DE69735304T2

DE69735304T2 - System und verfahren zur breitbandmillimeterwellendatenübertragung

Info

Publication number: DE69735304T2
Application number: DE69735304T
Authority: DE
Inventors: B. Robert Bellevue FOSTER; R. Charles Bellevue BAUGH; C. David Clyde Hill SCHAFER
Original assignee: Harris Broadband Wireless Access Inc
Current assignee: Harris Broadband Wireless Access Inc
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2017-09-23
Also published as: JP2001522543A; CN100403709C; CN1256832A; DE69735304D1; US6778516B1; ID22022A; IL129770A; US6735452B1; AU740965B2; US6016313A; NZ514436A; EP0956681B1; HK1028691A1; KR20000053160A; AU4427797A; CN1136696C; PL338131A1; NZ335682A; EP0956681A2; CA2271675C

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Breitbandradiofrequenz-Kommunikationssysteme und Verfahren und genauer auf ein System und ein Verfahren, welches eine Breitbandinformationskommunikation zwischen auf Prozessor basierenden Systemen durch ein zentralisierendes Kommunikationsfeld bzw. -array zur Verfügung stellt.
Hintergrund der Erfindung
In der Vergangenheit war Informationskommunikation zwischen auf einem Prozessor basierenden Systemen, wie local area Netzwerken (LAN) und anderen Computern für allgemeine Zwecke, die durch signifikante physikalische Distanzen getrennt waren, ein Hindernis für eine Integration von derartigen Systemen. Die verfügbaren Auswahlen, um den physikalischen Spalt bzw. Abstand zwischen derartigen Systemen zu überbrücken, waren nicht nur begrenzt, sondern erforderten unerwünschte Kompromisse in Kosten, Leistung und Zuverlässigkeit.
Eine Gruppe von historisch verfügbaren Kommunikationsauswahlen beinhalten derartige Lösungen, wie die Verwendung eines standardmäßigen öffentlichen Fernsprech- bzw. Telefonnetzwerks (PSTN) oder ein Multiplexen von Signalen über eine existierende physikalische Verbindung, um den Spalt zu überbrücken und Informationskommunikation zwischen den Sy stemen zur Verfügung zu stellen. Obwohl derartige Lösungen typischerweise billig zu implementieren sind, beinhalten sie zahlreiche unwünschenswerte Züge. Spezifisch fehlt, da diese existierenden Verbindungen typischerweise nicht für Hochgeschwindigkeitsdatenkommunikation ausgebildet bzw. entworfen sind, ihnen die Bandbreite, durch welche große Mengen von Daten schnell kommuniziert bzw. übertragen werden. Wenn eingebaute LAN Geschwindigkeiten auf 100 Mbps ansteigen, repräsentieren die lokalen PSTN Schaltungen bzw. Schaltkreise auf Sprachniveau noch mehr bzw. markanter einen Drosselpunkt bzw. Hemmpunkt für einen Breitbandzugriff im städtischen Bereich, und werden damit eine immer weniger wünschenswerte Alternative. Weiterhin fehlt derartigen Verbindungen die Fehlertoleranz oder Zuverlässigkeit, die in Systemen gefunden wird, die für eine zuverlässige Übertragung von wichtiger, auf Prozessor basierender Systeminformation ausgebildet bzw. entwickelt wurde.
Eine andere historisch verfügbare Gruppe von Kommunikationsauswahlen wird am entgegengesetzten Ende des Preisspektrums gefunden als jenen, die oben erwähnt wurden. Diese Gruppe beinhaltet derartige Lösungen, wie die Verwendung einer faseroptischen Ring- oder Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenkommunikation. Diese Lösungen sind typischerweise von den Kosten prohibitiv für alle außer die größeren Benutzer. Die Punkt-zu-Punkt-Systeme erfordern ein gewidmetes System an jedem Ende der Kommunikationsverbindung, welchem die Fähigkeit fehlt, die Kosten von derartigen Systemen über eine Mehrzahl von Benutzern zu verteilen. Selbst wenn diese Systeme von Punkt-zu-Multipunkt modifizierbar wären, um die Wirtschaftlichkeit einer mehrfachen Systemverwendung von einigen Systemelementen zu realisieren, würden die gegenwärtigen Punkt-zu-Punkt-Mikrowel lensysteme keine Breitbanddatenservices zur Verfügung stellen, sondern eher traditionelle Trägerservices, wie T1 und DS3. Darüber hinaus stellen diese Systeme typischerweise ein proprietäres Interface zur Verfügung, und sind daher selbst nicht so einfach für ein Interfacing bzw. Zusammenschalten mit einer Vielzahl bzw. Verschiedenheit von auf Prozessor basierenden Systemen für allgemeine Zwecke einsetzbar.
Obwohl ein faseroptischer Ring eine Wirtschaftlichkeit zur Verfügung stellt, wenn er durch eine Mehrzahl von Systemen verwendet wird, muß er physikalisch mit derartigen Systemen gekoppelt sein. Da die Kosten eines Kaufens, Anordnens bzw. Aufstellens und Wartens eines derartigen Rings groß sind, übersteigt selbst die Wirtschaftlichkeit einer Multi-System-Verwendung allgemein nicht die prohibitiven Kosten einer Implementierung.
WO 92/13398 offenbart ein Verfahren und System einer Antennenmusterauswahl für optimierte Kommunikationen und ein Vermeiden bzw. Umgehen von Menschen. Das System verwendet eine Anzahl von Knoten und eine Anzahl von Modulen, die jeweils eine Anzahl von wählbaren Antennen derart aufweisen, daß eine Anzahl von unterschiedlichen Pfaden bzw. Wegen einer Kommunikation zwischen Knoten und Modul ausgebildet bzw. aufgebaut werden kann, um ein Aussetzen von Menschen an die Strahlung zu verhindern, die mit einem Datentransfer zwischen Knoten und Modul assoziiert ist.
Es besteht daher ein Erfordernis bzw. Bedürfnis in der Technik einer Informationskommunikation nach einem Kommunikationssystem, das eine kosteneffektive Überbrückung von großen physikalischen Distanzen zwischen auf Prozessor basierenden Systemen zur Verfügung stellt.
Es besteht ein weiteres Bedürfnis in der Technik nach einem Kommunikationssystem, das eine Hochgeschwindigkeits-Breitbandinformationskommunikation zwischen auf Prozessor basierenden Systemen zur Verfügung stellt.
Noch ein weiteres Bedürfnis besteht in der Technik nach einem fehlertoleranten Kommunikationssystem, das ein zuverlässiges Überbrücken von physikalischen Lücken bzw. Zwischenräumen zwischen auf Prozessor basierenden Systemen zur Verfügung stellt.
Zusätzlich besteht ein Bedürfnis in der Technik nach einem Breitbandkommunikationssystem, das eine einfache Verbindbarkeit mit einer Mehrzahl von auf Prozessor basierenden Systemen und Kommunikationsprotokollen zur Verfügung stellt, enthaltend Computersysteme für allgemeine Zwecke und ihre Standardkommunikationsprotokolle.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese und andere Gegenstände, Bedürfnisse und Wünsche werden in einem Kommunikationssystem erhalten, wie es in den freiliegenden Ansprüchen beansprucht ist, in welchem das Kommunikationsfeld bzw. -array oder der Hub zentral angeordnet ist, um eine Luftverbindung zwischen physikalisch getrennten, auf Prozessor basierenden Systemen, oder anderen Kommunikationsquellen, wie Sprach- bzw. Stimmkommunikation unter Verwendung einer Kommunikationsvorrichtung, oder eines Knotens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise kann dieses zentrale Feld bzw. Array physikalisch mit einem Informationskommunikations-Rückgrat bzw. -Backbone gekoppelt sein, welches eine Kommunikation zwischen luftverbundenen Systemen und physikalisch verbundenen Systemen zur Verfügung stellt. Darüber hinaus können mehrere bzw. mehrfache derartige Systeme verwendet werden, um eine große physikalische Trennung von Systemen durch die Interkommunikation von mehreren zentralen Feldern zu überbrücken. Darüber hinaus kann eine durchdringende bzw. beherrschende Oberflächenabdeckung zur Verfügung gestellt werden, indem eine Mehrzahl von derartigen Kommunikationsfeldern angeordnet wird, um ein zellenartiges Überlagerungsmuster zur Verfügung zu stellen.
In einer bevorzugten Ausbildung umfaßt das zentrale Kommunikationsfeld bzw. -array eine Mehrzahl von individuellen Antennenelementen in einer Time-Division-Multiplex- bzw. Zeitunterteilungs-Multiplex-(TDM)-Kommunikation mit einem auf Prozessor basierenden System. Dieses System bearbeitet Signale, die an jedem Antennenelement empfangen sind bzw. werden, um sie zu ihrer gewünschten Destination bzw. ihrem Bestimmungsort zu leiten bzw. zu routen. Ein Vorteil eines Verwendens einer Mehrzahl von individuellen Antennenelementen an dem zentralen Kommunikationsfeld ist jener, daß nur Antennenelemente, die ein Strahlungsmuster aufweisen, das eine remote site bzw. entfernte Stelle überlagert, die ein Kommunikationsservice (Subskribent bzw. Abonnent bzw. Teilnehmer) anfordert, nicht zu irgendeiner speziellen Zeit implementiert werden muß. Danach können, sobald mehrere Teilnehmer Services durch einen speziellen Hub erfordern, zusätzliche Antennenelemente installiert werden. Diese modulare Expansion der Servicefähigkeiten eines Hubs resultiert in reduzierten Anfangsinstallationskosten, wo nur einige wenige Subskribenten bzw. Teilnehmer zu Beginn ein Service brauchen bzw. anfordern, während die Flexibilität für eine Implementierung einer omnidirektionellen und/oder zellulären überlagernden Kommunikationsabdeckung nicht mit bzw. bei Punkt-zu-Punkt-Systemen möglich ist.
Ebenfalls in einer bevorzugten Ausbildung ist das Kommunikationsspektrum, das durch das Kommunikationssystem verwendet wird, häufig ein Frequenz-Divisions-Multiplex (FDM), um mehrere Kanäle für eine gleichzeitige Informationskommunikation bzw. -übermittlung zu einer Mehrzahl von Subskribenten zur Verfügung zu stellen. Zusätzlich zu einer simultanen Informationskommunikation zu den Subskribenten können FDM Kanäle auch verwendet werden, um Steuer- bzw. Regelinformation durch ein vorbestimmtes Band zu Netzwerkelementen gleichzeitig mit der Übertragung von anderen Daten zu kommunizieren.
Eine Trägerfrequenz im Millimeterwellenspektrum, wie 10 bis 60 GHz wird durch die vorliegende Erfindung verwendet. Derartige Trägerfrequenzen sind wünschenswert, um eine Kommunikationsbandbreite zur Verfügung zu stellen, die ausreichend für die Übertragung von wenigstens 30 Mbps durch jeden definierten FDM Kanal von etwa 10 MHz ist.
Die FDM Kanäle können vollständiges Duplex durch ein Definieren eines Übertragungs-(Tx) und Empfangs-(Rx) Kanalpaars als einen Einzelfrequenz-Divisions- bzw. Unterteilungsduplexkanal (FDD) zur Verfügung stellen, um einen Subskribenten zu bedienen. Jedoch sollte geschätzt werden, daß das Vorsehen von vollständigem Duplex durch FDD auf Kosten einer Entleerung bzw. Verringerung des verfügbaren Spektrums bei einer erhöhten Rate als Service zu einem einzigen Subskribenten erfolgt, der tatsächlich zwei Kanäle anfordert.
Zusätzlich zu multiplexierender bzw. vervielfältigender Kommunikation auf frequenzunterteilten Kanälen, kann ein Zeitunterteilungs-Multiplexen verwendet werden, um mehrere, scheinbar simultane bzw. gleichzeitige Kommunikationen auf einem einzigen FDM Kanal zur Verfügung zu stellen. Hier sind bzw. werden einige bzw. einzelne der FDM Kanäle in eine vorbestimmte Anzahl von diskreten Zeitspalten bzw. -scheiben (Bündel- bzw. Burstperioden) zerbrochen bzw. unterteilt, welche einen Rahmen ausbilden. Jede Burstperiode kann durch einen unterschiedlichen Subskribenten so verwendet werden, um in einer Informationskommunikation zu resultieren, die in einem einzigen Rahmen enthalten ist, der eine Anzahl von TDM Bündeln bzw. Bursts aufweist, die zu/von einer Anzahl von Subskribenten über einen einzigen FDM Kanal gerichtet sind.
Darüber hinaus kann ein volles Duplexieren auf einem einzigen FDM Kanal durch ein Zeitunterteilungs-Duplexieren (TDD) durch die Verwendung von Burstperioden bzw. Bündelperioden ähnlich jenen synthetisiert werden, die in TDM verwendet werden. Durch TDD, Tx und Rx Rahmen wird jeder Rahmen, der eine oder mehrere Berstperiode(n) aufweist, definiert, um eine Kommunikation in einer speziellen Richtung zu einer vorbestimmten Zeit zur Verfügung zu stellen.
Es sollte erkannt bzw. geschätzt werden, daß jedes der zuvor erwähnten FDM, FDD, TDM und TDD Schemata oder dgl. in jeglicher Kombination verwendet werden kann, die als vorteilhaft erachtet wird. Beispielsweise kann ein Einzelfrequenz-Unterteilungskanal zeitunterteilt gemultiplext sein bzw. werden, um eine Kommunikation zu einer Anzahl von Subskribenten zur Verfügung zu stellen, während er gleichzeitig zeitunterteilt duplexiert wird, um eine vollständig duplexierte Kommunikation mit diesen Subskribenten bzw. Teilnehmern zu synthetisieren.
In den oben beschriebenen Ausbildungen kann das Kommunikationssystem einen Initialisierungsalgorithmus verwenden, welcher möglicherweise eine Münzdurchtrittsanordnung für geteilte bzw. mehrere Datenbenutzer enthält, um Teilnehmer- bzw. Subskribentensysteme abzurufen und Kommunikationsattribute von jedem derartigen System an jedem Antennenelement des zentralen Felds zu bestimmen. Diese Information kann verwendet werden, um die optimale Zuweisung von Ressourcen, enthaltend Antennenelemente, TDM Burst- bzw. Bündelperioden, FDD Frequenzzuweisungen und TDD Tx und Rx Zeitzuweisungen für jedes derartige System zu bestimmen. Diese Information kann zusätzlich verwendet werden, um eine sekundäre Zuweisung von Ressourcen zur Verfügung zu stellen, um eine Systemintegrität in dem Fall eines anormalen Auftretens beizubehalten, wodurch eine Systemfehlertoleranz zur Verfügung gestellt wird.
Das Vorhergehende hat eher grob die Merkmale und technischen Vorteile der vorliegenden Erfindung umrissen, damit die detaillierte Beschreibung der Erfindung, welche folgt, besser verstanden werden kann. Zusätzliche Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden nachfolgend beschrieben, welche den Gegenstand der Ansprüche dieser Erfindung ausbilden. Es sollte durch die Fachleute geschätzt werden, daß das Konzept und die spezifische Ausbildung, die geoffenbart ist, leicht als eine Basis zum Modifizieren oder Entwickeln von anderen Strukturen zum Ausführen derselben Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Es sollte auch durch die Fachleute realisiert werden, daß derartige äquivalente Konstruktionen nicht vom Geist und dem Rahmen der Erfindung abgehen, wie sie in den beiliegenden Ansprüchen ausgeführt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für ein kompletteres Verständnis der vorliegenden Erfindung und die Vorteile derselben wird nun auf die folgenden Beschreibungen bezug genommen, welche im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen gegeben werden, in welchen:
1 die Verbindung von auf Prozessor basierenden Systemen einer bevorzugten Ausbildung der vorliegenden Erfindung illustriert;
2A eine isometrische Ansicht des zentralisierten Kommunikationsfelds bzw. -arrays einer bevorzugten Ausbildung der vorliegenden Erfindung illustriert;
2B eine horizontale Querschnittsansicht des zentralisierten Kommunikationsfelds illustriert, das in 2A gezeigt ist;
2C eine vertikale Querschnittsansicht des zentralisierten Kommunikationsfelds illustriert, das in 2A gezeigt ist;
3A eine Ausbildung der Zusammensetzung eines Signals illustriert, das durch die vorliegende Erfindung während einer Zeitunterteilungs-Mehrfachzugriff-Bündelperiode kommuniziert ist bzw. wird;
3B eine Ausbildung der Zusammensetzung eines Signals illustriert, das durch die vorliegende Erfindung während einer Zeitunterteilungsduplex-Bündelperiode kommuniziert ist bzw. wird;
4 eine Ausbildung eines Knotens der vorliegenden Erfindung illustriert;
5 eine Ausbildung des Initialisierungsalgorithmus illustriert, der beim Konfigurieren einer Kommunikation zwischen dem zentralisierten Kommunikationsfeld und Knoten der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
6 das Miteinanderverbinden von auf Prozessor basierenden Systemen durch ein Netzwerk von Hubs der vorliegenden Erfindung illustriert; und
7–8 eine bevorzugte Ausbildung der verschiedenen Komponenten eines Hubs der vorliegenden Erfindung illustriert.
Beschreibung der bevorzugten Ausbildungen
Die vorliegende Erfindung stellt eine Hochgeschwindigkeitsdatenkommunikation über ein Breitbandluftinterface zur Verfügung, das einen Datenzugriff zwischen entfernt angeordneten Systemen von Teilnehmern bzw. Subskribenten erlaubt. Bezugnehmend auf 1 kann gesehen werden, daß eine derartige drahtlose Kommunikation beispielsweise verwendet werden kann, um ein Hochgeschwindigkeitsüberbrücken einer physikalischen Lücke zwischen einer Mehrzahl von auf Prozessoren basierenden Systemen zur Verfügung zu stellen, wie dies durch ein System 100 illustriert ist. Die auf Prozessoren basierenden Systeme können Local Area Netzwerke (LAN), wie LANs 110 und 120, oder individuelle Computersysteme, wie PC 130 beinhalten. Es sollte erkannt bzw. geschätzt werden, daß die auf Prozessoren basierenden Systeme, die die vorliegende Erfindung verwenden, Computer für allgemeine Zwecke sein können, die sowohl alleine stehen als auch miteinander verbunden, beispielsweise durch ein LAN sind. Weiterhin kann das System andere Kommunikationssysteme, wie Sprache bzw. Stimme oder Video in Kom bination mit oder anstelle von Kommunikation verbinden, die durch die oben erwähnten, auf Prozessoren basierenden Systeme gespeist wird.
Systeme, die durch die vorliegende Erfindung überbrückt werden bzw. sind, können eine Kommunikationsvorrichtung verwenden, die nachfolgend als ein "Knoten" bezeichnet wird, um mit einer zentralisierten Kommunikationsvorrichtung auch der vorliegenden Erfindung zu kommunizieren, die nachfolgend als ein "Hub" bezeichnet wird. Indem immer noch auf 1 bezug genommen wird, ist ein Hub als ein Element 101 illustriert und zahlreiche Knoten sind als Elemente 150, 151 und 152 illustriert, die mit LANs 110 und 120 ebenso wie mit dem PC 130 verbunden sind.
Auch kann, wie in 1 illustriert, eine derartige drahtlose Kommunikation verwendet werden, um eine Hochgeschwindigkeitskommunikation zwischen einem auf Prozessoren basierenden System, das einen Knoten daran gekoppelt aufweist, und ein Kommunikations-Rückgrat bzw. -Backbone, wie ein Backbone 160 durch den Hub 101 zur Verfügung zu stellen. Es sollte verstanden werden, daß der Backbone 160 jede Form von Kommunikationsmitteln sein kann, wie ein faseroptisches Breitband-Gateway oder eine andere Breitbanddatenqualitätsverbindung, T1 Kommunikationsleitungen, ein Kabelkommunikationssystem, das Internet oder dgl., die physikalisch mit dem Hub 101 verbunden sind. Darüber hinaus können Backbones, wie sie durch das Backbone 160 illustriert sind, verwendet werden, um eine Mehrzahl von Hubs in ein Kommunikationsnetzwerk zu verbinden.
Ein Kommunikationsnetzwerk, umfassend eine Mehrzahl von Hubs, ist in 6 gezeigt. Durch ein derartiges Netzwerk kann ein Knoten, wie der Knoten 150, in direkter Kommunikation bzw. Wechselwirkung mit einem Hub, wie dem Hub 101, mit einem Knoten, wie dem Knoten 621 in direkter Kommunikation mit einem weiteren Hub, wie dem Hub 620 kommunizieren. Eine derartige Kommunikation kann durch das Miteinanderverbinden der zwei Hubs über ein Backbone wie das Backbone 160 durchgeführt werden. Selbstverständlich sollte verstanden werden, daß ein Miteinanderkommunizieren zwischen Hubs durch ein Informations-"Rückholen" über eine Luftspaltkommunikation zwischen zwei Hubs durchgeführt werden kann, wie dies mit Hubs 101 und 630 illustriert ist. Es sollte geschätzt werden, daß ein Kommunikationsnetzwerk jede Anzahl von Hubs in Kommunikation mit anderen Hubs durch derartige Mittel, wie Luftspalt oder direkte Backbone-Verbindung oder dgl. umfassen kann, Information, die von einem Knoten in direkter Kommunikation mit einem Hub kommuniziert ist bzw. wird, kann durch verschiedene derartige Inter- bzw. Zwischenverbindungen zu einem Knoten in direkter Kommunikation mit irgendeinem Hub des Kommunikationsnetzwerks geroutet werden.
In einer bevorzugten Ausbildung ist der Hub der vorliegenden Erfindung ein omnidirektionales Antennenfeld, das eine Mehrzahl von individuellen Antennenelementen aufweist. Ein derartiges individuelles Antennenelement ist als Antennenelement 200 in 2A dargestellt. Die Antennenelemente sind gerichtete bzw. direktionelle Antennen mit engem Strahl, die eine vorbestimmte Kommunikationsstrahlungskeule aufweisen. Diese Antennenelemente sind in einem Feld bzw. Array angeordnet, um ein omnidirektionales zusammengesetztes Strahlungsmuster zur Verfügung zu stellen. Jedoch sollte verstanden werden, daß nur die Anzahl der Antennenelemente, die erforderlich sind, um mit einer vorbestimmten Anzahl von entfernten Systemen zu kommunizieren, statt einer omnidirektionalen Konfiguration verwendet werden kann, falls dies gewünscht ist.
Vorzugsweise stellen die Antennenelemente, umfassend den Hub 101, wie das Antennenelement 200 einen gerichteten Empfang von extrem hoher Frequenz (EHF) zur Verfügung, wie beispielsweise jene von 38 GHz, die eine Millimeterwellen (mmWellen) Kommunikation in dem Q-Band zur Verfügung stellt. Derartige Frequenzen sind vorteilhaft, da sie kleine Wellenlängen aufweisen, welche für eine Kommunikation durch stark bzw. hoch gerichtete Antennen wünschenswert sind. Darüber hinaus können Antennen, die für eine Kommunikation von derartigen Frequenzen verwendet werden, physikalisch klein sein, während sie eine große Signalverstärkung zur Verfügung stellen.
Die Kombination von derartigen stark direktionellen bzw. gerichteten Antennen mit hoher Verstärkung stellt eine verbesserte Frequenzwiederverwertung bzw. -verwendung zur Verfügung und reduziert die Wahrscheinlichkeit einer Mehrpfadinterferenz. Zusätzlich ist die große Verstärkung, die durch derartige Antennen realisiert ist, notwendig, um eine Kommunikation über einen vernünftigen bzw. entsprechenden Abstand von der Antenne zur Verfügung zu stellen, wie beispielsweise (3) Meilen von Punkt zu Punkt, während vernünftige Leistungsniveaus verwendet werden.
Darüber hinaus wurden derartige Frequenzen erst kürzlich durch das United States Government zur Verwendung in Funk- bzw. Radiokommunikationen lizenziert. Als solcher ist dieser Frequenzbereich nicht gegenwärtig in durchdringender Verwendung durch andere Kommunikationstechnologien. Jedoch sollte verstanden werden, daß die Vorteile der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung von irgendeinem Frequenzband realisiert werden können, das die Fähigkeit zur Verfügung stellt, Daten mit bzw. bei hohen Geschwindigkeiten zu kommunizieren unter der Voraussetzung, daß das gewählte Band wenigstens einen Kanal von etwa 10 MHz ergibt.
In der bevorzugten Ausbildung, wo eine omnidirektionale Abdeckung bzw. Abdeckung in allen Richtungen durch den Hub 101 zu verwenden ist, werden individuelle Antennenelemente azimutal angeordnet, wie dies in 2B illustriert ist, um einen vollen 360 Grad Radius in einer horizontalen Ebene abzudecken. Es sollte geschätzt bzw. gewürdigt werden, daß ein Anordnen von Antennenelementen in dieser Weise eine abdeckende Radiokommunikationsabdeckung radial um den Hub 101 zur Verfügung stellen kann, indem die Kommunikationsstrahlungskeule von jedem Antennenelement gewählt wird, um eine Abdeckung in Bereichen zur Verfügung zu stellen, wo die benachbarten Antennenelemente eine Abdeckung nicht so zur Verfügung stellen.
Selbstverständlich kann, wie dies oben diskutiert ist, die Hinzufügung von Antennenelementen, die in der Anzahl ausreichend sind, um ein volles 360 Grad Strahlungsmuster zur Verfügung zu stellen, modular ausgeführt werden, wie es eine Systemverwendung erfordert. Es sollte geschätzt werden, daß, selbst wo abschließend eine 360 Grad Abdeckung gewünscht ist, die modulare Art der individuellen Antennenelemente ein ökonomisches Mittel zur Verfügung stellt, mit welchem eine anfänglich beschränkte Abdeckung für einen Entwicklungsbereich zur Verfügung zu stellen ist. Beispielsweise kann, wo nur einige wenige Orte oder Subskribenten bzw. Teilnehmer innerhalb eines geographischen Bereichs, der durch eine spezielle Hub-Stelle abgedeckt ist, Kommunikationen durch die vorliegende Erfindung wünschen, ein Hub, enthaltend lediglich jene Antennenelemente, die notwendig sind, um diese Subskribenten zu bedienen, errichtet werden. Danach können, wenn zusätzliche Subskribenten ein Service innerhalb des Servicebereichs des Hubs wünschen, zusätzliche Antennenelemente zu dem Hub hinzugefügt werden, um einen Service bzw. Dienst für ihre zugehörigen bzw. assoziierten Knoten zur Verfügung zu stellen. Schließlich kann der Hub mit individuellen Antennenelementen ausgefüllt werden, um eine Kommunikation in einem vollen 360 Grad Radius um den Hub zu erzielen.
Ein Vorsehen eines Hubs der vorliegenden Erfindung, welcher expandiert werden kann, um zusätzliche Antennenelemente zu inkludieren, kann in einer Anzahl von Weisen bzw. Wegen ausgeführt werden. Beispielsweise kann ein Hub-Rahmen, der adaptiert ist, um individuelle Antennenelemente an vorbestimmten Positionen aufzunehmen anfänglich aufgerichtet bzw. errichtet werden. Danach können individuelle Antennenelemente an diesen Hub-Rahmen in Positionen entsprechend den Bereichen gekoppelt werden, die ein Service oder eine erhöhte Servicedichte erfordern.
In ähnlicher Weise kann ein Hub-Mast und eine Anbringungsstruktur, oder eine andere Supportstruktur anfänglich errichtet werden. Wenn Bereiche, die durch den Hub bedient werden, einen Service oder eine erhöhte Servicedichte erfordern, könnten individuelle Antennenelementstrukturen zu der Hub-Supportstruktur hinzugefügt werden. In dieser Ausbildung enthält jedes Antennenelement seinen eigenen Support und eine Montagestruktur, um ihn mit der Hubstruktur und irgendeiner benachbarten Antennenelementstruktur zu koppeln. Es sollte geschätzt werden, daß eine derartige Ausbildung reduzierte Startkosten zur Verfügung stellt, wo nur wenige Antennenelemente erforderlich sind, um zu Beginn den Bereich zu bedienen. Darüber hinaus stellt eine derartige Ausbildung eine größere Flexibilität beim Positionieren von individuellen Antennenelementen zur Verfügung, da die Antennenelemente nicht auf ein Positionieren beschränkt sind, das durch eine vorab existierende Rahmenstruktur diktiert ist.
Vorzugsweise wird eine Gesamtzahl von 22 individuellen Antennenelementen verwendet, die eine Kommunikationsstrahlungskeule mit ungefähr einer 16 Grad azimutalen Strahlbreite und einer 2,5 Grad aufgerichteten Strahlhöhe aufweisen, um eine 360 Grad Kommunikation um den Hub 101 zu erzielen bzw. auszubilden. Jedoch könnte jede Anzahl von individuellen bzw. einzelnen Antennenelementen in Abhängigkeit von individuellen Designbeschränkungen, wie der Anwesenheit von reflektierten Wellen und ihren assoziierten Multi- bzw. Mehrfachpfadinterferenzen verwendet werden. Zusätzlich kann, wie dies oben diskutiert ist, nur die Anzahl von Antennenelementen, die für eine Kommunikation mit bestimmten identifizierten Knoten 150 erforderlich sind, verwendet werden, falls dies gewünscht ist.
Experimente haben gezeigt, daß die Verwendung von Antennenelementen mit einer 16 Grad azimutalen Strahlbreite vorteilhaft ist beim Bereitstellen einer wünschenswerten Wiederverwendung von Kanälen, sowohl an dem Hub als auch in einem zellenartigen Überlagerungsmuster, das eine Kanalwiederverwendung der verschiedenen Hubs zur Verfügung stellt. Beispielsweise wurde für ein Antennenelement, das in dem Millimeterwellenspektrum arbeitet, das wie oben be schrieben konfiguriert ist, um einen etwa 16 Grad-Strahl zu besitzen, gefunden, daß es Seitenstrahlenkeulencharakteristika besitzt, um eine Wiederverwendung desselben Kanals an einem Antennenelement zu erlauben, das an demselben Hub radial um etwa 90 Grad versetzt angeordnet ist.
Indem immer noch auf 2B Bezug genommen wird, kann gesehen werden, daß jedes Antennenelement 200 der bevorzugten Ausbildung aus einem Horn 210 und einem Modul 220 besteht bzw. zusammengesetzt ist. In der bevorzugten Ausbildung, wo EHF verwendet wird, ist das Horn 210 ein hybridmoduslinsenkorrigiertes Horn bzw. ein Hornstrahler, das bzw. der etwa 32 dB Verstärkung zur Verfügung stellt. Das Modul 220 ist ein synthetisiertes Millimeterwellen-Frontendmodul, das 38 GHz Radiofrequenzenergie durch das Horn 210 aufnimmt und überträgt, die von zu einer zwischenliegenden Frequenz (IF), wie in dem Bereich von 400–500 MHz für eine Kommunikation mit einem Modem, wie dem Modem 240 umgewandelt wird, das in 2C gezeigt ist. Selbstverständlich können in Abhängigkeit von der verwendeten Trägerfrequenz die Komponenten der Antennenelemente unterschiedlich sein von jenen, die oben ausgeführt sind. In gleicher Weise können die Horn- und Modulattribute der Antennenelemente unterschiedlich von den oben ausgeführten sein, wo beispielsweise eine unterschiedliche Trägerfrequenz oder ein Strahlmuster gewünscht ist.
Vorzugsweise ist das Modem 240 ein Breitbandmodem, das fähig ist, 42 Mbps Durchsatz unter Verwendung einer Quadraturamplitudenmodulation (QAM) durchzuführen. Wie dies nachfolgend diskutiert wird, kann das System ein Modem variabler Rate bzw. Geschwindigkeit verwenden, wie es im Handel von verschiedenen Herstellern verfügbar ist, ent haltend BroadCom Corporation, Philips und VLSI Technology. Ein derartiges Modem variabler Rate stellt für die Übertragung von variablen Informationsdichten (d.h. verschiedene Anzahlen von Bits pro Symbol), beispielsweise von 17 bis 51 Mbps (entsprechend 4 QAM, das zwei Bits pro Symbol codiert, bis zu 256 QAM, das 8 Bits pro Symbol codiert) mit bzw. bei einer festgelegten Baud-Rate, wie 8,5 Mbaud zur Verfügung. Typischerweise verwendet ein derartiges Modem ein Filtern von abgestimmten bzw. übereinstimmenden Daten, das in einer besetzten RF Bandbreite resultiert, welche 15 % bis 30 % über der theoretischen Nyquist-Bandbreite liegt. Das variable Modem kann beim Erhöhen einer Spektraleffizienz verwendbar sein, indem die Dichte der Information, die zu den verwendeten Benutzern kommuniziert ist bzw. wird, in Abhängigkeit von Kommunikationsattributen, wie ihrem relativen Abstand von dem Hub geändert wird.
Beispielsweise kann eine erhöhte Datendichte in einem speziellen Zeitrahmen zu einem Knoten, der geographisch nahe einem Hub positioniert ist, durch die Verwendung einer 256 QAM kommuniziert werden, indem dieselbe benutzte RF Bandbreite- und im wesentlichen dieselbe Transmitterleistung verwendet wird, wie bei der Übertragung eines Signals, das eine verringerte Datendichte enthält, zu einem Knoten, der geographisch auf dem Rand des Hub-Strahlungsmusters positioniert ist, durch die Verwendung einer 4 QAM. Die Übertragung von erhöhten Datendichten zu dem nahen Knoten ohne das Erfordernis von signifikant erhöhter Leistung ist teilweise aufgrund von verringerten Effekten einer Signalabschwächung und somit eines höheren Signal-zu-Rausch-Verhältnisses, das mit einem gegebenen Leistungsniveau assoziiert ist, für den nahen Knoten, verglichen mit dem fernen Knoten erzielbar. Das höhere Signal-zu-Rausch-Verhältnis, das an dem nahen Knoten erfahren wird, kann typischerweise eine erhöhte Informationsdichte unterstützen. Jedoch kann es unabhängig von der Übertragungsdichte, für die abschließend entschieden wird, wenn ein Modem mit variabler Rate bzw. Geschwindigkeit verwendet wird, vorteilhaft sein, anfänglich das System unter Verwendung einer Modulation niedriger Ordnung zu synchronisieren und nachfolgend zu einer Modulation höherer Ordnung für einen gegebenen Knoten umzuschalten.
Link- bzw. Verbindungsmanagementinformation, wie Steuer- bzw. Regelsignale, die die zuvor erwähnte Informationsdichte einstellen, und/oder Fehlerkorrekturinformation kann als Steuer- bzw. Regelinformation in den Datenstrom, der durch das Modem kommuniziert ist, gemultiplext werden. Beispielsweise kann die Steuer- bzw. Regelinformation eine multiplexte bzw. vervielfältigte Filter- oder Fehlerkorrekturinformation beinhalten, wie Vorwärtsfehlerkorrektur-(FEC)-Daten, die in den Datenstrom eingebettet sind. Selbstverständlich kann jegliche Anzahl von Verfahren, die ein Verbindungsmanagement und eine Fehlerdetektion/Korrektur zur Verfügung stellen, durch die Verwendung von Information zur Verfügung gestellt werden, die durch einen Datenstrom gemultiplext bzw. vervielfältigt ist, der durch ein Modem der vorliegenden Erfindung kommuniziert ist bzw. wird.
In einer bevorzugten Ausbildung sind die individuellen Antennenelemente in einer Anzahl von Reihen bzw. Lagen angeordnet. Diese Lagen können einfach eine identifizierte Gruppe von Antennenelementen sein, oder können eine physikalisch abgegrenzte Anordnung von Antennenelementen sein. Unabhängig von ihrer physikalischen Beziehung untereinan der, enthält eine Reihe bzw. Lage von Antennenelementen jegliche Anzahl von Antennenelementen, die im wesentlichen nicht überlappende Strahlungsmuster aufweisen. In 2C ist eine Ausbildung illustriert, die drei vertikale Lagen von Antennenelementen enthält. Jede Lage des Hubs 101 ist vorzugsweise angeordnet, um im wesentlichen dasselbe Fernfeldstrahlungsmuster zur Verfügung zu stellen. Jedoch sind Antennenelemente von unterschiedlichen Lagen vorzugsweise adaptiert, um eine simultane Kommunikation auf einem Kanal zur Verfügung zu stellen, oder Kanälen, die unterschiedlich von Antennenelementen sind, die überlappende Strahlungsmuster aufweisen. Beispielsweise kann ein Antennenelement aus einer ersten Lage durch die Verwendung eines ersten Frequenzbands kommunizieren, während ein Antennenelement von einer zweiten Lage durch die Verwendung eines zweiten Frequenzbands kommuniziert. In ähnlicher Weise kann das Antennenelement von der ersten Lage, obwohl es einen selben Satz von Kanälen wie das Antennenelement der zweiten Lage verwendet, durch einen speziellen Kanal dieses Satzes kommunizieren, während das Antennenelement der zweiten Lage durch einen unterschiedlichen Kanal kommuniziert. Die Verwendung dieser unterschiedlichen Frequenzen stellt ein geeignetes Mittel zur Verfügung, durch welches eine zusätzliche Kommunikationskapazität in einem definierten geographischen Bereich bedient werden kann.
Selbstverständlich ist der Hub vollständig skalierbar und kann eine Anzahl von Lagen beinhalten, die unterschiedlich von den gezeigten bzw. illustrierten sind. Jede Anzahl von Lagen, enthaltend jede Anzahl von Antennenelementen kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise kann eine einzige Lage von Antennenelementen verwendet werden, um eine omnidirektionale Kommunikation von dem Hub 101 zur Verfügung zu stellen, wo eine erhöhte Kommunikationsdichte nicht erforderlich ist. In gleicher Weise können zwei Lagen, die jeweils nur ein einziges bzw. einzelnes Antennenelement beinhalten, verwendet werden, um eine erhöhte Kapazität in einem begrenzten Bereich zur Verfügung zu stellen, der durch das Strahlungsmuster der Antennenelemente definiert ist.
Darüber hinaus kann eine nachfolgende Addition bzw. Hinzufügung von Lagen zu dem Hub ausgeführt werden, wie dies oben in bezug auf die Addition zu individuellen Antennenelementen diskutiert wurde. Beispielsweise können, wo es bestimmt ist, daß ein Hub, der irgendeine jegliche Kombination von Lagen beinhaltet, unzureichend ist, um die erforderliche Kommunikationsdichte zur Verfügung zu stellen, Antennenelemente, die jegliche Anzahl von zusätzlichen Lagen beinhalten, hinzugefügt werden. Selbstverständlich können, wo nur ein spezieller Abschnitt des Bereichs, der durch den Hub bedient ist, eine erhöhte Kommunikationsdichte erfordert, die hinzugefügten Lagen nur jene Antennenelemente beinhalten, die ein Strahlungsmuster aufweisen, das den speziellen Bereich abdeckt, der eine erhöhte Kommunikationsdichte erfordert, falls dies gewünscht ist.
Alternativ könnten die Lagen der Antennenelemente angeordnet sein bzw. werden, um unterschiedliche Radiokommunikations-Abdeckungsbereiche um den Hub 101 zur Verfügung zu stellen. Derartige Unterschiede in der Radiokommunikationsabdeckung können beispielsweise durch ein Einstellen der unterschiedlichen Lagen erreicht werden, um unterschiedliche Mengen an "Abwärtsneigung" in bezug auf die vertikale Achse zu besitzen. Eine Abwärtsneigung der Lagen kann durch das physikalische Kippen bzw. Neigen der individuellen An tennenelemente oder durch irgendeine Anzahl von Strahllenktechniken erreicht werden, die in der Technik bekannt sind. Zusätzlich kann eine Einstellung der Abwärtsneigung periodisch ausgeführt werden, wie dynamisch während eines Antennenbetriebs, durch das Einschließen einer mechanischen Einstellung oder der zuvor erwähnten Strahlsteuer- bzw. -lenktechniken.
Zusätzlich können Antennenelemente, die unterschiedliche Strahlungsmusterattribute bzw. -eigenschaften besitzen, verwendet werden, um die definierten Radiokommunikations-Abdeckungsbereiche, die oben diskutiert sind, zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise können Antennenelemente, die verwendet werden, um eine Kommunikation in einem Bereich nahe einem Hub zur Verfügung zu stellen, ein Strahlungsmuster zur Verfügung stellen, das einen breiteren Strahl und somit eine niedrigere Verstärkung als die bevorzugte Ausbildung der Antennenelemente besitzt, die oben beschrieben sind. In gleicher Weise können Antennenelemente, die verwendet werden, um eine Kommunikation in einem Bereich entfernter von dem Hub zur Verfügung zu stellen, ein Strahlungsmuster zur Verfügung stellen, das einen schmäleren Strahl und somit eine höhere Verstärkung aufweist.
Wo die Antennenelemente einer Lage eine unterschiedliche Abwärtsneigung oder ein unterschiedliches Strahlungsmuster aufweisen, könnten die individuellen Lagen verwendet werden, um Abdeckungsmuster zur Verfügung zu stellen, die konzentrische Kreise ausbilden, die kombiniert sind bzw. werden, um eine im wesentlichen ununterbrochene Abdeckung eines vorbestimmten Bereichs um den Hub 101 zur Verfügung zu stellen. Selbstverständlich können nur individuelle Antennenelemente eingestellt sein bzw. werden, daß sie eine Abwärtsneigung oder ein Strahlungsmuster unterschiedlich von jenem der anderen Antennenelemente der Lage oder des Hubs aufweisen. Jede Anordnung könnte verwendet werden, um eine im wesentlichen homogene Kommunikationsabdeckung zur Verfügung zu stellen, wo beispielsweise geographische Elemente existieren, welche mit den verschiedenen Strahlungsmustern zusammenwirken bzw. interferieren. In gleicher Weise kann diese alternative Ausbildung verwendet werden, um jegliche Anzahl von nahen/entfernten entsprechenden bzw. zugehörigen Kommunikationsanomalien zu kompensieren.
Es kann in 2C gesehen werden, daß der Hub 101 eine Außeneinheit (ODU) Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 beinhaltet, die mit jedem individuellen Antennenelement 200 gekoppelt ist. Die ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung bzw. der ODU Controller 230 ist mit einem RF Modem 240 und einer Inneneinheit (IDU) Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 gekoppelt. Obwohl eine gesonderte Verbindung von der ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 zu dem Modem 240 und einer CPU 260 gezeigt ist, sollte erkannt bzw. geschätzt werden, daß eine Kommunikation zwischen der ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 und der IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 durch das pfadverbindende Modem 240 mit der ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung und der CPU 260 ausgeführt werden kann. In ähnlicher Weise kann die Steuer- bzw. Regelinformation, die für die Betätigung bzw. den Betrieb der ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 relevant ist, durch das Modem 240 generiert werden statt der CPU 260 und daher durch eine Verbindung zwischen der ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 und dem Modem 240 kommuniziert werden.
Die ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 beinhaltet eine Schaltung, die den verschiedenen Antennenelementen des Hubs 101 erlaubt bzw. ermöglicht, mit dem RF Modem 240 an dem ordnungsgemäßen bzw. geeigneten Intervall zu kommunizieren, um das gewünschte Signal zu übertragen oder zu empfangen. In einer Ausbildung beinhaltet die ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 einen digital gesteuerten bzw. geregelten Zeitunterteilungs-Schalter, der in Synchronisation mit Bündel- bzw. Burstperioden arbeitet, die durch die IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 definiert sind. Vorzugsweise stellt die IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 einen Takt- bzw. Strobe-Puls zu dem Schalter der ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 zur Verfügung, um ein Schalten in Synchronisation mit Burstperioden zur Verfügung zu stellen, die durch die IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 definiert sind. Es soll geschätzt werden, daß eine Benutzung eines derartigen Schalters eine einfache Integration in das Antennenfeld bei niedrigen Kosten zur Verfügung stellt. Jedoch können jegliche Schaltmittel, die mit den Burstperioden synchronisierbar sind, die durch die IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 definiert sind, verwendet werden, falls dies gewünscht ist.
Eine Betätigung bzw. ein Betrieb der ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 resultiert darin, daß jedes individuelle Antennenelement in Kommunikation mit der IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 gemäß einer vorbestimmten Regime einer Kommunikationssequenzzeitgebung ist, d.h. Rahmen von Burstperioden. Dieses resultiert wiederum darin, daß jedes individuelle Antennenelement in Kommunikation mit dem Modem 240 innerhalb der IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 ist. Es soll geschätzt werden, daß ein derartiges Schalten in der Zeitunterteilungsvervielfältigung bzw. dem Zeitunterteilungs-Multiplexen (TDM) von jedem Antennenelement zu dem Modem 240 resultiert.
Selbstverständlich kann, wo die individuellen Antennenelemente eine bidirektionale Kommunikation zur Verfügung stellen, eine zweite Verbindung zwischen der ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 und den verschiedenen Antennenelementen, wie dies in 8 gezeigt ist, zur Verfügung gestellt werden. Eine derartige Verbindung kann verwendet werden, um eine Synchronisation, wie durch den oben beschriebenen Strobe-Puls zu der Schaltung innerhalb der Antennenelemente zur Verfügung zu stellen, um zwischen Übertragungs- oder Empfangsschaltungen an einem geeigneten Rahmen und/oder einer Burstperiode auszuwählen. Durch die Auswahl einer Übertragungs- und Empfangsschaltung in Kombination mit dem Schalten der ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 können die Antennenelemente mit dem Modem 240 in den geeigneten Momenten gekoppelt werden, um eine bidirektionale Kommunikation durch das Modem 240 zur Verfügung zu stellen, was in einem Zeitunterteilungs-Duplexieren (TDD) resultiert, wie dies im Detail nachfolgend in bezug auf eine beste Art eines Ausführens der Erfindung beschrieben ist.
Darüber hinaus kann zusätzlich oder als Alternative zum Steuern bzw. Regeln für ein TDD Schalten von Antennenelementen eine Verbindung zwischen den Antennenelementen und ODU 230 für andere Steuer- bzw. Regelfunktionen verwendet werden. Beispielsweise kann ein Steuer- bzw. Regelsignal durch eine derartige Verbindung verwendet werden, um dynamisch ein Antennenelement für eine spezielle Frequenz einzustellen, die für eine Kommunikation mit einer Kommunikationsvorrichtung während einer speziellen Burstperiode eines Rahmens für geeignet bestimmt wurde. In einer bevorzugten Ausbildung wird ein Steuer- bzw. Regelsignal durch eine CPU 810 zu einem Tuner, wie Up/Down- bzw. Auf/Ab-Konverter 892 und 893 in einem Antennenmodul 220 zur Verfügung gestellt, wie dies in 8 gezeigt ist. Ein derartiges Steuer- bzw. Regelsignal kann durch den Steuer- bzw. Regelprozessor zu einem Programmphasenregelkreis, oder einer Synthesizer-Hardware innerhalb der verschiedenen Antennenmodule zur Verfügung gestellt werden, um eine spezielle Frequenz für eine Übertragung und/oder einen Empfang von kommunizierter Information auszuwählen. In gleicher Weise kann ein Steuer- bzw. Regelsignal zur Verfügung gestellt werden, um die Amplitude eines übertragenen oder empfangenen Signals einzustellen. Beispielsweise können Tuner 892 und/oder 893 eine Verstärkungs/Abschwächungsschaltung beinhalten, die unter einer Steuerung bzw. Regelung eines derartigen Steuer- bzw. Regelsignals einstellbar sind. Es soll geschätzt werden, daß beide der oben beschriebenen Steuer- bzw. Regelfunktionen in einem Verfahren resultieren, durch welches die verschiedenen Antennenelemente dynamisch konfiguriert werden können, um mit Knoten des Systems zu kommunizieren.
Die IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 beinhaltet einen Prozessor, der als CPU 260 identifiziert ist, einen elektronischen Speicher, der als RAM 270 identifiziert ist, und ein Interface und/oder einen Router, der als Interface/Router 280 identifiziert ist. In dem RAM 270 ist ein Schaltinstruktionsalgorithmus gespeichert, um eine Schaltinstruktion bzw. -anweisung oder Synchronisation zu der ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 zur Verfügung zu stellen. Ein Puffern für Information, die durch das Modem 240 und/oder den Interface/Router 280 kommuniziert wird, kann auch durch das RAM 270 zur Verfügung gestellt werden. In gleicher Weise kann das RAM 270 auch zusätzlich ge speicherte Information, wie beispielsweise Antennenelement-Korrelationstabellen, Link- bzw. Verbindungsmanagementinformation, Initialisierungsinstruktionen, Modemkonfigurationsinstruktionen, Leistungssteuer- bzw. -regelinstruktionen, Fehlerkorrekturalgorithmen und andere Betätigungsinstruktionen beinhalten, die weiter unten diskutiert werden.
Obwohl ein einziges Modem in 2C gezeigt bzw. dargestellt ist, soll geschätzt werden, daß das Hubsystem der vorliegenden Erfindung vollständig skalierbar ist, um jegliche Anzahl von Modems in Abhängigkeit von der Informationskommunikationskapazität zu beinhalten, die an dem Hub gewünscht ist. Es wird die Aufmerksamkeit auf 7 gerichtet, wo die IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung der vorliegenden Erfindung, die für eine TDD Kommunikation adaptiert ist, als zwei Modems beinhaltend illustriert ist.
Modems 240 und 700 von 7 sind in ähnlicher Weise konfiguriert, um Burstmodus-Steuer- bzw. -Regeleinrichtungen 720 und 721, QAM Modulatoren 730 und 731, QAM Demodulatoren 710 und 711, ebenso wie Kanalrichtungs-Steuer- bzw. -Regelschaltung zu beinhalten, die als TDD Schalter 740 und 741 gezeigt ist. Es sollte jedoch erkannt bzw. geschätzt werden, daß die Burstmodus-Steuer- bzw. -Regeleinrichtung 721 mit einer Master-Burstmodus-Steuer- bzw. -Regeleinrichtung 720, ebenso wie mit einem Sync-Kanalmodulator 760 synchronisiert ist. Diese Synchronisation von Burstmodus-Steuer- bzw. -Regeleinrichtungen, die als ein Steuer- bzw. Regelsignal illustriert ist, das durch die Master-Burstmodus-Steuer- bzw. -Regeleinrichtung 720 zur Verfügung gestellt ist bzw. wird, dient dazu, um Mittel zur Verfügung zu stellen, durch welche die Burstperioden und somit die Kommuni kationsrahmen der Modems, ebenso wie das TDMA Schalten der individuellen Antennenelemente vollständig synchronisiert werden kann. In der bevorzugten Ausbildung ist die Synchronisationsuhr auf dem Interface/Router 280 begründet und wird von dem Bitstrom durch die Master-Burstmodus-Steuer- bzw. -Regeleinrichtung 720 abgeleitet. Selbstverständlich kann eine Synchronisation durch Mittel verschieden von einer Verwendung eines Steuer- bzw. Regelsignals, das durch eine Master-Burstmodus-Steuer- bzw. -Regeleinrichtung zur Verfügung gestellt ist bzw. wird, wie beispielsweise die Verwendung von inneren oder externen Uhrquellen ausgeführt werden, falls dies gewünscht ist. Ein Vorteil einer Synchronisation der verschiedenen Komponenten des Hubs ist ein Beschränken von Übertragung und Empfang durch jedes der individuellen Antennenelemente auf vorbestimmte Zeitperioden, welche eine größere Wiederverwendung von Kanälen ermöglichen, wie dies im Detail in bezug auf die beste Art zum Ausführen der vorliegenden Erfindung diskutiert ist.
Es sollte verstanden werden, daß der Synchronisations- bzw. Sync-Kanalmodulator 760 Mittel zur Verfügung stellt, durch welche die Zeitgebungs- bzw. Zeitpunktinformation der Burstmodus-Steuer- bzw. -Regeleinrichtungen zum Vorsehen bzw. Bereitstellen an die ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 moduliert werden kann. Es soll geschätzt werden, daß in der bevorzugten Ausbildung, wo die CPU 260 Steuer- bzw. Regelsignale zu der ODU für die oben diskutierten Steuer- bzw. Regelfunktionen zur Verfügung stellt, der Sync-Kanalmodulator 760 auch einen MUX 761 beinhalten kann, um ein gemultiplextes bzw. vervielfältigtes Signal an den Modulator 762 zur Verfügung zu stellen.
Vorzugsweise sind bzw. werden die Signale der verschiedenen Modems des Hubs auf unterschiedliche Trägerfrequenzen überlagert, wie dies durch IF₁ des Modems 240 und IF₂ des Modems 700 illustriert ist. In ähnlicher Weise überlagert der Sync-Kanalmodulator 760 das Steuer- bzw. Regelsignal, beinhaltend die Burstmodus-Zeitinformation und Steuer- bzw. Regelfunktionen auf ein geeignetes IF. Diese gesonderten Signale können dann leicht durch einen Teiler/Kombinierer 750 zur Übertragung durch eine einheitliche Kopplung auf die ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 kombiniert werden. Selbstverständlich könnte dieselbe IF als ein Träger durch die Modems des Hubs verwendet werden, falls beispielsweise mehrere bzw. mehrfache Verbindungen oder eine Multiplexerverbindung zwischen der IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 und der ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 aufrecht erhalten würde(n).
Es soll geschätzt werden, daß ein Erhöhen der Kapazität durch Hinzufügen von mehreren Modems zur IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 eine Schaltung in der ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 zusätzlich zu dem Schalter erfordert, der einen TDMA Zugriff auf einen einzigen Datenstrom von einem Modem ermöglicht, wie dies oben diskutiert wurde. Es wird nun die Aufmerksamkeit auf 8 gerichtet, wobei die ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtungsschaltung entsprechend dem Einschluß von mehreren Modems in die IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 gezeigt ist.
Es soll geschätzt werden, daß Schalter 870 und 871 und Signalteiler/Kombinierer 880, 881 und 882 in Kombination mit einer Synchronisiereinrichtung 830 ein TDMA Schalten der Antennenelemente in bezug auf die individuellen Modems ausführen, wie dies zuvor unter Bezugnahme auf die Ver wendung eines einzigen Modems beschrieben wurde. Es wird auch in Kommunikation mit der CPU 810 illustriert, daß der Sync-Kanalmodulator 860 zum Demodulieren des Burstmodus-Steuer- bzw. -Regelsignals und verschiedener anderer Steuer- bzw. Regelsignale verwendet wird, die durch die ODU durch die einzige Verbindung, die illustriert ist, zur Verfügung gestellt sind bzw. werden. In der bevorzugten Ausbildung, wo Steuer- bzw. Regelsignale von der IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung zur ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung übertragen werden, beinhaltet der Sync-Kanalmodulator den MUX 861 in Kombination mit dem Demodulator 862, um die CPU 810 mit Steuer- bzw. Regelinformation zu versorgen, ebenso wie die Synchronisiereinrichtung 830 mit Zeitinformation zu versorgen. Selbstverständlich kann, wo mehrere Verbindungen zwischen der ODU und der IDU verwendet werden, der Sync-Kanalmodulator 860 weggelassen werden.
Die Schalter 870 und 871 sind adaptiert, um eine Auswahl der unterschiedlichen Datenströme zur Verfügung zu stellen, die durch jedes Modem, wie sie auf eine gemeinsame zwischenliegende Frequenz durch die Tuner 840 und 841 getunet sind, zu den Antennenelementen zur Verfügung gestellt sind. In der bevorzugten Ausbildung, wie dies oben diskutiert ist, ist das Modul 220 des Antennenelements adaptiert, um zwischenliegende bzw. Zwischenfrequenzen zu akzeptieren und sie für eine Übertragung bei der gewünschten Frequenz durch das Horn 210 umzuwandeln bzw. zu konvertieren. In der bevorzugten Ausbildung ist das Modul 220 adaptiert, um eine einzige IF zu akzeptieren. Daher beinhaltet die ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 Tuner 840 und 841, um die verschiedenen zwischenliegenden Frequenzen der unterschiedlichen Modems, hier IF₁ und IF₂, auf eine gemeinsame zwischenliegende Frequenz IF₈ einzustellen. Es soll geschätzt werden, daß, obwohl ein einziger bidirektionaler Tuner für jede IF illustriert ist, auch ein gesonderter Tuner für den Übertragungs- und Empfangs-Signalpfad, der mit dem bidirektionalen Signalpfad durch TDD Schalter verbunden bzw. gekoppelt ist, verwendet werden kann, falls dies gewünscht ist. Eine derartige Anordnung ist bzw. wird im Detail unten in bezug auf das Antennenmodul 220 diskutiert.
Obwohl sie auf eine gemeinsame Frequenz eingestellt sind, sind die Signale von den Modems physikalisch für eine schaltbare Verbindung an ein geeignetes Antennenelement durch die Signalkombinierer 880, 881 und 882, durch Schalter 870 und 871 unter einer Steuerung bzw. Regelung der Synchronisiereinrichtung 830 getrennt. Es soll erkannt werden, daß durch ein Steuern bzw. Regeln der Schalter 870 und 871 jede Sequenz von Burstperioden von irgendeinem Modem durch irgendein Antennenelement übertragen werden kann.
Obwohl eine Auswahl des Signals, das durch ein spezielles Modem moduliert ist, unter Bezugnahme auf Schalter diskutiert wurde, die unter einer Steuerung bzw. Regelung einer Synchronisierschaltung arbeiten, soll erkannt werden, daß diese Funktion durch eine andere Anzahl von Mitteln erreicht werden kann. Beispielsweise kann das Modul 220 adaptiert sein, um verschiedene Zwischenfrequenzen zu akzeptieren. Ein variabler Tuner in dem Modul 220, wie durch die Verwendung eines programmierbaren Programmphasenregelkreises könnte verwendet werden, um ein Signal, das durch ein spezielles Modem moduliert ist, aus einem zusammengesetzten Signal durch ein Tunen auf eine spezielle zwischenliegende Frequenz unter einer Steuerung bzw. Regelung der CPU 810 und der Synchronisierschaltung 830 auszuwählen. Selbstverständlich können, wo Tuner verwendet werden, um zwischen den verschiedenen Signalen zu unterscheiden, die durch die Modems moduliert sind, die Tuner 840 und 841 ebenso wie die Schalter 870 und 871 und die Signalkombinierer 880, 881 und 882 eliminiert werden, falls dies gewünscht ist.
Es soll erkannt werden, daß die Verwendung von kurzen Burstperioden, wie in der Größenordnung von Mikrosekunden erfordert, daß ein derartiger variabler Tuner auf eine bestimmte Frequenz tunet bzw. einstellt und einen stetigen Zustand schnell erreicht, um eine signifikante Signalverzerrung zu vermeiden. In Übereinstimmung damit hat ein Experimentieren gezeigt, daß die Verwendung der oben erwähnten Schaltmatrix vorteilhaft ist, indem eine Auswahl der verschiedenen Signale innerhalb der ins Auge gefaßten Burstperioden zur Verfügung gestellt wird.
In der bevorzugten Ausbildung ist jedes Antennenelement für eine bidirektionale Kommunikation adaptiert. Daher kann jedes Antennenmodul 220 TDD Schalter 890 und 891 beinhalten, die mit der Synchronisiereinrichtung 830 gekoppelt sind, um ein synchrones Schalten der Antennenelemente während Übertragungs- und Empfangsrahmen zur Verfügung zu stellen, wie dies in bezug auf das Antennenelement 200 illustriert ist.
Darüber hinaus kann, da es vorauszusehen ist bzw. angenommen wird, daß die kommunizierte bzw. übertragene RF Frequenz des Systems unterschiedlich von jener der IF sein wird, die in den verschiedenen Komponenten des Kommunikationssystems verwendet wird, jedes Antennenmodul 220 auch einen Tuner beinhalten, um die IF auf die gewünschte RF Radiokommunikation hinauf umzuwandeln und/oder hinunter um zuwandeln. Die Verwendung von Tunern, um das Signal sowohl nach oben bzw. hinauf umzuwandeln als auch nach unten bzw. hinunter umzuwandeln bzw. zu konvertieren, ist in 8 als Up- bzw. Aufwärts-Konverter 892 und Down- bzw. Abwärts-Konverter 893 illustriert. Es soll erkannt werden, daß, obwohl ein Wandler bzw. Konverter sowohl für den Übertragungs- als auch den Empfangssignalpfad innerhalb des Antennenmoduls 220 illustriert ist, ein einzelner bidirektionaler Wandler, falls gewünscht, verwendet werden kann. Selbstverständlich können, wo ein bidirektionaler Wandler verwendet wird, die TDD Schalter 890 und 891 eliminiert werden, um in einer Konfiguration zu resultieren, wie sie oben in bezug auf die IF Tuner 840 und 841 diskutiert wird.
Es soll erkannt werden, daß die Verwendung einer Serie von Wandlern verwendet werden kann, um die Aufwärtsumwandlung und/oder Abwärtsumwandlung des Signals auszuführen. Beispielsweise erfordert in der bevorzugten Ausbildung, wo eine zwischenliegende Frequenz von 400–500 MHz und eine Radiofrequenz von etwa 38 GHz verwendet werden, ein einzelstufiger Wandler zum Aufwärtsumwandeln oder Abwärtsumwandeln zwischen den Frequenzen ein signifikantes Signalfiltern, um zwischen verschiedenen Seitenbändern zu unterscheiden, die sehr nahe der interessierenden Frequenz erzeugt bzw. generiert werden. Als solches ist es bevorzugt, das Signal in Stufen, wie durch eine zwischenliegende Frequenz von 3 GHz aufwärts umzuwandeln und/oder abwärts umzuwandeln. Daher beinhalten in der bevorzugten Ausbildung die Wandler 892 und 893 mehrere Stufen von Wandlern, um das Signal zwischen 400–500 MHz, 3 GHz und 38 GHz aufwärts umzuwandeln oder abwärts umzuwandeln.
Es soll verstanden werden, daß eine zwischenliegende Frequenz näher zur Radiofrequenz verwendet werden kann, wodurch das Erfordernis sowohl für ein präzises Filtern des umgewandelten bzw. konvertierten Signals als auch die oben beschriebene mehrstufige Umwandlung eliminiert werden. Es soll jedoch erkannt werden, daß es typischerweise ökonomischer ist, eine schaltende bzw. Schaltmatrix herzustellen, die für niedrigere Frequenzen eher als für höhere Frequenzen geeignet ist. Daher wird in der bevorzugten Ausbildung eine zwischenliegende Frequenz, die signifikant niedriger als die Radiofrequenz ist, die zu übertragen ist, verwendet.
In der bevorzugten Ausbildung, wo eine EHF Radiofrequenz verwendet wird, wird eine Datenkommunikation durch ein Brechen bzw. Aufteilen des verfügbaren Spektrums in gesonderte Kanäle für ein Frequenzunterteilungs-Multiplexen (FDM) zur Verfügung gestellt. In dem Fall, wo beispielsweise 38 GHz verwendet werden, kann das verfügbare Spektrum, das 1,4 GHz Spektrum zwischen 38, 6 GHz bis 40, 0 GHz sein. Dieses 1,4 GHz Spektrum kann vorteilhafterweise in 14 Kanäle von jeweils 100 MHz unterteilt werden. Selbstverständlich können, wie dies nachfolgend in Hinblick auf eine beste Art zum Ausführen der vorliegenden Erfindung diskutiert werden wird, andere Unterteilungen des verfügbaren Spektrums, welche eine Signalbandbreite zur Verfügung stellen, die ausreichend ist, um die gewünschte Information zu kommunizieren, angenommen bzw. angewandt werden.
Um ein vollständiges Duplizieren bzw. Duplexieren unter Verwendung von FDD zu ermöglichen, wie dies oben diskutiert ist, kann ein einziger bzw. einzelner 100 MHz Kanal weiter in ein Paar von 50 MHz Kanälen unterteilt werden, wodurch ein 50 MHz Übertragungs-(Tx)-Kanal und ein 50 MHz Empfangs(Rx)-Kanal definiert ist bzw. wird. Selbstverständlich kann jeder 100 MHz Kanal vollständig als entweder ein Tx oder Rx Kanal verwendet werden, falls dies gewünscht ist. Es soll durch einen Fachmann erkannt werden, daß eine Verwendung des vollen 100 MHz Spektrums eines Kanals in einem Halb-Duplexkanal resultiert, da kein Spektrum in diesem Kanal verbleibt, um eine umgekehrte Übertragung von Information zu ermöglichen. Jedoch kann, wie dies nachfolgend in bezug auf die beste Art diskutiert werden wird, ein vollständiges Duplexieren auf irgendeinem einzelnen Kanal durch die Verwendung von TDD synthetisiert werden, um einen Tx und Rx Rahmen in dem Kanal zur Verfügung zu stellen.
Jeder Tx und Rx Kanal kann in gleicher Weise in 5 diskrete bzw. gesonderte Subkanäle von jeweils 10 MHz unterteilt werden, was in einem Frequenzunterteilungs-Multiplexen der 50 MHz Tx und Rx Kanäle resultiert. Aufgrund des zuvor erwähnten TDMA von jedem Antennenelement wird jeder Kanal in vordefinierte TDMA Zeitschlitze unterteilt. Diese TDMA Zeitschlitze können weiterhin in Protokollzeitschlitze unterbrochen bzw. zerteilt werden; wobei ein Protokollzeitschlitz für eine ausreichende Zeit andauert, um ein Informationspaket zu kommunizieren, das auf ein vordefiniertes Protokoll formatiert ist. Beispielsweise kann jeder 10 MHz Subkanal verwendet werden, um drei 10 Mbps Ethernet-Datenpakete in einem 250 μsec TDMA Zeitschlitz unter Verwendung von 64 QAM zu kommunizieren. Alternativ können diese Subkanäle verwendet werden, um einen unterschiedlichen Datendurchsatz, wie eine 10 Mbps Ethernet-Datenpackung in einem 250 μsec Rahmen mit beispielsweise einer quaternären Phasenumtastung (QPSK) durchzuführen. Darüber hinaus kann jeder Tx und Rx Kanal als ein einzelner bzw. einziger Kanal verwendet werden, der die vollständige 50 MHz Bandbreite ohne eine Frequenzunterteilung überspannt, falls dies gewünscht ist.
Ein Beispiel einer Subkanal-30-Mbps-Kommunikation pro TDMA Zeitschlitz, die als drei Ethernet-Datenpakete formatiert ist, ist in 3A gezeigt. Hier enthält der 250 μsec Rahmen einen Steuerkopf bzw. -header 300, gefolgt durch das Schutzzeit-Syncfeld 301. Das Synchronisations- bzw. Syncfeld 301 wird durch ein 10 Mbps LAN Datenpaket 302 und Vorwärtsfehlerkorrekturdaten 303 gefolgt, welche selbst durch das Schutzzeit-Syncfeld 304 gefolgt sind. Das Syncfeld 304 ist bzw. wird in gleicher Weise durch das 10 Mbps LAN Datenpaket 305 und Vorwärtsfehlerkorrekturdaten 306 ebenso wie Schutzzeit-Syncfeld 307 gefolgt. Das Syncfeld 307 ist durch 10 Mbps LAN Datenpaket 308 und Vorwärtsfehlerkorrekturdaten 309 abgeschlossen, die ebenfalls durch das Schutzzeit-Syncfeld 310 gefolgt sind. Es soll erkannt werden, daß dieses Beispiel der 30 Mbps Kommunikation lediglich eine Ausbildung der Zusammensetzung eines Signals innerhalb eines einzigen Kanals der vorliegenden Erfindung ist. Es gibt unzählbare Verfahren, durch welche das oben geoffenbarte Frequenzspektrum zur Kommunikation zu verwenden ist. Es soll verstanden werden, daß irgendein derartiges Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Zusätzlich zu einer Kommunikation von Information zwischen auf Prozessor basierenden Systemen durch den Hub 101 können Steuer- bzw. Regelfunktionen auch zwischen dem Hub 101 und dem Knoten 150 kommuniziert werden. Ein Beispiel von derartigen Steuer- bzw. Regelkommunikationen ist in 3A als ein Steuer- bzw. Regelkopf 300 illustriert. Alternativ kön nen Steuer- bzw. Regelfunktionen durch einen vorbestimmten Kanal oder Subkanal des FDM Spektrums kommuniziert werden. Diese Steuer- bzw. Regelfunktionen können Anfragen bzw. Anforderungen für eine Wiederübertragung eines Datenpakets, Anfragen zum Einstellen der Amplitude des übertragenen Signals, TDM Zeitpunktinformation, Instruktionen zum Einstellen der Modulationsdichte oder eine dynamische Zuweisung von Hubressourcen beinhalten. Die Verwendung von derartigen Steuer- bzw. Regelfunktionen ist weiter unten im Detail diskutiert.
Information, die zu der IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 über die Antennenelemente kommuniziert ist bzw. wird, kann durch den Hub 101 durch ein Backbone, wie das Backbone 160, das in 6 gezeigt ist, schließlich zu anderen auf Prozessor basierenden Systemen neu gerichtet werden. Es soll verstanden werden, daß eine Mehrzahl von derartigen Backbone-Kommunikationsmitteln mit einem einzigen Hub 101 gekoppelt sein kann.
Alternativ kann Information, die zu der IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 kommuniziert ist bzw. wird, durch den Hub 101 durch ein vorausgewähltes Antennenelement wiedergerichtet werden, wenn es in Kommunikation mit der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 geschaltet wird, um schließlich durch ein anderes, auf einem Prozessor basierendes System empfangen zu werden. Indem die Aufmerksamkeit neuerlich auf 6 gerichtet wird, ist bzw. wird dieser Kommunikationspfad, beispielsweise durch das Netzwerk 110 illustriert, das durch den Hub 101 zu dem Netzwerk 120 kommuniziert.
Größere geographische Distanzen zwischen zwei kommunizierenden, auf Prozessoren basierenden Systemen können durch eine Verwendung von mehreren Hubs überbrückt werden. Beispielsweise sind, wie dies in 6 gezeigt ist, die Hubs 101 und 630 in Kommunikation durch eine Luftverbindung über Antennenelemente. Diese zwei Hubs können Informationskommunikation zwischen jeglicher Kombination von auf Prozessor basierenden Systemen in Kommunikation mit irgendeinem Hub zur Verfügung stellen.
Es soll erkannt werden, daß Information, die durch die IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 des Hubs 101 empfangen wird, in einer Vielzahl von Weisen neu gerichtet werden kann. In einer Ausbildung korreliert die IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 eine Kommunikation durch ein spezielles Antennenelement 200 oder damit assoziierte Burstperioden, wie dies durch eine Steuerung bzw. Regelung der ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 angezeigt ist, mit einem vorbestimmten Kommunikationspfad. Entsprechend diesem Verfahren kann Kommunikation, die durch die IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 beispielsweise am Antennenelement 200a empfangen ist, das in 2C gezeigt ist, durch die IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 durch ein Antennenelement 200b geroutet sein, wie dies durch eine Korrelationstabelle oder dgl. in dem RAM 270 angedeutet ist. Eine derartige Korrelationstabelle oder eine andere Korrelationsinformation könnte durch die IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung bzw. den IDU Controller 250 verwendet werden, um jegliche Kommunikation, die durch ein spezielles Element, eine Burstperiode oder einen Kanal des Hubs 101, beinhaltend ein Backbone empfangen ist, zu einem anderen spezifischen Element, einer Burstperiode oder einen Kanal des Hubs 101 zu richten. Eine derartige Ausbildung ist effizient, wo beispielsweise ein auf Prozessor basierendes System in Kommunikation mit dem Hub 101 durch ein Antennenelement 200a nur ein Kommunizieren mit einem auf Prozessor basierenden System in Kommunikation mit dem Hub 101 durch Element 200b wünscht.
Wo ein auf Prozessor basierendes System ein Kommunizieren durch den Hub 101 mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen, auf Prozessoren basierenden Systemen wünscht, oder ein einziges Antennenelement durch eine Mehrzahl von auf Prozessor basierenden Systemen verwendet wird, kann jedoch die oben beschriebene Korrelationstabelle ineffektiv sein. Daher beinhaltet in einer bevorzugten Ausbildung Information, die durch den Hub 101 kommuniziert ist, Routing-Information. Eine derartige Information ist vorzugsweise in der Form von Datenpaketen entsprechend dem Open Systems Interconnections (OSI) Modell. Ein Beispiel von OSI Routing-Information, welche in dieser Ausbildung verwendet werden kann, ist der Transmission Control Protocol (TCP) Standard. Es soll jedoch verstanden werden, daß jegliche Routing-Informationen, welche die Destination bzw. Bestimmung eines empfangenen Datenpakets anzeigt, unabhängig von einer Übereinstimmung bzw. Entsprechung mit dem OSI Modell durch die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, falls dies gewünscht ist.
Es soll verstanden werden, daß das Modem 240 eine Kommunikation zwischen den Antennenelementen und der IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 moduliert und demoduliert. Daher kann RF Kommunikation, die an irgendeinem Antennenelement empfangen wird, in dem RAM 270 als digitale Information gespeichert werden. Interface/Router 280 kann vorbestimmte Stücke von Information verwenden, die in der digitalen Information enthalten ist, wie sie in dem RAM 270 gespeichert sein kann, um das Routen der empfangenen Kommunikation zu bestimmen. In der bevorzugten Ausbildung wird eine Routing- Information durch die Netzwerkschicht eines Datenpakets in Übereinstimmung mit dem OSI Modell zur Verfügung gestellt. Eine derartige Information würde beispielsweise in jedem LAN Datenpaket enthalten sein, das in 3 gezeigt bzw. illustriert ist.
Nach bzw. bei Bestimmung eines geeigneten Routens durch Verwenden von Information, die in der kommunizierten Information enthalten ist, kann die digitale Information durch den Hub 101 durch das Backbone 160 oder durch ein Antennenelement über das Modem 240 neu gerichtet werden. Es sollte verstanden werden, daß aufgrund der Verwendung von TDMA die digitale Information in dem RAM 270 bis zu einer derartigen Zeit gespeichert werden kann, wo die ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 das korrekte Antennenelement, wie dies durch die Routing-Information bestimmt ist, mit der IDU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 250 koppelt, und somit die notwendige Route für eine Kommunikation zur Verfügung stellt.
Indem im Detail der Hub 101 der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, wird die Aufmerksamkeit nun auf 4 gerichtet, worin der Knoten 150 vollständiger illustriert ist. In einer bevorzugten Ausbildung besteht der Knoten 150 aus zwei primären Komponenten, einer Außeneinheit 410 und einer Inneneinheit 450, wie dies in 4 gezeigt bzw. dargestellt ist.
Die Außeneinheit 410 beinhaltet eine Antenne 420, ein Modul 430 und ein Modem 440. Wo EHF verwendet wird, ist die Antenne 420 vorzugsweise eine Parabolantenne, die etwa 42 dB Verstärkung mit einer Kommunikationsstrahlungskeule von etwa 2 Grad zur Verfügung stellt. Das Modul 430 ist ähnlich dem Modul 220, das oben diskutiert wurde, ist ein synthetisiertes Millimeterwellen-Vorderendenmodul, das 38 GHz RF durch die Antenne 420 akzeptiert und überträgt, die in einen IF in dem Bereich von 400–500 MHz für eine Kommunikation mit dem RF Modem 440 umgewandelt sind. Vorzugsweise beinhaltet das Modul 430 die verschiedenen Tuner- und TDD Schaltkomponenten, die in 8 in bezug auf das Modul 220 illustriert sind. Es soll jedoch verstanden sein, daß jede Anzahl von Komponentenkonfigurationen zur Verwendung in dem Modul 430 akzeptabel sind, wie sie es in dem Modul 220 sind. Es soll erkannt werden, daß die zwischen der CPU 460 und dem Modul 430 illustrierte Verbindung ein Signal zur Verfügung stellen kann, das das synchronisierte Schalten der TDD Schalter gemäß einem TDD Rahmen eines assoziierten Hubs steuert bzw. regelt. Das Modem 440 kann ein Modem variabler Geschwindigkeit bzw. Rate sein, das eine festgelegte Baud-Rate mit einer variablen Dichte von Bits pro Symbol entsprechend der Verwendung eines Modems mit variabler Rate aufweist, das in bzw. bei einem assoziierten Hub verwendet ist. Selbstverständlich können die Antennen- und Modulattribute bzw. -eigenschaften des Knotens 150 unterschiedlich von den oben ausgeführten sein, wo beispielsweise eine unterschiedliche Trägerfrequenz oder ein Strahlmuster wünschenswert ist.
Die Inneneinheit 450 beinhaltet eine CPU 460, ein RAM 470 und ein Interface bzw. eine Schnittstelle 480. Es soll verstanden werden, daß die Inneneinheit 450 und die Außeneinheit 410 derart gekoppelt sind, daß Information, die durch die Antenne 420 als RF Energie empfangen ist bzw. wird, zu der Inneneinheit 450 kommuniziert wird.
Das Interface 480 stellt eine Datenkommunikation zwischen der Inneneinheit 450, und somit dem Knoten 150, und einem auf Prozessor basierenden System, wie einem LAN 490 zur Verfügung, das in 4 illustriert ist. Darüber hinaus formatiert das Interface 480 die Datenkommunikation, um mit dem auf Prozessor basierenden System, das so gekoppelt ist, kompatibel zu sein. Beispielsweise kann, wo das LAN 490 mit dem Knoten 150 gekoppelt ist, das Interface 480 Ethernet-Datenpakete sowohl senden als auch empfangen, wo das LAN 490 ein mit Ethernet kompatibles Kommunikationsprotokoll verwendet. Jedoch kann, wo der Knoten 150 mit einem einzigen Computer gekoppelt ist, es für das Interface 480 vorteilhaft sein, ein asynchrones Empfangs/Übertragungsprotokoll zur Verfügung zu stellen. Es soll durch einen Fachmann erkannt werden, daß das Interface 480 mehrere Kommunikationsprotokolle innerhalb einer einzigen Ausbildung beinhalten kann, die durch einen Benutzer auswählbar sind, oder individuelle Module sein können, die in der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 450 enthalten sein können, falls dies erforderlich ist.
Das RAM 470 ist sowohl mit dem Interface 480 als auch der CPU 460 gekoppelt. Wo TDM an dem Hub 101 verwendet ist, kann das RAM 470 Information speichern, die an dem Knoten 150 durch das Interface 480 empfangen ist bzw. wird, während eine Übertragung zu dem Hub 101 erwartet wird. Das RAM 470 kann auch zusätzliche gespeicherte Information beinhalten, wie beispielsweise Initialisierungsinstruktionen bzw. -anweisungen und Verbindungsmanagementinformation, wie Modemkonfigurationsinstruktionen, Leistungssteuer- bzw. -regelinstruktionen und Fehlerkorrekturinstruktionen, die unten im Detail diskutiert sind.
Indem bzw. nachdem der Hub 101 und der Knoten 150 der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, soll nun die Wechselwirkung bzw. Interaktion dieser Elemente beschrieben werden. Wie oben diskutiert, können das RAM 270 des Hubs 101 und das RAM 470 des Knotens 150 Instruktionen zur Betätigung bzw. zum Betrieb der CPUs 260 bzw. 460 beinhalten. Diese Instruktionen können beispielsweise ein Verfahren zum Programmieren des Hubs 101 und des Knotens 150 zur Kommunikation und ein Verfahren für ein Verbindungsmanagement, beinhaltend eine Kommunikationsfehlkorrektur beinhalten.
Zusätzlich können sowohl das RAM 270 als auch das RAM 470 temporär Information, die über die Vorrichtung kommuniziert ist, für eine Wiederübertragung in dem Fall speichern, daß ein Übertragungsfehler detektiert ist. Ein Übertragungsfehler kann durch die CPUs 260 und 460 durch verschiedene Verfahren detektiert bzw. festgestellt werden. Ein derartiges Verfahren, das in der Technik gut bekannt ist, ist die Übertragung von Fehlerdetektionsinformation, die übertragene Datenpakete begleitet. Ein derartiges Verfahren ist in der Datenverbindungsschicht des zuvor erwähnten OSI Modells definiert.
Die Aufmerksamkeit wird auf die 3A und 3B gerichtet, wobei jedes der drei illustrierten Datenpakete assoziierte Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) Information beinhaltet. Es soll erkannt bzw. geschätzt werden, daß FEC Information eine zusammenfassende Anzeige bzw. Indikation des Inhalts des assoziierten Datenpakets durch derartige Mittel, wie eine Überprüfungssumme, einen Paritätshinweis oder dgl. enthalten kann. Dieser zusammenfassende bzw. Summenhinweis kann durch die übertragende CPU, CPUs 260 oder 460 ge neriert bzw. erzeugt werden, oder kann in dem speziellen Übertragungsprotokoll, das durch die auf Prozessor basierenden Systeme verwendet wird, wie beispielsweise Datenpakete entsprechend dem Ethernet-Protokoll integral bzw. einstückig sein. Unabhängig von ihrer Quelle kann diese Information verwendet werden, um Fehler in den übertragenden Daten zu detektieren und um nachfolgend den Fehler, wie durch ein Nachfragen bzw. Anfordern einer Neuübertragung der betroffenen Datenpakete zu korrigieren.
Wie oben diskutiert, speichern sowohl RAM 270 als auch RAM 470 kommunizierte Information in einer Form, die durch die CPUs 260 und 460 lesbar ist. Daher können die CPUs 260 und 460 vorbestimmte Stücke von Information verwenden, die in der digitalen Information in dem RAM 270 bzw. dem RAM 470 enthalten ist, um Kommunikationsfehler zu detektieren. Beispielsweise kann in der Ausbildung, die in 3A illustriert ist, die empfangende CPU einen Zusammenfassungshinweis des Inhalts von jedem LAN Datenpaket, das in dem RAM gespeichert ist, generieren und dieses mit der assoziierten FEC Information vergleichen. Nach bzw. bei einem Bestimmen eines Unterschieds zwischen den zwei zusammenfassenden Hinweisen kann die empfangende CPU eine Neu- bzw. Wiederübertragung des LAN Datenpakets durch die sendende CPU fordern.
Jedoch beinhaltet in einer bevorzugten Ausbildung die FEC Information eine Datenredundanz in dem Datenstrom unter Verwendung von speziellen Codierern. Nach Detektion eines Übertragungsfehlers können die an einer Empfängerseite verfügbaren Decodierer bzw. Decodiereinrichtungen verwendet werden, um eine Fehlerkorrektur von Abschnitten des Datenstroms zur Verfügung zu stellen. Eine derartige Fehlerkor rektur von codierten redundanten Daten ist fähig, übertragene Information zu korrigieren, welche bis zu einem vorbestimmten Prozentsatz an Fehlern in der Übertragung beinhaltet. Vorzugsweise ist die so verwendete FEC Information ein Blockcode, wie das Reed-Solomon FEC Protokoll.
Beispielsweise kann in der in 3B illustrierten Ausbildung die empfangende CPU Information, die innerhalb des FEC Datenpakets übertragen ist, decodieren und diese Information mit dem Inhalt von jedem ATM Datenpaket vergleichen, das in dem RAM gespeichert ist. Nach bzw. bei einem Detektieren eines Übertragungsfehlers durch einen derartigen Vergleich kann die empfangende CPU das ATM Datenpaket unter Verwendung von redundanten Daten korrigieren, die in dem FEC Datenpaket codiert sind. Selbstverständlich kann, wo eine Übertragung des Datenpakets bis zu dem Punkt ausgeführt bzw. bewirkt wird, der über eine Korrektur unter Verwendung der codierten redundanten Daten des FEC Datenpakets hinausgeht, eine Wiederübertragung des Datenpakets verwendet werden, falls dies gewünscht ist.
Wie zuvor diskutiert, kann ein vorbestimmtes Subband eines Kommunikationskanals für die Übertragung von Steuer- bzw. Regelfunktionen, wie die oben erwähnte Wiederübertragungsanfrage bzw. -anforderung oder anderen Steuer- bzw. Regelfunktionen, wie eine Leistungsniveaueinstellung und Informationsdichteeinstellung verwendet werden. Alternativ können Steuer- bzw. Regelfunktionen in jeder TDMA Burst-Übertragung inkludiert sein, wie beispielsweise dem Steuer- bzw. Regelkopf bzw. -header 300, der in 3A illustriert ist, oder Steuer- bzw. Regelkanalblock 363, der in 3B illustriert ist. Beispielsweise wird die entsprechende CPU die Anfrage für eine Wiederübertragung detektieren, die in dem vorbestimmten Steuer- bzw. Regelfunktionssubband oder in dem Steuer- bzw. Regelkopf enthalten ist, und mit einer Wiederübertragung des geforderten LAN Datenpakets antworten.
Selbstverständlich kann, wenn eine fehlerfreie Übertragung von Information oder wenn Fehlerkorrektur der übertragenen Information durch andere Mittel gehandhabt ist, das oben erwähnte Verfahren einer Fehlerkorrektur weggelassen werden, falls dies gewünscht ist. Weiterhin kann, wenn TDM nicht verwendet wird und eine Fehlerkorrektur durch Wiederübertragung von Information nicht gewünscht ist, auch eine Speicherung von Kommunikationsinformation im RAM 270 und RAM 470 weggelassen werden.
Die bevorzugte Ausbildung umfaßt bzw. beinhaltet auch einen Verbindungsaufrechterhaltungs-Algorithmus, um Kommunikationsparameter zu überwachen, wie Fehler in Kommunikationen, die mit speziellen Knoten 150 in RAM 270 des Hubs assoziiert sind. Nach bzw. bei Bestimmung der Existenz von nicht akzeptablen Kommunikationsparametern, wie einer nicht akzeptablen Fehlerrate, wie dies durch einen Vergleich mit einer vorbestimmten akzeptablen Fehlerrate bestimmt wird, kann die CPU 260 auch eine Instruktion zu dem speziellen Knoten übertragen, um eine geeignete Einstellung zu tätigen. Beispielsweise kann die CPU 260 den Knoten 150 instruieren, eine Kommunikationsübertragungsleistung einzustellen, um eine akzeptable Fehlerrate zu erzielen, oder um das M-Ary QAM Signalisierniveau einzustellen (d.h. die Anzahl von Bits pro Symbol einzustellen, die nachfolgend als die QAM Rate bezeichnet werden), bei welcher Information übertragen wird. Selbstverständlich kann die CPU 260 auch derartige Steuer- bzw. Regelsignale zu den verschiedenen QAM Modulatoren zur Verfügung stellen, die mit dem Hub assoziiert sind, um in der geeigneten Modulation/Demodulation des Signals zu resultieren, das zu dem Knoten kommuniziert ist. Wie oben, können diese Steuer- bzw. Regelfunktionen, die mit einer Verbindungsbeibehaltung assoziiert sind, zwischen CPU 260 und CPU 460 mittels eines bezeichneten Steuer- bzw. Regelfunktionssubbands oder eines Steuer- bzw. Regelheaders kommuniziert werden.
Nach bzw. bei einem Detektieren einer Steuer- bzw. Regelinstruktion, um Kommunikationen einzustellen, stellt die CPU 460 die notwendige Instruktion zu der geeigneten Komponente zur Verfügung. Beispielsweise kann, wie dies oben in bezug auf den Hub diskutiert ist, die CPU 460 das Modul 430 veranlassen, eine Übertragungsleistung einzustellen, oder kann das Modem 440 veranlassen, die QAM Rate in Abhängigkeit von dem Attribut, das ausgeführt ist, oder der Steuer- bzw. Regelinformation einzustellen, die durch den Hub übertragen ist.
Beispielsweise kann ein Steuer- bzw. Regelsignal durch die CPU 460 zu einem Tuner innerhalb eines Antennenmoduls 430 zur Verfügung gestellt sein. Ein derartiges Steuer- bzw. Regelsignal kann durch den Steuer- bzw. Regelprozessor zur Verfügung gestellt sein, um den Phasenregelkreis zu programmieren, oder Synthesizer-Hardware innerhalb des Antennenmoduls, um eine spezielle Frequenz zur Übertragung und/oder zum Empfang von kommunizierter Information auszuwählen. In gleicher Weise kann ein Steuer- bzw. Regelsignal eingestellt werden, um die Amplitude eines übertragenen oder empfangenen Signals einzustellen. Beispielsweise können Tuner in dem Modul 430 wie jene, die in dem Modul 220 in 8 illustriert sind, eine Verstärkungs/Ab schwächungsschaltung beinhalten, die unter der Steuerung bzw. Regelung eines derartigen Steuer- bzw. Regelsignals einstellbar ist. Diese Attribute, ebenso wie die Einstellung der Informationsdichte von kommunizierten Daten können durch den Knoten in Antwort auf einen Bestimmungsknoten an dem Hub getätigt bzw. durchgeführt werden und durch einen Steuer- bzw. Regelkanal kommuniziert werden, oder können durch einen Algorithmus an dem Knoten durchgeführt werden. Es soll erkannt werden, daß eine Einstellung von gewissen Attributen durch den Knoten eine entsprechende Einstellung an dem Hub erfordern kann, wie die Einstellung der QAM Rate oder des Kanals. Daher kann der Knoten Steuer- bzw. Regelfunktionen an den Hub in derartigen Situationen kommunizieren.
Es soll erkannt werden, daß eine periodische Einstellung von Kommunikationsparametern notwendig sein kann, selbst wo ein Initialisierungsalgorithmus, wie dies im Detail unten diskutiert ist, verwendet wurde, um geeignet derartige Kommunikationsparameter zu initialisieren, aufgrund des Auftretens von Anomalien, die Kommunikationen bewirken. Beispielsweise können, obwohl eine anfängliche QAM Rate und/oder ein Übertragungsleistungsniveau nach bzw. bei einer Initialisierung der Kommunikation gewählt werden kann, verschiedene atmosphärische Bedingungen, wie Regen, eine signifikante Signalabschwächung bewirken. Daher ist es vorteilhaft, Kommunikationsparameter zu überwachen, um eine Einstellung zur Verfügung zu stellen, die das Auftreten derartiger Anomalien kompensiert. Es soll erkannt werden, daß das Überwachen von Kommunikationsparametern und einer Kommunikation von Steuer- bzw. Regelfunktionen von einem Knoten zu einem Hub sein kann, wo ein derartiger Knoten nicht akzeptable Kommunikationsattribute detektiert hat.
Zusätzlich zu einem Speichern von Kommunikationsinformation und zugehöriger Verbindungsaufrechterhaltungsalgorithmen wird in der bevorzugten Ausbildung das RAM 470 verwendet, um Instruktionen zu speichern, die durch die CPU 460 in dem Betätigungsknoten 150 zu verwenden ist. Derartige Instruktionen können Kanäle in dem verfügbaren Spektrum beinhalten, die nicht durch den Knoten 150 verwendet sind, Kommunikationsfenster, die für eine Kommunikation zwischen dem Knoten 150 beim Hub 101 aufgrund von TDM verfügbar sind, und synchronisierende bzw. Synchronisationsinformation, wie Rahmenzeit und Ausbreitungsverzögerungsversetzung bzw. -offset, um eine TDM und/oder TDD Kommunikation zu ermöglichen. Darüber hinaus kann das RAM 470 auch Instruktionen speichern, die durch die CPU 460 zur dynamischen Zuweisung von Hubressourcen verwendet sind, wie die oben erwähnten Kanäle, die für eine Kommunikation verfügbar sind, und Fenster einer Kommunikation, oder Bündel- bzw. Burstperioden, wie dies nachfolgend diskutiert ist.
Es soll erkannt werden, daß, obwohl in der bevorzugten Ausbildung die Antennenelemente des Hub 101 und die Antenne 420 des Knotens 150 vorgewählt sind, um schmale Strahlen zu verwenden, Umgebungen, in welchen die Erfindung möglicherweise verwendet werden wird, auch eine physikalische Topologie beinhalten können, die eine Reflexion von übertragenen Signalen bewirkt. Derartige Reflexionen sind anfällig, daß sie eine Mehrpfadinterferenz in einer Kommunikation zwischen dem Knoten 150 und dem Hub 101 bewirken. Daher beinhaltet das RAM 470 einen Initialisierungsalgorithmus als Teil der oben erwähnten Kommunikationsinstruktionen. Selbstverständlich kann ein derartiger Initialisierungsalgorithmus in einem auf Prozessor basierenden System in Kommunikation mit dem Knoten 150 gespeichert werden, um, falls gewünscht, dieselben Ergebnisse zu erzielen.
Der Initialisierungsalgorithmus arbeitet im Zusammenhang mit einem ähnlichen Algorithmus, der am Hub 101 gespeichert ist. Wie bei dem Initialisierungsalgorithmus des Knoten 150 kann der Initialisierungsalgorithmus, der durch den Hub 101 verwendet wird, alternativ in einem auf Prozessor basierenden System in Kommunikation mit dem Hub 101 gespeichert sein, um dieselben Ergebnisse zu erzielen. Der Initialisierungsalgorithmus am Hub 101 arbeitet, um den Knoten 150 zum Übertragen eines vorbestimmten Signals über das verfügbare Spektrum zu übertragen, um das Aufzeichnen von Kommunikationsparametern wie Signalstärke zu ermöglichen, wie sie an jedem Antennenelement des Hubs 101 empfangen werden. Diese Information kann dann durch die vorliegende Erfindung verwendet werden, um die individuellen Antennenelemente zu bestimmen, die am besten für eine Kommunikation zwischen dem Knoten 150 und dem Hub 101 geeignet sind. Dies bestimmt wiederum den Zeitpunkt von Kommunikationsfenstern oder Burstperioden, die an dem Knoten 150 gemäß dem TDM dieser Antennenelemente verfügbar sind. Diese Zeitpunktinformation kann dann im RAM 470 gespeichert werden, um der CPU 460 zu ermöglichen, eine Übertragung durch die Antenne 410 zu timen, um eine Synchronisation mit dem Schalten der Antennenelemente durch die ODU Steuer- bzw. Regeleinrichtung 230 zu erzielen. Selbstverständlich kann es nicht vorteilhaft sein, derartige Initialisierungsalgorithmen zu verwenden, wo beispielsweise eine Mehrpfad- und Co-Kanalinterferenz nicht betroffen sind. Daher kann die Verwendung von derartigen Initialisierungsalgorithmen weggelassen werden, falls dies gewünscht ist.
Zusätzlich kann, wo eine Mehrzahl von Knoten in Kommunikation mit dem Hub 101 sein soll, eine Co-Kanalinterferenz aus einer Kommunikation zwischen mehreren Knoten resultieren. Daher kann der oben diskutierte Initialisierungsalgorithmus an jedem derartigen Knoten mit dem Hub 101 veranlaßt werden, der die Kommunikationsparameter für jeden Knoten speichert. Danach kann der Hub 101 die Möglichkeit einer Co-Kanalinterferenz zwischen mehreren Knoten 150 bestimmen und eine Kommunikation an jedem derartigen Knoten 150 auf einen Subsatz des verfügbaren Spektrums begrenzen, z.B. unterschiedliche Kanäle oder Burstperioden jedem derartigen Knoten 150 zuweisen. Zusätzlich kann diese Information in der dynamischen Zuweisung von Hubressourcen zur Verwendung durch einen speziellen Knoten verwendet werden. Eine derartige dynamische Zuweisung kann die temporäre bzw. vorübergehende Zuweisung von Kanälen oder Burstperioden involvieren, die vorab zu einem ersten Knoten, zu einem weiteren derartigen Knoten in Zeiten einer Unterbenutzung des ersten Knotens zugewiesen wurden.
Die Kommunikationsparameterinformation für jeden Knoten kann verwendet werden, um die anfängliche QAM Rate zu bestimmen, die mit einem variablen Modem verfügbar ist, wie dies oben diskutiert ist, um für einen speziellen Knoten verwendet zu werden. Die Bestimmung der anfänglichen QAM Rate kann basierend auf einer speziellen Signalstärke ausgeführt werden, die geeignetes Träger-zu-Rauschen (C/N) Verhältnis für eine spezielle QAM Rate zur Verfügung stellt. Beispielsweise wurde ein C/N Verhältnis (BER = 10^–6) von 11 dB als ausreichend gefunden, um eine Modulation von 4 QAM zu unterstützen. In ähnlicher Weise wurde ein C/N Verhältnis (BER = 10^–6) von 21,5 dB als ausreichend gefunden, um eine Modulation von 64 QAM zu unterstützen.
Selbstverständlich kann, da sich die Signalstärke mit dem Abstand abschwächt, die Bestimmung der QAM Rate alternativ durch ein Messen der Propagations- bzw. Ausbreitungsverzögerung eines übertragenen Signals, und somit dem Abstand von dem Hub zu dem Knoten getätigt werden. In der bevorzugten Ausbildung wird die Ausbreitungsverzögerung und damit der Abstand zwischen dem Knoten und dem Hub durch den Knoten bestimmt, der zu Beginn mit dem Rahmenzeitpunkt synchronisiert ist, der durch den Hub eingerichtet ist. Nachfolgend überträgt der Knoten einen verkürzten Burst während eines vorbestimmten Zeitschlitzes. Dieser übertragene Burst wird von dem Hub-Rahmenzeitpunkt durch die Ausbreitungszeitverzögerung versetzt sein. Der Hub verwendet diese Versetzung bzw. diesen Offset, um die Ausbreitungsverzögerung, und somit den Abstand von dem Hub zu berechnen, der mit dem übertragenden Knoten assoziiert ist. Danach kann eine spezielle Ausbreitungsverzögerung oder ein Abstand mit einer Auswahl einer speziellen QAM Rate für den Knoten assoziiert sein bzw. werden.
Unabhängig davon, wie die Bestimmung gemacht wird, erlaubt die Auswahl einer maximalen QAM Rate für einen speziellen Knoten eine effizientere Verwendung des verfügbaren Spektrums durch ein Erhöhen der Informationsdichte für jene Knoten, die geeignete Kommunikationsattribute bzw. -eigenschaften besitzen. Derartige erhöhte Informationsdichten sind beispielsweise an Knoten möglich, die nahe dem Hub angeordnet sind, ohne einen Anstieg in einer Übertragungsleistung, verglichen zu einer weniger dichten Informations kommunikation zu Knoten, die weit von dem Hub angeordnet sind.
Es wird die Aufmerksamkeit nun auf 5 gerichtet, wobei eine bevorzugte Ausbildung des Initialisierungsalgorithmus des Hub 101 illustriert ist. Obwohl eine einzige Iteration des Initialisierungsprogramms gezeigt ist, soll verstanden werden, daß das Initialisierungsprogramm für jeden Knoten im Zusammenhang mit dem Hub 101 wiederholt werden kann, um einen Datensatz zu erzeugen, der Kommunikationsattribute von jedem Knoten in bezug auf den Hub 101 reflektiert.
Bei Schritt 501 wird ein Antennenelementzähler N initialisiert. Es soll erkannt werden, daß der Antennenelementzähler N durch das Initialisierungsprogramm verwendet werden kann, um sich auf die N Anzahl von individuellen Antennenelementen zu beziehen, die das Antennenfeld des Hubs 101 umfaßt. Danach wird bei Schritt 502 der Antennenelementzähler N um eins inkrementiert bzw. erhöht.
Bei Schritt 503 überträgt das Initialisierungsprogramm ein Steuer- bzw. Regelsignal durch das Antennenelement N, das einen Knoten zum Übertragen eines vorbestimmten Probensignals auffordert. Es soll verstanden werden, daß eine Übertragung des Steuer- bzw. Regelsignals zu einem vorbestimmten Knoten gerichtet ist. Der Knoten kann aus einem Datensatz von Knoten gewählt sein, von welchen bekannt ist, daß sie in Kommunikation mit dem Hub 101 sind, oder er kann durch eine Betätigereingabe derart wie ein Steuer- bzw. Regelsignal von einem Knoten ausgewählt sein, oder er kann aus Antworten auf eine Abruf- bzw. Pollingsignalübertragung von dem Hub 101 bestimmt werden.
Bei Schritt 504 überwacht das Initialisierungsprogramm das Antennenelement N für eine vorbestimmte Zeitdauer. Es soll verstanden werden, daß die Zeitdauer, für die das Antennenelement überwacht wird, vorbestimmt ist, um eine adäquate Zeitdauer für Signale von dem Knoten zu sein, die ausreichend ist, um eine Mehrpfadinterferenz zu bewirken, die zu empfangen ist. In einer bevorzugten Ausbildung ist die vorbestimmte Größe der Zeit bzw. Zeitdauer für ein Überwachen des Antennenelements die Zeit, die für einen kompletten TDM Zyklus durch alle N Antennenelemente des Hubs 101 erforderlich ist.
Bei Schritt 505 wird bestimmt, ob ein vorbestimmtes Probensignal durch das Antennenelement N innerhalb der vorbestimmten Überwachungszeit empfangen wurde. Wenn kein derartiges Probensignal empfangen wurde, dann wird angenommen, daß das Antennenelement N nicht in Kommunikation mit dem Knoten ist, für welchen eine Initialisierungsinformation gesucht wird. Daher geht das Initialisierungsprogramm zu Schritt 509 weiter, um zu bestimmen, ob alle Antennenelemente überwacht wurden. Wenn nicht, geht das Programm zurück zu Schritt 502 und inkrementiert den Antennenelementindikator, um zusätzliche Antennenelemente zu überwachen.
Es soll verstanden werden, daß die Übertragung eines Steuer- bzw. Regelsignals und das nachfolgende Überwachen eines Probensignals an einem einzigen Antennenelement N wiederholt werden kann. Wiederholte Iterationen am Antennenelement N können verwendet werden, um eine genauere Probe durch ein statistisches Analysieren von mehreren Ergebnissen zur Verfügung zu stellen, wodurch anomale Resul tate, die durch überlagernde Faktoren bewirkt sind, unberücksichtigt oder minimiert werden.
Wenn ein Probensignal am Antennenelement N detektiert wird, geht jedoch das Initialisierungsprogramm zu Schritt 506 und bestimmt die Ausbreitungsverzögerung einer Übertragung eines Signals von dem Knoten. Es soll verstanden werden, daß durch Kenntnis der Übertragungszeit des Steuer- bzw. Regelsignals vom Antennenelement N und der Zeit des Empfangs des Probensignals am Antennenelement N das Initialisierungsprogramm die Ausbreitungsverzögerung eines Signals bestimmen kann, das von einem Knoten zum Hub 101 übertragen wird. Zusätzlich kann, um die Genauigkeit dieser Bestimmung zu erhöhen, das Initialisierungsprogramm mehrere Übertragungen analysieren, wie dies oben diskutiert ist.
Das Initialisierungsprogramm bestimmt auch die Signalstärke des Probensignals, das am Antennenelement N bei Schritt 507 empfangen wird. Es soll verstanden werden, daß eine Signalstärkeninformation beim Bestimmen von individuellen Antennenelementen des Hubs 101 insbesondere für eine Verwendung für eine Kommunikation zwischen dem Hub 101 und dem Knoten am meisten erwünscht ist. Darüber hinaus kann, wie dies oben diskutiert ist, die Signalstärke und/oder Abstandsinformation, die durch das Initialisierungsprogramm bestimmt ist, verwendet werden, um eine QAM Rate auszuwählen, um eine Kommunikation einer maximal möglichen Informationsdichte zu einem speziellen Knoten zur Verfügung zu stellen. Es soll erkannt werden, daß, obwohl eine derartige QAM Auswahl hier unter Bezugnahme auf Initialisierungskommunikationsparameter diskutiert ist, eine derartige Bestimmung auch dynamisch während nachfolgender Kommunikationen zwi schen verschiedenen Knoten und dem Hub durchgeführt werden kann.
Bei Schritt 508 speichert das Initialisierungsprogramm Information, die in den obigen Schritten bestimmt ist, in einem Datensatz, der mit dem speziellen Knoten assoziiert ist, der auf das Steuer- bzw. Regelsignal antwortet. Es soll verstanden werden, daß derartige gespeicherte Information durch den Hub 101 nicht nur für ein anfängliches Zuweisen von Kanälen und individuellen Antennenelemente für eine Kommunikation mit dem Knoten verwendet werden kann, sondern auch verwendet werden kann, um dynamisch Kommunikationen zwischen den Vorrichtungen in dem Fall eines Hardwarefehlers bzw. -versagens oder in einem anderen Fall verwendet werden kann, der Kommunikationsunterbrechungen bewirkt.
Bei Schritt 509 bestimmt das Initialisierungsprogramm, ob auf alle N Antennenelemente durch die obigen Schritte zugegriffen wurden. Wenn nicht, kehrt das Initialisierungsprogramm zu Schritt 502 zurück, um den Antennenelementzähler N zu inkrementieren. Wenn auf alle Antennenelemente zugegriffen wurde, endet der Betrieb des Initialisierungsprogramms in bezug auf den ausgewählten Knoten.
Indem in einem Datensatz, der mit dem Knoten assoziiert ist, Attribute gespeichert wurden, die mit einer Kommunikation durch jedes Antennenelement des Hubs 101 assoziiert sind, kann das Initialisierungsprogramm eine statistische Analyse betreffend die Daten durchführen, um Kommunikationsparameter, wie ein primäres und sekundäres Antennenelement zu bestimmen, durch welches Kommunikationen zwischen einem gewählten Knoten und dem Hub 101 stattfinden können. Es soll erkannt werden, daß Information, die in dem Datensatz beinhaltet ist, wie eine hohe Signalstärke und eine kurze Ausbreitungsverzögerung, die an einem Antennenelement detektiert wurde, die Wahrscheinlichkeit einer direkten Luftverbindung zwischen dem Knoten und dem Hub 101 anzeigt. Derart kann das Initialisierungsprogramm dieses Antennenelements für eine Kommunikation mit dem gewählten Knoten zuweisen. Da jedes Antennenelement in TDM Wechselwirkung bzw. Kommunikation mit dem RF Modem ist, identifiziert diese Zuweisung auch den Zeitpunkt von Kommunikationsfenstern zwischen dem Knoten und dem Hub 101.
Wie oben diskutiert, kann das Aufzeichnen von Kommunikationscharakteristika bzw. -merkmalen für jeden Knoten wiederholt werden. Daher kann die obige statistische Analyse auch Kommunikationsattribute von anderen Knoten vergleichen, wenn Antennenelemente zur Kommunikation mit einem gewählten Knoten zugewiesen werden. Beispielsweise können, wenn für ein Antennenelement bestimmt wird, eine optimale Kommunikation zwischen dem Hub 101 und mehr als einen Knoten zur Verfügung zu stellen, nur gewählte Kanäle, die in dem Spektrum verfügbar sind, zu jedem derartigen Knoten zugewiesen werden. Oder es können, wie dies nachfolgend in bezug auf eine beste Art zum Ausführen der vorliegenden Erfindung diskutiert wird, jeden derartigen Knoten unterschiedliche TDM Bursts innerhalb eines Kanals zugewiesen werden, innerhalb welcher eine Kommunikation auszuführen ist. Alternativ kann das Initialisierungsprogramm ein derartiges Antennenelement zu nur einem derartigen Knoten zuweisen und ein sekundäres Antennenelement, das möglicherweise weniger als eine optimale Kommunikation zur Verfügung stellt, zu einem anderen derartigen Knoten zuweisen.
Nach bzw. bei einem Bestimmen der Zuweisung von Antennenelementen und Kanälen für einige der Knoten in Kommunikation mit dem Hub 101 überträgt das Initialisierungsprogramm Steuer- bzw. Regelsignale zu diesen Knoten. Das Steuer- bzw. Regelsignal kann Information betreffend die Kanäle, die zur Kommunikation zwischen einem spezifischen Knoten verfügbar sind, ebenso wie Zeitpunktinformationen beinhalten, um eine Synchronisation einer Kommunikation zwischen dem Knoten und dem TDM Antennenelement des Hubs 101 zu ermöglichen.
Die Zeitgebungs- bzw. Zeitpunktinformation, die durch den Hub zur Verfügung gestellt wird, kann die zuvor erwähnte Versetzung beinhalten, die während einer Link- bzw. Verbindungsinitialisierung bestimmt wurde, um es einem Knoten zu ermöglichen, eine Übertragung einer Burstperiode zu dem Hub zu antizipieren, oder einen Empfang einer Burstperiode von dem Hub durch eine Zeitdauer bzw. -periode zu verzögern, die für die Signalausbreitungsverzögerung ausreichend ist. Es soll erkannt werden, daß ein Einschluß bzw. eine Aufnahme einer derartigen Offset- bzw. Versetzungsinformation in der TDM Zeitpunktinformation eine maximale Informationskommunikation während einer Burstperiode ermöglicht. Selbstverständlich kann, wo eine maximale Informationskommunikation nicht gewünscht ist, die Zeitpunktinformation nicht irgendeine Versetzungsinformation beinhalten. Hier kann eine Verzögerungsperiode, in welcher keine Information übertragen wird, von einer ausreichenden Dauer, um die Ausbreitungsverzögerung aufzunehmen, in der Burstperiode beinhaltet sein. Jedoch sollte verstanden werden, daß ein derartiges Verfahren zum Kompensieren der Signalausbreitungsverzögerung eine Abnahme im Informationsdurchsatz eintauscht, um die Verzögerung aufzunehmen.
Wie zuvor diskutiert, kann eine Steuer- bzw. Regelinformation durch den Hub durch einen vorbestimmten Subkanal kommuniziert werden, der für eine Steuer- bzw. Regelinformation verwendet ist, oder kann innerhalb eines logischen bzw. Logikkanals oder Steuer- bzw. Regelkanals inkludiert sein, der in dem Kommunikationsdatenpaket eingebettet ist, wie dies oben diskutiert ist. Ein Knoten, der derartige Steuer- bzw. Regelinformation erhält, wird sie in dem RAM 470 zu späterer Verwendung durch die CPU 460 speichern. Selbstverständlich ist es, wo FDD durch den Hub 101 verwendet ist, unnotwendig für den RAM 470, Zeitpunktinformation betreffend Informationsfenster mit dem Hub 101 zu inkludieren, und daher kann eine derartige Information von der Steuer- bzw. Regelinformation weggelassen werden. In ähnlicher Weise kann, wo eine Kommunikation zwischen dem Hub und dem Knoten nur auf einem einzigen Kanal ausgeführt wird, Information betreffend Kanäle, die für eine Kommunikation verfügbar sind, von dieser Steuer- bzw. Regelinformation weggelassen werden.
Wie oben diskutiert, kann diese Initialisierungsinformation auch durch den Hub zur dynamischen Zuweisung von Hubressourcen zu den Knoten in Kommunikation damit verwendet werden. Es soll verstanden werden, daß durch ein Überwachen von Informationskommunikation zwischen den Knoten und dem Hub auf einer kontinuierlichen Basis der Hub Verwendungsstatistiken von jedem beliebigen speziellen Knoten bestimmen kann. Wenn bestimmt ist, daß irgendein derartiger Knoten Hubressourcen, die für den Knoten verfügbar sind, zu wenig verwendet, wie beispielsweise nicht Information über einen Kanal überträgt, der dem Knoten zugewiesen ist, kann der Hub derartige Ressourcen oder einen Anteil derselben einem anderen Knoten neu zuweisen. Es soll erkannt werden, daß die Neu- bzw. Wiederzuweisung durch die Verwendung der Steuer- bzw. Regelsignale ausgeführt werden kann, die im Detail oben diskutiert wurden.
Indem verschiedene Ausbildungen des Betriebs bzw. der Betätigung der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, wird nun eine erdachte bzw. geplante beste Art zum Ausführen dieser Erfindung beschrieben. Die vorhergehende Diskussion hat sowohl ein Frequenzunterteilungs-Duplexieren (FDD) als auch ein Zeitunterteilungs-Duplexieren (TDD) als Mittel beschrieben, durch welche eine vollständige Duplex-Verbindung zwischen dem Hub und einem Knoten oder einem Subskribenten bzw. Teilnehmer ermöglicht wird. Als die beste Art zum Ausführen dieser Erfindung wird gedacht, daß es eine durch Verwenden einer TDD Anordnung ist, wie sie unten beschrieben wird. Die beste Art wird unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben.
Experimente haben gezeigt, daß die Verwendung eines einzigen Kanals an jedem Antennenelement des Hubs 101, die TDD Tx und Rx Rahmen, wie Rahmen 351 und 352 zur Verfügung stellt, die in 3B gezeigt sind, einen wünschenswerten Wiederverwendungsfaktor von verfügbaren Kanälen ermöglicht. Es soll verstanden werden, daß ein zelluläres Frequenzwiederverwendungsmuster einer Mehrzahl von Hubs der vorliegenden Erfindung ins Auge gefaßt ist. Ein derartiges zelluläres Muster stellt eine addierte Komplexizität in der Wiederverwendung von individuellen Kanälen dar, da die Verwendung der Kanäle an jedem Hub auch eine Verwendung von Kanälen an benachbartem Hubs berücksichtigen muß.
Um das Potential für Co-Kanalinterferenz und bis zu einem gewissen Ausmaß einer Mehrfachpfad-Interferenz zu minimieren, ist eine Synchronisation einer Übertragung und eines Empfangs an jedem Antennenelement wünschenswert. Beispielsweise wird jedes Antennenelement des Hubs 101 nur während eines vorbestimmten Tx Rahmens übertragen und wird nur während eines vorbestimmten Rx Rahmens empfangen. In ähnlicher Weise kann jeder Hub eines Netzwerks von derartigen Hubs synchronisiert werden, um nur während den vorbestimmten Tx und Rx Rahmen zu übertragen und zu empfangen. Es soll erkannt werden, daß das obige Schema ein TDD Kommunikationssystem definiert.
Ein Unterteilen des verfügbaren Spektrums in diskrete Kanäle von jeweils 10 MHz stellt ein geeignetes Mittel zur Verfügung, mit welchem die vorliegende Erfindung auszuführen ist. Vorzugsweise ist jedes Antennenelement des Hubs 101 adaptiert, um wenigstens einen einzigen 10 MHz Kanal zu übertragen und zu empfangen, wie dies durch das System definiert ist. Wie oben beschrieben, können Antennenelemente, die für einen speziellen 10 MHz Kanal adaptiert sind, durch bzw. über den Hub 101 verteilt werden, um eine Wiederverwendung von jedem definierten Kanal zur Verfügung zu stellen.
Zusätzlich kann jeder Tx und Rx Rahmen in diskrete bzw. gesonderte Burstperioden unterteilt werden, um eine TDMA Verwendung von jedem Kanal zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise sind bzw. werden Tx und Rx Rahmen, welche jeweils 250 μsec sind, in acht Burstperioden unterteilt, wie dies in 3B illustriert ist, wodurch ein vollständiges Duplexieren in sechzehn derartigen Burstperioden synthetisiert werden kann. Wie zuvor beschrieben, können die TDMA Burst perioden weiter in Protokollzeitschlitze unterteilt bzw. aufgebrochen werden; wobei ein Protokollzeitschlitz eine ausreichende Zeit zum Kommunizieren eines Informationspakets ist, das auf ein vordefiniertes Protokoll formatiert ist. Beispielsweise kann jeder Kanal verwendet werden, um zwei 53 Byte ATM Zellen in einer TDMA Burstperiode unter Verwendung von QAM zu kommunizieren.
Es soll erkannt werden, daß die Verwendung von 53 Byte ATM Zellen bevorzugt ist, da das Protokoll einen 5 Byte Kopf bzw. Header beinhaltet, welcher durch die vorliegende Erfindung für ein Routen von Information verwendet werden kann, wie dies im Detail zuvor diskutiert wurde. Zusätzlich stellt die Verwendung von 53 Byte ATM Zellen ein ausreichend kompaktes Datenpaket zur Verfügung, um akzeptable Latenzperioden zur Verfügung zu stellen, wenn vollständige Duplex-Stimme- bzw. -Sprache- oder andere Signale übertragen werden, die für Verzögerung oder Signallatenz empfindlich sind.
Eine bevorzugte Ausbildung eines Informationsformatierens innerhalb einer TDMA Berstperiode ist als Burst bzw. Bündel 360 in 3B illustriert. Hier enthält jeder Burst eine Rampe 361, gefolgt durch die Präambel bzw. Einleitung 362. Die Präambel bzw. der Vorspann 362 ist bzw. wird durch den CCH Block 363 gefolgt. Der CCH Block 363 ist durch ATM Zellen 364 und 365 gefolgt, welche wiederum durch FEC Block 366 gefolgt sind. Der FEC Block 366 ist in gleicher Weise durch die Rampe 367 gefolgt.
Es soll verstanden werden, daß in der oben identifizierten TDMA Burstperiode Rampen 361 und 367 Zeitsegmente innerhalb der Burstperiode sind, um es einem Transmitter zu ermög lichen, zu voller Leistung zu kommen und neuerlich herunterzufahren, ohne die Leistung zu beeinflussen, bei welcher Nachrichteninformation übertragen wird. Die Präambel 362 und der Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) Block 366, ähnlich den Rampenkomponenten, sind System-Overhead-Komponenten und werden verwendet, um bei der Übertragung von Information zu helfen, die in den ATM Zellen 364 und 365 enthalten ist. Spezifisch beinhaltet die Präambel 362 ein Punktmuster, um die Symboltaktung bzw. -uhr an einer Empfängerstelle zu resynchronisieren. FEC 366 stellt eine Fehlerdetektion und Korrektur der übertragenen Information zur Verfügung. Der Steuer- bzw. Regelkanal (CCH) 363, wie zuvor diskutiert, wird bzw. ist zur Verfügung gestellt, um Systemsteuer- bzw. -regelinformation zu kommunizieren.
Es soll erkannt werden, daß dieses Beispiel eines Informationsformatierens lediglich eine Ausbildung von Kommunikation ist, die TDMA Burstperioden verwendet. Es gibt unzählige Verfahren, durch welche die oben geoffenbarten Burstperioden der Tx und Rx Rahmen für eine Kommunikation zu verwenden sind. Beispielsweise könnte jede der obigen Komponenten verzögert werden, ebenso wie jegliche Anzahl von unterschiedlichen Komponenten hinzugefügt werden, falls dies gewünscht ist. Daher soll verstanden werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf das Format der TDMA Burstperiode begrenzt ist, die illustriert bzw. dargestellt ist.
Es soll erkannt werden, daß durch die Verwendung von QAM, wie zuvor diskutiert, die Informationsdichte von jeder ATM Zelle eines Burst 360 erhöht werden kann. Beispielsweise kann unter Verwendung von zwei ATM Zellen, wie dies in 3B illustriert ist, mit 4 QAM die realisierte Zeitschlitzkapazität ½ DS1. Darüber hinaus kann durch ein Verwenden einer erhöhten Modulation diese Kapazität erhöht werden. Unter Verwendung von 16 QAM ist die Zeitschlitzkapazität, die realisiert ist, 1 DS1; unter Verwendung von 64 QAM ist die realisierte Zeitschlitzkapazität, 1½ DS1; und unter Verwendung von 256 QAM ist die Zeitschlitzkapazität, die realisiert ist, 2 DS1. Es soll verstanden werden, daß jegliche Kombination dieser Dichten durch einen einzigen Hub und/oder ein Antennenelement durch ein Verwenden des Modems mit variabler Rate und des Initialisierungsalgorithmus realisiert werden kann, der zuvor diskutiert wurde.
Es soll verstanden werden, daß die Burstperioden von jedem Tx und Rx Rahmen durch ein einziges Antennenelement verwendet werden können, um Kanal TDMA zu mehreren Knoten zur Verfügung zu stellen, die in dem Strahlungsmuster des Antennenelements angeordnet sind. Beispielsweise können Burstperioden 1 und 2 durch ein Antennenelement verwendet werden, um eine Kommunikation zu einem ersten Knoten zur Verfügung zu stellen, während Burstperioden 3 bis 7 durch dasselbe Antennenelement verwendet werden, um eine Kommunikation zu einem zweiten Knoten zur Verfügung zu stellen. In ähnlicher Weise kann ein einziger Tx oder Rx Rahmen durch unterschiedliche Antennenelemente verwendet werden. Beispielsweise können Burstperioden 1 bis 4 durch ein erstes Antennenelement verwendet werden, um eine Kommunikation zu einem ersten Knoten zur Verfügung zu stellen, während Burstperioden 5 bis 8 durch ein zweites Antennenelement verwendet werden, um eine Kommunikation zu einem zweiten Knoten zur Verfügung zu stellen.
Es soll erkannt werden, daß Kombinationen der oben erwähnten TDMA Verwendung der Burstperioden durch ein einziges bzw. einzelnes Antennenelement und einer Unterteilung von Tx und Rx Rahmen zwischen unterschiedlichen Antennenelementen durch die vorliegende Erfindung verwendet werden können. Beispielsweise können Burstperioden 1 und 2 durch ein Antennenelement verwendet werden, um eine TDMA Kommunikation zu einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten zur Verfügung zu stellen, während Burstperioden 3 und 4 durch ein zweites Antennenelement verwendet werden, um eine Kommunikation zu einem dritten Knoten zur Verfügung zu stellen.
Obwohl ein ausgeglichenes bzw. balanciertes Duplexieren durch die acht Vorwärtskanal- und acht Rückwärtskanal-Burstperioden in 3B illustriert ist, soll verstanden werden, daß jegliche Kombination von Vorwärts- und Rückwärtskanalverteilung durch die vorliegende Erfindung verwendet werden kann. Selbstverständlich wird, wo Burstperioden in entweder der Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung verwendet werden, ein Unterteilungsduplexieren nicht länger durch diesen Kanal ausgeführt.
Experimente haben gezeigt, daß Information, die durch ein System wie jenes der vorliegenden Erfindung kommuniziert wird, allgemein in eine der drei Kategorien fällt; jene, die im wesentlichen voll ausgeglichene Duplexkommunikation sind, prinzipiell nach unten verbindende bzw. Downlink-Kommunikation und prinzipiell nach oben verbindende bzw. Uplink-Kommunikation. Daher können diese Kommunikationserfordernisse zufriedenstellend durch eine Ausbildung der vorliegenden Erfindung erfüllt werden, indem eines der drei Duplexierschemata für einen speziellen Subskribenten verwendet wird.
Das erste Duplexierschema ist 50 % Vorwärts/50 % Rückwärts-Kanalverteilung von Burstperioden, wie sie oben unter Bezugnahme auf TDD beschrieben sind. Es soll erkannt werden, daß 50 %/50 % Verteilung vorteilhaft ist, wo eine signifikante Menge an Information sowohl nach unten als auch nach oben verbindend kommuniziert wird.
Das zweite Duplexierschema ist, wo etwa 94 % der Burstperioden verwendet werden, um Information von dem Hub zu einem Knoten (nach unten verbindend bzw. downlink) verwendet werden und die restlichen 6 % der Burstperioden verwendet werden, um Information in die umgekehrte Richtung (aufwärts verbindend bzw. uplink) verwendet werden. Vorzugsweise ist ein derartiges 94 %/6 % Duplexschema durch Verwenden von fünfzehn der sechzehn Burstperioden, die in 3B illustriert sind, als Downlink-Burstperioden und Verwenden der verbleibenden einen Burstperiode als Uplink-Burstperiode realisiert.
Die 94 %/6 % Verteilung ist vorteilhaft, wo eine signifikante Menge an Information abwärts verbindend bzw. downlink kommuniziert wird, jedoch keine oder wenige Information aufwärts verbindend bzw. uplink kommuniziert wird. Es soll erkannt werden, daß die 6 % Umkehrkanalkommunikation vorzugsweise durch die vorliegende Erfindung beibehalten wird, selbst wenn es keine Umkehrkanal-Informationskommunikation gibt, die durch den Subskribenten gewünscht ist, da diese kleine Menge an Bandbreite durch das System für eine Link- bzw. Verbindungsaufrechterhaltung und Steuer- bzw. Regelfunktionen verwendet werden kann, wie sie zuvor beschrieben wurden. Beispielsweise kann diese 6 % Umkehrkanalkommunikation verwendet werden, um eine Wiederübertragung eines Datenpakets, Anforderungen, um die Amplitude des übertra genen Signals einzustellen, TDM Zeitpunktinformation, dynamische Zuweisung von Hubressourcen zu fordern, oder kann verwendet werden, um Kommunikationsattribute für die periodische Einstellung einer QAM Modulation zu überwachen.
Das dritte Duplexierschema ist, wo etwa 6 % der Burstperioden zum Übertragen von Information von dem Hub zu einem Knoten (abwärts verbindend bzw. downlink) verwendet werden, und die verbleibenden 94 % der Burstperioden verwendet werden, um Information in der umgekehrten Richtung (aufwärts verbindend bzw. uplink) zu übertragen. Es soll erkannt werden, daß dieses Schema einfach das Umgekehrte des oben diskutierten 94 %/6 % Schemas ist, das eine wesentliche Informationskommunikation in der aufwärts verbindenden bzw. Uplink-Richtung zur Verfügung stellt.
Obwohl es möglich ist, die TDD Rahmen in Kombinationen verschieden von den drei oben diskutierten zu definieren, ebenso wie Tx und Rx Rahmenkombination von jedem dieser verschiedenen Schemata zu definieren, um unterschiedliche Anzahlen von individuellen Burstperioden zu inkludieren, beschränkt bzw. begrenzt die bevorzugte Ausbildung die Schemata, die verwendet werden, auf eine vorbestimmte Anzahl von Kombinationen, die jeweils dieselbe Gesamtzahl von Burstperioden inkludieren bzw. enthalten. Es soll erkannt werden, daß die drei Kombinationen eines Duplexierens, die oben diskutiert sind, zufriedenstellend die allgemein erwarteten Informationskommunikationserfordernisse bedienen bzw. erfüllen. Darüber hinaus ist eine Verwendung einer verbundenen Anzahl von TDD Schemata, die jeweils einen Vorwärts- und Rückwärtskanalkommunikationsrahmen in derselben Gesamtzahl von Burstperioden komplettieren, in der Wiederverwendung von Kanälen durch das System vorteilhaft. Indem die Anzahl und der Zeitpunkt von derartigen Schemata begrenzt wird, sind bzw. werden Wiederverwendungsmuster der verschiedenen Kanäle sowohl in einem einzigen Hub als auch in einem zellulären Frequenzwiederverwendungsmuster vereinfacht.
Obwohl die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile im Detail beschrieben wurden, sollte verstanden werden, daß verschiedene Änderungen, Substitutionen und Abweichungen daran gemacht werden können, ohne vom Rahmen und dem Geist der vorliegenden Erfindung abzugehen, wie sie durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.

Claims

System (100) zum Bereitstellen von Breitbandinformationskommunikation zwischen einer Mehrzahl von Orten bzw. Stellen, wobei das System umfaßt: eine Mehrzahl von Knoten (150, 151, 152, 621), wobei jeder Knoten damit assoziiert wenigstens eine Knotenantenne (420) aufweist, die zu einer Breitbandkommunikation in einem Frequenzband des Millimeterwellenspektrums von Frequenzen adaptiert ist, wobei die wenigstens eine Knotenantenne (420) einen vorbestimmten Kommunikationsstrahl aufweist, um eine direktionale bzw. gerichtete Kommunikation zur Verfügung zu stellen, wobei die Mehrzahl von Knoten umfaßt: einen ersten Knoten aus der Mehrzahl von Knoten (150, 151, 152, 621), der adaptiert ist, um über wenigstens eine erste Frequenz in dem Millimeterwellenspektrum von Frequenzen zu kommunizieren; und einen zweiten Knoten aus der Mehrzahl von Knoten (150, 151, 152, 621), der adaptiert ist, um über wenigstens eine zweite Frequenz in dem Millimeterwellenspektrum von Frequenzen zu kommunizieren; und einen auf einem Prozessor basierenden Kommunikations-Hub (101, 610, 630), umfassend: eine Mehrzahl von Hub-Antennen (200), wobei jede Hub-Antenne einen vorbestimmten Kommunikationsstrahl aufweist, um eine direktionale Kommunikation zur Verfügung zu stellen; eine erste Hub-Antenne aus der Mehrzahl von Antennen (200), die adaptiert ist, um mit dem ersten Knoten über die erste Frequenz in dem Millimeterwellenspektrum von Frequenzen zu kommunizieren; und eine zweite Hub-Antenne aus der Mehrzahl von Antennen (200), die adaptiert ist, um mit dem zweiten Knoten über die zweite Frequenz in dem Millimeterwellenspektrum von Frequenzen zu kommunizieren; wobei wenigstens eine aus der Mehrzahl von Hub-Antennen (200) schaltbar mit einem internen bzw. Innensignal verbunden ist, das in dem Hub (101, 610, 630) zur Verfügung gestellt ist; und wobei die erste Frequenz von der zweiten Frequenz unterschiedlich ist.
System (100) nach Anspruch 1, wobei der Hub (101, 610, 630) weiters ein erstes Hoch- bzw. Radiofrequenzmodem (240) umfaßt, wobei das erste Modem das interne Signal zur Verfügung stellt, das schaltbar mit der wenigstens einen Hub-Antenne (200) verbunden ist.
System (100) nach Anspruch 1, wobei das interne Signal zeitunterteilt ist, um eine Mehrzahl von Informationsbündeln bzw. -bursts (360) zu umfassen.
System (100) nach Anspruch 3, wobei die Mehrzahl von Informationsbündeln (360) wenigstens einen Vorwärtskanalsatz von Informationsbündeln und einen Umkehr- bzw. Rückwärtskanalsatz von Informationsbündeln umfaßt.
System (100) nach Anspruch 4, wobei der Vorwärtskanalsatz von Bündeln bzw. Bursts und der Rückwärtskanalsatz von Bündeln jeweils eine vorbestimmte Anzahl von Bündeln als eine Funktion einer Wiederverwendung von Frequenzen an dem Hub umfassen.
System (100) nach Anspruch 5, wobei die vorbestimmte Anzahl von Bündeln (360) dynamisch konfigurierbar ist.
System (100) nach Anspruch 4, wobei der Vorwärtskanalsatz von Bündeln eine unterschiedliche Anzahl von Bündeln als der Rückwärtskanalsatz von Bündeln umfaßt.
System (100) nach Anspruch 4, wobei die Vorwärtskanalinformationsbündel einen vorbestimmten Prozentsatz der Mehrzahl von Informationsbündeln (360) umfassen und die Rückwärtskanalinformationsbündel den verbleibenden Prozentsatz der Mehrzahl von Informationsbündeln (360) umfassen.
System (100) nach Anspruch 8, wobei die Vorwärts- und Rückwärtskanalinformationsbündel einen Prozentsatz der Mehrzahl von Informationsbündeln (360) umfassen, der aus der Gruppe gewählt ist, bestehend aus: etwa 94 % Vorwärtskanalinformationsbündel und etwa 6 % Rückwärtskanalinformationsbündel; etwa 50 % Vorwärtskanalinformationsbündel und etwa 50 % Rückwärtskanalinformationsbündel; und etwa 6 % Vorwärtskanalinformationsbündel und etwa 94 % Rückwärtskanalinformationsbündel.
System (100) nach Anspruch 1, wobei die schaltbare Verbindung gemäß einem vorbestimmen Muster ausgeführt wird, um einen zeitunterteilten Mehrfachzugriff des internen Signals zu einen bzw. einzelnen der Mehrzahl von Hub-Antennen (200) zur Verfügung zu stellen.
System (100) nach Anspruch 10, weiters umfassend: Mittel für den Hub (101, 610, 630), die anfangs mit einen bzw. einzelnen der Mehrzahl von Knoten (150, 151, 152, 621) gemäß einem vorbestimmten Muster bzw. einer vorbestimmten Einteilung kommunizieren; und Mittel zum Bewirken von Attributen der anfänglichen Kommunikation mit einen bzw. einzelnen der Mehrzahl von Knoten (150, 151, 152, 621), um an dem Hub (101, 610, 630) gespeichert zu werden.
System (100) nach Anspruch 1, wobei bzw. einzelne eine der Mehrzahl von Knoten weiters ein Radiofrequenzmodem (440) beinhalten, wobei das Modem mit der Knotenantenne gekoppelt ist, wobei ein Signal von dem Modem zeitunterteilt ist, um eine Mehrzahl von Informationsbündeln (360) zu umfassen, wobei die Mehrzahl von Informationsbündeln Vorwärtskanalinformationsbündel und Rückwärtskanalinformationsbündel beinhalten, wobei die Vorwärtskanalinformationsbündel einen vorbestimmten Prozentsatz der Mehrzahl von Informationsbündeln umfassen und die Rückwärtskanalinformationsbündel den verbleibenden Prozentsatz der Mehrzahl von Informationsbündeln umfassen, wobei der vorbestimmte Prozentsatz dynamisch einstellbar ist.