CN106034265B - 用于无源光网络中的混合复用/解复用的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于无源光网络中的混合复用/解复用的方法及装置，该方法包括以下步骤：将N个第一中频子带平均地分成M个簇群，其中，每个簇群包含K个第一中频子带并且N＝M*K，K个第一中频子带中的每个承载一路基带数字电信号；软件定义第一中频复用器从N个第一中频子带中选择K个第一中频子带的基带数字电信号进行软件定义的频分复用并形成一个簇，以及模拟硬件簇群复用器将所述M个簇群的模拟电信号在第二中频子带上进行频分复用。根据本发明的混合模拟光纤无线电方案，实现了软件定义中频复用器和硬件簇群复用器之间的平衡和多级频分复用，并且具有很高的性价比和配置灵活性。

Description

用于无源光网络中的混合复用/解复用的方法及装置
技术领域
本发明主要涉及光通信技术领域，具体地，涉及用于无源光网络中的混合复用/解复用的方法及装置。
背景技术
对于4G LTE或即将到来的5G移动网络中不断增长的带宽需求，主导下一代移动网络(NGMN：Next Generation Mobile Network)的云协调无线接入网络(C-RAN：CoordinatedRadio Access Network)的基本共识已在行业/市场的组织和龙头企业之间达成。为了大力支持和促进C-RAN的实施，大容量前端(fronthaul)回传的关键技术突破将成为技术和业务方面的强大动力。
最近，如全业务接入网(FSAN：Full Service Access Network)和国际电信联盟(ITU-T)论坛等标准化组织已经在移动前端回传(MFH：Mobile FrontHaul)问题上成立了工作组。同时，世界最大的通信公司中国移动已早在2015率先试验和计划部署C-RAN系统。日本NTT DoCoMo公司表示，它也将在2016开始计划部署C-RAN系统。C-RAN技术的亮点是能够进行集中基带数字信号处理(DSP：Digital Signal Processing)计算，高效地控制/管理在基带单元(BBU：Baseband Unit)处理，集中供冷以及购置/租赁不动产的成本。
现有技术中有两种类型的传输方法可实现CRAN的MFH：数字化光纤无线电(D-RoF：Digitized Radio over Fiber)和模拟光纤无线电(A-RoF：Analog Radio over Fiber)。D-RoF的最典型的两个协议实现是如图1B所示的通用公共无线接口(CPRI：Common PublicRadio Interface)和开放基站标准倡议(OBSAI：Open Base station StandardInitiative)。图1A示出了基于D-RoF的光网络构架的示意图。因为基于D-RoF的MFH的传输产生的降解可忽略不计，D-RoF在目前的4G时代比较受欢迎，然而D-RoF需要非常大的带宽资源。随着诸如大规模MIMO高级应用的MFH容量增强的蓬勃发展，D-RoF由于其对带宽的要求将成为次优的选择。
第二种MFH方法是A-RoF，在先进的DSP的协助下，该方法可以在MFH操作中维持信号质量，并且展现灵活的无线参数，相对于D-RoF需要更少的光传输带宽。如图2A所示出的网络结构图，到(或从)每个天线的数据以QAM(Quadrature Amplitude Modulation)格式经由单个的中频(IF：Intermediate Frequency)子带。和图1B相对应的示意图在图2B中示出。其表明，通过分别在BBU和远端射频单元(RRH：Remote Radio Header)引入数模转换器(DAC：Digital to Analog Converter)和模数(ADC：Analog to Digital Converter)转换器，CPRI数据可以以模拟方式被映射到QAM星座图上。由于DSP技术的成熟，模拟传输可以以适中的价格提供高频谱效率的信息。例如，对于4G LTE MFH来说，一个小区(例如配备24根天线)在理论上只需要480MHz带宽，这意味着一个1GHz光收发器(TRx：Transceiver)已经足以容纳具有48根天线的6个RRH(对应6个扇区)，而一个10GHz的D-RoF TRx只能传输8根天线。表1简要地比较了A-RoF和D-RoF这两种方法的性能。
表1 D-ROF和A-ROF MFH的比较
8天线3扇区 需求 协议 格式 注释
CPRI MFH 3个10G TRx TDM OOK TRx
A-RoF MFH 1个1G TRx IFDM OFDM-QAM ADC/DAC
目前，阻碍A-RoF MFH广泛推行的最具挑战性的一个问题是对于宽带ADC/DAC模块严格的要求。如图2A所示，在基于C-RAN架构的A-RoF MFH中，每个天线的数据在MFH链路中的单个的IF子载波上承载，其中某些(例如，#1到#8IF子带)被分配在较低的频带，和其相应的IF带宽在50MHz至210MHz之间；但某些(例如，#17到#24IF子带)被分配在非常高的频带，和其相应的IF带宽在370MHz至530MHz之间。因此在RRH中必须安装宽带ADC和DAC，其目标数据被分配在频率轴上的高端。实际上，IF子带分配算法可在BBU中灵活确定，这意味着每个RRH必须配备全带宽的ADC和DAC。总之，随着MFH链路的天线数量的增加，在BBU以及RRH中需要配置宽带ADC和DAC，这对成本的要求很高。
目前还没有方案来解决这个问题。然而，最简单和直接的IF复用/解复用的方法是采用硬件(HW：HardWare)混频器。利用硬件混频器，目标数据之间可以在基带和IF通道之间转换，窄带DAC或ADC能够对各通道数据的处理。然而，问题是在一个小区中它会要求和天线数目一样多的硬件混频器(在NGMN中，例如24根天线或更多)，产品成本和复杂性的问题使得采用纯硬件的方法不实际。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种用于无源光网络中的混合复用/解复用的方法及装置。
根据本发明的第一个方面，公开了一种用于无源光网络中的混合复用的方法，所述方法包括以下步骤：A.将N个第一中频子带平均地分成M个簇群，其中，每个所述簇群包含K个第一中频子带并且N＝M*K，其中K个第一中频子带中的每个承载一路基带数字电信号；B.软件定义第一中频复用器从所述N个第一中频子带中选择K个第一中频子带的基带数字电信号进行软件定义的频分复用并形成一个簇群；以及C.模拟硬件簇群复用器将所述M个簇群的模拟电信号在第二中频子带上进行频分复用。
有利地，所述步骤B之后还包括：将经所述软件定义中频复用器复用后的数字电信号转换为模拟电信号并采用硬件簇群本地振荡器以模拟硬件方式将所述模拟电信号在模拟硬件第二混频器中变频到第二中频上以提供本地振荡信号源。
有利地，所述步骤B之前还包括：第n个软件定义本地振荡器将第n路基带数字电信号经第n个第一混频器以数字软件方式变频到第n个第一中频子带上，第一中频的频率不比所述第二中频的频率高以实现多级频分复用，其中n代表所述第一中频子带的索引并且n为不大于N的正整数。
有利地，所述K为小区中配备的天线数目。
有利地，所述软件定义本地振荡器的变频频率可根据负载需求调节，其中调节参数包括频率、幅度和相位。
有利地，所述步骤C之后还包括：将经所述硬件簇群复用器复用后的电信号调制成光信号。
根据本发明的第二个方面，公开了一种在用于无源光网络中的混合复用的装置，所述装置包括：M个软件定义第一中频复用器，M个软件定义第一中频复用器中的每个用于从所述N个第一中频子带中选择K个第一中频子带的基带数字电信号进行复用并形成一个簇群，其中，所述N个第一中频子带被平均地分成M个簇群，每个簇群包含K个第一中频子带并且N＝M*K，其中所述K个第一中频子带中的每个承载一路基带数字电信号；以及硬件簇群复用器，其用于将所述M个簇群的电信号在第二中频子带上进行频分复用。
有利地，所述装置还包括：M个数模转换器，M个数模转换器中的每个用于将经所述软件定义第一中频复用器复用后的数字电信号转换为模拟电信号；以及M个硬件簇群本地振荡器，M个硬件簇群本地振荡器中的每个用于将模拟电信号在模拟硬件第二混频器中以模拟硬件的方式变频到第二中频上以提供本地振荡信号源。
有利地，所述装置还包括：N个软件定义本地振荡器，N个软件定义本地振荡器中的每个用于将第n路基带数字电信号经第n个第一混频器以数字软件的方式变频到第n个第一中频，第一中频的频率不比所述第二中频的频率高以实现多级频分复用，其中n代表所述第一中频子带的索引并且n为不大于N的正整数。
有利地，所述K为小区中配备的天线数目。
有利地，所述软件定义本地振荡器的变频频率可根据负载需求调节，其中调节参数包括频率、幅度和相位。。
有利地，所述装置还包括：光电调制器，其用于将经所述硬件簇群复用器复用后的电信号调制成光信号。
本发明所公开的方案至少具有如下优点：
1.性价比高：在混合A-RoF方案中实现了软件定义中频复用器和硬件簇群复用器之间的平衡，以便于C-RAN在融合大规模天线的同时通过采用价格适中的现有窄带DAC/ADC和低复杂度DSP能大大降低成本；
2。灵活性：混合A-RoF方案中的软件定义中频复用器和硬件簇群复用器对无线参数来说是透明的，其只需要调整软件定义中频复用器和相应的硬件簇群复用器中的配置，该系统不仅可以支持目前的4G LTE也可以支持NGMN系统。
相比于现有的例如CPRI或OBSAI的D-RoF方案，以96个中频子带为例，本发明的方案在支持的天线数目上增加到了12倍。
相比于最直接的仅基于硬件混频器的中频复用器的方案，本发明提出的混合A-RoF方案能够通过价格适中的DAC/ADC和低复杂度DSP来实现大规模天线方案。
附图说明
通过下文对结合附图所示出的实施例进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显，本发明附图中相同或相似的标号表示相同或相似的步骤。
图1A示出了基于D-RoF的光网络构架的示意图；
图1B示出了现有的采用CPRI的D-RoF方案的示意图；
图2A示出了采用中频复用器的光网络构架的示意图；
图2B示出了具有ADC/DAC和IF复用/解复用的A-RoF方案的示意图；
图3示出了根据本发明实施例的包含软件定义IF复用器和模拟硬件簇群复用器的混合A-RoF的光网络构架的示意图；
图4示出了传统的A-RoF的光线路终端的示意图；
图5示出了根据本发明实施例的A-RoF的光线路终端的示意图；
图6示出了根据本发明另一个实施例的A-RoF的光线路终端的示意图；
图7示出了根据图6所示的光线路终端的光网络构架的示意图；
图8示出了根据本发明实施例的实验验证设置的示意图；以及
图9示出了根据图8所示的实验验证设置的星座图的示意图。
具体实施方式
在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。需要说明的是，尽管本文中以特定顺序描述了本发明中有关方法的步骤，但是这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果，相反，本文中所描述的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
以下将结合图3-7详细介绍根据本发明所公开的用于无源光网络的复用/解复用的方法及其装置。
图3示出了根据本发明实施例的包含软件定义IF复用器和模拟硬件簇群复用器的混合A-RoF的光网络构架的示意图。BBU池并行地输出例如96路基带数据，每路基带数据首先进行QAM映射，频域复用，电/光调制器(EOC：Electrical to Optical Converter)将模拟数据调制到光波上，并通过无源光网络(PON：Passive Optical Network)架构的接入网传输到远端基站。在接收机端，每个小区选择相应的具有24个数据通道的IF簇群，并对该簇群进行采样和量化，然后进行基于DSP的IF解复用(DeMUX)和QAM解调，最后将24路基带数据传输到每根天线。
图4示出了传统的A-RoF的光线路终端(OLT：Optical Line Terminal)的示意图。传统的A-RoF中具有在DSP中实现的时域复用器(MUX)。为了支持96根天线，需要12片DSP和光TRx。
图5示出了根据本发明实施例的A-RoF的光线路终端的示意图。图5的OLT中具有在DSP中实现的软件定义中频复用器(SD IF MUX：Software Defined IF MUX)以及软件定义本地振荡器(SD LO：Software Defined Local Oscillator)。假设有96路基带数字电信号，第n个软件定义本地振荡器将第n路基带数字电信号经第n个第一混频器以数字软件方式变频到第n个第一中频子带。然后，软件定义第一IF复用器将96个第一中频子带中进行软件定义的频分复用。将经该软件定义第一IF复用器复用后的数字电信号转换为模拟电信号，光电调制器将复用后的电信号调制成光信号。因为基带数字电信号直接在DSP的SD IF MUX上复用，因而需要全带宽的DAC。
图6示出了根据本发明另一个实施例的A-RoF的光线路终端的示意图。
首先，将例如N＝96个第一中频子带平均地分成例如M＝4个簇群，其中，每个所述簇群包含K＝24个第一中频子带并且N＝M*K，其中24个不同的第一中频子带中的每个承载一路基带数字电信号。K可以为小区中配备的天线数目。N代表第一中频子带的数目，M代表簇群的数目，K代表簇群中的第一中频子带的数目。
然后，软件定义第一中频复用器从N个第一中频子带中选择K个第一中频子带的基带数字电信号进行软件定义的频分复用并形成一个簇；
再次，模拟硬件簇群复用器将M个簇群的模拟电信号在第二中频子带上进行频分复用。
在如图6所示出的DSP块中，第n个软件定义本地振荡器将第n路基带数字电信号经第n个第一混频器以数字软件方式变频到第n个第一中频子带上，第一中频的频率不比第二中频的频率高以实现多级频分复用，其中n代表第一中频子带的索引并且n为不大于N的正整数。本领域技术人员应该理解的是，尽管在图6中示出了两级频分复用，但是这并不构成对本发明实施以及应用方式的限制，如果有需要的话，也可以用相同或相类似的构思实现三级或更多级的频分复用。
例如，96路基带数字电信号被经各自的第一混频器被变频到96个不同的第一IF子带上，然后软件定义第一IF复用器从96个第一IF子带中选择24个第一IF子带的基带数字电信号进行软件定义的频分复用并形成一个簇群。经软件定义第一IF复用器复用后的数字电信号转换为模拟电信号并采用硬件簇群LO以模拟硬件方式将模拟电信号在模拟硬件第二混频器中变频到第二IF上以提供本地振荡信号源，模拟硬件簇群复用器将4个簇群的模拟电信号在第二中频子带上进行频分复用形成一路模拟电信号。最后，将经硬件簇群复用器复用后的电信号调制成光信号。
软件定义第一IF复用器在由于带宽的扩展和/或中频子带数目的增加而改变或调节第一中频子带频率时富有灵活性。硬件簇群复用器的优点是减少了硬件对ADC/DAC带宽的要求和和相应的成本。这样，具有软件定义第一IF复用器和硬件簇群复用器的混合A-RoF方案很好地实现了软件容量和硬件复杂度之间的平衡，并且上述混合A-RoF方案对基于CPRI的现有MFH链路系统架构具有很好的兼容性。
在如图5和图6中所示出的软件定义本地振荡器的变频频率可根据负载需求调节，其中调节参数包括频率、幅度和相位。
以图6中的96路基带数字电信号为例，图6的OLT可包括：
4个软件定义第一中频复用器，每个用于从96个第一中频子带中选择24个第一中频子带的基带数字电信号进行复用并形成一个簇群。
1个硬件簇群复用器，其用于将所述4个簇群的电信号在第二中频子带上进行频分复用。
相比于图5，图6方案中的DAC模块相对来说带宽变窄，通过软件和硬件的两级变频，实现了设备的高性价比和配置的灵活性。相应应的，在接收端，在硬件变频后，每个RRH中ADC的采样带宽只需要总数据带宽的1/4即可获取所要的数据，再经过软件变频，解析出其中的24路频分复用的基带数据。
根据图6所示出的光线路终端，还包括：
4个数模转换器，每个用于将经所述软件定义第一中频复用器复用后的数字电信号转换为模拟电信号
4个硬件簇群本地振荡器，每个用于将模拟电信号在模拟硬件第二混频器中以模拟硬件的方式变频到第二中频上以提供本地振荡信号源。
96个软件定义本地振荡器，每个用于将第n路基带数字电信号经第n个第一混频器以数字软件的方式变频到第n个第一中频，第一中频的频率不比第二中频的频率高以实现多级频分复用，其中n代表所述第一中频子带的索引并且n为不大于N的正整数。
光电调制器，其用于将经硬件簇群复用器复用后的电信号调制成光信号。
本领域技术人员应该理解的是，根据图6所示的实施例，第一混频器和第二混频器可分别为96个和4个。
图5和图6示出了下行方向的OLT中的混合A-RoF的中频复用方案，本领域技术人员应该理解的是，在相应的光网络单元(ONU：Optical Network Unit)中也具有与在该光线路终端中的混合A-RoF的中频复用方案相对应的解复用方案，在此不再赘述。类似地，在上行方向上，ONU中也可采用和如图5和图6所示出的OLT的相同或相类似的混合A-RoF复用方案，这样，在上行的OLT中则可采用相应的解复用方案。
图7示出了根据图6所示的光线路终端的光网络构架的示意图。通过仅将现有的TRx(Transceiver)转变为时波分复用TRx(Time and Wavelength Division MultiplexedTRx)，可实现从现有PON到下一代PON的平滑演进的兼容性。
在基于具有硬件簇群复用器和软件定义复用器的A-ROF MFH的下一代PON架构中，每个远端小区都必须有一个额外的步骤，在即在簇群选择之前首先选择目标波长，然后进行IF解复用和QAM解调。
图8示出了根据本发明实施例的实验验证设置的示意图。为了验证具有软件软件定义第一中频复用器和硬件簇群复用器的混合A-RoF方案，如图8所示，在发射端生成各自包含8个第一中频子带的3个簇群。24路基带数字电信号中每路的格式和波特率均为64QAM和为25Mbps。20公里的单模光纤表示BBU池到RRH之间MFH距离。在经过光电调制器后，每个含有8个第一中频的簇群被转换到3.5GHz射频上(天线的3dB带宽约为在3.5GHz附近的200MHz)，并且通过无线接口向无线接收机端发射。在PC机上的DSP对每个簇群中所包含的8个第一中频子带上的数据进行解调，同时测试其块误码率(BER：Block Error Rate)。图9示出了根据图8所示的实验验证设置的星座图的示意图。实验结果表明，每个子带的误码率低于10-3。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (12)

1.一种用于无源光网络中的混合复用的方法，所述方法包括以下步骤：
A.将N个第一中频子带平均地分成M个簇群，其中,每个簇群包含K个第一中频子带并且N＝M*K，其中K个第一中频子带中的每个承载一路基带数字电信号；
B.软件定义第一中频复用器为所述N个第一中频子带的所述M个簇群中的每个簇群选择K个第一中频子带的基带数字电信号进行软件定义的频分复用以形成针对所述M个簇群中的每个簇群的经复用的数字电信号，所述经复用的数字电信号适于变换成针对相应簇群的模拟电信号；以及
C.模拟硬件簇群复用器将所述M个簇群中的每个簇群的模拟电信号在第二中频子带上进行频分复用以形成经复用的模拟电信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B之后还包括：
将经所述软件定义第一中频复用器复用后的所述数字电信号转换为针对相应簇群的所述模拟电信号，并采用硬件簇群本地振荡器以模拟硬件方式将所述模拟电信号在模拟硬件第二混频器中变频到第二中频上以提供针对相应簇群的本地振荡信号源。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B之前还包括：
第n个软件定义本地振荡器将第n路基带数字电信号经第n个第一混频器以数字软件方式变频到第n个第一中频子带上，第一中频的频率不比所述第二中频的频率高以实现多级频分复用，其中n代表所述第一中频子带的索引并且n为不大于N的正整数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述K为小区中配备的天线数目。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述软件定义本地振荡器的变频频率可根据负载需求调节，其中调节参数包括频率、幅度和相位。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C之后还包括：将经所述模拟硬件簇群复用器频分复用后的所述模拟电信号调制成光信号。
7.一种在用于无源光网络中的混合复用的装置，所述装置包括：
M个软件定义第一中频复用器，所述M个软件定义第一中频复用器中的每个用于从N个第一中频子带中选择K个第一中频子带的基带数字电信号形成一个簇群来进行软件定义的频分复用，从而形成针对相应簇群的经复用的数字电信号，所述经复用的数字电信号适于变换成针对相应簇群的模拟电信号，其中，所述N个第一中频子带被平均地分成M个簇群，每个簇群包含所述K个第一中频子带并且N＝M*K，其中所述K个第一中频子带中的每个承载一路基带数字电信号；以及
模拟硬件簇群复用器，其用于将所述M个簇群的所述模拟电信号在第二中频子带上进行频分复用以形成经复用的模拟电信号。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
M个数模转换器，M个数模转换器中的每个用于将经相应软件定义第一中频复用器复用后的所述数字电信号转换为针对相应簇群的所述模拟电信号；以及
M个硬件簇群本地振荡器，M个硬件簇群本地振荡器中的每个用于将所述模拟电信号在模拟硬件第二混频器中以模拟硬件的方式变频到第二中频上以提供针对相应簇群的本地振荡信号源。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
N个软件定义本地振荡器，N个软件定义本地振荡器中的每个用于将第n路基带数字电信号经第n个第一混频器以数字软件的方式变频到第n个第一中频，第一中频的频率不比所述第二中频的频率高以实现多级频分复用，其中n代表所述第一中频子带的索引并且n为不大于N的正整数。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述K为小区中配备的天线数目。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述软件定义本地振荡器的变频频率可根据负载需求调节，其中调节参数包括频率、幅度和相位。
12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
光电调制器，其用于将经所述模拟硬件簇群复用器频分复用后的所述模拟电信号调制成光信号。
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