
24. 如權利要求21的方法，包括在應答器與一個或多個客戶機設備之間， 通過交換具有相應的第一和/或第二頻率fA和fB的第一和/或第二下行鏈路及上 行鏈路電磁信號而借助處于第一和/或第二波長的第一和/或第二微微區(qū)來與 一個或多個客戶機設備進行通信。
全文摘要
光纖承載無線電(RoF)應答器包括轉換器單元以及與轉換器單元電耦合的天線系統(tǒng)，其中該單元被適配成將RF電信號轉換成光信號，反之亦然。該天線系統(tǒng)包括在天線基底上形成的第一和第二Z型貼片天線元件。這些貼片被適配成分別在第一微微區(qū)上以第一頻率f_A(例如2.4GHz)來發(fā)射和接收射頻(RF)電磁輻射。該天線系統(tǒng)還包括在第一與第二Z型貼片天線元件之間的天線基底表面上形成的方形貼片天線元件。該方形貼片天線被適配成在與第一微微區(qū)基本處于相同位置的第二微微區(qū)上以第二頻率f_B(例如5.2GHz)來發(fā)射和接收RF電磁輻射。借助一條或多條光纖，可以支持一個或多個分散的應答器，由此形成微微區(qū)陣列。
文檔編號H04B10/12GK101507150SQ200780030411
公開日2009年8月12日 申請日期2007年8月15日 優(yōu)先權日2006年8月16日
發(fā)明者路易斯·A·曾特諾, 邁克爾·索爾, 雅各布·喬治 申請人:康寧光纜系統(tǒng)有限責任公司