用于大容量无线通信的密集阵无线系统架构的制作方法

背景技术：

随着全球范围内智能手机、平板和移动宽带软件狗(dongle)的爆炸式增长，对移动宽带的需求出现了前所未有的增长。因此，大容量技术已经成为未来无线通信系统的关键点。

可以预见，小小区技术是增加网络容量并满足日益增长的流量需求的其中一个解决方案。小小区是在相关小的区域内工作的低功耗无线接入节点。与宏小区相比，小小区可显著增加网络容量并更有效地管理频谱。当宏小区网络拥塞或过载时，小小区增加另外的频谱容量。另一方面，小小区向移动网络运营商提出了一组新的重大挑战，包括设备成本和尺寸大小、回程可用性以及安装和运营复杂度。

技术实现要素：

根据一实施例，一种用于大容量无线通信的系统包括：多个小无线单元模块(SRUM)；以及单个中央模块(CM)，配置成在高速传输层(TL)上连接至所述SRUM，每个所述SRUM包括SRUM射频(RF)元件和天线，所述CM包括数字信号处理器(DSP)、模数(A/D)转换器、多个数模(D/A)转换器以及多个CM RF元件，所述多个SRUM的每一个与一CM RF元件和一D/A转换器唯一地关联，从而形成一无线单元(RU)，其配置成独立于其他RU运行。

根据另一实施例，一种配置用于大容量无线通信的网络组件，包括：中央模块(CM)，配置成将链路连接至回程网络并包括数字信号处理器(DSP)、多个模数(A/D)转换器、多个数模(D/A)转换器以及多个CM RF元件；以及多个小无线单元模块(SRUM)，其中每个SRUM包括SRUM射频(RF)元件和天线，每个所述SRUM配置成在高速传输层(TL)上连接至CM，其中所述多个SRUM的每一个与一CM RF元件和一D/A转换器唯一地关联，从而形成一无线单元(RU)，其配置成独立于其他RU运行。

根据另一实施例，一种用于大容量无线通信的传输点(TP)，包括：多个低功率无线单元(RU)，其中每个RU包括多个无线组件，其中一些组件位于中央模块(CM)中，一些无线组件位于小无线单元模块(SRUM)中，位于所述CM中的一些无线组件被多个RU共享，并且所述SRUM中的无线组件配置成在高速传输层(TL)上连接至所述CM中的所述无线组件。

附图说明

为了更全面地理解本发明及其优点，现在参考下面结合附图的说明，附图中：

图1示出了用于通信数据的网络；

图2为密集阵(phalanx)无线架构(PRA)实施例的框图；

图3为单个无线单元(RU)实施例的框图；

图4为时分复用(TDMx)复用接收器(MRX)的实施例的框图；

图5为频分复用(FDMx)MRX的实施例的框图；

图6为用于传输层(TL)的光链路的实施例的框图；

图7为用于TL的微波链路的实施例的框图；

图8为用于TL的电链路的实施例的框图；

图9为示出了三个不同类型的无线架构的示意图；以及

图10为可用于实现各个实施例的处理系统。

具体实施方式

下面将更详细地讨论当前优选实施例的实现和运用。然而，应理解，本发明提供了可以体现在多种特定环境中的许多可应用的发明构思。所讨论的具体实施例仅仅说明了实现和运用本发明的特定方式，并不限制本发明的范围。

本文公开的是用于密集阵无线架构(PRA)的系统和方法，在该架构中，一系列小无线单元(RU)被密集地集成在一起。本公开的密集集成到相同物理位置的RU与传统的当前小小区网络形成对比，在传统的当前小小区网络中，RU在物理上被分配到不同的位置，以便覆盖不同的小小区。与通常具有单个RU的宏小区相反，所公开的PRA包括多个RU。在一个实施例中，小RU被分成两个部分，部分A和部分B。部分A中组件被简化，以减小其尺寸和重量，使其能够被安装在单个模块中-小无线单元模块(SRUM)。SRUM可安装在例如无线或小区塔、建筑物侧面上等。较大尺寸的RF元件以及数字处理和控制元件配置给部分B，例如中央模块(CM)中。CM不必与SRUM位于同处，并且可位于例如小区塔附近的地面上。每个无线单元配备具有集成天线的独立射频(RF)收发器并可独立工作。多路结构可应用于CM中，以降低整个系统成本。SRUM和CM通过传输层(TL)相连接。集成的小小区结构方便了回程的设计并降低了安装复杂度。

系列的小RU提高了无线系统的容量。系统能力通过许多RU增加。因此，能容易升级系统。在一实施例中，每个RU独立地工作，因此系统能力很容易地被分配，因而是灵活的。与当前小小区架构相比，本公开的集成RU结构方便了回程的设计并降低了安装复杂度，因此降低了安装成本。简化的SRUM降低了尺寸，由于其可以简单地更换当前基站，因此降低了运营成本。这种复用接收器结构降低了整个系统成本。此外，与当前小小区架构相比，本公开的密集阵结构易于与不同技术例如多输入多输出(MIMO)系统和天线阵列系统等整合。

与通常分布在不同位置的小小区RU相比，PRA系统可安装在一个物理位置。此外，典型宏小区通常具有一个高功耗RU，而本公开的PRA具有同处于单个位置的多个低功耗RU。在一实施例中，高功率RU是指配备有大约20瓦(W)以上功率放大器并通常具有大约40W至大约80W之间的功率放大器的RU。在一实施例中，低功率RU是指配备有大约10W以下的功率放大器并通常具有大约1W至大约5W之间的功率放大器的RU。

在本公开的系统、方法和装置的一实施例中，无线接入点(AP)、传输点(TP)、基站收发信台(BTS)或基站(BS)用本公开的PRA大容量无线架构实现。PRA包括多个被密集地集成在一起的小RU，而每个RU独立于其他RU工作。每个RU跨SRUM、CM和TL分布。SRUM包括多个彼此独立地运行的RF元件。CM包括RF元件、中频(IF)元件、基带元件以及数字处理和控制元件。TL包括SRUM和CM之间的高速连接，并可实现为光链路、电链路、微波链路或这些链路的一些组合。

在一实施例中，一种用于大容量无线通信的系统包括可位于无线塔上的升高位置的多个小无线单元模块(SRUM)；以及配置成例如通过高速传输层(TL)连接至SRUM的单个中央模块。在一实施例中，高速TL传输频率大约为700兆赫(MHz)至大约3800MHz的模拟RF信号。在一实施例中，取决于RF信号调制方式，峰值数据速率可在10吉比特/秒(Gb/s)以上。SRUM各自包括SRUM射频(RF)元件和天线。CM包括数字信号处理器(DSP)、模数(A/D)转换器、多个数模(D/A)转换器以及多个CM RF元件。每个SRUM无线元件与一个CM RF元件和一个D/A转换器唯一地关联，从而形成无线单元(RU)的至少一部分，所述无线单元(RU)配置成独立于其他RU运行。DSP和A/D被多个RU共享。在一实施例中，每个SRUM包括发射器(Tx)功率放大器(PA)、自动增益控制(AGC)放大器、天线、连接至天线、Tx PA以及AGC放大器的双工器，其中双工器向天线提供来自Tx PA的Tx信号，并且向AGC放大器提供来自天线的Rx信号。在一实施例中，CM进一步包括：被多个RU共享的复用接收器(MRX)。MRX可以为时分复用(TDMx)MRX或频分复用(FDMx)MRX。RU为低功率RU。TL可以是光链路、微波链路和电链路中的其中之一。在一实施例中，CM不布置于无线电塔上的SRUM位置附近的升高位置。

在一实施例中，一种用于大容量无线通信的传输点(TP)包括多个低功率无线单元(RU)。每个RU包括多个无线组件，其中一些组件位于中央模块(CM)，一些无线组件位于小无线单元模块(SRUM)。例如，SRUM可位于无线传输塔上的升高位置。在一实施例中，位于SRUM中的无线组件的总重量低于位于CM中的无线组件的总重量。在其他实施例中，SRUM的重量可高于CM，取决于具体的设计。然而，在一实施例中，期望将SRUM做得尽可能小和轻。位于CM中的一些无线组件被多个RU共享。SRUM中的无线组件配置成通过传输层(TL)连接至CM中的无线组件。

在一实施例中，一种用于大容量无线通信的传输点(TP)，包括多个低功率无线单元(RU)。每个RU包括多个无线组件，其中一些组件位于中央模块(CM)，一些无线组件位于小无线单元模块(SRUM)。SRUM可位于无线传输塔上的升高位置。位于CM中的一些无线组件被多个RU共享。SRUM中的无线组件配置成通过传输层(TL)连接至CM中的无线组件。

图1示出了用于通信数据的网络100。网络100包括具有覆盖区域112的接入点(AP)、110多个用户设备(UE)120和回程网络130。此处所用的术语“AP”也指TP，这两个术语在整个本公开中可以互换使用。AP 110可包括特别是通过与UE 120建立上行链路(短划线)和/或下行链路(点划线)连接而能够提供无线接入的任何组件，例如基站收发信台(BTS)、增强的基站(eNB)、毫微微蜂窝基站以及其他无线启用的设备。UE 120可包括能够与AP 110建立无线连接的任何组件。回程网络130可以是能够使数据在AP 110与远程端(未示出)之间进行交换的任何组件或组件集合。在一些实施例中，网络100可包括各种其他无线设备，例如继电器、毫微微蜂窝基站等。

在一实施例中，AP 110和UE 120配置成以FD模式运行。为了更好地隔离AP 110中发射器功率与频率共处的接收器，AP 110包括以下更详细描述的自干扰消除系统或电路。在一实施例中，AP 110为蜂窝AP。在另一实施例中，AP110为WiFi AP。

在一实施例中，AP 110实现为PRA并包括多个RU，其中每个RU的组件在SRUM和CM之间被划分。在一实施例中，网络100为第五代移动网络或第五代无线系统(5G)。

图2为PRA 200的实施例的框图。PRA 200包括多个RU 202。每个RU 202的各种组件被分为由TL 206连接的两个部分。这两个部分为CM 204和SRUM 208。每个RU 202为低功耗节点，并作为与不同用户通信的独立组件工作。SRUM设计用于例如在小区塔上运行，而CM 204例如设计用作地面模块。然而，CM 204并不限于放置在地面上或附近，而可以以任何方式位于适合特殊实现的位置。在一实施例中，SRUM 208被大幅优化为具有极度最少数量的元件，以便实现尺寸小、重量轻。SRUM 208中的元件通常包括那些通常需要放置在小区塔的顶部附近或其他升高的位置的元件，以便提供最大的无线覆盖并降低地面上或附近的物体导致的干扰。

在一实施例中，SRUM 208包括多个RF元件222(每个RU 202有一个RF元件222)以及多个天线元件224(每个RU 202有一个天线元件224)。每个RF元件222连接至相应的天线元件224。SRUM 208和TL通常只包括模拟组件。

在一实施例中，CM 202包括数字组件210和模拟组件212。CM 204的数字组件210包括可被多个RU 202共享的DSP 216，并且还包括多个数模(D/A)转换器218(每个RU 202有一个转换器218)。CM 204的模拟组件212包括多个RF元件220(每个RU 202有一个RF元件220)。每个RF元件220经由TL 206连接至SRUM 208中相应的一个RF元件222。TL 206支持宽带连接。TL206可被实现为光链路、电链路、微波链路或这些链路的一些组合。

图3为单个RU 300实施例的框图。RU 300可被实现为图2中任何一个RU 202。RU300的组件被分成两个部分：CM 302和SRUM 306。这两个部分经由TL 304连接。RU 300包括发射器308和接收器310。SRUM包括用于发射器308的功率放大器(PA)324、用于接收器310的可变自动增益控制(AGC)放大器326、天线330以及双工器328，该双工器向天线330发射信号并且接收来自天线330的信号。CM 302包括DSP 312、用于发射器308的数字上变频器(DUC)314、用于发射器308的D/A、用于接收器310的复用接收器(MRX)322以及用于接收器310的模数(A/D)转换器318。

接收器310包括数字预失真(DPD)反馈和来自天线330的RF信号。在发射器308中，数字发射(Tx)信号通过数字上变频器(DUC)314被向上变频。

来自天线的接收器(Rx)信号和DPD反馈信号从SRUM 306经由TL 304被发送到CM 302。信号接着被向下变频，通过MRX 322被数字化并被发送到DSP 312用于处理。在MRX 322中，来自一组RU的Rx和DPD反馈信号通过应用各种复用技术共享一个下变频器和单个A/D 318。

图4为时分复用(TDMx)MRX 400的实施例的框图。TDMx MRX 400可被实现为图3中的MRX 322。TDMx MRX 400包括多个混合器418、单个本地振荡器(LO)416、多个带通滤波器(BPF)414、多个可变AGC放大器412、开关410、高速模数转换器(ADC)406和时钟(CLK)408。每个混合器418接收相应的RF信号(例如，RF1，RF2，…，RFn)，并将接收的RF信号与LO 416的输出混合。每个混合器418的输出经过相应的BPF 414，接着经过相应的AGC 412。每个AGC 412的输出(例如，IF1，IF2，…，IFn)提供给开关410，继而该开关410向高速ADC 406提供每个输出信号(例如，IF1，IF2，…，IFn)。高速ADC 406的输出提供给DSP 402，用于处理。

图5为频分复用(FDMx)MRX 500的实施例的框图。FDMx MRX 500可被实现为图3中的MRX 322。FDMx MRX 500包括多个混合器518、单个LO 516、多个BPF 514、多个可变AGC放大器512、合并器510、高速ADC 506和CLK 508。每个混合器518接收相应的RF信号(例如，RF1，RF2，…，RFn)，并将接收的RF信号与其相应的LO 516的输出混合。每个混合器518的输出经过相应的BPF 514，接着经过相应的AGC 512。每个AGC 512的输出(例如，IF1，IF2，…，IFn)提供给合并器510，继而合波器510向高速ADC 506提供单个输出信号(例如，IF)。高速ADC 506的输出提供给DSP 502，用于处理。

图6为用于TL的光链路600的实施例的框图。光链路600可用于实现图2中的TL 206。光链路600包括连接至CM 602和SRUM 604每一个的光电(O/E)转换器606。两个O/E转换器606通过例如光纤的光波导608连接。O/E转换器606将电信号转换为光信号，用于沿着光波导608传输。O/E转换器606还将光波导608接收的光信号转换为电信号。

图7为用于TL的微波链路700的实施例的框图。微波链路700可用于实现图2中的TL206。微波链路包括连接至CM 702的天线706以及连接至SRUM 704的天线706。SRUM和CM 702之间的信号通过两个天线706之间建立的微波链路被无线发射。

图8为用于TL的电链路800的实施例的框图。电链路800可用于实现图2中的TL 206。电链路806包括用于在SRUM 804和CM 802之间传输电信号的电波导806。电波导806可为导电线、同轴电缆或用于电传输信号的其他手段。

图9为示出了三个不同类型的无线架构的示意图。三个类型的无线架构包括宏小区架构902、小小区架构904和公开的PRA 906实施例。宏小区架构902包括具有单个RU 912的单小区塔910，在覆盖区域914内单个RU 912为多个UE 916提供无线服务。

小小区架构904包括多个小区塔920，每个小区塔920具有各自的小RU 922。每个RU向其各自的覆盖区域924内的多个UE 926提供无线服务。每个小区塔920具有比宏小区塔910提供的覆盖区域916更小的覆盖区域。所有小小区的覆盖区域924提供的小小区架构904的整个覆盖区域可大致类似于宏小区的覆盖区域916的大小。然而，小小区架构904可比宏小区塔910向更多的UE 926提供无线服务。

PRA 906包括单小区塔930，在小区塔930的顶部具有多个SRUM 932。CM可位于小区塔930的底部，小区塔930附近或一些其他位置。SRUM 932服务的覆盖区域934大致相当于宏小区架构902的覆盖区域。然而，SRUM 932服务的UE 936的数量大于宏小区塔910服务的UE 916的数量。塔930上每个SRUM 932服务覆盖区域934中UE 936的一些子集。因而，PRA906为宏小区902的益处(例如，用于给定的覆盖区域的单小区塔)提供小小区架构904的益处(例如，与宏小区可提供的UE相比，与更多的UE进行大容量无线通信)。然而，PRA 906比小小区架构904的实现更加便宜和容易，这是由于可以使用单小区塔930用于给定的覆盖区域大小并且只有最少数量的组件被放置在小区塔的顶部，因此为实现更多的RU保留了空间。此外，PRA避免了可被多个RU共享的一些元件的重复，但是在小小区架构中，每个RU必须具有不能在RU之间被共享的一整套的组件，因为RU在物理上(即，地理上)彼此分散。此外，小小区架构904的回程比PRA906更加复杂。

图10示出了可用于实现此处公开的设备和方法的处理系统1000的框图。特定设备可使用示出的所有组件，或仅使用组件的一个子集，并且集成水平可随不同设备而变化。此外，设备可含有组件的多个实例，例如，多个的处理单元、处理器、存储器、发送器、接收器等。处理系统1000可包括处理单元1001，该处理单元配备有一个或多个输入/输出设备、例如，扬声器、麦克风、鼠标、触摸屏、小键盘、键盘、打印机、显示器等。处理单元1001可包括连接到总线1040的中央处理单元(CPU)1010、存储器1020、大容量存储设备1030、网络接口1050、I/O接口1060以及天线电路1070。处理单元1001也可包括连接到天线电路的天线元件1075。

总线1040可为包括存储器总线或存储器控制器、外围总线、视频总线等的任何类型的几种总线架构的一个或多个。CPU 1010可包括任何类型的电子数据处理器。存储器1020可包括任何类型的系统存储器，诸如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只读存储器(ROM)或其组合等。在一个实施例中，存储器1020可包括启动时使用的ROM，以及执行程序时使用的用于程序和数据存储的DRAM。

大容量存储设备1030可包括任何类型的存储设备，其配置成存储数据、程序和其他信息，并且使得所述数据、程序和其他信息经由总线1040能够被存取。大容量存储设备1030可包括，例如，一个或多个固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等。

I/O接口1060可提供将外部输入和输出设备连接到处理单元1001的接口。I/O接口1060可包括视频适配器。输入和输出设备的实例可包括连接至视频适配器的显示器，以及连接至I/O接口的鼠标/键盘/打印机。其他设备可连接至处理单元1001，并且可使用附加的或更少的接口卡。例如，可使用诸如通用串行总线(USB)(未示出)的串行接口来为打印机提供接口。

天线电路1070和天线元件1075可使处理单元1001经由网络与远程单元进行通信。在一实施例中，天线电路1070和天线元件1075提供对例如长期演进(LTE)、码分多址接入(CDMA)、宽带CDMA(WCDMA)和全球移动通信系统(GSM)网络等的无线广域网(WAN)和/或蜂窝网络的访问。此外，在一些实施例中，天线电路1070以全双工(FD)模式工作。在一些实施例中，天线电路1070和天线元件1075也可向其他设备提供蓝牙和/或WiFi连接。在一实施例中，天线电路1070包括发射信号消除系统。

处理单元1001还包括一个或多个网络接口1050，这些网络接口可包括到接入节点或不同网络的诸如以太网线缆之类的有线连接和/或无线连接。网络接口1001使得处理单元1001经由网络1080与远程单元进行通信。例如，网络接口1050可经由一个或多个发送器/发送天线和一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在一实施例中，处理单元1001连接至局域网或广域网以便与远程设备进行数据处理和通信，远程设备例如其他处理单元、互联网、远程存储设施等。

尽管已经详细描述了本发明，但应理解，可以在不偏离所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，做出各种改变、替换和变更。此外，本公开的范围并不意图受限于此处描述的具体实施例，如本领域普通技术人员可以轻易地从本公开理解的，目前存在的或以后待开发的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤可与此处描述的相应实施例实现基本相同的功能或达到基本相同的结果。因此，所附权利要求希望在其范围内包括这些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。