CN106358321B - 用于室内无线传输的前端回传系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于室内无线传输的前端回传系统，该前端回传系统包括：集中式的基带单元池、M个远程节点以及分别与M个远程节点相连接的M*N个射频头，其中，基带单元池通过光纤连接至M个远程节点，其中M为大于等于2的整数，并且N为大于等于1的整数。通过本发明的适用于室内无线传输的前端回传系统，能够大大提高系统的容量，并且提供在光纤链路中的良好的传输性能，以及节约远程节点的成本和降低能量消耗。

Description

用于室内无线传输的前端回传系统
技术领域
本发明涉及无线传输领域，具体地，本发明涉及一种用于室内无线传输的前端回传系统。
背景技术
伴随着在移动数据业务中的技术进步，例如伴随着大型天线 (large-scaleantenna)、大规模多入多出(massive MIMO)和多点协作(CoMP)等技术的出现，移动网络(MN)将开始下一级别的革新。而作为移动网络的最有利的支持的光技术也将继续发展。
一个示例就是从移动回程(mobile backhaul)到移动前端回传 (mobilefronthaul)的演进。与传统的将移动网络中的多个基带单元 (BBU)分布在多个远程节点不同，根据移动前端回传技术，基带单元在下一代移动网络(NGMN)中将会是集中设置的。这将带来极大的优点，反映采用集中式基带单元的室内无线接入的优点的一个示例如图1所示。
图1示出了基于集中式基带单元的室内无线接入系统的智能动态资源分配方案。如图1所示，能够根据楼宇内每个位置处的负荷情况来动态地和智能地分配无线资源。这将有助于节约能量。
为了实现高性能的和智能的室内无线接入系统，能够实现具有高可靠性的并且同时成本低廉的移动前端回传的光技术是非常有意义的。通过全球标准化组织(例如宽带论坛(BBF：The Broadband Forum)、全业务接入网(FSAN：Full Service Access Network))的参与者、运营商和销售商的共同努力，基于光纤的前端回传技术的生态系统得到了快速发展。例如，在发明人之前的工作中已经提出了一系列的移动前端回传方法，其能够适用于使用模拟光纤无线电(A-RoF: Analog Radio over Fiber)技术。
然而，这些之前的工作都是针对室外的宏小区应用场景的。而室内无线前端回传和室外宏小区前端回传之间具有以下区别：
表1室内无线前端回传和宏小区前端回传之间的区别
根据表1中示出的比较，现有的用于宏小区前端回传的系统结构并不适用于室内场景。这是因为在室内场景中，多个射频头(RH： Radio head)是物理分散的，并且在各个远程节点(RN：remote node) 中的吞吐量相对于BBU池来说是非常少的。而至今还没有一种适用于室内前端回传场景的前端回传方案。
此外，在现有的方案中，基于光纤的前端回传方案是基于CPRI 协议进行的，这会限制前端回传的容量。例如，一个10GHz的光收发器只能支持8根天线。同时，受限于CPRI的点对点结构，室内天线分配方式的灵活性也受到了限制。因此，也亟需一种能够扩展前端回传的容量的方案。
发明内容
为了适应于室内的前端回传场景，并且进一步提高前端回传系统的传输容量，有必要提出一种优化的用于室内无线传输的前端回传系统。
为了实现本发明的目的，本发明提供了一种用于室内无线传输的前端回传系统，所述前端回传系统包括：集中式的基带单元池、M 个远程节点以及分别与所述M个远程节点相连接的M*N个射频头，其特征在于，所述基带单元池通过光纤连接至所述M个远程节点，其中M为大于等于2的整数，并且N为大于等于1的整数。
通过上述的前端回传系统，使得基带单元池和远程节点以及射频头之间为一对多的连接方式。基于此，一方面，由于前端回传系统的容量不会被远程节点的处理能力所限制，因此，传输容量得到了大大提高。另一方面，由于每个远程节点和射频头仅处理较少的数据量，这简化了远程节点和射频头的结构并且降低了成本。
在依据本发明的前端回传系统的一种实施方式中，所述M个远程节点中的每个分别通过双绞线与所述M*N个射频头中的N个相连接。通过这种方式，能够将已预安装在楼宇中的双绞线作为传输介质，这进一步降低的了成本。
在依据本发明的前端回传系统的一种实施方式中，所述基带单元池包括：信号复用模块，所述信号复用模块用于将M*N个基带电信号进行复用以生成数字复用电信号；数模转换模块，所述数模转换模块用于将所述数字复用电信号转换为模拟复用电信号；以及电光转换模块，所述电光转换模块用于将所述模拟复用电信号转换为模拟复用光信号。通过这种方式，信号是以模拟形式进行传输的，模拟传输能够提供高频谱效率的信息。
在依据本发明的前端回传系统的一种实施方式中，所述复用模块进一步包括：M个时分复用模块，所述M个时分复用模块用于将所述M*N个基带电信号中的每N个在时域上进行复用，以形成信号簇；以及频分复用模块，所述频分复用模块用于将M个信号簇在频域上进行复用以生成所述数字复用电信号。
通过这种方式，能够提供较小的峰均比(PAPR：Peak to Average Power Ratio)和较低的成本。这是因为，如果仅采用时分复用方案，会导致需要宽带的接收器和模数转换器，这会引起较高的成本。而如果仅采用频分复用方案，会导致在输出信号中的较高的峰均比，以及在光链路中的非线性和失真。而同时使用时分复用和频分复用的混合方案能够尽量避免这些问题。
在依据本发明的前端回传系统的一种实施方式中，所述远程节点包括：光电转换模块，所述光电转换模块用于将通过所述光纤接收到的模拟复用光信号转换为模拟复用电信号；信号簇分离模块，所述信号簇分离模块用于从所述模拟复用电信号中获得一个信号簇；低速模数转换模块，所述低速模数转换模块用于将所述一个信号簇转换为数字信号簇；解时分复用模块，所述解时分复用模块用于将所述数字信号簇解时分复用为N个的数字电信号；以及低速数模转换模块，所述多个低速数模转换模块用于将所述N个的数字电信号转换为N个基带模拟电信号。通过这种方式，能够将从基带单元池接收到的复用光信号还原为初始的M*N个模拟电信号。
在依据本发明的前端回传系统的一种实施方式中，所述低速模数转换模块的采样率为基带单元池的数模转换模块的采样率的M分之一。通过这种方式，能够降低远程节点中的低速模数转换模块的成本。
在依据本发明的前端回传系统的一种实施方式中，所述远程节点还包括：第一供电模块，所述第一供电模块用于将直流供电电压提供给所述射频头。通过这种方式，不再需要专门的对射频头的供电装置，使得在布置射频头时无需考虑其周围是否有插座，这提高了射频头的安装灵活性。
在依据本发明的前端回传系统的一种实施方式中，所述第一供电模块将所述供电电压施加在双绞线上。通过这种方式，利用现有的双绞线同时传输数据和供电电压。这进一步简化了系统并且降低了安装成本。
在依据本发明的前端回传系统的一种实施方式中，所述射频头包括：射频信号转换模块，所述基带射频信号转换模块用于将从双绞线中接收到的基带模拟电信号转换为射频信号。
在依据本发明的前端回传系统的一种实施方式中，所述射频头还包括：第二供电模块，所述第二供电模块接收来自远程节点的第一供电模块的直流供电电压。
在依据本发明的前端回传系统的一种实施方式中，所述第二供电模块通过双绞线接收所述供电电压。
在依据本发明的前端回传系统的一种实施方式中，所述基带单元池被设置在楼宇的地下室中。
在依据本发明的前端回传系统的一种实施方式中，所述M个远程节点被设置在楼宇的各个楼层的电井中。
在依据本发明的前端回传系统的一种实施方式中，所述M*N 个射频头被设置在楼宇的各个房间中。
综上所述，依据本发明的前端回传系统能够具有相当于现有的使用CPRI协议的前端回传系统的十倍的容量。同时，由于引入了时分复用和频分复用的混合复用方案，提供了在光纤链路中的良好的传输性能。通过实验得知，依据本发明的前端回传系统为信号传输提供了小于2.5％的误差向量幅度(EVM)的衰减。此外，由于本发明的远程节点仅需要在窄带范围内工作，因此其仅需要具有窄的带宽的模数转换器和低速的采样率，从而节约的成本并且降低了能量消耗。
附图说明
参照下面的附图和说明进一步解释本发明的实施例，其中：
图1示出了基于集中式基带单元的室内无线接入系统的智能动态资源分配方案；
图2示出了具有光纤和双绞线的混合式室内无线前端回传系统的示意图；
图3示出了具有时分复用和频分复用的混合复用方法的示意图；
图4示出了根据本发明的用于室内无线传输的前端回传系统的示意图；
图5示出了根据本发明的用于室内无线传输的前端回传系统的结构图；
图6示出了根据本发明的前端回传系统中的基带单元池的结构图；以及
图7示出了根据本发明的前端回传系统中的远程节点的结构图。
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。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。
在基于光纤的宏小区前端回传场景下，射频拉远头中的天线(例如在一个小区基站中为24根)是放置在同一位置的，与之不同，室内无线系统中的天线是物理分散的并且分布在不同楼层的不同房间中。因此，点对多点的无源光网络(PON：Passive OpticalNetwork) 结构是最合适的方案，以通过长距离的光纤将大量的天线前端回传数据传送给楼宇。并且在到达远程节点(例如位于每个楼层入口)之后，在楼宇中的双绞线(例如预安装的铜制双绞线)被用作至室内射频头的最后100米的接入介质，这些室内射频头分布在不同的房间中。
图2示出了具有光纤和双绞线的混合式室内无线前端回传系统的示意图。
在图2中，在基带单元池201和多个远程节点202之间是基于 PON结构的光纤，远程节点202能够被设置在每个楼层的强/弱电井 205中。在远程节点202中，光信号被转换为电信号(以下行链路为例)并且然后通过铜制双绞线204被传送至多个射频头203。多个射频头203示例性地位于每个楼层的每个房间中。
图3示出了具有时分复用和频分复用的混合复用方法的示意图。
在图3中，每个块表示一个频率-时间域资源块。首先，4个具有20MHz带宽的信号在时域中被复用，并且被压缩成一个具有 80MHz带宽的宽带信号，这样的宽带信号被称为一个信号簇。接着，多个80MHz带宽的信号簇在频域中被复用。其中，多个信号簇之间具有保护频带。
基于具有光纤和双绞线的混合链路以及具有时分复用和频分复用的混合复用方法，图4中示出了根据本发明的用于室内无线传输的前端回传系统的示意图。
在图4中，基带单元池401被集中在每个楼宇的地下室或者多个楼宇分享一个基带单元。光纤被用作基带单元池401和多个位于楼层的入口处的远程节点402之间的链路，光纤链路采用PON结构形式，由此多个远程节点402能够连接至共同的基带单元池401并且因此能够实现多个远程节点402之间的协作。每个远程节点仅需要使用具有较低成本的窄带的装置和组件来提取80MHz的频率分段。远程节点402的输出端连接至N＝4个射频头403，在远程节点402和射频头403之间的链路为铜制双绞线。由于在办公楼宇中会预安装具有4 个铜制双绞线对的Cat 5a/6a线，因此无需额外铺设远程节点402和射频头403之间的链路。
如图4所示，基带单元池401需要传输M*N＝24*4＝96个基带信号，其中每N个信号构成一个信号簇。每个远程节点402能够处理一个信号簇，并通过铜制双绞线将该信号簇的信号继续传送给N个射频头403。N个射频头403分别带有一根天线404，其中每根天线404 传输一个信号。
图5示出了根据本发明的用于室内无线传输的前端回传系统的结构图。
如图5所示，前端回传系统包括集中式的基带单元池500、M＝24 个远程节点510以及分别与M个远程节点510相连接的M*N个射频头520。此外，在基带单元池500和M个远程节点510之间是通过光纤530进行一对多的连接的。在每个远程节点510和每N个射频头 520之间则是通过铜制双绞线540进行连接的。优选地，光纤530能够具有20km的长度，而铜制双绞线540能够具有50m-100m的长度。
基带单元池500进一步包括信号复用模块502、数模转换模块 503以及电光转换模块504。信号复用模块502将M*N＝96个基带电信号501进行复用以生成复用电信号。该复用电信号被传送至数模转换模块503，后者将该复用电信号进行模数转换，以生成模拟的复用电信号。接着，电光转换模块504继续将该模拟复用电信号转换为复用光信号，以使其能够在光纤530中进行传输。
复用光信号将通过光纤530被传输至M个远程节点，在图5中示意性地示出了其中一个远程节点510。该远程节点510包括光电转换模块511和分离模块512。光电转换模块511将复用光信号又转换为复用电信号，而分离模块512从该复用电信号中选出一个信号簇，并且将该信号簇转换为适合在N个双绞线上传输的信号形式，即N 个模拟电信号。
优选地，图5中的远程节点510还能够包括第一供电模块513，其用于为相应的N个射频头520供电。例如，能够将第一供电模块 513的电压加在双绞线上提供给N个射频头520。同时，其他的供电方式(例如通过远程节点510和射频头520之间的单独的供电线)也应当在本发明的保护范围之内。
每个射频头520通过一根双绞线接收模拟电信号和电压信号。在射频头520中具有射频信号转换模块521，以将接收到的模拟电信号转换为射频信号。优选地，每个射频头520还能够包括第二供电模块522，其能够接收来自远程节点510的电压并且通过该电压为射频头520供电。每个射频头520能够带有一根天线550。
图6进一步示出了图5中的前端回传系统中的基带单元池500 的结构图。其中，数模转换模块603和电光转换模块604与图5中的描述是一致的。
在图6中，信号复用模块是由M个时分复用模块601和一个频分复用模块602组成的。M个时分复用模块601中的每个能够将M*N 个基带电信号中的N个在时域上进行复用，以形成一个信号簇。在 N＝4的情况下，每个时分复用模块601将四个位于不同时域的具有20MHz带宽的基带电信号605(如图6中的(A))复用在一个时域中(如图6中的(B))，这样形成的信号簇将具有80MHz的带宽。而频分复用模块602则将由M个时分复用模块601输出的M个信号簇复用在一个频域中(如图6中的(C))。
图7进一步示出了图5中的前端回传系统中的远程节点510的结构图。其中，光电转换模块701与图5中的描述是一致的。
如图7所示，远程节点510还包括信号簇分离模块702、模数转换模块703、重构模块704和低速数模转换模块705。其中，信号簇分离模块702从复用电信号中获得一个信号簇。在模数转换模块 703中，将以第一采样率对该信号簇进行模数转换，以获取数字形式的信号簇(如图7中的(A)所示)。在N＝4的情况下，该数字信号簇实际上包括了4个信号的采样点数据。接着，重构模块704将该数字信号簇重构为4个的数字电信号(如图7中的(B)所示)，其中每个数字电信号仅包括一个信号的采样点数据。而在低速数模转换模块705中，将以四分之一倍的采样率对每个数字电信号进行数模转换。例如，低速数模转换模块705能够包括4个低速数模转换单元7051。每个低速数模转换单元7051的输出端能够连接有双绞线，以用于将4 个模拟电信号传送给相应的4个射频头。
本领域技术人员应当理解，在实施例中给出的M和N的值都是示例性的，本发明并不限制于此。
虽然以上描述了本发明 的具体实施方式，但是本领域内的技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形和修改。

Claims (13)

1.一种用于室内无线传输的前端回传系统，所述前端回传系统包括：集中式的基带单元池、M个远程节点以及分别与所述M个远程节点相连接的M*N个射频头，其特征在于，所述基带单元池通过光纤连接至所述M个远程节点，其中M为大于等于2的整数，并且N为大于等于1的整数，
所述基带单元池包括信号复用模块，所述信号复用模块用于将M*N个基带电信号进行复用以生成数字复用电信号，所述信号复用模块包括M个时分复用模块和频分复用模块，其中：
所述M个时分复用模块用于将所述M*N个基带电信号中的每N个在时域上进行复用，以形成信号簇；以及
所述频分复用模块用于将M个信号簇在频域上进行复用以生成所述数字复用电信号。
2.根据权利要求1所述的前端回传系统，其特征在于，所述M个远程节点中的每个分别通过双绞线与所述M*N个射频头中的N个相连接。
3.根据权利要求1所述的前端回传系统，其特征在于，所述基带单元池还包括：
数模转换模块，所述数模转换模块用于将所述数字复用电信号转换为模拟复用电信号；以及
电光转换模块，所述电光转换模块用于将所述模拟复用电信号转换为模拟复用光信号。
4.根据权利要求1所述的前端回传系统，其特征在于，所述远程节点包括：
光电转换模块，所述光电转换模块用于将通过所述光纤接收到的模拟复用光信号转换为模拟复用电信号；
信号簇分离模块，所述信号簇分离模块用于从所述模拟复用电信号中获得一个信号簇；
低速模数转换模块，所述低速模数转换模块用于将所述一个信号簇转换为数字信号簇；
解时分复用模块，所述解时分复用模块用于将所述数字信号簇解时分复用为N个的数字电信号；以及
低速数模转换模块，所述低速数模转换模块用于将所述N个的数字电信号转换为N个基带模拟电信号。
5.根据权利要求4所述的前端回传系统，其特征在于，所述低速模数转换模块的采样率为基带单元池的数模转换模块的采样率的M分之一。
6.根据权利要求4或5所述的前端回传系统，其特征在于，所述远程节点还包括：
第一供电模块，所述第一供电模块用于将直流供电电压提供给所述射频头。
7.根据权利要求6所述的前端回传系统，其特征在于，所述第一供电模块将所述供电电压施加在双绞线上。
8.根据权利要求1所述的前端回传系统，其特征在于，所述射频头包括：
射频信号转换模块，所述基带射频信号转换模块用于将从双绞线中接收到的基带模拟电信号转换为射频信号。
9.根据权利要求8所述的前端回传系统，其特征在于，所述射频头还包括：
第二供电模块，所述第二供电模块接收来自远程节点的第一供电模块的直流供电电压。
10.根据权利要求9所述的前端回传系统，其特征在于，所述第二供电模块通过双绞线接收所述供电电压。
11.根据权利要求1所述的前端回传系统，其特征在于，所述基带单元池被设置在楼宇的地下室中。
12.根据权利要求1所述的前端回传系统，其特征在于，所述M个远程节点被分别设置在楼宇的各个楼层的电井中。
13.根据权利要求1所述的前端回传系统，其特征在于，所述M*N个射频头被分别设置在楼宇的各个房间中。
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