用於具有中繼功能的遠程無線電模塊的裝置、系統和方法

2023-06-30 20:06:46 2

專利名稱：用於具有中繼功能的遠程無線電模塊的裝置、系統和方法
用於具有中繼功能的遠程無線電模塊的裝置、系統和方法交叉引用本申請要求2008年4月21日提交的、題為「具有中繼功能的遠程無線電頭 (REMOTE RADIO HEAD WITH RELAY CAPABILITY) 」、序列號為 61/046，645 的美國臨時申請， 在此通過引用將其整體併入。
背景技術：
無線通信網絡通過在操作在通信網絡中的許多行動裝置之間共享資源來操作。某 些類型的無線通信網絡被實現用於在某些標準下支持基於小區的高速業務，所述標準諸如 第三代合作夥伴項目2(〃 3GPP2")、長期演進(」LTE")標準(「3G LTE")、超移動寬 帶(〃 UMB")寬帶無線標準以及IEEE 802. 16寬帶無線接入標準(常被稱為WiMAX或不 太常見地被稱為WirelessMAN或空中接口標準)。無線通信網絡可以向多個被稱為「微小區」或「小區站點」的地區提供通信服務。 在一微小區內，基站(BQ或基站收發臺(BTQ使用數據機經由有線回傳連接耦合至網 關或核心網，並且可以向位於小區內的移動終端傳送數據或從位於小區內的移動終端接收 數據。為了使運營商能夠提供無線高速數據服務，需要為諸如第四代GG)網絡的網絡部署 新的小區站點。但是，隨著運營商推廣4G網絡，他們面臨微妙的平衡舉措。他們必須大量投 資以推廣新的空中接口，即使知道初始的訂戶密度將會非常低並且他們的投資在若干年內 將不會創造顯著的收益量。大部分運營商會典型地預期他們的4G投資在達到最小的訂戶 密度之前均產生淨虧損。為了使所述影響最小化，運營商會很可能選擇初始地在人口密集 的城市中心區推廣4G網絡以相對快地達到臨界訂戶密度，並且隨著這些站點變得有盈利， 他們會逐步將覆蓋擴展到人口沒有那麼密集、沒有那麼盈利的區域。雖然這樣的謹慎部署 方法是有道理的，但是運營商之間針對業務覆蓋範圍的競爭可能迫使運營商變得更積極進 取，冒更多的風險，並且在致力於獲得市場份額的過程中侵略性地部署4G網絡。考慮到這 個經濟現實，通過以更低的初始成本允許更多的覆蓋使商業風險最小化，從而允許運營商 還要更早地到拐點(break)或減少他們的暴露的技術對於網絡運營商來說會是非常有吸 引力的。此外，部署小區站點的成本包括基建費用(例如安裝、新塔建造、裝備等等)以及 運營費用(例如站點租借、站點維護、BTS傳輸等)。所觀察到的是，由於基建費用的降低， 特別是在基建費用在若干年內分期償還的情況下，運營費用在近幾年佔主導。驅動擁有無 線站點的費用的主要運營費用中的兩項典型地為站點的租賃費繼之以回傳成本。通過簡化 系統需求來幫助降低租賃費或通過以無線方式(over the air)將回傳信息中繼到中心集 合點來消除回傳的成本的技術因而對於無線運營商來說是有益的。因此，所需要的是使與無線網絡的部署相關聯的前期支付風險和運營成本最小化 的改進裝置、系統和方法。

發明內容
在一個實施例中，包括遠程無線電模塊的裝置被提供。所述遠程無線電模塊包括可操作用於與移動終端無線通信的第一收發機，可操作用於與耦合至核心網的集線器無線 通信的第二收發機，以及用於執行存儲在存儲器中的指令的處理器。所述指令包括用於以 第一載波頻率從集線器接收信號；以及處理該信號使得該信號能夠以不同於第一載波頻率 的第二載波頻率被轉發(retransmit)到移動終端的指令。在另一實施例中，無線通信系統被提供。所述系統包括耦合至核心網的集線器和 多個遠程無線電模塊。每個遠程無線電模塊包括可操作用於與移動終端無線通信的第一收 發機，可操作用於與集線器無線通信的第二收發機，以及用於執行存儲在存儲器中的指令 的處理器，所述指令包括以第一載波頻率從集線器接收信號以及處理該信號使得該信號能 夠以不同於第一載波頻率的第二載波頻率被轉發到行動裝置的指令。在還有另一實施例中，用於促進集線器和移動終端之間的無線通信的方法被提 供。所述方法包括提供具有可操作用於與移動終端無線通信的第一收發機和可操作用於與 集線器無線通信的第二收發機的遠程無線電模塊，以第一載波頻率從集線器接收信號，以 及處理該信號使得該信號能夠以不同於第一載波頻率的第二載波頻率被轉發到移動終端。通過審閱下面結合附圖對當前的公開內容的特定實施例的說明，所述公開內容的 其他方面和特性將變得對於本領域的普通技術人員顯而易見。


當結合附圖閱讀下面的詳細說明時，可以根據所述說明最佳地理解當前的公開內 容的各方面。應強調的是，根據行業的標準實踐，各個特徵沒有按照比例繪製。事實上，為 了說明的清楚性，各個特徵的尺寸可以任意地增大或減小。下面是對示例性附圖的簡要說 明。它們僅是示例性的實施例並且當前的公開內容的範圍不應受限於此。圖1為用於促進集線器和移動終端之間經由遠程無線電模塊的無線通信的示例 性方法的流程圖。圖2為示例性無線通信網絡的示圖，可以在該無線通信網絡內實踐圖1的方法。圖3到5為可以被部署在無線通信網絡內的示例性集群配置的示圖。圖6為實現圖3到5的集群配置的示例性的擴展無線通信網絡的示圖。圖7為採用兩個無線電單元的示例性遠程無線電模塊的示意圖。圖8為採用一個無線電單元的示例性遠程無線電模塊的示意圖。圖9為根據當前的公開內容的各個方面的示例性遠程無線電模塊的框圖。圖10為可以實現在集線器和遠程無線電模塊之間的示例性控制信道的圖形表示。圖11為用於產生圖10的控制信道的示例性載波產生器的框圖。圖12為與遠程無線電模塊通信的近距移動終端和遠距移動終端以及與集線器通 信的遠程無線電模塊的示圖。圖13為在圖12的移動終端、遠程無線電模塊和集線器之間傳送的通信信號的圖 形表示。
具體實施例方式當前的公開內容一般地涉及通信系統，並且更具體地，涉及無線通信系統。但應理解的是，下面的公開內容提供了許多不同的實施例或示例。在下文中描述了部件和布置的 具體示例以精簡當前的公開內容。當然，這些僅是示例而不旨在進行限制。另外，當前的公 開內容可以在各個示例中重複參考標號和/或字母。這種重複是為了簡明性和清楚性的目 的，並且本身沒有規定所論述的各個實施例和/或配置之間的關係。此外，在下文中參考 WiMAX和/LTE技術來描述本發明的示例性實施例，這兩種技術都採用具有時分雙工(TDD) 方案或頻分雙工(FDD)方案的正交頻分復用(OFDM)調製。應注意的是，在本文中所公開的 各個實施例還可適用於當前可用的其他無線通信技術，諸如CDMA(碼分多址)、UMTS(通用 移動通信系統)、GSM(全球移動通信系統)或採用中繼節點技術的未來發展。參考圖1，在一個實施例中，方法10被實現用於促進移動終端和集線器之間經由 遠程無線電模塊的無線通信。如將在後面更詳細地描述的那樣，集線器經由無線網絡中的 遠程無線電模塊向移動終端提供高速數據業務。從集線器到移動終端的通信發生在下行鏈 路，而從移動終端到集線器的通信發生在上行鏈路。方法10從框12開始，其中遠程無線電 模塊以第一載波頻率從集線器接收信號。遠程無線電模塊在移動終端所位於的區域上提供 覆蓋。在一個實施例中，所述信號可以包括以第一載波頻率(例如用於回傳連接的3. 5GHz) 發送的OFDM調製信號。應理解的是，由諸如WiMAX和3G LTE的無線技術標準所規定的OFDM 技術是定義明確的，而因此僅在本文中簡要描述。OFDM技術利用信道化方式並且將通信信 道劃分成許多子信道(或子載波)，其中每個子載波與其他子載波正交。子載波的數量取決 於載波信號的帶寬，諸如5MHz (512個子載波)、10MHz (1024個子載波)或20MHz (2048個子 載波)。本領域的技術人員可用的其他調製方法也可適用於當前的公開內容。方法10從框14繼續，其中遠程無線電模塊處理所述信號使得該信號能夠以不同 於第一載波頻率的第二載波頻率被轉發到移動終端。遠程無線電模塊執行基帶處理以允許 所接收的信號在以不同載波頻率被轉發之前充分地被濾波。在一些場景中，遠程無線電模 塊可以接收所需的信號連同相鄰的幹擾信號，所述幹擾信號可能強於所需的信號。充分的 濾波濾除不想要的幹擾信號使得該幹擾信號不會以非常高的功率被轉發。此外，所述頻率 可以被轉移，使得經濾波和延遲的信號能夠以不同的頻率被傳送。方法10從框16繼續，其 中遠程無線電模塊以第二載波頻率(例如用於接入連接的2. 5GHz)向移動終端傳送所述信 號。雖然已參考下行鏈路(從集線器到移動終端)上的通信描述了方法10，但應理解的是， 方法10可以相似的方式來實現以用於上行鏈路(從移動終端到集線器)上的通信。此外， 如將在後面更詳細地描述的那樣，可以對由遠程無線電模塊所接收的上行鏈路信號執行自 適應增益函數，使得該信號能夠以接近於遠程無線電模塊的發射器的額定功率的功率被轉 發。移動終端和基站之間的功率控制算法是無線網絡的重要方面。在大批終端同時向 基站傳送回信號的條件下，上行鏈路功率控制對於系統性能是關鍵的。終端散布在整個小 區中並且小區邊緣上的那些終端正以遠低於的接近於基站的終端的功率到達基站。在基站 接收器具有有限的動態範圍的條件下，重要的是限制遠距終端和近距終端之間在功率水平 上的跨距(spread)。對於典型的3G或4G無線系統而言，存在提供從終端到來的上行鏈路功率的閉環 控制的功率控制算法。基站將盡力把進入的上行鏈路信號保持在目標功率譜密度上或至少 保持在可接受的範圍內。隨著單獨的終端的路徑損耗增大或減小，基站通過某種形式的控制信道通知終端功率已增大或減小，而終端相應地反應以使其功率恢復至基站接收器處所 需的功率。取決於正被討論的標準，即⑶MA、UMTS、GMS、WiMAX或LTE，控制信道的實現和更 新速率可以不同。如同任何閉環控制系統一樣，提供的反饋量和控制環路的響應時間或更 新速率是確定環路性能和穩定性的兩個關鍵參數。 小區內的下行鏈路功率控制傾向於稍不如上行鏈路功率控制那麼關鍵。這種情況 的主要原因在於在下行鏈路上沒有遠近場景(near-far scenario)，因為所有終端都從公 共的基站發射器接收。儘管如此，下行鏈路功率需求可能隨用戶移入或移出小區以及隨更 多容量被用在一個或多個載波上而不同。下行鏈路功率需求也可能在切換期間增大或減對於在當前的公開內容中所論述的微中繼節點實現，已在基站和終端之間插入節 點。從功率控制的角度來看，對於功率控制有兩種選擇。一種選擇是保持微中繼的上行鏈 路增益(例如Gul (t))和下行鏈路增益(Gdl (t))固定。通過保持增益固定，微中繼的存在 對於所使用的標準的功率控制算法來說在很大程度上是透明的。如果選擇保持增益固定， 則關鍵的是以升高的功率進入接收埠的信號不會使發射器由於系統中的固定增益量而 進入壓縮模式(go into compression)。因而，某種增益調整可能是有必要的。如果提供增益調整，則有兩種另外的選擇。第一種是在初始的試運行期間以及周 期性地在網絡的微調期間調整所述增益。對於具有18dB的峰值增益、具有7度的3dB垂直 波束寬度、處於高出地面30米的高度的典型無線天線而言，(視線路徑損耗-天線增益)將 從IlSdB到92dB之間變化。在4公裡半徑的小區邊緣處達到118dB。在接近距天線的水平 距離為64米的節點處達到92dB。假定閉環功率控制在微小區和終端之間進行操作，該算法 將使近距終端減弱其傳送功率以保持相對於微小區的目標功率。此外，相同的算法將要求 處在小區邊緣的終端增大其傳送功率以設法在微小區上保持所需的信號強度。在所執行的 分析中，所觀察到的是4公裡遠的終端會將其功率增大至大約23dBm的最大值，而處在小區 邊緣的終端會將其功率減小至-1. 9daii。通過相比於遠距終端將近距功率減小24. 9dB,功 率控制算法幾乎已完全消除了由路徑損耗上的差異所引入的功率跨距。在這樣的場景中， 將僅需要算法在初始化期間以及周期性地隨遇到命令更多或更少增益的業務模式和允許 系統計量很可能進入微中繼接收器的最大信號強度的數據被收集而對微中繼上的增益進 行微調。清楚地，只要我們不過度驅動集線器上的接收器或使微中繼上的發射器進入壓縮 模式，更多的增益從鏈路預算的角度來看可能是有益的。現在參考圖2，無線通信網絡50示意了示例性系統，可以在其中實踐參考圖1所描 述的方法。在當前的示例中，網絡50是根據諸如WiMAX和LTE的無線技術標準支持高速數 據業務的無線網絡。網絡50可以按輻射狀配置來部署。網絡50包括基站(BQ 52、多個遠 程無線電模塊M和多個用戶設備(UE) 56 (或移動終端或行動裝置)。雖然網絡50被示意 為具有一個基站，應理解的是任何數量的基站可以被實現以向給定的區域提供覆蓋。BS 52是本領域已知的一種類型的設備，並且因此不在本文中詳細描述。在當前 的實施例中，BS 52起集線器的作用，其服務於遠程無線電模塊M以及與其足夠接近的UE 56。BS 52經由有線回傳連接60連接到網關或核心網58 (例如網際網路或其他合適的網絡)。 例如，BS52包括具有到核心網58的100Base-T乙太網連接的數據機。BS52可以包括 用於支持根據諸如WiMAX和LTE的無線技術標準與遠程無線電模塊M和UE 56的無線通信的合適的硬體和軟體部件。例如，BS 52可以包括處理器、發射器、接收器、天線、易失和非 易失存儲器、輸入/輸出設備和其他合適的設備。如前所述，BS 52支持包括由在頻率上分 開的多個子載波構成的OFDM載波的無線通信，所述多個子載波中的每一個都攜載信息(例 如數據、語音和控制信息)。應注意的是，BS 52上的數據機服務於BS 52和遠程無線 電模塊54。因此，數據機能夠因為更大的傳播延遲而意識到處在遠程無線電模塊M中 的一個的附近區域內的UE 56距離更遠，並且可以為所述延遲進行調整。數據機將把 遠程無線電模塊M的所有這些位置看作不同扇區的不同載波，並且將基於本領域已知的 諸如信號強度或信號質量的典型切換標準來進行切換。遠程無線電模塊M起微中繼的作用，其擴展BS 52的覆蓋。每個遠程無線電模塊 M包括到BS 52的以無線方式的回傳連接(例如微小區到微中繼)。同樣地，每個遠程無 線電模塊M提供到足夠接近於其本身(或在其覆蓋區域內)的UE 56的以無線方式的接 入連接。如將在後面更詳細地描述的那樣，遠程無線電模塊M包括促進BS 52和它們的相 應的UE 56之間的無線通信的合適的硬體和軟體部件。應注意的是，不要求遠程無線電模 塊討具有如在BS 52中所提供的有線回傳連接。因此，遠程無線電模塊可以被部署在其中 有功率的任何高架結構上(例如電線桿、大樓、配電塔等)。此外，將遠程無線電模塊部署為 微中繼節點的運營費用比部署諸如BS的完整的接入點小區站點的運營費用低。UE 56可以是現有技術已知的或未來發展的各種移動終端或行動裝置。例如，UE 56可以包括具有無線功能的膝上型電腦、手機，無線數據終端、個人數字助理(PDA)等。UE 56也可以包括支持與BS 52和遠程無線電模塊M的無線通信的合適的硬體和軟體部件。 例如，UE 56可以包括基帶處理器、收發器、天線和用戶接口。在當前的實施例中，UE支持使 用OFDM載波的無線通信。現在參考圖3到5，所示意的是可以被部署在諸如圖2的網絡50的無線通信網絡 中的示例性集群配置。在下文中所公開的各種集群構成可以使用N = 3頻率重用規劃來部 署。應理解的是，也可以實現其他頻率重用規劃。N = 3頻率重用規劃規定三個不同的頻率 (例如頻率1、頻率2和頻率3)被用於部署無線網絡。在圖3中，集群A 100包括集線器節 點102和多個中繼節點l(Ma-f。集線器節點102可以被配置為圖2的BS 52，而中繼節點 l(Ma-f可以被配置為圖2的遠程無線電模塊M。集線器節點102向相應的小區提供覆蓋， 而每個中繼節點l(Ma-f向其相應的小區提供覆蓋。集線器節點102以頻率1提供到其覆 蓋小區區域內的移動終端或訂戶的接入連接。對於中繼節點104a、l(Mc和104e，分別以頻 率2提供到集線器節點102的回傳連接106a、106c和106e，而以頻率3提供到相應的覆蓋 小區區域內的移動終端或訂戶的接入連接。對於中繼節點104b、104d和104f，分別以頻率 3提供到中繼節點102的回傳連接106b、106d和106f，而以頻率2提供到相應的覆蓋小區 區域內的移動終端或訂戶的接入連接。所觀察到的是，因為沒有兩個相鄰的小區使用相同 的頻率來接入，N = 3頻率重用規劃很有效。對於回傳連接(在集線器節點和中繼節點之 間)，天線充分定向，使得相對少的能量將溢出到另一小區。例如，用於回傳的定向天線看似 是能夠以120度內提供40dB的旁瓣抑制。因此，能夠以120度的增量重複使用頻率。在圖4中，除了以不同的方式分配頻率之外，集群B 110與圖3的集群A 100相似。 因此，為了清楚性起見，圖3和圖4中相似的特徵相同地被編號。集群B 110包括集線器節 點102和多個中繼節點l(Ma-f。集線器節點102可以被配置為圖2的BS 52，而中繼節點l(Ma-f可以被配置為圖2的遠程無線電模塊M。集線器節點102向相應的小區提供覆蓋， 而每個中繼節點l(Ma-f向其相應的小區提供覆蓋。集線器節點102以頻率3提供到其覆 蓋小區區域內的移動終端或訂戶的接入連接。對於中繼節點104a、l(Mc和104e，分別以頻 率2提供到集線器節點102的回傳連接106a、106c和106e，而以頻率1提供到相應的覆蓋 小區區域內的移動終端或訂戶的接入連接。對於中繼節點104b、104d和104f，分別以頻率 1提供到集線器節點102的回傳連接106b、106d和106f，而以頻率2提供到相應的覆蓋小 區區域內的移動終端或訂戶的接入連接。所觀察到的是，因為沒有兩個相鄰的小區使用相 同的頻率來接入，N = 3頻率重用規劃相當有效。對於回傳連接(在集線器節點和中繼節 點之間)，天線充分定向，使得相對少的能量將溢出到另一小區。在圖5中，除了以不同的方式分配頻率之外，集群C 120與圖3的集群A 100相似。 因此，為了清楚性起見，圖3和圖5中相似的特徵相同地被編號。集群C 120包括集線器節 點102和多個中繼節點l(Ma-f。集線器節點102可以被配置為圖2的BS 52，而中繼節點 l(Ma-f可以被配置為圖2的遠程無線電模塊M。集線器節點102向相應的小區提供覆蓋， 而每個中繼節點l(Ma-f向其相應的小區提供覆蓋。集線器節點102以頻率2提供到其覆 蓋小區區域內的移動終端或訂戶的接入連接。對於中繼節點104a、l(Mc和104e，分別以頻 率1提供到集線器節點102的回傳連接106a、106c和106e，而以頻率3提供到相應的覆蓋 小區區域內的移動終端或訂戶的接入連接。對於中繼節點104b、104d和104f，分別以頻率 3提供到集線器節點102的回傳連接106b、106d和106f，而以頻率1提供到相應的覆蓋小 區區域內的移動終端或訂戶的接入連接。所觀察到的是，因為沒有兩個相鄰的小區使用相 同的頻率來接入，N = 3頻率重用規劃相當有效。對於回傳連接(在集線器節點和中繼節 點之間)，天線充分定向，使得相對少的能量將溢出到另一小區。現在參考圖6，所示意的是分別實現圖3、4和5的集群配置100、110和120的示例 性的擴展無線通信網絡。如所示出的，只要反轉(invert)集群(例如集群A、集群B、集群 C)，就將不會有兩個相鄰的小區使用相同的頻率來接入的情況。對於回傳連接(在集線器 節點和中繼節點之間)，天線充分定向，使得相對少的能量將溢出到另一小區。因此，如圖3 到5所描述的N = 3頻率重用規劃可容易地擴展，從而以最小的幹擾覆蓋任何區域。現在參考圖7，所示意的是具有兩個無線電單元的示例性遠程無線電模塊300。遠 程無線電模塊300包括兩個無線電單元302和304，在它們之間有外部數據連接310。無線 電單元302提供到遠程無線電模塊300的覆蓋區域內的移動終端的接入連接312。無線電 單元304提供到諸如圖1的BS 52的集線器的回傳連接。所觀察到的是，兩個無線電單元 提供靈活性，因為如果有需要的話能夠以不同的頻率提供接入連接312和回傳連接314，或 者如果有需要的話能夠以相同的頻率提供接入連接312和回傳連接314。典型地對於4G部 署，諸如LTE或WiMAX部署，每個無線電單元302、304的基線是每扇區或小區兩個發射器和 兩個接收器。因此，所述兩個發射器能夠按扇區或小區在下行鏈路上執行h2MIM0(多輸入 多輸出)。所述兩個接收器用於接收分集。現在參考圖8，所示意的是具有單個無線電單元的示例性遠程無線電模塊350。遠 程無線電模塊350包括一個無線電單元352，其包括四個發射器和四個接收器。當遠程無線 電模塊350起微中繼節點的作用時，四個發射器中的兩個和四個接收器中的兩個被用於以 一個頻率的接入354，而四個發射器中的另外兩個和四個接收器中的另外兩個被用於以不同頻率的回傳356。當需要把遠程無線電模塊350升級為完整的接入點時，其中遠程無線電 模塊連接到數據機(例如圖1的BS 52)，無線電單元352起具有四個發射器和四個接 收器的完整的四分支(branch)無線電設備(radio)的作用。現在參考圖9，所示意的是示例性遠程無線電模塊400在被配置為起微中繼節點 的作用時的高層框圖。遠程無線電模塊400包括用於到集線器(諸如圖2的BS 52)的回傳 連接的一個收發器，和用於提供到移動終端或訂戶的接入的另一收發器。回傳收發器包括 一個發射器和一個接收器。接入收發器也包括一個發射器和一個接收器。應理解的是，遠 程無線電模塊400包括各種部件，諸如濾波器、混頻器、雙工器、多路器、數位訊號處理器、 微處理器、存儲器以及執行在下文中所描述的功能的其他合適的部件。以一個頻率所接收 的信號經受基帶處理以允許在該信號以另一頻率被轉發之前該信號被充分濾波。對於下行鏈路信號(從集線器到移動終端或/用戶設備)，該信號在天線上被接收 並且由雙工器濾波，然後被傳遞到接收路徑。在接收路徑上，該信號由低噪聲放大器(LNA) 放大。然後可以將經放大的模擬信號從RF下變頻到中頻(IF)或直接到基帶。可替換地， 如果模擬到數字轉換器足夠快以對RF信號直接採樣，則這個階段可以被省略。RF、IF或基 帶信號接著被數位化採樣並且從模擬信號轉換為數位訊號。如果用數字解調器在IF或RF 上對模擬信號進行採樣，在數字到模擬轉換器的輸出上的信號可以被下變頻到基帶。該信 號然後通過接收信道器(charmelizer) (Rx wCZR)被重新採樣和濾波到數據機採樣速 率。該信號可以經受下行鏈路增益控制算法。接著通過傳送信道器(TxwCZR)將該信號從 數據機採樣速率重新採樣和濾波到基帶預畸變器(BBPD)所使用的採樣速率。該信號 通過BBPD框根據來自高功率放大器(HPA)的輸出上的信號的採樣而被線性化。BBPD框的 輸出可以在其被從數字域轉換到模擬域之前被上變頻到中頻或RF頻率。取決於上變頻技 術，模擬信號可以是基帶、IF或RF。在一個實施例中，RF信號通過HPA被傳遞，HPA的輸出 被採樣並且被反饋回到BBPD框以產生預畸變信號。HPA上的輸出被傳遞給雙工器。雙工器 的輸出被傳遞給天線，用於向移動終端傳送信號。對於上行鏈路信號(從移動終端/用戶設備到集線器)，與上述下行鏈路信號相同 的流發生，但剛好在相反的方向上。如將在後面更詳細地描述的那樣，上行鏈路增益控制和 /或下行鏈路增益控制可以包括設法保持到發射器中的數字功率的峰值的自適應數字增益 框。為了配置中繼節點以2x2MIM0配置來操作，遠程無線電模塊可以包括四個天線而 不是兩個天線，並且硬體可以包括兩倍於圖9所示的部件。例如，圖8的無線電單元352在 一信號單元中包括四個發射器和四個接收器。可替換地，在下行鏈路上以&2MIM0配置操 作的中繼節點可以採用兩個無線電單元，其中每個無線電單元(諸如圖7的無線電單元302 和304)由遠程無線電模塊400表示。對於一些標準，發射器可以與無線網絡中的其他發射 器同步，並且在這樣的情況下，遠程無線電模塊在起微中繼節點的作用時，需要從下行鏈路 信號中提取定時和頻率信息。應注意的是，遠程無線電模塊有效地濾波和轉移從集線器或 移動終端所接收的信號的頻率，並且以不同的頻率轉發相同的信號。因此，遠程無線電模塊 沒有真正地重新調製和重新打包被接收的調製信號。所觀察到的是，在傳送和接收信道器兩者內所需要的相鄰信道濾波的量取決於所 需的帶內信號和相鄰信道上的幹擾之間的相關信號功率、所需的穩定裕量等級和需要在傳送鏈的輸出上滿足的發射掩蔽(emission mask) 0穩定裕量是TX和Rx路徑之間的隔離 (isolation)超過無條件穩定(unconditional stability)的有效增益(active gain)的 因數(factor)。在一些實施例中，遠程無線電模塊在信道器內實現IOOdB的數字濾波。現在參考圖10，所示意的是可以在集線器和遠程無線電模塊之間實現的示例性控 制信道的圖形表示。控制信道傳遞控制信息(或非業務數據)並且允許一個控制信道配置 硬體、從硬體接收報警消息、向硬體發送報警消息或用於其他合適的目的。控制信道可以被 稱為運營、報警和監控(0Α&Μ信道)。在當前的實施例中，控制信道500可以被實現在載波 信號510的過渡帶中。載波產生器的一個示例在圖11中被示意。該載波產生器在遠程無 線電模塊的數字部分中實現簡單的00SK(開/關轉移鍵控)數據機以在載波信號的過 渡帶中產生控制信道。控制信道500對於諸如LTE或WiMAX的無線標準來說是兼容和透明的。載波信號 510包括具有IOMHz頻帶(例如IOMHz載波)的並且在發射器所產生的信道噪聲520以外 的頻率Fc (例如2. 5GHz、3. 5GHz或其他合適的載波頻率)。無線電信道器可以將調製數據 子載波500置於載波信號510的過渡帶中，使得子載波處在運營商的自有頻譜內並且不違 反FCC或ETSI標準。就是說，如果運營商擁有IOMHz頻譜，承載數據的信號的實際帶寬典 型地為9MHz。因此，在兩側各有大約0. 5MHz，其被專用於過渡帶並且沒有真正地被用於數 據通信。例如，對於IOMHz頻帶載波，控制信道可以被設置有4Fc的偏移，或對於5MHZ頻帶 載波，控制信道可以被設置有2Fc的偏移。因而，專有的經調製的0Α&Μ子載波可以被置於 載波頻率信號510的兩側上的過渡帶中。0Α&Μ子載波可以包括本領域的技術人員可用的常 規調製載波。0Α&Μ子載波可以是幾百KHz寬，以便其符合運營商可用的頻帶。集線器上的 數據機可以基本上忽視過渡帶中的控制信道，因為數據機將其視為幹擾信號。因 此，只要控制信道的幅度沒有強到破壞或阻礙數據機解調所需的信號或移動終端解調 所需的信號的能力，就沒有問題。在其他實施例中，控制信道可以在DC頻率上被傳送，諸如 基帶DC，對於零IF型發射器，該基帶DC被證明是LO頻率。可替換地，對於諸如WiMAX或LTE的一些標準，OFDM子載波中的一個或多個可以 被預留給非業務數據，或者可以專用於0Α&Μ控制信道。所傳送的子載波的數量取決於載波 帶寬(頻帶)。典型地，不是所有的子載波都被用於攜載信息，標準允許載波邊緣上的頻帶 中的一些是空的，基本上作為保護頻帶。集線器上的數據機可以聲明子載波中的一些 將不被使用而被預留用於不同的目的，諸如功率應用。例如，數據機可以聲明子載波將 被預留給峰均功率比(PAPR)。因此，那些被預留的子載波中的一個或它們中的若干個可以 被用於在遠程無線電模塊(微中繼節點)和集線器(微小區)之間以無線方式傳送專有的 0Α&Μ信道。諸如TCP/IP協議的簡單協議可以被用於預留的子載波。在遠程無線電模塊的初始化期間，將有搜索算法，其中中繼節點搜索來自於集線 器的這些控制信道中的一個，如本領域所知的那樣。一旦發現控制信道，遠程無線電模塊可 以在該無線電設備開始向集線器或移動終端傳送數據之前下載其配置信息。現在參考圖12，所示意的是其中近距終端和遠距終端正與遠程無線電模塊通信， 並且遠程無線電模塊正與集線器通信的場景。近距移動終端602(移動終端1)和遠距移動 終端604可以與圖2的UE 56相似。移動終端602、604與諸如圖2的遠程無線電模塊M 的微中繼608無線通信。微中繼608依次處理信號並且以不同的頻率將相同的信號轉發給集線器610。在當前的示例中，移動終端602比移動終端604更接近於微中繼608。現在還 參考圖13，所示意的是可以在圖12的場景中傳送的通信信號的圖形表示。該表示示出近距 移動終端602向中繼608傳送的信號702、遠距移動終端604向中繼608傳送的信號704， 和中繼608向集線器610傳送的信號706。在信道噪底710中，其受發射器的非線性限制， 使得發射器的功率放大器限制來自於遠距訂戶的弱信號的信噪比(SNR)。因此，功率放大器 的非線性可以使遠距訂戶的SNR降低。對於以無線方式分別從移動終端602、604接收的信號702、704，微中繼608接收所 需信號的功率將根據移動終端602、604距離中繼的遠近而波動。但是，中繼608的收發器 的增益是相當固定的，因此不希望以太低的功率轉發信號，否則信號將不具有足夠的功率 來到達集線器610，或不想要太多增益以至於到接收器中的強信號將實際上被放大太多而 使得中繼608的發射器飽和。因為中繼608處理包絡，所以不能容易地向近距訂戶和遠距訂 戶提供不同的增益。因而，與遠距訂戶相比，近距訂戶將使用功率放大器功率中的大部分。 因此，閉環功率控制的性能被用於使信號強度跨距以及功率放大器的線性度最小化。因而， 在中繼608上提供自適應增益函數以允許恰當的增益被應用於信號702、704，使得中繼608 能夠以相當接近發射器的最大額定功率的功率傳送。因而，從中繼608到集線器610的信 號706將具有乾淨的和強的信噪比。在一個實施例中，去往中繼608的發射器的信號在發射器的最大額定功率的大約 IOdB內。但是，進到中繼器608的接收器中的信號的強度將根據訂戶的遠近而不同。因此， 增益需要根據進來的所接收的信號的強度自適應。此外，增益不應太快以至於其破壞集線 器610和移動終端602、604之間的主功率算法。因此，整體功率控制算法被提供，其中自 適應增益函數控制環路(在中繼608和移動終端602、604之間)被嵌入信號實際通過的 主功率控制環路(在集線器和終端之間)。整體功率控制算法包括兩個嵌套的功率控制環 路。換句話說，在集線器610和移動終端602、604之間將有宏觀功率控制算法，而在中繼節 點608本身內有自適應功率控制算法來確保進到中繼608中的信號沒有被過度放大並且過 度驅動功率放大器，或在一些情況下，放大不足並且太弱地離開而不能到達集線器610。因 此，所述算法需要是自適應的但不能太快以至於其因為有兩個嵌套的功率控制環路而使得 主功率控制算法變得不穩定。通常，為了部署無線小區站點，需要三個基本特徵(1)功率(2)海拔高度(處於 塔或大樓或大型電桿等的頂部的天線)和C3)具有足夠容量來服務小區站點的回傳連接 (例如數據機到核心網)。在部署網絡時，大部分時候找到功率和海拔高度比找到回傳 連接更容易。因此，起微中繼節點作用的遠程控制模型不需要有線回傳連接，因為該回傳是 以無線方式到微小區(BS)的。另一益處是當運營商發現由於各種原因而在他們的網絡中 存在漏洞時，諸如不恰當的規劃，運營商可以通過如在上文各種實施例中所描述的那樣將 遠程無線電模塊部署為微中繼而快速地並且容易地填補那些漏洞。已確定的是，對於諸如每平方公裡10個訂戶的低訂戶密度(例如每具有5公裡半 徑的小區800個訂戶)，運營微中繼節點比部署小區站點(具有連接到核心網的數據機 的全面的BS)的常規方式便宜。隨著訂戶密度增加，由於運營商使用一些頻譜用於回傳，在 微中繼中將比以常規部署更快地發生小區分裂，在常規部署中所有運營商的頻譜都被用於 接入而沒有頻譜被用於回傳。最終存在交叉點或邏輯點，在該點處訂戶密度增加(產生更多收益)使得運營商經濟狀況更好而將微中繼升級成全面的小區站點。因此，將很有可能 的是遠程無線電模塊被配置為初始地起中繼節點的作用，而接著將在未來某個時候通過連 接到數據機而被升級為全面的BS (標準微小區站點)的接入點。還有另一益處在於遠程無線電模塊可通過購買將與其合作的數據機而全面 升級為標準接入點。因而，運營商沒有將大量的金錢花費到之後將不能升級的技術或方案 中。因此，在當有回傳可用或當運營商希望提高網絡的容量時的任何點，運營商能夠推廣到 遠程無線電模塊被部署的這些微中繼節點中的任何一個的有線回傳並且安裝與該無線電 設備合作的數據機以起連接到數據機的標準無線電設備的作用，而數據機連 接到有線回傳。就是說，在下行鏈路上，遠程無線電模塊起標準無線電設備的作用，其中該 無線電設備連接到數據機並且數據機產生數據。所述無線電設備將數據從數字域 轉換到模擬域，放大並且濾波，然後允許其經由天線被傳送給訂戶。在上行鏈路上，所述無 線電設備包括從訂戶接收數據、對其進行濾波、對其進行放大、對其進行數位化並且將其傳 遞給數據機的接收器。總之，本發明的各個實施例包括具有兩種個性(personality)的遠程無線電頭或 模塊的設計。所述遠程無線電頭可以被稱為微中繼。該微中繼的第一個性是起標準遠程無 線電頭的作用。在這種模式下，遠程無線電頭或微中繼與數據機接口並且起無線產業 內公知的標準無線接入點的作用。在第二個性中，微中繼能夠作為獨立設備操作，沒有調製 解調器或回傳連接，並且起中繼節點的作用，其中它以無線方式從中心集線器接收回傳信 號、處理該信號並且接著將該信號轉發給微中繼節點附近的無線用戶/訂戶。使這個概念 有吸引力的關鍵特徵之一是對於運營商沒有投資風險，因為可以通過將微中繼耦合至調製 解調器並且在未來的任何點上提供回傳連接而容易地並且無縫地將該單元升級為標準無 線接入點。可能的升級策略將是一旦微中繼節點接近滿容量操作，就投資數據機和回 傳連接，使得專用於提供回傳的頻譜可以被用於提供接入並且因此提供更多的容量。使用本發明的各種實施例以輻射狀配置的部署將在向給定的地理區域提供覆蓋 的成本方面提供顯著的降低。此外，隨著小區站點的收益增加並且需要更多的容量，微中 繼可以容易地並且無縫地被升級為標準4G接入點，其使運營商的平衡對微中繼施加影響 (leverage)以用於最初的覆蓋的決定變成非常低風險高收益的提案。此外，不同於優化提 高網絡容量的方案，為初始的4G推廣對微中繼進行優化以得到低容量、低成本的覆蓋，因 為這將是未來幾年中運營商關鍵的關注點。在初始地用容量換取較低成本的覆蓋的條件 下，如果微中繼對運營商有吸引力，關鍵是其能夠在運營商希望重新獲得為了使前期運營 成本最小化而放棄的容量的情況下或時候容易地並且完全地被升級為完整的4G BTS或中 繼節點。在4G BTS典型地由一個或多個具有數據機的無線電模塊構成的條件下，最一 流的方案是開發允許無線電模塊在有需要的情況下被部署為獨立中繼節點的無線電設備 個性。當作為中繼節點操作時，一組收發器被部署用於提供接入，而另一組收發器被用於提 供到中心集線器的回傳連接。此外，如果大量的微中繼要被部署在網絡中，專有的0Α&Μ方 案被擴展到這些節點是強制性的。為得到一個標準，在集線器和中繼節點之間提供以無線 方式的0Α&Μ鏈路的診斷方法(agnostic method)被公開。能夠實現這個方法的一個途徑 是在載波的過渡帶中添加窄帶專有通信信道。因此，在本文中所公開的示例性實施例提供成本有效的、靈活的並且高效的遠程無線電模塊，其允許運營商以最小的商業風險和運營成本來推廣用於諸如4G網絡的網絡 的新小區站點。遠程無線電模塊的示例性實施例具有能夠使用一個無線電平臺(例如相同 的硬體配置)來實現的兩種操作個性或模式。在一種模式中，遠程無線電模塊起微中繼節 點的作用，用於擴展微小區站點的覆蓋。微中繼節點以第一載波頻率從BS或移動終端無線 地接收信號，並且以不同於第一載波頻率的第二載波頻率向移動終端或BS轉發相同的信 號，該信號被濾波和延遲。因此，遠程無線電模塊從第一天起提供非常低成本的未開發地區 的覆蓋，並且因此降低了在有低的訂戶基礎的情況下對網絡的初始推廣的商業風險。此外， 在另一模式下，遠程無線電模塊能夠容易地被升級為具有微小區的全面的BS的接入點，其 能夠在將來訂戶數量增大時提供更大的容量。 雖然前述說明示出和描述了一個或多個實施例，本領域的技術人員將理解的是在 其中可以在形式和細節上進行各種變化、替換和更改以實現相似的目的和/或取得在本文 中所公開的實施例的相似優點。本領域的技術人員也應當認識到這樣的等同構造不背離當 前的公開內容的精神和範圍。例如，在其他無線技術或實現中集線器節點、核心網、中繼節 點和/或用戶設備可能不以相同的方式存在，但可以使用其他部件取得相同的功能，這也 在當前的公開內容的範圍內。此外，所描述的方法中的各個步驟也可以按不同於所描述的 順序來執行，它們可以被修改，和/或可以被結合或進一步分開。因此，應當根據當前的公 開內容以廣義的方式來解釋權力要求。
權利要求
1.一種包括用於在無線網絡中促進集線器與移動終端之間的無線通信的遠程無線電 模塊的裝置，所述遠程無線電模塊包括第一收發器，其可操作用於與所述移動終端無線通信； 第二收發器，其可操作用於與耦合至核心網的所述集線器無線通信；以及 處理器，其用於執行存儲在存儲器中的指令，所述指令包括用於以下操作的指令 以第一載波頻率從所述集線器接收信號；以及處理所述信號使得所述信號能夠以不同於所述第一載波頻率的第二載波頻率被轉發 到所述移動終端。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述指令還包括用於以下操作的指令 以所述第二載波頻率從所述行動裝置接收另一信號；以及處理所述另一信號使得所述另一信號能夠以所述第一載波頻率被轉發到所述集線器。
3.如權利要求2所述的裝置，其中所述用於處理所述另一信號的指令包括基於由所述 遠程無線電模塊所接收的所述另一信號的強度來執行自適應增益函數。
4.如權利要求1所述的裝置，其中所述指令還包括用於搜索從所述集線器傳送的控制 信道的指令，其中所述控制信道位於所述第一載波頻率的過渡帶內。
5.如權利要求4所述的裝置，其中所述控制信道包括專有的運營、報警和監控(0Α&Μ) 控制信道。
6.如權利要求1所述的裝置，其中所述第一收發器和所述第二收發器被配置為以下各 項之一具有四個發射器和四個接收器的單個無線電設備，其中兩個發射器和兩個接收器被用 於以所述第一載波頻率到所述集線器的回傳連接，並且其中兩個發射器和兩個接收器被用 於以所述第二載波頻率到所述移動終端的接入連接；以及兩個無線電設備和所述兩個無線電設備之間的數據互連，每個無線電設備具有兩個發 射器和兩個接收器，其中一個無線電設備被用於以所述第一載波頻率到所述集線器的回傳 連接，並且其中另一無線電設備被用於以所述第二載波頻率到所述移動終端的接入連接。
7.如權利要求1所述的裝置，其還包括經由有線回傳連接耦合至所述核心網的調製解 調器；其中所述遠程無線電模塊包括被配置用於連接到所述數據機的硬體。
8.如權利要求1所述的裝置，其中所述無線網絡支持WiMAX標準、長期演進(LTE)標 準、UMTS標準、CDMA標準和GSM標準中的一個。
9.如權利要求9所述裝置，其中所述信號包括具有多個子載波的OFDM調製信號；並且 其中所述指令還包括用於將所述子載波中的一個或多個用於所述集線器和所述遠程無線電模塊之間的運營、報警和監控(0Α&Μ)控制信道的指令，所述一個或多個子載波被預 留給由所述標準中的一個所規定的使用OFDM載波的非業務數據。
10.一種無線通信系統，所述系統包括 集線器，其耦合至核心網；以及多個遠程無線電模塊，每個遠程無線電模塊包括 第一收發器，其可操作用於與移動終端無線通信； 第二收發器，其可操作用於與所述集線器無線通信；以及處理器，其用於執行存儲在存儲器中的指令，所述指令包括用於以下操作的指令以第一載波頻率從所述集線器接收信號；以及處理所述信號使得所述信號能夠以不同於所述第一載波頻率的第二載波頻率被轉發 到所述行動裝置。
11.如權利要求10所述的系統，其中所述集線器包括微小區的基站(BS)，所述BS使用 數據機經由有線回傳連接耦合至所述核心網。
12.如權利要求10所述的系統，其中所述集線器和所述多個遠程無線電模塊結合以形 成集群，所述集群包括圍繞所述集線器的六個遠程無線電模塊。
13.如權利要求11所述的系統，其中所述集群實現η= 3頻率規劃；其中所述集線器以頻率1提供到其他移動終端的無線接入連接；其中所述遠程無線電模塊中的一個以頻率2提供到所述集線器的無線回傳連接並且 以頻率3提供到所述移動終端的無線接入連接；並且其中鄰近於所述遠程無線電模塊中的一個的另一遠程無線電模塊以頻率3提供到所 述集線器的無線回傳連接並且以頻率2提供到所述移動終端的無線接入連接。
14.如權利要求10所述的系統，其中所述集線器和所述遠程無線電模塊中的一個使用 專有的運營、報警和監控(0Α&Μ)控制信道，所述0Α&Μ信道包括以下各項之一在所述第一載波頻率的過渡帶中的專用子載波或窄帶載波；以及所述第一載波頻率的預留子載波或一組子載波，所述預留子載波被預留給由無線通信 標準所規定的非業務數據。
15.如權利要求10所述的系統，其中所述無線通信系統包括支持WiMAX標準和長期演 進(LTE)標準中的一個的無線網絡。
16.一種用於促進集線器和移動終端之間經由遠程無線電模塊的無線通信的方法，所 述方法包括提供具有第一收發器和第二收發器的所述遠程無線電模塊，其中所述第一收發器可操 作用於與移動終端無線通信並且所述第二收發器可操作用於與所述集線器無線通信；以第一載波頻率從所述集線器接收信號；以及處理所述信號使得所述信號能夠以不同於所述第一載波頻率的第二載波頻率被轉發 到所述移動終端。
17.如權利要求16所述的方法，其還包括利用所述集線器和所述遠程無線電模塊之間 的專有控制信道，所述控制信道包括以下各項之一所述第一載波頻率的過渡帶中的專用子載波；以及所述第一載波頻率的預留子載波，所述預留子載波被預留給由無線通信標準所規定的 非業務數據。
18.如權利要求16所述的方法，其還包括以所述第二載波頻率從所述移動終端接收另一信號；以及處理所述另一信號使得所述另一信號能夠以所述第一載波頻率被轉發到所述集線器。
19.如權利要求18所述的方法，其中處理所述另一信號包括基於由所述遠程無線電模 塊所接收的所述另一信號的強度來執行自適應增益函數。
20.如權利要求19所述的方法，其中在支持WiMAX標準和長期演進(LTE)標準中的一個的無線網絡中實現所述方法。
全文摘要
本發明提供了用於促進集線器和移動終端之間經由遠程無線電模塊的無線通信的裝置、系統和方法。所述遠程無線電模塊包括可操作用於與所述移動終端無線通信的第一收發器，可操作用於與耦合至核心網的所述集線器無線通信的第二收發器，和用於執行存儲在存儲器中的指令的處理器。所述指令包括用於以第一載波頻率從所述集線器接收信號並且處理所述信號使得所述信號能夠以不同於所述第一載波頻率的第二載波頻率被轉發到所述移動終端的指令。
文檔編號H04W88/04GK102067716SQ200980124153
公開日2011年5月18日 申請日期2009年4月21日 優先權日2008年4月21日
發明者C·P·孔拉迪, S·博丁 申請人:北方電訊網絡有限公司