CN104488350A

CN104488350A - 包括分布式无线电头的发射和接收站

Info

Publication number: CN104488350A
Application number: CN201280069916.1A
Authority: CN
Inventors: K·马布鲁克; B·于亚尔
Original assignee: Institut Mines Telecom IMT
Current assignee: Institut Mines Telecom IMT
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2015-04-01
Also published as: WO2013087748A1; JP2015510290A; SG11201404093TA; KR20140104489A; EP2792210A1; FR2984677B1; FR2984677A1

Abstract

本发明的主题是一种无线发射和接收站，所述无线发射和接收站包括分布式无线电头(303)，所述分布式无线电头(303)允许出现在被所述站覆盖的地理区域中的用户终端(305、306、307)接入通过无线通信系统提供的服务。所述无线电头(303)由分流器装备(304)、分布在覆盖的区域中的多个分布式接入点(308、309、310、311、312)以及在所述分流器装备与分布式接入点之间的通信装置构成，所述分流器包括用于发送待在覆盖的区域中发送至所有分布式接入点的基带信号的采样的装置。所述分布式接入点包括射频处理装置，所述射频处理装置使得能够在以无线电波形式发送至出现在覆盖区域中的用户终端(305、306、307)之前将所述信号调换为载波频率。

Description

包括分布式无线电头的发射和接收站

技术领域

本发明涉及包括分布式无线电头并且尤其应用于无线通信领域的发射和接收站。

背景技术

当前的无线通信系统是基于能够使用户终端接入由一个或多个运营商向他们提供的服务的发射和接收站。

一些系统(像WiFi)不管理用户终端的移动性。所使用的发射和接收站在对应于部署的站或多个站的覆盖区域的区域内允许接入服务。

为了在无论这些用户进行任何移动的情况下确保服务的连续性，其他的系统管理用户终端的移动性。第二代、第三代和第四代移动无线电系统尤其是这样的情况。第二代系统的一个实例是GSM系统，GSM为“全球移动通信系统”的首字母缩略词。第三代系统的实例是UMTS系统，UMTS为“通用移动通信系统”的首字母缩略词。第四代的实例是LTE系统，LTE为“长期演进”的首字母缩略词。GSM系统的发射和接收站被称为基站，并且被称为首字母缩略词BTS，代表“基地收发站”。UMTS系统的发射和接收站被叫做节点B，并且LTE系统的发射和接收站被叫做e节点B。在以下的描述中，术语“站”指的是发射和接收站。

为了确保服务的连续性，因此需要实施移动无线电系统，以部署足够的站来覆盖系统的运营商所针对的区域。此外，在高人口密度的区域(比如城市地区)中，站的数量将必须更大，这是由于用户之间所共享的无线电资源是有限的。

当前的无线接入网络的架构向着包括结合越来越多功能的站的架构演进。这样的站例如结合射频处理操作(比如滤波和基带转换)，也结合数字处理操作(例如信道编码和加密)。分别在GSM、UMTS和LTE技术中使用的BTS、节点B和e节点B站尤其是这样的情况。

在UMTS中，节点B充当具有被称为RNC的无线接入网络的第二设备项的网关，RNC代表“无线电网络控制器”。

新近地，LTE标准定义由被称为e节点B的单一类型的元件组成的接入网络架构。传统上由RNC实施的大多数功能分布在e节点B和系统核心网络之间。LTE接入网络因此由e节点B单独地组成。这些趋势的目的在于简化无线接入网络的架构以及简化无线接入网络的部署。

然而该方法呈现出许多缺点。站是非常昂贵的，因此运营商对于减少它们的数量以产生足够的收益很感兴趣。从而被站覆盖的区域必须尽可能的宽广。在以下的描述中，该区域被称为覆盖区域。最小化站的数量涉及相对高的发射和接收功率水平。为了使出现在该区域的所有用户终端都能够接入该系统，这样的水平是必要的。因此在被这些系统覆盖的区域中功率密度较高，并且人们对这样的功率密度对生物健康的影响感到担忧。此外，这些站通常是很大的。它们的明显性是导致它们的安装上的问题的一个原因，这是因为这些站变得越来越不被人们所接受，尤其是因为它们的尺寸以及因此导致的它们的明显性。

而且，由于高发射功率，能量损耗是巨大的。这意味着难以通过利用位于站上的板来使用太阳能。事实上，当前站的功率产额通常包含于使用的功率放大器(多个功率放大器)中以及计算处理器中。

另一个解决方案是使用安装在用户的家中的WiFi终端或者“机顶盒”，并且将它们用作无线接入点。在这种情况下，对于运营商来说电能帐单有效地降低，但对于用户的电能帐单是不利的。此外，由于共享使用他或她的设备，用户遭受在他或她的家中重大的并且常久的电磁辐射。另外，在这种类型的解决方案中，由于墙导致的穿透损耗，使得在机顶盒所处于的建筑物之外的无线电覆盖是比较困难的。

发明内容

本发明的一个目的尤其是缓解上面提到的缺点。

为此目的，本发明的主题为一种无线发射和接收站，所述无线发射和接收站包括分布式无线电头，所述分布式无线电头使得出现在被所述站覆盖的地理区域中的用户终端能够接入通过无线通信系统提供的服务。所述无线电头包括配线架设备，分布在覆盖区域中的多个分布式接入点，以及通信装置，所述通信装置在所述配线架设备与所述分布式接入点之间。所述配线架包括用于发送待在覆盖区域中发送至所有分布式接入点的基带信号的采样的装置。所述分布式接入点包括射频处理装置，所述射频处理装置使得能够在以无线电波形式发送至出现在覆盖区域中的用户终端之前将所述信号调换为载波频率。

根据本发明的一个方面，所述分布式接入点包括用于在将从用户终端接收的基带无线电信号发送至所述配线架设备之前转换为所述从用户终端接收的基带无线电信号的装置。

所述配线架设备包括例如用于结合来自所述无线接入点的信号的装置。

在一个实施方案中，所述配线架设备通过加权的总和结合来自所述分布式接入点的信号。

所述加权的总和的结果例如被用来进行数字天线波束形成。

根据本发明的另一个方面，在所述配线架设备和所述分布式接入点之间的通信装置对应于CPRI类型的光链路。

所述配线架设备例如通过相同长度的光纤连接至每个分布式接入点，以避免产生由所述配线架设备发送和接收的信号的延迟的扩展。

在所述配线架设备和所述分布式接入点之间的通信装置例如对应于有线链路或者专用的无线电链路。

在一个实施方案中，当在附近没有检测到用户终端时，分布式接入点是关闭的。

作为实例，为关闭的所述分布式接入点周期性地唤醒，以验证所述用户终端是否位于附近，当接收的功率水平大于预先定义的阈值时验证用户终端的存在。

用户终端的位置例如通过基于由不同分布式接入点接收的多个信号执行三角测量来估计，所述估计在所述配线架处实施。

所述系统例如适用于以下技术中的一个或多个：GSM、UMTS、LTE。

本发明的另一个主题为一种分布式无线电头，所述分布式无线电头使得用户终端能够接入通过无线通信系统提供的服务，所述无线电头包括配线架设备，分布在覆盖区域中的多个分布式接入点，以及通信装置，所述通信装置在所述配线架设备与所述分布式接入点之间，所述配线架设备包括用于发送待在覆盖区域中发送至所有分布式接入点的信号的装置，所述分布式接入点包括射频处理装置，所述射频处理装置使得能够在以无线电波形式发送至出现在覆盖区域中的用户终端之前将所述信号调换为载波频率。

附图说明

根据所附附图，以说明性的和非限定性的实例给出下面的描述，本发明的其他特征和优点将变得明显，在所述附图中：

-图1a和图1b给出发射和接收站架构的两个实例；

-图2示出利用具有分布式无线电头的站的无线通信系统的实例；

-图3给出在其中能够实施分布式无线电头的架构的实例；

-图4示出能够用于配线架设备的架构的简化的实例；

-图5示出分布式接入点架构的实例。

具体实施方式

图1a和图1b给出发射和接收站架构的两个实例。

发射和接收站的制造商力图建立例如在联营(比如OBSAI)的框架中的架构标准，OBSAI代表“开放式基站构架”。这些标准的目标是降低由电信运营商负荷的基础设施成本。为此，由多个标准化的并因此而兼容的模块组成了基站。因此，运营商由源自不同制造商的模块组成他自己的站。

出于相同的原因，对组成站的不同模块之间的接口协议的标准化也是感兴趣的。CPRI接口是其一个实例，CPRI代表“通用公共无线接口”。

近期的站由一个或多个无线电头101、102、104、105、106和控制设备项100、103构成。CPRI接口是使得能够容易地将组成站的元件连接在一起的标准化接口的实例。在该标准中，无线电头被称为对于“无线电设备”的首字母缩略词RE，并且控制设备项被称为对于“无线电设备控制”的首字母缩略词REC。

图1a给出由利用标准化接口连接在一起的多个模块构成的基站的第一实例。在该实例中，控制设备项100通过利用标准化链路107连接到第一无线电头101。然后所述无线电头101也利用第二标准化链路108连接到第二无线电头102。标准化链路例如为CPRI链路。CPRI类型的链路使得能够建设在其中无线电控制设备项经由例如光纤链路远程连接到一个或多个无线电头的分布式站的架构。标准化链路的使用具有降低服务提供者的成本的效果。事实上，无线电头常常必须放置在难以接入的地方，而控制设备(尤其是包含数字处理器的)可以放置在更容易接入的偏远区域。对于给定的站，不同的无线电头RE被分配能够被系统使用的无线电资源中的一些。为了减少接口，覆盖由无线电头所属的基站覆盖的部分区域的无线电头使用不同的无线电资源。实例图1a示出在其中无线电头串联连接的架构。CPRI链路作为实例给出，但是是非限定性实例，其他类型的标准化链路也能够在本发明的范围内实施。

图1b给出由利用标准化接口连接在一起的多个模块构成的基站的第二实例。在该实例中，控制设备项103通过利用标准化链路109连接到第一无线电头104。该无线电头104也通过利用两个标准化链路110、111连接到两个其他无线电头105、106。这些标准化链路109、109、110、111例如为CPRI链路。呈现为无线电头可以通过串联、并联或者甚至混合网络连结在一起。

图2示出利用具有分布式无线电头的站的无线通信系统的实例。

在该实例中，考虑移动无线电系统，但是本发明可以应用于不管理用户终端的移动性的无线通信系统。

五个单元200、201、202、203、204使得能够覆盖在系统的部署阶段界定的区域，系统的无线电资源可以分布在所述单元之间。根据所使用的技术，这些资源可以是频域资源、时域资源和/或多个接入码。

对于给定单元，可以使用与借助于图1a和1b描述的无线电头相同类型的一个或多个无线电头，无线电资源的子集分配给这些无线电头中的每一个。这些无线电头叫做常规无线电头。因此，在第一单元200中，使用四个常规无线电头210、211、212、213。在第二单元201中，四个常规无线电头213、214、215、216，一个常规无线电头213既用于第一单元200也用于第二单元201。在第三单元202中，使用常规无线电头217。在第四单元203中，使用常规无线电头218。系统的第五单元204被分布式无线电头覆盖。分布式无线电头区别于常规无线电头。其由配线架设备209以及多个分布式接入点PAD 205、206、207、208构成，所述分布式接入点以覆盖所有的单元204这样的方式分布。配线架设备209通过利用基带数字化信号与分布式接入点通信。这使得能够增益带宽，并且安全防护信号免受干扰。

为了与核心网络和/或与外部网络通信，站或者直接地或者间接地连接到控制设备项218。

图3给出在其中可以实施分布式无线电头的架构的实例。

系统包括至少一个控制设备项300。该设备项300可以连接到一个或多个无线电头301、302。控制设备项300也可以连接到一个或多个分布式无线电头303。如前面所提到的，分布式无线电头由被称为配线架304的设备项和一个或多个分布式接入点PAD 308、309、310、311、312构成。控制设备项300可以通过利用例如标准化接口连接到属于分布式无线电头和/或常规无线电头301、302的配线架设备。该标准化接口可以是CPRI类型的光链路、有线链路或者专用的无线电链路。常规无线电头301、302和分布式无线电头303通过利用分配给用户终端305、306、307的无线电资源接收数据并且向用户终端305、306、307发送数据。根据所实施的无线电技术，这些无线电资源可以对应于载波频率的集合、CDMA码的集合和/或时隙的集合。

换言之，当使用常规无线电头301、302来覆盖给定地理区域时，可用于常规无线电头301、302的无线电资源借助于位于所述无线电头的接入点，由出现在该区域的用户终端305、306、307使用。常规无线电头包括天线，或者当使用多天线技术时包括多个同地协作的天线以形成天线阵列。

当使用分布式无线电头303时，在由其覆盖的所有区域上使用相同的无线电资源。该分布式接入点PAD 308、309、310、311、312地理上分布在该区域中，以这样的分式使得用户终端总是邻近PAD。PAD的地理分布尤其具有这样的优点：由这些设备项发射的功率由于邻近用户终端而降低。接入点为分布式的方式形成建设链路预算的无线电工程师的常识的一部分。由于邻近用户终端以及邻近分布式接入点PAD，使用的天线的尺寸可以被最小化。有利的是，这些分布式接入点PAD的减小的尺寸允许和谐地集成在环境中的分立元件的安装，其在它们的安装期间促进与人之间的关系。由于发射的功率较低，功率放大器的功率效率得以改进。有利的是，不需要冷却装置并且可以设想通过利用太阳能板将功率供应至分布式接入点PAD。

另一个优点在于由于对本领域技术人员来说众所周知的信号的时间扩展现像受限，因此信号将更小地失真。事实上，由于分布式接入点RP 308、309、310、311、312分布在所有覆盖区域上，相较于仅基于包括单个无线接入点的常规无线电头的系统，用户终端与分布式接入点的天线的直接可见性的可能性得到改进。在单元边界处提供给用户的比特率由于降低的功率密度因而降低是众所周知的现象。此处的这种降低将被缩减，这是因为由于PAD的分布式的性质而使功率密度实际上在整个单元上是均匀的。

在如LTE的第四代系统中，提供继电器的使用以对抗阴影区域的影响并且改进在单元边界处有效的比特率。继电器从单元的不同信道接收信号，放大信号并且重新发射信号。这些发射由于噪声因子而可能遭受眩光和劣化的问题。在实施分布式无线电头的系统中，阴影区域将被通过专用的链路(例如光类型的)连接到配线架的PAD覆盖。

属于现有技术的解决方案提出实施微微型单元(pico-cell)，即是说覆盖小尺寸的覆盖区域的常规无线电头。在该类型的解决方案中，用户终端还尽可能地靠近微微型单元。然而，并排放置的微微型单元使用特定于它们的无线电资源。这些资源可能不同于分配给它们的邻近单元的资源。结果是从一个微微型单元移动至另一个微微型单元的用户终端的移动性必须被管理。因此有必要落实方法以确保在这种移动期间通信的连续性，这种连续性通常利用所谓的“移交”技术来实施。

在由图3显示的系统中，相同的无线电资源在通过利用N个分布式接入点PAD被分布式无线电头覆盖的所有区域上使用。因此，当用户终端在被分布式无线电头覆盖的区域内四处运动时，这些“移交”技术不需要落实。

在优选实施方案中，当在附近没有检测到用户终端时，分布式接入点PAD是关闭的。作为实例，为关闭的分布式接入点能够被周期性地唤醒，以验证用户终端是否在附近。为此，其可以验证在系统的频带中接收的功率水平并且将其与阈值进行比较。例如，对于20ms的周期，分布式接入点PAD每P秒唤醒一次。

一旦安装，分布式接入点PAD具有已知的位置。由于它们的邻近，终端通常具有与多个无线接入点的无线电可见性。该无线电可见性体现在直接路径的存在中。因此，终端的位置可以通过由不同的分布式接入点接收的多个信号执行的三角测量来估计。有利的是，终端的位置可以通过使用分配至每个分布式接入点PAD的标识符ID来估计，PAD(多个PAD)(终端与其通信)的标识符(多个标识符)的知识允许用于该估计。

这样的位置估计可以在配线架处实施。

图4示出能够用于配线架设备的架构的简化的实例。

在该实例中，配线架设备包括用于连接到一个或多个分布式接入点PAD的装置。这些装置例如对应于输入端口400、401、402、403，数据管理模块404连接到输入端口400、401、402、403。该模块的功能为格式化并且同步在端口400、401、402、403上接收的数据以及待在这些相同的端口上发射的数据。

每个端口400、401、402、403例如通过相同长度的光纤链接到分布式接入点PAD，以避免在通过配线架设备发射和接收的信号的延迟中产生扩展。这种连接使得能够在基带中发射信号的数字采样。

设备还包括数字信号处理模块405。其主要功能为通过利用简单加权的总和结合从不同输入/输出端口400、401、402、403接收的数字化信号，简单加权的总和由以下表达式给出：

y [k] = Σ_{i = 1}^{M} α_{i} \times x_{i} [k]

其中：

x_i[k]表示在第i个端口上接收的信号的第k个采样；

表示应用至通过第i个端口接收的信号的加权因子；

y[k]表示为加权的总和的结果的信号。

M表示使用的输入/输出以及因此源自分布式接入点PAD的信号的总数量。

信号处理模块还包括例如信道编码和解码、源编码和解码以及抗干扰滤波和处理功能。待实施的功能的选择取决于所使用的发射技术。根据本发明的系统可以实施例如UMTS或者LTE。

配线架设备还包括用于连接一个或多个控制设备项的装置。这些装置对应于接口(例如CPRI光类型)的管理装置。因此，设备包括光输入和输出端口407，其跟随有第一数据管理模块406。该模块的目的是格式化在光接口上接收的包和发送的包。其结合对应于“开放式系统互连”OSI参考模型的层1和层2的功能。

图5示出分布式接入点架构的实例。分布式接入点RP包括输入和输出端口500和数据管理模块501，数据管理模块501使得能够管理从分布式接入点PAD经由接口505(例如光的)到配线架设备发送和接收的数字数据。模块501的目的为格式化在光接口上接收的包和发送的包。其结合例如对应于OSI参考模块的层1和层2的功能。

数字信号处理模块502可以用于实施一个或多个数字滤波器。使用转换模块503并且其包括模数转换器ADC和数模转换器DAC，以便执行接收的信号以及待从接入点RP发送到用户终端的信号的必要转换。之后使用射频模块504，尤其用于源自用户终端的模拟信号的基带转换以及待发送至所述终端的信号的载波频率的调换。

在替代的实施方案中，分布式接入点不包括转换模块，在这两个设备项之间信号以模拟形式交换。

Claims

1.一种无线发射和接收站，包括分布式无线电头(303)，所述分布式无线电头(303)使得出现在被所述站覆盖的地理区域中的用户终端(305、306、307)能够接入通过无线通信系统提供的服务，所述无线电头(303)包括配线架设备(209、304)，分布在覆盖区域中的多个分布式接入点(205、206、207、208、308、309、310、311、312)以及在所述配线架设备与分布式接入点之间的通信装置，所述配线架(209)包括用于发送待在覆盖区域中发送至所有分布式接入点的基带信号的采样的装置，所述分布式接入点包括射频处理装置，所述射频处理装置使得能够在以无线电波形式发射至出现在覆盖区域中的用户终端(305、306、307)之前将所述信号调换为载波频率。

2.根据权利要求1所述的发射和接收站，其中所述分布式接入点包括用于在将从用户终端(305、306、307)接收的基带无线电信号发送至所述配线架设备(209、304)之前转换为所述从用户终端(305、306、307)接收的基带无线电信号的装置。

3.根据权利要求2所述的发射和接收站，其中所述配线架设备(209、304)包括用于结合来自无线接入点的信号的装置。

4.根据权利要求3所述的发射和接收站，其中所述配线架设备(209、304)通过加权的总和结合来自所述分布式接入点(205、206、207、208、308、309、310、311、312)的信号。

5.根据权利要求4所述的发射和接收站，其中所述加权的总和的结果被用来进行数字天线波束形成。

6.根据前述权利要求中任一项所述的发射和接收站，其中在所述配线架设备(209、304)和所述分布式接入点(205、206、207、208、308、309、310、311、312)之间的通信装置对应于CPRI类型的光链路。

7.根据权利要求6所述的发射和接收站，其中所述配线架设备(209、304)通过相同长度的光纤连接至每个分布式接入点(205、206、207、208、308、309、310、311、312)，以避免产生由所述配线架设备发送和接收的信号的延迟的扩展。

8.根据前述权利要求中的一项所述的发射和接收站，其中在所述配线架设备(209、304)和所述分布式接入点(205、206、207、208、308、309、310、311、312)之间的通信装置对应于有线链路或者专用的无线电链路。

9.根据前述权利要求中的一项所述的发射和接收站，其中当在附近没有检测到用户终端时，分布式接入点(205、206、207、208、308、309、310、311、312)是关闭的。

10.根据权利要求9所述的发射和接收站，其中为关闭的所述分布式接入点(205、206、207、208、308、309、310、311、312)周期性地唤醒，以验证所述用户终端是否位于附近，当接收的功率水平大于预先定义的阈值时验证用户终端的存在。

11.根据前述权利要求中的一项所述的发射和接收站，其中用户终端(305、306、307)的位置通过基于由不同分布式接入点接收的多个信号执行三角测量来估计，所述估计在所述配线架处实施。

12.根据前述权利要求中的一项所述的发射和接收站，适用于以下技术中的一个或多个：GSM、UMTS、LTE。

13.一种分布式无线电头(303)，所述分布式无线电头(303)使得用户终端(305、306、307)能够接入通过无线通信系统提供的服务，所述无线电头(303)包括配线架设备(209、304)，分布在覆盖区域中的多个分布式接入点(205、206、207、208、308、309、310、311、312)，以及通信装置，所述通信装置在所述配线架设备与所述分布式接入点之间，所述配线架设备(209)包括用于发送待在覆盖区域中发送至所有分布式接入点的信号的装置，所述分布式接入点包括射频处理装置，所述射频处理装置使得能够在以无线电波形式发送至出现在覆盖区域中的用户终端(305、306、307)之前将所述信号调换为载波频率。

14.根据权利要求12所述的分布式无线电头(303)，其中所述分布式接入点包括用于在将从用户终端(305、306、307)接收的基带无线电信号发送至所述配线架设备(209、304)之前转换为所述从用户终端(305、306、307)接收的基带无线电信号的装置。