CN113543151A - 4g/5g信号无线覆盖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种4G/5G信号无线覆盖方法，包括：BBU通过OLT机房的宽带资源进行回传，建立与核心网的连接；4G/5G下行业务数据经BBU基带处理后通过其前传接口光信号与OLT的PON口光信号进行合路后，通过两级ODN网络传输到用户住处后再使用光分器分成两路光信号，分别给RU单元和ONU单元，RU单元把4G/5G基带信号变成无线信号发射完成4G/5G无线信号覆盖；4G/5G下行基带信号以广播方式通过ODN网络前传到远端RU；4G/5G上行IQ数据经RU处理变为光信号，通过TDMA的方式上传到BBU，任一时刻只能有一个相同激光波长的RU发送上行信号，不同的RU分配不同的时间片，轮流发送上行数据。本发明把固网宽带通信和无线移动通信统一起来了，但又不相互影响。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及一种4G/5G信号无线覆盖方法。
背景技术
现有技术中的4G/5G信号无线覆盖方法主要有以下两种：
(1)光猫加一体化皮站实现家庭或企业4G无线覆盖。如图1所示，4G一体化皮基站位于光猫(ONU)后，支持通过PTN+VLAN，或者IPsec方式回传到核心网，完成4G小区的开通。该模式下以家庭或企业为单位独享LTE小区。该模式特点是可使用原有PON(PassiveOptical Network：无源光纤网络)网络的光纤，无需二次布线施工和物业协调等即可完成LTE小区开通。在为用户提供家庭或企业宽带同时，同时提供高质量的LTE业务。主要用于家庭场景或一些的小微企业场景，不仅可以快速提高无线信号室内覆盖质量、提升用户体验，还可以分流宏站流量、缓解宏网扩容压力。
(2)扩展型皮站实现企业场景4G/5G无线覆盖。如图2所示，扩展型皮基站是一体化皮基站的演进形态，采用数字化技术，基于光纤或网线承载无线信号传输和分布的微功率室内覆盖方案。主要用于低容量室内场景，是室内覆盖增强方案之一。扩展型皮站，类似华为Lampsite等方案，包含主机单元(BBU)、扩展单元(EU)、射频单元(RU)。扩展型皮基站通过扩展主机单元功能，可以方便同时支持4G和5G无线信号覆盖，同时覆盖单元可以实现较低的成本。
其中，光猫加一体化皮站的方案主要缺点是：(1)一体化皮站设备内部必须基带芯片，导致设备成本及功耗都偏高；(2)一体化皮站的基带芯片，目前只有3G、4G有SOC芯片，5G还没有对应的SOC芯片，所以无法实现5G的一体化皮站；(3)一个一体化皮站都是一个独立小区，皮站数量较多时导致邻区关系复杂、核心网参数较多、开通及管理维护复杂；
扩展型皮站方案的主要缺点是：扩展型皮站需要重新布线施工，不能利旧现有到户光纤网络，需要重新协调物业，整个网络最终造价也较高。
发明内容
本发明提供了一种4G/5G信号无线覆盖方法，以解决至少一个上述技术问题。
为解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供了一种4G/5G信号无线覆盖方法，包括：
BBU通过OLT机房的宽带资源进行回传，建立与核心网的连接；
4G/5G下行业务数据经BBU基带处理后通过其前传接口光信号与一级ODN之前OLT的PON口光信号进行合路后，通过两级ODN网络传输到用户住处后再使用光分器分成两路光信号，分别给RU单元和ONU单元，RU单元把4G/5G基带信号变成无线信号发射完成4G/5G无线信号覆盖；
4G/5G下行基带信号以广播方式通过ODN网络前传到远端RU；
4G/5G上行IQ数据经RU处理变为光信号，通过TDMA的方式上传到BBU，任一时刻只能有一个RU发送上行信号，不同的RU分配不同的时间片，轮流发送上行数据，发送位置是BBU分配的；4G/5G上行信号从RU以TDMA方式通过ODN网络上传到BBU。
优选地，4G/5G BBU的前传接口通过一个光分合路设备和OLT的PON口光信号进行下行合路和上行分路，其中下行使用一个波长，并与PON网络所用下行激光波长错开；上行使用2个波长，并与PON网络所用上行激光波长错开，所述光分合路设备支持这些波长的下行合路和上行分路。上行也可以使用一个波长或更多波长，取决于系统对上行带宽的需求和系统采用的器件所能支持的传输速率。但每个独立的RU一般都使用一个上行波长，而BBU可根据需要使用一个或多个上行波长。
优选地，BBU下行信号经过光分合路设备与PON信号合路后通过二级ODN广播传输到用户处，在用户处经过一个光分单元，把下行信号分配给ONU和RU。
优选地，光分单元可集成在RU单元内，由RU单元分纤连接到ONU。光分单元也可以成为一个单独的部件，不放置在RU或ONU设备内部。
优选地，用户处的RU经天线接收、射频信号处理、数字信号处理等先把手机等终端用户发送的4G或5G上行无线信号变成数字IQ信号，再经过组帧、并串转换、电光转换等变成光信号按BBU指定分配的时隙分时向上通过ODN网络传送到BBU。
优选地，不同用户处具有相同激光发送波长的RU，按BBU指定时隙分时轮流发送，即采用TDMA模式，每个RU的发送时隙完全独立，且不能同时发送，并具有一定保护间隔；不同上行激光发送波长的RU，可以同时发射；BBU对RU进行精确测距和时延补偿，以便RU在指定时隙准时达到BBU。
优选地，在RU处进行分集接收合并以节省上行传输带宽，同时在组帧前，对上行数字IQ信号可进行压缩处理以减少上行传输带宽。
优选地，BBU根据前传光接口支持的最大传输带宽及RU的上行传输带宽需求，确定RU的上行时隙分配方案，RU的光接口最大发送速率与BBU的光接口支持的最大接收速率相等，BBU可以增加不同激光波长的上行接收光接口，来成倍增加可以支持的上行传输带宽，但每个RU可以只需一个上行激光波长，而系统可以有几种不同上行激光波长的RU。
优选地，来自RU的上行信号，经过光分合路设备后接入BBU的不同光口，不同波长接不同光口；到达BBU的RU上行信号，经光电转换、串并转换、解帧、解压缩、按条件合并不同RU的上行数字IQ信号，再给到基带处理单元进行上行信号的解调等处理。
本发明的PON网络光信号与4G/5G无线光信号的共纤传输方法，把两种主要通信方式：固网宽带通信和无线移动通信统一起来了，但又不相互影响。
附图说明
图1示意性地示出了现有技术中光猫加一体化皮站实现家庭或企业4G无线覆盖方法的示意图；
图2示意性地示出了现有技术中扩展型皮站实现企业场景4G/5G无线覆盖方法的示意图；
图3(a)和图3(b)示意性地示出了本发明中的4G/5G信号无线覆盖方法的示意图。其中BBU也可以在其他PON口放置，或者其他PON口共用一个基带小区等。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明提供了一种基于PON(Passive Optical Network：无源光纤网络)网络ODN光纤布线资源前传4G/5G信号实现无线覆盖的方法，目的在于提供一种基于现有PON网络的ODN光纤布线资源来前传4G/5G信号从而达到无线信号的高效率、高质量覆盖的方法(如图3(a)和图3(b)所示)。其中，
WDM：Wavelength Division Multiplexing(波分复用)
OLT:Optical line terminal(光线路终端)；
ONU:Optical Network Unit(光网络单元)；
PON:Passive Optical Network(无源光纤网络)；
ODN:Optical Distribution Network(光配线网络)。
本发明提供的基于PON网络的ODN资源前传4G/5G信号来实现无线覆盖的方法，可以充分利用现有到户的PON网络光纤布线，可实现高质量低成本简单快捷的4G/5G无线信号覆盖，可达到按需覆盖、精准覆盖等效果。
本发明的BBU可由SOC芯片+FPGA+ARM CPU等芯片实现。基带SOC芯片主要实现L1处理，可采用4G和5G独立的基带SOC芯片，也可使用同时支持4G/5G的基带SOC芯片；ARM CPU主要实现L3、L2等协议栈处理和OM等平台软件功能，FPGA芯片主要实现基带IQ信号处理和接口扩展，可以对外支持多个光口。一些4G基带芯片带ARM CPU，可由单芯片实现4G基站的L3、L2、L1等协议栈处理和OM等平台软件功能。
本发明支持4G、5G无线信号同时覆盖，考虑当前5G基带方案成熟度等问题，也可以4G、5G分阶段实现覆盖。分阶段实现4G、5G覆盖时，先期的BBU单元只支持4G基带信号，需要5G时，就要增加5G扩展信源，5G扩展信源可通过4G BBU的一个扩展光口引入，4G BBU可完成NR系统中扩展单元相关功能，RU当前就可支持4G+5G双模覆盖。
本发明中的RU可支持同频段4G/5G双模，比如N1频段(4G占20MHz带宽、5G占40MHz带宽等)；也可以支持异频段4G/5G双模，比如N3频段(4G占20MHz带宽)和N78频段(5G占100MHz带宽)，其他组合频段或带宽都可支持。本发明的RU可以支持N1频段4T2R、4T1R、2T2R、2T1R等应用，也可以支持N1频段4T4R应用，或者N1频段2T2R加N78频段2T2R等应用。这些应用组合主要取决于成本限制带来的对上行传输带宽的限制，传输带宽小，光模块速率低，相对成本会低。当传输带宽过高，可能超过当前通用器件处理能力，从而带来设备成本的巨大提升，甚至难以实现，比如需要实现N1频段(全带宽60MHz)和N78频段(带宽200MHz)各4T4R的覆盖，对于住宅类入户型设备就变得不太现实，不仅单个RU成本较高，同时上行传输带宽需求大于26Gbps，这是当前PON网络架构难以支撑的，尤其要实现几十个入户RU同时在线传输基本就没有太多可能了。
在本发明的一个优选实施例中，BBU通过OLT机房的IPRAN等方式进行回传，建立与核心网的连接；4G/5G下行业务数据经BBU基带处理后通过其前传接口光信号与OLT的PON口的光信号进行合路后通过无源光纤网络传输到用户住处后再使用光分器分成两路光信号，分别给RU单元和ONU单元，RU单元把4G/5G基带信号变成无线信号发射完成4G/5G无线信号覆盖。4G/5G下行基带信号以广播方式通过ODN网络前传到远端RU。这与PON网络的下行数据传播方式是类似的。
4G/5G上行IQ数据经RU处理变为光信号，通过TDMA的方式上传到BBU，任一时刻只能有一个RU发送上行信号，系统才能能正常工作，不同的RU分配不同的时间片，轮流发送上行数据，发送位置是BBU分配的。4G/5G上行信号从RU以TDMA方式通过ODN网络上传到BBU。这与PON网络的上行数据传播方式是类似的，但RU的上传带宽需求远大于ONU的上传带宽需求，且所有ONU的上传带宽总合一般都小于下传带宽，最多是等于下传带宽，而所有RU的上传带宽总合远远大于下传带宽，至少超过一个数量级；比如BBU下行带宽6.25Gbps，那么BBU需要的上行带宽可能是62.5Gbps。
需要说明的是，当前通用的BBU+RU架构，在下行方向也基本采用广播模式，但上行方向直接是汇聚叠加方式，而非TDMA模式，这样下行和上行的光传输速率都是一样的，上下行的传输带宽是相等的。而对于本发明来说，在上行方向的总速率取决于拉远RU的数量及上行射频信号的总带宽，上下行速率并不一致，上行需要的总传输带宽远大于下行需要的传输带宽。比如，以支持N1频段(60MHz带宽)4G/5G无线覆盖2T2R应用为例，BBU到RU的下行需要3Gbps的传输带宽，每个RU到BBU的上行也需要3Gbps，按照PON网络1：64分光，OLT的每个PON口可以带64个ONU，对应的BBU前传接口也可以支持64个RU，考虑每个RU的上行数据各不相同，需要独立的带宽，那上行需要的总带宽为192Gbps；按照PON网络1：32分光时，可以支持32个RU，上行需要的总带宽为96Gbps。如果BBU和RU的互联光口支持25Gbps的光接口，那么一个BBU的光口可以支持至少8个RU，并占用一个波长；要支持32个RU，就需要4个光口，并占用4个波长，就有4种类型的RU，每个PON口下的RU就要分成不同上行波长的4组，管理及维护比较复杂。
本发明，通过压缩算法和压缩上行射频带宽，可把上行需要的波长控制在2个，同时可以把单个RU的上行瞬时传输速率控制在12.5Gbps以下，甚至采用6.25Gbps的上行瞬时传输速率，可以极大的降低RU的实现成本，减少整个系统的管理及维护的复杂度。
本方法的详细步骤如下：
步骤1，将4G/5G BBU的前传接口通过一个光分合路设备(WDM)和OLT的PON信号进行下行合路和上行分路。其中下行使用一个波长(比如1550)，并与PON网络所用下行激光波长(1490&1577)错开；上行使用2个波长(比如1330&1350)，并与PON网络所用上行激光波长(1270&1310)错开。光分合路设备支持这些波长的下行合路和上行分路。如图3(a)和图3(b)，λ3为BBU使用的下行激光波长，λ4为BBU使用的上行激光波长。上行可以使用两个波长，这样可以支持更多的RU单元，BBU增加上行波长个数，可成倍增长系统支持的RU个数。
步骤2，BBU下行信号经过光分合路设备与PON信号合路后通过ODN网络广播传输到用户处，在用户处经过一个光分单元，把下行信号分配给ONU和RU。为便于现有ONU用户安装RU设备，可把光分单元集成在RU单元内，由RU单元分纤连接到ONU。光分单元也完全可独立为一个部件。到达RU的基带下行IQ信号，经接口转换、数字信号处理、射频信号处理、天线辐射等把4G/5G基带信号变成无线信号完成无线覆盖。
步骤3，用户处的RU经天线接收、射频信号处理、数字信号处理等先把手机等终端用户发送的4G或5G上行无线信号变成数字IQ信号，再经过组帧、并串转换、电光转换等变成光信号按BBU指定分配的时隙分时向上通过ODN网络传送到BBU。
不同用户处具有相同激光发送波长的RU，按BBU指定时隙分时轮流发送，即采用TDMA模式，每个RU的发送时隙完全独立，且不能同时发送，并具有一定保护间隔。不同上行激光发送波长的RU，可以同时发射。BBU需要对RU进行精确测距和时延补偿，以便RU在指定时隙准时达到BBU。
为节省上行传输带宽，可在RU出进行分集接收合并，这样上行传输带宽立即减半；同时在组帧前，对上行数字IQ信号可进行压缩处理，可进一步减少传输带宽。比如B1频段的60MHz带宽的2R信号，经上述分集合并和压缩处理后可在600多Mbps的传输带宽传输；25Gbps的传输带宽可以传输40个左右的RU上行数据，以此类推，12.5Gbps的传输带宽，可以传输20个左右的RU上行数据，等等。
BBU根据前传光接口支持的最大传输带宽及RU的上行传输带宽需求，确定RU的上行时隙分配方案，RU的最大发送速率与BBU支持的最大接收速率相等。
步骤4，RU上行信号，经过光分合路设备后接入BBU的不同光口。到达BBU的RU上行信号，经光电转换、串并转换、解帧、解压缩、按条件合并不同RU的上行数字IQ信号，再给到基带处理单元进行上行信号的解调等处理。
本发明具有以下有益效果和优点：
1、可实现“PON即无线”，能充分利用现有PON网络的ODN光纤布线资源，有PON网络的地方就可快速实现4G/5G无线覆盖，相比4G/5G新建扩展型皮站具有施工快捷简单，网络总体造价低廉。对于高层住宅、城中村、一楼商铺等难于网优场景，“PON即无线”是一个非常简单便捷高效高质量的解决方案。
2、入户单元无须专用4G、5G基带芯片，实现4G/5G无线覆盖的设备较简单，功耗较小，成本较低，可即插即用，便于普及推广。相比4G一体化皮站，本发明需要的基站小区数量少，邻区关系简单、小区干扰小、需要的核心网参数少、开通及管理维护的工作量小。
3、对于住宅用户，也可用类似手机伴侣的无线直放站来解决无线信号的覆盖问题，但相比本发明，前者设备不便于管控，无线信号质量无法保障且可造成对宏站的干扰，设备成本也不便宜，仅用于极少客户投诉使用，不便于大规模推广应用。
本发明中的基于PON网络的ODN光纤布线资源前传4G/5G信号来实现无线覆盖的方法，与单独拉纤入户方案存在显著差异，与直接利用ONU回传的一体化小站也不一样，一方面支持4G/5G基带的SOC单芯片暂时还没有，同时回传要占用ONU带宽，可能影响ONU本身支持的宽带业务。
本发明的PON网络光信号与4G/5G无线光信号的共纤传输方法，把两种主要通信方式：固网宽带通信和无线移动通信统一起来了，但又不相互影响，具有以下特点：
(1)在OLT的PON口采用光分合路方式合路4G/5G基带信号，在用户端采用光分方式再分路，以便共享PON网络的ODN光纤布线资源来传输BBU单元到RU单元之间的数字基带IQ信号；
(2)BBU和RU之间的网络架构，完全有别于当前通用架构，主要体现在RU到BBU的上行采用TDMA的模式，每个RU的上行数据并不是全时隙发送，只在BBU分配的部分时隙发送。
(3)RU上行波长可以分类采用不同波长，可以成倍降低上行传输速率要求，降低RU本身器件处理速度，从而可以大幅降低RU的成本。
(4)用户端使用单纤单模模块和1分2分光器进行不同波长激光信号的合分路，充分利用了单纤单模光模块本身对自身不使用的其他波长激光信号的抑制作用，避免了不同波长激光信号光纤传输的串扰问题，从而保证PON网络本身质量。为保证不影响现有PON网络的运行，可以调整分光器分光比，以便到ONU的光衰小，无线链路本身可以通过控制光模块性能来适应分光器的光衰。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种4G/5G信号无线覆盖方法，其特征在于，包括：
BBU通过OLT机房的宽带资源进行回传，建立与核心网的连接；
4G/5G下行业务数据经BBU基带处理后通过其前传接口光信号与一级ODN的PON口的光信号合路进行光分合路后，通过两级ODN网络传输到用户住处后再使用光分器分成两路光信号，分别给RU单元和ONU单元，RU单元把4G/5G基带信号变成无线信号发射完成4G/5G无线信号覆盖；
4G/5G下行基带信号以广播方式通过ODN网络前传到远端RU；
4G/5G上行IQ数据经RU处理变为光信号，通过TDMA的方式上传到BBU，任一时刻只能有一个相同激光波长的RU发送上行信号，每个RU分配不同的时间片，轮流发送上行数据，发送位置是BBU分配的；4G/5G上行信号从RU以TDMA方式通过ODN网络上传到BBU。
2.根据权利要求1所述的4G/5G信号无线覆盖方法，其特征在于，4G/5G BBU的前传接口通过一个光分合路设备和OLT的PON信号进行下行合路和上行分路，其中下行使用一个波长，并与PON网络所用下行激光波长错开；上行使用2个波长，并与PON网络所用上行激光波长错开，所述光分合路设备支持这些波长的下行合路和上行分路。上行也可使用1个波长或多个波长，主要取决于系统需要支持的RU个数及RU需要上传信号的射频带宽。
3.根据权利要求2所述的4G/5G信号无线覆盖方法，其特征在于，BBU下行信号经过光分合路设备与PON信号合路后通过二级ODN广播传输到用户处，在用户处经过一个光分单元，把下行信号分配给ONU和RU。
4.根据权利要求3所述的4G/5G信号无线覆盖方法，其特征在于，光分单元集成在RU单元内，由RU单元分纤连接到ONU。光分单元也可以独立为一个部件，不放置在RU或ONU设备内部。
5.根据权利要求3所述的4G/5G信号无线覆盖方法，其特征在于，用户处的RU经天线接收、射频信号处理、数字信号处理等先把手机等终端用户发送的4G或5G上行无线信号变成数字IQ信号，再经过组帧、并串转换、电光转换等变成光信号按BBU指定分配的时隙分时向上通过ODN网络传送到BBU。
6.根据权利要求5所述的4G/5G信号无线覆盖方法，其特征在于，不同用户处具有相同激光发送波长的RU，按BBU指定时隙分时轮流发送，即采用TDMA模式，每个RU的发送时隙完全独立，且不能同时发送，并具有一定保护间隔；不同上行激光发送波长的RU，可以同时发射；BBU对RU进行精确测距和时延补偿，以便RU在指定时隙准时达到BBU。
7.根据权利要求6所述的4G/5G信号无线覆盖方法，其特征在于，在RU处进行分集接收合并以节省上行传输带宽，同时在组帧前，对上行数字IQ信号可进行压缩处理以减少传输带宽。
8.根据权利要求7所述的4G/5G信号无线覆盖方法，其特征在于，BBU根据前传光接口支持的最大传输带宽及RU的上行传输带宽需求，确定RU的上行时隙分配方案，RU的光接口最大发送速率与BBU的光接口支持的最大接收速率相等，BBU可以增加不同激光波长的上行接收光接口，来成倍增加可以支持的上行传输带宽，但每个RU可以只需一个上行激光波长，而系统可以有几种不同上行激光波长的RU。
9.根据权利要求8所述的4G/5G信号无线覆盖方法，其特征在于，RU上行信号，经过光分合路设备后接入BBU的不同光口；到达BBU的RU上行信号，经光电转换、串并转换、解帧、解压缩、按条件合并不同RU的上行数字IQ信号，再给到基带处理单元进行上行信号的解调等处理。
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