專利名稱：無線轉發器組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及通信網絡，尤其是涉及一種無線轉發器，其包括在超高速 個人局域網中的接收器和發射器。
背景技術：
鑒于世界越來越依賴于電子設備和便攜式設備，對于更快捷更便利的 設備的期望也不斷提高。因此，這種設備的生產者力圖生產出更快、更易 使用并且更加經濟的設備以滿足消費者的需要。
事實上，尤其是由于眾多新的多媒體應用的出現，對超高數據速率無
絆通佶的恧龍也提富了。由干汶購萵教抿諫泰方而的一鵬局限，ra此對于
超高速個人區域網(PAN)以及點對點或點對多點的數據鏈路的需要變得 至關重要。
通常的無線局域網(WLAN)，例如802.11a、 802.11b以及802.11g標
準，都有其局限性，在最佳的情況下僅能達到54Mb/s的數據率。其他的 高速無線通信，例如超寬帶(UWB)以及多輸入/多輸出(MIMO)系統， 能夠將數據速率擴展至近100Mb/s。
為達到千兆位每秒(Gb/s)的波譜(spectrum),無論是波譜效率或者 口—I用帶寬都必須提高。因此，伴隨著這種對更加快速的要求，也增進了以 毫米波(MMW)頻率工作的技術和系統的近期發展。
幸運地是，很多政府已經使用了 60GHz波譜中若干GHz (千兆赫) 帶寬的無需許可的儀器、科學及醫學(ISM)波段。例如，美國通過聯邦 電訊委員會(FCC)分配了 59-64GHz為在美國無需許可申請。同樣地， 日本分配了 59-66GHz用于高速數據通信。同樣地，歐洲分配了 59-62、62-63 以及65-66GHz用于移動寬帶和WLAN通信。此波譜內的頻率的可用性為超高速短程無線通信提供了機會。
令人遺憾地是，盡管擁有了高頻率的優勢，但是仍然存在某些根本性
的缺陷。例如，60GHz高速室內通信系統的一個根本缺陷是由于伴隨著通 常是由人體造成的視距(LOS)障礙出現的屏蔽效應而產生的信道衰減。
例如，簡單地說人或者其他物體通過進入例如發射器和接收器之間的視距 而干擾了通信系統的傳輸，通信信號減弱或者暫時性的完全丟失。由此，
只能在直接LOS關系中實現最佳傳輸。
因此，需要的是一種設備和系統，其在超高數據傳輸中允許將簡單且 無障礙的LOS應用于超高頻的高效便利的傳輸。這種設備，就是本發明的 主要目的。
發明內容
本發明提供了一種用于超高速無線通信的無線轉發器組件。該無線轉 發器組件包括與接收器進行通信的第一天線，以及與發射器進行通信的第 二天線。
轉發器的接收器和發射器可被安裝在自動機械掃描系統上，或者起電 子掃描性能的作用。因此，該轉發器可利用戰略定位基站自動進行對準。
換句話說，多扇區轉發器包括用于提供扇形覆蓋面的N個接收器/發 射器，因此減輕了掃描特性的許多要求。
優選的是，轉發器的第一天線和第二天線可以在約60GHz即54至 66GHz的范圍內工作，其中以至少約5Gb/s來接收和發送數據通信。
本發明提供了戰略定位轉發器，使視距損失問題最小化，以便所述轉 發器能夠與鄰近該轉發器的其他接收器和發射器進行通信。
無線轉發器組件可包括接收器，用于接收無線數據通信，其中該接 收器包括用于接收模擬信號的接收天線；接收器濾波器，允許預設范圍的 頻率傳至接收器放大器；以及接收器放大器，用于增強接收器濾波器發出 的信號；發射器，用于發射無線數據通信，其中，該發射器包括發射器放 大器，其用于增強來自接收器的信號；發射器濾波器，允許預設范圍的頻率傳至發射天線；以及發射天線，用于發射來自轉發器組件的信號；以及 接收器和發射器之間的硬件有線連接，其中，接收器和發射器以有線方式 進行通信。
所述接收天線被調諧以約60GHz進行接收，以及所述發射天線被調諧 以約60GHz進行發射。
所述接收天線包括高增益天線，所述接收器濾波器包括帶通濾波器， 以及其中接收器放大器包括低噪聲放大器。發射器放大器包括功率放大 器，發射器濾波器包括帶通濾波器，以及其中發射天線包括高增益天線。
無線轉發器進一歩包括定位于接收器和發射器之間的用于保護數據 的緩沖存儲器。
接收器進一步包括模數轉換器，以及發射器進一步包括數模轉換器。
無線轉發器組件包括至少兩個層，頂層和底層，以及其中頂層包括液 晶聚合物，底層包括耐火材料4。
無線轉發器可與光源的功率適配器進行通信，以及其中無線轉發器組 件從功率適配器獲得操作功率。另外，無線轉發器組件可位于地面以上至 少兩米。
無線轉發器組件可以穿過墻壁向第二無線轉發器組件進行發射，以及 該無線轉發器組件和第二無線轉發器組件位于墻壁相對兩側且彼此鄰近。
無線轉發器能夠在約90度的方位角以及約90至180度范圍的仰角中 掃描該無線轉發器組件五米以內的在約60GHz下工作的模擬信號。優選的 是，無線轉發器組件被供以直流電。
結合附圖、根據以下詳細說明，本發明的這些及其他目的、特征和優 點將變得更為淸楚。
圖1描述了根據本發明的優選實施例的無線轉發器組件。
圖2描述了根據本發明的優選實施例的無線轉發器組件的另一個實施圖3描述了根據本發明的優選實施例、使用無線轉發器組件的單元對
單元(unit-to-unit)通信方案。
圖4描述了根據本發明的優選實施例、使用無線轉發器組件的單元對 單元對接(docking)系統。
圖5描述了根據本發明的優選實施例的金字塔形多扇區天線。
圖6描述了根據本發明的優選實施例、相對于另一個發射器和接收器 來定位無線轉發器組件的若T例示。
圖7描述了根據本發明的優選實施例、用于例示發射/接收數據通信的 角度的無線轉發器環境。
圖8描述了根據木發明的優選實施例的無線轉發器組件的功率適配器 組件。
圖9描述了根據本發明的優選實施例、用于定位無線轉發器組件的功 率適配器的示范性實施例。
圖10描述了根據本發明的優選實施例的無線穿墻(through-wall)轉發
器組件。
具體實施例方式
為了便于理解本發明的原理和特征，參考示范性實施例中的實施進行 以下說明。特別是，在處于無線轉發器組件的環境中對本發明進行了描述， 所述無線轉發器組件能夠實現通信信號的復制，以及進一步擴展了無線發 射器的范圍。
然而，本發明不局限于其用于超高速通信的無線轉發器組件。確切地 說，當期望是轉發器或者必須是轉發器時，更適合應用本發明。因此，在 下文中被描述為無線轉發器的設備同樣nj-以作為除無線轉發器以外的其 他應用的設備而發揮作用。
另外，所描述的、用于組成本發明各個單元的材料僅是示范性的而非
7限制性的。可實現與在此所述的材料相同或類似功能的眾多適宜的材料也 包含在本發明的范疇之內。此處未描述的其他材料包括但不限于例如在本 發明的改進之后所開發的材料。
雖然在優選頻率范圍內對本發明做了描述，但是本領域的技術人員能 夠理解所述轉發器組件能夠在更多的可用頻率下運行。另外，雖然在優選 數據傳輸速度內對本發明做了描述，但是本領域的技術人員能夠理解所述 轉發器組件能夠在更多的數據傳輸速度下運行。
圖1舉例說明無線轉發器組件100，用于直放通信信號以及擴展無線
發射器的范圍。無線轉發器組件100包括接收器110以及發射器120。接 收器110包括天線112、濾波器114以及放大器116。轉發器組件100的接 收器110適于接收以特定的頻率發射的信號。發射器120包括放大器122、 濾波器124以及天線126。轉發器組件100的發射器120適于以特定的頻 率發射信號。
在優選實施例中，轉發器組件100的接收器110和發射器120進行通 信。當然，優選的是接收器110和發射器120經由硬件有線連接130進行通信。
接收器110包括天線112。優選的是，天線112適于接收約60GHz (即 54至66GHz)范圍內的頻率。天線112是高增益天線，其是具有集中的狹 窄無線電波波束寬度(focused narrow radiowave beam width)的天線。窄 波束寬度考慮到獲得信號的明確目標。所述高增益天線有時也稱為定向天 線。優選的是，體現較寬輻射覆蓋面的介質增益天線可被用于多扇區實現 中。
接收器110進--步包括濾波器114。優選的是，濾波器114是帶通濾 波器。通常，帶通濾波器是一種對某個范圍進行濾波來允許頻率通過的電 子電路。例如，優選的帶通濾波器能夠允許54至66GHz的頻率通過、同 時超出所設范圍以外的頻率會被衰減的或者被丟棄。
接收器110進.步包括放大器116。放大器116優選低噪聲放大器。 低噪聲放大器可提供對放大濾波器114濾過的信號的增強，或者放大濾波 器114濾過的信號的增益，而不降低信號的噪聲比。發射器120包括放大器122。優選的足，放大器122足功率放大器。
該功率放大器可增強信號，其中產生較大的負載。
發射器120還包括濾波器124。在優選實施例中，濾波器124是帶通 濾波器。
發射器120迎'歩包括天線126。類似接收器110的天線112，發射器 120的天線126優選的是高增益滅線，艽適于從轉發器組件100中發射信 號。
在本發明的優選實施例中，轉發器組件100可以通過接收器110和發 射器120分別在54至66GHz的范圍內進行接收和發射。通常，此范圍， 即約60GHz，包括在短程應用中使用的設備。
圖2舉例說明另一個轉發器組件200。轉發器組件200被舉例說明。 轉發器組件200包括接收器天線202、接收器204、緩沖存儲設備206、發 射器208以及發射器天線210。
接收器天線202類似于如上所述的天線112來運行。接收器天線202 與接收器204進行通信。接收器204包括ADC或者模數轉換器。ADC將 信號從模擬轉換為數字信號。從接收器天線202獲得的模擬信號被轉換為 數字信號。優選的是，接收器204能夠以約60GHz來運行。
緩沖存儲設備206適于容納數據，尤其是當接收器204與發射器208 進行通信時。優選的是，發射器208包括DAC或者數模轉換器。DAC將 數字信號轉換為模擬信號，其中，轉發器200經由發射器天線210來發射 數字信號。發射器208能夠以約60GHz來運行。
在示范性實施例中，轉發器組件可以在單元對單元(unit-to-unit)通 信方案中實現，正如圖3中舉例說明的那樣。例如，單元300可以具有嵌 入式模塊305或者可插撥模塊310。嵌入xW莫塊305可被嵌入到單元300 中。替換的是，可插撥模塊310可在單元300的背面被插撥。優選的是， 竿-元300的背部包括專用數字接口。因此，通過使用模塊305或者310， 可以減少甚至在某些情況下可以去掉通信線。
在優選實施例中，轉發器組件的模塊305和310包括至少兩個層，頂層312和底層314。優選的是，頂層312由液晶聚合物(LCP)組成，而 底層314由FR4 (Fire Resistant 4,耐火材料4)組成。頂層312和底層314 由粘接劑進行連接，優選的是3M-9713。
專禾U申i青"Receiver Assembly and Method for Multi-Gigabit ^Vireless System (用于幾千兆位無線系統的接收器組件和方法)"進一步描述了這樣 的基底層。具有相同發明人的該專利申請與本申請在同一天提出-2006年3 月31口，其全部內容和實質被并入此處作為參考。
進一步地，使用具有模塊305和310的高增益、高方向性天線允許通 過組成或者容納/保護單元300的材料315 (例如木材和/或玻璃)來實現數 據傳輸。由于模塊305和310的天線的高方向性，在不同的單元對單元無 線模塊之間優選進行鄰近對準。
當然，這個概念可以被擴展，如在圖4舉例說明的另一個實施例中， 無線轉發器400可被用于單元對單元對接。無線轉發器400可被置于工作 臺上，或者如舉例說明的那樣置于辦公桌上。此后，無線轉發器400可用 作遠程基站以便尋址對接應用。
例如，無線轉發器400可與若干外部設備進行通信，例如，膝上型電 腦、數字照相機、監視器、移動音樂設備(MP3播放器)、打印機、掃描 儀、桌上型電腦等等。
現在參考圖5，舉例說明了用于60GHz無線對接站的金字塔形的多扇 區天線500。優選的是，所述金字塔形天線500可以在方位角上覆蓋360 度。取決于所需/所期望的覆蓋面，多扇區天線500的每個扇區都支持從低 到中等增益、單片天線或者1-2片天線陣列510。進一步地，可以使用線 型或者環型極化天線。在優選實施例中，金字塔形天線500的尺寸與其在 近1.8-1.8-1.8立方厘米的優選體積內的集成化程度相適應。
如同所述，超高頻、超高速通信的局限之一是視距局限。圖6舉例說 明轉發器600如何能夠有助于降低這種視距局限的若干例子。如同所示， 可以通過建立路徑冗余克服這種局限。圖6的例示描述了在一個房間內， 在典型的障礙情況下，單個轉發器600可以創建足夠多的路徑冗余。因此， 使用兩個或多個轉發器600就能夠創建一種改進的轉發器系統，其中，即使不是全部，但仍繞過了多數障礙以便將信號從發射器610發射到接收器
620。
圖7舉例說明接收器710的一種示范性高級體系結構。取決于所期望 的覆蓋面和天線的選擇，這種體系結構包括可在多扇區構造中設置的多個 收發器(發射器加上接收器)。圖7舉例說明了一個兩個扇區例子。
圖7的無線轉發器700包括接收器710和發射器720。接收器720和 發射器720可被安裝在自動機械掃描系統上，其中，轉發器700可利用外 圍基站自動地進行最佳對準。機械掃描的范圍優選約90度的方位角，以 及約90至180度的仰角，以便建立并提供所需的覆蓋面。使用接收器710 的全方向天線可降低系統的復雜性乃至系統的成本，尤其是，若轉發器700 位于發射基站附近以便接收足夠的功率并保持可接受的信噪比。優選的 是，轉發器700位于地面以上2米左右以便減少屏蔽和鏈接中斷，并且通 常能夠避開人體障礙。
向無線轉發器供電是一個難題。由于轉發器是無線的，那么消費者對 該無線轉發器所期望的最后一件事就是電源線。從而，較佳的是將無線轉 發器放置成與室內環境的現有照明系統相通信。首先，使用現有的電源防 止了對無線轉發器進行額外的電力布線和安裝的需要。其次，照明系統一 般位于地面以上，因此，在不同的無線節點之間易于建立視距傳播路徑。
圖8舉例說明了無線轉發器的功率適配器組件800。在優選實施例中， 功率適配器組件800可實現耐用的60GHz、 5Gb/s的無線鏈接，例如視距 障礙或者穿墻鏈接。對于60GHz高速室內通信系統的根本性局限是信道衰 減，通常是由于伴隨人體引起的視距障礙而發生的屏蔽效應。在嚴重的屏 蔽條件下，通過在一旦所接收到信號落到靈敏閾值以下時就切換到第二訪 問點來應用宏分集。同樣地，訪問點的位置和配置(例如頂裝式基站天線、 角落安裝式基站天線和/或壁裝式基站滅線)被認為是確保純凈信道性能的 關鍵參數。
如此，因為無線轉發器具有形狀很小的因素，它可被插入到現有的照 明系統900中。這在圖9中進行了舉例說明。在優選實施例中，使用功率 適配器800適于接收許多照明系統上安裝的60GHz無線轉發器。另外，新型照明系統可與無線節點或者無線轉發器一起安裝。
圖10舉例說明適于穿透墻壁1005進行發射的無線轉發器1000。例如，
無線轉發器1000可提供穿墻(混凝土、石膏壁等等)鏈路，其中，不必 使用有線連接(電連接或者光導連接)就可傳輸60GHz信號至隔壁房間。 優選的是，每個無線穿墻轉發器1000包括接收器1010和發射器1020。
穿墻轉發器1000的接收器/發射器可被安裝在自動機械掃描系統上和/ 或以多扇區拓撲結構為特色以支持扇形覆蓋面。因此，轉發器1000可利 用位于附近的基站自動進行最佳對準，優選與轉發器1000在同一房間內 的位于附近的基站。優選的是，機械掃描的范圍是約180度的方位角，以 及雞90至180度的范圍內的仰角，以便提供良好的的覆蓋面。另外，在 優選實施例中，轉發器1000位于地面以上至少兩米，其中降低了由于人 體障礙引起的屏蔽和鏈接中斷。
專用于穿墻轉發器1000的接收器/發射器可被安裝在轉發器1000背
面，其中該背面與墻壁直接接觸。雙單元實施例優選對準墻壁的兩側，優
選在+A5cm之內，其提供了穩固的連接。
轉發器1000可包括接收器IOIO(例如60GHz模塊)以及利用LCP-FR4 技術實現的發射器1020 (例如60GHz模塊)(如以上及所參考的專利申請 所述)。改進版本的轉發器模塊(參見圖2)包括閉路(complete)接收器-發 射器以及緩沖存儲器，以彌補基站和轉發器之間嚴重的鏈接中斷。
此處所描述的無線轉發器優選在DC (直流)電源上運行。例如，DC 電源可以是電池、標準的AC-DC插頭或者AC-DC適配器，其可被插到電 源上并從照明系統獲得電力。
盡管對本發明以優選形式進行了公開，但是，對于所述領域的技術人 員來說，不脫離本發明及其等價體的精神和范圍下而對本發明做出的眾多 改進、添加和刪除顯而易見，如以下的權利要求所闡述的那樣。
權利要求
1. 一種無線轉發器組件包括接收器，用于接收無線數據通信，其中該接收器包括用于接收模擬信號的接收天線；接收器濾波器，允許預設范圍的頻率傳至接收器放大器；以及接收器放大器，用于增強接收器濾波器發出的信號；發射器，用于發射無線數據通信，其中，該發射器包括發射器放大器，其用于增強來自接收器的信號；發射器濾波器，允許預設范圍的頻率傳至發射天線；以及發射天線，用于發射來自轉發器組件的信號；以及接收器和發射器之間的硬件有線連接，其中，接收器和發射器以有線方式進行通信。
2. 根據權利要求1的無線轉發器組件，其中，接收天線被調諧以約 60GHz進行接收，以及發射天線被調諧以約60GHz進行發射。
3. 根據權利要求2的無線轉發器組件，其中，接收天線包括高增益大 線，接收器濾波器包括帶通濾波器，其中接收器放大器包括低噪聲放大器。
4. 根據權利要求2的無線轉發器組件，其中，發射器放大器包括功率 放大器，發射器濾波器包括帶通濾波器，其中發射天線包括髙增益天線。
5. 根據權利要求2的無線轉發器組件，其中，接收天線包括高增益天 線，接收器濾波器包括帶通濾波器，其中接收器放大器包括低噪聲放大器， 其中發射器放大器包括功率放大器，發射器濾波器包括帶通濾波器，以及 其中發射天線包括高增益天線。
6. 根據權利要求2的無線轉發器組件，其中，無線轉發器組件可以穿 過墻壁向第二無線轉發器組件進行發射，以及該無線轉發器組件和第二無線轉發器組件位于墻壁相對兩側且彼此鄰近。
7. 根據權利要求5的無線轉發器組件，進一步包括位于接收器和發射 器之間用于保護數據的緩沖存儲器。
8. 根據權利要求7的無線轉發器組件，其中，接收器進一步包括模數 轉換器，以及其中發射器進一步包括數模轉換器。
9. 根據權利要求6的無線轉發器組件，其中，無線轉發器組件與光源的功率適配器進行通信，其中，無線轉發器組件從功率適配器獲得工作電 力。
10. 根據權利要求7的無線轉發器組件，其中，該無線轉發器組件位 于地面以上至少兩米。
11. 根據權利要求7的無線轉發器組件，其中，該無線轉發器能夠掃 描約90度的方位角以及約90至180度范圍內的仰角，以便模擬信號在該 無線轉發器組件五米內在約60GHz下運行。
12. 根據權利要求7的無線轉發器組件，其中，該無線轉發器組件被 供以直流電。
13. —種無線轉發器組件，包括頂層，包括液晶聚合物，以及該頂層形成頂層空腔；以及 底層，具有耐火材料4。
全文摘要
本發明描述了一種無線轉發器組件。該無線轉發器組件包括接收器，用于接收無線數據通信，其中該接收器包括用于接收模擬信號的接收天線；接收器濾波器，允許預設范圍的頻率傳至接收器放大器；以及接收器放大器，用于增強接收器濾波器發出的信號；發射器，用于發射無線數據通信，其中，該發射器包括發射器放大器，其用于增強來自接收器的信號；發射器濾波器，允許預設范圍的頻率傳至發射天線；以及發射天線，用于發射來自轉發器組件的信號；以及接收器和發射器之間的硬件有線連接，其中，接收器和發射器以有線方式進行通信。無線轉發器組件在約60GHz下運行。
文檔編號H04B7/15GK101479960SQ200680055222
公開日2009年7月8日 申請日期2006年5月4日 優先權日2006年5月4日
發明者喬伊·拉斯卡, 斯蒂法尼·皮內爾 申請人:佐治亞科技研究公司