MXPA04002414A - Sistema de telefono celular con linea principal de onda milimetrica de espacio libre. - Google Patents

Abstract

Se describe un sistema de comunicacion celular inalambrico en donde grupos de estaciones de base celular se comunican con una oficina central a traves de una linea principal de onda milimetrica de banda estrecha. Los transceptores estan equipados con antenas que proporcionan divergencia del haz lo suficientemente pequena para asegurar una eficiente division espacial y direccional de los canales de datos, de manera que un numero casi ilimitado de transceptores sera capaz de utilizar simultaneamente el mismo espectro de onda milimetrica. En una modalidad preferida, el enlace de comunicacion de linea principal opera dentro de la porcion de 92 a 95 GHz del espectro milimetrico. Un gran numero de estaciones de base esta distribuido a una pequena porcion de MHz de una anchura de banda de 900 MHz de la linea principal de onda milimetrica. Un primer transceptor transmite a una primera anchura de banda y recibe a una segunda anchura de banda, ambas dentro de la escala espectral anterior. Un segundo transceptor transmite a la segunda anchura de banda y recibe a la primera anchura de banda. Se describen antenas para mantener la estabilidad direccional del haz a menos de la mitad de la anchura del haz de energia media. En una modalidad preferida, las primera y segunda escalas espectrales son de 92.3-93.2 GHz y 94.1-95.0 GHz y la anchura de haz de energia media es de aproximadamente 0.36 grados o menos.

Description

SISTEMA DE TELEFONO CELULAR CON LINEA PRINCIPAL DE ONDA MILIMETRICA DE ESPACIO LIBRE CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a enlaces de comunicaciones inalámbricos y específicamente a enlaces de punto a punto de datos de alta velocidad.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Comunicación de Radio Inalámbrica Local Los servicios de comunicación inalámbrica local representan una industria que está creciendo muy rápidamente. Estos servicios incluyen servicios de paginación y de teléfono celular. La industria de teléfono celular actualmente está en su segunda generación con varios tipos de sistemas de teléfono celular siendo incitados. El mercado celular en los estados unidos crece de aproximadamente 2 millones de suscriptores y $2 millones de dólares en ingresos en 1988 a más de 60 millones de suscriptores aproximadamente en $30 millones de dólares en ingresos en 1998 y el crecimiento continúa en los Estados Unidos y también en todo el mundo a medida que los servidores se hacen más disponibles y reducen sus precios. La Figura 1 describe un sistema de teléfono celular típico. Un proveedor de servicio celular divide su territorio en celdas hexagonales como se muestra en la Figura 1. Estas celdas pueden ser de aproximadamente 8 kilómetros, aunque en regiones densamente pobladas con muchos usuarios, estas celdas pueden dividirse en celdas mucho más pequeñas denominadas microceldas. Esto se realiza ya que los proveedores celulares están distribuidos solamente en una porción limitada del espectro de radio. Por ejemplo, en una escala espectral distribuida para comunicación celular es la escala espectral de: 824 MHz a 901 MHz. (Otra escala espectral distribuida al servicio celular es de 1.8 GHz a 1.9 GHz). Un proveedor que opera en la escala de 824-901 MHz puede establecer su sistema para las estaciones celulares para transmitirse en la escala de 824 MHz a 851 MHz y para recibir en la escala de 860 MHz a 901 MHz. Los transmisores tanto en las estaciones celulares como en los dispositivos utilizados por los suscriptores operan a una energía muy baja (solamente pocos vatios), de manera que las señales generadas en una celda no proporcionan interferencia en ninguna otra celda más allá de las celdas adyacentes inmediatas. Al • dividir su espectro de transmisión distribuido y recibir el espectro en 7 partes (A-G) con el patrón de celda hexagonal, un proveedor de servicio puede establecer su sistema de manera que existe una separación de dos celdas entre las mismas frecuencias para transmisión o recepción, como se muestra en la Figura 1. Una separación de una celda puede ser provista dividiendo el espectro en tres partes. Por lo tanto, estas tres o siete escalas espectrales pueden ser utilizadas a través de y otra vez a través del territorio del proveedor del servicio celular. En un sistema de celular típico, cada celda (con una anchura de banda de transmisión y una anchura de banda de recepción cada una de aproximadamente 12 MHz de anchura) puede manejar tanto como 1200 comunicaciones telefónicas de dos direcciones dentro de la celda, de manera simultánea. Con una comunicación de calidad más baja, hasta aproximadamente 9000 llamadas pueden ser manejadas en la anchura de banda de 12 MHz. Ampliamente se utilizan varias técnicas diferentes en la industria para dividir el espectro dentro de una celda dada. Estas técnicas incluyen transmisión analógica y digital y varias técnicas para multiplexar las señales digitales. Estas técnicas se discuten en las páginas 313 a 316 de la edición The Essential Guide to Telecommunications, segunda edición, publicada por Prentice Hall, y muchas otras fuentes. Los sistemas de comunicación celular de tercera generación prometen mejoras substanciales con un uso más eficiente de los espectros de comunicación.

Otras Técnicas de Comunicación Inalámbrica de la Técnica Anterior de Punto a Punto y de Punto a Puntos Múltiples La mayoría de la comunicación inalámbrica, por lo menos en términos de datos transmitidos en una dirección, punto a puntos múltiples, que incluyen radio y televisión comercial. Sin embargo, existen muchos ejemplos de comunicación inalámbrica de punto a punto. Los sistema de teléfono celular, discutidos anteriormente, son ejemplos de comunicación de punto a punto, de baja velocidad de datos. Los transmisores de microondas en líneas principales de sistemas telefónicos son otro ejemplo de una comunicación inalámbrica de punto a punto de la técnica anterior a velocidades de datos mucho más altas. La técnica anterior incluye pocos ejemplos de comunicación de láser de punto a punto a longitudes de onda infrarrojas y visibles.

Transmisión de Información Ampliamente se siguen utilizando técnicas analógicas para la transmisión de información; sin embargo, recientemente se ha visto una conversión extensa a digital, y en el futuro cercano la transmisión de información será en su mayoría digital con un volumen medido en bits por segundo. Para transmitir una conversación telefónica típica digitalmente se utiliza alrededor de 5,000 bits por segundo (5 Kbits por segundo). Los módems de computadoras personales típicos conectados a Internet operan a, por ejemplo, 56 Kbits por segundo. La música puede ser transmitida de punto a punto en tiempo real con buena calidad utilizando la tecnología de MP3 a velocidad de datos digitales de 64 Kbits por segundo. El vídeo puede ser transmitido en tiempo real a velocidades de datos de aproximadamente 5 millones de bits por segundo (5 bits por segundo). El vídeo de calidad de difusión típicamente es a 45 o 90 Mbps. Las compañías (tales como compañías de línea telefónica, de teléfono celular y de cable) que proporcionan servicios de comunicación de punto a punto desarrollan líneas principales que sirven como partes de enlaces de comunicación para sus clientes de punto a punto. Estas líneas principales típicamente manejan cientos o miles de mensajes simultáneamente utilizando técnicas de multiplexión. De esta manera, las líneas principales de alto volumen deben ser capaces de transmitir en la escala de gigabit (miles de millones de bits, Gbits, por segundo). La mayoría de las líneas principales modernas utilizan líneas de fibra óptica. Una línea de fibra óptica típica puede llevar de aproximadamente 2 a 10 Gbits por segundo y muchas fibras separadas pueden ser incluidas en una línea principal, de manera que las líneas principales de fibra óptica pueden ser diseñadas y construidas para llevar cualquier volumen de información deseado virtualmente sin límite. Sin embargo, la construcción de líneas principales de fibra óptica es costosa (algunas veces muy costosas) y el diseño y la construcción de estas líneas por lo regular pueden llevar muchos meses, específicamente si la ruta es a través de propiedad privada o produce controversia ambiental. Por lo general, el ingreso esperado de los usuarios potenciales de una línea principal particular bajo consideración no justifica el costo de la línea principal de fibra óptica. La comunicación mediante microondas digitales ha estado disponible desde la mitad de la década de 1970. El servicio en el espectro de radio de 18-23 GHz es denominado "microonda de recorrido corto" proporcionando un servicio de punto a punto que opera entre 3.2 y 11.2 kilómetros y que soporta de entre 4 a 8 enlaces T1 (cada uno a 1.544 bps). Recientemente, los sistemas de microondas que operan en la banda de 11 a 38 GHz han sido diseñados para transmitir a velocidad de hasta 155 Mbps (lo cual es una frecuencia de transmisión estándar conocida como "estándar OC-3") utilizando esquemas de modulación de orden alto.

Velocidad y Frecuencia de Datos Los esquemas de modulación de anchura de banda eficiente permiten, como regla general, la transmisión de datos a velocidades de aproximadamente 1 a 8 bits por segundo por Hz de anchura de banda disponible en las escalas espectrales, incluyendo longitudes de onda de radio a longitudes de onda de microondas. Los requerimientos de transmisión de datos de 1 a décimas de Gbps de esta manera podrían requerir de cientos de MHz de anchura de banda disponible para la transmisión. El compartido equitativo del espectro de frecuencia entre servicios de radio, televisión, teléfono, emergencia, militares y otros servicios, típicamente limita las distribuciones de banda de frecuencia específicas a aproximadamente 10% de la anchura de banda fraccional (es decir, la escala de frecuencias es igual a aproximadamente 10% de la frecuencia central). La radio de AM, a lo mucho de 100% de anchura de banda fraccional (550 a 1650 GHz) es una anomalía; la radio de FM, a 20% de anchura de banda fraccional, también es atípica comparada con distribuciones de frecuencia más recientes, las cuales raramente exceden a un 10% de anchura de banda fraccional.

Requerimientos de Conf labilidad La confiabilidad o seguridad funcional típicamente requerirán para la transmisión de datos en forma inalámbrica es muy alta, consistente con aquella requerida para enlaces mediante cables incluyendo fibras ópticas. Las especificaciones típicas para velocidades de error son menores que 1 bit en 10 miles de millones (velocidades de error de 10"10 bits), y una disponibilidad de enlace de 99.999% (5 minutos de tiempo de retrazo por año). Esto necesita de una capacidad de operación de enlace en cualquier clima, en neblina y nieve, y a velocidad de lluvia de hasta 100 mm/hora en muchas áreas. Por otro lado, los sistemas de teléfono celular no requieren de dicha alta confiabilidad. De hecho, los usuarios de teléfonos celulares (especialmente usuarios móviles) están acostumbrados a un pobre servicios en muchas regiones.

Condiciones Climatológicas Junto con los requerimientos de disponibilidad anteriores, la atenuación relacionada con el clima limita la escala útil de la transmisión de datos inalámbrica a todas las longitudes de onda más cortas que las ondas de radio muy largas. Las escalas típicas en una tormenta pesada para enlaces ópticos (es decir, enlaces de comunicación de láser) son de 100 metros, y para enlaces de microondas son de 10,000 metros. La atenuación atmosférica de radiación electromagnética se incrementa generalmente con la frecuencia en las bandas de microondas y de onda milimétrica. Sin embargo, la excitación de modos rotacionales en moléculas de oxígeno y de vapor de agua, absorbe la radiación preferencialmente en bandas cerca de 60 y 118 GHz (oxígeno) y cerca de 23 y 183 GHz (vapor de agua). La lluvia, la cual atenúa a través de la difusión de ángulo grande, se incrementa monotónicamente con una frecuencia de 3 a casi 200 GHz. A las frecuencias de onda milimétrica más alta (es decir, 30 GHz a 300 GHz que corresponde a longitudes de onda de 1.0 cm a 1.0 mm), en donde la anchura de banda disponible es más alta, la atenuación de lluvia en un clima muy malo limita el funcionamiento confiable del enlace inalámbrico a distancias de 1.6 kilómetros o menos. A frecuencias de microonda cerca de y por debajo de 10 GHz, se pueden lograr distancias de enlace hasta de 16 kilómetros aún en una lluvia muy fuerte con alta confiabilidad, pero la anchura de banda disponible es mucho más pequeña.

Determinación de Celdas Adicionales en un Sistema Telefónico es Costosa El costo asociado con la determinación de una celda adicional en una nueva ubicación o crear una microcelda dentro de una celda existente con técnicas anteriores está en la escala de aproximadamente $650,000 a $800,000. (Ver página 895 del texto Voice and Data Communication Handbook, 4o. edición, publicada por McGraw Hill). Estos costos deben ser recuperados de los usuarios del sistema celular. La gente en el pasado evitaba utilizar su equipo celular, ya que el costo era más alto que sus propias líneas telefónicas. Recientemente, los costos se han hecho comparables.

La Necesidad De esta manera, existe una gran necesidad de técnicas agregar, a bajo costo, celdas adicionales en sistemas comunicación celular.

COMPENDIO DE LA INVENCION La presente invención proporciona un sistema de comunicación celular inalámbrico en donde grupos de estaciones de base celular se comunica con una oficina central a través de una línea principal de onda milimétrica de haz estrecho. Los transceptores están equipados con antenas que proporcionan una divergencia de haz suficientemente pequeña para asegurar una división espacial y direccional eficiente de los canales de datos, de manera que un número ilimitado de transceptores de punto a punto será capaz de utilizar simultáneamente el mismo espectro de onda milimétrica. En una modalidad preferida, el enlace de comunicación de línea principal opera dentro de porción de 92 a 95 GHz del espectro milimétrico. Un gran número de estaciones de base están distribuidas a una pequeña porción de MHz de una anchura de banda de 900 MHz de la línea principal de onda milimétrica. Un primer transceptor transmite a una primera anchura de banda y recibe a una segunda anchura de banda, ambos dentro de la escala espectral anterior. Un segundo transceptor transmite a la segunda anchura de banda y recibe a la primera anchura de banda. Se describen antenas para mantener la estabilidad direccional del haz a menos de la mitad de la anchura de banda de energía media. En una modalidad preferida, la primera y segunda escalas espectrales son de 92.3 -93.2 GHz y de 94.1-95.0 GHz y la anchura de haz de energía media es de aproximadamente 0.36 grados o menos. De esta manera, en este sistema la anchura de banda de baja frecuencia eficientemente se utiliza una y otra vez dividiendo un territorio en pequeñas celdas y utilizando una antena de baja energía. La anchura de banda de frecuencia más alta eficientemente se utiliza una y otra vez utilizando antenas de transmisión que están diseñadas para producir haces muy estrechos dirigidos a las antenas de recepción. En una modalidad preferida, las estaciones de base celular son pre-empacadas para una fácil y rápida instalación en sitios convenientes, tales como en las partes superiores de edificios comerciales.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un bosquejo que muestra una red celular de la técnica anterior. La Figura 2 es un bosquejo que muestra características de una celda individual de la técnica anterior. La Figura 3 es un bosquejo de una modalidad preferida de la presente invención. La Figura 4 demuestra la conversión ascendente de frecuencias de teléfono celular a frecuencias de línea principal. La Figura 5 demuestra la conversión descendente de frecuencias de línea principal a frecuencias de teléfono celular. La Figura 6 es un diagrama de bloque que muestra los componentes principales de una estación de base celular pre-empacada diseñada para una instalación en la parte superior o azotea. La Figura 7 es un diagrama esquemático de un transmisor de onda milimétrica de un sistema de transceptor de prototipo desarrollado y probado por los solicitantes. La Figura 8 es un diagrama esquemático de un receptor de onda milimétrica de un sistema de transceptor de prototipo construido y probado por los solicitantes. La Figura 9 es un voltaje de salida de receptor medido del transceptor de prototipo a una velocidad de bit transmitida de 200 bps. La Figura 10 es la misma forma de onda como la Figura 9, con la velocidad de bit incrementada a 1.25 Gbps. Las Figuras 11A y 11B son diagramas esquemáticos de un transmisor y receptor de onda milimétrica en un transceptor de una modalidad preferida de la presente invención. Las Figuras 12A y 12B son diagramas esquemáticos de un transmisor y receptor de onda milimétrica en un transceptor complementario de una modalidad preferida de la presente invención.

Las Figuras 13A y 13B muestran los diagramas espectrales para una modalidad preferida de la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Una primera modalidad preferida de la presente invención comprende un sistema de radio de onda milimétrica enlazado, que toma el lugar de enlaces de cable o de fibra óptica entre las celdas de una red celular. El uso de enlaces de onda milimétrica puede eliminar la necesidad del tendido de cable o fibra, puede ser instalado relativamente en forma muy rápida, y puede proporcionar una anchura de banda alta normalmente a un costo más bajo que los alambres o cables provistos por telecomunicaciones estándares. Ya que los enlaces de onda milimétrica simplemente convierten en forma ascendente y descendente la señal para la transmisión de punto a punto, los datos y protocolos utilizados por las señales originales se conserva, haciendo al enlace "transparente" al usuario. Esta modalidad apoya un sistema convencional que opera a frecuencias de teléfono celular estándares, pero igualmente se aplica a otras tecnologías más nuevas, tales como sistemas de 1.8 GHz a 1.9 GHz.

Una estación de base de teléfono celular de la técnica anterior típica transmite en la banda de 824-851 MHz y recibe en la banda de 869-901 MHz y está conectada a través de la oficina de comunicación telefónica móvil mediante conexiones de alambre que a su vez están conectadas a una oficina central a través de una conexión mediante cables de alta velocidad. La oficina central realiza la conmutación y enrutamiento de llamadas. Esto es posible para reemplazar ambos enlaces de cables con un enlace de onda milimétrica, capaz de llevar las señales de varias estaciones de base celular a la oficina centra) para conmutación y enrutamiento, y después regresar de nuevo a las estaciones de base celular para transmitirse a los teléfonos celulares de los usuarios y otros dispositivos de comunicación. Un enlace de banda milimétrica con 1 GHz de anchura de banda será capaz de manejar aproximadamente de 30 a 90 estaciones de base celular, dependiendo de la anchura de banda de las estaciones de base. Ya que las estaciones de base celular típicamente están dentro de pocos kilómetros (o menos para microcelda) entre sí, el enlace de onda milimétrica podría formar una cadena de la estación de base a la estación de base, y después regresar a la oficina central. La Figura 3 ilustra el concento básico. La mayoría del equipo en red de computadora inalámbrica en el mercado actual está diseñado de acuerdo con los estándares de IEEE 802.11a y 802.11b que describen un formato y técnica para empacar intercambio de datos entre computadoras. En este equipo, los datos formateados de 802.11b son transmitidos y recibidos en uno de 11 canales en la banda de 2.4-2.5 GHz y utilizar las mismas frecuencias para transmisión y recepción. Por lo tanto, en esta modalidad preferida, las estaciones celulares operan en una parte de la banda de 2.4 a 2.5 GHz utilizando equipo desarrollado de acuerdo con los estándares de IEEE anteriores. Se proporciona un convertidor ascendente/descendente para la conversión, de manera ascendente y descendente, de la información para transmitirse en enlaces de onda milimétrica. El convertidor ascendente/descendente se describe más adelante. Típicamente, las estaciones de base se organizan generalmente en celdas hexagonales en grupos de 7 celdas, como se muestra en la Figura 1. Con el fin de evitar interferencia, cada una de las 7 celdas operan a una parte diferente de la anchura de banda disponible, en cuyo caso, cada parte de frecuencia está separada por 2 celdas. Si se utilizan 3 diferentes frecuencias en el grupo de 7 celdas, existe una operación de una celda de frecuencias.

Transmisión de Estación de Base Celular de Regreso a la Oficina Central Las llamadas de teléfono celular son recibidas en la banda de 824-855 MHz en cada grupo de estaciones de base, y se convierten de manera ascendente a una porción de 27 MHz de frecuencias en la banda de 91-93 GHz para transmitirse a través del enlace de regreso a la oficina central. Cada grupo de estaciones de base se le distribuye una porción de 27 MHz del espectro en la banda de 91-93 GHz como sigue: No. de Grupo de Frecuencia de Frecuencia de Estación de Base Estación de Base Línea Principal 1 824-851 MHz 91.000-91.027 GHz 2 824-851 MHz 91.027-91.054 GHz 3 824-851 MHz 91.054-91.081 GHz 30 824-851 MHz 91.783-91.810 GHz 31 824-851 MHz 91.810-91.837 GHz 32 824-851 MHz 91.837-91.864 GHZ La Figura 4 muestra un diagrama de bloque de un sistema que convierte las frecuencias de estación de base celular a la banda de onda milimétrica para transmitirse de regreso a la oficina central. Cada estación de base recibe tanto las frecuencias de teléfono celular dentro de esta celda como las frecuencias de onda milimétrica de la estación de base anterior en la cadena. Las frecuencias de teléfono celular son convertidas de manera ascendente a una porción o ranura (del espectro) en la banda de 91-93 GHz y se agregan a las señales de 91-93 GHz de la estación de base anterior hasta la cadena. Las señales combinadas después se vuelven a transmitir a la siguiente estación de base en la cadena. Cada estación de base tiene un oscilador local fijado a una frecuencia ligeramente diferente, que determina la ranura o porción de frecuencia convertida de manera ascendente para esa estación de base. El oscilador local puede ser multiplicado por una corriente de bits pseudoaleatoria conocida para extender su espectro y para proporcionar seguridad adicional al enlace de base milimétrica. En la oficina de conmutación central de la compañía telefónica, cada ranura o porción de 27 MHz de frecuencias en la banda de 91-93 GHz es convertida de manera descendente a la banda telefónica celular. Si se utiliza un oscilador local de espectro extendido en el enlace de onda milimétrica, el código pseudoaleatorio apropiado debe ser utilizado otra vez en el oscilador local del convertidor descendente para recuperar la información original. Una vez que las señales de onda milimétrica son convertidas de manera descendente a la banda de teléfono celular, se utiliza un equipo celular estándar para detectar, conmutar y enrutar las llamadas.

Transmisión de Oficina Central a Estaciones de Base Celular Las llamadas de teléfono celular que salen de la oficina central en un enlace de onda milimétrica y cada grupo de estaciones de base celular convierten de manera descendente una porción de 32 MHz del espectro a la banda de teléfono celular para la transmisión a los teléfonos individuales. Las estaciones de base celular transmiten (a los teléfonos) en la banda de 869-901 MHz, de manera que cada grupo de estaciones de base requiere de una porción de 32 MHz del espectro en la escala de 91-93 GHz en el enlace de onda milimétrica. El valor de 1.024 GHz soportará 32 estaciones de base. Cada grupo de estaciones de base está distribuido a una porción de 32 Hz del espectro en la banda de 91-93 GHz como sigue: Estación de Frecuencias de Línea Estación de Base # Principal (enlace RX) se convierte a Base (celda TX) No. de Grupo de Frecuencia de Frecuencia de Estación de Base Línea Principal Estación de Base 1 92.000-92.032 GHz 869-901 MHz 2 92.032-92.064 GHz 869-901 MHz 3 92.064-92.096 GHz 869-901 MHz 30 92.928-92.960 GHz 869-901 MHz 31 92.960-92.992 GHz 869-901 MHz 32 92.992-92.024 GHz 869-901 MHz La Figura 5 muestra un diagrama de bloque de un sistema que recibe señales de onda milimétrica de la oficina central y la convierte a la banda celular para transmitirse a través de una estación de base celular. Cada estación de base recibe picos de las señales en su porción de 32 MHz del espectro de 91-93 GHz, convierte de manera descendente esta banda a la banda de teléfono celular, y la difunde. La banda de 91-93 GHz también vuelve a transmitirse a la siguiente estación de base en la cadena. Cada estación de base tiene un oscilador local fijado a una frecuencia ligeramente diferente, la cual determina la anchura de ranura o porción de 32 MHz (en la banda de 91-93 GHz) que se le asigna a esa estación de base. Si el oscilador local de espectro extendido se utiliza en la conversión ascendente en la oficina central, entonces el código pseudoaleatorio apropiado debe ser utilizado de nuevo en el oscilador local del convertidor descendente (en cada estación de base) para recuperar la información original. En la oficina de conmutación central de compañía telefónica, las llamadas son detectadas, conmutadas y enrutadas entre las varias estaciones de base celular y la red línea terrestre. Cada grupo de estaciones de base central en la oficina central está representado por una porción de anchura de 32 MHz del espectro, la cual se convierte de manera ascendente a la banda de 91-93 GHz y se envía a través de un enlace de punto a punto a la cadena de varias estaciones de base. El oscilador local utilizado para convertir de manera ascendente las señales puede ser de espectro extendido para proporcionar una seguridad adicional al enlace de onda milimétrica.

Demostración de Prototipo T/ de Onda Milimétrica Una demostración de prototipo del transmisor y receptor de onda milimétrica útil para la presente invención se describe con referencia a las Figuras 1 a 4. Dentro de esta modalidad, los solicitantes han demostrado la transmisión de datos digitales en la escala de 93 a 95 GHz a 1.25 Gbps dentro de una velocidad de error de bit por debajo de 10"12. El diagrama de circuito para el transmisor de onda milimétrica se muestra en la Figura 7. El oscilador de microondas 1 de voltaje controlado, Westec Modelo VTS133/V4, es sintonizado para transmitir a 10 GHz, atenuado por 16 dB con atenuadores coaxiales 2 y 3, y dividido en dos canales en el divisor de energía de dos direcciones 4. Una señal de modulación digital es pre-amplificada en el amplificador 7, y mezclada con la fuente de energía de microondas en el mezclador 5 de triple equilibrio, Pacific Micro ave Modelo N3001 HA. La fuente de energía modulada se combina con la fuente de energía no modulada a través de un combinador de energía de dos direcciones 6. Un alargador de línea 12 en la trayectoria de la fuente de energía no modulada controla la profundidad de modulación de la salida combinada ajusfando la suma de fase constructiva o destructiva. La señal de 10 GHz de amplitud modulada se mezcla con una señal de un oscilador 8 con una fuente de 85 GHz en el mezclador 9 y se filtra mediante un filtro de paso alto en el filtro de guía de onda 13 para rechazar la banda de imagen de 75 GHz. La señal de 95 GHz de amplitud modulada, resultante, contiene componentes espectrales entre 93 y 97 GHz, asumiendo una modulación de 1.25 Gbps no filtrada. Una salida de guía de onda rectangular WR-10 del filtro de paso alto es convertida a una guía de onda circular 14 y alimentada a un cuerno circular 15 de 10.16 cm de diámetro, en donde se transmite a un espacio libre. El cuerno proyecta una anchura de haz de energía media de 2.2 grados. El diagrama de circuito para el receptor se muestra en la Figura 8. La antena es un cuerno circular 1 con un diámetro de 15.24 cm, alimentado de una unidad de guía de onda 14 R consistiendo de una guía de onda de banda W circular y un convertidor de guía de onda circular a rectangular, que mueve la alimentación de antena a la guía de onda de WR-10, que a su vez alimenta al módulo 2 R del receptor heterodino. Este módulo consiste de un amplificador de bajo ruido de circuito integrado de onda milimétrica monolítico (MMIC) expandiéndose a 89-99 GHz, un mezclador con un multiplicador de frecuencia de dos tiempos en el puerto LO, y un amplificador IF cubriendo 5-15 GHz. Estos receptores están disponibles de proveedores tales como Lockheed Martin. El oscilador local 8 R es un oscilador de Gunn de cavidad sintonizada que opera a 42.0 GHz (Spacek Modelo GQ410K), alimentando el mezclador en el módulo R2 a través de un atenuador 7 de 6 dB. Un tubo de conexión triple de derivación 6 en la entrada del oscilador local suministra energía DC para recibir el módulo 2R. Un circuito regulador de voltaje utilizando un regulador de circuito integrado de semiconductor nacional LM 317 suministra +3.3 V a través del tubo de conexión triple de derivación 6. Una salida de IF del módulo 2R de receptor heterodino se filtra a 6-12 GHz utilizando un filtro de paso de banda 3 de K & L Microwave. El receptor 4R, el cual es un detector de diodo Hp Herotek Modelo DTM 180AA, mide la energía total recibida. La salida de voltaje del detector de diodo es amplificada en dos amplificadores de microondas de dos cascadas 2R de MiniCircuits, Modelo 2FL2000. La salida de banda de base es llevada en un cable coaxial a un convertidor de medios para la conversión a fibra óptica, o a un probador de velocidad de error de bit (BERT) 10R. En el laboratorio, esta modalidad ha demostrado una velocidad de error de bit menor que 10~12 para la transmisión de datos digital a 1.25 Gbps. La unidad de medición de BERT fue un Microwave Logic, Modelo gigaBERT. La señal de osciloscopio para datos digitales recibidos a 200 Mbps se muestra en la Figura 9. A 1.25 Gbps, las limitaciones de anchura de banda del osciloscopio conducen a los bordes de bits redondeados mostrados en la Figura 10. Los niveles digitales sostenidos para más de un periodo de 1 bit comprenden componentes de frecuencia fundamentales bajos (menores que 312 MHz) que aquellos que basculan cada periodo (622 MHz), de manera que la función de transferencia de modulación del osciloscopio que cae por arriba de 500 MHz, las atenúa menos. Estos artefactos de medición no están reflejados en las mediciones de velocidad de error de bit, que producen una velocidad de error de bit de <10"12 a 1.25 Gbps.

Sistema de Transceptor Una modalidad preferida de la presente invención se describe haciendo referencia a las Figuras 11A a la 13B. El hardware de enlace consiste de un par de transceptores de onda milimétrica incluyendo un par de antenas de onda milimétrica y un par de transceptores de microondas incluyendo un par de antenas de microondas. La señal del transmisor de onda milimétrica es modulada en la amplitud y filtrada en una banda lateral individual, e incluye un portador de nivel reducido. El receptor incluye un mezclador heterodino, un sintonizador de frecuencia intermedia de fase cerrada (IF), y un detector de energía IF. El transceptor de onda milimétrica A (Figuras 11A y 11B) transmite a 92.3-93.2 GHz como se muestra en 60 en la Figura 13A y recibe a 94.1-95.0 GHz como se muestra en 62, mientras que el transceptor de onda milimétrica B (Figuras 12A y 12B) transmite a 94.1-95.0 GHz como se muestra en 64 en la Figura 13B y recibe a 92.3-93.2 GHz como se muestra en 66.

Transceptor de Onda Milimétrica A Como se muestra en la Figura 11A, en el transceptor de onda milimétrica A, la energía de transmisión es generada con un diodo 21 de Gunn de cavidad sintonizada que tiene una resonancia a 93.15 GHz. Esta energía es de amplitud modulada utilizando 2 mezcladores equilibrados en una configuración de rechazo de imagen 22, seleccionando solamente la banda lateral inferior. La fuente 21 es modulada a 1.25 Gbps junto con estándares de Gigabit-Ethernet. La señal de modulación es llevada en una fibra óptica, convertida a una señal eléctrica en el convertidor de medios 19 (el cual, en este caso, es un Agilent Modelo OCT-5912E) y amplificada en un pre-amplificador 20. La fuente de amplitud modulada se filtra en una banda de paso con una anchura de 900 Hz de entre 92.3 y 93.2 GHz, utilizando un filtro de paso de banda 23 en la microtira. Una porción de la señal del oscilador de fuente es recogida con el acoplador 38 y combinada con la banda lateral inferior en el combinador de energía 39, dando como resultado el espectro transmitido mostrado en 60 en la Figura 13A. La señal combinada se propaga con la polarización horizontal a través de una guía de onda 24 a un puerto de un transductor 25 de modo orto, y a una antena parabólica de Cassegrain 26 con un diámetro de 0.6096 metros, en donde se transmite al espacio libre con polarización horizontal. La unidad de recepción en la estación A como se muestra en las Figuras 11B1 y 11 B2 es alimentada de la misma antena de Cassegrain, 26 como se utiliza por el transmisor, a la polarización vertical (ortogonal a aquella del transmisor), a través de otro puerto del transductor 25 de modo orto. La señal recibida es pre-filtrada con el filtro de paso de banda 28A en una banda de paso de 94.1 a 95.0 GHz, para rechazar el regreso difundido del transmisor local. La señal filtrada después es amplificada con un amplificador de circuito integrado M W monolítico 29 en fosfuro de indio, y se filtra de nuevo en la misma banda de paso con el filtro del paso de banda 28B. Esta señal doble filtrada se mezcla con el oscilador de fuente de transmisor 21 utilizando un mezclador-convertidor descendente heterodino 30, a una frecuencia IF de 1.00-1.85 GHz, proporcionando el espectro en 39A en la Figura 13A. Una porción de la señal IF, recogida en el acoplador 40, es detectada con el detector de energía de integración 35 y alimentada a un circuito de control de ganancia automático 36. La salida IF de nivel fijo se hace pasar a la siguiente etapa como se muestra en la Figura 11B2. Aquí, se incorpora un circuito detector sincrónico de fase cerrada de base de cuadratura (l/Q) 31, cerrando la frecuencia portadora del oscilador de fuente remoto. El lazo es controlado con un microprocesador 32 para reducir al mínimo la energía en el canal "Q" mientras se verifica la energía anterior a un umbral fijo en el canal "I". Tanto los canales "l" como "Q" se filtran con un paso bajo a 200 MHz utilizando filtros de paso bajo 33A y 33B, y la energía es medida tanto en los canales " como "Q" utilizando detectores de diodo de ley cuadrada 34. La salida del mezclador 38 de banda de base es pre-amplificada y alimentada a través de un convertidor de medios 37, el cual modula una fuente de diodo láser a un acoplador de fibra óptica para transición a los medios de transmisión de fibra óptica.

Transceptor B Como se muestra en la Figura 12A en el transceptor de onda milimétrica B, la energía de transmisión se genera con un diodo de Gunn de cavidad sintonizada 41 que tiene una resonancia a 94.15 GHz. Esta energía es de amplitud modulada utilizando dos mezcladores equilibrados en una configuración de rechazo de imagen 42, seleccionando solamente la banda lateral superior. La Fuente 41 es modulada a 1.25 Gbps junto con estándares de Gigabit-Ethernet. La señal de modulación es llevada en una fibra óptica como se muestra en 80, convertida a una señal eléctrica en el convertidor de medios 60 y amplificada en el pre-amplificador 61. La fuente de amplitud modulada es filtrada en una- banda de paso con una anchura de 900 MHz de entre 94.1 y 95.0 GHz, utilizando un filtro de paso de banda 43 en una microtira. Una porción de la señal de oscilador de fuente es recogida en el acoplador 48 y combinada con la banda lateral superior en el combinador de energía 49, dando como resultado el espectro transmitido mostrado en 64 en la Figura 13B. La señal combinada se propaga con polarización vertical a través de una guía de onda 44 hacia un puerto de un transductor de modo orto 45 y a una antena parabólica de Cassegrain 46, en donde se transmite al espacio libre con polarización vertical. El receptor es alimentado de la misma antena Cassegrain 46 como el transmisor, a una polarización horizontal (ortogonal a aquella de transmisor), a través del otro puerto del transductor de modo orto 45. La señal recibida es filtrada con el filtro de paso de banda 47A en una banda de paso de 92.3 a 93.2 GHz, para rechazar el regreso difundido del transmisor local. La señal filtrada después es amplificada con un amplificador de circuito integrado de MW monolítico en fosfuro de indio 48, y filtrada de nuevo en la misma banda de paso con el filtro de banda de paso 47B. Esta señal doblemente filtrada se mezcla con el oscilador de fuente de transmisor 41 utilizando un mezclador-convertidor descendente heterodino 50, a una frecuencia IF de 1.00-1.85 GHz, proporcionando el espectro mostrado en 39B en la Figura 13B. Una porción de la señal IF, recogida en el acoplador 62, es detectada con el detector de energía de integración 55 y alimentada a un circuito de control de ganancia automático 56. La salida IF de nivel fijo se hace pasar a la siguiente etapa como se muestra en la Figura 12B2. Aquí, se incorpora un circuito detector sincrónico de fase cerrada de base de cuadratura (l/Q) 51, cerrando la frecuencia portadora del oscilador de fuente remoto. El lazo es controlado con un microprocesador 52 para reducir al mínimo la energía en el canal "Q" mientras se verifica la energía anterior a un umbral fijo en el canal ?". Tanto los canales " como "Q" se filtran con un paso bajo a 200 MHz utilizando filtros de paso de banda 53A y 53B, y la energía es medida en cada canal utilizando un detector de diodo de ley al cuadrado 54. La salida del mezclador 58 de banda de base es pre-amplificada y alimentada a través de un convertidor de medios 57, el cual modula una fuente de diodo láser a un acoplador de fibra óptica para transición a los medios de transmisión de fibra óptica.

Anchura de Haz muy Estrecha Una antena parabólica de un diámetro de 0.6696 metros se proyecta a una anchura de haz de energía media de aproximadamente 0.36 grados a 94 GHz. La anchura del haz de energía completa (el primero se anula en el patrón de antena) es más estrecha que 0.9 grados. Esto sugiere que hasta 400 haces independientes pueden ser proyectados azimutalmente alrededor de el ecuador de una ubicación de transmisor individual, sin interferencia mutua, a partir de una disposición de antenas de plato de 0.6096 metros. A una distancia de 8 kilómetros, dos receptores colocados a una separación de 121.92 metros pueden recibir canales de datos independientes de la misma ubicación del transmisor. De manera inversa, dos receptores en una ubicación individual pueden discriminar canales de datos independientes de dos transmisores a 16 kilómetros, a un cuando los transmisores estén colocados con una separación de 121.92 metros. Se pueden utilizar antenas de plato más grandes para una capacidad de dirección mayor.

Par de Transceptor de Microonda de Reserva Durante severas condiciones de clima, la calidad de transmisión de datos se deteriorará a frecuencias de onda milimétricas. Por lo tanto, en modalidades preferidas de la presente invención, se proporciona un enlace de comunicación de reserva que automáticamente entra en acción cada vez que se detecta una caída predeterminada de transmisión de calidad. Un sistema de reserva preferido es un par de transceptores de microondas que operan en la banda de 10.7-11.7 GHz. Esta banda de frecuencia ya está distribuida a través de la FCC para operación de punto a punto fija. Las reglas de servicio de FCC combinan la banda en ios canales de una anchura de banda máxima de 40 MHz, limitando la velocidad máxima de datos para transmisiones digitales de 45 Mbps dobles completas. Los transceptores que ofrecen esta velocidad de datos dentro de esta banda están disponibles por sí mismos de vendedores tales como Western Multiplex Corporation (Modelos Lynx DS-3, Tsunami 100BaseT), y DMC Stratex Networks (Modelo DXR700 y Altium 155). Las radios digitales están permitidas bajo los reglamentos de FCC parte 101. Las antenas de microondas son antenas de plato de Cassegrain con un diámetro de 60.96 cm. A este diámetro, la anchura de haz de energía media de la antena parabólica es de 3.0 grados, y la anchura de haz de energía completa es de 7.4 grados, de manera que el riesgo de interferencia es mayor que para las antenas de M W. Para compensar esto, el FCC distribuye 12 canales de transmisión separados y 12 canales de recepción separados para la coordinación de espectro dentro de la banda de 10.7-11.7 GHz. La percepción de una falla de clase de onda milimétrica y conmutación al canal de microondas redundante es un aspecto automático existente del hardware de conmutación de enrutamiento de red disponible de vendedores tales como Cisco, Foundry Networks and Juniper Networks. El lector debe entender que en muchas instalaciones la provisión de un sistema de reserva no será justificada a partir de un análisis de costo-beneficio, dependiendo de factores tales con costos, distancia entre transmisores, calidad de servicio esperada y el gusto de los clientes para pagar un servicio continuo en condiciones de clima extremas.

Antenas de Anchura de Haz Estrecha Las anchuras de haz de antena estrechas ofrecidas a frecuencias de onda milimétrica permiten la división en porciones geográficas en las ondas aéreas, lo cual es imposible a frecuencias más bajas. Este hecho elimina la necesidad de combinación de banda (compartido de frecuencia), y de esta manera permite comunicaciones inalámbricas a través de una anchura de banda total mucho mayor, y de esta manera a velocidades de datos mucho más altas, que lo que previamente era posible a frecuencias RF más bajas. La habilidad para fabricar y extender antenas con anchuras de haz lo suficientemente estrechas para asegurar ninguna interferencia, requiere de tolerancias mecánicas, exactitudes de señalamiento y capacidades de dirección/rastreo de haz electrónicas, que exceden las capacidades de las antenas de comunicaciones en la técnica anterior. Una antena preferida para comunicación a gran escala a frecuencias por arriba de 70 GHz ha ganado un exceso de 50 dB, 100 veces más que las antenas de satélite de difusión directa para hogares, y 30 veces más que las antenas de radar de clima de alta resolución en aeronaves. Sin embargo, cuando la interferencia no es un problema potencial, se prefieren antenas con ganancias de dB de 40 a 45. La mayoría de las antenas utilizadas para aplicaciones de alta ganancia utilizan un colector primario parabólico grande en una de una variedad de geometrías. La antena de foco principal coloca al receptor directamente en el foco de la parábola. La antena de Cassegrain coloca un reflector secundario hiperbólico convexo enfrente del foco para reflejar el foco a través de una abertura en la parte primaria para permitir el montaje del receptor por atrás de la antena parabólica. (Esto es conveniente ya que la antena de plano típicamente está soportada también desde atrás). La antena gregoriana es similar a la antena Cassegrain, excepto que el espejo secundario es una elipse cóncava colocada por atrás del foco de la parábola. Una parábola de desviación hace girar el foco lejos del centro de la antena parabólica para un menor bloqueo de abertura y una geometría de montaje mejorada. Las antenas de Cassegrain, de foco principal y parabólicas de desplazamiento son las geometrías de antena parabólica preferidas para el sistema de comunicación de MW. Un reflector de antena parabólica primario preferido es una parábola conductora. La tolerancia de superficie preferida en la antena parabólica es de aproximadamente 15 milimicras para aplicaciones por debajo de 40 GHz, pero más cerca de 5 milimicras para utilizarse a 94 GHz. Las antenas de plato de aluminio hidroformadas típicas tienen tolerancia de superficie de 15 milimicras, aunque los laminados con doble cubierta (utilizando dos capas de aluminio que rodean una capa separadora) pueden mejorar esto a 5 milimicras. El reflector secundario en la geometría de Cassegrainian es una "hoja recostada" de aluminio que puede hacerse con una tolerancia de 1 milimicra sin dificultad. Los montajes para reflectores secundarios y cuernos de guía de onda de receptor preferiblemente comprenden un ajuste de sintonización fino mecánico para alineación in situ a una escala de prueba de antenas.

Antena de Panel Plano Otra antena preferida para la comunicación de MMW a gran escala es una antena de disposición de ranura de panel plano tal como aquella descrita por uno de los inventores de la presente y otros en la patente de E. U. A. No. 6,037,908, expedida el 14 de marzo del 2000, la cual se incorpora aquí por referencia. Esa antena es una antena de disposición de fase plana que propaga una onda de recorrido a través de la abertura de radiación en un modo electromagnético transversal (TE ). Una antena de comunicaciones podría comprender una variante de esa antena incorporando la disposición de fase plana, pero eliminando las características de exploración de frecuencia de la antena en la técnica anterior agregando una alimentación de onda de recorrido/corporativa híbrida. Las placas planas que mantienen una tolerancia de superficie de 5 milimicras son substancialmente más baratas y más fácil de fabricar que las superficies parabólicas. Las disposiciones de ranura plana utilizan técnicas de procesamiento de circuito de tablero (por ejemplo, fotolitografía), las cuales son inherentemente muy precisas, en lugar de ser de una maquinación de alta precisión costosas.

Señalamiento Basto y Fino El señalamiento de una antena de alta ganancia requiere de una colocación basta y fina. La colocación basta puede ser lograda inicialmente utilizando un punto visual tal como un alcance de rifle de agujero dirigido o señalador de láser. La antena es trabada en su posición de extensión final antes de una sintonización fina. El ajuste fino se realiza con el transmisor remoto encendido. Un medidor de energía conectado al receptor es verificado para energía máxima a medida que el colocador fino se ajuste y se bloquea. A niveles de ganancia por arriba de 50 dB, la carga de viento y flexión de torre o edificación pueden ocasionar un nivel inaceptable del desplazamiento rápido del haz. Un montaje de antena flexible no solo puede dar como resultado la pérdida de servicio para un cliente inalámbrico, sino que también inadvertidamente puede ocasionar interferencia con otras trayectorias de haz otorgadas. Con el fin de mantener transmisión solamente dentro de una "tubería" específica, se puede requerir de algún método para la dirección del haz electrónico.

Dirección del Haz La combinación de haz de disposición en fase de varios puertos en la disposición en fase de panel plano puede dirigir el haz a través de muchas anchuras de haz de antena sin hacer girar mecánicamente a la misma antena. La combinación de fase de suma y diferencia en la configuración de receptor de monopulso ubica y cierra la "tubería" apropiada. En una antena de Cassegrain, un aspecto secundario ligeramente no equilibrado, de rotación (exploración cónica) mecánicamente puede dirigir el haz sin mover la antena parabólica primaria grande. Para antenas de foco principal y parábolas de desplazamiento, se puede utilizar un foco de flotación de aberturas múltiples (por ejemplo, de celda cuadrada) con una disposición de conmutación seleccionable. En estas arquitecturas de antenas de plato, el rastreo del haz se basa en incrementar al máximo la energía de señal en el receptor. En todos los casos, la abertura común para el receptor y el transmisor asegura que el transmisor, así como el receptor, estén señalados correctamente. Los enlaces de reserva de microondas operan a una frecuencia inferior de aproximadamente 8 tiempos (8 veces más que la longitud de onda) que el enlace de onda milimétrica. De esta manera, aún tamaño dado, las antenas de microonda tienen anchuras de haz más amplias que las antenas de onda milimétrica, otra vez más anchas en aproximadamente 8 veces. Una anchura de haz típica de una antena de 0.6096 metros es de aproximadamente 7.5 grados. Este ángulo es más ancho que la separación angular de cuatro clientes de servicio a partir de la torre de retrazo y es más ancha que la separación angular del haz entre la estación de retrazo y la antena de radio. Específicamente, la separación angular mínima entre sitios con servicio de la estación de retrazo es de 1.9 grados. La separación angular entre receptores en la torre de antena de radio 79 y la estación de retrazo 76 es de 4.7 grados como se puede ver a partir de un transmisor en la instalación 70. De esta manera, estos haces de microondas no pueden ser separados espacialmente; sin embargo, las reglas de licencia de FCC parte 101 mandan el uso de 12 canales de transmisión separados y 12 canales de recepción separados dentro de la banda microonda de 10.7 a 11.7 GHz, de manera que estos haces de microondas pueden ser separados especialmente. De esta manera, la coordinación de frecuencia apoyada por FCC entre los enlaces para sitios individuales y entre los enlaces para la estación de retrazo y la antena de radio garantizarán ninguna interferencia, pero a una velocidad de datos mucho más reducida. El FCC ha señalado un administrador de banda, quien puede ver la coordinación espacial y de frecuencia combinada durante el procedimiento de otorgamiento.

Otras técnicas Inalámbricas Cualquier frecuencia portadora de banda milimétrica de acuerdo con las reglas de distribución y de servicio del espectro de Comisión de Comunicaciones Federales de EUA, incluyendo las bandas MMW actualmente distribuidas para servicios de punto a punto fijos a 57-64 GHz, 71-76 GHz, 81-86 GHz, y 92-100 GHz, puede ser utilizada en la práctica de esta invención. Asimismo, cualquiera de las bandas de microonda en realidad distribuidas, incluyendo 5.2-5.9 GHz, 5.9-6.9 GHz, 10.7-11.7 GHz, 17.7-19.7 GHz, y 21.2-23.6 GHz puede ser utilizada para el enlace de reserva. La técnica de anchura de banda de modulación y de modulación de canales tanto de MMW y de microondas puede ser incrementada, limitar la ganancia solamente por las distribuciones espectro de FCC.

También, cualquier antena plana, de conformación o configurada capaz de transmitir el portador modulado a través de la distancia del enlace en un medio de acuerdo con las regulaciones de las emisiones de FCC, puede ser utilizada. Se incluyen todas las antenas de cuernos, de foco principal y parabólicas de desplazamiento, y disposiciones de ranura planas. La energía de transmisión puede ser generada con una fuente de diodo de Gunn, un amplificador cerrado por inyección o una fuente de tubo de MMW que tiene una resonancia a la frecuencia portadora seleccionada o a cualquier sub-armónica de esa frecuencia. La fuente de energía puede ser modulada en amplitud, frecuencia o fase utilizando un conmutador de PIN, un mezclador o un modulador de fase continuo o de dos fases. La modulación puede tener la forma de una modulación de AM de dos estados simple, o puede involucrar más de dos estados de símbolo; por ejemplo, utilizando la modulación de amplitud cuantificada (QAM). Se pueden utilizar técnicas de banda lateral doble (DSB), de banda lateral individual (SSB) o de banda lateral vestigial (VSB) para pasar, suprimir o reducir una banda lateral de AM y de esta manera afectar la eficiencia de la anchura de banda. También se pueden utilizar esquemas de modulación de fase o frecuencia, incluyendo FM simple, manipulación por desplazamiento de fase de cuadratura (QPSK). Se puede utilizar la transmisión con un portador completo o suprimido. La modulación de fuente digital se puede realizar a cualquier velocidad de datos en bits por segundo hasta 8 veces la anchura de banda de modulación en Hertzios, utilizando esquemas de transmisión de símbolo adecuados. También se puede realizar una modulación analógica. Se puede incorporar un amplificador de energía de componente monolítico o discreto después de que el modulador refuerza la energía de salida. Se puede utilizar polarización lineal o circular en cualquier combinación con frecuencias portadoras para proporcionar diversidad de polarización y de frecuencia entre los canales del transmisor y receptor. Un par de antenas de plato se puede utilizar en lugar de una sola antena parabólica para proporcionar diversidad espacial en un transceptor individual también. El amplificador de diodo de Gunn de MMW y de MMW puede hacerse sobre fosfuro de indio, arseniuro de galio o InP-on-GaAs metamórficos. El amplificador de MMW puede ser eliminado por completo para enlaces de escala corta. El mezclador/convertidor descendente puede hacerse en un circuito integrado monolítico o fabricarse a partir de diodos mezcladores discretos en silicio corregido (con otro metal), arseniuro de galio, o fosfuro de indio. El lazo de cierre de fase puede utilizar un comparador de cuadratura controlado por microprocesador (l/Q) o un filtro de exploración. El detector puede ser fabricado sobre arseniuro de silicio o de galio, o puede comprender un diodo de heteroestructura utilizando antimonio de indio. Los transceptores de reserva pueden utilizar bandas alternativas de 5.9-6.9 GHz, 17.7-19.7 GHz, o 21.2-23.6 GHz; todas estas están cubiertas bajo las regulaciones de otorgamiento de FCC parte 101. Las antenas pueden ser Cassegrainian, de desplazamiento o antenas de plato de foco primario, o antenas de disposición de ranura de panel plano, de cualquier tamaño apropiado para lograr una ganancia adecuada.

Estación de Base Celular Pre-fabricada En una modalidad preferida, se proporcionan una estación de base prefabricada para una rápida y fácil instalación en las azoteas de edificios comerciales. Todos los componentes de la estación de base como se describieron anteriormente, son pre-ensamblados en la estación pre-fabricada. Estos componentes incluyen el transceptor celular para comunicación con usuarios y el transceptor de onda milimétrica para operación como parte de la línea principal como se describió anteriormente. Aunque la descripción anterior contiene muchas especificaciones, el entorno debe construir estas como una limitación del alcance de la invención, sino que meramente como ilustraciones de sus modalidades preferidas. Por ejemplo, las bandas de 71.0-76 GHz y de 81.0 a 86 GHz utilizadas para líneas principales de punto a punto podrían trabajar muy bien también en las aplicaciones anteriores. La presente invención es especialmente útil en aquellas ubicaciones en donde la comunicación de fibra óptica no está disponible y las distancias entre los sitios de comunicaciones son menores que aproximadamente 24 kilómetros pero mayores que las distancias que se les puede dar servicio razonablemente con dispositivos de comunicación de láser de espacio libre. Las escalas de aproximadamente 1.6 kilómetros a aproximadamente 16 kilómetros son ideales para la aplicación de la presente invención. Sin embargo, en regiones con clima muy transparente, el sistema puede proporcionar un buen servicio a distancias de 32 kilómetros o más. Por consiguiente, al lector se le solicita determinar el alcance de la invención a través de las reivindicaciones anexas y sus equivalentes legales, y no a través de los ejemplos datos anteriormente.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1.- Un sistema de comunicaciones celular que proporciona comunicación inalámbrica con usuarios de sistema y que tiene una línea principal de onda milimétrica, inalámbrica para comunicarse con una oficina de comunicación de teléfono, el método comprende: A) una pluralidad de estaciones de base celular, cada una de estas estaciones de base sirviendo a una celda de comunicación, cada una de las estaciones de base comprendiendo: 1) un transceptor de baja frecuencia para comunicarse con usuarios dentro de la celda a una frecuencia de radio de teléfono celular menor que 3 GHz, 2) un transceptor de alta frecuencia para comunicarse con otras estaciones de base y la oficina de comunicaciones como parte de dicha línea principal a una frecuencia de línea principal mayor que 60 GHz, dicho transceptor de alta frecuencia teniendo un equipo de conversión ascendente para convertir dicha frecuencia de radio de teléfono celular a la frecuencia de línea principal y un equipo de conversión descendente para la conversión descendente de dicha frecuencia de línea principal a la frecuencia de teléfono celular; B) por lo menos un transceptor de alta frecuencia de oficina de teléfono de comunicaciones que opera como parte de la línea principal en comunicación con la pluralidad de transceptores de alta frecuencia y la oficina de comunicaciones a frecuencia mayor que 60 GHz.

2. - Un sistema de comunicación celular de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada uno de los transceptores de estación de base está configurado para transmitir y recibir de un segundo sitio a través de información digital de atmosférica a velocidades en exceso de 1 millón de millones de bits por segundo durante un clima normal, dicho primer transceptor comprendiendo una antena que produce un haz teniendo una anchura de haz de energía media de aproximadamente 2 grados o menos.

3. - Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los transceptores de alta frecuencia son configurados para transmitir a frecuencias en la escala de aproximadamente 92.3 a 93.2 GHz y para recibir información a frecuencias en la escala de aproximadamente 9

4.1 a 9

5.0 GHz. 4. - Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un sistema de transceptor de reserva que opera a una velocidad de transmisión de datos menor que 155 millones de bits por segundo configurada para la transmisión continua de información entre los primero y segundo sitios en el caso de condiciones de clima anormales. 5. - Un sistema de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el sistema de transceptor de reserva es un sistema de microondas.

6. - Un sistema de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el sistema de transceptor de reserva está configurado para operar en ·. * 41 la escala de frecuencia de 10.7 a 11.7 GHz.

7.- Un sistema de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el sistema de transceptor de reserva está configurado para operar en la escala de frecuencia de 5.9 a 6.9 GHz.

8.- Un sistema de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el sistema de transceptor de reserva está configurado para operar en la escala de frecuencia de 13 a 23 GHz.

9. - Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde ambos receptores de alta frecuencia están equipados con antenas que proporcionan una ganancia mayor que 40 dB.

10. - Un sistema de acuerdo con la reivindicación 9, en donde por lo menos una de las antenas es una antena de panel plano.

11. - Un sistema de acuerdo con la reivindicación 9, en donde por lo menos una de las antenas es una antena de Cassegrain.

12.- Un sistema de acuerdo con la reivindicación 9, en donde por lo menos una de las antenas es una antena parabólica de foco principal.

13. - Un sistema de acuerdo con la reivindicación 9, en donde por lo menos una de las antenas es una antena parabólica de desplazamiento.

14. - Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los transceptores de alta frecuencia son capaces de transmitir y recibir a velocidades en un exceso de 1 millón de millones bits por segundo y las antenas de ambos sistemas están configuradas para producir un haz teniendo anchuras de haz de energía media de aproximadamente 0.36 grados o menos.

15.- Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde uno de los transceptores de alta frecuencia está configurado para transmitir a frecuencias en la escala de aproximadamente 71-76 GHz.

16.- Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde uno de los transceptores de alta frecuencia están configurados para transmitir a frecuencias en la escala de aproximadamente 81-86 GHz.