[发明专利]使用自由空间光通信链路的无线通信系统

说明书

本发明涉及类似蜂窝电话系统的无线通信系统，特别是那些已增容了的无线通信系统。

类似蜂窝电话系统的无线通信系统是依靠功率相对较小的收发信机发出的数量相对较少的射频频率来实现在相对短的距离内传送信号(如从收发信机至蜂窝的边缘构成约1-3英里的工作半经)。这些完全相同的射频频率可以在邻近的蜂窝上复用于传输其它消息，而不会出现由于在不同的蜂窝上使用了同一频率而造成的不同消息间的令人难以接受的相互干扰。然而，由于这类通信所被允许使用的频率数量是受政府法规以及出于其它方面的考虑限制的，因此，在任何同一时间对于任何给定的蜂窝只支持数量相对有限的蜂窝电话呼叫。在使用频繁的地区，这将导致一些呼叫被中断和/或强行使一些呼叫处于等待服务状态。显然以上这些是我们所不希望发生的。

为了实现在某一区域增加同时可被支持的呼叫数量，其中一种可能的方案是减小蜂窝尺寸，这样便可允许对可用频率进行更多的复用。例如，一个常规的蜂窝可被再分为多个子蜂窝，其中每一个子蜂窝都拥有一个其功率甚至可能比用于常规蜂窝的常规的收发信机的功率更小的收发信机。如果将一个常规的蜂窝再分为四个子蜂窝，则从理论上讲，其可支持的呼叫数量为同一区域未划分前常规蜂窝的四倍。

一种可能的阻碍蜂窝尺寸进一步减小的原因是连至子蜂窝收发信机位置的高级的硬线通信链路(如光纤)的费用是昂贵的。

考虑到以上情况，本发明的目的是为了降低无线通信系统扩容的成本和难度。

本发明更具体的目的是为无线通信系统提供了无需使用硬线连接至所有子蜂窝收发信机位置的子蜂窝。

本发明的这些及其它一些目的是依照本发明中的原理来实现完成的，该原理是在无线通信系统蜂窝的中心位置与该蜂窝中的每个子蜂窝收发信机之间使用点到点的、基本上无导向的、自由空间光通信方式进行通信。例如，中心位置可能是该蜂窝原来已存在的无线电收发信机的位置，将该收发信机替换成多个中心光收发信机，每个子蜂窝也配上一个光收发信机，该收发信机位于该子蜂窝的中心位置，且远离前面所述的中心光收发信机。每个子蜂窝的光收发信机通过基本上无导向的、自由空间光通信链路分别与各个中心光收发信机进行光耦合(如，双向的、视线的、红外线传输)。每个子蜂窝也都包括一个为那些处于该蜂窝内的无线通信单元(如：移动电话或蜂窝电话)进行服务的射频频率收发信机。并且，每个子蜂窝内还包括用于将光和射频频率收发信机联系起来的电路。中心光收发信机通常通过硬线通信链路与整个系统中超出蜂窝范围的部分进行通信(如：一个连接到移动电话交换局的双向光纤链路)。

由于在中心光收发信机与子蜂窝收发信机之间采用了基本上无导向的、自由空间的光通信，这样就可省去与新的子蜂窝收发信机进行连接所需增加使用的硬线。这将减少因提供小型无线通信蜂窝所需的成本，同时由于有限数量的射频频率被更多地重用，因此，使通信系统具有了更大的容量。

该发明进一步的性能、特点及各种优越性将通过结合图示和下面对优选实施例的详细描述得到进一步阐明。

图1是在依照本发明所构成的无线通信系统的实施例中一个有代表性部分的简略原理图。

图2是图1中所示装置中某一部分的实施例的简略原理图。

图3是图1中所示装置的另外一个部分的实施例，虽然更为详细，但仍然是简略的原理框图。

图1中的虚线条20代表无线通信系统10中的常规蜂窝的大致边界。例如，蜂窝20可能是一个以中心天线30为中心的、半径为1-3英里的大致的圆形。根据本发明，蜂窝20被再分为多个子蜂窝40a-d，蜂窝40a-d中的每一个都被各自独立的天线50a-d所服务。位于天线30的装置通过硬线通信链路60与交换设备70进行通信(如：一个移动电话交换局)。链路60最好是光纤，但它也可以用电子链路替代。蜂窝20仅代表了类似由交换局70服务的一些小型蜂窝。通常，交换局70通过通信链路80连接到普通的电话公司的交换设备90上，用于与全局通信网进行通信。如果需要，部件70和90也可以位于同一物理位置。

虽然，一般认为这里讨论的通信系统10是一个蜂窝电话系统，但也可以认为本发明同样适用于任何类型的无线通信系统(如寻呼系统；具有增强性能的蜂窝电话系统及其它类似系统)。