IT201700006173A1 - Sistema distribuito d’antenna per applicazioni massive mimo - Google Patents
Sistema distribuito d’antenna per applicazioni massive mimoInfo
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Description
“SISTEMA DISTRIBUITO D’ANTENNA PER APPLICAZIONI MASSIVE MIMO”.
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad Sistema Distribuito d’Antenna (DAS) per applicazioni “massive MIMO”.
Con riferimento alle reti DAS (Distributed Antenna System) con applicazioni “massive MIMO” (Multiple-Input Multiple-Output) altamente performanti, come previsto dallo standard LTE (Long Term Evolution), è nota la necessità di collegare in modo indipendente diversi percorsi di downlink e uplink ad una BBU (Baseband Unit- unità in banda base).
In particolare, sul percorso downlink, il segnale fluisce dalla BBU alle antenne, passando attraverso il sistema DAS, e diversi percorsi MIMO devono essere mantenuti separati in modo da mantenere le loro proprietà di mutua correlazione (o decorrelazione).
Lo stesso comportamento deve essere applicato a tutti i percorsi di uplink, in tal modo tutti i collegamenti tra le antenne e la BBU devono essere mantenuti indipendenti.
Quando più percorsi MIMO sono coinvolti, con più percorsi in uplink rispetto a quelli in downlink e con più Unità Remote servite da uno stesso settore, vi è la necessità di prevedere una soluzione intelligente che in proporzione diminuisce all’aumentare del numero di dispositivi e antenne, in modo da limitare la dimensione del DAS e il rumore in uplink.
Inoltre, la coesistenza di molteplici bande, operatori multipli e tecnologie multiple in uno stesso sistema MIMO DAS aggiunge maggiore complessità e ciò potrebbe comportare un aumento di ingombro e di costo.
La presenza di diversi ed indipendenti percorsi di uplink apre la strada all'applicazione di nuovi algoritmi di posizionamento, beamforming e di molte altre caratteristiche LTE avanzate.
Eventualmente, il dispiegamento aggiuntivo di una cosiddetta “relay network” può aumentare la precisione del sistema e delinea lo sviluppo di architetture e funzionalità DAS avanzate per un posizionamento accurato. Inoltre, percorsi MIMO aggiuntivi indipendenti possono aumentare e rafforzare significatamene le prestazioni complessive del sistema.
Una tipica applicazione nota è uno scenario MIMO 2x4, illustrato a titolo di esempio in figura 1, in cui vengono utilizzati due percorsi indipendenti per il downlink e quattro per l'uplink.
In questa configurazione, il segnale di downlink viene trasmesso dalla BBU ad un primo Punto di Interfaccia POI1, che converte il flusso in ingresso di dati digitali in un segnale RF. In particolare, di solito è utilizzata una pluralità di POI, in cui ciascun POI è relativo ad una banda di frequenza specifica.
Per ciascun percorso di downlink, indipendentemente per la prima e seconda porta di downlink DL1 e DL2 del POI1, il segnale RF viene inviato alla rete combinatrice, schematizzata con moduli n-plexer NPLEXER1 e N-PLEXER2, dove diversi operatori e bande sono riuniti in un flusso di informazioni uniche prima di raggiungere i connettori di downlink di un primo e secondo modulo ottico OTRX1 e OTRX2.
I moduli OTRX1 e OTRX2 (del tipo di moduli OTRX 1:2) eseguono la conversione E/O e trasmettono il segnale verso la prima antenna ANT1 a polarizzazione incrociata, attraverso la prima e seconda Unità Remota UR1 e UR2.
I segnali di uplink percorrono lo stesso cammino verso la BBU.
I due percorsi di uplink aggiuntivi necessari per realizzare il sistema MIMO 2x4 sono ottenuti inserendo una seconda antenna a polarizzazione incrociata ANT2 (qualsiasi differente tecnica di polarizzazione può essere utilizzata) e raddoppiando complessivamente i componenti del sistema descritto sopra, utilizzando: un secondo Punto di Interfaccia POI2, un terzo e quarto N-PLEXER3 e N-PLEXER4, un terzo e quarto modulo ottico OTRX3 e OTRX4 e una terza e quarta Unità Remota UR3 e UR4.
Queste soluzioni note, tuttavia, presentano alcuni inconvenienti.
In particolare, raddoppiando (o in generale moltiplicando) i componenti dell'intero sistema per ottenere sistemi MIMO di ordine superiore (ad esempio, 4x8 MIMO e così via), l'ingombro del sistema e il costo complessivo aumentano rapidamente.
Lo scopo principale della presente invenzione è di fornire Sistema Distribuito d’Antenna per le applicazioni “massive MIMO” con una nuova architettura, che incrementa il numero di percorsi di uplink indipendenti ottimizzando ingombri, complessità e costi.
Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un Sistema Distribuito d’Antenna per le applicazioni “massive MIMO” che migliora la sensibilità del sistema di uplink, limitando la NF (Noise Figure - cifra di rumore) per l'utilizzo di più Unità Remote che servono lo stesso settore o percorso MIMO.
Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un Sistema Distribuito d’Antenna per le applicazioni “massive MIMO” che consente l’utilizzo di tecniche di posizionamento più precise e accurate grazie al maggior numero di percorsi di uplink indipendenti.
Gli scopi citati vengono raggiunti dal presente Sistema Distribuito d’Antenna per le applicazioni “massive MIMO” secondo le caratteristiche della rivendicazione 1.
Altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un Sistema Distribuito d’Antenna per le applicazioni “massive MIMO”, illustrata a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui:
la figura 1 mostra un tipico schema di un DAS di tipo MIMO 2x4;
la figura 2 mostra una prima possibile forma di realizzazione del Sistema Distribuito d’Antenna secondo l'invenzione, assumendo uno scenario MIMO 2x4;
la figura 3 mostra un dettaglio di un’Unità Remota di uplink del Sistema Distribuito d’Antenna secondo l'invenzione;
la figura 4 mostra un particolare di un modulo ottico di un’unità master del Sistema Distribuito d’Antenna secondo l'invenzione;
la figura 5 mostra un dettaglio di un uplink n-plexer del Sistema Distribuito d’Antenna secondo l'invenzione;
la figura 6 mostra un dettaglio di un Punto di Interfaccia di uplink del Sistema Distribuito d’Antenna secondo l'invenzione;
la figura 7 mostra una seconda possibile forma di realizzazione del Sistema Distribuito d’Antenna secondo l'invenzione, assumendo uno scenario MIMO 4x8;
la figura 8 illustra una terza possibile forma di realizzazione del Sistema Distribuito d’Antenna secondo l'invenzione, con DAS a singolo settore alimentato da più Unità Remote.
Questa invenzione si riferisce ad architetture DAS in cui numerosi percorsi di downlink e uplink devono essere collegati in modo indipendente alla BBU per applicazioni “massive MIMO” altamente performanti, come previsto dallo standard LTE.
Si precisa che il sistema DAS secondo l'invenzione potrebbe essere collegato ad una BBU convenzionale o ad un pool BBU, ad esempio del tipo di un BBU pool implementato tramite un software.
In particolare, l'invenzione proposta è un'architettura nuova che incrementa il numero di percorsi di uplink indipendenti, ottimizzando ingombri, complessità e costi.
Generalmente, l'architettura del Sistema Distribuito d’Antenna secondo l'invenzione comprende:
- una pluralità moduli POI collegabili ad una BBU e configurati per convertire un flusso di dati digitali provenienti da dalla BBU in segnali RF e/o per la conversione di segnali RF in ingresso in un flusso di dati digitali da inviare alla BBU;
- una pluralità di moduli ottici operativamente collegati a detta pluralità di moduli POI e configurata per eseguire una conversione elettro-ottica dei segnali RF;
- una pluralità di Unità Remote operativamente collegate a detti moduli ottici e ad una pluralità di antenne.
Preferibilmente, l'architettura del Sistema Distribuito d’Antenna secondo l'invenzione comprende inoltre una pluralità di moduli n-plexer tra i moduli ottici e i moduli POI, in cui diversi operatori e bande sono riuniti in un unico flusso di informazioni.
L’architettura del sistema complessivo attuato secondo una prima possibile forma di realizzazione è mostrata in Figura 2 ed è descritta di seguito.
In particolare, la figura 2 mostra l'architettura del Sistema Distribuito d’Antenna secondo l'invenzione, assumendo uno scenario MIMO 2x4.
In questo caso, il sistema DAS comprende un primo modulo Punto di Interfaccia POI1, di tipo convenzionale, collegato ad una BBU e ad un primo modulo n-plexer N-PLEXER1 ed un secondo modulo n-plexer N-PLEXER2, entrambi di tipo noto.
Si precisa che potrebbe essere utilizzata una pluralità di POI, ciascuno relativo ad una banda di frequenza specifica.
In particolare, ciascuno dei blocchi POI mostrati nelle figure può corrispondere ad una pluralità di POI corrispondenti ad una relativa banda di frequenza specifica. Comunque, l'uso di un unico POI configurato per operare in diverse bande di frequenza non è escluso.
In particolare, la prima porta di downlink DL1 e la prima porta di uplink UL1 del POI1 sono collegate rispettivamente alla porta di downlink e alla porta di uplink del primo modulo n-plexer N-PLEXER1.
Analogamente, la seconda porta di downlink DL2 e la seconda porta di uplink UL2 del POI1 sono collegate rispettivamente alla porta downlink e alla porta uplink del secondo modulo n-plexer N-PLEXER2.
Inoltre, il sistema DAS comprende una prima Unità Remota RU1 ed una seconda Unità Remota RU2, entrambe di tipo noto, collegate ad una prima antenna ANT1, preferibilmente di tipo a polarizzazione incrociata.
Vantaggiosamente, il sistema DAS secondo l'invenzione comprende quattro componenti di nuova concezione, mostrati nelle figure 3, 4, 5 e 6 e descritti di seguito.
Il sistema DAS comprende almeno una Unità Remota di uplink operativamente collegata ad un rispettivo modulo ottico e configurata per il filtraggio e per l'esecuzione di una conversione elettro-ottica dei segnali RF di uplink.
In particolare, con riferimento alla forma di realizzazione di figura 2, il sistema DAS comprende una prima Unità Remota di uplink ULRU1 ed una seconda Unità Remota di uplink ULRU2 collegate ad una seconda antenna ANT2.
Un dettaglio delle Unità Remote di uplink ULRU1 e ULRU2 è mostrato in figura 3.
Ogni Unità Remota di uplink ULRU1 e ULRU2 comprende una pluralità di filtri passa-banda F relativi a rispettive bande di frequenza.
Inoltre, ogni Unità Remota di uplink ULRU1 e ULRU2 comprende una pluralità di amplificatori a basso rumore LNA operativamente collegati ai filtri passa-banda F.
Inoltre, ciascuna Unità Remota di uplink ULRU1, ULRU2 comprende un convertitore elettro-ottico E/O operativamente collegato alla pluralità di filtri passa-banda F e un accoppiatore ottico WDM CP operativamente connesso al convertitore elettro-ottico E/O.
Pertanto, ciascuna delle Unità Remote di uplink ULRU1 e ULRU2 è composta da un certo numero di filtri passa-banda F con un LNA dedicato (a seconda del numero di bande servite).
Tutti i segnali provenienti dai filtri passa-banda F vengono uniti in un unico flusso utilizzato per pilotare il convertitore elettro-ottico E/O.
Preferibilmente, l'accoppiatore ottico WDM CP è del tipo di un accoppiatore WDM e divide il percorso di uplink dai segnali di gestione del sistema che fluisce attraverso il cavo in fibra ottica.
Utilmente, ogni Unità Remota di uplink ULRU1 e ULRU2 comprende un convertitore ottico-elettrico O/E collegato all’accoppiatore WDM CP e atto a convertire il segnale ottico proveniente dal accoppiatore WDM in un segnale elettrico da inviare a un modem M di gestione del sistema. Il modem M viene utilizzato per inviare o ricevere dati di gestione del sistema verso o da un'unità di gestione remota.
Vantaggiosamente, il sistema DAS secondo l'invenzione comprende un modulo ottico dotato di un singolo percorso di downlink suddiviso in più uscite e di una pluralità di percorsi di uplink separati tra loro e provvisti di rispettive uscite di uplink.
In particolare, con riferimento alla forma di realizzazione di figura 2, il sistema DAS comprende un primo modulo ottico OTRX1 ed un secondo modulo ottico OTRX2.
Ogni modulo ottico OTRX1 e OTRX2 è dotato di un unico percorso di downlink suddiviso in due uscite e comprende un primo percorso uplink e un secondo percorso uplink separati tra loro e provvisti di rispettive uscite uplink ULRF1, ULRF2.
Un dettaglio dei moduli ottici OTRX1 e OTRX2 è mostrato in Figura 4. In particolare, il percorso di downlink di ciascun modulo ottico OTRX1 e OTRX2 comprende:
- un trasmettitore ottico OT (particolarmente un convertitore elettroottico);
- uno splitter ottico SPL operativamente collegato a detto trasmettitore ottico OT;
- un primo accoppiatore ottico WDM CP1 e un secondo accoppiatore ottico WDM CP2 operativamente collegati a detto splitter ottico SPL.
Inoltre, il primo percorso uplink di ogni modulo ottico OTRX1 e OTRX2 comprende:
- un primo accoppiatore ottico WDM CP1;
- un primo ricevitore ottico OR1 (particolarmente un convertitore ottico-elettrico) operativamente collegato al primo accoppiatore ottico WDM CP1 e operativamente associato alla prima uscita di uplink ULRF1.
Inoltre, il primo percorso di uplink comprende:
- un primo amplificatore a basso rumore LNA1 operativamente collegato al primo ricevitore ottico OR1;
- un primo attenuatore digitale DA1 operativamente collegato al primo amplificatore LNA1;
- un primo amplificatore di potenza PA1 operativamente collegato al primo attenuatore digitale DA1.
Analogamente, il secondo percorso di uplink di ogni modulo ottico OTRX1 e OTRX2 comprende:
- un secondo accoppiatore ottico WDM CP2;
- un secondo ricevitore ottico OR2 (particolarmente un convertitore ottico-elettrico) operativamente collegato al secondo accoppiatore ottico WDM CP2 e operativamente associato alla seconda uscita di uplink ULRF2.
Inoltre, il secondo percorso di uplink comprende:
- un secondo amplificatore a basso rumore LNA2 operativamente collegato al secondo ricevitore ottico OR2;
- un secondo attenuatore digitale DA2 operativamente collegato al secondo amplificatore LNA2;
- un secondo amplificatore di potenza PA2 operativamente collegato al secondo attenuatore digitale DA2.
Pertanto, ogni modulo ottico OTRX1 e OTRX2 della Master Unit è dotato di un trasmettitore ottico OT diviso per due e due ricevitori ottici indipendenti OR1 e OR2.
Il modulo ottico secondo la presente invenzione differisce da quello delle soluzioni note a causa dell'assenza sul percorso uplink di un combinatore RF interno dopo la conversione O/E.
In tal modo, il modulo ottico secondo la presente invenzione comprende due percorsi di uplink separati.
Come mostrato in figura 2, le prime porte COMMON1 dei due moduli ottici OTRX1 e OTRX2 sono collegate, rispettivamente, alla prima unità remota RU1 e alla seconda unità remota RU2.
Le seconde porte COMMON2 dei due moduli ottici OTRX1 e OTRX2 sono collegate, rispettivamente, alla prima Unità Remota ULRU1 ed alla seconda Unità Remota ULRU2.
Vantaggiosamente, il sistema DAS secondo l'invenzione comprende almeno un modulo n-plexer di uplink configurato per filtrare solo il segnale uplink e per effettuare il demultiplexing del segnale di uplink in diverse bande di uplink (servite dal sistema DAS).
In particolare, con riferimento alla forma di realizzazione di figura 2, il sistema DAS comprende un modulo n-plexer di uplink, indicato in Figura 2 come UL N-PLEXER, collegato alle seconde uscite di uplink ULRF2 di ogni modulo ottico OTRX1 e OTRX2.
Le prime uscite di uplink ULRF1 di ogni modulo ottico OTRX1 e OTRX2 sono collegate, rispettivamente, alle porte di uplink dei moduli n-plexer N-PLEXER1 e N-PLEXER2.
Un dettaglio del UL N-PLEXER è mostrato in Figura 5.
In particolare, l'UL N-PLEXER comprende una pluralità di filtri F collegati a rispettivi ingressi di uplink ULRF1 e ULRF2.
Vantaggiosamente, il sistema DAS secondo l'invenzione comprende almeno un Punto di Interfaccia di uplink provvisto di una pluralità di ingressi RF uplink e configurato per la raccolta di tutti i segnali uplink RF indipendenti in ingresso e per trasmetterli, dopo una conversione A/D, ad una BBU con uno specifico protocollo di comunicazione (ad esempio, CPRI, IP, ecc.) ed interfaccia fisica (SFP, RJ45, etc.).
Con riferimento alla forma di realizzazione di figura 2, il sistema DAS comprende un Punto di Interfaccia di uplink UL POI collegato ad una BBU e dotato di quattro porte di uplink UL1, UL2, UL3, UL4.
Le prime e seconde porte di uplink sono collegate a rispettive uscite di uplink ULRF1 e ULRF2 dell’UL N-PLEXER.
Un diverso numero di porte di uplink non è escluso.
Un dettaglio del Punto di Interfaccia di uplink UL PDI è mostrato in figura 6.
In particolare, l'UL POI comprende una pluralità di amplificatori a basso rumore LNA, una pluralità di attenuatori digitali DA collegati agli amplificatori a basso rumore LNA, una pluralità di filtri F collegati agli attenuatori digitali DA, ed una pluralità di convertitori analogico-digitali A/D collegati ai filtri F.
Inoltre, l'UL POI comprende un circuito programmabile, del tipo di un FPGA (Field-Programmable Gate Array), operativamente collegato alla pluralità di convertitori analogico-digitali A/D e configurato per trasmettere alla BBU i segnali digitali ricevuti con uno specifico protocollo di comunicazione.
Il funzionamento del sistema DAS secondo l'invenzione, ipotizzando uno scenario MIMO 2x4 come mostrato nella figura 2, è illustrato di seguito. Il segnale downlink viene trasmesso digitalmente (ad esempio, mediante un protocollo CPRI, un protocollo IP o altri protocolli) da una BBU al POI. Qui, il segnale viene convertito da digitale ad RF e, ipotizzando uno scenario MIMO 2x4, viene inoltrato alla prima porta uscita di downlink DL1 e alla seconda porta di uscita di downlink DL2 del POI.
Per ciascun percorso di downlink (cioè, indipendentemente per le porte DL1 e DL2 del POI), il segnale di downlink RF è combinato insieme con le portanti di altri operatori o con altre bande di frequenza, rispettivamente mediante il primo n-plexer N-PLEXER1 e il secondo n-plexer N-PLEXER2.
Poi il segnale RF di downlink viene trasmesso alla prima Unità Remota RU1 e alla seconda Unità Remota RU2 attraverso il primo modulo ottico OTRX1 e il secondo modulo ottico OTRX2, e quindi alla prima antenna ANT1.
In particolare, ciascun modulo ottico OTRX1 e OTRX2 effettua la conversione elettro-ottica mediante convertitori elettro-ottici E/O ed inoltra il segnale ottico rispettivamente alla prima e seconda Unità Remota UR1 e UR2 tramite una fibra ottica collegata alla prima porta di uscita COMMON1 e alla seconda uscita porta COMMON2, come illustrato nella figura 4.
I due percorsi di uplink del segnale proveniente dalla prima antenna ANT1 sono equivalenti, quindi entrano nelle rispettive Unità Remote RU1 e RU2; poi la porta COMMON1 dei rispettivi moduli ottici OTRX1 e OTRX2, successivamente alla conversione da ottico a RF, sono inviati verso il PI e poi digitalmente al BBU.
Al fine di realizzare un sistema MIMO 2x4, l'uplink deve trasportare quattro flussi informativi indipendenti.
A questo scopo, due percorsi di uplink addizionali sono ottenuti aggiungendo al sistema DAS una seconda antenna ANT2 a polarizzazione incrociata (in generale, qualsiasi tipo di tecnica differente può essere utilizzato).
Il segnale RF uplink proveniente da ciascuna porta dell’antenna ANT2 dedicata MIMO viene inviato a rispettive Unità Remota di uplink UL RU1 e UL RU2, dove ogni banda viene filtrata ed amplificata in modo indipendente.
Quindi, tutte le bande sono combinate di nuovo insieme in un singolo cavo a fibra ottica e inviati alla seconda porta ottica COMMON2 del primo modulo ottico OTRX1 e del secondo modulo ottico OTRX2.
Utilmente, più Unità Remote di uplink possono essere inserite nello stesso contenitore, riducendo così l'ingombro del sistema finale.
Il modulo ottico di nuova concezione ha due percorsi di uplink indipendenti, quindi il segnale RF nelle porte ULRF1 e ULRF2 non è una combinazione dei segnali ricevuti sulla COMMON1 e COMMON2 come era nelle soluzioni note.
I segnali di uplink provenienti dalle porte ULRF2 di ciascuno dei moduli ottici OTRX1 e OTRX2 sono quindi filtrati per banda dal UL N-PLEXER e convogliati verso il proprio uplink POI a 4-porte (a seconda della loro frequenza portante).
Nel modulo UL POI, i segnali RF sono convertiti da analogici a digitali e trasmessi alla BBU, rimanendo comunque indipendenti.
Vantaggiosamente, nella architettura MIMO 2x4 secondo l'invenzione è necessario aggiungere solo due percorsi di uplink rispetto alle soluzioni note, quindi due porte dell’UL POI a 4-porte sono liberi per futuri aggiornamenti (ad esempio, per implementare un sistema MIMO 4x8).
Inoltre, tale architettura consente di limitare l'aumento dell’NF (Noise Figure - cifra di rumore) per l'utilizzo di più Unità Remote per lo stesso settore.
Infatti, quando si combinano i segnali provenienti da NRUunità remote, l’NF aumenta secondo seguente formula, dove NFRUè la cifra di rumore di una singola unità remota.
NFDAS= NFRU+ 10log10NRU
Questo perché ogni RU aggiunge il suo rumore quando si combinano i segnali insieme. Mantenere i segnali UL separati fino alla BBU, consente di evitare l’incremento della potenza di rumore e permette di sfruttare tecniche di differenziazione sulla BBU, ottimizzando così la sensibilità del sistema.
Inoltre, gli algoritmi di posizionamento basati su principi diversi (TDOA, potenza ricevuta, etc.) possono essere utilizzati per localizzare e monitorare la UE (User Equipment) all'interno di una cella specifica.
Infatti, conoscendo la posizione delle antenne e delle Unità Remote, è possibile interpolare i segnali misurati e determinare la posizione di un dispositivo mobile con maggiore precisione, in quanto ciascuna Unità Remota è collegata ad un ricevitore singolo sul lato BBU.
È importante notare che l’architettura non è limitata all'uso di un OTRX 1: 2 (un trasmettitore ottico diviso per due e due ricevitori ottici indipendenti) di un POI di uplink a 4-porte.
Nel caso del modulo ottico, porte ottiche multiple possono essere utilizzate per trasmettere i dati in downlink alle Unità Remote e per ricevere in modo indipendente il segnale in uplink.
Inoltre, è possibile utilizzare un apparecchio stand-alone con un banco di ricevitori ottici indipendenti (ORXs) per l'uplink, utilizzando in parallelo un OTRX 1:n.
Il sistema DAS secondo l'invenzione è altamente scalabile, infatti la realizzazione di un sistema MIMO 4x8 è un aggiornamento diretto della prima forma di realizzazione descritta sopra.
Una seconda possibile forma di realizzazione del sistema di DAS secondo l'invenzione, in relazione ad uno scenario MIMO 4x8, è mostrata in figura 7.
In particolare, rispetto alla soluzione MIMO 2x4, la soluzione DAS MIMO 4x8 comprende un POI addizionale (POI2), due moduli n-plexer supplementari (N-PLEXER3, N-PLEXER4), un modulo aggiuntivo nplexer di uplink (UL N- PLEXER2), due moduli ottici aggiuntivi (OTRX3, OTRX4), due ulteriori Unità Remote (UR3, UR4), e due ulteriori Unità Remote di uplink (ULRU3, ULRU4).
Iterando questo ragionamento è possibile estendere le funzionalità MIMO con un notevole risparmio in equipaggiamento DAS rispetto alle soluzioni note.
Un'altra possibile forma di realizzazione che consente di sfruttare l'invenzione proposta è quella illustrata in figura 8.
In questa configurazione, la BBU serve un ambiente con più antenne ANT e Unità Remote RU appartenenti ad un singolo settore.
L’n-plexer è stato omesso dalla figura per motivi di chiarezza, ma è importante sottolineare che il numero di bande non è un fattore limitante in questo approccio (il multibanda è completamente supportato).
Sul percorso di downlink il segnale proveniente dalla BBU è diviso tra i diversi OTRXs e Unità Remote, così da consentire che le antenne servano uno stesso settore. Ad esempio, questo approccio può essere utilizzato in canyon urbani, strade lunghe o tunnel.
Sul percorso di uplink, grazie alla OTRX con i percorsi di uplink separati e alla UL POI, è possibile portare alla BBU una serie di segnali di uplink indipendenti (tanti quanti il numero di Unità Remote).
Secondo questa soluzione, è possibile elaborare tutte queste informazioni al fine di attenuare l'interferenza (per esempio, grazie a tecniche di Interference Rejection Compensation), per un posizionamento preciso, tecniche del ricevitore diversificate, beamforming, etc.
Un esempio di applicazione è una chiamata di emergenza, in cui il dispositivo mobile deve essere localizzato nell'ambiente. Di solito, la precisione è limitata dalla dimensione della cella, ma la soluzione proposta può sfruttare i segnali indipendenti di uplink per individuare il dispositivo mobile all'interno della cella.
Queste tecniche possono sfruttare la potenza del segnale ricevuto su ogni percorso (conoscendo la posizione delle antenne), i segnali TDOA, o una loro combinazione.
Inoltre, il sistema NF nell’uplink beneficia di questa implementazione, perché tutti i percorsi sono tenuti separati e il segnale viene ricombinato solo alla BBU, dove algoritmi di diversificazione evitano un aumento dell’NF.
Infine, nulla vieta di sostituire le classiche Unità Remote DL/UL con l’Unità Remota per il solo uplink (ad esempio, se la copertura downlink è già sufficiente), limitando in questo modo di i costi e consentendo tutte le caratteristiche di cui sopra.
In pratica si è constatato come il trovato descritto raggiunga gli scopi proposti.
In particolare, l'invenzione proposta ha diversi vantaggi rispetto alla soluzione precedente, infatti, si possono evidenziare le seguenti caratteristiche principali:
- consente l’utilizzo di Sistemi Distribuiti d’Antenna per implementare applicazioni “massive MIMO” con più percorsi di uplink rispetto a quelli di downlink e con un’architettura semplice;
- migliora la sensibilità del sistema UL, limitando la NF dovuta all'utilizzo di molteplici Unità Remote dedicate allo stesso settore o percorso MIMO;
- tecniche più precise ed accurate posizionamento possono essere facilmente sfruttate grazie al maggior numero di percorsi di uplink indipendenti;
- riduzione delle emissioni;
- riduzione dei costi.
Pertanto, l'implementazione di sistemi MIMO con più percorsi di uplink rispetto a quelli di downlink e con più Unità Remote dedicate allo stesso settore richiede meno componenti, portando ad una riduzione significativa di ingombro e costo del sistema DAS.
Ampliare il numero di percorsi indipendenti di uplink senza aggiungere, al contempo, alcuna complessità significativa al sistema definisce un percorso chiaro per l'attuazione di moderne ed avanzate tecniche LTE, come ad esempio “beamforming”, “carrier aggregation”, “cooperative MIMO” cooperativa, etc.
La significativa riduzione del numero di componenti necessari, diventa più alto all’aumentare del numero di antenne, quindi è facile comprendere che l'invenzione proposta ha un ruolo cruciale nella distribuzione di tecnologie future esigenti massicce implementazioni MIMO. Inoltre, il numero di cavi in fibra ottica necessari per collegare il BBU al sistema DAS è sempre minore o uguale rispetto alle soluzioni precedente. Questo aspetto potrebbe svolgere un ruolo cruciale in quelle situazioni in cui esistono restrizioni sul numero di cavi in fibra ottica (ad esempio, in caso di noleggio cavi).
La sensibilità del sistema può essere migliorata con l’impiego del trovato concepito quando più di una Unità Remota viene utilizzata per lo stesso settore. Infatti, il NF è limitato mantenendo i segnali di uplink separati fino alla BBU, evitando incrementi della potenza di rumore. Pertanto, tecniche di diversificazione possono essere sfruttate a lato BBU ottimizzando così la sensibilità del sistema di uplink.
Inoltre, l’architettura ideata consente di sfruttare le caratteristiche di posizionamento di una cella specifica utilizzando un numero minimo di componenti. Infatti, conoscendo la posizione delle antenne e la posizione delle Unità Remote, è possibile interpolare i segnali misurati e determinare la posizione di un dispositivo mobile con maggiore precisione a causa del fatto che ciascuna unità remota è collegata ad un singolo ricevitore sul lato BBU.
La flessibilità di installazione e facilità di integrazione nelle piattaforme DAS già predisposte, consente l'utilizzo di nuove funzionalità e tecnologie senza sostituire l'infrastruttura esistente. Una vasta gamma di scenari reali possono beneficiare di questa soluzione, migliorando QoS (Quality of Service), capacità e copertura e offrendo funzionalità di posizionamento avanzato.
I vantaggi della soluzione proposta possono essere sfruttati da più operatori con più tecnologie e in più bande per entrambi i modelli SISO e MIMO, grazie alla state-of-the-art e al design compatto del Sistema Distribuito d’Antenna.
Claims (20)
- RIVENDICAZIONI 1) Sistema Distribuito d’Antenna (DAS) per applicazioni massive MIMO, comprendente: - una pluralità di moduli Punto di Interfaccia (POI, POI1, POI2, UL POI) collegabili ad una unità in banda base (BBU) e configurati per la conversione di un flusso di dati digitali proveniente da detta unità in banda base (BBU) in segnali RF e/o per la conversione di segnali RF ricevuti in un flusso di dati digitali da inviare a detta unità in banda base (BBU); - una pluralità di moduli ottici (OTRX1, OTRX2, OTRX3, OTRX4) operativamente collegati a detta pluralità di moduli di Punto di Interfaccia (POI, POI1, POI2, UL POI) e configurati per eseguire una conversione elettro-ottica dei segnali RF; - una pluralità di Unità Remote (UR1, UR2, UR3, UR4, ULRU1, ULRU2, ULRU3, ULRU4) operativamente collegate a detti moduli ottici (OTRX1, OTRX2, OTRX3, OTRX4) e ad una pluralità di antenne (ANT1, ANT2, ANT3 , ANT4); caratterizzato dal fatto che almeno uno di detti moduli ottici (OTRX1, OTRX2, OTRX3, OTRX4) comprende una pluralità di percorsi di uplink separati tra loro e provvisti di rispettive uscite di uplink (ULRF1, ULRF2).
- 2) Sistema Distribuito d’Antenna (DAS) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta pluralità di unità remote (UR1, UR2, UR3, UR4, ULRU1, ULRU2, ULRU3, ULRU4) comprende almeno una Unità Remota di uplink (ULRU1, ULRU2, ULRU3, ULRU4) operativamente collegata ad un rispettivo modulo ottico (OTRX1, OTRX2, OTRX3, OTRX4) e configurata per il filtraggio, l’amplificazione, e l’esecuzione di una conversione elettro-ottica dei segnali RF uplink.
- 3) Sistema Distribuito d’Antenna (DAS) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta Unità Remota di uplink (ULRU1, ULRU2, ULRU3, ULRU4) comprende una pluralità di filtri passa-banda (F) relativi a rispettive bande di frequenza.
- 4) Sistema Distribuito d’Antenna secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta Unità Remota di uplink (ULRU1, ULRU2, ULRU3, ULRU4) comprende una pluralità di amplificatori a basso rumore (LNA) operativamente collegati a detti filtri passa-banda (F) .
- 5) Sistema Distribuito d’Antenna (DAS) secondo una o più delle rivendicazioni 3 e 4, caratterizzato dal fatto che detta Unità Remota di uplink (ULRU1, ULRU2, ULRU3, ULRU4) comprende almeno un convertitore elettro-ottico (E/O) operativamente collegato a detta pluralità di filtri passa-banda (F).
- 6) Sistema Distribuito d’Antenna (DAS) secondo una o più delle rivendicazioni da 3 a 5, caratterizzato dal fatto che detta Unità Remota di uplink (ULRU1, ULRU2, ULRU3, ULRU4) comprende almeno un accoppiatore ottico (WDM CP) operativamente collegato a detto convertitore ottico elettro (E/O).
- 7) Sistema Distribuito d’Antenna (DAS) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto modulo ottico (OTRX1, OTRX2) comprende un unico percorso di downlink diviso in più uscite.
- 8) Sistema Distribuito d’Antenna (DAS) secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto percorso downlink comprende: - almeno un trasmettitore ottico (OT); - almeno uno splitter ottico (SPL) operativamente collegato a detto trasmettitore ottico (OT); - una pluralità di accoppiatori ottici (WDM CP1, WDM CP2), operativamente collegati a detto splitter ottico (SPL).
- 9) Sistema Distribuito d’Antenna (DAS) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti percorsi di uplink comprende: - almeno un accoppiatore ottico (WDM CP1, CP2 WDM); - almeno un ricevitore ottico (OR1, OR2) operativamente collegato a detto accoppiatore ottico (WDM CP1, CP2 WDM) e operativamente associato ad una di dette uscite di uplink (ULRF1, ULRF2).
- 10) Sistema Distribuito d’Antenna (DAS) secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti percorsi di uplink comprende: - almeno un amplificatore (LNA1, LNA2) operativamente collegato a detto ricevitore ottico (OR1, OR2); - almeno un attenuatore digitale (DA1, DA2) operativamente collegato a detto amplificatore (LNA1, LNA2); - almeno amplificatore di potenza (PA1, PA2) operativamente collegato a detto attenuatore digitale (DA1).
- 11) Sistema Distribuito d’Antenna (DAS) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende un modulo n-plexer di uplink (UL N-PLEXER, UL N-PLEXER1, UL N-PLEXER2) configurato per il filtraggio del solo segnale di uplink e per la demultiplazione di detto segnale di uplink in diverse bande di uplink.
- 12) Sistema Distribuito d’Antenna (DAS) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta pluralità di moduli Punto di Interfaccia (POI, POI1, POI2, UL POI) comprende almeno un Punto di Interfaccia (UL POI) provvisto di una pluralità di ingressi RF di uplink e configurato per raccogliere tutti i segnali di uplink RF indipendenti in ingresso e per trasmetterli, dopo una conversione analogico-digitale, a detta unità in banda base (BBU) con un protocollo di comunicazione specifico e un’interfaccia fisica.
- 13) Sistema Distribuito d’Antenna (DAS) secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detto Punto di Interfaccia di uplink (UL POI) comprende una pluralità di convertitori analogico digitali (A/D).
- 14) Sistema Distribuito d’Antenna (DAS) secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detto Punto di Interfaccia di uplink (UL POI) comprende almeno un circuito programmabile (FPGA) operativamente collegato a detta pluralità di convertitori analogico-digitali (A/D) e configurato per l'inoltro dei segnali digitali ricevuti con uno specifico protocollo di comunicazione.
- 15) Unità Remota di uplink (ULRU1, ULRU2, ULRU3, ULRU4) per Sistema Distribuito d’Antenna (DAS) operativamente collegabile ad un rispettivo modulo ottico (OTRX1, OTRX2, OTRX3, OTRX4) e ad almeno un'antenna (ANT1, ANT2), caratterizzato dal fatto di comprendere un connettore RF di uplink e un connettore ottico di uplink ed dal fatto che è configurato per il filtraggio e l'esecuzione di una conversione elettro-ottica esclusivamente dei segnali RF uplink.
- 16) Modulo ottico (OTRX1, OTRX2, OTRX3, OTRX4) per Sistema Distribuito d’Antenna (DAS), caratterizzato dal fatto di comprendere un unico percorso di downlink suddiviso in più uscite ed una pluralità di percorsi di uplink separati tra loro e provvisti di rispettive uscite di uplink (ULRF1, ULRF2).
- 17) Modulo n-plexer di uplink (UL N-PLEXER, UL N-PLEXER1, UL N-PLEXER2) per Sistemi Distribuiti d’Antenna (DAS), caratterizzato dal fatto di essere configurato per filtrare solo un segnale di uplink e per demultiplare detto segnale uplink in diverse bande uplink.
- 18) Punto di Interfaccia di uplink (UL POI) per Sistema Distribuito d’Antenna (DAS), caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di ingressi RF di uplink e dal fatto che è configurato per raccogliere tutti i segnali di uplink RF indipendenti in ingresso e trasmetterli, dopo una conversione analogico-digitale, ad un’unità in banda base (BBU) con uno specifico protocollo di comunicazione e un'interfaccia fisica.
- 19) Sistema Distribuito d’Antenna (DAS), caratterizzato dal fatto di comprendere almeno uno tra: - Detta Unità Remota di uplink (ULRU1, ULRU2, ULRU3, ULRU4) secondo la rivendicazione 15; - Detto modulo ottico (OTRX1, OTRX2, OTRX3, OTRX4) secondo la rivendicazione 16; - detto modulo n-plexer di uplink (UL N-PLEXER, UL N-PLEXER1, UL N-PLEXER2) secondo la rivendicazione 17; - detto Punto di Interfaccia di uplink (UL POI) secondo la rivendicazione 18.
- 20) Sistema Distribuito d’Antenna (DAS), caratterizzato dal fatto di comprendere: - almeno due di dette Unità Remote di uplink (ULRU1, ULRU2, ULRU3, ULRU4) secondo la rivendicazione 15; - almeno due di detti moduli ottici (OTRX1, OTRX2, OTRX3, OTRX4) secondo la rivendicazione 16; - almeno uno di detti moduli n-plexer di uplink (UL N-PLEXER, UL N-PLEXER1, UL N-PLEXER2) secondo la rivendicazione 17; - almeno uno di detti Punti di Interfaccia di uplink (UL POI) secondo la rivendicazione 18.
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