CN1988724B

CN1988724B - 一种支持多用户和多体制的无线接入方法和系统

Info

Publication number: CN1988724B
Application number: CN200610114784A
Authority: CN
Inventors: 余建国
Original assignee: Beijing Northern Fiberhome Technologies Co Ltd
Current assignee: CICT Mobile Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2006-11-23
Filing date: 2006-11-23
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-11-23
Also published as: CN1988724A

Abstract

本发明提出从基带拉出的数字信号在无源光网络中进行信号的复用和解复用，用分插复用的方式完成多用户、多体制重载的思想。提出用软件无线电技术实现多体制拉远模块的复用，实现了设备和站址成本的降低。提供了一种支持多用户和多体制的无线接入方法和系统，其中该系统包括：第一分插复用器，光线路终端，光网络单元，第二分插复用器，各体制的拉远基站。

Description

一种支持多用户和多体制的无线接入方法和系统

技术领域

本发明涉及一种支持多用户和多体制的无线接入技术，尤其涉及一种支持多用户和多体制的无线接入方法和系统。

背景技术

无线技术发展到今天遇到了许多发展中的问题：无线技术的应用越来越广泛，但是无线电的频率资源是不可再生的，可供使用的频率资源越来越少；随着电磁波频率的提高，单个基站的有效覆盖范围越来越小，要完成整个区域的覆盖就必须增加基站数量。由此而来，基站覆盖的设备成本，安装，维护和站址租赁的成本也相应增加。从经济角度考虑要求基站的数量必须减少。无线通信非常方便，但是带宽有限，可能存在电磁污染，对人体有害，光纤通信可以支持足够宽的带宽，没有电磁污染和电磁干扰，但是接入不灵活。本发明是提出一种将无线通信与光纤通信技术相结合的基带拉远(BOF)技术，充分利用光纤通信和无线通信的优点，克服它们的缺点。基于基带拉远的技术适合于支持多用户和多体制重载，将微波信号直接在光纤中传输可以进一步节省拉远基站的成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种支持多用户和多体制的无线接入方法和系统。本发明提供的一种支持多用户和多体制的无线接入系统，其包括：第一分插复用器，用于在下行时对输入的信号进行复用以输出基带数字信号到光线路终端，以及在上行时对来自光线路终端的信号进行解复用为多体制的多用户信号进入各种类型的基站设备；

光线路终端，用于在下行时对基带数字信号进行功率分配成各路广播信号以通过光纤输入到光网络单元，以及在上行时在其耦合器中实现光的时分复用并根据各用户方向上来的信号，进行调整成帧，形成多用户的多体制光信号以输入到第一分插复用器；

光网络单元，用于在下行时根据用户的地址在广播信号中提取与用户相关的多体制信号以输入到第二分插复用器，以及在上行时根据光网络单元与光线路终端的距离计算延时，在规定的允许时隙，向光线路终端发射光信号；

第二分插复用器，用于在下行时对光网络单元的输出解复用为单体制信号，以及在上行时将来自对应多个体制的基带拉远单元的信号复用为单用户多体制信号；

各体制的拉远基站，每个体制对应于一个基带拉远单元，用于在下行时完成光电变换，由基带变成帧频，由帧频变成射频发送给用户终端；以及在上行时将来自终端的射频信号在对应的拉远模块中变成帧频，然后变成基带信号输出到第二分插复用器。

本发明还提供了一种支持多用户和多体制的无线接入方法，其包括：上行时，将来自对应多个体制的基带拉远单元的信号复用为多体制信号，根据光网络单元与光线路终端的距离计算延时，在规定的允许时隙，向光线路终端发射光信号，在光线路终端的耦合器中实现光的时分复用并根据各用户方向上来的信号，进行调整成帧，形成多用户的多体制光信号以输入到第一分插复用器，第一分插复用器对来自光线路终端的信号进行解复用为多体制的多用户信号进入各种类型的基站设备；在下行时，第一分插复用器对输入的信号进行复用以输出基带数字信号到光线路终端，光线路终端对基带数字信号进行功率分配成各路广播信号以通过光纤输入到光网络单元，光网络单元根据用户的地址在广播信号中提取与用户相关的多体制信号以输入到第二分插复用器，第二分插复用器对光网络单元的输出解复用为单体制信号；每个体制对应于一个基带拉远单元，在下行时，各体制的拉远基站中的基带拉远单元完成光电变换，由基带变成帧频，由帧频变成射频发送给用户终端；以及在上行时将来自终端的射频信号在对应的拉远模块中变成帧频，然后变成基带信号输出到第二分插复用器.

本发明提出从基带拉出的数字信号在无源光网络中进行信号的复用和解复用，用分插复用的方式完成多用户、多体制重载。提出用软件无线电技术实现多体制拉远模块的复用，实现了设备和站址成本的降低。提出用特种光纤直接传输微波信号，进一步实现了降低设备成本，减少污染。

附图说明

图1(a)是自由空间损耗与距离的曲线图；

图1(b)是信号速率与终端数量的曲线图；

图2是根据本发明实施例的用基带拉远技术实现多体制、多用户无线重载的框图；

图3是根据本发明实施例的支持多用户无线接入的光网络重载的原理图；

图4是根据本发明实施例在用户端实现多体制的原理图；

图5(a)是根据本发明实施例的拉远基站的框图；

图5(b)是根据本发明实施例的用光纤直接传输射频无线信号的原理图。

具体实施方式

通过分布式光纤网络，延长无线信号的传播距离，减少衰减，提高用户速率。理论根据如下：

无线信号在自由空间传播的损耗符合下列规律：

Ls＝Lbs-Gt-Gr

其中Ls为总体损耗值，Lbs为自由空间损耗，Gt和Gr为发射和接收天线增益。根据经验公式有：Lbs＝32.45+201gf+201gd，其中f为频率，单位为MHZ，d为距离，单位为KM。

也即，如果f为固定值，则Lbs∝dⁿ，n＝2，

在实际环境中，Lbs∝dⁿ，n其实要远远的大于2，通过大量的实验，有一条近似的规律：d＜15KM，n＝3～4；d＞15KM，n＝5～6。

通过以上分析可知，信号强度随传播距离按指数规律衰减。信号的传输速率与信噪比的关系如下表1，表2所示：

表1：3GPP2.5.141对静态环境的性能指标表

表2：3GPP2.5.141对移动环境case1的性能指标

从上表1，2可知，信噪比提高0.1dB，信号带宽增加近三倍。因为传播距离越小，衰减越小，信噪比越大，所以通过缩短无线信号的转播距离可以显著提高用户速率。我们可以增加拉远基站的数量，按如下图所示的方式缩短无线信号的传播距离。在反向链路方向，对于一般的CDMA系统，我们有下列方程：

R = \frac{1}{\frac{E_{b}}{I_{t}} (m - 1) N_{0} V_{f} (1 + f)}

R：是信号速率，E_b：是比特能量，I_t：是总的干扰和噪声，m：是正在发射信号的终端数量，N₀：是功率谱密度。V_f：是话音激活因子，f：是扇区间的干扰因子。方程对应的曲线如图1所示：从上式可以看出：通过缩小天线的覆盖范围，可减低终端对信号强度的要求，同时由于覆盖范围缩小，覆盖区的终端数量相应缩小，信号带宽将增加。提高信号带宽，频率资源获得重复使用。由于光纤传输技术的使用，可以减少无线信号的传输距离，开发3.5GHz以上的高频率的无线电频率资源。

通过光纤通信与无线通信技术的结合，使用基带拉远技术可以实现多体制与多用户的无线重载。无线通信的灵活性和光纤通信的抗干扰，无电磁污染的性能可以充分发挥。图2是用基带拉远技术实现多体制、多用户无线重载的总体框图。对于下行链路方向：来自各种移动基站的无线基带信号如：WIMAX，WCDMA，GSM和PHS等通过分插复用器后，经光线路终端的光电转换后变换成能在光网络中传输的光信号。光信号达到用户端后通过光网络单元和分插复用器恢复成电信号，进入多体制的基带拉远单元RRU。多体制的RRU完成与WIMAX，WCDMA，GSM和PHS等多种无线终端的通信。对于上行链路方向：来自多体制WIMAX，WCDMA，GSM和PHS等的无线终端的信号被多体制的RRU接收后，变换成基带的数字式的多体制光信号。多体制基带光信号经光网络传输后进入分插复用设备解复用后变成多路独立的基带I，Q数字信号分别进入WIMAX，WCDMA，GSM和PHS等的中心基站。中心基站借助光网络可以覆盖很大的区域，可以完成比较复杂的功能并实现基站控制器(RNC)的一部分功能。

当然光网络有许多优点，也有缺点，缺点是接入成本较高，建设和施工比较复杂.如果一个光纤链路仅仅支持一个用户，则用户的成本太高，在实际中推广应用中比较困难.为了解决这个问题，图3详细说明了支持多用户无线接入的光网络重载的实现原理.在下行的正向链路方向：来自多体制分插复用器的基带数字信号达到光线路终端后，根据实际需要多体制基带光信号经无源光网络的功率分配器，功率分配在光线路终端OLT中完成，进行功率分配成4路，8路或16路等广播信号，光网络单元(ONU)根据用户的地址在广播信号中提取与用户相关的多体制信号.来自ONU的单用户的多体制信号进入分插复用器ADM分解成多路单体制信号.在上行的反向链路方向：来自ADM的多体制单用户信息在ONU中根据ONU与OLT的距离计算延时，在规定的允许时隙，向OLT发射光信号，根据ONU与OLT之间的距离计算延时的情况下在规定的时隙发送光信号，在OLT的耦合器中实现光的时分复用.OLT根据各用户方向上来的信号，进行调整成帧，形成多用户的多体制光信号，进入ADM的解复用器中，分解成多体制的多用户信号进入各种类型的基站设备.

图4是在用户端实现多体制的原理图。在下行的正向链路方向，来自ONU的多体制信号在ADM中解复用，分解成各种体制的WIMAX，WCDMA，GSM和PHS基带光信号，分别进入RRU1，RRU2...RRUn。各体制的拉远基站可以用软件无线电技术集成在一起，每一个体制对应一个基带拉远单元。在基带拉远单元中完成光电变换，由基带变成帧频，由帧频变成射频发送给用户终端。在上行的反向链路方向，来自终端的射频信号在对应的拉远模块中变成帧频，然后变成基带信号。各体制的基带信号在ADM中完成多体制复用后输出。一个拉远基站可以同时接入多个用户终端。

从以上分析可知，相对于射频拉远，基带拉远更加适合完成多体制，多用户信号的复用和解复用。相对于波分复用WDM技术，用时分复用的方式，用一个波长将各用户连接起来可以减少中心基站的光收发模块的数量，减少波分复用器，光纤和线路成本，但是ONU和OLT必须完成时分信号的复用和解复用。

为了降低设备的复杂性可以将正反向链路使用不同的波长，采用WDM技术。图5是正反两个方向采用不同波长的实现原理图。来自ADM的下行光波信号进入RRU的输入端；在上行方向，来自RRU的另一个波长的光信号在ADM中完成各体制RRU信号的复用。

RRU由两部分组成：包括RRU的主模块和射频前端(RFE)，RRU的主模块由电源，收发信机，定时器和控制器组成。RFE完成功率放大，低噪声放大，实现双工和告警功能。

由于拉远基站的大量使用，中心基站的数量减少，网络覆盖的基站成本，建设，维护租赁的成本降低，但是在另一方面，RRU的功能增强，数量增加，引起设备成本增加。为了进一步降低RRU的成本将可以采取如下两个方面的措施：如图.5(a)所示，多体制的RRU通过使用软件无线电技术集成为一个多天线的多体制RRU以降低成本。同时中心基站完成较多的网络控制和管理的功能以减轻多体制RRU的复杂程度。另一方面的措施是如图5(b)所示：将RRU的光电转换功能，基带，帧频，射频转换全部去掉，直接用光纤传输微波信号。由天线放大，接收和发射。

有两点需要说明：1、目前使用的普通光纤直接传送微波信号损失较大，需要在光纤中加入一些微量元素，改变光纤的低损耗窗口，降低微波信号在光纤中的传输损耗。2、如果将微波信号在光纤中直接传输，那么在下行方向，微波信号不从基站的基带接入，而可以用天线直接从基站覆盖的区域或射频输出端接收，经滤波放大后用光纤传输到远端。在上行方向，天线接收终端的微波信号后放大，滤波后由光纤传输到基站的覆盖区域，由天线发射给基站的天线接收。

Claims

1.一种支持多用户和多体制的无线接入系统，其特征在于包括：

第一分插复用器，用于在下行时对输入的信号进行复用以输出基带数字信号到光线路终端，以及在上行时对来自光线路终端的信号进行解复用为多体制的多用户信号进入各种类型的基站设备；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

各体制的拉远基站可以用软件无线电技术集成在一起。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：

一个拉远基站可以同时接入多个用户终端。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：

将正反向链路使用不同的波长，来自第二分插复用器的下行光波信号进入基带拉远单元的输入端；在上行方向，来自基带拉远单元的另一个波长的光信号在第二分插复用器中完成各体制基带拉远单元信号的复用。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：

基带拉远单元包括主模块和射频前端，主模块由电源，收发信机，定时器和控制器组成；射频前端完成功率放大，低噪声放大，实现双工和告警功能。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：

将基带拉远单元RRU的光电转换功能，基带，帧频，射频转换全部去掉，直接用光纤传输微波信号，由天线放大，接收和发射。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：

在下行方向，微波信号不从基站的基带接入，而可以用天线直接从基站覆盖的区域或射频输出端接收，经滤波放大后用光纤传输到远端，在上行方向，天线接收终端的微波信号后放大，滤波后由光纤传输到基站的覆盖区域，由天线发射给基站的天线接收。

8.一种支持多用户和多体制的无线接入方法，其特征在于包括：

上行时，将来自对应多个体制的基带拉远单元的信号复用为多体制信号，根据光网络单元与光线路终端的距离计算延时，在规定的允许时隙，向光线路终端发射光信号，在光线路终端的耦合器中实现光的时分复用并根据各用户方向上来的信号，进行调整成帧，形成多用户的多体制光信号以输入到第一分插复用器，第一分插复用器对来自光线路终端的信号进行解复用为多体制的多用户信号进入各种类型的基站设备；

在下行时，第一分插复用器对输入的信号进行复用以输出基带数字信号到光线路终端，光线路终端对基带数字信号进行功率分配成各路广播信号以通过光纤输入到光网络单元，光网络单元根据用户的地址在广播信号中提取与用户相关的多体制信号以输入到第二分插复用器，第二分插复用器对光网络单元的输出解复用为单体制信号；

每个体制对应于一个基带拉远单元，在下行时，各体制的拉远基站中的基带拉远单元完成光电变换，由基带变成帧频，由帧频变成射频发送给用户终端；以及在上行时将来自终端的射频信号在对应的拉远模块中变成帧频，然后变成基带信号输出到第二分插复用器。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于：

如果将微波信号在光纤中直接传输，在下行方向，微波信号不从基站的基带接入，而可以用天线直接从基站覆盖的区域或射频输出端接收，经滤波放大后用光纤传输到远端，在上行方向，天线接收终端的微波信号后放大，滤波后由光纤传输到基站的覆盖区域，由天线发射给基站的天线接收。