用于具有中继功能的远程无线电模块的装置、系统和方法

专利名称：用于具有中继功能的远程无线电模块的装置、系统和方法
用于具有中继功能的远程无线电模块的装置、系统和方法交叉引用本申请要求2008年4月21日提交的、题为“具有中继功能的远程无线电头 (REMOTE RADIO HEAD WITH RELAY CAPABILITY) ”、序列号为 61/046，645 的美国临时申请， 在此通过引用将其整体并入。
背景技术：
无线通信网络通过在操作在通信网络中的许多移动设备之间共享资源来操作。某 些类型的无线通信网络被实现用于在某些标准下支持基于小区的高速业务，所述标准诸如 第三代合作伙伴项目2(〃 3GPP2")、长期演进(”LTE")标准(“3G LTE")、超移动宽 带(〃 UMB")宽带无线标准以及IEEE 802. 16宽带无线接入标准(常被称为WiMAX或不 太常见地被称为WirelessMAN或空中接口标准)。无线通信网络可以向多个被称为“微小区”或“小区站点”的地区提供通信服务。 在一微小区内，基站(BQ或基站收发台(BTQ使用调制解调器经由有线回传连接耦合至网 关或核心网，并且可以向位于小区内的移动终端传送数据或从位于小区内的移动终端接收 数据。为了使运营商能够提供无线高速数据服务，需要为诸如第四代GG)网络的网络部署 新的小区站点。但是，随着运营商推广4G网络，他们面临微妙的平衡举措。他们必须大量投 资以推广新的空中接口，即使知道初始的订户密度将会非常低并且他们的投资在若干年内 将不会创造显著的收益量。大部分运营商会典型地预期他们的4G投资在达到最小的订户 密度之前均产生净亏损。为了使所述影响最小化，运营商会很可能选择初始地在人口密集 的城市中心区推广4G网络以相对快地达到临界订户密度，并且随着这些站点变得有盈利， 他们会逐步将覆盖扩展到人口没有那么密集、没有那么盈利的区域。虽然这样的谨慎部署 方法是有道理的，但是运营商之间针对业务覆盖范围的竞争可能迫使运营商变得更积极进 取，冒更多的风险，并且在致力于获得市场份额的过程中侵略性地部署4G网络。考虑到这 个经济现实，通过以更低的初始成本允许更多的覆盖使商业风险最小化，从而允许运营商 还要更早地到拐点(break)或减少他们的暴露的技术对于网络运营商来说会是非常有吸 引力的。此外，部署小区站点的成本包括基建费用(例如安装、新塔建造、装备等等)以及 运营费用(例如站点租借、站点维护、BTS传输等)。所观察到的是，由于基建费用的降低， 特别是在基建费用在若干年内分期偿还的情况下，运营费用在近几年占主导。驱动拥有无 线站点的费用的主要运营费用中的两项典型地为站点的租赁费继之以回传成本。通过简化 系统需求来帮助降低租赁费或通过以无线方式(over the air)将回传信息中继到中心集 合点来消除回传的成本的技术因而对于无线运营商来说是有益的。因此，所需要的是使与无线网络的部署相关联的前期支付风险和运营成本最小化 的改进装置、系统和方法。

发明内容
在一个实施例中，包括远程无线电模块的装置被提供。所述远程无线电模块包括可操作用于与移动终端无线通信的第一收发机，可操作用于与耦合至核心网的集线器无线 通信的第二收发机，以及用于执行存储在存储器中的指令的处理器。所述指令包括用于以 第一载波频率从集线器接收信号；以及处理该信号使得该信号能够以不同于第一载波频率 的第二载波频率被转发(retransmit)到移动终端的指令。在另一实施例中，无线通信系统被提供。所述系统包括耦合至核心网的集线器和 多个远程无线电模块。每个远程无线电模块包括可操作用于与移动终端无线通信的第一收 发机，可操作用于与集线器无线通信的第二收发机，以及用于执行存储在存储器中的指令 的处理器，所述指令包括以第一载波频率从集线器接收信号以及处理该信号使得该信号能 够以不同于第一载波频率的第二载波频率被转发到移动设备的指令。在还有另一实施例中，用于促进集线器和移动终端之间的无线通信的方法被提 供。所述方法包括提供具有可操作用于与移动终端无线通信的第一收发机和可操作用于与 集线器无线通信的第二收发机的远程无线电模块，以第一载波频率从集线器接收信号，以 及处理该信号使得该信号能够以不同于第一载波频率的第二载波频率被转发到移动终端。通过审阅下面结合附图对当前的公开内容的特定实施例的说明，所述公开内容的 其他方面和特性将变得对于本领域的普通技术人员显而易见。


当结合附图阅读下面的详细说明时，可以根据所述说明最佳地理解当前的公开内 容的各方面。应强调的是，根据行业的标准实践，各个特征没有按照比例绘制。事实上，为 了说明的清楚性，各个特征的尺寸可以任意地增大或减小。下面是对示例性附图的简要说 明。它们仅是示例性的实施例并且当前的公开内容的范围不应受限于此。图1为用于促进集线器和移动终端之间经由远程无线电模块的无线通信的示例 性方法的流程图。图2为示例性无线通信网络的示图，可以在该无线通信网络内实践图1的方法。图3到5为可以被部署在无线通信网络内的示例性集群配置的示图。图6为实现图3到5的集群配置的示例性的扩展无线通信网络的示图。图7为采用两个无线电单元的示例性远程无线电模块的示意图。图8为采用一个无线电单元的示例性远程无线电模块的示意图。图9为根据当前的公开内容的各个方面的示例性远程无线电模块的框图。图10为可以实现在集线器和远程无线电模块之间的示例性控制信道的图形表示。图11为用于产生图10的控制信道的示例性载波产生器的框图。图12为与远程无线电模块通信的近距移动终端和远距移动终端以及与集线器通 信的远程无线电模块的示图。图13为在图12的移动终端、远程无线电模块和集线器之间传送的通信信号的图 形表示。
具体实施例方式当前的公开内容一般地涉及通信系统，并且更具体地，涉及无线通信系统。但应理解的是，下面的公开内容提供了许多不同的实施例或示例。在下文中描述了部件和布置的 具体示例以精简当前的公开内容。当然，这些仅是示例而不旨在进行限制。另外，当前的公 开内容可以在各个示例中重复参考标号和/或字母。这种重复是为了简明性和清楚性的目 的，并且本身没有规定所论述的各个实施例和/或配置之间的关系。此外，在下文中参考 WiMAX和/LTE技术来描述本发明的示例性实施例，这两种技术都采用具有时分双工(TDD) 方案或频分双工(FDD)方案的正交频分复用(OFDM)调制。应注意的是，在本文中所公开的 各个实施例还可适用于当前可用的其他无线通信技术，诸如CDMA(码分多址)、UMTS(通用 移动通信系统)、GSM(全球移动通信系统)或采用中继节点技术的未来发展。参考图1，在一个实施例中，方法10被实现用于促进移动终端和集线器之间经由 远程无线电模块的无线通信。如将在后面更详细地描述的那样，集线器经由无线网络中的 远程无线电模块向移动终端提供高速数据业务。从集线器到移动终端的通信发生在下行链 路，而从移动终端到集线器的通信发生在上行链路。方法10从框12开始，其中远程无线电 模块以第一载波频率从集线器接收信号。远程无线电模块在移动终端所位于的区域上提供 覆盖。在一个实施例中，所述信号可以包括以第一载波频率(例如用于回传连接的3. 5GHz) 发送的OFDM调制信号。应理解的是，由诸如WiMAX和3G LTE的无线技术标准所规定的OFDM 技术是定义明确的，而因此仅在本文中简要描述。OFDM技术利用信道化方式并且将通信信 道划分成许多子信道(或子载波)，其中每个子载波与其他子载波正交。子载波的数量取决 于载波信号的带宽，诸如5MHz (512个子载波)、10MHz (1024个子载波)或20MHz (2048个子 载波)。本领域的技术人员可用的其他调制方法也可适用于当前的公开内容。方法10从框14继续，其中远程无线电模块处理所述信号使得该信号能够以不同 于第一载波频率的第二载波频率被转发到移动终端。远程无线电模块执行基带处理以允许 所接收的信号在以不同载波频率被转发之前充分地被滤波。在一些场景中，远程无线电模 块可以接收所需的信号连同相邻的干扰信号，所述干扰信号可能强于所需的信号。充分的 滤波滤除不想要的干扰信号使得该干扰信号不会以非常高的功率被转发。此外，所述频率 可以被转移，使得经滤波和延迟的信号能够以不同的频率被传送。方法10从框16继续，其 中远程无线电模块以第二载波频率(例如用于接入连接的2. 5GHz)向移动终端传送所述信 号。虽然已参考下行链路(从集线器到移动终端)上的通信描述了方法10，但应理解的是， 方法10可以相似的方式来实现以用于上行链路(从移动终端到集线器)上的通信。此外， 如将在后面更详细地描述的那样，可以对由远程无线电模块所接收的上行链路信号执行自 适应增益函数，使得该信号能够以接近于远程无线电模块的发射器的额定功率的功率被转 发。移动终端和基站之间的功率控制算法是无线网络的重要方面。在大批终端同时向 基站传送回信号的条件下，上行链路功率控制对于系统性能是关键的。终端散布在整个小 区中并且小区边缘上的那些终端正以远低于的接近于基站的终端的功率到达基站。在基站 接收器具有有限的动态范围的条件下，重要的是限制远距终端和近距终端之间在功率水平 上的跨距(spread)。对于典型的3G或4G无线系统而言，存在提供从终端到来的上行链路功率的闭环 控制的功率控制算法。基站将尽力把进入的上行链路信号保持在目标功率谱密度上或至少 保持在可接受的范围内。随着单独的终端的路径损耗增大或减小，基站通过某种形式的控制信道通知终端功率已增大或减小，而终端相应地反应以使其功率恢复至基站接收器处所 需的功率。取决于正被讨论的标准，即⑶MA、UMTS、GMS、WiMAX或LTE，控制信道的实现和更 新速率可以不同。如同任何闭环控制系统一样，提供的反馈量和控制环路的响应时间或更 新速率是确定环路性能和稳定性的两个关键参数。 小区内的下行链路功率控制倾向于稍不如上行链路功率控制那么关键。这种情况 的主要原因在于在下行链路上没有远近场景(near-far scenario)，因为所有终端都从公 共的基站发射器接收。尽管如此，下行链路功率需求可能随用户移入或移出小区以及随更 多容量被用在一个或多个载波上而不同。下行链路功率需求也可能在切换期间增大或减对于在当前的公开内容中所论述的微中继节点实现，已在基站和终端之间插入节 点。从功率控制的角度来看，对于功率控制有两种选择。一种选择是保持微中继的上行链 路增益(例如Gul (t))和下行链路增益(Gdl (t))固定。通过保持增益固定，微中继的存在 对于所使用的标准的功率控制算法来说在很大程度上是透明的。如果选择保持增益固定， 则关键的是以升高的功率进入接收端口的信号不会使发射器由于系统中的固定增益量而 进入压缩模式(go into compression)。因而，某种增益调整可能是有必要的。如果提供增益调整，则有两种另外的选择。第一种是在初始的试运行期间以及周 期性地在网络的微调期间调整所述增益。对于具有18dB的峰值增益、具有7度的3dB垂直 波束宽度、处于高出地面30米的高度的典型无线天线而言，(视线路径损耗-天线增益)将 从IlSdB到92dB之间变化。在4公里半径的小区边缘处达到118dB。在接近距天线的水平 距离为64米的节点处达到92dB。假定闭环功率控制在微小区和终端之间进行操作，该算法 将使近距终端减弱其传送功率以保持相对于微小区的目标功率。此外，相同的算法将要求 处在小区边缘的终端增大其传送功率以设法在微小区上保持所需的信号强度。在所执行的 分析中，所观察到的是4公里远的终端会将其功率增大至大约23dBm的最大值，而处在小区 边缘的终端会将其功率减小至-1. 9daii。通过相比于远距终端将近距功率减小24. 9dB,功 率控制算法几乎已完全消除了由路径损耗上的差异所引入的功率跨距。在这样的场景中， 将仅需要算法在初始化期间以及周期性地随遇到命令更多或更少增益的业务模式和允许 系统计量很可能进入微中继接收器的最大信号强度的数据被收集而对微中继上的增益进 行微调。清楚地，只要我们不过度驱动集线器上的接收器或使微中继上的发射器进入压缩 模式，更多的增益从链路预算的角度来看可能是有益的。现在参考图2，无线通信网络50示意了示例性系统，可以在其中实践参考图1所描 述的方法。在当前的示例中，网络50是根据诸如WiMAX和LTE的无线技术标准支持高速数 据业务的无线网络。网络50可以按辐射状配置来部署。网络50包括基站(BQ 52、多个远 程无线电模块M和多个用户设备(UE) 56 (或移动终端或移动设备)。虽然网络50被示意 为具有一个基站，应理解的是任何数量的基站可以被实现以向给定的区域提供覆盖。BS 52是本领域已知的一种类型的设备，并且因此不在本文中详细描述。在当前 的实施例中，BS 52起集线器的作用，其服务于远程无线电模块M以及与其足够接近的UE 56。BS 52经由有线回传连接60连接到网关或核心网58 (例如因特网或其他合适的网络)。 例如，BS52包括具有到核心网58的100Base-T以太网连接的调制解调器。BS52可以包括 用于支持根据诸如WiMAX和LTE的无线技术标准与远程无线电模块M和UE 56的无线通信的合适的硬件和软件部件。例如，BS 52可以包括处理器、发射器、接收器、天线、易失和非 易失存储器、输入/输出设备和其他合适的设备。如前所述，BS 52支持包括由在频率上分 开的多个子载波构成的OFDM载波的无线通信，所述多个子载波中的每一个都携载信息(例 如数据、语音和控制信息)。应注意的是，BS 52上的调制解调器服务于BS 52和远程无线 电模块54。因此，调制解调器能够因为更大的传播延迟而意识到处在远程无线电模块M中 的一个的附近区域内的UE 56距离更远，并且可以为所述延迟进行调整。调制解调器将把 远程无线电模块M的所有这些位置看作不同扇区的不同载波，并且将基于本领域已知的 诸如信号强度或信号质量的典型切换标准来进行切换。远程无线电模块M起微中继的作用，其扩展BS 52的覆盖。每个远程无线电模块 M包括到BS 52的以无线方式的回传连接(例如微小区到微中继)。同样地，每个远程无 线电模块M提供到足够接近于其本身(或在其覆盖区域内)的UE 56的以无线方式的接 入连接。如将在后面更详细地描述的那样，远程无线电模块M包括促进BS 52和它们的相 应的UE 56之间的无线通信的合适的硬件和软件部件。应注意的是，不要求远程无线电模 块讨具有如在BS 52中所提供的有线回传连接。因此，远程无线电模块可以被部署在其中 有功率的任何高架结构上(例如电线杆、大楼、配电塔等)。此外，将远程无线电模块部署为 微中继节点的运营费用比部署诸如BS的完整的接入点小区站点的运营费用低。UE 56可以是现有技术已知的或未来发展的各种移动终端或移动设备。例如，UE 56可以包括具有无线功能的膝上型电脑、手机，无线数据终端、个人数字助理(PDA)等。UE 56也可以包括支持与BS 52和远程无线电模块M的无线通信的合适的硬件和软件部件。 例如，UE 56可以包括基带处理器、收发器、天线和用户接口。在当前的实施例中，UE支持使 用OFDM载波的无线通信。现在参考图3到5，所示意的是可以被部署在诸如图2的网络50的无线通信网络 中的示例性集群配置。在下文中所公开的各种集群构成可以使用N = 3频率重用规划来部 署。应理解的是，也可以实现其他频率重用规划。N = 3频率重用规划规定三个不同的频率 (例如频率1、频率2和频率3)被用于部署无线网络。在图3中，集群A 100包括集线器节 点102和多个中继节点l(Ma-f。集线器节点102可以被配置为图2的BS 52，而中继节点 l(Ma-f可以被配置为图2的远程无线电模块M。集线器节点102向相应的小区提供覆盖， 而每个中继节点l(Ma-f向其相应的小区提供覆盖。集线器节点102以频率1提供到其覆 盖小区区域内的移动终端或订户的接入连接。对于中继节点104a、l(Mc和104e，分别以频 率2提供到集线器节点102的回传连接106a、106c和106e，而以频率3提供到相应的覆盖 小区区域内的移动终端或订户的接入连接。对于中继节点104b、104d和104f，分别以频率 3提供到中继节点102的回传连接106b、106d和106f，而以频率2提供到相应的覆盖小区 区域内的移动终端或订户的接入连接。所观察到的是，因为没有两个相邻的小区使用相同 的频率来接入，N = 3频率重用规划很有效。对于回传连接(在集线器节点和中继节点之 间)，天线充分定向，使得相对少的能量将溢出到另一小区。例如，用于回传的定向天线看似 是能够以120度内提供40dB的旁瓣抑制。因此，能够以120度的增量重复使用频率。在图4中，除了以不同的方式分配频率之外，集群B 110与图3的集群A 100相似。 因此，为了清楚性起见，图3和图4中相似的特征相同地被编号。集群B 110包括集线器节 点102和多个中继节点l(Ma-f。集线器节点102可以被配置为图2的BS 52，而中继节点l(Ma-f可以被配置为图2的远程无线电模块M。集线器节点102向相应的小区提供覆盖， 而每个中继节点l(Ma-f向其相应的小区提供覆盖。集线器节点102以频率3提供到其覆 盖小区区域内的移动终端或订户的接入连接。对于中继节点104a、l(Mc和104e，分别以频 率2提供到集线器节点102的回传连接106a、106c和106e，而以频率1提供到相应的覆盖 小区区域内的移动终端或订户的接入连接。对于中继节点104b、104d和104f，分别以频率 1提供到集线器节点102的回传连接106b、106d和106f，而以频率2提供到相应的覆盖小 区区域内的移动终端或订户的接入连接。所观察到的是，因为没有两个相邻的小区使用相 同的频率来接入，N = 3频率重用规划相当有效。对于回传连接(在集线器节点和中继节 点之间)，天线充分定向，使得相对少的能量将溢出到另一小区。在图5中，除了以不同的方式分配频率之外，集群C 120与图3的集群A 100相似。 因此，为了清楚性起见，图3和图5中相似的特征相同地被编号。集群C 120包括集线器节 点102和多个中继节点l(Ma-f。集线器节点102可以被配置为图2的BS 52，而中继节点 l(Ma-f可以被配置为图2的远程无线电模块M。集线器节点102向相应的小区提供覆盖， 而每个中继节点l(Ma-f向其相应的小区提供覆盖。集线器节点102以频率2提供到其覆 盖小区区域内的移动终端或订户的接入连接。对于中继节点104a、l(Mc和104e，分别以频 率1提供到集线器节点102的回传连接106a、106c和106e，而以频率3提供到相应的覆盖 小区区域内的移动终端或订户的接入连接。对于中继节点104b、104d和104f，分别以频率 3提供到集线器节点102的回传连接106b、106d和106f，而以频率1提供到相应的覆盖小 区区域内的移动终端或订户的接入连接。所观察到的是，因为没有两个相邻的小区使用相 同的频率来接入，N = 3频率重用规划相当有效。对于回传连接(在集线器节点和中继节 点之间)，天线充分定向，使得相对少的能量将溢出到另一小区。现在参考图6，所示意的是分别实现图3、4和5的集群配置100、110和120的示例 性的扩展无线通信网络。如所示出的，只要反转(invert)集群(例如集群A、集群B、集群 C)，就将不会有两个相邻的小区使用相同的频率来接入的情况。对于回传连接(在集线器 节点和中继节点之间)，天线充分定向，使得相对少的能量将溢出到另一小区。因此，如图3 到5所描述的N = 3频率重用规划可容易地扩展，从而以最小的干扰覆盖任何区域。现在参考图7，所示意的是具有两个无线电单元的示例性远程无线电模块300。远 程无线电模块300包括两个无线电单元302和304，在它们之间有外部数据连接310。无线 电单元302提供到远程无线电模块300的覆盖区域内的移动终端的接入连接312。无线电 单元304提供到诸如图1的BS 52的集线器的回传连接。所观察到的是，两个无线电单元 提供灵活性，因为如果有需要的话能够以不同的频率提供接入连接312和回传连接314，或 者如果有需要的话能够以相同的频率提供接入连接312和回传连接314。典型地对于4G部 署，诸如LTE或WiMAX部署，每个无线电单元302、304的基线是每扇区或小区两个发射器和 两个接收器。因此，所述两个发射器能够按扇区或小区在下行链路上执行h2MIM0(多输入 多输出)。所述两个接收器用于接收分集。现在参考图8，所示意的是具有单个无线电单元的示例性远程无线电模块350。远 程无线电模块350包括一个无线电单元352，其包括四个发射器和四个接收器。当远程无线 电模块350起微中继节点的作用时，四个发射器中的两个和四个接收器中的两个被用于以 一个频率的接入354，而四个发射器中的另外两个和四个接收器中的另外两个被用于以不同频率的回传356。当需要把远程无线电模块350升级为完整的接入点时，其中远程无线电 模块连接到调制解调器(例如图1的BS 52)，无线电单元352起具有四个发射器和四个接 收器的完整的四分支(branch)无线电设备(radio)的作用。现在参考图9，所示意的是示例性远程无线电模块400在被配置为起微中继节点 的作用时的高层框图。远程无线电模块400包括用于到集线器(诸如图2的BS 52)的回传 连接的一个收发器，和用于提供到移动终端或订户的接入的另一收发器。回传收发器包括 一个发射器和一个接收器。接入收发器也包括一个发射器和一个接收器。应理解的是，远 程无线电模块400包括各种部件，诸如滤波器、混频器、双工器、多路器、数字信号处理器、 微处理器、存储器以及执行在下文中所描述的功能的其他合适的部件。以一个频率所接收 的信号经受基带处理以允许在该信号以另一频率被转发之前该信号被充分滤波。对于下行链路信号(从集线器到移动终端或/用户设备)，该信号在天线上被接收 并且由双工器滤波，然后被传递到接收路径。在接收路径上，该信号由低噪声放大器(LNA) 放大。然后可以将经放大的模拟信号从RF下变频到中频(IF)或直接到基带。可替换地， 如果模拟到数字转换器足够快以对RF信号直接采样，则这个阶段可以被省略。RF、IF或基 带信号接着被数字化采样并且从模拟信号转换为数字信号。如果用数字解调器在IF或RF 上对模拟信号进行采样，在数字到模拟转换器的输出上的信号可以被下变频到基带。该信 号然后通过接收信道器(charmelizer) (Rx wCZR)被重新采样和滤波到调制解调器采样速 率。该信号可以经受下行链路增益控制算法。接着通过传送信道器(TxwCZR)将该信号从 调制解调器采样速率重新采样和滤波到基带预畸变器(BBPD)所使用的采样速率。该信号 通过BBPD框根据来自高功率放大器(HPA)的输出上的信号的采样而被线性化。BBPD框的 输出可以在其被从数字域转换到模拟域之前被上变频到中频或RF频率。取决于上变频技 术，模拟信号可以是基带、IF或RF。在一个实施例中，RF信号通过HPA被传递，HPA的输出 被采样并且被反馈回到BBPD框以产生预畸变信号。HPA上的输出被传递给双工器。双工器 的输出被传递给天线，用于向移动终端传送信号。对于上行链路信号(从移动终端/用户设备到集线器)，与上述下行链路信号相同 的流发生，但刚好在相反的方向上。如将在后面更详细地描述的那样，上行链路增益控制和 /或下行链路增益控制可以包括设法保持到发射器中的数字功率的峰值的自适应数字增益 框。为了配置中继节点以2x2MIM0配置来操作，远程无线电模块可以包括四个天线而 不是两个天线，并且硬件可以包括两倍于图9所示的部件。例如，图8的无线电单元352在 一信号单元中包括四个发射器和四个接收器。可替换地，在下行链路上以&2MIM0配置操 作的中继节点可以采用两个无线电单元，其中每个无线电单元(诸如图7的无线电单元302 和304)由远程无线电模块400表示。对于一些标准，发射器可以与无线网络中的其他发射 器同步，并且在这样的情况下，远程无线电模块在起微中继节点的作用时，需要从下行链路 信号中提取定时和频率信息。应注意的是，远程无线电模块有效地滤波和转移从集线器或 移动终端所接收的信号的频率，并且以不同的频率转发相同的信号。因此，远程无线电模块 没有真正地重新调制和重新打包被接收的调制信号。所观察到的是，在传送和接收信道器两者内所需要的相邻信道滤波的量取决于所 需的带内信号和相邻信道上的干扰之间的相关信号功率、所需的稳定裕量等级和需要在传送链的输出上满足的发射掩蔽(emission mask) 0稳定裕量是TX和Rx路径之间的隔离 (isolation)超过无条件稳定(unconditional stability)的有效增益(active gain)的 因数(factor)。在一些实施例中，远程无线电模块在信道器内实现IOOdB的数字滤波。现在参考图10，所示意的是可以在集线器和远程无线电模块之间实现的示例性控 制信道的图形表示。控制信道传递控制信息(或非业务数据)并且允许一个控制信道配置 硬件、从硬件接收报警消息、向硬件发送报警消息或用于其他合适的目的。控制信道可以被 称为运营、报警和监控(0Α&Μ信道)。在当前的实施例中，控制信道500可以被实现在载波 信号510的过渡带中。载波产生器的一个示例在图11中被示意。该载波产生器在远程无 线电模块的数字部分中实现简单的00SK(开/关转移键控)调制解调器以在载波信号的过 渡带中产生控制信道。控制信道500对于诸如LTE或WiMAX的无线标准来说是兼容和透明的。载波信号 510包括具有IOMHz频带(例如IOMHz载波)的并且在发射器所产生的信道噪声520以外 的频率Fc (例如2. 5GHz、3. 5GHz或其他合适的载波频率)。无线电信道器可以将调制数据 子载波500置于载波信号510的过渡带中，使得子载波处在运营商的自有频谱内并且不违 反FCC或ETSI标准。就是说，如果运营商拥有IOMHz频谱，承载数据的信号的实际带宽典 型地为9MHz。因此，在两侧各有大约0. 5MHz，其被专用于过渡带并且没有真正地被用于数 据通信。例如，对于IOMHz频带载波，控制信道可以被设置有4Fc的偏移，或对于5MHZ频带 载波，控制信道可以被设置有2Fc的偏移。因而，专有的经调制的0Α&Μ子载波可以被置于 载波频率信号510的两侧上的过渡带中。0Α&Μ子载波可以包括本领域的技术人员可用的常 规调制载波。0Α&Μ子载波可以是几百KHz宽，以便其符合运营商可用的频带。集线器上的 调制解调器可以基本上忽视过渡带中的控制信道，因为调制解调器将其视为干扰信号。因 此，只要控制信道的幅度没有强到破坏或阻碍调制解调器解调所需的信号或移动终端解调 所需的信号的能力，就没有问题。在其他实施例中，控制信道可以在DC频率上被传送，诸如 基带DC，对于零IF型发射器，该基带DC被证明是LO频率。可替换地，对于诸如WiMAX或LTE的一些标准，OFDM子载波中的一个或多个可以 被预留给非业务数据，或者可以专用于0Α&Μ控制信道。所传送的子载波的数量取决于载波 带宽(频带)。典型地，不是所有的子载波都被用于携载信息，标准允许载波边缘上的频带 中的一些是空的，基本上作为保护频带。集线器上的调制解调器可以声明子载波中的一些 将不被使用而被预留用于不同的目的，诸如功率应用。例如，调制解调器可以声明子载波将 被预留给峰均功率比(PAPR)。因此，那些被预留的子载波中的一个或它们中的若干个可以 被用于在远程无线电模块(微中继节点)和集线器(微小区)之间以无线方式传送专有的 0Α&Μ信道。诸如TCP/IP协议的简单协议可以被用于预留的子载波。在远程无线电模块的初始化期间，将有搜索算法，其中中继节点搜索来自于集线 器的这些控制信道中的一个，如本领域所知的那样。一旦发现控制信道，远程无线电模块可 以在该无线电设备开始向集线器或移动终端传送数据之前下载其配置信息。现在参考图12，所示意的是其中近距终端和远距终端正与远程无线电模块通信， 并且远程无线电模块正与集线器通信的场景。近距移动终端602(移动终端1)和远距移动 终端604可以与图2的UE 56相似。移动终端602、604与诸如图2的远程无线电模块M 的微中继608无线通信。微中继608依次处理信号并且以不同的频率将相同的信号转发给集线器610。在当前的示例中，移动终端602比移动终端604更接近于微中继608。现在还 参考图13，所示意的是可以在图12的场景中传送的通信信号的图形表示。该表示示出近距 移动终端602向中继608传送的信号702、远距移动终端604向中继608传送的信号704， 和中继608向集线器610传送的信号706。在信道噪底710中，其受发射器的非线性限制， 使得发射器的功率放大器限制来自于远距订户的弱信号的信噪比(SNR)。因此，功率放大器 的非线性可以使远距订户的SNR降低。对于以无线方式分别从移动终端602、604接收的信号702、704，微中继608接收所 需信号的功率将根据移动终端602、604距离中继的远近而波动。但是，中继608的收发器 的增益是相当固定的，因此不希望以太低的功率转发信号，否则信号将不具有足够的功率 来到达集线器610，或不想要太多增益以至于到接收器中的强信号将实际上被放大太多而 使得中继608的发射器饱和。因为中继608处理包络，所以不能容易地向近距订户和远距订 户提供不同的增益。因而，与远距订户相比，近距订户将使用功率放大器功率中的大部分。 因此，闭环功率控制的性能被用于使信号强度跨距以及功率放大器的线性度最小化。因而， 在中继608上提供自适应增益函数以允许恰当的增益被应用于信号702、704，使得中继608 能够以相当接近发射器的最大额定功率的功率传送。因而，从中继608到集线器610的信 号706将具有干净的和强的信噪比。在一个实施例中，去往中继608的发射器的信号在发射器的最大额定功率的大约 IOdB内。但是，进到中继器608的接收器中的信号的强度将根据订户的远近而不同。因此， 增益需要根据进来的所接收的信号的强度自适应。此外，增益不应太快以至于其破坏集线 器610和移动终端602、604之间的主功率算法。因此，整体功率控制算法被提供，其中自 适应增益函数控制环路(在中继608和移动终端602、604之间)被嵌入信号实际通过的 主功率控制环路(在集线器和终端之间)。整体功率控制算法包括两个嵌套的功率控制环 路。换句话说，在集线器610和移动终端602、604之间将有宏观功率控制算法，而在中继节 点608本身内有自适应功率控制算法来确保进到中继608中的信号没有被过度放大并且过 度驱动功率放大器，或在一些情况下，放大不足并且太弱地离开而不能到达集线器610。因 此，所述算法需要是自适应的但不能太快以至于其因为有两个嵌套的功率控制环路而使得 主功率控制算法变得不稳定。通常，为了部署无线小区站点，需要三个基本特征(1)功率(2)海拔高度(处于 塔或大楼或大型电杆等的顶部的天线)和C3)具有足够容量来服务小区站点的回传连接 (例如调制解调器到核心网)。在部署网络时，大部分时候找到功率和海拔高度比找到回传 连接更容易。因此，起微中继节点作用的远程控制模型不需要有线回传连接，因为该回传是 以无线方式到微小区(BS)的。另一益处是当运营商发现由于各种原因而在他们的网络中 存在漏洞时，诸如不恰当的规划，运营商可以通过如在上文各种实施例中所描述的那样将 远程无线电模块部署为微中继而快速地并且容易地填补那些漏洞。已确定的是，对于诸如每平方公里10个订户的低订户密度(例如每具有5公里半 径的小区800个订户)，运营微中继节点比部署小区站点(具有连接到核心网的调制解调器 的全面的BS)的常规方式便宜。随着订户密度增加，由于运营商使用一些频谱用于回传，在 微中继中将比以常规部署更快地发生小区分裂，在常规部署中所有运营商的频谱都被用于 接入而没有频谱被用于回传。最终存在交叉点或逻辑点，在该点处订户密度增加(产生更多收益)使得运营商经济状况更好而将微中继升级成全面的小区站点。因此，将很有可能 的是远程无线电模块被配置为初始地起中继节点的作用，而接着将在未来某个时候通过连 接到调制解调器而被升级为全面的BS (标准微小区站点)的接入点。还有另一益处在于远程无线电模块可通过购买将与其合作的调制解调器而全面 升级为标准接入点。因而，运营商没有将大量的金钱花费到之后将不能升级的技术或方案 中。因此，在当有回传可用或当运营商希望提高网络的容量时的任何点，运营商能够推广到 远程无线电模块被部署的这些微中继节点中的任何一个的有线回传并且安装与该无线电 设备合作的调制解调器以起连接到调制解调器的标准无线电设备的作用，而调制解调器连 接到有线回传。就是说，在下行链路上，远程无线电模块起标准无线电设备的作用，其中该 无线电设备连接到调制解调器并且调制解调器产生数据。所述无线电设备将数据从数字域 转换到模拟域，放大并且滤波，然后允许其经由天线被传送给订户。在上行链路上，所述无 线电设备包括从订户接收数据、对其进行滤波、对其进行放大、对其进行数字化并且将其传 递给调制解调器的接收器。总之，本发明的各个实施例包括具有两种个性(personality)的远程无线电头或 模块的设计。所述远程无线电头可以被称为微中继。该微中继的第一个性是起标准远程无 线电头的作用。在这种模式下，远程无线电头或微中继与调制解调器接口并且起无线产业 内公知的标准无线接入点的作用。在第二个性中，微中继能够作为独立设备操作，没有调制 解调器或回传连接，并且起中继节点的作用，其中它以无线方式从中心集线器接收回传信 号、处理该信号并且接着将该信号转发给微中继节点附近的无线用户/订户。使这个概念 有吸引力的关键特征之一是对于运营商没有投资风险，因为可以通过将微中继耦合至调制 解调器并且在未来的任何点上提供回传连接而容易地并且无缝地将该单元升级为标准无 线接入点。可能的升级策略将是一旦微中继节点接近满容量操作，就投资调制解调器和回 传连接，使得专用于提供回传的频谱可以被用于提供接入并且因此提供更多的容量。使用本发明的各种实施例以辐射状配置的部署将在向给定的地理区域提供覆盖 的成本方面提供显著的降低。此外，随着小区站点的收益增加并且需要更多的容量，微中 继可以容易地并且无缝地被升级为标准4G接入点，其使运营商的平衡对微中继施加影响 (leverage)以用于最初的覆盖的决定变成非常低风险高收益的提案。此外，不同于优化提 高网络容量的方案，为初始的4G推广对微中继进行优化以得到低容量、低成本的覆盖，因 为这将是未来几年中运营商关键的关注点。在初始地用容量换取较低成本的覆盖的条件 下，如果微中继对运营商有吸引力，关键是其能够在运营商希望重新获得为了使前期运营 成本最小化而放弃的容量的情况下或时候容易地并且完全地被升级为完整的4G BTS或中 继节点。在4G BTS典型地由一个或多个具有调制解调器的无线电模块构成的条件下，最一 流的方案是开发允许无线电模块在有需要的情况下被部署为独立中继节点的无线电设备 个性。当作为中继节点操作时，一组收发器被部署用于提供接入，而另一组收发器被用于提 供到中心集线器的回传连接。此外，如果大量的微中继要被部署在网络中，专有的0Α&Μ方 案被扩展到这些节点是强制性的。为得到一个标准，在集线器和中继节点之间提供以无线 方式的0Α&Μ链路的诊断方法(agnostic method)被公开。能够实现这个方法的一个途径 是在载波的过渡带中添加窄带专有通信信道。因此，在本文中所公开的示例性实施例提供成本有效的、灵活的并且高效的远程无线电模块，其允许运营商以最小的商业风险和运营成本来推广用于诸如4G网络的网络 的新小区站点。远程无线电模块的示例性实施例具有能够使用一个无线电平台(例如相同 的硬件配置)来实现的两种操作个性或模式。在一种模式中，远程无线电模块起微中继节 点的作用，用于扩展微小区站点的覆盖。微中继节点以第一载波频率从BS或移动终端无线 地接收信号，并且以不同于第一载波频率的第二载波频率向移动终端或BS转发相同的信 号，该信号被滤波和延迟。因此，远程无线电模块从第一天起提供非常低成本的未开发地区 的覆盖，并且因此降低了在有低的订户基础的情况下对网络的初始推广的商业风险。此外， 在另一模式下，远程无线电模块能够容易地被升级为具有微小区的全面的BS的接入点，其 能够在将来订户数量增大时提供更大的容量。 虽然前述说明示出和描述了一个或多个实施例，本领域的技术人员将理解的是在 其中可以在形式和细节上进行各种变化、替换和更改以实现相似的目的和/或取得在本文 中所公开的实施例的相似优点。本领域的技术人员也应当认识到这样的等同构造不背离当 前的公开内容的精神和范围。例如，在其他无线技术或实现中集线器节点、核心网、中继节 点和/或用户设备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，这也 在当前的公开内容的范围内。此外，所描述的方法中的各个步骤也可以按不同于所描述的 顺序来执行，它们可以被修改，和/或可以被结合或进一步分开。因此，应当根据当前的公 开内容以广义的方式来解释权力要求。
权利要求
1.一种包括用于在无线网络中促进集线器与移动终端之间的无线通信的远程无线电 模块的装置，所述远程无线电模块包括第一收发器，其可操作用于与所述移动终端无线通信； 第二收发器，其可操作用于与耦合至核心网的所述集线器无线通信；以及 处理器，其用于执行存储在存储器中的指令，所述指令包括用于以下操作的指令 以第一载波频率从所述集线器接收信号；以及处理所述信号使得所述信号能够以不同于所述第一载波频率的第二载波频率被转发 到所述移动终端。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述指令还包括用于以下操作的指令 以所述第二载波频率从所述移动设备接收另一信号；以及处理所述另一信号使得所述另一信号能够以所述第一载波频率被转发到所述集线器。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述用于处理所述另一信号的指令包括基于由所述 远程无线电模块所接收的所述另一信号的强度来执行自适应增益函数。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述指令还包括用于搜索从所述集线器传送的控制 信道的指令，其中所述控制信道位于所述第一载波频率的过渡带内。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述控制信道包括专有的运营、报警和监控(0Α&Μ) 控制信道。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述第一收发器和所述第二收发器被配置为以下各 项之一具有四个发射器和四个接收器的单个无线电设备，其中两个发射器和两个接收器被用 于以所述第一载波频率到所述集线器的回传连接，并且其中两个发射器和两个接收器被用 于以所述第二载波频率到所述移动终端的接入连接；以及两个无线电设备和所述两个无线电设备之间的数据互连，每个无线电设备具有两个发 射器和两个接收器，其中一个无线电设备被用于以所述第一载波频率到所述集线器的回传 连接，并且其中另一无线电设备被用于以所述第二载波频率到所述移动终端的接入连接。
7.如权利要求1所述的装置，其还包括经由有线回传连接耦合至所述核心网的调制解 调器；其中所述远程无线电模块包括被配置用于连接到所述调制解调器的硬件。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述无线网络支持WiMAX标准、长期演进(LTE)标 准、UMTS标准、CDMA标准和GSM标准中的一个。
9.如权利要求9所述装置，其中所述信号包括具有多个子载波的OFDM调制信号；并且 其中所述指令还包括用于将所述子载波中的一个或多个用于所述集线器和所述远程无线电模块之间的运营、报警和监控(0Α&Μ)控制信道的指令，所述一个或多个子载波被预 留给由所述标准中的一个所规定的使用OFDM载波的非业务数据。
10.一种无线通信系统，所述系统包括 集线器，其耦合至核心网；以及多个远程无线电模块，每个远程无线电模块包括 第一收发器，其可操作用于与移动终端无线通信； 第二收发器，其可操作用于与所述集线器无线通信；以及处理器，其用于执行存储在存储器中的指令，所述指令包括用于以下操作的指令以第一载波频率从所述集线器接收信号；以及处理所述信号使得所述信号能够以不同于所述第一载波频率的第二载波频率被转发 到所述移动设备。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述集线器包括微小区的基站(BS)，所述BS使用 调制解调器经由有线回传连接耦合至所述核心网。
12.如权利要求10所述的系统，其中所述集线器和所述多个远程无线电模块结合以形 成集群，所述集群包括围绕所述集线器的六个远程无线电模块。
13.如权利要求11所述的系统，其中所述集群实现η= 3频率规划；其中所述集线器以频率1提供到其他移动终端的无线接入连接；其中所述远程无线电模块中的一个以频率2提供到所述集线器的无线回传连接并且 以频率3提供到所述移动终端的无线接入连接；并且其中邻近于所述远程无线电模块中的一个的另一远程无线电模块以频率3提供到所 述集线器的无线回传连接并且以频率2提供到所述移动终端的无线接入连接。
14.如权利要求10所述的系统，其中所述集线器和所述远程无线电模块中的一个使用 专有的运营、报警和监控(0Α&Μ)控制信道，所述0Α&Μ信道包括以下各项之一在所述第一载波频率的过渡带中的专用子载波或窄带载波；以及所述第一载波频率的预留子载波或一组子载波，所述预留子载波被预留给由无线通信 标准所规定的非业务数据。
15.如权利要求10所述的系统，其中所述无线通信系统包括支持WiMAX标准和长期演 进(LTE)标准中的一个的无线网络。
16.一种用于促进集线器和移动终端之间经由远程无线电模块的无线通信的方法，所 述方法包括提供具有第一收发器和第二收发器的所述远程无线电模块，其中所述第一收发器可操 作用于与移动终端无线通信并且所述第二收发器可操作用于与所述集线器无线通信；以第一载波频率从所述集线器接收信号；以及处理所述信号使得所述信号能够以不同于所述第一载波频率的第二载波频率被转发 到所述移动终端。
17.如权利要求16所述的方法，其还包括利用所述集线器和所述远程无线电模块之间 的专有控制信道，所述控制信道包括以下各项之一所述第一载波频率的过渡带中的专用子载波；以及所述第一载波频率的预留子载波，所述预留子载波被预留给由无线通信标准所规定的 非业务数据。
18.如权利要求16所述的方法，其还包括以所述第二载波频率从所述移动终端接收另一信号；以及处理所述另一信号使得所述另一信号能够以所述第一载波频率被转发到所述集线器。
19.如权利要求18所述的方法，其中处理所述另一信号包括基于由所述远程无线电模 块所接收的所述另一信号的强度来执行自适应增益函数。
20.如权利要求19所述的方法，其中在支持WiMAX标准和长期演进(LTE)标准中的一个的无线网络中实现所述方法。
全文摘要
本发明提供了用于促进集线器和移动终端之间经由远程无线电模块的无线通信的装置、系统和方法。所述远程无线电模块包括可操作用于与所述移动终端无线通信的第一收发器，可操作用于与耦合至核心网的所述集线器无线通信的第二收发器，和用于执行存储在存储器中的指令的处理器。所述指令包括用于以第一载波频率从所述集线器接收信号并且处理所述信号使得所述信号能够以不同于所述第一载波频率的第二载波频率被转发到所述移动终端的指令。
文档编号H04W88/04GK102067716SQ200980124153
公开日2011年5月18日 申请日期2009年4月21日 优先权日2008年4月21日
发明者C·P·孔拉迪, S·博丁 申请人:北方电讯网络有限公司