CN1647558A - 具有分布式实时处理的无线电系统 - Google Patents

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Abstract

公开一种分布式无线电系统(300)。数据分组的发送与接收通过相对高速的多路复用网络传送，在一个实施例中，该网络是以太网。在一个实施例中，分布式无线电系统(300)包括通过网络连接(204、206、208)连接到一个或者多个中级处理单元(214，216，218)的中央网络级处理单元(202)。中级处理单元遍及覆盖区分布。处理单元执行数字信号处理，以及例如信号路由选择、语言代码转换以及与例如宏蜂窝环境的外部环境正确连接的较高级处理。所提供的无线电元件(602)被精确地定时或者同步，使得即使发生不可预知的网络延时，无线电元件也具备他们自己的时基以确保正确的传输。

Description

具有分布式实时处理的无线电系统
相关申请的交叉引用
根据35 U.S.C§119(e)的规定，在此，本申请要求2002年2月25日申请的临时申请序列号60/359,637的申请日。
技术领域
本发明通常涉及分布式无线电系统，更特别地涉及一种通过数字网络有分布式实时处理的无线电系统。
背景技术
近年来激增了多种无线通信设备和标准。用于语音通信的蜂窝式电话可以被配置为依照针对无线语音通信的多种标准之一进行操作，这些标准包括GSM、iDEN及其他标准。其他的无线设备，例如个人数字助理(PDA)及其他设备可以被配置为通过无线通信与诸如因特网的公用和/或专用网络交换数据。此外，无线局域网(WLAN)技术使计算机与其他设备能够通过无线通信连接到网络，例如通过在IEEE802.11b标准下的WLAN操作。
为支持在建筑物或者其他定义的服务区内使用多种现在和/或将来可用的无线设备类型和标准中的一个或多个，典型的现有技术的安装包括多个遍及服务区分布的天线，每个天线通过电缆连接到中央处理系统。图1表示典型的现有技术的无线通信系统。图1中的无线通信系统100包括分别通过电缆112、114、116、118和120连接到中央处理系统122的多个无线电天线102、104、106、108和110。
图1中图示的以及上文描述的方法的一个缺点在于通过电缆向中央处理系统传送调制过的RF信号进行处理是低效率的。这个缺点在可能要求在相同区域中或者相同区域附近同时支持多用户的安装时被扩大。除增加的与附加天线和电缆相关的成本之外，中央处理系统不能以支持实时通信(例如无线电话的实时语音通信)所需的速度和准确度来执行所有要求的处理。
用户希望在相同的服务区使用两个或更多不同的无线设备和/或标准时出现另一个缺点。在介绍在此公开的技术之前，例如，为了支持两种不同类型的无线设备和/或标准，第一组天线被典型地用于根据第一标准接收和传送射频(RF)信号，第二组天线同样被典型地用于根据第二标准接收和传送射频信号。第一组中的每个天线经由适合的电缆连接到与第一标准相关的第一中央处理系统，第二组中的每个天线同样经由适合的电缆连接到与第二标准相关的第二中央处理系统。根据第一标准发送的数据将在按照第一标准的第一中央处理系统中处理，而根据第二标准发送的数据将在按照第二标准的第二中央处理系统中处理。这种系统的容量受到中央处理系统的处理能力以及将各个天线连接到对应的中央处理系统的电缆的带宽(信息传送能力)的限制。此外，主要因为必须购买和安装的电缆数量，这种方法不具有成本效率。此外，因为性能的许多方面高度依赖频率，而且每种设备类型和/或标准在其固有频率中操作，所以设计和安装这种系统是困难的。
因此，需要有一种更好的方法为诸如一个建筑物的所定义的服务区提供无线通信服务。此外，有利地是提供一种方法使这种服务区内的不同无线设备和/或标准的使用不会遭受上述的容量约束和其它缺点。
附图说明
当结合附图时，本发明的前述方面以及许多附带的优点通过参考随后的详细描述将变得更容易理解同时更好理解，其中：
图1显示典型的现有技术的无线通信系统。
图2是一个实施例中提供的分布式处理无线系统的框图。
图3是与其他网络和系统结合的分布式处理无线电系统的实施例的框图。
图4显示具有耦合到三个空中链接处理单元306a、306b和306c的网络处理单元308的一个实施例。
图5显示在一个实施例中使用的空中链接处理单元306的更多细节。
图6显示在一个实施例中使用的无线电单元304的功能图。
图7显示无线电元件700的功能部件，例如在一个实施例中相当于图6的无线电元件602-608中的一个或多个。
图8举例说明无线电单元底板接口800的功能部件，该底板接口800被用在一个实施例中以提供例如图6中无线电单元底板600的无线电单元底板。
具体实施方式
公开一种分布式处理无线电系统。在一个实施例中，第一级处理在被配置为接收和传送无线通信的多个天线中的一个天线处或者相对接近被配置为接收和传送无线通信的多个天线中的一个天线执行。例如，在天线处或者天线附近接收的信号可被处理到第一级。在一个实施例中，在第一级处接收的信号被处理为适合于经由数字网络连接传输的形式。在一个实施例中，被部分处理的信号通过网络连接发送到第二处理单元用于进一步的处理。在一个实施例中，可以使用除网络连接之外的连接。在一个实施例中，这个进一步的处理包括从被管理无线通信协议确认和规定的中间或者最后形式的已接收数据中提取，其中该数据在上述协议下发送。在此术语“协议适当的数据单元”用于涉及被管理无线通信协议确认和规定的中间或者最后形式的数据，其中数据包括原始数据或者按照管理标准译码以确定其中编码的原始数据，或者在一些实施例或对于一些标准，部分地译码。例如，在一个实施例中按照诸如IEEE 802.1 1b标准的管理标准编码的一组码字包括一组协议适当的数据单元。对于象iDEN的标准，原始数据包括四个子信道中每一个的被检测的16个QAM符号。在其他协议下，协议适当的数据单元包括原始(例如，全译码)数据。通常，译码的数据包括控制信道信息、编码语音数据、脉冲编码调制(PCM)语音数据、用户定义的分组数据，以及其它在无线标准中发现的译码数据类型。
在一个实施例中，一旦完成第二级处理，被接收的数据，即以一组协议适当的数据单元形式的数据被发送到中央处理系统，该中央处理系统被配置为执行任何需要的剩余处理(即便要，例如协议特定的处理)，对最初被引起接收数据的设备发送的原始数据或者响应于上述原始数据进行提取与(如果合适)执行任何需要操作。在一个实施例中，关于或者响应于被接收的数据，这种中央处理系统处的处理包括与例如公用交换电话网、公用IP网、移动或者蜂窝式电话网或者其他数据和/或电信网的外部网络通信。如在此使用的术语“网络级处理”将用于涉及上述的中央处理系统在上述“第二级处理”之后的处理。如在此使用的术语“中级处理”意味着与上述的“第二级处理”相同过程。
在一个实施例中，被发送到无线设备的数据同样以分布式方式处理。中央处理系统通过网络或者其他连接或接口接收或者产生输出数据。中央处理系统将数据处理为适合于按照被规定的协议适合于进一步处理和传送的协议适当的数据单元。然后，协议适当的数据单元通过数字网络被发送到第二级处理系统，用于进一步处理为适合在将用于传送数据的天线处或该天线附近被分布式处理系统最后处理的形式。在一个实施例中，天线处或天线附近的分布式处理系统处，可以执行最后数字处理和/或RF处理。输出RF信号然后通过天线传送。
在一个实施例中，上述的处理部件包括如上所述，被配置为在(即便要)与关于这种输入和/或输出信号的任何外部环境交互作用之前关于输入和输出信号执行分布式处理的集成的专用系统的一部分。在此使用的“外部环境”是可由多于一个用户或者用户群访问和/或使用的网络或者系统，例如可以被多个独立用户或者用户群(例如多个企业)访问的公用或者专用通信或数据网络。根据实施例，包括“外部环境”的系统或者网络的实例不限制地包括公共电话交换网(PSTN)；例如蜂窝式电话网络的移动通信网；以及共享的专用和/或公用数据网，例如因特网。
图2是在一个实施例中提供的分布式处理无线电系统的框图。网络处理单元202通过数字网络连接204、206和208分别连接到多个空中链接处理单元214、216和218。空中链接处理单元214通过由数字网络连接222、224和226分别连接到多个无线电单元228、230和232。类似地，空中链接处理单元216通过数字网络连接242、244和246分别连接到多个无线电单元248、250和252。类似地，空中链接处理单元218通过数字网络连接262、264和266分别连接到多个无线电单元268、270和272。虽然连接204-208、222-226、和242-246被上文描述为包括数字网络连接，但是在其他实施例中一个或多个所述连接可以包括除网络连接之外的连接，例如通过电缆的直接连接。
图2中显示的一个实施例中的空中链接处理单元相应于上文描述的第二级处理单元，并被配置为例如通过经由一个网络连接接收被部分处理的已接收信号并且进一步将已接收信号处理为协议适当的数据单元，或者通过接收协议适当的数据单元形式的被部分处理的输出信号，和进一步将数据处理为适合在天线处或相对在天线附近的分布式处理系统最后处理的形式来来执行上述的第二级处理，其中该天线用于传送输出信号。在一个实施例中，如上所述，图2中显示的无线电单元对应于这种在天线处或天线附近的分布式处理系统。在这种实施例中，无线电单元被配置为按照规定的无线通信协议接收RF信号，并将这种被接收的RF信号处理成适合经由数字网络(例如经由图2中显示的数字网络连接)传输到第二级处理系统的形式，例如图2中显示的空中链接处理单元。在一个实施例中，图2所示的无线电单元被配置为从相关的空中链接处理单元接收被部分处理的输出数据，并进一步将该数据处理成适合按照可应用的无线标准的RF传输的形式。
图3是一个与其他网络和系统集成的分布式处理无线电系统的实施例的框图。无线电系统300包括五个主要的网络元件，包括用户设备302，如无线电单元304的一个或者多个无线电单元，如空中链接处理单元306的一个或者多个空中链接处理单元，一个或者多个网络处理单元308与网关单元310。还显示两个交换实体，包括专用分组交换机(PBX)312与移动交换中心(MSC)314。此外，还显示三个外部网络代表，包括公用电话交换网(PSTN)316，系统局域网(LAN)318与IP网络320。尽管可以理解在实际的无线电系统实施中可以包括多个元件，为简单的目的，图3仅举例说明每种网络元件类型的其中一种。例如，在实际的实施中，可能有8个无线电单元，例如与每个空中链接处理单元306相关的无线电单元304，可能有多个与每个网络处理单元308相关的空中链接处理单元306。
如在图3中举例说明的，用户设备302通过无线电接口322耦合到无线电单元304。无线电单元304依次通过网络连接324耦合到空中链接处理单元306。空中链接处理单元306通过网络连接326耦合到系统局域网318，该系统局域网318依次通过网络连接328耦合到网络处理单元308。系统局域网318还通过网络连接330耦合到IP网络320。在一个实施例中，IP网络320包括公用或者专用IP网络，或者一些公用和专用IP网络的组合，无线电系统300与该公用和专用IP网络的组合相关。在一个实施例中，IP网络320包括与无线电系统300相关的局域网(LAN)或者广域网(WAN)。再参考图3，IP网络320通过网络连接332耦合到网关单元310。
在一个实施例中，网络处理单元308通过接口334耦合到专用分组交换机312，还通过接口336耦合到公共电话交换网络316。PBX312通过接口344耦合到PSTN316。网络处理单元308还通过接口338耦合到网关单元310。网关单元310通过网络连接340耦合到SS7网络342，SS7网络依次通过网络连接344耦合到本地移动交换中心314。
如在图3中举例说明的，无线电系统300是网络元件与实体的互连集合。在一个实施例中，系统局域网318包括一个子网，通过该子网互连所有空中链接处理单元306与网络处理单元308。在一个替换实施例中，系统局域网318包括一个子网，通过该子网互连所有无线电单元304、空中链接处理单元306与网络处理单元308；也就是，无线电单元304被连接到通过连接与其相关的空中链接处理单元306，例如，包括具有一部分系统局域网318的网络连接的连接324。空中链接处理单元306、网络处理单元308与网关单元310具有公共可寻址的IP地址或者专用地址。在一个实施例中，所有系统内的其他通信通过系统以太网骨干在MAC层(层2的下半部分)路由和交换。在这种实施例中，以太网策略上被用作系统内的高速数字通信总线。
图3中的无线电系统300是一种为室内无线设备用户提供无线访问、传送与应用的非常灵活的和模块化的数字通信系统。构造系统结构供给当前在世界范围内使用的所有蜂窝与PCS标准，包括TDMA、CDMA和GSM。此外，还可以支持类似Motorola的iDEN的专业标准，以及类似IEEE 802.11b的无线局域网标准。该结构是可升级的且灵活的，该系统具有仅由硬件实施定义的物理界限。
在一个实施例中，用户设备302是符合诸如GSM、IEEE 802.11、PCS-1900或者iDEN的特殊的标准或者专有空中接口的无线设备。该设备可以是蜂窝电话、PCS电话听筒、802.11 PCMCIA卡或者各种与GSM、PCS-1900或者iDEN基站，一个802.11存取点、或者由过去的、现有的、或者将来的无线标准与协议定义的其他存取点或节点相互操作的其它设备。
在一个实施例中，用户设备302通过例如无线电链路322的无线电链路与例如无线电单元304的无线电单元通信。尽管用户设备302可以使用一个以上的无线电单元304，用户设备302通常根据在用户设备302或网络内部的配置允许的信号强度或者其他参数指定特殊的无线电单元304是最合乎需要的。用户设备302可以在通信时移动，在这种情况中通信链路将被移交至新的更好的服务无线电单元304或者宏单元。
在一个实施例中，用户设备302符合标准无线A-接口，该接口用于与无线电单元304通信。用户设备302发起和终止与用户设备302兼容的其他用户设备的语音和/或数据连接，例如电话、计算机，或者专用的语音或数据设备。用户设备302存储一些关于用户的规定信息，例如移动或者网络ID、鉴别密钥与服务优先权。根据信息类型，规定信息由用户、设备厂商或者服务提供者规定。用户设备302之类的设备可以具有多频带能力，以致他们可以在多频带操作，和/或具有多峰能力，以致他们可以与不同的空中接口类型相互操作。
在一个实施例中，例如用户设备302的用户设备通过例如无线电链路322的无线电链路与无线电单元304通信。在一个实施例中，无线电单元304与用户设备302之间可能是一对多的关系。无线电单元304向每个操作中的空中接口实施提供RF前端。无线电单元304还提供装置来有效地通过数字数据网，例如通过网络连接324(例如，基带数字信息)，以适合传输的形式往返于例如空中链接处理单元306的空中链接处理单元传送被接收的信号数据。在一个实施例中，无线电单元304通过连接到例如空中链接处理单元306的中央空中链接处理单元的高速以太网链路，下变频、采样、格式化和转发基带信息。在一个实施例中，无线电单元304可以是一个小的顶部悬挂的盒子，该盒子覆盖通过底板印刷电路板PCB连接在一起的印刷电路板PCB模块。为使用的简单，无线电单元304可以从空中链接处理单元306远程供电。
在一个实施例中，空中链接处理单元306是系统的中央空中链接基带处理单元。空中链接处理单元306通过例如网络连接324的多个网络连接同时从多至8个无线电单元304接收空中链接业务，和向多至8个无线电单元304发送空中链接业务。在一个实施例中，空中链接处理包括那些需要用来支持复杂的基带采样向语音编码比特流变换的物理层、数据链路和网络层的功能。此外，空中链接处理包括那些处理和路由IEEE 802.11 WLAN数据到外部IP网络必需的操作。空中链接处理单元306可以遍及系统分布，以便提供灵活的覆盖选项。
在一个实施例中，空中链接处理单元306向相关的无线电元件提供基带空中链接处理，该相关的无线电元件包括与空中链接处理单元306相关的无线电单元304。空中链接处理单元306还可以起在多个无线电单元304与网络处理单元308之间的接口作用。在一个实施例中，空中链接处理单元306的功能如下。向多至8个无线电单元304提供用于在FAST以太网上传送语音、WLAN数据、控制和配置信息的接口。向多至8个无线电单元304分布定时和功率。执行语音业务的基带信号处理以包括信道补偿、符号映象和FEC。执行部分的呼叫处理和空中链接协议栈功能。将无线LAN数据路由到IP网络(LAN/WAN/Internet)，并支持仅在空中链接处理单元306之间通信的对等业务。
网络处理单元308是该系统的中央网络处理单元。在一个实施例中，网络处理包括那些将编码比特流变换为PCM数据，并将那些数据传送到公共电话交换网316或者传送到例如PBX 312的PBX所需的物理层、数据链路和网络层的功能。在一个实施例中，网络处理单元308还是该系统的中央管理实体，从该系统中管理所有的配置和用户信息。在一个实施例中，支持来自例如用户设备302的用户设备的电路交换语音业务，网络处理单元308向例如PBX 312的PBX提供两种电信系统接口，Q.931或者RBS接口(例如接口334)，向公共电话交换网316提供模拟线路或者RBS接口(例如接口336)。此外，网络处理单元308通过网关单元310向移动网络产生和中继信令消息。为了集中网络控制，在实际的实施中，网络处理单元308与空中链接处理单元306之间存在一对多的关系。在一个实施例中，除了通过到移动交换中心的网关或者直接连接处理的基于网际协议的语音(VoIP)应用与语音业务外，如下文更详细地描述，语音业务通过PBX 312或者接口336被路由到公共电话交换网316。当执行时，在一个实施例中，VoIP业务通过以太网连接被路由到网关功能，例如通过连接330被路由到IP网络320，通过连接332被路由到网关单元310。
网络处理单元308包括中央用户数据库(未显示)。用户数据库具有关于系统中的所有用户是否有效的信息，而不管正在使用哪个空中链接处理单元306。对于移动性的特征，在用户数据库内为每个用户驻留一个访问者位置寄存器VLR。类似地，对于无线LAN(或者更普遍的分组交换设备)用户，关于每个用户的位置、状态、授权、身份(MAC与IP地址)、地址的转交(对于移动IP)、设备类型、安全和特色的信息被存储在用户数据库中。用户数据库是一个对于用户信息的中央系统储存库。如果系统是多系统安装的一部分，而且顾客希望中心管理用户，网络处理单元308可以简单地包含一个指向位于用户数据库外部的链路。在一个实施例中，这是根据安装可配置的。类似地，网络管理系统需要一种包含指向各种基础系统安装的链路的集中式服务器或者系统。与集中式用户数据库不同，网络管理系统信息仍然本地分布和存储在每个系统中。中央网络管理系统服务器包含操纵(levered)局部系统信息的额外的显示以及可能的统计数据收集与分析能力。
在一个实施例中，网关单元310主要起在例如网络处理单元308的网络处理单元与例如移动交换中心314的移动交换中心之间的协议翻译器的作用。以这种能力，网关单元310终止传输协议TCP，提取消息内容，将其重新封装成信令消息(MAP、INAP或者IS-41)，然后通过例如到SS7网络342的接口340的接口将信令消息转发到正确的移动交换中心或者STP。每个网关单元310被连接到例如移动交换中心314的服务移动交换中心，和/或例如SS7网络342的外部信令网络，以用于消息传递。单个网关单元310可以将业务转发到多个网络处理单元308，以及从多个网络处理单元308转发业务。每个网关单元310位于或者邻近一个例如移动交换中心314的移动交换中心或者被连接到信令网络与因特网的进入点。需要对网关单元310的单独因特网连接以用于OAMP接口与转发信令分组到其他移动交换中心。
在一个替换的实施例中，网络处理单元308可以被配置为使用信令传输(SIGTRAN)或者其它适合协议，以通过例如系统局域网318和/或IP网络320的IP和/或其他分组交换数据网传输基于SS7的信令，例如移动应用部分(MAP)信令。在这种替换的实施例中，如此配置网络处理单元308消除了提供例如网关单元310的单独网关单元的需要，在这样的实施例中网关单元310可以从系统300中省略。
移动交换中心314提供基本的交换功能，并协调往返于移动用户之间的呼叫的建立。移动交换中心314还可以直接负责传输设备管理、移动管理和呼叫处理功能。蜂窝电话用户的归属位置寄存器位于例如移动交换中心314的移动交换中心，并与该移动交换中心相关。此外，活动的漫游蜂窝系统用户的访问者位置寄存器位于例如移动交换中心314的移动交换中心，并与该移动交换中心相关。
专用分组交换机312是一个本地数字交换机。PBX 312提供用于向公共电话交换网316发送电话呼叫以及从公共电话交换网316接收电话呼叫所必需的基本接口，还可以提供例如呼叫转移、语音信箱、自动路由选择以及四位拨号的特性。
公共电话交换网316包括向普通公众提供服务的常规的有线电话网。普通电话、按键电话系统、PBX干线以及数据传输设备通常访问公共电话交换网316。从网络处理单元308至公共电话交换网316的接口336提供向有线电话发起呼叫与终止来自有线电话呼叫的能力。
在一个实施例中，系统LAN 318是对网络元件之间的通信使用专用寻址方案的快速以太网LAN。该网络包括通过网桥、集线器、交换机和/或路由器互连的多个节点。因为系统LAN中存在典型的LAN安装不支持的、固有的定时和潜在的需要，所以系统LAN 318与其他现有的或者协同定位的LAN不同。多数电路交换数据相对在时间上关键。在一个实施例中，系统LAN 318可以容纳多个配置长度超过单个CAT-5运行的100米限制的建筑物。标准的LAN设备可用于将远程空中链接处理单元306与网络处理单元308和IP网络320连接。在其最简单的星形实施例中，系统LAN 318可以通过从空中链接处理单元306到网络处理308的电缆以及到外部数据网络的单独连接实现。如在2002年4月24日申请的，标题为″Method and Apparatus for Frequency and TimingDistribution Through a Packet-Based Network″的U.S.专利申请号No.10/132,086的共同未决以及共同转让的美国专利申请中所描述的，可以利用通过分组的系统定时分配来使用现有的以太网设备将系统LAN 318扩展为超过简单的点到点的有线连接。上述专利申请整体在此引入作为参考。
在一个实施例中，系统LAN 318、网络处理单元308、网络连接328、网络连接326、空中链接处理单元306、网络连接324与无线电单元304包括专用集成系统，该系统被配置为在输出信号的情况中传输输出信号之前和/或(即便有)在已接收信号的情况中与任何外界环境的任何相互作用之前，执行在此描述的对已接收的与输出无线通信信号的分布式处理。在一个实施例中，上述专用集成系统中的这种分布式处理通过上述的处理部件，促进对已接收的与输出信号的快速、有效的处理以及通过包括专用系统的网络连接对相关数据分组的快速、有效的传输。
在一个实施例中，专用系统的部件之间通过相关的网络连接通信的效率可以通过在专用系统内定义一个或多个虚拟局域网(VLAN)来改善。例如，在一个实施例中，可以通过定义一个或多个致力于处理的特殊类型的消息的VLAN来实现更高的效率，上述特殊类型的消息是例如与特殊的无线通信标准相关的消息，如在专用系统被配置为在超过一种无线通信标准下处理通信的实施例中。在一个实施例中，通过提供最佳化每个关于与VLAN专用的无线标准相关的网络业务类型的不同VLAN中的网络通信的方法，定义这种专用VLAN可以改善专用系统的总效率。在一个实施例中，一个或多个VLAN可以被定义为处理其他特定的信息类型，例如定时和/或控制消息，以确保或更进一步确保这种消息被及时地传递。在一个实施例中，VLAN可以被定义为包括无线电单元304、网络连接324以及空中链接处理单元306。在一个实施例中，定义这种VLAN为在无线电单元304与空中链接处理单元306之间可能极其繁重的网络业务提供有效处理，而不会不利地影响空中链接处理单元306通过系统LAN 318和相关的网络连接326和328与网络处理单元308之间的网络业务。
在一个实施例中，IP网络320是一个对网络元件之间的通信使用标准的、公共寻址方案的公用或专用的基于IP的局域网(LAN)或者广域网(WAN)。该网络由通过网桥、集线器、交换机和路由器互连的多个节点组成。该网络可以是因特网、另一个公用网，或者它可以是专用网。还可以是多个IP网络的级联。
如同在用户设备302与无线电单元304之间表示的那样，接口322是系统的空中接口。在一个实施例中，空中接口322是几种接口类型之一。在下文列出了一些接口类型。可以理解这些仅仅提供作为实例，其他空中接口类型也可以被该系统支持。一种空中接口类型是在900MHz蜂窝式或者1800MHz DCS频带运行的标准的欧洲GSM空中接口。第二种是在2.4GHz ISM频带运行的IEEE 802.11b高速空中接口。第三种空中接口是在800MHz SMR频带运行的iDEN空中接口。第四种是从欧洲ITU标准修改的以北美PCS频率运行的PCS-1900空中接口。同样，可以使用许多其他类型的空中接口。
例如连接324的网络连接将每个无线电单元304连接到它的服务空中链接处理单元306。在一个实施例中，每个空中链接处理单元306支持多至8个例如无线电单元304的无线电单元。在一个实施例中，电源、用户数据、系统定时与控制信息通过该接口传递。所有目的地为用户设备302或者无线电单元304的信号都通过例如连接324的网络连接从空中链接处理单元306发送。相反地，目的地为该系统的所有来自例如用户设备302的用户设备或者例如无线电单元304的无线电单元的信号通过例如网络连接324的网络连接发送。在一个实施例中，在点到点配置中，标准快速以太网(100baseT)被用作传送在无线电单元304与空中链接处理单元306之间的比特的传输机制。在一个实施例中，标准的CAT-5配线被用于传送以太网信号。相同的CAT-5配线还被用于从空中链接处理单元306向无线电单元304发送直流电电源和系统时钟。
网络连接326是标准快速以太网接口。在空中链接处理单元306与网络处理单元308之间的所有系统信息在网络连接326上作为分组化的以太网数据流动。只有寻址空间与定时需要区别网络连接326与网络连接330。
网络连接330是一个IP网络接口。限制在往返于系统外的任何公共可寻址IP地址的业务将通过这个接口路由。任何目的地为因特网或者从因特网到达的系统业务都通过这个接口传送。该接口的物理层和MAC层的实施可以用多种方式实现。例如，可以通过以太网接口将IP业务路由到以太网交换机，并最终到达基于路由器的网络。
接口344是连到PBX的标准T1/E1或者ISDN集群速率接口(Q.931)。接口336是连到公共电话交换网316的标准数字(T1 RBS或者E1 CCS)或者模拟线路接口。接口338是在网络处理单元308与网关单元310之间不变的、拨号或者专用电路连接。系统与移动智能网络之间的、包装MAP、INAP或者IS-41消息的TCP/IP形式的蜂窝式与PCS信令通过接口338发送。接口340是一个交换机到交换机的系统间的信令接口。为支持IS-136的网络实施，接口H通过SS7网络SS7N运载IS-41消息。为支持PCS-1900或者GSM的网络实施，接口340通过SS7网络SS7N运载MAP与INAP消息。
如上文所讨论的，无线电单元304对系统支持的不同空中接口提供前端处理。在一个实施例中这包括往返于基带之间的RF变换、数字采样与模拟重建、时钟分布、用于宏单元信号的扫描以及与空中链接处理单元306的通信。通过这些功能，系统充当通过标准的空中链接从移动终端接收的信号与基带和/或其他在空中链接处理单元306中执行的中间处理之间的访问接口。
本发明的系统还在临时U.S.专利申请号60/359,637中描述，本申请要求其优先权，上述专利申请整体在此引入作为参考。2002年2月25日申请的标题为″SYSTEM AND METHOD FOR WIRELESSSIMULCASTING IN A DISTRIBUTED RADIO SYSTEM″的临时U.S.专利申请号为60/359,638中描述一个相关的系统，其整体在此引入作为参考，2002年7月16日申请的标题为″DISTRIBUTED RADIO SYSTEM WITHMULTIPLE TRANSCEIVERS FOR SIMULCASTING AND SELECTIVEPROCESSING OF RECEIVED SIGNALS″的U.S.专利申请号为10/197,320中也描述了相关的系统，其整体在此引入作为参考。
图4显示具有被耦合到三个空中链接处理单元306a、306b和306c的网络处理单元308的实施例。网络处理单元308充当中央处理单元，一个实施例中，其通过以太网链路耦合到空中链接处理单元306a、306b和306c。网络处理单元308负责将系统连接到例如宏蜂窝系统或者PSTN的外界环境，以及整个系统的网络管理。
网络处理单元308包括网络处理卡402a、402b和402c。网络处理单元308还包括交换机404。在一个实施例中，交换机404包括以太网交换机。交换机404通过连接406耦合到集成的站点控制器408。在一个实施例中，连接406包括以太网链路。在一个实施例中，集成的站点控制器408包括访问控制网关(未显示)。交换机404被连接到中央处理单元(CPU)410并在中央处理单元(CPU)410的控制下运行。
图5显示在实施例中使用的空中链接处理单元306的更多细节。图5所示的空中链接处理单元306包括一组空中链接处理卡502a、502b和502c。空中链接处理单元306还包括被连接到CPU506并在CPU506控制下运行的交换机504。在一个实施例中，交换机504包括以太网交换机。交换机504通过连接508被耦合到网络处理单元308。在一个实施例中，连接508包括以太网链路。在一个实施例中，连接508使交换机504与一个与网络处理单元308相关的交换机连接，例如图4中显示的交换机404。交换机504还通过连接510、512和514耦合到一系列无线电单元304a、304b和304c。在一个实施例中，每个连接510、512和514对应于图3中的连接324。在一个实施例中，每个无线电单元304a-c包括一个或多个用于传送信号的协议或标准特定的模块化无线电元件(未在图5中显示)。下文结合图6和7更详细地描述模块化无线电元件。
图6显示在实施例中使用的无线电单元304的功能图。无线电单元304被显示包括无线电单元底板610，4个模块化无线电元件602、604、606和608连接到该底板。无线电单元底板610通过连接612连接到例如图3中的空中链接处理单元306的相关空中链接处理单元(APU)。在一个实施例中，连接612对应于图3中的连接324。如图6所示，射频(RF)环境监测器610也连接到无线电单元底板610。在一个实施例中，单个无线电单元304可以容纳多至7个例如无线电元件602-608的模块化无线电元件，或者6个模块化无线电元件加一个例如射频环境监测器610的RF环境监测器。天线功能将在无线电元件602-608中本地执行。每个无线电元件602-608提供关于那些特殊的无线电元件支持的协议或者标准的空中链接接口。在一个实施例中，RF环境监测器610是多频带接收器，该接收器在无线电单元底板600允许通过层2以太网交换机与空中链接处理单元306点对点通信时，提供对无线电单元304信道分配的宏单元扫描能力。在一个实施例中，在每个模块与无线电单元底板600之间的通信将通过相关的以太网MII底板连接发生。
如上所述，在一个实施例中，例如无线电元件602-608的无线电元件为从小区中的移动终端接收信号以及向小区中的移动终端传输信号提供前端的空气接口。空中接口的规格和因此的无线电元件准确的功能性将通过由无线电元件模块支持的标准来控制。例如无线电元件602-608的单个无线电元件可被配置为支持多于一个标准和/或多个频带，但将被配置为以特殊频带定义的单个空中接口操作。在一个实施例中，无线电元件602-608不是动态地再分配，而是在非动态的基础上远程重新配置。
在一个实施例中，无线电单元底板600包括一个底板交换机(未显示)，每个例如无线电元件602-608的无线电元件与无线电单元底板交换机点对点连接，用于传送I和Q采样或者基带符号、分组WLAN数据、控制业务以及模块配置信息。在一个实施例中，每个无线电元件有单独的底板连接，用于通过备用的CAT-5对直接从空中链接处理单元306传送时钟和参考定时。在一个实施例中，直流电源也在CAT-5配线上接收并通过底板600分配给无线电元件602-608。在一个实施例中，底板连接616、618、620和622代表在各自的无线电元件602-608与无线电单元底板600之间进行的所有不同的点对点的底板连接。
在一个实施例中，为了补偿由于不可预测的网络延时使无线电元件要传送的数据不具有保证的到达时间的事实，每个无线电元件包括一个时基以确保在射频前端的正确传输。在一个实施例中，借助如上所述的通过备用CAT-5对从空中链接处理单元306接收的时钟和/或参考定时信号，无线电元件时基可以和与空中链接处理单元相关的第二时基同步，包括无线电元件的无线电单元与空中链接处理单元相关。在一个实施例中，无线电元件时基和空中链接处理单元时基还可以和与网络处理单元308相关的第三时基同步。在一个实施例中，这种另外的同步可以使用2002年4月24日申请的、标题为″Method andApparatus for Frequency and Timing Distribution Through aPacket Based Network″的U.S.专利申请号No.10/132,086中描述的方法完成，该申请在此引入作为上面的参考。
当支持语音标准时，如图6所示，无线电单元304中存在一个RF环境监测器610以提供关于周围的800MHz CMRS、800MHz SMR、PCS1900MHz和欧洲频带的宏蜂窝系统的信息。这个信息可以以信号能量级别、I和Q采样、解调数据或者解调控制业务的形式呈现给空中链接处理单元306或者网络处理单元308中的无线电管理实体。在一个实施例中，RF环境监测器610与无线电单元304底板交换机点对点连接，用于传送语音、数据、控制业务和/或模块配置信息。此外，RF环境监测器REM具有通过备用的CAT-5对直接从CU传送时钟和参考定时的底板连接。如同备无线电闸刀RB一样，RF环境监测器REM将从底板接收直流电源。在一个实施例中，图6所示的底板连接614表示RF环境监测器610与无线电单元底板600之间所有的各种点对点底板连接。
在一个实施例中，单个无线电单元304支持多至3个例如无线电元件602-608的802.11无线电元件以及多至4个附加的移动无线电元件。然而，在一个实施例中，当不使用WLAN无线电元件时，可以存在多至7个移动无线电元件。
在一个实施例中，例如无线电元件602-608的无线电元件的主功能如下。向天线模块提供一个天线或者连接。对从移动单元接收的信号执行RF下变频，对被传送到移动单元的基带信号执行RF上变频。执行正交解调的I和Q数据的数字采样、执行正交调制的数字I和Q数据的模拟重建、以及执行可能的I和Q采样解调为基带符号。执行对WLAN数据的数字处理包括对用户设备302与空中链接处理单元306(仅802.11无线电元件)之间传送的以太网分组的空中链接MAC、业务管理和完整的层1&2处理。执行用于多协议兼容的时钟操纵与分配。向无线电单元304底板交换机提供以太网MII接口。根据接收的控制信息执行RF控制(功率电平调整、RF信道选择、基带信号偏离、接收与传送增益调节)。提供所需的固定配置信息的存储。在一个实施例中，每个无线电元件模块被配置为在空中链接处理单元306与网络处理单元308的最终控制下执行这些功能。
在一个实施例中实现的三个无线电元件设计的实例是：(1)被配置为支持800MHz、1900MHz和欧洲移动频带的移动标准的单个无线电元件，(2)800MHz iDEN，以及(3)802.11b无线LAN。
图7显示无线电元件700的功能部件，例如在一个实施例中对应于图6的一个或多个无线电元件602-608。如举例说明的，无线电元件700包括被耦合到数字处理部件704的RF区域部件702。还包括有电源部件706、定时部件708以及网络接口710。在一个实施例中，网络接口710包括以太网部件。网络接口710提供到无线电单元底板的通信，例如图6的无线电单元底板600。无线电部件700还通过空中接口712通信，如上所述与图3所示的空中接口322相连。
图6中的RF环境监测器610的主要功能是向空中链接处理单元306与网络处理单元308提供关于在CMRS、SMR与PCS频带中的宏单元信号存在或不存在的信息。ISM频带的无线LAN信号的存在或不存在被留给802.11b MAC协议以处理邻近无线电单元304小区中的分组之间的冲突。802.11b频率分配可以由网络处理单元308通过基于万维网的系统网络管理接口远程地配置，与具有所有的系统配置信息的情况一样。空中链接处理单元306与网络处理单元308使用RF环境监测器610提供的信息以避免宏单元与无线电单元304链路之间干扰的方式分配语音信道。
RF环境监测器610将接收的数据转发到空中链接处理单元306用于进一步的处理。在进行的基础上执行简单的能量测量以动态地跟踪语音业务信道。首先，遵守被解调的控制信道信息考虑在周围宏单元中建立控制信道表格。这个表格可以根据需要周期地更新。RF环境监测器610利用FDD上行链路和下行链路信道的互逆特性，并仅扫描无线电单元RFU的接收频带。
图8举例说明在一个实施例中使用的无线电单元底板接口800的功能部件，以提供例如图6中的无线电单元底板600的无线电单元底板。无线电单元304的无线电单元底板接口800促进无线电单元304部件之间的高速模块间通信，以及无线电单元304模块与空中链接处理单元306之间的通信。在一个实施例中，无线电单元底板接口802包括网络交换机802，该交换机满足对所有这些包括语音、数据与iDEN、PCS-1900、GSM、802.11b无线电元件与RF环境监测器610模块的控制业务的通信的带宽要求。在一个实施例中，交换机802包括以太网10/100BaseT层2交换机。交换机802耦合到网络物理接口804。在一个实施例中，交换机802包括100baseT物理接口。无线电单元底板接口800还包括被配置为向连接到底板的无线电元件和/或RF环境监测器提供时钟信号的时钟分配部件806，与被配置为向这些部件供电的电源分配部件808。在其他实施例中，图8中没有举例说明的，可以使用其他方法向这些部件提供时钟信号和/或电源。
再次参考图8，无线电单元底板接口800还包括多个点对点连接810，一方面，每个连接表示例如图6中的无线电元件602、604、606与608的无线电元件之间的点对点连接的终止，另一方面，每个连接表示例如图6的无线电单元底板600的无线电单元底板，以便所有的语音、数据与控制业务必须通过这个接口被路由。因此，在一个实施例中，无线电单元底板接口800提供在例如无线电单元304的无线电单元与空中链接处理单元306之间的数据的所有必要的复用与去复用。在一个实施例中，将所有无线电元件/RF环境监测器数据分组成无线电元件/RF环境监测器上的以太网MAC帧，并通过MII接口将这些数据传送到以太网交换机以完成它。在一个实施例中，无线电单元底板接口交换机802用最小的延迟，执行从一个无线电元件向另一个无线电元件，或者向空中链接处理单元306转发以太网数据的网桥功能。在一个实施例中，这个范例的一个例外是来自空中链接处理单元306的参考时钟。为确保参考时钟的完整性，通常在底板的输出端之后，不用分组直接将其从空中链接处理单元306路由到无线电元件模块。
虽然已经举例说明与描述了本发明的优选实施例，应该清楚在不偏离本发明的精神与范围的情况下可以进行各种改变。

Claims (56)

1.一种用于无线用户设备与网络之间通信的分布式无线电系统包括：
无线电单元，被配置为：
向用户设备传送输出信号；
从用户设备接收输入信号；以及
对与接收的和输出的信号相关的数据执行无线电级处理；
中级处理单元，被配置为对与接收的和输出的信号相关的数据执行中级处理；
在无线电单元与中级处理单元之间的第一连接；
网络级处理单元，被配置为对与接收的和输出的信号相关的数据执行网络级处理；以及
在中级处理单元与网络级处理单元之间的第二连接，所述第二连接包括网络连接；
其中无线电单元、中级处理单元和网络级处理单元包括集成的专用系统，借此在与即便有任何外部环境的任何相互作用之前，在所述专用系统内以分布式的方式处理输入和输出信号。
2.权利要求1中的分布式无线电系统，其中第一连接包括网络连接。
3.权利要求1中的分布式无线电系统，其中无线电级处理包括RF处理。
4.权利要求1中的分布式无线电系统，其中关于输出信号的无线电级处理包括对通过第一连接从中级处理单元接收的数据执行数字信号处理。
5.权利要求1中的分布式无线电系统，其中关于接收的信号的无线电级处理包括对与接收的信号相关的数据执行数字信号处理，并通过第一连接将处理的数据发送到中级处理单元。
6.权利要求5中分布式无线电系统，其中第一连接包括网络连接，而且其中对与接收的信号相关的数据执行数字信号处理包括将接收的信号处理为适合通过数字网络传送的形式。
7.权利要求6中的分布式无线电系统，其中将接收的信号处理为适合通过数字网络传送的形式包括从接收的信号中提取基带数据。
8.权利要求6中的分布式无线电系统，其中将接收的信号处理为适合通过数字网络传送的形式包括将接收的信号下移到适合通过模-数转换器被处理成为数字形式的频率范围。
9.权利要求1中的分布式无线电系统，其中关于与接收的信号相关的数据的中级处理包括将所述与接收的信号相关的数据处理为一个或多个协议适当的数据单元。
10.权利要求9中的分布式无线电系统，其中中级处理还包括通过第二连接将所述一个或多个协议适当的数据单元发送到网络级处理单元。
11.权利要求1中的分布式无线电系统，其中关于与输出信号相关的数据的中级处理包括通过第二连接从网络级处理单元接收一个或多个协议适当的数据单元。
12.权利要求11中的分布式无线电系统，其中中级处理还包括对所述一个或多个协议适当的数据单元执行数字信号处理，并通过第一连接将处理的数据发送到无线电单元。
13.权利要求1中的分布式无线电系统，其中网络级处理单元被配置为执行信号路由选择。
14.权利要求1中的分布式无线电系统，其中中级处理单元被配置为执行信号路由选择。
15.权利要求1中的分布式无线电系统，其中网络级处理单元被配置为执行语言代码转换。
16.权利要求1中的分布式无线电系统，其中中级处理单元被配置为执行语言代码转换。
17.权利要求1中的分布式无线电系统，其中中级处理单元被配置为执行层2网络处理。
18.权利要求1中的分布式无线电系统，其中网络级处理单元被配置为执行层2网络处理。
19.权利要求1中的分布式无线电系统，其中中级处理单元被配置为执行无线同播。
20.权利要求1中的分布式无线电系统，其中网络级处理单元被配置为执行无线同播。
21.权利要求1中的分布式无线电系统，其中网络级处理单元被配置为连接到外部环境，借此用户设备可以通过分布式无线电系统与外部环境通信。
22.权利要求21中的分布式无线电系统，其中外界环境包括公共电话交换网。
23.权利要求21中的分布式无线电系统，其中外界环境包括移动电话系统。
24.权利要求23中的分布式无线电系统，其中移动电话系统包括蜂窝式电话系统。
25.权利要求23中的分布式无线电系统，其中移动电话系统包括基于网际协议的语音(VoIP)电话系统。
26.权利要求21中的分布式无线电系统，其中外部环境包括外部数据网络。
27.权利要求26中的分布式无线电系统，其中外部数据网络包括分组交换数据网。
28.权利要求27中的分布式无线电系统，其中分组交换数据网包括网际协议(IP)网络。
29.权利要求1中的分布式无线电系统，其中网络级处理单元被配置为连接到多个外部环境，借此用户设备可以通过分布式无线电系统与所述多个外部环境中所选择的一个环境进行通信。
30.权利要求1中的分布式无线电系统，其中第一连接包括网络连接，而且其中无线电单元包括至少一个无线电元件，该无线电元件包括射频前端和网络接口。
31.权利要求30中的分布式无线电系统，其中为了补偿由于不可预测的网络延时使无线电元件要传送的数据不具有保证的到达时间的事实，无线电元件还包括第一时基以确保在射频前端处正确传输。
32.权利要求31的分布式无线电系统，其中中级处理单元包括第二时基，第一时基基本上与所述第二时基同步。
33.权利要求32中的分布式无线电系统，其中中级处理单元被配置为向无线电单元提供与无线电元件相关的定时信号，与无线电元件相关的无线电单元被配置为使用所述定时信号同步第一时基与第二时基。
34.权利要求33中的分布式无线电系统，其中第一连接包括网络电缆，定时信号通过在所述电缆的一个或多个额外线对从中级处理单元传送到无线电单元。
35.权利要求32中的分布式无线电系统，其中网络级处理单元包括第三时基，其中所述第三时基基本上与第一时基和第二时基同步。
36.权利要求35中的分布式无线电系统，其中网络级处理单元被配置为通过在第二连接上发送同步相关的通信，以使第三时基与第一时基和第二时基同步。
37.权利要求1中的分布式无线电系统，其中第一连接包括层2的点对点以太网路径。
38.权利要求1中的分布式无线电系统，其中无线电单元包括多个无线电单元之一，第一连接包括层2的点对多点以太网路径。
39.权利要求1中的分布式无线电系统，其中无线电单元包括多个无线电单元之一，每个无线电单元具有到中级处理单元的网络连接，每个无线电单元通过其相关的网络连接向中级处理单元发送调制的基带数据业务并从中级处理单元接收调制的基带数据业务。
40.权利要求39中的分布式无线电系统，其中数据业务包括用于至少一种数字无线电协议的数据。
41.权利要求39中的分布式无线电系统，其中每个无线电单元被配置为支持多个无线通信标准中的一个或多个标准下的无线通信，其中数据业务包括同时与多个无线电标准相关的数据业务；借此多个无线通信标准下的通信可以被分布式无线电系统同时处理和/或通过相同的网络连接在系统部件之间传输。
42.权利要求41中的分布式无线电系统，其中每个无线电单元包括至少一个被配置为支持所述无线通信标准的无线电元件，该无线电单元被配置为支持每个无线通信标准。
43.权利要求42中的分布式无线电系统，其中每个无线电元件包括被配置为支持一个或者多个无线通信标准的模块单元，每个无线电单元被配置为支持该一个或者多个无线通信标准，特殊无线电单元被配置来支持的一组无线通信标准通过在该特殊无线电单元中安装的模块化无线电元件确定。
44.权利要求39中的分布式无线电系统，其中每个无线电单元包括操作参数，还包括有选择地控制与监视所述操作参数的集成系统管理器，借此，无线电单元诸如通过宏蜂窝式系统控制器不需要外部管理处理。
45.权利要求1中的分布式无线电系统，其中
无线电单元包括多个无线电单元之一；
中级处理单元包括多个中级处理单元之一；
每个无线电单元与对应的多个中级处理单元之一相关，并具有到对应的多个中级处理单元之一的网络连接；以及
每个无线电单元通过其到相关的所述中级处理单元的对应的网络连接向与其相关的中级处理单元发送调制基带数据业务，并从与其相关的中级处理单元接收调制基带数据业务。
46.权利要求45中的分布式无线电系统，其中网络级处理单元包括多个网络级处理单元之一，所述多个中级处理单元的每个中级处理单元与所述多个网络级处理单元的至少一个相关，并具有到所述多个网络级处理单元至少一个的对应的网络连接。
47.权利要求1中的分布式无线电系统，其中用户设备包括蜂窝通信设备。
48.权利要求1中的分布式无线电系统，其中用户设备包括针对无线网络通信配置的个人数字助理。
49.权利要求1中的分布式无线电系统，其中用户设备包括针对无线网络通信配置的计算设备。
50.权利要求1中的分布式无线电系统，其中用户设备包括无线电话。
51.权利要求1中的分布式无线电系统，其中第一连接包括具有单独网络电缆的网络连接，而且其中中级处理单元被配置为使用所述单独的网络电缆作为中级处理单元与无线电单元之间网络通信的网络路径。
52.权利要求51中的分布式无线电系统，其中中级处理单元还被配置为使用所述单独的网络电缆向无线电单元提供电源。
53.权利要求52中的分布式无线电系统，其中中级处理单元还被配置为使用所述单独的网络电缆向无线电单元提供定时信号。
54.权利要求1中的分布式无线电系统，其中第一连接包括网络连接，集成的专用系统包括具有至少一个虚拟局域网(VLAN)的专用网络，所述虚拟局域网被配置为处理被定义的在所述专用网络上的网络通信子集。
55.权利要求54中的分布式无线电系统，其中被定义的子集包括无线电单元与中级处理单元之间通过第一连接的通信。
56.权利要求55中的分布式无线电系统，其中分布式无线电系统被配置为处理与多个无线通信标准相关的通信，其中被定义的子集包括与在所述多个无线通信标准中特定的一个无线通信标准相关的通信。
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