專利名稱：多跳通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，且更具體地說(shuō)是涉及能夠在不需要至系統(tǒng)的最終用戶的有線連接的情況下提供大范圍的服務(wù)的通信系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)嚴(yán)重地依賴于直到系統(tǒng)的末端的有線連接。例如，傳統(tǒng)的電話系統(tǒng)采用了至系統(tǒng)所服務(wù)的各個(gè)家庭、辦公室或其他地點(diǎn)的雙絞線。傳統(tǒng)的電纜電視系統(tǒng)類似地采用了至系統(tǒng)的各個(gè)終端用戶的同軸電纜或光纖。這種廣泛的有線網(wǎng)絡(luò)的安裝和維護(hù)成本是非常高的。因此，限于這些技術(shù)的新的服務(wù)的提供者，甚至在其能夠開始把服務(wù)擴(kuò)展到一個(gè)新的區(qū)域之前，就必須在有線設(shè)備上進(jìn)行大量的投資。諸如雙絞線或同軸電纜的已有技術(shù)的服務(wù)容量也是有限的。對(duì)這種有線連接(例如光纖)進(jìn)行升級(jí)以提供更多的服務(wù)，即使對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的擁有者來(lái)說(shuō)也是非常昂貴的。
考慮到上述問(wèn)題，通信服務(wù)提供者需要有新的方式來(lái)聯(lián)系這些服務(wù)的終端用戶。這種新的聯(lián)系的成本應(yīng)該低于傳統(tǒng)的有線連接，并應(yīng)該具有比諸如雙絞線和同軸電纜等傳統(tǒng)技術(shù)更大的容量。
因而本發(fā)明的一個(gè)目的，是提供能夠在不需要至用戶的有線連接的情況下對(duì)系統(tǒng)的終端用戶進(jìn)行接入的通信系統(tǒng)。
本發(fā)明的這種和其他的目的，是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的原理，通過(guò)提供采用區(qū)域接入點(diǎn)和在該區(qū)域中的終端用戶之間的基本上無(wú)引導(dǎo)的、點(diǎn)至點(diǎn)的、自由空間的、電磁(即光或微波)的通信的通信系統(tǒng)，而得到實(shí)現(xiàn)的。例如，一個(gè)區(qū)域可以從一或多個(gè)區(qū)域接入點(diǎn)得到服務(wù)，各個(gè)區(qū)域接入點(diǎn)都具有一個(gè)收發(fā)器-該收發(fā)器用于與一或多個(gè)鄰近的中繼點(diǎn)進(jìn)行雙向、自由空間、視線、電磁的通信。這些中繼點(diǎn)每一個(gè)都具有至少兩個(gè)收發(fā)器，其中的一個(gè)用于上述與有關(guān)的區(qū)域接入點(diǎn)的通信，且其中的另一個(gè)用于類似的與另一個(gè)鄰近的中繼點(diǎn)的端點(diǎn)的雙向、自由空間、視線、電磁的通信。端點(diǎn)與中繼點(diǎn)類似，只是一個(gè)端點(diǎn)只有一個(gè)收發(fā)器。中繼點(diǎn)和端點(diǎn)收發(fā)器可以位于從上述區(qū)域接入點(diǎn)獲得服務(wù)的地區(qū)的房子的屋頂上。系統(tǒng)的用戶可以位于任何中繼點(diǎn)或端點(diǎn)處。
較好的是，可經(jīng)過(guò)通過(guò)中繼點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)以上的通路而到達(dá)中繼點(diǎn)的至少一個(gè)部分。以此方式，如果兩個(gè)中繼點(diǎn)之間的視線通信被暫時(shí)打斷，也可以通過(guò)其他的中繼點(diǎn)而繼續(xù)提供服務(wù)。
除了上述的區(qū)域接入點(diǎn)、中繼點(diǎn)和端點(diǎn)之間的視線通信之外，為了以下的目的最好也在這些點(diǎn)之間提供廣播射頻通信(1)有助于視線通信系統(tǒng)的初始設(shè)置以及(2)為視線通信的故障而對(duì)至少某些服務(wù)進(jìn)行備份。人們可能會(huì)假定射頻通信只是偶然地被用于這些目的。然而，為上述目的而設(shè)置的某些射頻通信設(shè)備也可被用來(lái)提供該系統(tǒng)所服務(wù)的地區(qū)中的無(wú)線(例如移動(dòng)、蜂窩、和/或無(wú)繩)通信服務(wù)。例如，各個(gè)中繼點(diǎn)和端點(diǎn)可以是在小的蜂窩通信的蜂窩的中心的天線。
上述視線通信網(wǎng)絡(luò)的能力可以是非常高的，從而使得系統(tǒng)能夠提供大范圍的服務(wù)。這些服務(wù)可以包括基本的電話服務(wù)、高密度移動(dòng)電話服務(wù)(例如在前一段的最后部分所描述的)、視頻服務(wù)(類似于CATV服務(wù))、高速雙向數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)字電視服務(wù)等等。
雖然預(yù)計(jì)根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中的視線通信線路的大多數(shù)將通過(guò)光來(lái)提供，但點(diǎn)至點(diǎn)微波線路可被用來(lái)代替或備份某些光線路。例如，微波線路可以被用于因?yàn)樘L(zhǎng)而用光學(xué)方式不容易建立的連接?；蛘?，特別重要的光線路可以用微波進(jìn)行備份，以防止極其惡劣的氣候?qū)馔ㄐ诺母蓴_。
至少某些用于雙向、自由空間、視線、電磁通信的收發(fā)器是可重新定位的，例如以糾正對(duì)準(zhǔn)不好和/或完全重新設(shè)定收發(fā)器的方向以與多個(gè)其他區(qū)域接入點(diǎn)、中繼點(diǎn)、和/或端點(diǎn)中的任何一個(gè)進(jìn)行通信。這種重新定位至少可以利用有關(guān)系統(tǒng)中的各種點(diǎn)的位置的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行控制。這種位置數(shù)據(jù)至少可以利用全球定位系統(tǒng)而得到確定。
本發(fā)明的進(jìn)一步的特征、其性質(zhì)和各種優(yōu)點(diǎn)，從以下的附圖和對(duì)最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述，將變得顯而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的系統(tǒng)的示例性設(shè)置的簡(jiǎn)化平面圖。
圖2是圖1顯示的設(shè)備的代表性部分的示例性實(shí)施例的簡(jiǎn)化視圖。
圖3是與圖1類似的圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的圖1的系統(tǒng)的示例性修止。
圖1中顯示了根據(jù)本發(fā)明而構(gòu)成的通信系統(tǒng)所服務(wù)的一個(gè)示例性區(qū)域10。在圖1所示的網(wǎng)絡(luò)中，假定區(qū)10中的所有通信線路50都是光學(xué)線路。在本說(shuō)明書的后面部分中將給出如何用微波線路代替或附加于光學(xué)線路的例子。
區(qū)10可以從附近的區(qū)10中的兩個(gè)入口位置或區(qū)域接入點(diǎn)20a和20b進(jìn)行接入。區(qū)域接入點(diǎn)20每一個(gè)都經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)連接22而與其他外部通信設(shè)備(例如全球電話網(wǎng)絡(luò)、電視節(jié)目的一或多個(gè)來(lái)源等)相連。例如，這些連接22可以是延伸至區(qū)域接入點(diǎn)20的光纖。接入點(diǎn)20a和20b較好地是基本上彼此冗余的，從而提供了與區(qū)10的基本上冗余的通信。因此，連接22也最好是基本上冗余地與上述外部設(shè)備的連接。
接入點(diǎn)20每一個(gè)都最好包括一或多個(gè)(在所顯示的例子中是兩個(gè))自由空間光學(xué)收發(fā)器-它們被安裝在離地較高的位置以受到較少的遮擋、在這些接入點(diǎn)收發(fā)器與附近的中繼點(diǎn)(例如，在接入點(diǎn)20a的情況下為中繼點(diǎn)30a和30f，且在接入點(diǎn)20b的情況下為中繼點(diǎn)30e和30j)上的類似收發(fā)器之間的視線通信50。例如，接入點(diǎn)收發(fā)器可以被裝在諸如高層公寓或辦公樓、通信或電力塔、電桿等的較高結(jié)構(gòu)上。中繼點(diǎn)30的收發(fā)器(以及端點(diǎn)40，將要在下面描述)可以被裝在例如區(qū)10內(nèi)的房子的屋頂上。雖然如果需要的話可以使用較長(zhǎng)的距離，通信點(diǎn)20和30之間的通常距離小于500至約1000米。
每一個(gè)中繼點(diǎn)30都有至少兩個(gè)-且在某些情況下兩個(gè)以上-的自由空間光學(xué)收發(fā)器-它們被用于與區(qū)域接入點(diǎn)20的視線光學(xué)通信50、一或多個(gè)其他中繼點(diǎn)30、和/或一或多個(gè)端點(diǎn)40。例如，中繼點(diǎn)30c是具有分別與中繼點(diǎn)30b和30d進(jìn)行光通信50的兩個(gè)收發(fā)器的通常中繼點(diǎn)。中繼點(diǎn)30k是具有用于分別與中繼點(diǎn)30g和端點(diǎn)40a進(jìn)行通信的兩個(gè)收發(fā)器的中繼點(diǎn)。且中繼點(diǎn)30i是具有分別與中繼點(diǎn)30d、30h和30j進(jìn)行通信的三個(gè)收發(fā)器的中繼點(diǎn)。
象40a和40b的端點(diǎn)與中繼點(diǎn)30類似，只是端點(diǎn)只有用于與中繼點(diǎn)30的自由空間光通信50的一個(gè)光學(xué)收發(fā)器。
一般地，區(qū)10中的通信服務(wù)的每一個(gè)用戶都與中繼點(diǎn)30或端點(diǎn)40中的一個(gè)發(fā)生聯(lián)系。相反地，每一個(gè)中繼點(diǎn)30或端點(diǎn)40通常有一或多個(gè)與其發(fā)生聯(lián)系的用戶，雖然可能需要某些沒(méi)有用戶的中繼點(diǎn)30，以達(dá)到在更為遙遠(yuǎn)的中繼或端點(diǎn)處的用戶。
區(qū)10可以是只從一個(gè)區(qū)域接入點(diǎn)20得到服務(wù)的，但較好的是每一個(gè)區(qū)都有至少兩個(gè)區(qū)域接入點(diǎn)20，這是為了在區(qū)域接入點(diǎn)之一或區(qū)域接入點(diǎn)與該區(qū)內(nèi)的中繼和/或端點(diǎn)之間的光學(xué)通信線路50提供發(fā)生故障或遮擋的情況下提供備份?？梢詾閰^(qū)10提供兩個(gè)以上的區(qū)域接入點(diǎn)20，以提供更大的備份能力。類似地，從各個(gè)接入點(diǎn)20至區(qū)10的多個(gè)線路50是所希望的，以于某些象線路故障或遮擋的情況下提供備份。具有用于與三或更多中繼點(diǎn)進(jìn)行通信的三或更多光學(xué)收發(fā)器的至少某些中繼點(diǎn)30，對(duì)于在某些線路50發(fā)生故障或被遮擋的情況下提供通過(guò)區(qū)10的多個(gè)通信通路來(lái)說(shuō)，也是所希望的。作為前述情況的一個(gè)例子，中繼點(diǎn)30c可以經(jīng)過(guò)諸如20a-30a-30b-30c、20a-30f-30g-30h-30i-30d-30c、20b-30e-30d-30c、以及20b-30j-30i-30d-30c的若干通路而進(jìn)行通信。如果中繼點(diǎn)30b和30c之間的線路50發(fā)生了故障或被遮擋，則將有若干條通路-通過(guò)它們可以保持與中繼點(diǎn)30c的整個(gè)服務(wù)。
在圖2所示的代表性中繼點(diǎn)30的示例性實(shí)施例中，兩個(gè)自由空間光學(xué)收發(fā)器120a和120b以及一個(gè)無(wú)線電天線130被安裝在系統(tǒng)提供的通信服務(wù)的用戶的房子110的屋頂上。至少一個(gè)收發(fā)器120經(jīng)過(guò)自由空間光通信線路50與一個(gè)區(qū)域接入點(diǎn)20或另一中繼點(diǎn)30進(jìn)行通信。收發(fā)器120之一可與一個(gè)端點(diǎn)40進(jìn)行通信。如果圖2所示的設(shè)備是用于端點(diǎn)40的，則只需要一個(gè)收發(fā)器120。在所有其他方面，端點(diǎn)40的構(gòu)成和操作大體上與圖2所示的的類似，并在下面得到描述(帶有適合于只有一個(gè)收發(fā)器120的修正)。各個(gè)收發(fā)器120檢測(cè)它經(jīng)過(guò)相關(guān)的通信線路50接收的光并產(chǎn)生加到相應(yīng)電路150上的一個(gè)輸出信號(hào)。各個(gè)收發(fā)器120還通過(guò)經(jīng)過(guò)相關(guān)的通信線路50發(fā)送對(duì)應(yīng)的光(例如來(lái)自諸如激光二極管的發(fā)光元件)而對(duì)來(lái)自電路150的一個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)。
無(wú)線電天線130可以是用于與其他類似的蜂窩通信設(shè)備(例如在一或多個(gè)區(qū)域接入點(diǎn)20或其他傳統(tǒng)的蜂窩基站的)進(jìn)行蜂窩通信的傳統(tǒng)IS136無(wú)線電端口的一部分。可以采用任何傳統(tǒng)的蜂窩通信，諸如CDMA、TDMA、IS95或GSM。無(wú)線電天線130也可被用于與附近的無(wú)線電話(諸如圖2中的140表示的移動(dòng)蜂窩電話)的蜂窩通信。在此情況下無(wú)線電天線130和有關(guān)的電路150起著小型基站的作用。
如已經(jīng)表示的，元件120和130與中繼點(diǎn)控制電路150相連。諸如電話160、計(jì)算機(jī)170、以及電視180等用戶通信設(shè)備也被適當(dāng)?shù)剡B接到控制電路150。
控制電路150通常執(zhí)行和/或控制幾種功能?？刂齐娐?50的一種功能是處理來(lái)自各個(gè)收發(fā)器120中的光電檢測(cè)器的信號(hào)并使其他收發(fā)器120中的發(fā)光元件發(fā)送相應(yīng)的光，并可能有某些修正。這種修正的一個(gè)例子是把在中繼點(diǎn)30發(fā)出的信息(例如來(lái)自電話140和/或160的語(yǔ)音信息、來(lái)自計(jì)算機(jī)170的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息、來(lái)自電視設(shè)備180的娛樂(lè)服務(wù)請(qǐng)求信息等)加到收發(fā)器120所發(fā)送的光上。應(yīng)該理解的是，此處所說(shuō)的電話語(yǔ)音信息包括其他的傳統(tǒng)電話控制信息，諸如掛機(jī)、摘機(jī)、撥號(hào)、蜂窩電話識(shí)別和控制信息等等。
電路150的另一個(gè)功能，是從經(jīng)過(guò)收發(fā)器120之一接收的信號(hào)中獲取中繼點(diǎn)30處的用戶所需的信息。例如，電路150可從接收的光中提取電話140和/或160所用的語(yǔ)音信息、計(jì)算機(jī)170所用的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、電視180所用的語(yǔ)音信息等等。同樣，應(yīng)該理解的是，上述電話語(yǔ)音信息包括其他的傳統(tǒng)電話控制信息，諸如振鈴、蜂窩電話控制信息等等。類似地，應(yīng)該理解的是，上述語(yǔ)音信息可包括電視控制信息，諸如電纜電視“機(jī)頂盒”(set top box)控制信息(例如觀眾授權(quán)編碼、屏上節(jié)目導(dǎo)視數(shù)據(jù)等等)。
電路150的另一個(gè)功能，是控制經(jīng)過(guò)無(wú)線通信天線130的信息的接收和/或發(fā)送。例如，當(dāng)?shù)谝淮谓⒘私?jīng)過(guò)收發(fā)器120的光通信時(shí)，或者當(dāng)其是在中斷之后被重新建立時(shí)，經(jīng)過(guò)天線130的無(wú)線電通信可被用于這種目的，以接通收發(fā)器120，從而使與收發(fā)器120相關(guān)的裝置移動(dòng)這些收發(fā)器以尋找來(lái)自其他遙程收發(fā)器-第一個(gè)收發(fā)器應(yīng)該與其建立線路50-的光信號(hào)等。這種無(wú)線電通信可以是具有諸如一個(gè)區(qū)域接入點(diǎn)20的中心位置的蜂窩型通信。經(jīng)過(guò)可以由電路150控制的天線130的無(wú)線電通信的另一個(gè)例子，是前面所述的與移動(dòng)蜂窩電話140的蜂窩通信。經(jīng)過(guò)可以由電路150控制的天線130的無(wú)線電通信的另一個(gè)例子，是中繼點(diǎn)30與一個(gè)中心位置-諸如用于在經(jīng)過(guò)光學(xué)線路50與中繼點(diǎn)30的所有通信都發(fā)生故障或中斷的情況下提供某些基本備份服務(wù)(諸如基本的電話服務(wù))的區(qū)域接入點(diǎn)20-之間的蜂窩通信。
電路150的另一個(gè)功能，可以是控制收發(fā)器120的位置的正常自動(dòng)調(diào)節(jié)，以保持與其他收發(fā)器的優(yōu)化光通信50。例如，溫度或其他環(huán)境改變可能造成收發(fā)器120與其所希望的光學(xué)通信通路的對(duì)準(zhǔn)發(fā)生偏離。這可以得到檢測(cè)(例如借助作為收發(fā)器的一部分的正交檢測(cè)器)且檢測(cè)輸出被加到電路150上以進(jìn)行處理。這種處理的結(jié)果可以是加到裝置122上的電路150的輸出信號(hào)，裝置122能夠移動(dòng)有對(duì)準(zhǔn)錯(cuò)誤的收發(fā)器。例如，裝置122能夠使收發(fā)器繞縱向和水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并能夠把收發(fā)器左右或上下移動(dòng)。因此，在此方面電路150中，構(gòu)成了用于定位或再定位收發(fā)器120的伺服控制系統(tǒng)的一部分。電路150的這種功能與其在初始啟動(dòng)期間或在故障或中斷之后再啟動(dòng)或重新配置系統(tǒng)期間對(duì)收發(fā)器120的初始定位或再定位的可能利用(如上所述)有關(guān)。
電路150可以進(jìn)行的另一個(gè)功能，是從兩或多個(gè)接收信號(hào)中選擇較好或最好的信號(hào)以用于中繼點(diǎn)30和/或用于至網(wǎng)絡(luò)中的其他點(diǎn)(例如其他中繼點(diǎn)30、端點(diǎn)40、和/或區(qū)域接入點(diǎn)20)的再發(fā)送。例如，電路150可對(duì)經(jīng)過(guò)收發(fā)器120a和120b接收的信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行比較。如果電路150判定收發(fā)器120a的信號(hào)較強(qiáng)并包含中繼點(diǎn)30處的用戶所需的一切信息，電路150把收發(fā)器120a的信號(hào)選為從中導(dǎo)出加到裝置140、160、170、和/或180上的信號(hào)的信號(hào)。或者，如果電路150判定收發(fā)器120b的信號(hào)較強(qiáng)并包含所有所需的信息，電路150從收發(fā)器120b的信號(hào)導(dǎo)出用于裝置140、160、170和/或180的信號(hào)。如果中繼點(diǎn)30有三或更多的收發(fā)器120，電路150可以對(duì)一切進(jìn)入的信號(hào)的強(qiáng)度和信息內(nèi)容進(jìn)行比較，并選擇最強(qiáng)和/或最完整的信號(hào)以進(jìn)行本地使用和經(jīng)過(guò)其他收發(fā)器它們不是選定的信號(hào)的源-的再發(fā)送。
關(guān)于在前一段中的信息內(nèi)容，應(yīng)該理解的是區(qū)10中的某些通信線路50可以傳送相同或幾乎相同的信息，而其他的線路50可傳送非常不同的信息。例如，中繼點(diǎn)30g與30k之間的線路50將沿著從30k至30g的方向基本上只傳送在中繼點(diǎn)30k和端點(diǎn)40a的用戶發(fā)出的信息。沿著相反的方向該線路50傾向于傳送更多的信息。中繼點(diǎn)30g和中繼點(diǎn)30f與30h之間的線路50傾向于沿著兩個(gè)方向傳送從區(qū)域接入點(diǎn)20a和20b發(fā)出的較大量的信息，以及用戶在中繼點(diǎn)30g和借助通過(guò)線路50的網(wǎng)絡(luò)的各種路徑而與中繼點(diǎn)30g相連的其他點(diǎn)所加的信息。
電路150的另一個(gè)功能，是在中繼點(diǎn)30監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，并把該狀態(tài)報(bào)告給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制電路60(見圖1)。電路150，在可能的情況下，利用線路50發(fā)送這種報(bào)告；但如果不是，則經(jīng)過(guò)射頻天線130。例如，電路150可報(bào)告說(shuō)它正在經(jīng)過(guò)其所有的收發(fā)器120接收信號(hào)，或者它可報(bào)告說(shuō)其一或多個(gè)收發(fā)器120不接收信號(hào)。作為另一個(gè)例子，電路150可報(bào)告它正在接收的收發(fā)器120的信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度。
總體網(wǎng)絡(luò)控制電路60控制著區(qū)10中的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的信息流動(dòng)。在某種程度上電路60與區(qū)10中的中繼和端點(diǎn)30和40中的每一個(gè)中的電路150共同執(zhí)行這種功能。例如，如果一或多個(gè)電路150向電路60報(bào)告線路50沒(méi)有運(yùn)行，電路60試圖為本來(lái)應(yīng)該通過(guò)該不工作的線路傳送的所有信息發(fā)現(xiàn)一個(gè)替換路徑，且電路60以適當(dāng)?shù)姆绞矫钸m當(dāng)?shù)碾娐?50建立該替換路徑。作為對(duì)此的具體說(shuō)明，電路60可命令中繼點(diǎn)30b處的電路150把從該中繼點(diǎn)發(fā)出的所有信息引向中繼點(diǎn)30a，并可類似地命令在中繼點(diǎn)30c處的電路150把該中繼點(diǎn)發(fā)出的所有信息引向中繼點(diǎn)30d。另外，電路60可命令在中繼點(diǎn)30a的電路150把從中繼點(diǎn)30b接收的信息送回區(qū)域接入點(diǎn)20a，且電路60可命令中繼點(diǎn)30d處的電路150把從中繼點(diǎn)30c接收的信息經(jīng)過(guò)最佳的路徑(即30d-30i-30h-30g-30f-20a，30d-30i-30j-20b，或者30d-30e-20a)送回到接入點(diǎn)20a或20b。作為電路60所扮演的角色的另一個(gè)例子，如果至中繼點(diǎn)30b的兩條光學(xué)線路50都被報(bào)告為被中斷，電路60將試圖如上所述地經(jīng)過(guò)該中繼點(diǎn)的射頻天線130來(lái)建立與中繼點(diǎn)30b的射頻通信。
網(wǎng)絡(luò)控制點(diǎn)電路60可包含各個(gè)收發(fā)器120的準(zhǔn)確位置的數(shù)據(jù)庫(kù)。這種位置信息可在安裝時(shí)利用全球定位系統(tǒng)(GPS)或差分GPS來(lái)獲得。根據(jù)這種信息，電路60能夠確定指向的方向以命令各個(gè)收發(fā)器120進(jìn)行使用。例如，電路60可使控制電路150指向中繼點(diǎn)30b以用適當(dāng)?shù)难b置122對(duì)原來(lái)指向中繼點(diǎn)30c的收發(fā)器120進(jìn)行再定位，從而指向中繼點(diǎn)30i。電路60可通過(guò)根據(jù)收發(fā)器的位置來(lái)計(jì)算沿著水平平面和仰角的準(zhǔn)確角度，來(lái)做到這些。這些位置被存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并可以在安裝時(shí)利用GPS或類似的定位系統(tǒng)而得到確定。類似地電路60也可把控制電路150指向中繼點(diǎn)30i，以利用適當(dāng)?shù)难b置122來(lái)把原來(lái)指向中繼點(diǎn)30j的收發(fā)器120重新定位，從而使其指向中繼點(diǎn)30b。一旦兩個(gè)收發(fā)器都指向了正確的方向，它們可以通過(guò)經(jīng)過(guò)搜索圖案來(lái)獲得更高的對(duì)準(zhǔn)(仍然使用裝置122)。電路60也可扮演協(xié)調(diào)這種搜索過(guò)程的角色。
因此控制電路60與中繼和端點(diǎn)控制電路150相配合，以在系統(tǒng)的正常運(yùn)行期間和當(dāng)采取特別措施以補(bǔ)償系統(tǒng)中的各種故障或中斷時(shí)控制信號(hào)在整個(gè)區(qū)10的路由。網(wǎng)絡(luò)的這種控制的責(zé)任在中心控制60與分布控制150之間的分配方式，可以根據(jù)需要而變化。例如，幾乎網(wǎng)絡(luò)的所有信號(hào)路由控制都可分配給中心控制60，而分布控制150主要報(bào)告本地狀態(tài)并根據(jù)來(lái)自中心控制的指令進(jìn)行操作。或者可以給分布控制150分配更多的判定責(zé)任(例如有關(guān)經(jīng)過(guò)相關(guān)收發(fā)器120接收的兩或多個(gè)信號(hào)中的哪一個(gè)應(yīng)該經(jīng)過(guò)與這些控制有關(guān)的其他收發(fā)器而得到再發(fā)送的決定)。
雖然其他頻率的光可被用于光學(xué)通信線路50，在目前的最佳實(shí)施例中采用的是紅外光。在各個(gè)線路50中可采用一或幾個(gè)光頻率。信息可通過(guò)對(duì)光進(jìn)行模擬或數(shù)字調(diào)制而得到發(fā)送。
從上面的描述可見，本發(fā)明的系統(tǒng) 可采用許多較短但互連的自由空間光通信線路50來(lái)達(dá)到在大的區(qū)域中的用戶。光信號(hào)在各個(gè)中繼點(diǎn)30得到再生，從而能夠采用自由空間光通信來(lái)使信息傳送較長(zhǎng)的距離。自由空間光通信線路50的網(wǎng)絡(luò)較好地是具有足夠的互連性，因而即使在某些線路50發(fā)生故障或中斷的情況下，也能夠找到通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的替換路徑以補(bǔ)償故障或中斷的線路。如果所有其他的都發(fā)生了故障，也可以獲得無(wú)線電通信，以維持至所有用戶的至少某些服務(wù)?；蛘?，在各個(gè)中繼和端點(diǎn)30和40的射頻設(shè)備也被作為本地?zé)o線電話通信的基站。
如果需要，在本發(fā)明中的網(wǎng)絡(luò)中，點(diǎn)至點(diǎn)、自由空間、視線、微波通信可被用來(lái)代替或備份某些光學(xué)線路。例如，圖3顯示了圖1的網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)替換實(shí)施例，其中雙向、視線、微波通信線路70以如下方式得到采用(1)代替節(jié)點(diǎn)20a與30f之間的光學(xué)通信線路50，(2)作為節(jié)點(diǎn)30d與30i之間的光學(xué)線路50的備份，以及(3)作為出入節(jié)點(diǎn)20a與30i之間的區(qū)10的另一個(gè)備份路徑。這些只是微波線路70在某些情況下被用作光學(xué)線路50的補(bǔ)充或添加或作為光學(xué)線路50的替換的方式的某些例子。例如，微波線路70在提供比能夠用光學(xué)方式方便地提供的更長(zhǎng)距離的連接上可能是有用的?；蛘?，微波線路70在惡劣的天氣中斷了這些光學(xué)線路的情況下在備份特別重要的光學(xué)線路50上可以是有用的。
除了利用不同的傳輸介質(zhì)(即點(diǎn)至點(diǎn)、視線、自由空間微波而不是光)之外，微波線路70可以是大體上與光學(xué)線路50類似的。因此圖2中代表性的中繼點(diǎn)30上顯示的兩個(gè)收發(fā)器120都可被轉(zhuǎn)換成微波收發(fā)器。或者，一或多個(gè)微波收發(fā)器可被加到顯示的光學(xué)收發(fā)器120上。在其他的方面中繼點(diǎn)30設(shè)備可以如上所述地構(gòu)成和操作?！半姶磐ㄐ拧痹诖擞袝r(shí)被用作上述光和微波通信的類屬術(shù)語(yǔ)。
應(yīng)該理解的是，以上的描述只是為了說(shuō)明本發(fā)明的原理，且在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的前提下本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種修正。例如，為區(qū)10提供服務(wù)的區(qū)域接入點(diǎn)20的數(shù)目可以多或少于圖1所示的兩個(gè)，中繼和端點(diǎn)30和40的數(shù)目可以變化，在各個(gè)中繼點(diǎn)的自由空間、視線、電磁通信收發(fā)器120的數(shù)目可以改變等等。端點(diǎn)40的采用完全是可選的，且可以只用中繼點(diǎn)30而完全不用端點(diǎn)來(lái)構(gòu)成某些網(wǎng)絡(luò)。
權(quán)利要求
1.一種通信系統(tǒng)，包括一個(gè)區(qū)域接入點(diǎn)，它具有用于雙向、自由空間、視線、電磁通信的收發(fā)器；以及彼此并與所述區(qū)域接入點(diǎn)相隔的多個(gè)中繼點(diǎn)，各個(gè)所述中繼點(diǎn)都具有多個(gè)用于與所述區(qū)域接入點(diǎn)的收發(fā)器或另一個(gè)所述中繼點(diǎn)的收發(fā)器的雙向、自由空間、視線、電磁通信的收發(fā)器，各個(gè)所述中繼點(diǎn)具有這樣的電路-該電路用于檢測(cè)該中繼點(diǎn)的各個(gè)收發(fā)器所接收的信息并用于使該中繼點(diǎn)的另一收發(fā)器發(fā)送該信息的至少某些部分，至少某些所述中繼點(diǎn)包括這樣的用戶接口設(shè)備-該設(shè)備用于有選擇地向在該中繼點(diǎn)的用戶提供該中繼點(diǎn)的收發(fā)器所接收的信息的至少某些部分并用于有選擇地把所述用戶產(chǎn)生的額外信息加到該中繼點(diǎn)的收發(fā)器所發(fā)送的信息上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中至少某些所述收發(fā)器采用了光來(lái)進(jìn)行所述雙向、自由空間、視線、電磁通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其中所述光是紅外光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中某些所述收發(fā)器采用了微波來(lái)進(jìn)行所述雙向、自由空間、視線、電磁通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中至少某些所述中繼點(diǎn)進(jìn)一步包括射頻通信設(shè)備，用于與遠(yuǎn)處的地方就不能經(jīng)過(guò)所述視線通信進(jìn)行通信的信息進(jìn)行無(wú)線電通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中所述射頻通信設(shè)備能夠進(jìn)行雙向通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其中所述射頻通信設(shè)備，對(duì)于在有關(guān)中繼點(diǎn)附近借助無(wú)線電話進(jìn)行的無(wú)線電通信，能夠有選擇地被用作該中繼點(diǎn)的所述用戶接口設(shè)備的一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中至少某些所述中繼點(diǎn)包括分別用于與三個(gè)其他中繼點(diǎn)的通信的三個(gè)所述收發(fā)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中所述具有三個(gè)收發(fā)器的中繼點(diǎn)的所述電路能夠經(jīng)過(guò)這些收發(fā)器中的任何兩個(gè)發(fā)送經(jīng)過(guò)這些收發(fā)器中的任何第三個(gè)而接收的信息的至少一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，進(jìn)一步包括與所述區(qū)域接入點(diǎn)和所述中繼點(diǎn)相隔的一個(gè)端點(diǎn)，所述端點(diǎn)具有用于與所述中繼點(diǎn)之一的收發(fā)器進(jìn)行雙向、自由空間、視線、電磁通信的收發(fā)器，所述端點(diǎn)包括用戶接口電路-該電路用于向在該端點(diǎn)的用戶有選擇地提供該端點(diǎn)的該收發(fā)器所接收的信息的至少某些部分并用于把在該端點(diǎn)的用戶產(chǎn)生的額外信息有選擇地加到該端點(diǎn)的該收發(fā)器所發(fā)送的信息上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中所述端點(diǎn)進(jìn)一步包括射頻通信設(shè)備，用于與一個(gè)遠(yuǎn)處位置就不能經(jīng)過(guò)所述視線通信進(jìn)行通信的信息進(jìn)行無(wú)線電通信。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其中所述射頻通信設(shè)備能夠進(jìn)行雙向通信。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的設(shè)備，其中所述射頻通信設(shè)備，在與該端點(diǎn)附近借助無(wú)線電話進(jìn)行的無(wú)線電通信方面，能夠被作為所述端點(diǎn)的所述用戶接口設(shè)備的一部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中至少某些包括所述用戶接口設(shè)備的所述中繼點(diǎn)進(jìn)一步包括與所述用戶接口設(shè)備相連的電話。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中至少某些包括所述用戶接口設(shè)備的所述中繼點(diǎn)包括與所述用戶接口設(shè)備相連的電視。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中至少某些包括所述用戶接口設(shè)備的所述中繼點(diǎn)包括與所述用戶接口設(shè)備相連的計(jì)算機(jī)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述區(qū)域接入點(diǎn)具有多個(gè)分別用于與多個(gè)所述中繼點(diǎn)進(jìn)行雙向、自由空間、視線、電磁通信的收發(fā)器。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述區(qū)域接入點(diǎn)進(jìn)一步包括至將要提供給所述中繼點(diǎn)的信息的外部源的連接。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的設(shè)備，其中所述連接也為來(lái)自所述中繼點(diǎn)的信息而把所述信息從所述中繼點(diǎn)傳送到一個(gè)外部目的地。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，進(jìn)一步包括與所述區(qū)域接入點(diǎn)和所述中繼點(diǎn)相隔的一個(gè)第二區(qū)域接入點(diǎn)，所述第二區(qū)域接入點(diǎn)具有用于在與所述區(qū)域接入點(diǎn)的直接視線通信中與一個(gè)中繼點(diǎn)-該中繼點(diǎn)不同于任何中繼點(diǎn)-進(jìn)行雙向、自由空間、視線、電磁通信的收發(fā)器，至少某些所述中繼點(diǎn)經(jīng)過(guò)所述視線通信而在一系列點(diǎn)-這一系列的點(diǎn)包括在相對(duì)的末端的所述區(qū)域接入點(diǎn)和所述第二區(qū)域接入點(diǎn)-中彼此進(jìn)行通信。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中至少某些所述收發(fā)器是可通過(guò)遙控而得到移動(dòng)的，以為進(jìn)行所述視線通信而對(duì)它們進(jìn)行定位。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中至少某些所述點(diǎn)包括為有選擇地重新定位在該點(diǎn)的至少一個(gè)收發(fā)器而配置的裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的設(shè)備，其中所述裝置響應(yīng)于至少是部分地從有關(guān)在另一點(diǎn)的收發(fā)器的位置的數(shù)據(jù)而確定的控制信號(hào)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的設(shè)備，其中所述數(shù)據(jù)至少部分地是利用全球定位系統(tǒng)而確定的。
25.根據(jù)權(quán)利要求22的設(shè)備，其中所述裝置得到配置以有選擇地把所述至少一個(gè)所述收發(fā)器與在多個(gè)其他點(diǎn)中的任何一個(gè)的一個(gè)收發(fā)器相對(duì)準(zhǔn)。
26.用在一種通信系統(tǒng)中的中繼點(diǎn)設(shè)備，包括多個(gè)收發(fā)器，用于與遠(yuǎn)離所述中繼點(diǎn)的各個(gè)位置進(jìn)行雙向、自由空間、視線、電磁通信；用于檢測(cè)各個(gè)所述收發(fā)器所接收的信息并使另一個(gè)所述收發(fā)器發(fā)送至少某些該信息的電路；以及用戶接口設(shè)備，用于向在該中繼點(diǎn)的用戶提供所述收發(fā)器接收的該信息的至少某些部分，并用于把所述用戶產(chǎn)生的附加信息加到所述收發(fā)器發(fā)送的信息上。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的設(shè)備，其中至少一個(gè)所述收發(fā)器采用光來(lái)進(jìn)行雙向、自由空間、視線、電磁通信。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的設(shè)備，其中所述光是紅外光。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的設(shè)備，其中至少一個(gè)所述收發(fā)器采用微波來(lái)進(jìn)行所述雙向、自由空間、視線、電磁通信。
30.根據(jù)權(quán)利要求26的設(shè)備，進(jìn)一步包括射頻通信設(shè)備，用于與一個(gè)遠(yuǎn)處的位置進(jìn)行無(wú)線電通信。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的設(shè)備，其中所述射頻通信設(shè)備被用于不能經(jīng)過(guò)所述視線通信進(jìn)行通信的信息。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的設(shè)備，其中所述射頻通信設(shè)備能夠進(jìn)行雙向通信。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的設(shè)備，其中所述射頻通信設(shè)備可有選擇地被用作所述用戶接口設(shè)備的一部分，以被用于與該中繼點(diǎn)附近的一個(gè)無(wú)線電話進(jìn)行無(wú)線電通信。
34.根據(jù)權(quán)利要求26的設(shè)備，其中所述中繼點(diǎn)包括分別與三個(gè)遠(yuǎn)處位置進(jìn)行通信的三個(gè)所述收發(fā)器。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的設(shè)備，其中所述電路能夠經(jīng)過(guò)任何兩個(gè)所述收發(fā)器發(fā)送經(jīng)過(guò)所述收發(fā)器中的任何第三個(gè)而接收的信息的至少某些部分。
36.根據(jù)權(quán)利要求26的設(shè)備，進(jìn)一步包括與所述用戶接口設(shè)備相連的電話。
37.根據(jù)權(quán)利要求26的設(shè)備，進(jìn)一步包括與所述用戶接口設(shè)備相耦合的電視。
38.根據(jù)權(quán)利要求26的設(shè)備，進(jìn)一步包括與所述用戶接口設(shè)備相耦合的計(jì)算機(jī)。
39.根據(jù)權(quán)利要求26的設(shè)備，其中至少一個(gè)所述光學(xué)收發(fā)器可通過(guò)遙控而得到移動(dòng)，以為進(jìn)行所述視線通信而對(duì)其進(jìn)行定位。
40.根據(jù)權(quán)利要求26的設(shè)備，進(jìn)一步包括為有選擇地重新定位至少一個(gè)所述收發(fā)器而配置的一個(gè)裝置。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的設(shè)備，其中所述裝置被適當(dāng)?shù)嘏渲?，以把所述至少一個(gè)所述收發(fā)器與在遠(yuǎn)離所述中繼點(diǎn)的多個(gè)位置中的任何一個(gè)處的一個(gè)收發(fā)器相對(duì)準(zhǔn)。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的設(shè)備，其中所述裝置響應(yīng)于一個(gè)控制信號(hào)，該控制信號(hào)至少部分地由有關(guān)遠(yuǎn)離所述中繼點(diǎn)的所述多個(gè)位置來(lái)確定。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的設(shè)備，其中所述數(shù)據(jù)至少部分地是利用全球定位系統(tǒng)來(lái)確定的。
44.用于提供通信服務(wù)的一種方法，包括利用雙向、自由空間、視線、電磁通信來(lái)在一個(gè)區(qū)域接入點(diǎn)與彼此并與所述區(qū)域接入點(diǎn)相距的多個(gè)中繼點(diǎn)之間傳送信息；在各個(gè)中繼點(diǎn)，檢測(cè)從所述區(qū)域接入點(diǎn)或另一所述中繼點(diǎn)經(jīng)過(guò)所述電磁通信而接收到的信息并經(jīng)過(guò)所述電磁通信把至少某些檢測(cè)到的信息再發(fā)送至所述區(qū)域接入點(diǎn)或又一個(gè)所述中繼點(diǎn)；在一個(gè)中繼點(diǎn)，把在所述檢測(cè)中檢測(cè)到的信息的至少某些部分提供給在該中繼點(diǎn)的一個(gè)用戶；以及在一個(gè)中繼點(diǎn)，把在該中繼點(diǎn)的用戶所產(chǎn)生的信息加到在所述再發(fā)送中發(fā)送的信息上。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，進(jìn)一步包括用光來(lái)進(jìn)行至少某些所述電磁通信。
46.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，進(jìn)一步包括用紅外光來(lái)進(jìn)行至少某些所述電磁通信。
47.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，進(jìn)一步包括利用微波來(lái)進(jìn)行至少某些所述電磁通信。
48.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)信息不能經(jīng)過(guò)所述電磁通信令人滿意地被發(fā)送到一個(gè)中繼點(diǎn)時(shí)，經(jīng)過(guò)廣播無(wú)線電來(lái)向所述中繼點(diǎn)傳送信息。
49.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)信息不能經(jīng)過(guò)所述電磁通信令人滿意地被發(fā)送到一個(gè)中繼點(diǎn)時(shí)，經(jīng)過(guò)廣播無(wú)線電來(lái)傳送來(lái)自一個(gè)中繼點(diǎn)的信息。
50.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中所述提供和添加包括經(jīng)過(guò)廣播無(wú)線電來(lái)在一個(gè)中繼點(diǎn)與在一個(gè)中繼點(diǎn)附近的無(wú)線電話之間傳送信息。
51.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中一個(gè)中繼點(diǎn)與三個(gè)其他所述點(diǎn)進(jìn)行通信，且其中所述方法在該中繼點(diǎn)進(jìn)一步包括把從所述三個(gè)其他所述點(diǎn)中的任何一個(gè)接收到的信息選作將要在所述再發(fā)送步驟中發(fā)送至所述三個(gè)其他所述點(diǎn)中的其余點(diǎn)的信息。
52.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，進(jìn)一步包括利用所述電磁通信在一個(gè)區(qū)域接入點(diǎn)或一個(gè)中繼點(diǎn)與同所述區(qū)域接入點(diǎn)和所述中繼點(diǎn)相距的一個(gè)端點(diǎn)之間傳送信息。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，在所述端點(diǎn)進(jìn)一步包括檢測(cè)經(jīng)過(guò)所述電磁通信而接收的信息；以及把在前一步驟中檢測(cè)到的信息的至少某些部分提供給在該端點(diǎn)的用戶。
54.根據(jù)權(quán)利要求53的方法，進(jìn)一步包括把在所述端點(diǎn)的用戶產(chǎn)生的信息發(fā)送到所述端點(diǎn)經(jīng)過(guò)所述電磁通信與其進(jìn)行通信的區(qū)域接入點(diǎn)或中繼點(diǎn)，所述發(fā)送是經(jīng)過(guò)所述電磁通信而進(jìn)行的。
55.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中所述提供和添加包括與一個(gè)中繼點(diǎn)-所述提供和添加就是在該中繼點(diǎn)進(jìn)行的-處的一個(gè)電話進(jìn)行通信。
56.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中所述提供和添加包括與一個(gè)中繼點(diǎn)-所述提供就是在該中繼點(diǎn)進(jìn)行的-處的一個(gè)電視進(jìn)行通信。
57.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中所述提供包括與一個(gè)中繼點(diǎn)-所述提供就是在該中繼點(diǎn)進(jìn)行的-處的一個(gè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。
58.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中在所述點(diǎn)的收發(fā)器被用于所述點(diǎn)之間的所述通信，且其中所述方法進(jìn)一步包括對(duì)至少一個(gè)所述收發(fā)器進(jìn)行重新定位，以改變與收發(fā)器進(jìn)行通信的其他點(diǎn)。
59.根據(jù)權(quán)利要求58的方法，其中所述重新定位至少部分地根據(jù)有關(guān)所述點(diǎn)的位置的數(shù)據(jù)而得到控制。
60.根據(jù)權(quán)利要求59的方法，進(jìn)一步包括利用一種全球定位系統(tǒng)來(lái)收集所述數(shù)據(jù)。
全文摘要
采用了自由空間、視線、電磁通信(即經(jīng)過(guò)光或微波)來(lái)向在地理上散布的用戶提供大范圍的服務(wù)。通常每個(gè)用戶與一個(gè)中繼點(diǎn)或端點(diǎn)發(fā)生聯(lián)系。各個(gè)中繼點(diǎn)經(jīng)過(guò)視線通信而接收和再發(fā)送信息。這些端點(diǎn)還經(jīng)過(guò)視線通信接收并發(fā)送信息。雖然彼此相隔,這些中繼和端點(diǎn)彼此足夠地接近以經(jīng)過(guò)視線線路進(jìn)行通信。因而不需要至用戶的有線連接。可以提供廣播射頻通信能力,以作為在視線通信故障或中斷的情況下維持至少某些服務(wù)的備份。
文檔編號(hào)H04B7/155GK1198619SQ9810747
公開日1998年11月11日 申請(qǐng)日期1998年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月1日
發(fā)明者喬爾·I·賈維特 申請(qǐng)人:美國(guó)電報(bào)電話公司