CN112219362A - 用于协调物理介质上的多个数据信道投递的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于统一高带宽、低时延数据服务的设备和方法。在一个实施例中，公开在现有基础设施(例如，混合式光纤同轴电缆基础设施)的至少部分上进行服务投递的网络架构，其包含经由公共服务提供者的标准兼容超低时延和高数据速率服务(例如，5G NR服务)。在一个变体中，3GPP 5G NR支持的并行MIMO数据流在注入到单个同轴电缆馈送器中之前发生频率移位，以便利用频率分集(而非空间分集)达成3GPP 5G NR芯片组可得的总计最大载波带宽。在一个实施方案中，在介质上发射中间频率IF(即，代替较高频率)，并且随后在增强型消费者处所设备CPEe中针对与所述CPEe中的所述3GPP 5G NR芯片组的3GPP频段兼容互操作性而块转换到RF载波频率。

Description

用于协调物理介质上的多个数据信道投递的设备和方法

优先权和相关申请案

本申请案主张2019年4月15日申请的标题相同的美国专利申请案第16/384,706号的优先权益，所述美国专利申请案主张2018年4月16日申请的标题为“用于集成式大容量数据和无线网络服务的设备和方法(APPARATUS AND METHODS FOR INTEGRATED HIGH-CAPACITY DATA AND WIRELESS NETWORK SERVICES)”的美国临时专利申请案第62/658,465号的优先权益，所述美国专利中的每一个以全文引用的方式并入本文中。

本申请案还与以下共同拥有并且同在申请中的美国专利申请案相关：2018年12月11日申请的标题为“用于集成式大容量数据和无线网络服务的设备和方法(APPARATUS ANDMETHODS FOR INTEGRATED HIGH-CAPACITY DATA AND WIRELESS NETWORK SERVICES)”的美国专利申请案序列号16/216,835；2019年1月29日申请的标题为“用于实现增强型无线网络中的用户装置的移动性的设备和方法(APPARATUS AND METHODS FOR ENABLING MOBILITYOF A USER DEVICE IN AN ENHANCED WIRELESS NETWORK)”的美国专利申请案序列号16/261,234；2019年4月15日申请的标题为“用于集成式大容量数据和无线物联网(IoT)服务的设备和方法(APPARATUS AND METHODS FOR INTEGRATED HIGH-CAPACITY DATA ANDWIRELESS IoT (INTERNET OF THINGS)SERVICES)”的美国专利申请案序列号16/384,561；2019年4月15日申请的标题为“用于无线物联网(IoT)服务的网关设备和方法(GATEWAYAPPARATUS AND METHODS FOR WIRELESS IoT(INTERNET OF THINGS)SERVICES)”的美国专利申请案序列号16/384,805；以及2019年4月15日申请的标题为“用于提高大容量无线网络上的过顶传输数据服务的体验质量的设备和方法(APPARATUS AND METHODS FORENHANCING QUALITY OF EXPERIENCE FOR OVER-THE-TOP DATA SERVICES OVER HIGH-CAPACITY WIRELESS NETWORKS)”的美国专利申请案序列号16/384,701，上述美国专利申请案中的每一个以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开大体上涉及数据网络和无线装置的领域，并且具体来说，在一个示范性方面中，涉及集成或统一在多种不同位置和用例中的高速数据服务的提供的架构，包含在共同承载上提供多个数据信道。

背景技术

数据通信服务现在普遍存在于用户处所(例如，家庭、办公室以及甚至车辆)中。这类数据通信服务可经由托管或非托管网络提供。举例来说，典型家庭拥有由一或多个网络服务提供商经由例如电缆或卫星网络的托管网络提供的服务。这些服务可包含内容投递(例如，线性电视、按需内容、个人或云DVR、“重新开始”等)，以及所谓的“过顶传输(overthe top)”第三方内容。类似地，还通常提供因特网和电话接入，并且可将前述内容投递功能捆绑到订阅套餐中，所述订阅套餐在其构造和内容上越来越特定于用户或特定于处所。这类服务还日益尝试采纳“任何位置”、“任何时间”的范式，使得用户(订户)可经由数个不同接收和呈现平台，例如在其家中的不同房间中，当行驶时在其移动装置上等，接入所要服务(例如，观看电影)。

托管电缆网络

网络运营商使用多种不同装置向客户投递数据服务(例如，宽带)和视频产品，进而使得其用户或订户能够在固定(例如，在其住宅)和移动(例如在行驶或离开家时)两者的数种不同情境中存取数据/内容。图1和2是说明用以向其用户和订户提供这类数据服务的典型现有技术托管(例如，电缆)内容投递网络架构的功能框图。

数据/内容投递可特定于网络运营商，例如其中网络运营商或其代理获取视频内容，并且将其作为网络运营商的产品或服务投递给网络用户或订户。举例来说，电缆多系统运营商(MSO)可从多个不同来源(例如，国家网络、内容聚合器等)获取内容，处理获取的内容，并且将其经由例如混合式光纤同轴电缆(HFC)电缆/光纤网络投递给MSO订户，例如投递到订户的机顶盒或DOCSIS电缆调制解调器。这类获取的内容视需要转码为必要格式(例如，MPEG-2或MPEG-4/AVC)，成帧并且置于适当的介质容器格式中(“封装”)，并且经由例如统计多路复用在6MHz射频(RF)信道上发射到多节目传输流(MPTS)中以由订户RF调谐器接收，分用并且解码，并根据规定的译码格式在用户的呈现装置(例如，数字TV)上呈现。

在电缆设备(cable plant)内，VOD以及所谓的交换式数字视频(SDV)还可以用于提供内容，并且利用单节目传输流(SPTS)投递形态。举例来说，在美国电缆系统中，用于发射电视节目的下游RF信道是6MHz宽，并且占用54MHz和860MHz之间的6MHz谱隙。VOD服务的部署必须与已经确立的模拟和数字有线电视服务(例如上文所描述的服务)共享此频谱。在给定电缆设备内，电连接到贯穿社区的相同电缆馈线的所有住宅将接收相同的下游信号。出于管理例如VOD服务的目的，这些住宅分组成逻辑群组，通常称为服务群组。属于同一服务群组的住宅在同一组RF信道集上接收其VOD服务。

VOD服务通常是在给定数目(例如，4个)RF信道上从电缆中的可用频谱提供。因此，VOD服务群组由在相同的4个RF信道上接收VOD信号的住宅组成。

在大部分电缆网络中，使用MPEG(例如，MPEG-2)音频/视频压缩发射节目。由于使用正交振幅调制(QAM)方案发射电缆信号，因此在HFC系统上使用的典型调制速率(QAM-256)的可用有效负载位速率大致为38Mbps。举例来说，在多个VOD部署中，使用典型速率3.75Mbps以等效于NTSC广播信号的分辨率和质量发送一个视频节目。在数字电视术语中，这被称为标清(SD)电视分辨率。因此，使用MPEG-2和QAM调制使得能够在一个RF信道上载送10个SD会话(10×3.75＝37.5Mbps<38Mbps)。由于典型服务群组是由4个RF信道组成，因此可在服务群组内容纳40个同步SD VOD会话。

高清(HD)信号的娱乐质量发射需要是SD需要的带宽的约四倍的带宽。对示范性MPEG-2主规范-高级(MP@HL)视频压缩，每一HD节目需要约15Mbps位速率。

OTT-

替代地，所谓的“过顶传输(over-the-top)”或OTT投递可用于提供网络内的服务，其中来自可与网络运营商无关的第三方来源的内容经由网络运营商的基础设施(包含前述电缆架构)，例如经由基于IP的传输将内容直接提供给请求用户或订户；即，将内容包化并且路由以根据众所周知的因特网协议网络层协议，基于用户的网络或IP地址，例如经由前述的高速DOCSIS电缆调制解调器投递给请求用户。

IP单播(点对点)或多播(点对多点)传统地用作借以在网络上分布OTT内容，经由用户接入规定的URL并且用其凭证登录以获取内容的机构。接着经由单播/多播将内容流式传输到请求用户，并且由用户的PC、手提式计算机或其它支持IP的终端用户装置上的媒体播放器应用程序(“app”)接收和解码。

无线

许多无线连网技术(也被称作无线电接入技术(“RAT”))提供基于无线电的通信网络连接到用户装置的基础装置。这类RAT通常利用经许可射频频谱(即，由FCC按照委员会规则第2.106节所编纂的频率分配表所分配)。目前仅分配了9kHz和275GHz之间的频带(即，指定供一或多个地面或空间无线电通信服务或射电天文学服务在规定条件下使用)。举例来说，典型蜂窝式服务提供者可利用如下表1中所示的所谓的第三代(“3G”)和第四代(“4G”)无线通信的频谱：

表1

替代地，可利用例如所谓的ISM频段内的未经许可的频谱。ISM频段是由无线电法规的脚注5.138、5.150和5.280中的ITU无线电法规(第5章)定义。在美国，ISM频段的使用由美国联邦通信委员会(FCC)规则的第18部分管理，而第15部分含有用于未经许可的通信装置、甚至那些共享ISM频率的通信装置的规则。下表2示出典型ISM频率分配：

表2

还与(非ISM)无许可证通信应用(例如915MHz和2.450GHz频段中的无线传感器网络，以及915MHz、2.450GHz和5.800GHz频段中的无线LAN(例如，Wi-Fi)和无线手机)共享ISM频段。

另外，已分配5GHz频段供例如WLAN设备使用，如表3中所示：

表3

频段名称	频带	需要动态频率选择(DFS)？
			UNII-1	5.15到5.25GHz	否
UNII-2	5.25到5.35GHz	是
			经扩展UNII-2	5.47到5.725GHz	是
UNII-3	5.725到5.825GHz	否

用户客户端装置(例如，智能电话、平板计算机、平板手机、手提式计算机、智能手表或其它支持无线功能的装置、移动装置或其它)通常支持使得装置能够连接到彼此，或连接到网络(例如，因特网、内联网或外联网)的多个RAT，通常包含与经许可频谱和未经许可频谱两者相关联的RAT。特定来说，通过利用连接网络的硬件的无线技术使得客户端装置有可能无线接入其它网络，例如无线接入点(“WAP”或“AP”)、小型小区、超微型小区或蜂窝塔，其由服务提供者网络(例如，电缆网络)的后端或回程部分服务。用户通常可在节点或“热点”，即用户可通过连接到无线射程内的调制解调器、路由器、AP等获得接入的物理位置处接入网络。

使用户能够进行无线通信(例如，经由通过电缆网络运营商提供的服务)的一种这类技术是

(IEEE标准802.11)，其已变成用于消费型电子装置中无线连网的被广泛接受标准。Wi-Fi允许客户端装置经由一或多个接入点方便高速接入网络(例如，无线局域网(WLAN))。

市面上，Wi-Fi能够将服务提供给场馆或处所内，例如受信任家庭或商业环境内，或受信任家庭或商业环境外，例如在咖啡馆、旅馆、商业中心、餐馆和其它公共区域内的用户群组。典型Wi-Fi网络设置可包含用户的客户端装置在与AP(和/或连接到AP的调制解调器)的无线通信中与后端通信，其中客户端装置必须在允许客户端装置检测来自AP的信号并且与AP进行通信的某一射程内。

广泛使用的另一无线技术是长期演进标准(还通俗地称为“LTE”、“4G”、“高级LTE”等等)。LTE网络以演进包核心(“EPC”)、基于因特网协议(IP)的网络架构和演进NodeB或是无线电接入网络(RAN)的部分的E-UTRAN节点为动力，其能够将具有宽覆盖区域的高速无线数据通信服务提供到多个支持无线功能的用户装置。

目前，大部分消费型装置包含多RAT能力，例如，同时或以“故障解决(fail over)”方式(例如经由在装置上运行的无线连接管理器处理程序)接入多个不同RAT的能力。举例来说，智能电话可经启用用于LTE数据存取，但当不可用时，利用一或多个Wi-Fi技术(例如，802.11g/n/ac)用于数据通信。

不同RAT(例如LTE和Wi-Fi)的能力可极不相同，包含关于无线服务到给定客户端装置的建立。举例来说，在用于经由Wi-Fi初始化连接的信号强度阈值与LTE之间存在不一致(包含被配置成在例如LTE-U和LTE-LAA的未经许可频段中操作的那些技术)。顺便说一句，LTE-U使得经由未经许可的频谱(例如，5GHz)中的LTE的数据通信能够提供用于数据发射的额外无线电频谱(例如，以补偿溢出流量)。LTE-LAA使用载波聚合将未经许可频谱(例如，5GHz)中的LTE与经许可频段组合。LTE-U或LTE-LAA服务所需的典型信号强度水平是大致-80到-84dBm。相比之下，客户端装置可基于大致-72到-80dBm的信号强度(即，较高(即，较低敏感性)检测阈值)检测到Wi-Fi。

增加用户数目(不管是前述标准的无线接口用户还是其它)总是造成频谱“拥挤”，包含干扰。干扰也可来自非用户来源，例如太阳辐射、电气设备、军事使用等。实际上，给定量的频谱对其可提供的带宽量具有物理限制，且随着并行添加更多用户，每一用户可能经历更多干扰和性能劣化。

此外，例如Wi-Fi的技术具有受限射程(部分地归因于在那些频段中施加的未经许可的光谱功率屏蔽)，并且可受空间传播变化(尤其是在例如建筑物等结构内部)和部署密度问题困扰。Wi-Fi已变得如此普遍存在，尤其是在例如招待单位(例如，旅馆)、商业集团、拥挤场所等高密度情境中，争用问题可为不可管理，即使是在安装过多的Wi-Fi AP进行弥补的情况下。然而，此外，通常在这类AP之间无法协调，这类AP各自实际上在其回程中与其它AP争用带宽。

另外，对例如Wi-Fi等未经许可的技术，通常缺少与例如托管网络运营商提供的其它服务的集成。Wi-Fi通常充当网络运营商/服务提供者不透明载送的“数据管”。

5G新无线电(NR)和下一代无线电局域网(NG-RAN)-

NG-RAN或“NextGen无线电局域网(RAN)”是3GPP“5G”下一代无线电系统的部分。3GPP目前规定版本15NG-RAN、其组件，以及所涉及节点(包含所谓的(下一代Node B或eNB(“gNB”))当中的交互。NG-RAN将提供极高带宽、极低时延(例如，约1ms或更小“往返”)无线通信，并且取决于应用，高效地利用前述多种部署情境中描述的类型的经许可和未经许可频谱两者，包含室内“点”使用、城市“宏”(大小区)覆盖、乡村覆盖、车辆中的使用，以及“智能”网格和结构。NG-RAN还将与4G/4.5G系统和基础设施集成，并且此外，使用新的LTE实体(例如，“演进型”LTE eNB或“eLTE eNB”)，其支持到演进包核心(EPC)和NR下一代核心(“NGC”)两者的连接性。因而，描述“独立”(SA)和“非独立”(NSA)配置两者。如下文更详细地论述，在SA情境中，5G NR或演进LTE无线小区和核心网络单独操作。相反地，在NSA情境中，利用e-UTRAN和NG-RAN实体的组合。

在一些方面中，示范性版本15NG-RAN利用现有LTE/LTE-A技术(通俗地称为4G或4.5G)的技术和功能，作为进一步功能发展和能力的基础。举例来说，在基于LTE的网络中，在起动后，eNB(基站)朝移动性管理实体(MME)建立S1-AP连接，eNB预期执行所述MME的命令。eNB可负责多个小区(换句话说，对应于E-UTRAN小区全局标识符的多个跟踪区域码)。供eNB用于确立前述S1-AP连接以及激活eNB支持的小区的程序被称为S1设立(SETUP)程序；尤其参见日期为2017年9月且标题为的“第三代合作伙伴计划；技术规范群组无线电接入网络；演进型通用陆地无线接入网(E-UTRAN)；S1应用协议(S1AP)(版本14)(3rd GenerationPartnership Project；Technical Specification Group Radio Access Network；Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN)；S1 ApplicationProtocol(S1AP)(Release 14))”3GPP TS 36.413V14.4.，其以全文引用的方式并入本文中。

顺便说一句，并且参考图3a(SA配置)，CU 304(也被称作gNB-CU)是与NG核心303通信的NR架构300内的逻辑节点，并且包含gNB功能，例如用户数据传送、会话管理、移动性控制、RAN共享和定位；然而，将其它功能按照本文中随后更详细地描述的各种“拆分”选项排他地分配给DU 306(也被称作gNB-DU)。CU 304经由对应前传(Fs)用户平面和控制平面接口308、310，传送用户数据并且控制DU 306的操作。

因此，为实施Fs接口308、310，采用由组成(标准化)F1接口。其提供用于使NG-RAN内的gNB 302的gNB-CU 304和gNB-DU 306互连，或用于使E-UTRAN内的en-gNB的gNB-CU和gNB-DU互连的机构。F1应用协议(F1AP)通过3GPP TS 38.473中定义的信令程序支持F1接口的功能。F1AP由所谓的“基本程序(EP)”组成。EP是gNB-CU与gNB-DU之间的交互单元。这些EP单独地定义并且意图用以用灵活方式累积完整消息传递序列。一般来说，除非另外限制性说明，否则EP可作为独立程序彼此独立地被调用，所述独立程序可并行处于作用中。

在这类架构300内，gNB-DU 306(或ngeNB-DU)受单个gNB-CU 304控制。当起始(包含通电)gNB-DU时，其执行F1设立程序(其通常是在上文提及的LTE的S1设立程序之后建模)以向控制性gNB-CU通知尤其任何数目个参数，例如F1设立请求消息中的小区的数目(以及每一特定小区的标识)。

图3b-3d说明5G NR gNB架构的替代性现有技术配置中的一些，包含涉及演进LTEeNB(eLTE eNB，其能够与NGC或EPC通信)以及所谓的“非独立”或NSA配置中的用户平面和控制平面接口的各种配置(例如，选项3、4和7)。关于这些和其它可能4G/5G配置的额外细节，尤其参见3GPP TR 38.804V14.0.0(2017-03)-“第三代合作伙伴计划；技术规范群组无线电接入网络；对新无线电接入技术的研究；无线电接口协议方面(版本14)(3rdGeneration Partnership Project；Technical Specification Group Radio AccessNetwork；Study on New Radio Access Technology；Radio Interface Protocol Aspects(Release 14))”，其以全文引用的方式并入本文中。

在图3b中，eUTRAN eNB 316与5G gNB 302通信以用于用户平面(UP)和控制平面(CP)功能，并且与NGC 303通信以用于UP功能(即，gNB是主节点结合5GC)。

在图3c中，eUTRAN eNB 316与5G gNB 302通信以用于用户平面(UP)和控制平面(CP)功能，并且与NGC 303通信以用于UP和CP功能(即，eNB是主节点结合5GC)。

在图3d中，5G gNB 302与eNB 316通信以用于用户平面(UP)和控制平面(CP)功能，并且与演进包核心(EPC)333通信以用于UP功能(即，gNB是主节点结合EPC)。

截至到本文撰写之日，3GPP向业界交付版本15，具有三个相异步骤：(i)‘早期’交付：含有非独立5G规范(所谓的选项-3系列)，ASN.1，在2018年3月冻结；(ii)‘主’交付：含有独立5G(所谓的选项-2)，ASN.1，在2018年9月冻结；和(iii)‘延迟’交付：含有额外迁移架构(所谓的选项-4、选项-7和5G-5G双重连接性)，ASN.1，在2019年6月冻结。参见http:// www.3gpp.org/news-events/3gpp-news/2005-ran_r16_schedule。

需要更佳解决方案

即使现有4/4.5G(例如LTE/LTE-A)和WLAN(和其它未经许可的)系统提供的无线数据速率、稳健性和覆盖率取得了很大进步，但仍存在突出弊端。

一个这类问题涉及其中MNO或其它无线电接入节点或基站通过另一提供者回传(例如，围绕HFC/DOCSIS构建的无线网络作为无线电和无线核心网络元件之间的回程)的情境。在这类情况下，会出现多个缺陷，包含(i)用于维持两个不同网络(即，有线和无线)的单独资本支出(CAPEX)和操作支出(OPEX)“仓”；和(ii)较低数据输送量效率和较高时延，这归因于通过例如DOCSIS(回传)协议包封无线数据包的额外开销。在前述5G超低时延要求(即，在端点节点之间的1ms或更小往返)的情境中，这类基础设施诱发的时延可造成无法满足这些要求，使得此架构可能不适合用于5G应用。

此外，为在这类基础设施上达成某些能力目标(例如，10Gbps)，需要在基础设施的某些部分中增加使用光纤。在当前HFC网络设计下，服务经由单根同轴电缆“分接线(drop)”到用户的处所来提供给用户，且这类处所群组是由较大架构内的共同分接(tap-off)点或节点服务(参见前述电缆系统的论述)。个别处所从每一节点“分接”电缆线路或其它基础设施并且取决于其地理位置和其它考虑因素，可要求利用数个不同放大单元以便维持发往系统中最远(拓扑式)处所的足够信号强度。

然而，当使用(i)消费者处所设备(CPE)中的单个接收器芯片组和(ii)MSO引入到其订户的处所的这类单个同轴馈送器(或替代地经安装用于较低成本单输入单输出(SISO)分布式天线系统(DAS)的单根同轴电缆)上的3GPP 5G NR波形时，在现有技术下，这类架构中的芯片组可聚合的总载波带宽限于例如800MHz的值。这不足以用于达到例如10Gbit/s的高输送量，并且无法高效地利用3GPP 5G NR标准支持的频谱效率。

由于3GPP 5G NR标准支持发射多个独立并行数据流作为用于相同RF带宽的多输入多输出(MIMO)信道的部分(即，利用当使用多个天线元件时无线信道得到的空间分集)，因此至少第一代市售3GPP NR芯片组的第一产生将支持这类并行MIMO数据流。然而，尝试在例如上文所描述的单个电缆上发射这些并行流将达不到预期目的，这是因为所有流将占用相同RF带宽并且由于在其之间缺失空间分集而将彼此干扰。

另外，作为非独立(NSA)配置的部分，至少第一代NR实施方案(上文所论述“早期交付”)要求3GPP 4G和5G能力两者串联地操作，这进一步增加要求/复杂性。具体地，3GPP版本15指示网络和装置的第一实施方案将分类为NSA，实际上意指5G网络将由现有4G/4.5G核心基础设施支持(参见上文所论述的图3b-3d的示范性配置)。举例来说，支持5G的UE将使用5G频率进行连接以获得数据输送量改进，但将继续使用4G/4.5G基础设施和EPC。也就是说，NSA利用现有LTE无线电接入和核心使用“双重连接性”特征锚定5G NR。双重连接性可定义为其中给定UE消耗至少两个不同网络点(例如从gNB的NR接入和从eNB的LTE接入)提供的无线电资源的操作。

5G蜂窝基础设施的初始实施方案将主要针对于所谓的增强型移动宽带(eMBB)和超可靠低时延通信(URLLC)。这些特征意图经由如下两(2)个新无线电频率范围尤其提供增加的数据带宽和连接可靠性：(i)频率范围1，此范围与4G/4.5G LTE频率重叠并进行扩展，从450MHz到6,000MHz操作。频段编号从1到255(通常被称为新无线电(NR)或低于6GHz)；和(ii)频率范围2，此范围在较高的24,250MHz到52,600MHz下操作，并且使用编号在257到511之间的频段。

5G独立(SA)网络和装置标准(审批待确定)有利地提供对NSA的简化和效率改进。此简化为较低CAPEX/OPEX成本，并且改进直到无线基础设施的边缘部分的数据输送量的性能。一旦初期SA标准(上文所论述的“延迟交付”)实施，将根据数个可能的迁移路径中的任一个发生操作者从5G NSA到SA的迁移；然而，直到这类迁移完成，必须在适当时候支持NSA要求。

因此，需要改进的设备和方法来尤其实现超高数据速率服务(有线和无线两者)的优化投递，例如前述10Gbps能力，并且利用现有网络基础设施，例如上文所论述的单个MSO电缆分接线。理想地，这类改进的设备和方法还将具有足以支持用于NSA实施方案的4G和5GNR功能性两者并且还可适用于后续SA操作的能力/灵活性，所述NSA实施方案可能将在SA(版本16)完全实施之前的至少一时间段内是主流。

发明内容

本公开通过尤其提供用于提供超高数据速率服务(有线和无线两者)的优化投递并且利用现有网络基础设施并且支持包含4G和5G NR两者的现有3GPP协议的方法和设备来解决上述需求。

在本公开的第一方面中，公开一种操作射频(RF)网络以使得现有基础设施用以投递集成式无线数据服务的方法。在一个实施例中，所述方法包含在所述现有基础设施的至少一部分上在规定频带内发射正交频分多路复用(OFDM)波形。在一个变体中，所述所发射的OFDM波形包含至少第一和第二空间分集数据信道，所述至少第一和第二空间分集数据信道在所述规定的频带内相对于彼此发生频率移位，使得所述至少第一和第二空间分集数据信道中的每一个能够被至少一个接收方装置接收并且聚合。

在一个实施方案中，在所述现有基础设施的所述至少部分上的所述发射包含在混合式光纤同轴电缆(HFC)基础设施上进行发射以用于递送给至少一个单个同轴电缆处所分接线；且所述集成式无线数据服务包括超过1Gbps的速率下的数据投递。

在另一实施方案中，所述方法另外包含从所述现有基础设施的可用总带宽指定所述规定的频带；和将所述至少第一和第二空间分集数据信道分配给至少两个相应子带。所述分配包含例如使用宽带放大器设备分配到大约98MHz的子带中，并且可另外包括将所述至少两个子带投递到一或多个现有HFC网络集线器。

在另一实施方案中，所述方法另外包含分配所述规定的频带的至少一个子带内的至少一个3GPP长期演进(3GPP LTE)信道，以及所述规定的频带的至少一个子带内的至少一个同步化载波。

在一种方法中，将同相(I)和正交(Q)数据多路复用到所述同步化载波上，所述将同相(I)和正交(Q)数据多路复用到所述同步化载波上包含将至少第一和第二数据位多路复用到所述同步化载波上，所述至少第一数据位对应于第一技术，且所述至少第二数据位对应于第二技术(例如，3GPP LTE和3GPP第5代新无线电(5G NR))。

在另一方面中，公开一种被配置成支持无线用户装置的网络架构。在一个实施例中，所述架构包含：分布节点，所述分布节点被配置成将射频(RF)波形发射到网络的有线或光学介质上，所述RF波形经正交频分多路复用(OFDM)调制并且包含至少两个空间相异数据流，所述至少两个空间相异数据流中的第一个分配给第一频率子带，且至少两个空间分集数据流中的第二个分配给第二频率子带；和第一多个用户节点，所述第一多个用户节点中的每一个与所述有线或光学介质数据通信并且包含接收器设备。

在一个变体中，所述接收器设备被配置成：接收所述所发射的经OFDM调制波形；将所述经OFDM调制波形升频转换为至少一个用户频带以形成经升频转换波形；和将所述经升频转换波形发射到至少一个无线用户装置。

在一个实施方案中，所述网络架构包含与所述分布节点和所述第一多个用户节点中的至少一个数据通信的无线电节点，所述无线电节点被配置成至少将补充数据通信提供到所述至少一个用户节点。所述无线电节点至少经由光纤介质与所述分布节点数据通信，且所述无线电节点经由无线接口与所述至少一个用户节点数据通信。

在另一实施方案中，所述无线电节点至少经由光纤介质与所述分布节点数据通信，且所述无线电节点经由无线接口与所述至少一个用户节点数据通信。

在另一实施方案中，所述网络架构包含第二分布节点，所述第二分布节点被配置成将射频(RF)波形发射到所述网络的第二有线或光学介质上，所述RF波形经正交频分多路复用(OFDM)调制，所述网络的所述第二有线或光学介质服务不同于所述第一多个用户节点的第二多个用户节点。所述架构还可包含至少与所述分布节点以及(i)所述第一多个用户节点中的至少一个和(ii)所述第二多个用户节点中的至少一个数据通信的无线电节点，所述无线电节点被配置成至少将补充数据通信提供到所述第一多个用户节点中的所述至少一个和所述第二多个用户节点中的所述至少一个两者。

在一个特定实施方案中，所述无线电节点至少经由光纤介质与所述分布节点数据通信，且所述无线电节点经由利用所述RF频谱的未经许可部分的无线接口，与所述第一多个用户节点中的所述至少一个和所述第二多个用户节点中的所述至少一个两者数据通信。

在本公开的另一方面中，公开一种供在混合光纤/同轴电缆分布式网络内使用的控制器设备。在一个实施例中，所述控制器设备包含：射频(RF)通信管理模块；第一数据接口，其与所述RF通信管理模块数据通信以用于与网络核心处理程序数据通信；第二数据接口，其与所述RF通信管理模块数据通信以用于与所述混合光纤/同轴电缆分布式网络的第一RF分布节点数据通信；和第三数据接口，其与所述RF通信管理模块数据通信以用于与所述混合光纤/同轴电缆分布式网络的第二RF分布节点数据通信。

在一个变体中，所述射频(RF)通信管理模块包含计算机化逻辑，所述计算机化逻辑至少使得能够使用在频率上相对于彼此移位并且经由所选择的发射频带发射的多个空间分集数据流，从所述第一RF分布节点和所述第二RF分布节点中的至少一个发射数字数据。

在一个实施方案中，所述射频(RF)通信管理模块包含3GPP第五代新无线电(5GNR)gNB(gNodeB)控制器单元(CU)；用于与网络核心处理程序数据通信的所述第一数据接口包含具有第五代核心(5GC)的3GPP第五代新无线电(5G NR)X_n接口；且所述第二数据接口包含至少在有线数据承载介质上操作的3GPP第五代新无线电(5G NR)F1接口，所述第一RF分布节点包括3GPP第五代新无线电(5G NR)gNB(gNodeB)分布式单元(DU)；且所述第三数据接口包含至少在密集波分多路复用(DWDM)光学数据承载上操作的第五代新无线电(5G NR)F1接口，所述第二RF分布节点包含3GPP第五代新无线电(5GNR)gNB(gNodeB)分布式单元(DU)。

在另一方面中，公开利用空间分集数据流在共同的单个发射介质上投递数据的方法和设备。在一个实施例中，所述空间分集流是5G NR MIMO数据流，且发射介质包含同轴电缆。

在另一方面，公开产生并且在网络上投递多个MIMO数据流的方法。在一个实施例中，所述方法包含在插入RF电缆介质上载运之后使用不同频率资源投递在目的地节点(例如，CPEe)处汇聚的两个或更多个MIMO流。在一个变体中，至少基于从CPEe回到发射节点的信道质量反馈，两个或更多个MIMO流映射到频率资源。在另一变体中，所述方法另外包含例如通过发射节点选择用于所述流中的每一个的适当调制和译码方案(MCS)。

在另一方面中，公开用于同步化在承载介质(例如，同轴电缆)上发射的第一和第二技术数据流的方法。在一个变体中，在介质上在规定的频带中发送I和Q信号并且用以同步化4G/4.5G(LTE/LTE-A)信号和5G NR信号。

在另一方面中，公开供在数据网络中使用的计算机化网络设备。在一个变体中，所述网络包含具有NG-RAN能力的HFC网络，且所述设备包含至少一个增强型DU(DUe)。

在另一变体中，所述网络设备包含至少一个增强型CU(CUe)，其可控制DU/DUe的数目。

在又一方面中，公开一种系统。在一个实施例中，所述系统包含(i)控制器实体，(ii)经由HFC承载与其数据通信的一或多个分布式实体。

在本公开的另一方面中，描述用于将高速数据服务提供到装置的方法。在一个实施例中，所述方法包含经由HFC网络回传的支持无线功能的CPE提供室内无线覆盖，并且经由与CPE通信的一或多个外部(例如，杆装式)接入节点经由外部天线设备增补所述能力。在一个变体中，外部接入节点是由相同HFC网络回传。

在另一方面中，公开和描述实施上述方面中的一或多个的计算机化接入节点。在一个实施例中，所述接入节点包含能够与用户装置(例如，UE)数据通信的无线接口。在一个变体中，所述装置是杆装式(例如，装在电话或电线杆上)，并且另外被配置成经由例如安装于处所外部的天线设备与处所CPE介接。

在另一方面中，公开和描述实施上述方面中的一或多个的计算机化处所装置。在一个实施例中，所述装置包含具有5G NR能力的CPE，并且经由现有同轴电缆分接线进行回传。在一个变体中，所述装置还包含支持MIMO的芯片组，其适用于接收和处理先前提及的频移波形。

在另一方面中，公开和描述一种实施上述方面中的一或多个的计算机化装置。在一个实施例中，所述装置包含个人或手提式计算机。在另一实施例中，所述装置包含移动装置(例如，平板计算机或智能电话)。在另一实施例中，所述装置包含计算机化“智能”电视或呈现装置。

在另一方面中，公开和描述实施上述方面中的一或多个的集成电路(IC)装置。在一个实施例中，IC装置实现为芯片上系统(SoC)装置。在另一实施例中，专用IC(ASIC)用作装置的基础。在又一实施例中，公开芯片组(即，以协作方式使用的多个IC)。在又一实施例中，所述装置包含多逻辑块FPGA装置。

在另一方面中，公开和描述实施上述方面中的一或多个的计算机可读存储设备。在一个实施例中，所述计算机可读设备包含程序存储器，或EEPROM。在另一实施例中，所述设备包含固态驱动器(SSD)或其它大容量存储装置。在另一实施例中，所述设备包含USB或其它“快闪驱动器”或其它这类便携式可拆卸式存储装置。在又一实施例中，所述设备包含基于“云”(网络)的存储装置，在远处经由计算机化用户或客户端电子装置仍可存取所述存储装置。在又一实施例中，所述设备包含基于“雾(fog)”(网络)的存储装置，其分布在不同接近度的多个节点上并且经由计算机化用户或客户端电子装置可存取。

在另一方面中，公开可通过单个同轴电缆发射和接收发往多个CPE的3GPP 4G LTE和5G NR波形的光学到同轴电缆换能器。

在另一方面，公开在网络基础设施内引入扩展数据网络服务的方法。在一个实施例中，所述网络包含HFC电缆网络，且所述方法包含(i)利用现有承载介质(例如，通到处所的同轴电缆)作为用于高速数据服务的主要回程，和(ii)随后使用现有承载介质(例如，通到蜂窝式基站的现有无线节点的同轴电缆或光纤)将补充带宽/移动性服务提供到处所用户。在另一变体中，所述方法另外包含(iii)随后安装新光纤或其它介质以支持新(目前不存在)“杆装式”或类似机会性接入节点的回程，其支持网络运营商的用户/订户的进一步用户移动性。

当根据本文所提供的公开内容考虑时，这些和其它方面应变得显而易见。

附图说明

图1和2是说明典型现有技术托管(例如，电缆)内容投递网络架构的功能框图。

图3a是包含CU和多个DU的现有技术gNB架构的功能框图。

图3b是包含5G NR核心(NGC)的现有技术NSA gNB和eLTE eNB架构的功能框图。

图3c是包含5G NR核心(NGC)的另一现有技术NSA gNB和eLTE eNB架构的功能框图。

图3d是包含演进包核心(EPC)的另一现有技术NSA gNB和eLTE eNB架构的功能框图。

图4是包括本文中所描述的各种特征的示范性MSO网络架构的功能框图。

图5a是根据本公开的在独立(SA)配置中包含CUe和多个DUe的gNB架构的一个示范性实施例的功能框图。

图5b是根据本公开的包含多个CUe和多个对应DUe(SA)的gNB架构的另一示范性实施例的功能框图。

图5c是根据本公开的包含逻辑上交叉连接到多个不同核心的多个CUe(SA)的gNB架构的又一示范性实施例的功能框图。

图5d是根据本公开的包含5G NR核心(NGC)的NSA gNB和eLTE eNB架构的功能框图。

图5e是根据本公开的包含演进包核心(EPC)的NSA gNB和LTE架构的功能框图。

图5f是根据本公开的包含演进包核心(EPC)的NSA gNB和eLTE eNB架构的功能框图。

图6a和6b说明随图5的HFC电缆设备内的距离而变的示范性下游(DS)和上游(US)数据输送量或速率。

图7是说明根据本公开的网络节点设备的示范性一般配置的功能框图。

图7a是说明根据本公开的网络节点设备被配置成用于3GPP 4G和5G能力的示范性实施方案的功能框图。

图7b是根据现有技术LTE/LTE-A和5G NR标准的频谱分配的图形表示。

图7c是根据本发明的一个实施例的频谱分配的图形表示。

图8是说明根据本公开的CPEe设备的示范性一般配置的功能框图。

图8a是说明根据本公开的CPEe设备被配置成用于3GPP 4G和5G能力的示范性实施方案的功能框图。

图9是说明利用现有网络(例如，HFC)用于高带宽数据通信的一般化方法的一个实施例的逻辑流程图。

图9a是说明根据图9的一般化方法的波形产生和发射的一个特定实施方案的逻辑流程图。

图9b是说明根据图9a的方法的频率和信道映射的一个特定实施方案的逻辑流程图。

图9c是说明通过CPEe根据图9的一般化方法进行内容接收和数字处理的一个特定实施方案的逻辑流程图。

图9d是说明通过CPEe根据图9的一般化方法在处所内进行内容接收和发射的一个特定实施方案的逻辑流程图。

所有

版权在2017-2019年归特许通讯运营(Charter CommunicationsOperating)有限责任公司所有。保留所有版权。

具体实施方式

现参考各图，其中相同数字贯穿各图指代相同部分。

如本文中所使用，术语“应用程序(application或app)”通常是指但不限于实施特定功能性或主题的可执行软件单元。应用程序的主题在任何数目的学科和功能上都有广泛的差异(例如按需内容管理、电子商务交易、经纪事务、家庭娱乐、计算器等)，且一个应用程序可具有多于一个主题。可执行软件单元通常在预定环境中运行；例如所述单元可包含在JavaTV^TM环境内运行的可下载JavaXlet^TM。

如本文中所使用，术语“中央单元”或“CU”是指但不限于无线网络基础设施内的集中式逻辑节点。举例来说，CU可实现为5G/NR gNB中央单元(gNB-CU)，其为托管gNB的RRC、SDAP和PDCP协议或en-gNB的RRC和PDCP协议的逻辑节点，并且端接与下文定义的一或多个DU(例如，gNB-DU)连接的F1接口，所述协议控制一或多个gNB-DU的操作。

如本文中所使用，术语“客户端装置”或“用户装置”或“UE”包含但不限于机顶盒(例如，DSTB)、网关、调制解调器、个人计算机(PC)和微型计算机(不管是台式计算机、手提式计算机还是其它计算机)，以及移动装置，例如手持型计算机、PDA、个人媒体装置(PMD)、平板计算机、“平板手机”、智能手机，以及车辆信息娱乐系统或其部分。

如本文中所使用，术语“计算机程序”或“软件”意指包含执行功能的任何序列或人类或机器可认知步骤。这类程序可呈现在虚拟的任何编程语言或环境(包含例如C/C++、Fortran、COBOL、PASCAL、汇编语言、标记语言(例如，HTML、SGML、XML、VoXML)等等)，以及面向对象的环境(例如公共对象请求代理结构(CORBA)、Java^TM(包含J2ME、Java Beans等)等等)中。

如本文中所使用，术语“分布式单元”或“DU”是指但不限于无线网络基础设施内的分布式逻辑节点。举例来说，DU可实现为5G/NR gNB分布式单元(gNB-DU)，其为托管gNB或en-gNB的RLC、MAC和PHY层的逻辑节点，且其操作部分地受(上文所述)gNB-CU控制。一个gNB-DU支持一个或多个小区，然而给定地区仅由一个gNB-DU。gNB-DU端接与gNB-CU连接的F1接口。

如本文中所使用，术语“DOCSIS”是指电缆数据服务接口规范(Data Over CableServices Interface Specification)的现有或规划变体中的任一个，包含例如DOCSIS版本1.0、1.1、2.0、3.0和3.1。

如本文中所使用，术语“首端”或“后端”通常是指受分配程序设计给使用客户端装置的MSO客户，或提供其它服务(例如高速数据投递和回传)的运营商(例如，MSO)控制的连网系统。

如本文中所使用，术语“因特网”和“互联网”可互换地用以指代交互网络，包含但不限于因特网。其它常见实例包含但不限于：外部服务器的网络、“云”实体(例如不在装置本地的存储器或存储装置、通常在任何时间可经由网络连接存取的存储装置等等)、服务节点、接入点、控制器装置、客户端装置等。

如本文中所使用，术语“IoT装置”是指但不限于具有一或多个主要功能并且被配置成经由一或多个通信协议提供和/或接收数据的电子装置。IoT装置的实例包含安全或监视系统、电器、消费型电子装置、车辆、基础设施(例如，交通信号系统)和医疗装置，以及一起使用的接收器、集线器、代理装置或网关。

如本文中所使用，术语“IoT网络”是指但不限于两个或更多个IoT装置(或一个IoT装置和一或多个非IoT装置)的任何逻辑、物理或拓扑连接或聚合。IoT网络的实例包含布置于对等(P2P)、星、圆环、树、网状、主从和协调者装置拓扑中的一或多个IoT装置的网络。

如本文中所使用，术语“LTE”是指但在适用时不限于长期演进无线通信标准的任一个变体或版本，包含(未经许可频谱中的长期演进(LTE-U)、经许可辅助接入的长期演进(LTE-LAA)、高级LTE(LTE-A)、4G LTE、WiMAX、LTE语音(VoLTE)，以及其它无线数据标准。

如本文中所使用，术语“存储器”包含适用于存储数字数据的任何类型的集成电路或其它存储装置，包含但不限于ROM、PROM、EEPROM、DRAM、SDRAM DDR/2SDRAM、EDO/FPMS、RLDRAM、SRAM、“快闪”存储器(例如，NAND/NOR)、3D存储器和PSRAM。

如本文中所使用，术语“微处理器”和“处理器”或“数字处理器”通常意指包含所有类型的数字处理装置，包含但不限于数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算机(RISC)通用(CISC)处理器、微处理器、门阵列(例如，FPGA)、PLD、可重新配置的计算机组构(RCF)、阵列处理器、安全微处理器和专用集成电路(ASIC)。这类数字处理器可含于单个一体式IC裸片上，或分布在多个组件上。

如本文中所使用，术语“MSO”或“多系统运营商”是指电缆、卫星，或具有在那些介质上投递包含程序设计和数据的服务所需的基础设施的地面网络提供商。

如本文中所使用，术语“MNO”或“移动网络运营商”是指蜂窝、卫星电话、WMAN(例如，802.16)，或具有在那些介质上投递包含但不限于语音和数据的服务所需的基础设施的其它网络服务提供商。如本文中所使用的术语“MNO”进一步意图包含MVNO、MNVA和MVNE。

如本文中所使用，术语“网络”和“承载网络”通常是指任何类型的电信或数据网络，包含但不限于混合式光纤同轴电缆(HFC)网络、卫星网络、电话公司网络和数据网络(包含MAN、WAN、LAN、WLAN、互联网和内联网)。这类网络或其部分可利用任何一或多个不同拓扑(例如，圆环、总线、星、环圈等)、传输介质(例如，有线/RF电缆、RF无线、毫米波、光学等)和/或通信技术或网络连接协议(例如，SONET、DOCSIS、IEEE标准802.3、ATM、X.25、帧中继、3GPP、3GPP2、LTE/LTE-A/LTE-U/LTE-LAA、5GNR、WAP、SIP、UDP、FTP、RTP/RTCP、H.323等)。

如本文中所使用，术语“5G”和“新无线电(NR)”是指但不限于与3GPP版本15以及其针对于新无线电技术的任何修改、后续版本或修正案或补充(不管经许可还是未经许可)兼容的设备、方法或系统。

如本文中所使用，术语“QAM”是指用于经由例如电缆或其它网络发送信号的调制方案。这类调制方案可取决于网络细节而使用任何星座层级(例如QPSK、16-QAM、64-QAM、256-QAM等)。QAM也可指根据所述方案调制的物理信道。

如本文中所使用，术语“服务器”是指任何形式的任何计算机化组件、系统或实体，其被调适成将数据、文件、应用程序、内容或其它服务在计算机网络上提供到一或多个其它装置或实体。

如本文中所使用，术语“存储装置”是指但不限于计算机硬盘驱动器、DVR装置、存储器、RAID装置或阵列、光学介质(例如，CD-ROM、Laserdiscs、蓝光等)，或任何其它能够存储内容或其它信息的装置或介质。

如本文中所使用，术语“Wi-Fi”是指但在适用时不限于IEEE标准802.11或相关标准的任一变体，包含802.11a/b/g/n/s/v/ac/ax、802.11-2012/2013或802.11-2016，以及直连Wi-Fi(尤其包含“对等(P2P)Wi-Fi规范”，所述标准以全文引用的方式并入本文中)。

概述

在一个示范性方面中，本公开提供用于提供增强的超高数据速率服务的改进的架构、方法和设备，所述超高数据速率服务尤其利用现有托管网络(例如，电缆网络)基础设施。所公开的架构在不考虑环境的情况下实现高度统一用户体验(例如，室内/室外/移动性)，其中内容是消耗型的并且消除对区分固定宽带和移动宽带或上述内容与IoT的需要。在示范性实施例中，这些能力在通到处所的单个同轴电缆分接线上，并且经由单个CPE芯片组提供。在一些变体中，有利地进一步支持NSA操作(与用于5G NR的3GPP版本15一致)。

在一个示范性实施例中，前述能力经由3GPP 5G NR支持的多个并行MIMO数据流提供；具体地，这些流在注入到单个同轴电缆馈送器中之前发生频率移位(例如经由MSO基础设施内的收发器节点)，以便利用频率分集(而非与旨在用于相应无线天线元件的单独数据流相关联的空间分集)达成初期3GPP 5G NR芯片组表面上支持的最大总载波带宽。

而且，由于与较低频率相比，较高频率在同轴传输介质上的衰减程度要大得多，因此，在一个实施方案中，在介质上发射中间频率(IF)(即，代替较高频率)，并且随后在增强型消费者处所设备(CPEe)中针对与所公开的增强型CPE(CPEe)中的3GPP 5G NR芯片组的3GPP频段兼容互操作性而块转换到RF载波频率。

可通过多个并行CPEe，经由用作共同总线并且具有定向耦合器和功率分配器或分接点的共享馈送器，接收通过收发器节点注入到同轴馈送器中的IF载波。在一个变体中，通过调度有效负载用于频率上隔开的不同3GPP 5G NR物理资源块(PRB)上的不同CPEe，实现从收发器节点到CPEe的点到多点(PtMP)下游发射。

在一个实施方案中，同轴电缆上可用的大部分带宽以时分双工(TDD)方式用于在下游和上游5G NR通信之间切换。从多个CPEe到收发器节点的上游通信也可同时在单独PRB上(尤其使用频率分离)发生。

在所述架构的一个实施例中，为了支持前述4G/5G NSA配置，较低频谱的微小部分分配这类功能。同轴电缆上的较低频谱的另一微小部分在下游(DS)方向上采用单向通信以用于发射两个数字同步信道，一个用于5G并且一个用于4G，在一个实施方案中，所述数字同步信道从收发器节点到多个行内放大器和可共享同轴总线的任何CPEe，I-Q多路复用到一个QPSK模拟同步信道上。

示范性实施例的详细描述

现在详细地描述本公开的设备和方法的示范性实施例。虽然在先前提及的与服务提供者(例如，MSO)的托管网络相关联或至少部分地由其支持的无线接入节点(例如，gNB和eNB)的上下文中描述这些示范性实施例，但可与本公开一致地使用其它类型的无线电接入技术(“RAT”)、被配置成投递数字数据(例如，文本、图像、游戏、软件应用程序、视频和/或音频)的其它类型的网络和架构。这类其它网络或架构为宽带、窄带或其它，因而下文在性质上仅为示范性的。

还应了解，虽然通常在提供服务给顾客或消费者或终端用户或订户(即，在规定的服务区域、场馆或其它类型的处所内)的网络的上下文中进行描述，但本公开可容易适用于其它类型的环境，包含例如市售/零售，或商业集团领域(例如，企业)，或甚至政府使用。然而，其它应用是可能的。

所属领域的一般技术人员参考附图和下文给出的示范性实施例的详细描述将立即认识到本公开的其它特征和优点。

服务提供者网络架构-

现在参考图4，示出并且详细地描述增强型服务提供者网络架构400的一个实施例。

如所说明，架构400包含MSO网络内的一或多个集线器405(例如，无论是在所述网络的边缘部分附近，还是远离所述网络朝向核心)，包含5G NR核心(5GC)403。集线器405包含WLAN控制器处理程序415，并且服务一或多个“增强型”节点401，其各自包含gNB CUe 404和网络无线电节点409，在下文进行更详细地描述。节点401利用HFC基础设施，包含N路分接点412以将RF波形投递到各种服务处所(包含增强型CPE或CPEe)413并且最终投递到用户装置407(例如支持3GPP的UE)。

节点401还服务一或多个不支持CUe的节点411，包含支持4G/4.5G/5G的网络无线电节点409，其服务如所示的额外处所。

在所说明的实施例中，节点401、411通过光纤回传，不过这仅是说明性的，可与本公开一致地使用其它类型的回程，包含例如高带宽无线。

类似地，一或多个杆装式无线电节点406a(和针对DU型功能性启用的可能的其它移动客户端装置；例如，被授权从另一节点或客户端装置接收数据，并根据用户域频带广播/接收信号)经由光纤(或另一介质)回传到MSO网络；这些节点406尤其在室内和室外(和移动性)情境下提供补充容量/覆盖范围，如下文更详细描述。

在一个示范性实施例中，无线电节点406a位于网络的“边缘”上(即，充当靠近处所且远离核心的网络节点)，并且针对4G和/或5G通信启用，如下文更详细描述。向处所提供5G覆盖范围的给定DU由此通过CUe 404补充超低时延和高带宽服务。此外，如下文进一步描述，CUe可以在逻辑和功能上与一或多个DUe 406成组，共同组成gNB。节点406a利用规定的未经许可和/或经许可频带。举例来说，在一个实施方案中，所公开的解决方案支持由3GPP定义的一或多个规定子集的NR和NR-U频段组合，这取决于安装和安装地点预期的特定应用(包含例如其它操作者或例如MNO的载波是否利用规定区域内的经许可频谱，以及这类操作者使用哪些频带)。还应了解，可与本文中所描述的方法和设备一致地利用所谓的“准许可”频谱(例如在美国，在3.55-3.70GHz CBRS频段内)。

在一个变体中，如上所述，移动装置可充当中间节点或瞬态“跳转点”。这类装置可为提供托管网络服务的集线器或核心的订户拥有的装置，所述订户决定加入(或不决定退出)使用其符合条件的装置作为节点。在其它变体中，不同核心(例如，受不同实体管理)的订户拥有的装置可包含在节点的网络中。此外，这类网络连接方案通常被称为“雾网络连接”、分散型计算基础设施，其中数据、计算、存储和应用程序相较于更高度集中架构以高效方式分布在数据源和目的地(例如，“云”服务器、处所设备、终端用户装置)之间。

Wi-Fi路由器装置417还存在于服务的处所中用以结合集线器405处的控制器415提供WLAN覆盖。集中式Wi-Fi控制器415还在示范性架构400中用于紧密交互工作以及3GPP和Wi-Fi接入技术之间的更好移动性，其中Wi-Fi路由器与消费者处所设备(例如，增强型CPE或CPEe)集成或连接。在各种实施例中，利用位于CUe 404与服务的处所之间的一或多个中间节点(例如，无线电节点406a)提供额外覆盖和带宽到处所。接着，可触发用于任何用户的3GPP和Wi-Fi信道之间的移动性以获得最佳数据输送量，这例如基于(i)朝向用户的Wi-Fi信道的RF质量的估计，和/或(ii)Wi-Fi路由器的拥塞程度，并且不仅仅是基于在移动装置处测量的Wi-Fi接收信号强度指示符(RSSI)，所述RSSI可能并不表示用户可获得的服务质量。

在示范性配置中，控制器(例如，Wi-Fi控制器415)被配置成基于性能(相较于仅基于覆盖率/覆盖区域)选择其可用的最佳(最优)无线连接。现今通常是，优选接入方法是基于其接收信号强度预定和/或作为偏好装置(例如Wi-Fi可定义为用以分流移动无线网络的优选接入方法)。然而，在不考虑终端用户体验的情况下，此方法遇到盲目‘粘附(stickiness)’技术缺点。鉴于在本文中所描述的架构的示范性实施例中，Wi-Fi和经许可/未经许可3GPP接入技术两者均受网络运营商(例如MSO)控制，不需要仅为了分担用户流量而偏好接入方法。分担或使用户转向给定接入技术的决策可基于其它准则，例如精选关键性能指示符(KPI)集，例如用户感知的时延、输送量、丢包、抖动和位/包/帧差错率，其在任何给定层(例如，L1、L2或L3)由所述网络实时测量。举例来说，在一个实施方案中，一旦触发目标KPI阈值，便可由AMF功能(用于3GPP)或Wi-Fi控制器触发用户交换。此交换接着可触发替代性接入介质处的会话建立以使用户转所述技术。这有助于优化用于经连接用户的QoE，这是由于与仅基于覆盖率或信号强度做出决策相比，控制器将始终尝试整体优化连接。

此架构还避免处所Wi-Fi和蜂窝之间的存在问题的转变，进而在用户移动时实现内容消费，且不会归因于例如蜂窝式网络中的新会话建立而减小QoE或中断。这是尤其通过Wi-Fi控制器415和CUe 404之间的通信实现，使得CUe可保持认知Wi-Fi和3GPP两者信道状态、性能和可用性。有利地，在示范性实施例中，在不需要用户装置(例如，移动UE)的任何模块或定制应用程序软件或协议的情况下提供上述增强的移动性，这是由于所有通信会话(不管是在CPEe和UE之间，还是补充无线电接入节点和UE)均(i)受共同系统控制，和(ii)利用现有3GPP(例如，4G/4.5G/5G)协议和架构元素。在一个变体中，GPRS隧道协议(GTP)用于维护异构RAN技术(例如，3GPP和IEEE标准802.11)之间的会话连续性。在另一变体中，基于代理移动IP(PMIP)的方法用于会话维护/越区移交。在又一变体中，出于这些目的利用基于描述于以下中的技术的方法：3GPP TS 23.234 v13.1.0，“3GPP系统到无线局域网(WLAN)交互；系统描述(版本13)(3GPP system to Wireless Local Area Network(WLAN)interworking；System description(Release 13))”，以全文引用的方式并入本文中，(也称为“I-WLAN”)。如所属领域的技术人员鉴于本公开将了解，取决于特定应用(包含负责会话维护/越区切换的两种异构技术)，也可利用上述机制的组合。

图4的MSO网络架构400特别适用于与本公开的各种方面一致地投递包化内容(例如，承载于包或框架结构或协议内的经编码数字内容)。除了按需和广播内容(例如，实况视频程序设计)之外，图4的系统还可经由因特网协议(IP)和TCP(即，在5G无线电承载上)投递因特网数据和过顶传输(over-the-top，OTT)服务给终端用户(包含DUe 406a的那些终端用户)，不过可替换数字通信领域中熟知的类型的其它协议和传输机制。

图4的架构400另外提供在有线和无线接口两者上对IPTV的一致且无缝用户体验。另外，在IP范式中，基于例如本地需求使用单播投递和多播/广播之间的动态交换。举例来说，在单个用户(装置)请求内容的情况下，可利用IP单播。对于多个装置(即，具有多个不同IP地址，例如不同处所)，可利用多播。此方法提供投递的高效响应性交换并且避免其它更多设备/CAPEX密集型方法。

此外，所述架构可同时用于宽带数据投递以及“内容”(例如，电影信道)两者，并且很大程度上避免用于“频段中”和DOCSIS(和OOB)传输的先前单独基础设施。具体地，通过DOCSIS(甚至FDX DOCSIS)，通常分配带宽用于视频QAM，且“拆分”知道下游和上游数据流量经硬译码。此硬拆分通常在所有网络元件甚至放大器上实施。相比之下，在本文中所公开的架构的示范性配置下，实际上横穿架构的所有流量是基于IP的，且因此在许多情况下，不需要分配QAMs和频率拆分用于不同程序或数据流。此“全IP”方法实现动态地基于例如任何给定时段或时间点处每一这类应用程序的需求，在传输介质上用于所有应用程序的可用带宽的灵活使用。

在某些实施例中，作为在本文中所描述的示范性投递模型下提供服务给用户的部分，服务提供者网络400还有利地准许订户或特定于帐户的数据(尤其包含与这类订户或账户相关联的特定CUe或DUe或E-UTRAN eNB/超微型小区装置的相关性)的聚合和/或分析。作为但仅作为一个实例，特定于装置的ID(例如，gNB ID、全局gNB标识符、NCGI、MAC地址等)可与网络首端407处维持的MSO订户数据交叉相关，以便尤其准许或至少促进(i)对MSO网络的用户/装置鉴认；(ii)具有在其中将服务提供给特定订户的能力的区域、处所或场馆、例如用于投递特定于位置的或目标的内容或播发或5G“切片”配置或投递的人口资料或设备位置的方面的相关；和(iii)对预订层级，且因此在适当时对某些服务的订户特权和接入的确定。

此外，MSO可维持用于特定装置(例如，3GPP 5G NR和支持WLAN的UE，或CPEe 413和任何相关联天线416等)的装置简档，使得MSO(或其自动化代理处理程序)可将装置建模以用于无线或其它能力。举例来说，一个(非补充)CPEe 413可建模为具有X Gbps的带宽能力，而另一处所的补充CPEe可建模为具有X+Y Gbps的带宽能力，且因此后者可符合不可用于前者的服务或“切片”的条件。

顺便说一句，5G技术定义包含以下各项的数个网络功能(NF)：

1、接入和移动性管理功能(AMF)-提供NAS信令终止、NAS完整性保护和加密、配准和连接和移动性管理、接入鉴认和授权，以及安全情境管理。AMF具有类似于先前演进包核心(EPC)的MME功能性的部分的功能。

2、应用功能(AF)-管理对业务路由选择、接入NEF、与用于策略控制的策略框架交互的应用影响。NR AF与EPC中的AF相当。

3、鉴认服务器功能(AUSF)-提供鉴认服务器功能性。AUSF类似于来自EPC的HSS的部分。

4、网络暴露功能(NEF)-管理能力和事件的暴露、信息从外部应用程序到3GPP网络的安全提供、内部/外部信息的转译。与EPC相比，NEF是全新实体。

5、网络片层选择功能(NSSF)-提供用于服务UE的网络片层个例的选择，确定允许的NSSAI，确定用以服务UE的AMF集。与EPC相比，NSSF是全新实体。

6、NF存储库功能(NRF)-支持服务发现功能，维持NF简档和可用的NF个例。与EPC相比，NRF是全新实体。

7、策略控制功能(PCF)-提供统一策略框架，提供策略规则给CP功能，并且在UDR中接入用于策略决策的预订信息。PCF具有来自EPC的PCRF功能性的部分。

8、会话管理功能(SMF)-提供用于会话管理(会话建立、修改、解除)、用于UE的IP地址分配和管理、DHCP功能、与会话管理相关的NAS信令的终止、DL数据通知、用于恰当业务路由选择的UPF的业务引导配置。SMF包含来自EPC的MME和PGW功能性的部分。

9、统一数据管理(UDM)-支持鉴认和密钥协商(AKA)凭证的产生、用户标识处置、接入授权、预订管理。这包括来自EPC的HSS功能性的一部分。

10、用户平面功能(UPF)-UPF提供包路由选择和转发、包检查、QoS处置，并且还充当与数据网络(DN)的互连的外部PDU会话点。UPF也可充当RAT内和RAT间移动性的锚点。UPF包含来自EPC的先前SGW和PGW功能性中的一些。

在5G NR架构内，控制平面(CP)和用户平面(UP)功能性划分于核心网络或下一代核心(NGC)内。举例来说，上文所论述的5G UPF支持UP数据处理，而其它节点支持CP功能。此划分的方法尤其有利地允许CP和UP功能的独立缩放。另外，网络片层可定制为支持不同服务例如本文中关于例如WLAN和3GPP NR之间的会话越区移交，以及通到CPEe的补充链路所描述的那些服务。

除了上文所描述的NF之外，还在NG-RAN架构中使用数个不同标识符，包含UE的和其它网络实体的那些标识符，并且可指配给本文中所描述的各种实体。特定地：

-AMF标识符(AMF ID)用以标识接入和移动性管理功能(AMF)；

-NR小区全局标识符(NCGI)，用以在全局标识NR小区，并且由小区属于的PLMN标识，以及小区的NR小区标识(NCI)构成；

-gNB标识符(gNB ID)用以标识PLMN内的gNB，并且含于其小区的NCI内；

-全局gNB ID用以在全局标识gNB，并且由gNB属于的PLMN标识和gNB ID构成；

-跟踪区域标识(TAI)用以标识跟踪区，并且由跟踪区域属于的PLMN标识和跟踪区域的跟踪区域码(TAC)构成；和

-单网络片层选择辅助信息(S-NSSAI)用以标识网络片层。

因此，取决于什么数据适用于MSO或其客户，上述的各种部分可与MSO网络回传的特定gNB“客户端”或其组件相关联并且存储到所述特定gNB“客户端”或其组件。

分布式gNB架构

在图4的上下文中，本文中所描述的DUe可假设关于增强型CPE(CPEe)413和无线电节点406a(例如，杆装式外部装置)的任何数目个形式和功能。应认识到，一般来说，“DU”和“CU”是指3GPP标准化特征和功能，这些特征和功能可实施于任何数目方式和/或位置中，只要图4的架构400支持即可。此外，本公开提供的对这些组件的增强和/或扩展(在本文中被称为CUe和DUe)和其功能可同样地分布于整个架构400的各个节点和位置处，所说明的位置和部署仅为示范性。

值得注意的是，“增强型”基于NR的gNB架构使用现有基础设施(例如，受控例如本受让人的MSO制的现有HFC电缆线路的至少一部分)，同时扩展用于基础设施内的信号传播的频谱(例如，总计1.6GHz带宽)。此外，可利用安装在场馆或处所处的接入点或节点，尤其是基于“边缘”的节点(其中的至少一些可由MSO控制、许可、安装或租用)将基于5G的服务投递到5G NR核心(例如，403)的订户。通过此利用的基础设施可能进行基于雾的网络连接，从而允许订户接入，接收和维持室内或室外的5G服务，且实际上，甚至同时订户正在改变方位，例如从室内移动到室外，从室外移动到室内，在室内服务节点之间(例如，大房子、办公室或住宅综合体或场馆)内移动，以及在室外服务节点之间移动。可利用其它节点，包含决定加入(或不决定退出)到参与雾网络中的其它支持5G的移动装置。实际上，移动装置的普遍存在产生用于分布和投递超低时延(例如，1ms ping)和超高速(例如，10Gbps或更高)连接性的对等网络。在许多情况下，利用一或多个参与的对等装置通过避免需要到达驻存于云类型网络的后端部分中的蜂窝塔、服务器或网关而产生更快服务(例如，极大地减小的ping)。

值得注意的是，在下文进一步描述的原理使用户能够维护5G服务(或任何其它基于3GPP或IEEE 802.11的连接)，而不会在会话之间丢弃或断开信号。换句话说，尽管节点可利用无线数据通信的至少一部分存在差异，但节点之间的连接性的“无缝”传递(类似于越区移交)是可能的。举例来说，安置在网络的“边缘”附近(即，在消费者处所附近)的CPEe和DUe各自能够经由基于3GPP的协议和/或基于IEEE 802.11的协议与例如移动用户装置通信数据。然而，订户不需要与不同的基站或调制解调器进行重新连接过程(与例如在Wi-Fi AP范围之外时建立与蜂窝数据服务的连接或在进入处所时连接回Wi-Fi AP的情况不同)，产生一种“无缝”的感觉，并进一步增加用户体验。

通过接入现有基础设施中使用的频谱的方式，这种增强型gNB架构为其订户提供了显著优势，例如如上文所提到和下文进一步描述的用户装置的经提高连接速度(例如，数据速率、响应时间、时延)和无缝移动性，所以相对于当前可用的服务，用户体验显著改善。此外，这种架构的运营商可以因为不需要对基础设施本身进行检修而有利地节省了跨长距离连接新电缆和管道的成本。

因此，现在参考图5a-5f，描述根据本公开的分布式(CUe/DUe)gNB架构的各种实施例。如图5a中所示，第一架构520包含gNB 401，其具有增强型CU(CUe)404和多个增强型DU(DUe)406、406a。如本文中随后更详细描述，启用这些增强型实体以准许处理程序间信号传递和高数据速率、低时延服务(不考虑是自主地还是在另一逻辑实体(例如与gNB通信的NG核心403，或其组件)的控制下)，以及统一移动性和IoT服务。

图5a中的个别DUe 406、406a经由插入的物理通信接口528和逻辑接口530与CUe404交换数据和消息接发。如先前所描述，这类接口可包含用户平面和控制平面，并且实施于规定的协议(例如F1AP)中。本文中随后更详细地描述每一DUe和CUe的操作；然而，应注意，在此实施例中，一个CUe 404与一或多个DUe 406、406a相关联，而给定DUe仅与单个CUe相关联。同样地，单个CUe 404与例如由MSO操作的单个NG核心403通信。每一NG核心可具有与其相关联的多个gNB 401(例如，图4中示出的类型)。

在图5b的架构540中，两个或更多个gNB 401a-n经由例如Xn接口527彼此通信，并且因此可至少进行CUe到CUe数据传送和通信。单独NG核心403a-n用于网络的控制和用户平面(和其它)功能。

在图5c的架构560中，两个或更多个gNB 401a-n经由例如Xn接口527彼此通信，并且因此可至少进行CUe到CUe数据传送和通信。此外，单独NG核心403a-n逻辑上“交叉连接”到一或多个其它NG核心的gNB 401，使得一个核心可利用/控制另一核心的基础设施，且反之亦然。这可以“菊花链”方式(即，一个gNB与除其自身以外的另一NG核心通信，且所述NG核心又与除其自身以外的又一额外gNB通信等)或gNB 401和NG核心可形成“网状”拓扑，其中多个核心403与多个gNB或多个不同实体(例如，服务提供商)通信。鉴于本公开，所属领域的技术人员将认识到其它拓扑。此交叉连接方法尤其有利地允许在两个MSO或在MNO和MSO之间共享基础设施，这尤其适用于例如可能无法支持例如不同服务提供商的多个RAN基础设施集的密集部署环境。

图5d-5f涉及尤其在4G/4.5G和5G技术之间的迁移或转变期间预期的所谓的NSA架构。应注意，按照3GPP版本15，已引入一些新的实体定义，包含：(i)LTE eNB-eNB装置，其可连接到EPC和现有先行版本15LTE核心网络；(ii)eLTE eNB-LTE eNB的演进，其中eLTE eNB可连接到EPC和5GC；(iii)NG，即NGC和gNB之间的数据接口；(iv)NG2-核心网络和RAN(对应于LTE中的S1-C)之间的控制平面(CP)接口；和(v)NG3-核心网络和RAN(对应于LTE中的S1-U)之间的用户平面(UP)接口。

在“独立”或SA情境(例如，上文的图5a-5c)中，5G NR或演进LTE无线小区和核心网络单独操作，表情用于控制平面和用户平面两者。从操作和管理角度，SA配置比NSA更简化。此外，纯SA网络可使用4G和5G之间的正常代间越区移交独立地操作以用于服务连续性。在3GPP中定义SA的三个变化：(i)选项1，使用EPC和LTE eNB接入(即，按照当前4G LTE网络)；(ii)选项2，使用5GC和NR gNB接入；和(iii)选项5，使用5GC和LTE ng-eNB接入。

如先前关于图3b-3d所描述，在非独立(NSA)情境中，NR无线小区使用双重连接性与LTE无线小区高效集成或组合以提供无线电接入。在NSA的情况下，取决于特定运营商选择，无线电网络核心网络可为EPC或5GC。

图5d说明根据本公开的包含5G NR核心(NGC)的NSA gNB和eLTE eNB架构。在此架构570中，NG核心403通过CUe和DUe与gNB 401通信，并且以及支持用于用户平面的eLTE eNB316。gNB 401支持用于eLTE eNB的控制平面功能。

图5e说明根据本公开的包含演进包核心(EPC)的NSA gNB和LTE eNB架构。在此架构580中，EP核心(EPC)303、333通过CUe和DUe与gNB 401通信以用于用户平面功能，并且支持用于用户平面和控制平面的LTE eNB 317(即，非5G通信NodeB)。

图5f说明根据本公开的包含演进包核心(EPC)的NSA gNB和eLTE eNB架构。在此架构590中，EP核心(EPC)303、333通过CUe和DUe与gNB 401通信以用于用户平面功能，并且支持用于用户平面和控制平面的eLTE eNB 316(即，5G通信NodeB)。

还应了解，虽然主要关于如图5-5f中所示的一体式gNB-CUe实体或装置401进行描述，但本公开决不受限于这类架构。举例来说，本文中所描述的技术可实施为分布式或解除聚合式或分布式CUe实体(例如，其中CUe的用户平面和控制平面功能解除聚合或分布在例如CUe-C(控制)和CUe-U(用户)的两个或更多个实体上)，且/或采用其它功能划分，包含在基于NSA的架构中。

还应注意，可与图5-5f的架构一致地利用eNB或超微型小区(即，E-UTRANLTE/LTE-A Node B或基站，包含eLTE eNB 316)和gNB的异构架构。举例来说，给定DUe可(除了支持如下文关于图7-7a更详细地论述的节点操作之外)，(i)仅用作DUe(即，5G NR PHY节点)并且在E-UTRAN宏小区外部操作，或(ii)与eNB或超微型小区物理上处于相同位置并且在eNB宏小区覆盖区域的一部分内提供NR覆盖，或(iii)与eNB或超微型小区物理上不处于相同位置，但仍提供宏小区覆盖区域内的NR覆盖。

根据5G NR模型，DUe 406、406a包括逻辑节点，其取决于功能拆分选项，各自可包括gNB功能的不同子集。DUe操作受CUe 404控制(并且最终用于NG核心303的一些功能)。在本公开中的DUe和CUe之间的拆分选项可包含例如：

-选项1(RRC/PCDP拆分)

-选项2(PDCP/RLC拆分)

-选项3(RLC内拆分)

-选项4(RLC-MAC拆分)

-选项5(MAC内拆分)

-选项6(MAC-PHY拆分)

-选项7(PHY内拆分)

-选项8(PHY-RF拆分)

在选项1(RRC/PDCP拆分)下，无线电资源控制(RRC)处于CUe中，而包数据汇聚协议(PDCP)、无线电链路控制(RLC)、MAC物理层(PHY)和RF保持于DUe中，进而维持分布式单元中的整个用户平面。

在选项2(PDCP/RLC拆分)下，存在两个可能变体：(i)RRC、PDCP维持于CUe中，而RLC、MAC、物理层和RF处于DU中；和(ii)RRC、PDCP处于CUe中(具有拆分用户平面和控制平面堆栈)，且RLC、MAC、物理层和RF处于DUe中。

在选项3(RLC内拆分)下，两个拆分是可能的：(i)基于ARQ的拆分；和(ii)基于TXRLC和RX RLC的拆分。

在选项4(RLC-MAC拆分)下，RRC、PDCP和RLC维持于CUe 404中，而MAC、物理层和RF维持于DUe中。

在选项5(MAC内拆分)下，RF、物理层和MAC层的较低部分(低MAC)处于DUe406、406a中，而MAC层的较高部分(高MAC)、RLC和PDCP处于CUe 404中。

在选项6(MAC-PHY拆分)下，MAC和上部层处于CUe中，而PHY层和RF处于DUe中。CUe和DUe之间的接口承载数据、配置和调度相关信息(例如调制和译码方案或MCS、层映射、波束成形和天线配置、无线电和资源块分配等)以及测量值。

在选项7(PHY内拆分)下，用于上行链路(UL)和下行链路(DL)的不同子选项可独立地发生。举例来说，在UL中，快速傅里叶变换(FFT)和CP移除可存在于DUe中，而剩余的功能存在于CUe 404中。在DL中，iFFT和CP加法可存在于DUe中，而PHY的剩余部分存在于CUe中。

最后，在选项8(PHY-RF拆分)下，RF和PHY层可隔开以尤其准许所有协议层层级处的处理程序的集中化，从而产生RAN的高度协调。这允许对例如CoMP、MIMO、负载均衡和移动性等功能的优化支持。

一般来说，上述拆分选项意图实现允许可扩展的具成本效益的解决方案的灵活硬件实施方案，以及用于例如性能特征、负载管理和实时性能管理优化的协调。此外，可配置功能拆分实现对各种用例和操作情境的动态适应。在确定如何/何时实施这类选项时考虑的因素可包含：(i)对所提供的服务的QoS要求(例如，支持5G RAN要求的低时延、高输送量)；(ii)对每给定地理区域的用户密度和负载需求的要求支持(可影响RAN协调)；(iii)具有不同性能水平的传输和回程网络的可用性；(iv)应用程序类型(例如实时或非实时)；(v)无线电网络层级处的特征要求(例如载波聚合)。

还应注意，在上述各种拆分选项中提及的“DU”功能性自身可跨DUe和其下游组件(例如节点409的RF级(参见图7和7a)和/或CPEe 413)进行拆分。因而，本公开预期其中通常在DUe内发现的功能性中的一些可分布到节点/CPEe的实施例。

进一步认识到，用户平面数据/流量也可远离CUe路由和投递。在(上文所描述的)一个实施方案中，CUe托管RRC(控制平面)和PDCP(用户平面)两者；然而，仅作为一个替代实施例，可利用所谓的“解除聚合的”CUe，其中CUe-CP实体(即，CUe-控制平面)仅托管RRC相关功能，且CUe用户平面(CUe-UP)被配置成仅托管PDCP/SDAP(用户平面)功能。在一个变体中，CUe-CP和CUe-UP实体可为接口数据和经由E1数据接口的处理程序间通信，不过可使用用于通信的其它方法。

还应了解，CUe-CP和CUe-UP可由不同实体控制和/或操作，例如其中一个服务提供者或网络运营商维持对CUe-UP上的认知/控制，且另一服务提供者或网络运营商维持对CUe-CP上的认知/控制，且两者的操作根据一或多个规定的操作或服务策略或规则进行协调。

再次参考图4，DUe 409的示范性实施例是绞线固定式或埋入式DUe(与下游无线电链一起，所述下游无线电链可包含一或多个部分或完整远程无线电头端(RRH)，其包含节点(例如，模拟前端、DAC/ADC等)的PHY功能性的至少部分。如可了解，可更改每一DUe/节点的位置和配置以适应操作要求，例如群体密度、可用电力服务(例如，在农村地区)、与无线电设备近邻或处于相同位置的其它设备的存在、地理特征等。

如下文关于图7-7a所论述，图5的实施例中的节点406、406a包含多个800MHz标称带宽的基于OFDM的发射器-接收器链，不过此配置仅为示范性。在操作中，节点产生在分配的频段(例如，高达大致1.6GHz)中发射的波形，但应了解，视需要，OFDM信号实际上可与低于800MHz频段中承载的信号并行操作，例如以用于正常电缆系统操作。

如图4所示，在一个实施方案中，每一节点(且因此DUe)经由F1接口与其服务性CUe通信，不强可与CUe处于相同位置或不处于相同位置。举例来说，节点/DUe可例如子N路分接点412之前，定位于邻近现有HFC拓扑内的分布节点的MSO HFC基础设施内，使得节点/DUe可经由前述OFDM波形和现有HFC设备服务多个处所(例如，示出的住宅客户)。在某些实施例中，每一节点/DUe 406、406a位于更靠近网络的边缘处，以便服务一或多个场馆或居所(例如，建筑物、房间、或商业广场、公司、学术目的，和/或适用于无线接入的任何其它空间)。举例来说，在图4的上下文中，节点可甚至包括CPEe或外部接入节点(各自在本文中其它处论述)。每一无线电节点406被配置成在其用于其RAT的覆盖率或连接性射程(例如，4G和/或5GNR)内提供无线网络覆盖。举例来说，场馆可具有安装于其入口内的无线NR调制解调器(无线电节点)以供预期客户连接，包含在停车场尤其经由其支持NR或LTE的车辆或其操作者的个人装置接入。

值得注意的是，可利用不同级别的DUe/节点406、406a。举例来说，推定“A级”LTEeNB可向上发射X dbm，而“B级”LTE eNB可发射高达Y dbm(Y>X)，因此平均面积可大幅变化。实际上，A级装置可具有约数百英尺的工作范围，而B级装置可在数千英尺或更大的范围内操作，传播和工作范围是由数种因素决定，包含RF或其它干扰者的存在、场馆/地区的逻辑拓扑结构、接收器的能量检测或敏感性等。类似地，可取决于这些因素，使用不同类型的支持NR的节点/DUe 406、406a，不管是单独使用还是与例如WLAN等其它无线PHY一起使用。

此外，使用图4的架构，可以根据客户端装置407的位置，经由无线电接入节点406a以及CPEe 413经由一或多个DUe单元406a来冗余地或单独地投递数据，从而使得客户端装置能够在服务节点/装置的范围内时对所请求的数据具有恒定的接入。举例来说，在一个情境中，即使没有移动性，补充链路也用于同时维持单独的数据会话；即，经由PHY1为服务A提供一个会话；且经由PHY2为服务B提供另一同步会话(与服务A从PHY1越区移交到PHY2相反)。在一个实施方案中，利用现有的3GPP LTE-A多频段载波聚合(CA)协议，其中补充链路充当当前从住宅/建筑物内为用户服务的主小区或“PCell”的次小区或“SCell”，或反之亦然(例如，补充链路可以充当PCell，并且随后经由例如处所节点添加SCell)。特别参见以全文引用的方式并入本文中的3GPP TR 36.808的“演进通用陆地无线电接入(E-UTRA)；载波聚合；基站(BS)无线电发射和接收(Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；Carrier Aggregation；Base Station(BS)radio transmission and reception)”。

信号衰减和带宽

图6a和6b说明随图4的HFC电缆设备内的距离而变的示范性下游(DS)和上游(US)数据输送量或速率。如所说明，在2100ft(640m)处的节点+2处，并且在1475ft(450m)处的节点+1处，可达到总计(DS和US组合式)约10Gbps的带宽(基于本受让人进行的计算机化模拟)。前述10Gbps的一个示范性拆分是不对称的；例如，8Gbps DL/2GbpsUL，不过这可使用例如本文中其它处所描述的TDD变化而动态地变化。

值得注意的是，图4的架构400所利用的上文(参见例如图1和2)所描述的现有HFC架构的部分并非固有地受其介质和架构(即，光纤传输圆环，其中同轴电缆朝向边缘)限制；同轴电缆可在显著高于通常用于电缆系统中的低于1GHz的频率下操作，但以衰减显著增加为代价。如所已知，典型同轴电缆中的衰减理论计算公式(A)包含归因于导体的衰减加归因于电介质的衰减：

其中：

R_t＝每1000ft的总线路电阻欧姆数。

(针对单根铜线)

p＝电介质的功率因子

F＝以兆赫兹(MHz)为单位的频率

因而，衰减随着频率增加而增加，且因此对操作频段的频率上限存在实际限制。然而，这些限制并非禁止在范围上高达例如2GHz，其中通过适当的电缆和放大器制造和设计，这类同轴电缆可适合携带无过度衰减的RF信号。值得注意的是，非常可能发生大致800MHz宽的典型电缆RF频段的倍增(即，到1.6GHz宽)且不会在较高频率下发生过度衰减。

还应了解，上文所描述的衰减随尤其同轴导体长度而变，且因此，对于较短路程的电缆，可接受较高水平的“每MHz”衰减。换句话说，与那些需要较大或不成比例的放大的较远电缆相比，较短路程的电缆服务的节点可能够更好地利用RF频谱的较高端部(例如，在前述示范性1.6GHz频段的高端)。因而，本公开预期使用随总电缆中等行程长度或类似长度而变的频谱使用的选择性映射。

发射介质性能的另一因子是速率因子(VF)，也被称作波传播速度或传播速率(VoP)，定义为波前(电磁或射频信号、光纤中的光脉冲或铜线上的电压改变的波前)在发射介质上传播的速度与真空中的光速(c，大约3E08 m/s)的比。对于光信号，速率因子是折射率的倒数。真空中的射频信号的速度是光速，并且因此真空中的无线电波的速率因子是1，或100％。在电缆中，速率因子主要取决于用于隔绝电流承载导体的材料。速率因子是例如同轴、CAT-5/6电缆和光纤等通信介质的重要特性。数据电缆和光纤通常具有介于大致0.40和0.8(真空中的光速的40％到80％)之间的VF。

LTE(UL/DL)中的可达往返时延是约2ms(对于“快速”UL接入，其消除对调度请求和个别调度授权的需求，进而按照版本15，使时延降到最低，TTI变短)，而针对5G NR的那些可达往返时延是约1ms或更小，取决于发射时间间隔频率(例如，60kHz)。

值得注意的是，4G/4.5G传输时延的显著部分涉及支持性基础设施的网络核心和传输(即，非边缘)部分。

因此，假设标称0.7VF和一(1)ms往返时延要求，推定服务距离约100km是可能的，前提是假设无其它处理或传输时延：

0.5E-03s(假设对称性US/DS)x(0.7x 3E08 m/s)x 1km/1000m＝1.05E02 km

如下文关于图7a和7b更详细地论述，架构400的示范性实施例可利用中间频率(IF)减小存在于承载介质(即，同轴电缆)上较高频率处的衰减。

网络节点和DUe设备-

图7和7a说明根据本公开的网络射频节点设备409的示范性配置。如上文所述，这些节点409可呈现任何数目个外观尺寸，包含(i)与其它MSO设备处于相同位置，例如在MSO的物理上固定空间中，(ii)“绞线”或杆装式，(iii)表面固定式，和(iv)埋入式，以便尤其促进与现有HFC(和光学)基础设施，以及例如CUe 404的其它4G/5G组件的最高效集成。

如所示出，在图7中，在一个实施例中，示范性节点409大体上包含通到HFC网络DWDM系统(参见图2)的光学接口702，以及通到HFC分布网络(即，同轴)的“南向”RF接口704。光学接口702与SFP连接器罩706通信以用于经由插入光纤接收DWDM信号。基于所选择的选项拆分，还包含5G NR DUe 406以提供如先前所描述的5G DU功能性。MIMO/无线电单元(RU)级708在基带下操作，之后通过如所示的中间频率(IF)级710对所发射的波形进行升频转换。如下文所论述，在示范性实施例中，使用多个并行级以利用3GPP技术内的MIMO技术提供的多个并行数据流。还在双路复用器级714和阻抗匹配级716之前利用倾斜级712。具体地，在一个实施方案中，此“倾斜”级用以补偿介质(例如，同轴电缆)所承载的不同频率上的非线性。举例来说，较高频率当在介质上行进时，与在同一介质上行进相同距离的较低频率相比，可具有每单位距离较高损失。当在同轴线上发射高带宽信号(例如50-1650MHz)时，其在整个频率带宽上的损失将为非线性的，并且可包含形状假影，例如斜坡(或“倾斜”)，和/或衰减曲线中的弯曲或“膝部”(例如，等效于低通滤波器)。通过在节点装置的RF级使用一或多个倾斜补偿设备712，可补偿这类非线性损失以达成介质上的最优性能。

在一些实施例中，如下文关于图7a更详细地论述，还使用同步信号产生器718。

在图7a的示范性实施方案中，还包含4G gNB DUe 707和5G gNB DUe 406两者以支持分别用于4G和5G通信的RF链。如下文更详细地描述，频谱的5G部分划分成两个频段(上部和下部)，而部分划分成不同频率范围内的上部频段和下部频段。在示范性实施方案中，应用OFDM调制以在时域中产生多个载波。尤其对于与在本文中所描述的节点509的各种实施例一起使用的示范性可重编程的基于OFDM的频谱产生设备，参见例如以下共同拥有且同在申请中的美国专利：2015年11月10日发布的标题为“数字域内容处理和分布设备和方法(Digital domain content processing and distribution apparatus and methods)”第9,185,341号美国专利，以及2016年3月29日发布的标题也为“数字域内容处理和分布设备和方法(Digital domain content processing and distribution apparatus andmethods)”的第9,300,445号美国专利，其各自以全文引用的方式并入本文中。

在示范性实施例中，节点409产生的5G和LTE OFDM载波利用1650MHz的可用HFC承载带宽，且此带宽取决于例如操作条件、服务的“N+0”订户与服务的“N+i”订户的比以及其它参数而分割成两个或更多个子带。参见下文对图7c的论述。在一个变体中，每一节点使用来自其上游节点的RF功率以导出电力，并且另外将RF信号(不管是在相同频率下还是在不同频率下)传播到包含宽带放大器的下游节点和装置。

虽然主要在基于OFDM的PHY(例如，使用在时域中具有多载波的IFFT和FFT处理程序)以及时分双工(TDD)时间多路复用的上下文中描述本发明的实施例，但应了解可与本公开的各种方面一致地利用其它PHY多址接入方案，包含例如但不限于频分双工(FDD)、直接序列或其它展频，以及FDMA(例如，SC-FDMA或NB FDMA)。

如先前所述，为使用消费者处所设备(CPEe)413中的单个接收器芯片组和单个同轴馈送器(例如，MSO引到其订户的处所的同轴电缆，或经安装用于较低成本单输入单输出(SISO)分布式天线系统(DAS)的单个同轴电缆)上的3GPP 5G NR波形达成高输送量，通过现有技术芯片组可聚合的总载波带宽限于例如800MHz的值，这不足以在给定3GPP 5G NR标准支持的频谱效率下仅一个数据流就达到例如10Gbit/s的高输送量。

由于作为用于相同RF带宽的多输入多输出(MIMO)信道的部分，3GPP 5G NR标准支持多个独立并行数据流的发射以利用无线信道在使用多个天线元件时得到的空间分集，因此第一代3GPP 5G芯片组将支持这类并行MIMO数据流。然而，尝试在单个电缆上发射这些并行流通常达不到预期目的，这是因为所有流将占用相同RF带宽并且由于在其之间缺失空间分集而将彼此干扰。

因此，本文所公开的设备的各种实施例(图7和7a)利用3GPP 5G NR支持的并行MIMO数据流，其在注入到单个同轴馈送器中之前在收发器节点409中发生频率移位，以便利用频率分集(代替空间分集；可视需要在CPEe和/或补充杆装式无线电接入节点406a处利用空间分集)达成3GPP 5G NR芯片组通过并行数据流支持的最大总载波带宽。在概念上，产生用以投递在CPEe处汇聚的MIMO流的透明“管”。基于从CPEe回到节点(例如，DUe 406或节点409)的信道质量反馈，例如通过频率选择性调度器，将MIMO流的内容映射到不同频率资源，本钱通过发射节点选择用于所述内容的适当的调制和译码方案(MCS)。本文中所公开的前述“管”实际上充当在内部将不同天线端口重新路由到电缆承载介质上的不同频带的黑匣子。

图7b示出现有技术LTE/LTE-A频带和相关联防护带与所分配频谱的典型100MHz部分(顶部)以及类似的5G NR频带分配(底部)的比较。如所示出，5G NR使用宽带方法，其中其最大带宽是约98MHz。宽带5G载波的这类使用比多载波LTE/LTE-A更高效。其提供数种益处，包含更快负载均衡、更少共同信道开销，以及载波之间减小的防护带(LTE使用例如分配给其防护带的10％)。

因此，在本公开的一个变体(图7c)中，节点409被配置成使用分布于下限频率752和上限频率754之间的多个5G NR宽带732(此处，TDD载波)使前述个别并行MIMO数据流发生频谱偏移，每一宽带具有中心频率和对下一相邻宽带载波732的相关联防护带(未示出)。在一个实施方案中，使用最大带宽和防护带的5G NR值；然而，应了解，本公开的各种方面决不因此受限，这类值仅为示范性的。在图7c的所说明的实施例中，N个频段或TTD载波732散布在可用频谱上，所述频谱在一个实例中可为1.6GHz，如本文中先前所论述，不过预期其它值(包含远高于1.6GHz的频率，这取决于基本电缆介质损失和涉及的必要发射距离)。如所示出，取决于可用带宽和每一TDD载波732消耗的带宽，可使用更多或更少这类载波(在图式的左侧部分示出了三个，总计“n”个载波)。值得注意的是，虽然可使用数个标称98MHz NR载波，但图7c的实施例还预期(i)宽得多的载波(取决于所使用的层737、738的数量，如图7c的底部部分中所示)，和(ii)使用载波聚合或CA机制高效地利用两个或更多个宽带一起作为共同载波。

如图7c的顶部部分730中进一步示出，下带734被配置成用于FDD用途；具体地，在此实施方案中，下行链路同步信道733(本文中其它处论述)在频段734的下部部分处产生，且产生一或多个LTE FDD频段742(例如用于如下文关于图7c的底部部分所描述的UL和DL信道)。FDD频段734的总带宽与频谱的剩余部分(即，介于下限752和上限754所述)相比为小，所述剩余部分用以尤其携带5G NR流量。

在一般化模型730(图7c，顶部部分)的示范性实施方案740(图7c，底部部分)中，个别5G TDD载波732各自包含多个“层”737、738，其在示范性配置中对应于MIMO端口并且可用于各种功能。如所示出，共同UL/DL层737与每一或较大载波732相关联(以维持上行链路和下行链路信道)，如数(L)个额外UL或DL层738(例如，其可选择性地分配给UL或DL，DL归因于网络上的服务不对称性(其中DL比UL消耗大得多的带宽)而为主导选择)。在一个变体中，每一层是98MHz宽以对应于单个NR宽带，不过此值仅为示范性的。

在LTE FDD频段742内，使用用于UL 735和DL 736的两个LTE载波，且在频谱的下端使用单独DL同步信道733。如将了解，可与本公开一致地使用电缆频谱频率平面的下部部分的各种其它配置。在一个变体中，下部频谱部分742(图7c)通过两个约20MHz总计约40MHz的带宽(包含保护带)的并行流735、736分配给3GPP 4G LTE MIMO载波。执行此是由于3GPP版本15仅支持非独立(NSA)模式中的5G NR，借此必须联合4G/4.5LTE载波进行操作。

顺便一提，5G NR支持自适应TDD占空比，借此分配用于下游和上游发射的时间比例可适用于来自总发射性网络元件集(即，节点和与所述节点共享同轴总线的所有CPEe413)的流量净需求。4G LTE不支持这类自适应占空比。为防止在5G和4G占空比不同的可能情境中的接收器阻塞，高抑制滤波器组合器714(图7a)在所有活动网络元件(即，收发器节点、行内放大器和CPEe 413)中用于4G和5G载波以不干扰彼此或致使接收器阻塞。在图7a的示范性双路复用器中，4G和5G两者经由高抑制滤波器寻址以允许不同占空比。

如上文所述，同轴电缆上的较低频谱的另一微小部分733(例如，<5MHz)在下游采用单向通信用于两个数字同步信道的发射，所述两个数字同步信道一个用于5G并且一个用于4G，其在前述“微小部分”733内从收发器节点409的信号产生器718到可共享同轴总线的多个行内放大器和CPEe 413，I-Q多路复用到一个QPSK模拟同步信道上。这些同步信道辅助PRB的相干接收。具体地，同步信号用以达成在节点下游的所有有源组件(例如行扩展放大器和CPEe)中的振荡器频率同步。用于4G和5G技术的振荡器可为独立的。如果载波使用例如4G LTE信道上的FDD，那么频率同步是足够的。如果载波使用如图7c的5G NR部分中的TDD，那么也需要相位同步化用于下游组件以标识发射模式(即下行链路或上行链路)以及两者之间的占空比，且同步信号传送此信息。由于较低频率在电缆上较少衰减，因此在一个实施方案中，同步信道在电缆上的频谱的较低部分上发射，使得到达每一个下游网络元件和CPEe。在一个变体中，用两个位调制模拟信号，其中一个位根据4G信号的占空比切换，且另一位根据5G信号的占空比切换，不过可利用其它方法。

还将认识到：(i)可基于例如操作要求(例如需求)(例如，为了增强型QoE语音服务产生的任何专用承载的网络或带宽要求)静态地或动态地修改每一5G TDD宽带载波732的宽度，和(ii)可类似地静态地或动态地修改使用的宽带载波732的数目(以及实际上每一宽带载波732内利用的层的数量。还应了解，两个或更多个不同值的带宽可结合多个宽带中的不同宽带使用，并且如先前所描述进行聚合。

f_lower 752和f_upper 754的值也可取决于操作参数和/或其它考虑因素而变化，例如如本文中先前所详细论述随频率而变的RF信号衰减。举例来说，由于与较低频率相比，较高频率在同轴传输介质上的衰减程度要大得多，因此，在一个变体中，在介质上发射中间频率(IF)，并且随后在消费者处所设备(CPEe)413中针对与CPEe中的3GPP 5G NR芯片组的3GPP频段兼容互操作性而块转换到RF载波频率。以此方式，有利地避免拓朴中的较早转换原本将经历的衰减。类似地，非常短的电缆线程(例如，光纤投递节点与给定处所之间，或从分布节点到多住户单元(MDU)(例如公寓或共管公寓建筑、医院或企业或校园)内的各种订户CPEe的“最后一公里”)可映射到高得多的频率中，这是由于其在电缆上的总传播距离相对较小。

在另一变体中，利用在5G NR标准中指定的处于作用中或动态Tx/Rx端口形成，然而，用如上文所论述的频率带宽指配(即，总计带宽，即f_lower 752和f_upper 754值，以及TDD载波带宽值)替代在其中形成的波束。

图7c的上述方面还突出如下事实：虽然本文中所描述的一些示范性配置利用两(2)个MIMO端口或流作为电缆介质上的频率分集的各种基线(即，以便减小CPEe 413中的基于频率的滤波复杂性)，但可与本公开一致地利用复杂程度大得多的频率规划，包含每TDD载波732使用更多MIMO层和不同带宽。具体地，本文中的示范性实施例将不同天线端口映射到电缆上的不同频带，其中不同频带经历不同水平的传播损耗、相位延迟、环境干扰和自干扰。因此，产生具有频率分集用于信号到达CPEe的独立信道。当在CPEe处升频转换到RF频率时，在一个实施方案中，CPEe如同在空中接收到一般地处理这些信号，并且(如图8的框810中所示)在示范性实施例中将电缆上的每一频带针对端口0从50到850MHz并且针对端口1从850到1650MHz升频转换到相同RF频率，进而借助于应用到每一端口的不同频率乘法器将其重新对准。此外，在示范性实施例中，CPEe将信道质量信息(CQI)、秩指示符(RI)和预译码矩阵指示符(PMI)反馈提供回到与现有3GPP协议一致的分布节点409。如果电缆介质上的较高频率不过度衰减(参见图6a和6b)，那么(用于2层MIMO的)RI 2报告回到节点409。所述节点接着使用此信息译码发到CPEe的独立数据层。然而，取决于CPEe中的准许的复杂性和相对于CPEe的拓扑方位的电缆物理特性，可使用四(4)个或甚至(8)个层代替上文较简单的2层。

在操作中，可通过使用定向耦合器和功率分配器或分接点共享馈送器作为共同总线的多个CPEe 413，接收由收发器节点注入到同轴馈送器704中的IF载波。可通过例如调度有效负载用于频率上隔开的不同3GPP 5G NR物理资源块(PRB)上的不同CPEe，实现从节点409到CPEe 413的点到多点(PtMP)下游发射。

在图7c的示范性实施例中，同轴电缆承载中的绝大部分带宽以时分双工(TDD)方式用于在下游(DS)和上游(US)5G NR通信之间切换，这取决于用于每一TDD载波732中的特定层737、738的配置。从多个CPEe 413到收发器节点的上游通信也可/替代地视需要同时在单独PRB上(通过频率分离)发生。

通过通到MSO DWDM设备的光纤链路702达成收发器节点409和北向网络元件或上游之间的连接性。为使馈入收发器节点409所需的光纤信道的数目降到最低，并且将其约束为一对光纤束，在一个实施例中，在光纤对上实现(前述)3GPP 5G NR F1接口以利用F1接口的低开销。3GPP 5G NR分布单元(DUe)功能性并入到如先前所描述的收发器节点409中，这是由于F1接口界定于中央单元(CU/CUe)与DU/DUe之间，其中在所说明的实施例中，CUe和DUe一起构成3GPP 5G NR基站或gNB(参见图5a-5f)。

还在图7a的实施例中的光学接口处提供以太网交换机705以将回程划分成4G和5G数据路径(例如，基于交换机705分别以不同方式路由所接收的上游4G和5G信号)。

示范性节点409还包含功率转换器719，其适用于截至本公开在供DOCSIS网络元件使用的HFC上的准方波低电压电源技术的内部使用。在一个变体中，节点409被进一步配置成将输入端口701上接收到的准方波低电压功率传送到HFC输出端口704以传送到可安装在HFC基础设施上的节点的下游的其它活动网络元件，例如放大器。

应注意，与一些现有解决方案相比，图4和7、7a、7c的所说明的实施例使用HFC与双绞线馈入CPEe 413；与双绞线相比，HFC有利地提供较低损失和较宽带宽，其用以提供5G输送量到较远距离，并且利用安装的同轴电缆的现有大型基部。此外，在一个实施方案中，上述架构被配置成使用定向耦合器和功率分配器或分接点附接到共同的同轴总线以服务多个CPEe 413，所述共同的同轴总线连接到收发器节点处的单个接口。与现有解决方案形成对照，在其它实施方案中，另外添加前述以太网服务(为服务外部Wi-Fi接入点和集成式Wi-Fi路由器所必需)以提供扩展能力。

CPEe设备-

图8说明根据本公开的CPEe设备413的示范性配置。如所示出，CPEe 413通常包括通到HFC分布网络的RF输入接口816(即，处所处的同轴电缆分接线)。使用与先前论述的节点409的发射器/接收器大体对称的发射器/接收器架构；即，阻抗匹配电路、双路复用器、同步电路、倾斜等用作CPEe RF前端的部分。块转换器810用以从同轴电缆域频段(此处，50-850MHz和850-1650MHz)转换到处所域，如下文更详细地论述。

示范性CPEe 413还包含实施CPEe内的UE的3GPP功能性的5G UE处理程序808，以及3GPP(例如，5G/LTE)中继器模块809，其包含在用户RF频段内用于室内/处所覆盖的一或多个天线元件810。因而，示出的CPEe 413实际上可充当在用户频段内操作用于处所内的用户装置的基站。

还包含10GbE WLAN端口818，其介接在UE模块808和(任选)WLAN路由器417(具有内部10GbE交换机819)之间以支持与例如Wi-Fi AP的处所WLAN基础设施的数据互换。

在图8的配置中还示出用于外部天线416连接(例如，用于设置如先前关于图4所描述的补充数据链路的屋顶天线元件)、无线高带宽回程或其它功能的数个外部端口812、814。

在图8a的示范性实施方案中，包含4G和5G gNB块转换器832、830以支持分别用于4G和5G通信的RF链(即，用于接收到的IF频段信号转换成例如2GHz频段中的CPEe内的4G/5G接口和调制解调器的相关RF频率)。如先前所描述，块转换器还实现经由相关IF频段经由同轴输入816与分布节点409的上游通信。

值得注意的是，CPEe 413将IF和RF载波频率之间的块转换单独地应用于4G和5G载波，这是由于所述4G和5G载波可处于不同频带上。在一个实施方案中，CPEe包含具有5G NR和4G LTE功能的用户设备(UE)芯片组816。在此实施例中，支持两种技术，这是由于3GPP 5GNR的第一版本需要4G和5G串联地操作为非独立(NSA)配置的部分。

应注意，在图8a的示范性配置(示出4G与5G组合中的较低频率)中，使用滤波器组合器(与图8的更一般化方法形成对照)。

还应注意，图8a的特定实施在RF-IF块转换器830中的仅一个上使用如先前所描述的“倾斜”补偿。这归因于对这类补偿的需求(在某些情况下，例如在所标注的频带中操作的同轴电缆)不成比例地在较高频率(即，在此实施例中，高达1650MHz)下发生的事实。然而，应了解，取决于特定应用，可与本公开一致地使用不同补偿配置。举例来说，在一个变体中，可对照更大粒度频带，且因此对照仅在所利用的频带的窄区中(例如，四个5G RF-IF块转换器中的一个或两个上)应用的倾斜/补偿来分配上部频段块转换器830。类似地，不同类型的倾斜/补偿可以不均匀方式应用到每一块转换器(或其子集)。鉴于本公开，所属领域的技术人员还将了解上述内容的各种不同组合。

块转换到RF频率使得信号3GPP频段与CPEe 413中的UE芯片组兼容和交互。RF载波接着还能经受通过包含的用于4G和5G的中继器809进行放大，所述中继器809可通过连接到CPEe的可拆卸外部天线810辐射RF载波，通常是在室内。例如智能手机、具有蜂窝式调制解调器的平板计算机和IoT装置的移动装置接着可切断用于4G和5G服务的辐射信号(参见下文对图9a和9b的论述)。

UE芯片组816和中继器809接收单独数字I/Q同步信号(一个用于4G并且一个用于5G)用于在相应TDD载波的下游和上游模式之间切换，这是由于其可能具有下游-上游比或占空比。这两个数字同步信号是从I-Q调制模拟QPSK信号接收，所述I-Q调制模拟QPSK信号是从经由端口816馈入CPEe 413的同轴电缆上的下端频谱接收。

如所提及，在示范性实施方案中，应用OFDM调制以在分布节点409处在时域中产生多个载波；因此，解调(尤其经由FFT)在CPEe中用于解调IF信号。尤其对于与在本文中所描述的CPEe 413的各种实施例一起使用的示范性可重编程的基于OFDM的接收器/解调设备，参见例如以下共同拥有并且同在申请中的美国专利：2015年11月10日发布的标题为“数字域内容处理和分布设备和方法(Digital domain content processing and distributionapparatus and methods)”第9,185,341号美国专利，以及2016年3月29日发布的标题也为“数字域内容处理和分布设备和方法(Digital domain content processing anddistribution apparatus and methods)”的第9,300,445号美国专利，其各自以全文引用的方式并入本文中。

类似于图8的实施例，还提供10Gbe以太网端口以支持图8a的装置中的WLAN路由器417的操作，包含用于所服务的处所内的LAN使用。

此外，为提升超出通过主要同轴电缆链路可得的能力的宽带能力并且为添加用于较高可靠性的冗余连接(这对于小企业、集团、教育机构等可为重要的)，在图8a的CPEe上包含两个额外RF接口以用于将CPEe连接到安装在室外(例如小企业、多住户单元(MDU)或多层商业集团的屋顶)的2端口外部天线416(参见图9a)。此外部天线可用以从安装于消费者处所附近的室外无线电装置接收补充信号。应了解，室外无线电装置可具有提供用于室外移动性的覆盖率的主要目的，但来自所述室外无线电装置的信号也可/替代地一固定无线方式用于增补来自主要同轴链路的能力并且添加冗余，如本文中其它处所描述。

方法

现在参考图9-9d，示出和描述操作本文中例如图4的网络基础设施的方法。

图9是说明利用现有网络(例如，HFC)进行高带宽数据通信的一般化方法1200的一个实施例的逻辑流程图。如所示出，所述方法包含首先按照步骤902标识将发射到接收方装置或节点(例如，请求CPEe 413或与其通信的UE)的内容(例如，以数字方式呈现的介质或其它数据等)。

接下来，按照步骤904，发射节点409产生“含有”所标识的内容数据的波形。如下文所描述，在一个实施例中，这包含OFDM波形和用于携带内容数据的时频资源(例如，PRB)的产生。如下文关于图9a更详细地论述，还可包含波形产生和发射过程两者：(i)根据本文中图7c应用频率分集，和(ii)从收发器节点409的信号产生器718到可共享同轴总线的多个行内放大器和CPEe 413，I-Q多路复用到前述“微小部分”733(图7c)内的一个QPSK模拟同步信道上。

按照步骤906，经由网络基础设施(例如，同轴电缆和/或DWDM光学介质)将波形发射到一或多个接收方节点。应了解，这类发射可包含经由一或多个中间节点的中继转发或发射，所述中间节点包含例如一或多个N路分接点(图5)、光学节点、中继器等。

按照步骤908，在接收节点(例如，在一个例子中，CPEe 413)处接收所发射的波形。

接着在频率上对波形进行升频转换(例如，按照步骤912升频转换到指定的用户频带(包含恢复频率分集移位)，并且按照步骤914经由本地(例如，处所RAN或分布介质)发射以供例如消耗或请求性UE使用。具体地，在示范性实施例中，并且如图8的框810中所示，CPEe 413将电缆上的每一频带在总计1.6GHz的示范性频率规划中从针对端口0的50到850MHz和针对端口1的850到1650MHz升频转换到相同RF频率。因此，借助于应用到每一端口的不同频率乘法器，发生发射器所应用的频率偏移的重新对准。

图9a是说明根据图9的一般化方法的内容处理和发射方法920的一个特定实施方案的逻辑流程图。具体地，如所示出，方法920包含首先按照步骤922确定用于发射的频率映射规划或分配。在一个变体中，此映射是根据图7c中示出的方案730、740中的一个；即，在IF频段内(介于f_lower和f_upper之间)利用数个宽带TDD NR载波，以及4G/4.5G载波和同步频段。下文论述的图12b描述一个用于这类频率映射确定的示范性方法。

还应了解，频率映射规划可在时间或其它基础上(包含基于一或多个TDD时隙)变化。举例来说，可在两个或更多个连续时隙上，或每个别时隙应用相同映射。个别映射也可用于CPEe 413的一或多个子集，例如其中相同子集的CPEe根据规定的TDD安排接入承载介质，且全部利用共同频率映射。

接下来，按照步骤924，根据在步骤922中确定的映射规划，将频率分集应用到产生的数据流。在一个变体中，利用根据5G NR MIMO空间分集技术产生的不同数据流；即，每一单独MIMO数据流(端口0和1)应用到映射规划内的两个或更多个宽带载波732。

接着按照步骤926应用内容数据的串/并转换。接下来，将并行化数据映射到其资源(步骤928)，执行IFFT或其它这类变换操作以将频域信号转换到时域(步骤930)。接着重新串行化经变换(时域)数据(步骤932)并且转换到模拟域(步骤934)，以供在例如RF接口(例如同轴电缆设备)上发射。在示范性实施例中，使用设备上的IF频段(例如，50-1650MHz)，不过应了解，可出于此目的使用其它频带(且实际上是频谱的各个部分中的多个不同频带)，包含较高频率用于相对较短电缆路程。

图9b是说明通过发射节点409根据图9a的方法的频率映射规划确定方法922的一个特定实施方案的逻辑流程图。在此方法922中，节点409(例如，CUe 404)首先按照步骤940确定用于多个MIMO数据流(例如，端口0和1)的所需带宽。此确定可通过基于必备性能(例如，时延)要求，和/或与数据流(或个别MIMO流源于的其它原始数据流)有关的其它准则，仅添加用于流的必备最大位速率实现。在一个变体中，使用预定值(例如，45MHz)预留用于LTE和同步信道(下文论述)的足够频率带宽，不过在其它变体中，也可动态地评估LTE信道需求。假定同步信道带宽基本上是静态的，这是由于其不涉及用户平面数据。

接下来，按照步骤942，确定承载介质(例如，HFC设备)上的可用频谱。如前文所述，图4的HFC电缆的示范性配置上的总可得有用频谱是约1.6GHz(参见图6a和6b)。由于所述频段内的较高频率与较低频率相比在同轴介质上的衰减程度要大得多，因此图9b的实施方案使用中间频率(IF)，并且随后在CPEe 413中针对与CPEe中的3GPP 5G NR芯片组的3GPP频段兼容互操作性而块转换到RF载波频率。因而，步骤942的示范性确定包含以下两者：(i)确定频谱的哪个(些)部分在必备时间段期间物理上可用(例如，不被一些其它资产消耗，不会归因于维护或设备失效而不可用等)，和(ii)选择可用频谱的还满足IF准则(即，不展现多余衰减)的一或多个部分。如前文所述，所述衰减随频率变化，因此即使在单个宽带TDD载波732(图7c)内，仍将发生一些变化。因而，使用先前描述的倾斜补偿计及跨频谱的适用部分的广度的这类变化。

使用的IF准则可先验地(例如，基于HFC设备或其部分的测试或表征)确定，和/或在映射时间(例如基于操作考虑因素或参数)动态地确定。

按照步骤944，从步骤942基于可用/指定频谱选择f_upper和f_lower。应了解，虽然图7c中示出的TDD频谱部分是连续的(即，约1600MHz的一个块)，但这并非要求，且实际上，用以映射MIMO数据流的可用“IF”频谱可为数个不连续部分，例如在整个所说明的1600MHz频段或其它中穿插数个N MHz(N范围值根据每一载波使用多个MIMO层、使用载波聚合等而变化)宽带载波732。一系列上部和下部频率(当使用不连续部分时包含各自中的数个)使得能够后续按照步骤946将数据流映射到可用/经分配频谱部分。举例来说，在一个实施方案中，在用于所述节点409的一或多个TDD DL接入间隔期间，两(2)个独立MIMO空间分集流(端口0和1)中的每一个映射到所分配频段内的TDD载波732中的相应TDD载波。在一种方法中，指定相应中心频率f_ci直到分配了可用于映射的所有MIMO信道。

接下来，按照步骤948，将如图7c中所示的两(2)个或更多个LTE载波(18MHz，各自具有10％的防护频段，因此总计大约40MHz)映射到可用频谱部分上。如先前论述，这些信道尤其实现在NSA操作下的支持。

最后，按照步骤949，将如图7c中所示的同步信道载波(在一个实施方案中，<5MHz，具有防护带)映射到可用频谱部分上。如先前论述，此模拟信道承载经QPSK调制I-Q多路复用格式的数据位以尤其实现用于LTE和5G NR接收器的接收器同步。

图9c是说明通过CPEe根据图9的一般化方法进行内容接收和数字处理方法950的一个特定实施方案的逻辑流程图。在此方法中，CPEe 413接收所发射的波形(参见方法920的步骤936)，并且按照步骤952执行到目标频率(例如，用户频段)的模拟域升频转换。

按照步骤954，经由经恢复I/Q信号经由CPEe 413的同步电路同步化经升频转换信号，并且将所述经升频转换信号转换到数字域以供例如CPEe 413的芯片组816(参见图8a)使用。在芯片组内，处理数字域信号，尤其包含串/并转换、返回到频域的数据FFT变换(步骤960)、物理资源的解除映射(步骤962)、并/串转换(步骤964)，以及最后是数字(基带)数据分布到例如10GbE交换机、Wi-Fi路由器等(步骤966)。如先前论述，CPEe接收器还“重新对准”频移IF MIMO流(例如，对应于端口0和1)。

图9d是说明通过CPEe根据图9的一般化方法在处所内进行内容接收和发射的一个特定实施方案的逻辑流程图。具体地，如图9d中所示，方法970包含如在上文所描述的方法950中升频转换到用户频段(步骤972)，但并非如在方法950中转换到数字域，而是同步化经升频转换模拟域信号(步骤974)并且按照步骤976经由中继器模块的天线(参见图8a)提供给一或多个中继器端口以用于发射经升频转换波形。再次，在此实施例中，CPEe接收器还“重新对准”频移IF MIMO流(例如，对应于端口0和1)。

在示范性实施方案中，可根据包含但不限于以下的任何数目个方案进行补充链路添加：(i)基于3GPP的载波聚合(CA)，或(ii)使用一或多个额外空间分集(MIMO)层。

将认识到，虽然按照方法的步骤的特定顺序描述本公开的某些方面，但这些描述仅说明本公开中的较广泛方法，且可根据特定应用的需要加以修改。在某些情况下，某些步骤可能变得不必要或可选。此外，可将某些步骤或功能性添加至所公开的实施例，或置换执行两个或更多个步骤的次序。认为所有这类变化涵盖于所公开的本公开内并主张于本文中。

虽然以上详细描述已展示、描述并指出适用于各种实施例的本公开的新颖特征，但应了解，所属领域的技术人员可在不背离本公开的情况下对所说明的装置或方法的形式和细节作出各种省略、替换和改变。本描述绝不意味着限制，而是应当视为对本公开的一般原理的说明。应参考权利要求确定本公开的范围。

应进一步了解，虽然本文中所描述的各种方法和设备的某些步骤和方面可由人类执行，但所公开的方面和个别方法和设备通常计算机化/由计算机实施。计算机化设备和方法为出于包含但不限于商业可行性、实用性以及甚至可行性(即，某些步骤/处理程序无法仅由人类以任何可行方式执行)的任何数目个原因全部实施这些方面所必需。

Claims (21)

1.一种操作射频RF网络以使得现有基础设施用以投递集成式无线数据服务的方法，所述方法包括：

在所述现有基础设施的至少一部分上在规定频带内发射正交频分多路复用OFDM波形；

其中所述所发射的OFDM波形包括至少第一和第二空间分集数据信道，所述至少第一和第二空间分集数据信道在所述规定的频带内相对于彼此发生频率移位，使得所述至少第一和第二空间分集数据信道中的每一个能够被至少一个接收方装置接收并且聚合。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

在所述现有基础设施的所述至少部分上的所述发射包括在混合式光纤同轴电缆HFC基础设施上进行发射以用于递送给至少一个单个同轴电缆处所分接线；且

所述集成式无线数据服务包括超过1Gbps的速率下的数据投递。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述发射包括至少使用在频率上比所述现有基础设施的正常操作频段宽的频带。

4.根据权利要求1所述的方法，其另外包括：

从所述现有基础设施的可用总带宽指定所述规定的频带；和

将所述至少第一和第二空间分集数据信道分配给至少两个相应子带。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述分配包括使用宽带放大器设备分配到大约98MHz的子带中。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述分配另外包括将所述至少两个子带投递到一或多个现有HFC网络集线器。

7.根据权利要求1所述的方法，其另外包括分配所述规定的频带的至少一个子带内的至少一个3GPP长期演进3GPP LTE信道。

8.根据权利要求7所述的方法，其另外包括分配所述规定的频带的至少一个子带内的至少一个同步化载波。

9.根据权利要求8所述的方法，其另外包括将同相I和正交Q数据多路复用到所述同步化载波上。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述将同相I和正交Q数据多路复用到所述同步化载波上包括将至少第一和第二数据位多路复用到所述同步化载波上，所述至少第一数据位对应于第一技术，且所述至少第二数据位对应于第二技术。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一技术包括3GPP LTE，且所述至少第二技术包括3GPP第5代新无线电5G NR。

12.根据权利要求1所述的方法，其另外包括在未经许可的射频频段中至少使用3GPP第五代5G新无线电NR兼容空中接口将所述OFDM波形发射到至少一个用户装置。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述在所述现有基础设施的至少一部分上发射正交频分多路复用OFDM波形包括至少在同轴电缆上并且经由与所述同轴电缆关联的多个放大级发射所述OFDM波形。

14.一种被配置成支持无线用户装置的网络架构，所述架构包括：

分布节点，所述分布节点被配置成将射频RF波形发射到网络的有线或光学介质上，所述RF波形经正交频分多路复用OFDM调制并且包括至少两个空间相异数据流，所述至少两个空间相异数据流中的第一个分配给第一频率子带，且至少两个空间分集数据流中的第二个分配给第二频率子带；和

第一多个用户节点，所述第一多个用户节点中的每一个与所述有线或光学介质数据通信并且包括接收器设备，所述接收器设备被配置成：

接收所述所发射的经OFDM调制波形；

将所述所接收的经OFDM调制波形升频转换为至少一个用户频带以形成经升频转换波形；和

将所述经升频转换波形发射到至少一个无线用户装置。

15.根据权利要求14所述的网络架构，其另外包括与所述分布节点和所述第一多个用户节点中的至少一个数据通信的无线电节点，所述无线电节点被配置成至少将补充数据通信提供到所述至少一个用户节点。

16.根据权利要求15所述的网络架构，其中所述无线电节点至少经由光纤介质与所述分布节点数据通信，且所述无线电节点经由无线接口与所述至少一个用户节点数据通信。

17.根据权利要求16所述的网络架构，其中所述无线电节点至少经由光纤介质与所述分布节点数据通信，且所述无线电节点经由无线接口与所述至少一个用户节点数据通信。

18.根据权利要求14所述的网络架构，其另外包括第二分布节点，所述第二分布节点被配置成将射频RF波形发射到所述网络的第二有线或光学介质上，所述RF波形经正交频分多路复用OFDM调制，所述网络的所述第二有线或光学介质服务不同于所述第一多个用户节点的第二多个用户节点。

19.根据权利要求18所述的网络架构，其另外包括至少与所述分布节点以及(i)所述第一多个用户节点中的至少一个和(ii)所述第二多个用户节点中的至少一个数据通信的无线电节点，所述无线电节点被配置成至少将补充数据通信提供到所述第一多个用户节点中的所述至少一个和所述第二多个用户节点中的所述至少一个两者；

其中所述无线电节点至少经由光纤介质与所述分布节点数据通信，且所述无线电节点经由利用所述RF频谱的未经许可部分的无线接口，与所述第一多个用户节点中的所述至少一个和所述第二多个用户节点中的所述至少一个两者数据通信。

20.一种供在混合光纤/同轴电缆分布式网络内使用的控制器设备，所述控制器设备包括：

射频RF通信管理模块；

第一数据接口，其与所述RF通信管理模块数据通信以用于与网络核心处理程序数据通信；

第二数据接口，其与所述RF通信管理模块数据通信以用于与所述混合光纤/同轴电缆分布式网络的第一RF分布节点数据通信；和

第三数据接口，其与所述RF通信管理模块数据通信以用于与所述混合光纤/同轴电缆分布式网络的第二RF分布节点数据通信；

其中所述射频RF通信管理模块包括计算机化逻辑，所述计算机化逻辑至少使得能够使用在频率上相对于彼此移位并且经由所选择的发射频带发射的多个空间分集数据流，从所述第一RF分布节点和所述第二RF分布节点中的至少一个发射数字数据。

21.根据权利要求20所述的控制器设备，其中：

所述射频RF通信管理模块包括3GPP第五代新无线电5G NR gNB gNodeB控制器单元CU；

用于与网络核心处理程序数据通信的所述第一数据接口包括具有第五代核心5GC的3GPP第五代新无线电5G NR X_n接口；

所述第二数据接口包括至少在有线数据承载介质上操作的3GPP第五代新无线电5G NRF1接口，所述第一RF分布节点包括3GPP第五代新无线电5G NR gNB gNodeB分布式单元DU；

所述第三数据接口包括至少在密集波分多路复用DWDM光学数据承载上操作的第五代新无线电5G NR F1接口，所述第二RF分布节点包括3GPP第五代新无线电5G NR gNB gNodeB分布式单元DU。

Images