CN101507150B

CN101507150B - 具有双波段贴片天线系统的光纤承载无线电应答器

Info

Publication number: CN101507150B
Application number: CN2007800304113A
Authority: CN
Inventors: 雅各布·乔治; 迈克尔·索尔; 路易斯·A·曾特诺
Original assignee: Corning Optical Communications LLC
Current assignee: Corning Research and Development Corp
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2007-08-15
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-08-15
Also published as: EP2052475A4; US7627250B2; WO2008021442A3; EP2052475A2; WO2008021442A2; US20080044186A1; CN101507150A

Abstract

光纤承载无线电(RoF)应答器包括转换器单元以及与转换器单元电耦合的天线系统，其中该单元被适配成将RF电信号转换成光信号，反之亦然。该天线系统包括在天线基底上形成的第一和第二Z型贴片天线元件。这些贴片被适配成分别在第一微微区上以第一频率f_A(例如2.4GHz)来发射和接收射频(RF)电磁辐射。该天线系统还包括在第一与第二Z型贴片天线元件之间的天线基底表面上形成的方形贴片天线元件。该方形贴片天线被适配成在与第一微微区基本处于相同位置的第二微微区上以第二频率f_B(例如5.2GHz)来发射和接收RF电磁辐射。借助一条或多条光纤，可以支持一个或多个分散的应答器，由此形成微微区阵列。

Description

具有双波段贴片天线系统的光纤承载无线电应答器

技术领域

本发明主要涉及光纤承载无线电(radio-over-fiber(RoF))系统，尤其涉及的是在RoF系统中使用的应答器。

背景技术

随着对于高速移动数据通信的需要持续增长，无线通信也在快速发展。举个例子，在很多不同类型的区域(咖啡店、机场、医院、图书馆等等)中正在部署所谓的“无线高保真”或“WiFi”系统以及无线局域网(WLAN)。典型的无线通信系统具有与经由有线电缆而与接入点设备相连的头端站(head-endstation)。接入点设备包括数字信息处理电子设备以及以可操作的方式与天线相连的RF发射机/接收机。接入点设备与名为“客户机”的无线设备进行通信，该“客户机”必须驻留在无线范围或是“小区覆盖区域”以内，以便与接入点设备进行通信。

指定小区的大小是由接入点设备传送的RF功率总量、接收机灵敏度、天线增益、RF环境以及无线客户机设备的RF发射机/接收机灵敏度确定的。客户机设备通常具有固定的RF接收灵敏度，由此，接入点设备的上述属性大致确定了小区大小。如果将多个接入点设备与头端控制器相连，则可以创建大量小区，这些小区将会在扩展区域上提供蜂窝覆盖。

一种用于部署无线通信系统的方法包括创建“微微区”，这些微微区是半径从大约数米到大约20米的无线小区。由于微微区覆盖的是很小的区域，因此在每一个微微区中通常只有少量用户(客户机)。在微蜂窝覆盖区域上，密集的微微区阵列会为每一个用户提供很高的数据吞吐量。此外，对某些区域来说，在被常规基站创建的较大小区覆盖时，这些区域的信号强度将会很弱，而微微区可以为其提供选择性的无线覆盖。

在创建微微区的无线系统中，其中一种系统使用了在光纤上发送的射频(RF)信号——简称“光纤承载无线电”或“RoF”。此类系统包括经由光纤链路而与应答器光耦合的头端站。与常规的接入点设备不同，该应答器不具有数字信息处理能力。相反，数字处理能力驻留在头端站中。对RF信号来说，应答器是透明的，它仅仅是将那些从光纤链路输入的光信号转换成了电信号，然后，电信号将会经由天线而被转换成辐射电磁信号。该天线还接收来自一个或多个客户机设备的辐射电磁信号，并且将辐射电磁信号转换成电信号。然后，应答器将电信号转换成光信号，这些光信号随后将会经由光纤链路而被发送到头端站。

通常，在整个光纤电缆中部署了多个应答器以作为“应答器阵列”，其中光纤电缆运载的是与应答器光耦合的光纤链路。与应答器相关联的微微区形成了微蜂窝覆盖区域。为了减小微微区串扰，我们可以使用高指向性的应答器天线。

对微蜂窝无线系统来说，其应用包括提供在建筑物内部提供多种不同服务，例如无线局域网(WLAN)、语音、RFID追踪、温度和/或照明控制，并且这些应用通常是通过部署一条或多条靠近天花板的光纤电缆来实现的。这类应用需要将微微区定位在光纤电缆的正下方，由此需要在多个频率上工作的高效的小型定向应答器。

发明内容

本发明的一个方面是包含了转换器单元的RoF应答器，其中该转换器单元被适配成将RF电信号转换成光信号，反之亦然。天线系统通常与转换器单元相耦合。在天线基底表面形成了第一和第二Z型贴片天线元件，并且这些天线元件被适配成分别在第一微微区上以第一频率f_A发射和接收射频(RF)电磁辐射。此外，在第一与第二Z型贴片天线元件之间的天线基底表面上还形成了方形贴片天线元件。该方形贴片天线被适配成在第二微微区以第二频率f_B发射和接收RF电磁辐射(“电磁信号”)，其中所述第二微微区至少与第一微微区基本重叠，由此第一和第二微微区基本上是处于同一位置的。

本发明的另一个方面是RoF微蜂窝无线系统。该系统包括被适配成提供第一和第二下行链路RF光信号的头端站，其中该信号具有相应的第一和第二频率f_A和f_B。该头端站还被适配成接收和处理第一和第二上行链路RF光信号，其中该信号具有相应的第一和第二频率f_A和f_B的。此外，该系统还包括与头端站光耦合的光纤电缆。该光纤电缆具有一个或多个光纤通信链路，并且这些链路被适配成运载第一和第二下行链路RF光信号以及第一和第二上行链路光信号。更进一步，该系统还包括一个或多个应答器，并且这些应答器分别与相应的一个或多个光纤通信链路光耦合。该应答器具有一个转换器单元，它被适配成将RF光信号转换成RF电信号，反之亦然。该应答器包括具有第一和第二Z型贴片天线元件的微带天线系统。这些天线元件被适配成分别在第一微微区以第一频率f_A来发射和接收RF电磁辐射。此外，该天线系统还包括排列在第一和第二Z型贴片天线元件之间的方形贴片天线元件。该方形贴片天线元件被适配成在与第一微微区基本处于相同位置的第二微微区上以第二频率f_B来发射和接收RF电磁辐射。相邻应答器的微微区基本上是不重叠的，也就是说，它们基本上是互不干扰的。

本发明的另一个方面是一种用于在相应的第一和第二频率上产生第一和第二基本重叠(由此基本处于相同位置)的第一和第二微微区的方法。该方法包括：向RoF应答器提供具有相应的第一和第二频率f_A和f_B的第一和第二下行链路光信号。该方法还包括：在应答器上将第一和第二下行链路光信号转换成相应的第一和第二电信号。此外，该方法还包括：将第一下行链路电信号馈送到被适配成在第一f_A上执行发射的Z型贴片天线，以便形成第一微微区，以及将第二下行链路电信号馈送到被适配成在第二频率f_B上执行发射的方形贴片天线，以便形成与第一微微区基本处于相同位置的第二微微区。

在后续的详细描述中将会阐述本发明的附加特征和优点，对本领域技术人员来说，从该描述中可以清楚了解本发明的附加特征和优点，此外，通过实践包括后续详细描述、权利要求以及附图所描述的发明，本领域技术人员也能够认识本发明的附加特征和优点。

应该理解的是，以上的一般描述以及后续的详细描述给出的是本发明的实施例，并且它们旨在提供一种概观或框架，以便理解其所要保护的发明的特性和特征。为了提供关于本发明的更进一步的理解，在这里包含了附图，并且这些附图将被引入并构成本说明书的一部分。这些附图描述了本发明的不同实施例，并且它们连同本描述一起用于说明本发明的原理和操作。

相应地，为了易于说明和例证，在附图中并未完全显示各种基本电子电路元件以及信号调节组件，例如偏压接头(bias tee)、RF滤波器、放大器、功率分配器等等。对本领域技术人员来说，在本发明中应用此类基本电子电路元件是显而易见的。

附图说明

图1是根据本发明的RoF平面应答器的实施例的透视示意图；

图2是图1中应答器的微带贴片天线系统的实施例的平面图；

图3是图1中应答器的转换器单元的实施例的详细示意图，并且它还示意性示出了如何将贴片天线系统电耦合到转换器单元；

图4A和图4B分别是图2中的Z型2.5GHz发射和接收贴片天线的回波损耗(return loss)与隔离度(isolation)的频率(GHz)和功率(dB)对比曲线图；

图5是关于图2中的5.2GHz方形贴片天线的回波损耗与隔离度的频率(GHz)和功率(dB)对比曲线图；

图6A是使用了本发明的应答器并且在光纤电缆内部支持的RoF微蜂窝无线系统的示意图；

图6B与图6A相似，并且它示出的是一个实施例，在该实施例中，应答器是由光纤电缆运载的光纤通信链路支持的，并且它驻留在光纤电缆的保护性外套以外；

图7是与6A的系统中的一部分光纤电缆的特写详细示意图，它显示了由处于两个不同频率f_A和f_B的每一个应答器所产生的两个微微区，并且显示了处于两个不同频率的上行链路和下行链路电磁信号，其中该信号是在每一个微微区的客户机设备与应答器之间交换的；

图8是用于图6A的系统的头端站的实施例的详细示意图；

图9是使用了副载波调制(SCM)的双端口应答器的实施例的详细示意图；以及

图10是与图8相似的头端站的实施例的详细示意图，但是该头端站被修改成与图9所示类型的一个或多个双端口应答器相兼容。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的优选实施例，其中这些实施例是在附图中例证的。只要可能，在附图中将会始终使用相同或相似的参考数字来标引相同或相似的部分。

图1是根据本发明的RoF平面应答器10的实施例的透视示意图。应答器10包括具有转换器单元外壳22的转换器单元20，以及与转换器单元电耦合的微带贴片天线系统(“天线系统”)30。应答器10还包括介于转换器单元20与天线系统30之间的导电接地层40，其中该接地层具有接地42或者能以其他方式与接地42相连。在一个实施例中，导电接地层40是在天线基底32的背面34形成的金属层，并且充当的是用于将辐射入射到应答器中的反射接地平面。用于导电接地层40的材料是铜和金。导电接地层40的典型厚度大约是数十微米。

天线系统

图2是图1中天线系统30的实施例的平面图。天线系统30包括具有上表面34的绝缘天线基底32。在一个实施例中，天线基底32是用(实)介电常数ε_r＝9.2、ε_i/ε_r＝tanδ＝0.001(其中ε_i是介电常数的虚部)以及高度(厚度)为1.6mm的氧化铝制成的。天线系统30包括两个Z型集成微带天线元件(“贴片”)40T和40R，并且这二者是在上表面34上形成的。贴片40T和40R分别被设计成在第一频率f_A上充当发射和接收天线，在一个实施例中，该频率是一个处于2.4GHz波段的频率。贴片40T和40R分别包括发射和接收馈送点(端口)42T和42R。

天线系统30还包括介于贴片40T与40R之间的方形天线元件(贴片)50。贴片50被设计成以第二频率f_B来执行发射和接收，在一个实施例中，所述第二频率是一个处于5.2GHz波段中的频率。贴片50包括发射馈送点(端口)52T以及接收端口52R。

如图1和2所示，天线系统30具有多个尺寸的d1至d9以及L24和L52。在天线系统30的一个实施例中，这些尺寸如下：d1为50mm，d2为9mm，d3为150mm，d4为1.6mm，L52为8mm，d5为1mm，d6为2.2mm，d7为4.5mm，d8为3.2mm，d9为14.4mm以及L24为17.6mm。

如下所述，本发明的一个优选实施例是易于引入光纤电缆中或以其他方式为光纤电缆所支持的小型应答器10。相应地，在实施例中，天线基底表面34具有一个与转换器单元外壳22的大小基本对应的区域。关于这一点，较为优选的是避免为2.4GHz波段使用双端口方形贴片天线，这是因为天线贴片大小会随波长而递增，并且将会导致产生非小型应答器。

天线系统30的属性主要是由天线基底32的介电常数和厚度、需要的频率f_A和f_B(例如2.4GHz和5.2GHz)，转换器单元20的大小以及为转换器单元外壳22所使用的材料决定的。对特定频率f_A和f_B来说，天线系统30的设计是通过电磁建模软件的可用性来简化的，其中举例来说，该电磁建模软件可以是能从Ansoft Corporation，Pittsburg，PA得到的Ansoft HFSS。

在实施例中，以下起始天线参数将被使用：

L_{24} &cong; \frac{λ_{g 24}}{2}

L_{52} &cong; \frac{λ_{g 52}}{2}

其中，λ_gxy代表的是处于频率x.yGHz的天线基底材料内部的波长。举个例子，在2.4GHz时，对介电常数ε_r＝9.2的氧化铝天线基底32来说，λ_g2.4＝4.037cm。结合这些起始尺寸，还可以借助诸如计算机仿真之类的手段来确定贴片天线40T、40R和50的各种参数，例如回波损耗、辐射图案(pattern)方向性、带宽、大小以及隔离度。

转换器单元

图3是用于图1应答器10的四端口转换器单元20的实施例的示意图。转换器单元10被显示成与光纤通信链路75光耦合，其中在实施例中，该链路包括与四个转换器单元的端口P1至P4相耦合的四条光纤：分别运载了频率为f_A的下行链路光信号SD’_A和频率为f_B的SD’_B的下行链路光纤76DA和76DB，以及分别运载了频率为f_A的上行链路光信号SU’_A和频率为f_B的SU’_B的上行链路光纤76UA和76UB。为了易于例证和论述，标记与端口P1至P4相连并且扩展到转换器外壳22中的光纤部分为与连至特定端口的相关下行链路和上行链路光纤相对应。

转换器单元20包括电/光(E/O)转换器60A和60B，并且这些转换器被适配成分别将上行链路电信号SU_A和SU_B转换成相应的上行链路光信号SU’_A和SU’_B。转换器10还包括光电转换器(O/E)62A和62B，并且它们会将下行链路光信号SD’_A和SD’_B转换成相应的下行链路电信号SD_A和SD_B。E/O转换器60A和60B分别与上行链路光纤76UA和76UB的相应输入端70A和70B光耦合。同样，O/E转换器62A和62B分别与下行链路光纤76DA和76DB的相应输出端72A和72B光耦合。

在一个实施例中，转换器单元20包括与电力线82以及E/O转换器60A和60B电耦合的DC电源转换器80，以及O/E转换器62A和62B。直流DC电源转换器80被适配成改变电压电平，并且提供转换器单元20中的功耗元件所需要的电力。在实施例中，DC电源转换器80要么是DC/DC电源转换器，要么是AC/DC电源转换器，这一点取决于电力线82运载的电力信号84的类型。在实施例中，电力线82包括一条或多条电力运载线路(未显示)。

在图3的转换器单元20的实施例中，E/O转换器60A被适配成接收来自接收机贴片天线40R的上行链路电信号SU_A，并且将其转换成上行链路光信号SU’_A。在实施例中，E/O转换器单元60A包括与上行链路光纤76UA的输入端70A光耦合的激光器100A，与激光器电耦合的偏压-T单元106A，与偏压-T单元电耦合并且被适配成放大频率为f_A的电信号的放大器110A，以及与放大器电耦合并且被适配成过滤频率为f_A的电信号的RF滤波器114A。RF电缆部分110A与RF滤波器114A电耦合。RF电缆部分118A运载的是上行链路电信号SD_A，并且通往接收机贴片40R上的接收端口42R。

同样，E/O转换器60B被适配成接收来自贴片天线50的上行链路电信号SU_B，并且将其转换成上行链路光信号SU’_B。在实施例中，E/O转换器60B包括与上行链路光纤76UB的输入端70B光耦合的激光器100B，与激光器电耦合的偏压-T单元106B，与偏压-T单元电耦合并且被适配成放大频率为f_B的电信号的放大器110B，以及与放大器电耦合并且被适配成过滤频率为f_B的电信号的RF滤波器114B。RF电缆部分118B与RF滤波器114B电连接。该RF电缆部分118B运载的是上行链路电信号SD_B，并且通往接收机/发射机贴片天线50上的接收端口52R。

继续参考图3，O/E转换器62A被适配成接收下行链路光信号SD’_A，并且将其转换成下行链路电信号SD_A。在实施例中，O/E转换器62A包括与下行链路光纤76DA的输出端72A电耦合的光电探测器120A，与光电探测器电耦合的放大器110A，以及与放大器电耦合的RF滤波器114A。RF电缆部分119A与RF滤波器114A电耦合。该RF电缆部分119A运载的是下行链路电信号SDA，并且通往发射机贴片40T的发射端口42T。

同样，O/E转换器62B被适配成接收下行链路光信号SD’_B，并且将其转换成下行链路电信号SD_B。在实施例中，O/E转换器62B包括与下行链路光纤76DB的输出端72B光耦合的光电探测器120B，与光电探测器电耦合的放大器110B，以及与放大器电耦合的RF滤波器114B。RF电缆部分119B与RF滤波器114B电耦合。该RF电缆部分119B运载的是下行链路电信号SD_B，并且通往发射机贴片50的发射端口52T。

在实施例中，激光器100被适配成为一个或多个RoF应用提供充足的动态范围。对E/O转换器60来说，关于适当激光器的实例包括激光二极管、分布反馈(DFB)激光器、法布里-珀罗(FP)激光器以及VCSEL。

天线系统性能

图4A和4B是示出了用于2.4GHz的发射和接收贴片天线40T和40R的天线系统30的实施例性能的频率(GHz)和功率(dB)对比曲线图。这两个天线元件是相同的，并且由此具有相同的辐射特性。图4A描绘的是回波损耗，图4B描绘的是发射与接收信号之间的隔离度(isolation)。天线40T和40R之间的隔离度大于30dB。这意味着尽管发射与接收贴片40T和40R邻近，但是仍旧存在很少的串扰。贴片天线40T和40R的辐射图案大体上是朝着前方方向的，也就是说，其与基底表面34是垂直的，并且具有大于20dB的较高前后比。高前后比将会确保大多数有用辐射功率是朝向前方的。如下所述，低前后比则会导致非预期的后向传播辐射，并且将会导致与位于天线上方(也就是位于天线后面或背面)的微微区串扰。

图5描绘的是用于5.2GHz贴片天线50的实施例的隔离度和回波损耗的频率(GHz)和功率(dB)曲线图。发射端口52T与接收端口52R之间的隔离度是25dB。这意味着尽管发射和接收端口52T和52R非常接近(在关于贴片天线50的上述实施例中，这个邻近度是4.25mm)，但是串扰仍旧是受到限制的。与2.4GHz贴片天线40T和40R一样，该辐射图案大致朝向前方(也就是天线基底表面34正交)，并且具有大于20dB的相对较高的前后比。

带有应答器的RoF光纤电缆

图6A是包含了具有保护性外套212的RoF光纤电缆210的RoF微蜂窝无线系统200的示意图。光纤电缆210与头端站220光耦合，并且被适配成以可操作的方式来支持一个或多个应答器10。RoF电缆210被显示成排列在天花板224上方，由此应答器10会向下朝着房间228的地板226来执行发射。在实施例中，天花板224对RF来说是透明的，并且应答器将会通过天花板来执行发射。

图6B与图6A相似，它示出的是将应答器10排列在光纤外套212外部的实施例。在这个实施例中，光纤通信链路75以可操作的方式来支持每一个应答器10，并且基本上是在外套212的内部运载的。但是，在相关联的应答器10上，每一个光纤通信链路75的一部分都会在保护性外套212以外延伸。这样做允许将应答器10放置在光纤电缆保护性外套212以外的理想位置，例如直接放在天花板224上。

图7是图6A中的RoF光纤电缆210的特写示意图。RoF光纤电缆210运载的是与如图3所示的一个或多个相应应答器10光耦合的一个或多个光纤通信链路75。在实施例中，外套212包括一个或多个凹槽242，这些凹槽分别容纳了一个或多个应答器10，以使应答器10可以位于光纤电缆内部紧邻保护性外套的位置。关于天线系统30的小型微带设计有助于将应答器10引入光纤电缆210。在实施例中，天线基底32构成了转换器单元外壳22的一个壁面(wall)。

如上所述，每一个应答器10都被适配成接收从头端站220发送且具有相应频率f_A和f_B的下行链路光信号SD’_A和SD’_B。在实施例中，f_A＝2.4GHz，f_B＝5.2GHz，并且它们代表的是不同的服务，例如语音和数据服务。每一个应答器10将这些下行链路光信号转换成相应的下行链路电信号SD_A和SD_B，并且这些电信号分别被馈送到贴片天线40T的传输端口42T以及贴片天线50的传输端口52T。然后，这些贴片天线分别辐射下行链路电磁信号SD”_A和SD”_B(图7)。这些电磁信号将会形成相应的微微区250A和250B，而这些相应的微微区则在与天线基底表面34基本垂直的方向上延伸，由此在与光纤电缆210局部垂直(也就是从光纤电缆往外)的方向上延伸。在实施例中，由指定应答器10形成的微微区250A和250B基本处于相同位置——也就是说，它们基本上是重叠的。此外，在实施例中，应答器10是分散的，由此，相邻应答器的微微区并不位于相同位置，也就是说，它们基本上是不重叠的，并且由此基本上是互不干扰的。

天线系统30的方向性形成了从天花板224向下朝着地板226的微微区250A和250B。由于朝下的微微区基本上不与有可能在天花板上方房间的微微区相重叠(干扰)，并且由于这种微微区为处于房间228内部以及微微区250A和/或250B内部的客户机设备260提供了可用性更高的辐射(也就是更强的下行链路电磁信号SD”_A和SD”_B)，因此，这种微微区是合乎需求的。

客户机设备260通常具有自己的天线系统262，并且该系统被适配成接收电磁下行链路信号SD”_A和/或SD”_B，以及发射电磁上行链路信号SU”_A和/或SU”_B。客户机设备260包括发射和接收语音和文本消息传递的蜂窝电话，以及发射和接收数据的计算机和手持式设备。

来自一个或多个客户机设备260的电磁上行链路信号SU”_A被与微微区250A相关联的接收贴片天线52R所接收，并且被转换成相应的上行链路电信号SU_A。这些电信号由E/O转换器60A进行处理，并且该转换器将会形上行链路光信号SU’_A，所述光信号则耦合到相应的光纤通信链路75的上行链路光纤76UA中，并且被发送到头端站220，以便进行处理。

同样，电磁上行链路信号SU”_B由关联于微微区250B的贴片天线40R接收，并且被转换成相应的上行链路电信号SU_B。这些电信号由E/O转换器60B进行处理，并且该转换器将会形成上行链路光信号SU’_B，其中所述光信号将会耦合到相应光纤通信链路75的上行链路光纤76UB中，并且将被发送到头端站220，以便进行处理。

头端站

图8是头端站220的实施例的详细示意图。头端站220包括为一个或多个特定无线服务或应用提供RF信号的控制器300，其中举例来说，该服务可以是位于f_A为2.4GHz的语音服务以及位于f_B为5.2GHz的数据服务。头端站220经由电力线82与电源304电耦合，如上所述，该电力线被用于向每一个应答器10以及头端站提供电力。

在实施例中，控制器300包括用于调制/解调RF信号的RF信号调制器/解调器单元310，用于产生数字信号的数字信号处理器312，用于处理数据以及在其它情况下执行逻辑和计算操作的中央处理器(CPU)314，以及用于存储数据的存储器单元316。在实施例中，控制器300被适配成提供在IEEE802.11标准中规定的WLAN信号分布，也就是处于2.4至2.5GHz和/或从5.0至6.OGHz的频率范围之中的WLAN信号分布。在实施例中，控制器300充当的是旁路单元(pass-through unit)，它仅仅协调的是分发那些经由通信链路322来自和去往外部网络320或是介于微微区之间的下行链路电信号SD_A、SD_B和/或上行链路电信号SU_A、SU_B。

头端站220包括一个或多个头端转换器单元330，在实施例中，如果不与应答器单元20相同，那么它们也是相似的，并且每一个头端站转换器单元都具有E/O转换器60A和60B以及O/E转换器62A和62B。每一个E/O转换器60A和60B以及每一个O/E转换器62A和62B都与控制器300电耦合，并且还经由相应的光通信链路75而与相应的应答器10光耦合。

如图8所示，在实施例中，光通信链路75包括下行链路光纤76DA和76DB，以及上行链路光纤76UA和76UB。在该实施例中，E/O转换器60A与下行链路光纤76DA的输入端336A光耦合，E/O转换器60B与下行链路光纤76DB的输入端336B光耦合，O/E转换器62A与上行链路光纤76UA的输入端338A光耦合，并且E/O转换器62B与上行链路光纤76UB的输入端338B光耦合。

参考图7和图8，在关于RoF无线微蜂窝系统200的操作的实施例中，控制器300中的数字信号处理器312产生与频率f_A＝2.4GHz相对应的下行链路电信号S1_A。这个信号由RF信号调制器/解调器310接收和调制，以便创建被设计成向一个或多个微微区250A中的一个或多个客户机设备260传送数据的下行链路电RF信号(“电信号”)SD_A。电信号SD_A被一个或多个E/O转换器60A接收，该转换器将这个电信号转换成相应的光信号SU’_A，然后，所述光信号被耦合到相应的一个或多个下行链路光纤760DA。

光信号SD’_A经由一条或多条下行链路光纤76DA传播到相应的一个或多个应答器10，并且将被以如上所述的方式进行处理，以便与相应的一个或多个微微区250A内部的一个或多个客户机设备260进行通信。来自一个或多个客户及设备260的电磁上行链路信号SD”_A由相应的应答器10转换成上行链路光信号SU’_A，并且被耦合到相应的上行链路光纤76UA。在头端站220上，光信号SU’_A由相应的一个或多个头端转换器单元330中的相应的一个或多个O/E转换器62A所接收。O/E转换器62A将光信号SU’_A转回电信号SU_A，然后，该信号将被处理。在这里，在实施例中，“处理”包括下列各项中的一项或多项：在存储器单元316中存储信号信息；在控制器300中对信号进行数字处理或调整(condition)；无论经过调整还是未经调整，在一个或多个外部网络320上经由通信链路322来发送电信号SU_A；以及向相同或其他微微区250A内部的一个或多个客户机设备260发送信号。在实施例中，关于信号SU_A的处理包括在RF信号调制器/解调器单元310中解调这个电信号，然后在数字信号处理器312中处理解调信号。

此外，在关于系统200的操作的实施例中，控制器300中的数字信号处理器312在频率f_B＝5.2GHz上产生下行链路数字RF信号S1_B。这个信号由RF信号调制器/解调器310接收和调制，以便创建被设计成向一个或多个微微区250B中的一个或多个客户机设备260传递数据的下行链路电RF信号(“电信号”)SD_B。电信号SD_B被一个或多个E/O转换器60B接收，该转换器将这些电信号转换成相应的光信号SU’_B，然后，这些光信号被耦合到一条或多条下行链路光纤76DB中。

光信号SD’_B经由一条或多条下行链路光纤76DB传播到相应的应答器10中，并且将被按照如上所述的方式进行处理，以便与相应的一个或多个微微区250B内部的一个或多个客户机设备260进行通信。来自一个或多个客户机设备260的电磁上行链路信号SD”_B由相应的应答器10转换成上行链路光信号SU”_B，并且被耦合到相应的一条或多条上行链路光纤76UB中。在头端站220上，光信号SU’_B由头端转换器单元330中的相应的一个或多个O/E转换器62B所接收。该O/E转换器62B将光信号SU’_B转回到电信号SU_B，然后，所述电信号将被以与上文中信号SU_A所描述的方式相同的方式处理。

对应答器10来说，其双波段处理能力允许头端站220以两个不同的频率f_A和f_B来提供不同的服务。

四光纤双波段能力(capability)

如上所述的应答器10的实施例具有四个天线端口(42T，42R，52T和52R)以及四个光纤端口P1，P2，P3和P4。对于应答器10的设计而言，这是一个非常优选的实施例。典型的多波段微带天线使用的是与用于分离不同频段中的电信号的滤波器相结合的单个天线端口。但是，这种方法增加了成本，并且引入了与应答器10的附加电子设备的需要相关联的复杂性，对应答器10来说，较为优选的是体积较小并且避免过于复杂。

双光纤双波段能力

本发明的实施例为每一个应答器使用了两条光纤以及两个光纤端口P1和P2，而不是四条光纤和四个光纤端口。这种光纤数量的减少是使用副载波复用(SCM)来实现的。图9是根据本发明且用于双光纤应答器10的转换器单元20的实施例的示意图。图9的双光纤转换器单元20与图3的四光纤转换器单元20相似，但其差别在于与独立的E/O转换器60A和60B以及O/E转换器62A和62B不同，所需要的仅仅是一个E/O转换器60以及一个O/E转换器62。同样，只有两个光纤端口P1和P2是必需的。E/O转换器60包括SCM发射机400T，该发射机经由RF电缆118A与RF滤波器114以及贴片天线40R的接收机端口42R电耦合，并且经由RF电缆118B与贴片天线50的接收机端口52R电耦合。同样，O/E转换器62包括SCM接收机400R，它经由RF电缆118A与RF滤波器114以及贴片天线40R的接收机端口42R电耦合，并且经由RF电缆118B与贴片天线50的接收机端口52R电耦合。

SCM发射机400T被适配成接收频率为f_A和f_B的RF上行链路电信号SU_A以及SU_B，并且通过将两个上行链路电信号印(impress)到副载波上来执行副载波复用，随后，所述副载波将被印在由激光器100生成的光载波上。这样做将会形成包含了信号SU_A和SU_B中的信息的上行链路SCM光信号SU’。

同样，O/E转换器62中的SCM接收机400R被适配成接收下行链路SCM电信号SD，并且通过解复用这个信号来恢复下行链路电信号SU_A和SU_B。

图10是图8的头端站220的修改形式的实施例的示意图，其中该头端站兼容支持如图9所示的一个或多个双光纤应答器10的光纤电缆210。该头端站220与图8的头端站相同，但是头端转换器单元330包含的是单个的E/O转换器60以及单个的O/E转换器62，而不是将这其中的每一个设备都包含了双份(也就是60A，60B以及62A，62B)，以便与两个信号频率f_A和f_B相适应。同样，光通信链路75为每一个双端口应答器10都包含了一条下行链路光纤76D和一条上行链路光纤76U。每一个头端转换器330都包括与E/O转换器60电耦合的SCM发射机400T，以及与O/E转换器62电耦合的SCM接收机400R。SCM发射机400T电耦合到控制器300，并且被适配成从那里接收下行链路电信号SD_A和SD_B，以及形成经过SCM复用的下行链路电信号SD’。

同样，SCM接收机400R电耦合到控制器300，并且被适配成对经过SCM复用的上行链路电信号SU执行解复用，以便恢复电信号SU_A和SU_B，以及将这些信号发送到控制器300。

经过SCM复用的下行链路电信号SD被馈送到E/O转换器60，该转换器则创建SCM复用下行链路光信号SD’，并且该信号将被耦合到下行链路光纤76D中，以及传播到相应的应答器10。同样，O/E转换器单元62经由上行链路光纤76U来接收经过SCM复用的上行链路光信号SU’，并且形成相应的电信号SU，然后，所述电信号将会由SCM接收机400R解复用。

由于不同频率的下行链路和上行链路RF电信号被复用并且随后被转换成了SCM下行链路光信号SD’以及SCM上行链路光信号SU’，因此，光纤通信链路75只需要在光纤电缆210中为每一个应答器10包含一条下行链路光纤76D以及一条上行链路光纤76U。这样做简化了光纤电缆210(图7)的设计，但是它会略微提升应答器10的电子设备的复杂度。

对本领域技术人员来说，很明显，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，针对本发明的各种修改和变更都是可行的。由此，如果这些针对本发明的修改和变更落入附加权利要求及其等价物的范围以内，那么本发明将会覆盖这些修改和变更。

Claims

1.一种光纤承载无线电应答器，包括：

转换器单元，它被适配成将RF电信号转换成光信号，反之亦然；

与转换器单元电耦合的天线系统，该天线系统具有带有表面的天线基底；

在天线基底表面上形成的第一和第二贴片天线元件，它们被适配成分别在第一微微区上以第一频率f_A来发射和接收射频RF电磁辐射；以及

在天线基底表面上形成的第三贴片天线元件，它被适配成在与第一微微区重叠的第二微微区上以第二频率f_B来发射和接收RF电磁辐射。

2.如权利要求1的应答器，其中第一和第二贴片天线元件定义了Z型贴片天线元件，并且其中第三贴片天线元件定义了方形贴片天线元件。

3.如权利要求1的应答器，其中第三贴片天线元件是在第一与第二贴片天线元件之间的天线基底表面上形成的。

4.如权利要求1的应答器，其中f_A是2.4GHz波段中的频率，并且f_B是5.2GHz波段中的频率。

5.如权利要求1的应答器，其中该转换器单元包括：

第一和第二E/O转换器，它们将电RF信号转换成相应的第一和第二频率f_A和f_B的光学RF信号；以及

第一和第二O/E转换器，它们将光学RF信号分别转换成相应的第一和第二频率f_A和f_B的电RF信号。

6.如权利要求5的应答器，包括：

分别与第一和第二O/E转换器光耦合的第一和第二下行链路光纤，它们被适配成分别运载频率为f_A和f_B的下行链路RF光信号；以及

分别与第一和第二E/O转换器光耦合的第一和第二上行链路光纤，它们被适配成分别运载频率为f_A和f_B的下行链路RF光信号。

7.如权利要求1的应答器，其中转换器单元包括：

E/O转换器，它包括副载波复用SCM发射机，该发射机被适配成对具有相应频率f_A和f_B的上行链路电RF信号执行副载波复用，以便将其复用到经过副载波复用SCM的上行链路电信号上，该E/O转换器被适配成将SCM上行链路电信号转换成SCM上行链路光信号；以及

O/E转换器，它被适配成接收SCM下行链路光信号，并且将其转换成SCM下行链路电信号，该O/E转换器具有SCM接收机，该接收机被适配成接收并且解复用SCM下行链路电信号，以便获取具有相应频率f_A和f_B的下行链路电RF信号。

8.如权利要求7的应答器，还包括：

与O/E转换器光耦合并且被适配成运载SCM下行链路光信号的下行链路光纤；以及

与E/O转换器光耦合并且被适配成运载SCM上行链路光信号的上行链路光纤。

9.如权利要求1的应答器，还包括：以可操作的方式排列在天线基底与转换器单元之间的导电接地层。

10.如权利要求1的应答器，其中第一和第二贴片天线中的至少一个具有单个天线端口，并且第三贴片天线具有两个天线端口。

11.一种光纤承载无线电光纤电缆，包括：

外保护套；

至少在外保护套内部得到支持的一条或多条光纤通信链路；

一个或多个分散的根据权利要求6的应答器，它们被调整成响应于提供给相应的一个或多个应答器的相应的一个或多个下行链路光学RF信号，形成相应的一个或多个第一和第二微微区的阵列，其中在有多个分散器的情况下，相邻应答器的微微区是互不干扰的。

12.如权利要求11的光纤，其中应答器位于外保护套内部。

13.一种光纤承载无线电光纤电缆，包括：

外保护套；

至少在外保护套内部得到支持的一条或多条光纤通信链路；

一个或多个分散的根据权利要求8的应答器，它们被调整成响应于提供给相应的一个或多个应答器的相应的一个或多个SCM下行链路光信号，形成相应的一个或多个第一和第二微微区的阵列，其中在有多个分散器的情况下，相邻应答器的微微区是互不干扰的。

14.如权利要求13的光纤，其中应答器位于外保护套内部。

15.一种光纤承载无线电微蜂窝无线系统，包括：

头端站，它被适配成提供具有相应的第一和第二频率f_A和f_B的第一和第二下行链路RF光信号，并且被适配成接收和处理具有相应的第一和第二频率f_A和f_B的第一和第二上行链路RF光信号；

与头端站光耦合的光纤电缆，该光纤电缆具一条或多条光纤通信链路，该链路被适配成运载第一和第二下行链路RF光信号以及第一和第二上行链路光信号；

分别与相应的一条或多条光纤通信链路光耦合的一个或多个应答器，其中至少一个应答器具有转换器单元，该转换器单元被适配成将RF光信号转换成RF电信号，反之亦然；以及

其中至少一个应答器包括具有第一和第二贴片天线元件以及第三天线元件的微带天线系统，所述第一和第二天线元件被适配成分别在第一微微区上以第一频率f_A来发射和接收RF电磁辐射，并且第三天线元件被适配成在与第一微微区处于相同位置的第二微微区上以第二频率f_B来发射和接收RF电磁辐射，以及其中在有多个分散器的情况下，相邻应答器的微微区是互不干扰的。

16.如权利要求15的系统，其中：

至少一个应答器包括第一和第二光纤端口，并且至少一条光纤通信链路包括与第一光纤端口相耦合的下行链路光纤，以及与第二端口相耦合的上行链路光纤；以及

其中至少一个应答器被适配成(a)对具有频率f_A和f_B的第一和第二上行链路电信号执行副载波复用，以及(b)对具有频率f_A和f_B的第一和第二上行链路电信号执行副载波解复用。

17.如权利要求15的系统，其中光纤电缆被排列在房间天花板的上方。

18.如权利要求15的系统，其中第一频率f_A处于2.4GHz波段之中，并且第二频率f_B处于5.2GHz波段之中。

19.如权利要求15的系统，其中第一和第二贴片天线元件定义的是Z型贴片天线元件，并且其中第三贴片天线元件定义的是方形贴片天线元件。

20.如权利要求15的系统，其中第三贴片天线元件是在第一与第二贴片天线元件之间的天线基底表面上形成的。

21.一种在相应的第一和第二频率上产生第一和第二处于相同位置的第一和第二微微区的方法，包括：

向光纤承载无线电应答器提供具有相应的第一和第二频率f_A和f_B的第一和第二下行链路光信号；

在所述应答器上，将第一和第二下行链路光信号转换成相应的第一和第二下行链路电信号；

将第一下行链路电信号馈送到被适配成以第一频率f_A执行发射的第一和第二贴片天线元件，以便形成第一微微区；以及

将第二下行链路电信号馈送到被适配成以第二频率f_B执行发射的第三贴片天线元件，以便形成与第一微微区处于相同位置的第二微微区。

22.如权利要求21的方法，包括：结合光纤电缆来以可操作的方式支持所述一个或多个应答器，由此形成处于相同位置的第一和第二微微区的阵列，其中在有多个分散器的情况下，相邻应答器的微微区是互不干扰的。

23.如权利要求21的方法，包括：

在以可操作的方式耦合到应答器的头端站上对第一和第二下行链路电信号执行副载波复用；

将第一和第二下行链路光信号提供给应答器，以此作为经过副载波复用的光信号；以及

在所述应答器上执行副载波解复用，以便恢复第一和第二下行链路电信号。

24.如权利要求21的方法，包括：在应答器与一个或多个客户机设备之间，通过交换具有相应的第一和/或第二频率f_A和f_B的第一和/或第二下行链路及上行链路电磁信号而借助处于第一和/或第二波长的第一和/或第二微微区来与一个或多个客户机设备进行通信。