CN105306126B - 用于无线网络的tdd中继器和用于运行所述中继器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特别适用于通信信号的时分双工传输的中继器(1)。所述中继器(1)包括用于与无线网络的基站(3)通信的主机单元(2)，至少一个用于与网络终端设备通信的远程单元(4)以及将远程单元(4)与主机单元(2)连接的、用于在从远程单元(4)到主机单元(2)的上行链路方向(6)上和在从主机单元(2)到远程单元(4)的下行链路方向(5)上传输通信信号的波导(11)。主机单元(2)和远程单元(4)分别包括用于在上行链路方向(6)上的信号传输与下行链路方向(5)上的信号传输之间进行转换的开关(19，20)。这两个开关(19，20)均由设置在主机单元(2)中的同步单元(21)控制，所述同步单元(21)被构造用于由——尤其是由基站(3)——输送给主机单元(2)的通信信号求得时钟并且向这些开关(19，20)输出对应于所述时钟的控制信号。

Description

用于无线网络的TDD中继器和用于运行所述中继器的方法

本申请是2009年3月7日提交的，申请号为200980120599.X的同名专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于在无线网络中——例如在移动无线电网络或者所谓的“无线局域网(WLAN)”中——按照所谓的时分双工(TDD)方法传输通信信号的中继器。本发明还涉及一种用于运行这种中继器的方法。

背景技术

在无线网络内，通常在所谓的基站与以下称作网络终端设备的数据接收机和数据发射机之间进行通信。在移动无线电网络的情形中，这些网络终端设备涉及移动无线电终端设备(“手机”)，在WLAN的情形中，这些网络终端设备通常涉及具有相应网卡的移动计算机(“膝上型计算机”)。在基站与网络终端设备之间的数据交换中，无线电信号一方面在所谓的“下行链路方向”上从基站向网络终端设备传输而另一方面在所谓的“上行链路方向”上从网络终端设备向基站传输。为了可以使上行链路方向和下行链路方向上的信号流量(Signalverkehr)彼此分离，使用所谓的时分双工(TDD)方法。在TDD方法中，在上行链路方向上和在下行链路方向上使用相同的传输频率。对于不受干扰的信号传输而言，分别给每个信号方向分配一个经定义的时间窗，使得以确定的时钟交替地在上行链路方向和下行链路方向上进行发送。时钟通常由基站预先给定。

为了在无线电波被遮蔽的区域中——例如在隧道或建筑物中也能够实现信号传输，使用所谓的中继器，所述中继器在传输技术上连接在基站与网络终端设备之间。例如由US 2007/0015462A1公开了一种基于TDD方法工作的中继器。

在也称作分布式系统的结构中，这种中继器包括尤其是与无线电网络的基站通信的主机单元，以及至少一个所谓的“远程单元”，所述“远程单元”——例如设置在建筑物中——建立与网络终端设备的联系。在此，主机单元与远程单元之间的信号传输通常以光通信信号的形式通过光波导——例如光纤电缆进行。

在此，主机单元在下行链路方向上向远程单元转发由基站传送给它的信号。相反，远程单元在上行链路方向上向主机单元转发来自移动无线电终端设备的信号。在此，通常在上行链路方向和下行链路方向上通过共同的波导传输信号。

为了可以在TDD信号传输范畴内使用这种中继器，通过波导的信号传输必须与周围的无线电信号传输的预给定的时钟相匹配。尤其是，主机单元和远程单元必须根据时钟彼此同步。

发明内容

本发明的任务在于，说明一种中继器，所述中继器特别适用于通信信号的时分双工传输。在此，与中继器内部的信号不同，通过中继器在基站与网络终端设备之间传输的信号称作通信信号。此外，本发明的任务还在于，说明一种特别适用于运行这种中继器的方法。

在中继器方面，所述任务根据本发明通过权利要求1的特征解决。据此，中继器包括用于与无线网络的基站通信的主机单元，至少一个用于与网络终端设备通信的远程单元，以及将远程单元与主机单元连接的、用于在从远程单元到主机单元的上行链路方向上和在从主机单元到远程单元的下行链路方向上传输通信信号的波导。主机单元和远程单元分别包括——以下称作“(时间)双工器”的——用于在上行链路方向上的信号传输与下行链路方向上的信号传输之间进行转换的开关。这两个双工器由设置在主机单元中的同步单元控制，所述同步单元被构造用于由——尤其是由基站——输送给主机单元的通信信号求得时钟并且向这些双工器输出对应于所述时钟的控制信号。

借助所提出的中继器，可以通过简单而有效的方式使通信信号的传输或者传输方向与由基站预先给定的时钟相匹配。在此，特别有利的是，在所提出的中继器中远程单元的双工器也通过设置在主机单元中的同步单元一起同步，由此可以特别合理地构造中继器。

所述中继器优选设计用于主机单元与远程单元之间的光信号传输。在此，波导涉及光波导，尤其是光纤电缆。但替换地，也可以在主机单元与远程单元之间设置电信号传输。在此情形中，波导尤其被构造为同轴电缆或者空心导线。

在本发明的一个特别有效的实施方式中，中继器被设置用于通过——总归设置用于通信信号的交换的——波导向远程单元作为(光或者电)信号传输用于控制远程单元的双工器的控制信号。控制信号与——通过同一波导传输的——通信信号的简单分离在此尤其通过以下方式实现：同步单元使控制信号具有不同于通信信号的调制频率。

为了检测时钟，同步单元符合目的地包括耦合器，借助所述耦合器同步单元截取通信信号。同步单元在此求得与通信信号叠加的时钟信号，所述时钟信号例如可以由所谓“导频音”或者通信信号的传输帧的前置码中的同步序列构成。特别地，为了从通信信号中提取时钟信号，同步单元包括尤其被构造为微控制器的电路，去耦合的信号被输送给所述电路。

优选地，控制信号首先以电射频(RF)信号的形式生成。为此，同步单元包括频率发生器。为了向远程单元进行传输，所述RF控制信号优选被转换成光控制信号并且通过波导传输给远程单元。为此，主机单元符合目的地包括光发射机(Transmitter)。在远程单元中，控制信号在此情形中通过位于所述远程单元中的光接收机重新转换成电控制信号并且用于控制设置在远程单元中的双工器。

在本发明的另一实施方式中，中继器包括至少两个远程单元，它们通过各一个单独的波导与主机单元连接。这些远程单元中的每一个均包括双工器。此外，在主机单元中也为每个远程单元设有双工器。在此，合理地通过共同的——同样设置在主机单元中的——同步单元控制所有的双工器。

附加地或替换地，中继器包括至少两个远程单元，它们通过共同的波导与主机单元连接。在此，中继器被设计用于将对应于每个远程单元的信号调制到不同的传输波长上，使得这些信号可以通过它们专有的传输波长分离。

在中继器的一个优选的实施方式中，尤其是多个远程单元以所谓的mxn MIMO(多输入多输出；m,n＝2,3,...)配置与主机单元连接。在此，主机单元包含多个分离的、分别对应于一个远程单元的传输路径。另一方面，主机单元设有两个天线连接点，用于与基站进行信号传输。

在方法方面，根据本发明，所述任务在使用上述中继器的情况下通过权利要求8的特征解决。据此提出：由同步单元根据——尤其是由基站——预给定的时钟信号产生控制信号，以及借助所述控制信号如此控制主机单元的双工器和远程单元的双工器，使得与预给定的时钟同步地——即近似同时地——进行上行链路方向与下行链路方向之间的信号传输转换。

但是，在对双工器的同步控制中优选考虑通信信号在主机单元与远程单元之间的传播时间。在此，不是精确同时地、而是以小的时间偏移地转换设置在主机单元或者远程单元中的双工器，所述时间偏移大致等于信号传播时间。

附图说明

以下根据附图更详细地说明本发明的实施例。其中，唯一的附图以示意图示出无线网络的中继器，所述中继器用于在无线电波被遮蔽的区域——例如建筑物中进行所谓的“时分双工”信号传输。

具体实施方式

中继器1包括主机单元2，所述主机单元——在此有线连接地——与无线网络的基站3(在当前附图中在左侧示出)通信。此外，中继器1包括两个远程单元4(在当前附图中在右侧示出)，所述两个远程单元4——例如设置在建筑物中——通过示意性示出的无线电波与移动的网络终端设备(例如，膝上型计算机或者手机)进行通信。在此，来自基站3的射频(RF)通信信号在所谓的(通过箭头表示的)下行链路方向5上作为光通信信号转发给远程单元4，在远程单元4中转换回无线电信号并且发送给网络终端设备。相反，在所谓的(同样通过箭头表示的)上行链路方向6上由网络终端设备发出的通信信号作为光通信信号转发给主机单元2并且从那里传输给基站3。

在此，中继器1以所谓的“2x2多输入多输出”(MIMO)配置进行构造。相应地，基站3具有两个天线连接点7，所述两个连接点7通过天线或者分配器母线8与基站3连接。另一方面，通过两个分离的信道，即通过第一(示意性示出的)传输路径9和第二(同样示意性示出的)传输路径10向两个远程单元4传输信号。在此，为了进行光信号传输，每个传输路径9、10具有在此实施为光纤电缆11的、单独的光波导，每个远程单元4通过所述光波导与主机单元2连接。替换地，也可以通过共同的光波导进行在信号技术上通过频率变换分离的信号传输(频率双工)。

中继器1被构造用于按照所谓的时分双工方法的信号传输。在此，根据由基站3预先给定的时钟在时间上交替地在下行链路方向5或者上行链路方向6上传输(光)通信信号。为此，主机单元2内和远程单元4内的每个传输路径9、10分成——部分光的、部分电的——上行链路路径12和下行链路路径13。在此，这些路径的光部分通过Y连接14与光纤电缆11耦合。电部分至少间接地与基站3或与移动的数据接收机/发射机连接。在每个路径内，通信信号从光信号转换成电信号，或者相反。为此，主机单元2在每个上行链路路径12内包括光接收机15或者在每个下行链路路径13内包括光发射机16。相反，每个远程单元4在上行链路路径12内包括光发射机17或者在下行链路路径13内包括光接收机18。

为了转换传输方向，主机单元2对于每个传输路径9、10包括(时间)双工器19，借助所述(时间)双工器19在电部分中在上行链路路径12与下行链路路径13之间进行转换。因此，根据双工器19的位置，或者上行链路路径12或者下行链路路径13与基站3连接。另一方面，每个远程单元4在传输路径9、10的电部分内也包括(时间)双工器20，借助所述(时间)双工器20根据开关位置或者上行链路路径12或者下行链路路径13与移动的数据接收机/发射机连接以进行通信。在此示出的开关位置例如恰好对应于下行链路方向6上的传输。

为了使光传输的时钟与基站3的时钟同步，主机单元2包括同步单元21，所述同步单元截取由基站3发出的时钟信号并且相应地一方面控制双工器19而另一方面控制每个双工器20。

为此，同步单元21具有耦合器22，借助所述耦合器去耦合由基站3输送给主机单元2的通信信号。在本发明的所示实施方式中，耦合器22在此接入到第一传输路径9上。

时钟信号例如作为所谓的导频音与通信信号叠加。替换地，时钟信号作为信号传输帧的所谓的前置码前置。由同步单元21鉴别所述时钟信号。

为此，同步单元21包括在此称作“转接点检测器”(Switching-Point-Detector)23的集成电路、尤其是微控制器，其与耦合器22在信号技术上连接。根据去耦合的信号，转接点检测器23决定：基站3正在进行发射(下行链路方向5上的传输)还是正在进行接收(上行链路方向6上的传输)。相应地，转接点检测器23直接控制主机单元2的两个双工器19。

此外，为了使远程单元4的双工器20同步，根据去耦合的时钟信号通过每个光纤电缆11向所述双工器20传输光控制信号。为此，同步单元21对于每个传输路径9、10分别具有频率发生器24。每个频率发生器24同样与转接点检测器23在信号技术上耦合并且基于其信息产生用于控制相应的双工器20的RF控制信号。所述RF控制信号总是通过主机单元2的光发射机16转换成光控制信号并且连同光通信信号一起通过光纤电缆11传输给远程单元4。在此，以不同的调制频率发送控制信号和通信信号，以进行信号分离。在远程单元4内，光控制信号通过光接收机18转换回电控制信号。所述控制信号又用作控制单元25的信号装置，所述控制单元25最后向双工器20提供时钟。

因此，同步地向每个传输路径9、10的两个双工器19、20提供时钟，由此光传输区段上的通信信号的传输方向与周围的无线电传输的传输方向相匹配。因此在基站3的发射运行中，两个双工器19、20转换用于下行链路方向5上的传输，与之相反，在基站3的接收运行中，两个双工器19、20转换用于上行链路方向6上的传输。

附图标记列表

1 中继器

2 主机单元

3 基站

4 远程单元

5 下行链路方向

6 上行链路方向

7 天线连接点

8 分配器母线

9 传输路径

10 传输路径

11 光纤电缆

12 上行链路路径

13 下行链路路径

14 Y连接

15 接收机

16 发射机

17 发射机

18 接收机

19 (时间)双工器

20 (时间)双工器

21 同步单元

22 耦合器

23 转接点检测器

24 频率发生器

25 控制单元

Claims (19)

1.一种时分双工中继器系统，包括：

主机单元，用于与无线网络的基站进行通信；

至少一个远程单元，用于与终端设备进行通信并且远离所述主机单元；

将所述远程单元与所述主机单元连接的波导，用于在上行链路方向上和在下行链路方向上传输通信信号；

所述至少一个远程单元具有已定义的上行链路路径和单独的已定义的下行链路路径，并且包括耦合到已定义的路径中的每一个的开关，所述开关用于在所述上行链路方向上的信号传输与所述下行链路方向上的信号传输之间改变方向；

所述主机单元用于生成控制信号并将下行链路信号发给所述远程单元，所述下行链路信号包括在所述下行链路方向上在一起的所述通信信号和所述控制信号；

从所述主机单元到所述远程单元的所述下行链路信号的控制信号部分被用作所述远程单元中的控制信号，以用于控制在所述上行链路方向和所述下行链路方向上的所述已定义的路径之间所述远程单元中的所述开关的方向；

位于所述远程单元中的控制单元，所述远程单元将所述下行链路信号的所述控制信号部分发给所述控制单元，所述控制单元使用所述控制信号并且确定中继器系统信号传输的方向，所述控制单元向所述远程单元的开关提供信号以控制所述开关的方向。

2.根据权利要求1所述的时分双工中继器系统，其中，所述控制单元生成用于控制所述远程单元的开关的时钟脉冲。

3.根据权利要求1所述的时分双工中继器系统，其中，所述主机单元还包括转接点检测器，用于确定所述中继器系统的方向并且通过所述控制信号来控制所述远程单元中的所述开关。

4.根据权利要求1所述的时分双工中继器系统，还包括：多个远程单元，每个远程单元通过一个单独的波导与所述主机单元相连接，每个远程单元包括用于使用所述控制信号部分来确定所述中继器系统信号传输的方向的控制单元。

5.根据权利要求1所述的时分双工中继器系统，还包括：通过一个公共的波导与所述主机单元相连接的多个远程单元。

6.根据权利要求1所述的时分双工中继器系统，还包括：所述主机单元中的至少一个光发射机，用于将所述下行链路信号转换成光信号以用于传输给所述远程单元。

7.根据权利要求6所述的时分双工中继器系统，还包括：所述远程单元中的至少一个光接收机，用于接收所述下行链路信号并将其转换成电信号以发给所述控制单元。

8.根据权利要求1所述的时分双工中继器系统，其中，所述控制单元确定所述中继器系统信号传输的方向并且与所述基站同步地控制所述远程单元的开关的方向。

9.根据权利要求1所述的时分双工中继器系统，还用于处理导频信号或所述下行链路信号的信号传输帧的前置码，以确定所述中继器系统信号传输的方向。

10.根据权利要求1所述的时分双工中继器系统，其中，所述主机单元和远程单元是用多输入多输出配置来进行设置的。

11.一种用于时分双工信号中继的方法，包括：

用主机单元从无线网络的基站接收通信信号；

用波导在所述主机单元和至少一个远程单元之间传输所述通信信号，包括在上行链路方向上和在下行链路方向上选择性地传输所述通信信号；

在具有已定义的上行链路路径和单独的已定义的下行链路路径的所述至少一个远程单元中，使用耦合到已定义的路径中的每一个的开关来在所述上行链路方向上的信号传输与所述下行链路方向上的信号传输之间改变方向；

将下行链路信号从所述主机单元发给所述远程单元，所述下行链路信号包括所述通信信号和由所述主机单元生成的控制信号，所述控制信号控制在所述上行链路方向和所述下行链路方向上的所述已定义的路径之间所述远程单元中的所述开关的方向；

将所述下行链路信号的控制信号部分耦合至位于所述远程单元中的控制单元，所述控制单元使用所述控制信号来确定中继器系统信号传输的方向；

使用所述控制信号向所述远程单元的开关提供信号以控制所述开关的方向。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：生成用于控制所述远程单元的开关的时钟脉冲。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括：用所述波导在所述主机单元和多个远程单元之间传输所述通信信号，并且使用所述控制信号来确定所述中继器系统信号传输的方向，其中每个远程单元通过一个单独的波导与所述主机单元相连接。

14.根据权利要求11所述的方法，还包括：用所述波导在所述主机单元和多个远程单元之间传输所述通信信号，并且通过一个公共的波导将所述多个远程单元连接到所述主机单元。

15.根据权利要求11所述的方法，还包括：在所述主机单元处将所述下行链路信号转换成光信号以用于传输给所述远程单元。

16.根据权利要求11所述的方法，还包括：在所述远程单元处将所述下行链路信号转换成电信号以用于耦合到所述控制单元。

17.根据权利要求11所述的方法，还包括：确定所述中继器系统信号传输的方向并且与所述基站同步地控制所述远程单元的开关的方向。

18.根据权利要求11所述的方法，还包括：处理导频信号或所述下行链路信号的信号传输帧的前置码，以确定所述中继器系统信号传输的方向。

19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述主机单元和远程单元是用多输入多输出配置来进行设置的。