CN101636930A - 用于在WiMAX系统中操作的增强型物理层中继器 - Google Patents

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CN101636930A CN200780006076A CN200780006076A CN101636930A CN 101636930 A CN101636930 A CN 101636930A CN 200780006076 A CN200780006076 A CN 200780006076A CN 200780006076 A CN200780006076 A CN 200780006076A CN 101636930 A CN101636930 A CN 101636930A
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詹姆斯·A·小普罗克特
肯尼思·M·盖尼
詹姆斯·C·奥托
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Abstract

本发明描述一种示范性方法(500)和中继器(110、210、300)，其用于使用时分双工(TDD)无线电协议来进行中继。使用下行链路和上行链路从第一站向第二站传输信号。可在所述上行链路或所述下行链路上用检测器(309、310、855、856)检测所述信号。所述中继器可同步到与所述检测到的信号相关联的时间间隔，所述时间间隔是在观测周期期间测量的。如果在所述上行链路上检测到所述信号，那么可将所述信号从所述第二站转播到所述第一站，且如果在所述下行链路上检测到所述信号，那么可将所述信号从所述第一站转播到所述第二站。与所述下行链路相关联的增益值可用于建立与所述上行链路相关联的增益值。

Description

用于在WiMAX系统中操作的增强型物理层中继器
技术领域
本发明大体上涉及无线网络，且明确地说，本发明涉及时分双工(Time DivisionDuplex，TDD)中继器以及非变频中继器(non-frequency translating repeater)中的时隙检测与自动增益控制(AGC)、同步、隔离和操作。
背景技术
用于无线局域网(通常称为WLAN)或无线城域网(称为WMAN)的若干新兴协议和/或规范正变得越来越普及，其中包括例如802.11、802.16d/e等协议和相关协议，所述相关协议还称为(例如)“WiFi”、“WiMAX”、移动WiMAX、时分同步码分多址(TDS-CDMA)、宽带无线接入或“WiBro”系统等名称。这些协议中的许多协议(例如WiBro)在发展中国家中作为用于在WMAN或蜂窝状基础设施中提供网络接入的低成本替代方案而正变得越来越普及。
尽管使用以上标准无线协议的产品的规范通常指示某些数据速率和覆盖范围，但这些性能等级通常难以实现。实际性能等级与规定性能等级之间的性能不足可能具有许多原因，其中包括RF信号的辐射路径的衰减，对于802.16d/e，辐射路径通常与2.3到2.4GHz许可频带中的10MHz信道相关联，虽然802.16可支持高达66GHz的传输频率。部分由于其在全球市场中受到广泛认可，使用时分多工(TDD)协议进行操作的系统(例如上文提到的WiBro)特别受到关注。
出现多个问题，因为需要无线网络支持的结构(例如建筑)可能具有平面布置图(floorplan)(包括隔断墙放置等)，且可能具有基于能够衰减RF信号的材料的构造，所有这些都可能阻止充分覆盖。另外，使用以上标准无线协议进行操作的装置的数据速率很大程度上取决于信号强度。随着在覆盖区域中的距离增加，无线系统性能通常减小。最后，协议本身的结构可能影响操作范围。
无线行业中通常使用中继器来增加无线系统的范围和建筑内穿透。然而，出现多个问题和新增的困难，因为任何给定装置中的系统接收器和传输器可能(例如)在TDD系统中在所分配时隙内进行操作。在此类系统中，当多个传输器同时操作时(如中继器操作中将发生的情况)，可能出现多种困难。一些TDD协议提供经界定的接收和传输周期，且因此抵抗冲突。
在TDD系统中，接收和传输信道借助时间而非频率而分离，且另外，一些TDD系统(例如802.16(e)系统)使用预定时间来进行特定上行链路/下行链路传输。其它TDD协议(例如802.11)不使用所构建的预定时隙。既定用于在TDD系统中操作的全双工中继器的接收器和传输器可借助任何数目的手段而隔离，其中包括物理分离、天线图案、频率变换或极化隔离。使用频率变换的隔离的实例可参见题为“具有用于增强网络覆盖的中继器的无线局域网(WIRELESS LOCAL AREA NETWORK WITH REPEATER FORENHANCING NETWORK COVERAGE)”、代理人案号为WF02-05/27-003-PCT且基于第60/414,888号美国临时申请案的第PCT/US03/28558号国际专利申请案。然而，应注意到，为了确保稳固操作，非变频中继器为了有效地操作而必须能够快速检测信号的存在，且同与TDD系统相关联的媒体接入控制及总协议协同操作，其中进行中继是为了在时隙上有效地中继传输。
另外所关心的是中继器与在TDD协议和增益控制下进行的传输的同步。如果利用过度增益控制，那么调制可能被消除，从而导致失真或信号损失。为了获得关于自动增益控制的进一步信息，可参看题为“用于扩展网络覆盖的具有自动增益控制的无线局域网中继器(WIRELESS LOCAL AREA NETWORK REPEATER WITH AUTOMATIC GAINCONTROL FOR EXTENDING NETWORK COVERAGE)”、代理人案号为WF02-04/27-008-PCT且基于第60/418,288号美国临时申请案的第PCT/US03/29130号国际专利申请案。另外，具体增益控制方法不得负面地影响基站到订户链路的系统级性能，且不得在许多订户同时在系统中操作时负面地影响网络性能。
如所属领域的技术人员将了解，根据802.16(e)的TDD系统在具有某一带宽和多个业务时隙的指定信道上具有用于上行链路的指定副载波和用于下行链路的指定副载波，可在规定带宽内的副载波上将所述业务时隙中的每一者指配给一个或一个以上订户站。对于TDD系统内所建立的每一连接，如将了解，在802.16标准和协议下进行操作对于所有时隙使用已知频率信道。WiBro是802.16(e)的一个此类协议子集(profile)，其在与本文一起提交的附录中描述。
发明内容
因此，在各种示范性和替代示范性实施例中，本发明在例如WLAN环境等无线环境中，且广义地说，在任何时分双工系统(包括IEEE 802.16、IEEE 802.20、PHS和TDS-CDMA)中，用动态频率检测方法和中继方法来扩展覆盖区域，所述方法可在使用预定上行链路和下行链路时隙或未预定随机接入(例如基于802.11的系统中所使用)的系统中执行。另外，示范性中继器可在同步TDD系统(例如802.16和PHS系统)中进行操作，其中上行链路和下行链路中继方向可由观测周期或由广播系统信息的接收来确定。示范性WLAN非变频中继器允许两个或两个以上未同步WLAN节点或将通常在预定基础上通信的节点根据同步方案进行通信。未同步WLAN节点通常产生非预定传输，而其它节点(例如订户单元和基站单元)是同步的，且基于预定传输而通信。
此些单元可根据本发明，通过在例如窄带下行链路控制信道上(如在PHS系统中)同步到控制时隙间隔或任何规则下行链路间隔来进行通信，且将较宽带宽集合的载波频率中继到经宽带中继的下行链路。在其它系统中(例如在802.16系统中)，控制时隙检测带宽将与经中继带宽相同。在上行链路侧，中继器优选通过执行宽带监视来监视一个或多个时隙以查看订户侧上的传输，且当检测到上行链路传输时，可在朝向基站设备的上行链路信道上中继所接收到的信号。根据各种示范性实施例，中继器将优选提供直接中继解决方案，其中在包括任何中继器延迟的基本相同的时隙上传输所接收到的信号。
附图说明
附图用于进一步说明各种实施例且阐释根据本发明的各种原理和优点，其中在各个视图中，相同参考标号始终指代相同的或功能相似的元件，且所述附图连同以下详细描述内容一起并入在本说明书中并形成本说明书的一部分。
图1是说明根据各种示范性实施例的示范性非变频中继器的图。
图2是说明包括订户侧和基站侧的示范性非变频中继器环境的图。
图3是说明与示范性非变频中继器相关联的示范性检测与中继器电路的示意图。
图4是说明与示范性非变频中继器的各种实施例相关联的正交频分多址(OFDMA)帧的图。
图5是说明中继器与同示范性非变频中继器的各种实施例相关联的TDD间隔同步的流程图。
图6是说明与示范性非变频中继器的各种实施例相关联的同步方案的图。
图7是说明与示范性非变频中继器的各种实施例相关联的功率控制方案的图。
图8是说明与非变频中继器的各种实施例相关联的示范性中继器配置的电路图。
图9是说明与示范性非变频中继器的各种实施例相关联的示范性检测器的电路图。
具体实施方式
现参看图1，展示示范性非变频中继器110。中继器110可包括控制终端111，其通过例如链路112等通信链路(其可以是RS-232连接或类似连接)而连接到中继器110，以出于各种目的而进行串行通信，例如为了配置中继器110、收集各种度量或类似目的。将了解到，在中继器110的生产模型中，将不大可能使用此连接，因为将在制造期间完成所述配置，或中继器110将在(例如)微处理器、控制器或类似物的控制下自动配置。中继器110系统还可包括外部天线120，其用于通过无线接口121与TDD中继器连接的一侧(例如基站122)通信。将了解到，基站122可指代能够服务多个订户的任何基础设施节点，例如802.16(e)的WiBro协议子集、PHS小区站(CS)等。天线120可通过连接114而耦合到中继器110，可使用直接耦合连接来实现所述连接114，例如通过使用同轴电缆和SMA连接器或所属领域的技术人员将了解的其它直接连接。
另一天线130可用于通过无线接口131向TDD中继器连接的另一侧(例如订户终端132)通信。订户终端132在本文中将用于指代经配置以从基站122(如用户实体、用户设备、终端设备)接收服务的装置，例如802.16(e)订户站(SS)、PHS个人站(PS)等。天线130可通过连接115耦合到中继器110，可使用直接耦合连接来实现所述连接115，例如通过使用同轴电缆和SMA连接器(如上文所提到)。中继器110将由标准外部DC电源供电。
还将了解到，在一些实施例中，天线120和130可以是定向天线，且还可与同中继器110相关联的中继器电路一起集成为单个封装，使得(例如)当安装在结构的窗户或外壁中时，所述封装的一侧可定向在一个方向上(例如朝向基站)，且所述封装或机壳的另一侧可定向在另一方向上(例如朝向订户或类似物)。另外，天线120和130可在其辐射模式(radiation pattern)中为定向的或全方向的。对于个人因特网(PI)中继器，预期一个天线将安装在建筑外部，且另一天线将位于建筑内部。PI中继器也可位于建筑内部。还将了解，可使用许多不同形状因数来实现恰当放置和配置。举例来说，可使用横向极化天线，例如交叉极化的接线天线、平面天线、带状天线等，如所属领域的技术人员将了解。另外，可使用两个此类天线，一个用于输入且一个用于输出，或如将了解的类似情况。在典型的情形中，天线120和130中的一者(在本实例中，天线120)可被界定为“施主”天线，即耦合到基站122的天线。
根据一些实施例，中继器110可包括单元1 110a和单元2 110b，其可通过链路140(例如通信链路、数据与控制链路等)连接。单元1 110a可经定位以与基站122通信，且单元2 110b可经定位以与订户终端132通信。单元1 110a和单元2 110b可通过链路140传送模拟信息或数字信息，所述链路140可以是无线链路141或有线链路142。有线链路可包括同轴电缆、电话线、家用电力布线电路、光纤电缆等。单元1 110a和单元2 110b可(例如用匹配滤波器)执行滤波，以便确保不会有不需要的信号在正用于中继的核心频率上传递。将了解到，可在单元1 110a与单元2110b之间使用不同频率，以便降低干扰的可能性。将了解，可在所述单元之间使用例如802.11等协议，且在此情况下，在链路140上在所述单元之间传送的信号可经解调并作为802.11包中的802.16数据在所述单元之间传递，且经重新包封以用于中继目的，例如用于传输到基站或订户站。或者，802.11包可含有数字样本，例如所中继信号的尼奎斯特(Nyquist)样本。因此，优选使用单元间同步协议。
将了解，通过将示范性中继器分成多个单元，可实现较佳的隔离。或者，可在单个单元中继器中通过天线放置、使用定向天线等来实现隔离。在一个或两个单元的实施例中，对以同一频率进行操作的天线进行隔离是关键性的。因此，为了改进隔离，可例如通过在已知时间从一个单元传输已知信号，且在另一单元上测量所述已知信号，或在单个单元情况下，将已知信号从一个天线传输到另一天线，来进行隔离测量。将了解，可为许可频带上的传输而清除已知信号的传输，或可在未经许可频带上自由传输已知信号。可(例如)使用一系列LED或类似物来显示隔离程度，或可在所述隔离为可接受的时点亮单个LED。以此方式，安装者可移动或重新布置所述单元，或在单个单元中继器情况下，移动或重新布置施主和非施主天线，直到实现所需的隔离程度(如通过观察指示器来确定)为止。
为了更好地了解根据各种示范性实施例的示范性中继器或中继器系统的操作环境，请参看图2。例如由基于802.16、TDS-CDMA、PHS的系统或类似系统的服务提供商操作的基站222可与订户终端232通信，所述订户终端232可位于(例如)建筑内部。定向天线220可位于墙壁200的外壁部分202上，例如在窗户中、在外部表面上等，且可通过链路214耦合到非变频中继器210。可以下文将更详细描述的方式来中继在订户终端232与基站222之间传输的包。
重要的是，请注意，在考虑中继器210的物理结构的各方面时，可作出一些关于所述系统的基本假定。在本论述内容中，假定中继器210在由单个基站和单个订户终端232组成的环境中操作，尽管将了解，在一些实施例中可包括多个订户站和/或基站。预先知道帧持续时间、下文将更详细描述的接收/传输过渡间隙(RTG/TTG)以及相对于帧长度而分配给下行链路子帧的时间百分比，且在一些实施例中，有可能调节可变帧持续时间。在典型会话中，所预期的帧持续时间为5ms，预期RTG/TTG间隙在持续时间上为从大约80μs到800μs。预期在帧的上行链路与下行链路子帧部分之间具有固定分裂，且规定固定的帧持续时间。尽管有此些假定，但将要求中继器210以下文将描述的方式自主地与所述帧的开始计时同步。另外，UL/DL子帧关系可不时地改变，且中继器必须适应。另外，例如根据示范性的基于802.16的实施例，服务提供商将知道2.3到2.4GHz传输带中的操作信道或多个同步信道(例如8.75MHz、10MHZ等操作信道)，且可在中继器210处(例如)使用控制终端或类似物以手动方式来设置所述信道。在WiBro的情况下，可同时中继三个同步信道，从而导致总共30MHz的中继带宽。
将了解，可进行如下文将更详细描述的中继器同步，以确保中继器依照用于802.16协议的计时要求进行操作。如下文将说明和描述的RSSI方法可使用功率检测、相关、统计信号处理等。
另外，根据示范性的基于802.16(e)的实施例(例如“WiBro”实施例)，通过正交频分多路复用(OFDM)来使典型的基站222可支持许多频率副载波(多达1024个)成为可能。可在传输之前，使用(例如)快速傅里叶逆变换(IFFT)来对信道进行编码和交错。副载波提供基站222与多个订户终端232之间的通信链路。对于802.16系统内所建立的每一连接，上行链路和下行链路在占用不同时隙的专用上行链路副载波和下行链路副载波上进行操作，如将结合(例如)图6和图7更详细地描述。还应注意到，多个副载波可在同一时隙内同时在不同副载波上操作。此外，多个基站(BS)可使用同一技术来允许在相同时隙和信道上但使用不同副载波进行操作。
如所提到，如果需要的话，LED指示器将能够在视觉上通知何时已经实现帧计时的恰当同步。另外，可提供一系列LED指示符(例如具有不同颜色)，以展示相对信号强度，以便辅助天线和/或中继器的放置，以及施主和非施主天线处的恰当隔离。如上文所提到，可提供RS-232连接器以接合到具有由图形用户界面(GUI)驱动的中继器配置软件的控制终端(例如膝上型计算机)。配置软件将能够配置(例如)操作信道、帧持续时间，且可以图形方式观测操作中的中继器的关键参数。一旦确定此些参数，或一旦确定用于在某些条件下应用某些值的方案，便可将此操作控制委派给具有操作程序的微处理器或类似物。具有相关联的软件和/或固件的微处理器/控制器可接着用于生产中继器中的参数控制，其可在制造中用上文提到的网络信息进行重新配置。
根据各种实施例，TDD格式(例如，如IEEE 802.16d/e正交频分多址(OFDMA)(TTA-PI韩国)标准中所规定)应有助于开发供在全球市场中商业使用的示范性非变频中继器。由于上行链路和下行链路帧将在给定系统的各种基站之间同步，所以很少会在订户终端传输的同时发生基站传输。同步和尖端BS到SS功率控制技术的使用用于减轻多种问题，例如远近效应(near-far effect)和典型基站222可用显著高于订户终端232的有效各向同性辐射功率(EIRP)电平进行传输的事实。
为了实现TDD中继，除所需要的信号放大以外，中继器210对无线电信号所作的唯一修改是添加约1μs的传播延迟。由于1μs的额外延迟是恒定的，所以订户终端232或基站222处的符号同步不是问题。订户终端232可几乎不受影响地接收来自基站222和中继器210的信号。在给定用于示范性802.16配置的循环前缀时间(CP)的情况下，额外延迟相对来说微不足道，且当接收到直接和经中继信号时，OFDM副载波应保持正交。
根据一些协议(例如802.16)，订户终端232可周期性地接收含有8位量化带符号值的OFDMA功率控制信息元素，如将了解，所述8位量化带符号值指示功率电平中以0.25dB增量计的变化。由于与订户终端232相关联的功率控制的可能性，需要在UL与DL之间尽可能地使中继器210的自动增益控制设定值保持恒定电平。提供给中继器210的“输入”天线的任何增益需要以一致方式传递到功率放大器。在802.16(e)WiBro的情况下，优选使用如本文所论述和描述的特定功率控制方法。
将了解，通过OFDMA，多个用户和基站可在不同副载波上同时接收或传输。分配给每一用户的副载波的数目和正用于用户业务的副载波的总数目在帧之间是可变的。因此，中继器210的天线输入处的接收功率电平可能发生一些变化，因为不会在每个帧期间分配所有副载波。然而，由于大量活动用户所形成的平均，以及AGC环路的操作，所以与帧持续时间相比，用户的频域多路复用对于中继器210来说应不是显著问题。本发明进一步通过允许将由AGC在DL上提供的增益应用于UL以维持“互易信道”，从而允许开放和闭合环路802.16功率控制透明地操作，来减轻任何问题。
根据802.16(e)和WiBro，若干类型的功率控制经界定以实施闭合环路和开放环路UL功率控制。一些是强制性的，且一些是可选的。开放环路UL功率控制和闭合环路UL功率控制两者都依赖于假定DL上的路径损耗等于UL上的路径损耗，其中具有一些调整以补偿非TDD操作模式。对于TDD操作模式，与对于FDD/TDD模式相比，路径损耗互易性保持更为紧密。
对于TDD操作模式中的功率控制，优选途径是尝试维持整个下行链路和整个上行链路上的总体互易路径损耗，使得尽可能紧密地维持路径损耗的互易性。在由于各种实际限制而没有维持路径损耗的情况下，闭合环路功率控制机制将进行偏移调整以补偿UL/DL中的所需差异。应注意，路径损耗中的差异可能归因于一个链路上的局部干扰，需要额外接收功率来克服。所述差异还可能归因于中继器的输出功率或敏感性中的限制。
因此，功率控制的优选途径如下。在DL上，将在报头(preamble)期间设置增益，并使其保持恒定，持续DL子帧的持续时间。所述增益将经设置以使得根据设置恒定输出功率的典型AGC途径来实现目标输出功率，不同之处只是在完成初始设置之后“冻结”所述增益。应用于DL子帧的增益被存储并检索以在UL上使用。除了上述程序之外，可将在DL增益设置操作期间设置的中继器输出目标功率调整某一偏移，以影响SS增益程序将进行操作的方式，且因此在某种程度上影响传输功率电平。
对于UL增益控制，检索应用于DL传输的增益(如所提到，所述增益已被存储)，并结合UL来应用所述增益，而不管接收到的功率或传输功率如何，除非超出特定限制。为了进行UL输出功率管理，如果从SS接收到的信号过强，使得在结合UL中继器模式应用DL增益之后，必须使增益减少某一数量DELTA，那么应包括值DELTA作为距DL输出功率设置点的偏移。所述偏移将在DL AGC功能中反映为输出功率的增加，这将影响SS中的功率控制，以在UL操作期间减小TX功率，如802.16(e)中所规定的开放环路和闭合环路功率控制方法中通常发生的情况那样。
对于UL接收功率管理，与以上实例相反，如果中继器正从SS接收低信号电平，那么可将对DL AGC的偏移作为-DELTA从DL输出功率设置点减去，从而使其减小，使得开放环路功率控制将用以增加来自SS的输出功率，从而导致在UL操作期间在中继器处从SS接收到更强的信号。
结合对DL输出功率应用DELTA或偏移，对下行链路功率控制的偏移可称为UL_OFFSET_TO_DL_TXPOWER_SP。应注意，在IEEE标准802.16-2004的部分16“用于固定宽带无线接入系统的空中接口”的章节8.4.10.3.1(闭合环路功率控制)和章节8.4.10.3.2(开放环路功率控制)中描述结合802.16(e)的功率控制。
如所属领域的技术人员将了解的，中继器210可向入站和出站信号应用固定增益，且可在双工模式下在上行链路和下行链路时间周期两者上在同一频率上进行操作。为了提供上行链路功率控制，根据在下行链路上所测量到的功率电平来设置上行链路。此配置对于减少由(例如)基站对所感测到的下行链路路径损耗的反应而造成的增益调整来说是重要的，其中所述下行链路路径损耗将由增益电平中的由于(例如)中继器单元的放置等因素而出现的系统差异产生。如果与订户通信的中继器单元经放置以使得从订户接收到强信号，那么所述中继器单元可报告需要较低信号电平，而与基站通信的中继器可能具有不同的中继环境，其中降低传输功率将是不合需要的。因此，通过使上行链路功率电平与下行链路功率电平匹配，可使所察觉到的路径损耗减到最小，从而降低由于功率控制设定值超出范围之外而引起的功率放大器饱和的机会。根据优选实施例，在下行链路上，功率电平的检测可在下行链路包的初始部分(例如报头)期间被确定，且接着针对下行链路包的传输的剩余部分而被“冻结”。可将订户终端232的功率电平设置为上行链路上的相同功率电平，因而使所察觉到的路径损耗减到最小，且建立路径互易性。换句话说，下行链路增益经操纵以使得上行链路上的传输功率电平和服务订户的中继器单元处的所得接收功率电平得以控制。因此，在下行链路上使用自动增益控制，以设置来自中继器的输出功率，且在限制内独立于中继器上行链路输出功率而将增益设置应用于上行链路。
应注意，如果输出信号的一部分在外部或内部以足够增益到达输入，那么输入到输出振荡条件(类似于可能在某些类型的CDMA中继器中所发生的条件)可能发生，从而显著降低系统性能。内部和外部隔离量对应地限制中继器210可提供的放大量。因此，提供75dB的增益要求中继器210的天线与天线隔离和特定安装的天线与天线隔离比最大应用增益高10dB或为85dB的隔离。为了实现所需的内部隔离，在电路设计中，尤其是在输入信号和反馈路径设计中，必须考虑对泄漏和EMI相关问题的仔细关注。为了实现所需的外部隔离，假定(至少)将针对(例如)通往基站222的链路221使用定向天线。还可假定，服务通往基站222的链路221的天线220将在墙壁200的外壁202上，其中现场连接线尽可能接近基站222。假定从中继器210到订户终端232的链路231使用全向天线，其通常将安装在建筑或结构的内部。如果信号振荡继续发生，那么中继器210可检测到所述信号振荡，且减少对链路231的增益量，直到实现较佳的天线与天线隔离为止，这通过进一步分离天线或通过优化在那里的定向或放置来实现。
对于恰当的TDD操作，例如在示范性PHS和示范性802.16实施例中，中继器210需要通过确定与相关TDD协议相关联的上行链路和下行链路子帧的开始和结束计时，来确定是在上行链路方向上还是在下行链路方向上放大信号。举例来说，在下行链路子帧上，到达面向基站222的定向天线220(还称为施主端口)处的信号需要被放大，并在定向天线230处输出。在上行链路子帧上，到达定向天线230处的来自订户终端232的信号需要在相反方向上被放大，并在定向天线220处向基站222输出。
应注意，根据802.11 TDD中继，检测所述两个天线中的一者上的包的存在，且动态地改变放大方向。用于TDD放大的其它技术(例如TDD远程放大器)可剪裁包的开头，因为在检测到存在波形之前，放大器被停用。如果不剪裁波形的报头，那么802.11 TDD中继器可串联级联以获得较深的建筑内穿透。尽管级联和相关联的检测技术对802.11系统起到很好的作用，但必须使用某种形式的上行链路/下行链路同步，其中多个订户可进行传输。如果未使用更多系统信息，那么多个订户可能使中继器210混乱。
根据各种示范性实施例，可使用若干方法来确定TDD成帧。因此，中继器210可使用许多策略来准确地确定应当发生信号放大的方向。本文所描述的技术不受由于(例如)距中继器210的传播距离和从邻近小区现场到达的不需要的信号等因素引起的计时差异影响，所述不需要的信号可能在所述信号在其中传输的子帧结束之后到达。
用于确定放大方向的方法可涉及度量的组合，例如使用第一信号到达来对中继器210进行选通和闩锁。应注意，由于通过根据各种协议的正常系统操作，基站222将决定提前还是延迟来自不同订户的传输，使得包传输同时到达，中继器210可经配置以闩锁上第一到达信号，并忽略针对所述包的任何其它信道检测。
将了解，依据时间的对接收功率电平的统计分析也可用于确定放大方向。预期在下行链路子帧期间，进入面向基站222的定向天线220的接收功率将具有截然不同的特性。与来自基站219的信号相关联的已知传输特征可进一步用于或辅助同步。
与计时相关联的额外特征可包括经界定的间隙和在周期性基础上一致出现在下行链路上的控制信道时隙，例如FCH、DL-MAP和UL-MAP数据。因此，一致性和周期性可与例如上行链路和下行链路时隙参数等已知系统信息一起用于识别基站的计时并与其同步。
特征检测(如上所述)可包括对来自基站222的信号的详细统计分析，以识别所述信号的已知特征和计时特点。因此，中继器210可使用三个示范性步骤来确定无线信号的放大方向。首先，可部分地通过在初始化期间监视定向天线220来确定传输过渡间隙和接收过渡间隙(TTG/RTG)的位置(如下文将描述)。其次，可确定5ms IEEE 802.16帧内的下行链路子帧的开始计时和持续时间。最后，可以每帧一次的速率调整上行链路子帧与下行链路子帧之间的传输和接收计时。
在一些802.16(e)系统中，使用基于调制解调器的同步来明确地接收关于上行链路和下行链路子帧的计时的信令信息，且将此信息应用于同步。然而，此些系统是昂贵且复杂的。本系统通过经由使用功率检测器、相关器等提供同步来通过消除对昂贵调制解调器的需要而大大降低成本和复杂性。
根据一个示范性实施例，中继器210以类似于基于cdma2000RF的中继器的方式但以特定差异(如将描述且所属领域的技术人员将了解)来查看和起作用。如上文所述的典型中继器系统由具有可能10dBi的增益的室外定向天线组成，所述室外定向天线具有连接到室内中继器模块的若干英尺长的同轴电缆。中继器模块将由外部DC电源供电。中继器还将连接到具有可能5dBi的增益的室内全向天线，其放大去往订户住宅、工作区等的各个房间的信号。只要实现恰当的天线与天线隔离，室内天线也可以是定向的。
将了解，技术支持人员可能有必要将定向天线220安装到建筑的墙壁200的外壁部分202，且将电缆布线到建筑内部。然而，室内中继器的设置将不需要任何特殊配置，且住宅客户有可能在没有辅助的情况下根据特定嗜好来确定室内天线的方向。还应注意，个人中继器可含有一个或一个以上LED以指示RSSI等级、天线隔离、同步等，以便辅助中继器210的放置、定向天线220和230的定向和放置，且指示中继器210何时已经恰当地同步到TDD上行链路和下行链路子帧的计时。
或者，如图所示，中继器210可包括两个单元，例如中继器单元210a和中继器单元210b。所述单元可使用链路240来耦合，链路240可以是无线链路241或有线链路242，如上文结合图1所描述。
根据其它示范性实施例，非变频中继器服务的目的在于在先前难以接入的服务区域(例如地铁服务或建筑内服务)中提供高容量因特网服务。举例来说，可将建筑内中继器配置为小型室内单元，其具有(例如)一个用于室外或近室外放置的天线和另一个用于室内放置的天线，如上文所描述。其它中继器模型将更适合于自安装。
预见所述示范性中继器将具有类似于现有中继器(例如用于IS-2000系统)的规格。中继器可采取各种形式，包括(例如)相同频率的室内中继器、室外基础设施中继器，其为用于在室外安装中(例如在小巷中)填补不良或问题覆盖区域或用于选择性地使覆盖扩展到当前覆盖区域外的高功率中继器。室外基础设施中继器可部署在建筑顶部、小区塔上等。另外，示范性中继器可包括室内分布系统，其中中继器与耦合到基站以在地铁和停车库中使用的天线之间必须跨越相当大的距离。此外，示范性中继器可包括光纤中继器系统，其具有相对较短的光纤距离，以实现“深”建筑内覆盖。然而，长光纤距离可能造成系统级别问题，其中本文描述的中继器系统的操作依赖于例如等待时间等因素。
图3中展示示范性中继器300的框图。天线301和天线302分别耦合到传输/接收(T/R)开关303和304。最初，T/R开关303和T/R开关304中的每一者经设置为将来自天线301和天线302的每一者的信号馈入对应的低噪声放大器(LNA)305和LNA 306中。接着使用混频器307和混频器308对经放大的信号进行下变频转变，且可将所述信号进一步传递到对应的信号检测器中，例如用于天线201的检测器309和用于天线302的检测器311中。通过配置T/R开关303或T/R开关304中的一者将用于检测信号的第一天线设置为输入天线，且通过配置T/R开关303或T/R开关304中的另一者再将另一天线设置为输出天线。应注意到，在典型应用中，例如在802.16应用中，检测过程花费大约500ns，且设置传输开关过程中的延迟约为200ns。传输开关315将来自输入天线且被延迟了延迟元件310或延迟元件312的一者中所添加的延迟量的信号传递到功率放大器316中，所述功率放大器316通过另一传输开关317的操作将经放大的信号馈入如上文所述被指定为输出天线的天线301或天线302的一者中。将了解，延迟量应当不超出或甚至接近与协议相关联的超时值。另外，如果TDD协议需要同步(如在802.16(e)的情况下)，那么可能不需要补偿检测延迟。微控制器313和组合逻辑电路314可用于增加检测过程的可靠性，并执行例如系统维护、控制等额外程序，如所属领域的技术人员将了解，且执行某一软件以增强、扩大或控制中继器300的操作。还将了解，在一些实施例中，可使用光纤电缆将天线301与302之间的连接中的至少一者耦合到示范性中继器模块。
应进一步注意，检测器311本身可用于实现中继，或可结合经同步的上行链路或下行链路帧计时而使用。或者，检测器311可仅用于维持上行链路和下行链路同步。举例来说，一旦经同步，给定天线上的检测器311将引起从所述天线向另一天线的中继。然而，如果检测器311在未被界定为用于给定天线的有效中继器时隙的时隙中检测到信号，那么检测器311将不会中继信息。
用于中继器300的NMS(如上文所提及)在某些情况下可(例如)结合建筑内分布中继器和基础设施中继器而实施。然而，由于调制解调器、微处理器和存储器的额外成本的缘故，不期望针对典型的个人使用型中继器将存在NMS选项。NMS可包括远程增益调整、远程固件升级，且可在来自客户预定设备(customer premise equipment，CPE)卖方的配合下进行开发。
再次参看图3，应注意，根据示范性实施例，如果需要的话，中继器300可使输入射频信号延迟(例如)等于确定需要发生信号放大的方向所花费的时间的量，如上文所描述。所有传输和接收开关(例如T/R开关302、303和TX开关315、317)都恰好在经延迟的输入信号到达PA 316中之前被设置到正确方向，且因此永远不会剪裁所述信号的任何部分。将基于经界定的时隙和经同步的成帧而知晓放大方向。因此，上述技术可组合使用以实现中继。举例来说，必须存在特定天线端口上的同步与检测以实现中继。换句话说，将仅在应当存在信号时(例如在根据所述同步的有效上行链路或下行链路时隙期间)在给定天线端口上检测到所述信号时才实现中继。
活动RF中继器与存储与转发中继器相比是有利的，因为改进了延迟、改进了通过量且降低了复杂性。此外，用基于RF的中继器来维持数据安全性方案的完整性，因为不需要加密密钥，从而导致复杂性降低且管理减少。RF中继器的延迟低于1微秒，且可能为几百纳秒，而存储与转发中继器的延迟大于帧时间，帧时间对于IEEE 802.16来说为5ms。此量值的延迟增加对于许多延迟敏感应用来说是不可容忍的。将了解，出现存储与转发中继器的位速率中的瓶颈，因为所实现的位速率受最慢点到点链路的位速率限制。由于并非总是有可能将中继器精确地放置在订户与基站之间的半途上，所以对通过量和范围的改进可能相当受限制。而且，如表1所指示，位速率的改进对于较小区块大小来说是最大的，且针对较大区块大小而减小。因为每一包需要被发送两次，所以在R＝3/4 16-QAM和64QAM调制的情况下，存储与转发中继器可能降低小区通过量。最后，存储与转发中继器本质上较复杂，因为必须发生额外处理以便恢复和转播所述包，从而增加了中继器价格且增加了其功率消耗。所述协议中的与安全性、服务质量(QoS)和安装成本以及网络管理有关的实际限制可阻止存储与转发中继器的广泛采用。
如下文所提到，表1展示用于IEEE 802.16信号群(IEEE 802.16 Signal Constellation)的接收器SNR和未编码区块大小，以及具有9dB SNR改进的区块大小改进率。
  调制   编码率 接收器SNR(dB)   未编码区块大小   区块大小改进比率
  QPSK   1/2 9.4   24   3
  QPSK   3/4 11.2   36   2
  16-QAM   1/2 16.4   48   2.25
  16-QAM   3/4 18.2   72   1.5
  64-QAM   2/3 22.7   96   1.125
  64-QAM   3/4 24.4   108   0
应注意，如果在不同OFDM子信道中发生多个同时传输，如(例如)IEEE 802.16OFDMA所准许，IEEE 802.16O FDMA准许在时域和频域两者中发生多路复用，那么去往各个用户的传输可同时占用不同的副载波。由于示范性中继器将同步到上行链路和下行链路子帧的开头，而不管多少用户正在这些子帧中进行传输，所以中继器将能够放大所述多个同时传输而没有任何问题。然而，所占用副载波的不同数目可造成AGC输入功率的波动，但增益控制算法应提供足够的准确度容限。
为了更好理解根据802.16(e)的典型帧情形400的结构，请参看图4，其中相对于时间和对应的OFDMA符号编号401来描绘逻辑子信道的结构。在下行链路(DL)帧结构410和上行链路(UL)帧结构420内，展示各种帧分量，其中包括DL帧结构410中的报头和DL映射部分以及UL帧结构420中的各种UL突发部分，如将了解。UL帧结构420和DL帧结构410在时间上由传输过渡间隙(TTG)402分离，而所述帧的结尾和下一帧部分430的开头由接收过渡间隙(RTG)403分离，图4还展示上述各部分的放置。应注意，DL帧结构410由报头部分、DL映射、UL映射和可被视为二维资源分配的若干数据区组成。第一资源维度是连续逻辑子信道的群组，且第二资源维度是连续OFDMA符号401的群组。DL帧结构410被划分为多个数据区或“突发”。每一突发在时间上被映射，其中第一时隙(例如)由使用最低编号OFDMA符号的最低编号子信道占用。后续时隙可根据增加的OFDMA符号指数而映射。突发的边缘表示下一子信道中的映射的继续和返回到较低OFDMA符号指数。在典型的OFDMA帧中，可能存在128个子信道。
UL帧结构420包括占用整个UL子帧的突发区。在UL突发内，可从对应于使用第一OFDMA符号的最低子信道开始来对时隙进行编号。根据增加的OFDMA符号指数而映射后续时隙。当到达突发边缘时，可使映射递增到下一子信道，从而返回到使用针对UL“区带”的最低编号OFDMA符号。UL突发由连续时隙组成。可将UL帧结构视为一维的，因为需要单个参数(例如突发持续时间)来描述UL分配，从而显著减小UL映射大小。
将了解，上文所提到的配置可强加缓冲要求，因为UL和DL突发可跨越子帧的整个持续时间。举例来说，UL突发跨越整个UL帧，而DL突发可跨越整个DL帧。在DL帧结构410和DL帧结构420两者中，突发可跨越整个带宽，或换句话说，整个数目的子信道。最大缓冲器大小因此应当等于整个子帧。
为了更好地理解根据各种实施例的示范性TDD中继器的操作，图5中呈现示范性程序500的流程图。程序500包括(例如)根据本发明的同步的操作。在501处开始之后，可在502处从例如非易失性存储器的存储器读取配置。所述配置可包括传输过渡间隙(TTG)和接收过渡间隙(RTG)的持续时间、帧持续时间和用于操作的任何其它网络参数。一旦中继器操作开始，在503处，便可观测施主天线上的信号，且可用与所检测到的信号相关联的值来填充统计频率组，所述值例如是接收信号强度指示符(RSSI)等级、相关等级、功率电平等。可在(例如)观测周期期间观测所述信号，可将所述观测周期建立为具有从一个到几个帧或许多帧的持续时间，视例如所需要的可靠性等因素而定。持续时间为(例如)30秒左右的观测周期在许多情形下可产生可接受的结果。如将了解，可使用例如高性能处理器、信号处理器等处理器或控制器，根据单极无限脉冲响应(IIR)滤波过程来处理所述频率组中所累积的值。应注意，待填充的特定频率组将针对每一功率测量值而递增。频率组数目将对应于802.16帧的持续时间，且所述频率组被循环更新。输入到特定频率组的值将以帧速率发生，且使用加权平均值、IIR滤波或所属领域的技术人员已知的其它常用技术。
如果(例如)在504处确定观测周期完成，那么可在505处对频率组内容执行功率包络滑动相关(power envelope sliding correlation)或开窗函数(windowing function)，以基于统计分析确定计时窗口存在于何处。如果观测周期未完成，那么将在观测周期期间继续填充频率组。可在506处检定上行链路和下行链路帧窗口的内容，且如果确定所述内容经恰当检定且对准，那么可在507处基于例如帧速率等已知参数建立下行链路传输窗口计时。将了解，可在508处在追踪周期中而非观测周期中的操作期间重复步骤503到505的程序，以维持同步和对准。尽管将所述程序指示为在509处结束，但将了解，所述程序可每当执行中继器启动时被调用，可周期性地被执行，或可仅在每当需要在同步中进行重新校准或调整时才被执行。如将了解，此些用于重复同步程序的选择和其它操作及参数可例如在软件或固件配置中实施，或者可部分或全部在例如集成电路芯片等集成硬件装置中实施。
可参看图6来更好地理解根据各种实施例的示范性同步情形600。其中分别在曲线图603和604中展示施主天线601和非施主天线602上的接收信号强度烈度(receivedsignal strength intensity，RSSI)与时间。应注意，(例如)TTG和RTG的持续时间和可能地其它计时关系出于说明目的而未按比例展示。将了解，从(例如)上文结合图5所描述的各个步骤和程序获得的信息可用于在示范性中继器的上行/下行传输选择过程中修改检测阈值，这相当于基于上行链路和下行链路时隙的已知同步而动态修改上行链路和下行链路检测阈值的先验检测算法。在TTG和RTG(其通常在持续时间上分别被规定为至少87.2μs和744μs)期间，上行链路或下行链路上不存在空中活动(air activity)。简单的RSSI检测或与(例如)RSSI相关联的开窗函数可用于识别这些间隙的位置。
在所述图式中，展示典型帧，例如结合图4而展示和描述的所述帧。在下行链路(DL)间隔(例如DL间隔610)期间，可建立例如DL窗口612和613的DL传输窗口，且在上行链路(UL)间隔620期间，展示例如UL窗口624和625的UL传输窗口，以依照802.16(e)协议的计时要求为信息的接收和传输提供同步。重要的是，请注意，必须追踪计时窗口，以确保在中继器操作期间维持对准和同步。如先前结合图5所提到，可将检测值放置在UL间隔610和630以及DL间隔620和640中由带点列区域表示的频率组中。每一列或频率组表示在所需分辨率的适当分数处的信号样本。在本实例中，10到20μsec取样间隔应足以在曲线图603和604的DL、UL、RTG和TTG间隔期间，准确地确定信号边缘的计时，所述间隔在图中表示为用于施主天线601的区域B 612、E 624、A 633和D632，以及用于非施主天线602的区域C 613、F 625、A 633和D 632。如上文所论述和描述，在(例如)观测周期等期间，以等于帧持续时间的周期以循环方式更新所述频率组。
如将了解，可追踪UL/DL计时，也就是说，可通过执行以下各项中的一者或一者以上来确定所述值：使用报头相关器、匹配滤波器或简单的RSSI值。另外，已知的TTG计时、帧计时、RTG计时可用作评估频率组内容或类似物的过程中的参数。平均值、直方图、阈值或其它统计途径可用于针对帧计时的分数且(最可能)符号或时隙计时的分数而确定或改善“时隙”或符号占用率。
根据其它实施例，可追踪DL TX子帧内容611的上升沿(在曲线图603中的区B 612处展示)，且其总是由报头、FCH、DL_MAP消息和数据内容占用。还可追踪DL TX子帧内容611的下降沿，虽然其不保证一直由内容占用且趋向于与传输间隙合并。可用由用户数据621、用户数据622或用户数据623(换句话说，在施主天线601或非施主天线602上发送的任何订户数据)填充的对应频率组来追踪UL子帧的上升沿。还将了解，将施主天线601和非施主天线602上的其它活动展示(例如)为用户数据631、632、641、642和643。
在其它实施例中，或为了扩大现有实施例，可在施主天线601或施主天线601和非施主天线602上的连续传输之间观测RTG间隙633和/或TTG间隙632。应注意，如果中继器配置所在的结构内部没有订户，那么可在施主天线上观测任何室外订户传输，且观测TTG或RTG间隙并将其用于同步。
另外，可对区带B 612、C 613、E 624、F 625和A 633及D 632的每一者期间的若干频率组上的平均RSSI求积分，并将其与图6中展示为虚线的检测阈值进行比较。来自多个积分的多个度量可用于产生最终计时和检测决策，且可包括TTG、RTG、报头相关、积分DL子帧功率等。考虑DL计时的实例，其中对DL子帧持续时间的平均频率组求积分。接着可减去10×积分RTG间隙的值，且可使所得“包络匹配滤波器”的计时滑动1个频率组，从而用递增频率组偏移针对每一时间对准产生度量。可选择具有最大值的时间对准作为正确的计时对准，且可相应地调整UL/DL TX启用窗口。
或者，计时可基于报头/符号相关，其中RSSI用于以与上述方式类似的方式来确定UL/DL子帧比率。作为对每一频率组中的RSSI或相关值求平均值的替代方案，可使用所述值的非线性或线性加权组合来产生每频率组值，以在包络匹配滤波器分析技术中使用。包络匹配滤波器的简单实例可表达为输出(频率组)＝-100*P(RTG)+P(DL-施主)-100*P(TTG)-P(DL-非施主)，其中函数P(x)是对许多经预处理的时间频率组上的功率求积分，且可包括相关功率、RSSI功率等。另外，预处理可包括简单平均、IIR或FIR滤波器结构，或者对相应频率组中的高于后续测量值且以帧速率更新的个别测量值的非线性处理。如所提到，当将输出描绘为频率组的函数时，上述相关滤波器中的“匹配”将包括峰值来表示最佳对准。与所述峰值相关联的对准将向计时提供相对调整，使得将预期频率组对准，且使得DL/UL TX启用窗口与正确的频率组和UL/DL子帧计时对准。应注意，前述实例假定帧时间、UL/DL子帧持续时间、RTG和TTG都是已知的。
因此，通过使用上述程序和电路，可完成需要非再生物理层(PHY)TDD型中继的各种协议环境下的中继。如图7所说明，说明中继情形700，其中使用利用经同步中继方向启用窗口和AGC控制的经检定中继。
借助于图中所示的各种实例，可尤其鉴于结合图6而提供的描述内容来更好地理解根据本发明的AGC控制。考虑下行链路间隔，例如使用示范性中继器从基站(BS)到订户站(SS)的DL 750。在A1 701处，在中继器的施主天线处接收到的信号超过阈值，例如图中展示为水平虚线的中继器检测阈值。可在中继器中产生B 704处的基带信号710。在A2 702处，可用指示检测的逻辑值来激活施主天线信号检测逻辑。在A3 703处，在中继器的非施主传输器上启用传输。如果(施主信号检测＝真)且(DL TX窗口＝真)，那么启用传输器，这意味着下行链路传输窗口被建立并同步，且当前在DL上是活动的，使得可建立端到端中继链路711。一旦根据上文而启用传输器，便可基于AGC程序而确定DL的传输功率。因此，可输出功率设置点，且可存储下行链路增益DL_增益的值。所述功率设置点在图中展示为水平虚线中继器DL AGC输出功率设置点。
为了处理经由中继器从BS到SS的DL上的传输的结尾，可使用以下程序进行说明。在C1 705处，确定在施主天线处接收到的信号低于阈值。到达基带信号710的结尾。在C2 706处，施主天线信号检测逻辑退出工作。在C3 707处，根据上文提到的逻辑来在非施主天线上停用传输器。
现在，考虑在(例如)87.2μsec的TTG 751之后的使用示范性中继器从SS到BS的UL。在D1 721处，中继器接收器的非施主天线处的信号超过检测阈值，且产生基带信号724。在D2 722处，用指示检测的逻辑值来激活非施主天线信号检测逻辑。在D3 723处，根据以下逻辑来在施主天线上启用传输器。如果(非施主信号检测＝真)且(UL TX窗口＝真)，那么启用传输器。因此，建立端到端中继链路725。
最后，为了确定UL上的传输增益，应用来自到达所述上行链路的最后一个DL帧的所存储DL_增益。可根据Pout(UL)＝Rssi(UL)+DL_增益来计算上行链路上的功率。应用增益以实现min(Pout，Pout max)。如果Pout的值大于Pout最大值，那么计算减小所述功率所需要的增益减小值增益_减小。接着使DL输出功率设置点减小所述值增益_减小。如果UL检测尚未发生，那么可以递增方式增加DL输出功率设置点，但不能超过DL_Pout_Max。以此方式，可通过操纵DL输出功率设置点来使UL传输增益维持在所需范围内。可针对在(例如)744μsec的RTG 753之后的DL 754上的基带信号730和在TTG 755之后的UL 756上的基带信号740的中继而遵循类似程序，所述TTG 755可为(例如)87.2μsec，如上文结合TTG 751而描述。
图8中展示示范性中继器配置800的电路图。进一步参看(例如)图3中所示的配置，展示用于实行如本文所述的各种程序的可变增益放大器(VGA)控制器和状态机(下文称为“VGA 820”)以及检测器855和856。可使用天线801和802来接收和传输信号，所述天线如将了解的那样可被定向为朝向中继环境的各种施主和非施主部分。所述天线801和802中的每一者可装备有带通滤波器(BPF)803和804，以及用于将天线置于传输或接收模式中的天线开关811和812。如将了解，天线开关810可将传输信号引导到天线开关811或812中的一者或另一者。在天线801上的接收演进期间，在传入信号传递通过BPF 803和开关811之后，将用低噪声放大器(LNA)805来放大所述传入信号，且在混频器807中对所述传入信号进行下变频转换，所述混频器807将所接收到的信号与本机振荡频率LO1 809进行混频。可将所得中间频率(IF)信号传递到分裂器851，其中可将信号实例传递到延迟单元853和检测器855。对于天线802上的接收演进，在传入信号传递通过BPF 804和开关812之后，将用低噪声放大器(LNA)806来放大所述传入信号，且在混频器808中对所述传入信号进行下变频转换，所述混频器808将所接收到的信号与本机振荡频率LO1 809进行混频。可将所得中间频率(IF)信号传递到分裂器852，其中可将信号实例传递到延迟单元854和检测器856。
当在检测器855和856的任一者中检测到信号时，可将样本857传递到处理器850以进行(例如)统计处理等，如上文所描述的情况。检测器855和856还可提供RSSI测量值858，可将所述测量值传递到VGA 820，以进行增益控制和传输功率调整，也如所描述的情况。处理器850可经配置以通过控制线827来控制VGA 820，如将了解，所述控制线827可以是线、端口、总线等。处理器850和VGA 820可经配置以存取控制寄存器，所述控制寄存器大体上位于处理器850中。VGA 820可通过线828来存取控制寄存器，如将了解，所述线828可以是线、端口、总线等。在示范性情形中，再一个天线上所接收到的信号可在(例如)由延迟单元853和854产生的延迟周期之后在另一天线上传输。视接收和转播方向而定，可通过TX选择开关823、开关822和VGA 824的操作来引导信号，所述操作可由VGA 820通过控制线来控制，如将了解。可将VGA 824的输出传递到混频器825，以用于与LO1 809混频以进行上变频转换。将混频器825的输出引导到功率放大器826。将通过开关810把传输信号引导到接收的相对侧。举例来说，如果在天线802上接收到信号，那么开关810将通过开关811把所中继的信号引导到天线801。
应注意，VGA 820可通过线828而配置有控制寄存器，所述寄存器含有(例如)DL功率设置点、UL MAX功率输出电平、UL MIN功率输出电平等。VGA 820可用于执行AGC功能，如本文所描述。举例来说，DL增益值可存储在VGA 820中以应用于UL子帧(如本文所描述)，以便实现传输期间的功率控制。UL功率设定值可受到限制以便不超过UL MAX功率输出。VGA 820可进一步通过基于处理器输入和来自如上文所描述的频率组分析的输入而延迟或提前滑动窗口，来管理UL/DL传输启用窗口。VGA 820还可进一步基于UL/DL传输启用窗口和所检测到的功率(例如相关功率或RSSI功率)，通过(例如)状态机等的操作，来对中继器的剩余部分和其它控制(例如传输开关等的配置)执行逻辑操作，例如上文所描述的传输组合控制。
处理器850可经配置以执行UL/DL计时管理、滤波功能和任何其它计算，如本文所描述。处理器850可进一步通过耦合到VGA 820状态机的控制信号来管理VGA 820状态机的操作。处理器850可进一步设置配置参数，且执行需要处理器能力的任何其它功能。将了解，大部分或所有处理器功能性可通过执行计算机可读媒体上所承载的程序指令来实现，所述计算机可读媒体例如是存储器装置、ROM、磁盘或包括例如有线或无线网络连接等连接媒体在内的其它媒体。或者，可将指令集成到具有专用集成电路(ASIC)等形式的处理器中。
为了实行(例如)如上文描述的同步等功能，需要示范性检测器，例如图8所示的检测器。图9中展示示范性检测器的一个此类实施例。检测器可如图所示那样进行配置，例如用于基于检测器输入901而产生RSSI值903的检测器放大器910，所述检测器输入901可以是例如射频(RF)信号的输入信号，(例如)如上文参看图8描述为来自接收天线的IF信号等。可将检测器放大器910的输出传递到相关器911，可依据中继器所需要的性能等级而视情况包括所述相关器911。可将例如RSSI阈值902和相关器阈值设置904的阈值分别输入到数字-模拟转换器DAC 912和DAC 914，以用于使用模拟比较器913和915来产生相关的功率检测和RSSI阈值检测。另外，可使用模拟-数字转换器(ADC)917针对RSSI值产生数字值，且使用ADC 916产生相关器输出值。
所属领域的技术人员将认识到，如上文所提到，本发明中可使用各种技术来确定不同的信号检测器配置且设置检测阈值等。另外，可将各种组件(例如检测器元件309和311、组合逻辑元件314以及微控制器313和其它元件的功能性)组合成单个集成装置。所属领域的技术人员可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对特定组件和其互连作出其它改变和更改。

Claims (34)

1.一种用于使用根据时分双工(TDD)协议配置的中继器将从第一站传输的信号中继到第二站的方法，所述第一站在下行链路上向所述第二站进行通信，且所述第二站在上行链路上向所述第一站进行通信，所述方法的特征在于：
在所述上行链路和所述下行链路中的一者上检测所述信号的存在；
将所述中继器同步到与所述检测到的信号相关联的一个或一个以上时间间隔，在观测周期期间测量所述一个或一个以上时间间隔以形成一个或一个以上测量时间间隔；
如果在所述上行链路上检测到所述信号，那么将所述信号从所述第二站转播到所述第一站；以及
如果在所述下行链路上检测到所述信号，那么将所述信号从所述第一站转播到所述第二站，
其中使用与所述下行链路相关联的第一增益值来建立与所述上行链路相关联的第二增益值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测所述信号的存在包括使用功率检测器进行检测。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测所述信号的存在包括使用相关器进行检测。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测所述信号的存在包括使用匹配滤波器进行检测。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述同步包括：
在所述一个或一个以上测量时间间隔期间，测量与所述信号的样本相关联的接收信号强度指示符(RSSI)值和相关值中的一者，以形成一个或一个以上测量值；以及
用与所述一个或一个以上测量时间间隔相关联的所述一个或一个以上测量值中的若干测量值填充一个或一个以上信号处理频率组，使得在所述观测周期期满之后通过使用统计程序处理所述一个或一个以上信号处理频率组来建立所述一个或一个以上测量时间间隔。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述统计程序包括功率包络滑动相关函数。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述检测包括使用开窗函数来检测上行链路间隔与下行链路间隔之间的一个或一个以上间隙。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述TDD协议包括IEEE 802.16协议。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述TDD协议包括IEEE 802.20协议。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述TDD协议包括IEEE 802.16(d)协议。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述TDD协议包括IEEE 802.16(e)协议。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述TDD协议包括IEEE 802.16(d/e)协议。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述TDD协议包括个人手持电话系统(PHS)协议。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述TDD协议包括时分同步码分多址(TDS-CDMA)协议。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一站包括基站，且所述第二站包括订户终端。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一增益值包括用于所述下行链路的第一自动增益控制(AGC)电平，且所述第二增益值包括用于所述上行链路的功率控制值。
17.根据权利要求1所述的方法，其进一步特征在于测量所述上行链路与所述下行链路之间的隔离，且提供对所述隔离的指示。
18.根据权利要求1所述的方法，其中将所述中继器划分为第一单元和第二单元，且其中所述方法进一步包含经由通信链路在所述第一单元与所述第二单元之间进行通信。
19.一种将从第一站传输的信号中继到第二站的中继器，所述中继器根据时分双工(TDD)协议而配置，所述第一站在下行链路上向所述第二站进行通信，且所述第二站在上行链路上向所述第一站进行通信，所述中继器的特征在于：
天线；
检测器，其耦合到所述天线，所述检测器经配置以在与所述上行链路和所述下行链路中的一者相关联的间隔中检测所述信号的存在；以及
处理器，其耦合到所述天线和所述检测器，所述处理器经配置以：
在与所述检测到的信号相关联的观测周期期间测量一个或一个以上时间间隔，在观测周期期间测量所述一个或一个以上时间间隔以形成一个或一个以上测量时间间隔；
将所述中继器同步到所述一个或一个以上时间间隔，使得所述测量时间间隔中的第一一者或一者以上对应于一个或一个以上上行链路间隔，且所述测量时间间隔中的第二一者或一者以上对应于一个或一个以上下行链路间隔。
20.根据权利要求19所述的中继器，其进一步特征在于耦合到所述天线和所述处理器的传输器，
其中所述处理器包括增益控制器，所述处理器进一步经配置以：
如果在所述下行链路上检测到所述信号，那么在所述一个或一个以上下行链路间隔中的一者上使用所述传输器将所述信号从所述第一站转播到所述第二站，所述增益控制器控制所述所转播信号的第一增益值；
如果在所述上行链路上检测到所述信号，那么在所述一个或一个以上上行链路间隔中的一者上使用所述传输器将所述信号从所述第二站转播到所述第一站，所述增益控制器控制第二增益值，
其中使用所述第一增益值来建立所述第二增益值。
21.根据权利要求19所述的中继器，其中所述检测器包括功率检测器。
22.根据权利要求19所述的中继器，其中所述检测器包括相关器。
23.根据权利要求19所述的中继器，其中所述检测器包括匹配滤波器。
24.根据权利要求19所述的中继器，其中所述处理器进一步包括信号处理器，且其中所述处理器在使所述中继器同步的过程中进一步经配置以：
在取样间隔处测量与所述信号相关联的接收信号强度指示符(RSSI)值和相关值中的一者，以形成测量值；以及
用与所述一个或一个以上测量时间间隔相关联的值来填充一个或一个以上信号处理频率组，使得在所述观测周期期满之后通过使用统计程序处理所述一个或一个以上信号处理频率组来建立一个或一个以上计时间隔。
25.根据权利要求24所述的中继器，其中所述统计程序包括功率包络滑动相关函数。
26.根据权利要求19所述的中继器，其中所述检测器和所述处理器经配置以使用开窗函数来检测上行链路间隔与下行链路间隔之间的一个或一个以上间隙。
27.根据权利要求19所述的中继器，其中所述TDD协议包括IEEE 802.16协议、IEEE802.20协议、IEEE 802.16(d)协议、IEEE 802.16(e)协议、IEEE 802.16(d/e)协议、个人手持电话系统(PHS)协议和时分同步码分多址(TDS-CDMA)协议中的一者。
28.根据权利要求20所述的中继器，其中所述第一增益值包括用于所述下行链路的第一自动增益控制(AGC)电平，且所述第二增益值包括用于所述上行链路的功率控制值。
29.根据权利要求19所述的中继器，其中所述处理器进一步经配置以：
测量所述上行链路与所述下行链路之间的隔离；以及
提供对所述隔离的指示。
30.一种将从第一站传输的信号中继到第二站的中继器，所述中继器根据时分双工(TDD)协议而配置，所述第一站在下行链路上向所述第二站进行通信，且所述第二站在上行链路上向所述第一站进行通信，所述中继器的特征在于：
第一单元，其包括：
施主侧天线；
第一传输器；
第一检测器，其耦合到所述施主侧天线，所述检测器经配置以在与所述下行链路相关联的间隔中检测所述信号的存在；
第一传输器；以及
第一处理器，其耦合到所述施主侧天线、所述第一检测器和所述第一传输器，所述第一处理器经配置以：
在与所述检测到的信号相关联的观测周期期间测量第一一个或一个以上时间间隔，在第一观测周期期间测量所述第一一个或一个以上时间间隔以形成第一测量时间间隔；
将所述中继器同步到所述第一一个或一个以上时间间隔，使得所述第一测量时间间隔中的第一一者或一者以上对应于与所述下行链路相关联的一个或一个以上下行链路间隔；以及
第二单元，其通过通信链路耦合到所述第一单元，所述第二单元包括：
受体侧天线；
第二检测器，其耦合到所述受体侧天线，所述第二检测器经配置以在与所述上行链路相关联的间隔中检测所述信号的存在；
第二传输器；以及
第二处理器，其耦合到所述受体侧天线、所述第二检测器和所述第二传输器，所述第二处理器经配置以：
在与所述检测到的信号相关联的观测周期期间测量第二一个或一个以上时间间隔，在观测周期期间测量所述第二一个或一个以上时间间隔以形成第二测量时间间隔；
将所述中继器同步到所述第二一个或一个以上时间间隔，使得所述第二测量时间间隔中的第二一者或一者以上对应于与所述上行链路相关联的一个或一个以上上行链路间隔。
31.根据权利要求30所述的中继器，其中：
所述第一单元进一步经配置以：
如果在所述下行链路上检测到所述信号，那么在所述一个或一个以上下行链路间隔的一者中经由所述通信链路将所述信号从所述第一站传送到所述第二单元，与转播所述信号相关联的第一增益值由所述第二单元设置；以及
所述第二单元进一步经配置以：
在所述一个或一个以上下行链路间隔的所述一者中以所述第一增益值将所述信号转播到所述第二站。
32.根据权利要求30所述的中继器，其中：
所述第二单元进一步经配置以：
如果在所述上行链路上检测到所述信号，那么在所述一个或一个以上上行链路间隔的一者中，经由所述通信链路将所述信号从所述第二站传送到所述第一单元，与转播所述信号相关联的第二增益值由所述第一单元设置；以及
所述第一单元进一步经配置以：
在所述一个或一个以上上行链路间隔的所述一者中以所述第二增益值将所述信号转播到所述第一站。
33.根据权利要求30所述的中继器，其中所述TDD协议包括IEEE 802.16协议、IEEE802.20协议、IEEE 802.16(d)协议、IEEE 802.16(e)协议、IEEE 802.16(d/e)协议、个人手持电话系统(PHS)协议和时分同步码分多址(TDS-CDMA)协议中的一者。
34.根据权利要求31所述的中继器，其中所述第一增益值包括用于所述下行链路的第一自动增益控制(AGC)电平，且所述第二增益值包括用于所述上行链路的功率控制值。
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