CN1638504A - 具有多个射频头的无线基站 - Google Patents

Abstract

一种无线基站包括基带单元(BB)和多个射频头(RH1、RH2)，基带单元与射频头通过双向二纤光纤环(R)互连。每一个射频头(RH1、RH2)包括用于确定环(R)的传播延时(tL)的延时计算器(31)，以及用于补偿环的传播延时与预先定义的目标延时(tRR)之间的差的可变延时电路(16、26)。延时计算器(31)计算在环的第一光纤(F1)上发送到基带单元的测试信号与收到的由基带单元在环的第二光纤(F2)上环回的测试信号之间的延时。

Description

具有多个射频头的无线基站

技术领域

本发明涉及电信领域，更具体地说，涉及一种用在蜂窝无线网络中的具有多个射频头的无线基站。

本发明基于优先权申请EP 04290047.2，其作为参考引入本文。

背景技术

在蜂窝无线网络中，某个服务区被几个无线基站所覆盖，这些无线基站被连接到移动交换中心，以服务于该服务区内的移动用户的呼入和呼出。在新的UMTS标准中，这种无线基站也被叫做“节点B”。无线基站包括基带单元和至少一个天线单元。为了增加无线覆盖面积和容量，现代无线基站使用几个扇形天线。

为了增加基站的灵活性，使天线设置在远离基带单元的地方是理想的。这就导致了也被称为射频头(RF头)的有源天线系统的开发。典型地，一个射频头包括一个扇形天线，但具有不止一个扇形天线的射频头的系统也是已知的。不过，射频头必须设置在离基带单元相当近(最多30米的距离)的地方，以限制在连接这两者之间的射频电缆上产生的损耗。而且，使用更长的互连会导致基带单元与几个射频头之间的不同传播延时的问题。

最近出版的通用公共无线接口(CPRI)规范V1.0(2003年9月30日)描述了无线基站在基带单元(称为无线电设备控制REC)和射频头(称为无线电设备RE)之间的内部接口。该规范定义了一种用于具有远程无线电设备的基站的光接口和延时校准过程，该过程通过测量往返延时并除以2来估计REC与RE之间的路径延时。不过，该规范在REC与每个RE之间采用双向点到点连接，这对于具有多个射频头的基站来说，实现起来麻烦并且费用不菲。

美国专利US5,809,395描述了一种无线基站，其中天线连接到有源天线系统，有源天线系统利用通过固定的双向信号分配网络的宽带传输连接到基站。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有多个射频头的无线基站，所述射频头以简单有效的方式连接到基带单元。

上述和其他下面叙述的目的通过一种包括基带单元和多个射频头的无线基站实现，其中所述基带单元与所述射频头通过双向二纤光纤环互连。每一个射频头都有用于确定所述环的传播延时的延时计算器，和用于补偿所述环的传播延时与预先定义的目标延时之间的差的可变延时电路。所述延时计算器计算在所述环的第一光纤上发送到所述基带单元的测试信号与收到的由所述基带单元在所述环的第二光纤上环回的测试信号之间的延时。

双向光纤环的引入使得分布式无线电设备能够使用，并支持宏小区和微微小区的应用，而且安装更简单、方便。此外，二纤光纤环的引入改善了在信号沿着环的任意一个方向发送时抗击故障的安全性。

附图说明

参考下面的附图，对本发明的优选实施例进行描述，其中：

图1示出了环的延时测量；

图2示出了互连根据本发明的基站的基带单元和两个射频头的双向光纤环；

图3示出了图2所示环的体系结构的改进。

具体实施方式

图1所示的例子是一个基站，其具有基带单元BB的光接口和一个远程射频(RF)头RH。在图1中并没有示出基带单元BB。在发射方向，来自基带单元的基带信号被送到与光发射机12连接的复用器11。发射机12经光纤13连接到射频头RH的光接收机14。光接收机14连接到解复用器15，解复用器15提取的信号经可变延时电路16连接到无线发射机17。在接收方向，射频头中的无线接收机27经可变延时电路26连接到复用器25，复用器25与射频头的光发射机24相连。发射机24经光纤23连接到基带单元的光接收机22。解复用器提取从射频头接收的基带信号，并转发到基带单元BB(未示出)。

当一个以上的远程RF头通过光链路连接到基带单元时，要求总的远程无线延时tRR对于所有的远程RF头都相等。这可以通过利用可变延时电路16和26以及使用延时计算器31在RF头中进行的延时测量来实现。延时测量的原理如下：帧发生器32产生测试信号，该信号通过复用器25、光发射机24在光纤链路23上发送到基带单元BB的接收机22。当产生测试信号以后，帧发生器32启动延时计算器31。在基带单元中，解复用器21识别该测试信号，并将测试信号经复用器11、光发射机12通过光纤链路13环回到射频头RH。射频头中的解复用器15识别该测试信号，并停止延时计算器31。假设上行链路和下行链路有相同的延时，那么获得的延时值代表链路延时tL的两倍。因此，延时值可用于将总的远程无线延时tRR调整到标称值。因此，可变延时电路16和26被设置为值tRR-tL。图2示出了根据本发明的具有远程射频头的基站。基带单元BB连接到由光纤F1和F2构成的二纤光纤环。两个射频头RH1、RH2连接到该环上。典型地，环的总长度为大约20公里。根据本发明，每一个射频头都与环的两个光纤相连。两个光纤具有相似的延时特性，并且在相反的方向上传输。为了冗余目的，基带单元有两个冗余端口P1和P2。在两个环上传输相似的数据信号。选择器电路SL从两个环中选择指定发往对应RF头的数据。具有光接收机和光发射机的光模块OM将RF头和基带单元连接到环上。电线驱动器DRV将光模块分别与RF设备或基带单元相连。RF头分别具有分集接收机和两个用于天线分集的天线。

为了理解延时补偿概念，从逻辑上，环可以分成三个段，BB与RH1之间的第一段S1、RH1与RH2之间的第二段S2和RH2与BB之间的第三段S3。每一段分别有特性延时t1、t2和t3。信号从基带单元BB经第一个环F1传输到RF头RH1的传播延时为t1，经第二个环F2传输的传播延时为t2+t3。相反地，信号从RF头RH1经第一个环F1传输到基带单元BB的传播延时为t2+t3，经第二个环F2传输的传播延时为t1。因此，当在接收和发送方向选择不同的环光纤时，在接收和发送方向的延时是相同的。因而，优选地，选择总的远程无线延时tRR等于环的往返延时，因为这是可以发生在任意一个方向的最大延时值。

在基带单元与每个RF头之间，二纤环能够分成两个逻辑环路，一个较短的环路和一个较长的环路。运行这两个环路的简单方式为1+1保护，其意味着两个逻辑环路承载相同的数据信号。接着，基带单元以及每一个射频头只根据自己的本地链路状态以及由此的本地可用信息，决定哪一个环路为激活环路。不过，在本发明的优选改进中，可以同时使用环的两个方向，并且在环出现故障的情况下，允许信号衰减。例如，在一个实施例中，来自两个天线的第一个天线的信号在光纤F1上发送，而来自第二个天线的信号在另一个光纤F2上发送。在另一个更好的实施例中，在环的方向上，载波频率是单独的，即第一载波在第一光纤上发送，而第二载波在另一个光纤上发送。在环上某处发生故障的情况下，容量(即用户的数量)将会降低，但仍维持整个服务区的无线覆盖。

环上的信号是复用信号，其包括例如用于操作维护(OAM)目的的分组数据以及每个载波和天线的数据流。在实施例中，最多可支持12个载波，但典型地，根据运营商的许可，每个射频头RH只需要2-4个载波。这允许在环上附加几个射频头。对于每一个载波，环上的基带信号的信号速率是5MBit/秒。单个载波的基带信号在环上可以以时间以及波长进行复用。在UMTS系统中，有用的无线信号速率是3.84MHz。在天线接收的并从载频中解调出来的无线信号被当作射频头中的模拟信号，并且以两倍的信号速率即7.68MHz进行采样。每个样本被称为一个“码片”。

优选地，延时电路的分辨率高于码片速率。通过信号内插，信号速率增加例如10倍，即76.8MHz。当在上述实施例中使用天线分集时，无论如何都需要满足上述条件的延时分辨率，以平衡两个天线之间的无线延时。因此，优选地，在射频头中还实现对环的传播延时的延时补偿。不过，在基带单元中实现延时补偿也是可以的。在这种情况下，延时补偿可以通过软件而不是硬件实现。具体地说，来自采样数据流的每一个数据符号都期望位于基带单元中预先定义的期望窗口内。该期望窗口用先前阶段(射频头、光纤环、以及光模块)的发送和处理延时产生的固定偏移量定义。这样，可以使得该固定延时可调节，并且根据环的传播延时调节。然而，这种软件实现的延时补偿的分辨率较低，如同上述在射频头中的模拟高频(HF)处理的情况。

因此，传播延时补偿能采用射频头中的硬件装置实现，或者采用基带单元中的软件装置实现。在基带单元中的硬件延时补偿也是可能的，但需要更多的努力，并且限制了基站的可扩展性。应当注意，采用基带单元中低精度的软件补偿和射频头中高精度的硬件补偿的混合方式，也是能够实现的。

在图3示出的本发明的另一个改进实施例中，几个射频头一起设置在同一个站点。射频头RH1、RH11和RH12设置在第一站点，射频头RH2、RH21和RH22设置在第二站点。如虚线所示，射频头分别有扇形天线，并且，同一站点的三个射频头排列成每个射频头服务120度的相邻扇区，从而实现整个360度的覆盖。在这种结构中，优选地，每个站点只有一个射频头连接到环上，并由该射频头将信号分配给其他两个射频头。在图3中，站点1的RH1直接连接到环上，而RH11和RH12连接到RH1。同样地，在站点2，RH2连接到环上，而RH21和RH22连接到RH2。因此，只在RH1和RH2中需要延时补偿。

根据本发明的基站具有若干优点。天线的下行链路发送计时对所有站点都相同。在远程射频头必须配置的唯一值是延时补偿的目标值。因此，光模块不必支持中央管理系统(OAM)的控制功能。即使这个参数可以在本地通过简单地测量环的往返延时确定。此外，管理系统并不需要介入环方向的冗余切换。

本发明的不利方面在于功率控制环路延时必须增加两倍的往返延时，对于平均15公里长的环来说，该往返延时对应大约150微秒的延时。因此，平均功率控制环路延时增加一个发送时隙，即660微秒，就能确保功率控制功能有足够的余量。

Claims (11)

1.一种无线基站，包括基带单元和至少两个射频头，其中所述基带单元和所述射频头通过双向二纤光纤环互连；所述基站还包括用于确定所述环的传播延时的装置和用于补偿所述传播延时与预先定义的目标延时之间的差的可变延时装置。

2.根据权利要求1所述的无线基站，其中所述基带单元用于将在所述环的第一光纤上收到的测试信号以相反的方向环回到所述环的第二光纤；

其中每一个射频头包括用于确定所述环的传播延时的延时计算器和用于补偿所述传播延时与预先定义的目标延时之间的差的可变延时电路；

其中所述延时计算器用于计算在所述环的第一光纤上发送到所述基带单元的测试信号与收到的由所述基带单元在所述环的第二光纤上环回的测试信号之间的延时。

3.根据权利要求1所述的无线基站，其中所述延时装置包括在基带单元中执行的软件模块，其用于根据环的传播延时确定的值，可编程地调节用于接收的无线信号中的数据符号的期望窗口，其中所述射频头用于将在所述环的第一光纤上收到的测试信号以相反的方向环回到所述环的第二光纤。

4.根据权利要求1所述的无线基站，其用于沿着所述双向二纤光纤环的第一光纤发送对应第一载频的第一基带信号，以及沿着所述双向二纤光纤环的第二光纤发送对应第二载频的第二基带信号。

5.根据权利要求1所述的无线基站，其中每一个射频头都包括两个用于天线分集的天线，其中所述基站用于沿着所述双向二纤光纤环的第一光纤发送第一天线接收的第一信号，以及沿着所述双向二纤光纤环的第二光纤发送第二天线接收的第二信号。

6.根据权利要求1所述的无线基站，其中其它的射频头连接到与所述环连接的至少两个射频头中的至少一个。

7.根据权利要求1所述的无线基站，其中所述预先定义的目标延时等于所述环的往返延时。

8.根据权利要求1所述的无线基站，其中所述基带单元分别通过两个冗余端口连接到所述环的两个光纤。

9.一种用于无线基站的射频头，所述无线基站包括基带单元和至少两个射频头，所述基带单元与所述射频头通过双向二纤光纤环互连，所述射频头包括用于确定所述环的传播延时的延时计算器，以及用于补偿所述传播延时与预先定义的目标延时之间的差的可变延时电路；其中，所述延时计算器用于计算在所述环的第一光纤上发送到所述基带单元的测试信号与收到的由所述基带单元在所述环的第二光纤上环回的测试信号之间的延时。

10.一种用于无线基站的基带单元，所述无线基站包括基带单元和至少两个射频头，所述基带单元与所述射频头通过双向二纤光纤环互连，所述基带单元用于将在所述环的第一光纤上收到的测试信号环以相反的方向环回到所述环的第二光纤。

11.一种补偿双向二纤光纤环的延时差的方法，所述双向二纤光纤环将无线基站的基带单元和至少两个射频头互连，所述方法包括下述步骤：

在所述环的第一光纤上发送测试信号；

将所述测试信号以相反的方向环回到所述环的第二光纤；

确定在所述环的所述第一光纤上发送的测试信号与收到的由所述基带单元在所述环的所述第二光纤上环回的测试信号之间的延时；以及

补偿所述传播延时与预先定义的目标延时之间的差。

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