用于聚焦數(shù)據(jù)通信的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于聚焦數(shù)據(jù)通信的方法和設(shè)備
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年2月22日提交的美國臨時(shí)專利申請N0.61/768，004的權(quán)益，其內(nèi)容通過引用的方式結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請一般涉及數(shù)據(jù)通信。
【背景技術(shù)】
[0004]隨著世界越來越依賴從移動設(shè)備接入數(shù)據(jù)，向請求數(shù)據(jù)服務(wù)的客戶端提供數(shù)據(jù)服務(wù)的需求日益增加。蜂窩系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)(GPS)和無線通信系統(tǒng)(例如IEEE 802系統(tǒng))面臨關(guān)于例如帶寬、范圍和容量的限制。對此的一些解決方案是添加基礎(chǔ)設(shè)施和/或使用指向范圍技術(shù)。但是這些方法會是昂貴且低效的。
[0005]因此，期待用于聚焦(focus)數(shù)據(jù)通信的方法和設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]公開了用于聚焦通信的方法和設(shè)備。該方法包括與至少一個客戶端設(shè)備通信的基站發(fā)射機(jī)陣列(base transmitter array)。所述基站發(fā)射機(jī)陣列向所述客戶端設(shè)備提供聚焦數(shù)據(jù)通信。
[0007]在進(jìn)一步回顧以下說明書和附圖后本發(fā)明的這些和其他特征將變得更清楚。
【附圖說明】
[0008]圖1是包括客戶端設(shè)備和基站發(fā)射機(jī)陣列的聚焦數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的示例系統(tǒng)圖；
[0009]圖2是包括多個客戶端設(shè)備的聚焦數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的另一示例系統(tǒng)圖；
[0010]圖3是包括移動客戶端設(shè)備的聚焦數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的另一示例系統(tǒng)圖；
[0011]圖4是提供聚焦數(shù)據(jù)通信的示例方法的流程圖；
[0012]圖5是根據(jù)實(shí)施方式的天線元件處理器的示例功能框圖；
[0013]圖6是根據(jù)實(shí)施方式的陣列控制器的示例功能框圖；
[0014]圖7是根據(jù)實(shí)施方式的客戶端設(shè)備的示例功能框圖；
[0015]圖8A-8F是在檢測新客戶端設(shè)備期間聚焦數(shù)據(jù)通信基站發(fā)射機(jī)陣列的示例系統(tǒng)圖；
[0016]圖9示出了聚焦數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的示例陣列覆蓋；以及
[0017]圖10A-10C是聚焦通信系統(tǒng)的方向和位置實(shí)施方式的示例圖。
[0018]相似的附圖標(biāo)記表示附圖中一致的相應(yīng)特征。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1是包括客戶端設(shè)備110和基站發(fā)射機(jī)陣列120的聚焦數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)100的示例系統(tǒng)圖。基站發(fā)射機(jī)陣列120包括多個天線121。應(yīng)當(dāng)注意到，雖然在示例基站發(fā)射機(jī)陣列120中示出了 19根天線121，但是可以使用任意數(shù)量的天線?？蛻舳?10(表示為Cl)與基站發(fā)射機(jī)陣列120的天線121進(jìn)行無線通信。每個天線121在不同的時(shí)間偏移從客戶端設(shè)備110接收通信并以與從客戶端設(shè)備110接收的傳輸時(shí)間偏移相反的順序使用該時(shí)間偏移向客戶端設(shè)備110傳送數(shù)據(jù)，由此當(dāng)來自每個天線121的數(shù)據(jù)傳輸信號在客戶端設(shè)備110被求和時(shí)，清楚的信號被接收。例如，每個天線121的路徑長度可以是p(n)。然后該路徑的時(shí)間可以通過等式給出:
[0020]t(n) =p(n)/c，等式(I)
[0021]其中C=光速。
[0022]為了使來自每個天線元件121的數(shù)據(jù)傳輸信號同時(shí)到達(dá)客戶端設(shè)備110，每個通信元件121在以下時(shí)間開始其傳輸:
[0023]時(shí)間=max(t(n))_t(n)，等式(2)
[0024]圖2是包括多個客戶端設(shè)備110的聚焦數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)200的另一示例系統(tǒng)圖。在系統(tǒng)200中，每個客戶端設(shè)備110(表示為Cl、C2、和C3)與基站發(fā)射機(jī)120的每個天線元件121進(jìn)行無線通信。在該情況中，在基站發(fā)射機(jī)120與每個客戶端設(shè)備110之間產(chǎn)生多個通信鏈路。
[0025]由于到客戶端Cl、C2和C3的每個信號是分開的，因此客戶端設(shè)備110可以共享相同的頻率或信道，由此使得每個頻帶或通信信道的利用增加。此外，每個客戶端設(shè)備110的信號應(yīng)當(dāng)?shù)陀谟?jì)劃到另一客戶端設(shè)備110的信號的噪聲水平或比該噪聲水平低得多。例如，沒有計(jì)劃到Cl的信號相互抵消，導(dǎo)致在客戶端設(shè)備Cl處的計(jì)劃到Cl的信號的清楚傳輸。
[0026]為了在相同的頻率上傳送同時(shí)的信號到多個客戶端110，每個天線元件121使用從每個客戶端110接收的相對于基站發(fā)射機(jī)陣列120中的每個其他天線元件121的時(shí)間偏移。因此，每個天線元件121然后對已編碼的信號求和并向該客戶端110傳送所有客戶端110信號的并列總和，導(dǎo)致該預(yù)期的客戶端110可以清楚接收并解碼的空間分開隔離的數(shù)據(jù)通信信號。例如，在預(yù)期的聚焦位置，信號(每個信號具有強(qiáng)度“s”)線性相加，導(dǎo)致客戶端設(shè)備110的天線線性增加，由此總的信號是s的N倍。但是，在未預(yù)期的聚焦位置，信號在偶然的時(shí)候被接收且沒有粘結(jié)(cohesive)相位，導(dǎo)致信號的強(qiáng)度是(s0+sl+s2+s3+s4+s5+s6+...+sN) /N，這比預(yù)期的聚焦信號弱得多。
[0027]此外，由于相同或單個頻率可以被共享并被用于從基站發(fā)射機(jī)陣列120向多個客戶端110傳送數(shù)據(jù)，因此可能擴(kuò)展數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(例如100、200和300)的容量。例如，通過使用多個頻率，其中客戶端設(shè)備110群組共享第一頻率，客戶端設(shè)備110群組共享第二頻率等，基站發(fā)射機(jī)陣列120可以提供服務(wù)給更多地客戶端設(shè)備110。
[0028]圖3是包括被表示為C2的移動客戶端設(shè)備110的聚焦數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)300的另一示例系統(tǒng)圖。在該情況中，客戶端設(shè)備C2沿著箭頭方向從第一位置(POSl)移動到第二位置(P0S2)，同時(shí)保持與基站發(fā)射機(jī)陣列120的天線元件121的每個的無線通信。在每個信號接收期間每個天線元件121被重新校準(zhǔn)以考慮從客戶端設(shè)備C2接收的時(shí)間偏移的變化。
[0029]圖4是提供聚焦數(shù)據(jù)通信的示例方法400的流程圖。處于示例的目的，方法400可以被應(yīng)用到上述系統(tǒng)100、200和300的任意以及任意其他數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。在步驟410中，基站發(fā)射機(jī)陣列120從至少一個客戶端設(shè)備110接收已編碼信號。例如，在圖1中示出的系統(tǒng)中，基站發(fā)射機(jī)陣列120從客戶端設(shè)備Cl接收通信信號。在圖2中，基站發(fā)射機(jī)陣列120從客戶端設(shè)備C1、C2、和C3接收多個通信信號。在圖3中，基站發(fā)射機(jī)陣列120被示出為從客戶端設(shè)備C2接收通信信號。
[0030]基站發(fā)射機(jī)陣列120的每個天線元件121使用不同于每個其他天線元件121的時(shí)間偏移從至少一個客戶端設(shè)備I1接收數(shù)據(jù)通信。例如，再參考圖1，天線元件121i使用不同于天線元件121n的時(shí)間偏移從客戶端設(shè)備Cl接收該數(shù)據(jù)通信。因此，基站發(fā)射機(jī)120的每個天線元件121確定相對于每個其他天線元件121的來自至少一個客戶端設(shè)備110的輸入時(shí)間偏移(步驟420)。
[0031]可以通過對天線元件121的天線的總數(shù)求和來執(zhí)行偏移確定。以這種方式，每個天線元件121將其自己與一致量(consensus)進(jìn)行比較，且當(dāng)該天線偏移該一致量時(shí)，其開始使用新偏移回到該一致量，該天線通過相對該一致量測試其輸出來發(fā)現(xiàn)該新偏移，或通過相對沒有修改的一致量測試其修改的時(shí)間偏移一致量并選擇是保持該修改還是保持原來的一致量來發(fā)現(xiàn)該新偏移。這可以通過客戶端設(shè)備I1是否在運(yùn)轉(zhuǎn)中(in mot1n)的天線元件121來執(zhí)行。
[0032]一旦計(jì)算了該時(shí)間偏移，基站發(fā)射機(jī)120的每個天線元件121基于每個客戶端設(shè)備I1的時(shí)間偏移而被調(diào)諧(步驟430)。例如，每個天線元件121可以以從客戶端設(shè)備110接收的時(shí)間偏移的相反順序?qū)Φ娇蛻舳嗽O(shè)備110的其傳輸信號進(jìn)行時(shí)間偏移。
[0033]在步驟440中，基站發(fā)射機(jī)120的每個天線元件121基于在該天線元件處確定的時(shí)間偏移向至少一個客戶端設(shè)備110傳送數(shù)據(jù)。
[0034]由于客戶端設(shè)備Il0可以在運(yùn)轉(zhuǎn)中，確定至少一個客戶端設(shè)備110是否已經(jīng)移動(步驟450)。例如，在圖3中，客戶端C2被示出的正從POSl移動到P0S2。在該情況中，每個天線元件121被重新校準(zhǔn)并重新調(diào)諧(步驟460)以考慮該客戶端設(shè)備110的移動。這可以通過比較每個天線元件的時(shí)移信號與綜合(consolidate)信號，由此如果時(shí)移信號與該綜合信號不同步，則其被調(diào)節(jié)以匹配該綜合信號，并被傳達(dá)到每個天線元件121以更新關(guān)于該客戶端設(shè)備110的表項(xiàng)。
[0035]圖5是根據(jù)實(shí)施方式的天線元件處理器500的示例功能框圖。天線元件處理器500包括多個客戶端載波組件510、多個消息編碼組件520、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)530、求和器540、進(jìn)入的(incoming)信號模擬到數(shù)字(A/D)編碼器550、相位和時(shí)間檢測組件560、發(fā)送/接收復(fù)用器/解復(fù)用器(MUX/DEMUX)570、以及天線580。用于每個客戶端設(shè)備110的客戶端信息(例如，客戶端ID、相位位置、和時(shí)間偏移)被存儲在天線元件處理器500使用的表590中。
[0036]數(shù)據(jù)在輸入線上進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)530，而載波和時(shí)間同步信號被輸入到客戶端載波組件510和相位和時(shí)間檢測組件560。載波信息可以是所有天線元件121共享的公共信號載波信息，例如用于鎖定任意期望信道的頻率的鎖相環(huán)(PLL)使用的較低頻率。時(shí)間同步信號可以是允許事件分辨率達(dá)亞波級(sub-wave level)的時(shí)鐘(例如，針對2.4GHz信號1ns或針對900MHz信號4ns)。
[0037]網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)530輸出消息信號到消息編碼組件520，其還從各自的客戶端載波組件510接收輸入。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)530還提供客戶端信息表590信息給客戶端載波組件510和消息編碼組件520。求和器540從消息編碼組件520接收信號連同用于每個客戶端設(shè)備110的合適的時(shí)間偏移，并輸出出去的信號(outgoing signal)到復(fù)用器/解復(fù)用器570以用于天線580進(jìn)行傳輸。如果求和器540接收的輸入是數(shù)字信號，則求和器可以是數(shù)字信號加法器并將求和轉(zhuǎn)換成模擬量，但如果到求和器540的輸入是模擬信號，則求和器540執(zhí)行模擬域的求和。
[0038]復(fù)用器/解復(fù)用器570還從天線580接收進(jìn)入的傳輸并將該進(jìn)入的信號(沒有(sans)出去的信號)轉(zhuǎn)發(fā)到進(jìn)入的信號A/D編碼器550和相位和時(shí)間檢測組件560。復(fù)用器/解復(fù)用器570可以用于操作以允許多個客戶端設(shè)備110向天線元件121進(jìn)行傳送，同時(shí)從天線元件121向其他客戶端設(shè)備110傳送數(shù)據(jù)。
[0039]進(jìn)入的信號A/D編碼器550輸出數(shù)字信號到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)530，且相位和時(shí)間檢測組件輸出信號到進(jìn)入的信號A/D編碼器550。相位和時(shí)間檢測組件560可以例如使用來自客戶端設(shè)備110的已編碼信標(biāo)信號來檢測或確立新的客戶端設(shè)備110。
[0040]圖6是根據(jù)實(shí)施方式的陣列控制器600的示例功能框圖。陣列控制器600可以用于協(xié)調(diào)所有天線元件121的