DE102008053579A1

DE102008053579A1 - System und Verfahren zur Bereitstellung eines vielseitigen Funk- und Analog-Front-Ends für drahtlose und drahtgestützte Netze

Info

Publication number: DE102008053579A1
Application number: DE102008053579A
Authority: DE
Inventors: Antonio Di Giandomenico; Jörg Hauptmann; Andreas Wiesbauer; Peter Laaser
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2009-05-14
Also published as: CN101425947A; US20090110088A1; CN101425947B; US8565692B2

Abstract

Ausführungsformen bezüglich analogen Front-End-Schaltungen (31-34) für drahtlose Netze (310) und drahtgestützte Netze (311-313) werden beschrieben und dargestellt.

Description

Hintergrund
Netze für das Haus bzw. das Heim und für die Arbeit sowie kommerzielle Netze unterscheiden sich immer mehr und bedingen immer öfter das Zusammenspiel mit sowohl drahtlosen lokalen Netzen (WLAN) als auch drahtgestützten Netzen. Eine typische Infrastruktur für ein Netz für das Heim oder für die Arbeit umfasst einen oder mehrere drahtlose oder drahtgestützte Netzübergänge bzw. Gateways, wie beispielsweise ein Modem oder eine Set-Top-Box, um auf der Abnehmerseite eine oder mehrere Anwendungen oder Stationen zu bedienen. Wenn die Stationen und Anwendungen auf der Abnehmerseite im Netz für das Heim und für die Arbeit unterschiedlicher werden, sind die herkömmlichen Netzübergangsvorrichtungen nicht in der Lage, Schnittstellen für alle Anwendungen zur Verfügung zu stellen.
Ein Netzübergang kann zum Beispiel erforderlich sein, um Schnittstellen zu mobilen Vorrichtungen, wie beispielsweise Laptops und Minicomputern (PDA („Personal Digital Assistents") zur Verfügung zu stellen und Schnittstellen für stationäre Vorrichtungen, wie beispielsweise Computer und Konsumelektronik, bereitzustellen. Jede der verschiedenen Vorrichtungen und Anwendungen kann verschiedene Kommunikationsstandards, Protokolle, Frequenzen oder Technologien einsetzen, wie zum Beispiel drahtlose Netze, welche dem Standard 802.11 genügen, und drahtgestützte Netze, welche als Kommunikationsmedien Twisted-Pair-Kabel bzw. Kabel mit verdrillten Aderpaaren, Kabel oder Stromleitungen verwenden. Daher können die bekannten Netzübergangvorrichtungen nicht alle Anwendungen auf der Abnehmerseite unterstützen, welche eine bestimmte Bedienperson zu ihrem Netz für Zuhause oder für die Arbeit hinzufügen möchte.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, Schnittstellen zwischen dem Internet oder einem vergleichbaren Datennetz und verschiedenen Anwendungen auf der Abnehmerseite (z. B. einem Computer) in einer integrierteren Art und Weise bereitzustellen, als dies nach dem Stand der Technik der Fall ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung für einen Zugangspunkt nach Anspruch 1, einen Zugangspunkt für ein Datennetz nach Anspruch 10 und durch ein Verfahren zur Bereitstellung einer Schnittstelle zu einem Zugangspunkt nach Anspruch 18 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung bzw. ein Front-End für einen Zugangspunkt bereitgestellt. Diese Vorrichtung oder dieses Front-End umfasst mehrere programmierbare Kanalschaltungen, wobei jede dieser programmierbaren Kanalschaltungen derart ausgestaltet ist, dass sie empfangene digitale Signale (beispielsweise vom Internet) für ein ausgewähltes von mehreren analogen Netzen umsetzt.
Demnach ist jede programmierbare Kanalschaltung bzw. jeder programmierbare Kanal erfindungsgemäß in der Lage die empfangenen digitalen Signale für zumindest zwei verschiedenartige analoge Netze (z. B. ein WLAN und ein Koaxialkabelnetz) umzusetzen. Anders ausgedrückt setzt die programmierbare Kanalschaltung je nach einer vorbestimmten Auswahl die empfangenen digitalen Signale entweder für ein erstes analoges Netz oder für ein zweites analoges Netz (oder für weitere analoge Netze) um, wobei diese analogen Netze unterschiedlicher Natur sein können.
Dabei wird unter einem Front-End eine Vorrichtung verstanden, welche in der Nähe des Endanwenders steht und die Datensignale entsprechend der Anwendungen des Endanwenders umsetzt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird darüber hinaus auch ein Zugangspunkt für ein Datennetz bereitgestellt. Dieser Zugangspunkt umfasst mehrere programmierbare Front-End-Schaltungen, welche mit einer MAC-Schaltung gekoppelt sind, und mehrere lokale Oszillatoren. Dabei ist jeweils einer der mehreren lokalen Oszillatoren abhängig von einem analogen Netz, mit welchem die Front-End-Schaltung gekoppelt werden soll, mit der entsprechenden programmierbaren Front-End-Schaltung gekoppelt, um die Front-End-Schaltung mit einem Oszillatorsignal der entsprechenden Frequenz, welche dem gekoppelten analogen Netz entspricht, zu versorgen.
Auch bei dem Zugangspunkt ist jede programmierbare Front-End-Schaltung oder jedes programmierbare Front-End in der Lage die empfangenen digitalen Signale für zumindest zwei verschiedenartige analoge Netze umzusetzen.
Unter MAC steht dabei für „Medium Access Control". Eine MAC-Schaltung bzw. Medienzugriffskontrollschaltung arbeitet demnach nach dem OSI-Schichtenmodell des IEEE und verbindet quasi den Zugangspunkt mit dem Internet oder einem entsprechenden Datennetz.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Bereitstellung einer Schnittstelle zu einem Zugangspunkt bereitgestellt. Bei diesem Verfahren werden mehrere digitale Datenströme in verschiedene analoge Basisbandsignale umgesetzt. Jedes dieser analogen Basisbandsignale wird in ein Signal umgesetzt, dessen Format von einem Netz abhängt, in welches dieses Signal gesendet wird.
Mit anderen Worten stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine Schnittstelle bereit, welche in der Lage ist, verschiedene analoge Netze (auch verschiedenartige analoge Netze) mit verschiedenen digitalen Datenströmen aus dem Internet oder einem entsprechenden Datennetz zu koppeln.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Zugang oder ein Übergang für ein Datennetz bereitgestellt. Der Zugang umfasst mehrere Front-End-Schaltungen, welche mit einer MAC-Schaltung und mit mehreren lokalen Oszillatoren (LO) gekoppelt sind. Jeder der lokalen Oszillatoren kann selektiv mit den Front-End-Schaltungen gekoppelt sein. Ein bestimmtes LO-Signal wird für jede Front-End-Schaltung abhängig von einem Netz, mit welchem diese Front-End-Schaltung zu koppeln ist, ausgewählt.
Im Folgenden werden erfindungsgemäße Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt ein beispielhaftes Heimdatennetz dar.
2 stellt eine Ausführungsform eines Zugangspunktes nach dem Stand der Technik dar.
3 stellt einen beispielhaften Betrieb eines Zugangspunktes gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform dar.
4 stellt einen beispielhaften Betrieb des Zugangspunktes gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform dar.
5 stellt eine Front-End-Schaltung zum Einsatz bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen dar.
Detaillierte Beschreibung
Im Folgenden werden verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben, wobei analoge Front-Ends eines Zugangspunktes unabhängig und gleichzeitig zwei oder mehrere Anwendungen auf der Abnehmer- oder Kundenseite über zwei oder mehrere Kanäle, Frequenzen, Bänder und/oder Netze bedienen. Wie im Folgenden im Detail beschrieben wird, ermöglicht der unabhängige und gleichzeitige Betrieb der Front-Ends eine flexible und dynamische Konfiguration des Zugangspunktes, was zum Beispiel eingesetzt werden kann, um den Datenverkehr zu und von den verschiedenen Anwendungen auf der Abnehmerseite durch den Zugangspunkt zu optimieren.
1 stellt ein Heimnetz 101 dar, in welchem Daten über eine Verbindung 102, wie beispielsweise eine Ethernet-Verbindung vom Internet 103 oder von irgendeinem anderen öffentlichen oder privaten Datennetz, bereitgestellt werden. Die Daten stammen zum Beispiel von einem entfernten Server 104. Die Verbindung 102 kann irgendein drahtloses oder drahtgestütztes Kommunikationsformat, irgendein Protokoll oder irgendeine Technologie, wie z. B. DSL („Digital Subscriber Line"), eine Kabelverbindung, ein PON („Passive Optical Network"), WiMAX oder BPL („Broadband over Power Line"), verwenden. Die Daten werden in dem Heimnetz 101 über einen Zugangspunkt 105 empfangen, welcher zum Beispiel eine Set-Top-Box, ein Breitbandmodem oder ein Netzübergang in der Wohnung sein kann. Der Zugangspunkt 105 nimmt Datenpakete über die Verbindung 102 entgegen und wandelt die Daten in Formate, welche von Anwendungen in dem Heimnetz 101 verwendet werden können, wie z. B. von einem Fernseher 106, von einem Computer (PC) 107, von einem Laptop-Computer 108 oder von einem Telefon 109. Die Daten können zu Anwendungen in dem Heimnetz in einem oder in mehreren drahtgestützten und/oder drahtlosen Formaten, wie z. B. durch ein Koaxialkabel, durch ein Twisted-Pair-Kabel (TP („Twisted Pair"), durch eine Polymer-optische Faser (POF („Plastic Optical Fiber"), durch elektrische Stromleitungen, durch ein CAT5e-Kabel, durch ein drahtloses lokales Netz (WLAN), durch Netze, welche dem WiFi- oder dem IEEE 802.11-Standard entsprechen, verteilt werden.
Der Zugangspunkt 105 führt eine Mediumzugriffsteuerung und eine Basisband (MAC/BB)-Verarbeitung der empfangenen digitalen Datenpakete auf der Verbindung 102 durch. Die Daten müssen dann in ein Format umgesetzt werden, welches der erwünschten Anwendung oder Komponente im Heimnetz entspricht. Der Zugangspunkt 105 umfasst auch einen oder mehrere Front-Ends, welche die Schnittstelle zu den Anwendungen im Heimnetz bereitstellen. Die analogen Front-Ends können für einen bestimmten Typ einer Anwendung speziell entworfen sein. Zum Beispiel können Front-Ends des WiFi- oder 802.11-Standards eine Schnittstelle zu WLAN-Anwendungen bereitstellen, ein davon getrenntes Koaxialkabel-Front-End kann eine Schnittstelle zu einer Anwendung einer Fernseh- oder Kabel-Set-Top-Box bereitstellen, und davon getrennte Front-Ends für ein Twisted-Pair-Kabel oder eine Stromleitung können eine Schnittstelle zu einer Anwendung auf dem PC bereitstellen.
2 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Zugangspunktes 201 zu einem Heimnetz nach dem Stand der Technik. Die Daten werden vom Internet 202 oder von einem anderen Datennetz über zum Beispiel ein Kabel, DSL oder eine Glasfaserverbindung 203 empfangen. Der Netzübergang 204 stellt die Schnittstelle zu dem Internet 202 oder zu einem anderen Datennetz zur Verfügung. Der Zugangspunkt 201 kann mit einem WLAN 205 gekoppelt sein, wobei ein WLAN-MAC/BB-Prozessor 206 und ein RF-Front-End 207 (Funknetz-Front-End) eingesetzt werden. Vorrichtungen, wie z. B. ein Laptop-Computer 208, ein Minicomputer (PDA („Personal Digital Assistant")) oder andere Vorrichtungen können mit dem WLAN-Netz gekoppelt werden. Ein Fernseher 209 kann auch über ein Koaxialkabel 210 mit dem Zugangspunkt 201 gekoppelt sein, wobei ein Koaxialkabel-MAC/BB-Prozessor 211 und ein Koaxialkabel-Front-End 212 eingesetzt werden. Der Zugangspunkt 201 kann über ein Twisted-Pair-Kabel 214, welches zum Beispiel DSL-Signale überträgt, mit einem PC 213 gekoppelt sein. Das Twisted-Pair-Kabel 214 kann mit einem Front-End 215 für eine Telefonleitung und mit einem DSL-MAC/BB-Prozessor 216 in dem Zugangspunkt 201 verbunden sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der PC 213 auch über ein Stromleitungsnetz 217, welches über ein Stromleitungs-Front-End 218 und ein Stromleitungs-MAC/BB 219 gekoppelt ist, verbunden sein.
Jede der Front-End-Schaltungen 207, 212, 215, 218 und jeder der MAC/BB-Prozessoren 206, 211, 216, 219, welche bei der beispielhaften Konfiguration des Zugangspunktes 210 dargestellt sind, sind bezüglich des bestimmten Typs des Netzes, an welchem sie angebracht sind, spezifisch und sind typischerweise auf getrennten Chips angeordnet. Zum Beispiel kann das RF-Front-End 207 derart entworfen sein, dass es eine Schnittstelle zu einem WLAN-Netz, zum Beispiel einem Netz mit dem Standard 802.11n, welches bei 2,4 GHz oder 5 GHz arbeitet, bereitstellt. Aufgrund des bezüglich des Netzes spezifischen Entwurfes des RF-Front-Ends 207 kann es nicht mit einem Koaxialkabel 210 arbeiten, welches bei ungefähr 800–900 MHz arbeitet, oder mit einem Twisted-Pair-Kabel 214 oder einem Stromleitungsnetz 217 arbeiten, welche unterhalb von 20 MHz arbeiten. Dementsprechend sind die Front-Ends 207, 212, 214 und 218 bei bekannten Systemen nicht austauschbar. Die Auswahl von bestimmten Typen von Front-Ends beschränkt den Typ und die Anzahl der Netze, welche bei bekannten Systemen mit einem Zugangspunkt 201 verbunden werden können.
3 stellt eine erfindungsgemäße Ausführungsform dar, wobei der Zugangspunkt 301 vielseitige Front-Ends 31–34 umfasst, welche derart programmiert werden können, dass sie mit mehreren digitalen Signaleingangverbindungen 316–319 und mit mehreren Netzen 310–313 arbeiten können. Die Front-Ends 31–34 können auf verschiedenen Chips bereitgestellt werden oder sie können auf einem einzigen Chip bereitgestellt sein. Die Signale von und in das Internet 314 oder von und in andere Datennetze werden durch die MAC/BB-Prozessoren 315 bearbeitet, welche die Datenpakete von dem Netz 314 in digitale Basisbandsignale 316–319 wandeln. Digital-Analog/Analog-Digital-Wandler 320–323 wandeln dann digitale Basisbandsignale 316–319 in analoge Basisbandsignale 324–327 um, welche bei einer Ausführungsform zum Beispiel bei 10–40 MHz liegen.
Die analogen Basisbandsignale 324–327 werden dann durch Mischer 328–331 in analoge Signale 306–309 aufwärts gemischt. Ein lokaler Oszillator (LO) 332 stellt den Mischern 328–331, welche bei der Aufwärts-Mischung eingesetzt werden, LO-Signale bereit. Der LO 332 kann ein oder mehrere Phasenregelkreise umfassen, welche selektiv LO-Frequenzen von 10 MHz, 900 MHz, 2,4 GHz und/oder 5 GHz erzeugen. Abhängig von der Programmierung des zugehörigen Netzes 310–313 verwenden oder selektieren die Mischer 328–331 die angemessene LO-Frequenz bzw. Oszillatorfrequenz, um die Front-End-Eingangssignale 306–309 bei der erwünschten Frequenz zu erzeugen. Die Signale 306–309 werden dann verstärkt und/oder in den Schaltungen 302–305 gefiltert und den Anwendungen im Netz 310–313 zur Verfügung gestellt.
Die in 3 dargestellte Ausführungsform ermöglicht dem Benutzer, die Funktion der Front-Ends 31–34 abhängig von dem Typ des Netzes und von den Anwendungen, mit welchen der Zugangspunkt 301 kommunizieren wird, zu wählen oder zu programmieren. Zum Beispiel ist das Front-End 31 derart programmiert, dass es eine Schnittstelle mit einem WLAN, wie z. B. einem drahtlosen Netz, welches mit den Standards 802.11a/b/c/d/e/f/g/h/n kompatibel ist, ausbildet. Der Mischer 328 kann einen lokalen Oszillator in dem Bereich von 2,4 GHz oder 5 GHz auswählen, um das analoge Basisband 324 zu der richtigen Frequenz für das WLAN 310 zu mischen. Der Leistungsverstärker (PA („Power Amplifier") 302 koppelt das Signal zu einem oder zu mehreren Antennen, so dass die Signale drahtlos im WLAN 310 übertragen werden können.
Die LO-Frequenzen können während des Betriebs des Zugangspunktes verändert oder selektiert werden, wenn zum Beispiel der Zugangspunkt von einem Betrieb mit mehreren Datenströmen mit 4 Kanälen auf einem Band für WLAN auf einen Betrieb mit mehreren Datenströmen mit 3 Kanälen auf einem Band und einem Kanal auf einem anderen Band für WLAN wechselt.
Das Front-End 32 kann derart programmiert werden, dass es eine Schnittstelle über ein Koaxialkabel 311 mit einem drahtgestützten Netz bereitstellt, wobei das Koaxialkabel 311 mit einem oder mit mehreren Fernsehern, Set-Top-Boxen oder anderen Anwendungen gekoppelt sein kann. Der Mischer 329 kann einen lokalen Oszillator von 900 MHz auswählen, um das analoge Basisbandsignal 325 auf die entsprechende Frequenz für das Koaxialkabelnetz 311 zu mischen. Ein Leistungsverstärker 303 koppelt das Signal in das Koaxialkabel, so dass die Signale übertragen werden können.
Darüber hinaus kann das Front-End 33 derart programmiert werden, dass es eine Schnittstelle mit einem drahtgestützten Netz, wie z. B. einem Telefonnetz, bereitstellt, wobei Twisted-Pair-Drähte 312 eingesetzt werden. Der Mischer 330 kann einen LO von 10 MHz auswählen, um damit das analoge Basisbandsignal 326 zu mischen, oder der Mischer 330 kann das Signal 326 einfach zu der Leitungstreiberschaltung (LD („Line Driver") 304 schicken. Bei einer Ausführungsform haben die Signale, welche zu den Twisted-Pair-Drähten 312 übertragen werden, eine Frequenz von 20 MHz. Der Leitungstreiber 304 koppelt das analoge Signal auf die Twisted-Pair-Drähte 312, um es zu einem Telefon, zu Modems, Set-Top-Boxen oder zu anderen Anwendungen zu übertragen.
3 stellt auch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Front-Ends 34 dar, welches digitale Basisbandsignale 319 zu Anwendungen auf einem Stromleitungsnetz 313 koppelt. Beispielsweise können im Betrieb Signale über das Stromleitungsnetz 313 mit 10 MHz übertragen werden. Der Mischer 331 wählt eine Frequenz des lokalen Oszillators, um die analogen Signale zu dem Leitungstreiber 305 zu führen, welcher die Signale in das Stromleitungsnetz 313 einkoppelt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Front-End-Schaltungen, welche vorab mit Bezug auf 3 beschrieben sind, für empfangene Signale auch in der entgegengesetzten Richtung arbeiten. Zum Beispiel werden Signale, welche von den Netzen 310–313 empfangen werden, durch die Front-Ends 31–34 verarbeitet, welche die empfangenen Signale abwärtsmischen und digitalisieren und die digitalisierten Signale den MAC/BB-Prozessoren 315 bereitstellen.
4 stellt eine Betriebsart des Zugangspunktes 401 dar, wobei die Front-Ends 41–44 jeweils derart ausgestaltet oder programmiert sind, dass sie in einem WLAN-Netz, wie beispielsweise einem drahtlosen Netz, welches dem Standard 802.11n genügt, arbeiten. In dieser Betriebsart empfängt jeder der AD/DA-Umsetzer 403 digitale Signale von den MAC/BB-Prozessoren 402 und setzt die Signale in die analogen Basisbandsignale um, welche zu den Mischern 404 geführt werden. Die Mischer 404 wählen eine Frequenz des lokalen Oszillators, beispielsweise in dem Bereich von 2,4 GHz oder 5 GHz, aus, um die analogen Basisbandsignale zu einer entsprechenden Frequenz aufwärts zu mischen, welche einem Kanal in dem WLAN zugewiesen ist. Die aufwärts gemischten Signale werden in den Leistungsverstärkern 405 verstärkt und zur Übertragung zu anderen Anwendungen oder Vorrichtungen in dem WLAN zu Antennen geführt. Es können durch den Zugangspunkt 401 auch Signale von anderen WLAN-Vorrichtungen empfangen werden. Die Signale werden durch die Mischer 404 in die analogen Basisbandsignale abwärts gemischt, welche in den AD/DA-Umsetzern 403 digitalisiert werden. Die digitalisierten Signale werden den MAC/BB-Prozessoren zugeführt, welche sie zu dem Netz 406 routen.
Jedes analoge Front-End 41–44 kann einem anderen Kanal, welcher dem Standard 802.11 genügt, zugewiesen sein. Die Kanäle, welche jedem Front-End 41–44 zugewiesen sind, können in demselben Frequenzband, zum Beispiel dem 2,4 GHz-Band oder dem Band von 5–5,8 GHz, liegen. Gemäß dem IEEE-Standard 802.11 liegt das 2,4 GHz-Band in einem Bereich von 2,412 GHz bis 2,462 GHz und ist in elf Kanäle unterteilt. Bei anderen Standards, zum Beispiel bei dem ITU-Standard, reicht das 2,4 GHz-Band von 2,412 bis 2,472 GHz und ist in 13 Kanäle unterteilt. Die Kanäle werden von den verfügbaren Kanälen ausgewählt und dem jeweiligen Front-End 41–44 zugewiesen. Die Auswahl der Kanäle kann eine Trennung der Kanäle berücksichtigen, um eine störende Beeinflussung zu vermeiden, was die Anzahl der für die Front-Ends 41–44 verfügbaren Kanäle beschränken kann.
Die Kanäle, welche den Front-Ends 41–44 zugewiesen sind, können von verschiedenen Bändern ausgewählt sein. Zum Beispiel können ein oder mehrere Kanäle von den Kanälen des 2,4 GHz-Bandes ausgewählt werden, während die anderen Kanäle von den Kanälen des 5 GHz-Bandes ausgewählt werden. Wenn die Kanäle von unterschiedlichen Bändern ausgewählt werden, sorgt dies für eine bessere Frequenztrennung und kann Einschränkungen bei der RF-Bearbeitung aufgrund dicht benachbarter RF-Frequenzen und störende Beeinflussungen, welche dadurch verursacht werden, erleichtern oder vermeiden.
Der Betrieb, welcher in 4 dargestellt ist, kann zum Beispiel den Einsatz einer MIMO-Technologie („Multiple-Input/Multiple-Output-Technology") umfassen, wobei jede Antenne und jedes analoge Front-End 41–44 einer RF-Schlange zugewiesen ist, welche dafür verantwortlich ist, einen räumlich (von anderen Datenströmen) getrennten Datenstrom („spatial Stream") zu übertragen und zu empfangen. Der Zugangspunkt ist in der Lage, einen flexiblen Betrieb von mehreren Datenströmen, wie beispielsweise eine MIMO-Technik und/oder eine STBC-Technik (STBC („Space-Time Block Coding")) und/oder eine den Datenstrahl formenden Technik bzw. Beamforming-Technik, bereitzustellen. Bei diesen Techniken kann ein einzelner Datenrahmen aufgebrochen und über mehrere räumlich getrennte Datenströme gemultiplext werden, oder er kann in mehreren Datenströmen zu dem Sender übertragen werden. Die Datenströme werden empfangen und die Datenrahmen werden abhängig von den empfangenen Datenströmen durch den Empfänger wieder zusammengesetzt oder berechnet. Dabei kann jede RF-Schlange in der Lage sein, gleichzeitig zu empfangen und zu senden, was für einen besseren Durchsatz sorgt. Eine gleichzeitige Empfängerverarbeitung kann störende Beeinflussungen von mehreren Pfaden auflösen und kann die Qualität des empfangenen Signals verbessern.
Es sei angemerkt, dass die Verwendung desselben Front-Ends für mehrere Betriebsarten eine flexible Verwendung des Zugangspunktes ermöglicht, wobei existierende Standards eingehalten werden können, wie beispielsweise der WLAN-Standard I802.11n. Gemäß dieses Standards kann der vorab beschriebene Betrieb von mehreren Kanälen eingesetzt werden, um den Einsatz des Zugangspunktes mit dem 5 GHz-Band oder dem 2,4 GHz Band entsprechend der gesamten Vielfalt, welche dieser Standard anbietet, individuell anzupassen. Zum Beispiel können für eine erste Betriebsart vier RF-Schlangen eingesetzt werden, um für einen MIMO-Betrieb mit 4 Kanälen (zum Beispiel 4 × 4 MIMO) zu sorgen, während für eine zweite Betriebsart dieselben 4 RF-Schlangen eingesetzt werden können, so dass drei der RF-Schlangen für einen MIMO-Betrieb mit drei räumlich getrennten Datenströmen in einem Band und eine RF-Schlange eingesetzt wird für einen zusätzlichen Betrieb eines einzelnen WLAN-Kanals in einem anderen Band. Darüber hinaus kann derselbe Zugangspunkt dann derart eingesetzt werden, so dass die drei RF-Schlangen den MIMO- Betrieb mit drei räumlich getrennten Datenströmen bereitstellen und die eine RF-Schlange einen drahtgestützten Kommunikationskanal bereitstellt. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorab beschriebenen Betriebsarten nur beispielhaft zu verstehen sind und dass das analoge Front-End derart programmiert werden kann, dass jede der vorab beschriebenen Betriebstechniken mit mehreren Datenströmen mit irgendeiner Anzahl n von Datenströmen ermöglicht wird.
5 stellt einen beispielhaften Betrieb des Front-End-Abschnitts des Zugangspunktes dar. Das Front-End 501 ist derart ausgestaltet, dass es vier Kanäle 51–54 bereitstellt. Die Kanäle 51–54 sind derart ausgestaltet, dass sie mit Antennen 502–504 arbeiten, und der Kanal 54 ist derart ausgestaltet, dass er selektiv entweder mit einer Antenne 505 oder mit einem Koaxialkabel 506 arbeitet. Zur Vereinfachung sind die Komponenten der Kanäle 52 und 53 in 5 nicht dargestellt; es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Kanäle 52 und 53 in derselben Weise wie der Kanal 51 ausgestaltet sein können.
Ein Schalter bzw. Switch oder Selektor 507 empfängt digitale Signale von den MAC/BB-Prozessoren und routet die digitalen Signale zu den Kanälen 51–54 als Sendesignale I und Q. Die digitalen Sendesignale I und Q werden von den D/A-Umsetzern 508 entgegengenommen und in analoge Basisbandsignale umgesetzt, um durch die Aufwärts-Mischer-Schaltung 510 weiterverarbeitet zu werden. Die analogen Basisbandsignale werden in dem Kanal durch einen Tiefpassfilter 509 gefiltert und dann in dem Mischer 510 zu einer RF-Frequenz aufwärts gemischt. Lokale Oszillatoren 511–513 stellen den Kanälen 51–54 LO-Frequenzen zur Verfügung. Abhängig von der Frequenz des WLAN- oder Koaxialkabel-Kanals, welche den Front-End-Kanälen 51–54 zugewiesen sind, werden Selektoren 514 und 515 eingesetzt, um die entsprechende LO-Frequenz auszuwählen. Es sei darauf hingewiesen, dass irgendein LO-Signal für jeden Mischer 510 ausgewählt werden kann, so dass jeder Kanal 51–54 auf irgendeiner erwünschten Frequenz, irgendeinem erwünschten Kanal oder irgendeinem erwünschten Band arbeiten kann.
Die lokalen Oszillatoren 511–513 können Phasenregelkreise (PLLs) sein. Der PLL 511 ist derart ausgestaltet, dass er eine LO-Frequenz von 2,4 GHz bereitstellt, und der PLL 512 ist derart ausgestaltet, dass er eine LO-Frequenz von 5 GHz bereitstellt. Die LO-Signale von den PLLs 511 und 512 können zum Beispiel eingesetzt werden, um die Signale zum Einsatz in einem WLAN basierend auf den 802.11-Standards aufwärts zu mischen. Die von den Mischern 510 ausgegebenen aufwärts gemischten Signale werden dann im Verstärker mit einer programmierbaren Verstärkung (PGA („Programmable Gain Ampfilier")) 516 verstärkt. Die Ausgabe der Verstärker 516 kann durch Leistungsverstärker 517 weiter verstärkt werden, bevor sie über die Antennen 502–505 zu Anwendungen auf der Abnehmerseite übertragen wird.
Selektor 518 können eingesetzt werden, um selektiv Antennen 502–505 mit einer Sende-Schaltung 519 oder einer Empfangs-Schaltung 520 in den Front-End-Kanälen 51–54 zu koppeln. Die Signale, welche an den Antennen 502–505 von den Anwendungen auf der Abnehmerseite empfangen werden, werden über den Selektor 518 zu der Empfangs-Schaltung 520 geroutet. Die empfangenen Signale durchlaufen für jeden Kanal einen rauscharmen Verstärker (LNA („Low Noise Amplifier")) 521 und werden dann in einem Mischer 522 abwärts gemischt. Bei der dargestellten Ausführungsform stellen die Selektoren 514 und 515 dieselben LO-Signale den Abwärts-Mischern 522 zur Verfügung, welche für die Aufwärts-Mischer 510 ausgewählt sind, da angenommen wird, dass die zu sendenden und die zu empfangenden Signale für jeden Kanal in demselben Frequenzband liegen. Bei anderen Ausführungsformen können die Selektoren 514 und 515 derart eingesetzt werden, dass sie unterschiedliche LO-Frequenzen für die zu sendenden und die zu empfangenden Signale bereitstellen, wenn zum Beispiel die Signale in unterschiedlichen Frequenzbändern oder Kanälen liegen.
Die abwärts gemischten Signale, welche sich in dem Basisband befinden, passieren eine Schaltung 523 mit programmierbarer Verstärkungssteuerung (PGC („Programmable Gain Control")) und werden in einem Tiefpassfilter 524 gefiltert. Die analogen Basisbandsignale werden in A/D-Umsetzern 525 in digitale Signalabtastwerte umgesetzt. Die digitalisierten Signale werden dann über einen Selektor 507 zu den MAC/BB-Prozessoren geroutet.
Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform kann der Kanal 54 mit einem WLAN oder einem Koaxialkabelnetz gekoppelt sein. Ein Selektor 526 wird eingesetzt, um zur Übertragung der aufwärts gemischten Signale zwischen einer Antenne 505 und einem Koaxialkabel 506 auszuwählen. Ein Selektor 515 wird eingesetzt, um für Signale, welche in einer WLAN-Anwendung übertragen werden, zwischen PLL 511 oder 512 auszuwählen. Wenn das Koaxialkabel 506 für die Übertragung eingesetzt wird, dann wird der Selektor 515 eingesetzt, um PLL 513 auszuwählen, welcher derart ausgestaltet ist, dass er eine LO-Frequenz von ungefähr 900 MHz bereitstellt. In ähnlicher Weise wird ein Selektor 527 eingesetzt, um von der Antenne 505 oder von dem Koaxialkabel 506 empfangene Signale zu einer Abwärts-Mischer-Schaltung 520 zu routen. Ein Selektor 528 kann auch eingesetzt werden, um für das Koaxialkabel 506 zwischen einem Sende- und einem Empfangs-Pfad auszuwählen.
Bei einer Ausführungsform ist ein Steuerprozessor 529 mit den Kanälen 51–54, den PLLs 511–513 und dem Selektor 507 gekoppelt, um Steuer- und Verwaltungs-Funktionen für die Front-End-Kanäle durchzuführen. Wenn es erforderlich ist, kann der Steuerprozessor für eine Koordination von mehreren Front-End-Komponenten wie auch von mehreren MAC/BB-Funktionseinheiten sorgen. Dabei ist eine Steuerung, für welche durch den Steuerprozessor 529 gesorgt wird, in einem breiten Sinn zu interpretieren und kann Verwaltungsfunktionen für die unterschiedlichen Front-End-Komponenten und Datenströme umfassen, wie beispielsweise ein Zuweisen und dynamisches Wieder-Zuweisen von Frequenzen, Bändern oder Netzen zu den mehreren Front-Ends in dem Zugangspunkt. Der Steuerprozessor 529 kann auch die physikalischen Sendearten und RF-Bandbreiten des Front-Ends 501 steuern. Der Steuerprozessor 529 kann in Hardware, Software, Firmware oder einer Kombination von zwei oder mehreren von diesen implementiert sein.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Front-End-Kanäle 51–54 irgendeiner Kombination von WLAN- oder Kabel-Netzen zugewiesen werden können. Zum Beispiel können bei einer Ausführungsform die Front-End-Kanäle 51–54 alle einem einzigen WLAN-Netz entsprechend der 802.11n zugewiesen werden, so dass jeder Kanal in einer MIMO-Übertragungsbetriebsart arbeitet, um mit einer oder mit mehreren Anwendungen auf der Abnehmerseite zu kommunizieren. Bei einer anderen Ausführungsform können zwei Kanäle, beispielsweise die Kanäle 51 und 52, in einer MIMO-Übertragungsbetriebsart gemäß 802.11n arbeiten, während der Kanal 53 in einer älteren Betriebsart, beispielsweise entsprechend 802.11a/b/g, arbeitet und der Kanal 54 eine Front-End-Schnittstelle bereitstellt.
Obwohl beschrieben worden ist, dass der Kanal 54 in der Lage ist, entweder mit einem drahtgestützten Netz oder mit einem Kabelnetz zu arbeiten, sei darauf hingewiesen, dass der Kanal 54 bei anderen Ausführungsformen derart ausgestaltet sein kann, dass er mit irgendeiner Kombination von zwei oder mehreren drahtlosen Netzen und drahtgestützten Netzen arbeiten kann, was ohne Einschränkung 802.11-Netze, Kabelnetze, mit Twisted-Pair-Kabeln arbeitende Netze und Stromnetze einschließt. Obwohl in 5 darüber hinaus dargestellt ist, dass nur der Kanal 54 in der Lage ist, mit mehr als einem Netztyp zusammenzuarbeiten, sei darauf hingewiesen, dass jeder der Front-End-Kanäle 51–54 derart ausgestaltet sein kann, dass er mit beliebigen zwei oder beliebigen mehreren Netztypen arbeiten kann. Die Front-End-Kanäle können ebenfalls derart ausgestaltet sein, dass sie mit verschiedenen drahtlosen Netzen zusammenarbeiten können, indem beispielsweise zwei oder mehr Front-End-Kanäle einem 802.11n-Netz und einer oder mehrere andere Front-End-Kanäle einem oder mehreren 802.11a/b/oder g-Netzen zugeordnet sind.
Dabei können die Komponenten der analogen Front-End-Schaltungen, welche hier beschrieben sind, auf demselben Siliziumstück oder Siliziumchip oder auf unterschiedlichen Siliziumstücken ausgestaltet sein. Zum Beispiel können die Leistungsverstärker und die Leitungstreiber, welche mit den Antennen, Twisted-Pair-Kabeln, Koaxialkabeln oder Stromleitungen gekoppelt sind, auf demselben Siliziumstück wie die Mischer und die AD/DA-Umsetzer integriert sein. Alternativ können die AD/DA-Umsetzer auf einem von den Mischern und den Leistungsverstärkern/Leitungstreibern getrennten Siliziumstück ausgebildet sein. Die AD/DA-Umsetzer können auf demselben Siliziumstück wie die MAC/BB-Prozessoren ausgebildet sein. Alternativ können die AD/DA-Umsetzer die Mischer und die Leistungsverstärker/Leitungstreiber jeweils auf unterschiedlichen Siliziumstücken ausgebildet sein.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, dass eine Bedienperson auswählt, welches Medium zur Datenübertragung oder zum Datenempfang eingesetzt wird, wie beispielsweise WLAN, Koaxialkabel, Twisted-Pair-Kabel oder eine Stromleitung. Abhängig von dem ausgewählten Medium muss die Mischfrequenz derart verändert oder eingestellt werden, dass die Eigenschaft des analogen Front-Ends derart modifiziert wird, dass es eine Schnittstelle mit dem ausgewählten Medium bereitstellt. Die Auswahl, welches Medium einzusetzen ist, kann während des Betriebs dynamisch durch den Benutzer vorgenommen werden, indem beispielsweise das Medium abhängig von der Kanalqualität ausgewählt wird. Die Auswahl des Mediums kann auch automatisch durch den Zugangspunkt vorgenommen werden, um von einer Kundenanwendung auf eine andere Kundenanwendung umzuschalten.
Es sei darauf hingewiesen, dass der hier verwendete Begriff "Daten" derart zu verstehen ist, dass er jede Form einer Darstellung von Daten einschließt, wie beispielsweise eine verschlüsselte Form der Daten, eine analoge oder eine digitale Darstellung der Daten oder ein moduliertes Signal, welches die Daten darstellt. Darüber hinaus soll unter dem Begriff "Schaltung" nicht nur eine Hardware sondern auch Software, Firmware oder irgendeine Kombination davon verstanden werden. Schließlich sollen die Begriffe "gekoppelt" oder "verbunden" nicht nur eine direkte Kopplung bzw. Verbindung sondern auch eine indirekte (über mehrere Elemente erfolgende) Kopplung bzw. Verbindung bezeichnen, wenn nichts Gegenteiliges beschrieben ist.

Claims

Vorrichtung für einen Zugangspunkt, umfassend: mehrere programmierbare Kanalschaltungen (31–34; 41–44; 51–54), wobei jede programmierbare Kanalschaltung (31–34; 41–44; 51–54) derart ausgestaltet ist, dass sie empfangene digitale Signale (316–319) für ein ausgewähltes von mehreren analogen Netzen (310–313) umsetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbaren Kanalschaltungen (31–34; 41–44; 51–54) einen Mischer (328–331; 404; 510) umfassen, um analoge Basisbandsignale (324–327) in Funkfrequenzsignale (306–309) aufwärts zu mischen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbaren Kanalschaltungen (31–34; 41–44; 51–54) einen Mischer (328–331; 404; 522) umfassen, um empfangene Funkfrequenzsignale (306–309) zu analogen Basisbandsignalen (324–327) abwärts zu mischen.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (301; 401; 501) darüber hinaus einen oder mehrere lokale Oszillator-Schaltungen (332; 511, 512, 513) umfasst, um den Mischern (328–331; 404; 510, 522) ein Oszillatorsignal bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischer (328–331; 404; 510, 522) mit einem ausgewählten von mehreren lokalen Oszillator-Schaltungen (332; 511, 512, 513) entsprechend dem ausgewählten der mehreren analogen Netze (310–313) gekoppelt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbaren Kanalschaltungen (31–34; 41–44; 51–54) darüber hinaus Leistungsverstärker (302, 303; 405; 516), um mit ausgewählten analogen drahtlosen Netzen (310) oder ausgewählten Koaxialkabelnetzen (311) eingesetzt zu werden, oder Leitungstreiber (304, 305), um mit ausgewählten drahtgestützten Netzen (312) oder ausgewählten Stromleitungsnetzen (313) eingesetzt zu werden, umfassen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbaren Kanalschaltungen (31–34; 41–44; 51–54) darüber hinaus einen Mischer (328–331; 404; 510), um analoge Basisbandsignale (324–327) in Funkfrequenzsignale (306–309) aufwärts zu mischen, und einen oder mehrere lokale Oszillator-Schaltungen (332; 511, 512, 513), um den Mischern (328–331; 404; 510) ein Oszillatorsignal bereitzustellen, umfassen, und dass die Mischer (328–331; 404; 510) mit einer ausgewählten der lokalen Oszillator-Schaltungen (332; 511, 512, 513), welche dem ausgewählten der mehreren analogen Netze (310–313) entspricht, gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (501) darüber einen Steuerprozessor (529) umfasst, um das Oszillatorsignal, welches durch die jeweilige Kanalschaltung (51–53) einzusetzen ist, auszuwählen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerprozessor (529) derart ausgestaltet ist, dass er die Oszillatorsignale derart steuert, dass die Kanalschaltungen (51–53) in einer ersten Betriebsart gemäß einer MIMO-Technik und/oder einer STBC-Technik und/oder einer Beamforming-Technik arbeiten und dass in einer zweiten Betriebsart eine erste Gruppe der Kanalschaltungen (51–52) gemäß einer MIMO-Technik und/oder einer STBC-Technik und/oder einer Beamforming-Technik arbeitet und eine zweite Gruppe der einen oder der mehreren Kanalschaltungen (53) derart arbeitet, dass ein zusätzlicher drahtloser oder drahtgestützter Datenkommunikationskanal bereitgestellt ist.
Zugangspunkt für ein Datennetz, umfassend: mehrere programmierbare Front-End-Schaltungen (31–34; 41–44; 51–54), welche mit einer MAC-Schaltung (315; 402) gekoppelt sind, und mehrere lokale Oszillatoren (332; 511, 512, 513), wobei die mehreren lokalen Oszillatoren (332; 511, 512, 513) derart ausgestaltet sind, dass sie selektiv mit den programmierbaren Front-End-Schaltungen (31–34; 41–44; 51–54) gekoppelt sind, wobei ein bestimmter lokaler Oszillator (332; 511, 512, 513) für jede Front-End-Schaltung (31–34; 41–44; 51–54) abhängig von einem Netz (310–313), mit welchem die Front-End-Schaltung (31–34; 41–44; 51–54) zu koppeln ist, ausgewählt ist.
Zugangspunkt nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Front-End-Schaltungen (31–34; 41–44; 51–54) einen Sendepfad (519), welcher einen aufwärts mischenden Mischer (510) umfasst, und einen Empfangpfad (520), welcher einen abwärts mischenden Mischer (522) umfasst, umfasst, und dass ein ausgewählter lokaler Oszillator (332; 511–513) sowohl mit dem aufwärts mischenden Mischer (510) als auch mit dem abwärts mischenden Mischer (522) gekoppelt ist.
Zugangspunkt nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugangspunkt (501) darüber hinaus eine Steuerung (529) umfasst, um ein Oszillatorsignal für jede der mehreren Front-End-Schaltungen (51–54) auszuwählen.
Zugangspunkt nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (529) das Oszillatorsignal für die Front-End-Schaltung (51–54) abhängig von einem Netz ausgewählt, welches der jeweiligen Front-End-Schaltung (51–54) zugeordnet ist.
Zugangspunkt nach einem der Ansprüche 10–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatorsignale abhängig von Kanälen in einem drahtlosen Netz (310) ausgewählt sind, welches einem 802.11-Standard entspricht.
Zugangspunkt nach einem der Ansprüche 10–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatorsignale abhängig von Kanälen in einem drahtgestützten Netz (311), welches ein Koaxialkabel einsetzt, oder abhängig von Kanälen in einem drahtgestützten Netz (312), welches Twisted-Pair-Kabel einsetzt, oder abhängig von Kanälen in einem Stromleitungsnetz (313) ausgewählt sind.
Zugangspunkt nach einem der Ansprüche 10–15, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der mehreren Front-End-Schaltungen (31–34; 41–44; 51–54) derart ausgestaltet sind, dass sie mit einem oder mit mehreren drahtgestützten Netzen (311–313) und mit einem oder mehreren drahtlosen Netzen (310) gekoppelt sind.
Zugangspunkt nach einem der Ansprüche 10–16, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der mehreren Front-End-Schaltungen (31–34; 51–54) derart ausgestaltet sind, dass sie sowohl mit einer Antenne (502–505) als auch mit einem Kabel (311; 506) oder Draht (312, 313) gekoppelt sind.
Verfahren zur Bereitstellung einer Schnittstelle zu einem Zugangspunkt, umfassend: Umsetzen von mehreren digitalen Datenströmen (316–319) zu getrennten analogen Basisbandsignalen (324–327), und Umsetzen jedes der analogen Basisbandsignale (324–327) in ein Sendesignal (306–309), wobei das Format jedes der Sendesignale (306–309) von einem Netz (310–313) abhängt, welchem das Signal (306–309) zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren darüber hinaus ein Empfangen von mehreren Signalen (306–309) von einem oder von mehreren Netzen (310–313), und ein Abwärts-Mischen der empfangenen mehreren Signale (306–309) in empfangene analoge Basisbandsignale (324–327) umfasst, und dass lokale Oszillatorsignale für jedes der empfangenen mehreren Signale (306–309) abhängig von einem Netz (310–313), von welchem das Signal (306–309) empfangen wurde, ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren digitalen Datenströme (316–319) von einer MAC-Schaltung (315) empfangen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–20, dadurch gekennzeichnet, dass das Umsetzen jedes der analogen Basisbandsignale (324–327) darüber hinaus ein Auswählen eines lokalen Oszillatorsignals abhängig von einem Netz (310–313), welchem das Signal (324–327) zugeordnet ist, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–21, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendesignale (306–309) ausgewählt sind aus einer Gruppe, umfassend: Signale (306) eines drahtlosen lokalen Netzes (310), Signale (307), welche für ein Kabelnetz (311) formatiert sind, Signale (308), welche für ein Netz (312) mit Twisted-Pair-Kabeln formatiert sind, und Signale (309), welche für ein Stromleitungsnetz (313) formatiert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–22, dadurch gekennzeichnet, dass das Format von jedem der Sendesignale (306–309) eine Sendefrequenz umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–23, dadurch gekennzeichnet, dass das Umsetzen jedes der analogen Basisbandsignale (324–327) in ein Sendesignal (306–309) darüber hinaus ein Umsetzen der analogen Basisbandsignale (324–327) in zwei oder mehr Sendesignale (Tx_I, Tx_Q) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–24, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendesignale in einer ersten Betriebsart gemäß einer MIMO-Technik und/oder einer STBC-Technik und/oder einer Beamforming-Technik konfiguriert sind, und dass in einer zweiten Betriebsart eine erste Gruppe der Sendesignale gemäß einer MIMO-Technik und/oder einer STBC-Technik und/oder einer Beamforming-Technik arbeiten und eine zweite Gruppe der Sendesignale derart arbeiten, dass ein zusätzlicher drahtloser oder drahtgestützter Datenkommunikationskanal bereitgestellt wird.