CN102792766B - 分布式天线系统和通过分布式天线系统发送信号的方法 - Google Patents

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Abstract

一种分布式天线系统（DAS）40，包括：被配置成至少输出第一信号62和第二信号64的多输入多输出（“MIMO”）基站58，以及与之耦合的混合式耦合器52，58，该耦合器52，58被配置成在相应的第一和第二端口接收来自MIMO基站58的第一信号62和第二信号64，并且在至少一个输出端口上提供输出信号68，70，该输出信号68，70包括第一信号62的至少一部分以及第二信号64的至少一部分。DAS？40还包括与耦合器52通信的主单元46，其被配置成至少接收输出信号68，72；以及与主单元46通信的至少一个远端单元42，其被配置成向设备传送输出信号68，72。

Description

分布式天线系统和通过分布式天线系统发送信号的方法
技术领域
本发明的实施例涉及无线通信系统，尤其涉及的是用于无线MIMO通信的分布式天线系统。
背景技术
在图1中显示一个当代的无线通信系统，例如分布式天线系统10，并且该系统包括多个分布的以便在系统10的服务区域内部提供覆盖的远端单元12。特别地，每一个远端天线单元12通常包括天线14以及适当的电子设备。每一个远端单元都与一个主单元16耦合。每一个主单元16转而耦合到RF组合网络18，其中所述网络对来自至少一个单输入单输出(“SISO”)基地收发信机(“BTS”或者简称为“基站”)20(以下将其称为“SISO BTS”20)的信号进行组合。系统10还可以包括用于控制每一个主单元16的操作的系统控制器22。如图1所示，系统10可以包括多个主单元以及多个SISO BTS 20，其中每一个主单元16被配置成将来自至少两个SISO BTS 20的信号的组合提供给其各自的远端单元12。
如图1所示，每一个远端单元12可以广播无线信号24，该无线信号可以转而被无线设备26接收，其中所述无线设备可以是移动设备，例如电话设备或计算设备。特别地，如上所述，来自每一个远端单元12的无线信号24可以是来自至少两个SISO BTS 20的信号的组合。由此，无线设备26可以通过来自远端单元12的任何无线信号24来与系统10进行通信。
为了改进诸如从基站到移动设备的通信之类的无线通信，我们可以使用多输入/多输出(“MIMO”)技术来提供用于性能增强和宽带无线通信系统的先进解决方案。通过不同的信息序列研究可以证明，相对于传统的SISO系统而言，使用MIMO技术将会实现很大的改进。MIMO系统具有允许其充分使用无线信道的多路径丰富度的能力。这与尝试抵消多路径效应而不是利用该效应的传统技术形成了对比。MIMO系统通常会依靠处于通信链路两端的多单元天线，例如基站和移动设备中的天线。除了预期的波束成形和分集特性之外，MIMO系统还可以提供复用增益，这样则允许在空间独立的并行子信道上传送多个数据流。该处理可以大幅提升系统容量。通常，图1所示的系统不能利用MIMO技术。
例如，图1的无线设备26只与一个远端单元12进行通信，尽管它有可能处于多个远端单元12的范围以内。来自每一个远端单元的无线信号24通常处于相同频率并运送相同的数据，并且在多个远端单元12与无线设备26之间同时进行的通信有可能导致信号降级以及冲突。此外，来自无线设备26的数据带宽受限于来自某一个远端单元12的数据的接收和处理速度。
由此，如果能在分布式天线系统之类的无线系统中使用MIMO信号，而不需要安装全新的系统来处理MIMO信号，那么将会是非常理想的。
发明内容
本发明的实施例提供了一种可以用于提供单输入单输出(“SISO”)工作模式以及多输入多输出(“MIMO”)工作模式的分布式天线系统(“DAS”)及使用方法。特别地，一些实施例包括被配置成至少输出第一信号和第二信号的MIMO基站，以及耦合到MIMO基站的混合式耦合器。该耦合器被配置成在相应的第一和第二端口上接收来自MIMO基站的第一信号和第二信号，并且在至少一个输出端口上提供输出信号。该输出信号包括第一信号的至少一部分以及第二信号的至少一部分。该系统还包括与耦合器通信并且被配置成至少接收所述输出信号的至少一个主单元，以及与主单元进行通信并且被配置成至少向诸如客户无线设备之类的设备传送输出信号的至少一个远端单元。在这些实施例中，系统可以选择性地操作，以便动态地将分布式天线系统从在SISO模式中工作重新配置成在MIMO工作模式中工作。
附图说明
图1是当代分布式天线系统的框图。
图2A是符合本发明实施例的分布式天线系统的框图。
图2B是符合本发明实施例的分布式天线系统的框图。
图3是符合本发明实施例并与室内环境一起使用的分布式天线系统的框图。
图4是在本发明的实施例中使用的主单元的详细框图。
图5A和5B是在本发明的实施例中使用的远端单元的一部分的详细框图。
图6是在本发明的实施例中使用的远端单元的替换部分的详细框图。
图7A是室外情景中的MIMO BTS的框图。
图7B是符合本发明实施例的替换分布式天线系统的框图。
图8是90°的3dB混合式耦合器以及传输函数表示的框图。
图9是LTE物理信道处理综述的框图。
应该理解的是，附图未必是按比例绘制的，由此其呈现的是例证本发明实施例原理的不同优选特征的略显简化的表示。举例来说，这里公开的系统的具体设计细节和/或操作序列部分是由特殊的预定应用和使用环境确定的，例如特定的尺寸、方位、位置和所示出的不同组件的形状。所示出的实施例的某些特征可以以与其他特征不同的方式放大、变形或以其他方式再现，以便于清楚呈现以及清楚理解。
具体实施方式
图2A示出的是MIMO系统的一种可能的实施方式的示意图，其中MIMO基站被引入了一个如图1所示的分布式天线系统。对照图1，在图2A中酌情使用了相同的参考数字。如所示，两个SISO基站20(每一个SISO基站20都是“SISO BTS”20)与每一个远端单元耦合。此外，包含天线31和32的MIMO基站30与远端单元12相耦合。MIMO BTS 30的天线1通过第一主单元16(主单元1)与远端单元12a和12d耦合。MIMO BTS 30的天线2则通过第二主单元16(主单元2)与远端单元12b和12c耦合。就此而论，如在每一个远端单元上产生的无线信号24所示，除了来自SISOBTS 20输出的信号组合之外，每一个远端单元还会传送来自MIMO BTS 30的信号。然而，由于每一个天线并未耦合到所有远端单元，因此，每一个远端单元仅仅传送所显示的两个可用MIMO信号之一。相应的波前被图示成与来自图2A的每一个恰当天线31、32的馈送或连接线相对应。
虽然在分布式天线系统内部可以使用图2A所示的实施例来提供MIMO信号的可用性，但是此类系统不能实现与MIMO系统相关联的所有预期性能改进。例如，即使无线设备26接收来自至少两个远端单元组合的所有MIMO信号，但是由于与别的远端单元相比，无线设备26有可能更接近于某一个远端单元12，因此，可能存在接收RF功率的不平衡。此外，依照支持MIMO特征的无线标准，存在一些信令参数(例如WiMAX帧前导或LTE主同步信号(“P-SS”))，这些信令参数是或者实际上有可能是由MIMO BTS天线31、32中的仅仅一个传送的。因此，在如图2A这种并非所有远端单元全都传送这些信号的MIMO系统中，该系统未必足够可靠，除非在远端单元之间具有很高的覆盖冗余度/重叠。在操作中，SISO与MIMO工作模式之间的动态切换有可能会显现出性能问题。
图2B示出的是与本发明的实施例相符且引入了MIMO特征的分布式天线系统40的另一个可能实施方式的示意图。系统40包括至少一个用于在服务区域中提供覆盖的远端单元42。特别地，系统40包括多个远端单元42a-h。每一个远端单元42a-h都包括至少一个覆盖天线44并与主单元46a-b相耦合。每一个主单元46a-b转而耦合到各自的加法电路48a-b，其中所述加法电路可以被配置成对至少两个输入进行组合。特别地，每一个加法电路48a-b会将来自与SISO BTS 54a耦合的RF组合网络50的信号与来自MIMO BTS 58的信号相组合。来自MIMO基站的信号68、70是通过与来自MIMO BTS 58的天线31和32的信号相耦合的混合式耦合器52呈现的。RF组合网络50与多个SISO BTS 54a-b耦合，并且像在56a-b上那样输出至少一个组合的SISO BTS信号。
在本发明的一个方面中，混合式耦合器52与MIMO BTS 58耦合，以便将所有的MIMO信号(在所示出的示例中是两个MIMO信号)交叉耦合到每一个远端单元42。由此，每一个远端单元42会传送所有MIMO BTS 58的数据流以及来自SISO BTS 54的组合数据流。混合式耦合器52被配置成在相应的第一和第二端口(图2A-B所示的端口1和2)接收来自相应天线31和32的至少两个MIMO信号，并且在至少一个输出端口(图2A-B所示的端口3和4)上提供输出信号。在所示出的实施例中，来自两个MIMO BTS天线31和32的组合信号是在输出端口3和4上提供的。每一个输出信号都包括来自天线31的第一信号的至少一部分以及来自天线32的第二信号的至少一部分。在混合式耦合器电路中，相对于在第一和第二耦合器端口1、2中的一个端口上接收的第一信号和/或第二信号而言，在输入端口1、2中的另一个相应端口上呈现的第一信号的所述部分(例如天线1)或是第二信号的所述部分(例如天线2)是存在相移的。特别地，混合式耦合器52被部署在MIMO BTS 58与主站46a-b之间，以使混合式耦合器52被配置成接收来自MIMO BTS 58的第一和第二信号，这其中包括来自第一MIMO天线31且处于62的第一信号，以及来自第二MIMO天线32且处于64的第二信号。该混合式耦合器52转而将第一信号62的一部分与第二信号64的相移部分相组合，并且在第一端口(例如输出端口3)上输出处于68的第一输出信号。此外，耦合器52还会将第二信号64的一部分与第一信号62的相移部分相组合，并且在第二输出端口(例如输出端口4)上输出处于70的第二输出信号。在一个例示实施例中，混合式耦合器52是90°的3dB耦合器(也被称为“正交”耦合器)。
此外还应该了解，在一些实施例中，来自MIMO BTS 58的第一和第二信号可以单独地提供给相应的加法电路48a-b和/或主单元46a-b，而不是通过混合式耦合器58来传递，例如图2A所示的实施例。
在一些实施例中，加法电路48a被配置成提供第一主单元信号72，其中该信号是组合的SISO BTS信号56a与第一组合MIMO信号68的组合。加法电路48b被配置成提供第一主单元信号74，并且该信号是组合的SISOBTS信号56b与第二组合MIMO信号70的组合。主单元46a-b和远端单42a-h转而可以由系统控制器76来控制，其中所述控制器可以提供对于主单元46a-b以及远端单元42a-h的总体监督和控制以及警报转发。
在一些实施例中，每一个远端单元42a-h可以经由高速数字传输介质或链路80a-b、82、84a-b和/或86a-b而与其各自的主单元46a-b相连。作为替换，模拟传输介质/链路可以用于将远端单元与相应的主单元相连。此外，传输链路还可以作为如下所述使用了光纤的光链路来实施。借助这种光纤，远端单元与主单元之间的业务量可以使用光纤无线电(RoF)格式来实施。这样一来，第一主单元信号72和/或第二主单元信号74将会以数字格式提供给远端单元42a-h中的至少一部分，这样做有助于防止因为传输线效应所导致的至少一些降级。本领域普通技术人员应该了解，滤波处理也可以用于允许和/或防止特定信号的分发。就此而论，在一些实施例中，每一条链路80a-b、82、84a-b和/或86a-b可以是宽带数字调制光学接口，例如光纤电缆。由此，每一个主单元46a和/或46b可以被配置成数字化其相应各自的主单元信号72和/或74，并且为其各自的远端单元42a-42d和/或42e-h输出这些数字信号。在一些实施例中，这些数字输出信号可以被时分复用成帧并被转换成串行流。远端单元42a-42d和/或42e-h转而可以被配置成接收来自其各自的主单元46a和/或46b的数字输出信号，将这些数字输出信号转换成电信号，如有必要还会解帧(de-frame)不同的时隙和/或解串行(de-serialize)电信号，并且经由其本地天线44将电信号传送到至少一个无线单元90。
远端单元42a-h被配置成经由其本地天线44来发送和/或接收去往/来自无线单元90的数字RF语音和/或数据信号。如下所述，根据远端单元如何与主单元耦合，远端单元42b、42d和/或42f还可以被配置成分别接收来自在链路中处于其前的远端单元42a、42c和/或42e的数字信号。远端单元之间的这个数字信号有可能包含了在先的远端单元42a、42c和/或42e从无线单元90接收的信号。然后，该数字信号可以与远端单元42a、42c和/或42e接收的另一个信号相组合。就此而论，来自无线单元90的数字无线信号可以进行组合和/或回传到相应的主单元46a和/或46b。然后，主单元46a和/或46b可以将来自其相应远端单元42a-d和/或42e-h的信号从光信号转换成电信号，并且将所述电信号发送到SISO BTS 54a-b以及MIMO BTS 58，其中所述SISO BTS 54a-b以及MIMO BTS 58可以被配置成检测和接收其各自的部分。作为替换，主单元46a和/或46b随后可以将来自其各自的远端单元42a-d和/或42e-h的信号从光信号转换成电信号，将电信号分成处于与SISO BTS 54a-b以及MIMO BTS 58所使用的波段相对应的多个波段中的多个电信号，将多个电信号转换成多个模拟信号，以及将所述多个模拟信号发送到SISO BTS 54a-b和/或MIMO BTS 58。
如图2B所示，作为示例，主单元46a-b可以采用多种方式有选择地连接到各自的远端单元42a-h。例如，主单元46a被图示成通过用于连至远端单元42a-b的上行链路的半双工链路80a以及用于下行链路的半双工链路80b而与远端单元42a-b相连。但是，主单元46a被图示成通过全双工链路82与远端单元42c-d相连。同样，主单元46b被图示成通过用于连至远端单元42e-f的上行链路的半双工链路84a以及用于下行链路的半双工链路84b而与远端单元42e-f相连。但是，主单元46b被图示成通过全双工链路86a与远端单元42g相连，并且通过全双工链路86b与远端单元42h相连。就此而论，在全双工链路中，上行链路信号和下行链路信号是在不同波长上运送的，并且在主单元46a-b以及远端单元42a-h上使用了波分复用器(“WDM”)来组合和/或拆分两个光信号。作为替换，主单元46a-b与远端单元42a-h可以通过用于高数据速率介质的不同收发机来进行通信，特别地，举例来说，所述介质可以是同轴电缆，双绞铜线，自由空间RF或光学链路，或是诸如以太网、SONET、SDH、ATM和/或PDH之类的共享网络。可以预料到的是，在这里可以选择图2B所示的一个或多个例示链路来将所有远端单元耦合至主单元。
在一些实施例中，图2B所示的系统40可被有选择地以及动态地用作SISO系统和/或MIMO系统。举个例子，如果未激活混合式耦合器52，那么来自SISO BTS 54a-b的信号可被传送至远端单元42a-h中的至少一部分，并且可以采用与SISO系统相似的方式来使用该系统。这样一来，每一个远端单元42a-h会通过与SISO BTS 54a-b使用的无线频率相对应的至少两个无线频率来进行通信。然而，在有选择地激活混合式耦合器52的时候，来自SISO BTS 54a-b的信号可以与组合的MIMO输出信号68、70相组合，以使每一个远端单元42a-h通过与SISO BTS 54a-b使用的无线频率相对应的至少两个无线频率来传递来自SISO BTS 54a-b的信号，以及传送所有的两个或全部MIMO信号。由此，选择性激活混合式耦合器52的处理会动态地将系统40从SISO工作模式重新配置成MIMO工作模式。就此而论，系统40可以作为被配置成处理WiMAX帧前导和/或LTE P-SS(主同步信号)的室内MIMO系统来使用，其中所述WiMAX帧前导和/或LTE P-SS是由仅仅一个MIMO BTS天线传送，或者可以可选地由仅仅一个MIMO BTS天线传送。
由此，来自MIMO BTS 58的第一信号62和第二信号64的一些部分可以进行交叉耦合和组合，并且可以被发送至所有的远端单元42a-h，而不会影响其MIMO操作。举例来说，系统40的每个远端单元42a-h都可以被配置成传送来自MIMO BTS 58及其天线31、32的所有的两个(或全部)数据流(例如输出信号68或输出信号70)以及组合的SISO BTS信号56a-b。
图3示出的是无线通信系统100的示意图，其中该系统与图2B的系统50相似，但其包含了在室内环境104中使用的多个远端单元42a-d。特别地，如图3所示，与主单元46a耦合的远端单元42a-b可被放置在室内环境104中的各处，以使其信号不会大幅重叠。远端单元42c-d可以采用类似的方式放置。就此而论，处于环境104的一部分中的无线设备90能够接收到来自两个远端单元的信号(如图3所示，无线设备90接收来自远端单元42a和42d的信号)。正因如此，由于无线设备90能够从分别由两个不同主单元46a和46b馈送的两个远端单元42a和42d那里接收两个不等信号，因此可以使用MIMO空间复用。
参考图3，通过在根据本发明的分布式天线系统中引入混合式耦合器，可以交叉耦合所有MIMO信号(在本范例中是所有的两个MIMO信号)，并且可以在不影响MIMO操作的情况下将其发送至所有远端单元。每一个远端单元都可以传送所有的两个MIMO并行数据流，而不会产生流间干扰，这是由于在它们之间存在90°的相移。换言之，分布式MIMO概念被拆分在了两个并行的分布式MIMO系统中。第一个系统是“同相的”，而第二个系统则是“90°相移的”。当然，为了使用MIMO空间复用，有必要的是，无线设备90接收来自不同主单元馈送的至少两个远端单元的很大功率贡献。因此，就此而论，较为理想的是，无线设备90接收来自诸如42a、42d之类的与不同主单元耦合的两个远端单元中的一个以上的单元的功率，以便保持MIMO空间复用。
本发明的一个益处在于解决了上文所指的远端单元传送的仅仅是与一个MIMO基站天线相关联的信号的问题。同样，对于室内环境104中的大多数位置来说，来自两个远端单元42a-d的两个信号的接收功率电平通常是相似的，因此，在无线单元90的位置更接近于一特定的远端单元42a-d的时候，这时可以解决可能影响该无线单元的所发射的并行数据流之间的性能损失，由此提高数据吞吐量。该问题通常被称为“远近问题”，它影响的是远端单元只传送单个数据流的分布式MIMO系统。如下所述，该问题是用3dB的90°混合式耦合器解决的。
本发明的另一个特别的益处是能在初始为SISO系统实施的现有分布式天线基础架构内部提供MIMO系统的部署的能力。本发明也可以使用SISO与MIMO操作之间的选择性耦合或是动态切换处理来工作，其中所述处理是由MIMO基站执行的。此外，当MIMO基站在下行链路空间复用模式中工作时，本发明将会提供与所传送的并行数据流相关的性能均衡。也就是说，如所示，90°的3dB混合式耦合器被用于解决“远近问题”。所述混合式耦合器将会执行流间交叉耦合处理，并且该处理会采用与3GPP LTE标准中规定的MIMO预编码处理相似的方式来行动，或者替换所述MIMO预编码处理，从而解决两个数据流之间的潜在的性能失配。也就是说，本发明提供的预编码处理旨在均衡两个遭遇到不同信道状况的数据流的性能(例如比特差错率、误差矢量幅度等等)。对“远近问题”来说，这两个流遭遇的是不同的信道路径损失。此外，为了实施正确的LTE标准操作，所述预编码编码方案被强制成是正交的，由此可以在接收机上恢复初始符号，从而以免流间干扰。这种状况是用如下所述依照本发明一个方面的90°混合式耦合器的输入输出传递函数来满足的。
参考图8，该图显示了一个90°的3dB混合式耦合器，并且该耦合器充当的是用于补偿“远近问题”所导致的数据流(码字)之间的可能的性能损失的“硬件”MIMO预编码电路。图8所示的等式分别示出的是90°的3dB混合式耦合器的输入与输出端口的关系以及传递函数矩阵。就此而论，根据本发明的一个方面，在图8中反映的传递函数矩阵可被认为是90°的3dB混合式耦合器的MIMO预编码矩阵。图9示出的是MIMO预编码部件在典型的LTE物理信道处理流中的位置。根据本发明的一个方面，通过将90°的3dB混合式耦合器用到这里公开的LTE MIMO分布式天线系统中，可以将预编码处理的性能定位在BTS天线端口，而不是在BTS物理信道处理中。由此，本发明还描绘了针对MIMO BTS调度器电路的硬件改进，其中所述电路负责的是以用户设备反馈为基础的预编码选择处理。
根据本发明的另一个方面，在本发明实施例中使用的混合式耦合器会使输入信号彼此正交。输入端口1、2与输出端口3、4之间的设备互易性使得，即使交换输入和输出端口，得到的传递函数矩阵仍旧是相同的。这样做能为本发明提供组合MIMO信号的能力，而不影响其支持空间复用的能力。
图4-6示出的是用于实施本发明实施例的例示分布式天线系统。现在把焦点放在主单元46上，图4包含的是主单元46的详细框图。每一个主单元46可以包括一到六个无线电信道(以下将其称为“路径”)110、一到四个经过数字调制的光信道112、控制器114、时钟生成器116、以及以太网交换机118。
在一个实施例中，举例来说，诸如110a之类的每条路径都可以被配置成处理去往和来自SISO BTS 54a-b和/或MIMO BTS 58的信号。对FDD空中接口来说，路径110a使用了组合器和双工器120来处理上行链路信号及下行链路信号。RF下变换器122可以放大来自组合器/复用器120的接收信号，以确保A/D转换器124是满载(fully loaded)。RF下变换器122将波段的中心频率设置在A/D转换器通带内部。宽带A/D 124将空中接口的全部下行链路波段数字化，从而确保将所有的下行链路信道数字化。重采样器126将信号转换成复数格式，其在某些情况下会以数字方式下变换所述频段，抽取和过滤这些信号，以及重新对其进行采样。这样做减少了与诸如128a之类的下行链路信号相关联且必须在光纤上传送的数据量，并且将数字化数据的速率同步于光网络比特率。
无线电信道110a的上行链路部分对信号129a-d之类的上行链路信号进行求和120，以便在将其转换成电信号之后将其用于从与主单元46耦合的远端单元42为其指定的波段。在一些情况中，总和130会被重新采样和插值，从而改变至不同的数据速率，并且所述总和会由重采样器132上变换，然后则会由D/A转换器134转换成模拟形式。RF上变换器136将模拟信号的中心频率变换到针对空中接口的适合频率，并且对其进行放大。经过放大的信号被应用于组合器/双工器120，并被反向路由至SISO BTS 54a-b和/或MIMO BTS 58。
在使用TDD空中接口的实施例中，组合器和双工器会被切换功能138所取代，其中举例来说，所述功能是在图4中的无线电信道110b中显示的，并且是在图5中被详述的。在主单元46接收下行链路信号的同时，RF上变换器中的RF放大器将被禁用，并且切换功能138中的分路(shunt)开关可以将RF放大器分路至接地，从而进一步减小泄漏。在主单元46向基站42发送上行链路信号的时间间隔期间，RF放大器被启用，分路开关被打开，并且可以打开切换功能138中的串联开关，来保护RF下变换器免受高功率电平造成的损害。开关控制定时144是由主单元控制器114从下行链路信号128b中确定的。此外，在将其发送至电光收发机148中的发射机之前，格式化器146可以应用数据压缩处理来减少串行数据流中包含的冗余数字信息。所述压缩可以允许节约带宽，或者允许使用具有较低比特率的较低成本的收发机。在被相对的光学接收端148接收之后，接收机侧的格式化器146可以将经过压缩的串行数据转换成未经压缩的数据流。
每一个经过数字调制的光信道112a-b都包括格式化器146以及电光收发机148。在输出端，格式化器146会阻止数字化的下行链路信号128a-b以及采用精简介质无关接口(“RMII”)格式的客户以太网150a-b、操作和维修(“O&M”)数据152a-c以及同步信息进入时分复用帧。在其他实施例中，可以使用诸如MII、RMII、GMII、SGMII、XGMII之类的其他接口来取代RMII接口。成帧数据可以通过与线性反馈移位寄存器的输出一起执行异或(XOR)处理而被随机化，从而移除长串的逻辑1或0。其他已知的编码格式同样是可以使用的，例如8比特/10比特或是64比特/66比特编码，但在使用数字串行链路的过程中，这些格式有可能导致效率下降。然后，该数字数据被转换成串行流，所述串行流则用于调制电光收发机148内部的光发射机。在单光纤实施方式中，波分复用器(“WDM”)149可用于组合或拆分两个光信号。
对于来自远端单元44的输入信号，电光收发机148将光信号转换成电信号。格式化器146锁相至输入比特流，并且产生一个锁相至该数据速率且与串行数据流对齐的比特时钟。然后，格式化器146将串行流转换成并行数字数据流，将其去随机化，并且执行帧同步。之后，它会分离出用于每一个波段的数字化上行链路信号，缓存每一个波段，并且在需要的时候将这些波段路由至恰当的无线电信道110a、110b。最后，格式化器146分离缓存器和O&M以太网数据152a-c以及用户以太网数据150a-b，并且将其分别路由至控制器114以及以太网交换机118。
主单元控制器114使用本地存储的信息以及来自O&M以太网数据的信息来配置和控制主单元46中的其他部件。此外它还会将该信息传递到远端单元42，并且向系统控制器76报告远端单元42以及主单元46的状态。在将诸如110b之类的无线电信道指定给TDD空中接口时，主单元控制器114还会使用相应的下行链路信号128b来得出TDD切换控制定时144。
系统控制器76通常具有总体系统控制。主单元控制器114的功能是配置单独的模块以及监督单独的模块。作为配置和监督功能的一部分，通过解码下行链路信令或者从不同来源(例如时变的UL RSSI，或者从外部来源提供的某个基站时钟信号)来获取该信令，主单元控制器115可以通过操作来确定TDD系统中的上行链路/下行链路切换定时。可以通过解码下行链路信令来确定和分布TMDA系统中的下行链路帧时钟，以便允许基于时隙的功能，例如上行链路或下行链路静默、时隙内部的上行链路或下行链路接收信号强度指示(“RSSI”)量度、上行链路和下行链路业务量分析等等。主单元控制器114可以检测RF频谱中的活动信道，以便帮助或者自动配置重采样器126、132中的滤波器配置。此外，所述重采样器中的单个信号的最优校平(leveling)也可以通过对下行链路RF波段中的不同信号的RSSI的测量来确定。远端单元控制器可以在远端单元42的上行链路中执行类似的任务。
时钟生成器116可以使用稳定的温度补偿压控晶体(“TVCXO”)来为主单元46的功能部件产生稳定的时钟和参考信号154。然而，本领域普通技术人员将会了解，只要能够产生系统需要的稳定时钟，则其他设备或晶体同样可用于产生时钟信号。
现在将焦点放在远端单元42上，图5A和图5B包含了与本发明的实施例相符的远端单元42的详细框图。每一个单元42可以包含一到六个无线电信道160、一到两个DMOC 162、远端单元控制器164以及以太网交换机166。
DMOC 162可以被表示成是下游信道168和上游信道170。下游信道168与远端单元42相连，其中如果是采用菊花链的形式配置，则所述信道处于该远端单元之前。上游信道170与主单元46或另一个远端单元42相连。DMOC 162的功能部件与主单元46中的功能部件相似。这二者都是由格式化器172和电光收发机174组成的。对输出数据进行缓存、格式化成帧、随机化、串并变换，并且被用于调制电光收发机174中的光发射机。将输入数据从光格式转换成电格式、比特同步、去随机化、帧同步，并且被转换成并行格式。然后，不同的数据类型将被分离、缓存并且分发到远端单元42内部的其他功能部件。在一些实施例中，格式化器172可以实施压缩和解压缩方案来减小数字光链路上的带宽。
远端单元42中的无线电信道在功能上与主单元46中的无线电信道相似。每一个无线电信道被配置成处理单个RF波段。与主单元46的无线电信道110不同，远端单元42的无线电信道160经由交叉波段耦合器176连接到其天线44。对FDD空中接口来说，诸如无线电信道160a之类的无线电信道使用了双工器178来拆分上行链路和下行链路信号。对于主单元46或远端单元42的一些实施例来说，双工器、交叉波段组合器以及耦合器可以是可选的。在这些实施例中，附加天线可以替换远端单元42中的双工器178和交叉耦合器176。在主单元46中将会需要额外的线缆。RF下变换器180放大来自天线44的接收上行链路信号，以便确保A/D转换器182满载，并且将所述波段的中心频率设置在A/D转换器通带内部。宽带A/D 182将空中接口的整个上行链路波段数字化，以便确保所有上行链路信道都被数字化。重采样器184将上行链路信号转换成复数格式、在一些情况中对该信号进行数字下变换、抽取并过滤该信号，以及使用多速率滤波器组来对其进行重新采样。这样做减小了必须在光链路上传送的数据量，并且将数字化数据的速率同步到光网络比特率。在加法器中，重采样器的输出与来自下游远端单元42的上行链路信号186a相加。然后，在DMOC 162的上游信道170中将每一个波段的相加的上行链路信号188a发送至格式化器172。
在重采样器192中对每一个波段(190a，190b)的下行链路信号190进行内插和频移。可以经由重采样器192中的滤波器或延迟组件来调节单个频谱分量的群组延迟。然后，由D/A转换器194将信号转换成模拟形式。RF上变换器196将模拟下行链路波段的中心频率变换成空中接口的适合频率，并且对其进行放大。然后，经过放大的信号被应用于天线44，并且传送到无线单元90。
对于TDD空中接口，双工器178被图5A以及无线电信道160b中显示的切换功能138所取代。当远端单元42接收上行链路时，RF上变换器196中的RF功率放大器被禁用，并且切换功能138中的分路开关将RF放大器分路至接地，从而进一步减小泄漏。在远端单元42传送下行链路信号时，RF功率放大器被启用，分路开关被打开，以便允许下行链路信号到达天线44，并且打开切换功能138中的串联开关，以便保护RF下变换器180免受高功率电平造成的损害。与主单元46一样，切换控制定时144是由控制器164从下行链路信号190a、190b中确定的。
时钟生成器198包括经由窄带锁相环(“PLL”)锁相至输入串行数据流比特率的压控晶体振荡器(“VCXO”)。VCXO输出被拆分，并且用作每一个无线电信道160a-b中的本地振荡器的频率基准20、A/D 182和D/A 194转换器的采样时钟、以及远端单元42中的其他部件的时钟。本领域普通技术人员将会认识到，长期频率精确度应该良好，以便确保本地振荡器处于恰当频率，并且短期抖动水平应该足够低，以便确保所述抖动不会破坏A/D和D/A转换处理。通过锁相至光链路的数据速率(其从主单元46中的稳定TCVCXO得出)，远端单元42不需要昂贵的恒温补偿振荡器或GPS调校方案来保持长期频率精确度，由此会使数量更多的远端单元42更为廉价。使用窄带PLL和晶体控制振荡器，可以帮助减小A/D和D/A转换器时钟的短期抖动。使用所恢复的减小了抖动的时钟202来重新计时每一个远端单元42的光链路中的发射数据，减小了抖动累积，由此有助于改进下游远端单元42中的A/D和D/A转换器时钟，并且可以有助于减小光通信信道162的比特差错率(“BER”)。
远端单元控制器(“RUC”)164使用本地存储的信息以及来自O&M以太网的信息来配置和控制远端单元42中的其他部件。此外还可以将下游RMII 152d和上游RMII 152e提供给格式化器172。另外，本地O&M数据206可以是在本地的O&M终端204上配置的。远端单元42还将该信息传递到上游和下游远端单元42和/或主单元46。在需要的时候，RUC 164另外使用恰当的下行链路信号来得出TDD切换控制定时144。
在远端单元42使用的无线电信道160c的替换实施例中，无线电信道160c还可以使用数字预失真来线性化功率放大器。在图6的框图中显示了远端单元42的无线电信道160c的这个实施例。在这个实施例中，可以将第三信号路径添加给一个或多个无线电信道160c。所述第三路径在进行了功率放大之后分开(couple off)所述下行链路信号并且对其进行数字化处理。在RF下变换器208中接收来自天线44的信号，其中所述下变换器对接收到的信号进行放大以确保A/D转换器210是满载的，并且将所述波段的中心频率设置在A/D转换器通带内部。宽带A/D 210对空中接口的整个上行链路波段进行数字化，以确保所有上行链路信道都被数字化。经过数字化的信号与数字预失真单元212中的下行链路信号的延迟版本相比较，并且在D/A转换之前使用该差值来适应性地调整信号的增益和相位，以便校正功率放大器中的非线性度。
虽然使用关于本发明实施例的描述来例证了本发明，并且虽然在相当多的细节中描述了这些实施例，但是申请人的目的并不是将附加权利要求的范围局限于这些细节。对本领域技术人员来说，附加的优点和修改是显而易见的。例如，与图示相比，符合本发明实施例的分布式天线系统可以具有更多或更少的远端单元42、主单元46、加法电路48、RF组合网络50、混合式耦合器52、SISO BTS 54、MIMO BTS 58和/或系统控制器76。特别地，每一个MIMO BTS 58都可以包括更多或更少的输出端口62和/或64。
此外，与图示相比，每一个主单元46都可以连接到更多或更少的远端单元42。就此而论，多个远端单元42可以通过两条链路和/或沿着单条链路连接到每一个主单元46。作为替换，每一个远端单元42可以通过专用链路连接到主单元46。在一些实施例中，多达六个远端单元42可以是从主单元46开始串行连接的。就此而论，通过放置远端单元42，可以优化覆盖区域内部的覆盖。
此外，系统40和/或100未必包含加法电路48a-48b。就此而论，主单元48a可以将组合的SISO BTS信号56a与第一输出信号68相组合，而主单元46b可以将组合的SISO BTS信号56b与第二输出消息70相组合。此外，系统40还未必包括RF组合网络50。就此而论，主单元46a可以将来自SISO BTS 54的一个或多个信号与第一输出信号68相组合，而主单元46b可以将来自SISO BTS 54的一个或多个信号与第二输出信号70相组合。
此外，并且在一些实施例中，由于RSSI有可能在不同的容量负载上发生变化，因此，主单元控制器114可以测量CDMA或正交频分复用(“OFDM”)信号的导频信号强度，以便恰当设置下行链路信号的电平。导频信号通常会保持恒定，其具有一个处于导频电平与完全负载的最大复合之间的配置比值，信号所需要的裕量可以得到保持。主单元控制器114还可以测量和监督所提供的下行链路信道的信号质量。如果信号降级，则可以设置一个警报，并且运行商可以关注于基站(例如SISO或MIMO BTS)，而不必检修整个系统40和/或100的故障。
在一些实施例中，主单元控制器114确定用于全球移动通信系统(“GSM”)之类的窄带基站标准的信道数量。连同在功率方面保持恒定的广播控制信道(“BCCH”)的测量一起，可以确定多信道子波段所需要的恰当裕量，并且可以避免过驱动或欠驱动情形。在其他实施例中，主单元控制器114在存在多个信道的情况下监视所传送的频谱的波峰因素。该波峰因素可以提供针对系统的特定增益阶段的功率回退或者发射功率的校平的输入。所配置的裕量通常高于测量得到的波峰因素，以免因为限幅或失真而导致信号降级。此外，在一些实施例中，在重采样器中可以使用波峰因素减小机制，以便减小波峰因素并且在远端单元42中更有效地使用RF功率放大器，或者帮助减小在链路上传送每一个采样所需要的比特的数量。
如图7A和7B所示，本发明在MIMO通信系统的上行链路路径方面提供了益处。WiMAX和LTE无线标准都包含了上行链路MIMO特征。特别地，在移动WiMAX中实施的是“上行链路协作MIMO”，而LTE中采用的是“上行链路多用户MIMO”术语以用于指示相同技术。这种MIMO方案的独特性是通过重新使用分配给不同UE(用户设备)或移动设备的时间/频率资源来提升总的上行链路扇区容量，而不是如下行链路单用户MIMO(空间复用)那样提升每一个单个用户的数据速率。
图7A显示的是室外情景中的MIMO BTS 300，该BTS可以协调来自两个配备了单个发射机(Tx)天线的不同移动设备A和B的数据接收，然后则为其分配相同的时间/频率资源。其各自的数据流的解码是由BTS通过与用于单用户MIMO状况的相同信号处理来执行的。换言之，属于空间分离的用户而不是具有两个位于相同位置的Tx天线的单独用户的这两个数据流将被空间复用。由此，节约的时间/频率资源可以被分配给更多的用户，以便提升总的上行链路扇区容量。最后，MIMO传输可以得益于这样一个事实，那就是通过极大地分离两个发射机，将会导致随之提升具有不相关无线电信道的概率，这对成功的MIMO操作而言是一个很重要的需要。
图7B强调的是室内系统中的潜在益处。图7B示出的是无线通信系统220的至少一部分的示意图，该系统与图3的系统100有点类似，但是其并未显示多个SISO BTS 54a-b、RF组合网络50以及加法电路48a-b。对照图3，在图7B中酌情使用了相同的参考数字。图7的系统220包括向各自的远端单元42a-b提供信号的多个主单元46a-b，其中每一个远端单元都具有单个Tx天线，并且位于室内环境224中的相应位置208a-b。特别地，所述室内环境示例被图示成是用墙壁230分离的两个房间228a-b。
如图7B所示，室内环境224的各个部分228a-b在某种程度上是电磁隔离的(例如从一个部分228中的无线设备232(设备A或B)发送的信号会被另一个部分228的远端单元42检测为低电平)。在具体的实施例中，各个部分228a-b是由分区或墙壁230分离的。该例图显示了在不同的远端单元42a-b与相关移动设备232a和232b之间存在良好的上行链路功率隔离度的范例。这样一来，由于在BTS天线端口，来自两个设备232a-b的信号的相互干扰仅仅取决于室内无线电规划提供的隔离度，因此，上行链路多用户MIMO特征会以预期的方式工作。虽然隔离度是由远端单元的部署以及用户和移动设备的位置决定的，但是由于存在多面墙壁和地板，因此，室内场景提供了良好的隔离度。此外，由于来自移动设备232a-b的信号与BTS天线端口是以正交的形式交叉耦合的，并且由此避免了其相互干扰，因此，本发明的混合式耦合器不会影响BTS MIMO解码器。由此，在本发明的另一个方面中，对于由连接至不同主单元的两个远端单元提供服务的两个完全隔离的用户群组来说，上行链路多用户MIMO特征可以实现BTS的时间/频率资源的完全重用。由此，可供MIMO BTS在上行链路中管理的用户的数量将会增长，并且有可能会加倍。
应该理解的是，本发明的这个方面有可能与这里论述的、在通过DAS实施时依照下行链路单用户MIMO的请求而在远端单元之间保持某个信号覆盖重叠度的特征形成对比。由此，为了实现这两个优点，有必要考虑和管理权衡，以便平衡这两个MIMO特征的益处。在本文中，在室内DAS的下行链路和上行链路路径中可以为MIMO信号使用相同的90°的3dB混合式耦合器。
由此，每一个远端单元42a-b会向其各自存在于这些相应部分228a-b内部的无线设备232a-b提供信号，并且接收来自所述无线设备的信号。如所指，这种布置的一个益处是通过使用与不同的无线设备232a-b相关联的时间和/或频率资源，可以利用上行链路协作MIMO(用于WiMAX)和/或上行链路多用户MIMO(用于LTE)来提升总的上行链路容量。
在更广泛的方面中，本发明并不局限于描述设备和方法的具体细节以及所显示和描述的说明性示例。相应地，在不脱离申请人的一般发明概念的实质的情况下，这些细节是可以背离的。例如，图2A的系统10、图2B的系统40、图3的系统100和/或图7的系统220可以被配置成具有部署在主单元46和与之对应的远端单元42之间的扩展单元。该扩展单元可以提供将主单元46耦合至附加远端单元42的附加链路，和/或扩展单元可以扩展主单元46与远端单元42之间的耦合范围。此外，图2A的系统10、图2B的系统40、图3的系统100和/或图7的系统220可以被配置成具有更多或更少的远端单元12或42、主单元16或46、SISO BTS 20或54、MIMOBTS 30或58、系统控制器22或76、加法电路48、RF组合网络50和/或混合式耦合器52，并且可以被配置成支持与本发明的实施例相符的更多或更少的无线设备26、90和/或232。同样，图2A的系统10、图2B的系统40、图3的系统100和/或图7的系统220可被包括具有更多或更少的天线31和/或32的MIMO BTS 30或58，具有更多或更少的端口的混合式耦合器52，以及与本发明相符且被配置成具有更多或更少的输入或输出的主单元16或46。
此外还应该了解，在这里分别包含图3和7B的室内环境104和224仅仅是为了显示与之相关的本发明的实施例的操作，在不脱离申请人的一般发明概念的情况下，本发明的实施例是可以与室外环境一起使用的。此外，本领域普通技术人员将会了解，图7B的系统220可以包括与本发明的替换实施例相符的SISO BTS 54a-b、RF组合网络50以及加法电路48a-b。
此外，在一些实施例中，图7B的室内环境224将会以其他那些包含了分区230的方式来配置。就此而论，相应的无线设备232a-b可以采用其他方式来隔离。
对本领域普通技术人员来说，其他修改将会是显而易见的。因此，本发明处于以下附加的权利要求中。

Claims (15)

1.一种分布式天线系统，包括：
多输入多输出(MIMO)基站，被配置成至少输出第一MIMO信号和第二MIMO信号，所述MIMO信号中的至少一个包括信令参数；
耦合到所述MIMO基站的混合式耦合器，该耦合器被配置成在相应的第一输入端口和第二输入端口接收来自所述MIMO基站的所述第一MIMO信号和所述第二MIMO信号，并且在第一输出端口和第二输出端口上提供输出信号，所述第一输出端口上的输出信号包括所述第一MIMO信号的至少一部分以及相对于相应的第二MIMO信号而言是正交相移的所述第二MIMO信号的至少一部分，并且所述第二输出端口上的输出信号包括所述第二MIMO信号的至少一部分以及相对于相应的第一MIMO信号而言是正交相移的所述第一MIMO信号的至少一部分；
至少一个主单元，其与所述耦合器进行通信，并且被配置成接收来自所述耦合器的所述第一输出端口的输出信号，以便将所述输出信号分发到一个或多个远端单元；
至少另一个主单元，其与所述耦合器进行通信，并且被配置成接收来自所述耦合器的所述第二输出端口的输出信号，以便将所述输出信号分发到一个或多个远端单元；
多个远端单元，其与所述至少一个主单元进行通信，并且多个远端单元与所述至少另一个主单元进行通信，以向用于提供MIMO通信的设备传送所述第一输出端口的输出信号和所述第二输出端口的输出信号两者。
2.如权利要求1所述的分布式天线系统，其中，所述远端单元在光链路上与这些主单元进行通信。
3.如权利要求2所述的分布式天线系统，其中，所述光链路中的至少一个包括：
第一光纤，用于运送上行链路信号；以及
第二光纤，用于运送下行链路信号，
其中，所述第一光纤和所述第二光纤被配置成半双工信道。
4.如权利要求2所述的分布式天线系统，其中，所述光链路中的至少一个包括：
光纤，用于在不同波长上运送上行链路信号和下行链路信号；以及
波分复用器，被配置成对所述光纤上的所述上行链路信号和所述下行链路信号进行组合或者拆分。
5.如权利要求1所述的分布式天线系统，其中，所述远端单元在高数据速率介质上与所述主单元进行通信，其中所述高数据速率介质是从包含同轴电缆、双绞铜线、自由空间射频链路、以及共享网络、及上述组合的群组中选择的。
6.如权利要求5所述的分布式天线系统，其中，所述共享网络是从包含以太网、SONET、SDH、ATM、PDH、及其组合的群组中选择的。
7.如权利要求2所述的分布式天线系统，其中，所述光链路运送经调制的数字信号或者光纤无线电信号中的至少一个。
8.如权利要求1所述的分布式天线系统，其中，所述耦合器是90°的3dB混合式耦合器。
9.如权利要求1所述的分布式天线系统，还包括SISO基站，该SISO基站选择性地与这些主单元中的至少一个相耦合，并且提供SISO输出信号，并且其中，所述至少一个远端单元还被配置成与所述MIMO基站的输出信号同时地传送来自所述SISO基站的输出信号。
10.如权利要求1所述的分布式天线系统，还包括单输入单输出(SISO)基站，该SISO基站选择性地与这些主单元中的至少一个相耦合，并且提供SISO输出信号，并且其中，所述系统能够选择性地在SISO工作模式或者MIMO工作模式中工作，其中，在所述SISO工作模式中，所述至少一个主单元和相应的多个远端单元处理SISO输出信号，并且在所述MIMO工作模式中，所述至少一个主单元和相应的多个远端单元处理MIMO输出信号。
11.如权利要求1所述的分布式天线系统，其中，所述远端单元被配置成使用包括了天线和辐射线缆中的至少一个的空中接口来向设备传送所述输出信号。
12.一种分布式天线系统，包括：
多输入多输出(MIMO)基站，被配置成至少输出第一信号和第二信号；
与所述MIMO基站相耦合的选择性可激活的混合式耦合器，该耦合器被配置成在相应的第一端口和第二端口上接收来自所述MIMO基站的所述第一信号和所述第二信号，并且在被激活的时候在至少一个输出端口上提供第一输出信号，所述第一输出信号包括所述第一信号的至少一部分以及所述第二信号的至少一部分；
单输入单输出(SISO)基站，被配置成在至少第二输出端口上输出第二输出信号；
与所述耦合器和所述SISO基站进行通信的加法电路，该加法电路被配置成对所述第一输出信号和所述第二输出信号进行组合，并且提供经过组合的输出信号；
至少一个主单元，其与所述加法电路进行通信，并且被配置成至少接收所述经过组合的输出信号；以及
至少一个远端单元，其与所述主单元进行通信，并且被配置成向设备至少传送所述经过组合的输出信号。
13.一种用于通过分布式天线系统来发送信号的方法，包括：
至少提供第一多输入多输出(MIMO)信号和第二MIMO信号；所述MIMO信号中的至少一个包括信令参数；
向混合式耦合器的相应的第一输入端口和第二输入端口递送所述第一MIMO信号和所述第二MIMO信号；
在所述耦合器的第一输出端口和第二输出端口上提供输出信号，所述第一输出端口上的输出信号包括所述第一MIMO信号的至少一部分以及相对于相应的第二MIMO信号而言是正交相移的所述第二MIMO信号的至少一部分，并且所述第二输出端口上的输出信号包括所述第二MIMO信号的至少一部分以及相对于相应的第一MIMO信号而言是正交相移的所述第一MIMO信号的至少一部分；
从所述第一输出端口向与所述耦合器进行通信的至少一个主单元导引所述输出信号，以便将所述输出信号分发到一个或多个远端单元；
从所述第二输出端口向与所述耦合器进行通信的至少另一个主单元导引所述输出信号，以便将所述输出信号分发到一个或多个远端单元；
从所述至少一个主单元向与所述至少一个主单元进行通信的多个远端单元转发所述输出信号，并且从所述至少另一个主单元向多个远端单元转发所述输出信号，并且从这些远端单元向设备传送所述第一输出端口的输出信号和所述第二输出端口的输出信号两者，以便提供MIMO通信。
14.如权利要求13所述的方法，其中，这些远端单元在光链路上与这些主单元进行通信。
15.如权利要求13所述的方法，其中，这些远端单元中的至少一个在高数据速率介质上与这些主单元中的至少一个进行通信，所述高数据速率介质是从包含同轴电缆、双绞铜线、自由空间射频链路、以及共享网络、及上述组合的群组中选择的。
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