CN1954625A - 集中式基站中连接远端射频单位的结构及其方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种集中式基站系统中互连信道处理主单元与多个射频单元的结构，包括集线装置，其通过第一链路分别与所述多个射频单元中的部分或全部相连，并且通过第二链路与所述信道处理主单元相连，其中所述集线装置包括用于连接所述第一和第二链路的复用/解复用装置。

Description

集中式基站中连接远端

射频单元的结构及其方法 技术领域

本发明涉及移动通信系统中的集中式基站， 特别涉及一种在采 用射频单元拉远的集中式基站系统中连接远程射频单元的结构及其 方法。 技术背景

在移动通信系统中， 基站（BTS )完成无线信号的发射、 接收 和处理， 传统的 BTS主要由基带处理子系统、 射频（RF )子系统和 天线组成， 一个 BTS可以通过多个天线覆盖不同的蜂窝 （小区）， 如图 la 所示； 而各个 BTS 则通过一定的接口分别与基站控制器

( BSC ) 或无线网络控制器 （RNC )相连， 由此构成无线接入网

( RAN ), 如图 lb所示。

图 2给出了另一种分布式的基站， 即采用射频单元拉远的集中 式基站的系统结构。 与传统基站相比， 这种采用射频单元拉远的集 中式基站具有许多优点： 允许采用多个微小区替代一个基于传统基 站的宏小区， 从而能更好地适应不同的无线环境， 提高系统的容量 和覆盖等无线性能； 集中式的结构使得软切换可以用更软切换来完 成， 从而获得额外的处理增益； 集中式的结构还使得昂贵的基带信 号处理资源成为多个小区共用的资源池，从而获得统计复用的好处， 并有效减低系统成本。 PCT专利" WO9005432,通信系统"； 美国专 利 "US5657374, 具有集中式基站和分布式天线单元的蜂窝系统"， "US6324391,具有集中控制和信号处理的蜂窝系统"； 中国专利申请 "CN1471331， 移动通信的基站系统"； 及美国专利申请 "US20030171118, 蜂窝无线传输设备和蜂窝无线传输方法"等均披 露了这一技术的有关实现细节。

如图 2所示， 采用射频单元拉远的集中式基站系统 (BTS)IO主 要由集中配置的中央信道处理主单元 （MU ) 15 与远程射频单元 ( RRU ) 14组成， 它们之间通过宽带传输链路或网络 16相连， 而 BSC/RNC接口单元 11则负责完成 BTS 10与 BSC RNC接口（未示 出）的用户面及控制面信令处理。 Μϋ 15主要由信道处理资源池 12 和信号路由分配单元 13等功能单元组成，其中，信道处理资源池 12 由多个信道处理单元 1-N堆叠而成， 完成基带信号处理等工作， 信 号路由分配单元 13则根据对应于远程射频单元 14的各小区业务量 ( Traffic ) 的不同， 动态分配信道处理资源， 实现多小区处理资源 的有效共享。 信号路由分配单元 13除了如图 2所示在 MU 15内部 实现外， 也可以作为单独的设备在 MU 15外部实现。 远程射频单元 主要由发射通道的射频功率放大器、 接收通道的低噪声放大器、 双 工器以及天线等功能单元构成。 中央信道处理主单元与远程天线单 元的链路典型的可以采用光纤、 铜缆、 微波等传输介质； 信号传输 方式可以是经采样后的数字信号， 或者是经调制的模拟信号； 信号 可以采用基带信号， 中频信号或者射频信号。

集中式基站系统的一个关键技术是 R U与 MU之间的无线信 号传输问题， 在现有技术中， 典型采用的是通过光纤、 铜蜿、 微波 等传输介质基于模拟中频或模拟射频信号传输的方案。 尽管采用模 拟信号传输实现较为容易， 但是， 模拟线路必然会混入噪声等干扰 分量， 传输中的信号调制也会引入非线性失真， 铜缆、 微波等传输 介质因传输损耗较大也限制了有效的传输距离。 另外， 模拟传输使 得传输线路利用率低下， 也不便于大容量多路复用技术的实施。 因 此， 模拟传输方案难以用于大 莫组网。

为此， 中国专利申请 "CN1464666, —种基于光纤拉远的软基 站系统及其同步方法"、 "CN1471331, 移动通信的基站系统，，等提出 了采用数字信号传输的实施方案， 另外一个名为 CPRI ( Common public Radio Interface )的合作组织也在从事 RRU与 MU之间数字 基带传输的标准化工作 ， 其技术规范可以从 网 址 http：〃 www.cDri.info/spec.html下载。 但是， 这些技术均采用专用的 接口规范， 难以利用现有电信传输网中已有的成熟宽带传输资源， 从而增加了网络建设成本。 另外， 现有的 RRU与 MU之间数字传 输技术也存在组网不灵活， 维护管理复杂等问题。

针对上述问题， 在同一申请人分别于 2004年 4月 9 日和 年一月—日向中国专利局提交的，题为"基于射频拉远的无线基站的 信号传输方法和系统 "(代理机构卷号 IEE040020PCT),以及"射频拉 远无线基站中多天线信号传输方法和系统，，（代理机构卷号 IEE040024PCT)的专利申请中， 提出了一种与现有电信传输网技术 兼容的， 能够直接利用现有 SDH/OTN传输网的 RRU与 MU之间 数字无线信号传输技术， 由于直接采用 STM-N/OTM-n标准接口， 从而无需专用的传输网络即可实现 RRU与 MU之间数字无线信号 传输。

另一方面，在图 2所示的在射频单元拉远的集中式基站系统 10 中， MU 15与 RRU 14通过宽带传输链路直接相连。 如果因实施大 容量多路复用技术较为困难而采用模拟信号传输方案， 其组网方案 仍然是较为可行的。 但当采用数字传输方案时， 这样的网络结构在 实际组网时就显得不够灵活。 例如， 当某个地理上相对集中的区域 有多个小区时 (一个典型的情况是高层建筑、机场、 购物中心等)， 若 MU容量较大且距离该区域较远， 由于主要传输路径相同， 因此直 接将该区域内各小区的对应 RRU连接到 MU,将造成传输线路资源 的 费。 本发明正是针对上述问题提出了一种有效的远程射频单元 的集线装置及其方法。 发明内容

本发明的一个目的是提供一种互连结构， 以克服现有技术的上 述缺陷。

根据本发明的一个方面，提供了一种集中式基站系统中互连信 道处理主单元与多个射频单元的结构， 包括集线装置， 其通过第一 链路分别与所述多个射频单元中的部分或全部相连， 并且通过第二 链路与所述信道处理主单元相连， 其中所述集线装置包括用于连接 所述第一和第二链路的复用 /解复用装置。

在一个实施例中， 所述第一链路上的通信包括与集线装置所连 接的射频单元相关的无线信号和管理控制类信令。

在另一个实施例中， 所述第一链路上的通信是数字形式的。 在另一个实施例中， 每个所述第二链路上的通信包括与该第二 链路所连接的射频单元相应的无线信号和涉及该射频单元的管理控 制信号。

在另一个实施例中， 每个所述笫二链路上的通信是模拟形式 的。

在另一个实施例中， 所迷管理控制信号是通过专线传输的。 在另一个实施例中， 所述集线装置还包括定时获取装置， 用于 在集线装置内提供统一的定时和频率参考。

在另一个实施例中， 所述定时是从所述第一链路下行数字无线 信号数据流中恢复得到的；

在另一个实施例中， 所述定时是从 GPS系统获得的。

在另一个实施例中， 所述集线装置还包括控制装置， 用于控制 所述复用 /解复用装置的操作。

在另一个实施例中， 所述控制装置还用于相连的射频单元的监 控和管理。

根据本发明的另一个方面， 提供了一种集中式基站系统中信道 处理主单元与多个射频单元之间的通信方法， 所述集中式基站系统 还包括集线装置， 其通过第一链路分别与所述多个射频单元中的部 分或全部相连， 并且通过第二链路与所述信道处理主单元相连， 所 述方法包括：

在下行方向， 由集线装置接收从信道处理主单元发送的下行信 号流； 由集线装置将接收的下行信号流解复用为分别针对相应的射 频单元的下行子信号流； 以及将各个下行子信号流转发至相应的射 频单元，

在上行方向， 由集线装置接收各个射频单元发送的上行子信号 流； 由集线装置将接收的上行子信号流复用为上行信号流； 以及向 信道处理主单元发送所述上行信号流。 附图说明

下面结合附图来说明本发明的实施例， 其中：

图 la是传统 BTS结构的示意图；

图 lb是无线接入网结构的示意图；

图 2 的框图示出了采用射频单元拉远的集中式基站系统的结 构；

图 3的根据本发明的一个实施例示出了分布式多小区远端射频 单元及组网结构；

图 4是集线单元的主要结构的框图；

图 5是射频前端模块的主要结构的框图。 具体实施方式

根据本发明， 在采用射频单元拉远的集中式基站系统中， 当采 用支持数字多路复用技术的 Μϋ与 RRU之间的数字传输方案时， 一种分布式多小区远端射频单元及组网结构如图 3所示， 其中 Μϋ 15与集线单元 21之间的链路为宽带数字传输链路，每个小区对应的 天线直接与相应的射频前端模块 22相连， 各射频前端模块 22与集 线单元 21通过传输模拟射频信号的电缆相连。 射频前端模块 22主 要完成射频信号的发送和接收。 集线单元 21则负责完成与 Μϋ 15 之间的宽带数字传输接口的处理， 其典型地包括多个小区的数字无 线信号及相应管理控制类信令的数据流的复用和解复用， 以及无线 信号时钟的恢复、 ADC/DAC (模数转换 /数模转换）、 频率变换、 对 各射频前端模块的集中管理与控制等功能。

实际上，采用本发明提出的集线单元首先有效利用了与 MU之 间的传输线路资源， 同时， 由于该结构使得能够用公共单元集中执 行本来分别由各远程射频单元完成的与 Μϋ的宽带数字传输接口、 无线信号时钟恢复、 ADC/DAC,射频前端模块的集中管理与控制等 功能， 因此有效降低了射频前端模块的复杂度， 从而在总体成本上 与相同糾莫的多个 RRU相比具有明显的优势。因此采用本发明提出 的技术， 可以很好地与支持数字多路复用技术的 Μϋ与 RRU之间 的数字传输技术相结合， 有效降低系统成本和组网复杂度。

1. 集线单元与射频前端模块的结构

图 4所示为集线单元 21的主要结构框图。 集线单元 21包括下 行数字接口 31， 下行变换单元 32， 时钟恢复单元 33, 频率合成单元 34， 上行数字接口 35和上行变换单元 36。 下行数字接口 31包括数 字宽带接口 37和多路解复用单元 38。 下行变换单元 32包括若干下 行变换路径，每个路径对应于一个射频前端模块， 并且包括 DAC单 元 39和上变频单元 40。上行数字接口 35包括数字宽带接口 41和复 用单元 42。上行变换单元 36包括若干上行变换路径，每个路径对应 于一个射频前端模块， 并且包括 ADC单元 43和下变频单元 44。

在下行方向 （由 MU至集线单元）， 首先由下行数字接口的数 字宽带接口 37和多路解复用单元 38完成与 MU之间的宽带数字传 输接口的处理， 恢复出各小区的下行数字无线信号及相应管理控制 类信令数据流。然后下行数字无线信号经过下行变换单元 32中相应 路径的 DAC单元 39转换为模拟信号，最后经过上变频单元 40变换 为射频信号并通过射频电缆传输至各个射频前端模块。 在上行方向 (由集线单元至 Μϋ )，来自射频前端模块的上行射频信号首先经上 行变换单元 36中相应路径的下变频单元 44变换为零中频（基带） 或低中频信号， 再经 ADC单元 43转换为数字信号， 最后与这里未 示出的控制单元 (后面描述)产生的相应管理控制类信令数据流一起 经上行数字接口 35的多路复用单元 42和数字宽带接口 41传输至远 端的 MU。 根据所采用的数字宽带接口技术的不同， 下行数字接口 31中的数字宽带接口 37与多路解复用单元 38， 以及上行数字接口 35中的数字宽带接口 41与多路复用单元 42可以是一个集合的功能 单元， 也可以分别是两个独立的功能单元。

同时， 时钟恢复单元 33根据下衧数字接口 31提供的时钟信息 恢复出数字无线信号的数据流时钟， 该时钟一方面被上行数字接口 35中的数字宽带接口 41和复用单元 42用作上行传输时钟， 同时也 为频率合成单元 34提供高精度的参考频率。 频率合成单元 34负责 产生 DAC/ADC与上 /下变频单元所需的各种频率信号。 当 Μϋ和 RRU采用全局公共时钟， 典型地如采用 GPS (全球定位系统） 时， 则不需要时钟恢复单元 33, 系统定时参考和频率参考均可由本领域 已知的部件从 GPS获得。 应当注意， 所述时钟恢复单元和频率合成 单元的功能可以通过分立的装置实现， 也可以通过集成的装置来实 现。

另外， 除了图 4的功能框图所示的模块之外， 集线单元还包括 一个控制单元。该控制单元典型地是一个以微处理器为核心的单元， 主要完成与 MU之间的接口的管理控制类信令的处理， 其中所述管 理控制类信令包括 RRU与 MU之间链路的建立、 修改、 维护、 容 错、速率协商、数据格式和工作模式协商等控制信令， 以及 RRU的 操作维护消息等。 同时， 该控制单元还负责对整个集线单元， 以及 各射频前端模块的控制和管理。

图 5所示为射频前端模块 22的主要结构框图， 可以看到， 射 频前端模块 22主要由下行方向的射频功率放大器 51、上行方向的低 噪声放大器 52、 双工器 53、 以及天线 54等功能单元组成， 其中双 工器 53用于 FDD (频分双工） 系统， 对 TDD (时分双工） 系统则 不需要双工器 53。

集线单元与各射频前端模块通过射频电缆相连。 由于射频前端 模块主要完成信号上 /下行射频信号的前端放大， 因此不需要高稳定 度的频率参考信号。 但是， 由于各集线单元对相应射频前端单元的 控制和管理由集线单元中的控制单元负责完成， 因此集线单元与相 应射频前端模块之间需要传输有关控制和管理的信号， 包括由集线 单元发送到射频前端模块的控制信息， 以及由射频前端模块发送到 集线单元的报警、 监测结果等数据。 为此， 根据本发明， 可以采用 两种方法传输上述集线单元与各射频前端模块之间的控制管理信 号： 一是采用 FSK (频移键控）等技术将控制管理信号调制到一定 的频率以便和无线射频信号混合后传输； 另一个方法是采用专用的 控制线路， 典型地如采用基于 RS-232、 RS-488> RS-485等接口的 双绞线、 电流环等直接传输， 这时该专用的控制线路与射频电缆同 时布线。

2. 集线单元中功能单元的多路共用

如前所迷， 本发明提出的分布式多小区远端射频单元在总体成 本上与相同规模的多个 RRU相比具有明显的优势，其原因在于该结 构使得与 Μϋ的宽带数字传输接口、无线信号时钟恢复、 ADC/DA ( 、 射频前端模块的集中管理与控制等功能单元的共用成为可能。

根据上述集线单元的结构， 与 Μϋ的宽带数字传输接口、无线 信号时钟恢复、频率合成单元以及控制单元等均实现了多小区共用， 从而有利于系统成本的降低。 除此之外, 一个可能实现多小区共用 或集成的功能单元是 ADC DAC单元。 由于集成度的提高， 以及相 同功能单元在同一块集成电路中实现时一致性较好等因素， 可以将 多路并行的 ADC或 DAC单元集成在一块集成电路上， 因此有利于 减小外围电路的复杂性并有效降低系统成本。

另一个可能实现多小区共用或集成的情况是在上下变频单元 采用数字中频技术。关于数字中频技术的详细介绍可以参考"软件无 线电原理与应用， 杨小牛， 楼才义， 徐建良编著， 电子工业出版社， 2001年 2月"。 当采用数字中频技术时，数字上变频与数字下变频等 功能均采用数字电路实现， 由于数字电路很容易实现大规模集成， 因此可以同一块集成电路上实现多通道信号的处理， 从而有利于减 小外围电路的复杂性并有效降低系统成本。

3. 与 MU间接口的数字多路复用传输方案

如前所述， 本发明需要 Μϋ与 RRU之间的数字传输方案支持 数字多路复用， 作为一个优选实例， 可以将本申请人分别在 2004年 4月 9日和 年 月—日向中国专利局提交的题为"基于射频拉远 的无线基站的信号传输方法和系 统 "（代理机构卷号 IEE040020PCT),以及题为"射频拉远无线基站中多天线信号传输方 法和系统，，(代理机构卷号 IEE0400²⁴PCT)的专利申请中所提出的技 术应用于本发明提出的分布式多小区远端射频单元中的集线单元与 MU之间的多路复用数字传输的实现。

Claims (18)

1. 

   1. 一种集中式基站系统中互连信道处理主单元与多个射频单元 的结构， 包括集线装置， 其通过第一链路分别与所述多个射频单元 中的部分或全部相连， 并且通过第二链路与所述信道处理主单元相 连，

   其中所述集线装置包括用于连接所述第一和第二链路的复用 I 解复用装置。
2. 2. 如权利要求 1所述的结构， 其中所述第一链路上的通信包括 与集线装置所连接的射频单元相关的无线信号和管理控制类信令。
3. 3. 根据权利要求 2所述的结构， 其中所述第一链路上的通信是 数字形式的。
4. 4. 如权利要求 1所述的结构， 其中每个所述第二链路上的通信 包括与该第二链路所连接的射频单元相应的无线信号和涉及该射频 单元的管理控制信号。
5. 5. 根据权利要求 4所述的结构， 其中每个所述第二链路上的通 信是模拟形式的。
6. 6. 根据权利要求 4所述的结构， 其中所述管理控制信号是通过 专线传输的。
7. 7. 如权利要求 1所述的结构， 其中所述集线装置还包括：

   定时获取装置， 用于在集线装置内提供统一的定时和频率参 考。
8. 8. 如权利要求 7所述的结构， 其中所述定时是从所述第一链路 下行数字无线信号数据流中恢复得到的。
9. 9. 如权利要求 7所述的结构， 其中所述定时是从 GPS系统获 得的。
10. 10. 如权利要求 1所述的结构， 其中所述集线装置还包括： 控制装置， 用于控制所述复用 /解复用装置的操作。
11. 11. 如权利要求 10所述的结构， 其中所述控制装置还用于相连 的射频单元的监控和管理。
12. 12. 一种集中式基站系统中信道处理主单元与多个射频单元之 间的通信方法， 所述集中式基站系统还包括集线装置， 其通过第一 链路分别与所述多个射频单元中的部分或全部相连， 并且通过第二 链路与所述信道处理主单元相连， 所述方法包括：

    在下行方向，

    由集线装置接收从信道处理主单元发送的下行信号流； 由集线装置将接收的下行信号流解复用为分别针对相应的射 频单元的下行子信号流； 以及

    将各个下行子信号流转发至相应的射频单元，

    在上行方向，

    由集线装置接收各个射频单元发送的上行子信号流；

    由集线装置将接收的上行子信号流复用为上亍信号流； 以及 向信道处理主单元发送所述上行信号流。
13. 13. 如权利要求 12所述的方法， 其中所述上行和下行信号流包 括与集线装置所连接的射频单元相关的无线信号和管理控制类信 令。
14. 14. 根据权利要求 13所述的方法， 其中所述上行和下行信号流 是数字形式的。
15. 15. 如权利要求 12所述的方法， 其中所述上行和下行子信号流 包括相应射频单元的无线信号和涉及该射频单元的管理控制信号。
16. 16. 根据权利要求 15所述的方法， 其中所述上行和下行子信号 流是模拟形式的。
17. 17. 根据权利要求 15所述的方法， 其中所述管理控制信号是通 过专线传输的。
18. 18. 如权利要求 12所述的方法， 其中还包括对与集线装置相连 的射频单元进行监控和管理。