CN107615876A - 用于大规模mimo系统的rru控制消息传递架构的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于大规模多输入多输出(MIMO)系统中的远端无线电单元(RRU)控制消息传递的系统和方法实施方式。在实施方式中，MIMO无线通信系统中的网络元件包括：数字收发器，其被配置成生成数据信号和控制信号，控制信号包括用于控制RRU上的模拟元件的控制信息以及关于RRU上的模拟元件的状态信息中的一者；调制器，其被配置成将控制信号调制到控制载波上；发送滤波器，其被配置成对经调制的控制信号进行滤波；以及组合器，其被配置成将数据信号与经调制且经滤波的控制信号组合并且经由物理信道将经组合的信号发送至第二网络元件，第二网络元件包括控制器和RRU中的一者。

Description

用于大规模MIMO系统的RRU控制消息传递架构的系统和方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2015年7月7日提交的题为“Systems and Methods for RRUControl Messaging Architecture for Massive MIMO Systems”的美国专利申请No.14/793,349的优先权，该美国专利申请的全部内容如再现一样通过引用合并至本文中。
技术领域
本发明涉及用于无线通信的系统和方法，并且在特定实施方式中，涉及用于大规模多输入多输出无线电系统中的控制消息传递的系统和方法。
背景技术
大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)系统包括多个远端无线电单元(remote radio unit，RRU)。这些RRU可以接收由可位于几千米远的集中式数字收发器单元提供的信号。由于RRU上存在需要根据正在发送的数据来控制的硬件，所以需要一种从数字单元传递控制信息的机制，使得RRU处的硬件复杂度不会增加太多。
RRU上的硬件包括(但不限于)功率放大器(power amplifier，PA)、交换机、自动增益控制(automatic gain control，AGC)、天线校准单元以及天线系统。
当前的RRU并非大规模MIMO，因此需要大幅度降低用于控制的硬件成本。然而，当前的解决方案对于大规模MIMO可能并非可扩展的。
发明内容
根据实施方式，一种MIMO无线通信系统中的网络元件包括：数字收发器，其被配置成生成数据信号和控制信号，该控制信号包括用于控制RRU上的模拟元件的控制信息以及关于RRU上的模拟元件的状态信息中的一者；调制器，其被配置成将控制信号调制到控制载波上；发送滤波器，其被配置成对经调制的控制信号进行滤波；以及组合器，其被配置成将数据信号与经调制且经滤波的控制信号组合并且经由物理信道将经组合的信号发送至第二网络元件，第二网络元件包括控制器和RRU中的一者。
根据另一实施方式，一种网络元件中的用于控制多输入多输出(multiple inputmultiple output，MIMO)系统中的远端无线电单元(remote radio unit，RRU)的方法包括：利用收发器来调制控制信号以产生经调制的控制信号，其中，控制信号包括用于控制RRU上的模拟元件的控制信息以及关于RRU上的模拟元件的状态信息中的一者；利用收发器将经调制的控制信号与数据信号组合以产生组合信号；以及经由物理信道将组合信号发送至第二网络元件。
根据另一实施方式，一种第一网络元件中的用于从第二网络元件接收控制信号和/或状态信号的方法包括：在第一网络元件处在物理信道上接收来自第二网络元件的组合信号，其中，组合信号包括用于控制RRU上的模拟元件的RRU控制信息和关于RRU上的模拟元件的RRU状态信息中的一者以及数据；由第一网络元件将组合信号拆分成第一信号和第二信号；由第一网络元件通过数据处理元件来处理第一信号并且发送数据；以及由第一网络元件使第二信号通过低通滤波器或带通滤波器以获得RRU控制信息和RRU状态信息中的一者。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图所做的描述，在附图中：
图1示出了用于传送数据的网络；
图2是基于大规模MIMO的高容量基站系统的实施方式的框图；
图3是实施方式控制组帧系统的框图；
图4是用于大规模MIMO系统的RRU控制消息传递系统的实施方式的框图；
图5是示出FPGA系统的实施方式的框图；
图6是用于将控制信息从收发器发送至RRU的方法的实施方式的流程图；
图7是在RRU中用于经由单个传送平面从收发器接收控制信息和数据的方法的实施方式的流程图；
图8是在RRU中用于经由单个传送平面或信道将所接收的数据和控制信息/状态信息发送至收发器的方法的实施方式的流程图；以及
图9是在收发器中用于经由单个数据传送平面从RRU接收数据和控制信息/状态信息的方法的实施方式的流程图。
具体实施方式
下文将详细论述当前优选的实施方式的构造和使用。然而，应当了解，本发明提供了可以在各种特定背景中实施的许多可应用的发明构思。所论述的具体实施方式仅示出要构造并使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
大规模MIMO系统包括多个RRU。这些RRU可以源于可位于几千米(km)远的集中式数字收发器单元。由于RRU上存在需要根据正在发送的数据来控制的硬件，所以已经发现，期望的是具有一种将控制信息从数字收发器单元传递到RRU的机制，使得RRU处的硬件复杂度不会增加太多。
本文公开了一种用于大规模MIMO系统的以成本有效的方式将控制信息从数字收发器传递到RRU并且从RRU传递回到数字收发器的控制消息传递系统。不需要单独的物理信道来发送和接收控制信息。在实施方式中，RRU上的控制消息解码器电路不需要另外的本地振荡器(local oscillator，LO)对控制消息进行解调。
本文公开了基于大规模MIMO的高容量基站系统的实施方式。该系统的实施方式包括多个RRU(未示出)，所述多个RRU可以接收由位于数千米远(并且不一定靠近塔台)的单个(或多个)数字/模拟收发器系统提供的信号。在这样的场景中，控制信息需要与数据一起经过长距离被发送至RRU。一个挑战是利用最少的硬件资源成本并且通过优选地利用已经存在的用于数据信号的架构来完成上述工作。而且，期望的是RRU相对不那么复杂。例如，如果将数据调制到光纤上以从数字/模拟收发器传输至RRU，则铺设不同的光纤来发送和接收远端无线电控制信息是浪费的。这个问题在当前系统需要不同的光纤来发送和接收远端无线电控制信息的情况下无法将控制信息置于带内的高带宽多频带信号中甚至更为严重。在本公开内容中，描述了使用简单的幅度偏移键控(Amplitude Shift Keying，ASK)调制来发送控制信息的实施方式方法，其中在RRU上检测幅度偏移键控调制并且使用数字芯片(例如，低资源现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)进行处理。还描述了实施方式控制消息格式。调制格式是可配置的，这是因为在实施方式中，改变调制的载波仅是软件配置。
所公开的系统和方法提供了用于将控制数据从数字收发器传送到多个RRU的低复杂度解决方案。在实施方式中，所公开的系统使用非常简单的调制方案，该方案不需要RRU上的任何另外的本地振荡器进行载波检测。另外，在一些实施方式中，RRU重新使用板载时钟发生器电路以将控制信息/状态信息发送回到数字收发器。控制帧的载波频率可通过软件进行编程。所公开的系统和方法的实施方式可根据部署系统的企业的需求进行扩展。
MIMO无线通信系统中的网络元件的一个公开实施方式包括：数字收发器，其被配置成生成数据信号和控制信号，该控制信号包括用于控制RRU上的模拟元件的控制信息以及关于RRU上的模拟元件的状态信息中的一者；调制器，其被配置成将控制信号调制到控制载波上；发送滤波器，其被配置成对经调制的控制信号进行滤波；以及组合器，其被配置成将数据信号与经调制且经滤波的控制信号组合并且经由物理信道将经组合的信号发送至第二网络元件，第二网络元件包括控制器和RRU中的一者。网络元件可以是收发器控制器或RRU。在实施方式中，发送滤波器是低通滤波器或带通滤波器。调制器被配置成执行以下调制中的一者：开关键控(on-off keying，OOK)调制；ASK调制；以及单边带(single sideband，SSB)调制。在实施方式中，网络元件还包括：定向耦合器，其被配置成从第二网络元件接收组合信号并且将组合信号拆分成第一信号和第二信号；第一接收滤波器，其被配置成从定向耦合器接收第一信号并且从第一信号中提取数据；以及解调器，其被配置成经由第二接收滤波器从定向耦合器接收第二信号，其中，解调器被配置成从第二信号中提取控制信息/状态信息。组合信号可以包括从大规模MIMO天线系统接收的多个数据信号。在实施方式中，第二接收滤波器是低通滤波器或带通滤波器。解调器可以被配置成执行以下解调中的至少一者：OOK解调；ASK解调；以及SSB解调。在实施方式中，网络元件包括RRU并且还包括控制单元，该控制单元被配置成根据控制信息来控制RRU内的元件。控制单元可以是FPGA。在实施方式中，网络元件还包括：天线，其用于接收数据；调制器，其被配置成从控制单元接收状态信息并且将状态信息调制到由载波和时钟发生器生成的载波信号上；以及组合器，其用于将经调制的状态信息与数据组合成单个信号以经由第二物理信道传输至收发器。数据信号可以包括用于由大规模MIMO天线系统传输的多个数据信号。在实施方式中，调制器是FPGA时钟发生器。
在网络元件中用于控制MIMO系统中的RRU的方法的一个公开实施方式包括：利用收发器来调制控制信号以产生经调制的控制信号，其中，控制信号包括用于控制RRU上的模拟元件的控制信息以及关于RRU上的模拟元件的状态信息中的一者；利用收发器将经调制的控制信号与数据信号组合以产生组合信号；以及经由物理信道将组合信号发送至第二网络元件。在实施方式中，该方法还包括：经由物理信道从第二网络元件接收接收的组合信号，其中，接收的组合信号包括控制信息和状态信息中的一者以及接收的数据信号；将接收的组合信号拆分成第一信号和第二信号；使第一信号通过带通滤波器以获得所述接收的数据信号；以及使第二信号通过低通滤波器或带通滤波器以获得控制信息和状态信息中的一者。在不使用LO的情况下检测用于控制信息和状态信息中的一者的控制载波。在实施方式中，调制控制信号包括使用以下调制中的一者：OOK调制；ASK调制；以及SSB调制。将经调制的控制信号与数据信号组合可以包括：使经调制的控制信号通过低通滤波器或带通滤波器。
在第一网络元件中用于从第二网络元件接收控制信号和/或状态信号的方法的一个公开实施方式包括：在第一网络元件处在物理信道上接收来自第二网络元件的组合信号，其中，组合信号包括用于控制RRU上的模拟元件的RRU控制信息和关于RRU上的模拟元件的RRU状态信息中的一者以及数据；由第一网络元件将组合信号拆分成第一信号和第二信号；由第一网络元件通过数据处理元件来处理第一信号并且发送数据；以及由第一网络元件使第二信号通过低通滤波器或带通滤波器以获得RRU控制信息和RRU状态信息中的一者。在实施方式中，该方法还包括：利用第一网络元件来调制控制/状态信号以产生经调制的控制/状态信号，其中，控制/状态信号包括用于控制RRU上的模拟元件的控制信息以及关于RRU上的模拟元件的状态信息中的一者；利用第一网络元件将经调制的控制/状态信号与接收的数据信号组合以产生第二组合信号；以及利用第一网络元件经由物理信道将第二组合信号发送至第二网络元件。可以在不使用LO的情况下检测用于RRU控制信息和RRU状态信息中的一者的经调制载波。在实施方式中，调制控制/状态信号包括使用以下调制中的一者：OOK调制；ASK调制；以及SSB调制。
用于无线传输的一个公开实施方式系统包括：收发器；RRU；以及数据传送层，其提供收发器与RRU之间的通信链路；其中，收发器和RRU被配置成经由数据传送层来交换数据、控制信息和状态信息，而不使用单独的物理信道来交换控制信息和状态信息。收发器包括：数字收发器，其生成控制信息；调制器，其被配置成对从数字收发器接收的控制信息进行调制；以及组合器，其通过低通滤波器耦接至调制器，其中，组合器被配置成将从低通滤波器接收的经调制的控制信息与数据组合以经由数据传送层传输至RRU。调制器被配置成执行以下调制方法中的至少一者：OOK调制或ASK调制或任何其他合适的调制方法。收发器还可以包括：定向耦合器，其被配置成从RRU接收组合信号并且将组合信号拆分成第一信号和第二信号；第一滤波器，其被配置成从定向耦合器接收第一信号并且从第一信号中提取数据；以及解调器，其经由第二滤波器耦接至定向耦合器，其中，解调器被配置成从第二信号中提取控制信息/状态信息。RRU包括：定向耦合器，其用于将经由数据传送层从收发器接收的组合信号拆分成第一信号和第二信号；天线，其经由数据信号处理元件耦接至定向耦合器并且被配置成发送从第一信号获得的数据；以及解调器，其经由RRU控制信息滤波器耦接至定向耦合器，其中，解调器被配置成在第二信号已经通过RRU控制信息滤波器之后从第二信号中提取控制信息。RRU还可以包括：用于接收数据的天线；控制单元，其用于控制RRU内的元件；调制器，其被配置成从控制单元接收控制信息或状态信息；以及组合器，其用于将经调制的控制信息或状态信息与数据组合成单个信号以经由数据传送层传输至收发器。在一个实施方式中，RRU控制信息滤波器是低通滤波器或带通滤波器。控制单元可以是FPGA，并且调制器可以是FPGA时钟发生器。
用于控制MIMO系统中的RRU的一个公开方法包括：利用收发器来调制控制信号以产生经调制的控制信号，其中，控制信号包括用于控制RRU上的模拟元件的控制信息；利用收发器将经调制的控制信号与数据信号组合以产生组合信号；以及经由数据传送层将组合信号发送至RRU，其中，在不使用单独的控制层的情况下将控制信息发送至RRU。该方法还可以包括：经由数据传送层从RRU接收组合信号，其中，接收的组合信号包括接收的数据信号以及RRU控制消息/RRU状态消息；将接收的组合信号拆分成第一信号和第二信号；使第一信号通过带通滤波器以获得接收的数据信号；以及使第二信号通过低通滤波器或带通滤波器以获得RRU控制消息/RRU状态消息。在不使用LO的情况下检测用于RRU控制消息/RRU状态消息的经调制载波。调制控制信号包括：使用OOK调制、ASK调制或其他调制方法。将经调制的控制信号与数据信号组合可以包括：使经调制的控制信号通过低通滤波器或带通滤波器。
用于从收发器接收控制信号的一个实施方式方法包括：在数据传送层上从收发器接收组合信号，其中，组合信号包括数据和RRU控制信息；将组合信号拆分成第一信号和第二信号；通过数据处理元件来处理第一信号并且发送数据；以及使第二信号通过低通滤波器或带通滤波器以获得RRU控制信息，其中，在不使用单独的物理信道的情况下由RRU接收控制信息。该方法还可以包括：利用RRU来调制控制/状态信号以产生经调制的控制/状态信号，其中，控制/状态信号包括关于RRU上的模拟元件的控制信息或状态信息；利用RRU将经调制的控制/状态信号与接收的数据信号组合以产生组合信号；以及利用RRU经由数据传送层将组合信号发送至收发器，其中，在不使用单独的控制层的情况下将控制信息/状态信息发送至收发器。在不使用LO的情况下检测用于RRU控制信息的控制载波。调制控制/状态信号包括：使用OOK调制、ASK调制、SSB调制和/或其他调制方法。
图1示出了用于传送数据的网络100。网络100包括具有覆盖区域112的接入点(access point，AP)110、多个用户设备(user equipment，UE)120以及回程网络130。如本文所使用的，术语AP还可以称为TP，并且这两个术语可以贯穿本公开内容可互换地使用。AP110可以包括能够通过尤其是建立与UE 120的上行链路(虚线)连接和/或下行链路(点划线)连接来提供无线接入的任何元件，例如基站收发信台(base transceiver station，BTS)、演进节点B(evolved Node B，eNB)、毫微微蜂窝以及其他具有无线功能的设备。UE120可以包括能够建立与AP 110的无线连接的任何元件。回程网络130可以是使得能够在AP110与远程端(未示出)之间交换数据的任何元件或元件集合。在一些实施方式中，网络100可以包括各种其他无线设备，例如中继器、毫微微蜂窝等。
在实施方式中，网络100是大规模MIMO系统100。大规模MIOM系统还可以称为大型天线系统、非常大的MIMO、超MIMO、全尺度MIMO和ARGOS。在实施方式中，大规模MIMO系统可以包括大量服务天线。天线的数目可以在数百或数千数量级。天线协同地且自适应地操作。额外的天线通过将信号能量的发送和接收集中到小的空间区域中来帮助提高无线系统的效率。实施方式MIMO系统与现有MIMO系统相比提高了吞吐量和能量效率。
图2是基于大规模MIMO的高容量基站系统200的实施方式的框图。系统200可以实现为例如图1中的AP 110。系统200包括中央数字发送器单元202、中央数字接收器单元203、多个MIMO收发器204以及通过传送信道206连接至MIMO收发器204的多个MIMO无线电单元208。每个MIMO收发器204包括多个数字至模拟转换器(digital-to-analog converter，DAC)210、无线电频率(radio frequency，RF)后端212、多个传送接口214以及多个模拟至数字转换器(analog-to-digital converter，ADC)211。每个MIMO无线电单元208包括多个传送接口216、RF前端218以及多个天线阵元220。在实施方式中，MIMO收发器204位于MIMO无线电单元208的远端。在实施方式中，MIMO收发器204位于距MIMO无线电单元208至少100米(m)处。在实施方式中，MIMO收发器204位于远离MIMO无线电单元208最高达数千米处，并且MIMO收发器204不一定在MIMO无线电单元208可以安装在其上的无线电塔台上或附近。在实施方式中，MIMO无线电单元208是RRU。
DAC 210连接至中央数字发送器单元202。DAC 210从中央数字发送器单元202接收数字信号并且将该信号转换成模拟信号。DAC 210然后将来自中央数字发送器单元202的信号提供给RF后端212。RF后端经由传送接口214通过传送信道206将信号发送至MIMO无线电单元208。MIMO无线电单元208在传送接口216处经由传送信道206从MIMO收发器204接收信号。传送接口216将信号提供给RF前端，RF前端218然后将信号提供给一个或更多个天线阵元220进行无线传输。
天线阵元220也接收信号并且将信号发送至RF前端218，RF前端218经由传送接口216通过传送信道206将信号转发至MIMO收发器204。MIMO收发器204在传送接口214处经由传送信道206从MIMO无线电单元208接收信号。传送接口214将信号提供给RF后端212，RF后端212然后将信号提供给ADC 210。ADC 210将信号转换成数字信号并且将数字信号提供给中央数字接收器单元203。
在实施方式中，传送信道206包括一个或更多个光纤线缆。在实施方式中，传送信道206包括导电线缆。在实施方式中，传送信道206包括无线信道。在实施方式中，传送信道206包括一个用于发送的光纤链路以及一个用于接收的光纤链路。
使用供数据所用的相同传送信道206硬件将控制信息从MIMO收发器204发送至MIMO无线电单元208。在实施方式中，使用在MIMO无线电单元208上检测并且使用例如数字芯片(例如，低资源FPGA)进行处理的简单ASK调制来发送控制信息。在实施方式中，调制格式是可配置的。
在实施方式中，用于传送控制信息的控制消息(即，控制信号)以与数据信号相比非常低的频率来操作。因而，对控制信号进行上采样以将其添加到数据信号上是浪费的。在实施方式中，构造简单的控制消息帧并且对其进行串行化。使用例如OOK的调制方案对经串行化的控制消息进行调制。将经调制的控制信号与数据信号在模拟域内组合并且通过传送信道206进行发送。
在MIMO无线电单元208上，使用滤波器来选择控制信号。然后对控制信号进行解调并且由数字芯片来处理经解调的控制信号，经处理的控制信号又控制MIMO无线电单元208上的模拟元件。
在实施方式中，由于数据被串行化，所以添加同步(sync)前导码，使得可以在MIMO无线电单元208上检测到“控制帧的开始”。类似的方法用于将控制信息和状态信息从MIMO无线电单元208传递至MIMO收发器204。
图3是实施方式控制组帧系统300的框图。这里所示的控制信号仅用作示例并且可以根据系统300的需要来扩展。系统300包括控制组帧器302、奇偶校验位编码器304以及串行化器306。控制组帧器302对控制信号control_0至control_N进行组帧并且将M个控制帧发送至奇偶校验位编码器304。奇偶校验位编码器304(或任何其他形式的编码)将奇偶校验位编码到控制消息帧308中并且将M+1个控制消息帧308发送给串行化器306，串行化器306对控制帧308进行串行化。在控制信号的采样速率Fs内对控制信号进行组帧并且对奇偶校验位进行编码，该采样速率在实施方式中为大约几兆赫兹(MHz)。串行化器306以大约(M+1)×Fs的频次对控制消息帧308进行串行化。在另一实施方式中，串行化器306以大约(M+N)×Fs的频次对控制消息帧308进行串行化。控制消息帧308包括M+1位并且包括同步字段310、奇偶校验位字段314和控制字段312，控制字段312中的每一个均对应于控制信号(control_0至control_N)中的相应信号。
图4是用于大规模MIMO系统的RRU控制消息传递系统400的实施方式的框图。系统400包括通过传送信道480耦接的收发器单元401和RRU 451。收发器单元401包括数字收发器402、DAC 404、OOK调制器406、控制载波LO 408、组合器410、低通滤波器(low passfilter，LPF)/带通滤波器(band pass filter，BPF)412、电至光转换器(electrical-to-optical converter，E/O)414、光至电转换器(optical-to-electrical converter，O/E)446、定向耦合器448、带通滤波器454、低通滤波器450、对数放大器/包络检波器452以及ADC456。RRU 451包括O/E 416、定向耦合器418、低通(或带通)滤波器420、对数放大器/包络检波器422、TX模拟链424、PA 426、天线428、FPGA/MCU/ASIC 430、时钟分频器432、载波和时钟发生器434、天线436、RX模拟链438、OOK调制器440、LPF/BPF 441、组合器442以及E/O 444。LPF/BPF 412和/或LPF/BPF 441可以是LPF或BPF。时钟分频器432可以用于将载波频率降低至用于FPAG/MCU/ASIC操作的合适频率水平。在实施方式中，LPF 412和LPF 450中的一者或二者可以用带通滤波器来替换。对数放大器/包络检波器422以及对数放大器/包络检波器452可以是对数放大器或包络检波器。
数字收发器402向DAC 404提供数字数据并且向OOK调制器406提供串行控制帧。OOK调制器406将串行控制帧调制到由控制载波LO 408产生的控制载波上。经调制的控制帧被提供给LPF/BPF 412，然后在组合器410处与由DAC 404产生的模拟数据组合。经组合的数据和控制信号被提供给E/O 414，E/O 414将电信号转换成光信号并且通过传送信道480将光信号发送至RRU 451。在实施方式中，传送信道480包括一个或更多个光纤线缆或波导。在实施方式中，传送信道480包括用于从收发器单元401至RRU 451的传输的至少一根光纤线缆以及用于从RRU 451至收发器单元401的传输的至少一根光纤线缆。在其他实施方式中，传送信道480是由例如导电线、同轴线缆或电波导提供的电连接。在实施方式中，传送信道480是无线链路，但是无线链路增加了系统的复杂度并且可能需要改变针对控制消息的调制方案。
RRU 451中的O/E 416从收发器单元401接收光信号并且将光信号转换成电信号。由定向耦合器418将电信号拆分成第一信号和第二信号。在实施方式中，第一信号和第二信号彼此相同，但是在其他实施方式中，功率分配不相等。在实施方式中，定向耦合器418是双工器或多工器。第一信号被发送至TX模拟链424，然后被发送至PA 426，并且然后被发送至天线428进行无线传输。第二信号由定向耦合器418进行采样并且被发送至低通(或带通)滤波器420，低通(或带通)滤波器420从第二信号中滤除数据信号，仅保留经调制的控制信号。经调制的控制信号被发送至对数放大器/包络检波器422进行解调(例如，OOK解调)。然后经调解的控制信号从对数放大器/包络检波器422发送至FPGA/MCU/ASIC 430。FPGA/MCU/ASIC430基于从收发器401接收的控制信息将控制信号提供给RRU 451内的各种元件。控制信号的示例包括AGC控制信号、功率检测信号、交换机控制信号以及天线校准信号。控制消息解码器电路(例如，定向耦合器418、滤波器420和对数放大器/包络检波器422)不需要另外的LO来对经调制的控制载波进行检测。这是由所使用的调制技术引起的结果。
FPGA/MCU/ASIC 430也接收来自RRU 451中的各种元件的控制消息/状态消息。控制消息/状态消息包括关于由FPGA/MCU/ASIC 430控制的各种元件的状态和/或活动的数据(例如，信息)。控制消息/状态消息的示例包括温度警报、控制信号检测警报等。FPGA/MCU/ASIC 430将载波控制信息发送至载波和时钟发生器434。载波控制使得能够在需要时改变载波频率。载波和时钟发生器434将定时信号提供给时钟分频器432。时钟分频器将载波频率调整到用于FPGA/MCU/ASIC操作的合适频率。所接收的串行RRU控制/状态数据或信息从FPGA/MCU/ASIC发送至调制器440。串行RRU控制/状态数据是由FPGA/MCU/ASIC 430基于从FPGA/MCU/ASIC 43控制的各种元件接收回的控制信号所生成的数据。调制器440基于载波和时钟发生器434来调制串行RRU控制/状态数据。因此，由于RRU 451将载波和时钟发生器434(即，FPGA时钟发生器)重新用于从RRU 451至收发器401的控制消息调制，所以不需要额外的LO将控制信息/状态信息发送回到收发器401。控制消息载波可以经由控制消息帧被编程到任何位置，因此不需要硬件改变。
来自天线436的数据由接收器模拟链438接收并处理。在一些实施方式中，天线436可以是与天线428独立的天线。在其他实施方式中，天线436和天线428是相同的天线。例如，在实施方式中，天线436和天线428对于TDD操作是相同的，而对于FDD操作是不同的。天线428、436中的每一个可以包括多个天线或天线阵元(例如，辐射阵元)。组合器442将来自调制器440的经调制的控制/状态数据与来自RX模拟链438的接收器数据组合成单个组合信号。E/O 444将组合信号转换成光信号以由数据传送平面480传输至收发器401。
收发器401中的O/E 446经由数据传送平面480从RRU 451接收组合信号并且将组合信号从光信号转换成电信号。定向耦合器448将电信号拆分成第一接收信号和第二接收信号。第一接收信号和第二接收信号彼此相同。在实施方式中，定向耦合器448是双工器或多工器。第一信号被发送至带通滤波器454，带通滤波器454将控制信号滤掉，仅保留数据信号。然后数据信号被发送至ADC 456，然后被发送至数字收发器402进行进一步处理。第二信号由定向耦合器448进行采样并且被发送至低通(或带通)滤波器450，低通(或带通)滤波器450从第二信号中滤除数据，仅保留经调制的控制/状态信号。经调制的控制/状态信号被发送至对数放大器/包络检波器452进行解调(例如，OOK解调)以获得经解调的串行RRU控制/状态数据，该经解调的串行RRU控制/状态数据被提供给数字收发器402。
图5是示出FPGA系统500的实施方式的框图。FPGA系统500包括FPGA 508、O/E 502、LPF 504、控制信号解调器506、控制/状态信号调制器510、LPF 512、组合器516和E/O 518。FPGA 501经由O/E 502、LPF 504和控制信号解调器506经由数据传送信道从收发器接收经解调的控制信号。用于FPGA 508的逻辑包括(M+1)×(N+1)移位寄存器520，移位寄存器520接收经解调的控制信号。来自移位寄存器520的M+1个输出被提供给前导码检查器524，并且将来自移位寄存器520的(M+1)*N个输出被提供给延迟器522。将来自延迟器522和前导码检查器524的输出被输入到锁存器526。来自锁存器526的(M+1)*N个输出被馈送到错误检测元件528中，并且来自错误检测元件528的M×N个输出被输入到位拆分器530。来自位拆分器的输出是向由FPGA 508控制的各种元件发送的控制信号。
下行链路警报从错误检测元件528发送至寄存器映射532，寄存器映射532还接收来自时钟534的时钟脉冲。组帧器536接收同步信号、来自寄存器映射532的警报以及来自各种RRU元件的控制/状态信号。来自组帧器的输出被发送至奇偶校验位生成器538，并且来自奇偶校验位生成器的输出被发送至串行化器540。来自串行化器的输出是要经由控制调制器510、LPF 512、组合器516以及E/O 518发送回到收发器的控制/状态消息信号，其中，组合器516将经调制的控制/状态消息信号与接收的数据组合，E/O 518将组合信号从电信号转换成光信号以经由数据传送平面传输至收发器。
图6是用于将控制信息从收发器发送至RRU的方法600的实施方式的流程图。方法600在块602处开始，在块602处，收发器生成数字数据信号和串行控制帧。在块604处，将数字数据转换成模拟数据。在块606处，将串行控制帧调制到经调制的载波上。在块608处，使经调制的串行控制帧通过低通滤波器或带通滤波器。在块610处，将模拟数据与经调制的串行控制帧组合成组合信号，以及在块612处，经由单个数据传送平面或信道将组合信号传播至RRU，之后方法600结束。
图7是在RRU中用于经由单个传送平面从收发器接收控制信息和数据的方法700的实施方式的流程图。方法700在块702处开始，在块702处，RRU经由单个传送平面或信道从收发器接收组合信号。组合信号包括控制信息和数据。在块704处，将接收的组合信号拆分或复制成两个相同信号。在块706处，对所拆分的信号之一执行数据传输处理以获得数据信号，然后经由天线发送数据信号。在块708处，通过低通或带通滤波器对拆分或复制的另一信号进行滤波以获得经调制的控制信号。在块710处，对经调制的控制信号进行解调，并且在块712处，将经解调的控制信号发送至RRU中的控制单元(例如，FPGA/MCU/ASIC)，之后方法700结束。
图8是在RRU中用于经由单个传送平面或信道将接收的数据和控制信息/状态信息发送至收发器的方法800的实施方式的流程图。方法800在块802处开始，在块802处，RRU从天线接收数据信号。在块804处，RRU内的控制单元(例如，FPGA/MCU/ASIC)从各种RRU元件接收控制/状态信号。在块806处，控制单元根据各个控制/状态信号来生成RRU控制/状态数据或信息。在块808处，使用FPGA时钟对RRU控制/状态数据进行调制。在块810处，将接收的数据与经调制的串行控制/状态数据组合成单个组合信号。在块812处，经由单个数据传送平面或信道将组合信号传播到收发器，之后方法800结束。
图9是收发器中的用于经由单个数据传送平面从RRU接收数据和控制信息/状态信息的方法900的实施方式的流程图。方法900在块902处开始，在块902处，收发器经由传送信道从RRU接收组合信号。在块904处，将组合信号采样或拆分成两个相同信号。在块906处，将组合信号的一个副本发送至带通滤波器以获得数据信号，并且在块908处，将组合信号的另一副本发送至不同滤波器(低通滤波器或带通滤波器)以获得经调制的控制/状态信号。在块910处，对经调制的控制/状态信号进行解调，并且在块912处，将经解调的控制/状态信号发送至数字收发器进行处理，之后方法900结束。
虽然已经详细描述了本说明书，但是应当理解，可以在不背离通过所附权利要求限定的本公开内容的精神和范围的前提下做出各种改变、替换和变型。此外，本公开内容的范围不意在被限于本文描述的特定实施方式，如本领域技术人员根据本公开内容易于理解的，当前存在或以后要开发的处理、机器、制品以及物品、装置、方法或步骤的组合可以执行与本文描述的相应实施方式基本上相同的功能或实现基本上相同的结果。因此，所附权利要求意在将这样的处理、机器、制品以及物品、装置、方法或步骤的组合包括在其范围内。

Claims (22)

1.一种多输入多输出(MIMO)无线通信系统中的网络元件，所述网络元件包括：
数字收发器，所述数字收发器被配置成生成数据信号和控制信号，所述控制信号包括用于控制远端无线电单元(RRU)上的模拟元件的控制信息以及关于所述RRU上的模拟元件的状态信息中的一者；
调制器，所述调制器被配置成将所述控制信号调制到控制载波上；
发送滤波器，所述发送滤波器被配置成对经调制的控制信号进行滤波；以及
组合器，所述组合器被配置成将所述数据信号与经调制且经滤波的控制信号组合并且经由物理信道将经组合的信号发送至第二网络元件。
2.根据权利要求1所述的网络元件，其中，所述发送滤波器包括低通滤波器和带通滤波器中的一者。
3.根据权利要求2所述的网络元件，其中，所述调制器被配置成执行以下调制中的一者：开关键控(OOK)调制；幅度偏移键控(ASK)调制；以及单边带(SSB)调制。
4.根据权利要求1所述的网络元件，其中，所述网络元件还包括：
定向耦合器，所述定向耦合器被配置成从所述第二网络元件接收组合信号并且将所述组合信号拆分成第一信号和第二信号；
第一接收滤波器，所述第一接收滤波器被配置成从所述定向耦合器接收所述第一信号并且从所述第一信号中提取数据；以及
解调器，所述解调器被配置成经由第二接收滤波器从所述定向耦合器接收所述第二信号，其中，所述解调器被配置成从所述第二信号中提取控制信息/状态信息。
5.根据权利要求4所述的网络元件，其中，所述组合信号包括从大规模MIMO天线系统接收的多个数据信号。
6.根据权利要求1所述的网络元件，其中，所述第二接收滤波器包括低通滤波器和带通滤波器中的一者。
7.根据权利要求6所述的网络元件，其中，所述解调器被配置成执行以下解调中的至少一者：开关键控(OOK)解调；幅度偏移键控(ASK)解调；以及单边带(SSB)解调。
8.根据权利要求1所述的网络元件，其中，所述网络元件包括所述RRU并且还包括：
控制单元，所述控制单元被配置成根据所述控制信息来控制所述RRU内的元件。
9.根据权利要求8所述的网络元件，还包括：
用于接收数据的天线；
调制器，所述调制器被配置成从所述控制单元接收状态信息并且将所述状态信息调制到由载波和时钟发生器生成的载波信号上；以及
组合器，所述组合器用于将经调制的状态信息与所述数据组合成单个信号以经由第二物理信道传输至所述收发器。
10.根据权利要求8所述的网络元件，其中，所述控制单元包括现场可编程门阵列(FPGA)。
11.根据权利要求10所述的网络元件，其中，所述调制器包括FPGA时钟发生器。
12.根据权利要求1所述的网络元件，其中，所述数据信号包括由大规模MIMO天线系统传输的多个数据信号。
13.根据权利要求1所述的网络元件，其中，所述第二网络元件包括控制器和所述RRU中的一者。
14.一种在网络元件中用于控制多输入多输出(MIMO)系统中的远端无线电单元(RRU)的方法，所述方法包括：
利用收发器来调制控制信号以产生经调制的控制信号，其中，所述控制信号包括用于控制所述RRU上的模拟元件的控制信息以及关于所述RRU上的模拟元件的状态信息中的一者；
利用所述收发器将所述经调制的控制信号与数据信号组合以产生组合信号；以及
经由物理信道将所述组合信号发送至第二网络元件。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
经由所述物理信道从所述第二网络元件接收接收的组合信号，其中，所述接收的组合信号包括所述控制信息和所述状态信息中的一者以及接收的数据信号；
将所述接收的组合信号拆分成第一信号和第二信号；
使所述第一信号通过带通滤波器以获得所述接收的数据信号；以及
使所述第二信号通过低通滤波器或带通滤波器以获得所述控制信息和所述状态信息中的一者。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在不使用本地振荡器(LO)的情况下检测用于所述控制信息和所述状态信息中的一者的控制载波。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，调制所述控制信号包括使用以下调制中的一者：开关键控(OOK)调制；幅度偏移键控(ASK)调制；以及单边带(SSB)调制。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，将所述经调制的控制信号与所述数据信号组合包括：使所述经调制的控制信号通过低通滤波器或带通滤波器。
19.一种在第一网络元件中用于从第二网络元件接收控制信号和/或状态信号的方法，所述方法包括：
在所述第一网络元件处在物理信道上接收来自所述第二网络元件的组合信号，其中，所述组合信号包括用于控制远端无线电单元(RRU)上的模拟元件的RRU控制信息和关于所述RRU上的模拟元件的RRU状态信息中的一者以及数据；
由所述第一网络元件将所述组合信号拆分成第一信号和第二信号；
由所述第一网络元件通过数据处理元件来处理所述第一信号并且发送所述数据；以及
由所述第一网络元件使所述第二信号通过低通滤波器或带通滤波器以获得所述RRU控制信息和所述RRU状态信息中的一者。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
利用所述第一网络元件来调制控制/状态信号以产生经调制的控制/状态信号，其中，所述控制/状态信号包括用于控制所述RRU上的模拟元件的控制信息以及关于所述RRU上的模拟元件的状态信息中的一者；
利用所述第一网络元件将所述经调制的控制/状态信号与接收的数据信号组合以产生第二组合信号；以及
利用所述第一网络元件经由所述物理信道将所述第二组合信号发送至所述第二网络元件。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，在不使用本地振荡器(LO)的情况下检测用于所述RRU控制信息和所述RRU状态信息中的一者的经调制载波。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，调制所述控制/状态信号包括使用以下调制中的一者：开关键控(OOK)调制；幅度偏移键控(ASK)调制；以及单边带(SSB)调制。
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