CN106034364A

CN106034364A - 用于室内通信系统的中央基带处理单元及网络架构

Info

Publication number: CN106034364A
Application number: CN201510107986.7A
Authority: CN
Inventors: 唐彦波
Original assignee: Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2035-03-12
Also published as: CN106034364B

Abstract

本发明提供了一种用于室内通信系统的中央基带处理单元，其与多个微功率射频拉远头光纤连接，每个微功率射频拉远头具有多个射频信道，所述中央基带处理单元包括：数字中频处理模块，其用于将所有射频信道的信号调制至中频；其中，与一个微功率射频拉远头的多个射频信道分别对应的多个频段以第一频率间隔相互间隔，并且与所述多个微功率射频拉远头分别对应的多个频段以第二频率间隔相互间隔。通过本发明满足了覆盖范围和容量的需求。同时，回程要求较低。在应用本发明的同时，将实现了一种的新的拓扑结构，其将减少网络的布置成本。

Description

用于室内通信系统的中央基带处理单元及网络架构

技术领域

本发明涉及移动通信技术，尤其涉及一种用于室内通信系统的中央基带处理单元、网络架构以及一种在中央基带处理单元中用于减少回程资源消耗的方法。

背景技术

在过去的几十年间，移动业务数据指数级地发展，这导致了对蜂窝网的高容量和更好的覆盖范围的需要。由于70％的数据业务发生在室内，因此满足对室内场景的需要也是必须的。然而，由于严重的室外至室内穿透损失(outdoor-to-indoor penetration loss)，为室内的覆盖范围使用带有室外宏基站的传统的同类网络是有问题的。

传统的分布式天线系统(DAS)的架构包括光纤、耦合器、分频器(divider)和被动天线。DAS常用于满足多个运营商的覆盖要求。例如，实现800MHz、高级无线服务(AWS)或个人通信服务(PCS)的信号的同时传输。但是，传统的DAS并不智能，在室内布置一些新的特性是非常困难的，诸如负载平衡、MIMO、COMP等。并且一旦完成布置，也不能够有效的控制。

目前，存在一些新的可用的室内覆盖方案，例如小基站和基于光纤的DAS。可以低成本并且低功率地建造小基站(包括微基站、微微基站和毫微微基站)。基于光纤的DAS是由中央基带处理单元(baseband unit，BBU)与多个分布式微功率射频拉远头(micro-powerremote radio heads，mRRH)构成。它们由光纤相互连接，并且在它们之间传输基带信号(I/Q数据)。

在此，华为公司的Lampsite和爱立信公司的DOT系统是用于智能室内覆盖系统的典范。然而，在密集的小型远端射频单元(pRRU，Pico Remote Radio Unit)的布置场景下，该架构对于CPRI带宽提出了高的要求。同时，空中接口在快速发展，例如多天线和高带宽的新技术已经在LTE中广泛采用，并且在LTE-A中使用了载波聚合，因此CPRI的带宽将远高于3G。例如，对于具有8Tx/8Rx天线的20MHzLTE系统的带宽要求高达9.8304Gbps。在LTE-A的发展阶段，带宽要求将迅速增加至49.152Gbps。

因此，回程传输将是个很大的问题。如何通过密集布置的pRRU来为未来的LTE实现低成本、高带宽和低时延的无线信号的光纤传输是个关键的问题。

在现有技术中，为了减少对回程的要求，有下列几种方案：

时域I/Q压缩方案

第一步骤是去除频域中的冗余度。这些冗余度由对信号的过采样引起。过采样用于防止不同频道传输的信号干扰OFDM系统中的有用的信号。该模块被设计通过低通滤波器来去除冗余的频谱数据，这确保了仅发送在有效带宽上的数据。在此，能够显著地减少采样的数量。

第二步骤是将采样分隔成块。为每个块选择一个标准化因子。使用分段地标准化以满足时域上的数据的波动性，尤其对于较小的或较大的值。块标准化被用于较少量化误差。

第三步骤是量化来自原始比特宽度为Qs至Qq的预处理I/Q采样，通常Qq＜Qs。在假定比特宽带为Qq和Qs的情况下，根据数据特性来特定地设计量化器。在量化之后，一个I/Q采样的比特带宽将被减小为Qq。一个采样接着一个采样地实施该功能。

仿真示出了上述算法具有高的性能，但是对于密集的mRRH场景，上述2-3x的压缩并不足以解决回程问题。

频域I/Q压缩方案

该算法将IFFT模块从BBU移动至RRH，并且在频域上将压缩信号从BBU发送至RRH。这利用了OFDM的特性，例如子载波之间的独立性、零子载波的简单识别、子载波组共享的共同因子等等。

这种频率I/Q压缩的性能良好，但是该算法复杂，并且上行压缩比不与下行压缩比匹配。这阻止了该算法的进一步的扩展。

光纤无线电(ROF)解决方案

ROF是一种传统的用于减少室内网络的光纤损失的方案。这是因为在光纤中的衰减损失小于同轴电缆。基本原理是在光纤中直接传输模拟的RF信号。一些研究者将使用ROF的DAS与MIMO结合，ROFDAS将实现较宽的MIMO天线间隔。进一步地，MIMO与ROF的集成改善了吞吐量，并且通过增加接收的RF功率和空间自由度延伸了无线覆盖范围。

但是对于密集布置的mRRH情形，光纤资源消耗是一个问题。例如具有4个波长的4*4MIMO将在不同的RF信道中发生4个信号，并且布置成本也很高。此外，还存在其他问题，例如由于高频率，衰减仍很高。

在此，本发明将提出了一种新的室内覆盖系统来解决上述回程问题。

发明内容

基于上述问题，根据本发明的第一方面，提出了一种用于室内通信系统的中央基带处理单元，其与多个微功率射频拉远头光纤连接，每个微功率射频拉远头具有多个射频信道，所述中央基带处理单元包括：数字中频处理模块，其用于将所有射频信道的信号调制至中频；其中，与一个微功率射频拉远头的多个射频信道分别对应的多个频段以第一频率间隔相互间隔，并且与所述多个微功率射频拉远头分别对应的多个频段以第二频率间隔相互间隔。

优选地，所述中央基带处理单元还包括：宽带功率放大模块，用于放大经调制的信号。

优选地，所述中央基带处理单元还包括：光纤信道预补偿模块，用于补偿光纤传输中的损耗。

优选地，所述光纤信道预补偿模块被进一步配置为：对于一个微功率射频拉远头，一起补偿所述微功率射频拉远头的多个射频信道的信号或分离地补偿所述微功率射频拉远头的多个射频信道的信号；以及对于不同的微功率射频拉远头，分离地补偿所述不同的微功率射频拉远头的信号。

优选地，所述光纤信道预补偿模块被进一步配置为：根据所述中央基带处理单元与微功率射频拉远头之间的光纤信道响应来补偿所述光纤传输中的损耗。

优选地，所述中央基带处理单元被配置为在测试阶段获取与所述多个微功率射频拉远头分别对应的多个光纤信道响应。

优选地，所述中央基带处理单元被配置为通过发送测试信号来获取与所述多个微功率射频拉远头分别对应的多个光纤信道响应。

优选地，至少一个微功率射频拉远头具有分别用于不同的协议的多个射频模块，并且所述数字中频处理模块被进一步配置为：以第三频率间隔来间隔多个频段，该多个频段分别对应和所述不同的协议分别相关的多个信号。

优选地，根据预定条件来配置所述第一频率间隔、所述第二频率间隔和/或所述第三频率间隔的宽度。

根据本发明的第二方面，提出了一种用于室内通信系统的网络架构，包括：依据本发明的中央基带处理单元；以及至少一个微功率射频拉远头；其中，所述中央基带处理单元与所述至少一个微功率射频拉远头构成菊花链拓扑型的网络架构。

优选地，所述至少一个微功率射频拉远头中的数字处理模块仅包括OAM模块。

根据本发明的第三方面，提出了一种在中央基带处理单元中用于减少回程资源消耗的方法，所述中央基带处理单元与多个微功率射频拉远头光纤连接，每个微功率射频拉远头具有多个射频信道，所述方法包括：将所有射频信道的信号调制至中频；其中，与一个微功率射频拉远头的多个射频信道分别对应的多个频段以第一频率间隔相互间隔，并且与所述多个微功率射频拉远头分别对应的多个频段以第二频率间隔相互间隔。

优选地，所述方法还包括放大经调制的信号。

优选地，所述方法还包括：补偿光纤传输中的损耗。

优选地，所述方法还包括：以第三频率间隔来间隔多个频段，该多个频段分别对应和所述不同的协议分别相关的多个信号。

在此，提出了为室内网络提出了一种新的架构，这满足了覆盖范围和容量的需求。同时，回程要求较低。在应用本发明的同时，将实现了一种的新的拓扑结构，其将减少网络的布置成本。

该方案至少具有如下优点：

1.与现有技术相比，较低的回程要求；

2.较低的CAPEX和OPAEX投资要求；

3.与现有的协议兼容

此外，本发明并不影响当前的协议标准，并且能够被容易地集成至基于RRH的室内系统。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1示出了依据本发明的一个实施例的频率间隔示意图；

图2示出了原有的星型拓扑结构；

图3示出了依据本发明的一个实施例的菊花链拓扑结构；

图4示出了依据本发明的一个实施例的用于室内通信系统的架构示意图；以及

图5示出了依据本发明的一个实施例的多标准情形下的网络架构示意图。

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相对应的部件或特征。

具体实施方式

依据本发明的新的回程方案的核心思想在于：

1)将不同的信道或mRRH信号调制至邻近的频率

对于室内网络，MIMO的高吞吐量的需求是一个大的趋势。然而这难以以基于传统的RF的DAS来实施，因为它需要不同的RF信道，总共2x电缆、耦合器、组合器等。但是，借助于依据本发明的新的智能室内系统能够容易地完成部署。

在此，将提出一种频率移位方案来降低对回程的要求。例如，为了实现4x4MIMO，传统的设计需要4个分离的RF信道来处理不同的信号。在本发明的设计中，4个信号将组合在数字中频(digitalintermediate frequency，DIF)中，并借助于数字控制振荡器调制至4个不同的频率承载上，其中这些承载相互邻近。当然，不同的信号之间的需要有一定的间隔。因此对于一个mRRH，带宽的需求为(20*4+3*Gap1)MHZ。Gap1表示4个不同的频率承载的两两之间的频率间隔(第一频率间隔)。

总之，在本方案中，不同的信道被调制至相邻的频率并且以固定的频率间隔Gap1相互间隔。这将减少带通滤波器(在mRRH侧恢复信号)的设计难度。不同的mRRH以固定频率间隔Gap2(第二频率间隔)相互间隔，如图1所示。图1示出了依据本发明的一个实施例的频率间隔示意图。在图1中例如示出了具有两个mRRH，每个RRH具有4个RF信道。如果该系统是LTE并且每个信道具有20M带宽，则总的资源需求是(20*8+6*Gap1+Gap2)MHZ。

2)网络拓扑的简单性

图2示出了原有的星型拓扑结构。基于数字光纤的DAS的拓扑如图2中所示。在图2中，mRRH直接与BBU或经由rHub(RemoteHub)与BBU连接。这种拓扑是星型的。华为公司的Lampsite和爱立信公司的DOT系统应用这种拓扑结构。

相反地，在依据本发明的方案中，由于不同的mRRH的信号被一起调制，所以能够使用相同的硬件资源。如图3中所示，拓扑变成了菊花链拓扑。不同的mRRH串联连接。这将减少网络布置的投资。

3)在BBU中引入光纤信道预补偿模块

电光转换(E/O)和光电转换(O/E)处理将引起SNR损失，并且光纤通常很长，例如20km。在模拟信号通过光纤信道之后，将引起一些失真。但是，这种信道响应并不像无线信道那样复杂，它是非时变系统。在无线系统中，UE将实施信道估计和信道均衡来减少BER。而根据上述分析，光纤信道响应是固定的。因此本发明将在BBU侧进行预补偿，从而在模拟信号通过信道之后，信号质量并没有受影响。

下文将具体详细说明如何实现新的架构。

现有的mRRH具有3个部分。一个是数字中频处理模块，其包括CPRI处理、数字上变频(DUC)、数字下变频(DDC)和振幅因素衰减(CFR)和数字预失真(DPD)。第二个是小的RF信号处理模块。该模块包括DAC、滤波器、混频器和衰减器等。最后是RF功放板(RF amplifier board)，其包括功率放大器、下行信道中的FEU滤波器以及上行信道中的低噪声放大器。

如图4所示，在本发明中，数字中频处理模块被从mRRH移动至BBU。DUC模块产生在原有的mRRH侧的数字中频信号。在现有技术中，中频(例如，LTE 2*20W mRRH中的122.88M)对于不同的信道和不同的mRRH是相同的。

但是，在依据本发明的方案中，DUC产生的中频是不同的，例如对于一个mRRH，信道1是20M，对于信道2是20M+20M+1M＝41M，where 20M是LTE带宽，1M是Gap1，20M是第一信道的中频。并且对于其他的信道也做类似处理。用于另一个mRRH的信号将被配置Gap2，以此来间隔各个mRRH。将根据实际信道质量和需求等因素来配置Gap1和Gap2。

由于，在mRRH侧中的混频器对输入的动态范围具有要求。这意味着到达的信号水平应当在这个范围中。因此，优选地，需要在BBU侧配置功率放大模块。由于在BBU侧的所有的调制后的信号相互邻近，例如在300M、500M内，因此可以在DAC模块之后配置一个宽带功率放大模块，如图4所示。引入功率放大器的另一原因是增加光纤传输距离，例如从10Km增加至20Km。

优选地，BBU侧还引入了光纤信道预补偿模块。因为每个mRRH具有相对较窄的IF带宽，所以对于固定频率信号的信道响应函数是较稳定的。例如对于8信道的mRRH，带宽为20M*8+7*Gap1。因此，能够一起补偿或在不同的信道中分离地补偿一个mRRH中的信号。但是应当分离地补偿不同的mRRH中的信号，这是由于不同的位置意味着光纤的长度可能不同，因此信道响应函数可能不同。获得光纤信道响应几种方案：

1)在校准阶段获取。当完成安装mRRH之后，光纤的长度固定，因此BBU可以在该阶段获悉信道的响应。

2)BBU在工作频率上发送测试信号。例如中频200MHz。该测试信号可以与OAM信息一起发送。一旦接收到上述测试信号，mRRH通过上行信道将接收到的测量信号发送回BBU。BBU通过上行信道估计获得信道特征。在此，信道估计是总的路径，不仅是下行，也是上行。由于用于上行的IF与下行的IF不远，所以下行和上行的信道响应是相同的。因此，mRRH内的介入损耗可以由BBU侧补偿。

通过本发明，除了OAM部分，在mRRH侧没有其他数字处理模块。并且mRRH侧的放大器的增益的要求较低，这是因为在BBU侧引入了宽带功率放大器，这将显著地减少mRRH的成本。

3)用于室内场景的多标准架构

在爱立信DOT或华为Lampsite系统中，天线被集成在pRRH/mRRH侧。图5引入了多标准的室内系统的布置。与图1相比，存在不同的RF模块，诸如GSM、WCDA、LTE等。在此，将不同的信道或mRRH的信号调制至邻近的频率这一概念将延伸至不同的标准。附加地，可以引入频率间隔Gap3(第三频率间隔)来用于间隔与不同的标准(例如LTE与WCDMA)相关的信号。

值得指出的是，虽然本发明是基于BBU进行描述的，但是本领域技术人员应当理解上述原理也可以应用在BBU池的场景下。

需要说明的是，上述实施例仅是示范性的，而非对本发明的限制。任何不背离本发明精神的技术方案均应落入本发明的保护范围之内，这包括使用在不同实施例中出现的不同技术特征，装置方法可以进行组合，以取得有益效果。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；“包括”一词不排除其他权利要求或说明书中未列出的装置或步骤。

Claims

1.一种用于室内通信系统的中央基带处理单元，其与多个微功率射频拉远头光纤连接，每个微功率射频拉远头具有多个射频信道，所述中央基带处理单元包括：

数字中频处理模块，其用于将所有射频信道的信号调制至中频；

其中，与一个微功率射频拉远头的多个射频信道分别对应的多个频段以第一频率间隔相互间隔，并且与所述多个微功率射频拉远头分别对应的多个频段以第二频率间隔相互间隔。

2.根据权利要求1所述的中央基带处理单元，其中，所述中央基带处理单元还包括：

宽带功率放大模块，用于放大经调制的信号。

3.根据权利要求1所述的中央基带处理单元，其中，所述中央基带处理单元还包括：

光纤信道预补偿模块，用于补偿光纤传输中的损耗。

4.根据权利要求1所述的中央基带处理单元，其中，所述光纤信道预补偿模块被进一步配置为：

对于一个微功率射频拉远头，一起补偿所述微功率射频拉远头的多个射频信道的信号或分离地补偿所述微功率射频拉远头的多个射频信道的信号；以及

对于不同的微功率射频拉远头，分离地补偿所述不同的微功率射频拉远头的信号。

5.根据权利要求1所述的中央基带处理单元，其中，所述光纤信道预补偿模块被进一步配置为：

根据所述中央基带处理单元与微功率射频拉远头之间的光纤信道响应来补偿所述光纤传输中的损耗。

6.根据权利要求5所述的中央基带处理单元，其中，所述中央基带处理单元被配置为在测试阶段获取与所述多个微功率射频拉远头分别对应的多个光纤信道响应。

7.根据权利要求5所述的中央基带处理单元，其中，所述中央基带处理单元被配置为通过发送测试信号来获取与所述多个微功率射频拉远头分别对应的多个光纤信道响应。

8.根据权利要求1所述的中央基带处理单元，其中，至少一个微功率射频拉远头具有分别用于不同的协议的多个射频模块，并且所述数字中频处理模块被进一步配置为：

以第三频率间隔来间隔多个频段，该多个频段分别对应和所述不同的协议分别相关的多个信号。

9.根据权利要求8所述的中央基带处理单元，其中，根据预定条件来配置所述第一频率间隔、所述第二频率间隔和/或所述第三频率间隔的宽度。

10.一种用于室内通信系统的网络架构，包括：

根据权利要求1至9中任一项所述的中央基带处理单元；以及

至少一个微功率射频拉远头；

其中，所述中央基带处理单元与所述至少一个微功率射频拉远头构成菊花链拓扑型的网络架构。

11.根据权利要求10所述的网络架构，其中，所述至少一个微功率射频拉远头中的数字处理模块仅包括OAM模块。

12.一种在中央基带处理单元中用于减少回程资源消耗的方法，所述中央基带处理单元与多个微功率射频拉远头光纤连接，每个微功率射频拉远头具有多个射频信道，所述方法如下步骤包括：

将所有射频信道的信号调制至中频；

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法还包括：放大经调制的信号。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法还包括：补偿光纤传输中的损耗。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法还包括：以第三频率间隔来间隔多个频段，该多个频段分别对应和所述不同的协议分别相关的多个信号。