专利名称：用于在无线网络中传输信号的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在无线网络中传输信号的方法，其中通过在无线头端设备(radio head)与无线控制器之间的线缆传输信号。本发明还涉及无线头端设备和无线控制器。
背景技术：
在宽带移动基础设施的发展的环境中，特别是4G(第四代)网络和高数据速率无线企业网中，安装微微小区(pico cell)变得越来越重要。微微小区是提供高比特速率且具有50-100m的典型半径的蜂窝网络的一部分。每平方千米，可以安装多达几百个无线接入点。这导致网络节点处的第一集中层(concentration layer)，即第一层或物理层需要大量链路。
一方面，如同在2G(第二代)或3G(第三代)网络中，对租用线路的使用是昂贵的，尤其是如果每接入点的比特率较高的话。另一方面，与2G/3G网络相比，在4G网络中每用户的收入将是几乎不变的。因此，专用于传输的收入部分不应显著地增加。
适当地提供高数据速率的传输解决方案是ATM(异步传输模式)、SDH(同步数字系列)、以太网等。但是当前，在无线接入网的设计中通常不对传输进行优化。通常，对传输设备安装特定的协议。在微微小区的情况下，这种方法使得必须在无线接入点内安装基于协议的传输。这种无线接入点非常复杂，具有物理层和MAC(媒体访问控制)层以及管理层和传输协议。例如，已经在WiFi(无线保真)解决方案中实现了这种无线接入点，其中“轻”和“重”无线接入点根据无线管理能力而存在。该特定情况下的传输解决方案是以太网。
上述方法非常复杂，并且因此非常昂贵。因此，本发明的一个目的是提供具有减小的复杂性的传输方法。
发明内容
该目的通过一种用于在无线网络中在无线头端设备与无线控制器之间传输信号的方法来实现，其中通过线缆传输信号，所述方法包括步骤-确定每根线缆的有用频带；-关联至少两根线缆；-将信号过滤为子带；-通过关联线缆中的一根或多根线缆传输每个子带；-在接收端从子带中重构信号。
本发明使得可以将几乎所有的复杂性集中在连接的无线控制器端，从而避免了无线头端设备端的协议的高层的较大且昂贵的开销。主要优点是，对于在无线头端设备与无线控制器之间的传输，不需要对信号进行解调。任何解调或调制都仅由诸如无线控制器之类的无线网络的中心点而不是由无线头端设备来进行。本发明方法将无线头端设备与无线控制器之间的信号传输减少为不需要信号的高级处理的透明传输。
此外，本发明利用了线缆。线缆几乎无处不在、廉价、可靠、容易适应，并且根据其实际提供的带宽而使用。特别地，可以采用已经存在的布线。通过只针对传输而处理待传输的信号并随后恢复该信号，可以通过选择适当的信号类型而使得传输对无线网络的空中接口来说透明。将信号过滤为子带以便通过线缆进行传输使得可以以最小的运营费用传输甚至复杂的信号。
可以注意到，确定每根线缆的有用频带可以例如在为网络安装如用于常规电话的标准线缆时用静态的方式进行，或者还可以例如定期地每几分钟动态地进行。特别地，当对于高数据速率通信采用大带宽的线缆时，例如对于ADSL(非对称数字用户线)，优选地动态地例如每次发送信号或明确的信号组或者建立新的通信时确定有用的频带并且最终也将线缆关联为包含至少两根线缆的组。对多少线缆进行关联或分组依赖于所需的容量，例如子带的数目和宽度。
过滤为子带是在频域中进行的，并且特别地傅里叶类型的变换方案是优选的。将信号分割为子带并对子带进行处理和传输使得由于整个传输处理，特别是由于线性损伤而引起的任何类型的信号恶化的风险最小化。
在优选实施例中，该方法包括步骤-创建每个子带的直接频谱和关联逆谱；-通过关联线缆中的若干线缆传输直接频谱并且通过关联线缆中的其他线缆传输其关联逆谱；-在接收端重新组合每个直接频谱和其关联逆谱。
这在例如室外、质量较差的布线之类的情况下特别有利，原因是这使得在具有例如非线性噪声或冲激噪声的困难信道的情况下可以简化均衡。
在其他优选实施例中，只创建直接频谱。这是例如在采用预期噪声或其他干扰更少的室内布线时优选的更不复杂的过程。
优选地，校准和均衡在较弱的失真和衰减的情况下数字地进行，或者在严重的失真和衰减的情况下在数字工具以及模拟工具的辅助下进行。已经表明，有利的是在重新组合之后进行均衡，以减轻可能由通过线缆的传输引起的低通衰减或色散衰减。另外，已经表明，有利的是在重构之后进行校准和/或精细均衡(fine equalize)。校准减少了由于噪声而引起的信息丢失，并且精细均衡减少了由于传输期间的衰减而引起的信息丢失。优选地逐子带地(sub-band bysub-band)进行精细均衡。
在要传输复用信号的情况下，应当优选地在进一步处理和传输之前对复用信号进行解复用。
本发明可有利地对任意频率复用信号进行传输。在本发明的优选实施例中，对OFDM(正交频分复用)信号进行传输。在4G网络中预期OFDM是作为标准使用的调制。
优选地，通过铜线缆传输信号。铜线缆特别地廉价，因为大型的铜线缆网络已经存在。铜线缆非常适合于信号的传输，并且根据距离和线缆条件，能够提供大约1兆赫到几兆赫的带宽。例如，采用室内CAT5(第5类)电缆允许典型地多达200m的范围。在室外微微小区的情况下，甚至可以实现多达1000m。
根据本发明的方法尤其适合于在蜂窝网络，特别是具有微微小区的蜂窝网络中传输信号。
在另一方面中，本发明涉及一种无线控制器，用于在无线网络中通过线缆传输去往和来自无线头端设备的信号，该无线控制器包括-用于确定每根线缆的有用频带的装置；-用于关联至少两根线缆的装置；-用于将信号过滤为子带的装置；以及-用于从子带中重构信号的装置。
在最后一个方面中，本发明涉及一种无线头端设备，用于在无线网络中通过线缆传输去往和来自无线控制器的信号，所述无线头端设备包括-到天线的接口装置；-用于将信号过滤为子带的装置；以及-用于从子带中重构信号的装置。
无线头端设备只提供了用于实际传输信号的基础设施，基本上对应于协议的PHY层(物理层)。只在无线控制器端需要用于实现高层的另外的装置。与通常使用的无线接入点相比，这显著地简化了无线头端设备的设计和装备，这使得根据本发明的通过线缆传输信号的无线网络的成本最小化。只有上述装置是通过线缆传输任意复杂无线信号所必需的，而不需要很多运营费用。
在无线头端设备或无线控制器的优选实施方式中，它们还包括信号整形装置和/或解复用/复用装置和/或模-数/数-模转换装置和/或逆转/再逆转装置。
下面提供对本发明的详细描述。所述描述通过参考附图的非限制性示例而提供，其中图1示意性地示出考虑到受影响的层的本发明的基本概念；图2是根据本发明的方法的第一实施例的概括流程图；图3是第二优选实施例的概括流程图；图4示例性地示出根据本发明第二实施例的对用于传输的信号所进行的处理；图5示意性地示出根据本发明的无线控制器的实施例；并且图6示意性地示出根据本发明的无线头端设备的实施例。
具体实施例方式
下面将针对具有微微小区覆盖的蜂窝网络对本发明进行更详细的说明。该4G网络使用OFDM信号进行传输。其他有利的应用是例如高数据速率企业室内网，其中可以利用例如CAT5电缆之类的现有的以太网布线。另一个例子可以在蜂窝网络中在建筑物屋顶上的天线与建筑物的底层中的处理实体之间用绞合电缆(twisted cable)代替同轴电缆。本发明对20MHz到100MHz的目标频谱来说特别有用。
图1示意性地示出考虑到用作无线控制器的基站控制器16的受影响的层的本发明的基本概念。基站控制器16通过铜线缆对14连接到基站收发信台10、12，以便以非常高的比特率低成本地将信号传输给用作无线头端设备的基站收发信台10、12。
如图1所示，所有的高层功能都集中在单个设备中，在此即基站控制器16。特别地，如调制和解调之类的高级处理仅由基站控制器16而不是由基站收发信台10、12来进行。只有无线功能(在本例中是透明的和模拟的)是远程的且位于基站收发信台10、12中，从而显著地减小了基站收发信台的复杂性和成本。
通常，用从实现为硬件的较低的功能到涉及实际应用且通常实现为软件的更抽象的功能的层级(hierarchy)来对描述基站控制器16或网络节点的功能的层进行分类。一般的信号传输和路由以及复用和解复用通过硬件级别上的电路来实现。物理层PHY负责调制和均衡。媒体访问控制层MAC和多输入多输出层MIMO负责更抽象级别上的传输，因为它们管理地址、向何处发送信号(MAC)、以及怎样方便地重组和处理信号(MIMO)。调度层负责进行封装，并且如果交付需要对实际应用的存储，例如对于实时服务，则高速缓存层提供对实际应用的存储。移动性层和网关层完全与实际应用有关。
与用于传输信号的常规方法相反，其中在这些常规方法中，通过添加传输协议和管理层，重点是在上层，即MAC层和更高层上，本发明利用了由最低层，特别是传输、路由以及复用和解复用层提供的可能性。在本发明的一些实施例中，也暗含了PHY层。这使得可以有效地利用线缆以高数据速率在网络节点之间，在本例中即在基站控制器16与基站收发信台10、12之间低成本地传输信号，并且在考虑到必需的层的情况下尽可能地减小各节点的复杂性。
可以注意到，在实际的网络中，不止两个基站收发信台10、12连接到基站控制器，而是多达几百个基站收发信台连接到基站控制器，大大地提高了根据本发明的方法减小传输成本的潜力。
图2是根据本发明的方法的第一实施例的概括流程图。其将在室内企业微微小区网络中利用已经存在的用于以太网的CAT5电缆布线(cabling)而使用。
在第一步骤20中，对线缆(优选地是铜线缆)进行探测以确定它们能够提供的有用频带。如果这是静态地进行的，则另外的处理基于它们能够提供的最小频带。如果这是动态地进行的，则利用实际频带。根据频带确定的结果，将线缆关联为组(步骤21)。优选地，对提供几乎相同的带宽的线缆进行关联以最佳地利用可用资源，原因是关联线缆的最窄频带决定该关联线缆的可用频带。
将信号过滤为子带(步骤22)，原因是待传输的单元越小，由于传输而丢失信息的概率就越低。这使得可以传输甚至非常复杂的信号或携带几个比特的信息的信号，而不需要很高的费用。为准备用于传输的子带，例如通过采用离散傅里叶变换(DFT)创建直接频谱(步骤24)。同样可以创建信号的直接频谱并随后将信号的频谱划分为子带，以便传输信号。通过关联线缆传输直接频谱(步骤25)，并随后从信号子带中重构信号(步骤27)并进行均衡。
图3是针对室外微微小区或具有较差质量的布线的微微小区而优化的根据本发明的方法的第二优选实施例的流程图。该实施例还在图4中示出。由于较差的传输条件，对子带进行复制，并且还创建逆谱(步骤24)。
通过关联线缆对信号的直接频谱和相应的逆谱的子带进行传输，其中通过关联线缆的一些线缆传输直接频谱，并且通过其他线缆传输相应的逆谱(步骤25)。在接收点，例如基站收发信台处，在从子带中对信号进行重构和均衡(步骤27)之前，将直接频谱和其相应的逆谱相加，并从而恢复每个子带(步骤26)。可以注意到，提供信号的子带由于减小了线性损伤的影响而简化了均衡，而提供逆谱由于减小了非线性损伤的影响而简化了均衡。
图4示例性地更详细地示出根据本发明方法的对用于传输的信号所进行的处理。通过对模拟信号30进行傅里叶变换并将其复用(步骤31)为OFDM信号32而将该模拟信号30“适应为”可用于4G微微小区网络中。为准备用于从例如基站控制器传输到基站收发信台的该OFDM信号32，对频谱进行过滤，以便将多个OFDM子载波分配给OFDM信号32的子带300。这种过滤具有解复用并将OFDM信号32划分为子带频谱300的功能。
对子带300进行移位或频移，例如移位或频移到0，并随后进行过滤以复制每个子带300并将每对双子带中的一个子带的频谱进行逆转(步骤301)，得到直接子带频谱304和其关联逆转子带频谱302。
将这些成对的直接和关联子带频谱302，304输入到一对铜线缆中用于传输(步骤303)。这将它们的形状改变为成对的直接和关联子带频谱302’，304’。在传输和接收(步骤305)之后，逆转子带频谱302’再逆转为直接子带频谱302”(步骤306)。然后，将再逆转的子带频谱302”与其直接子带频谱304’关联，并对二者进行重新组合，即同步并相加到一起(步骤307)。对结果300’进行均衡(步骤309)，尤其是补偿例如由于通过线缆进行传输期间的选择性低通或色散衰减或者由于导致不同的破坏性和建设性的干扰的不同频移而引起的群组延迟和幅度改变。
在将所有成对的直接和逆转子带频谱302’、304’重新组合为单个子带频谱300’之后，将这些频谱用于重构具有子带34’的原始OFDM频谱。然后，对该原始OFDM频谱进行转换和复用。此外，有时对其进行校准以补偿例如温度的变化的影响，并进行精细均衡，即逐子带地进行均衡(步骤37)。结果是原始的OFDM频谱32’。最后，发送OFDM信号32’以进行进一步处理，例如得到原始信号30’的傅里叶逆变换。如果已经将信号传输给无线头端设备，则通过无线网络的空中接口对该信号进行进一步的发送。
图5示出了通过包含线缆的电缆布线7与一个或多个无线头端设备相依赖的无线控制器5的实施例的示意性视图。在线缆关联器52根据待传输的信号、传输距离以及/或者例如室内布线或室外布线或线缆屏蔽的类型之类的传输条件而对电缆布线7中的每个线缆进行分组之前，频带确定器51确定电缆布线7中的每个线缆的有用频带。
子带过滤器53将信号划分为子带，而信号重构器54从到来的子带中重构信号。还可以将过滤器53和重构器54实现为一个双向操作的、进行划分和重构的电子元件。
如有必要，信号或子带由处理装置55进一步处理，诸如复用和/或解复用，模-数和/或数-模转换，或者诸如复制、逆转、放大、均衡、校准、傅里叶类型的变换等信号整形。MAC层、对传输的控制和管理以及所有标准的上层功能在工具56中实现。
图6示出了通过包含线缆的电缆布线7与无线控制器相依赖的无线头端设备6的示意图。与在图5的无线控制器中一样，无线头端设备6包括子带过滤器63和信号重构器64，以及处理装置65，用于复用和/或解复用，模-数和/或数-模转换，或者诸如放大、校准、均衡、过滤、复制、逆转、傅里叶类型的变换等信号整形。
经由天线接口67从天线接收信号以传输给无线控制器，或者从无线控制器接收信号以经由天线接口67通过天线进行发送。
所提出的无线头端设备6的示例是针对主要具有下行业务量的无线网络，其中仅仅有时由无线控制器进行必要的频带确定和线缆关联。在其他的无线网络中，有可能有必要在无线头端设备中实现这些功能。
虽然已经描述了本发明的几个优选实施例，但本领域的普通技术人员可以意识到，在不偏离本发明的精神和概念的情况下，可以进行各种修改、变更和替换。因此，本发明要求以具有所附权利要求的正确范围的本发明的任意形式或修改保护。例如，在不偏离本发明范围的情况下，可以将以下从属权利要求的特征与独立权利要求的特征进行各种组合。此外，在权利要求中的任意参考标号不应理解为对范围的限制。
参考标号列表10 基站收发信台12 基站控制器14 铜线对16 层堆栈20-27步骤30，30’ 信号
31 傅里叶变换32，32’ OFDM频谱33 解复用34，34’ 具有子带的OFDM频谱35 过滤和移位36 重构37 校准和精细均衡38 傅里叶逆变换300，300’ 子带频谱301 复制和逆转302，302’，302”逆转子带频谱303 输入304，304’ 直接子带频谱305 输出306 逆转307 重新组合309 均衡5无线控制器51 子带确定器52 线缆关联器53 子带过滤器54 信号重构器55 处理装置56 工具6无线头端设备63 子带过滤器64 信号重构器65 信号处理装置67 天线接口7电缆布线
权利要求
1.一种用于在无线网络中传输正交频分复用信号的方法，其中通过在无线头端设备与无线控制器之间的线缆传输所述信号，所述方法包括步骤-确定每根线缆的有用频带；-关联至少两根线缆；-将所述正交频分复用信号过滤为子带；-创建每个子带的直接频谱和关联逆谱；-通过所述关联线缆中的一根或多根线缆传输每个子带，其中通过所述关联线缆中的若干线缆传输所述直接频谱并且通过所述关联线缆中的其他线缆传输其关联逆谱；以及-在接收端重新组合每个直接频谱和其关联逆谱并从子带中重构所述正交频分复用信号。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤在传输之后，进行数字的或者数字和模拟的均衡和/或校准。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤在将所述信号过滤为子带之前对所述信号进行解复用。
4.根据权利要求1所述的方法，其中通过铜线缆传输所述频谱。
5.一种无线控制器，用于在无线网络中通过线缆传输去往和来自无线头端设备的信号，所述无线控制器包括-用于确定每根线缆的有用频带的装置；-用于关联至少两根线缆的装置；-用于将信号过滤为子带的装置；-用于信号复制、信号逆转和信号傅里叶类型变换的信号整形装置；以及-用于从子带中重构信号的装置。
6.根据权利要求5所述的无线控制器，还包括解复用/复用装置和/或模-数/数-模转换装置。
7.一种无线头端设备，用于在无线网络中通过线缆传输去往和来自无线控制器的信号，所述无线头端设备包括-到天线的接口装置；-用于将信号过滤为子带的装置；-用于信号复制、信号逆转和信号傅里叶类型变换的信号整形装置；-用于从子带中重构信号的装置。
8.根据权利要求7所述的无线头端设备，还包括解复用/复用装置和/或模-数/数-模转换装置。
全文摘要
为确保特别是具有高密度的无线接入点的无线网络中的低成本的信号传输，提出了一种方法，其中通过在基站与无线接入点之间的线缆传输信号，该方法包括步骤确定每根线缆的有用频带(20)；关联至少两根线缆(21)；将信号过滤为子带(22)；通过关联线缆的一根或多根线缆传输每个子带(25)；在接收端从子带中重构信号(27)。还提出了均适合于本发明方法的无线头端设备和无线控制器。
文档编号H04L27/26GK1893413SQ200610093530
公开日2007年1月10日 申请日期2006年6月26日 优先权日2005年7月5日
发明者德尼·鲁费, 冈·恩居扬 申请人:阿尔卡特公司