光学通信系统

本发明的技术领域

本发明一般地涉及通信系统，而明确地说涉及借助光学链 路在蜂巢式电话网络的诸要素之间进行通信的系统。

本发明的现有技术

借助光学链路转移信息和/或数据的方法在技术上是众所周 知的。典型的系统使用光纤或光导管传送光学辐射，虽然其它 的系统经由实质上自由的空间(例如，经过地球的大气)转移 光学辐射。使用与微波或频率更低的辐射截然不同的光学辐射 的一些优势是光学辐射由于其频率在100THz的数量级上所以具 有固有的高负荷量。使用光学辐射作为载波的其它理由是能以 大约100GHz的速度切换的相干光源的可用性和这些相干光源 当中至少有一些能作为整体式固态器件予以实现这一事实。

在蜂窝通信网络的要素之间经由至少包括一些光学链路的 路径进行通信的方法在技术上是已知的。例如，其揭示在此通 过引证被并入的授权给Acampora的美国专利第6,049,593号描 述一种蜂窝系统，其中通过大约100米长度的短光学链路互相 连接的极小的蜂房组成通信网络的比较大的蜂房。

直接调制的激光器通常被作为发射源被用于光学链路。然 而，这种调制具有非线性的特性，这种特性本身又导致系统性 能下降。性能恶化在实践中是由诸如雾、云、高速的风和强烈 的阳光之类严酷的天气引起的。

光学链路通常包括动态范围比较小的接收器。虽然动态范 围可以用技术上已知的方法通过将多重放大级纳入接收器而得 以增加，但是多级放大可能降低性能。

本发明的概述

本发明的某些方面的目的是提供借助光学链路进行通信的 方法和装置。

本发明的某些方面的进一步的目的是提供借助光学链路在 蜂窝通信网络的网络要素之间进行通信的方法和装置。

在本发明的一些实施方案中，蜂窝通信网络包括众多物理 上被分开的网络要素，每个网络要素都与网络中的至少一个其 它网络要素通信。网络的网络要素选自天线、基站无线电收发 机系统(BTS)，基站控制器(BSC)和移动式无线电收发机。 在网络中至少有一个网络要素通过用信息调制光学载波把信息 发射给另一个网络要素，其中信息呈射频(RF)信号的形式， 所以产生经过调制的载波。经过调制的载波优选经自由空间和/ 或经诸如光纤之类光导管传送到接收网络要素。

光学载波可以是由发光二极管(LED)或其它的非相干辐射 源产生的。作为替代，光学载波是由诸如实质上发出相干辐射 的激光器之类的光源产生的。经过调制的载波可以借助诸如光 纤或光导管之类导引媒体在发射网络要素和接收网络要素之间 转移。作为替代，经过调制的载波可以借助诸如大气之类非导 引媒体被转移。

在本发明的一些实施方案中，接收网络要素包括将载波解 调以恢复信息的雪崩光电二极管(APD)。跟在APD后面的是 一个放大级，该放大级与APD和控制APD的增益的从该放大 级到APD的反馈一起提供用于具有高动态增益的网络的通信信 号的检测系统。本发明的一些实施方案可能只使用一级来实现 高动态增益。在一些实施方案中，来自APD的替代反馈回路被 实现。这种替代反馈回路包括返回光学载波来源的路径，而且 该回路是为了控制载波的输出水平而配置的。

在本发明的一些实施方案中，当检测到的发射网络要素所 收到的信号的水平低于预定的门限值的时候，增益装置被接入 发射网络要素的RF放大器。在接收网络要素中对应的增益装置 与RF放大器断开，以致系统的总增益实质上没有变化。当信号 水平上升到高于预定的门限值的时候，发射器中的增益装置被 拆除，而接收器中的装置被再次接入。在维持总增益不变的同 时转换发射网络要素的增益的一些优势是在保持总的系统信噪 比实质上不变的同时增加蜂窝系统的实用性。

在本发明的一些实施方案中，光学载波是用两个以上具有 不同的增益特性的光学接收器收到的。依据收到的信号水平， 接收网络要素中的开关选择使用哪个光学接收器重建初始的RF 信号。一些实施方案的一些优势是选择不同的接收器的能力将 增加系统的总的动态范围。

在本发明的一些实施方案中，初始的RF信号是用宽带模数 转换器转换成数字信号的。数字信号被用来调制光学载波，而 RF信号是在接收网络要素中用数模转换器复原的。

在本发明的一些实施方案中，经过调制的光学载波被分成两 个以上被发射网络要素分开发射的分开的可调节的光学载波。诸 如频道特性之类的参数是在接收网络要素对每个光学载波进行测 量的，而且调节相应的对测量结果敏感的载波以便优化载波的传 输。在接收网络要素用接收部件接收和组合两个以上载波，而且 在其中重建初始的RF信号。一些实施方案的一些优势是通过把 经过调制的光学载波作为众多个个被单独优化的分开的载波发 射，诸如在载波路径之一中载波衰减之类的作用被减轻。

在本发明的一些实施方案中，光学载波是用众多RF子载波 调制的，而这些子载波本身又是分别用一个一个或多个传送信 息的信号调制的。

在本发明的一些实施方案中，将具有已知的特性的光学监 控信号从发射网络要素发射到接收网络要素。接收网络要素中 的监控接收器测量收到的监控信号的功率水平。用诸如载波的 信噪比之类度量被转移的信息的质量的载波参数指出的载波中 的恶化是依据收到的监控信号水平确定的。为了克服载波中的 恶化，经过调制的光学载波的功率对实测的监控信号水平敏感 被增加到取决于眼睛安全标准的最大的载波功率值。

如果载波功率在它的最大值，而且载波仍然过分地恶化， 则该载波的带宽将被减少。一些实施方案的一些优势是可变的 功率水平和可变的带宽的适当的组合将减轻在载波中引起恶化 的作用。通常，这些作用包括极端的天气条件和在引导光学载 波方面的不准确性引起的瞄准损失作用(pointing loss effects)。

所以，依照本发明的实施方案，将提供在蜂窝通信网络内 转移信息的方法，该方法包括下述行为：

从网络的第一网络要素发射光学载波；用～调制光学载波 信息；用包括在网络的第二网络要素中的雪崩光电二极管 (APD)检测经过调制的光学载波，以便恢复信息；以及

改变对光学载波的水平敏感的APD的增益，以避免APD 的饱和。

发射光学载波的行为可以包括发射来自激光二极管的相干 辐射。

作为替代，发射光学载波的行为可以包括发射来自发光二 极管的非相干辐射。

调制光学载波的行为可以包括用一个或多个包含信息的子 载波调制载波。

此外，检测经过调制的光学载波的行为可以包括测量APD 产生的输出水平，而改变对该水平敏感的APD的增益可以包括 改变对输出水平敏感的增益。

测量输出水平的行为可以包括利用第二网络要素中的中央 处理器(CPU)测量平均输出水平，而改变对输出水平敏感的 增益可以包括利用CPU改变增益。

检测经过调制的光学载波的行为可以包括测量APD的输出 水平，而发射光学载波可以包括改变对APD的输出水平敏感的 光学载波的功率水平。

改变光学载波的功率水平的行为可以进一步包括：

把反向的光学载波从第二网络要素发射到第一网络要素；

用APD的输出水平的指示调制反向的光学载波；以及 改变对所述指示敏感的功率输出。

该方法可以进一步包括用附加信息调制反向光学载波的行为。

此外，发射光学载波的行为可以包括借助介于第一网络要 素和第二网络要素之间包括自由空间的路径发射光学载波。

作为替代或补充，发射光学载波的行为可以包括借助介于第 一网络要素和第二网络要素之间包括光纤的路径发射光学载波。

该方法可以进一步包括为了避免APD的饱和改变至少对光 学载波的光学背景噪声水平和累积系统噪声之一敏感的APD的 增益的行为。

依照本发明的实施方案，进一步提供用来在蜂窝通信网络 内转移信息的装置，该装置包括：

网络的第一网络要素，其中包括：

适合发射光学载波的发射器；和

适合用信息调制光学载波的调制器；以及

网络的第二网络要素，其中包括：

适合检测经过调制的光学载波以恢复信息的雪崩光电二极 管(APD)；和

适合改变对光学载波的水平敏感的APD的增益以避免APD 饱和的增益控制器。

发射器可以包括发射相干辐射的激光二极管。

作为替代，发射器可以包括发射非相干辐射的发光二极管。

调制器可以适合用一个或多个包含信息的子载波调制光学 载波。

增益控制器可以包括适合测量APD产生的输出水平的检测 器，而且增益控制器可以适合改变对该输出水平敏感的APD的 增益。

第二网络要素可以包括适合测量作为平均输出水平的输出 水平和改变对平均输出水平敏感的增益的中央处理器(CPU)。

此外，增益控制器可以适合测量APD的输出水平，而发射器 可以适合改变对APD的输出水平敏感的光学载波的功率输出。

第二网络要素可以包括适合发射把APD的输出水平的指示 从第二网络要素传送到第一网络要素的反向光学载波的反向发 射的发射器，而且发射器可以适合改变对所述指示敏感的功率 输出。

第二网络要素可以包括用附加信息调制反向光学载波的反 向调制器。

发射器可以适合借助介于第一网络要素和第二网络要素之 间包括自由空间的路径发射光学载波。

作为替代或补充，发射器可以适合借助介于第一网络要素 和第二网络要素之间包括光纤的路径发射光学载波。

增益控制器可以适合改变至少对光学载波的光学背景噪声 水平和累积系统噪声之一敏感的APD的增益，以避免APD的 饱和。

依照本发明的实施方案进一步提供用来在蜂窝通信网络内 转移信息的装置，该装置包括：

网络的第一网络要素，其中包括：

适合接收和放大射频(RF)信号以产生经过放大的第一RF 信号的第一放大器；

指出收到的RF信号达到预定水平的检测器；

适合用对达到预定的水平敏感的预定的增益数值改变第一 放大器的增益的第一增益装置；和

用经过放大的第一RF信号调制光学载波并且发射经过调制 的载波的光学发射器；以及

网络的第二网络要素，其中包括：

接收经过调制的载波并且依据它产生复原的RF信号的光学 接收器；

适合接收和放大复原的RF信号产生经过放大的第二RF信 号的第二放大器；和

适合用实质上等于对在第一网络要素达到预定水平敏感的 预定的增益数值的负值的数值改变第二放大器的增益的第二增 益装置。

检测器可以产生对达到预定水平敏感的变增益信号，而光 学发射器可以把变增益信号传送给光学接收器。

第二网络要素可以包括将第二增益装置纳入对收到的变增 益信号敏感的第二放大器的中央处理器(CPU)。

依照本发明的实施方案，进一步提供用来接收在蜂窝通信 网络中发射的信息的装置，该装置包括：

适合接收用信息调制的光学载波和输出收到的经过调制的 载波的光学组件；

为了在第一光学单元的第一端接收已收到的经过调制的载波 和在其中传送收到的经过调制的载波而被耦合的第一光学单元；

为了接收已收到的经过调制的载波的第一部分而被耦合到 第一光学单元的第二端上而且是对它敏感的适合产生信息的第 一输出代表的第一接收器；

为了把已收到的经过调制的载波的第二部分传送到第二光 学单元之中而被耦合到第一光学单元上的第二光学单元；为了 接收已收到的经过调制的载波的第二部分而被耦合到第二光学 单元上而且是对它敏感的适合产生信息的第二输出代表的第二 接收器；和

在对已收到的经过调制的载波的水平敏感的第一和第二输 出中进行选择的开关。

第一部分对第二部分的比例可能被包括在介于30∶1和300∶1 之间的大致范围中。

装置可以进一步包括：

为了把已收到的经过调制的载波的第三部分传送到第三光 学单元之中而被耦合到第一光学单元上的第三光学单元；和

为了接收已收到的经过调制的载波的第三部分而被耦合到 第三光学单元上而且对它敏感适合产生信息的第三输出代表的 第三接收器，

其中开关可以在对已收到的经过调制的载波的水平敏感的 第一、第二和第三输出中进行选择。

第二部分对第三部分的比例可以被包括在介于30∶1和300∶1 之间的大致范围中。

装置可以进一步包括：

为了把已收到的经过调制的载波的第三部分传送到第三光 学单元之中而被耦合到第一光学单元上的第三光学单元；和

为了接收已收到的经过调制的载波的第三部分而被耦合到 第三光学单元上而且是对它敏感的适合产生信息的第三输出代 表的第三接收器，

而且开关可以在对收到的经过调制的载波的水平和第二和第 三接收器的操作能力敏感的第一、第二和第三输出中进行选择。

第一和第二光学单元当中至少有一个可以包括光纤。

依照本发明的实施方案，进一步提供用来在蜂窝通信网络 内转移信息的装置，该装置包括：

网络的第一网络要素，其中包括：

适合将射频(RF)信号转换成数字信号的模数转换器(ADC)， 其中RF信号是在网络内工作的无线电收发机可收到的；

为了接收数字信号而被耦合的而且适合用信号调制光学载 波的光学调制器；和

适合发射经过调制的光学载波的发射器；以及

网络的第二网络要素，其中包括：

为了接收经过调制的光学载波而被耦合的接收器；

适合依据经过调制的光学载波恢复数字信号的解调器；以及

适合转换数字信号以恢复RF信号的数模转换器(DAC)。

ADC的采样率可以等于或大于RF信号带宽频率的大约两倍。

数字信号可以包括由ADC产生的压缩的数字信号，而且 DAC可以适合将压缩的数字信号解压缩。

依照本发明的实施方案，进一步提供用来在蜂窝通信网络 内转移信息的装置，该装置包括：

网络的第一网络要素，其中包括：

适合接收包含信息的初始的射频(RF)信号并且将该信号 分成第一RF信号和第二RF信号的分路器；

为了用第一RF信号调制第一光学载波和发射经过调制的第 一光学载波而被耦合的第一光学发射器；和

为了用第二RF信号调制第二光学载波和发射经过调制的第 二光学载波而被耦合的第二光学发射器；

网络的第二网络要素，其中包括：

适合接收和解调经过调制的第一光学载波恢复第一RF信号 的第一光学接收器；

适合接收和解调经过调制的第二光学载波恢复第二RF信号 的第二光学接收器；和

为了把复原的第一和第二RF信号相加重建初始的RF信号 而被耦合的加法器；以及

把第一光学接收器与第一光学发射器耦合起来的第一反馈 网络，它改变对指示在第二网络要素实测的用经过调制的第一 光学载波转移的信息的第一质量的第一参数敏感的经过调制的 第一光学载波的第一特性。

该装置可以进一步包括第二反馈网络，它把第二光学接收 器与第二光学发射器耦合起来并且改变至少对指示在第二网络 要素实测的用经过调制的第二光学载波转移的信息的第二质量 的第二参数和第一参数之一敏感的经过调制的第二光学载波的 第二特性。

第一RF信号的水平可以不同于第二RF信号的水平。

作为替代或补充，第一RF信号的频率可以不同于第二RF 信号的频率。

经过调制的第一光学载波的参数可以不同于经过调制的第二 光学载波的参数，而所述参数可以选自波长、偏振和功率水平。

经过调制的第一光学载波实质上可以包括模拟调制，第一 特性至少可以包括经过调制的第一光学载波的带宽和水平之 一，而第一参数可以包括经过调制的第一光学载波的信噪比。

经过调制的第一光学载波实质上可以包括数字调制，第一 特性至少可以包括经过调制的第一光学载波的带宽和水平之 一，而第一参数可以包括经过调制的第一光学载波的误码率。

依照本发明的实施方案，进一步提供用来在蜂窝通信网络 内转移信息的装置，该装置包括：

网络的第一网络要素，其中包括：

适合用第一RF信号调制第一RF子载波的第一混频器；

适合用第二RF信号调制第二RF子载波的第二混频器；

为了把经过调制的第一和第二子载波相加产生组合RF信号 而被耦合的加法器；和

为了发射用组合RF信号调制的光学载波而被耦合的光学发 射器；以及

网络的第二网络要素，其中包括：

适合接收经过调制的光学载波和恢复组合RF信号的光学接 收器；

为了依据组合RF信号恢复作为分开的信号的经过调制的第 一子载波和调制的第二子载波而被耦合的分路器；

适合接收经过调制的第一子载波和恢复第一RF信号的第三 混频器；和

适合接收经过调制的第二子载波和恢复第二RF信号的第四 混频器。

第三混频器可以接收第一RF子载波，以便恢复第一RF信号， 而第四混频器可以接收第二RF子载波，以便恢复第二RF信号。

依照本发明的实施方案，进一步提供用来在蜂窝通信网络 内转移信息的方法，其中包括下述行为：

用包括在网络的第一网络要素中的第一放大器接收和放大 射频(RF)信号，以便产生经放大的第一RF信号；

用预定的增益数值改变对达到预定水平的RF信号敏感的第 一放大器的增益；

用经过放大的第一RF信号调制光学载波并且发射经过调制 的载波；

用包括在网络的第二网络要素中的光学接收器接收经过调 制的载波并且依据它产生复原的RF信号；

用第二放大器接收和放大复原的RF信号，以便产生经过放 大的第二RF信号；以及

用实质上等于预定的增益数值的负值的数值改变对达到预 定水平的RF信号敏感的第二放大器的增益。

该方法进一步包括在第一网络要素中产生对达到预定水平 的RF信号敏感的变增益信号并且把变增益信号传送给第二网络 要素的行为。

依照本发明的实施方案，进一步提供用来接收在蜂窝通信 网络中发射的信息的方法，其中包括下述行为：

在光学组件中接收用信息调制的光学载波并且从那里输出 收到的经过调制的载波；

将已收到的经过调制的载波耦合到第一光学单元的第一端 之中并且在其中传送已收到的经过调制的载波；

用与第一光学单元的第二端耦合的第一接收器接收已收到 的经过调制的载波的第一部分并且对它敏感产生信息的第一输 出代表；

将第二光学单元与第一光学单元耦合；

把已收到的经过调制的载波的第二部分传送到第二光学单 元之中；

用与第二光学单元耦合的第二接收器接收已收到的经过调 制的载波的第二部分并且对它敏感产生信息的第二输出代表；

以及

在对已收到的经过调制的载波的水平敏感的第一和第二输 出之间进行选择。

耦合的行为可以包括形成被包括在大约介于30∶1和300∶1 之间的范围中的第一部分对第二部分的比例。

第一和第二光学单元当中至少有一个可以包括光纤。

依照本发明的实施方案，进一步提供用来在蜂窝通信网络 内转移信息的方法，其中包括下述行为：

用模数转换器(ADC)将射频(RF)信号转换成数字信号， 其中RF信号是能用在网络内工作的无线电收发机接收的；

用数字信号调制光学载波；

把经过调制的光学载波从包括在网络的第一网络要素中的 发射器发射出去；

用包括在网络的第二网络要素中的接收器接收和解调经过 调制的光学载波，以便恢复数字信号；以及

用数模转换器(DAC)转换数字信号，以便恢复RF信号。

转换的行为可以包括以等于或大于RF信号的频率的大约两 倍的ADC的采样率采样。

在ADC中的转换行为可以包括压缩数字信号以形成压缩的 数字信号，而且在DAC中的转换行为可以包括将压缩的数字信 号解压缩。

依照本发明的实施方案，进一步提供用来在蜂窝通信网络 内转移信息的方法，其中包括下述行为：

接收包含信息的初始的射频(RF)信号并且将该信号分成 第一RF信号和第二RF信号；

用第一RF信号调制第一光学载波以产生经过调制的第一光 学载波并且把经过调制的第一光学载波从在网络的第一网络要 素中的第一光学发射器发射出去；

用第二RF信号调制第二光学载波以产生经过调制的第二光 学载波并且把经过调制的第二光学载波从在第一网络要素中的 第二光学发射器发射出去；

用在网络的第二网络要素中的第一光学接收器接收经过调 制的第一光学载波并且将经过调制的第一光学载波解调以便恢 复第一RF信号；

用第二网络要素中的第二光学接收器接收经过调制的第二 光学载波并且将经过调制的第二光学载波解调以便恢复第二RF 信号；

通过改变对指示在第二网络要素实测的用经过调制的第一 光学载波转移的信息的第一质量的第一参数敏感的经过调制的 第一光学载波的第一特性的第一反馈网络把第一光学接收器耦 合到第一光学发射器上；以及

把复原的第一和第二RF信号相加，以便重建初始的RF信号。

该方法可以进一步包括通过改变至少对指示在第二网络要 素实测的用经过调制的第二光学载波转移的信息的第二质量的 第二参数和第一参数之一敏感的经过调制的第二光学载波的第 二特征的第二反馈网络把第二光学接收器耦合到第二光学发射 器上的行为。

分离的行为可以包括提供不同于第二RF信号的水平的第一 RF信号的水平。

作为替代或补充，分离的行为可以包括提供不同于第二RF 信号的频率的第一RF信号的频率。

调制的行为可以包括提供不同于经过调制的第二光学载波 的参数的经过调制的第一光学载波的参数，其中所述参数选自 波长、偏振和功率水平。

经过调制的第一光学载波实质上可以包括模拟调制，第一 特性可以至少包括经过调制的第一光学载波的带宽和水平之 一，而且第一参数可以包括经过调制的第一光学载波的信噪比。

作为替代或补充，经过调制的第一光学载波实质上可以包 括数字调制，第一特性可以至少包括经过调制的第一光学载波 的带宽和水平之一，而且第一参数可以包括经过调制的第一光 学载波的误码率。

依照本发明的实施方案，进一步提供用来在蜂窝通信网络 内转移信息的方法，其中包括下述行为：

用第一RF信号调制第一RF子载波以形成经过调制的第一 子载波；

用第二RF信号调制第二RF子载波以形成经过调制的第二 子载波；

将经过调制的第一和第二子载波相加，以产生组合RF信号；

把用组合RF信号调制的光学载波从网络的第一网络要素发 射出去；

在网络的第二网络要素中接收经过调制的光学载波和恢复 组合RF信号；

把组合RF信号分成经过调制的第一子载波和经过调制的第 二子载波；

依据经过调制的第一子载波恢复第一RF信号；以及

依据经过调制的第二子载波恢复第二RF信号。

依照本发明的实施方案，进一步提供用来把容量分配给在 蜂窝通信网络中操作的网络要素的方法，其中包括下述行为：

提供众多空间上固定的网络要素，每个网络要素都有相应 的用来发射和接收与蜂窝通信网络相容的信号的容量；

把众多成对的网络要素用各自的光学载波耦合起来，每个 载波都是经过调制的，以便在分别耦合的网络要素对之间传送 信号；以及

借助光学载波在其间至少转移一部分对众多网络要素检测 到的信号水平敏感的被耦合的网络要素的容量。

空间上固定的网络要素可以是为了操作众多蜂窝系统而实 现的，而至少转移一部分容量可以包括在蜂窝系统之间转移容 量，而且众多的蜂窝系统包括任何在两个以上频带上操作的系 统，用两种以上多路复用方法操作的系统和由两个以上不同的 操作员操作的系统。

依照本发明的实施方案，进一步提供用来在蜂窝通信网络 中分配容量的装置，该装置包括：

第一组众多空间上固定的网络要素，每个网络要素都有相 应的用来发射和接收与蜂窝通信网络相容的信号的容量；和

第二组众多光学载波，每个载波都把一对网络要素耦合起 来并且都是经过调制的以便在其间传送信号，而且适合在其间 至少转移一部分对网络要素检测到的信号水平敏感的被耦合的 网络要素的容量。

依照本发明的实施方案，进一步提供用来在蜂窝通信网络 内转移信息的方法，其中包括下述行为：

把光学载波从网络的第一网络要素发射到网络的第二网络 要素；

用信息调制光学载波，以便把信息从第一网络要素转移到 第二网络要素；

把监控信号从第一网络要素发射到第二网络要素；

测量在第二网络要素收到的监控信号的功率水平；

产生收到的监控信号的功率水平和指示从第一网络要素转 移到第二网络要素的信息的质量的参数之间的映射；以及

至少调节对收到的监控信号的功率水平和映射敏感的光学 载波的发射功率水平和光学载波的通信带宽之一，以便维持从 第一网络要素转移到第二网络要素的信息的预定的最低质量。

发射监控信号的行为可以包括发射实质上与光学载波共线 而且波长实质上不同于光学载波的波长的光学监控信号。

作为替代或补充，发射监控信号的行为可以包括发射在光 学载波上作为子载波的监控频道。

调制光学载波的行为可以包括用模拟调制来调制光学载 波，而指示质量的参数可以包括光学载波的信噪比。

作为替代或补充，调制光学载波的行为可以包括用数字调 制来调制光学载波，而指示质量的参数可以包括光学载波的误 码率。

依照本发明的实施方案，进一步提供用来在蜂窝通信网络 内转移信息的装置，该装置包括：

网络的第一网络要素，其中包括：

把用信息调制的光学载波作为经过调制的光学载波发射出 去的光学发射器；

发射监控信号的监控信号发生器；和

控制发射器和监控发生器的第一中央处理器(CPU)；

网络的第二网络要素，其中包括：

接收经过调制的光学载波并且依据它产生复原信息的转换 器；

测量收到的监控信号的功率水平的检测器；

接收经过测量的功率水平的第二CPU；和

储存收到的监控信号的功率水平和指示复原信息的质量的 参数之间的映射的存储器，第一和第二CPU当中至少有一个适 合至少调节对收到的监控信号的功率水平和映射敏感的光学载 波的发射功率水平或光学载波的通信带宽，以维持预定的复原 信息的最低质量。

监控信号可以包括实质上与经过调制的光学载波共线发射 的而且波长可以实质上不同于经过调制的光学载波的波长的光 学监控信号。

作为替代或补充，监控信号可以包括在光学载波上作为子 载波工作的监控频道。

经过调制的光学载波可以包括模拟调制，而指示质量的参 数包括经过调制的光学载波的信噪比。

作为替代或补充，经过调制的光学载波可以包括数字调制， 而指示质量的参数包括经过调制的光学载波的误码率。

结合附图从下面的优选实施方案的详细说明将更全面地理 解本发明。

附图简要说明

图1是依照本发明的实施方案图解说明蜂窝网络的网络要 素之间的连接的示意图；

图2是依照本发明的实施方案展示对天线链路的两个基站 无线电收发机系统的细节的示意图；

图3是依照本发明的实施方案包括在图2所示链路中的光 电转换器的示意方框图；

图4是依照本发明的实施方案包括在图2所示链路中的负 反馈回路的示意方框图；

图5是依照本发明的实施方案的图2所示链路之一的示意 方框图；

图6是依照本发明的替代实施方案的图2所示链路之一的 示意方框图；

图7是依照本发明的进一步的替代实施方案的图2所示链 路之一的示意方框图；

图8是依照本发明的另一个实施方案的图2所示链路之一 的示意方框图；

图9是依照本发明的替代实施方案的图2所示两个链路的 示意方框图；

图10是依照本发明的实施方案图解说明图1所示蜂窝网络 的替代蜂窝网络的网络要素之间的连接示意图；

图11是依照本发明的实施方案在图2所示链路之一中发射 器和光电转换器之间的耦合的示意图；而

图12是依照本发明的实施方案展示当图11的耦合被实现 的时候用来优化传输过程的程序的步骤的流程图。

优选实施方案的详细描述

现在参照图1，它是依照本发明的实施方案图解说明蜂窝网 络20的网络要素之间的连接的示意图。网络20包括一个或多 个基站控制器(BSC)22。每个BSC22借助各自的BSC-BTS链 路32控制一个或多个基站无线电收发机系统(BTS)24A、24B、 24C、24D，在本文中也被统称为BTS24。每个BTS24本身又借 助各自的BTS-天线链路34A、34B、......、34H(在本文中也被 统称为链路34)被耦合到一个或多个通常相似的天线26A、 26B、......、26H上(在本文中也被统称为天线26)。每个链路 32、34都在各自链路的末端网络要素之间起全双工耦合作用。

网络20能依照一个或多个工业标准多路复用系统【例如时 域多路访问(TDMA)、频域多路访问(FDMA)和/或码域多路 访问(CDMA)系统】操作，而且在一些实施方案中能在为蜂 窝通信分配的射频(RF)频带中操作。网络20是为了使移动式 无线电收发机21能够借助天线26和移动式无线电收发机之间 的RF信号在被天线26覆盖区域内与另一个移动式无线电收发 机23通信而实现的。在一些实施方案中，至少一个BSC22与 在网络20外部的通信系统30通信，这样的系统包括任何由诸 如公共交换电话网(PSTN)之类硬连线电话网络、诸如因特网 之类分布式分组转移网络和不包括在网络20中的一个或多个蜂 窝网络组成的群体。在系统30和与之耦合的BSC之间的通信 可以经由BSC-外部系统链路36。

在这份揭示和权利要求书中，术语“网络要素”指的是任 何适合在上述的通信网络内操作和通信的基站控制器、基站无 线电收发机系统、移动式无线电收发机或天线。

依照一些实施方案，至少一些BSC22在它们自己之间转移 信息，这样的信息包括网络管理和网络操作信息，以及来源于 正在网络20内通信的移动式无线电收发机的信号。例如，当存 在从受一个BSC控制的蜂房向受第二个BSC控制的蜂房移交的 时候，后者发生。在各个BSC之间的信息是用各自的BSC-BSC 链路38转移的。

尽管为了清楚在图1中没有展示，但是每条链路32、34和 38都包括两套终端，每套终端都包括电路系统和终端之间的路 径。终端起把它们相关联的网络要素与路径耦合起来的作用和/ 或还可以起把在相关联的网络要素中产生的射频(RF)信号转 换成在路径上传输的光学信号的作用。人们将理解，在本发明 的一些实施方案中，终端将RF信号转换成光学信号，人们还将 理解，其它的媒体(例如RF、同轴电缆、纤维和熟悉这项技术 的人已知的其它的媒体)可以被使用。例如，链路34A包括在 BTS24A中的BTS-终端，在天线26A中的天线-终端和在终端之 间的自由空气路径。如同下面更详细地描述的那样，在BTS24A 中产生的RF信号在BTS-终端中被转换成光学信号。然后，光 学信号被BTS-终端经由大气发射给天线-终端，而天线-终端在 把信号传送给天线26A之前恢复初始的RF信号。在链路34a 中，相似的程序适用于RF信号从天线26A到BTS24A的传输。

图2是依照本发明的实施方案展现BTS-天线链路34A和34B 的细节的示意图。作为例子，链路34A和34B包括在本文中称 之为微波施主单元(MDU)43的共用BTS-终端和在本文中被 称为微波遥控单元(MRU)41的共用天线-终端。作为例子， 链路34A和34B有共用的上行链路路径53和共用的下行链路 路径107，下面将予以更详细的描述。如同下面更详细地描述的 那样，MRU41和MDU43两者都作为双工器，所以MRU41和 MDU43的一些电路元件对链路34A和34B是共同的。人们将 意识到链路34A和链路34B可能是作为具有分开的终端的独立 链路或作为具有与其它的链路共用的终端的链路实现的。每个 链路或链路群体都将有相应的上行链路路径和下行链路路径。

天线26A和26B被放在物理上远离BTS24A的位置，以致 在天线和BTS之间存在某个距离，例如大约500米，虽然本发 明的原则适用于其它长度的链路。天线26A和26B本身是分开 的，间隔取决于天线完成的功能。例如，如果天线26A和26B 作为用于分开的蜂房的天线，则天线实质上被放置在它们各自 的蜂房的中心。作为替代，如果天线26A和26B作为用于一个 蜂房的空间分集信号天线，则天线被大约为一个波长的距离分 开。在下文中，假定天线26A被用作空间分集天线，所以天线 26A接收“主”信号，而天线26B接收“分集”信号。

如同在下文中更详细地描述的那样，MRU41作为RF和光 学辐射之间的转换器，辐射在移动式无线电收发机21和BTS24A 之间传送信息。MRU41包括对MRU41内的元器件的操作参数 (例如元器件的供电电压或增益设定)提供全面控制的中央处 理器(CPU)27。

BTS24A被耦合到MDU43上，后者也作为RF和光学辐射 之间的转换器。MRU43包括对MRU43内的元器件的操作参数 提供全面控制的CPU81。依照一些实施方案，为了在MRU41 和MDU43中监视和/或控制链路34A和34B的元器件，CPU27 和/或CPU81也产生技术上已知的管理信号。作为替代或补充， 监视和/或控制一些元器件是通过遥控实现的。

在上行链路路径53中，移动式无线电收发机21把上行链 路信号传送到主天线和分集天线26A和26B。在包括在路径53 中的主信号路径40中，主天线26A接收它的上行链路信号作为 来自无线电收发机21的主信号，并且把该信号转移到双工器 42。双工器42起传送来自天线的主信号的作用，也起把下行链 路信号传送给天线的作用，下面将予以更详细地描述。主信号 被传送到带通滤波器(BPF)44，该带通滤波器依照一些实施方 案在由网络20操作所遵从的协议定义的用来传送上行链路信号 的带宽(例如824-849MHz)中操作并且拒绝其它频率下的信号。 来自BPF44的经过滤波的信号被提供大约70分贝总增益的低噪 声放大器(LNA)46和第二放大器48放大。经过放大的上行链 路主信号被输入到把来自放大器48的信号与下面予以描述的经 过放大的上行链路分集信号合并的组合器50。

在包括在上行链路路径53中的分集路径70中，分集天线26B 接收它的上行链路信号作为来自无线电收发机21的分集信号， 并且把该分集信号转移到双工器54。双工器54把分集信号转移 到BPF56和LNA58。双工器54、BPF56和LNA58的功能实质 上与前面描述的双工器42、BPF44和LNA46相同。来自LNA58 的经过放大和滤波的分集信号经由第二BPF60被转移到混频器 62。混频器62接收本地振荡器(LO)信号和来自BPF60的分 集信号，并且产生较高的和较低的中频(IF)。依照一些实施方 案，LO有大约为56MHz的频率，虽然任何其它适当的LO频 率也可以使用。BPF60是为了坚决杜绝本地振荡器(LO)信号 避免干扰LNA58而实现的。依照一些实施方案，如果网络在 824-849MHz下操作而且LO频率是56MHz，则BPF64传输较 低的IF(即，在768-793MHz的带宽内)并且拒绝包括较高的IF 的其它频率。较低的IF被为组合器50供应在频率方面偏离上 行链路主信号的上行链路分集信号的放大器65放大。

组合器50把组合起来的主信号和分集信号作为调制信号转 移到光发射器52。组合器50还设定被转移信号的水平，以便为 发射器52提供适当的调制深度。依照一些实施方案，发射器52 包括固态激光二极管。作为替代，发射器52是任何技术上已知 的发出可以被调制和检测的波的其它适当的电磁波发射器。调 制是作为技术上已知的任何类型的模拟或数字调制或它们的组 合实现的。在本发明的一些实施方案中，如同在技术上已知的 那样，调制是用一个或多个子载波实现的。在本发明的一些实 施方案中，发射器52是用电源设备(PS)51供电的，以致来 自发射器的平均功率输出近似恒定不变。在本发明的替代实施 方案中，衰减器49控制来自发射器52的功率输出，下面将予 以更详细的描述。

发射器52以大约在1-500毫瓦的范围内的功率或作为替代 以任何其它合适的功率产生波长大约在850纳米-1,550纳米的 范围内的相干辐射。辐射是用发射准直光学器件55准直成实质 上平行的射束的。例如，如果发射器52包括激光二极管，则光 学器件55包括用技术上已知的把二极管辐射的通常发散的光线 变成平行光的方法实现的一个或多个透镜和/或其它光学元器件 (例如光纤)的组合。依照一些实施方案，平行射束具有大约 在0.5-2.5mrad的范围内的发散度。在本发明的一些实施方案中， 光线是作为自由空间射束经由路径57被发射到MDU43的，在 这种情况下发射器52发出的功率优选低于入射到人身上时引起 有害作用的功率水平。在本发明的其它实施方案中，路径57包 括光纤，而且光学器件55包括对光纤的耦合光学器件。

来自发射器52的辐射被MDU43中的接收准直光学器件61 接收。光学器件61将收到的辐射聚焦在MDU43中的光电转换 器80上，该转换器把辐射转换成电信号，从而恢复来自组合器 50的电信号输出。转换器80还为该信号提供初始的前置放大 级。转换器80的操作和实现下面将参照图3予以更详细的描述。

来自转换器80经过前置放大的信号被转移到包括把主信号 和分集信号分开的滤波器的分路器82。主信号经由隔离BPF84 和主放大器86被传送到BTS24A。分集信号经由隔离BPF90被 传送到混频器92。混频器92通过将来自分路器82的信号和实 质上与在MRU41中所用的相同的LO频率混合把分集信号转换 到它们原来的频率。经过转换的分集信号在转移到BTS24A之 前在放大器94中被放大。BTS24A接收主信号和分集信号两者 并且依照被网络20利用的协议处理信号。

BTS24A还经由依照一些实施方案可能在869-894MHz的频 带(尽管可以使用按照在网络20中实现的通信协议可用的任何 其它适当的频带)中的下行链路路径107为无线电收发机21供 应下行链路信号。信号转移到可变的衰减器96，后者设定信号 的水平，以便为光学发射器100准备适当的调制深度。在本发 明的一些实施方案中，来自衰减器96的信号经由加法器101(其 功能下面将参照图4予以解释)转移到发射器100。在其它的实 施方案中，加法器101是不存在的，来自衰减器96的信号被直 接输入发射器100。发射器100优选在操作和实施方面实质上类 似于发射器52，提供用前面就发射器52所描述的方法之一调制 的电磁波输出。在本发明的一些实施方案中，发射器100用电 源设备103供电，以致来自发射器的功率输出近似地恒定不变。 在本发明的替代实施方案中，衰减器98控制发射器100的功率 输出，下面将予以更详细的描述。

来自发射器100的辐射是用发射准直光学器件102准直的。 光学器件102通常类似于光学器件55，而且是为了产生发散度 在大约0.5-2.5mrad范围内的射束而实现的，这将取决于发射器 100。来自发射器100的辐射经由包括自由空间和/或光纤的路径 59被发射出去，而且是用MRU41中的接收准直光学器件109 接收的。光学器件109把收到的辐射聚焦在MRU41中的光电转 换器104上，后者把辐射转换成电的信号，从而恢复输入发射 器的电信号。依照一些实施方案，转换器104实质上在操作和 实施方面类似于转换器80，为来自发射器100的复原信号提供 前置放大级。

在本发明的一些实施方案中，经过前置放大的复原信号经 由其功能将参照图4予以描述的滤波器105被转移到功率放大 器(PA)106。在本发明的其它实施方案中，滤波器105是不存 在的，而且经过前置放大的复原信号被直接转移到PA106。PA106 将功率水平增加到适当的最终输出水平，然后来自PA106经过 放大的信号被转移到双工器42和54。然后，最终的输出信号从 天线26A和26B发射到移动式无线电收发机21。

图3是依照本发明的一些实施方案的光电转换器80的示意 方框图。在下文中对于转换器80的解释在作必要的修正之后也 适用于转换器104。依照一些实施方案，转换器80内的元器件 全被置于CPU81的控制之下。转换器80包括雪崩光电二极管 (APD)150，例如由Mitsubushi Electric Corpoation of Tokyo， Japan生产的PD8042。作为替代，APD150包括任何其它的能够 检测由发射器52发出的辐射的雪崩光电二极管。在本发明的一 些优选实施方案中，APD150包括为给光电二极管供电而实现的 集成高压电源(PS)158。在本发明的其它优选实施方案中，电 源158是转换器80内的独立元器件。

来自APD150的电流输出与载波的光学背景噪声水平和累 积系统噪声一起取决于光学载波的光学功率水平。来自APD150 的电流输出是诸如Anadigics Incorporated of Warren，New Jersey 生产的互导倒数放大器ATA 30013D1C或性质通常相似的互导 倒数放大器之类的低噪声前置放大器152的输入。放大器152 的输出电压水平是在检测器154中测量的。依照一些实施方案， 用检测器154测量的水平是平均水平(求平均值的类型和参数 是由CPU81设定的)，而且是光学功率水平、光学背景噪声水 平和累积噪声的函数。

依照一些实施方案，经过实测的检测器154的输出被控制 单元156用来设定PS158加在APD150上的电压输出。作为替 代，检测器154的输出被CPU81用来设定PS158的电压输出。 加在APD150上的电压输出设定APD的增益。在本发明的一些 实施方案中，APD150的增益是变化的，以致当APD保持在它 的操作范围中的时候，转换器80的动态范围为大约50分贝， 所以由于载波水平或噪声水平太高造成的APD饱和得以避免。

人们将意识到放大器152、检测器154、控制单元156和PS158 组成对于在APD收到的给定的辐射水平作为APD150的增益控 制器操作的第一负反馈回路162。本发明的一些实施方案包括用 来控制入射到APD150上的辐射水平的第二负反馈回路，在下 文中将予以描述。

图4是依照本发明的实施方案包括衰减器49、加法器101 和滤波器105的第二负反馈回路164的示意方框图。在回路164 中，在转换器80中用检测器154测量的水平被输出到包括在 MDU43中的检测器信号转换器83。转换器83包括能够把代表 检测器154输出的检测器信号水平的调制输入信号提供给发射 器100的上述的MDU43的元器件和/或BTS24A的元器件。作 为替代或补充，转换器83包括一个或多个其它的技术上已知的 能够把代表检测器信号水平的调制输入信号提供给发射器100 的元器件。例如，转换器83包括接收来自检测器154的电压并 且把该电压变换成由CPU产生的管理信号之一的CPU81。作为 替代，检测器信号转换器83包括产生对检测器154输出的检测 器电压信号敏感的频率的电压频率转换振荡器。所产生的频率 可以用来调制在把经过调制的子载波与正在从BTS24A发射的 下行链路信号组合起来的转换器83内产生的子载波，然后组合 信号被用来调制发射器100。用来为发射器100产生代表检测器 信号水平的调制输入信号的其它系统对于熟悉这项技术的人将 是显而易见的。所有这样的系统都被包括在本发明的范围之中。 来自转换器83的调制信号在加法器101中与来自BTS24A的(经 由衰减器96传送的)信号组合，而组合信号被用来调制发射器 100，从而产生包括转换器80收到的功率水平的指示的下行链 路信号。

转换器104接收来自发射器100的下行链路信号，并且把 该信号转移到滤波器105。滤波器105把功率水平指示从下行链 路信号中分离出来，实质上下行链路信号的剩余部分被传送给 PA106，如同前面描述的那样处理。功率水平的指示被传送给检 测器信号恢复装置53。装置53包括上述的MRU41的能够依据 功率水平的指示恢复代表检测器154输出的检测器信号水平的 信号的元器件。人们将意识到包括在装置53中的元器件取决于 转换器83用来完成其转换的方法。例如，如果转换器83利用 上述的管理信号，则恢复装置53可以包括用来产生复原信号的 CPU27。作为替代，装置53可以包括依照转换器83用来完成 其转换的系统选定的对于熟悉这项技术的人将显而易见的其它 的元器件。例如如果转换器83利用电压频率转换振荡器，则装 置53可以包括频率电压转换器。

复原的信号被CPU27直接或通过诸如通过从复原的信号产 生的信号之类技术上已知的其它方法作为控制信号用于衰减器 49。衰减器49能够控制本身又设定发射器52的功率输出的 PS51。如同在上文中描述的那样由第二反馈回路164产生的控 制信号维持在转换器80收到的功率尽可能恒定不变。

依照一些实施方案，通过使用带一个放大级的APD，可以 在不蒙受可能在技术上已知的提供高动态范围的多级光学接收 器中发现的损失的情况下实现高动态范围。人们将意识到如同 前面参照图2、3和4描述的那样，本发明的一些实施方案使用 带增益控制的APD以避免APD饱和。当上述的实施方案已参 照BTS-天线链路予以描述的时候，人们将意识到在蜂窝通信系 统的诸网络要素之间所有的链路都被包括在本发明的范围之 内，其中为了避免APD的饱和，链路都包括带增益控制的雪崩 光电二极管。

图5-8是依照本发明相应的一些实施方案在天线26A和 BTS24A之间的链路151A、171A、191A和211A的示意方框图。 除了下面描述的差异之外，每条替代链路151A、171A、191A 和211A的操作通常都类似于链路34A的操作(图1-4)，以致 在链路34A和相应的替代链路中用相同的参考数字指示的元器 件通常在构造和操作方面是同一的。熟悉这项技术的人将能够 把下文中描述的差异应用于诸如链路34B之类其它链路的实 现。

图5是在天线26A和BTS24A之间的链路151A的示意方 框图。(为了清楚，所有的链路34B独有的元器件都已从图5中 删除)。下文中的描述假定链路151A是中通过更换和/或除去前 面参照图2-4被描述的链路34A的元器件在MRU41和MDU43 实现的。

在MRU41中，放大器150代替放大器48。放大器150包 括测量来自LNA46的信号的门限水平的检测器电路152。放大 器150还包括增益用+G表示的增益装置153，该增益装置可以 在可转接的基础上被应用于放大器中的信号。这种转接优选被 置于CPU27的控制之下。

在MDU43中，放大器156代替放大器86。放大器156包 括有与增益装置153的增益相反的增益(用-G表示)的增益装 置158。增益装置158还可以在可转接的基础上被应用于放大器 156中的信号。这种转接优选被置于CPU81的控制之下。

在链路151A的操作期间，检测器电路152测量输入到放大 器150之中的信号水平。如果该信号水平落到用St表示的门限 信号水平以下，则增益装置153被合并到放大器150的总增益 中。这种合并受CPU27监控，它把变增益信号经由上行链路53 传送给MDU43，从而表明合并已经发生。在收到变增益信号的 时候，增益装置158被合并到放大器156之中。如果检测器电 路152测量的信号水平升高到水平St以上，则实现上文中描述 的过程的逆过程，在那个时刻增益装置153和158被分别从它 们的放大器中撤出。

人们将意识到通过反向转接放大器150和156的增益，上 行链路53的总增益实质上保持恒定不变。然而，发射器52所 需要的动态范围与没有增益转接时将需要的范围相比被减少 了，因为来自放大器46的低信号水平在被应用于发射器52之 前通过在放大器150中增加增益而得到补偿。因此，在缺乏增 益转接时以别的方式已变得非常低的信噪比对于来自放大器46 的低信号水平被大大增加。

在一些实施方案中，与上文中描述的那种系统相似的系统 被用于这样的光学链路，在该链路中雾之类的天气影响有可能 降低在MDU43收到的信号水平，与晴朗条件下的信号水平相比 较。可能降低信号水平的其它影响包括(准直光学器件的)瞄 准损失和大气的衰减作用。

图6是依照本发明的另一个实施方案在天线26A和BTS24A 之间的链路171A的示意方框图。下文中的描述假定链路171A 是通过在链路34A中更换和添加元器件在MRU41和MDU43中 实现的。

在MDU43中，光学器件170代替光学器件61。光学器件170 把入射的辐射聚焦到光纤173上，后者把辐射转移到起第一辐 射接收器作用的转换器80。第二光纤175被耦合到光纤173上， 以便接收一部分在光纤173中转移的辐射，而且第二光纤在其 中把辐射转移到第二接收器174。依照一些实施方案，这个部分 落在大约0.3％-3％的范围内。在一些实施方案中，接收器174 是包括其输出被互导倒数放大器放大的PIN二极管检测器的辐 射接收器。除了APD150被PIN二极管代替之外，接收器174 在操作和构造方面通常与转换器80相同。人们应该理解，接收 器174远远不如转换器80灵敏，因为在两个电路中使用不同的 光电二极管。

第三光纤177被耦合到光纤175上，以便接收在光纤175 中转移的通常与前面描述的那部分相同的辐射，而且第三光纤 在其中把辐射转移到第三接收器176。依照一些实施方案，接收 器176包括被耦合到电阻型匹配负载上的PIN二极管，接收器 的输出是在没有放大的情况下从该负载获取的。因此，接收器176 远远不如接收器174敏感，因为在接收器176中缺乏放大。

在一些实施方案中，开关178在CPU81的控制之下被连接 到转换器80、接收器174和接收器176的输出端上。开关178 能够选择哪个输出将被传送到分路器82，这种选择是依照在光 学器件170处的输入信号水平进行的。在一些实施方案中，开 关178默认接收来自转换器80的输出，并且对于低输入信号水 平继续接收来自该转换器的输出。在给转换器80的信号增加的 情况下，转换器接近饱和，而这将被CPU81检测到。此时，CPU81 将变更开关178，以便接收来自接收器174的输出。随着信号水 平继续增加，接收器174接近饱和，于是开关178被CPU81切 换到接收来自接收器176的输出。

上述系统包括不同灵敏度的多级接收器，最不灵敏的接收 器被直接耦合以便接收光学输入信号，而比较灵敏的接收器经 由各自的衰减器接收光学信号。人们将意识到这种被耦合到累 进增强的衰减器上的级联接收器系统使动态范围宽广的系统能 够用动态范围原本就比较小的接收器来实现。

在本发明的一些实施方案中，接收器174和176和它们耦 合的光纤175和177是用相应的接收器180和182和相应的光 纤179和181复制的。复制的接收器和光纤以实质上与接收器 174、176和光纤175、177相同的方式耦合到光纤173上。当实 现接收器180和182的时候，开关178被实现，以便能够选择 这些接收器以及接收器174和176。因此，接收器180和182可 以起备用接收器的作用，而且是在接收器174或接收器176不 起作用时被开关178选用的。

在一些实施方案中，包括诸如一个或多个透镜和/或一个或 多个全或半反射镜和/或一个或多个射束分离器之类光学要素的 光学单元代替相应的光纤及其耦合。实现这种可以被用来代替 光纤的光学单元的方法对于熟悉这项技术的人将是显而易见 的。所有这样的光学单元都被认为是包括在本发明的范围之内。

图7是依照本发明的替代实施方案在天线26A和BTS24A 之间的链路191A的示意方框图。下文中的描述假定链路191A 是通过在链路34A中添加元器件在MRU41和MDU43中实现 的。

模数转换器(ADC)190被插在组合器50和发射器52之间。 在一些实施方案中，实现了ADC190的采样率至少等于输入 MRU41的RF信号带宽的最高频率的两倍。在本发明的一些实 施方案中，为了实现适当的采样率，ADC190包括一个或多个 滤波器、信号处理单元和/或频率转换器。ADC190的输出提供 在并串行转换器194中被转换成串行数字输出的并行数字输出。 串行数字输出作为把相应的经过调制的脉冲光学输出经光学器 件55发射到MDU43的发射器52的输入。在MDU43中，数模 转换器(DAC)192被插在转换器80和分路器82之间。在本 发明的一些实施方案中，为了实现适当地恢复信号，DAC192 包括一个或多个滤波器、信号处理单元和/或频率转换器。 DAC192转换收到的经过调制的脉冲输出，以便恢复最初的RF 信号和把该信号传送给分路器82。

通过将MRU41和MDU43之间的数据传输数字化，技术上 已知的标准的信号增强和改善技术可以被应用于数据。例如， CPU27把数字化的信号作为数据包发射出去，而且每个数据包 都可以有被并入数据包的校验和。CPU81检查该校验和，而且 校验和不正确的数据被重新发送。在一些实施方案中，来自 ADC190和/或转换器194的数据被压缩，压缩数据调制发射器 52，而DAC192恢复压缩数据并且把它解压缩以便恢复最初的 RF信号。

人们将意识到参照图7描述的数字化使上文中描述的自由 空间的光学系统能更有效地操作，例如，减少激光功率、使用 标准的元器件和/或使用信号处理。

图8是依照本发明进一步的替代方案实施方案在天线26A 和BTS24A之间的链路211A的示意方框图。下文中的描述假定 链路211A是通过在链路34A中添加和更换元器件在MRU41和 MDU43中实现的。

在MRU41中，分路器202被添加在组合器50后面。分路 器202是为了把来自组合器50的RF信号分成两个非同一的信 号而实现的。例如，分路器202输出两个幅度比等于n∶1但在其 它方面实质上相似的信号，在这种场合n实质上是不同于1的 数字，例如2。来自分路器202的每个信号输出被用来分开调制 各自的光学发射器204和206，这两个发射器被用来代替发射器 52并且每个发射器实质上都如同发射器52那样发挥作用。来自 发射器204和206的辐射被各自的准直发射光学器件205和207 作为两个分开的射束发射到MDU43。

在MDU43中，接收光学器件61被分别接收来自发射光学 器件205和207的射束的接收准直光学器件209和210代替。 每个射束被分别聚焦到代替转换器80而且每个实质上都如同转 换器80那样发挥作用的转换器212和211上。来自转换器211 和212的输出在为了恢复初始的RF信号而配置的加法器213中 相加。复原的RF信号作为分路器82的输入。

把来自MRU41的辐射分成两个分开的射束与一个射束的情 况相比将改善在接收条件恶劣时的总信噪比。在恶劣的接收条 件下，例如在有大气扰动存在的情况下，单一的射束在某些时 候事实上可能被完全衰减。在上文描述的双重射束系统中，两 个射束实质上被同时全面减少的机会要小很多。

人们将意识到分路器202可以是为了用一种或多种不同于 上面描述的幅度分离法的方法分离RF信号而实现的。例如，分 路器202可以包括把RF信号分成两个以上滤波频带从而减少经 过调制的射束之间的串音干扰的频率滤波器。一些频带调制发 射器204，而其余的频带调制发射器206。加法器213是为了通 过把在转换器211和212中复原的分开的频率相加恢复RF信号 而实现的。人们还应该理解由于发射器204和206是截然不同 的，所以它们可以是用不同的特性，甚至是用不同的系统实现 的，例如一个是LED，而另一个是激光器。此外，发射器204 和206可以是为了以能够优化系统性能的不同的波长和/或不同 的偏振和/或不同的功率水平发射而实现的。在这种情况下，为 了检测入射的射束，光学器件209、210和转换器211、212在 必要时将被改变。

在一些实施方案中，第一反馈电路被配置在转换器212和 发射器204之间，而第二反馈电路被配置在转换器211和发射 器206之间，这些反馈电路实质上如同前面就反馈回路164(图 4)描述的那样实现的。依照一些实施方案，每个反馈电路都是 为了维持转换器212和转换器211收到每个功率水平实质上恒 定不变而配置的。作为替代或补充，每个反馈电路都把对于它 们各自的射束度量信息转移质量的参数维持在最佳水平。这样 的参数包括信噪比和误码率，而它们的用途将在下面参照图12 予以更详细的描述。人们将意识到因为存在分开的反馈电路， 从发射器204和206发出的光学辐射的特性(例如功率水平和/ 或带宽)通常将是不同的。

图9是依照本发明进一步的替代方案实施方案在天线26A 和BTS24A之间的链路230A和在天线26B和BTS24A之间的 链路230B的示意方框图。除了下面描述的差异之外，每个链路 230A和230B的操作通常与链路34A和34B(图1-4)类似， 所以在链路34A、34B和链路230A、230B中用相同的参考数字 表示的元器件在构造和操作方面通常是同一的。下文的描述假 定链路230A和230B是通过在链路34A和34B中添加和更换元 器件在MRU41和MDU43中实现的。

在MRU41中放大器48的输出(在本文中称之为RF信号1) 被馈送到也接收来自第一信号发生器222的本地第一子载波频 率RF1的混频器220。混频器220产生经过调制的信号，该信 号在作为经过调制的RF 1输入提供给加法器226之前用BPF224 滤波。类似地，BPF60的输出(在本文中称之为RF信号2)被 馈送到也接收来自第二信号发生器230的本地第二子载波频率 RF2的混频器228。混频器228产生经过调制的信号，该信号经 BPF232滤波之后作为经过调制的RF2输入被输入到加法器226 之中。加法器226把它的两个输入相加并且把相加后的合成RF 信号供应给实质上如同前面参照图2-4描述的那样操作的发射 器52。(在MRU41中，元器件220、222、224、226、228、230 和232代替元器件50、62、64和65)。

在MDU43中，转换器80产生复原后的合成RF信号并且 把该合成信号输入分路器234。分路器234是为了恢复作为分开 的信号的经过调制的RF1和RF2信号而实现的。分开的信号被 分别输入混频器238和236。混频器238也接收在频率方面实质 上等于第一子载波RF1的信号并且使用这个信号恢复RF信号 1。类似地，混频器236接收在频率方面实质上等于第二子载波 RF2的信号并且恢复RF信号2。(在MDU43中，元器件234、 236和238代替元器件82、84、90和92)。然后，RF信号1和 RF信号2分别经由放大器86和94被发射到BTS24A。

回过来参照图1，人们将意识到任何BTS-BSC链路32、 BSC-BSC链路38、或者BSC-外部通信系统链路30都可以依据 前面参照图2-9描述的一个或多个系统予以实现。

图10是依照本发明的替代实施方案图解说明蜂窝网络250 的各个网络要素之间的连接的示意图。除了下面描述的差异之 外，网络250的操作通常与网络20(图1)类似，以致在网络20 和250中用相同的参考数字表示的元器件通常在构造和操作方 面是同一的。网络250被安装在一栋建筑物270中，而天线26A、 26B和26C被这样定位，以致覆盖建筑物内某些特定的区域， 例如相应的楼层270A、270B和270C。通常，建筑物270对于 外部的通信辐射起屏蔽作用，所以为了覆盖建筑物内部，天线 必须位于建筑物内。依照一些实施方案，天线26A、26B和26C 所覆盖的区域至少是部份地重叠的。链路34A、34B和34C是 依照前面关于图2-9描述的任何系统或这类系统的组合实现的。

在本发明的一些实施方案中，在诸如网络20或网络250之 类的网络内的天线是以动态的方式分配给基站的。诸如天线 26A、26B和26C(网络20或网络250)的天线是根据一个或多 个预定的参数(例如对使用的需求量)分配频道和/或通信带宽 的。在一些优选实施方案中，这种分配受在BTS24A内的中央 处理器的控制。例如，在某个特定的时刻在建筑物270中(图 10)，底楼27C可能经历大的需求量，而楼层27A和27B可能 经历低需求量。在这种情况下，天线26C将分配到较多的带宽， 而天线26A和26B将分配到较少的带宽。

除了动态地分配与单一的BTS耦合的天线之外，本发明的 一些实施方案还借助前面描述的通信链路横跨网络分配天线。 这种形式的分配使网络能够在网络的不同区段中通过横跨网络 转移容量应付变化的负荷，而不必安装通常可能利用不足的设 备。例如，如果在网络20中(图1)天线26D和26H经历比BTS24B 能够处理的需求量大的需求量，BTS24B将通知它的本地 BSC22。然后，BSC22将检查一下在网络20中是否存在有“多 余”容量的BTS(例如BTS24C)。在这种情况下，BTS24C(经 由链路32和链路3 8)被这样耦合到BTS24B上，以致两个一起 操作的BTS能够处理天线26D和26H上的需求量。类似的系统 可以被单一的BTS(例如BTS24A)用来在直接与该BTS耦合 的天线(例如，天线26A、26B和26C)之间转移容量。

人们将意识到在网络20中配置一个以上蜂窝系统的情况 下，可以用在上文中关于图10描述的方法在系统之间转移容量。 替代的多重系统对于熟悉这项技术的人将是显而易见的，而且 包括但不限于在网络20中实现的两个或多个蜂窝系统(例如， 可以由不同的操作员操作的CDMA和TDMA系统或两个CDMA 系统)、两个或多个频带和/或两种或多种多路复用方法。

图11是依照本发明的实施方案在发射器52和光电转换器80 (图2)之间的耦合280的示意图。耦合280除了在上文中参照 图2描述的那些之外包括在MRU41和MDU43中的要素。为了 清楚，仅仅在下面关于耦合280的描述中提及的要素被展示在 图11中。耦合280包括在MRU41中位于发射器52和光学器件 55之间的射束组合器282。该射束组合器接收来自监控信号发 射器284的光学监控信号285。在一些实施方案中，发射器284 以不同于发射器52的波长发射，在这种情况下组合器282是为 了有选择地把高百分比(例如大约90％)的监控信号反射到光 学器件55上和把其余部分传输到监控水平监视器294上而实现 的。监视器294所产生的水平被CPU27读出，因此后者能够监 视监控信号的传送水平。

组合器282是为了从发射器52发射实质上全部收到的光线 而实现的。最优选，发射器52、射束组合器282、发射器284 和光学器件55是这样安排的，以致从光学器件55发射的上行 链路光学监控信号286实质上与来自发射器52的上行链路射束 290同在一条直线上。

耦合280还包括在MDU43中位于光学器件6 1和光电转换 器80之间的射束分离器288，。在一些实施方案中，分离器288 是为了把实质上全部的上行链路射束290发射到转换器80上和 反射实质上全部的光学监控信号286而实现的。分离器288把 光学监控信号286反射到测量收到的监控信号的功率水平的监 控检测器292上，该水平将被CPU81读出。因此CPU81能够 监视监控信号286的接收水平。受CPU27和CPU81监视的发 射和接收监控信号水平被分别用来针对通过发射器52发射的经 过调制的载波优化发射功率水平和频道带宽。优化是必要的(因 为在MRU41和MDU43之间的大气光学路径中衰减发生变化) 而且是借助在收到的监控功率水平和度量用载波转移的信息的 质量的参数之间的映射实现的。该映射被储存在MDU43中的存 储器296和/或MRU41中的存储器298之中，这些存储器是供 CPU81和/或CPU27使用的。优化和映射的细节是在下面参照 图12予以描述的。

人们将意识到监控频道而不是分开的光学监控信号可以被 合并成从发射器52发射到转换器80的射束中的子载波，以致 无论是光学监控信号还是监控频道都在发射器和转换器之间起 监控信号的作用。监控频道可以用通常与在上文中就光学监控 信号286所描述的相同的方式进行分析。人们将进一步意识到 无论是光学监控信号系统还是监控频道系统也都可以用来补偿 上文中描述的瞄准损失。

图12是依照本发明的实施方案展示用来在实现耦合280时 优化来自发射器52的发射的程序300的步骤的流程图。程序300 最优选是通过必要时CPU81和CPU27的通信实现的。

在标定步骤301中，收到的监控信号286的功率水平(监 控-功率)与收到的上行链路射束的信噪比(上行链路-SNR)建 立起映射关系。该映射是通过单调地改变发射监控信号的功率 水平和发射上行链路射束的功率水平准备的，两个发射功率水 平优选被设定为线性相关的，最优选实质上相等。对于每个监 控信号的发射功率水平，都设定相应的上行链路射束的发射功 率水平，并且测量收到的监控信号的功率水平和上行链路-SNR。 在一些优选实施方案中，标定是在MRU41和MDU43在它们的 通信网络中运行之前完成的，而且被储存在存储器296和/或存 储器298中。

在测量步骤302中，在MRU和MDU43的操作期间，监控- 功率是用检测器292测量的，而相应的上行链路-SNR是依据标 定值找到的。

在第一次比较304中，评估上行链路-SNR，以便确定它是 否是太高，即确定它是否高于为了以用于上行链路射束的最大 的通信带宽发射所必需的。用于上行链路射束的最大的通信带 宽是在网络内实现MRU41和MDU43之时设定的。如果上行链 路-SNR太高，则在降低步骤306中，降低发射器52和发射器284 的发射器功率。这种降低是通过CPU81与CPU27通信完成的， 而且这种减少是通过每逢调用步骤306时CPU27都把功率水平 减少预定的调节水平实现的。

如果上行链路-SNR不是太高，那么在第二次比较308中， 检验上行链路-SNR，看看它是否低于优选在网络安装时预先设 定的对于上行链路射束的最佳性能必不可少的SNR水平。如果 上行链路-SNR并非低于必要的SNR水平，程序300返回到步 骤302，而CPU81和检测器292如同前面描述的那样使用步骤 304、306和308继续监视上行链路-SNR。

如果上行链路-SNR低于必要的SNR-水平，则在第三次比 较310中，检验发射器52的发射功率，看看它是否在预先设定 的最大值。在一些实施方案中，最大值设定在能引起眼睛损伤 的数值以下。如果功率不在最大值，则在增加步骤312中，增 加发射器52和发射器284的发射功率，优选按预定的调节水平 增加。

如果发射器52在它的最大功率水平，则在第一带宽步骤314 中，假定实现所需要的最低SNR-水平(在比较步骤308中使用 的)，计算可能的最大通信带宽。

在第二带宽步骤316中，CPU27和CPU81中和/或在通信 网络的网络要素中的其它处理单元把MRU41和MDU43之间的 通信带宽减少到可能的最大值。减少通信带宽通常包括减少已 被分配的许多频道和/或代码和/或频率，所以当剩余的带宽维持 必要的SNR最小值的时候，总容量被减少。

假定MRU41和MDU43之间的通信实质上是模拟通信，在 这种场合上行链路射束290是模拟调制的，描述了程序300。人 们将意识到与程序300类似的程序能应用于供数字通信系统使 用的耦合280。依照一些实施方案，使用误码率(BER)判据， 而不是如同就标定步骤301和步骤302、304和308描述的那样 使用SNR。因此，BER和收到的监控-功率的标定映射是在步骤 301中产生的，而在比较308中检验BER，看看它是否在预先 设定的必要的BER水平以上。

在数字通信的情况下，步骤314和316的带宽适应程序被 改变前向纠错(FEC)代码的增益的程序代替。FEC增益确定 借助上行链路射束290转移的信息速率，而且随着FEC增益增 加，信息速率减少。信息速率的减少是通过使较少的用户能够 使用通信链路同时就减少的用户数量而言维持令人满意的服务 质量实现的。

人们将意识到当程序300实质上被应用于模拟通信的时候， 光学载波的SNR被用作度量通过载波转移的信息的质量的参 数。当程序300实质上被应用于数字通信的时候，BER被用作 度量通过载波转移的信息的质量的参数。

人们应该理解，如果光学监控信号286被从发射器52到转 换器80的射束上的监控频道代替，则实质上与程序300类似的 程序适用。

熟悉这项技术的人将能够使前面参照图11和图12对上行 链路连接给出的描述和修正适合实现下行链路连接。

人们将意识到上述的实施方案是作为例子被引证的，而且 本发明不局限于上文中已被具体地展示和描述的东西。然而， 本发明的范围包括在上文中描述的各种不同的特征的组合和准 组合两者，以及它们的在熟悉这项技术的人阅读前面的描述之 时将发生的而且在现有技术中尚未揭示的变化和修改。

相关的专利申请

这份申请要求转让给这份专利申请的受让人并在此通过引证 被并入本文的于2000年11月10日申请的第60/247,060号、2000 年11月9日申请的第60/247,395号、2000年11月27日申请的 第60/253,365号、2001年1月3日申请的第60/259,812号、2001 年1月3日申请的第60/259,813号、2001年1月3日申请的第 60/259,815号、2001年1月4日申请的第60/259,829号和200  年4月2日申请的第60/281,233号美国专利临时申请的利益。