CN1711789A - 用于主－远程无线电基站和混合型无线电基站的光纤耦合配置 - Google Patents

用于主－远程无线电基站和混合型无线电基站的光纤耦合配置 Download PDF

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Abstract

主－远程无线电基站系统包括多个远程无线电单元。利用单根光纤在以串联配置耦合的主单元和远程单元之间传送信息，从而大大降低光纤成本。来自所述主单元的信息通过第一光纤通路发送到所述远程单元，以便所述远程单元几乎同时通过无线电接口发送相同的信息。所述主单元通过所述第二光纤通路几乎同时从各所述远程单元接收相同的信息。与每个远程单元相关联的时延通过把向每个远程单元发送信息的时间超前的来补偿。通过单根光纤分发数据的方法避免了分别用单独的光纤连接主单元和每个RRU的成本。该方法还避免了WDM技术，包括激光器、滤波器和OADM的成本，以及跟踪不同波长相关设备的逻辑开销。

Description

用于主-远程无线电基站和混 合型无线电基站的光纤耦合配置
发明领域
本发明涉及基站包括基带处理单元和多个进行射频处理的无线电远程单元的无线电通信。
发明背景和发明概述
蜂窝通信系统中的常规无线电基站一般设在单个位置上，基带电路和无线电电路之间的距离相对较短，例如约为一米。分布式基站设计(称为主-远程设计)将基站的基带部分和无线电部分分开。主单元(MU)执行基带信号处理，而一个或多个无线电远程单元(RRU)在基带和射频之间执行转换，并在一个或多个天线上发送和接收信号。每个RRU服务某个地理区域或小区。分开的专用光链路将主单元连接到各所述多个无线电远程单元。每条光链路包括用于承载从主单元到RRU的下行数字信息的一根光纤和用于承载从RRU到主单元的上行数字信息的另一根光纤。
某些移动用户终端通信标准，例如码分多址(CDMA)蜂窝系统允许UE利用“软切换”与同一个基站的二个或更多个RRU进行通信。在软切换中，两个或更多个RRU同时向该UE发送相同的信息以及从该UE接收相同的信息。同时发送的信号必须加以处理以生成单个信号。某些无线电标准要求在下行方向上，从不同天线向UE同时发送信号应与天线上的定时基准同步。这种对准使接收器更易于合并那些不同的信号。在上行方向上，主单元基带功能包括RAKE接收器，用于合并通过RRU从UE接收的“相同”信号并生成单个信号。由于到每个RRU的通路长度各不相同，所以主单元基带功能从不同无线电远程单元接收的这些信号分量在时间和相位上彼此不同步。虽然RAKE接收器可以合并来自不同信号通路的不同相信号，但如果不同信号通路之间保持较小的相位/时延差，就可以采用较简单且成本较低的RAKE接收器。
在主-远程无线电基站上，较大的相位或定时差可能是因为较之常规基站，将不同RRU耦合到主单元的光纤的长度各不相同所致。随着远程单元16和主单元之间的距离增加，例如为10千米，则不同的光链路时延的问题就更加突出。此外，这些时延不是恒定的，它们可随温度和其它因素发生变化。在没有补偿的情况下，到远程单元的不同光纤长度会导致从连接到无线电远程单元的天线发送的信号有时间/相位偏移。它们还会导致通过不同无线电远程单元接收到的UE信号分量之间存在非常大的时间/相位偏移。这些时间/相位偏移对于UE和基站中的常规接收器来说是难以处理的。在包含常规近程无线电单元和远程无线电单元的混合型基站中，也存在类似问题。近程无线电单元虽然没有任何光链路时延，但它与具有链路时延的远程无线电单元并不同步。于2002年9月23日提交的、共同转让的题为“在主-远程无线电基站和混合型无线电基站中同步无线电单元”的美国专利申请No.10/252827中提出了一种光链路时延/同步解决方案，此专利公开内容通过引用结合于本文中。
主-远程配置中的另一个难题是如何最佳地连接主单元和远程单元。可以采用具有相关联的单独激光器和光检测器的单独光纤连接主单元与每个远程单元。每个RRU利用其自己的专用光纤回路与主单元通信。但所需光纤数量非常大-由此用于各主单元-RRU光纤回路的成本也非常大。主单元中与每光纤对相关联的激光器和检测器设备的成本也非常大。并且在某些部署方案中，可能需要级联的多个远程单元，例如沿高速公路、隧道或现有光纤基础设施(如地铁环)。因此，希望采用一根光纤连接主单元与每个远程单元。
图1A显示标记为10的主-远程基站系统的一个示例，其中主单元和RRU采用单根光纤以级联形式连接。主单元12包括无线电基站基带(BB)功能14。划分成四条链路L1-L4的一根光纤将主单元和远程单元连接在一个环路中。第一光链路L1将主单元12耦合到第一无线电远程单元16a。第二光链路L2将主单元12耦合到第二无线电远程单元16b。第三光链路L3将主单元12耦合到第三无线电远程单元16c。第四光链路L4将第三无线电远程单元16c耦合到主单元12。当然，还可以将更多的无线电远程单元耦合到主单元12。移动无线电用户设备(UE)18和一个或多个无线电远程单元16a-16c通过无线电接口通信。
在级联和环形拓扑(其中单元以串联形式连接)中可以采用波分复用(WDM)来减少所用光纤和激光器/检测器设备的数量。为每个远程单元指配其自己的对应的激光器波长。将所有远程单元的不同波长的通信复用到单根光纤上。一根下行光纤用于从主单元到所有远程单元的业务，一根上行光纤用于从远程单元到主单元的业务，从而构成一个光纤回路。每个远程单元内部或附近设有一个光分插复用器(OADM)。
OADM只将与特定远程单元相关的唯一波长插入光纤或从其中分出。此方法的缺点在于WDM技术(包括激光器、滤波器和OADM)的成本。另一个缺点在于存在跟踪不同波长相关的设备的逻辑开销。
本发明的目的在于提供一种用于连接基站主单元和多个基站远程单元的成本有效的光纤配置。
本发明的目的在于提供这样一种成本有效的光纤配置，它需要单条下行光纤通路和单条上行光纤通路(一起构成单条光纤通路)，以承载所述主单元和所述远程单元之间的信息。
本发明的目的在于提供避免部分或所有WDM技术成本的一种或多种单光纤对配置。
本发明的目的在于提供一种避免部分或所有用于跟踪不同波长相关设备的WDM技术逻辑开销的成本有效的光纤配置。
本发明的目的还在于补偿与以级联、回路或环形光纤配置连接的不同远程单元相关的时延，其中所述这些单元以串联方式连接。
本发明解决了上述问题并满足所述的和其它的目的。主一远程无线电基站系统包括多个远程无线电单元。采用单个光纤回路(一条下行光纤通路和一条上行光纤通路)以在级联、回路或环形配置中的主单元和远程单元之间传送信息，大大降低了光纤成本。下文将描述示例配置。
来自所述主单元的信息通过光纤对中的第一光纤发送到所述远程单元，以便所述远程单元基本上同时发送相同的信息。假定有N个远程单元(N是非零正整数)，主单元通过所述第一光纤以N倍于各远程单元数据接收率的速率发送出信息。所述主单元基本上同时通过第二光纤从各所述远程单元接收相同的信息。通过单个光纤回路分发数据的方法避免了WDM技术(包括激光器、滤波器和OADM以及跟踪不同波长相关设备的逻辑开销)的成本。
所述主单元将N个数据字(一个字对应于所述N个远程单元中的一个)合并成一帧，并将所述帧发送到光纤上，每个远程单元从接收帧中移去对应的数据字，在移去数据字位置上包含上行字，并将该帧传递到下一个远程单元。因为一个光纤回路承载所述N个远程单元中每个远程单元的所有信息，所以其数据率是每个远程单元用于通过各自光纤回路耦合到所述主单元的数据率的N倍。
与每个远程单元相关联的时延通过把向每个远程单元发送信息的时间超前的来补偿。用于每个远程单元的定时补偿装置对任何相关联的时延进行补偿。超前于无该延时以其它方式(即在常规基站上)发送信息的时间发送信息。由此，每个远程无线电单元基本上同时接收到该信息，如只带近程无线电单元的常规无线电基站的情况一样，而不管每个远程无线电单元的相关时延不同。超前时间发送配合上行方向均衡还可确保每个远程无线电单元发送的响应基本上同时在所述主单元上被接收，而不管与每个远程无线电单元相关联的时延不同。
基于每个远程单元的接收时延，所述定时补偿控制器选择最大时延。在示范实施例中，该时延对应于与距离所述主单元最远的远程无线电单元相关联的时延。基于所述最大链路时延，为每个远程无线电单元确定超前的发送时间。在特定示范实施例中，数字定时和数据信号的发送时间超前最大链路时延两倍。
对于每个远程无线电单元，所述主数字接口单元包括发送缓冲器和接收缓冲器。所述定时补偿控制器设置发送缓冲时间，此时间是在一个或多个数字数据信道上发送数据信号之前数据信号在发送缓冲器中存储的时间。来自远程数字接口单元的响应数据信号在所述接收缓冲器中存储接收缓冲时间之久。所述发送缓冲时间或接收缓冲时间与远程单元的时延之和等于最大时延。可以补偿与大约100千米的距离差相关的时延差。
本发明还可以在同时含有进程/常规基站单元和远程无线电单元的混合型无线电基站中采用。
本发明提供一种用于耦合基站主单元和多个基站远程单元的成本有效的光纤配置。在所述主单元和所述远程单元之间只需单个光纤回路即可运送信息。所述配置免除了在单个光纤回路配置中采用WDM技术的情况下存在的成本和缺点。无需针对每个RRU设置激光器、滤波器和光分插复用器(OADM)，从而消除了WDM光纤回路配置所需的成本。还免除了跟踪不同波长相关的设备的逻辑开销。除节省成本外，本发明补偿通过单根光纤以串联方式耦合的不同远程单元的相关时延差，以确保同步。
附图简介
参考如下附图及说明，可以更容易地理解本发明前述和其它目的、特征和优点。
图1A-1D说明主-远程无线电基站系统的不同示范配置；
图2以功能框图的形式说明主-远程无线电基站系统中的主单元和无线电远程单元；
图3A以功能框图的形式说明类似图1A所示配置的主-远程无线电基站系统中的无线电远程单元的光基带接口的一个示范实施例；
Fig.图3B以功能框图的形式说明类似图1B所示配置的主-远程无线电基站系统中的无线电远程单元的光基带接口的另一个示范实施例；
图4A以功能框图的形式说明主-远程无线电基站系统中主单元的光基带接口的一个示范实施例；
图4B以功能框图的形式说明主-远程无线电基站系统中主单元的光基带接口的另一个示范实施例；
图5说明根据图4B所示示例的数字光接口链路时延的测量；
图6A和6B以流程图的形式说明数字光接口链路时延测量和补偿的两个示范操作过程；
图7以时序图说明一个主单元-三个远程单元配置的时延均衡的示例；
图8以时序图说明根据本发明一个示例方面的数字光接口链路时延补偿的某些方面；以及
图9以功能框图形式说明采用本发明的一个应用的混合型基站。
发明的详细说明
在如下描述中，为了说明而非限制本发明的目的，提出了一些具体细节，如特定的实施例、操作过程、技术等，以便对本发明有透彻的理解。但是，对本领域技术人员而言，本发明显然还可以以不拘泥于这些特定细节的其它实施例来实施。例如，虽然本发明是在基于CDMA的蜂窝系统示例应用中进行描述的，但本发明还可以用于任何采用主-远程无线电基站结构的蜂窝系统，其中所述主-远程无线电基站结构具有任何数量的可以配置在任何可以光纤回路耦合多个RRU的网络拓扑中的远程单元。本发明还可以用在任何采用混合型基站的蜂窝系统中。虽然如下示例中的一些采用单个光纤回路，但本发明还可以用在采用多根光纤的耦合配置中。
在某些实例中，对于熟知的方法、接口、设备和信令技术未进行具体描述，以免因不必要的细节使本发明模糊。再者，某些附图中显示了各单独的功能块。本领域技术人员会理解，这些功能可以采用如下方式来实现：单独的硬件电路、配合适当编程的数字微处理器或通用计算机运行的软件、专用集成电路(ASIC)和/或一个或多个数字信号处理器(DSP)。
本发明较适合应用于支持更软切换的CDMA移动通信网络，不过这仍然只是示例。在本示例应用中，将一个或多个外部网络连接到基于CDMA的无线电接入网，所述无线电接入网例如可以是UMTS地面无线电接入网(UTRAN)。UTRAN包括通过合适接口通信的一个和多个无线电网络控制器(RNC)，每个RNC连接到多个无线电基站。可以将一个或多个无线电基站配置为如图1A所示的主-远程基站系统，其中不同的远程无线电单元(RRU)16通过单根光纤耦合到一个主单元12。串联配置通过一根光纤从该主单元向所有RRU及任何中介RRU传送信息，不过也可以采用附加或冗余的光纤。最好在主单元和远程单元之间采用同步连接，以便将远程单元中的“能力”(如缓冲、重新同步等)的要求降至最小，从而使成本最低。同步连接尝试使每个远程单元的天线上的RF信号相对于主单元上的参考信号保持再规定的极限内。
光纤包括以串联方式将相邻单元耦合在一起的一系列链路。在图1A所示的光纤耦合配置中，四条光链路L1-L4以串联方式将主单元与远程单元耦合在一起，构成一个回路或环。主单元12通过该光纤的链路L1连接到RRU16a。RRU16a通过该光纤的链路L2连接到RRU16b。RRU16b通过该光纤的链路L3连接到RRU16c。RRU16c通过该光纤的链路L4连接到主单元。链路L1-L4结合起来形成单个光纤回路中的第一下行光纤通路和第二上行光纤通路。下行通路和上行通路包括每个RRU的不同链路。例如，RRU16a的下行通路包括链路L1，而上行通路包括链路L2、L3和L4。RRU16b的下行通路包括链路L1和L2，上行通路包括链路L3和L4。RRU16c的下行通路包括链路L1、L2和L3，上行通路包括链路L4。这两条光纤通路可以在主单元和远程单元之间的同一条物理电缆中(对应于“级联”配置)或在分设的物理路线/电缆中(对应于“环形”配置)。
图1D说明应用于“扇形”基站的图1A所示光纤耦合配置的示例。基站的每个扇区由对应的RRU服务。因为链路L1和L4比链路L2和L3长得多，所以必要时可以忽略与L2和L3相关的链路时延，同时为与较长链路L1和L4相关的链路时延提供时延补偿(下文将对此予以说明)。
图1B显示第二示例光纤耦合配置。与图1A相似，主单元和RRU16a通过链路L1连接，RRU16a和RRU16b通过链路L2连接，RRU16b和RRU16c通过链路L3连接。但是，RRU16c具有至RRU16b的返回链路L4。RRU16b具有至RRU16a的返回链路L5。RRU16a具有至主单元12的返回链路L6。实际中，每个RRU具有一个光回路，该光环路具有传递该RRU的信息的中介RRU。对于RRU16a，第一下行光纤通路包括链路L1-L3，第二上行光纤通路包括链路L4-L6。如果L1/L6、L2/L5和L3/L4光纤链路共享同一物理电缆和路由，则可以采用自动时延测量，因为单向时延是往返时延的一半。但是，此配置需要在每个RRU上设置两个光电转换器。
图1C显示类似于图1A的另一个示例级联配置，其中主单元和远程单元之间设有用于传送信息的可选冗余光纤，但方向相反。第一回路是字母“e”表示的“东向”回路，而相对的回路是字母“w”表示的“西向”回路。这种东西配置的双光纤回路增加了冗余性以及附加的保护。考虑这样的情形：两根光纤在一个位置上被切断(例如在RRU16a和RRU16b之间的链路L2上)。RRU16a可以自动地重新配置，以利用链路L1w向主单元12发送以及利用链路L1e从主单元接收。其它RRU可以相应地配置为利用链路L3和L4与主单元12进行通信。
图2以功能框图的形式说明与一个RRU16耦合的主单元12。数字光接口(下文有时称为光接口链路(OIL)接口)用于主单元12和RRU16之间进行数字通信。主单元包括光基带接口(OBIF)单元28，而该RRU16包括光基带接口(OBIF)单元30。OBIF 28和30支持数字光接口。该数字光接口的电气侧包括用于数据信号、定时信号和控制信号的并行数字信道。光侧输出光信号串行流形式的数字信息。对于单个RRU示例，16位宽的数字光接口包括16个并行数字信道。
主单元12包括定时单元20，用于生成一个或多个定时信号，如帧同步(FS)信号，FS信号作为对应于OIL接口中的一个或多个比特的数字定时信道提供给OBIF 28。主单元控制器22生成通过一个数字控制信道提供给OBIF 28的控制信号，该数字控制信道对应于OIL接口中的一个或多个比特。一个或多个基带发送器24通过对应于OIL接口中的一个或多个比特的一个或多个数字信道向OBIF 28提供数字数据。一个或多个基带接收器26接收RRU16发送的数字数据。可以任何适当的方式生成用于基带收发电路的定时基准。在一个示例中，可以将定时信号如OBIF 28提供的帧同步信号用于基带发送器24和基带接收器26。但是，发送器和接收器的定时信号无需完全一样，例如，它们可以不同或彼此有偏移。
RRU16具有耦合到收发器32和RRU控制器42的相似(但并非完全相同的)OBIF 30。RRU控制器42通过数字控制信道接收并发送控制信号。收发器32从OBIF 30接收数字数据/向OBIF 30发送数字数据。接收到的数据经过处理、调制、滤波、上变频转换并在功率放大器34中放大，然后通过双工滤波器36经天线发送到移动无线电设备UE 18。从天线38接收到并在36上进行双工滤波之后的UE无线电信号经低噪声放大器40放大，并在收发器32中进行互补形式的处理。OBIF 30将从相邻单元(此处为主单元)接收到的信号转发到串联的下一个RRU，并包括任何响应UE信号。在图1C所示的配置中，从相邻的下行RRU到OBIF 30会有另一个光纤输入，此输入含有要发送到主单元12的信号。
图3A说明对于图1A的示例耦合配置，每个RRU16中OBIF 30的其它细节。从主单元12通过光链路发送的光信号包含由信息的多个数字“字”构成的帧，每个字旨在发往所述RRU之一，并在光电转换器70(如PIN二极管)中转换成一个串行数字电信号。在上述非限制性示例中，每个字可以包含16比特的控制信息、数据信息和同步信息。如果有三个RRU以级联方式连接，则该帧包含三个16比特的字。第一RRU的字位于该帧的第一位置，第二RRU的字位于该帧的第二位置，以及第三RRU的字位于该帧的第三位置。去串行化器72/串行化器74可以例如实现为还可以执行链路处理，如建立链路同步、链路故障处理等的去复用器/复用器对。这种去复用器/复用器对可以作为标准芯片组，例如Agilent HDMP 1032/1034或TITLK 2501获得。
在图3A中，RRU去串行化器72将此RRU16的数据字(本例中为16比特数据)从串行数字信号转换成并行数字信号，并按路由将该并行信号发送到收发器32和RRU控制器42。发送到收发器32和RRU控制器42的并行信号包括数字数据信号、定时信号和控制信道信号。目的地为其它RRU的剩余数据比特一路传送到串行化器74。串行化器74还从此RRU接收要从收发器32和RRU控制器42发送到主单元的并行上行数据。它将上行数据转换成串行格式，并在帧中对应于该RRU的字位置上包含上行串行数据。电光转换器76将数字帧转换成光信号，以便通过光纤传送到级联的下一个RRU或主单元12(如果它是级联的下一目的地)。电光转换器的示例是激光二极管。
图3B说明图1B所示示例耦合配置中RRU16的OBIF 30的其它细节。在本情况中，将RRU16a用于说明目的。OBIF 30类似于图3A所示的情况，不同之处在于采用了两组转换器70和76以及去串行化器/串行化器72和74。主单元通过链路L1向RRU16a发送光信号。接收到的光信号通过光电转换器70转换成电信号，光电转换器70然后将数字电信号发送到去串行化器72。RRU去串行化器72将此RRU16a的数据字从串行数字信号转换成并行数字信号，并按路由将该并行信号发送到该RRU16a中的收发器32和RRU控制器42。目的地为其它RRU(16b和16c)的其余数据比特一路传送到串行化器74，如该图下部所示。串行化器74将通过的数据转换成串行格式，并将该串行信号发送到电光转换器76。电光转换器76将传来的电信号转换成光信号，以便通过光链路L2向下一个RRU16b传送。
在相反的上行方向上，RRU16a通过链路L5从RRU16b接收光信号，并在光电转换器70中将其转换成电格式。去串行化器72将来自转换器70的串行数字信号转换成含有来自RRU16b和RRU16c的数据字的并行数字信号。该并行数字信号作为穿通数据提供给串行化器74。串行化器74将来自RRU16a的收发器32和控制器42的上行数据字插入到每个含有来自RRU16b和RRU16c的数据字的帧中。串行化器74将成帧的数据字转换成串行格式，并将该串行信号发送到电光转换器76。电光转换器76将该数字信号转换成光信号，以便通过光链路L6向主单元12发送。
图4A说明采用类似图1A所示的配置，主单元12中的OBIF 28的其它细节，其中显示了这些RRU之一RRU16a的细节，以简化说明。每个RRU具有相关联的OIL标签，例如RRU16a具有OIL 1、RRU16b具有OIL 2，RRU16c具有OIL 3。因为控制信令只与该RRU相关，所以无需任何OIL均衡。
在本示例中，OIL均衡器44对应于每个RRU包括时间偏移器42、发送缓冲器46、接收缓冲器48和缓冲器深度控制器50。与每个RRU相关联的发送(Tx)缓冲器46是一种从基带发送器24接收数据的先进先出(FIFO)缓冲器。该数据被存储一段时间之后经数据信道输出到串行化器54，所述一段时间对应于FIFO缓冲器深度。主单元处理器22为每个数据字提供数字控制信号，主单元OIL均衡器44为每个字提供数字数据和定时信号。串行化器54从与各RRU相关联的发送缓冲器接收多个字，并将三个字(一个对应于RRU16a、一个对应于RRU16b以及一个对应于RRU16c)包含在一个帧中。这些字按顺序置于帧中-字1、字2和字3-以便易于在相应的RRU上由其去串行化器72提取。串行化器54然后将并行数据转换成串行格式，并将该串行数据发送到电光转换器56，以便转换成光格式，并通过下一条光链路(本例中为链路L1)传送。
FIFO缓冲器深度由缓冲器深度控制器50控制。在本示例实现方案中，定时基准来自帧同步信号。帧同步信号发送到基带接收器26(无时间偏移)和帧同步时间偏移器42。帧同步时间偏移器42使该帧同步信号超前预定时间间隔(下文将对此予以说明)，并将该时间超前的帧同步发送到发送FIFO缓冲器46。该帧同步在FIFO缓冲器46中连同数据一起进行延时处理，以保持该帧同步与数据之间的定时关系。偏移的帧同步由基带发送器24用于下行数据的较早发送，下文将对此予以进一步说明。未偏移的帧同步作为定时基准发送到基带接收器26。
不同于如上所述使下行定时基准信号超前预定时间量，另一个示例方法是使上行定时基准信号延迟预定时间量。此后一种方法无需在下行通路上使帧同步信号偏移，而是在上行通路上使其偏移。另一种示例方法不依赖于或影响帧同步，而是通过发送器中的软件设置使发送定时超前。
在上行方向上，光电转换器58从光链路L4接收光信号，并将其转换成电格式。去串行化器60将串行信号转换成并行格式。每个OIL均衡器44包括接收FIFO缓冲器48，用于从对应的去串行化器60接收并行数字数据和“环回的”帧同步信号。该数据和帧同步被存储一段时间之后，分别在数据信道和定时信道上输出，上述一段时间对应于缓冲器深度控制器50控制的FIFO缓冲器深度。FIFO数据和帧同步发送到基带接收器26。
提供了如图1所示的数据表62，用于存储每个RRU的相关时延。具体地说，各RRU与主单元的距离不同。在图4A所示的本示例中，以手动方式测量这些时延，并将测得的时延存储在数据表62中。定时补偿控制器52在设置由缓冲器深度控制器50控制的缓冲器深度时访问每个RRU的延时时间。
假定采取类似图1B所示的另一种光纤耦合配置，图4B说明主单元12中对应于RRU之一即RRU16a的其它细节。假定L1/L6、L2/5和L3/L4光纤链路共享同一物理电缆和路由，则可以采用自动时延测量，因为单向时延是往返时延的一半。代之手动测量各RRU的相关时延并将其存储在数据表62中，图4B采用计数器63自动测量这些时延。更具体地说，在将帧同步信号发送到对应的串行化器54的同时，还将其发送以启动计数器63。计数器63利用时钟或其它适当信号进行计数，直到因从去串行化器60接收到环回帧同步信号而停止为止。将对应于与向特定RRU发送数据相关联的测量时延的计数值发送给定时补偿控制器52。
定时补偿控制器52接收其它RRU的时延计数值，并确定最大时延值。作为一个示例，定时补偿控制器52可以选择最大计数值作为最大时延值。定时补偿控制器52向时间偏移器42发送两倍最大时延值，以提供应该向发送缓冲器46发送数据和帧同步时的超前时间基准量。定时补偿控制器52利用最大时延与每个RRU的测得/统计的时延值之间的差来确定发送到缓冲器深度控制器50的FIFO缓冲器深度。
图5从概念上说明一条主单元/远程无线电单元链路的自动光链路时延测量。可以对所有远程无线电单元采用相同的测量处理过程。主单元OBIF 28中的帧同步脉冲启动定时器63。同时，帧同步脉冲通过下行光纤通路和任何中介RRU传送到RRUOBIF 30，其中去串行化器72经由中介RRU通过返回光纤通路“将该帧同步脉冲环回到”主单元。空中接口上和UE中的时延不进行测量。串行化器74通过光链路中的返回光纤通路将环回的帧同步返回到主单元OBIF28，并在OBIF 28使计数器停止。环回同步脉冲所需的延时以计数值反映，并转发到定时补偿控制器52。虽然可以采用或甚至生成另一定时信号来执行此任务，但采用主单元生成的现成帧同步脉冲无需额外的开销或成本。
通过使帧同步信号在其自己的数字定时信道上传送，时延测量不会中断数字信道上的数据发送。再者，时延测量可以连续地、定期/按一定时间间隔执行，或者应定时补偿控制器52的请求执行。每条光链路引起的时延可随某些具体因素变化。一个因素是变化的温度。独立(即独立于数据信道)并持续进行的时延测量功能可确保定时补偿控制器52具有最新的精确时延测量值。精确的时延测量值意味着基于这些测量值的时延补偿也是精确的。
现结合图6A和图6B中的流程图来描述示例OIL时延补偿操作过程(方框80)。图6A中的操作过程涉及采用人工时延测量的图1A所示级联配置，图6B所示的操作过程涉及采用自动时延测量的图1C所示级联配置。图6A中的操作起始于方框82，人工测量主单元和每个RRU之间的距离，例如在安装时，利用诸如OTDR(光时域反射计)等熟知技术来执行测量。将每个RRU的相关时延值存储在数据表62中，以便至每个RRU的总时延与最长MU-RRU距离相一致。图6B中的操作起始于方框82，定时补偿控制器52利用每个RRU的数据表62确定与其光链路长度相关联的瞬时或平均时延。根据需要，时延确定可以持续地、定期地或应定时补偿控制器52的请求来执行。
一般来说，对于图6A和图6B，定时补偿控制器52利用报告的时延计算各RRU的单独附加时延，以便均衡各RRU的总发送时间。该附加时延利用发送FIFO缓冲器46和接收FIFO缓冲器48引入传送链。例如，所有RRU的发送信号的总时延可以均衡为最长的RRU时延。所有OIL链路中的最长RRU时延可以是“最大时延”或某个较长的延时。
在图6A和图6B二者所示的方框中，利用最大时延与每个RRU的相关时延之差来确定每个RRU的发送和接收FIFO缓冲器深度和帧同步超前定时。对于与最长时延相关的RRU，如果最大时延等于最长时延，则该FIFO时延为零。对于时延短于最大时延的RRU，选择每个发送FIFO缓冲器和接收FIFO缓冲器引起的附加时延，以使该总FIFO缓冲器时延连同RRU时延等于最大链路时延。对于所有的RRU，主单元“早于”在到RRU的光链路上没有时延的情况下的发送时间发送数据(图6A和图6B中的方框86)。在优选实施例中，超前定时两倍于最大链路时延。每个RRU从主单元接收信息，并将该信息转发到移动无线电设备UE。RRU将来自UE的响应发送到主单元，在该处通过接收FIFO延迟与设定的FIFO缓冲器深度对应的时间(图6A和图6B中的方框88)。
超前且同步的定时对UE和基站基带接收器都有益。来自主单元的数据同时从具有不同时延的多个RRU发送。这允许UE基带接收器更容易处理多个信号，而不受至这些RRU的不同光链路时延的影响。同样地，由所述多个RRU通过具有不同长度/时延的光链路将来自UE转发响应数据的定时(此定时从接收FIFO提供给主单元中的基带接收器)，不受光链路长度不同的影响。因此，主单元基带接收器可以更容易地处理所述多个信号，而不受不同光链路时延的影响。这些优点允许在基于CDMA的蜂窝通信系统中实施更软切换，而无需更复杂的RAKE接收器。典型的CDMA接收器设计为处理从不同天线接收(例如处于软切换时)和/或通过不同传播路径接收的信号分量的某个时延差。这种设计并非针对主-远程基站中不同OIL链路长度引起的附加时延差。本发明使不同天线的定时对齐，甚至使基站的总定时对齐，以便可以利用此典型接收器。
为了确定每个RRU的FIFO缓冲器深度，定时补偿控制器52根据所报告的每个RRU的光链路时延计算至每个RRU的光链路的相关单向时延，并选择最大时延。在图7所示的示例中，将选择的共有时延设为与计算出的最长单向时延相等。每个RRU具有不同长度的光链路：OIL1、OIL2和OIL3。OIL1的长度是2*OIL2。OIL3的长度是3*OIL2。必须补偿RRU1和RRU2的时延信息，以便与OIL1和OIL2相关联的时延等于与OIL3相关联的时延(即本例中的最大时延)。假定UE通过空中接口与这三个RRU的每一个等距(这并非必需)，但可简化本示例。
如上所述，超前计划两倍最大链路时延将目的地为UE的主单元基带发送器数据发送到主单元OIL均衡器44中的每个发送(TX)FIFO 46。这里，定时计划由定时电路20生成的帧同步(FS)确定，并由时间偏移器42执行超前。其目的是要提前将数据发送到这三个FIFO的每一个，使得在经过它们的三个相应的发送FIFO缓冲器和OIL链路之后，在相应的RRU同时接收到数据。因此，要发送到RRU1的数据在其TX FIFO缓冲器中被延迟之久发送对齐时延之久。要发送到RRU2的数据在其TX FIFO缓冲器中被延迟两倍于RRU1 FIFO中延时的发送对齐时延之久。RRU3的FIFO缓冲器中没有时延。由此，所有发送数据同时到达每个RRU，并同时发送到UE，以协助UE接收器中的接收，即“发送对齐”。就本示例而言，从RRU到UE的下行空中接口传输时间、UE中的响应时间、从UE到RRU的上行空中接口的传输时间均假定为是相同的。
所述目的在上行方向中是相同的。来自每个RRU的UE响应数据在经过三个相应的OIL之后在其相应的接收(RX)FIFO上被接收。每个RX FIFO缓冲器所引起的时延与到相同RRU的下行通路的对应TX FIFO缓冲器引起的时延相同。来自RRU1的数据在其RXFIFO缓冲器中被延迟发送对齐时延之久。要发送到RRU2的数据在其RX FIFO缓冲器中被延迟两倍于RRU1 FIFO中延时的发送对齐时延之久。RRU3的FIFO缓冲器中没有时延。由此，所有UE响应数据同时发送到主单元基带接收器，即“接收对齐”。
本发明在主-远程无线电基站上实现了标准的无线电基站(RBS)定时。图8在左边显示简化的标准RBS定时图。帧同步(FS)脉冲标记RBS开始通过空中接口向UE发送含发送(TX)数据的协议帧的时间。UE对该TX数据的响应开始于空中接口和UE响应时延之后。在附图右边，显示主-远程定时。帧同步从通过长度均衡处理的OIL链路从主单元发送到每个RRU，其发送时间超前标准RBS正常发送帧同步时间的两倍，如图显示为2*T_OIL_MAX。发送数据帧通过长度均衡处理的OIL链路从主单元发送到每个RRU，其发送时间也超前标准RBS正常发送数据帧时间的两倍，如图显示为2*T_OIL_MAX。RRU接收该帧同步并超前最大时延(显示为T_OIL_MAX)发送数据。在空中接口和UE响应时间之后(与附图左边所示的常规情况中一样)，RRU通过RRU的OIL发送UE响应。在通过RX FIFO缓冲器之后，并在未偏移帧同步信号参照的正确定时到达上行基带处理电路。
超前帧同步和数据发送时间可补偿主-远程设计中的光链路时延。上述的FIFO缓冲器深度控制均衡光链路时延差。每个RRU同时将传输数据发送到UE，并且同时在接收器上接收UE响应数据。这样，主-远程基站可以仅仅像标准基站那样工作。
不同于向基带发送器提供超前的定时基准以便将下行数据早些向无线电远程单元发送，可以代之以向基带接收器提供经过延迟的定时基准。在那种情况下，将未偏移的帧同步信号用作基带发送器的定时基准。因此，OIL链路均衡可以用于超前的发送器定时，也可以用于延迟的接收器定时。
图9以功能框图形式说明的本发明的另一个示例实施例将主-远程基站与常规基站结合成所谓的混合型基站100。混合型基站100包括结合了图2所示主单元12的部件的常规基站电路。其中显示了三个以级联配置耦合到OBIF 28的代表性远程单元16a-16c。每个常规基站无线电电路102称为“近程”无线电单元，它耦合到对应的基带接口单元28′。近程无线电电路102类似于RRU电路16(例如收发器、功率放大器、双工滤波器、低噪声放大器、天线等)，不同之处在于OBIF 30。没有光链路将无线电电路102与基带发送器24或基带接收器26耦合，所以无需OBIF 30。但不同无线电单元之间仍需要同步。混合型基站的常规部分和主-远程部分应该同步，以便支持近程无线电单元102与远程无线电单元16之间的更软切换，从而可能满足诸如3GPP的蜂窝通信标准强加的定时要求。
根据本发明的这一方面，每个常规基站无线电电路102被当做链路长度为零(对应于零链路时延)的RRU。每个近程无线电单元102与基带接口28′相关联，基带接口28′利用例如上述发送和接收FIFO与帧同步超前方法提供最大缓冲时间。缓冲和帧同步超前确保从附近天线和远程天线二者接收到的所有信号可以在RAKE接收器中容易地加以合并。因为已知往返时延为零，所以无需对近程无线电单元执行往返时延测量。混合型基站中近程无线电单元和远程无线电单元之间的同步使现有基站可以通过RRU来增强，而无需显著地改动常规基站或改动其定时。
本发明提供了一种用于耦合基站主单元和多个基站远程单元的成本有效的光纤配置。在所述主单元和所述远程单元之间只需单根光纤回路即可传送信息。该配置避免了在单根光纤回路配置中采用WDM技术时的成本和缺点。无需针对每个RRU设置激光器、滤波器和光分插复用器(OADM)，从而消除了WDM光纤回路配置必需的成本。还避免了跟踪不同波长相关设备的逻辑开销。除节省成本外，本发明补偿通过单根光纤以串联方式耦合的不同远程单元的相关时延差，以确保同步。
虽然本发明已参照特定实施例作了说明，但本专业人员会认识到，本发明不限于这些具体示范实施例。除了所示和所述的以外，还可以采用不同的格式、实施例和调整以及许多变化方案、修改方式和等效布置来实施本发明。例如，虽然FIFO缓冲器被描述为延迟机制，但也可以采用其他延迟方式，如移位寄存器、使用偏移读/写地址的双端口存储器等。虽然使用优选实施例对本发明进行了描述，但它们仅说明本发明示例。因此，意图在于，本发明只由所附权利要求书的范围限定。

Claims (33)

1.用于与N个远程无线电单元(16a-16c)通信的主-远程无线电基站系统，其中N是等于或大于2的整数，所述系统包括主单元(12)和用于在所述主单元与所述远程单元之间传送信息的光纤；其特征在于：
所述光纤包括用于将信息从所述主单元传送到所述远程单元的第一光纤通路和将信息从所述远程无线电单元传送到所述主单元的第二光纤通路；所述第一和第二光纤通路中的每条通路包括一条或多条光链路；以及
所述主单元和远程单元经过配置，以便来自所述主单元的信息通过所述第一光纤发送到所述远程单元，以便所述远程单元基本上同时通过无线电接口发送相同信息，并且所述主单元通过所述第二光纤通路从各所述远程单元基本上同时地接收所述相同信息。
2.如权利要求1所述的主-远程无线电基站，其特征在于：所述主单元以N倍于每个远程单元的数据接收率的速率向所述N个远程单元发送信息。
3.如权利要求1所述的主-远程无线电基站，其特征在于：每个远程单元配置为从接收帧中移去其对应的数据字，在所述移去数据字位置上包含上行码字，以及将所述帧传递到下一个远程单元。
4.如权利要求1所述的主-远程无线电基站，其特征在于：所述主单元和远程单元以串联配置通过所述光纤连接在一起。
5.如权利要求4所述的主-远程无线电基站，其特征在于：沿着所述第一光纤通路，所述主单元通过第一链路以串联方式连接到第一远程单元；所述第一远程单元通过下一条链路以串联方式连接到下一个远程单元，并依此类推，所述第N个远程单元以串联方式通过第N+1条链路连接到所述主单元；通过对应于所述第二光纤通路的所述N+1条链路将来自所述第一远程单元的上行信息发送到所述主单元。
6.如权利要求5所述的主-远程无线电基站，其特征在于：所述串联配置包括另一根光纤，它具有用于在所述主单元和所述远程单元之间传送信息但是在与所述一个回路方向相反的方向上的第三和第四光纤通路对；所述第三光纤通路从所述主单元向所述远程单元传送信息，所述第四光纤通路从所述远程无线电单元向所述主单元传送信息；所述第三和第四光纤通路中的每条通路包含一条或多条链路。
7.如权利要求4所述的主-远程无线电基站，其特征在于：所述串联配置包括通过第一下行和上行光纤对连接到第一远程单元的所述主单元，通过第二下行和上行光纤对连接到第二远程单元的所述第一远程单元，并依此类推到第N远程单元。
8.如权利要求1所述的主-远程无线电基站，其特征在于：所述N个远程单元对应于所述基站的N个扇区。
9.如权利要求1所述的主-远程无线电基站，其特征在于：所述主单元配置为将N个数据字组合成帧，并在所述第一光纤通路上发送所述帧，其中所述一个数据字对应于所述N个远程单元中的一个。
10.如权利要求9所述的主-远程无线电基站，其特征在于：所述主单元配置为以N倍于每个主单元向远程单元发送数据的期望数据率的速率在所述第一光纤通路上发送数据。
11.如权利要求10所述的主-远程无线电基站，其特征在于：所述主单元对应于每个远程无线电单元包括定时补偿器(46，50)，用于通过使在所述第一光纤通路上发送数据字的时间超前来补偿与所述远程无线电单元相关联的时延。
12.如权利要求11所述的主-远程无线电基站，其特征在于：所述主单元包括定时补偿控制器(52)，此补偿控制器配置为：接收与所述N个远程单元中每个远程单元相关联的时延；选择最大时延；以及控制每个远程无线电单元的定时补偿器以补偿所述最大时延。
13.如权利要求12所述的主-远程无线电基站，其特征在于：所述主单元包括数据表(62)，用于存储为各所述远程单元确定的时延。
14.如权利要求13所述的主-远程无线电基站，其特征在于：每个RRU的时延是手动测量的。
15.如权利要求12所述的主-远程无线电基站，其特征在于：所述主单元包括计数器(63)，用于确定各所述远程单元的时延。
16.如权利要求11所述的主-远程无线电基站，其特征在于：对应于每个远程无线电单元，所述主单元包括发送缓冲器(46)和接收缓冲器(48)；所述定时补偿控制器(52)配置为设置所述数据字在所述第一光纤通路上传送之前所述数据字存储在所述发送缓冲器46中的发送时间，以及设置来自所述远程无线电单元的响应数据字存储在所述接收缓冲器(48)中的接收时间。
17.如权利要求11所述的主-远程无线电基站，其特征在于：所述定时补偿控制器(52)配置为，通过控制所述发送和接收缓冲器(46，48)的缓冲器深度来设置发送时间和接收时间。
18.如权利要求1所述的主-远程无线电基站，其特征在于：所述主单元包括：
串行化器(54)，用于将每个远程单元的数字并行字组合成帧，生成成帧的数据字的串行信号，其中所述每个数据字包括数字数据、数字同步信号以及数字控制信号；
电光转换器(56)，用于将所述串行信号转换成通过第一光纤通路传送的对应光信号；
光电转换器(58)，用于将通过所述第二光纤通路接收到的光信号转换成成帧的数据字的串行数字流；
去串行化器(60)，用于将来自所述光电转换器的所述串行数字流转换成并行数据字，每个数据字对应于所述远程单元之一，并含有数字数据信号、数字同步信号以及数字控制信号。
19.如权利要求1所述的主-远程无线电基站，其特征在于：至一个或多个所述远程单元的距离大约远至10千米或以上。
20.如权利要求1所述的主-远程无线电基站，其特征在于：所述主单元和远程单元通过环状配置的所述光纤对耦合在一起。
21.如权利要求1所述的主-远程无线电基站，其特征在于还包括：接近地耦合到所述主单元(100)或集成为所述主单元(100)一部分的一个或多个近程无线电单元(102)，
其中所述主单元(100)、近程单元(102)和远程单元(16)经过配置，以便所述主单元到所述近程单元和远程单元的相同信息基本上同时在所述近程单元和远程单元上被接收，以及所述主单元基本上同时从每个远程单元接收到相同信息。
22.一种利用光纤以串联配置耦合多个远程无线电单元(16a-16c)与主单元(12)，在主-远程无线电基站系统(10)中传送信息的方法，其特征在于：
为每个远程无线电单元确定对应的时延；以及
对应于每个远程无线电单元，所述主单元在相对于时间基准超前的时间通过以串联方式将所述主单元耦合到所述远程无线电单元的下行光纤发送数据信号，以使每个所述远程无线电单元上基本上同时接收到所述数据信号，而不管与每个远程无线电单元相关联的时延不同，以及使每个所述远程无线电单元发送的对所述数字数据信号的响应基本上同时通过上行光纤在所述主单元上被接收到，而不管与每个远程无线电单元相关联的时延不同。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于：对应于N个远程单元，所述主单元以N倍于每个远程单元从所述主单元接收数据的期望数据率的速率发送所述数据信号。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于：以手动或自动方式确定与每个远程无线电单元相关联的时延。
25.如权利要求22所述的方法，其特征在于还包括：
从与每个远程单元相关联的所述时延中选择最大时延；以及
使通过所述下行光纤发送所述数据信号的时间超前，以补偿所述最大时延。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于还对应于每个远程无线电单元包括：
在所述下行光纤上发送所述数据信号之前将其缓存在发送缓冲器中；以及
将来自所述远程数字接口单元的响应数据信号缓存在接收缓冲器长达接收时间。
27.如权利要求22所述的方法，其特征在于还包括：
对应于每个所述远程单元，生成成帧的数据字的串行信号，每个数据字包括数字数据、数字同步信号以及数字控制信号；
将所述串行信号转换成通过所述下行光纤传送的对应光信号；
将通过所述上行光纤接收到的光信号转换成帧的串行数字流；以及
将来自所述光电转换器的所述串行数字流解复用成成帧的数据字，每个数据字包括数字数据信号、数字同步信号以及数字控制信号。
28.混合型无线电基站(图9)，其特征在于：
主基站单元(100)包括：
基带处理电路(24，26)26)，.以及
多个近程无线电单元(102)；以及
多个远程无线电单元(16)；
第一光纤通路和第二光纤通路，用于以串联配置耦合所述远程无线电单元和所述主单元；以及
多个数字接口单元(28’，28)，对应于每个近程无线电单元(102)和远程无线电单元(16)设置一个，这些接口单元耦合到所述基带处理电路；
其中每个远程无线电单元的数字接口(28)包括定时补偿器，用于补偿与所述远程无线电单元相关联的时延，以便所述近程无线电单元之一接收到的信号和所述远程无线电单元之一接收到的相同信号可以同步，以便在所述基带处理电路中进行处理。
29.如权利要求28所述的混合型无线电基站，其特征在于：所述主单元配置为将N个数据字组合成帧，并在所述第一光纤通路上发送所述帧，其中一个码字对应于所述N个远程单元中每个远程单元。
30.如权利要求29所述的混合型无线电基站，其特征在于：所述主单元配置为以N倍于主单元向远程单元传送数据的期望数据率的速率在所述第一光纤通路上发送数据。
31.如权利要求30所述的混合型无线电基站，其特征在于：所述主数字接口单元对应于每个远程无线电单元包括定时补偿器(46，50)，用于通过使在所述第一光纤通路上发送数据字的时间超前来补偿与所述远程无线电单元相关联的时延。
32.如权利要求31所述的混合型无线电基站，其特征在于：所述主单元包括数据表(62)，用于存储为各所述远程单元确定的时延。
33.如权利要求31所述的混合型无线电基站，其特征在于：所述主单元包括计数器(63)，用于确定各所述远程单元的时延。
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