CN107534487A - 多电平调制格式模拟信号及控制字的数字表示方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种通过发射器实施的方法及装置，该方法包括根据第一多电平调制格式对与多个模拟信号相关联的数字同相及正交相位(IQ)数据进行编码以产生调制后IQ信号；根据不同于所述第一多电平调制格式的第二多电平调制格式对与所述多个模拟信号相关联的控制信息进行编码以产生调制后控制信号；通过时分复用(TDM)聚合所述调制后IQ信号与所述调制后控制信号以产生聚合TDM信号；及经由通信信道发射所述聚合TDM信号。

Description

多电平调制格式模拟信号及控制字的数字表示方法及装置
背景技术
无线接入网(RAN)指代例如移动电话、个人数字助理(PDA)、笔记本电脑或任何用户装备等移动设备或移动台与核心网络之间的网络。在传统的无线宏小区网络及移动宏小区网络中，一区域在地理上可被划分成多个小区及小区扇区，各自由与核心网络通信的无线基站服务。无线基站与核心网络之间的RAN的部分被称作无线回传。由于对于高速无线通信的需求持续增加，达到宏小区在室内或人口密集区域中的位置数目及穿透能力方面的限制，因此研究及行业正朝向在未来的无线接入网中具有更密集且更小型小区的小型小区部署发展。
无线前传或移动前传是一种实现适合于小型小区部署的云端RAN(C-RAN)架构的新兴的网段。在C-RAN架构中，将通常在位于远程小区站点的无线基站处执行的数字基带(BB)处理重新定位到位于中心局(CO)或核心网络附近的中心站点处的集中化基带单元(BBU)。同样，位于远程小区站点的无线基站在无数字BB处理的情况下由与用于无线射频(RF)发射及接收的天线介接的射频拉远单元(RRU)替代。无线前传指代RRU与BBU之间的RAN的部分。通过将数字BB处理重新定位到集中化BBU，C-RAN架构可实现资源共享及协调多点(CoMP)处理，例如联合信号处理、联合干扰抑制及/或多个小区当中的联合调度，且因此可改善网络性能及效率。
可通过光纤通信技术启用无线前传，其中采用光纤链路以用于在位于远程小区站点的RRU与位于中心站点的BBU之间传输信号。光纤发射的一些优点包含低功率损耗、低时延及高带宽(BW)。然而，光纤及光学硬件的采用增加了无线前传网络的成本。因此，光纤链路及光学硬件的高效使用在无线前传设计中至关重要。
发明内容
在一个实施例中，本发明包含一种通过发射器实施的方法，其包括根据第一多电平调制格式对与多个模拟信号相关联的数字同相及正交相位(IQ)数据进行编码以产生调制后IQ信号；根据不同于所述第一多电平调制格式的第二多电平调制格式对与所述多个模拟信号相关联的控制信息进行编码以产生调制后控制信号；通过时分复用(TDM)聚合所述调制后IQ信号与所述调制后控制信号以产生聚合TDM信号；及经由通信信道发射所述聚合TDM信号。
在另一实施例中，本发明包含一种装置，其包括：处理器，所述处理器用于根据第一多电平调制格式对与多个模拟无线信号相关联的数字同相及正交相位(IQ)数据进行编码以产生调制后IQ信号，根据不同于所述第一多电平调制格式的第二多电平调制格式对包括与所述多个模拟无线信号相关联的控制信息的控制字(CW)进行编码以产生调制后CW信号，及通过时分复用(TDM)聚合所述调制后IQ信号与所述调制后CW信号以产生聚合TDM信号；及前端，所述前端耦合到所述处理器且用于经由通信链路发射所述聚合TDM信号。
在又一实施例中，本发明包含一种装置，其包括前端，所述前端用于接收携载包括同相及正交相位(IQ)数据部分以及控制字(CW)部分的复用信号的单载波信号，其中所述IQ数据部分包括与多个模拟无线信号相关联的数字IQ数据，且其中所述CW部分包括具有与所述多个模拟无线信号相关联的控制信息的CW；及处理器，所述处理器耦合到所述前端且用于根据所述CW部分更新信道均衡器，根据所述信道均衡器对所述复用信号执行信道均衡，根据第一多电平调制格式从所述IQ数据部分获得数字IQ数据，及根据不同于第一多电平调制格式的第二多电平调制格式从所述CW部分获得CW。
在又其它实施例中，本发明包含一种包括发射器的装置及一种通过发射器实施以产生TDM帧的方法。所述TDM帧包括标头、控制字(CW)部分以及同相及正交相位(IQ)数据部分；其中所述IQ数据部分携载以第一多电平调制格式编码的IQ数据信号，所述CW部分携载呈不同于所述第一多电平调制格式的第二多电平调制格式的与所述IQ数据信号相关联的控制信息。所述发射器经由通信信道发射包括所述TDM帧的TDM信号。
根据结合附图以及权利要求书进行的以下具体实施方式中将更清楚地理解这些以及其它特征。
附图说明
为了更透彻地理解本发明，现参考结合附图和具体实施方式而描述的以下简要描述，其中的相同参考标号表示相同部分。
图1为云端无线接入网(C-RAN)系统的示意图。
图2为聚合无线前传通信系统的示意图。
图3为另一聚合无线前传通信系统的示意图。
图4为根据本发明的实施例的基于时分多址(TDMA)的发射器的示意图。
图5为根据本发明的实施例的基于TDMA的接收器的示意图。
图6为根据本发明的实施例的基于TDMA的无线前传通信系统的示意图。
图7为根据本发明的实施例的无线前传数据帧的结构的示意图。
图8为根据本发明的实施例的用于发射同相及正交相位(IQ)信道信号及控制信道信号的方法的流程图。
图9为根据本发明的实施例的用于接收IQ信道信号及控制信道信号的方法的流程图。
图10为说明在16-正交幅度调制(16-QAM)编码情况下的控制字(CW)信道的星座标绘图的图。
图11为说明在64-正交幅度调制(64-QAM)编码情况下的IQ信道的星座标绘图的图。
图12为说明基于TDMA的聚合无线前传信号的频谱的图。
图13为无线前传收发器单元的示意图。
具体实施方式
首先应理解，虽然下文提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但所公开的系统和/或方法可使用任何数目的技术来实施，无论所述技术是当前已知的还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方案、图式和技术，包含本文中所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内进行修改。
提供无线前传的一个途径为采用波分复用(WDM)以在射频拉远单元(RRU)与基带单元(BBU)之间携载信号。然而，此途径在小型小区扩展的情况下可为昂贵的。另一途径为数字化从RRU及/或BBU接收到的无线信道信号及经由二进制调制格式在RRU与BBU之间传输数字化数据。然而，此途径可能无法节约带宽。更高效且较便宜的途径可为通过多电平调制在数字域中执行聚合及拆分。
举例来说，模拟无线信道信号以数字方式表示并聚合在数字域中。因此，无线前传的主要功能为发射模拟无线信道信号的数字表示及与模拟无线信道信号相关联的控制信息。模拟无线信道信号的数字表示可在基带(BB)中或中频(IF)中呈模拟无线信道信号的数字化同相(I)及正交相位(Q)分量的形式。数字化I及Q分量在本发明中可被称为数字IQ数据或IQ数据。控制信息可呈CW形式及可出于装备控制及管理(C&M)目的而使用。RAN装备通常采用如以引入的方式并入本文中的CPRI规范V6.1,2014中所定义的通用公共无线接口(CPRI)协议以在RRU与接口单元之间发射射频(RF)信号。CPRI协议还可用于无线前传发射。然而，CPRI协议可能不高效。举例来说，CPRI协议基于二进制调制发射IQ数据及CW。当使用光学链路时，通过采用开关键(OOK)发射IQ数据及CW，所述开关键针对每一调制符号发射一个位。
图1为C-RAN系统100的示意图。系统100适合于实施所公开的实施例。系统100包括经由前传链路130以通信方式耦合到BBU池120的RRU 110。RRU 110位于小区站点140。举例来说，RRU 110安装在固持多个天线142的小区塔141的底部处。BBU池120可位于中心局(CO)站点(未展示)处。BBU池120经由回传链路160将RRU 110连接到核心网络150。小区站点140为位于远离CO站点的远程位置的地理区域且可包括一个或多个小区扇区，所述小区扇区可在布网期间由移动运营商确定。系统100通常部署用于小型小区网络。因此，小区站点140可覆盖半径大约为数百米(m)的区域。小区塔141为用于固持例如天线142的无线电通信装备以用于传送到位于天线142的覆盖范围内的移动台(未展示)的升高结构。天线142为用于将电功率转换为无线电波且反之亦然的电气设备，例如定向天线、全向性天线或天线阵列结构。举例来说，天线142可位于小区塔141的顶部处以在小区站点140中产生无线RF覆盖。核心网络150为将网络服务提供到移动台的用户的网络的中心部分。核心网络150可包括由一个或多个网络供应商及/或服务提供商操作的一个或多个互连子网络。前传链路130可为用于在RRU 110与BBU池120之间传输数字基带信号的电缆链路、自由空间链路或光纤链路。电缆链路包括同轴电缆。自由空间链路包括视距无线电波传播路径。光纤链路可包括标准单模光纤(SSMF)或多模光纤(MMF)。由于光纤相较于电缆提供明显更低的功率损耗、更高速度及更高带宽(BW)，因此通常采用光纤用于前传链路130而不是采用电缆。回传链路160大体上类似于前传链路130，但在BBU池120与核心网络150之间传输例如乙太网包的包。
RRU 110包括以通信方式耦合到天线142的多个RRH接口(RRHI)111。每一天线142用于在无线RF信道中操作，所述信道可为上行链路(UL)信道或下行链路(DL)信道。UL指代从移动台到CO或CO站点的发射方向，而DL指代从CO或CO站点到移动台的发射方向。无线RF信道的一些实例可包含长期演进(LTE)信道、LTE-高级(LTE-A)信道或如第三代合作伙伴计划(3GPP)规范中所定义的其它演进全球陆地无线接入(E-UTRA)信道。无线RF信道可横跨具有各种BW的各种RF带。LTE BW配置的一些实例可包含1.4兆赫兹(MHz)、3MHz、1MHz、10MHz、15MHz及20MHz。应注意，在多输入多输出(MIMO)发射方案的情况下，每一输入信道或每一输出信道在本发明中被称作RF信道。举例来说，为了支持8×8MIMO发射方案，RRU 110用于处理8个RF输入信道及8个RF输出信道。RRHI 111与天线142经由RRHI链路143连接。RRHI链路143可包括光纤，例如SSMF或MMF、RF电缆、或自由空间微波连接；且可例如根据特定RF接口协议携载光学信号中的RF信号。
RRU 110用于为位于小区站点140中及天线142的覆盖区域内的多个移动台服务。每一天线142与所述移动台中的一个或多个通信。举例来说，移动台发射指定UL RF带中的UL RF信号及从指定DL RF带接收DL RF信号，其中一个天线142用于接收UL RF带中的UL RF信号及另一天线142用于发射DL RF带中的DL RF信号。在UL方向上，RRU 110经由RRHI 111从每一天线142接收ULRF信号且将所接收到的UL RF信号下变频转换到BB以减小处理速率。RRU 110根据UL信道聚合方案聚合所述BB信号以产生聚合UL信号，所述方案可采用各种机制，如下文更完整地论述。RRU 110将聚合UL信号转换成UL光学信号且将所述UL光学信号发射到BBU池120。
在DL方向上，RRU 110经由前传链路130从BBU池120接收DL光学信号。所述DL光学信号携载聚合DL信号。RRU 110将DL光学信号转换成电信号且根据DL信道聚合方案执行信道拆分以从聚合DL信号提取DL BB信号，所述方案可采用各种机制，如下文更完整地论述。RRU 110将DL BB信号上变频转换到用于经由天线142进行发射的对应DL RF带。
BBU池120包括用于根据无线通信协议执行BB DSP功能及无线媒体接入控制(MAC)处理功能的多个BBU 121。在UL方向上，当BBU 121经由前传链路130从RRU 110接收携载聚合UL信号的UL光学信号时，BBU 121将光学信号转换成电信号。BBU 121根据UL信道聚合方案执行信道拆分以从聚合UL信号提取UL信号。BBU 121执行BB DSP功能及无线MAC处理功能以恢复经由无线RF信道中的每一个发射的数据包，且将所述数据包经由回传链路160发送到核心网络150。应注意，所接收到的聚合UL信号可为组合中频(IF)信号及中频到基带(IF到BB)转换可实施为信道拆分的部分，如下文更为完整地论述。
在DL方向上，BBU 121经由回传链路160从核心网络150接收DL包，其中所述包对应于无线RF信道。BBU 121执行无线MAC处理功能及BB DSP功能以产生数字BB信号。BBU 121接着根据DL信道聚合方案聚合所述数字BB信号以产生聚合DL信号、将所述聚合DL信号转换成光学信号，及将所述光学信号发送到RRU 110。应注意，所述聚合DL信号为组合IF信号及BB到IF转换可实施为信道聚合的部分，如下文更为完整地论述。虽然以上实施例描述相对于BBU 121的BBU处理，但BBU处理中的一些可遍及位于BBU池120的多个BBU 121分布，且可另外包含联合信号处理或跨越类似于RRU 110的多个RRU及/或类似于天线142的多个天线的协调多点(CoMP)功能。
图2为聚合无线前传通信系统200的示意图。系统200描述于美国专利申请第14/528,823号中，所述申请以引用的方式并入本文中。系统200类似于系统100且提供RRU 110及BBU 120的更详细视图。系统200包括经由前传链路230以通信方式耦合到BBU 220的RRU210。RRU 210、BBU 220及前传链路230分别对应于RRU 110、BBU 120及前传链路130。在系统200中，RRU 210及BBU 220两者均在数字域中执行信道聚合及信道拆分，且经由前传链路230传输数字化UL及DL BB信号。举例来说，UL信道信号及DL信道信号以无线电帧为单位进行传输。RRU 210及BBU 220两者均可采用类似光学发射方案及类似光学检测方案。举例来说，光学发射方案可为强度调制(IM)方案，且光学检测方案可为直接检测(DD)方案。
RRU 210包括双工器阵列251、多个上变频器(UC)211、多个下变频器(DC)212、多个数/模转换器(DAC)213、多个模/数转换器(ADC)214、数字信道拆分单元215、数字信道聚合单元216、高速ADC 254、高速DAC 253及光学前端255。双工器阵列251以通信方式耦合到多个天线242。双工器阵列251为用于分离RF信号到天线242的发送及RF信号从天线242的接收的RF设备或RF组件。光学前端255包括多个功率放大器(PA)217、光电二极管(PD)218、激光器219及光循环器252。
在UL方向上，在RRU 210处，DC 212耦合到双工器阵列251，且ADC 214耦合到DC212。DC 212与ADC 214对对从天线242接收到的UL信道信号进行操作，其中DC 212将UL信道信号从RF带下变频转换为BB以产生模拟BB信号。ADC 214用于将模拟BB信号转换成数字BB信号。具体来说，每一ADC 214包括用于将模拟BB信号的I及Q分量转换为包括IQ数据样本的数字BB信号的两个转换器。因此，数字BB信号包括模拟BB信号的信号属性，所述模拟BB信号可包括任意波形。数字信道聚合单元216耦合到ADC 214，且用于根据信道聚合方案将数字BB信号聚合为聚合UL信号，如下文更为完整地论述。高速DAC 253耦合到数字信道聚合单元216，且用于将聚合UL信号转换为模拟电信号。应注意，高速DAC 253取决于聚合信道的数目及信道的BW在例如大约每秒千兆样本(GSa/s)的高取样速率下操作，如下文更为完整地论述。PA217中的第一个耦合到高速DAC 253，且用于将聚合UL信号放大到合适的电压电平以供发射。激光器219耦合到第一PA217，且用于例如通过采用IM方案将聚合UL信号调制到由激光器219产生的光学信号上。光循环器252将激光器219及PD 218耦合到前传链路230。
在DL方向上，在RRU 210处，PD 218例如通过采用DD方案将接收到的光学DL信号转换为模拟电信号。所述模拟电信号包括聚合DL BB信号。PA217中的第二个耦合到PD 218，且用于将电信号放大为合适的电压电平以供接收器处理。高速ADC 254耦合到第二PA 217，且用于将模拟电信号转换为数字信号。类似于高速DAC 253，高速ADC 254在大约GSa/s的高取样速率下操作。数字信道拆分单元215耦合到高速ADC 254，且用于根据预定DL信道图执行信道拆分以产生对应于DL信道的多个DL BB信号。DAC 213耦合到数字信道拆分单元215，且用于将DL信道信号中的每一个的I及Q分量转换为模拟电信号。UC 211耦合到DAC 213，且用于将模拟电信号从BB上变频转换到原始RF带以供经由天线242发射。
BBU 220包括光学前端265、高速DAC 263、高速ADC 264、数字信道聚合单元226、数字信道拆分单元225及BB DSP单元221。光学前端265、高速DAC 263、高速ADC 264、数字信道聚合单元226及数字信道拆分单元225分别类似于光学前端255、高速DAC 253、高速ADC254、数字信道聚合单元216及数字信道拆分单元215。如所展示，BBU 220的UL路径(展示为281)及RRU 210的DL路径(经为272)类似，同时BBU 220的DL路径(展示为282)及RRU 210的UL路径(展示为271)类似。然而，BBU 220进一步包括耦合到数字信道聚合单元226及数字信道拆分单元225的BB DSP单元221。BB DSP单元221可包括一个或多个单核处理器、一个或多个多核处理器、一个或多个通用处理器或一个或多个DSP处理器。BB DSP单元221用于对UL信道及DL信道执行BB DSP功能。例如，在DL方向上，BB DSP单元221基于从例如核心网络150的核心网络接收到的DL包产生DL信道的BB信号，且数字信道聚合单元226聚合所述DL BB信号。在UL方向上，数字信道拆分单元225将UL信道信号拆分为多个UL BB信号，且BB DSP单元221将所述UL BB信号转换为UL包以供发射到核心网络。
图3为另一聚合无线前传通信系统300的示意图。系统300类似于系统200。然而，系统300采用CPRI协议或CPRI类协议以对UL及DL信道信号的无线电帧进行编码。系统300包括经由前传链路330以通信方式耦合到BBU 320的RRU 310。RRU 310类似于RRU 210，但包括将第一数字信道聚合及拆分单元392耦合到DAC 313及ADC 314的第一CPRI单元391。第一数字信道聚合及拆分单元392用于执行与信道聚合单元216及226类似的信道聚合操作及与信道拆分单元215及225类似的信道拆分操作。DAC 313及ADC 314分别类似于DAC 213及ADC214。RRU 310进一步包括类似于双工器阵列251的双工器阵列351，其将DAC 313及ADC 314耦合到类似于天线142及242的多个天线342。
第一CPRI单元391用于根据CPRI规范执行CPRI编码及解码。例如，将特定无线RF信道的无线电帧编码为包括IQ数据块及CW的经CPRI编码帧。所述IQ数据块包括对应于特定无线RF信道的IQ数据样本位，及所述CW包括CPRI相关的控制信息。DAC 313及ADC 314分别类似于DAC 213及ADC 214。RRU 310进一步包括分别类似于高速ADC 254、高速DAC 253及光学前端255的ADC 354、DAC 353及光学前端355。
BBU 320类似于BBU 220，但包括将第二数字信道聚合及拆分单元394耦合到BBDSP单元321的第二CPRI单元393。第二CPRI单元393类似于第一CPRI单元391。第二数字信道聚合及拆分单元394类似于第一数字信道聚合及拆分单元393。BB DSP 321类似于BBDSP221。BBU 320进一步包括分别类似于光学前端255、高速DAC 263及高速ADC 264的光学前端365、高速DAC 363、高速ADC 364。由于CPRI编码包含无线RF信道的IQ数据及控制信息两者，所以所述IQ数据及所述控制信息两者都经由前传链路330传输。所述IQ数据及所述控制信息可包括不同容错。例如，控制信息可由于所述控制信息控制发射及装备而需要更为稳固的发射。因此，满足IQ数据及控制信息两者的容错的发射方案对于无线前传至关重要。
本文中公开用于为无线前传提供高效且可靠的发射方案及高性能解码方案的实施例。在无线前传系统中，数字IQ信号及与多个无线RF信道信号相关联的控制信息经由无线前传链路在RRU与BBU之间传输。所公开的实施例发射呈不同多电平调制格式的数字IQ信号及控制信息。例如，所述数字IQ数据以脉冲编码调制(PCM)格式进行编码，及所述控制信息以例如脉冲幅度调制(PAM)、4-正交幅度调制(4-QAM)或16-QAM的预定低电平调制格式进行编码。多电平调制格式实现高效发射，及用于控制信息的预定低电平调制格式实现可靠发射。例如，低电平或低阶调制可提供约10-12的低误码率(BER)。同样，接收器可在无前向纠错(FEC)的情况下可靠地接收控制信息，且因此可以降低处理复杂度并减小时延。为了进一步改善CW的发射性能，可通过采用格栅编码调制(TCM)对所述CW进行编码。另外，所公开的实施例通过聚合数字IQ数据及与相同无线RF信道信号相关联的控制信息而实现数字IQ数据及控制信息的同步及同时发射。所公开的实施例采用基于TDMA的聚合方案以将数字IQ数据及控制信息映射到或时间复用到连续时隙。在实施例中，时分复用(TDM)是基于调制后控制信息符号到调制后IQ数据符号中的周期性插入以产生时域符号序列。此外，所公开的实施例采用控制信息的预定或已知调制格式以促进接收器处整个聚合信号的信道估计及均衡。例如，在接收到包括数字IQ数据及控制信息的聚合信号之后，接收器基于接收到的信号的控制信息部分而训练及更新信道均衡器，且将所述信道均衡器应用于整个接收到的信号以均衡聚合信号的发射器与接收器之间的信道效应。同样，所公开的实施例可实现高系统性能。虽然本发明描述在经由无线前传链路的CPRI协议或CPRI类协议的内容背景中的控制信息或CW，但所公开的实施例可应用于经由任何通信链路的任何接口协议，例如数字订户线(DSL)前传链路及同轴电缆前传链路。
基于TDMA的信道聚合/拆分方案在与基于频分多址(FDMA)的方案相比时可提供若干益处。例如，TDMA对于例如经CPRI编码帧的固定帧结构或对于例如10千兆以太网(10GE)的基于包的发射方案来说是灵活的。另外，TDMA适合于速率匹配。例如，过采样率可经控制以与ADC及/或DAC的取样速率匹配，及可在采用基于帧的无线前传发射方案时添加合适量的填充位。此外，基于TDMA的聚合无线前传通信系统的架构没有基于FDMA的聚合无线前传通信系统复杂。例如，不需要使用离散傅里叶变换(DFT)/逆DFT(IDFT)的混合器以上变频转换及/或下变频转换无线RF信道信号。
图4为根据本发明的实施例的基于TDMA的发射器400的示意图。发射器400被例如RRU 110、210及310的RRU及例如BBU 120、220及320的BBU所采用。发射器400包括多个IQ/CW信号分离单元410、复用单元420、PCM编码单元430、QAM编码器440、训练符号(TS)插入单元460及时分复用(TDM)单元450。
每一IQ/CW信号分离单元410用于将对应于描绘为信道1到N的特定无线RF信道的组合后IQ/CW信号分离为IQ部分及CW部分。所述IQ部分包括特定无线RF信道的数字IQ表示，及所述CW部分包括与特定无线RF信道相关联的控制信息。复用单元420耦合到IQ/CW信号分离单元410，且用于根据预定时隙计划表复用与无线RF信道相关联的所有IQ部分以形成聚合IQ信号且复用与无线RF信道相关联的所有CW部分以形成聚合CW信号。
PCM编码单元430耦合到复用单元420，且用于根据PCM方案对聚合IQ信号进行编码以产生经PCM编码IQ信号。QAM编码器440耦合到复用单元420，且用于根据例如4-QAM或16-QAM方案的预定低阶QAM方案对聚合IQ信号进行编码以产生经QAM编码CW信号。例如，在逐帧基础上将聚合IQ信号及聚合CW信号作为IQ/CW帧发射。TS插入单元460用于将TS插入到IQ/CW帧。例如，TS可为预定时间序列，其可用于帧检测及同步。在一些实施例中，发射器400可采用额外控制信息插入单元(未展示)以插入额外控制信息，如下文更为完整地论述。
TDM单元450耦合到PCM编码单元430、QAM编码器440及TS插入单元460且用于将经PCM编码IQ信号、经QAM编码CW信号及TS时间复用为时间序列，其被称作时间复用IQ/CW信号。在实施例中，将调制后CW符号及TS周期性地插入调制后IQ数据符号之间以形成时间复用IQ/CW信号。发射器400可进一步包括类似于前端255、355及365的前端(未展示)。所述前端用于通过采用光学IM方案发射时间复用IQ/CW信号以在单载波光学信号中携载时间复用IQ/CW信号。
图5为根据本发明的实施例的基于TDMA的接收器500的示意图。接收器500被例如RRU 110、210及310的RRU及例如BBU 120、220及320的BBU用于解复用由例如发射器400的基于TDMA的发射器所发射的时间复用IQ/CW信号。接收器500包括同步单元505、时分解复用单元510、均衡器(EQ)520、解复用单元530、及多个IQ/CW信号组合单元540。
同步单元505用于接收时间复用IQ/CW信号、检测帧的起点，及与接收到的信号的发射器同步，其中在下文进一步论述帧结构。时分解复用单元510耦合到同步单元505，且用于执行时分解复用以获得IQ数据信号及CW信号。均衡器520耦合到时分解复用单元510，且用于对IQ信号及CW信号执行信道均衡及根据由所接收到的时间复用IQ/CW信号的发射器所采用的预定调制方案解调CW信号。信道均衡去除或抑制符号间干扰(ISI)或样本间干扰。均衡器520通过如由箭头590所示将解调后CW信号馈送回到均衡器520而进行训练及更新。
解复用单元530耦合到均衡器520，且用于根据由发射器所采用的预定时隙计划表将解调后IQ数据信号分离为多个IQ数据信号及将解调后CW信号分离为多个CW信号。每一分离后IQ信号及每一CW信号对应于特定无线RF信道。多个IQ/CW信号组合单元540耦合到解复用单元530，且用于将描绘为信道1到信道N的相关联无线RF信道的IQ数据与CW组合为单个IQ/CW帧。
图6为根据本发明的实施例的基于TDMA的无线前传通信系统600的示意图。系统600被例如系统100、200及300的无线前传系统所采用。系统600包括通过光学信道630以通信方式耦合到接收器620的发射器610。发射器610及接收器620采用与上文所描述的发射器400及接收器500所采用的类似的信道聚合及拆分机制以及信道均衡机制。发射器610包括QAM映射单元611、复用器(MUX)612、上取样单元613、第一脉冲整形单元614、上变频器615、实信号提取单元616、DAC 617及电光(E/O)单元618。接收器620包括光电(O/E)单元627、ADC621、下变频器622、同步单元623、分数间隔均衡器(EQ)624、解复用器(DEMUX)625及QAM双削波器626。
在发射路径中，QAM映射单元611用于根据例如4-QAM或16-QAM的QAM方案对与多个无线RF信道信号相关联的CW进行编码。复用器612耦合到QAM映射单元611，且用于复用经QAM编码CW及所述多个无线RF信道信号的多个IQ信道信号以产生复用IQ/CW信号。IQ信道信号包括PCM样本，其为无线RF信道信号的数字BB表示。例如，无线RF信道信号可对应于RRU处的UL信道信号或BBU处的DL信道信号。上取样单元613耦合到复用器612，且用于对复用IQ/CW信号执行上取样。如所展示，上取样单元613采用为3的上取样比率。应注意，上取样可在采用滤波器以将BB信号上变频转换为通带信号时缓解后期的滤波器截止。然而，上取样单元613可配置有不同上取样比率以实现类似功能性。
第一脉冲整形单元614耦合到上取样单元613，且用于对上取样信号执行脉冲整形例如以限制上取样信号的带宽。上变频器615耦合到第一脉冲整形单元614，且用于对脉冲整形信号执行上变频转换。实信号提取单元616耦合到上变频器615。上变频器615的输出为复杂信号。实信号提取单元616用于提取所述复杂信号的实信号分量。DAC 617类似于DAC213及313且耦合到实信号提取单元616。DAC 617用于将实信号分量转换为模拟电信号。E/O单元618耦合到DAC 617，且用于将模拟电信号转换为光学信号以供经由光学信道630发射。例如，模拟电信号可通过采用IM方案而被调制到光载波上。
在接收路径中，O/E单元627用于从光学信道630接收光学信号及将所接收到的光学信号转换为模拟电信号。所述光学信号携载复用IQ/CW信号。O/E单元627可采用DD方案。ADC 621耦合到O/E单元627。ADC 621类似于ADC 214及314，且用于将模拟电信号转换为数字信号。下变频器622耦合到ADC 621，且用于将数字信号下变频转换为基带信号。同步单元623耦合到下变频器622，且用于执行信号检测、同步及标准化。例如，信号检测检测复用IQ/CW信号的存在，信号同步使接收器620与发射器610同步，及信号标准化使数字信号标准化以供进一步接收器处理。分数间隔均衡器624耦合到同步单元623，且用于执行信道均衡。如所展示，分数间隔均衡器624以间隔为T/3执行分数间隔均衡，其中T为符号周期，且选择T/3以与由上取样单元613所采用的为3的上取样比率匹配。解复用器625耦合到分数间隔均衡器624，且用于将均衡信号分离为多个IQ信道信号及控制信道信号。每一IQ信道信号对应于特定无线RF信道。QAM双削波器626耦合到解复用器625，且用于解调控制信道信号以产生CW。如由箭头690所示，由QAM双削波器626产生的CW可通过采用最小均方(LMS)算法或任何其它合适的自适应算法而用于训练及更新分数间隔均衡器624的系数。
图7为根据本发明的实施例的无线前传数据帧700的结构的示意图。帧700可被例如RRU 110、210及310的RRU及例如BBU 120、220及320的BBU用以经由例如前传链路130、230及330的无线前传链路传输时间复用IQ/CW信号。RRU或BBU可采用类似于发射器400及610的发射器以及类似于接收器500及620的接收器。例如，在发射器处，帧700对应于由例如TDM单元450的TDM单元产生的帧。在接收器处，帧700对应于通过例如时分解复用单元510的时分解复用单元接收到的帧。如所展示，帧700包括IQ数据部分710、CW部分720、标头730及填充位部分740。
IQ数据部分710包括多个数据块711，各自对应于描绘为IQ信道1到n的无线RF信道的IQ数据。例如，所述IQ数据为包括无线RF信道的信号属性的PCM样本。CW部分720包括携载控制及管理信息的一个或多个CW，其可促进数据块711的发射及接收。标头730携载额外控制信息。例如，标头730可指示CW部分720的大小及IQ数据部分710的大小。另外，标头730可携载用于TDMA帧同步的同步符号或TS或携载其它前传相关信息。可在采用基于帧的发射方案时添加填充部分740以与发射速率匹配。应注意，帧700可如所示进行布置或替代地如由本领域的普通技术人员所确定的进行配置以实现类似功能性。例如，可在整个帧700内执行交错。
图8为根据本发明的实施例的用于发射IQ信道信号及控制信道信号的方法800的流程图。方法800通过例如发射器400及610的发射器实施，所述发射器可位于例如RRU 110、200及300的RRU处或例如BBU 120、220及320的BBU处。在RRU处，方法800在RRU经由例如天线142、242及342的多个天线接收多个UL信道信号之后实施。在BBU处，方法800在BBU产生多个DL信道的多个数字IQ信号之后实施。
在步骤810处，根据第一多电平调制格式对与多个模拟信号相关联的数字IQ数据进行编码以产生调制后IQ信号。所述模拟信号对应于UL信道信号或DL信道信号。所述数字IQ数据为模拟信号的数字IQ数据的聚合。所述第一多电平调制格式可为PCM格式。
在步骤820处，根据第二多电平调制格式对与所述多个模拟信号相关联的控制信息进行编码以产生调制后控制信号。所述控制信息包括与所述多个模拟信号相关联的控制及管理信息，且可使得接收器能够正确地接收及提取与每一模拟信号相关联的数字IQ数据。所述控制信息可呈CW形式。所述第二多电平调制格式为预定低电平调制格式，例如4-QAM或16-QAM格式。所述低电平调制格式实现稳固且高质量的发射以使得可在无额外FEC的情况下在接收器处正确地恢复CW。
在步骤830处，调制后IQ信号及调制后控制信号进行聚合以产生聚合IQ/CW信号。例如，所述聚合为如在基于TDMA的发射器400中所描述的基于TDMA的聚合。在步骤840处，包括调制后IQ信号及调制后控制信号的聚合IQ/CW信号经由通信信道发射，例如无线前传链路130、230及330。应注意，对控制信息进行编码所采用的预定格式使得接收器能够估计通信信道的信道响应及均衡通信信道的效应。可以包括与帧700类似的结构的帧为单位经由通信信道发送聚合IQ/CW信号，其中数字IQ数据可携载在IQ数据部分710中及控制信息可携载在CW部分720中。除CW之外，还可将TS以及额外控制及管理添加到帧，如帧700的标头730中所展示。另外，可将填充位添加到帧以与某一发射速率匹配，如帧700的填充位部分740中所展示。方法800可应用于无线前传或其它前传，例如DSL前传及同轴电缆前传。
图9为根据本发明的实施例的用于接收IQ信道信号及控制信道信号的方法900的流程图。方法900通过例如接收器500的接收器实施，所述接收器可位于例如RRU 110、210及310的RRU处或例如BBU 120、220及320的BBU处。当从例如无线前传链路130、230及330的无线前传链路接收信号时实施方法900。在步骤910处，接收到携载包括IQ数据部分及CW部分的复用信号的单载波信号。IQ数据部分包括与多个模拟无线信号相关联的数字IQ数据，且CW部分包括与所述多个模拟无线信号相关联的CW。所述模拟无线信号可对应于UL信道信号或DL信道信号。在步骤920处，根据信道均衡器对复用信号执行信道均衡。例如，从例如前传链路130、230及330及光学信道630的通信链路接收单载波信号。信道均衡器用于均衡或去除由经由通信链路的发射引起的信号失真效应。在步骤930处，根据第一多电平调制格式从IQ数据部分获得数字IQ数据。例如，所述第一多电平调制格式为PCM格式。在步骤940处，根据第二多电平调制格式从CW部分获得CW。所述第二多电平调制格式为预定低电平调制格式，例如16-QAM格式。在步骤950处，根据时间复用信号的CW部分更新信道均衡器。例如，信道均衡器可为滤波器，其中由于第二多电平调制格式为预定QAM格式，因此根据CW部分训练及更新滤波器系数。应注意，经PCM编码IQ数据部分包括任意波形，并因此可能不适合于更新信道均衡器。方法900可应用于无线前传或其它前传，例如DSL前传及同轴电缆前传。
图10为说明在16-QAM编码情况下的CW信道的星座标绘图的图1000。在图1000中，x轴表示I分量且y轴表示Q分量，其中x轴及y轴呈一些恒定单位。在经由例如光学信道630的包括约5千米(km)的光纤长度的光学信道发射之后，在例如接收器500及620的接收器处捕获星座点1010。例如，在例如QAM双削波器626的QAM双削波器的输出处捕获星座点1010。如所展示，星座点1010间隔开相当大的距离，其中接收到的信噪比(SNR)约为27.8分贝(dB)。因此，接收器可在不采用其它FEC的情况下可靠地恢复携载在CW信道中的CW。
图11为说明在64-QAM编码情况下的IQ信道的星座标绘图的图1100。在图1100中，x轴表示I分量且y轴表示Q分量，其中x轴及y轴呈一些恒定单位。在例如接收器500及620的接收器处捕获星座点1110。从同一光学信号接收星座点1110及星座点1010，因此接收到具有约为27.8dB的相同SNR的CW信道及IQ信道两者。例如，在类似于发射器400及610的发射器处复用CW信道及IQ信道。比较图1000与1100，星座点1010相较于星座点1110间隔开更大距离。因此，在如所预期的相同SNR下，相较于经64-QAM编码IQ信道，经16-QAM编码CW信道提供更高性能。
图12为说明基于TDMA的聚合无线前传信号的频谱1210的图1200。在图1200中，x轴表示以千兆赫(GHz)为单位的频率且y轴表示以dB为单位的功率。基于TDMA的聚合无线前传信号为由例如发射器400及610的基于TDMA的发射器产生的时间复用IQ/CW信号。如所展示，频谱1210包括正频域中的单载波调制后频谱。另外，频谱1210在频域中厄米特(Hermitian)对称。因此，聚合无线前传信号为实值。可将聚合无线前传信号转换为正值信号，由此允许DD接收器检测信号。因此，IM发射器及DD接收器可分别用于发射及接收单载波TDMA信号。
图13为无线前传收发器单元1300的实施例的示意图，所述无线前传收发器单元可为发射及/或接收光学信号及/或RF信号的任何设备。例如，收发器单元1300可位于例如系统100、200、300及600的无线前传通信网络系统中的例如RRU 110、210及310以及BBU 120、220及320的光学通信设备中。收发器单元1300还可用于实施或支持所描述方案中的任一个。本领域技术人员将认识到，术语“收发器单元”涵盖广泛范围的设备，其中收发器单元1300仅为实例。为论述清楚起见包含收发器单元1300，但决不意图将本发明的应用限制于特定收发器单元实施例或收发器单元实施例的种类。本发明中所描述的特征及方法中的至少一些可在例如收发器单元1300的网络装置或组件中实施。举例来说，本发明中的特征及方法可使用硬件、固件及/或经安装以在硬件上运行的软件而实施。如图13中所展示，收发器单元1300可包括多个前端1310。前端1310可包括光学前端(未展示)及RF前端(未展示)。例如，所述光学前端可类似于光学前端255、265、355及365且可包括E/O组件及O/E组件，所述组件可分别将电信号转换为光学信号以供在无线前传光学网络中发射，以及从无线前传网络接收光学信号且将光学信号转换为电信号。RF前端可包括RF组件、RF设备及RF接口，其可接收及发射无线RF信号。处理单元1330可经由多个DAC 1340及ADC 1350耦合到前端1310。例如，DAC 1340可类似于DAC 213、253、263、313及363。ADC 1350可类似于ADC 214、254、264、314及364。DAC 1340可将由处理单元1330产生的数字电信号转换为可被馈送到前端1310中的模拟电信号。ADC 1350可将从前端1310接收到的模拟电信号转换为可由处理单元1330处理的数字电信号。在一些实施例中，ADC 1350及DAC 1340可与处理单元1330整合。
处理单元1330可包括一个或多个处理器，所述处理器可包含通用处理器、单核处理器、多核处理器、专用集成电路(ASIC)及/或DSP。处理单元1330可包括信道聚合模块1333及信道拆分模块1334，其可实施本文中所描述的方法1000及1100以及信道聚合及拆分方案。在替代实施例中，信道聚合模块1333及信道拆分模块1334可实施为存储于存储器模块1332中的指令，所述指令可由处理单元1330执行。存储器模块1332可包括用于暂时存储内容的高速缓冲存储器，例如随机存取存储器(RAM)。此外，存储器模块1332可包括用于相对更长时间地存储内容的长期存储器，例如只读存储器(ROM)。举例来说，高速缓冲存储器及长期存储器可包含动态RAM(DRAM)、固态驱动器(SSD)、硬盘或其组合。
可以理解的是，通过编程和/或加载可执行指令到所述收发器单元1300上，所述处理单元1330和/或存储器模块1332中至少有一个会发生改变，从而将所述收发器单元1300部分转变为具有本发明所教示的新颖功能性的特定机器或装置，例如多核转发架构。对于电力工程及软件工程技术来说基本的是，可通过将可执行软件加载到计算机中而实施的功能性可通过熟知设计规则而转换为硬件实施方案。在软件还是硬件中实施概念之间的决策通常取决于设计的稳定性及待产生的单元的数目，和/或时钟速度要求的考虑，而与从软件域转译到硬件域所涉及的任何问题无关。通常，仍在经受频繁改变的设计优选可在软件中实施，因为重改硬件实施方案比重改软件设计更为昂贵。通常，稳定及大批量生产的设计优选可在如ASIC这样的硬件中实施，因为运行硬件实施方案的大规模生产可比软件实施方案更为便宜。通常，设计可以软件形式进行开发及测试，且随后通过熟知设计规则变换为对软件的指令进行硬连线的ASIC中的等效硬件实施方案。由新ASIC控制的机器是特定的机器或装置，同样地，编程和/或加载有可执行指令的计算机可视为特定的机器或装置。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应当理解，所公开的系统和方法也可通过其它多种具体形式体现，而不会脱离本发明的精神或范围。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文中所给出的细节。例如，各种元件或组件可以在另一系统中组合或整合，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或整合。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式经由某一接口、设备或中间组件间接地耦合或通信。其它改变、替换、变更实例对本领域技术人员来说是可以确定的，且均可在不脱离本文中所公开的精神和范围的情况下进行。

Claims (20)

1.一种通过发射器实施的方法，其特征在于，包括：
根据第一多电平调制格式对与多个模拟信号相关联的数字同相及正交相位(IQ)数据进行编码以产生调制后IQ信号；
根据不同于所述第一多电平调制格式的第二多电平调制格式对与所述多个模拟信号相关联的控制信息进行编码以产生调制后控制信号；
通过时分复用(TDM)聚合所述调制后IQ信号与所述调制后控制信号以产生聚合TDM信号；
经由通信信道发射所述聚合TDM信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一多电平调制格式为脉冲编码调制(PCM)格式，且其中所述第二多电平调制格式为实现所述通信信道的估计及均衡的预定调制格式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述预定调制格式为基于正交幅度调制(QAM)的调制格式或格栅编码调制(TCM)格式。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述IQ数据进一步与所述多个模拟信号的数字基带(BB)表示或所述多个模拟信号的数字中频(IF)表示相关联。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述调制后IQ信号包括调制后IQ数据符号，其中所述调制后控制信号包括调制后控制信息符号，且其中所述聚合所述调制后IQ信号与所述调制后控制信号进一步包括在所述调制后IQ数据符号中的一些之间周期性地插入所述调制后控制信息符号中的至少一些以产生时域符号序列；进一步包括将训练符号(TS)添加到所述时域符号序列以实现所述时域符号序列的同步及检测。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述通信信道包括光纤链路、电缆链路或自由空间链路。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述通信信道为无线前传链路，且其中所述多个模拟信号对应于无线接入网(RAN)中的多个天线载波信道信号。
8.根据权利要求1到7中任一权利要求所述的方法，其特征在于所述聚合TDM信号包括具有标头、控制字(CW)部分及IQ数据部分的TDM帧，其中所述CW部分携载所述调制后控制信号及所述IQ数据部分携载所述调制后IQ信号。
9.一种装置，其特征在于，包括：
处理器，其用于：
根据第一多电平调制格式对与多个模拟无线信号相关联的数字同相及正交相位(IQ)数据进行编码以产生调制后IQ信号；
根据不同于所述第一多电平调制格式的第二多电平调制格式对包括与所述多个模拟无线信号相关联的控制信息的控制字(CW)进行编码以产生调制后CW信号；以及
通过时分复用(TDM)聚合所述调制后IQ信号与所述调制后CW信号以产生聚合TDM信号；
前端，其耦合到所述处理器且用于经由通信链路发射所述聚合TDM信号。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述第一多电平调制格式为脉冲编码调制(PCM)格式，且其中所述第二多电平调制形式为基于预定正交幅度调制(QAM)的调制格式。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述装置为无线前传射频拉远单元(RRU)，且其中所述模拟无线信号为上行链路(UL)信号。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述装置为无线前传基带单元(BBU)，且其中所述模拟无线信号为下行链路(DL)信号。
13.一种装置，其特征在于，包括：
前端，其用于接收携载包括同相及正交相位(IQ)数据部分及控制字(CW)部分的复用信号的单载波信号，其中所述IQ数据部分包括与多个模拟无线信号相关联的数字IQ数据，且其中所述CW部分包括具有与所述多个模拟无线信号相关联的控制信息的CW；及
处理器，其耦合到所述前端且用于：
根据所述CW部分更新信道均衡器；
根据所述信道均衡器对所述复用信号执行信道均衡；
根据第一多电平调制格式从所述IQ数据部分获得所述数字IQ数据；
根据不同于所述第一多电平调制格式的第二多电平调制格式从所述CW部分获得所述CW。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于所述第一多电平调制格式为脉冲编码调制(PCM)格式，且其中所述第二多电平调制形式为预定正交幅度调制(QAM)格式。
15.根据权利要求13或14所述的装置，其特征在于所述前端进一步用于：
耦合到无线前传链路；
经由所述无线前传链路接收所述单载波信号。
16.一种通过发射器实施的方法，其特征在于，包括：
产生包括标头、控制字(CW)部分以及同相及正交相位(IQ)数据部分的时分复用(TDM)帧；其中所述IQ数据部分携载以第一多电平调制格式编码的IQ数据信号，其中所述CW部分携载呈不同于所述第一多电平调制格式的第二多电平调制格式的与所述IQ数据信号相关联的控制信息；
经由通信信道发射包括所述TDM帧的TDM信号。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述第一多电平调制格式为脉冲编码调制(PCM)格式；其中所述第二多电平调制格式为基于正交幅度调制(QAM)的调制格式或格栅编码调制(TCM)格式。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于所述IQ数据信号与前传链路的无线RF信道信号相关联；其中所述通信信道为光纤链路或电缆链路。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于所述标头包含用于帧同步的训练符号(TS)及前传相关信息。
20.一种装置，其特征在于，包括用于执行根据权利要求16到19中任一权利要求所述的方法的发射器。
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