CN114450995A

CN114450995A - 无线-有线物理融合架构

Info

Publication number: CN114450995A
Application number: CN202080067620.0A
Authority: CN
Inventors: J·乔菲; 黄赞洙; I·卡内拉科普洛斯; J·欧; K·凯佩
Original assignee: Asia Spe Co ltd
Current assignee: Asia Spe Co ltd
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2022-05-06
Also published as: WO2021062311A1; US12069007B2; US11601255B2; US20210099277A1; EP4035429A1; EP4035429A4; MX2022003606A; US20230188311A1

Abstract

本发明的实施例提供用于改进无线通信系统的性能和范围的系统、设备和方法。在各种实施例中，实现无线和有线架构以允许信道更有效地跨越信道内的物理屏障。信道的有线部分可以通过将铜与南收发机节点与北收发机节点接合来利用建筑物内部署的预先存在的铜，这允许信号通过电线本身上的物理结构传播，与以无线方式穿越物理结构的信号相比，这显著减少了信号衰减。

Description

无线-有线物理融合架构

相关申请的交叉引用

本专利申请涉及以下共同未决和共同拥有的美国临时专利申请并要求其优先权益：于2019年9月27日提交、标题为“Wireless-Wireline Physically ConvergedArchitectures”、发明人为John M.Cioffi、Chan-Soo Hwang、Ioannis Kanellakopoulos和Jisung Oh的美国专利申请序列号62/907,035；于2019年10月1日提交、标题为“Wireless-Wireline Physically Converged Architectures”、发明人为John M.Cioffi、Chan-SooHwang、Ioannis Kanellakopoulos和Jisung Oh的共同未决和共同拥有的美国专利申请序列号62/908,919；以及于2020年8月24日提交、标题为“Wireless-Wireline PhysicallyConverged Architectures”、发明人为John M.Cioffi、Chan-Soo Hwang、IoannisKanellakopoulos、Jisung Oh和Kenneth Kerpez的共同未决和共同拥有的美国专利申请序列号63/069,635。该专利文档中提到的每个参考文献都通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及电信系统，并且更具体地，涉及通过在小区或无线网络中的一个或多个信道内跨物理屏障并入有线传输来提高性能和扩展信道范围的无线和有线通信架构。

背景技术

本领域技术人员将理解无线通信系统(包括LTE、5G、5GNR和Wi-Fi架构)的重要性以及这些系统在世界各地建造和维护时的复杂性。技术进步带来了巨大的性能改进和带宽增益，使用无线设备为用户提供了更丰富且更动态的体验。随着这些系统的复杂性增加以及它们可用的资源被跨越来越高的频谱分配，无线信道的管理变得更具挑战性。例如，蜂窝基站必须管理在其小区内与UE(用户设备)设备通信的多个信道，而这些信道的特性是不断变化的。对信道的这种管理在密集城市中变得更具挑战性，在密集城市中无线信号必须穿过各种物理屏障才能到达诸如手机的UE。当信道频率增加并且对干扰、噪声和变化的信道属性更敏感时，这个信道质量和范围问题尤其成问题。

诸如建筑物、墙壁和其它固体结构的物理屏障可能导致无线信号在其传播通过固体结构时显著劣化。许多用户体验到建筑物内的蜂窝连接不太理想，并且需要移动到建筑物外部以实现与基站的更好连接。这种类型的信号劣化对于在更高频谱中操作的较新的无线技术来说尤其成问题，这会导致对物理屏障的敏感性增加。为了解决这个问题，服务提供商或公司部署了昂贵的设备，例如小型发射塔，以将无线信号的范围扩展到建筑物和其它类似结构中。然而，对于许多家庭和较小型公司来说，这些昂贵的解决方案成本过高且不可行。

因此，需要解决上述问题的系统、设备和方法。

发明内容

本发明的实施例提供用于提高无线通信系统的性能和范围的系统、设备和方法。在各种实施例中，实现无线和有线架构以允许信道更有效地跨越信道内的物理屏障。信道的有线部分可以通过将铜线与“北”(面向基站、接入点等)和“南”(面向UE、移动电话、IoT设备等)收发机节点接合来利用在建筑物内部署的现有铜线，所述收发机节点允许信号通过电线本身上的物理结构传播，与必须以无线方式穿过物理结构的信号相比，信号劣化显著减少。

这种无线和有线架构的应用与LTE、5G和Wi-Fi部署特别相关。LTE从4G版本到5G版本的进展很好地利用了早期DSL网络中部署的多载波调制方法，包括类似于DSL的向量化方法的LTE的多输入多输出(以下简称“MIMO”)和多用户MIMO(以下简称“MU-MIMO”)，特别是对于大量天线。这种协同作用表明，5G基带调制方法可能会直接用于铜线，在客户所在地通过频率外差进行扩展以连接到/自所需的终端设备。

如果LTE的无线调制编码系统(MCS)参数和信道选择被很好地激活并且使用，则在这种无线使用中的LTE的编码OFDM方法相对于针对铜线专门开发和优化的相关DMT方法仅具有少量性能损失。利用现有的无线基带MIMO和MU-MIMO系统导致进一步改进，并可能增加网格或多接入点无线部署的范围和效率。这些LTE无线或Wi-Fi无线、MCS和MIMO方法在铜线上的重复使用可以导致成本、基础设施利用和加速5G场所网络的经济盈利部署的许多改进。

全球有超过10亿个场所双绞线有线连接，它们形成了可以促进5G小型塔部署的基础设施。随着光纤部署越来越靠近客户所在地，这些有线连接中的许多都缩短了铜链路。然而，用光纤替换最后的铜链路非常昂贵，因为光纤的基础设施建设成本将仅由一个客户承担。使用光纤到地下室，有线双绞线(或者在一些情况下，家庭运行的单同轴电缆)被用于多个场所单元内，因为到场所的这些起居单元的内部铜线链路已经存在。相比之下，建筑物内的光纤安装成本可能高得令人无法接受，或者可能违反建筑法并需要特别许可。从扩展的无线部署的角度来看，LTE的无线传输(尤其是随着载波频率的增加)已经存在穿透建筑物墙壁的问题。铜链路已经穿透墙壁，并通常安装在建筑物的初始构造中。5G的更高载波频率穿透墙壁但不太好，并且因此5G网络服务提供商面临增加的基础设施成本，以在更靠近终端设备的地方建造更多发射塔，或将其等效物放置在建筑物或房间内。此外，铜链路允许从电线的任一端向另一端供电，从而消除了小区站点可能出现的无电问题(或相反地消除了对本地电池的需求以确保建筑物内的服务连续性)。所有这些性能和经济效率的可能性都鼓励和激励了这项工作。

本发明的实施例还可以采用基于云的管理并且目标为更近的更宽频带和多输入多输出LTE和Wi-Fi传输系统。

本发明的某些特征和优点已在本发明内容部分中进行了一般性描述；然而，附加的特征、优点和实施例在本文中呈现，或者鉴于本文的附图、说明书和权利要求对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。因此，应当理解，本发明的范围不应受本发明内容部分中公开的特定实施例的限制。

附图说明

将参考本发明的实施例，其示例可以在附图中示出。这些图旨在说明性而非限制性的。虽然在这些实施例的上下文中一般地描述了本发明，但应当理解，这并不旨在将本发明的范围限制于这些特定的实施例。

图1A示出了根据本发明的各种实施例的在小区内实现的第一无线和有线架构。

图1B示出了根据本发明的各种实施例的在小区内实现的第二无线和有线架构。

图2是根据本发明的各种实施例的蜂窝和有线基本架构的总体图示。

图3是根据本发明的各种实施例的蜂窝和有线RAN IF系统的框图。

图4是根据本发明的各种实施例的在客户所在地处的蜂窝和有线系统的示例性框图。

图5示出了根据本发明的各种实施例的用于蜂窝和有线通用时钟同步的架构。

图6是根据本发明的各种实施例的Wi-Fi和有线架构的框图。

图7是根据本发明的各种实施例的Wi-Fi-RF架构。

图8示出了根据本发明的各种实施例的云管理的蜂窝和有线架构。

图9A是根据本发明的各种实施例的用于具有频谱-空间转换的蜂窝和有线架构的示例性单有线链路。

图9B示出了根据本发明的各种实施例的具有允许中间转向的RF+的蜂窝和有线架构的完整MIMO实现方式。

图10示出了根据本发明的各种实施例的使用到至少一个网格/多接入点的家庭布线的Wi-Fi和蜂窝架构。

图11A是根据本发明的各种实施例的示例性单接入点、单以太网电缆、Wi-Fi-蜂窝到以太网架构。

图11B示出了根据本发明的各种实施例的具有单个以太网电缆的多个接入点。

图11C示出了根据本发明的各种实施例的多个接入点、不同的SSID和多个以太网电缆。

图11D示出了根据本发明的各种实施例的Mega MIMO部署，其中除了在无线基站中实现的现有无线MIMO之外，基于有线的MIMO可以在无线-有线架构的有线部分内实现。

图12是根据本发明的各种实施例的示意性地示出了用于传送无线和有线信号的示例性方法的流程图。

具体实施方式

本发明的实施例提供用于通过实施跨系统内的各种信道无线和有线架构来改进无线通信系统的性能的系统、设备和方法。在某些示例中，该架构利用建筑物内预先存在的铜，以允许信号穿过铜线上的物理屏障，例如墙壁，同时使用信道的无线部分在建筑物外部和内部的空气中传送信号。

在以下描述中，出于解释的目的，阐述了具体细节以便提供对本发明的理解。然而，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些细节的情况下实践本发明。本领域的技术人员将认识到本发明的实施例(其中一些在下文描述)可以被并入到许多不同的电气组件、电路、设备和系统中。本发明的实施例可以在各种不同类型的环境中起作用，其中信道灵敏度和范围受到信号路径内的物理屏障的不利影响。此外，图中的组件之间的连接并不旨在限于直接连接。相反，这些组件之间的连接可以由中间组件修改、重新格式化或以其它方式改变。

在说明书中提及“一个实施例”或“实施例”意味着结合实施例描述的特定特征、结构、特性或功能包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”不一定都指同一实施例。

图1A示出了根据本发明的各种实施例的将铜双绞线结构叠加在蜂窝通信系统上的第一蜂窝和有线系统100。一些(或所有)线(如天线波束110所示，天线波束110中的每个代表有线链路(示出为“C”表示单元))使用铜线120。有线链路精确地对对应的波形进行波束转向，直到它们到达客户所在地中的最后一个无线链路(其中，可以在家中使用附加的多根天线，以进一步将信号定向到多个家中端点)。图1A将终端设备显示为手机130，但它们可以是任何终端设备，如计算机、平板计算机、电视、游戏机、物品等。只要铜线连接支持足够的家庭带宽，整个体验就好像在无线(例如，5G、LTE和/或Wi-Fi)系统上进行无线连接，这是一种可能非常方便和有效的融合形式，至少在物理层是这样。例如，服务提供商经常感叹要在更靠近终端用户的网络边缘建立更多蜂窝站点的5G所需的高资本投资。建议的5G-DSL系统在谨慎使用现有铜线的情况下降低此类成本。重要的事要注意，5G和DSL二者都旨在分别作为物理融合的无线和有线架构的示例。本领域技术人员将认识到，在本发明的实施例中可以支持多种蜂窝/无线协议，例如WiFi、LTE、蓝牙等。此外，多种有线协议和结构也可以在架构的实施例内实现，该架构包括DSL、以太网、电力线、单同轴电缆、光纤和任何其它类型的有线连接和/或建筑物内找到的或向建筑物提供宽带服务的相关联协议。

本发明的实施例包括使用现有线路通过位于基站的中频(IF)调制器/解调器转换器携带(以低载波频率)无线基带信号的基础设施。这些将基带单元(BBU)的信号上/下变频为适当的载波频率，以通过有线链路进行传输。在某些实施例中，描述了用于有线连接的公平/平等共享的双工方案，其使用频率标度的有线传输特性以允许时域下行链路/上行链路双工。例如，推荐频域双工(FDD)LTE系统(并且甚至是载波感测多路访问(CSMA)Wi-Fi系统)，其延迟在可接受的标准范围内。这种频率缩放还允许独立于其长度而公平共享有线链路的带宽。这些系统在向终端设备传输高个人场所速度方面通常可以像最好的传统DSL方法一样执行。在某些示例中，5G-IF经由有线连接而连接到5G-RF，该5G-RF对射频(RF)信号进行上/下变频和频率缩放，以通过无线链路进行传输。铜线可以传送给家庭的电力也可以选择性为5G-RF提供能量。这些转换器的架构避免了昂贵的家庭网关功能，否则允许LTE或其它无线部署在客户场所内(以及超出和/或至少在一些墙壁内)廉价地虚拟化其功能。替代地，通过相同的铜线链路为上行链路供电都是可行的，这样使得当新塔的位置没有可用电力时，可以为北向铜线接口处的新塔位置供电。实施例还示出了LTE的MCS可用于通过无线信号实现接近最佳的DSL性能。

在考虑了一些基本实用性(如同步、设备关联和维护)之后，Wi-Fi系统可以以与在家中使用的非许可频带相同的方式使用。这种Y5G-DSL架构将基带Wi-Fi信号放置在铜线连接上，并且当以MIMO方法和多对布线(Y5G-以太网)以及显著改进现有网格架构的大规模多接入点系统的角度时，它变得特别有趣。原则上，可以设想使用5G-DSL与Y5G-DSL和/或Y5G-以太网的混合架构。例如，可以在厂外铜线上使用5G-DSL以将高速5G连接带入建筑物，并且然后使用Y5G-DSL或Y5G-以太网以连接到场所内支持Wi-Fi的设备。这对于企业部署可能特别有吸引力，但也适用于当今与无线信号较弱和Wi-Fi覆盖不足斗争的许多家庭。

本发明的实施例还包括MIMO系统，注意到无线的MU-MIMO信号处理。在各种实施例中，通过利用无线MU-MIMO和/或MIMO能力，绑定不同无线/有线路径的多种不同情况成为可能。此外，可以部署使用不同mid-MIMO预编码器的性能更高的5G-RF+，相对于现有和预期的实践，可以大幅提高性能。

本发明的实施例还支持具有协调分布式天线的无线大规模MIMO系统，无线大规模MIMO系统在每个发射塔处不需要昂贵的大型(高功率)天线阵列。现有的线路和现有的频谱基本上创造了超出当今最激进的5G LTE和/或Wi-Fi实现的带宽和随之而来的带宽效率。

图1B示出了根据本发明的各种实施例的通用架构150，其中有线部分155在无线信道内用于穿过物理屏障160(例如建筑物墙壁)以便与用户设备(UE)170通信。本领域的技术人员将认识到，这种架构将支持多种无线标准并允许系统内改进的信道质量。如图所示，蜂窝基站157对到第一节点162(其示例被描述为“北”收发机和相关联术语)的信号进行波束成形，该第一节点162转换信号以允许通过物理屏障160在铜线155上传输。第二节点163(其示例被描述为“南”收发机和相关联术语)接收有线信号，并转换该信号以允许无线传输到UE 170。对应的术语也可以用于上行链路方向。该架构通过避免信号通过物理屏障160的无线传输来提高信道的整体质量。下面描述本发明的各种实施例。为清楚起见，链路被定义为用于通信的物理连接(有线或无线)。信道是频率的连续集合，其带宽由载波频率调制。因此，可能有许多信道承载在单个链路上。

5G-DSL(和Y5G-DSL)基础架构

本发明的实施例包括5G-DSL部署，其是在客户场所处进行的简单低成本/低功率RF转换。其它实施例涉及WiFi-DSL部署(因此，Y5G-DSL中的“Y”)。如上所述，可以采用其它有线协议和结构来代替DSL。实际上，这种RF转换完成了无线接入节点(RAN)，并使它看起来好像整个链路都是无线的，尽管实际上是有线和无线链路的级联。图2的RAN基带系统210功能经由通用公共无线接口(CPRI)或本领域技术人员已知的其它X-Haul方法物理地出现在北向有线链路终止的点处(即使该基带功能在另一位置的软件中虚拟化)。RAN基带系统相对于正在使用的系统没有修改，5G-IF 220在RF转换之前接受基带信号，并对它们进行转换以用于图2的双绞线对230上的下行链路/上行链路传输。替代地，对于RAN基带不轻易可用的情况，5G-IF之前有下行链路解调器260(和上行链路重调制器)。如果在现有发射塔位置与双绞线电缆的北侧位置之间存在无线连接，则可能会发生这种情况。

根据本发明的各种实施例，图2的5G-IF 220调制/解调(下行链路/上行链路)到/自方便的有线兼容频率的基带RAN信号。例如，虽然图2示出了在连接到图2的RAN基带的北部有线边缘处的5G-IF转换，但各种系统可以通过虚拟化X-Haul、CPRI或允许5G-IF功能耦合到北端铜线位置的其它替代例进一步移除基带功能。

如图所示，位于客户场所的5G-RF转换系统240在南端完成上/下载波调制，有效地实现了跨5G-IF和5G-RF系统的分布式超外差调制器/解调器。在某些示例中，5G-RF系统240可以放大信号，但不进行数字解码也不再生LTE信号。然而，本发明的某些实施例可以在有线部分内包括附加功能以进一步提高性能、降低成本或支持系统内的其它参数。

信道载波频率(下行链路和上行链路)可以通过仅在有线链路上运行的控制信道并且可以使用训练信号、一个或多个控制信道以及至少一个导频信号来传输到5G-RF系统240。本发明的实施例还可以使用有线信道探测过程，该有线信道探测过程将产生有线链路可以支持的信号带宽的粗略估计，以及确定群延迟。无线5G-RF信号传播到/自无线终端设备250。有线滤波和噪声失真成为基带等效级联链路的一部分，从系统的角度来看，这只是另一无线链路。在某些LTE部署中，本发明的实施例使用LTE的固有能力和调制编码系统(“MCS”)方法。下面描述了各种实施例的各种其它方面，进一步补充了跨不同部署的融合的有线-无线架构的性能。

5G中频转换(5G-IF)

图3示出了根据本发明的各种实施例的网络边缘无线接入节点300(5G-DSL-RAN)，现在专门用于LTE的整数索引m。注意，在5G-NR标准(3GPP，Rev 16)中，m＝1、2、4、8、12、16、32、80、160、320。本公开稍后将介绍该带宽扩展/缩放参数的不同下标索引版本，例如用于无线系统的m_LTE或m_Wi-Fi，以及用于有线线路的m_5G或m_Y5G，并且该参数在使用时通常将是严格的正整数。它还可以使用符号m_downlink或m_uplink，其中在所有情况下，下标有助于识别预期的确切用途。如上所述，该网络边缘无线接入节点300可以支持多种无线/蜂窝信号以及不同的有线信号/有线结构。

图3还提供了系统部署的示例性频率。在该示例中，下行链路载波调制本质上是超外差式，其中第一5G-IF级310载波在LTE基带信号x_bb,k的f_IF处调制，其中，样本在

以相同的采样率创建复杂的LTE解析信号x_A,k。下面的框320将该解析信号插值为其采样率的两倍

并插值到实值样本流中。缓冲框包括任何插值实现延迟。该图包括本领域技术人员所理解的复信号和实信号二者。在某些实施例中，剩余的超外差RF载波调制发生在5G-RF转换器中，如本申请后面所述。

图3的复基带信号可能存在于基站(例如LTE基站)中，取自以采样率以数字形式进行载波调制之前的点。如果该信号不易获得，则可以通过图2中所示的可选解调器/重调制器块对其进行重构。这可能意味着在基站与双绞线/有线链路的线路终端北端之间存在无线连接。在这种无线额外解调制/重调制情况下，同一信号的两个无线版本接近的可能性会产生某些无线标准已经解决的多路径情况。电线(或光纤)也有可能在基站和线路终端之间携带信号，无论是基带(很可能是铜线连接)还是光纤上的射频。这些数字时域(二维或复数)样本将在时间索引中循环，因此x_bb,k k＝0,...,(160·m-1)包括每个符号的重复样本x_bb,k＝x_bb,k-128m；k＝128m,...,160m-1的循环扩展32·m。

这种额外25％循环扩展的格式在LTE-long格式中是已知的，但是本领域技术人员将理解本发明的各种实施例支持其它格式。在这个特定的LTE示例中，这些信号在数学上对应于128m的15-kHz宽的音调，其中上边缘音调和下(大约10％)边缘音调不会被标准化LTE激发(留下高于和低于LTE信号的至少192m kHz的无线信道频率防护频带)。(长格式)LTE符号率为

5G-IF可能插值的一种简单方法是在频率上重复LTE的预DFT基带LTE信号，将上部图像归零，并且然后将剩余信号向上转换FFT大小的1/2，但是这可能需要DFT到时域发生在插值框中，然后以新的双倍采样率获取实部。因果插值中的任何下行链路延迟都可以从随后的时域缓冲器的符号/时隙边界减少。5G-DSL IF载波倍增解析信号将从0-192kHz留下(至少在m＝1时且在其它情况下更多)192kHz的空带宽，并且在高达1.92m MHz的IF输出的最高频率处归零类似量。实际上，根据本发明的各种实施例，IF调制将该基带复信号重新居中为以f_IF为中心的解析复信号，其实部将在经历新的频率缩放之后在信道上传送。

如图3所示，缓冲器330将下行链路和上行链路信号时分双工到单个有线链路中。每个基带时隙包含一定数量的符号(例如，对于LTE，对应于2-kHz时钟的6个连续符号或960m的样本(500ms中))。这些样本以较高的采样率

(30.72MHz的LTE主时钟频率的1/3)连续转换为模拟。

频率缩放框350将样本突发到信道中并且有效地扩展频率响应下行链路(并且对其上行链路去扩展)。5G-IF可以在多种模式下操作，包括如图3所示提供的两种5G-IF操作模式的实施例。快速缓冲模式通过改变每个符号的方向而具有较低的延时和双工。LTE延时模式增加了具有预定延迟(时隙时间)的时隙。两者都可以接受，但快速模式被示出减轻对5G-DSL系统增加的延时的任何担忧。快速模式向每个符号添加额外的零样本，以允许从下行链路到上行链路的逐个符号方向反转。本领域技术人员将认识到图3示出了这些模式的一个实施例。在一个示例中，这些零样本可能出现在任何符号之前和之后，因此当特定方向(向上或向下)静默时，相当于插入533或534个零样本的零周期，如图3所示。静默周期向5G-IF下行链路(和5G-RF上行链路)提供机会以增加有线段的循环前缀长度。这种增加可以提高有线链路的性能。它还可用于创建信号的定时提前Δ，该定时提前等于测量出的群延迟的负值，这将在下面更详细地描述。这可以在5G-DSL系统内隐式完成，无需调整外部LTE系统定时。只要在基带处理和天线之间的有线部分支持与本文描述的双绞线大致相同的带宽，这种方法通常可用于具有电线的许多分布式天线系统(DAS)应用，而不仅仅是5G-DSL(这很可能是因为在分布式天线中使用的电线可能比双绞线的等级更高)。

在示例性LTE部署中，上行链路可以使用单载波OFDM，其只是与特定上行链路用户的音调对应的OFDM同步信号，该特定上行链路用户的音调被聚合为更宽的单载波，但实际上具有相同的采样速度。该上行链路信号将N_uplink个上行链路音调的输入符号与这些N_uplink个基带输入上行链路符号连续聚合成单个时域采样的序列，并且然后将相同OFDM长度的循环前缀添加到这个N_uplink个信号集合中。因此保持了OFDM符号边界。这可能涉及对如上所述的有线段的群延迟的补偿。该动作降低了上行链路发射机的峰值平均功率，其中电池能量消耗通常是个问题。由于在时域样本方面使用了恒定的OFDM结构，因此这种上行链路格式可能不会导致本文描述的5G-IF(或5G-RF)系统的变化。

在示例性LTE延时模式中，5G-IF缓冲器插入允许方向反转的额外的1280m个零样本(因此对于从下到上和从上到下的每次传输反转，瞬态必须在640m个样本中减弱)。这些特定数字(对于快速模式和LTE模式)允许192kHz导频既是30.72MHz主时钟的简单整数除数，并且也可以放置在铜双绞线信道的通带中。另一导频选择可能是384kHz(尽管这在一些严重失真的传输链路上可能不太理想)，并且因此将上行控制信道和下行控制信道都放在这个替代导频之下(可能将下行控制从180kHz移动到300kHz)。LTE和快速模式二者也可以轻松地按比例引入不对称性，而无需考虑频谱规划。这种缓冲适应从12:0(广播LTE)到0:12(所有上游)的任何不对称；例如，每4个上行链路的8个符号下行链路将在格式中提供2:1的不对称比率，而每3个上行链路的9个符号下行链路将是3:1不对称，而10/2将允许5:1不对称。这些将是对m_downlink/m_uplink的5G-DSL系统选择的对应比率，伴随着一个方向的带宽的一些额外损失；可以容纳几乎m_downlink/m_uplink的任何值，并且因此可以容纳任何不对称比率。本领域技术人员将认识到，特定实施例旨在作为示例性部署并且各种其它实现方式落入本发明的范围内。

频率缩放允许有线滤波失真被下行链路和上行链路信号平等地共享，而不管有线铜链路的长度如何。如稍后所述，频率缩放可以在5G-RF处移除，并且因此可能仅发生在有线链路上。较少数量的样本也可用于方向反转；例如，因为LTE瞬态通常在32m(复杂的)时间样本中减弱。这些静默样本可以简化定时恢复，和/或确实允许为客户提供可选的额外(非LTE)服务。如前所述，可以删除来自静默样本的缓冲器的样本，以创建补偿测量出的有线群延迟的定时提前。额外样本带宽的重复使用也为服务提供商提供了机会，这些服务提供商可能针对其基础设施建设和随后的资本支出分配有多个目标，以支持稍后讨论的各种服务和应用。因此，实信号下行链路DAC可以在对应实信号的最高频率3.84MHz的两倍下运行，增加4/3或在10.24m MHz处，如图3所示。实际上，当LTE的任一方向处于活动时，该方向的信号带宽都通过过采样进行频率缩放(在进入IF时的原始带宽的8/3)。该系统在其基带等效效应中保持线性。信道滤波将是用于整个基带等效信道传输的频率缩放铜链路变换和随后的(非频率缩放)无线链路变换的乘积。

如图3所示，上行链路路径具有对应于反向方向的类似功能。上行链路分相器延迟360(在因果实现解析信号

中)可以从先前时间缓冲器中的标称符号/时隙边界偏移，其中

表示Hilbert变换。与图3相关联的实施例还提供从512kHz到最高频率的缩放的仅有线信号的频率范围(下行链路和上行链路)，并且然后是导频和控制信道。

在客户场所的5G射频转换系统(5G-RF)

图4示出了根据本发明的各种实施例的在有线和无线链路之间的位于客户场所的5G-RF系统400。在该示例中，假定ADC 410和DAC 420二者均与上述5G-IF的

采样率同步(并且实际上在符号边界处也暗示了这一点)。非零下行链路样本(具有由有线链路引入的失真)由相同的LTE 2-kHz时隙时钟选通到缓冲器430。时隙时钟(以及因此符号时钟)边界可以通过有线链路的测量群延迟Δ提前。在上述示例中，5G-RF中可能存在小于42μs(快速模式)或500μs(LTE模式)的附加最大延迟。

当方向反转或在上行链路传输期间，下行链路缓冲器既不被填满也不被清空。当下行链路活动时，输出的非零实样本将在3.84m MHz处有规律地间隔，并且将在(连续时间)调制到所选信道载波频率f_c,down＝f_LTE,down-f_IF之前由DAC 420以该持续速率转换为模拟。该操作在无线传输下行链路之前移除了下行链路有线链路的频率缩放。下行链路(和上行链路)载波频率可以通过控制信道通信到5G-RF系统。有线时域双工将在该RF调制点消失，并且下行链路有线信道的任何频率缩放的等效传输/滤波现在都将嵌入链路中，就好像它只是无线基带等效链路的另一元素一样。

参考图4中的实施例，上行链路路径是对应的上行链路频率缩放功能，其对解调的上行链路无线信号在3.84m MHz进行采样，并且然后在2kHz LTE时隙时钟(或快速模式中的12kHz符号时钟)的非零上行链路采样周期中缓冲用于上行链路有线传输之前用解析信号分相器以因子2进行差值。任何分相器实现延迟都会从相对于符号-时间开始的缓冲器偏移中减少。实际上，这意味着分相器450可以与缓冲器440组合。非零样本(例如，LTE模式中的1920m和快速模式中的320m)将对应于上行链路时隙，而其余样本(例如，LTE模式中的3200m，和在快速模式中的533/4)是单个有线信道上行链路上的方向反转和下行链路传输的零。同样，聚合传递函数将是频率缩放的上行链路有线基带等效传递函数和载波调制的无线上行链路的基带等效值的乘积，如下面更详细描述的。多余的样本再次可以可选地用于支持额外的(非LTE)服务。

控制、同步和探测

5G-RF系统可以执行初始化、同步和更新。它还可以执行一些用于故障定位的基本维护功能。下面提供了结合此功能的示例性实施例。

导频信号

图3中阐述的实施例示出了在所有操作期间连续传输下行链路的

导频。如前所述，这是在双绞线链路上放置导频的示例。这个192kHz导频源自主时钟(例如，LTE主时钟运行在

或可选地

以获得更宽的带宽，或者如果需要，甚至只是可选地用于超宽带系统的

)。该示例性导频具有每2kHz时隙时钟周期T_slot的p_pilot＝96周期(快速模式为12KHz和6个周期)，并且因此每个符号有16个(针对快速模式为

这导致106个样本，用于符号的1/3或107个样本，用于符号的2/3-样本以及534个零用于符号的1/3或533个零，用于符号的2/3，插入图3中的符号)，这两者都可以通过与每个时隙时钟周期500μs的开始对齐的向上零交叉来计数。对于这个特定示例，所有采样和符号时钟都是主时钟的整数除数(除了载波，它是主时钟的有理乘数)，如表1所示。

IF载波频率以及RF载波频率也可以通过锁相到主时钟频率处的电压控制的晶体振荡器(VCXO)而锁定到该导频的有理分数倍数或时隙时钟的整数倍数(例如，如LTE所要求的)。5G-RF系统还生成

和载波频率。对于更宽的带宽(例如LTE部署)，最简单的时钟解决方案可能是将VCXO晶体缩放到主时钟频率的倍数，其中对于最宽的LTE带宽400MHz(不太可能用于有线链路)为m＝320，它可能使用9.8304GHz的晶体。

在LTE的情况下，使用245.76MHz的较高主时钟(其允许服务高达m＝8或10MHz宽的LTE信道)。借助5G-IF的频率缩放，10MHz LTE信道将在启用时分双工的情况下消耗26.7MHz的有线链路带宽(记住，所有DSL系统也会因双工而失去带宽，用于对称传输时超过2倍)。这样的26.7MHz带宽很可能代表长度小于或等于1km的有线链路。较短的长度将鼓励5G-RF中更高频率的基于本地VCXO的晶体，这仍将由在标称导频零交叉处测量的相位误差驱动(即，由计数器除以来自主时钟的值P_pilot)。在5G-DSL采样率下，这些样本每32个样本(或者如果导频的正斜率和负斜率交叉都使用简单的交替符号，则实际上是64个样本)出现一次。

图5示出了根据本发明的各种实施例的来自导频的时钟生成510。表1示出了时钟是相关的并且暗示正斜率零交叉520与最慢时隙时钟的正斜率零交叉对齐。高频载波将需要从具有局部非线性倍频电路的主机合成，现在在5G-RF处，如图5所示。图5中的偏移量Δ是主时钟的时钟周期中群延迟的负值。在某些实施例中，它也可以从5G-IF下行链路和5G-RF上行链路中的先前缓冲器中删除。

在某些示例中，PLL可以在符号时钟上锁相到1微秒内的精度。在LTE的情况下，导频将在任何可用有线链路上至少有40dB SNR，其可以包括由固定线路噪声引起的相位抖动(否则在有线段上没有抖动源，因为没有多普勒或载波偏移)。该40dB对应于384kHz处的25ns相位抖动标准偏差(384kHz是导频192kHz的两倍，但两个导频零交叉都可用于以应用的交替符号的相位误差生成)。符号时钟为12kHz，并且固定线路抖动偏移远低于大约1微秒的LTE要求。因此，导频本身很容易保持针对符号同步的时钟精度。

在LTE实施例的情况下，各种标准需要从与高达200km/h(大约124mph)的车辆速度相对应的多普勒频移中恢复。对于60GHz载波，这大约是10kHz，并且因此在6GHz处为1kHz，在600MHz处为100Hz，其中10kHz对应于100微秒的周期。载波与导频频率的比率约为160,000(64GHz/384kHz)，这意味着384kHz抖动标准偏差需要为0.50ns或低于导频抖动大约50倍。这意味着对相位误差样本进行平均50²＝2500。由于每秒有384,000个导频零交叉，所以PLL环路带宽只需大约150Hz(因此，针对PLL的恢复/训练时间为6ms)。简单的导频系统将具有由LTE无线链路抖动和频率偏移控制的任何频率偏移/抖动，LTE设计和规范已经适应了这些。

信道探测和群延迟偏移估计

在查看示例性LTE部署时，该标准要求在不同基站之间的基站符号开始的大约1μs的精度。这需要公共时钟源(有时是GPS时钟，或更常见的是公共网络时钟)以及从该时钟源到无线传输点的延迟的准确测量。5G-RF相对于LTE基带信号移动天线点，并且因此必须准确估计通过有线链路的群延迟，并且然后将该群延迟添加到由LTE已经估计的量中。通常，LTE系统本身具有处理网络时钟和各种物理上不同的天线位置之间的差分延迟的能力。然而，某些LTE系统将不会自动适应有线段的延迟。有时，现场安装技术人员会知道电线的长度，并在需要时手动调整安装的偏移。但是，5G-DSL系统将通过有效地从循环前缀中删除样本来固有地抵消这种延迟，使其看起来好像信号被群延迟的负值提前了。这主要发生在5G-IF下行链路和5G-RF上行链路的缓冲器中。5G-DSL系统如本节所述估计该群延迟。该过程通常也用于采用分布式/协调天线的LTE系统，并且这些系统中的每个系统都必须估计来自公共网络时钟源的延迟，所有这些都落入本发明的范围内。

由于有线链路的时域使用，可以测量从5G-IF下行链路输入到5G-RF并返回到5G-IF上行链路输出的往返延迟(并且然后除以2)。通过所谓的回环，这样的测量在有线链路中是可行的。如图4所示，在最终下行链路DAC之前和上行链路ADC之后的信号在回环期间连接(较小的下行链路/上行链路延迟不对称将由主时钟的倒计时的缓冲器索引Δ处理)。5G-RF将执行回环(并且在LTE的情况下，未启用或也未通过)并传输已知符号L次。推荐的符号是啁啾信号

其中n作为频率/音调索引，但信道的边缘音调为零。该信号在使用的音调和已知相位上具有恒定的幅度。它可以预先计算和存储以用于探测。本领域技术人员将认识到，根据本发明的各种实施例，其它信号是可能的。在某些LTE示例中，该信号使用与LTE相同的循环扩展，并且在已经实现与192kHz导频的同步之后执行啁啾信号的回环。(通过在回环期间连续发送导频可以实现持续锁相。然而，对导频延迟的简单测量是不够的，因为它不在5G-DSL信号的通带内，而

是在该通带内。)控制器存储的信号被环回到上行链路LTE，其中5G-IF将捕获并存储该控制器存储的信号，然后可能计算该存储信号的DFT(其不必是实时的)。每个使用频率的DFT输出可以除以固定训练(啁啾)序列的已知DFT值。然后在所有L个符号上对该信道传输的估计值求平均。在某个示例中，训练符号l的音调n的信道输出为：

可以通过以下方式估计信道增益H_n(当探测信号具有恒定且因此已知幅度时，不需要存储倒数)

估计的期望值等于信道，因为噪声是零均值，所以

无偏估计。估计的方差很容易从每个(复杂)维度的噪声能量

计算为

因此，信道增益估计随着重复训练信号的数量而线性提高。对于大多数具有L₀＝10-20个符号的诊断目的，这种准确性已经非常好。对于延迟估计，可以进一步分析相位。假设L₀的值如此之大，则比率变为

其中d是估计中的小相位误差(音调指数在这里被丢弃，假设这个误差很小并且在所有音调上基本上是随机的)。对于小x，使用近似值e^x＝1+x，相位误差方差或抖动也会随着训练周期线性衰减(一旦收敛于幅度)。这意味着相位-抖动标准偏差随训练样本数的平方根而衰减。

可以从相邻音调中减去所用音调上的相位，并估计斜率。也就是

(7)的分子中的相位估计中的噪声方差是抖动估计的两倍，但除此之外，斜率估计中的方差也随着训练符号和使用音调的数量的平方根线性衰减。12kHz时钟具有的周期约为86μs。在LTE部署中，这需要减少100倍才能满足1μs LTE规范，这意味着(因为

)L₀＝100就足够了。在某些实施例中，群延迟也可以偶尔使用插入的啁啾信号(或其它已知的训练序列)在640m样本静默期的中间320m样本中更新。例如，在快速模式下，长度为64m+16m＝80m的较短的符号可以在额外的106/7m零周期的中间被插入并用于更新。这不需要在每个时隙上发生(1/10时隙就足够了)。

该群延迟是往返群延迟，并且因此使估计值加倍。等式(3)中的相同公式可以由该设备中的5G-RF控制处理器在回环之前的信号上应用于下行链路，并将作为下行链路群延迟估计。上行链路群延迟估计将是差异。在某些实现方式中，差异可能导致这两者不相等。5G-RF通过控制信道将其下行链路群延迟传送到5G-IF，然后该5G-IF计算相对于使用这种调整时往返延迟超过2(一半)的差，这在某些实施例中该差可以在缓冲时钟周期T₀的样本中进行计算。如果下行链路群延迟长于半往返延迟，则从T”'计数器的Δ值中减去该量(模p”')；相应地，如果延迟更短，则将该量添加到Δ。该过程对5G-RF的符号发射时间进行微调，以与其它LTE RAN的发射良好地对齐。

在LTE的情况下，小于2km的有线链路通常将支持至少LTE的最低信道化，其在频率缩放时为5MHz宽。更短的长度将支持高达100MHz的更宽的LTE信道化。表2说明了对双绞线长度进行的LTE信道化与建议的粗略传输频带的匹配。表2假设双绞线的同一绑定中的所有串扰系统都使用相同的5G-DSL系统时钟。在尝试过渡到5G-DSL的系统中，当新小区部署在附近时，对传统xDSL频谱兼容性的需求被认为可以忽略不计。然而，如前所述，可以将5G-DSL传输与G.fast的定向TDD突发进行突发模式对齐，特别是利用与频率缩放相关联的许多零样本。VDSL频谱掩模可应用于5G-IF下行链路和5G-RF上行链路传输以减少串扰，并且这在LTE看来是严重的频谱衰落，需要具有大量代码冗余和小星座尺寸的MCS选择。

基站或Wi-Fi接入点可能想知道可能的信道化并且转换器盒将需要知道载波频率，或者等效地知道可以使用的m的最大值是多少。用于延迟估计的相同过程也将提供对跨

频带的信道增益/衰减的指示。用于确定最大可能可用带宽的信道探测将简单地尝试连续的m值，或者实际上可以简单地检查信道传输幅度，并且可以由控制处理器在5G-RF处在下行链路探测序列上

执行。5G-RF定位的测量提供有线链路的信道传输。在某些LTE部署中，LTE接收机设计人员(他们将了解自己的错误解码/擦除算法)可以允许对要利用MCS选项中的至少一种来恢复的编码OFDM音调中的至少25％进行恢复。因此，这个简单的规则将导致5G-IF规则，即不应使用与m值对应的任何频带，该与m值对应的频带具有超过25％的报告能量水平低于-100dBm/Hz的活动音调。-100dBm/Hz对应于有线链路具有的SNR可能开始限制性能的水平(即使这样的信号和相关联的有线噪声在从5G-RF传输之前会被放大)。

维护和控制信道

图3建议根据本发明的各种实施例在500kHz以下使用简单调制(具有冗余的BPSK)的最小控制信道。120kbps的数据速率很容易以高可靠性向/从转换器和基站传递控制信息。还可以在各种命令上考虑进一步的冗余和重复确认。在某些实施例中，控制信道将执行以下基本功能中的一项或多项：

1.将转换器置于探测模式；

2.将转换器的上行链路和下行链路载波频率值设置到无线接口；

3.初始化；以及

4.线路信道的各种维护/诊断功能。

如稍后在应用中更详细讨论的，控制信道信号也可用于促进云管理。

5G-DSL有线链路的性能

MCS(调制和编码系统)可以在本发明的各种实施例中用于使数据速率和编码参数适应信道失真的严重性。在LTE部署中，资源分配具有12音调资源块的分辨率，每个资源块的宽度为180kHz。这些块也跨越1ms时隙或等效地跨越12个连续符号。这样的LTE资源块可以被激活(携带数据)或不被使用(能量归零)。资源块的频率在LTE系统的信道范围内是连续的。相比之下，当今的G.fast系统使用51.75kHz宽的音调或资源块，该51.75kHz宽的音调或资源块也可以选择性地激活或归零。G.mgfast系统可以选择替代地使用207kHz宽的音调，因此G.mgfast具有的频率分辨率低于LTE的180kHz。G.fast的加载系统允许从4QAM到4096QAM的星座，而LTE在每个资源块中允许相同的星座(尽管仅适用于偶数个比特/音调)。LTE的比特交织穿孔卷积(“LDPC”)选项具有足够的灵活性，允许可由16状态四维格状码与外部Reed Solomon的G.fast的交织组合所提供的相同编码能力。本领域技术人员将认识到，MCS技术可以应用于除了LTE和G.fast之外的本发明的其它实施例。

在任何介质上的物理层传输中的重要概念是每复维数的比特中可实现数据速率b与信噪比(SNR)的关系

b＝log₂(1+SNR/Γ). (8)

本领域技术人员将理解，间隙参数Γ≥1用于实际系统以将数据速率降低与数据速率b无关的量并且仅是所使用的代码和目标错误概率的函数。该数据速率的值将适用于连接的铜线部分b_Cu，并且总访问数据速率b永远不会超过该数据速率，因此即使在家中的网关中使用数字再生中继器也是b≤b_Cu。等效地，

SNR≤SNR_Cu, (9)

并且，因此，认为放置在双绞线南端的中间再生中继器(例如，毫微微蜂窝)将有助于提高基本数据速率的任何假设都是错误的。实际上，只通过整个有线/无线级联将无线LTE信号简单地发送到终端设备，不会造成数据速率损失。放大该信号(以及噪声总和)以进一步减少铜线段以外的无线段中由无线链路噪声引起的速率损失将是有价值的，但这不会增加接入网络的端到端数据速率，并且(9)仍然成立。因此，图4中所示的5G-DSL转换器对信号的简单上/下转换可能在功能上类似于原本可能已附接到相同有线链路的毫微微蜂窝(毫微微蜂窝可能还具有更高的成本和复杂性，更不用说这种毫微微蜂窝之间以及与基本蜂窝之间的串扰问题)。

双工(无论是在时间上还是在频率上)可以用在正常的DSL以及5G-DSL(当只有一个有线链路时)中。因此，如在LTE、DSL和Wi-Fi中使用的在多载波传输中剩余的重要性能限制是频率分辨率。频率分辨率是承载相同能量/维度的最窄传输的带宽。如果一个系统比另一系统更接近最佳功率谱密度，那么当调制层之上应用的代码大致等效时(即两种代码都经过很好的选择，就像现代系统中的情况一样)，该系统的性能会更好。在G.fast系统中，该分辨率目前为51.75kHz。G.mgfast系统可以选择性地将其增加到207kHz。LTE系统的资源块至少包括12个15kHz宽的音调或180kHz。有线链路上的5G-DSL频率缩放将其增加到480kHz。取决于用户对数据速率的需要，可以将一个或多个资源块分配给任何用户。显然，G.fast以及甚至G.mgfast比频率缩放的5G-DSL系统具有更好的分辨率，大约是2.5(mgfast)或10(fast)的因子。

在5G-DSL LTE的有线链路中任何快速衰减边缘的最坏情况将是等效带宽的大约一半应该被归零并且另一半被使用。严重的最坏情况假设可能是这在任何给定信道中最多发生2次，这意味着有500kHz的带宽相对于最佳值被错误地激发。对于最小带宽为例如2MHz音调的系统(将导频和边缘音调排除在128个最小值之外)，这代表25％的能量损失(-1.3dB)。此外，为了恢复在25％的音调上发送的数据(这将丢失或以非常高的错误概率)将需要具有该数量的代码(并且至少假定解码器擦除或更复杂的迭代解码)冗余或25％(或至少25％的码字必须是奇偶校验/冗余)。实际上，0.18dB能量损耗和以dB为单位的总速率损耗等效为

在该示例中，对于简单的BPSK(因此b＝1)，损耗约为3.5dB，而对于4096QAM(或b＝12)，损耗增加到10.3dB。对于窄信道的损耗最大，但如果FFT大小增加到1024(从而信道带宽更接近20MHz)，则该损耗降低到5％误码带宽(-.23dB)和0.95％，或等效于额外的0.3dB，因此BPSK的总损耗为0.5dB，而4096QAM的总损耗约为3dB。对于无线传输，与SNR损耗相关的错误概率不太强(因为无线链路上的随机衰落)，并且这些最差情况损失水平出现在可接受的范围内。

当今，DSL系统使用至少6dB的余量来防止有线链路上的时变噪声。这种时变噪声相当于无线中的时变信道增益。然而，无线变化比有线变化更快且更严重，而LTE的代码已经适应了这种变化。这使得DSL的6dB余量变得多余。随着这种DSL实践的实现，5G-DSL系统在有线链路上的性能可能比DSL系统更好(基本上更好且更健壮的代码在无线中用于时变，使得余量不必要或至少允许其显著减少)。DSL系统确实使用物理层重传协议，但LTE更先进的混合ARQ在DSL中没有完全的等效物。

由于这些开销，假设链路和更高层协议损失在当今的LTE和DSL系统中大致相等(两者的吞吐量都远低于连接上的实际比特率)。因此，LTE相对于优化的DSL的分辨率损失在最坏情况下为几dB。来自5G-DSL系统的各种实现方式的这种灵活性和成本节约降低了部署成本、运营成本，并促进了融合网络的使用。

上行链路关联

许多无线系统(例如LTE、5G或Wi-Fi)客户端设备(有时称为UE)名义上搜索某些频带，并且然后在这些频带内的信道中搜索下行链路信号。UE具有来自服务提供商的SIM卡，该SIM卡通常优化某些频段以进行搜索。在某些5G-DSL实施例的情况下，5G-IF下行链路载波频率大概在那些搜索频带中，该载波频率通过5G-DSL控制信道传送到5G-IF。在LTE的情况下，将针对固定/已知代码物理广播信道(PBCH)对下行链路信号进行解码，该PBCH具有(以40ms间隔)用于UE的嵌入式控制信息。该信息将提供与下行链路相关联且UE上行链路信号可以在其上传输的上行链路载波频率(因此与LTE和5G-IF使用的上行链路载波频率相关联)。多个UE可以使用具有不同资源块的相同下行链路。LTE系统在没有5G-DSL的情况下可以处理的相同数量的对应UE保持不变。类似地，LTE上行链路将分配不同的资源块以由不同的UE在同一上行链路载波上传输(LTE具有上行链路随机接入信道RACH，其可用于寻址最初尝试同时关联的多个UE)。

对于传输之外的许多原因(如安全性)，设备应该与特定的RAN相关联，类似于当今对LTE关联、蓝牙配对或Wi-Fi SSID选择所做的事情。这可能会继续目前的做法，5G-DSL对这些问题是透明的。一旦在公知频率上建立了关联，之后就可以在其它指定的已知载波频率上初始化信息。除了这种关联外，客户端设备不需要知道它正在与5G-DSL或直接与基站通话。5G-DSL系统只需要知道LTE系统所需的载波，该载波通过控制信道(用于下行链路和上行链路)发送到5G-RF。这相当于30.72MHz(或其其它倍数)基准时钟与载波频率的乘数，如图5所示。如果基站不是基带且载波未被传送，则5G-IF的额外解调器将(下行链路)感测载波频率，并且然后通过控制信道将其传送到5G-RF。对于上行链路，5G-RF将感知任何载波，并通过控制信道将其通信到5G-IF的额外重调制器。

Wi-Fi的Y5G替代方案

本领域技术人员将认识到，本发明的各种实施例可以应用于Wi-Fi相关部署。Wi-Fi有许多变体，但它们都使用信道宽度为20MHz(或其整数倍)的基本架构。图6提供了根据本发明的各种实施例的示例性Wi-Fi部署600。简化的首字母缩写词Y5G-DSL用于缩写Wi-Fi，以级联有线/无线方式与DSL一起使用，此处首先介绍了LTE其它蜂窝部署。“Y”将Wi-Fi与LTE区分开来。Wi-Fi基带输出(下行链路)和输入(上行链路)将在此处与接入点(AP)相关联，但稍后会解决网格点的使用(或等效使用)。Wi-Fi的基带输出经过载波调制，可将DC移动到频带的中点(即10、20、40或80MHz)。Wi-Fi符号率为250kHz，并且每个音调的宽度为312.5kHz。在最窄的20MHz信道中至少有64个总音调。如图所示，频带边缘处的音调为零，至少有4-5个，为500kHz导频和低于1MHz的控制信道留下超过1MHz的可用空间。

Y5G-DSL系统频率以因子2.5缩放，其中Y5G时隙为40μs，这在长模式下允许在25kHz时隙时钟处的10个时隙，其中8个时隙被使用，而2个时隙保留用于在本发明的某些实施例中进行双工反转。在快速模式中，再次对每个符号进行双工以最小化总延时。对于长模式，Y5G-IF延迟为40μs；而对于快速模式，该延迟减少到5μs。在短线上令m_Y5G的值超过m_Wi-Fi的值会很方便。这将允许与MIMO和多用户的一些有趣的复用选项，这将在下面更详细地讨论。

虽然Wi-Fi已经与CSMA进行了随机时分双工，但Y5G-DSL频率缩放系统的实施例改进了多个空间流(和/或多个空间复用用户)的复用。在这些示例中，图6的简单双工在相反方向上产生了两个不同用户(上行链路和下行链路)的突发，以占用相同的频率缩放带宽。使用CSMA，在没有频率缩放的情况下，这无论如何都会发生。然而，当有多个空间流要复用时，频率缩放会有所帮助。例如，图6中阐述的实施例可以相反对应于2个下行链路用户突发，其中一个用户占用分配给上行链路的符号(时间段)，其中m_Wi-Fi＝1。使用m_Y5G>1，但是m_Wi-Fi＝1，则可以通过从额外的80mY5G个样本中借用样本来复用2.5·(m_Y5G/m_Wi-Fi)额外用户的(空间流)，这些样本用于在快速模式下在每个符号上的向下/向上反转。例如，如果m_Wi-Fi＝m_Y5G＝1，则处理2个用户的(空间)流(不存在上行链路)。然而，在5G-IF(和对应的5G-RF)用m_Y5G＝2(和m_Wi-Fi＝1)操作时，原先的2个流加倍为4个，但还从额外的样本中添加了第5个。如果m_Y5G→4，则总共可以容纳10个流。这些流中的每个流都将看到与频率缩放相同的性能，这保留了发生在Wi-Fi AP中的空间MIMO处理。被外部Wi-Fi信号处理视为在同一载波上的空间流的有线频谱分量的变化可能会导致很大的失真。

Wi-Fi系统与LTE或DSL相比具有较差的分辨率(基本上是20MHz而不是200kHz，因此分辨率低100倍)。然而，在物理上，Wi-Fi接入点可能更靠近其客户端设备(与LTE RAN相比)。Wi-Fi还不要求与主网络时钟进行接入点间同步。因此，在某些部署中，群延迟估计可能不是强制性的。在一些部署中，Wi-Fi也可能没有LTE的严格的接入点间定时参考同步要求。

在本发明的某些实施例中，Wi-Fi信道可以是20MHz的倍数，并且索引为m_Wi-Fi(类似于应用中的Y5G-DSL的LTE架构)，其中现代Wi-Fi系统m_Wi-Fi∈{1,2,4,8}。同样，较短的有线链路长度意味着更高的m值在Y5G-DSL中很容易实现，至少对于有线链路而言是这样。

图7示出了根据本发明的各种实施例的在靠近客户端设备的端点处的对应Y5G-RF系统700。示出了导频和控制信道，并且在该示例中主时钟可以是100MHz的任何整数倍。在5G中使用的各种相同的群延迟偏移机制也可以在Y5G-DSL中使用，以通过测量的有线群延迟的负值来推进信号，以便通过使用稍微缩短的循环前缀来有效地推进系统。

(Y)5G-IF和(Y)5G-RF以及额外信道的云控制

根据本发明的各种实施例，在图8中示出了5G-DSL和/或Y5G-DSL云管理实现方式800。云控制器可以(通过互联网地址/连接应用程序接口或API)访问5G-IF 810和5G-RF820。可以通过在这两个系统内实现的探测功能来收集各种维护数据(其中一些已在前面描述过)。这种探测可以例如使用信道探测。在某些实施例中，(Y)5G-IF 810和(Y)5G-RF 820中只有一个需要到云的外部连接，而另一个将通过使用控制信道来连接。

根据本发明的各种实施例，云互连可以由5G-IF的控制处理器处理，该控制处理器为由LTE寻址分配给5G-IF的IP实现低速LTE用户信道。这可以被视为低带宽的物联网连接，因此将5G-IF的云控制端口视为这些的其中之一。一种方法可以使用5G-DSL的静默时间段进行到客户场所的有线数据连接，以便家庭中的任何非LTE(传统或其它)应用设备可以继续服务—例如，现有的Wi-Fi连接可能在家中并与非LTE设备连接。在某些示例中，现有服务将由双绞线上的现有固定线路能力(例如DSL服务)支持，并将在有线连接的线路终端(北侧)支持数据流(下行和上行)。

现有连接的支持可以为5G-DSL系统((Y)5G-IF和/或(Y)5G-RF)添加IP地址。可以使用各种方法来封装北端现有的互联网连接信号，并且现在通过使用(否则以其它方式)静默时段创建的额外信道发送它们。即使存在下行链路和上行链路信号，控制信道本身也具有用于此类服务的可用带宽。突发将允许设计人员选择调制系统，但5G-DSL中有200m个样本/符号，而Y5G-DSL中有80m个样本/符号可用于此类传统用途。例如，这些将支持几Mbps的数据速率(然后存在有效的5G-IF到5G-RF突发的DSL系统，它以大约现有数据速率的1/3替换现有系统，但剩余的2/3被LTE使用)。该系统的某些实现方式可以使用DSL处理器，例如突发内的现有ADSL设计(并且此类设计的DSP需求对于本地处理器来说只是很小的计算增加，尤其是在较低速度下运行(除了突发中的较高速采样速率)以解码较低的数据速率)。这样的系统不需要完整的LTE基带解调器来捕获发送给它们的云控制信号，并且可以为现有的传统服务和云控制通信提供服务。

(Y)5G-RF可以测量上行链路无线功率水平(并且可以在下游推断它们，或者甚至针对通过连接的某些管理分组截取它们)。5G-RF还可以控制功率水平，并且可以调整某些信道的载波频率，使其在接入点处看起来是连续的，而实际上它们在实际信道上是不连续的。实际上，通过云管理创建了更灵活的系统，允许使用各种多用户方法或资源管理。

当有线链路是4对(8条线)的以太网电缆时，这产生了在基于Y5G-以太网的系统中产生高效率的多种可能性。向设备和RAN示出可选的虚线连接，这可以允许系统中的附加选项，特别是与RAN的虚拟化或应用/服务控制创造的机会协同作用。

5G-DSL和Y5G-DSL的MIMO扩展

MIMO方法广泛用于无线中以提高空间覆盖和效率。本部分研究如何将它们与(Y)5G-DSL充分结合使用，并将它们扩展为更高效地使用许多天线。

可以使用电线对的无线(或普通)模式，当在无线等效总链路中使用时，其本质上可用于使有线的传输容量加倍。如将更详细讨论的那样，可以实现5G-IF的简单复用增强，以确保没有空间模式被数量不足的其它高频带宽有线链路阻塞。此外，对于有线链路带宽的频谱空间扩展以充分利用MIMO方法，可以实现一种更公平且更有用的替代方案，引入可能云管理的5G-RF+，该可能云管理的5G-RF+具有中MIMO功能，可以增加总带宽。在某些实施例中，系统可以具有在与现有LTE MIMO系统一起工作的上下文中实现的预编码器。预编码器的使用是因为频率缩放(或时间突发等价)而发生的。也可以部署Wi-Fi而非LTE的家庭内多线使用，其尝试与用于家庭分配系统的未许可频谱使用进行良好匹配。

使用有线的无线模式

许多家庭具有带有2根线的单双绞线。在与铜传输级联的无线传输中，可以根据本发明的各种实施例来实现在每条线上发送无线信号的可能性。这些系统在两条链路上都会有较大的无线相互串扰和外部串扰，但仍然可以应用MIMO原理来减少这种串扰。最初在每条线上的两个传输可能在同一频带中，使得外部系统可以将它们视为并行空间流(例如，LTE)。MIMO基带处理系统可以有效地移除同向流动的串扰(全双工操作是不可能的，因为在相反方向中，在铜线部分中从其它UE的上行链路信号中消除回声(串扰)在物理上是不可能的)。因时域方向变化而造成的带宽的5G-DSL损失可能会恢复或几乎恢复，因为该系统将有效地加倍数据速率。类似地，系统(例如，LTE、5G、Wi-Fi等)将因此能够使用2个对应的空间流。传统上，避免了电话中的这种共模传输，因为如果将其视为(其他用户的)噪声(相对于使用两条线对一个差分信号进行差分传输)，则更大的串扰会降低信噪比。然而，随着LTE或Wi-Fi的MIMO串扰减少，这种担忧变得不那么重要了。

5G-DSL可能仍需要对下行链路和上行链路信号进行缓冲(和频率缩放)以复用到下行/上行时隙中，在本发明的各种实施例中，仅两个这样的相同缓冲器并行出现，一个用于每个有线链路。本领域的技术人员将认识到，信道可以被称为一个无线信道(或当存在多个用户时称为资源块)，无论它对应于线对上的单个信道还是对应于某些示例中使用共模的并行的2个信道之一。在后一种情况下，线路/天线性能数据速率可以大约翻倍，而无需改变基本分析和理论。

利用MU-MIMO和频率缩放

由于(Y)5G-DSL载波的公共频率源，同一有线链路上的不同频率缩放信道可以有效地使用无线链路上的同一载波(但在不同的空间流上)。这些可能对应于5G-IF和5G-RF有线链路传输的时分双工突发，这是一种时空传输的模拟形式。

图9A示出了单个有线链路910具有m_5G-DSL＝L个信道，其中L是空间流的数量，现在根据本发明的各种实施例对5G-DSL的系统带宽索引m→m_5G-DSL进行了略微扩展的解释。例如，如果线路长度足够短(例如，<400m)以支持通过有线链路对两个空间流进行频率缩放(时间突发)所需的对应100MHz带宽(采样率为200MHz)，则m_5G-DSL＝2可以对应于L＝2的空间Wi-Fi信道。空间流被转换为用于有线链路的频谱流。

在图9A的m路系统900中，在不同的时间突发中，在有线信道之间没有串扰，例如使用两个20-MHz宽的空间流的LTE系统(对于每个LTE空间流上的原始m定义，m_LTE＝16，但是有线链路具有与18.4MHz的单个IF载波进行时分复用的m_5G-DSL＝2信道)，然后最终占用在5G-RF和用户设备之间的相同无线频带(使用相同的RF载波)，并且因此也在无线链路上。5G-RF使用相同的载波单独调制两个空间流中的每一个，其中一个空间流用于每个天线。空间串扰可能完全发生在无线链路中，只要它们在有线链路上处于不同的突发中。所示的矩阵传输预编码器920处理(作为图9A左侧的矩阵乘法)导致用户在两个不同的家庭客户端设备处的空间分离。

如果设备支持大规模MIMO，则实际上可以确保与有线频率信道的数量相等的空间流的数量，因为每个空间流可以由有线链路上的m个频率缩放时间突发信道之一支持。在LTE部署的情况下，有线链路上的频率分离促进LTE对完全全无线连接的空间流进行正交化的能力。(然后可以将信号处理能力应用于家庭中无线串扰，而不是更长长度的无线信道上的串扰，该更长长度的无线信道具有更大的衰减和串扰干扰的可能性。)

更数学地遵循图9A，U＝2≤m_5G-DSL＝L用户设备根据各种实施例使用LTE信道。U×1向量s包含两个下行链路用户输入流，用于两个位于客户场所的用户。由RAN实现为m×U矩阵乘法的下行链路预编码器920具有m×1向量输出

x_d-bb＝Q_d-ran·s_d, (11)

它进入5G-IF 900。图9A假设RAN基带具有L个空间无线电(这通常在L个天线的情况下为真，因此存在一个无线电/天线)。这些L个连接不是馈送天线，而是馈送(复杂基带)时域中的m_5G-DSL＝L个5G-IF连接。下行链路有线信道(包括任何频率缩放的影响)具有输出(有线噪声被组织成m×1向量n_bb,fix)

y_d-bb,fix＝H_d-fix·x_d-bb+n_d-bb,fix＝H_d-fix·Q_d-ran·s_d+n_d-bb,fix (12)

空间信道的数量m_5G-DFE＝L可以超过用户的数量(并且应该至少等于具有线性预编码的用户的数量—非线性预编码可以容纳较少数量的空间信道)。然后，下行链路无线信道具有U×1向量输出(具有整体噪声n_bb，并且每个输出分量对应于用户设备处接收到的信号)

y_d-bb＝H_d-air·H_d-fix·Q_d-ran·s_d+n_d-bb (13)

如果存在具有两个天线的一个用户设备，则输入s_d可以继续具有两个分量，一个用于到达2天线设备的每个空间模式。在这种情况下，H_d-air将保留2×2矩阵，并且存在附加的LTE设备信号处理来解码两种模式并输出对应的单用户数据流。上行链路处理与图9A中的流程相反。信道可以被定义为前向路径的(复基带中的共轭)转置，回顾矩阵链的乘法具有反转乘法次序的转置。在定义/测量信道系数时，共轭简单地否定虚部。这种转置符号在图9A中使用，但方程可以直接写为

如图9A所示，LTE RAN处理仅看到等效信道H_d＝H_d-air·H_d-fix和

矩阵Q_d-ran和

由LTE处理根据对应信道矩阵进行确定。

MIMO天线虚拟乘法

图9B示出了根据本发明的各种实施例的更复杂的系统940，其中L个有线链路可用。在这样的系统中，这些有线链路可以承载最多m_5G-DSL·L个空间信道942，这假设RAN基带具有对那么多无线链路的数字调制支持。成本的增加(额外的数字处理)可以通过5G-DSL显著增加整个系统的容量。容量增加可以进一步降低每个受支持用户的成本。

在占用相同频率信道的那些信道上的有线链路之间可能存在串扰。在这种情况下，5G-RF可以保持不变，但图9B示出了可选的mid-MIMO 5G-RF+945处理，其可用于提高性能。MIMO有线H_d和H_u矩阵可以通过前面描述的信道探测的简单扩展来学习。mid-MIMO处理可能不是必需的，因为RAN基带系统的信号处理可能具有足够数量的空间信道。然而，当客户场所有多于一个活跃设备时，在5G-RF+中的中间处理允许通过提高有线链路的性能来实现更高的性能，提高有线链路的性能基本上是全MIMO(单一聚合比特率)，全MIMO通过信道奇异值分解进行改进。对于有线链路上的聚合数据速率，这种处理可能是优选的，将其分解为具有最高性能和可能数据速率的并行信道集。

外部系统可以更容易地应用MU-MIMO。在某些实施例中，外部无线链路基于具有QR分解的对应MU-MIMO最优。系统可以实现奇异值分解的酉矩阵之一，而另一个将在5G-RF+中，然后可以使用适当的能量缩放，并且5G-RF+可以实现完成用于无线链路的MU-MIMO信号处理的最终酉矩阵。通过这样的处理，在5G-RF+输出的天线数量N_A可以超过RAN基带系统的空间流/限制数量，从而进一步提高性能。

在数学上，除了输入包含N_s个空间流之外，等式(11)仍然成立，这些空间流可以分别用于单个用户或者可以被组合以增加较少数量用户的数据速率。然后RAN基带预编码器矩阵Q_d-ran变为mL×N_S，其事实上是mL×N_S的空间流能量的对角增益缩放和后续mL×mL矩阵的组合，因此，对于现行有编码器系统

非线性预编码器将导致E_d-ran为泛化三角形并定义脏纸预编码器，但当今的LTE和Wi-Fi系统都不允许这样做。尽管如此，如果天线的数量远大于流的数量，则通过其对角线近似广义三角矩阵所产生的性能差异可忽略不计。图9B简单地示出了具有奇异值分解(SVD)的下行链路信道的发送矩阵，

如图所示。RAN基带系统可能具有

在这种情况下，mid-MIMO post-d-fix矩阵955可能是

并且有线链路将被对角化为其基本模式。这些模式可以在重传(仍然没有对LTE代码或消息进行解码)之前通过适当的能量957缩放并且然后缩放。无线下行链路具有广义的Q-R分解

其中信道从N_A个天线到达U个用户设备。如果需要，此时可以增加天线的数量。这通常是具有较低功率和较低成本的天线放置点。由于这些天线更靠近用户，因此完整的大规模MIMO效应也会更大。(17)中的R_d-air矩阵可以由U×U左列中的对角矩阵(而其它地方为零)近似。用于无线链路的下行链路mid-MIMO预编码器矩阵962然后是Q_d-RG+＝Q_d-air，并且到每个设备的无线链路上的增益是R_d-air的对角线元素。

整个下行链路系统则具有信道

其中E_d-air＝diag(R_d-air)和对角线具有min{N_S,N_A,U}非零元素。上行系统类似地具有

该系统为5G-RF+提供了有效使用频谱-空间转换的机会，以在不改变现有RAN的情况下成本有效地增加天线数量。计算(SVD、QR等)不需要是实时的，并且可以在云中实现。

场所Y5G-DSL

基本的Y5G架构可以遵循先前描述的LTE实现的架构，但与LTE解决方案相比，从互联网服务提供商最近的边缘点在电线上发送Wi-Fi信号的价值可能令人怀疑。在某些实施例中，如果在客户场所内使用，则Y5G可能具有更好的实际意义。特别地，Wi-Fi多接入点(MAP)或网格点(MP)中继系统可以是在客户场所内使用的数字中继系统。这些系统降低了带宽效率(对进入以及退出MP中继的相同数据，使用两个不同的Wi-Fi信道)以换取更大的覆盖范围。当考虑到冲突协议并且附近有多个Wi-Fi网络和用户时，带宽损失可能会很大。然而，大多数客户场所都有电线。通常存在多条家庭内电话线(例如，RJ-11电话插孔和电缆具有两对线连接在其中，而实际上这些线通常由家庭内的布线支持)。家庭内还有电源线，可能是同轴电缆，并且可能还有其它布线系统，但是它们通常不会在最终终端设备上终止。相反，它们将终止于客户场所内可以放置简单Y5G-RF转换器的各个点(通常成本远低于完整的MP或MAP)。

图10示出了根据本发明的各种实施例的场所1000，其使用有线连接到结构内的(全部或大部分)不同RF站点。示出的是两个双绞线1010、1011和一根电源线1012。然而，也可以使用其它电缆(如果存在的话)，如同轴电缆。示出的3个Y5G-RF设备1015可以是前面描述的相同类型。这本质上是基本架构中的分布式天线系统。在某些实施例中，Y5G-RF设备1020是简单的低成本模拟调制器(连同数字控制信道)，而不是完整的MAP或MP设备。这样的系统利用现有的电线(至少)将中继器放置在可以扩展覆盖范围的许多位置(除了可能仍然需要并且只能通过无线中继连接到达的任何位置)。这样提议的系统的性能至少对于每个有线连接都更好，这节省了无线信道以供无线使用。由于家庭内的短连接可以支持多达8个Wi-Fi信道，因此性能提升可能很大。例如，使用具有中继的5GHz频带的重要部分的Wi-Fi 6(802.11ax)传输将占用其传输长度的整个频带，因为在5GHz只有两个这样的信道。图10中的有线部分也利用了MIMO空间信道，因为信号之间的任何空间干扰都将局限于无线链路，因为空间流将处于不同的突发中。这允许在每个这样的空间流上更完整地使用传输能量，并甚至进一步提高性能。此外，只需要一个信道，而不是两个。

Y5G-以太网、网格和企业

企业Wi-Fi在小公司、大公司的分支机构、学校、公寓大楼、商场和类似的同质接入机会中的使用通常需要对多个接入点(MAP)或网格点(MP)进行协调的网格控制。此类企业应用通常还具有内部以太网电缆。以太网电缆可用于将路由器连接到多个Wi-Fi接入点，但这本身并不能解决对公共非许可Wi-Fi频谱的接入点共享的争用问题。越来越多的解决方案出现，其中许多或所有AP(或略微简化的MP形式)通过对的信道一些协调的选择进行无线连接，特别是当使用MP或AP将信号中继到距离主AP太远而无法成功连接的点时，也就是覆盖企业。覆盖通常涉及将不同的信道(即使是相同的SSID)分配到企业空间的不同分区以避免过度冲突。虽然利用MAP或MP可以提高覆盖范围，但总体网络吞吐量可能会远低于可能的最佳水平。更可取的是更协调的Wi-Fi系统，实际上是覆盖更多点但有效使用频谱的大规模AP功能。以太网布线提供了实现本文所述的这种大规模AP功能的机会。

Y5G-以太网解决方案使用单根以太网电缆作为第一连接(而不是电话线)，同样使用简单的设备，并且在以太网终端上几乎不需要(或不需要)完整的AP—相反，根据本发明的各种实施例，该解决方案简单地使用5G-RF来将以太网电缆线的南输出上的AP信号转换成无线信号。各种实施例可以考虑包含4对双绞线(或8根线)的单个AP和单个以太网电缆。其它实施例可以使用多路5G-IF概念来支持单个以太网电缆上的多个AP信号，假设在Y5G-MAP中协调4个物理上共置的AP。该系统允许大大增强多天线的AP的使用(相对于传统网格系统)。可以选择性地重新引入5G-RF+部署以增强性能，因为带有附加细节的Y5G-RF+解决了更复杂的多用户Y5G-RF能力，该能力在遍及企业的电缆的完整以太网系统上采用多个协调的Y5G-MAP，进一步极大地增强了Wi-Fi连接可能性。这些系统将增加多种5G-RF+能力。

在某些实施例中，提出了基于云的外部管理软件系统(不需要在AP自身中)的可能性，从而使整体协调有效地独立于Wi-Fi AP(除了访问RF调制之前的基带信号，如本文通篇的情况)。这种系统可以允许与现有Wi-Fi系统标准的最大化的传统兼容性。

单个AP、单个以太网电缆、Y5G-以太网

虽然电话线存在于大多数小型企业中，但通常互联网连接已经通过从服务器/IT位置(壁橱)到遍及建筑物/综合体的工作位置的以太网电缆(cat5、6、7……)来实现。以太网电缆长度通常小于100m，并且因此允许最多m_Enet＝4,8。因此，每对可以支持单个50-400MHz宽的信号(例如，在Wi-Fi 6中允许的最大带宽例如在低于7GHz的频带中是160MHz，因此400MHz是该带宽的2.5倍用于频率缩放且是可行的)。单个以太网电缆可以支持最多N_ss≤个空间流。

图11A的Y5G-以太网示出了具有4个链路1110的各种实施例(这里假设在差模中使用所有4个双绞线)，并且因此暗示N_ss＝4。4个空间流(每个高达160MHz宽)由5G-IF 1115在IF处下行链路传输(和上行链路接收)。5G-RF 1120被示为单独的，一个5G-RF通过以太网电缆用于每个链路。这些中的每一个都具有单个天线，并支持5G-RF的无线覆盖范围内的设备。任何和所有MIMO处理都假设在基带Wi-Fi AP系统中。各种传输在图11A中作为数学描述列出。有线链路对应于以太网电缆中的对。这些对之间会存在串扰，并且因此Wi-Fi基带MIMO处理也可以适应这种串扰以及级联无线部分中的串扰。因此，同一信道中不同空间流上的Wi-Fi信号将需要对应于Y5G-以太网传输中的一致频率缩放突发。

云管理系统1125允许以如下方式在Y5G-RF 1120处进行Y5G-IF和Y5G-RF功率电平调整和载波频率选择：该方式可以对在本发明的各种实施例中简单地看到标准Wi-Fi信道的Wi-Fi AP 1130和客户端设备1131完全透明。实际上，Y5G-IF 1115和Y5G-RF 1120成为Y5G-以太网的最简单企业案例中的低成本互联网设备(事物)。在某些示例中，这些设备可能不会解码或查看个人信息，而只是帮助对企业的非许可的频谱的有效分配。可选地，对于兼容的Wi-Fi AP以及兼容的Wi-Fi设备可以向云管理提供信息，并接受来自它的策略建议或控制，如图11的虚线所示。

Y5G-以太网将支持下面描述的附加组合。

多个AP、单个以太网电缆、Y5G-以太网

图11B示出了根据本发明的各种实施例的4个接入点的协调集合，这里称为“Y5G-MAP”(Y5G-多接入点)1135，其中所有AP都在相同的物理位置。可以利用单个以太网线对全带宽来承载空间流的单个AP的全集。该单对(作为链路)可以承载至少2-4个160-MHz宽的信道，并且可能全部8个，这取决于以太网电缆的长度，而双链路可以承载全部8个。5G-IF N_ss路1140版本可以被实现为突发复用，其中，将所有空间分量频率缩放到单个有线链路中。图11B的具有4个有线链路的系统支持4个接入点。这4个AP可以由企业控制器协调，也可以作为独立的AP，而基于云的管理1145提供载波频率和空间模式的资源管理策略。本领域技术人员将认识到，用单根以太网电缆，并且5G-RF现在可以变成5G-RF+1150，5G-RF+1150允许增加天线数量(多达32个空间流已经来自现有的Wi-Fi系统，但更多的天线可能会放置在5G-RF+输出处，以扩展在有限的拥挤空间中支持多个设备的能力，这可能发生在企业应用中)。

多个AP、多个以太网电缆、Y5G-以太网

图11C示出了根据各种实施例的多个以太网电缆部署，包括用作企业应用中的基础设施。这些电缆1155在客户端侧将位于企业内的多个物理位置。多个Y5G-MAP 1160(可称为大规模MAP情况)出现在图11C的“IT-壁橱”一侧。这些中的每个都可以连接到他们自己的N_ss路Y5G-IF 1165，但添加了新的Y5G-Wi-Fi开关来解决覆盖问题。Wi-Fi覆盖中的一个问题可能是另一接入点或SSID在物理上比具有用于访问的正确SSID的接入点更靠近目标客户端设备。该交换机允许将任何接入点虚拟物理重定位到多个Y5G-RF+点中的任何一个(在一个、几个或全部信道上)。示出的J个Y5G-MAP覆盖通往不同物理位置的所有J条物理以太网电缆。此类切换应注意避免从未协调基带MIMO处理的两个不同AP引入有线链路串扰。AP可以同步并使用对现在协调的集合的基于云的管理，以避免改变现有的Wi-Fi，而不是访问基带信号。

Mega MIMO

上一子部分的Y5G-以太网概念可以扩展到有线上的(蜂窝)5G-DSL，并通过包含基于铜的MIMO进行增强。图11D示出了根据本发明的各种实施例的最终架构。本领域技术人员将认识到，Mega MIMO概念可以应用于除5G和DSL之外的其它无线/蜂窝和有线实现方式。

一个或多个基站1170(例如5G基站)耦合到Mega MIMO开关1175，该Mega MIMO开关1175提供信号转向到有线部分，其中跨多个信道1185的空间流在电线内被转向以减少串扰。为了更好地理解这种Mega MIMO架构，考虑通信信道(在这种情况下是5G无线信道)的一般模型：y＝H_d x+n。在某些实施例中，对于单个基站，H_d可能具有比基站的最大数量的空间流更多的输出天线。这些天线可能位于多个5G-RF或5G-RF+位置。

开关1175可以是跨频率和基站的置换矩阵。根据本发明的各种实施例，该置换矩阵可以是正交矩阵。然而，本领域技术人员将认识到开关可以是任何酉矩阵。

通过将这个附加的(Y)5G-IF+功能放入5G-DSL系统中，5G大规模MIMO系统变成了Mega MIMO。通常，5G大规模MIMO系统可以处理多达32个空间流，从128个天线中进行选择。这些流可以通过置换矩阵1175路由到公共向量IF位置处的任何m路IF 1177。多个基带基站(图11D中基带基站中的最多J个)可以将它们的空间流1185(目前每个最多32个，但更一般地为N_ss)连接到该开关。然后，云控制的向量IF可以将空间维度、频谱维度或两者分配给在5G基站或其它类型的接入点/基站中操作的各种MU-MIMO处理单元。随着在向量化的5G-IF的输入上对正交矩阵Q(其可以包括排列)的云控制器施加，这种能力得到扩展。

将不同的频谱分配给不同的空间流减少了针对对应基站的串扰。因为5G-DSL微蜂窝使用较少的功率，因此在频谱使用方面这可能是可接受的折中方案，以避免大量空间串扰(例如，在两个设备与基站径向共线的情况下)。替代地，设备之一可以由相邻小区服务(但由于向量化IF的预编码，它会出现，就好像在同一个微小区中一样)。

在多链路无线-有线系统中的Mega MIMO功能也可以使用替代的等效MIMO架构来实现，特别是在特殊情况下。例如，图11D中的5G-IF和5G-RF+1187可以包含专门针对有线串扰的MIMO功能。

特别地，图11D中所示的J线可以是多对链路，其在它们的各个铜对之间表现出显著的串扰。为5G-IF和5G-RF+s添加使用任何现有的基于有线MIMO技术的MIMO功能将减少有线链路H1到HJ上的串扰，从而从处理有线串扰的负担中减轻基站中MIMO处理，并允许更多地关注无线串扰。

可以使用基于云的管理1180来执行跨网络的这种大型网络的资源分配。使用基于云的系统将允许跨物理上不同的(甚至物理上相距遥远的)网络进行有效协调，并将在网络吞吐量和稳定性方面实现甚至更高的改进。

图12是示意性地示出了根据本发明的各种实施例的用于传送无线和有线信号的示例性方法的流程图，例如可以由第一节点162和第二节点163执行。该方法包括以下步骤。

在步骤1210处，接收无线信号。这通常由第一节点162执行。如前所述，无线信号可以是根据无线通信标准的信号。例如，无线信号可以是以下任何一种：LTE信号、5G信号、Wi-Fi信号。应当意识到，Wi-Fi信号可以是根据任何Wi-Fi标准(包括802.11a、802.11b、802.11d、802.11g、802.11n、802.11ac、802.11ax、802.11ay等)的信号。

在步骤1220处，无线信号(以下称为第一信号)被解调以形成解析(或复)信号。解调的步骤1220包括以第一采样率对第一信号进行采样。可以基于无线信号的类型(或无线标准)来预先确定第一采样率。本领域技术人员将理解，第一信号的频率将取决于生成它的协议/标准，并且第一采样率将取决于第一信号的频率。

在步骤1230处，通过以第二采样率对解析信号插值来生成插值信号。第二采样率比第一采样率更快(或更高)。特别地，第二采样率可以是第一采样率的两倍，并且应当理解，第二采样率可以是第一采样率的两倍以上。本领域技术人员将认识到，在解调1220和插值1230处发生的采样步骤可以组合成单个插值操作(在下行链路的情况下)或抽取操作(在上行链路的情况下)。

在步骤1240处，通过跨多个时隙对插值信号的频率缩放来生成频率缩放的时分双工信号。频率缩放通常基于有线信号的预期类型(或标准)。

步骤1240可以包括以第三采样率从插值信号输出至少一个缓冲符号。第三采样率可以基于有线信号的类型(或标准)来选择。输出的至少一个缓冲符号用于生成频率缩放的时分双工信号。例如，步骤1240可以包括存储多个采样符号的缓冲器，采样符号在插值信号内。步骤1240可以包括跨多个时隙使存储的多个采样符号突发以生成频率缩放的时分双工信号。

在步骤1250处，频率缩放的时分双工信号被转换成模拟频率缩放的时分双工信号。这通常由数模转换器完成。

在步骤1255处，模拟频率缩放的时分双工信号被传输到有线链路上。如前所述，有线链路可以是任何合适的有线类型的线路。例如，有线链路可以是以下类型中的任何一种：双绞线、以太网、电力线、单同轴电缆等。

应当理解，上述步骤中的一些或全部可以在第一节点162或第二节点163处(或由其)执行。上述步骤可以被认为是传入的无线信号到有线信号的传输(或重传)方法。

以下步骤可以被认为是传入的有线信号到无线信号的接收(或重传)。这些可以由第一节点162或第二节点163执行。

在步骤1260处，经由(或从)有线链路接收模拟频率缩放的时分双工信号。

在步骤1270处，模拟频率缩放的时分双工信号被转换为频率缩放的数字信号(或频率缩放的时分双工信号)。这通常由模数转换器完成。

在步骤1280处，频率缩放的数字信号被去缩放。步骤1280包括从频率缩放的数字信号生成多个去缩放符号。以第四采样率生成去缩放符号。通常选择第四采样率以适应频率缩放的数字信号。因此，步骤1280可以被认为是频率去缩放的缓冲器，其存储来自频率缩放的时分双工信号的多个采样符号。

在步骤1290处，多个去缩放符号被转换为模拟信号。

在步骤1295处，通过在所选的载波信号上调制模拟信号，而在无线链路上传输模拟信号。这里，载波信号被选择为适合所需无线信号类型的一种。

概述条款

条款1、一种无线接入节点，包括：

下行链路路径，包括：

调制器，其被耦合以接收下行链路基带无线信号，该调制器以第一采样率生成下行链路解析信号；

插值器，其被耦合以接收下行链路解析信号，该插值器通过以第二采样率对下行链路解析信号插值来生成下行链路插值信号；

[本领域技术人员将认识到，在生成下行链路解析信号的调制器和生成下行链路插值信号的插值器处处发生的采样步骤可以使用单一采样率组合成单个插值操作(在下行链路的情况下)或抽取操作(在上行链路的情况下)。]

下行链路频率缩放缓冲器，其被耦合以接收下行链路插值信号，下行链路频率缩放缓冲器存储在下行链路插值信号内的至少一个采样符号，并随后在第一时间段内以第三采样率输出至少一个采样符号以生成下行链路频率缩放的时分双工信号；

数模转换器，将下行链路频率缩放的时分双工信号转换为模拟频率缩放的时分双工信号，用于随后在有线链路上传输；

上行链路路径，包括：

模数转换器，其被耦合以在不与第一时间段重叠的第二时间段内接收上行链路频率缩放的时分双工有线信号，模数转换器以第四采样率将上行链路频率缩放的时分双工信号转换为上行链路频率缩放的时分双工数字信号；

频率去缩放缓冲器，其被耦合以接收上行链路频率缩放的数字信号，该频率去缩放缓冲器存储上行链路频率缩放的数字信号内的第二至少一个符号，并随后以第五采样率输出上行链路去缩放样本；

分相器，其被耦合以接收上行链路去缩放样本，该分相器使用上行链路去缩放样本生成第二解析信号；以及

解调器，其被耦合到分相器，该解调器使用上行链路去缩放样本生成第二基带信号，用于随后在无线链路上的传输。

条款2、根据条款1所述的无线接入节点，其中，下行链路路径还包括有线接口，该有线接口在有线链路上传输模拟频率缩放的时分双工信号。

条款3、根据条款1所述的无线接入节点，其中，上行链路路径还包括：

数模转换器，其被耦合以接收上行链路去缩放样本，该数模转换器以第一连续速率将上行链路去缩放样本转换成去缩放的模拟信号；以及

无线接口，其被耦合以接收去缩放的模拟信号，无线接口将去缩放的模拟信号调制到所选的信道载波频率并在无线链路上传输调制的模拟信号。

条款4、根据条款1所述的无线接入节点，还包括支持节点的多模式操作的模式控制器。

条款5、根据条款4所述的无线接入节点，其中，节点通过在每个符号处改变方向而以快速缓冲模式操作。

条款6、根据条款4所述的无线接入节点，其中，节点通过向多个时隙添加延迟时隙以增加有线链路上的循环前缀长度而在LTE延时模式下操作。

条款7、根据条款1所述的无线接入节点，其中，无线信号是Wi-Fi信号。

条款8、根据条款1所述的无线接入节点，其中，无线信号是蜂窝信号。

条款9、根据条款8所述的无线接入节点，其中，无线信号是频分复用信号。

条款10、根据条款1所述的无线接入节点，其中，第三采样率快于第二采样率。

条款11、一种客户场所节点，包括：

下行链路路径，包括：

模数转换器，其被耦合用于以第一采样率从有线链路接收频率缩放的时分双工下行链路信号，该模数转换器将频率缩放的时分双工下行链路信号转换为下行链路频率缩放的数字信号；

频率去缩放缓冲器，其被耦合以接收下行链路频率缩放的数字信号，频率去缩放缓冲器存储下行链路频率缩放的数字信号内的至少一个符号，并在第一时间段内以第二采样率输出去缩放样本；

[本领域技术人员将认识到，在生成下行链路解析信号的调制器和生成下行链路插值信号的插值器处发生的采样步骤可以使用单一采样率组合成单个插值操作(在下行链路的情况下)或抽取操作(在上行链路的情况下)。]

数模转换器，其被耦合以接收去缩放样本，该数模转换器将去缩放样本转换成去缩放的模拟信号，用于随后在无线链路上传输；

上行链路路径，包括：

解调器，其被耦合以接收上行链路无线信号，该解调器生成上行链路解析信号；

模数转换器，其被耦合以接收解调的上行链路无线信号，该模数转换器以第三采样率将上行链路无线信号转换为至少一个上行链路采样符号；

上行链路频率缩放缓冲器，其被耦合以接收上行链路采样符号，该缓冲器存储上行链路采样符号，并随后在第二时间段以第四采样率输出频率缩放的上行链路采样符号；以及

数模转换器，其将频率缩放的时分双工信号转换为模拟频率缩放的时分双工信号，以便随后在有线链路上传输。

条款12、根据条款11所述的客户场所接入节点，其中，下行链路路径还包括无线接口，其被耦合以接收去缩放的模拟信号，该无线接口将去缩放的模拟信号调制到至少一个所选的信道载波频率，并且在无线链路上传输调制的模拟信号。

条款13、根据条款11所述的客户场所节点，其中，上行链路无线信号是蜂窝信号。

条款14、根据条款11所述的客户场所节点，其中，上行链路无线信号是Wi-Fi信号。

条款15、根据条款11所述的客户场所节点，还包括支持节点的多模式操作的模式控制器。

条款16、根据条款15所述的客户场所节点，其中，节点以快速缓冲模式或LTE延时模式操作。

条款17、一种用于传送无线信号和有线信号的方法，该方法包括：

接收第一下行链路基带无线信号；

通过以第一采样率对第一信号进行采样，将第一下行链路基带无线信号调制为解析信号；

通过以第二采样率对解析信号进行插值来生成插值信号，第二速率比第一速率更快；

通过以第三采样率从插值信号输出至少一个缓冲符号来对插值信号的频率缩放，输出的至少一个缓冲符号用于生成频率缩放的时分双工信号；

将频率缩放的时分双工信号转换成模拟频率缩放的时分双工信号；

将模拟频率缩放的时分双工信号传输到有线链路上；

从有线链路接收模拟频率缩放的时分双工信号；

将模拟频率缩放的时分双工信号转换为下行链路频率缩放的数字信号；

缓冲下行链路频率缩放的数字信号中的至少一个符号；

通过以从下行链路频率缩放的数字信号导出的第四采样率生成多个去缩放符号来去缩放下行链路频率缩放的数字信号；

将多个去缩放符号转换为模拟信号；以及

通过在所选的载波信号上调制模拟信号，在无线链路上传输模拟信号。

条款18、根据条款17所述的方法，其中，插值信号的频率的缩放是使用快速缓冲模式执行的。

条款19、根据条款17所述的方法，其中，插值信号的频率的缩放是使用LTE延时模式执行的。

条款20、根据条款17所述的方法，其中，频率缩放步骤使用缓冲器以将插值信号转换成时分双工信号。

条款21、根据条款17所述的方法，其中，频率去缩放步骤缓冲下行链路频率缩放的数字信号内的至少一个符号，并以第四速率输出至少一个符号。

条款22、根据条款17所述的方法，其中，无线信号是蜂窝信号。

条款23、根据条款17所述的方法，其中，无线信号是Wi-Fi信号。

条款24、根据条款17所述的方法，其中，有线链路包括双绞线。

条款25、根据条款17所述的方法，其中，有线链路包括铜线。

上述附加的实施例涉及在TDD双向有线部分上采用的频率缩放方面。也将要求保护在无线和有线之间的接口频谱关系以及与采样率的关系。

上述其它实施例涉及基站使用有线连接而连接到第一节点的情况。示例性部署是运行直接有线连接到外部节点的基站或接入点，该外部节点然后与有线到无线架构段接合。

其它实施例涵盖了MIMO的使用，尤其如图9A、图9B、图11A、图11B、图11C和图11D所示。这些图示出了两种方法：(1)令无线(蜂窝或Wi-Fi)MIMO处理有线链路上的串扰；这可能会使实现方式更容易，但是当存在显著的串扰时可能会影响性能；(2)只针对(Y)5G-DSL RF和(Y)5G-DSL IF节点中的有线链路添加单独的MIMO处理，由此创建无串扰的有线链路(参见图11D中的J链路)，并允许无线MIMO只关注无线串扰。

其它实施例涉及云管理。在云中管理跨空间、频率和时间的资源分配可能最终成为5G网络或其它网络的重大进步，因为它将涉及跨物理不同子网络的资源分配的协调。添加所有这些(Y)5G-DSL节点可以降低成本并提高吞吐量，但可能会使管理问题更加复杂，并且在某些实例中更适合云。

为了清楚和理解的目的，已经描述了本发明的前述描述。并非旨在将本发明限制为所公开的精确形式。在所附权利要求的范围和等效范围内可以进行各种修改。

应当理解，所描述的方法已被示为以特定次序执行的各个步骤。然而，本领域技术人员将理解，这些步骤可以以不同次序组合或执行，同时仍然实现期望的结果。

应当理解，本发明的实施例可以使用多种不同的信息处理系统来实现。特别地，虽然附图及其讨论提供了示例性计算系统和方法，但呈现这些仅仅是为了在讨论本发明的各个方面时提供有用的参考。本发明的实施例可以在任何合适的数据处理设备上执行，所述数据处理设备例如个人计算机、膝上型计算机、个人数字助理、移动电话、机顶盒、电视、服务器计算机等。当然，为了讨论的目的，已经对系统和方法的描述进行了简化，并且它们只是可以用于本发明的实施例的许多不同类型的系统和方法中的一种。应当理解，在逻辑框之间的边界仅仅是说明性的，并且替代实施例可以合并逻辑框或元件，或者可以将功能的替代分解强加于各种逻辑框或元件。

应当理解，上述功能可以作为硬件和/或软件的一个或多个对应模块来实现。例如，上述功能可以实现为一个或多个软件组件以供系统的处理器执行。替代地，上述功能可以实现为硬件，例如在一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)和/或一个或多个专用集成电路(ASIC)上，和/或一个或多个数字信号处理器(DSP)，和/或其它硬件布置。本文包含的流程图中实现或者如上所述的方法步骤可以分别由对应的相应模块来实现；在本文包含的流程图中实现的或如上所述的多个方法步骤可以由单个模块一起实现。

应当理解，只要本发明的实施例由计算机程序实现，则存储介质和承载计算机程序的传输介质形成本发明的各方面。计算机程序可以具有一个或多个程序指令或程序代码，其在由计算机执行时执行本发明的实施例。如本文所用，术语“程序”可以是被设计用于在计算机系统上执行的指令序列，并且可以包括子例程、函数、过程、模块、对象方法、对象实现方式、可执行应用、小程序、小服务程序、源代码、目标代码、共享库、动态链接库和/或被设计用于在计算机系统上执行的其它指令序列。存储介质可以是磁盘(如硬盘驱动器或软盘)、光盘(如CD-ROM、DVD-ROM或蓝光光盘)或存储器(如ROM、RAM、EEPROM、EPROM、闪存或便携式/可移动存储设备)等。传输介质可以是通信信号、数据广播、在两台或多台计算机之间的通信链路等。

Claims

1.一种无线接入节点，包括，

接收无线信号的无线接口；

耦合到所述无线接口的解调器，所述解调器通过以第一采样率对所述无线信号进行采样而根据所述无线信号生成解析信号；

被耦合以接收所述解析信号的插值器，所述插值器通过以第二采样率对所述解析信号进行插值来生成经插值的信号，所述第二采样率高于所述第一采样率；

被耦合以接收所述经插值的信号的频率缩放缓冲器，所述缓冲器存储所述经插值的信号内的多个采样符号，并且随后跨多个时隙对所存储的多个采样符号进行突发以生成用于有线通信的频率缩放的时分双工信号；

数模转换器，其将所述频率缩放的时分双工信号转换成模拟频率缩放的时分双工信号；以及

有线接口，其在有线链路上传输所述模拟频率缩放的时分双工信号。

2.根据权利要求1所述的无线接入节点，还包括模式控制器，其以多种模式中的一种模式操作。

3.根据权利要求2所述的无线接入节点，其中，所述节点在第一时间段内以下行链路模式操作并且在第二时间段内以上行链路模式操作。

4.根据权利要求3所述的无线接入节点，其中，所述节点通过在每个符号处改变方向而以快速缓冲模式操作。

5.根据权利要求2所述的无线接入节点，其中，所述节点通过将延迟时隙添加到所述多个时隙以增加所述有线链路上的循环前缀长度而在LTE延时模式下操作。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的无线接入节点，其中，所述无线信号是5G蜂窝信号。

7.根据权利要求6所述的无线接入节点，其中，所述无线信号是频分复用信号。

8.一种有线到无线接入节点，包括：

接收频率缩放的时分双工信号的有线接口；

耦合到所述有线接口的模数转换器，所述模数转换器将所述频率缩放的时分双工信号转换为频率缩放的数字信号；

被耦合以接收所述频率缩放的数字信号的频率去缩放缓冲器，所述频率去缩放缓冲器存储所述频率缩放的数字信号内的多个符号并且随后以第一连续速率输出去缩放样本；

被耦合以接收所输出的样本的数模转换器，所述数模转换器以所述第一连续速率将所述去缩放样本转换成去缩放的模拟信号；以及

被耦合以接收所述去缩放的模拟信号的无线接口，所述无线接口将所述去缩放的模拟信号调制到所选择的信道载波频率并且在无线链路上传输经调制的模拟信号。

9.根据权利要求8所述的有线到无线接入节点，其中，所述无线信号是5G蜂窝信号。

10.根据权利要求8所述的有线到无线接入节点，其中，所述多个符号通过LTE 2-kHz时隙时钟被选通到所述频率去缩放缓冲器中。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的有线到无线接入节点，还包括模式控制器，其以多种模式中的一种模式操作。

12.根据权利要求11所述的有线到无线接入节点，其中，所述节点以快速缓冲模式或LTE延时模式操作。

13.一种用于传送无线信号和有线信号的方法，所述方法包括：

接收无线信号；

通过以第一采样率对所述第一信号进行采样，将所述第一信号解调为解析信号；

通过以第二速率对所述解析信号进行插值来生成经插值的信号，所述第二速率比第一速率快；

跨多个时隙缩放所述经插值的信号的频率以生成频率缩放的时分双工信号；

将所述频率缩放的时分双工信号转换成模拟频率缩放的时分双工信号；

将所述模拟频率缩放的时分双工信号传输到有线链路上；

从所述有线链路接收所述模拟频率缩放的时分双工信号；

将所述模拟频率缩放的时分双工信号转换为频率缩放的数字信号；

根据所述频率缩放的数字信号生成多个去缩放符号；

将所述多个去缩放符号转换为模拟信号；以及

通过在所选择的载波信号上调制所述模拟信号，在所述无线链路上传输所述模拟信号。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，对所述经插值的信号的频率的缩放是使用快速缓冲模式来执行的。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，对所述经插值的信号的频率的缩放是使用LTE延时模式来执行的。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的方法，其中，所述频率缩放步骤使用缓冲器将所述经插值的信号转换成时分双工信号。

17.根据权利要求13、14或16中任一项所述的方法，其中，所述无线信号是5G蜂窝信号。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述无线信号是频分复用信号。

19.根据权利要求13-18中任一项所述的方法，其中，所述有线链路包括双绞线。

20.根据权利要求13-19中任一项所述的方法，其中，所述有线链路包括光纤连接。