CN1230312A - 用于减少在分布式天线网络中的累积噪音的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于减少在分布式天线网络中的噪音的通信系统和方法,该系统包括:一组远程天线单元(100n)。每个远程天线单元包括一个接收机,用于接收输入信号;一个信号强度处理器(130n)用于确定在它的各个远程天线单元(102n)上是否存在有效信号;和一个输出控制器(142n),当不存在有效信号时断开所述网络连接。结果。通过断开不必连接的远程天线的网络连接,减少了由连接到这些远程天线单元(100n)的上行链路级产生的累积噪音。该通信系统和方法还可包括一个输出控制器,根据信号强度处理器的比较控制它的各个远程天线单元的输出。当信号强度处理器确定该信号强度电平低于噪音阈值水平时,该输出控制器通过断开它们对网络的连接可控制远程天线的网络连接。通过当信号强度处理器确定信号强度电平低于噪音阈值水平时切断它们对网络的连接,而当输入信号强度电平高于或等于噪音阈值水平时接通对网络的连接,该输出控制器可控制这些远程天线单元的输出。

Description

用于减少在分布式天线网络中的 累积噪音的系统和方法
本发明针对用于减少从连接到分布式天线网络中的一组远程天线单元的上行链路级产生的累积噪音的系统和方法。更具体地说，本发明通过使用信号强度处理器来减少该累积噪音。
作为蜂窝电话技术的下一代的个人通信业务(PCS)，正在研究开发用于简化和有效地发送和接收通信信号的系统和技术。一种已知的系统是分布式天线网络(也称为传播网络)，通过一组远程天线单元提供对基本区的覆盖范围。例如图1中所示的分布式天线网络，由在收发机单元10和小区201…20n之间传送无线电信号的传输媒体30，将单独的收发机10连接到一组小区201…20n。小区201…20n的每个包括远程天线单元211…21n，通过对于某些应用的频率转换电路221…22n将远程天线单元211…21n连接到传输媒体30。
正在开发各种基础设施，很有意义的是把现有基础设施的修改作为PCS，因为它们完全能够以比传统蜂窝基础设施低的成本来提供高质量的信号。例如，已经修改了CATV基础设施用于PCS中。这些修改包括采用混合光纤/同轴(HFC)电缆基础设施的CATV基础设施，以增加容量和改善服务质量。虽然在理论上任何CATV设施都能以适当的修改支援PCS，对于寻求避免高成本网络建设的无线提供者来说，作为一种经济的方案，该HFC电缆基础设施提供了很有吸引力的选择。
图2表示用于支援PCS的CATV基础设施的基本部件。在图2中，将基地台设备501和502连接到诸如公用交换电话网络等的公用网络。远程天线信号处理器(RASPs)521和522将基地台设备501和502连接到光纤设备54。通过光纤56将该光纤设备54，连接到光纤节点58，通过双向同轴电缆60将该光纤节点58连接到远程天线驱动器(RAD)节点621和622。该RAD节点621和622每个包括分别连接到天线681和682，701和702的一组RADs 641和642，661和662。这个CATV基础设施将射频信号变换到能够用在现有CATV基础设施的CATV频率信号，并将CATV频率信号变换回到用于广播的射频信号。更具体地说，该RASPs 521和522转换来自基地台设备501和502的射频信号，然后将该转换的信号在下行链路路径中发送到适当的光纤节点58，并到同轴电缆60。
将RADs 641和642，661和662连接到同轴电缆60，用于将CATV频率信号变换为指定的射频信号。可由RADs 641和642，661和662接收射频信号。并将这些信号变换为适于在该CATV基础设施的上行链路路径中传输的频率信号。然后，RASPs521和522将该上行CATV频率信号变换为射频信号，以便由基地台设备501和502进行处理。这个CATV基础设施还可容纳用于多重调制设计的设备，比如时分多址(TDMA)，码分多址(CDMA)和频分多址(FDMA)。
通过开动在城区可广泛得到的光纤和同轴电缆上的射频频谱的可利用部分，射频电话系统可利用这个CATV基础设施，使得可利用这个现存基础设施来安装这些系统。通过由这个基础设施分配信号到适当的天线位置，可以用最少的成本有效地利用由CATV操作员所用的光纤和同轴电缆的大量设置基础。
将在CATV基础设施中所用的天线网络一般称为分布式天线网络或多点传播网络。因为将同轴或螺旋轴(heliaxial)电缆用于馈给在覆盖区中分布的一组天线。多天线的使用有效地增加和控制覆盖区的大小。当在双向通信系统中使用时，分布式天线网络会有一些问题。低功率城区蜂窝基地台和有限范围的低功率PCS手机会对网络引入噪音，这将限制网络的覆盖区。
还有，每个远程天线都产生噪音，这在上行链路中相对来说更为重要。随着在分布式天线网络中的远程天线数量的增加。这些噪音问题显著地增加。所述累积噪音是远程天线贡献的各个噪音的总和。因此，具有大量远程天线可严重地降低通信系统的性能，其中的信噪比是一个关键性的参数。
现有的CATV网络不断被修改，以便用于电话通信，要求减少在分布式天线网络中产生的噪音，使得采用许多远程天线的系统对于大覆盖区的电话通信非常有用。
因此，本发明的目的是提供用于减少由连接到分布式天线网络中的一组远程天线的上行链路级产生的累积噪音的系统和方法。
本发明的另一目的是提供一种系统和方法，用于确定在分布式天线网络中的每个远程天线上是否存在有效的信号，当不存在有效信号时断开该网络对每个远程天线的连接。从而，减少了该网络的累积噪音，而对于系统的通信性能无不利的影响。
本发明的再一目的是提供一种系统和方法，用于检测在分布式天线网络中的每个远程天线上的信号强度电平，并将所检测的电平与噪音阈值水平比较。当这个比较确定在任何远程天线上所检测的信号电平低于噪音阈值水平时，将对于这些远程天线的网络连接断开，使得不将非必要的噪音引入到该网络。
根据本发明的一个实施例，以用于减少在分布式天线网络中的噪音的通信系统和方法达到了上述和其它目的。该系统包括：一组远程天线单元，每个远程天线单元包括一个用于接收输入信号的接收机；一个信号强度处理器，用于确定在它的各个远程天线单元上是否存在有效信号；和一个输出控制器，当不存在有效信号时用于切断该网络连接。结果，通过切断不必要的远程天线的网络连接，减少了由连接到远程天线单元的上行链路级产生的累积噪音。
根据本发明的另一实施例，以用于减少在分布式天线网络中的噪音的通信系统和方法达到了上述和其它目的。该系统包括：一组远程天线单元，每个远程天线单元包括一个用于接收输入信号的接收机；和一个信号强度处理器，用于检测在它的各个远程天线单元上的信号电平，并将它与噪音阈值水平比较。该系统还包括一个输出控制器，根据所述信号强度处理器的比较控制对于它的各个远程天线单元的网络连接。当该信号强度处理器确定该信号电平低于噪音阈值水平时，该输出控制器通过切断它们对该网络的连接来控制这些远程天线的网络连接。当该信号强度处理器确定该信号电平大于或等于噪音阈值水平时，该输出控制器通过接通对于远程天线单元的网络的连接来控制这些远程天线单元的网络连接。
在上述系统中，大大地减少了由分布式天线网络中的上行链路级加入的累积噪音，而对系统的通信能力并无不利的影响。因为在分布式天线网络中的每个远程天线单元当把它的输出连接到网络时对该累积噪音都有其贡献，不管该远程天线单元是否具有有效信号，因此当将不具有有效信号的远程天线单元的输出连接到网络上时，不必要地降低了系统的性能。通过切断到不具有有效信号为了通信的目的不必连接到网络的远程天线单元的网络的连接，本发明的系统和方法减少了累积噪音。从而，只把具有有效信号且为通信目的必须连接到网络的远程天线单元连通到该网络。
通过阅读结合附图的描述将会更充分地了解本发明，该描述只是一种说明而不是对本发明的限制，其中：
图1表示通常的分布式天线网络；
图2是支援PCS的已知CATV基础设施的框图；
图3(a)和3(b)表示根据本发明的分布式天线网络中用于减少噪音的系统的实施例的框图；
图4是一系列基础设施的框图，其中实施了根据本发明实施例的减少噪音的系统。
本发明针对用于减少由连接到分布式天线网络中的一组远程天线单元的上行链路级产生的累积噪音的系统和方法。在这些系统中，减少每个远程天线单元的噪音以避免为了增加覆盖区将更多的远程天线单元加到网络上时所增加的累积噪音达到严重降低其性能的程度，这一点是很重要的。因为噪音是通过简单连接到网络的每个远程天线单元贡献给网络的，即使当没有信号存在时也是如此，通过只连接那些为通信目的必须连接的远程天线单元，即具有有效信号的远程天线单元，可减少累积噪音。信号强度处理器检测信号强度电平，并确定在网络的每个远程天线单元上是否存在有效信号，当无有效信号存在时则切断在它们各自远程天线单元上的网络输出。因此，减少了在网络的上行链路级中产生的累积噪音，因为只将接收或发送有效信号的远程天线单元连接到网络。根据本发明的累积噪音减少系统和方法是基于这个原则。
图3(a)表示系统的一个实施例，用于在每个远程天线单元中根据本发明减少在分布式天线网络中的噪音。在这个系统中将一组远程天线单元100n(只用图3(a)中所示来代表远程天线单元100n)连接到网络150。天线102n对该系统中的收发信机电路110n提供RF输入信号。将该收发信机电路110n连接到信号强度处理器130n，由它控制天线102n与网络150之间的连接。
信号强度处理器130n确定在远程天线102n上是否存在有效信号。如果存在有效信号。通过输出控制器142n将天线102n连接到网络150。如果不存在有效信号，则输出控制器142n不将天线102n连接到网络150。
信号强度处理器130n通过分析信号强度电平确定在天线102n上是否存在有效信号。信号强度处理器130n测量在天线102n上的信号强度电平，并将所测得的电平与噪音阈值水平比较。如果所测得的信号强度电平大于或等于噪音阈值水平，则处理器130n判定在天线102n上存在有效信号；如果所测得的信号电平低于噪音阈值水平，则认为在天线102n上不存在有效信号。
图3(b)更详细地标图3(a)的部件。收发信机电路110n包括连接到天线102n的低噪音放大器，用于放大由天线102n收集的RF信号。由预选滤波器114n，连接到第一本地振荡器118n的混频器116n，和中频滤波器120n进一步地处理放大器的信号。标准耦合器122n将这个处理的信号从中频滤波器120n发送到信号强度处理器130n和混频器124n。混频器124n连接到第二本地振荡器126n，其输出信号128n到输出控制器142n。
信号强度处理器130n包括一信号强度检测器142n，用于从耦合器122n接收输出信号127n。信号强度处理器130n最好包括一组对数放大器134n，连接到检波器136n。虽然这些对数放大器134n对于促使信号强度检测不是必需的，但它们用于提供以dB的校准而不是线性校准。在检测信号强度电平中，信号强度检测器132n放大该信号电平以补偿由于耦合器122n的损失，通常放大10dB的量级。通常的集成电路芯片，诸如philips NE/SA625和SA626Ics可以执行这些信号强度检测功能。
将由信号强度检测器132n检测的信号强度输入到比较器140n，它将这个检测的信号强度电平与噪音阈值水平比较。由一阈值标准产生器产生该噪音阈值水平，可以可变地设定。然后，将来自比较器140n的比较信号141n用于控制从天线102n到网络150的处理信号的连接。更具体地说，只有当比较器140n确定所检测的信号强度电平大于或等于噪音阈值水平时，才将自对于天线102n的收发机电路110n输出的信号128n连接到网络150。从而，将比较信号141n使输出控制器142n将处理的信号128n连接到网络150。该输出控制器142n可以是由比较信号141n控制的电开关，比如晶体管。
为确定在远程天线单元上是否存在有效信号，最好将与所检测信号强度电平比较所用的噪音阈值水平设置得稍微在传输网络的连接以前的上行链路的噪音低部之上。可用数字电位计等来设置该噪音阈值水平，使得可进行远程调整。参考图3(b)，可以可变地调整阈值标准产生器，以使得稍微在噪音低部之上的最佳噪音阈值水平的设置。该噪音水平设置可通过在没有RF信号输入的情况下(噪音存在但无发射载频)测量输出信号128n，由制造厂设置在远程天线中。测量噪音低部故可监视该噪音阈值水平。如果将远程天线单元不适当地接通或断开，则系统操作员可使用用于控制整个系统的中央单元来调整该噪音阈值水平，或可在该远程天线单元上手动进行该调整。
信号强度检测器132n和输出控制器142n应是足够快速地跟踪各个脉冲串的衰落和上升时间，以便不使数据失真。用于测量信号强度的带宽最好窄于信道带宽，否则要进行补偿，以使测量分支的灵敏度最大。换句话说，存在一个最佳点，使得测量装置的带宽比信道带宽窄，但仍允许有足够快的响应时间来跟踪衰落和脉冲串上升(ramps)。为了使错切换为最少，在最佳点可用磁滞。更具体地说，可将一个电压范围使用在该最佳点附近，使得当检测的电平在这个电压范围之上时总是接通该远程天线，而当检测的电平在该电压范围之下时总是切断该远程天线单元。当检测的电平是在该电压范围之内时提供该磁滞效果。如果当该远程天线单元接通时达到了该电压范围，则在达到该电压范围的最小电平之前不将该远程天线单元断开。同样的，如果当该远程天线单元断开时达到了该最佳范围，在达到该电压范围的最大电平之前仍不将该远程天线接通。
图4表示CATV系统基础设施的一个实施例，可优越地利用本申请人的用于减少噪音的系统和方法。该基础设施包括由各自的光纤2501,…250n连接到CATV前端设备300的光纤节点2001,…200n。CATV前端设备300可支援许多光纤节点2001,…200n，其中每个通过一组远程天线单元2021,…202n一般可支援大约500-1500家或用户。将远程天线单元2021,…202n通过光纤2501,…250n分别连接到CATV前端设备300。同时，通过同轴电缆204n将一组远程天线单元2021,…202n连接到放大和光/电转换电路206n。
该CATV前端设备300包括放大和电/光转换电路302，用于将CATV前端设备300接口到光纤2501,…250n。将该放大和电/光转换电路302连接到组合和分离电路304，后者连接到视频源306和至少在数量上与系统的光纤节点2001,…200n对应的电缆接入处理(CAP)单元3081,…308n。将CAP单元3081,…308n连接到无线基地台(RBS)3141,…314n和中心310(hub)。再将hub310连接到远程天线管理系统(RAMS)312。还将CAP单元3081,…308n连接到操作支援系统/交换中心(OSS/SC)350。OSS/SC350包括移动交换中心352，基地台控制器354，操作支援系统356和它自己的RAMS358。OSS/SC350的RAMS358可与CATV前端设备300的RAMS312通信，所以可在中央位置控制一组CATV前端设备。同时将基地台控制器354连接到包括RBS362的宏小区360。CAP单元3081,…308n为将电话载波信号放到CATV基础设施上以及控制和监视远程天线单元2021,…202n的状态提供频率转换和功率水平调整。
将远程天线单元设置在希望的区域，并将CATV基地通信信号转换回它们的适当广播频率和功率水平。每个远程天线单元2021…202n与在RBS3141,…314n中的特定收发信机无线电单元(TRU)相关联，所以对于无线操作该CATV网络是完全透明的。将CAP单元3081,…308n的工作频率定在正好与远程天线发射机的频率匹配。在RBS314n的特定一个中高达6个TRUs馈给CAP单元3081,…308n的一个，它依次服务在CATV网络中的几个光纤节点2001,…200n。在CAP单元3081,…308n中的组合器提供从RBS3141,…314n的6个发射输入端口，以便支援最多6个TRUs。CAP单元3081,…308n将电话载波信号转换为CATV频率信号并通过双向同轴电缆将它们馈给CATV前端设备300。
在CATV前端设备300中，将电话载波信号与视频信号组合，并将两个信号经过光缆2501,…250n发送到光纤节点2001,…200n。在光纤节点2001,…200n，将这些信号变回到电信号，并在树形分支同轴网络上分配。远程天线2021,…202n的每个单独的一个分接同轴电缆204,滤波该载波信号，变换该频率并在空中接口上发射这些载波信号。对于上行链路，远程天线2021,…202n从空中接收两个分集信号，将其每个下变频到不同的频率，并在CATV基础设施上发送该分集载波信号。在光纤节点2001,…200n上的CATV基础设施中，将这些电信号转换为光信号，并送回CATV前端设备300。然后将这些信号变回到电信号，并给从向电缆发送到CAP单元3081,…308n。CAP单元3081,…308n将该上行链路载波信号转换回到用于对TRUs输入的频率。CAP单元3081,…308n从RAMs312接收数字控制信息，并将远程天线控制信息送到希望的一个远程天线单元2021,…202n。
因为每一个远程天线单元覆盖一个小区，多点传播使得更有效地利用无线资源以覆盖更大的区域。在一多点传播组中的远程天线单元的数量受到由上行链路中的每个远程天线单元引起的附加接收机终端噪音的限制。通过本发明的信号强度检测系统和方法，因为减少了由上行链路级产生的累积噪音，故可增加在多点传播组中使用的远程天线单元的数量。例如，如果在多点传播组中包括50个远程天线单元，但只有两个远程天线单元在接收有效信号，可将48个未在接收有效信号的远程天线单元从网络连接中断开，这就消除了由这些远程天线单元引起的对网络的累积噪音。因此，在这种情况下的噪音贡献只来自两个具有有效信号的远程天线单元，这就显著地减少了累积噪音。
至此描述了本发明，很明显可以许多方式来改变本发明。这些变化并不离开由下面的权利要求书确定的本发明的范围。对本技术领域的技术人员很显然的所有这些修改都将包括在下面权利要求书的范围内。

Claims (20)

1．一种用于减少在分布式天线网络中的噪音的通信系统，包括：
一组远程天线单元，每个远程天线单元包括：
接收机，用于接收输入信号；
信号强度处理器，用于检测所述远程天线单元的所述输入信号的电平，并将该所述输入信号的电平与噪音阈值水平比较；
输出控制器，当所述信号强度处理器确定所述输入信号的电平低于所述噪音阈值水平时，断开所述远程天线单元的网络连接，而当所述信号强度处理器确定所述输入信号的电平大于或等于所述噪音阈值水平时，则接通所述远程天线单元的网络连接。
2．根据权利要求1的通信系统，其中将所述的噪音阈值水平设定在略大于远程天线单元的上行链路的噪音底部。
3．根据权利要求1的通信系统，其中所述的信号强度处理器包括：
信号强度检测器，用于检测所述输入信号的电平；
阈值标准产生器，用于可变地设置所述噪音阈值水平；
比较器，将所述输入信号的电平与所述噪音阈值水平比较。
4．一种用于减少在分布式天线网络的上行链路级中的累积噪音的通信系统，包括：
收发信机，用于发送和接收信息；
一组远程天线单元，工作时与所述收发信机通信，每个所述远程天线单元包括：
接收机，用于接收输入信号；
信号强度处理器，用于检测所述远程天线单元的所述输入信号的电平，并将所述输入信号的电平与所述噪音阈值水平比较；
输出控制器，根据所述信号强度处理器的比较接通或断开所述远程天线单元的输出。
5．根据权利要求4的通信系统，其中当所述的信号强度处理器确定所述输入信号的电平大于或等于所述噪音阈值水平时，所述的输出控制器接通网络与所述远程天线单之间的连接；当所述信号强度处理器确定所述输入信号的电平小于所述噪音阈值水平时，所述输出控制器断开网络与所述远程天线单元之间的连接。
6．根据权利要求4的通信系统，其中在每个所述远程天线单元中的所述接收机包括：
一个天线，用于接收RF输入信号；
低噪音放大器和预选滤波器，用于放大和滤波所述RF输入信号；
第一本地振荡器，第一混频器和中频滤波器，用于处理滤波的RF输入信号；
第二本地振荡器和第二混频器，用于进一步处理从所述中频滤波器输出的信号。
7．根据权利要求4的通信系统，其中所述的信号强度处理器包括：
信号强度检测器，用于检测所述输入信号的电平；
阈值标准化电压产生器，用于可变地设置所述噪音阈值水平；
比较器，用于将所述输入信号的电平与所述噪音阈值水平比较。
8．根据权利要求7的通信系统，其中所述的信号强度检测器包括一个预定数量的对数放大器和一检波器。
9．根据权利要求4的通信系统，其中所述的输出控制器包括一个开关，用于控制所述远程天线单元的输出与该网络之间的连接。
10．根据权利要求4的通信系统，其中通过在其之间传输无线电信号的模拟(analog)传输媒体将所述收发信机连接到所述远程天线单元。
11．根据权利要求4的通信系统，其中将所述噪音阈值水平设置得略高于每个所述远程天线和网络的上行链路的噪音底部。
12．一种用于减少在分布式天线网络中的噪音的通信系统，包括：
一组远程天线单元，每个所述远程天线单元包括：
一个接收机，用于接收输入信号；
一个信号强度处理器，用于确定在远程天线单元上是否存在有效信号；
输出控制器，当所述的信号强度处理器确定不存在有效信号时，从网络断开该远程天线单元。
13．一种用于减少在通信系统的分布式天线网络中的噪音的方法，包括步骤：
(a)由一组远程天线单元接收输入信号；
(b)检测所述输入信号的电平，并将所述输入信号的电平与噪音阈值水平比较；
(c)当所述的(b)步骤确定所述的输入信号的电平小于所述噪音阈值水平时断开网络与所述远程天线单元之间的连接，当所述的(b)步骤确定所述输入信号大于或等于所述噪音阈值水平时接通网络与所述远程天线单元之间的连接。
14．根据权利要求13的方法，其中将所述的噪音阈值水平设定得略大于远程天线单元的上行链路的噪音底部。
15．根据权利要求13的方法，其中所述步骤(b)还包括步骤：
(b)(1)检测所述输入信号的电平；
(b)(2)可变地设置所述噪音阈值水平；
(b)(3)将所述输入信号的电平与所述噪音阈值水平比较。
16．一种用于减少在通信系统的分布式天线网络的上行链路级中的累积噪音的方法，包括步骤：
(a)发送和接收信息；
(b)由一组远程天线单元接收在步骤(a)发送的输入信号；
(c)检测所述输入信号的电平，并将所述输入信号的电平与噪音阈值水平比较；
(d)根据所述步骤(c)的比较将网络与所述远程天线单元之间的连接接通或断开。
17．根据权利要求16的方法，当所述的步骤(c)确定所述输入信号的电平大于或等于所述噪音阈值时，所述的步骤(d)连接该网络与所述远程天线单元，当所述的步骤(c)确定所述输入信号的电平小于所述噪音阈值水平时，所述步骤(d)断开该网络与所述远程天线单元。
18．根据权利要求16的方法，其中所述的步骤(c)还包括步骤：
(c)(1)检测所述输入信号的电平；
(c)(2)可变地设置所述噪音阈值水平；
(c)(3)将所述输入信号的电平与所述噪音阈值水平比较。
19．根据权利要求16的方法，其中将所述的噪音阈值水平设置在略高于每个所述远程天线单元与网络的输出上的上行链路级的噪音底部。
20．一种用于减少在通信系统的分布式天线网络中的噪音的方法，包括步骤：
(a)由一组远程天线单元接收输入信号；
(b)确定在远程天线单元上是否存在有效信号；
(c)当所述的信号强度处理器确定在该远程天线单元上不存在有效信号时，从所述的网络断开该远程天线单元。
CN97197842A 1996-07-18 1997-07-07 用于减少在分布式天线网络中的累积噪音的系统和方法 Expired - Fee Related CN1106724C (zh)

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