JP7183283B2 - 光学的に分離されたａｄｃを有するマルチチャネルソフトウェア定義無線受信機 - Google Patents

Description

[0001] 本発明は、光学的に分離されたフレキシブルマルチチャネルソフトウェア定義無線受信機を提供するためのシステムおよび方法を提供する。

[0002] 本明細書全体にわたる背景技術のいかなる説明も、そのような技術が広く知られていること、または当技術分野における共通の一般知識の一部を形成することを認めるものとして決してみなされるべきではない。

[0003] 無線受信機は、多くの場合、２つの形態のうちの１つで、すなわち、すべての構成要素が同じボックスに含まれているモノリシックユニットとして、または分割システムとして、パッケージ化される。典型的な分割システムは、アンテナ素子の近くに配置されたリモート無線ヘッド（ＲＲＨ）と、一般により広いネットワークへのインターコネクトのプライマリポイント近くに配置されたベースバンドユニット（ＢＢＵ）と、受信された情報の転送のためにＲＲＨとＢＢＵとを接続する媒体（共有またはポイントツーポイント）とから成る。

[0004] 分割システム設計は、受信構成要素と送信構成要素の両方がＲＲＨ内にコロケートされる電気通信業界内では一般的である。複数のＲＲＨが、ＲＲＨ（単数または複数）とＢＢＵとを接続する媒体において利用可能な制限された帯域幅で単一のＢＢＵを共有することができるので、ＲＲＨは本質的に複雑な製品である。信号は、多くの場合、ＲＲＨにおいてダウンコンバートまたはアップコンバートされ、これは、電力および放熱の懸念事項につながる、最小限の計算作業負荷をＲＲＨに課す。いくつかの用途では、これらは、所望の機能性を達成するために許容できない制限である。

[0005] 本発明の目的は、その好ましい形態において、マルチチャネルソフトウェア定義無線受信機の改善された形態を提供することである。

[0006] 本発明の第１の態様によれば、一連の外部信号を感知するための高速分割受信機インターフェースシステムが提供され、本システムは、感知された信号をアナログ電気形式で受信するための一連のリモート無線ヘッドユニットであって、リモート無線ヘッドユニットの各々が、それらの感知された信号を、対応するデジタル電気形式に変換し、次いで、光データ相互接続を介したディスパッチのために対応する光データ形式に変換する一連のリモート無線ヘッドユニットと、各リモート無線ヘッドユニットをベースバンドユニットと相互接続する少なくとも１つの光インターコネクトと、一連のリモートヘッドユニットを対応する光インターコネクトに相互接続するとともに、受信された光信号を対応する電気デジタル形式に変換し、光信号を対応するダウンサンプリングされた信号にダウンサンプリングするためのコンバータ、ダウンサンプリングされた信号を記憶するためのメモリストア、および保存された信号を外部デバイスに送信するための外部ネットワークインターフェースを含む第１のベースバンドユニットと、を含む。

[0007] いくつかの実施形態では、外部環境を感知するためにリモート無線ヘッドユニットに相互接続された一連のアンテナデバイスも提供される。

[0008] いくつかの実施形態では、光インターコネクトは、一連のリモート無線ヘッドユニットから対応する第１のベースバンドユニットへの、データの一方向接続のみを提供する。

[0009] 本システムは、受信された光信号のさらなるダウンサンプリングのために、第１のベースバンドユニットに相互接続された一連のベースバンドユニットをさらに提供することができる。

[0010] 本発明の実施形態が、ここで、以下の付随図面を参照して、単に例として説明される。

[0011] リモート無線ヘッドユニットとベースバンドユニットとの相互接続の概略図である。 [0012] リモート無線ヘッドユニットをより詳細に例示する。 [0013] ベースバンドユニットをより詳細に例示する。 [0014] ベースバンドユニットをつなぐための第１のアーキテクチャを例示する。 [0015] 単一のＢＢＵに接続された複数のＲＲＨユニットの１つの構成を例示する。

詳細な説明

[0016] 好ましい実施形態は、スペクトルモニタリング、データ取得、またはシステム内ＲＦチェーン診断などの受信専用用途向けに調整された分割システムトポロジの変形例を提供するシステムおよび方法を提供する。実施形態は、デジタルダウンコンバージョンがＢＢＵに移し戻され、アップコンバージョン回路が必要とされないため排除されているので、大幅に簡略化されたＲＲＨを特徴とする。したがって、ＲＲＨの機能は、アナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）からの生サンプルのデジタル化、ＢＢＵへの光ファイバリンクを介した生サンプルの転送し戻し、およびユニットステータス通知に限定される。

[0017] 最初に図１を参照すると、例示的な構成１が例示されている。入力アンテナ信号２が、較正入力４に加えてＲＲＨユニット３に入力される。ＲＲＨユニットは、ＢＢＵ９から出力される補助制御信号１０および１ＰＰＳタイミング信号１１の制御下で同期した様式のデジタル形式への信号変換を担う。信号は、ＢＢＵまたはＲＲＨとコロケートされた外部設備ユニットのいずれかから生じ得る。後者は、光リンクが単方向となることを可能にする。ＲＲＨは、ＢＢＨ光インターフェース７への送信のために光インターフェース６によって光変換される信号を出力する。ＢＢＵは、受信されたデータのダウンサンプリングおよび外部ネットワークへの送信１２を担う。

[0018] 光ファイバリンク５、６、７は、一般に利用可能な光スモールフォームファクタプラガブル（ＳＦＰ：Small Form-factor Pluggable）モジュールを物理層として使用する、専用のもの（built for purpose）であり得る。ＡＤＣは、ＲＲＨ３のフロントエンド段によって定義されるように、帯域制限されたスペクトルをデジタルサンプルに変換する。光インターフェースは、デジタル化されたスペクトルを受信し、管理コントローラからの入力に加えて、典型的には秒当たり３Ｇｂｉｔから１０Ｇｂｉｔの間（ＡＤＣサンプルクロックに依存）で８ｂ／１０ｂの符号化されたシリアルストリームを構築し、次いでこれを単一の光ファイバ５を介して送信する。光ファイバラン（run）は、全長８０ｋｍまでであり得るが、最も実用的な用途は、１００ＭＨｚから１６０ＭＨｚ（これに限定されない）の間の範囲にわたるサンプルクロックで１ｋｍから７ｋｍの間の長さを使用する。

[0019] ＲＲＨ３は、ＢＢＵ１２からのコマンドを受け入れるための２つの機構を有し、それらのうちの１つのみが同時にアクティブである。第１は、（第２のファイバまたは１つのファイバ上の別の波長のいずれかによって）光ファイバインターフェース６、７を介して送られる制御パケットであり、第２は、ＲＲＨを含むシェルタ内の設備管理ユニットなどのハードウェアの外部部分と対話する統合ユニットマネージャへの個別の制御インターフェース１０、１１である。この状況では、ＢＢＵへの光ファイバリンクは物理的に単方向である。

[0020] サンプルを連続的に収集するとき、特定のサンプルがいつ作成されたかを確認するために、タイムスタンプ機構が必要とされる。実施形態は、（シェルタ内の）ＲＲＨ３において、またはＢＢＵ１０、１１において直接的に、同期信号の供給を提供する。これは、システムの実用的な構成を増加させる。

[0021] ここで図２を参照すると、ＲＲＨ３がより詳細に例示されている。例示的な構成では、アンテナ入力信号は、最初の減衰のためにカプラ３１に送出される。カプラは、ローカル利得／位相較正信号が、オンライン診断のために、アンテナ素子と同じ経路に注入されることを可能にする。次いで、デジタル形式へのＡ／Ｄ変換３９を受ける前に、関心バンドパスを抽出するために、いくつかのフィルタリング、減衰、および増幅効果を受ける。Ａ／Ｄコンバータのサンプルレートは、その速度が外部制御信号によって制御入力４２を介して制御されるサンプルクロック４０によって駆動されることができる。ＡＤＣは、外部サンプルクロックによって決定された固定サンプルレートにあるとすることができる。制御プレーン４２は、ＲＦ経路の状態または光ストリームパラメータを変更するために外部コマンドを解析するだけである。デジタル信号は、光ファイバを介したディスパッチのために電気・光インターフェース６に転送される。

[0022] ここで図３を参照すると、ベースバンドユニット（ＢＢＵ）がより詳細に示されている。ＢＢＵは、光信号を対応するデジタル電気形式に最初に変換するための光・電気インターフェース７を含む。その後、デジタル信号は、ＤＤＲメモリ５０に出力される前に、ＢＢＵ制御ユニット５２の制御下の一連のデジタルダウンコンバージョン４５～４７を受ける。その後、受信された情報は、イーサネット（登録商標）インターフェース５１を介して外部に送信されることができる。

[0023] 以下の能力が、実施形態によってもたらされる。

[0024] 拡張

[0025] 各ＢＢＵは、さらなる信号処理のために、デジタル化されたスペクトルのスライスをベースバンドＩ／Ｑサンプルに変換するためのソフトウェアプログラマブルデジタルダウンコンバータ（ＤＤＣ）、例えば４５～４７のセットを含む。単一のＢＢＵが単一のＲＲＨストリームから離れて特定のタスクを実行するのに十分なＤＤＣを有していない場合がある状況があり得る。ＢＢＵをより多くのＤＤＣを有するモデルと置き換えるのではなくむしろ、ＲＲＨ光ファイバストリームの単方向モードを活用するデイジーチェーン機構が提供される。各ＢＢＵ内の使用されていない光送信機を利用することによって、単一のＲＲＨからのストリームは、光ファイバパッチリードを使用して複数のＢＢＵに中継（repeat）されることができ、それらのＢＢＵがそれらのＤＤＣを同じストリーム上の信号処理チェーンに与えることを可能にする。

[0026] 図４は、そのような１つの構成６０を例示し、ここにおいて、第１のフロントエンドカード６１が、デジタルストリームのさらなるデジタルダウンサンプリングおよび処理を適用することができる一連のバックエンドカード６２～６４を駆動することができる。

[0027] データ分離

[0028] ＢＢＵは、信号処理コンピュータを含む、より広いネットワークに接続されることができる。多くの場合、この接続は、業界標準プロトコル（すなわちイーサネット）を介して達成され、所与のネットワークへの接続を必要とするノードに課される管理上の制限を有し得る。いくつかの用途は、ＤＤＣパラメータを機密情報とさえみなし、それらのパラメータの配布を可能な限り制限することを望む。従来の意味で受信機を分割することは、ＲＲＨにネットワーク境界を拡張することになり、ＲＲＨは、ネットワークセキュリティポリシーに反するエリアに物理的に位置し得、実施形態が展開される設置に負担となる管理間接費をもたらす可能性があり得る。

[0029] 単方向光リンクおよび専用設計により、この実施形態の設置は、ＢＢＵへのネットワーク境界に制限し、ＲＲＨおよびその関連シェルタが、ローカルネットワークセキュリティポリシーに影響を及ぼすことなく設置されることを可能にする。ＲＲＨを制御するために必要とされる設備ユニットは、完全に別個のネットワーク上にあり得るか、または自律スケジュールベースで動作することができる。同様に、リンクが純粋に単方向であり、ＲＲＨがＤＤＣパラメータの知識を有さないことを証明することは、接続されたアンテナから放射されて戻っていかないことを主張する双方向リンクを有するよりも大きいセキュリティ信頼性を提供する。

[0030] 設置の多様性

[0031] この実施形態は、デジタル分割受信機が物理的に多様な構成で設置されることを可能にする。そのような１つの構成が図５に例示されている。この構成では、主建物に収容された主ＢＢＵユニット７１が、遠隔で収容され、光ケーブル、例えば７８によって相互接続された一連のＲＲＨユニット７２～７５を駆動するために使用される。次にＲＲＨユニットは各々、同軸ケーブル８０によってＲＲＨユニットに相互接続された一連のアンテナデバイス、例えば７９を駆動するために使用される。各ＲＲＨは、複数のアンテナデバイスを駆動し、主電源入力８２を受信することができる。

[0032] 個々のＲＲＨの低い計算要件は、モノリシック受信機または従来のＲＲＨと比較して、電力要件を劇的に低減する。これは次に、電力網状化および冷却のための設備要件を低減し、コスト節約またはそうでなければ無視されていたことになる設備を使用する機会をもたらす。

[0033] ＢＢＵへの単方向光ファイバリンクは、アンテナ素子まで延びることが必要とされる同軸ケーブルの量を劇的に低減し、したがって、設置コストを著しく低減する。さらに、光ファイバストランドの直径は、平均して、高品質低損失同軸ケーブルの１０分の１未満である。データ分離により、ネットワーク境界は、セキュリティポリシーを有するネットワークへの接続性を可能にする単方向モードで使用されるときに拡張されない。光分離は、ＲＲＨが、接続されたネットワーク上の比較的高価なＢＢＵおよび信号処理コンピュータに追加のリスクを課すことなく、環境的に危険な環境に設置されることを可能にする。

解釈
[0034] 本明細書全体にわたる「１つの実施形態」、「いくつかの実施形態」、または「一実施形態」への参照は、実施形態と関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたる様々な箇所における「１つの実施形態では」、「いくつかの実施形態では」、または「一実施形態では」というフレーズが現れても、同一の実施形態を必ずしもすべて指しているわけではないが、そうであることもある。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において、本開示から当業者に明らかとなるような、任意の好適な様式で組み合わされ得る。

[0035] 本明細書で使用されるとき、別段の指定がない限り、一般的な物体を説明するための序数形容詞「第１の」、「第２の」、「第３の」等の使用は、単に同様の物体の異なる例が参照されていることを示しているにすぎず、そのように説明された物体が、時間的、空間的、順位的に、または任意の他の様式のいずれかで、所与のシーケンスになければならないことを暗に示すことを意図するものではない。

[0036] 以下の特許請求の範囲および本明細書での説明において、備える（comprising）、～から成る（comprised of）、または、～を備える～（which comprises）という用語のいずれか１つは、それに続く要素／特徴を少なくとも含むが他のものを除外しないことを意味するオープンタームである。したがって、備えるという用語は、特許請求の範囲で使用されるとき、その後に列挙される手段または要素またはステップに限定するものとして解釈されるべきではない。例えば、ＡおよびＢを備えるデバイスという表現の範囲は、要素ＡおよびＢのみから成るデバイスに限定されるべきではない。本明細書で使用される、含む（including）、または、～を含む～（which includes or that includes）という用語のいずれか１つもまた、その用語に続く要素／特徴を少なくとも含むが他のものを除外しないことも意味するオープンタームである。したがって、含むことは、備えることと同義であり、備えることを意味する。

[0037] 本明細書で使用されるとき、「例示的」という用語は、品質を示すのとは対照的に、例を与えるという意味で使用される。すなわち、「例示的な実施形態」は、必ず例示的な品質の実施形態であることとは対照的に、一例として提供される実施形態である。

[0038] 本発明の例示的な実施形態の上記の説明では、本発明の様々な特徴が、本開示を合理化し、様々な発明の態様のうちの１つまたは複数の態様の理解を助ける目的で、単一の実施形態、図、またはその説明にまとめられるときがあることを理解されたい。しかしながら、この開示の方法は、請求項に記載の発明が各請求項に明示的に記載されたものよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、発明の態様は、前述の単一の開示された実施形態のすべての特徴よりも少ない特徴にある。したがって、詳細な説明に続く特許請求の範囲は、これによって、この詳細な説明に明示的に組み込まれ、各請求項は、本発明の別個の実施形態として独立している。

[0039] さらに、本明細書に記載されるいくつかの実施形態は、他の実施形態では含まれる他の特徴ではない、いくつかの特徴を含むが、当業者によって理解されるように、異なる実施形態の特徴の組合せは、本発明の範囲内であることを意味し、異なる実施形態を形成する。例えば、以下の特許請求の範囲において、請求項記載の実施形態のいずれかは、任意の組合せで使用されることができる。

[0040] さらに、実施形態のいくつかは、コンピュータシステムのプロセッサによって、または機能を実行する他の手段によって実施されることができる方法または方法の要素の組合せとして本明細書で説明される。したがって、そのような方法または方法の要素を実行するための必要な命令を有するプロセッサは、方法または方法の要素を実行するための手段を形成する。さらに、装置の実施形態の本明細書で説明される要素は、本発明を実行する目的で当該要素によって実行される機能を実行するための手段の一例である。

[0041] 本明細書で提供される説明では、多数の具体的な詳細が記載される。しかしながら、これらの特定の詳細なしに、本発明の実施形態が実施され得ることが理解される。他の事例では、この説明の理解を曖昧にしないように、周知の方法、構造、および技法は詳細に示されていない。

[0042] 同様に、結合されたという用語は、特許請求の範囲において使用されるとき、直接接続のみに限定されるものとして解釈されるべきではないことに留意されたい。「結合された」および「接続された」という用語は、それらの派生語とともに使用され得る。これらの用語は、互いに同義語として意図されていないことを理解されたい。したがって、デバイスＢに結合されたデバイスＡという表現の範囲は、デバイスＡの出力がデバイスＢの入力に直接接続される、デバイスまたはシステムに限定されるべきではない。これは、他のデバイスまたは手段を含む経路であり得る、Ａの出力とＢの入力との間の経路が存在することを意味する。「結合された」は、２つ以上の要素が物理的または電気的に直接接触していること、または２つ以上の要素が互いに直接接触していないが依然として互いに協働または相互作用することを意味し得る。

[0043] したがって、本発明の好ましい実施形態であると考えられるものが説明されてきたが、当業者は、本発明の趣旨から逸脱することなく、他の修正およびさらなる修正がそれに対して行われ得ることを認識し、本発明の範囲内に入るすべてのそのような変更および修正を特許請求することが意図される。例えば、上記の任意の式は、使用され得る手順を単に表しているにすぎない。機能はブロック図に追加またはそれから削除され得、動作は機能ブロック間で交換され得る。ステップは、本発明の範囲内で説明される方法に追加またはそれから削除され得る。
以下に本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
一連の外部信号を感知するための高速分割受信機インターフェースシステムであって、 感知された信号をアナログ電気形式で受信するための一連のリモート無線ヘッドユニットと、前記リモート無線ヘッドユニットの各々は、それらの感知された信号を、対応するデジタル電気形式に変換し、次いで、光データ相互接続を介したディスパッチのために対応する光データ形式に変換し、
各リモート無線ヘッドユニットをベースバンドユニットと相互接続する少なくとも１つの光インターコネクトと、
前記一連のリモートヘッドユニットを対応する光インターコネクトに相互接続するとともに、前記受信された光信号を対応する電気デジタル形式に変換し、前記光信号を対応するダウンサンプリングされた信号にダウンサンプリングするためのコンバータ、前記ダウンサンプリングされた信号を記憶するためのメモリストア、および前記保存された信号を外部デバイスに送信するための外部ネットワークインターフェースを含む第１のベースバンドユニットと
を含む、システム。
［Ｃ２］
外部環境を感知するために前記リモート無線ヘッドユニットに相互接続された一連のアンテナデバイスをさらに備える、Ｃ１に記載のシステム。
［Ｃ３］
前記光インターコネクトは、前記一連のリモート無線ヘッドユニットから対応する前記第１のベースバンドユニットへの、データの一方向接続のみを提供する、Ｃ１または２に記載のシステム。
［Ｃ４］
前記受信された光信号のさらなるダウンサンプリングのために、前記第１のベースバンドユニットに相互接続された一連のベースバンドユニットをさらに備える、
Ｃ１に記載のシステム。

Claims (2)

1. 一連の外部信号を感知するための高速分割受信機インターフェースシステムであって、
   感知された外部信号をアナログ電気形式で受信するための一連のリモート無線ヘッドユニットと、前記リモート無線ヘッドユニットの各々は、それらの感知された外部信号を、対応するデジタル電気形式に変換し、次いで、光インターコネクトを介したディスパッチのために対応する光信号に変換し、
   各リモート無線ヘッドユニットをベースバンドユニットと相互接続する少なくとも１つの前記光インターコネクトと、
   前記一連のリモート無線ヘッドユニットを対応する前記光インターコネクトに相互接続するとともに、受信された光信号を対応するデジタル電気形式に変換し、前記光信号を対応するダウンサンプリングされた信号にダウンサンプリングするためのコンバータ、前記ダウンサンプリングされた信号を記憶するためのメモリストア、および前記記憶された信号を外部デバイスに送信するための外部ネットワークインターフェースを含む第１のベースバンドユニット、ここにおいて、前記光インターコネクトは、前記一連のリモート無線ヘッドユニットから対応する前記第１のベースバンドユニットへの、データの一方向接続のみを提供する、と、
   外部信号を感知するための一連のアンテナデバイス、ここにおいて前記一連のアンテナデバイスの一部が前記一連のリモート無線ヘッドユニットの各々に相互接続される、と
   を含む、システム。
2. 前記受信された光信号のさらなるダウンサンプリングのために、前記第１のベースバンドユニットに相互接続された一連のベースバンドユニットをさらに備える、
   請求項１に記載のシステム。

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