Патент на изобретение №2300839

(54) РЕТРАНСЛЯТОР, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИЙ УПРАВЛЕНИЕ МОЩНОСТЬЮ ОБРАТНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к беспроводным системам связи, в частности к ретранслятору, предназначенному для использования в беспроводных системах связи, в котором установлено беспроводное устройство связи, позволяющее обеспечить взаимодействие с базовыми станциями, которые производят передачу данных с использованием ретранслятора для обеспечения возможности управления коэффициентом усиления ретранслятора и его выходной мощности. Технический результат – обеспечение автоматической установки коэффициента усиления обратной линии связи или мощности ретранслятора, используемого в системе связи, благодаря использованию управления мощностью обратной линии связи встроенного беспроводного устройства связи (БУС). Благодаря установке беспроводного устройства связи в ретранслятор и подачи сигналов обратной линии связи встроенного устройства в обратную линию связи ретранслятора коэффициент усиления ретранслятора поддерживают на относительно постоянном уровне. Встроенное БУС также может включаться периодически для выполнения вызовов и использования управления мощностью обратной линии связи для калибровки или повторной калибровки коэффициента усиления ретранслятора, в результате чего получают ретранслятор с управляемым уровнем мощности. 9 н. и 33 з.п. ф-лы, 1 табл., 10 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в общем, относится к беспроводным системам связи и, более конкретно, к ретранслятору, предназначенному для использования в беспроводных системах связи, в котором установлено беспроводное устройство связи, позволяющее обеспечить взаимодействие с базовыми станциями, которые производят передачу данных с использованием ретранслятора и через него, для обеспечения возможности управления коэффициентом усиления ретранслятора и его выходной мощностью.

Уровень техники

Беспроводные системы связи в последнее время получили значительное развитие и широкое распространение. В настоящее время используют беспроводные системы связи разных типов, включая сотовые системы связи и системы персональных услуг связи (ПУС, PCS). Примеры известных сотовых систем связи включают сотовую систему аналоговой усовершенствованной мобильной телефонной связи (УМБС, AMPS) и цифровые сотовые системы связи, основанные на технике множественного доступа с кодовым разделением каналов (МКДР, CDMA), множественного доступа с временным разделением или уплотнением каналов (МДВР, TDMA), глобальной системы мобильной связи (ГСМ, GSM), которая представляет собой вариант TDMA, и более новых гибридных цифровых систем связи, в которых одновременно используют технологии TDMA и CDMA.

Использование технологий CDMA в системах связи с множественным доступом описано в патенте US № 4901307, под названием “Spread Spectrum Multiple Access Communication System Using Satellite Or Terrestrial Repeaters” и в патенте US № 5103459, под названием “System And Method For Generating Signal Waveforms in a CDMA Cellular Telephone System”, причем оба эти патента переданы правопреемнику настоящего изобретения и приведены здесь в качестве ссылки.

Способ обеспечения мобильной передачи данных по технологии CDMA стандартизирован в Соединенных Штатах Америки Ассоциацией Промышленности средств связи/Ассоциацией Электронных Отраслей Промышленности в стандарте TIA/EIA/IS-95-A, под названием “Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System”, который обозначается здесь как IS-95. Комбинированные системы AMPS & CDMA описаны в Стандарте TIA/EIA IS-98. Другие системы передачи данных описаны в IMT-2000/UM или International Mobile Telecommunications System 2000/Universal Mobile Telecommunications System в стандартах, определяющих то, что называют широкополосным CDMA (ШПМКДР, WCDMA), CDMA2000 (таких как, например, стандарты CDMA2000 1x или 3x) или TD-SCDMA.

В беспроводных системах передачи данных мобильные станции или терминалы пользователя принимают сигналы с базовых станций, имеющих фиксированное положение (также называемых местами размещения ячеек или ячейками), которые поддерживают линии связи для передачи данных или услуг в определенных географических районах, расположенных рядом с базовыми станциями или вокруг них. Для обеспечения обслуживания рабочей зоны каждую ячейку часто разделяют на множество секторов, каждый из которых соответствует меньшей области или географическому району обслуживания. Набор или последовательность базовых станций, расположенных рядом друг с другом, формируют систему передачи данных, позволяющую обслуживать множество пользователей системы, в большем районе.

К сожалению, обеспечение полной рабочей зоны во многих беспроводных системах предоставления услуг для множества мобильных станций связано с определенными трудностями. Установка или расположение базовых станций в системе может оставлять “пробелы” или “дыры” в рабочей зоне. То есть расположение базовых станций, которое диктуется различными конструктивными критериями известных систем, экономическими соображениями, удобством или ограничениями местного зонирования, не позволяет обеспечить полное перекрытие сигналом некоторых базовых станций в определенных районах, которые расположены рядом с базовой станцией или даже окружены группой базовых станций. Кроме того, препятствия, возникающие из-за геологических особенностей или искусственных структур, могут просто блокировать сигналы в определенных районах. Помимо этого, может оказаться экономически нецелесообразным размещать базовые станции в районах с малой плотностью населения или сельскохозяйственных районах, что оставляет значительные площади просто без обслуживания. Конечно, любая зона без обслуживания означает потери доходов для операторов связи или провайдеров услуг.

Ретрансляторы представляют для компаний, предоставляющих несущую частоту и услуги, экономически эффективный способ обеспечения возможности заполнения пробелов рабочей зоне или ее расширения. Например, вместо установки более дорогостоящей и сложной базовой станции для расширения рабочей зоны можно использовать ретранслятор существующих базовых станций. В результате обслуживающая компания получает возможность обеспечить заполнение промежутков и расширить рабочую зону для данного сектора, обеспечивая связь в ранее не обслуживаемом районе. Что касается обслуживания в областях пробелов, следует отметить, что такие районы обычно окружены рабочей зоной, часто в одном секторе, который также связан с ретранслятором. Расширение или перемещение рабочей зоны ячейки или сектора, по существу, отодвигает или вытягивает рабочую зону от сектора. В качестве примера варианта такого использования типа можно рассмотреть обеспечение обслуживания автомобильной магистрали. Предположим, что два сектора обеспечивают обслуживание магистрали рядом с базовой станцией, тогда можно использовать ретранслятор для обслуживания в районе, находящемся за пределами области, непосредственно “видимой” или перекрываемой сигналом с места расположения базовой станции. В частности, это справедливо для сельскохозяйственных районов.

Использование ретранслятора описано в американском патенте № 6108364, под названием “Time Division Duplex Repeater for Use in a CDMA System”, и использование ретрансляторов для получения сигналов разнесенного приема с учетом провалов в рабочей зоне в городских условиях описано в американском патенте № 5991345, под названием “Method and Apparatus for Diversity Enhancement Using Pseudo-Multipath Signal”, причем обе эти публикации приведены здесь в качестве ссылки.

Однако использование ретрансляторов также связано с проблемами, возникающими в определенных ситуациях. Как будет более подробно описано ниже, ретранслятор является устройством, обладающим собственными шумами, и способствует увеличению теплового шума в секторе базовой станции, обеспечивающей линию связи для передачи данных, что можно рассматривать как увеличение уровня шума базовой станции. Использование ретрансляторов, кроме того, сдерживается факторами окружающей среды, которые влияют на флуктуации коэффициента усиления ретранслятора и уровня шумов, добавляемых ретранслятором базовой станции. Более конкретно, на коэффициент усиления ретранслятора влияют следующие факторы: дневные изменения температуры (±6 децибел); сезонные изменения температуры (обычно ±3 децибела); ослабление сигнала листвой деревьев или изменениями лиственного покрова весной и летом; или возникновение новых препятствий на пути между базовой станцией и ретранслятором.

Явления, указанные выше, приводят к флуктуациям общего уровня теплового шума на базовой станции, которые отрицательно влияют на рабочую зону, а также на качество обслуживания в рабочих зонах как базовой станции, так и ретранслятора. Можно показать, что предпочтительно поддерживать коэффициент усиления ретранслятора на постоянном уровне. Поэтому предпочтительно обеспечить возможность определения и количественной оценки степени изменения и восстанавливать коэффициент усиления ретранслятора до заданного уровня.

Таким образом, требуется разработка новых устройств или технологии, позволяющих регулировать выходную мощностью ретранслятора таким образом, что это позволит улучшить рабочую зону, без добавления нежелательного шума в системе передачи данных. Это должно быть выполнено при минимальных усложнениях и с обеспечением простоты использования. Настоящее изобретение позволяет удовлетворить эти требования.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение направлено на устройство автоматической установки рабочей точки обратной линии связи ретранслятора, используемого в системе связи, путем управления мощностью обратной линии связи встроенного беспроводного устройства, например телефона с расширенным спектром, в котором используют протоколы, соответствующие стандартам CDMA или WCDMA. Благодаря установке в ретранслятор беспроводного устройства связи (БУС, WCD) и введению обратной линии связи встроенного БУС в обратную линию связи ретранслятора обеспечивается возможность поддержания коэффициента усиления ретранслятора на относительно постоянном уровне. Установленное в ретранслятор БУС также может включаться периодически для обслуживания вызовов, и в нем можно использовать управление мощностью обратной линии связи для калибровки или повторной калибровки коэффициента усиления ретранслятора. Таким образом, ретранслятор становится ретранслятором с управляемой мощностью.

Настоящее изобретение может быть реализовано с использованием способа или устройства, предназначенных для управления выходной мощностью ретранслятора, который обеспечивает связь между одной или несколькими базовыми станциями и удаленными станциями в беспроводной системе связи, путем регулировки коэффициента усиления усилительных каскадов или элементов, используемых в ретрансляторе. Настоящее изобретение также позволяет обеспечить управление уровнем шума, который добавляется к шумам донорной базовой станции, осуществляющей связь с ретранслятором, и одной или несколькими удаленными станциями.

В одном из вариантов выполнения согласно способу подают или передают заданную часть сигнала связи донорной базовой станции, предназначенного для удаленных станций, на беспроводное устройство связи, встроенное в ретранслятор, и устанавливают линию связи между беспроводным устройством связи и донорной базовой станцией в ответ на прием заданной части сигнала. Это выполняют путем передачи сигнала обратной линии связи по каналу передачи сигналов обратной линии связи, по существу, совместно с сигналами связи, передаваемыми от удаленных станций на указанную базовую станцию, затем, путем приема информации, предназначенной для регулирования мощности от донорной базовой станции, и генерирования, по меньшей мере, одного сигнала управления мощностью для регулирования выходной мощности передачи. Коэффициент усиления обратной линии связи ретранслятора регулируют в соответствии с сигналом управления мощности.

В других аспектах от донорной базовой станции принимают сигнал связи, который должен быть передан на удаленные станции, и при этом сигналы связи, принимаемые от одной или нескольких удаленных станций, должны быть переданы на базовую станцию по заданному каналу передачи сигналов. Как правило, сигналы связи выбирают из группы, состоящей из следующих типов: CDMA, WCDMA, TDMA, TD-SCDMA, и GSM (включая ОППД, GPRS (общая пакетная передача данных) и РДСГ, EDGE (расширенные данные среды GSM – Enhanced Data GSM Environment). Заданную часть сигналов подвергают обработке в беспроводном устройстве связи для установления прямой линии связи, которая включает генерирование сигнала обратной линии связи для передачи на донорную базовую станцию. Сигнал обратной линии связи передают вместе с сигналами, принятыми от удаленных станций, по заданному каналу передачи сигналов на донорную базовую станцию. Принимают сигнал связи от донорной базовой станции, направляемый в беспроводное устройство связи, и генерируют сигнал управления мощностью, такой как сигнал автоматического управления коэффициентом усиления, или команду в ответ на информацию, содержащуюся в этом сигнале. На основе этого сигнала или команды управления мощностью ретранслятор регулирует коэффициент усиления обратной линии связи.

Другие аспекты настоящего изобретения содержат передачу усиленных сигналов связи удаленных станций и принятых сигналов связи донорной базовой станции через первый антенный коммутатор; подачу мощности заданной части сигнала связи донорной базовой станции на беспроводное устройство связи, возможно с ослаблением сигнала до заданного уровня в некоторых вариантах выполнения; и передачу усиленных сигналов связи донорной базовой станции и принятых сигналов связи удаленных станций через второй антенный коммутатор. Сигнал обратной линии связи на выходе беспроводного устройства связи объединяют с сигналами связи удаленных станций, и он также может быть ослаблен в некоторых вариантах выполнения перед объединением.

Способ может дополнительно содержать периодическое установление линии связи между беспроводным устройством связи и донорной базовой станцией и генерирование, по меньшей мере, одного сигнала управления мощностью на основе информации, связанной с мощностью сигнала, определяемой во время работы линии связи. Это свойство особенно предпочтительно использовать при первоначальной настройке ретранслятора, поскольку в этом случае ретранслятор может эффективно осуществлять “вызов” базовой станции и устанавливать соответствующий уровень мощности без вмешательства оператора.

Устройство для управления выходной мощностью ретранслятора, который осуществляет связь с одной или несколькими донорными базовыми станциями и удаленными станциями в системе беспроводной связи, содержит средство, предназначенное для подачи или передачи заданной части сигнала связи донорной базовой станции, предназначенного для удаленных станций, на беспроводное устройство связи, встроенное в ретранслятор, и средство для установления линии связи между беспроводным устройством связи и донорной базовой станцией в ответ на заданную часть сигнала, путем передачи сигнала обратной линии связи по каналу передачи сигналов обратной линии связи, вместе с сигналами связи удаленных станций, передаваемыми на базовую станцию. Кроме того, устройство включает средство для приема информации регулирования мощности от донорной базовой станции и генерирования, по меньшей мере, одного сигнала управления мощностью, предназначенного для регулирования выходной мощности передачи, а также средство для регулирования коэффициента усиления обратной линии связи ретранслятора на основе этого сигнала управления мощностью.

Устройство может дополнительно содержать средство, предназначенное для приема различных сигналов связи от донорной базовой станции или удаленных станций, вместе со средством для усиления этих сигналов и их повторной передачи. Сигналы передают через антенные коммутаторы на усилительные каскады. При этом предусмотрено средство, предназначенное для обработки заданной части сигнала для установления прямой линии связи и для генерирования сигнала связи обратной линии связи в беспроводном устройстве связи. Устройство передает сигнал связи обратной линии связи от беспроводного устройства связи наряду с сигналами, принятыми от удаленных станций, находящихся в рабочей зоне, по общему каналу передачи сигнала в базовую станцию. Кроме того, предусмотрено средство, предназначенное для приема сигнала связи от базовой станции, направляемого в беспроводное устройство связи, и для генерирования сигнала управления мощностью. Сигнал управления мощностью можно детектировать с использованием средства детектирования ретранслятора, в результате чего обеспечивается регулирование коэффициента усиления обратной линии связи с использованием средства, предназначенного для регулирования коэффициента усиления на основе детектируемого сигнала управления мощностью.

Входные или выходные сигналы беспроводного устройства связи, в случае необходимости, могут быть обработаны с использованием одного или нескольких средств ослабления до передачи в беспроводное устройство связи или получения от него. Получаемый в результате ослабленный сигнал обратной линии связи, поступающий на выход беспроводного устройства связи, комбинируют с сигналами связи удаленной станции. Ослабление перед передачей в беспроводное устройство связи или получением от него обычно требуется только в случае использования стандартного беспроводного устройства связи, если для данного варианта применения будет разработано специальное устройство, ослабление сигнала можно не использовать.

Устройство дополнительно содержит средство, предназначенное для периодического установления линии связи между беспроводным устройством связи и донорной базовой станцией, в ходе которого, по меньшей мере, один сигнал управления мощностью генерируют на основе информации, связанной с мощностью сигнала, определяемой во время работы линии связи.

В некоторых вариантах выполнения сигнал связи от донорной базовой станции имеет первую частоту, а сигналы связи от одной или нескольких удаленных станций имеют вторую частоту, отличающуюся от первой.

В других вариантах выполнения используют более одного ретранслятора, причем один ретранслятор связан непосредственно с базовой станцией и другие связаны либо с первым, в виде множества удаленных станций, или последовательно друг с другом, и затем с первым ретранслятором.

Краткое описание чертежей

Признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из подробного описания, приведенного ниже, которое следует рассматривать совместно с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковыми номерами ссылки обозначены одинаковые или функционально аналогичные элементы. Кроме того, левая цифра номера ссылки соответствует номеру чертежа, на котором этот номер ссылки впервые появляется на прилагаемых чертежах.

На фиг.1 представлена схема типичной беспроводной системы связи, в которой используют несколько базовых станций и ретрансляторов;

на фиг.2 представлена упрощенная схема высокого уровня ретранслятора;

на фиг.3 представлена модель эквивалентных функций ретрансляторов по фиг.1;

на фиг.4 представлена схема высокого уровня ретранслятора в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.5 представлена другая схема высокого уровня ретранслятора в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.6 представлен один из типов встраиваемого беспроводного устройства связи;

на фиг.7 изображен другой тип встраиваемого беспроводного устройства связи;

на фиг.8 представлены этапы размещения и включения в работу ретранслятора с управляемой мощностью;

на фиг.9 изображен альтернативный вариант использования множества ретрансляторов с управляемой мощностью для обеспечения обслуживания различных районов; и

на фиг.10 изображено графическое представление зависимости значений альфа от значений гамма для различных скоростей передачи.

Подробное описание изобретения

I. Введение

Настоящее изобретение направлено на способ и устройство, предназначенные для управления коэффициентом усиления и мощностью передачи ретранслятора, используемого в беспроводной системе связи, путем установки блока беспроводного устройства связи в ретранслятор. Мощностью беспроводного устройства связи управляют путем ее регулирования на базовых станциях, с которыми он связан по линии связи, используемой совместно с сигналами обратной линии связи ретранслятора. Один или несколько сигналов или команд, генерируемых беспроводным устройством, взаимодействует с ретранслятором для обеспечения, таким образом, возможности управления коэффициентом усиления или мощностью ретранслятора. Для специалистов в данной области техники будет понятно, что концепция настоящего изобретения может быть применена во многих типах систем связи, в которых используется управление мощностью и в которых требуется уменьшить взаимные помехи или затухание сигнала.

Варианты выполнения настоящего изобретения более подробно описаны ниже. Хотя здесь описаны конкретные этапы, конфигурации и компоновки, следует понимать, что они приведены только для иллюстрации. Для специалистов в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение может быть выполнено с использованием множества различных вариантов выполнения аппаратных средств, программных средств, программно-аппаратных средств и/или элементов, представленных на чертежах, и что другие этапы, конфигурации и компоновки можно использовать без отхода от объема и сущности настоящего изобретения.

Перед подробным описанием вариантов выполнения настоящего изобретения полезно описать пример среды, в которой оно может быть успешно выполнено. Настоящее изобретение, в частности, пригодно для использования в среде мобильных систем передачи данных. На фиг.1 представлена такая среда.

II. Пример рабочей среды

На фиг.1 показана схема типичной системы 100 беспроводной связи, такой как сотовая система телефонной связи. В беспроводной системе 100 связи (БСС, WCS), используется одна или несколько станций 102 управления, которые иногда называют контроллерами базовых станций (КБС, BSC), и множество базовых станций 104A, 104B и 104C, которые иногда называются системой приемопередатчика базовой станции (СПБ, BTS). Базовые станции 104A-104C обеспечивают связь с удаленными станциями или беспроводными устройствами связи (БУС) 106A-106C соответственно, которые находятся в пределах зон 108A-108C обслуживания базовых станций 104A-104C соответственно. То есть в этом случае базовая станция 104A обеспечивает связь с удаленной станцией 106A в пределах зоны 108A обслуживания, базовая станция 104B с удаленной станцией 106B в пределах зоны 108B обслуживания, и базовая станция 104C с удаленной станцией 106C в пределах зоны 108C обслуживания.

Базовые станции передают информацию в виде беспроводных (радио) сигналов на терминалы пользователя по прямым линиям связи или по каналам связи прямых линий связи, и удаленные станции передают информацию по обратным линиям связи или по каналам связи обратных линий связи. Хотя на фиг.1 представлены три базовые станции 104A-104C, другое количество этих элементов можно использовать для обеспечения требуемых возможностей связи и охвата географического района, как известно в данной области техники. Хотя описаны стационарные базовые станции, следует понимать, что в некоторых вариантах применения, в случае необходимости, можно использовать передвижные базовые станции или даже станции, установленные на подвижных платформах, таких как поезда, баржи или грузовики.

Станция 102 управления может быть соединена с другими станциями 102 управления, станциями управления центральной системы (не показаны) системы 100 связи или другими подключенными системами связи, такими как коммутируемая телефонная сеть общего пользования (КТСОП, PSTN) или Интернет. Таким образом, для пользователя системы, работающего с удаленной станцией 106, при использовании беспроводной системы 100 обеспечивается доступ к другим средствам связи.

Базовые станции 104A-104C могут составлять часть наземных систем и сетей связи, которые включают множество PCS/мест расположения ячеек сотовой связи. Они могут быть связаны с цифровыми системами связи CDMA или TDMA (или гибридной системой CDMA/TDMA), передающими сигналы типа CDMA или TDMA на удаленные станции или принимающими сигналы от них. Сигналы могут быть отформатированы в соответствии со стандартами IMT-2000/UMT, с использованием сигналов типа WCDMA, CDMA2000 или TD-SCDMA. С другой стороны, базовые станции 104 могут быть построены на основе аналоговой системы связи (такой как AMPS) и могут передавать аналоговые сигналы связи.

Удаленные станции 106A-106C содержат или включают в себя устройство или беспроводное устройство связи (БУС), такое как сотовой телефон, беспроводная телефонная трубка, приемопередатчик данных или приемник пейджинговой связи, или приемник системы определения положения, но не ограничиваются этим. Кроме того, такие удаленные станции, в соответствии с необходимостью, могут быть переносными, портативными, например устанавливаемыми на транспортном средстве (включая автомобили, грузовики, катера, поезда и самолеты), или стационарными. Например, на фиг.1 представлена удаленная станция 106A в виде портативного телефона или БУС, установленного на автомобиле, удаленная станция 106B в виде переносного устройства и удаленная станция 106C в виде стационарного устройства.

Кроме того, описание настоящего изобретения можно применять для беспроводных устройств, таких как один или несколько модулей передачи данных или модемов, которые можно использовать для передачи данных и/или голосового сигнала и которые могут обеспечивать связь с другими устройствами, с использованием кабелей или других известных беспроводных линий связи или соединений, например, для передачи информации, команд или звуковых сигналов. Кроме того, для обеспечения работы модемов или модулей в заданном скоординированном режиме или режиме взаимодействия для передачи информации по множеству каналов передачи данных можно использовать соответствующие команды. Удаленные станции в виде беспроводных устройств связи в некоторых системах связи также иногда называют терминалами пользователя, мобильными станциями, мобильными блоками, абонентскими блоками, мобильными радиостанциями или радиотелефонами, беспроводными блоками или просто “пользователями”, “телефонами”, “терминалами” или “мобильными устройствами”, в зависимости от предпочтения.

В данном примере среды между удаленными станциями 106A-106C и базовыми станциями 104A-104C и с другими элементами в БСС 100 обеспечена беспроводная связь с использованием технологии связи CDMA. Поэтому сигналы, передаваемые через прямые (на удаленные станции) и обратные (от удаленных станций) линии связи, представляют собой сигналы, закодированные, распределенные и канализированные в соответствии со стандартами передачи CDMA. Прямая линия CDMA включает в себя канал пилот-сигнала или пилот-сигнал и канал синхронизации (sync), несколько каналов пейджинговой связи и большое количество каналов трафика. Обратная линия связи включает в себя канал доступа и множество каналов трафика. Пилот-сигнал используют для передачи на мобильные станции сообщения о присутствии базовой станции, соответствующей CDMA. В сигналах используют фреймы (кадры) данных, имеющие заданную длительность, например 20 миллисекунд. Однако это условие принято для удобства описания, и настоящее изобретение можно использовать в системах, в которых применяются другие технологии передачи данных, таких как множественный доступ с временным разделением каналов (МВДР, TDMA) и множественный доступ с частотным разделением каналов (МДЧР, FDMA) или другие формы сигналов или технологии, указанные выше, в которых система связи или сеть передает команды управления мощностью на удаленные станции.

В любом случае, беспроводные сигналы требуется передавать на уровне мощности, достаточном для преодоления шумов и взаимных помех, чтобы обеспечить передачу информации с определенным уровнем ошибок. Однако передачу этих сигналов следует производить без избыточного уровня мощности, чтобы они не создавали помехи каналам связи других удаленных станций. Для решения этой проблемы на базовых станциях и на удаленных станциях можно использовать технологии динамического управления мощностью прямой линии связи для установления соответствующих уровней мощности прямой линии связи.

Обычные технологии управления уровнем мощности линии связи включают подход замкнутой петли, при котором терминалы пользователей передают на базовые станции сигналы обратной связи, в которых указывается конкретные параметры регулировки мощности передачи прямой линии связи, называемые командами вверх/вниз, поскольку они указывают на необходимость повышения или снижения мощности. Например, один такой подход включает определение отношения сигнал-шум (с/ш, SNR) на терминале пользователя или частоту ошибок по битам (ЧОБ, BER) принимаемых сигналов передачи данных прямой линии связи, и, на основе этого результата, подачу на базовую станцию запроса на повышение или снижение мощности передаваемых сигналов или сигналов связи, посылаемых на удаленную станцию. В дополнение к передаче команд вверх/вниз на базовые станции можно периодически передавать информацию других типов, включающую различные измерения мощности и уровня шумов для поддержания работы, например, в моменты “отсутствия связи” между базовыми станциями.

Обычно на базовых станциях 104A-104C регулируют мощность сигналов, которые они передают по прямым линиям связи БСС 100. Эту мощность (называемую здесь мощностью передачи прямой линии связи) можно изменять в соответствии с запросами удаленных станций 106A-106C, поступающей от них информацией или параметрами, а также по времени. Свойство изменения по времени можно использовать от фрейма к фрейму. Такие регулировки мощности выполняют для поддержания параметров ЧОБ или с/ш прямой линии связи в заданных пределах, снижения взаимных помех и экономии энергии передачи.

Обычно на удаленных станциях 106A-106C также регулируют мощность сигналов, которые они передают по обратным линиям связи БСС 100, под управлением станции 102 управления или базовых станций 104A-104C. Эта мощность (называемая здесь мощностью передачи обратной линии связи) может изменяться в соответствии с запросами или по команде от СПБ, принятым уровнем мощности сигнала или характеристиками или параметрами работы удаленной станции и в соответствии со временем. Свойство изменения по времени можно использовать от фрейма к фрейму. Такие регулировки мощности выполняют для поддержания частоты ошибок битов (ЧОБ) в пределах определенных требований, снижения взаимных помех и экономии энергии передачи.

Примеры и технологии практического воплощения управления мощностью в таких системах связи описаны в патентах US №№ 5383219, под названием “Method And System For The Dynamic Modification Of Control Parameters In A Transmitter Power Control System,” и US 5056109, под названием “Method and Apparatus For Controlling Transmission Power In A CDMA Cellular Mobile Telephone System,” которые приведены здесь в качестве ссылки.

III. Зоны обслуживания

Как описано выше, каждая базовая станция имеет зону 108 (108A-108C) обслуживания, которую можно, в общем, описать как географическое место точек, в которых удаленная станция 106 может установить эффективную связь с базовой станцией. В качестве примера, когда удаленная станция 106 находится в пределах зоны 108 обслуживания, от центра 102 управления на базовую станцию 104 (104A-104C) могут быть переданы сообщения с использованием прямой линии 110 (110A-110С) связи и от базовой станции 104 на удаленную станцию 106 с использованием прямой линии 112 (112A-112C) связи. Сообщения от удаленной станции 106 на базовую станцию 104 передают по обратной линии 114 (114A-114C). Эти сообщения передают в центр 102 управления с использованием обратной линии 116 (116A-116C).

Некоторые или все сеансы передачи данных между базовой станцией 104 и станцией 102 управления могут быть проведены по другим беспроводным линиям, таким как линии сверхвысокочастотной связи, радио или спутниковой связи, или без использования механизма беспроводной передачи данных, такие как, без ограничения, выделенные проводные службы, оптические или электронные кабели и т.д., которые, в общем, обозначены как линия 118, в случае, если это необходимо. Кроме того, сообщения, передаваемые с использованием прямых линий 110 и 112 связи, обычно модулируют в других частотных диапазонах или с использованием других техник модуляции, чем сообщения, передаваемые по обратным линиям 114 и 116 связи. Использование отдельных прямых и обратных линий связи позволяет обеспечить полную дуплексную связь между центром 102 управления и удаленной станцией 106. В системах TD-SCDMA используют дуплексирование с разделением по времени для организации прямых и обратных линий связей так, что ретранслятор с управлением мощности можно построить с использованием дуплексирования с временным разделением или дуплексирования с частотным разделением.

Зона обслуживания базовой станции для удобства изображена на фиг.1 как, в общем, круглая или эллиптическая зона. На практике местная топология, препятствия (здания, холмы и т.д.), уровень сигнала и взаимные помехи от других источников влияют на форму района, обслуживаемого данной базовой станцией. Обычно множество зон 108 (108A-108C) обслуживания перекрывают друг друга, по меньшей мере, незначительно для обеспечения непрерывного обслуживания или связи на большой площади или в большом районе. То есть для обеспечения эффективного обслуживания мобильного телефона или передачи данных в этом случае потребуется использовать множество базовых станций с перекрывающимися областями обслуживания, причем на кромках этих областей уровень сигнала понижен.

Одна из особенностей рабочей зоны системы связи, представленной на фиг.1, состоит в наличии района 130 отсутствия обслуживания, часто называемым пробелом или необслуживаемым районом 132, который просто находится за пределами нормальных рабочих зон БСС 100. В случае возникновения “пробела” в рабочей зоне существуют районы, которые окружают или, по меньшей мере, находятся рядом с рабочими зонами, обслуживаемыми базовыми станциями, в данном случае базовыми станциями 104A-104C. Однако, как описано выше, существует множество причин, по которым в районах 130 или 132 может не обеспечиваться обслуживание.

Например, при наиболее эффективном с точки зрения затрат размещении базовых станций 104A-104C они могут быть установлены в таких местах, которые просто не позволяют обеспечить надежное распространение сигналов в районах 130 или 132. В качестве альтернативы, сигналы могут быть частично или полностью заблокированы топологическими особенностями, такими как горы или холмы 134, искусственные структуры 136, такие как высокие здания или низкие места в городе, часто создаваемые в центральных районах застройки коридоры, или растительность 138, такая как высокие деревья, леса или тому подобное. Некоторые из этих свойств могут быть временными или меняться со временем, что делает установку, планирование и использование системы еще более сложным.

Хотя рабочую зону сети 100 сотовой телефонной связи, для обеспечения обслуживания дополнительной географической территории, возможно расширить путем простого добавления большего количества базовых станций 104, такой подход иногда является достаточно трудоемким и неэкономичным. Базовые станции не только являются относительно сложными и дорогостоящими или требуют значительных трудозатрат при установке, но и районы, в которых необходимо обеспечить обслуживание, могут иметь сложную форму с необычными характеристиками многолучевого распространения или затухания, что может затруднить использование базовой станции. Район также может представлять собой район с пониженной плотностью использования линий связи, в котором предполагается низкий или случайный уровень использования.

Во многих случаях, например, территория, для которой требуется обеспечить обслуживание, имеет частоту использования достаточную, чтобы оправдать использование ретранслятора 120, а не базовой станции. Также может быть более целесообразно использовать несколько ретрансляторов для обеспечения обслуживания районов с необычной формой или окружением, создающим проблемы для распространения или блокирование сигнала. В этой ситуации один или несколько ретрансляторов 120 (120A, 120B) принимают сигналы, передаваемые как удаленными станциями 106 (106D), так и базовой станцией 104 (104A), и действуют как промежуточное звено между этими двумя станциями, по существу, работая как канал связи типа “изогнутая труба”. Благодаря использованию ретранслятора 120 эффективная дальность действия базовой станции 104 расширяется так, что она обеспечивает обслуживание значительно большей зоны 132 обслуживания.

Хотя использование ретрансляторов 120 является экономически более эффективным способом увеличения дальности действия или обслуживания базовых станций, этот подход имеет некоторые недостатки. Один основной из обнаружившихся недостатков состоит в повышении уровня шума при обслуживании базовых станций или при использовании ретранслятора.

IV. Краткое описание схемы ретранслятора

На фиг.2 показана упрощенная блок-схема ретранслятора 200. Более типичный коммерчески поставляемый ретранслятор наиболее вероятно будет иметь дополнительные компоненты, включающие в себя дополнительные элементы фильтров и управления, предназначенные для контроля над уровнем шумов, внеполосным излучением и для регулировки коэффициента усиления. Ретранслятор 200 включает в себя донорную антенну 202, предназначенную для приема сигналов, антенный коммутатор 204, усилитель 206, предназначенный для усиления сигналов, принятых донорной антенной, второй антенный коммутатор 208 и серверную антенну 212 или антенну, обеспечивающую рабочую зону, предназначенную для передачи (или для ретрансляции) сигналов, принятых ретранслятором 200. В схему также включен второй усилитель 216, который усиливает сигналы, принятые серверной антенной 206, и передает усиленные сигналы на донорную антенну.

Два антенных коммутатора (204, 208) используют для расщепления или разделения сигналов прямой линии связи и сигналов обратной линии связи (по частотам), для обеспечения необходимой изоляции между этими двумя сигналами так, что они не поступают на другие цепи обработки ретранслятора 200. То есть для предотвращения попадания передаваемых сигналов на входы приемников и т.д., что могло бы ухудшить рабочие характеристики. Приемный антенный коммутатор (204) соединен с антенной, которая обозначена здесь как донорная антенна (202), поскольку она принимает сигналы, “поступающие” от другого источника, такого как базовая станция, также обозначаемая здесь донорной ячейкой. Донор, более типично, является не ячейкой и не местом размещения ячейки, а сектором в ячейке, обслуживаемой донорной базовой станцией. Антенна, соединенная с антенным коммутатором на стороне (208) передачи или выхода схемы обработки ретранслятора, обозначена здесь как выходная антенна (212) или антенна, обеспечивающая рабочую зону.

Для вариантов выполнения, используемых в системах сотовой телефонной связи или в беспроводных системах связи, таких как указанные выше, антенный коммутатор выбирают таким образом, чтобы он обеспечивал работу в полосе частот, обозначаемой диапазон 800 МГц. Обычно это подразумевает, что частота прямой линии связи находится приблизительно на уровне 882,75 МГц и частота обратной линии связи находится приблизительно на уровне 837,75 МГц. Однако эти частоты зависят от конкретной системы, в которой используют ретранслятор, как указано выше, и антенный коммутатор можно выбирать в соответствии с известными параметрами. Например, системы PCS работают на частоте около 1900 МГц, в то время как типичные системы GSM работают вокруг частоты 1800 МГц и система UMTS работает вокруг частоты 2100 МГц.

Изоляция, обеспечиваемая между двумя частотами, обычно превышает 100 децибел, что достаточно для поддержания стабильности ретранслятора. Полоса пропускания каждой линии обычно составляет порядка 5 МГц. Меньшая полоса пропускания предпочтительна для устранения потенциальных взаимных помех между сигналами несущих частот FM (ЧМ – частотной модуляции), GSM и других систем CDMA. Однако для получения меньшей полосы пропускания обычно требуется использовать фильтры типа SAW (фильтры на поверхностно-акустических волнах – ПАВ-фильтры), что является нежелательным, и во многих вариантах выполнения предпочтительно их не использовать, если это не требуется.

Хотя ретранслятор в основном варианте выполнения, очевидно, может действовать как “изогнутая труба” и передавать сигналы назад и вперед, была обнаружена проблема, описанная выше, связанная с добавлением ретранслятором на СПБ некоторого уровня тепловых шумов, называемых здесь “добавкой”, а также проблема, связанная с тем, что флуктуации коэффициента усиления ретранслятора оказывают отрицательное влияние на этот добавку. Можно легко показать, что изменение уровня тепловых шумов на СПБ является нежелательным, и варианты выполнения настоящего изобретения обеспечивают новый тип управления мощностью обратной линии связи в ретрансляторе, который позволяет поддерживать, по существу, постоянный уровень тепловых шумов ретранслятора на СПБ.

V. Анализ обратной линии связи ретранслятора

Для вывода уравнения зависимости уровня теплового шума ретранслятора можно использовать эффективный коэффициент шумов ретранслятора, а также эффективный коэффициент шумов СПБ при условиях нулевой нагрузки. При установленном уровне добавки теплового шума ретранслятора можно установить взаимозависимость для поддержания постоянного уровня добавки теплового шума ретранслятора на СПБ. Для проведения этого анализа можно начать с модели 300 БСС, которая показана на фиг.3, на которой представлены две удаленные или мобильные станции 306A и 306B, связь с которыми обеспечивается через базовую станцию 304 и ретранслятор 320 соответственно в модели системы 300 связи. То есть на чертеже представлена модель, основанная на функциях и параметрах операций, выполняемых БСС. Некоторые параметры, используемые в этой модели, приведены в таблице I.

1. Эффективный коэффициент шумов ретранслятора

Вначале очень полезно определить эффективный коэффициент шумов ретранслятора, EF_R, при условии нулевой нагрузки. При анализе модели системы, показанной на фиг.3, плотность тепловых шумов, излучаемых донорной антенной ретранслятора, может быть задана следующей формулой:

и условие теплового шума ретранслятора на выходе СПБ определяется следующим образом:

В отсутствие ретранслятора в рабочей зоне базовой станции номинальная плотность теплового шума на выходе СПБ определяется следующей формулой:

При добавлении ретранслятора в рабочей зоне СПБ суммарную плотность теплового шума на выходе СПБ можно смоделировать как сумму вклада от ретранслятора (уравнение 2) и номинального случая (уравнение 3). Таким образом, получаем:

которую можно преобразовать в следующем виде:

Из этой взаимозависимости можно видеть, что суммарная тепловая плотность шума на выходе СПБ переходит в номинальный случай, когда: потери канала связи L_p, между ретранслятором и СПБ повышаются и G_T стремится к 0, сигнал ретранслятора полностью заблокирован от СПБ или ретранслятор выключен.

Из этой модели суммарной плотности тепловых шумов на выходе СПБ можно определить эффективный коэффициент шумов ретранслятора, EF_p, как отношение сигнал-шум на соединителе антенны зоны обслуживания ретранслятора к этому же параметру для базовой станции, который составляет:

Если T_aR будет установлен равным T₀, выражение для эффективного коэффициента шумов ретранслятора принимает вид:

Из-за присутствия антенны СПБ уравнение 8 отличается от уравнения для набора обычных блоков, создающих шумы, поскольку вклад в уровень шумов как от антенны СПБ, так и от ретранслятора присутствует на входе СПБ. В отсутствие антенны СПБ эффективный коэффициент шумов ретранслятора можно выразить как:

Если мы перемножим числитель и знаменатель уравнения 8 на номинальное значение тепловой плотности шумов СПБ, мы можем изменить это уравнение следующим образом:

Первый член уравнения 11 представляет собой добавку, прикладываемую со стороны ретранслятора, к номинальной плотности тепловых шумов СПБ, в то время как второй член уравнения просто представляет собой номинальный коэффициент шумов СПБ. Таким образом, если определить P_{тепловые} как добавку теплового шума ретранслятора на СПБ, получим:

2. Эффективный коэффициент шумов СПБ

При расчете эффективного коэффициента шумов СПБ, EF_B, при условиях нулевой нагрузки, вклад теплового шума ретранслятора моделируют как другой дополнительный источник шума на выходе СПБ. Поэтому выражение для эффективного коэффициента шумов на СПБ будет представлять собой:

Заменяя T_aR = T_aB = T₀ = 290K, получим:

и, очевидно, что эффективный коэффициент шумов ретранслятора и эффективный коэффициент шумов СПБ связаны через коэффициент усиления линии СПБ – ретранслятор,

и, следовательно, в децибелах, разница между эффективным значением шумов СПБ и эффективным значением шумов ретранслятора равна G_T, коэффициенту усиления линии связи СПБ – ретранслятор. Обзор приведенных выше взаимозависимостей также показывает, что при увеличении G_T эффективный коэффициент уровня шумов ретранслятора приближается к номинальному коэффициенту шумов ретранслятора. С другой стороны, при уменьшении G_T эффективный коэффициент шумов СПБ приближается к номинальному коэффициенту шумов СПБ.

3. Добавка теплового шума ретранслятора

Теперь может быть получено выражение для добавки теплового шума ретранслятора на СПБ, выраженное через номинальный коэффициент шумов СПБ, F_B, номинальный коэффициент шумов ретранслятора, F_R, и коэффициент усиления линии связи СПБ – ретранслятор G_T. Более конкретно, из уравнений 9 и 13 можно видеть, что:

Уравнение 17 представляет собой уравнение добавки теплового шума ретранслятора, которое показывает, что добавка теплового шума ретранслятора на СПБ ведет себя линейно по отношению к коэффициенту усиления линии СПБ – ретранслятор. Кроме того, наклон зависимости P_{тепловые} от G_T представляет собой отношение номинального коэффициента уровня шумов ретранслятора к номинальному коэффициенту шумов СПБ. Однако с учетом уравнений 4 и 12 можно получить другую зависимость добавки теплового шума ретранслятора, поскольку:

которую можно использовать для получения эффективного процесса или алгоритма работы ретранслятора с управлением мощностью, как описано ниже.

VI. Обзор управления мощностью ретранслятора

Выше описано, как на СПБ увеличивается уровень тепловых шумов при добавлении ретранслятора в рабочую зону СПБ. Это явление, как указано выше, приводит к флуктуациям общей величины теплового шума на СПБ и отрицательно влияет на рабочую зону, а также на обслуживание как в рабочей зоне СПБ, так и в рабочей зоне ретранслятора. Для СПБ с ретранслятором, установленным в ее рабочей зоне, было показано, что эффективный коэффициент шумов ретранслятора, так же, как и значение эффективного уровня шумов СПБ, связаны с коэффициентом усиления линии СПБ – ретранслятор. Из уравнения для эффективного коэффициента уровня шумов ретранслятора также можно видеть, что добавка теплового шума ретранслятора ведет себя линейно по отношению к коэффициенту усиления линии СПБ – ретранслятор, и наклон этой линейной зависимости задается отношением номинального коэффициента шумов ретранслятора к номинальному коэффициенту шумов СПБ.

Указанные выше явления приводят к флуктуациям суммарного значения теплового шума на СПБ и отрицательно влияют на рабочую зону, а также на обслуживание как в рабочей зоне СПБ, так и в рабочей зоне ретранслятора. Поэтому предпочтительно обеспечить возможность определения и количественной оценки изменений и восстановления коэффициента усиления ретранслятора до заданного уровня. То есть коэффициент усиления ретранслятора предпочтительно поддерживать на относительно постоянном уровне.

Было определено, что это условие может быть выполнено экономично, при низком уровне сложности, путем установки беспроводного устройства связи или эквивалентной схемы или свойства внутрь, то есть в рабочую схему ретранслятора, и путем подачи сигнала обратной линии связи, поступающего на выход установленного БУС, в обратную линию связи ретранслятора. При использовании общей обратной линии связи управление мощностью обратной линии связи БУС можно использовать для калибровки коэффициента усиления ретранслятора. Это обеспечивает автоматическую установку рабочих характеристик обратной линии связи благодаря использованию управления мощностью обратной линии связи встроенного БУС, в результате чего получают ретранслятор с управлением мощностью, который совместно с управлением мощностью обратной линии связи позволяет поддерживать, по существу, постоянный или низкий уровень флуктуаций добавки теплового шума ретранслятора на СПБ и улучшить рабочие характеристики ретранслятора.

Благодаря встроенному БУС также можно установить периодические вызовы или сеансы связи между ретранслятором и базовой станцией и использовать управление мощностью обратной линии связи для калибровки БУС или повторной калибровки коэффициента усиления ретранслятора. Это позволяет, в общем, улучшить рабочие характеристики ретранслятора, а также позволяет обеспечить автоматический вызов со стороны ретранслятора во время его установки, для установления и в последующем для поддержания требуемых рабочих характеристик в течение периода его использования, который может представлять собой срок службы ретранслятора. Это эффективно компенсирует изменения потерь канала ретранслятор – СПБ, условий окружающей среды, старение усилителя и изменения нагрузки пользователей, которые отрицательно влияют на параметры обратной линии связи ретранслятора.

Ретранслятор с управлением мощностью также стабилизирует рабочие характеристики обратной линии связи, по существу, предотвращая использование удаленными станциями в рабочей зоне ретранслятора слишком большого или слишком малого уровня мощности передачи на СПБ.

VII. Ретранслятор с управлением мощностью

Блок-схема одного из вариантов выполнения примера ретранслятора с управлением мощностью показана на фиг.4 и поясняется с описанием основных элементов, используемых при организации прямой и обратной линии связи с использованием ретранслятора. На фиг.4 показан ретранслятор 400, имеющий донорную антенну 402 и антенну 414 зоны обслуживания. Ретранслятор 400 имеет прямую линию связи, которая включает в себя два антенных коммутатора 404 и 412, два усилителя 406 и 410, соединитель 408 и фиксированный аттенюатор 416. Хотя использование фиксированного аттенюатора 416 требуется не во всех вариантах выполнения.

Ретранслятор 400 также показан с обратной линией связи, в которой используют два антенных коммутатора 404 и 412, объединитель 418, усилитель 420, регулируемый или переменный усилитель 422 и фиксированный аттенюатор 424. Переменный усилитель 422 также может быть выполнен с использованием переменного аттенюатора. Беспроводное устройство или схема 430 показаны соединенными между двумя линиями (прямой и обратной) связи, и, по меньшей мере, один его выход соединен с процессором или контроллером 432, который показан как часть обратной линии связи.

Два антенных коммутатора 404 и 412 используют для разделения или отделения сигналов прямой и обратной линии связи, как описано выше, в то время как объединитель 418 используют для добавления выходного сигнала беспроводного устройства 430, установленного в схему ретранслятора, в сигнал передачи канала обратной линии связи ретранслятора. Это позволяет обеспечить связь беспроводного устройства, по меньшей мере, с одной, и обычно только с одной базовой станцией. Пример антенного коммутатора, используемого для частот сотовой системы связи, представляет собой антенный коммутатор, изготовляемый компанией Celwave, и имеет номер детали 5043-8-3.

Объединитель установлен на входе цепи усилителя обратной линии связи и предназначен, прежде всего, для поддержания стабильности ретранслятора, хотя этот элемент не является строго необходимым для каждого варианта выполнения. Поскольку уровни сигнала обратной линии связи являются наименьшими в этой точке, уровень мощности в обратной линии связи, которая подсоединена к прямой линии связи ретранслятора через петлю беспроводного устройства ретранслятора, будет минимальным. Пример объединителя, используемого для данных вариантов выполнения, представляет собой объединитель производства компании Minicircuits c номером детали ZFSC-2-2.

Соединитель или соединитель 408 мощности используют для передачи некоторой мощности из прямой линии связи на вход беспроводного устройства 430, установленного в схему ретранслятора 400, как более подробно описано ниже. Типично в беспроводное устройство подают сигнал с уровнем мощности 20 децибел, причем это значение обычно рассматривают достаточно низким, так, что оно не ухудшает рабочие характеристики прямой линии связи. Однако в зависимости от конструкции остальных компонентов ретранслятора специалист в данной области техники, если необходимо, может свободно использовать другой коэффициент соединения. Пример соединителя, который можно использовать для данных вариантов выполнения, представляет собой соединитель производства компании Narda с номером детали 4242-20.

Для получения сигнала прямой линии связи ретранслятора с мобильным телефоном 430 используют антенну 402, антенный коммутатор 404, усилитель 406, а также фиксированный аттенюатор 416.

Фиксированный аттенюатор 416, в данном варианте выполнения, используют для установки коэффициента усиления прямой линии связи. Коэффициент усиления прямой линии связи устанавливают в соответствии с различным уровнем потерь канала ретранслятор – СПБ и различными уровнями мощности передачи СПБ. Регулировка может быть выполнена просто путем установки вручную различных коаксиальных аттенюаторов или с использованием других более автоматизированных подходов, которые известны в данной области техники. Мобильное устройство 430 должно обеспечивать возможность выполнения алгоритма управления мощностью для выбранной технологии радиосвязи. В типичном мобильном устройстве CDMA мощность прямой линии связи определяет оценку открытой петли для уровня передачи обратной линии связи, так, что конструкция должна удовлетворять этим критериям по уровню мощности сигнала прямой линии связи, передаваемого на мобильное устройство, и значению аттенюатора 426.

Коэффициент усиления цепи обратной линии связи, содержащей усилитель 420, фиксированный аттенюатор 426 и регулируемый усилитель 422, используют для установки коэффициента усиления обратной линии связи ретранслятора. При этом важно учитывать несколько параметров. Значения уровня шумов ретранслятора устанавливают так, что они минимизируют добавку теплового шума ретранслятора к уровню теплового шума базовой станции. Это выполняют, прежде всего, путем установки фиксированного аттенюатора 426 и регулируемого усилителя 422 на выходе. Коэффициент усиления усилителей устанавливают достаточно высоким для минимизации влияния аттенюаторов на значение уровня шума ретранслятора.

Фиксированный аттенюатор 426 используют для установки уровня мощности, при котором удаленная станция, находящаяся в пределах рабочей зоны ретранслятора, “достает” или обеспечивает передачу сигнала на базовую станцию. Установка этого аттенюатора более подробно описана ниже. Усилитель 422 с регулируемым коэффициентом усиления используют для регулирования коэффициента усиления обратной линии связи ретранслятора до требуемого уровня, обозначаемого как “правильный”, рабочих характеристик ретранслятора во время работы в данном районе. Управление этой установкой осуществляют с использованием петли БУС, или телефона ретранслятора, которая более подробно описана ниже.

Петля телефона ретранслятора состоит из телефона или БУС ретранслятора, микроконтроллера и элемента (422) с регулируемым коэффициентом усиления, установленного в обратной линии связи, и, возможно, фиксированного аттенюатора (426). При использовании ретранслятора 400 в системе связи типа CDMA в качестве телефона ретранслятора для такого варианта выполнения можно выбрать беспроводное устройство типа IS-95 CDMA, CDMA2000 1X, CDMA2000 1X/EV или WCDMA, в зависимости от используемого протокола связи. Типичное БУС 430 более подробно описано ниже. Однако очевидно, что с другими протоколами сигналов следует использовать устройства других типов, такие как описаны выше.

БУС или телефон 430 используют для обеспечения связи с СПБ, приема вызовов, интерпретации команд управления мощностью СПБ и передачи данных. По существу, оно работает как любой другой телефон CDMA в системе или сети связи. Одно существенное различие телефона ретранслятора, по сравнению с обычной удаленной станцией CDMA, состоит в том, что цепь усилителя обратной линии связи ретранслятора используют в качестве усилителя передаваемого сигнала телефона ретранслятора. С помощью этой цепи усилителя выполняют функции управления мощностью телефона ретранслятора, а не с помощью внутреннего усилителя передатчика БУС или телефона. Это дает телефону ретранслятора возможность выполнять управление мощностью и коэффициентом усиления обратной линии связи ретранслятора.

Эта функция выполняется в одном варианте выполнения путем перехвата или разрыва сигнала внутреннего автоматического управления коэффициентом усиления (АУУ, AGC) в БУС или в телефоне ретранслятора. По существу, линия АУУ в БУС разрывается на входе усилителя передатчика, и ее сигнал направляют в усилитель 422 (G4) с регулируемым коэффициентом усиления после того, как он пройдет через микроконтроллер. Это легко выполнимо путем изменения конструкции БУС для выполнения этой функции или даже путем модификации соединительных цепей устройства для подключения линии сигнала АУУ к соединителю для дальнейшего подключения к схеме ретранслятора. Для специалистов в данной области техники будет понятно, как выполнить эти модификации. Усилитель передатчика внутреннего БУС ретранслятора затем используют как “предварительный усилитель” с фиксированным коэффициентом усиления для цепи усилителя обратной линии связи ретранслятора, поскольку сигнал АУУ больше не будет регулировать его выходную мощность. В одном из вариантов выполнения CDMA коэффициент усиления усилителя передатчика БУС ретранслятора устанавливают на передачу на уровне приблизительно -50 дБм на выходном разъеме передатчика БУС, что составляет обычный выходной уровень антенны. Этот уровень мощности передатчика обычно представляет собой минимальный уровень мощности передачи для БУС ретранслятора, и этот уровень выбирают для обеспечения стабильности ретранслятора.

Когда ретранслятор расположен на краю или очень близко к краю рабочей зоны ячейки для СПБ, предпочтительно обеспечить относительно высокий выходной уровень сигнала, по меньшей мере, усилителя 422. В одном из вариантов выполнения уровень сигнала усилителя устанавливают приблизительно на 10 децибел ниже предполагаемого пикового значения как его общее максимальное значение, которое позволяет устанавливать ретранслятор на краю рабочей зоны СПБ, и при этом останется 10 децибел для колебаний, для компенсации таких факторов как температурное отклонение напряжения и старение усилителя ретранслятора. Такое минимальное ослабление на 10 децибел коэффициента усиления усилителя представляет собой консервативную оценку, которая должна быть достаточной для обеспечения хорошей функциональности ретранслятора.

Микроконтроллер 432 используют для выполнения нескольких операций или манипуляций в БУС, которые в противном случае должны быть обеспечены пользователем БУС или автоматизированной системой. Например, микроконтроллер 432 соединяется с БУС или с телефоном 430 для ответа или попытки открыть линии связи при поступлении “вызова”, для отправки команд управления мощностью из БУС 430 в усилитель 422 во время вызова, для фиксирования уровня выходного сигнала усилителя после установления управления мощностью и затем для “прерывания связи” или окончания обслуживания другим способом или для разрыва линии связи, когда связь больше не требуется или является нецелесообразной.

Микроконтроллер 432, прежде всего, может быть выполнен в виде аппаратного средства, в котором используется, например, программно-управляемый процессор или контроллер, запрограммированный для выполнения описанных здесь функций, в форме различных программируемых электронных устройств или компьютера, микропроцессора, одного или нескольких цифровых процессоров сигналов (ЦПС, DSP), специализированных функциональных модулей и аппаратных компонентов, таких как специализированные интегральные схемы (СИС, ASIC) или программируемые вентильные матрицы (ПВМ, PGA). Вариант выполнения аппаратных средств устройства для выполнения описанных здесь функций будет очевиден для специалистов в соответствующих областях техники. Как описано ниже, для экономии аппаратных средств можно использовать микроконтроллер 432, встроенный в схему БУС, если БУС обладает достаточной мощностью обработки. Микроконтроллер 432 показан в устройстве 400 для иллюстрации функции и может представлять собой внешний по отношению к БУС 430 микроконтроллер или может быть внутренним микроконтроллером БУС.

В случае, когда варианты выполнения построены с использованием программных средств, такое программное средство может быть записано в виде компьютерного программного продукта и может быть загружено в систему с использованием съемного накопителя, микросхем запоминающего устройства или интерфейса передачи данных. Логические устройства управления (программные средства) обеспечивают выполнение контроллером определенных функций, описанных в настоящем описании.

Микроконтроллер принимает команды управления коэффициентом усиления обратной линии связи от БУС 430, передает эти команды с замедлением скорости ниже уровня приблизительно 800 дБ/с и выводит эти команды на усилитель 422. Замедление скорости поступления команд управления мощностью выполняют для предотвращения конкуренции управления мощностью удаленных станций в рабочей зоне ретранслятора с управлением мощностью БУС 430.

Поскольку удаленные станции в рабочей зоне ретранслятора работают через обратные линии связи ретранслятора, любое изменение в обратной линии связи ретранслятора приведет к тому, что СПБ отправит команды управления мощностью на эти удаленные станции для компенсации. Если БУС 430 находится в процессе изменения коэффициента усиления обратной линии связи ретранслятора с управлением мощностью, и мощность передачи удаленных станций в рабочей зоне ретранслятора не будет установлена, то эти удаленные станции могут создать дополнительные взаимные помехи на СПБ. При возникновении таких взаимных помех на все удаленные станции, включая БУС 430, подаются дополнительные команды управления мощностью, в результате система работает нестабильно.

Эту проблему потенциального возникновения нестабильности решают путем управления с помощью БУС 430 коэффициентом усиления обратной линии связи ретранслятора 400 с намного меньшей скоростью, чем управление мощностью удаленных станций в рабочей зоне ретранслятора. По существу, обеспечивается достаточное время между регулировками коэффициента усиления обратной линии связи ретранслятора, что позволяет удаленным станциям установить собственные значения управления мощностью.

В одном из вариантов выполнения скорость управления мощностью и коэффициентом усиления обратной линии связи ретранслятора устанавливают на уровне приблизительно 80 дБ/с, что приблизительно в десять раз медленнее, чем типичная скорость управления мощностью удаленных станций типа CDMA в рабочей зоне ретранслятора. Это значение представляет собой консервативную оценку, которая должна быть достаточной для поддержания стабильности управления мощностью. Для сигналов связи других стандартов, таких как сигналы систем GSM или TDMA, скорость управления мощностью обычно еще ниже, так что для этих систем не потребуется устанавливать скорость управления мощностью на соответствующем значении.

Обычно вызов поступает от другого телефона, модема или БУС (как в СПБ) в БУС 430, и этот вызов требуется поддерживать в течение минимального периода времени. Такое временное окно должно быть достаточным для обеспечения возможности с помощью микроконтроллера 432 отрегулировать коэффициент усилителя 422 и установить коэффициент усиления обратной линии связи на правильную рабочую точку до окончания вызова. Это предполагает, что СПБ будет поддерживать вызов в течение как минимум приблизительно 30 секунд, и что микроконтроллер ретранслятора выполнит регулировку усиления в течение приблизительно 20-секундного окна. Эти значения представляют собой консервативные оценки, которые должны быть достаточными для обоснованного гарантирования хорошей функциональности в типичной конструкции ретранслятора, и могут быть соответствующим образом изменены.

В коммерческом ретрансляторе микроконтроллер также можно использовать для отслеживания сигналов тревоги ретранслятора и, в случае необходимости, других функций.

Как указано выше, фиксированный аттенюатор 426 используют для установки соответствия СПБ уровня мощности удаленной станции в рабочей зоне ретранслятора. Предпочтительно, удаленные станции в рабочей зоне ретранслятора первоначально осуществляют сеанс связи с СПБ на уровне мощности ниже требуемого E_b/N_t. Это обеспечивает то, что удаленные станции в рабочей зоне ретранслятора не будут создавать дополнительные взаимные помехи при передаче на СПБ избыточной мощности. В одном варианте выполнения значение аттенюатора 426 выбирают таким, что уровень мощности при передаче удаленной станции в рабочей зоне ретранслятора обеспечивает поступление сигнала на СПБ на уровне приблизительно 5 децибел ниже требуемого E_b/N_t. Это значение выбирают как коэффициент регулировки замкнутой петли. Удаленная станция в рабочей зоне ретранслятора выходит на требуемое для нее значение E_b/N_t после того, как включится замкнутая петля управления мощностью и уровень мощности установится. Предполагается, что требуемое значение E_b/N_t для удаленной станции в рабочей зоне ретранслятора составляет приблизительно 6 децибел, и что это значение E_b/N_t соответствует частоте возникновения ошибки фрейма на уровне приблизительно 1%, как обычно требуется в СПБ, хотя, если необходимо, можно просто использовать другие значения частоты возникновения ошибки. Эти значения выбирают как исходную точку и их можно изменять после сбора эмпирических данных, поскольку понятно, что требуемое значение E_b/N_t может изменяться в зависимости от условий в сети или в системе связи.

Так же, как для удаленной станции, находящейся в рабочей зоне ретранслятора, для БУС 430 аналогично требуется, чтобы оно первоначально передавало на СПБ сигнал на уровне мощности ниже требуемого для него значения E_b/N_t, что исключает дополнительные взаимные помехи со стороны БУС на СПБ. Поэтому усилитель с переменным коэффициентом усиления устанавливают так, что уровень мощности передачи телефона ретранслятора обеспечивает уровень сигнала на СПБ на 10 дБ ниже требуемого для него E_b/N_t или коэффициент регулировки замкнутой петли устанавливают на уровне 10 децибел. Это значение 10 децибел выбрали для обеспечения минимального требуемого затухания на уровне 10 децибел или для обеспечения описанного ранее зазора. Если минимальный зазор усилителя будет снижен, как может случиться после или в результате получения эмпирических данных и проверки системы, коэффициент коррекции замкнутой петли также может быть понижен на некоторую величину.

Хотя на фиг.4 показан усилитель 422 с переменным коэффициентом усиления, для специалистов в данной области техники будет понятно, что другие технические решения также можно использовать для эффективного управления выходной мощностью. Например, вместо усилителя 422 можно использовать усилитель с фиксированным коэффициентом усиления с переменным аттенюатором, включенным последовательно с его входом, для регулирования коэффициента усиления сигнала путем регулирования уровня мощности входного сигнала, как указано выше. Такой вариант представлен на фиг.5, на которой показан ретранслятор 500, в котором используют множество тех же элементов, что и в ретрансляторе 400, и изменения проведены для обеспечения альтернативной обработки сигналов и подключения сигналов к БУС.

На фиг.5 показан ступенчатый аттенюатор 522, используемый с усилителем 524 с фиксированным коэффициентом усиления, вместо усилителя 422 с переменным коэффициентом усиления. По сигналам или командам управления, поступающим от микроконтроллера 432, изменяется значение уровня ослабления сигнала, поступающего на вход ступенчатого аттенюатора 522, для регулировки величины коэффициента усиления сигнала путем регулировки уровня мощности входного сигнала. Для выполнения этой функции можно использовать ступенчатый аттенюатор, такой как поставляется компанией Weinschel, номер модели 3206-1.

Кроме того, ретранслятор по фиг.5 сконфигурирован так, что он взаимодействует с БУС, которое работает в большей степени, как независимый телефон, и который может включать схему для передачи или пропускания сигналов через антенну. В данном случае в ретрансляторе можно использовать более полный или настоящий телефон при использовании соответствующего гнезда для такого устройства, для установки телефона в требуемом месте и для обеспечения взаимных соединений с внешними схемами ретранслятора. В этой ситуации, хотя и не обязательно, более предпочтительно использовать отдельный микроконтроллер 432. Также возможно использовать альтернативное средство соединения сигналов, поступающих на вход телефона и на его выход.

В такой альтернативной конфигурации сигналы могут поступать на вход телефона и на его выход с использованием циркулятора 514 для передачи сигналов на антенну или антенный соединитель (гнездо) телефона 530 и для снятия сигналов с этого гнезда или на аналогичный вход/выход телефона. Для выполнения этой функции можно использовать циркулятор, такой как поставляется компанией Ute Microwave, номер модели CT-1058-0. Циркулятор 514 используют для разделения принимаемых и передаваемых сигналов телефона ретранслятора и для обеспечения изоляции между этими двумя сигналами. Циркулятор, выбранный для работы в этой конструкции, обычно обеспечивает уровень изоляции приблизительно 20 децибел, что достаточно для обеспечения стабильности ретранслятора.

На фиг.5 также показаны два аттенюатора 516 и 526. Аттенюатор 516 можно использовать для регулировки уровня мощности, передаваемой в циркулятор 514, в то время как аттенюатор 526, соответственно, используют для регулировки уровня мощности, передаваемой в объединитель 418, аналогично описанным ранее аттенюаторам 416 и 426.

VIII. Типичное беспроводное устройство связи

На фиг.6 и 7 показаны два типичных беспроводных устройства связи, пригодных для использования в качестве БУС 430.

На фиг.6 представлен телефон 630 ретранслятора, включающий модем 602, который принимает входные сигналы от аналогового или цифрового приемника 604 сигнала, который, в свою очередь, подключен для приема входных сигналов от фиксированного аттенюатора 416, описанного выше. Пример модема может включать один из нескольких хорошо известных модемов (ММС, MSM) мобильной станции производства компании Qualcomm Incorporated, c такими номерами моделей как MSM3100, MSM5xxx (5050, 5100, 5200, 5500 и т.д.), или 6xxx (6050, 6100, 6200, 6500 и т.д.) для использования в телефонах CDMA. Телефон 630 ретранслятора также имеет выход АУУ, который соединен с усилителем 608 мощности передатчика, обычно через RC фильтр 606. Сигнал АУУ передают по линии 610 управления АУУ. Линия 610 управления показана на фиг.6 как линия с разрывом 612, который символически представляет изменение, проведенное для обеспечения возможности использовать телефон для установки в ретрансляторе 400. Линия АУУ переключена так, что формируется выход 616 АУУ, по которому сигнал передают на микроконтроллер 432, как описано выше. Обычно для установки схемы передачи или усилителя на требуемый минимальный уровень выходного сигнала входной сигнал, используемый в качестве сигнала АУУ, может быть соединен с точкой 614 заземления.

Следует отметить, что микроконтроллер 432 может представлять собой отдельное устройство по отношению к телефону 630 ретранслятора или может быть установлен как часть телефона 630 ретранслятора, если телефон 630 ретранслятора обладает достаточной возможностью управления мощностью ретранслятора. Например, в типичном беспроводном устройстве CDMA используют одну или несколько интегральных схем, в которых применяют встроенный процессор, обладающий достаточной мощностью, а также определенное количество памяти или запоминающее устройство соответствующего объема, в котором записаны программы. Например, некоторые варианты выполнения могут включать встроенный процессор типа ARM (процессор производства компании Advanced RISC Machines) или подобный процессор. Такие элементы можно использовать для выполнения функций микроконтроллера 432 по соединению или подаче сигналов для управления работой усилителей с переменным коэффициентом усиления или аттенюаторов сигнала. По этой причине пунктирной линией 632 обозначено, что функции или операции микроконтроллера 432 выполняются в пределах используемого устройства связи.

На фиг.6 также показаны линии 618 входа/выхода, которые соединяются со схемой, находящейся в модеме 602, которая обеспечивают уведомление о вызове, например обозначает, что телефон “звонит”, хотя для данного применения звонок обычно не используют, а также для подачи сигнала на модем, для “захвата” или для “прекращения” связи телефона. Этот вход соединяется с микропроцессором, поскольку в данном устройстве больше не используется набор кнопок, на которые должен нажимать пользователь телефона для того, чтобы сделать соответствующий выбор функции.

Кроме того, хотя модем 602 может содержать контроллер и внутреннее запоминающее устройство для записи команд и операций, описанных в настоящем описании, в случае необходимости одно или несколько отдельных или дополнительных запоминающих устройств или элементов 620 записи также могут быть включены в телефон 630 ретранслятора, для обеспечения возможности записи команд, данных, инструкций и т.д. В качестве запоминающего устройства можно использовать любой носитель, считываемый процессором, включая, без ограничения, ОЗУ (RAM), ПЗУ (ROM), СППЗУ (EPROM), ППЗУ (PROM), ЭСППЗУ (EEPROM), диск, гибкий диск, постоянное запоминающее устройство на компакт-диске (CD-ROM), универсальный цифровой диск DVD или подобное устройство, на котором может быть записана последовательность инструкций, выполняемых процессором.

На фиг.7 представлен типичный беспроводный терминал 700 пользователя с расширенным спектром, в котором используют аналоговый приемник 704 для приема, преобразования с понижением частоты, усиления и перевода в цифровую форму принятых сигналов. Поступающие на выход аналогового приемника 704 цифровые сигналы связи передают, по меньшей мере, на один приемник 706А цифровых данных и, по меньшей мере, один приемник 708 устройства поиска. Дополнительные приемники 706B-706N цифровых данных можно использовать для обеспечения требуемых уровней сигналов разнесенного приема, в зависимости от приемлемого уровня сложности устройства, как будет понятно для специалистов в соответствующей области техники.

По меньшей мере, один процессор 710 управления соединен с приемником 706A-706N цифровых данных вместе с приемником 708 устройства поиска для обеспечения, помимо прочих функций, основной обработки сигналов, синхронизации, управления мощностью и передачи управления или координации. Другие основные функции управления, часто выполняемые с процессором 710 управления, представляют собой выбор или манипуляцию ПШ (PN – псевдошумовых) кодовых последовательностей или ортогональных функций, используемых для обработки формы колебаний сигнала в системе связи CDMA. Обработка сигналов с помощью процессора 710 управления может включать в себя определение относительного уровня сигнала и вычисление различных соответствующих параметров сигнала, которые могут включать использование дополнительных или отдельных схем, таких как индикатор 714 уровня мощности принятого сигнала (ИМПС, RSSI).

Выходы приемников 706A-706N цифровых данных соединены с цифровой схемой 712 полосы пропускания в пределах блока абонента. В цифровой схеме 712 полосы пропускания пользователя обычно используют обработку и элементы обработки и презентации для передачи информации на терминал пользователя и от него, такие как элементы записи сигнала или данных, такие как временное или долговременное цифровое запоминающее устройство; входные и выходные устройства, такие как индикаторные экраны, громкоговорители, терминалы клавиатуры и телефонные трубки. Эти элементы не обязательно используются в данном варианте применения, за исключением, возможно, обслуживания устройства на месте установки. Также в схему включены элементы аналогово-цифрового преобразователя, вокодеры и другие элементы обработки голоса и аналогового сигнала, которые вместе формируют части схемы полосы пропускания сигнала терминала, с использованием элементов, хорошо известных в данной области техники. Если используется обработка для связи с разнесенным приемом сигналов, цифровая схема 712 полосы пропускания пользователя может содержать схему сложения разнесенных сигналов и декодер. Некоторые из этих элементов также могут работать под управлением или в связи с процессором 710 управления.

Кроме того, хотя схема 712 полосы пропускания обычно содержит запоминающее устройство для записи описанных здесь команд и операций, одно или несколько отдельных или дополнительных запоминающих устройств или элементов 722 записи (таких как описано выше) также могут быть включены в телефон 700 ретранслятора для обеспечения возможности записи команд, данных, инструкций и т.д., в соответствии с необходимостью.

Когда голосовые или другие данные подготовлены как выходное сообщение или сигнал связи, поступающий с блока абонента, цифровую схему 712 полосы пропускания пользователя используют для приема, записи, обработки и других функций, выполняемых при подготовке требуемых данных для передачи. В данном варианте применения такие данные будут минимальными и их используют просто для установления линии связи или для обозначения уровня детектируемого сигнала. Схема 712 полосы пропускания передает эти данные на модулятор 716 передачи, который работает под управлением процессора 710 управления, выход которого соединен с цифровым контроллером 718 мощности передачи, который обеспечивает управление выходной мощностью аналогового усилителя 730 мощности передачи для обеспечения окончательной передачи. Информация об измеренном уровне сигнала для принятых сигналов связи или одного или нескольких сигналов общего ресурса может быть отправлена на базовую станцию с использованием различных технологий, известных в данной области техники, например, путем приложения информации к другим сообщениям, подготовленным схемой 712 полосы пропускания. В качестве альтернативы, эта информация может быть введена как заданные биты управления под управлением процессора 710 управления.

Аналоговый приемник 704 может подавать на выход сигнал, указывающий мощность или энергию принимаемых сигналов. В качестве альтернативы, элемент 714 индикации уровня принятого сигнала может определять это значение путем выборки выходного сигнала аналогового приемника 704 и выполнения обработки, хорошо известной в данной области техники. При нормальном использовании эта информация может непосредственно использоваться усилителем 720 мощности передачи или контролером 718 мощности передачи для регулирования мощности передаваемых сигналов. Эта информация также может использоваться процессором 710 управления для формирования сигналов управления АУУ для этих других элементов.

Цифровые приемники 706A-N и приемник 708 устройства поиска соединены с элементами корреляции сигнала для демодуляции и отслеживания конкретных сигналов. Приемник 708 устройства поиска используют для поиска пилот-сигнала, в то время как цифровые приемники 706A-N используют для демодуляции других сигналов (рабочих сигналов), связанных с детектируемыми пилот-сигналами. Поэтому выходные сигналы этих блоков можно отслеживать для определения энергии пилот-сигнала или других сигналов общего ресурса. Здесь эта функция выполняется также с использованием элемента 714 индикации уровня сигнала или процессора 710 управления.

Как уже было отмечено при описании фиг.4 и 5, из элементов, представленных для БУС на фиг.6 и 7, можно сформировать часть простого модуля или устройства управления, в отличие от более полного “телефона”. В этом случае, как указано выше, устройство может быть разработано так, что оно будет принимать сигналы в пределах определенного диапазона мощности или амплитуд и периода времени, и при этом можно не использовать один или оба аттенюатора 416 или 426.

Для решения задачи настоящего изобретения для работы встроенного БУС важно обеспечить возможность принимать сигналы с СПБ, работать с ними или отвечать на эти сигналы и генерировать или использовать соответствующие команды управления мощностью или сигналы, которые могут включать в себя команды повышения/снижения мощности. При этом, поскольку функция управления мощностью выполняется БУС 430, внешние элементы обработки других сигналов, такие как дисплей экрана, сигналы звонка, музыка, видео и т.д., не являются необходимыми для выполнения этой функции. Кроме того, при использовании упрощенного модульного подхода при построении БУС 430 процессор или контроллер, используемый в БУС 430, вероятно, будет иметь достаточную или даже избыточную мощность или циклы обработки, доступные для выполнения как внутренних функций БУС 430, так и функций микроконтроллера 432, поэтому его можно использовать для снижения стоимости и сложности устройства. Кроме того, запоминающее устройство и другие элементы, которые можно использовать для записи информации, связанной с другими операциями, также можно высвободить для обеспечения функций управления мощностью.

IX. Анализ работы ретранслятора с управляемой мощностью

При использовании ретранслятора в рабочей зоне СПБ в условиях постоянной нагрузки и в отсутствие помех уравнение E_b/N₀ обратной линии связи при идеальном управлении мощностью для удаленной станции можно записать в следующем виде:

где S представляет собой мощность сигнала, принимаемого удаленной станцией, М представляет количество пользователей, х представляет коэффициент речевой активности и i представляет степень взаимных помех из других секторов.

Если значение S_R определено как мощность передачи встроенного БУС, тогда E_b/N₀ для встроенного БУС в ретрансляторе с управляемой мощностью будет представлено в виде:

которое, будучи выражено через добавку тепловых шумов ретранслятора, P_{тепловые}, может быть представлено как:

При возмущении г в коэффициенте усиления обратной линии связи ретранслятора (G3 и G4 по фиг.4) как коэффициент усиления линии ретранслятора СПБ, так и вклад теплового шума ретранслятора на СПБ также получат возмущение на величину г. Если управление мощностью замкнутой петли обратной линии связи запросит изменение б мощности передачи встроенного БУС для получения того же уровня E_b/N₀, как в уравнении 20, тогда:

С помощью вышеприведенных уравнений можно описать изменение добавки теплового шума ретранслятора на СПБ, которая соответствует возмущению коэффициента усиления обратной линии связи ретранслятора. Более конкретно, пусть с представляет собой изменение добавки теплового шума ретранслятора на СПБ. Тогда:

при замене из приведенных выше уравнений можно получить:

Из уравнения 26, для получения того же значения E_b/N₀, что и в предыдущих выражениях, в условиях идеального управления мощностью, можно получить бг = с. Тогда:

Из уравнения 27, при условии номинальной добавки теплового шума ретранслятора на СПБ, можно сделать оценку и выполнить смещение изменения коэффициента усиления обратной линии связи ретранслятора по изменению мощности передачи встроенного БУС и, таким образом, обеспечить поддержание, по существу, постоянного уровня добавки теплового шума ретранслятора на СПБ. Взаимозависимость между г и б для добавки теплового шума ретранслятора на СПБ при значениях добавки 1, 2 и 3 децибела показана на фиг.10 как линии 1002, 1004 и 1006, соответственно.

X. Конструкция ретранслятора с управляемой мощностью

При разработке ретранслятора с управлением мощностью для данной системы следует учитывать несколько специальных вопросов с использованием известных свойств и параметров предполагаемой для использования системы связи. Эти вопросы относятся к выходной мощности усилителя мощности прямой линии связи в ретрансляторе, коэффициенту усиления ретранслятора, распределению коэффициента усиления по прямой линии связи, распределению коэффициента усиления по обратной линии связи, номинальному коэффициенту шума в ретрансляторе и распределению коэффициента усиления для встроенного беспроводного устройства связи.

1. Выход усилителя мощности прямой линии связи

Конструктивные параметры выхода усилителя мощности прямой линии связи, прежде всего, определяются размером требуемой географической зоны обслуживания или рабочей зоны. Эти параметры выхода обычно выражают с использованием максимального среднего значения мощности, W_R. Хотя, поскольку мгновенная мощность прямой линии связи ретранслятора может быть существенно выше, чем значение W_R, в вариантах выполнения максимально возможную выходную мощность усилителя мощности прямой линии связи выбирают или устанавливают на уровне максимальной мгновенной мощности ретранслятора. Хотя это условие не является строго обязательным, оно должно быть выполнено для исключения насыщения, при этом максимальная мгновенная мощность связана с максимальным усредненным значением мощности через соотношение пикового к среднему значению для сетей CDMA.

2. Коэффициент усиления ретранслятора

При расчете коэффициента усиления ретранслятора можно предположить, что коэффициент G_F прямой линии связи и коэффициент G_R обратной линии связи, по существу, идентичны. Коэффициент усиления G_T линии СПБ – ретранслятор просто представляет собой отношение целевого выходного уровня усилителя мощности прямой линии связи, W_R, к выходному уровню W_B усилителя мощности СПБ, который обычно имеет значение 25 Вт.

Для получения коэффициента усиления ретранслятора, G_R, необходимо разделить G_T на коэффициент усиления G_d донорной антенны ретранслятора, потери, L_p, целевого канала между донорной антенной ретранслятора и антенной базовой станции, и коэффициент усиления G_a антенны базовой станции. Поэтому G_R можно выразить в следующем виде:

3. Распределение коэффициента усиления прямой линии связи ретранслятора

Как следует из фиг.4, коэффициент усиления, в децибелах, прямой линии связи ретранслятора с управлением мощностью можно разложить в следующем виде:

При выборе значения G1 для усилителя 406, разъема (408) прямой линии связи для подключения к встроенному БУС и аттенюатора (426) прямой линии связи для встроенного БУС, важно обеспечить адекватную величину мощности воздушного канала прямой линии связи встроенного БУС (для использования с такими сигналами как пилот-сигнал, сигнал пейджинговой связи и сигнал синхронизации системы CDMA), и минимальные условия для выполнения этого требования обычно составляют порядка -85 дБм для системы связи типа CDMA, при этом для систем или протоколов других типов могут использоваться другие значения.

4. Распределение коэффициента усиления ретранслятора по обратной линии связи

Поскольку можно условно предположить, что коэффициент прямой линии связи и обратной линии связи, по существу, идентичны (или, по меньшей мере, в достаточной степени идентичны для обоснования приведенных взаимозависимостей), коэффициент усиления обратной линии связи ретранслятора с управляемой мощностью также равен G_R, и на фиг.4 можно видеть, что в децибелах его можно разложить на уравнение:

Из вышеуказанного следует, что БУС 430 стремится регулировать значение G4 усилителя 422 для поддержания, по существу, постоянной добавки теплового шума ретранслятора на СПБ. Теоретически, изменение G4 стремится изменить номинальный коэффициент шума ретранслятора, F_R. Однако можно условно предположить, что F_R представляет собой постоянную величину, и можно сделать значение F_R, по существу, постоянным, путем выделения достаточного коэффициента усиления усилителя 420 (G3).

В частности, при ожидаемых изменениях G4 (в БУС), и при ожидаемом значении коэффициента шума усилителя 422 (G4) можно рассчитать, на сколько децибел значение коэффициента G3 усиления должно превышать номинальное значение G4 для того, чтобы величина F_R изменялась в меньшей степени, чем определенная заданная величина. Например, если ожидается, что G4 изменится на 10 децибел, и на основании ожидаемого коэффициента шума при таком значении G4 можно сделать вывод, что значение G3 должно превышать номинальное значение G4 приблизительно на 40 децибел для того, чтобы значение F_R изменялось менее чем на 1%, получим ограничивающее условие:

что означает, что выражение для G_R, в децибелах, принимает вид:

Поэтому, после того как будет определено значение коэффициента G4 усиления, значение коэффициента G3 усиления может быть получено из уравнения 31, учитывая, что другие значения можно использовать для изменения коэффициента (G4) усиления или значения превышения одного коэффициента усиления над другим (G3, G4) для заданного процентного изменения (F_R) в соответствии с желанием или необходимостью.

5. Номинальный коэффициент шума ретранслятора

Номинальный коэффициент (F_R) шума ретранслятора может быть получен из ограничивающего условия, размещенного с использованием функции поворота с открытой петлей вокруг константы k. В системах связи CDMA поворот с открытой петлей вокруг константы k является “жестко прошитым” в устройстве беспроводной связи по известным причинам, и его первые три члена представляют собой:

где: (pt)_C = 101og₁₀(W_B) = Максимальная выходная мощность усилителя мощности СПБ (дБм),

и

(NF)_C = 101og₁₀(F_B) = значение уровня шума СПБ (в децибелах).

Для удаленной станции в рабочей зоне ретранслятора значение (pt)_C должно представлять собой уровень выходной мощности усилителя мощности прямой линии связи ретранслятора, 101og₁₀(W_R). Кроме того, значение (NF)_C должно передавать эффективное значение шума ретранслятора. Однако поскольку константа k “жестко прошита” в удаленной станции, можно установить (NF)_C для смещения изменения (pt)_C. Более конкретно, для удаленных станций в рабочей зоне ретранслятора, вместо этого получим и

Для поддержания “жестко прошитого” поворота открытой петли вокруг постоянного значения k, действительного с точки зрения удаленных станций в рабочей зоне ретранслятора, следует стремиться к достижению эффективного значения коэффициента уровня шума ретранслятора:

которое становится равным:

Поскольку коэффициент (G_T) усиления линии связи СПБ – ретранслятор установлен на отношение выходной мощности усилителя мощности прямой линии связи ретранслятора к выходной мощности усилителя мощности СПБ, можно получить:

При рассмотрении этих взаимозависимостей можно видеть, что точно выполнить условия, сформулированные в уравнении 33, невозможно, но имеется возможность установки эффективного коэффициента шума ретранслятора, близкого к требуемому значению, если:

6. Распределение коэффициента усиления для встроенного БУС

Для встроенного БУС коэффициент усиления его канала прямой линии связи в ретрансляторе должен быть равен коэффициенту усиления его канала обратной линии связи в ретрансляторе. В частности, аттенюатор (426) обратной линии связи встроенного БУС 430, ATT2, должен быть установлен так, что:

XI. Установка ретранслятора с управляемой мощностью

Последовательность операций при установке ретранслятора с управляемым уровнем мощности показана на фиг.8 и очень похожа на установку обычного ретранслятора с использованием только одного дополнительного этапа. Этот дополнительный этап состоит в подаче вызова на встроенный БУС для установления опорной мощности передачи для обеспечения номинального вклада теплового шума ретранслятора на СПБ. В остальном, как показано на фиг.8, для установки ретранслятора с управляемой мощностью, его вначале, на этапе 800, физически устанавливают или размещают в требуемой зоне обслуживания, затем, на этапе 802, регулируют коэффициент усиления прямой линии связи ретранслятора для получения целевого значения выходной мощности усилителя мощности прямой линии связи, коэффициент усиления обратной линии связи ретранслятора или СПБ регулируют на этапе 804 для балансирования прямой линии связи и обратной линии связи, и опорную мощность передачи встроенного БУС устанавливают на этапе 806. Хотя процесс установки заканчивается на этапе 808, на этапе 810 периодически может выполняться “вызов” СПБ для обновления установок ретранслятора на основе изменений характеристик канала и т.д.

1. Установить выходную мощность усилителя мощности прямой линии связи ретранслятора

Как указано выше, целевое значение выходной мощности усилителя мощности прямой линии связи ретранслятора, W_R, определяется размером требуемой рабочей зоны. Для обеспечения W_R регулируют значение G2 усилителя 410 по фиг.4, поскольку коэффициент G1 усиления усилителя 406 выбирают для обеспечения требуемой мощности дополнительного канала прямой линии связи для встроенного БУС 430.

2. Балансировать прямую линию связи и обратную линию связи

При установленном коэффициенте усиления прямой линии связи ретранслятора с управляемой мощностью следующий этап состоит в балансировании прямой линии связи и обратной линии связи как в рабочей зоне СПБ, так и в рабочей зоне ретранслятора. Для выполнения этой задачи регулируют коэффициент усиления обратной линии связи СПБ, поскольку регулировка коэффициента усиления обратной линии связи ретранслятора приводит к несбалансированности прямой линии связи и обратной линии связи рабочей зоны СПБ.

Однако, если невозможно регулировать коэффициент усиления обратной линии связи СПБ, тогда для балансирования линий связи можно регулировать значение коэффициента G3 усиления усилителя 410 по фиг.4, поскольку коэффициент усиления обратной линии связи ретранслятора требуется поддерживать, в основном, на значении G4.

После балансировки прямой линии связи и обратной линии связи также устанавливают номинальное значение добавки теплового шума ретранслятора на СПБ.

3. Установить опорное значение мощности передачи встроенного абонентского блока

Как следует из предыдущей секции, номинальную добавку теплового шума ретранслятора на СПБ устанавливают после балансирования прямой линии связи и обратной линии связи. После установки номинальной добавки шума последний этап при установке ретранслятора состоит в подаче вызова на встроенный телефон или БУС для установления опорного значения мощности передачи, обеспечивающего номинальную добавку шума.

После установки ретранслятора на встроенный БУС можно периодически подавать вызовы для детектирования, оценки и смещения изменений коэффициента усиления обратной линии связи ретранслятора.

XII. Многочастотный ретранслятор

Хотя описанные выше варианты выполнения показывают, что при использовании ретранслятора с управляемой мощностью достигается более низкий уровень шума на базовой станции, обеспечивающей связь с использованием ретранслятора или через него, дополнительные преимущества могут быть реализованы при использовании многочастотных ретрансляторов. То есть ретранслятор позволяет обеспечивать связь на двух или большем количестве частот f₁ и f₂.

В приведенном выше описании используют одну центральную частоту f₁ для сигналов, передаваемых между базовой станцией и ретранслятором, представляющую собой ту же частоту, которую используют для передачи сигналов между ретранслятором и удаленными станциями. То есть помимо потенциального разделения прямой и обратной линии связи на отдельные каналы удаленные станции сконфигурированы с возможностью взаимодействия или связи с ретранслятором на тех же частотах, которые они использовали бы при связи с базовой станцией.

Такая типичная конфигурация ретранслятора имеет смысл, когда предполагается, что удаленные станции могут перемещаться в ячейки или сектора или выходить из них и могут время от времени связываться напрямую с базовыми станциями, а не через ретрансляторы. При этом существует необходимость поддерживать работу удаленных станций на достаточно ровном уровне так, что для базовых станций и ретрансляторов не потребуются дополнительные конструктивные усложнения для обеспечения связи. Кроме того, существует потребность обеспечить возможность использования устройств связи также без излишнего изменения или усложнения их конструкции.

Однако, если ретранслятор обеспечивает связь с удаленными станциями или с базовой станцией на второй частоте f₂, тогда система связи может обеспечить улучшенную загрузку или дополнительную возможность, поскольку удаленные станции, работа которых обеспечивается через ретранслятор, или сам ретранслятор создают меньший уровень помех для СПБ и удаленных станций.

При выборе конструкции ретранслятора, в которой используется другая частота для линии связи ретранслятор – базовая станция (f₂), чем частота для линии связи ретранслятор – удаленная станция (f₁), встроенный БУС может работать на второй частоте f₂, и при этом команды управления мощностью для БУС будут изменять оба соответствующих коэффициента усиления каскада усиления на частоте f₁ и каскада усиления на частоте f₂ для обеспечения управления мощностью. В качестве альтернативы, регулировка управления мощностью может быть сконфигурирована так, что БУС обеспечит все управление коэффициентом усиления с использованием сигналов только на частоте f₁ или на частоте f₂ или с использованием некоторой комбинации этих двух частот.

В другом варианте выполнения, если в системе связи для работы или нагрузки используют более одной частоты, тогда ретранслятор, по своей сущности, может быть широкополосным и может передавать многочастотные сигналы с базовых станций на удаленные станции и принимать множество частот (каналов) от удаленных модулей, и передавать их обратно на базовую станцию. При такой конфигурации команды управления мощностью для БУС в ретрансляторе могут поступать по одному из каналов, и этот канал будет задавать изменение коэффициента усиления для всех каналов аналогичным образом, или БУС может подавать вызов на различные каналы и обрабатывать команды управления мощностью в этих каналах, и изменять коэффициент усиления для всех этих каналов одинаковым образом, или же БУС может подавать запрос в различные каналы и изменять коэффициент усиления только в этом канале.

XIII. Множество ретрансляторов

Другой способ предпочтительного расширения рабочей зоны системы связи, в соответствии с настоящим изобретением, состоит в использовании более одного ретранслятора или цепочки ретрансляторов, которые связаны друг с другом. То есть один ретранслятор соединен или устанавливает линию связи с базовой станцией, а дополнительные ретрансляторы устанавливают линии связи с первым ретранслятором, в основном, так же, как они установили бы линии связи с удаленными станциями. На фиг.9 показана конфигурация системы связи, в которой используют множество ретрансляторов, соединенных между собой.

Как показано на фиг.9, эта концепция может быть расширена так, что один ретранслятор может обслуживать один или несколько ретрансляторов для обеспечения более широкой рабочей зоны за пределами дальности действия базовой станции или для получения необычной формы зоны, требующей использования дополнительных ресурсов. Это показано на примере ретранслятора 902, зона 910 обслуживания которого связана с одним или несколькими ретрансляторами 904, 906 и 908, каждый из которых имеет зоны 914, 916, 918 обслуживания, соответственно, для обеспечения более сложной формы рабочей зоны или большей площади обслуживания.

В качестве альтернативы можно использовать последовательность ретрансляторов, установленных “в линию” или по линейной схеме, каждый из которых обеспечивает связь со следующим ретранслятором для расширения рабочей зоны на большом расстоянии, но, возможно, с узкой шириной зоны, можно сказать, в одном измерении (по ширине). Этот вариант показан на фиг.9, в котором ретранслятор 902 обеспечивает связь с ретранслятором 906, который, в свою очередь, обеспечивает связь через зону 916 обслуживания с ретранслятором 920, который обеспечивает связь с ретранслятором 922 в зоне 930 обслуживания, который использует зону 932 обслуживания для обеспечения связи с ретранслятором 924, и т.д. Такую технику можно использовать для более эффективного решения проблемы обеспечения связи вдоль длинного узкого транспортного коридора, например, когда поток передачи данных проявляет тенденцию концентрации, по меньшей мере, во время определенных пиковых периодов или в удаленных или сельскохозяйственных районах, без попытки обеспечить перекрытие соседних районов, интенсивность использования которых мала.

Однако, как показано на примере ретранслятора 926 и зоны 934 обслуживания, в случае необходимости линия ретрансляторов может быть снова “расширена”, путем использования двух или более ретрансляторов одновременно вместо одного, установленного в линию. В качестве альтернативы еще одна линия ретрансляторов также может ответвляться в другом направлении. Поэтому, как только область, для которой перекрытие не требуется или является трудновыполнимым или невозможным для достижения, будет освобождена, перекрытие зоны обслуживания расширяют или перенаправляют.

Также можно использовать связь между двумя базовыми станциями, которые находятся на большом расстоянии друг от друга путем соединения последнего ретранслятора цепочки с этой базовой станцией и передачи некоторой информации управления или синхронизации между ними, в то время как ретрансляторы также обеспечивают связь рядом с их местом расположения. Также возможно комбинировать этот подход со схемой выделения множества частот, описанной выше, для изменения частот в одной или нескольких точках вдоль цепочки или зоны ретрансляторов для удовлетворения других требований по уровню взаимных помех или сложившихся структур или в соответствии с необходимостью. Сигналы связи, предназначенные для удаленных станций, могут быть сформированы или могут работать на одной частоте, в то время как встроенный БУС может использовать сигналы, сформированные на второй частоте, или даже на третьей, четвертой и так далее частоте, в зависимости от количества используемых ретрансляторов.

В любом случае, следует понимать, что для таких конфигураций с использованием множества ретрансляторов, в случае необходимости, варианты выполнения настоящего изобретения позволяют использовать каждый ретранслятор как ретранслятор с управлением мощностью или без этой функции. В ретрансляторах с управлением мощностью используются преимущества встроенного БУС, и при этом сигналы передают от одного ретранслятора на следующий для регулирования мощности, как описано выше.

XIV. Заключение

Приведенное выше описание вариантов выполнения предназначено для обеспечения возможности использования настоящего изобретения специалистами в данной области техники. Хотя настоящее изобретение, в частности, представлено и описано со ссылкой на его варианты выполнения, для специалистов в данной области техники будет понятно, что различные изменения в форме и деталях могут быть выполнены без отхода от объема и сущности настоящего изобретения.

Настоящее изобретение было описано выше с использованием функциональных компоновочных блоков, иллюстрирующих рабочие характеристики определенных функций и взаимодействия между ними. Границы этих функциональных компоновочных блоков были здесь определены произвольно для удобства описания. Другие границы могут быть определены, если только описанные функции и взаимозависимости будут соответствующим образом выполняться. Любые такие измененные границы, таким образом, находятся в пределах объема и сущности заявленного изобретения. Для специалиста в данной области техники будет понятно, что такие функциональные компоновочные блоки могут быть построены с использованием дискретных компонентов, специализированных интегральных схем, с применением соответствующих программных средств, выполняемых с помощью процессора, и т. п., или с использованием множества их комбинаций. Таким образом, широта и объем настоящего изобретения не должны быть ограничены какими-либо описанными выше примерами вариантов выполнения, но должны быть определены только в соответствии с прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

Формула изобретения

1. Способ управления выходной мощностью ретранслятора, который осуществляет связь с одной или несколькими базовыми станциями в беспроводной системе связи, заключающийся в том, что подают заданную часть сигнала связи донорной базовой станции, предназначенного для удаленных станций, на беспроводное устройство связи, встроенное в указанный ретранслятор, устанавливают обратную линию связи между беспроводным устройством связи и донорной базовой станцией в ответ на заданную часть, с использованием канала передачи сигналов обратной линии связи, по существу, совместно с передачей сигналов связи удаленной станции на указанную базовую станцию и принимают информацию, предназначенную для регулирования мощности для беспроводного устройства связи, от донорной базовой станции и генерируют, по меньшей мере, один сигнал управления мощностью для регулирования коэффициента усиления обратной линии связи ретранслятора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при регулировании коэффициента усиления обратной линии связи ретранслятора принимают информацию, предназначенную для регулирования мощности беспроводного устройства связи, от донорной базовой станции, генерируют, по меньшей мере, один сигнал управления мощностью для регулирования выходной мощности передачи беспроводного устройства связи и регулируют коэффициент усиления обратной линии связи ретранслятора на основе указанного сигнала управления мощностью.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительно генерируют сигнал автоматического управления коэффициентом усиления в беспроводном устройстве связи в качестве указанного, по меньшей мере, одного сигнала управления мощностью.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно принимают сигнал связи от донорной базовой станции, предназначенный для передачи на удаленные станции, принимают сигналы связи от одной или нескольких удаленных станций для передачи на указанную базовую станцию по заданному каналу передачи сигналов, обрабатывают указанную заданную часть в беспроводном устройстве связи для установления прямой линии связи, генерируют сигнал связи обратной линии связи в беспроводном устройстве связи для донорной базовой станции, передают сигнал связи обратной линии связи от беспроводного устройства связи вместе с указанными сигналами, принятыми от удаленных станций, находящихся в рабочей зоне, по заданной обратной линии связи, совместно с сигналами связи удаленных станций, на донорную базовую станцию, принимают направленный сигнал связи от донорной базовой станции, предназначенный для беспроводного устройства связи, и генерируют указанный сигнал управления мощностью, детектируют сигнал управления мощностью ретранслятором и регулируют коэффициент усиления обратной линии связи на основе детектированного сигнала управления мощностью.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно усиливают сигналы связи, принятые от донорной базовой станции, передают усиленные донорные сигналы, по меньшей мере, на одну удаленную станцию, усиливают сигналы связи, принятые от одной или нескольких удаленных станций, передают усиленные сигналы, принятые из рабочей зоны, на указанную базовую станцию, передают через антенный коммутатор усиленные сигналы связи, поступающие от удаленных устройств, находящихся в рабочей зоне, и принятые сигналы связи донорной базовой станции и передают через антенный коммутатор усиленные сигналы связи донорной базовой станции и принятые сигналы связи удаленной станции.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что дополнительно ослабляют на заданную величину указанную заданную часть сигнала связи донорной базовой станции перед его передачей в беспроводное устройство связи, ослабляют указанный сигнал обратной линии связи, поступающий с выхода беспроводного устройства связи, и комбинируют получаемый ослабленный сигнал обратной линии связи, поступающий от беспроводного устройства связи, с сигналами связи удаленной станции.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно принимают сигнал связи от донорной базовой станции, имеющий первую частоту, и принимают сигналы связи от одной или нескольких удаленных станций, имеющие вторую частоту, отличающуюся от первой частоты.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают прямую линию связи между беспроводным устройством связи и донорной базовой станцией с использованием указанной первой частоты и устанавливают обратную линию связи между беспроводным устройством связи и донорной базовой станцией с использованием указанной второй частоты.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительно регулируют коэффициент усиления ретранслятора на указанной второй частоте на основе информации регулирования мощности для указанной первой частоты.

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительно регулируют коэффициент усиления ретранслятора на указанной второй частоте на основе информации регулирования мощности для обеих указанных первой и второй частот.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно получают указанные сигналы связи с использованием стандарта, выбранного из группы CDMA, WCDMA, TDMA, TD-SCDMA и GSM.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно периодически устанавливают линию связи между беспроводным устройством связи и донорной базовой станцией и принимают информацию регулирования мощности для беспроводного устройства связи от донорной базовой станции и калибруют точку установки коэффициента усиления для ретранслятора.

13. Устройство для управления выходной мощностью ретранслятора, осуществляющего сеанс связи с одной или несколькими донорными базовыми станциями в беспроводной системе связи, содержащее средство для подачи заданной части сигнала связи донорной базовой станции, предназначенного для удаленных станций, на беспроводное устройство связи, встроенное в указанный ретранслятор, средство для установления линии связи между беспроводным устройством связи и донорной базовой станцией в ответ на заданную часть с использованием канала передачи сигналов обратной линии связи, по существу, совместно с сигналами связи удаленных станций и средство для приема информации регулирования мощности для беспроводного устройства связи от донорной базовой станции и для генерирования, по меньшей мере, одного сигнала управления мощностью для регулирования коэффициента усиления обратной линии связи ретранслятора.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что средство для приема и регулирования содержит средство для приема информации регулирования мощности для беспроводного устройства связи от донорной базовой станции, средство для генерирования, по меньшей мере, одного сигнала управления мощностью, предназначенного для регулирования выходной мощности передачи беспроводного устройства связи, и средство для регулирования коэффициента усиления обратной линии связи ретранслятора на основе указанного сигнала управления мощностью.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для генерирования сигнала автоматического управления коэффициентом усиления в беспроводном устройстве связи в качестве указанного, по меньшей мере, одного сигнала управления мощностью.

16. Устройство по п.13, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для приема сигнала связи от донорной базовой станции, предназначенного для передачи на удаленные станции, средство для приема сигналов связи от одной или нескольких удаленных станций, предназначенных для передачи на указанную базовую станцию по заданному каналу передачи сигналов, средство для обработки указанной заданной части беспроводного устройства связи, для установления прямой линии связи, средство для генерирования сигнала связи обратной линии связи в беспроводном устройстве связи для донорной базовой станции, средство для передачи указанного сигнала связи обратной линии связи от беспроводного устройства связи вместе с указанными сигналами, принятыми от удаленных станций, находящихся в рабочей зоне, вместе с указанной заданной частью сигнала, на донорную базовую станцию, средство для приема сигнала связи направленного от донорной базовой станции, предназначенного для беспроводного устройства связи, и генерирования указанного сигнала управления мощностью; средство для детектирования сигнала управления мощностью с помощью ретранслятора и средство для регулирования указанного коэффициента усиления обратной линии связи на основе детектированного сигнала управления мощностью.

17. Устройство по п.13, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для усиления сигналов связи, принимаемых от донорной базовой станции, средство для передачи усиленных донорных сигналов, по меньшей мере, на одну удаленную станцию, средство для усиления сигналов связи, принятых от одной или нескольких удаленных станций, средство для передачи усиленных сигналов, поступающих из рабочей зоны, на указанную базовую станцию, средство для передачи через антенный коммутатор усиленных сигналов связи, поступающих от удаленных станций, находящихся в рабочей зоне, и принимаемых сигналов связи донорной базовой станции, и средство для передачи через антенный коммутатор усиленных сигналов связи донорной базовой станции и принимаемых сигналов связи, поступающих от удаленных станций.

18. Устройство по п.14, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для ослабления в заданной степени указанной заданной части сигнала связи донорной базовой станции перед передачей на беспроводное устройство связи и средство для ослабления указанного сигнала обратной линии связи, поступающего с выхода беспроводного устройства связи, и средство для комбинирования получаемого в результате ослабленного сигнала обратной линии связи от беспроводного устройства связи с сигналами связи удаленных станций.

19. Устройство по п.13, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для приема сигнала связи от донорной базовой станции, имеющего первую частоту, и средство для приема сигналов связи от одной или нескольких удаленных станций, имеющих вторую частоту, отличающуюся от указанной первой.

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для установления прямой линии связи между беспроводным устройством связи и донорной базовой станцией с использованием указанной первой частоты и средство для установления обратной линии связи между беспроводным устройством связи и донорной базовой станцией с использованием указанной второй частоты.

21. Устройство по п.19, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для регулирования коэффициента усиления ретранслятора на второй частоте на основе информации регулирования мощности для первой частоты.

22. Устройство по п.19, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для регулирования коэффициента усиления ретранслятора на второй частоте на основе информации регулирования мощности для обеих первой и второй частот.

23. Устройство по п.19, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для передачи усиленных донорных сигналов, по меньшей мере, на одну удаленную станцию и для передачи усиленных сигналов удаленной станции на указанную базовую станцию на первой частоте и средство для передачи сигналов обратной линии связи от беспроводного устройства связи на донорную базовую станцию на второй частоте.

24. Устройство по п.13, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для формирования указанных сигналов связи с использованием стандарта, выбранного из группы CDMA, WCDMA, TDMA, TD-SCDA и GSM.

25. Устройство по п.13, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для периодического установления связи между беспроводным устройством связи и донорной базовой станцией и приема информации регулирования мощности для беспроводного устройства связи от донорной базовой станции и калибровки точки установки коэффициента усиления для ретранслятора.

26. Способ управления уровнем шумов донорной базовой станции, осуществляющей сеанс связи с ретранслятором, который связан с указанной базовой станцией и одной или несколькими удаленными станциями в беспроводной системе связи, заключающийся в том, что передают заданную часть сигнала связи донорной базовой станции, предназначенного для удаленных станций, в беспроводное устройство связи, встроенное в указанный ретранслятор, устанавливают линию связи между беспроводным устройством связи и донорной базовой станцией в ответ на указанную заданную часть путем передачи сигнала обратной линии связи по каналу сигнала обратной линии связи совместно с сигналами связи удаленной станции, передаваемыми на указанную базовую станцию, принимают информацию регулирования мощности для беспроводного устройства связи от донорной базовой станции и генерируют, по меньшей мере, один сигнал управления мощностью для регулирования выходной мощности передачи беспроводного устройства связи и регулируют коэффициент усиления обратной линии связи указанного ретранслятора на основе указанного сигнала управления мощностью.

27. Устройство для управления уровнем шума в донорной базовой станции, осуществляющей сеанс связи с ретранслятором, связанным с указанной базовой станцией и одной или несколькими удаленными станциями в системе беспроводной связи, содержащее средство для передачи заданной части сигнала связи донорной базовой станции, предназначенного для удаленных станций, в беспроводное устройство связи, встроенное в указанный ретранслятор, средство для установления линии связи между беспроводным устройством связи и донорной базовой станцией в ответ на указанную заданную часть путем передачи сигнала обратной линии связи по каналу сигнала обратной линии связи совместно с сигналами связи удаленной станции, передаваемыми на указанную базовую станцию, средство для приема информации регулирования мощности для беспроводного устройства связи от донорной базовой станции и генерирования, по меньшей мере, одного сигнала управления мощностью для регулирования выходной мощности передачи беспроводного устройства связи и средство для регулирования коэффициента усиления обратной линии связи указанного ретранслятора на основе указанного сигнала управления мощностью.

28. Ретранслятор с управлением мощностью, осуществляющий сеанс связи с одной или несколькими донорными базовыми станциями и удаленными станциями в беспроводной системе связи, содержащий первую схему, предназначенную для обработки сигналов связи, принимаемых от указанной донорной базовой станции для передачи на удаленные станции, вторую схему, предназначенную для обработки сигналов связи, принимаемых от указанных удаленных станций для передачи на донорную базовую станцию, беспроводное устройство связи, подключенное к первой и второй схемам, для приема, по меньшей мере, заданной части сигналов связи, принимаемых от донорной базовой станции, и для установления линии связи с донорной базовой станцией в ответ на указанную заданную часть по каналу сигнала обратной линии связи совместно с сигналами связи удаленных станций, передаваемыми на указанную базовую станцию, причем беспроводное устройство дополнительно включено для регулирования коэффициента усиления обратной линии связи указанного ретранслятора на основе изменений мощности, выполняемого в ответ на характеристики установленной линии связи.

29. Ретранслятор по п.28, отличающийся тем, что первая и вторая схема сконфигурированы с возможностью усиления и передачи донорных сигналов, по меньшей мере, на одну удаленную станцию и усиления и передачи сигналов удаленной станции на донорную базовую станцию на первой частоте и усиления и передачи сигналов обратной линии связи от беспроводного устройства связи на донорную базовую станцию на второй частоте.

30. Ретранслятор по п.29, отличающийся тем, что дополнительно содержит средство для регулирования коэффициента усиления ретранслятора на второй частоте на основе информации регулирования мощности для первой частоты.

31. Ретранслятор по п.29, отличающийся тем, что дополнительно содержит средство для регулирования коэффициента усиления ретранслятора на второй частоте на основе информации регулирования мощности для обеих первой и второй частот.

32. Ретранслятор по п.29, отличающийся тем, что дополнительно содержит средство для передачи усиленных донорных сигналов на, по меньшей мере, одну удаленную станцию и для передачи усиленных сигналов удаленной станции на указанную базовую станцию на первой частоте и средство для передачи сигналов обратной линии связи от беспроводного устройства связи на донорную базовую станцию на второй частоте.

33. Ретранслятор по п.28, отличающийся тем, что дополнительно содержит средство для формирования сигналов связи с использованием стандарта, выбранного из группы CDMA, WCDMA, TDMA, TD-SCDMA и GSM.

34. Способ обеспечения рабочей зоны сигнала в системе связи, в которой используется два или большее количество ретрансляторов, осуществляющих связь с базовой станцией при минимизации уровня шумов на базовой станции, возникающих из-за присутствия одного или нескольких ретрансляторов, заключающийся в том, что передают первую часть сигнала связи донорной базовой станции, предназначенного для удаленных станций, в первое беспроводное устройство связи, встроенное в первый ретранслятор, устанавливают обратную линию связи между первым беспроводным устройством связи в первом ретрансляторе и донорной базовой станцией в ответ на указанную первую часть с использованием обратного канала совместно с передачей сигналов связи удаленной станции на указанную базовую станцию от второго ретранслятора через первый ретранслятор, принимают информацию регулирования мощности для первого беспроводного устройства связи от донорной базовой станции и генерируют, по меньшей мере, один сигнал управления мощностью для регулирования выходной мощности передачи первого беспроводного устройства связи в первом ретрансляторе и регулируют коэффициент усиления обратной линии связи первого ретранслятора на основе указанного сигнала управления мощностью.

35. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно передают вторую часть сигнала связи донорной базовой станции, усиливаемого и передаваемого первым ретранслятором и предназначенного для удаленных станций, на второе беспроводной устройство связи, встроенное во второй ретранслятор, устанавливают линию связи между вторым беспроводным устройством связи во втором ретрансляторе и первым ретранслятором в ответ на указанную вторую заданную часть путем передачи сигнала обратной линии связи по каналу сигнала обратного линии связи совместно с сигналами связи удаленной станции, передаваемыми на указанную базовую станцию от третьего ретранслятора через второй ретранслятор, принимают информацию регулирования мощности для второго беспроводного устройства связи от первого ретранслятора и генерируют, по меньшей мере, один сигнал управления мощностью для регулирования выходной мощности передачи второго беспроводного устройства связи во втором ретрансляторе и регулируют коэффициент усиления обратной линии связи второго ретранслятора на основе указанного сигнала управления мощностью.

36. Способ по п.34, отличающийся тем, что первый и второй ретрансляторы сконфигурированы с возможностью усиления и передачи донорных сигналов, по меньшей мере, на одну удаленную станцию и усиления и передачи сигналов удаленной станции на донорную базовую станцию на первой частоте, и усиления и передачи сигналов обратной линии связи от первого и второго беспроводных устройств связи на второй частоте.

37. Способ по п.34, отличающийся тем, что указанные дополнительные ретрансляторы сконфигурированы с возможностью усиления и передачи донорных сигналов, по меньшей мере, на одну удаленную станцию и усиления и передачи сигналов удаленной станции на донорную базовую станцию на одной частоте и усиления и передачи сигналов обратной линии связи от встроенных беспроводных устройств связи на другой частоте.

38. Ретранслятор, содержащий радиочастотные схемы, предназначенные для обработки сигналов связи, телефон, встроенный в ретранслятор и соединенный с радиочастотными схемами, и средство для использования функций управления мощностью в контуре замкнутой петли телефона для регулирования уровня мощности передачи указанного ретранслятора, благодаря чему обеспечивается стабилизация изменения коэффициента усиления и рабочей точки, поскольку телефон выполняет коррекцию значения мощности передачи по командам обработки управления мощностью в контуре замкнутой петли.

39. Ретранслятор по п.38, отличающийся тем, что сигналы связи, обрабатываемые указанным ретранслятором, представляют собой модулированные сигналы связи с расширенным спектром типа CDMA.

40. Ретранслятор, содержащий первый антенный коммутатор, выход которого соединен с цепью приемника, а вход которого соединен с цепью передатчика, причем цепь приемника содержит соединитель, имеющий вход, соединенный с выходом первого антенного коммутатора, и два выхода, один из которых последовательно соединен с первым набором из одного или нескольких усилителей, первый фиксированный аттенюатор, последовательно соединенный с указанными первыми усилителями, второй антенный коммутатор, вход которого подключен для приема выходного сигнала указанных первых усилителей, объединитель, имеющий два входа и один выход, причем один их входов подключен для приема выходного сигнала от указанного второго антенного коммутатора, один или несколько усилителей, соединенных последовательно с выходом объединителя, второй фиксированный аттенюатор, последовательно соединенный с указанными усилителями, цифровой ступенчатый аттенюатор, последовательно соединенный с выходом указанного второго аттенюатора, выход которого соединен со входом первого антенного коммутатора и входом сигнала управления, циркулятор, имеющий приемный вход, соединенный с выходом указанного соединителя, выход передачи, соединенный со вторым входом указанного объединителя, и антенный вход, третий фиксированный аттенюатор, последовательно соединенный с указанным приемным входом циркулятора, четвертый фиксированный аттенюатор, последовательно соединенный с указанным выходом передачи циркулятора и вторым входом объединителя, телефон ретранслятора, имеющий антенный выход, соединенный с антенным входом циркулятора, и, по меньшей мере, выход управления коэффициентом усиления, выход указания поступления вызова и выход сигнала начала/завершения сеанса связи, и микроконтроллер, выход которого подключен ко входу управления цифрового ступенчатого аттенюатора, предназначенный для вырабатывания команд управления степенью ослабления и, таким образом, выходной мощностью, и, по меньшей мере, ко входу управления коэффициентом усиления, входу указания поступления вызова и входу начала/завершения сеанса связи, каждый из которых соединен с соответствующими выходами телефона ретранслятора.

41. Ретранслятор по п.40, отличающийся тем, что для сигналов связи, обрабатываемых указанным ретранслятором, используют стандарт, выбранный из группы CDMA, WCDMA, TDMA, TD-SCDMA и GSM.

42. Система беспроводной связи, содержащая одну или несколько донорных базовых станций, одну или несколько удаленных станций и ретранслятор с управлением мощностью, осуществляющий сеанс связи с указанной базовой станцией и одной или несколькими удаленными станциями, содержащий средство для передачи части сигнала связи базовой станции в беспроводное устройство связи, встроенное в ретранслятор, средство для установления обратной линии связи между беспроводным устройством связи и донорной базовой станцией с использованием сигнала обратной линии связи по каналу сигнала обратной линии связи совместно с сигналами связи удаленной станции и средство для приема команд регулирования мощности от донорной базовой станции и генерирования, по меньшей мере, одного сигнала управления мощностью для регулирования выходной мощности передачи.

РИСУНКИ