CN112088502B - 用于基站收发信台的射频拉远单元和中央单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于基站收发信台(500)的射频拉远单元(remote radio unit，RRU)(510)。所述RRU(510)包括：噪声发生器(511)，用于提供具有预定义统计特性(具体是二阶统计(second‑order statistics，SOS)和/或高阶统计(higher‑order statistics，HOS))的射频(radio frequency，RF)噪声信号；通信接口(513)，用于通过所述RRU(510)和所述基站收发信台(500)的中央单元(530)之间的光载无线通信(radio‑over‑fiber communication，RoF)上行信道(520b)传输所述RF噪声信号作为刺激信号，以确定对所述RRU(510)将要传输的目标信号进行预失真，所述通信接口(513)还用于通过所述RRU(510)和所述基站收发信台(500)的所述中央单元(530)之间的RoF下行信道(520a)接收所述预失真目标信号；以及天线(515)，用于传输所述通信接口(513)接收的所述预失真目标信号。此外，本发明涉及所述基站收发信台(500)的相应中央单元(530)以及操作这些单元的相应方法。

Description

用于基站收发信台的射频拉远单元和中央单元
技术领域
总体来说，本发明涉及无线通信领域。更具体地，本发明涉及由光载无线通信(radio-over-fiber communication，RoF)链路耦合的基站收发信台的射频拉远单元(remote radio unit，RRU)和中央单元以及相应的方法。
背景技术
高带宽无线通信系统的主要传输方案之一是基于光来实现基站收发信台(或简称为“基站”)的中央单元和RRU之间的无线信号传输。这种通信系统通常称为RoF系统。在RoF系统中，无线信号用于调制光载波的强度。图1示出了习知的RoF链路或系统，即基站收发信台100，的简化图。其中，无线信号由包括电光(electronic-to-optical，EO)转换器的中央单元130的RoF收发器转换为光信号。所述光信号通过光纤120传输，并由RRU110处的另一RoF收发器检测，其中光电(optical-to-electronic，OE)转换器恢复原始射频(radiofrequency，RF)信号，所述原始RF信号放大后通过所述RRU的天线传输。与习知的铜线方案相比，这种在光纤上通过光载波传输RF信号的技术具有许多优点，例如低衰减损耗、大带宽和低功耗等。
RoF通信系统主要有两种，即模拟RoF系统和数字或数字化RoF系统。
图1示出了包括由RoF链路120耦合的RRU110和中央单元130的习知的模拟RoF系统。在图1所示的示例性模拟RoF系统中，所述RRU110仅包括RoF收发器或通信接口和功率放大器(power Amplifier，PA)。所述中央单元130中设置了模数转换器(analog-to-digitalconverter，ADC)和数模转换器(digital-to-analog converter，DAC)(以及DSP单元和RoF收发器)。
图2示出了习知的数字RoF系统200，其中，RRU210而非中央单元230中设置了ADC和DAC，这增加了RRU210的硬件复杂度。在大规模部署中，如大规模MIMO毫米波应用，多个信道被放在一个RRU中(例如，大规模MIMO中一个RRU内置64天线，即RRU内部也包含64RoF、64PA及其他如滤波器等配件)。这大大增加了RRU的尺寸，因此，在实践中难以部署。
模拟RoF系统的主要挑战之一是增加长距离传输的系统线性度(如20Km光纤中的色散效应)，如以下简单应用场景所示：正交频分复用(orthogonal frequency divisionmultiplexing，OFDM)基带宽度200MHz；RF3.5GHz；光纤长度20Km；直接调制激光(directlymodulated laser，DML)；单根光纤用于单个RF信道，其中，下行光波长1550nm，上行波长1310nm。对于这种简单的应用场景，由于激光啁啾和光纤色散的组合效应，单链路性能相邻信道功率比(adjacent channel power ratio，ACPR)可降低7-9dBc。
已有研究试图解决模拟RoF系统在长距离传输时存在的问题，并且试图通过增加一些硬件组件和优化的算法来提高整个系统的性能。
例如，人们已经提出将传统的数字预失真技术用于下行链路非线性补偿。后失真器能够改进上行链路性能，但是也需要训练信号，由此增加了RRU(例如，在硬件方面)的复杂性。为了补偿RoF上行链路的非线性，需要训练信号，否则将导致性能的崩溃。(参见AtsoHekkala等人的《具有非理想反馈的RoF和PA的联合补偿架构》(Architectures for JointCompensation of RoF and PA with Nonideal Feedback)，2010年5月IEEE第71届车辆技术会议(Vehicular Technology Conference，VTC)2010-春季)；以及Atso Hekkala等人的《光载无线通信链路的预失真：算法、实现和测量》(Predistortion of Radio Over FiberLinks:Algorithms,Implementation,and Measurements)，IEEE电路与系统学报I：常规论文(TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS—I:REGULAR PAPERS)，第59期，第三篇，2012年3月，第672-674页)。
训练信号通常在数字基带中。如果增加RRU中的基带，则必须在RRU中添加RF收发器、DAC和其他组件，这又将增加RRU的尺寸，因此，可能会使这样的RRU不适用于实际部署。
如图3所示，在习知的RoF系统中，训练信号由RRU110的训练信号模块111添加，并且使用在中央单元130a中实现的算法来识别上行信道120b。图4更详细地示出了用于生成在图3所示的系统中使用的习知的训练信号的训练信号模块111。在RRU110中生成训练信号通常由数字基带信号发生器111a、DAC111c、RF调制器111d实现，其频率与中央单元130、数字上变频器(digital upconverter，DUC)111b以及用于同步载波的同步单元(synchronizing，Syn)处的解调频率同步。可以理解的是，所有这些组件都将增加所述习知的RRU110的成本、尺寸和重量。
因此，需要为基站收发信台提供改进的射频拉远单元和改进的中央单元。
发明内容
本发明的目的是提供用于基站收发信台的改进的射频拉远单元和改进的中央单元。
前述和其他目的通过独立权利要求的标的物实现。进一步的实施形式在从属权利要求、具体说明和附图中显而易见。
总体来说，本发明实施例基于以下构思：在RRU侧使用噪声发生器来生成具有已知统计特性的刺激信号并在上行RoF信道上应用盲识别/均衡。为此，本发明实施例进行基于SOS的盲均衡。本发明实施例提供了允许线性和非线性盲均衡的必要架构。根据本发明的另外的实施例，在RRU中引入了功率控制单元，以使系统在真实环境中具有鲁棒性和自适应性。
更具体地，根据第一方面，本发明涉及一种用于基站收发信台的RRU。所述RRU包括：噪声发生器，用于提供具有预定义统计特性(具体是二阶统计(second-orderstatistics，SOS)和/或高阶统计(higher-order statistics，HOS))的RF噪声信号；通信接口，用于通过所述RRU和所述基站收发信台的中央单元之间的RoF上行信道向所述基站收发信台的所述中央单元传输所述RF噪声信号作为刺激(或激励)信号，所述通信接口还用于通过所述RRU和所述基站收发信台的所述中央单元之间的RoF下行信道从所述中央单元接收预失真目标信号；以及天线，用于传输通过所述通信接口接收的所述预失真目标信号。
因此，提供了一种紧凑的RRU，解决了习知的模拟RoF系统在长传输距离方面的问题。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述噪声发生器用于提供所述噪声信号作为具有预定义统计特性的RF白噪声信号。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述RRU还包括功率放大器，用于放大所述通信接口接收的所述预失真目标信号。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述RRU还包括耦合器，用于将所述RRU的RoF下行信道处理链耦合到所述RRU的RoF上行信道处理链。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述RRU还包括控制器，用于提供控制信号，以触发所述噪声发生器提供所述RF噪声信号。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述RRU还包括功分器，用于将所述刺激信号分为第一刺激信号和第二刺激信号，所述通信接口用于通过所述RRU和所述基站收发信台的所述中央单元之间的所述RoF上行信道传输所述第一刺激信号，以及通过所述RRU和所述基站收发信台的所述中央单元之间的另一RoF上行信道传输所述第二刺激信号。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述RRU还包括第一本地功率控制单元(具体是自动增益控制器(automatic gain controller，AGC))，用于控制将要通过所述RRU和所述基站收发信台的所述中央单元之间的所述RoF上行信道进行传输的所述第一刺激信号的功率；以及第二本地功率控制单元(具体是AGC)，用于控制将要通过所述RRU和所述基站收发信台的所述中央单元之间的所述另一RoF上行信道进行传输的所述第二刺激信号的功率。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述RRU还包括全局功率控制器，用于通过实现上行RoF功率控制环路来控制所述第一刺激信号和所述第二刺激信号的所述功率。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述通信接口用于从所述中央单元接收期望目标增益，所述全局功率控制器用于通过基于所述期望目标增益实现上行RoF功率控制环路来控制所述第一刺激信号和所述第二刺激信号的所述功率。所述期望目标增益可以由所述中央单元确定，使得所述上行RoF信道仍然在线性规则下运行，例如，基于所述接收到的信号的累积密度函数(cumulative density function，CDF)或补充累积密度函数(complementary cumulative density function，CCDF)运行。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述通信接口还用于从所述基站收发信台的所述中央单元接收控制信号，以触发所述噪声发生器提供所述RF噪声信号。
根据第二方面，本发明涉及一种用于基站收发信台的中央单元。所述中央单元包括：通信接口，用于通过所述中央单元和所述基站收发信台的RRU之间的RoF上行信道从所述基站收发信台的所述RRU接收RF噪声信号作为刺激(或激励)信号；以及预失真单元，用于基于所述通信接口接收的所述RF噪声信号和关于所述RF噪声信号的预定义统计特性(具体是SOS和/或HOS)的信息，对所述RRU将要传输的目标信号进行预失真。所述通信接口还用于通过RoF下行信道将所述预失真目标信号传输至所述基站收发信台的所述RRU。
在第二方面的另一种可能的实现方式中，所述预失真单元用于基于所述通信接口接收的所述RF噪声信号使用盲信道识别算法对所述RRU将要传输的所述目标信号进行预失真。
在第二方面的另一种可能的实现方式中，所述盲信道识别算法是恒模算法(constant modulus algorithm，CMA)。
在第二方面的另一种可能的实现方式中，所述中央单元还包括控制单元，用于提供控制信号，所述通信接口还用于向所述RRU传输所述控制信号，以触发所述RRU的噪声发生器提供所述RF噪声信号。
在第二方面的另一种可能的实现方式中，所述中央单元还包括模数转换器和/或数模转换器，所述预失真单元用于在数字域(即，基带)中对所述目标信号进行预失真。
根据第三方面，本发明涉及一种基站收发信台，包括根据本发明第一方面所述的一个或多个RRU、根据本发明第二方面所述的中央单元以及连接所述一个或多个RRU与所述中央单元的一个或多个光纤。
根据第四方面，本发明涉及一种用于操作基站收发信台的RRU的方法。所述方法包括以下步骤：提供具有预定义统计特性(具体是SOS和/或HOS)的RF噪声信号；通过所述RRU和所述基站收发信台的中央单元之间的RoF上行信道传输所述RF噪声信号作为刺激信号；通过所述RRU和所述基站收发信台的所述中央单元之间的RoF下行信道接收预失真目标信号；以及通过所述RRU的天线传输所述预失真目标信号。
根据本发明第四方面所述的方法可以由根据本发明第一方面所述的RRU执行。根据本发明第四方面所述的方法的其它特征直接来自根据本发明第一方面所述的RRU的功能及其上述和下述的不同实现方式。
根据第五方面，本发明涉及一种操作基站收发信台的中央单元的方法。所述方法包括：通过所述中央单元和所述基站收发信台的RRU之间的RoF上行信道接收RF噪声信号作为刺激信号；基于所述RF噪声信号和关于所述RF噪声信号的预定义统计特性(具体是SOS和/或HOS)的信息，对所述RRU将要传输的目标信号进行预失真；以及将所述预失真目标信号通过RoF下行信道传输至所述基站收发信台的所述RRU。
根据本发明第五方面所述的方法可以由根据本发明第二方面所述的中央单元执行。根据本发明第五方面所述的方法的其它特征直接来自根据本发明第二方面所述的中央单元的功能及其上述和下述的不同实现方式。
根据第六方面，本发明涉及一种计算机程序产品，包括程序代码，当在计算机或处理器上执行时，所述程序代码用于执行第四方面所述的方法和/或第五方面所述的方法。
本发明可以在硬件和/或软件中实现。
附图说明
本发明的具体实施方式将结合以下附图进行描述，其中：
图1示出了模拟RoF系统的示意图；
图2示出了数字RoF系统的示意图；
图3示出了使用习知的训练信号进行上行非线性补偿的RoF系统的示意图；
图4示出了用于提供习知的训练信号的训练信号模块的示意图；
图5示出了包括一实施例提供的RRU和一实施例提供的中央单元的基站收发信台的示意图；
图6示出了包括一实施例提供的RRU和一实施例提供的中央单元的基站收发信台的示意图；
图7示出了包括一实施例提供的RRU和一实施例提供的中央单元的基站收发信台的示意图；
图8示出了一实施例提供的RRU和一实施例提供的中央单元中的下行传输的处理步骤的示意图；
图9示出了一实施例提供的RRU和一实施例提供的中央单元中的预失真下行传输的处理步骤的示意图；
图10示出了在本发明实施例中实现的预失真的各个方面的示意图；
图11示出了在本发明实施例中实现的预失真建模的各个方面的示意图；
图12示出了在本发明实施例中实现的预失真建模的各个方面的示意图；
图13示出了包括一实施例提供的RRU和一实施例提供的中央单元的基站收发信台的示意图；
图14示出了一实施例提供的RRU和一实施例提供的中央单元的性能的示意图；
图15示出了一实施例提供的RRU的控制器的示意图；
图16示出了一实施例提供的用于操作RRU的方法的示意图；
图17示出了一实施例提供的用于操作中央单元的方法的示意图。
在各个附图中，相同的附图标记将用于说明相同的或至少在功能上等同的特征。
具体实施方式
以下结合附图进行描述，所述附图是描述的一部分，并通过图解说明的方式示出可以实施本发明的具体方面。可以理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以利用其他方面，并可以做出结构上或逻辑上的改变。因此，以下详细的描述并不当作限定，本发明的范围由所附权利要求书界定。
可以理解的是，与所描述的方法有关的内容对于与用于执行方法对应的设备或系统也同样适用，反之亦然。例如，如果描述了一个具体的方法步骤，对应的设备可以包括用于执行所描述的方法步骤的单元，即使此类单元未在图中详细阐述或说明。
此外，在下面的详细描述中以及在权利要求中，描述了具有相互连接或交换信号的不同功能块或处理单元的实施例。可以理解的是，本发明还包括实施例，其包括下文中描述的实施例中的功能块或处理单元之间设置的附加功能块或处理单元。
最后，应理解，除非另外具体指出，否则本文中描述的各种示例性方面的特征可彼此组合。
如下文将进一步详细描述的，本发明实施例基于以下构思：用噪声发生器代替习知的RRU110的训练信号发生器，来生成具有明确统计特性的刺激信号作为上行RoF输入信号，并在中央单元处执行盲信道识别算法。因此，有利地，根据一实施例，仅需要噪声发生器，优选地，二极管噪声发生器，以在RRU510中生成刺激信号。
图5示出了包括一实施例提供的RRU510和一实施例提供的中央单元530的基站收发信台500的示意图，所述RRU510通过RoF下行信道520a以及RoF上行信道520b连接到所述中央单元530。为清楚起见，图5中仅示出了一个RRU510。然而，可以理解的是，所述基站收发信台500可以包括多个RRU510，例如图5中所示的RRU510，这些RRU510(通过相应的多个RoF链路)连接到一个或多个中央单元，例如图5中所示的中央单元530。
所述RRU510包括噪声发生器511，用于提供具有预定义统计特性(具体是SOS和/或HOS)的RF噪声信号。在一实施例中，噪声发生器511用于提供具有预定义统计特性(具体是SOS和/或HOS)的RF白噪声信号。在一实施例中，所述噪声发生器511是二极管噪声发生器。
此外，所述RRU510包括通信接口513，用于通过所述RRU510和所述基站收发信台500的所述中央单元530之间的RoF上行信道520b传输所述RF噪声信号作为刺激信号，以基于所述RF噪声信号确定对所述RRU510将要传输的目标信号进行预失真。所述通信接口513还用于通过所述RRU510和所述基站收发信台500的所述中央单元(530)之间的RoF下行信道520a接收所述预失真目标信号。
再者，所述RRU510包括天线(515)，用于传输所述通信接口513接收的所述预失真目标信号。
所述基站收发信台500的所述中央单元530包括通信接口531，用于通过所述中央单元530和所述基站收发信台500的所述RRU510之间的所述RoF上行信道520b接收所述RF噪声信号作为刺激信号。
此外，所述中央单元530包括实施一算法的预失真单元533，用于基于所述通信接口531接收的所述RF噪声信号以及关于所述RF噪声信号的所述预定义统计特性(具体是SOS和/或HOS)的信息，对所述RRU510将要传输的所述目标信号进行预失真。在一实施例中，可以从所述中央单元530的存储器中检索关于所述RF噪声信号的所述预定义统计特性的所述信息。
所述中央单元530的所述通信接口531还用于通过所述RoF下行信道520a向所述基站收发信台500的所述RRU510传输所述预失真目标信号。
在一个实施例中，所述RRU510还包括功率放大器517，用于放大所述通信接口513从所述中央单元530接收的所述预失真目标信号。
如图5所示，在一实施例中，所述RRU510还包括耦合器518，用于将所述RRU510的RoF下行信道处理链(在图5所示的实施例中，包括所述通信接口513的下行部分、所述功率放大器517以及所述天线515)耦合到所述RRU510的RoF上行信道处理链(在图5所示的实施例中，包括所述噪声发生器511和所述通信接口513的上行部分)。
在一实施例中，所述RRU510还包括控制器512，用于提供控制信号，以触发噪声发生器511提供所述RF噪声信号(如图12所示)。可替代地或另外地，用于触发所述噪声发生器511的所述控制信号可由所述中央单元530提供。因此，在一实施例中，所述RRU510的所述通信接口513还用于从所述基站收发信台500的所述中央单元530接收控制信号，以触发所述噪声发生器511提供所述RF噪声信号。在一个实施例中，所述基站收发信台500的所述中央单元530还包括控制单元，用于提供控制信号，其中所述中央单元530的所述通信接口531用于向所述RRU510传输所述控制信号以触发所述RRU510的所述噪声发生器511提供所述RF噪声信号。
如图5所示，在一实施例中，所述基站收发信台500的所述中央单元530还包括模数转换器537和/或数模转换器536，其中，所述预失真单元533用于在数字域(即，基带)中对所述目标信号进行预失真。
可以理解的是，所述噪声发生器511，例如二极管噪声发生器，可以由具有紧凑尺寸的低成本元件提供，所述紧凑尺寸是提供所述刺激信号的唯一必要元件(与图4所示的习知的训练信号模块所需的附加元件相反)。如上所述，然后，所述中央单元530通过应用在单元533中实现的算法(具体是盲信道识别算法)、使用关于所述RF噪声信号即刺激信号的所述预定义统计特性(具体是SOS和/或HOS)的信息，来识别所述上行RoF信道520b。所述刺激信号的这些统计特性可用于所述中央单元530，因为它们是由所述噪声发生器511的物理特性定义的。
在一个实施例中，所述中央单元530可以实现例如众所周知的CMA算法，该算法需要HOS信息并且使平均成本函数E{Ψ(y(n))}最小化：
Ψ(y(n))＝(|y(n)2-R|)2，其中R＝E{|a(n)|4}/E{|a(n)|2}。
其中，y(n)表示均衡信号，a(n)表示输入信号。其中，E{(|y(n)2-R|)2}和E{|a(n)|4}表示第4阶统计(HOS)信息。其中，E{[a(n)2}}表示2阶统计(SOS)信息。但是，该算法不适用于高斯分布的输入信号：这意味着不能利用HOS信息或只能利用SOS信息。换句话说，使用HOS信息依赖于成本函数的最小化，这要求输入信号的HOS与SOS的比值。这种最小化将优化均衡信号的分布(统计)以使之接近输入信号的分布。然而，可以证明，可以对高斯信号进行这种优化。这是因为经过线性信道之后的高斯信号将始终保持为高斯信号，也就是说，不存在分布上的差别。
因此，在一实施例中，所述预失真单元533用于基于所述通信接口531接收的所述RF噪声信号使用盲信道识别算法对所述RRU510将要传输的所述目标信号进行预失真。如上所述，在一实施例中，所述盲信道识别算法是CMA。
根据其他实施例，所述基站收发信台500的所述RRU510和所述中央单元530可以实现SIMO架构，以下将进一步参考图6更详细地描述该架构，该架构在大规模MIMO场景中特别有用。如图6所示，根据一实施例，所述RRU510本身可以支持所述SIMO架构，所述RRU510还包括功分器516与相应的功率控制单元519，例如自动增益控制(automatic gain control，AGC)单元，用于稳定上行RoF输入功率。
因此，在一实施例中，所述RRU510还包括：功分器516，用于将所述刺激信号至少分为第一刺激信号和第二刺激信号；其中所述通信接口513的上行部分用于通过所述RRU510和所述基站收发信台500的所述中央单元530之间的所述RoF上行信道520b传输所述第一刺激信号，以及通过所述RRU510和所述基站收发信台500的所述中央单元530之间的另一RoF上行信道520c传输所述第二刺激信号。
在一实施例中，所述RRU510还包括：第一本地功率控制单元519(具体是AGC)，用于控制将要通过所述RRU510和所述基站收发信台500的所述中央单元530之间的所述RoF上行信道520b进行传输的所述第一刺激信号的功率；以及第二本地功率控制单元519(具体是AGC)，用于控制将要通过所述RRU510和所述基站收发信台500的所述中央单元530之间的所述另一RoF上行信道520c进行传输的所述第二刺激信号的功率。
在一实施例中，所述RRU510还包括全局功率控制器514(在图15中示出，并在下文中将进一步详细说明)，用于通过实现上行RoF功率控制环路来控制所述第一刺激信号和所述第二刺激信号的所述功率。为此，所述RRU510的所述通信接口513的下行部分可用于从所述中央单元530接收期望目标增益，所述全局功率控制器514可用于通过基于所述期望目标增益实现上行RoF功率控制环路来控制所述第一刺激信号和所述第二刺激信号的所述功率。所述期望目标增益可以由所述中央单元530确定，使得所述上行RoF信道仍然在线性规则下运行，例如，基于所述接收到的信号的恒定CDF或恒定CCDF。
因此，在一实施例中，图6中所示的多个RoF信道应该是彼此不同的(多样性条件)，并且所述中央单元530可以应用利用这种多样性的基于SOS的盲均衡算法，以在线性场景和非线性场景中均实现高精度和低复杂度。根据本发明实施例，这些类型的算法不需要关于所述刺激信号的所述统计特性的信息。因此，在本发明另外的实施例中，图6中所示的所述噪声发生器511不是必需的，可以用不同的稳定信号源，如下行信号或上行信号来代替。
如上所述，本发明实施例(其中一个实施例如图7所示)提供了上行RoF功率控制环路，所述环路基于以下发现：上行RoF输入信号功率是所述上行信道520b和所述下行信道520a的信道识别质量的关键因素。因此，本发明实施例提供了一种闭环功率控制架构。此功率控制由所述RRU510执行，而功率电平，即所述目标增益，由所述中央单元530确定。为此，在一实施例中，可以将上行信号质量和/或下行信号质量作为信息(例如，MSE、EVM、SER或BER)反馈给上行RoF功率控制单元519。在一个实施例中，所述RRU510和所述中央单元530用于实现以下场景：对于给定范围的上行RoF输入信号功率电平，在每个功率电平执行环路校准，包括上行补偿(后失真)和下行补偿(前失真)，从而找到产生最佳下行信号的功率电平。更具体地，所述RRU510的所述相应的功率控制单元519将遵循关于上行RoF功率电平的指令。所述中央单元530的盲信道识别/均衡模块可以评估均衡后的上行信号的质量。所述中中央单元530的预失真器模块可以评估均衡后的环路下行信号的信道质量。上行RoF功率控制器根据对上/下行信号质量的评估，优化上行RoF功率电平。
在以下不同方面中，将更详细地描述图5、6和7所示的实施例的进一步背景和/或修改。
图8示出了下行传输的信号流，其中信号从A流向B、C、D、E、F、G，然后由天线515发射。在一示例性实施例中，中央单元530的信号发生器535生成200MHz带宽的OFDM基带信号。在这种情况下，对于200MHz带宽的OFDM基带数字信号，A和B处的信号是相同的。在DAC536中，将信号调制到3.5GHz的频率载波，然后转换为模拟信号，使C处的输出为3.5GHz的模拟电信号。在通信接口531(即，RoF单元)的下行部分，将电信号调制到波长为1550nm的光载波上，使得D和E为光信号。
在所述RRU510处，所述通信接口513的下行部分将光信号转换为电信号，这是由中央单元530的通信接口531的下行部分所执行的过程的逆过程。因此，在F处，该信号又是一个3.5GHz的模拟电信号。可以理解的是，在理想的信道条件下，F处的信号将具有与C处的信号相同的形状。所述RRU510的功率放大器517用于从F到G的信号能量放大。
如上文在本发明的技术背景的上下文中所述，对于两条长距离RoF链路(例如，长度为10-20Km的光纤)，功率放大器518可以具有非线性特性，从而使得信号失真，增加带外能量。在现有技术中，这种失真的信号很难被接收器恢复。为了克服这个问题，已知可以实现数字预失真算法，在图9中将其引用为“Alg1”。因此，在图9所示的实施方式中，从A流向B的信号因数字预失真算法“Alg1”而失真，该数字预失真算法抵消了上述功率放大器517的非线性特性。这在图10中示出，其中原始(Org)信号具有非线性特征，预失真(Pre)算法抵消非线性特征，最终的组合信号(Comb)将具有理想线性。
因此，预失真算法可以补偿硬件模块的任何非线性。然而，这要求在设计任何预失真算法之前具有关于硬件模块引入的一个或多个非线性的信息。这可以使用训练信号来完成，如图11所示。所述训练信号由信号生成单元535(或提供给所述信号生成单元535)生成，并从A流向B、C、D、E、F和G。目标是在G和L处实现相同的信号非线性。换句话说，通过算法“Alg2”，从A到G的整个非线性模型必须用算法“Alg1”来表示和预失真。在距离非常长的光纤以及相应的通信接口531、513的上行和下行部分的情况下，也涉及从H到K的一些非线性，但是这在Alg2中并不需要。
如以上在图5的上下文中所述，根据一实施例的RRU510包括噪声发生器511，用于提供刺激信号作为具有预定义统计特性(具体是SOS和/或HOS)的RF噪声信号，为中央单元530所知。图12中示出了对应的信号流。刺激信号从N流向I、J、K和L。根据本发明实施例，算法“Alg2”使用关于刺激信号的统计特性的信息，例如SOS信息，来建模上行信道特征。如上所述，在一实施例中，所述RRU510的控制器512可用于向所述噪声发生器511(如图12中M处所示)提供控制信号，以触发所述噪声发生器511。
图13示出了图6和图7所示的SIMO实施例中的信号流。如上所述，SIMO实施例基于以下构思：首先描述上行信道特征，再对上行信道特征进行补偿(如图13中H-L的信号流所示)。如本文中所使用的，SIMO是指一个下行信道和至少两个上行信道。图13示出了一个简单的SIMO实施例，与图6和图7中所示的实施例类似。如以上在图6和图7的上下文中所述，在一实施例中，所述RRU510可以进一步包括相应的功率控制单元519(具体是相应的AGC)，以控制不同的上行信道520b和520c的不同增益。有利地，这允许独立控制不同的上行信道520b和520c，并通过在中央单元530中实现的算法“Alg3”来观察由此产生的差异。
可以在以下条件下识别SIMO系统：(i)系统中的所有信道必须彼此足够不同；(ii)输入序列必须足够复杂；以及(iii)需要有足够的输出样本。如上所述，在本发明实施例中，在RRU510中实现了相应的功率控制单元519，用于调整每个上行信道的输入功率，以便它们可以以不同的方式工作。所述中央单元510提供的训练序列可以是任意复杂的，并且可以保持足够时间以便获得足够的输出样本供算法“Alg3”处理。
在一实施例中，两步最大似然(two-step maximum likelihood，TSML)算法可以在中央单元530中实现为算法“Alg3”。因此，如果y表示来自多个信道的接收信号(向量)，根据一实施例，可以通过以下TSML算法识别信道：
步骤1：
Figure BDA0002757444230000091
||hc||＝1
步骤2：
Figure BDA0002757444230000092
||he||＝1
Figure BDA0002757444230000093
表示伪反转操作，
其中Y由y生成，Gc由hc生成，使得：
GHy＝Yh，
均衡：
其中，H为h的Sylvester矩阵，
seq＝(HHH)-1HHy。
图14示出了算法“Alg3”作为中央单元530中的TSML算法的性能。图14所示的模拟结果用于具有两个信道的线性SIMO系统，其中每个信道的长度L＝10，并且系数是随机生成的。NMSE表示均衡后信号与输入信号之间的归一化均方误差。据观察，在高SNR区域可以实现低NMSE。
图15示出了图13所示的RRU510的全局功率控制器514的更详细示意图。如上所述，在一实施例中，控制器514可以具有三个主要功能。控制器514的信号识别模块514a用于识别接收到的输入信号。在控制信号的情况下，增益控制模块514b将在合适的时间生成增益控制信号，并将增益控制信号发送到不同上行链路信道520b、520c的功率分配器516。控制器514的功分器516用于调整不同上行信道520b、520c的实际输出功率。可以理解的是，控制器514能够通过例如周期性操作等处理时变信道。
图16示出了用于操作基站收发信台500的RRU510的方法1600的流程图。所述方法1600包括以下步骤：提供(1601)具有预定义统计特性(具体是SOS和/或HOS)的RF噪声信号；通过所述RRU510和所述基站收发信台500的中央单元530之间的RoF上行信道520b传输(1603)所述RF噪声信号作为刺激信号，以基于所述RF噪声信号确定对所述RRU510将要传输的目标信号进行预失真；通过所述RRU510和所述基站收发信台500的所述中央单元530之间的RoF下行信道520a接收(1605)所述预失真目标信号；以及通过所述RRU510的天线515传输(1607)所述预失真目标信号。
图17示出了用于操作基站收发信台500的中央单元530的方法1700的流程图。所述方法1700包括以下步骤：通过所述中央单元530和所述基站收发信台500的RRU510之间的RoF上行信道520b接收(1701)RF噪声信号作为刺激信号；基于所述RF噪声信号和关于所述RF噪声信号的预定义统计特性(具体是SOS和/或HOS)的信息，对所述RRU510将要传输的目标信号进行预失真(1703)；以及将所述预失真目标信号通过RoF下行信道520a传输(1705)至所述基站收发信台500的所述RRU510。
尽管本发明的特定特征或方面可能已经仅结合几种实施方式或实施例中的一种进行公开，但此类特征或方面可以和其它实施方式或实施例中的一个或多个特征或方面相结合，只要对于任何给定或特定的应用是有需要或有利。而且，在一定程度上，术语“包括”、“有”、“具有”或这些词的其他变形在详细的说明书或权利要求书中使用，这类术语和所述术语“包含”是类似的，都是表示包括的含义。同样，术语“示例性地”，“例如”仅表示为示例，而不是最好或最佳的。可以使用术语“耦合”和“连接”及其派生词。应当理解，这些术语可以用于指示两个元件彼此协作或交互，而不管它们是直接物理接触还是电接触，或者它们彼此不直接接触。
尽管本文中已说明和描述特定方面，但所属领域的技术人员应了解，多种替代和/或等效实施方式可在不脱离本发明的范围的情况下所示和描述的特定方面。该申请旨在覆盖本文论述的特定方面的任何修改或变更。
尽管以上权利要求书中的元件是利用对应的标签按照特定顺序列举的，除非对权利要求的阐述另有暗示用于实施部分或所有这些元件的特定顺序，否则这些元件不必限于以所述特定顺序来实施。
通过以上启示，对于本领域技术人员来说，许多替代、修改和变化是显而易见的。当然，所属领域的技术人员容易认识到除本文所述的应用之外，还存在本发明的众多其它应用。虽然已参考一个或多个特定实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将认识到在不偏离本发明的范围的前提下，仍可对本发明作出许多改变。因此，应理解，只要是在所附权利要求书及其等效物的范围内，可以用不同于本文具体描述的方式来实践本发明。

Claims (17)

1.一种用于基站收发信台（500）的射频拉远单元（remote radio unit，RRU）（510），其特征在于，所述RRU（510）包括：
噪声发生器（511），用于提供具有预定义统计特性的射频（radio frequency，RF）噪声信号；
通信接口（513），用于通过所述RRU（510）和所述基站收发信台（500）的中央单元（530）之间的光载无线通信（radio-over-fiber communication，RoF）上行信道（520b）向所述基站收发信台（500）的所述中央单元（530）传输从所述噪声发生器（511）接收的所述RF噪声信号作为刺激信号，其中，所述通信接口（513）还用于通过所述RRU（510）和所述基站收发信台（500）的所述中央单元（530）之间的RoF下行信道（520a）从所述中央单元（530）接收预失真目标信号；以及
天线（515），用于传输所述通信接口（513）接收的所述预失真目标信号；
功分器（516），用于将所述刺激信号分为第一刺激信号和第二刺激信号，其中所述通信接口（513）用于通过所述RRU（510）和所述基站收发信台（500）的所述中央单元（530）之间的所述RoF上行信道（520b）传输所述第一刺激信号，以及通过所述RRU（510）和所述基站收发信台（500）的所述中央单元（530）之间的另一RoF上行信道（520c）传输所述第二刺激信号。
2.根据权利要求1所述的RRU（510），其特征在于，所述噪声发生器（511）用于提供具有预定义统计特性的RF白噪声信号。
3.根据权利要求1所述的RRU（510），其特征在于，所述RRU（510）还包括功率放大器（517），用于放大所述通信接口（513）接收的所述预失真目标信号。
4.根据权利要求1所述的RRU（510），其特征在于，所述RRU（510）还包括耦合器（518），用于将所述RRU（510）的RoF下行信道处理链耦合到所述RRU（510）的RoF上行信道处理链。
5.根据权利要求1所述的RRU（510），其特征在于，所述RRU（510）还包括控制器（512），用于提供控制信号，以触发所述噪声发生器（511）提供所述RF噪声信号。
6.根据权利要求1所述的RRU（510），其特征在于，所述RRU（510）还包括第一本地功率控制单元（519），用于控制将要通过所述RRU（510）和所述基站收发信台（500）的所述中央单元（530）之间的所述上行RoF信道（520b）进行传输的所述第一刺激信号的功率；以及第二本地功率控制单元（519），用于控制将要通过所述RRU（510）和所述基站收发信台（500）的所述中央单元（530）之间的所述另一上行RoF信道（520c）进行传输的所述第二刺激信号的功率。
7.根据权利要求6所述的RRU（510），其特征在于，所述RRU还包括全局功率控制器（512），用于通过实现上行RoF功率控制环路来控制所述第一刺激信号和所述第二刺激信号的所述功率。
8.根据权利要求7所述的RRU（510），其特征在于，所述通信接口（513）用于从所述中央单元（530）接收期望目标增益，所述全局功率控制器（512）用于通过基于所述期望目标增益实现上行RoF功率控制环路来控制所述第一刺激信号和所述第二刺激信号的所述功率。
9.根据权利要求1-8任一项所述的RRU（510），其特征在于，所述通信接口（513）还用于从所述基站收发信台（500）的所述中央单元（530）接收控制信号，以触发所述噪声发生器（511）提供所述RF噪声信号。
10.一种用于基站收发信台（500）的中央单元（530），其特征在于，所述中央单元（530）包括：
通信接口（531），用于通过所述中央单元（530）和所述基站收发信台（500）的射频拉远单元（remote radio unit，RRU）（510）之间的光载无线通信（radio-over-fibercommunication，RoF）上行信道（520b）从所述基站收发信台（500）的所述RRU（510）接收射频（radio frequency，RF）噪声信号作为刺激信号；以及
预失真单元（533），用于基于所述通信接口（531）接收的所述RF噪声信号对所述RRU（510）将要传输的目标信号进行预失真；
所述通信接口（531）还用于将所述预失真目标信号通过RoF下行信道（520a）传输到所述基站收发信台（500）的所述RRU（510）；
所述通信接口（531）还用于通过所述中央单元（530）和所述基站收发信台（500）的RRU（510）之间的所述RoF上行信道（520b）从所述基站收发信台（500）的所述RRU（510）接收第一刺激信号，以及通过所述中央单元（530）和所述基站收发信台（500）的RRU（510）之间的另一RoF上行信道（520c）从所述基站收发信台（500）的所述RRU（510）接收第二刺激信号，所述第一刺激信号和所述第二刺激信号是由RRU（510）中的功分器（516）根据所述刺激信号生成的。
11.根据权利要求10所述的中央单元（530），其特征在于，所述预失真单元（533）用于基于所述通信接口（531）接收的所述RF噪声信号使用盲信道识别算法对所述RRU（510）将要传输的所述目标信号进行预失真。
12.根据权利要求11所述的中央单元（530），其特征在于，所述盲信道识别算法是恒模算法（constant modulus algorithm，CMA）。
13.根据权利要求10所述的中央单元（530），其特征在于，所述中央单元（530）还包括控制单元，用于提供控制信号，所述通信接口（531）还用于向所述RRU（510）传输所述控制信号，以触发所述RRU（510）的噪声发生器（511）提供所述RF噪声信号。
14.根据权利要求10所述的中央单元（530），其特征在于，所述中央单元（530）还包括模数转换器（537）和/或数模转换器（536），其中所述预失真单元（533）用于在数字域中对所述目标信号进行预失真。
15.一种基站收发信台（500），其特征在于，包括：如权利要求1至9中任一项所述的一个或多个射频拉远单元（remote radio unit，RRU）（510）、如权利要求10至14中任一项所述的中央单元（530）以及连接所述一个或多个RRU（510）与所述中央单元（530）的一个或多个光纤（520a-c）。
16.一种用于操作基站收发信台（500）的射频拉远单元（remote radio unit，RRU）（510）的方法（1600），其特征在于，所述方法（1600）包括：
提供（1601）具有预定义统计特性的射频（radio frequency，RF）噪声信号；
通过所述RRU（510）和所述基站收发信台（500）的中央单元（530）之间的光载无线通信（radio-over-fiber communication，RoF）上行信道（520b）传输（1603）所述RF噪声信号作为刺激信号；所述刺激信号包括通过功分器（516）确定的第一刺激信号和第二刺激信号；所述第一刺激信号是通过所述RRU（510）和所述基站收发信台（500）的所述中央单元（530）之间的所述RoF上行信道（520b）传输的；所述第二刺激信号是通过所述RRU（510）和所述基站收发信台（500）的所述中央单元（530）之间的另一RoF上行信道（520c）传输的；
通过所述RRU（510）和所述基站收发信台（500）的所述中央单元（530）之间的RoF下行信道（520a）接收（1605）预失真目标信号；以及
通过所述RRU（510）的天线（515）传输（1607）所述预失真目标信号。
17.一种用于操作基站收发信台（500）的中央单元（530）的方法（1700），其特征在于，所述方法（1700）包括：
通过所述中央单元（530）和所述基站收发信台（500）的射频拉远单元（remote radiounit，RRU）（510）之间的光载无线通信（radio-over-fiber communication，RoF）上行信道（520b）接收（1701）射频（radio frequency，RF）噪声信号作为刺激信号；所述刺激信号包括通过功分器（516）确定的第一刺激信号和第二刺激信号；所述第一刺激信号是通过所述中央单元（530）和所述基站收发信台（500）的RRU（510）之间的所述RoF上行信道（520b）从所述基站收发信台（500）的所述RRU（510）接收的；所述第二刺激信号是通过所述中央单元（530）和所述基站收发信台（500）的RRU（510）之间的另一RoF上行信道（520c）从所述基站收发信台（500）的所述RRU（510）接收的；
基于所述RF噪声信号对所述RRU（510）将要传输的目标信号进行预失真（1703）；以及
将所述预失真目标信号通过RoF下行信道（520a）传输（1705）至所述基站收发信台（500）的所述RRU（510）。
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