基于xWDM波分复用射频拉远单元的级联组网方法

专利名称：基于xWDM波分复用射频拉远单元的级联组网方法
技术领域：
本发明涉及一种在射频拉远式无线通信系统中应用波分复用xWDM传输设备 来级联射频拉远式单元RRU的组网方法。
背景技术：
随着蜂窝式移动通信系统的快速发展，不同通信体制、运营商之间的竞争 越来越激烈，运营商不仅关心设备本身的成本，同样关心基站系统的建设和运 营成本。传统建网方式的主要问题是运营商不得不花费大量时间和费用在机房 的租用方面，而且大量理想站点机房因为要远离住宅而无法获得，也拖延了网 络的建设速度。特别是那些新的移动运营商，如果在不具备足够的机房资源的 情况下使用这种建网方式，必然会导致整个网络建设周期很长，网络覆盖不好。 所以能够大大减少基站站址的射频拉远式基站(BTS)成为基站设备的主要演进 模式之一。
这种技术新型的网络覆盖理念的核心思想是把传统的宏基站的基带处理和 射频部分分离，分成基带处理单元(BBU)和射频拉远单元(RRU)两大部分， 在两者设备之间采用光纤连接。BBU基带处理单元是BTS系统的控制与基带信号 处理单元。RRU射频拉远单元部分完成基带下行信号到射频(RF)信号的上变频 并发射，同时完成上行RF信号的接收、放大、下变频、数字化等处理。BBU基 带处理单元是供多个RRU使用，作为基带处理的公共资源的设备。该设备通常 设计为室内设备，而RRU是不需要专门的机房，可以方便地安装到室外的设备。
在设备部署方面则是把核心网、无线网络控制和基带池设备集中于一个地点， 在规划的站点上部署射频拉远设备以实现无线覆盖。射频远端模块通过光纤将 基站的射频部分拉远，实现基站射频部分与基带部分的分离，使得大容量基站 可以集中放置在可获取的中心机房，基带部分进行集中处理，射频部分光纤拉 远放置在规划确定的站点上，这种称为射频拉远技术，无需任何机房和传输资 源，将繁琐的维护工作简化到基带处理端；可以节省常规建网方式中需要的大 量机房。 一个无线基带控制可以连接几个射频拉远，既节省空间，降低设置成 本，又提高了组网效率；连接两端之间的接口采用光纤，节约基带单元的投资， 减小馈线损耗。可满足运营商对3G及后续无线通信网络建网速度的要求，也可 保证3G及后续无线通信网络建网和维护成本达到最低。由于当前移动通信市场
上多通信制式的共存，运营商越来越希望一个基站能够支持多种通信制式，例 如一个基站的BBU同时支持宽带码分多址(WCDMA)，全球微波接入互操作性系 统(WiMAX)和长期演进系统(LTE)，不同的通信制式在BBU上表现为不同的信 号处理板，而不同的制式各自有各自的RRU，这也是推动射频拉远式BTS应用的 因素之一。
为了有效处理基带处理和射频拉远两部分的连接，增强BBU与RRU的互通 性，在BBU与RRU之间的接口方面存在两种比较类似的接口规范标准， 一个是 公共无线接口规范CPRI (Common Public Radio Interface)，它是由爱立信、 华为、NEC、北电网络与西门子等公司发起的，另一个是OBSAI规范(0penBase Station Architecture Initiative)，它是由诺基亚、LG电子、三星电子等公 司成立的联盟。CPRI和OBSAI接口标准的目的在于，希望在BBU与RRU的接口 上实现统一化、标准化并实现不同BBU、 RRU厂家的互联，基于该标准的设备也 开始逐步出现。但是这些设备离互联互通还很遥远。
通过适当的网络协议与配置，可以使用基带处理和射频拉远设备的级联、 星形、树形和环形的组网方式，而具体采用何种网络协议，则由厂商自己决定。
因此，在CPRI、 OBSAI等类似的BBU、 RRU接口规范上，都定义了一个BBU连接 的多个RRU时可以是星形、链形的、环形的、树形的拓扑结构，但是实际上目 前推出的射频拉远BTS基本都是星形连接的，星形连接相对于级联形式的互联， 需要更多的光纤传输资源。在无线通信系统朝着高带宽、多天线的方向发展的 情况下，传输资源必定越来越紧张，星形连接的RRU拓扑结构会成为发展中的 一个瓶颈。链形、树形、环形的结构要求RRU级联起来，虽然可以节省传输资 源，但是又会引入以下一些困难
(1) 在射频拉远技术中，基带处理和射频拉远两个设备也分成两个协议层 物理层和数据链路层。在物理层中，将上层接入点的数据进行复/分接和物理层 的编码。在数据链路层，对上层接入点的I/Q数据、物理层协议数据和网络协 议数据(包括以太网数据、高层数据链路协议数据)进行相应的处理。由于在 CPRI、 0BSAI及类似的接口协议中，不同RRU的数据采用时分复用(TDM)的方 式共享传输光纤，如果中间的一个RRU出现故障，那么后面级联的RRU都将与 BBU中断联系，因为后面的RRU都依靠前面的RRU作TDM的数据复用。
(2) 由于RRU的参考时钟都是从BBU侧的发送时钟恢复出来的，并逐级向 下传递，逐级级联的RRU会导致从线路恢复出来的参考时钟逐级变差，从而导 致后级RRU的同步可能会存在问题；
(3) 对于时分双工(TDD)系统，BBU还要为每个RRU的传输作时延补偿(也 可能是RRU作时延补偿)以保证不同RRU发射信号的同步，多级级联会导致时 延估计的复杂度不断增加以及误差的逐步扩大；
(4) 由于不同RRU的数据采用时分复用，以及有限的线路速率等级，线路
速率也限制了 RRU的数量，特别是宽度、多天线系统，现有的RRU级联方式只 能支持很少的RRU。
上述每一种问题对于基于TDM方式的射频拉远系统都是很大的问题。本发 明提出了基于xWDM复用的不同RRU级联方式，可以解决上述TDM方式RRU级联 产生的问题。

发明内容
本发明目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种能够提高网络容量 和接口速率，节省网络系统传输资源，时延估计更加准确，性能更加可靠性，且 适用于一点对多点的通用光传输系统的基于xWDM波分复用射频拉远单元的级联 方法，以解决上述TDM方式RRU级联产生的问题，并将这种基于xWDM方式级联 RRU形成的BBU与RRU的接口称为统一的无线接口 (URI)。
本发明解决的上述技术问题的方法可以通过以下措施来达到。本发明提供的 一种基于xWDM波分复用射频拉远单元的级联方法，具有如下特征
(1) 将波分复用xWDM用于射频拉远式基站(BTS)系统来级联射频拉远单 元RRU， 一个基带处理单元BBU通过WDM技术将射频拉远单元复用在一根或一对 光纤上，实现利用不同波长光信号与不同RRU通信的复用，统一的无线接口(URI) 用上述xWDM不同波长复用不同RRU的数据；
(2) 将波分复用xWDM与时分复用TDM复合用于射频拉远式BTS系统级联 RRU;在xWDM的基础上，某个波长的光信号上可以采用TDM的方式复用多个RRU; 用不同的波长组成BBU与不同RRU之间逻辑上的星形连接；
(3) 将波分复用xWDM用于级联射频拉远式BTS系统的RRU和一体化的微 蜂窝BTS系统或宏蜂窝BTS系统；用步骤(1)、 (2)进行无线网络搭建时，级 联的设备是RRU或是BTS;
(4) 在BBU与RRU互联的下行方向，BBU侧将与不同RRU的通信数据在不 同的光波长上发送，每一级RRU使用不同的波长，不同的光波长满足xWDM的波 长系列，不同波长的光信号通过光复用器件(MUX)用xWDM方式复合到一根光 纤上去；
(5) 在BBU与RRU互联的上行方向，每个RRU将本RRU要传给BBU的数据 信号按照特定配置的光波长形成满足xWDM的波长系列的光信号，并利用光分插 复用器件将本RRU发射的光信号耦合进上行光纤。
本发明的具有如下有益效果。
本发明以物理上的级联形式实现了逻辑上星形的RRU互联方式，满足了未 来无线通信网络演进的需求，节省了系统传输资源，同时也增强了系统的性能 和可靠性。
本发明URI利用xW画实现不同RRU数据的复用，在RRU侧使用光分插复用 OADM器件，在BBU侧采用复用/解复用(MUX/DEMUX)器件。RRU级联的实际应 用可以根据需要提供不同的级联容量，对应采用的复用/解复用器件和OADM器 件也分为基于粗波分复用(CWDM)和密集波分复用(DWDM)两种方式。在目前 实际的RRU的级联应用中只需要CWDM即可。本犮明完全适用于DWDM在该情景 下的应用。由于URI采用xWDM不同波长复用不同RRU的数据，这种方式相对于 CPRI、 OBSAI的TDM的复用方式存在下列优点
(1) 相对于BBU而言，不同RRU之间的连接物理上是链形连接，但是利用 不同的波长，实现了 BBU与不同RRU之间逻辑上的星形连接，大大节省了系统 传输资源；
(2) 由于每个RRU独自使用一个波长，RRU的接口速率得以大大提高，也可 以在一个波长上利用TDM方式复用多个RRU的数据，实现树形连接；
(3) 即使一个RRU出现故障，由于RRU侧的OADM具有光信号直通功能，不 会影响其它波长RRU与BBU的通信；
(4) 由于采用CWDM方式，每一级RRU使用不同的波长，避免了TDM复用方 式下，逐级恢复并传递时钟导致时钟逐级变差的问题；
(5) 本发明由于WDM方式下每一级RRU使用不同的波长，逻辑上BBU与RRU 是星形连接的，也简化了系统的时延估计与补偿，并且时延估计更加准确。
由于当前移动通信市场上多通信制式的共存，运营商越来越希望一个基站能 够支持多种通信制式，例如一个基站的BBU同时支持WCDMA， WiMAX和LTE，不 同的通信制式在BBU上表现为不同的信号处理板，而不同的制式各自有各自的 RRU。本发明的传输方式完全适用于一个基站支持多种通信制式，适用于多模通 信制式的基站系统。
URI还可以与TDM复用方式结合起来实现一种树形的连接方式。


下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明。
图1显示的是一个典型4波长URI系统连接示意图。
图2是图1中的朋U与RRU网络互联的逻辑示意图。
图3显示的是URI系统下RRU的结构示意图。
图4显示的是一个典型的RRU采用TDM方式级联的系统的示意图。
图5是一个URI应用于多模基站的另一个实施例。
图6提供了一个URI应用于多模基站的一个实施例。
图7提供了一个URI与TDM复用结合组成树形RRU连接结构的实施例。
附图中BBU:基带处理单元；RRU:射频拉远单元；OADT:光分插复用收 发器；C/M:控制管理信息；WCDMA:宽带码分多址；WiMAX:全球微波接入互 操作性系统；LTE:长期演进系统；CWDM:粗波分复用。
具体实施例方式
一个采用四波长CWDM的URI应用示例见附图1。以图1中RRU1为例，RRU 侧采用URI后的结构示意图见图3。为了便于对比URI与TDM复用方式， 一个基 于T副(CPRI或OBSAI)复用的RRU与BBU互联示例见图4。在下行方向，BBU 侧将与不同RRU的通信数据在不同的光波长上发送，不同的光波长满足CWDM的 波长系列，不同波长的光信号通过光复用器件MUX复合到一根光纤上去；
RRU侧通过光分插复用器件OADM从光纤上取出本RRU支持的特定波长的信 号，而其它波长的光信号直接从本RRU透传过去到下一级级联的RRU;
在上行方向，每个RRU将本RRU要传给BBU的数据信号按照特定配置的光 波长形成光信号，并利用光分插复用器件将本RRU发射的光信号耦合进上行光 纤；
RRU侧的光模块与OADM器件可以是集成的器件OADT，也可以是分离的。
不管在上行还是下行方向，BBU与每个RRU的通信的光信号的波长是预先设 定的，而且在同一方向的波长是彼此不同的，所以BBU在上行或下行通过不同 的波长与不同的RRU进行通信，使其达到逻辑上的星形连接，尽管不同波长的 信号都在一根光纤上传输；
若BBU与RRU的互联需要环形连接，则需要BBU侧有主复用解复用模块和 备用复用解复用模块，BBU的主备复用与解复用模块分别与级联的RRU在两个方 向上形成上述的WDM复用结构。
本发明将xWDM技术应用于射频拉远方式的BTS系统，而不关心BBU与RRU 支持的通信体制，也就是说不管上层是什么通信体制的BBU和RRU，都可以通过 xWDM按照上述方法连接起来，这样一种独立于无线通信体制的通用的BBU、 RRU
互连方式，称之为通用无线接口URI (Unified Radio Interface)。
参阅图1、图2。图1中一个按图所示的BBU利用一根或两根光纤(取决于 用单纤还是双纤器件)，通过CWDM与四个RRU实现物理上的链形连接。BBU侧除 了存在通用的基带处理模块，为了支持URI，在BBU与RRU的接口上相对于没有 xWDM功能的BBU增加了一个用来复用或解复用不同波长光信号的WDM复用解复 用(MUX/DEMUX)器件，连接不同波长的光信号和线路光纤。每个RRU为了支持 URI功能，也在URI接口上相对于没有xWDM功能的RRU增加了一个具有OADM功 能的接口器件，连接光模块与线路光纤。如前面所述，OADM器件与光模块可以 是集成的(称为OADT)，也可以是分离的器件，图中示出的是一个集成的情况。 由于每一个RRU采用不同的波长与BBU传输信号，每一 RRU与BBU实现了图2 所示的逻辑上星形的连接，即BBU与每个RRU是独立的光信号连接，BBU与每一 个RRU都是点对点的直接连接，而不是T匿复用方式下的级联连接，从而解决 了 TDM方式下的可靠性、时延不准确、时钟信号逐级变差等问题，并且大大节 省了传输资源。
参阅图3。 一个支持URI的RRU由接口 OADM、光模块。(本图中OADM和光 模块是分离的)、串行/并行转换器(SerDes)、 URI的接口成帧器件和RRU的内 部处理单元构成。相对于TDM复用方式下的RRU， URI的RRU在与线路光纤的接 口处增加了OADM器件，连接光模块与线路光纤，但是不需要象TDM复用方式下 RRU的TDM功能。尽管是简单的复用方式的不同，但是由于OADM器件具有光信 号直通功能，如果中间RRU出现分插复用及后级模块上的任何故障，来自BBU 的复合光信号可以通过直通的方式将直接传递到下一级RRU。故障RRU不会影响 其它RRU与BBU的正常通信。而T函复用方式下的中间故障RRU会导致后面多 个级联的RRU的通信故障。
参阅图4。在图4所示实施例中，它是一个典型的RRU采用TDM方式级联的 系统。在下行方向，BBU将发到不同RRU的数据，按照图中所示的帧结构成帧， 并串行发送给第一个RRU，第一个RRU收到一个完整的帧信号后，取出属于RRU1 的数据，将其余的数据继续发给RRU2， RRU2按照同样的方式处理，直到最后--个RRU4。上行方向，RRU4将发到BBU的数据按照一定的约定发给RRU3， RRU3 将RRU4发来的数据及本身要发给BBU的数据按照预先约定的格式复用并发给 RRU2， RRU2与RRU1做同样的操作，BBU才能一起收到4个RRU的数据。相对于 图1中的URI系统，TDM级联方式的系统中四个RRU共用一根光纤一个波长的传 输资源，导致RRU的速率受限，并存在前面所述的多项严重问题。作为对照的 URI系统则可以轻松解决这些问题并大大提高线路速率。
图5描述了一个URI应用于多模基站的一个实施例。其中BBU内宽带码分多 址(WCDMA)、全球微波接入互操作性系统(Wi區X)和长期演进系统(LTE)处理 板分别用于处理不同通信制式的基带信号，形成一个多模的BBU。不同的RRU通 过URI接口与BBU实现逻辑星形连接的。不同的RRU在与BBU的通信中，同一 方向上使用不同的光波长。在BBU与RRU的接口上，BBU侧需要一块支持WDM复 用解复用(MUX/DEMUX)的接口板，来自RRU的不同波长的光信号在接口板上解 复用后，通过BBU的背板，将每个RRU的数据送给与该RRU支持相同的通信体 制的基带处理板进行基带处理。而下行方向，不同基带处理板的发射信号通过 BBU背板传给BBU的URI接口板，并复用到不同的波长上，传给通过URI级联的 RRU。不同BBU处理单板与RRU的映射关系是可以配置的。
图6描述了一个URI与TDM复用结合组成树形RRU连接结构的一个实施例。 其中WiMAX RRU、 LTE RRU、 WC画A的RRU1利用WDM如图5 —样形成一个通用URI 结构。而WCDMA的RRU1、 RRU2、 RRU3利用TDM方式形成一个如图4 一样的物理
上、逻辑上都是链形的复用结构。在URI的结构中，三个WCDMA的RRU共享一 个WDM的波长。这种方式只要运营商能够接受，能够更加充分地利用URI中每 一个波长的传输容量。
图7描述了 URI应用于多模基站的另一个实施例。图7与图5的不同之处 在于，图7中不仅级联了一个WCDMA的RRU， 一个LTE的RRU，还在这个URI连 接上级联了一个WiMAX的BTS。从无线网络结构上看不同于图5的应用。该图中 的WiMAXBTS利用URI的传输资源将数据传输到图中的多模BTS的BBU，但是经 过BBU侧的解复用接口板之后并不送到BBU的基带处理板处理，而是通过BBU 的背板交换到BBU的传输板直接送到WiMAX BTS的上一级无线接入网元如ASN Gateway等。
需要指出的是，本发明URI是将WDM技术应用于RF拉远式BTS，但是级联 的设备并不只限于RRU,还可以利用URI的传输资源实现对BTS的级联。
推而广之，URI所采用的WDM复用方式来解决T匿级联问题以物理链形实现 逻辑星形的传输方式，完全适用于一点对多点的通用光传输系统，结构方式与 图l、图5所示完全相同。
权利要求
1.一种基于波分复用xWDM射频拉远单元RRU的级联组网方法，具有如下特征(1)将波分复用xWDM用于射频拉远式基站(BTS)系统来级联射频拉远单元RRU，一个基带处理单元BBU通过WDM技术将射频拉远单元复用在一根或一对光纤上，实现利用不同波长光信号与不同RRU通信的复用，统一的无线接口(URI)用上述xWDM不同波长复用不同RRU的数据；(2)将波分复用xWDM与时分复用TDM复合用于射频拉远式BTS系统级联RRU；在xWDM的基础上，某个波长的光信号上可以采用TDM的方式复用多个RRU；用不同的波长组成BBU与不同RRU之间逻辑上的星形连接；(3)将波分复用xWDM用于级联射频拉远式BTS系统的RRU和一体化的微蜂窝BTS系统或宏蜂窝BTS系统；用步骤(1)、(2)进行无线网络搭建时，级联的设备是RRU或是BTS；(4)在BBU与RRU互联的下行方向，BBU侧将与不同RRU的通信数据在不同的光波长上发送，每一级RRU使用不同的波长，不同的光波长满足xWDM的波长系列，目前根据射频拉远式BTS系统的容量需求，粗波分复用CWDM就可以了，不同波长的光信号通过光复用器件(MUX)用xWDM方式复合到一根光纤上去；(5)在BBU与RRU互联的上行方向，每个RRU将本RRU要传给BBU的数据信号按照特定配置的光波长形成xWDM的波长系列的光信号，并利用光分插复用器件将本RRU发射的光信号耦合进上行光纤。
2.如权利耍求1所述的一种基于xWDM波分复用射频拉远单元的级联组网方法，其特征在于，RRU侧通过光分插复用器件OADM从光纤上取出上述RRU支持 的特定波长的信号，而其它波长的光信号直接从本RRU透传过去到下一级级联 的RRU。
3. 如权利要求1所述的一种基丁 xWDM波分复用射频拉远单元的级联组网方 法，其特征在于，在BBll与RRU互联的上行或下行方向，BBU与每个RRU的通信 的光信号的波K:是预先设定的，且在同一方向的波长彼此不同，BBU在上行或下 行通过不同的波长与不同的RRU进行通信，形成逻辑上的星形连接，并且不同 波长的信号都在-根光纤上传输。
4. 如权利要求1所述的一种基于xWDM波分复用射频拉远单元的级联组网方 法，其特征在于，若BBU与RRU的互联为环形连接，则BBU侧有主复用解复用 模块和备用复用解复用模块，BBU的主备复用与解复用模块分别与级联的RRU在 两个方向上形成上述的xWDM复用结构。
5. 如权利要求1所述的一种基于xWDM波分复用射频拉远单元的级联组网方 法，其特征在于，同一方向上每个RRU独自使用一个(或多个)波长，BBU与每 个RRU是独立的光信号连接，且BBU与每一个RRU都是点对点的直接连接。
6. 如权利要求1所述的一种基于xWDM波分复用射频拉远单元的级联组网 方法，其特征在于，相对于TDM复用方式下的RRU， URI的RRU在光传输的接口 增加了 0ADM器件，但是减少了 TDM的复用器件。
7. 如权利要求1所述的一种基于xWDM波分复用射频拉远单元的级联组网 方法，其特征在于，BBU支持处理不同通信制式的基带信号，形成一个多模的 BBU，不同通信体制的RRU采用xWDM方式与BBU互联，不同的基带处理单元或 处理单板处理相对应的相同通信体制的RRU。
8. 如权利要求1所述的一种基于xWDM波分复用射频拉远单元的级联组网 方法，其特征在于， 一个或多个波长的光信号上采用TDM方式复用多个RRU的 传输数据。
9. 一种基于xWDM —点对多点光传输系统的基联组网方式，其特征在于， 将波分复用xWDM用于一点对多点的主从设备级联的光传输系统，利用物理的级 联形成逻辑星形物理连接；且主传输设备与每一丛设备之间同一方向上通过唯 一的一个光波长信号实现点对点的直接连接。
10. 如权利要求1所述的一种基于xWDM波分复用与TDM复用的一点对多点 光传输方法，其特征在于，主传输网采用xWDM方式级联从设备，而其中的一个 或多个光波LC信号上采用TDM方式复用多个从设备的传输数据。
全文摘要
本发明公开的一种基于波分复用(xWDM)射频拉远单元的级联组网方法，主要包括1.将波分复用(xWDM)用于射频拉远式BTS系统来级联射频拉远单元RRU。2.将波分复用(xWDM)与时分复用(TDM)复合用于射频拉远式BTS系统，用不同的波长，组成BBU与不同RRU之间逻辑上的星形连接；3.将波分复用(xWDM)用于级联射频拉远式BTS的RRU和基站BTS系统；4.将波分复用(xWDM)用于一点主设备对多点丛设备级联的光传输系统。本发明大大节省了系统传输资源；扩大了系统传输容量；避免了TDM复用方式下，逐级恢复并传递时钟导致时钟逐级变差的问题；简化了级联系统间的时延估计问题。适用于多模通信制式的基站系统。
文档编号H04B7/15GK101350662SQ20081004595
公开日2009年1月21日 申请日期2008年9月1日 优先权日2008年9月1日
发明者涛 余, 周庭铭, 渊 邹 申请人:成都优博创技术有限公司