CN102037662A

CN102037662A - 基站收发机系统中的信号压缩

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Publication number: CN102037662A
Application number: CN2009801186221A
Authority: CN
Inventors: 阿尔伯特·W·魏格纳
Original assignee: Samplify Systems Inc
Current assignee: Integration unit technology company
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2029-05-19
Also published as: EP2281352A4; US20090290632A1; WO2009143176A2; CN102037662B; EP2281352B1; WO2009143176A3; JP2011524117A; EP2281352A2; KR20110015639A; KR101494860B1; JP5474943B2; US8174428B2

Abstract

一种用于无线通信网络的基站收发机系统(BTS)中的信号压缩方法和装置，其在系统中提供通过串行数据链路的压缩信号样本的有效传送。对于上行链路，BTS的RF单元在对经由天线接收的模拟信号进行模数转换之后，对得到的信号样本进行压缩。RF单元将压缩的信号样本通过串行数据链路传送给基站处理器，在该基站处理器处对其解压缩，之后执行常规信号处理。对于下行链路，基站处理器压缩信号样本，并且将压缩的信号样本通过串行数据链路传送给RF单元。RF单元对压缩的样本进行解压缩，然后将解压缩的样本转换为模拟信号以便通过天线发射。压缩和解压缩可以并入传统的基站和分布式天线系统的操作中。

Description

基站收发机系统中的信号压缩

技术领域

本发明涉及在无线通信网络的收发机系统中对信号进行的压缩和解压缩，并且更具体地，涉及在通过该收发机系统的基站处理器和一个或多个射频(RF)单元之间的串行数据链路传送之前，对信号样本进行压缩。

背景技术

无线通信网络中的收发机系统执行控制功能以引导信号在订户或终端之间的通信以及与外部网络的通信。一般的操作包括接收RF信号、将其转换为信号数据、对信号数据执行各种控制和信号处理操作、将信号数据转换为RF信号以及将RF信号发射到无线订户。无线通信网络中的收发机系统包括基站和分布式天线系统(DAS)。对于反向链路，或称上行链路，终端发射由收发机系统接收的RF信号。对于前向链路，或称下行链路，收发机系统向无线网络中的订户或终端发射RF信号。基站也可以称为基站收发机系统(BTS)、小区站点、接入点、节点B或其他术语。终端可以是固定的或移动的，其可以是无线设备、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、个人计算机或装配有无线调制解调器的任何设备。

对于此说明书，术语“基站收发机系统(BTS)”将表示基站处理器以及在基站处理器的控制下与基站处理器通信的RF单元，其包括任何类型或长度的数据传送链路。这包括具有与基站处理器放置在一起或者放置在天线附近的天线塔上的RF单元的传统基站。DAS是BTS的另一示例，尽管RF单元远离基站处理器。

无线通信网络的基站收发机系统必须管理向扩大的订户基数供应新服务所需的日益增长的数据量。系统设计的挑战包括：确保演进的标准的灵活性、支持增长的数据处理需求以及降低整体成本。基站的模块化设计方法提供了满足这些挑战的灵活性。模块化基站设计的组件包括基站处理器和通过串行数据链路耦接的RF单元，其中串行数据链路包括铜线或光纤线缆。RF单元包括发射机、接收机、模数转换器(ADC)以及数模转换器(DAC)。有线的或光纤的串行数据链路在RF单元和基站处理器之间传送采样信号。采样信号可以在RF处集中或者在通过数据链路传送之前转换为中频(IF)或基带。基站处理器包括用于信号处理、控制以及与外部网络进行通信的功能。

模块化设计的两个行业标准，即开放式基站架构联盟(OBSAI)和通用公共无线电接口(CPRI)，规定了用于互连RF模块和基站处理器的架构以及用于串行数据链路的传输协议。在以下文献中描述了OBSAI标准，“OBSAI Open Base Station Architecture Initiative BTS Systems Reference Document”，版本2.0，2006，以及“OBSAI Open Base Station Architecture Initiative Reference Point 3 Specification”，版本4.0，2007。在以下文献中描述了CPRI标准，“CPRI Specification V3.0 Interface Specification”，2006。这两种架构都通过串行数据链路发射/接收多信道信号数据以及传送复用基带信号数据。模块化设计可以不必与CPRI或OBSAI相兼容。

OBSAI标准描述了用于在基站处理器(称为基带模块)和RF模块之间通信的架构和协议。用于一个或多个基带模块与一个或多个RF模块的连接拓扑包括网格、集中式组合器/分发器以及桥接模块。连接基带模块与RF模块的OBSAI兼容的串行数据链路称为参考点3(RP3)接口。在远程RF单元(RRU)连接到基带模块的系统中，串行数据链路称为RP3-01接口。用于基带模块与RRU的连接拓扑包括点到点、链状、环行和树与分支。基带模块/RRU配置支持分布式天线系统。

CPRI标准表示用于处理基带信号数据的无线电设备控制(REC)和对执行RF处理以便通过天线发射信号的无线电设备(RE)。REC和RE分别对应于基站处理器和RF单元。CPRI标准规定了串行接口和在物理层和数据链路层的操作。REC和RE之间或两个RE之间的串行数据链路是双向接口，其中每个方向一条传输线。REC和一个或多个RE之间的连接拓扑包括点到点、多点到点、链状、星形、树、环形及其组合。

分布式天线系统(DAS)将信号数据从主天线/RF资源分发到经由Cat5线缆、同轴线缆或光纤链路连接的多个远程天线。实质上，DAS可以连接至各种各样的无线服务，并且继而在该DAS所安装的整个区域上重播这些信号。例如，DAS可以改进建筑物内的蜂窝电话覆盖。建筑物屋顶上的主收发机和天线通过线缆或光纤连接至该建筑物内的多个分布式天线。每个DAS具有“头端”，进入头端中的源信号被组合以分发给远程无线电单元。DAS系统提供有限空间(诸如高层建筑、隧道、铁路以及机场)内的覆盖。如个人通信工业协会(PCIA)的DAS论坛所定义的，DAS是经由传输介质连接到公共源的空间分离天线节点的网络，其在地理区域或结构内提供无线服务。DAS天线高度(elevation)通常处于或低于杂波水平并且节点安装是紧凑的。数字串行数据链路将头端(基站)连接至远程射频单元或头。

用于无线通信网络的基站收发机系统通过基站处理器与RF模块之间的串行数据链路来传送大量采样信号数据。与演进的无线通信标准相兼容、增大数据容量以及服务更多订户的需求可能要求对收发机系统进行昂贵的硬件升级，包括增加串行数据链路的数量或容量以及增大支持子系统的数据处理能力。这些要求可能与收发机系统的约束相冲突，收发机系统的约束包括物理尺寸限制、功耗限制以及地理限制。

因此，需要为基站和分布式天线系统增大串行数据链路的容量以及节省基站收发机系统的资源。在通过串行数据链路传送之前对数据进行压缩，使得提供方可以通过增大已有数据链路的容量来满足这些要求，其有可能消除或至少推迟升级已有数据链路的需求。计算效率高的压缩和解压缩节省了计算资源。OBSAI和CPRI标准没有公开在通过串行数据链路传送之前对信号样本进行压缩。因此，还需要提供对信号样本的压缩以及对已压缩样本的格式化，以便与BTS的数据传输协议相兼容。

发明内容

考虑前述传统问题，做出了本发明的实施方式。本发明的一个目的是在无线通信网络的基站收发机系统中，增大将基站处理器连接至RF单元的串行数据链路的数据传送容量。

为了实现上述目的，本发明的一个方面提供了在无线通信网络的基站收发机系统中，用于通过串行数据链路将信号数据从射频(RF)单元传送至基站处理器的方法，其中RF单元耦合至天线以接收基于通信数据而调制的模拟信号，RF单元包括将模拟信号转换为多个数字样本的模数转换器(ADC)，其中所述基站处理器对接收自RF单元的信号样本执行信号处理操作。所述方法包括：

在RF单元处，根据压缩控制参数对从ADC输出的信号样本进行压缩以形成压缩样本；

对压缩样本进行格式化以通过所述串行数据链路进行传送；

通过所述串行数据链路将所述压缩样本从RF单元传送至基站处理器；

在所述基站处理器处接收所述压缩样本；以及

根据解压缩控制参数来解压缩所述压缩样本以形成解压缩信号样本，其中所述基站处理器对所述解压缩信号样本应用所述信号处理操作。

实现前述目的的本发明的另一方面提供了：在无线通信网络的基站收发机系统中，用于通过串行数据链路将表示调制的通信数据的信号样本从基站处理器传送至RF单元的方法，所述RF单元具有用于将信号样本转换为模拟信号的数模转换器(DAC)，其中所述RF单元耦合至天线以发射所述模拟信号。所述方法包括：

在基站处理器处，根据压缩控制参数对信号样本进行压缩以形成压缩样本；

对压缩样本进行格式化以通过所述串行数据链路进行传送；

通过所述串行数据链路将所述压缩样本从基站处理器传送到RF单元；

在RF单元处接收所述压缩样本；以及

根据解压缩控制参数对所述压缩样本进行解压缩以形成解压缩信号样本，其中所述解压缩信号样本被提供给所述DAC以转换为模拟信号。

实现前述目的的本发明的另一方面提供了：在无线通信网络的基站收发机系统中，包括耦合到天线以接收基于通信数据调制的模拟信号的RF单元，以及通过串行数据链路耦合到所述RF单元的基站处理器，所述RF单元包括将所述模拟信号转换为多个信号样本的模数转换器(ADC)，其中所述基站处理器对接收自所述RF单元的信号样本执行信号处理操作，一种用于从所述RF单元向所述基站处理器传送数据的装置。所述装置包括：

在所述RF单元处的压缩器，其被耦合以从所述ADC接收信号样本，以及根据压缩控制参数来产生压缩样本；

格式化器，其耦合至所述压缩器，并且格式化所述压缩样本以便通过所述串行数据链路进行传送；

串行数据链路，其耦合至所述格式化器以将所述压缩样本传送至所述基站处理器；

基站处理器，其耦合至所述串行数据链路以接收所述压缩样本；以及

集成到所述基站处理器中的解压缩器，用于解压缩接收的压缩样本以形成解压缩信号样本，其中所述基站处理器对所述解压缩信号样本执行所述信号处理操作。

实现前述目的的本发明的另一方面提供了，在无线通信网络的基站收发机系统中，包括耦合到天线以发射模拟信号的射频(RF)单元，以及通过串行数据链路耦合到所述RF单元的基站处理器，所述基站处理器向所述RF单元提供表示调制的通信数据的多个信号样本，所述RF单元包括将所述多个信号样本转换为模拟信号的数模转换器(DAC)，其中所述基站处理器对所述信号样本执行信号处理操作，一种用于从所述基站处理器向所述RF单元传送数据的装置。所述装置包括：

集成在所述基站处理器中的压缩器，用于根据压缩控制参数对信号样本进行压缩以形成压缩样本；

格式化器，其耦合至所述压缩器，并且对所述压缩样本进行格式化以便通过所述串行数据链路进行传送；

串行数据链路，其耦合至所述格式化器以将所述压缩样本传送至所述RF单元；

RF单元，其耦合至所述串行数据链路以接收所述压缩样本；以及

集成在所述RF单元中的解压缩器，用于对接收的压缩样本进行解压缩以形成解压缩信号样本，其中所述解压缩信号样本被提供给所述DAC以转换为模拟信号。

附图说明

图1a是并入了压缩和解压缩的通用基站架构的框图。

图1b是包括压缩和解压缩的分布式天线系统(DAS)的示例的框图。

图2a是遵从OBSAI标准建模的基站中的压缩和解压缩的框图。

图2b是在具有远程RF单元的OBSAI兼容的BTS中的压缩和解压缩的框图。

图2c是根据现有技术、OBSAI标准所支持的无线调制格式的表。

图3a是遵从CPRI标准建模的基站中的压缩和解压缩的框图。

图3b示出了无线基站系统300，其中REC 320和多个无线电设备310a和310b经由数据传送链路340a和340b以链式布置连接。

图4是压缩和解压缩的框图，其中多个信号信道在通过串行数据链路传送之前被压缩和复用。

图5示出了将已压缩数据分组映射至RP3消息的有效载荷部分的示例。

图6示出了将已压缩数据分组映射至以太网MAC帧并继而映射至RP3消息的示例。

图7是示出了用于将已压缩数据映射至以太网有效载荷的三个列举示例的表。

图8示出了映射已压缩数据分组以根据CPRI协议进行传送的示例。

图9a是基带单元处的压缩器的框图。

图9b是RF单元处的压缩器的框图。

图10a是RF单元处的解压缩器的框图。

图10b是基带单元处的解压缩器的框图。

图11给出了示出用于压缩具有不同中心频率的信号样本的备选方案基本原理的示例。

图12是基于中心频率信号样本的压缩算法的框图。

图13示出了基于中心频率产生修改的样本的操作。

图14给出了针对图11的示例的信号样本x(i)和x(i-j)的和或差。

图15是由解压缩器执行的操作的框图。

具体实施方式

下文描述根据本发明如何将压缩和解压缩并入基站收发机系统中。示例架构包括通用基站、OBSAI或CPRI基站以及分布式天线系统中的压缩和解压缩。继而描述应用于由收发机系统处理的信号样本的压缩和解压缩的优选方法。

图1a是根据本发明并入了压缩和解压缩的通用基站架构的框图。BTS架构包括通过一个或多个串行数据链路140连接至RF单元150的基站处理器100。此通用架构可以用于无线通信网络采用的任何空中接口标准，包括GSM/EDGE、基于CDMA的调制格式、基于OFDM的调制格式(诸如WiMax)以及可能发展的其他信号调制格式。远程RF单元150可以位于天线塔上的天线155附近。RF单元150可以连接至多个天线以便发射、接收、分集或波束成形。串行数据链路可以由光纤、同轴线缆或RJ-45双绞线来实现。基站处理器100执行信号处理功能，以准备要由RF单元发射的数据或者从接收自RF单元150的信号样本中恢复数据。功能的类型包括符号调制/解调、信号编码/解码、用于CDMA的扩频/解扩、用于发射/接收的分集处理、干扰消除、均衡、时间和频率同步、上变频/下变频、复用/解复用以及去往/来自外部网络(未示出)的数据传输。

对于发射路径，或称下行链路，基站处理器100执行信号处理功能以对从之前接收的无线信号中提取的、或从外部网络接收到的通信数据进行调制，从而产生数字信号。信号处理功能取决于调制格式，并且可以包括符号调制、信道编码、用于CDMA的扩频，用于发射的分集处理、时间和频率同步、上变频、复用以及用于OFDM的反向离散傅里叶变换。取决于系统设计，数字信号的中心频率可以为0Hz、中频(IF)或射频(RF)。在通过串行数据链路140传送到RF单元之前，压缩器120对数字信号的样本进行压缩。在RF单元150处，解压缩器125对已压缩的样本进行解压缩以重构数字信号，之后进行数模转换。数模转换器(DAC)160将重构的数字信号转换为模拟信号。发射机182准备模拟信号以由天线155发射，包括上变频到适当的射频、RF滤波以及放大。

对于接收路径，或称上行链路，RF单元150处的天线155从一个或多个无线源或订户接收代表已调制通信数据的RF模拟信号。所接收信号的频带可以是来自多个无线订户的发射信号的组合。根据空中接口协议，不同的订户信号可以被指派给某些频率信道，或者多个订户可以被指派给某个特定频带。在CDMA空中接口协议的情况下，多个订户信号被指派给特定频带，并且每个订户信号使用唯一扩频码在该频带上扩展。接收机180对RF模拟信号执行模拟操作，包括RF滤波、放大和下变频，取决于系统设计，将接收信号的中心频率从RF移至IF或0Hz。基于系统设计，模数转换器(ADC)170将接收的模拟信号转换为数字信号以产生仅具有实数值的信号样本，或者可选地，产生具有同相(I)和正交(Q)分量的信号样本。压缩器130应用于从ADC 170输出的数字信号的整个带宽。压缩器130在数字信号样本通过串行数据链路140传输之前对其进行压缩。在基站处理器100处，解压缩器135对已压缩样本进行解压缩以重构数字信号，之后执行常规信号处理以从解压缩的数字信号中恢复通信数据。处理操作可以包括解调符号、信道解码、解扩(针对CDMA调制格式)、分集处理、干扰消除、均衡、时间和频率同步、下变频、解复用、离散傅里叶变换(针对OFDM调制格式)，以及将从解压缩的信号样本中得到的数据传输给外部网络。

基站处理器100和RF单元150可以表示为本领域中的其他名称，并不限制权利要求中所述的本发明的范围。

图1b是分布式天线系统(DAS)的示例的框图。基站处理器100连接至多个远程RF单元150及其相关联的天线155。DAS可以有多个远程RF单元150，其通常位于离基站处理器100几十到几百米之处。基站处理器100是主收发机系统(诸如图1a中所示的BTS)的一部分，主收发机系统通常配置有RF。主收发机例如可以位于建筑物的屋顶。每个远程RF单元150包括压缩器130、解压缩器125、ADC 170、DAC 160、发射机182和接收机180，不过为了简化仅在一个远程RF单元150中示出了这些组件。在此示例中，基站处理器100经由集线器146连接至远程RF单元150。集线器146继而经由数据链路142连接至另一集线器148，或者经由链路144连接至多个远程RF单元150。取决于系统设计，这些数据链路140、142和144可以具有相同的特性或者可以不相同。对于发射路径，基站处理器100应用压缩器120对信号样本进行压缩。压缩的样本经由数据链路140传送至集线器146，经由数据链路142至另一集线器148、以及经由数据链路144至多个远程RF单元150。压缩的数据在经过集线器146和148时可以保持压缩。在每个远程RF单元150处，解压缩器125对信号进行解压缩，之后进行数模转换160。发射机182处理得到的模拟信号以用于通过天线155的发射。对于每个远程RF单元150处的接收路径，每个天线155提供模拟信号给接收机180。ADC170将接收到的模拟信号转换为数字信号。压缩器130对数字信号进行压缩之后经由适当的数据链路140、142或144以及集线器148和146将其传送至基站处理器100。解压缩器135对压缩的信号样本进行解压缩以重构接收到的数字信号，然后由基站处理器100进行传统的信号处理。分布式天线系统可以通过数据链路140、142和144传送IF或RF数字信号，如前面参考图1a所描述的，或者其可以如下文进一步地描述的传送数字基带信号。

压缩器120/130将压缩样本打包在压缩数据分组中，该压缩数据分组具有与串行数据链路的数据传输协议相兼容的格式。压缩器120/130向部分或全部压缩数据分组添加报头部分。备选地，如果数据传输协议有可用的开销比特(overhead bit)，则报头可以被编码在开销比特中。报头部分具有定义的长度，其包括用于解压缩器125/135的同步和控制信息。压缩器120/130可以按任何顺序对压缩样本进行打包；然而解压缩器125/135将对解压缩的样本重新排序并格式化以符合BTS期望的数据表示格式。串行数据链路可以具有私有数据传输协议或标准协议，诸如以太网。压缩数据分组的大小被设置为适合此数据传输协议。例如，为了在以太网MAC帧中传送，压缩数据分组可以将大小调整为适合放进有效载荷部分，如下文结合图6和图7所描述的。解压缩器125/135接收以太网MAC帧，并从有效载荷部分提取压缩数据分组。解压缩器125/135从报头提取同步和控制信息，以用于解压缩和重构信号样本序列。

图2a是遵从OBSAI标准建模的基站中的压缩和解压缩的框图。OBSAI标准规定了对基带I和Q信号样本的处理和传送。基站200包括经由一个或多个RP3串行数据链路240连接的基带模块210和RF模块250。可以存在多个基带模块210与多个RF模块250通信。OBSAI架构支持用于固定或移动接入的针对GSM/EDGE、CDMA、WCDMA和WiMax的空中接口标准，其具有图2c的表1中列出的配置。通过并入通用模块，OBSAI标准也可以容纳其他无线网络配置或信号调制格式。基带模块210对基带信号数据执行信号处理功能以适合调制格式。信号处理功能可以包括符号调制/解调、信道编码/解码、扩频/解扩、用于发射/接收的分集处理、干扰消除、均衡、时间和频率同步、反向/正向离散傅里叶变换，以便适合空中接口标准或其他调制格式、以及去往/来自外部网络(未示出)的数据传输。RF模块250可以仅包含发射功能、仅包含接收功能、或者包括发射和接收两个功能。OBSAI RF模块功能包括ADC/DAC、上/下变频、载波选择、天线接口、Tx/Rx RF滤波、RF合并、分集Tx/Rx以及空中接口功能。串行数据链路240的选择包括光纤线缆、铜线线缆或无线传输。RP3总线协议定义了用于数据传送的数据格式和线路编码。基带模块210和RF模块250二者都对压缩的数据进行格式化以根据RP3总线协议进行传送。

对于发射路径，或称下行链路，基带模块210对通信数据执行适合于调制格式的各种功能，从而产生基带信号样本241。这些功能可以包括符号调制、信道编码、扩频、发射分集处理和反向离散傅里叶变换以适合于OBSAI支持的或其他信号调制格式。在通过串行数据链路240传送到RF模块250之前，压缩器120对信号样本241进行压缩。在RF模块250处，解压缩器125对已压缩的样本进行解压缩以形成解压缩的信号样本242，之后进行RF传输的常规处理。

对于接收路径，或称上行链路，天线155接收代表来自订户的已调制通信数据的模拟RF信号。下文将参考图4更详细地描述RF模块250形成基带数字信号样本243的操作。压缩器130对数字信号样本243进行压缩，之后经由串行数据链路240传送至基带模块210。在基带模块210处，解压缩器135对已压缩样本进行解压缩以形成解压缩的信号样本244。基带模块210继而对解压缩的信号样本应用适合于调制格式的信号处理。信号处理功能可以包括符号解调、信道解码、解扩、接收分集处理、干扰消除、均衡、时间和频率同步、正向离散傅里叶变换，以适合于空中接口标准或其他调制格式。尽管图2示出了点到点布置，但是其他连接布置也有可能，包括网格拓扑、桥式连接以及组合器/分发器连接。

图2b是在具有远程RF单元的OBSAI兼容的BTS中的压缩和解压缩的框图。在此示例中，基站200连接至两个远程RF单元(RRU)260-1和260-2。串行数据链路250-1和250-2符合OBSAI规范定义的RP3-01串行数据链路协议。RP3-01协议将RP3协议扩展为容纳适合于通过较长物理链路来传输数据的物理层技术。实现为独立模块或与BTS 200或RRU 260集成在一起的本地转换器(LC)将数据映射为RP3-01数据格式。RP3-01协议使用根据标准IEEE 802.3-2002的以太网MAC帧。点到点以太网传送被应用于RP3-01节点之间，不论是RRU 260-1与260-2之间还是BTS 200与RRU 260-1之间。RRU 260-1包括以太网开关，其确定数据帧是在RRU 260-1处消耗还是要转发给RRU 260-2。对于发射路径，基带模块210压缩有效载荷信号数据，之后根据RP3-01协议通过数据链路250-1进行传送。如果RRU 260-1是目的地节点，则RRU 260-1对已压缩数据进行解压缩，之后处理从天线255-1进行的RF发射。如果RRU 260-2是目的地节点，则RRU 260-1将具有压缩的有效载荷数据的数据帧通过链路250-2递送至RRU 260-2。RRU 260-2对压缩的有效载荷数据进行解压缩以从天线255-2发射。对于接收路径，RRU 260-1和260-2对它们各自接收到的信号样本进行压缩，并且对压缩的信号数据进行格式化以便根据RP3-01协议传送。基带模块210对接收自RRU260-1和260-2的压缩信号数据进行解压缩，之后进行常规基带操作。RRU 260-1会将其从RRU 260-2接收到的数据帧递送给BTS 200，而不对有效载荷数据解压缩。

图3a是遵从CPRI标准建模的基站中的压缩和解压缩的框图。CPRI标准特别支持UTRA/FDD标准(通用陆地无线电接入/频分双工，使用WCDM调制格式)以及WiMax标准(IEEE 802.16-2004和IEEE 802.16e-2005)，不过其也可以用于其他空中接口调制格式。在CPRI模型中，无线电基站系统300包括无线电设备控制(REC)320和无线电设备(RE)310。这两个组件经由串行数据链路340连接，串行数据链路340包括使用有线或光纤介质的双向链路。REC对基带信号样本执行信号处理功能，包括信道编码/解码、交织、扩频/解扩(UTRA/FDD)以及反向/正向离散傅里叶变换(WiMax)。RE功能为空中接口准备信号样本或根据接收到的模拟信号生成信号样本，其包括ADC/DAC、上/下变频、载波复用/解复用、Tx/Rx放大和RF滤波。RE 310连接至一个或多个天线155。CPRI标准指示每个RE具有1、2或6个天线，每个天线具有1-4个载波。

对于发射路径，或称下行链路，在REC 420处，压缩器120压缩基带信号样本341a，之后经由串行数据链路340传送至RE 310。在RE 310处，解压缩器125对压缩的信号数据进行解压缩以产生解压缩的信号样本342a。解压缩的信号样本342a进一步被处理以用于通过天线155的发射。对于接收路径，或称上行链路，RE 310处理通过天线155接收到的信号以形成基带信号样本343a。压缩器130对样本进行压缩，之后经由串行数据链路340进行传送。在REC 320处，解压缩器135对接收到的压缩样本进行解压缩以形成解压缩的样本244a。REC 320对解压缩的样本244a执行常规处理功能。RE 310和REC 320的功能在下文结合图4进一步描述。图3a示出了REC 320和RE 310之间的点到点链路。其他拓扑包括REC 320和RE 310之间的多个点到点链路以及一个REC 320与不止一个RE 310之间的多个点到点链路。图3b示出了无线电基站系统300，其中REC 320和多个无线电设备310a和310b经由数据传送链路340a和340b以链式布置连接。RE相互连接的其他拓扑包括树式、环形和星形。

图4是压缩和解压缩的框图，其中多个信号信道在通过串行数据链路传送之前被压缩和复用。针对每个独立的天线，OBSAI和CPRI收发机二者都接收和发射信号样本的多个频率信道，或多个天线载波。在此示例中，存在代表四个天线载波的信号样本的四个信道。信号样本包括基带I样本和Q样本。对于发射路径，基带单元110中的每个压缩器120i独立地压缩基带I、Q信号样本流以形成对应的压缩样本流。复用器420根据标准将压缩样本复用成单个串行数据流，以通过串行数据链路430进行传送。在RF单元150处，解复用器440根据标准对串行数据流解复用以恢复四个压缩样本流。每个解压缩器125i对一个压缩样本流进行解压缩以重构对应的基带I、Q信号样本。数字上变频器(DUC)461将每个解压缩的信号样本流上变频至相应的载波频率以形成信道化信号。每个上变频的数字信号占用所得信道化信号的特定信道。DAC 460将信道化信号转换为模拟信号。发射机480将模拟信号转换为适当的RF频率以供天线155发射。对于接收路径，接收机482接收RF信号，ADC 470将接收的信号数字化以产生代表信道化信号数据(如针对发射路径所描述的)的数字信号。数字下变频器(DDC)471将每个信道下变频以形成对应的基带I、Q信号样本流，每个信道一个流。压缩器130i对其输入信号样本进行压缩以形成压缩的样本。复用器421将从压缩器输出的压缩样本流进行复用以根据OBSAI或CPRI标准来形成串行数据流。串行数据流经由串行数据链路430被传送至基带单元110。解复用器441对串行数据进行解复用以恢复四个压缩样本流。每个解压缩器135i重构对应的I、Q信号样本，之后由基带处理器410进行常规操作。

压缩器120i和130i将压缩样本组织成与OBSAI、CPRI或其他协议相兼容的压缩数据分组。压缩数据分组代表压缩的I样本和Q样本。压缩样本的顺序可以是顺序交错压缩的I样本和Q样本，也即(I₁ Q₁ I₂ Q₂…I_N Q_N)。备选地，压缩的I样本和Q样本的顺序可以是压缩的I样本块，之后跟随压缩的Q样本块，也即(I₁ I₂…I_N Q₁Q₂…Q_N)。压缩器120i/130i对长度为BLOCK_SIZE(块大小)的连续输入信号样本块进行操作。压缩器120i/130i对BLOCK_SIZE个连续样本进行压缩以形成压缩的数据分组。

有益的BLOCK_SIZE为192，不过也可以使用其他块大小。192个样本的块大小提供了用于现场可编程门阵列(FPGA)的简单双缓存输入块。可以实现更小的块大小，诸如4个或8个样本，从而满足OBSAI和CPRI规范的更严格的等待时间需求。为了满足等待时间的规定，样本的块大小应当持续小于或等于所允许延迟周期的一半的一段时间。这假设将一半等待时间用于压缩，另一半用于解压缩。例如，CPRI规定允许的等待时间周期为5μs。对于码片速率为3.84MHz、每个码片一个样本的UTRA-FDD信号格式而言，5μs的允许等待时间跨过大约19个采样间隔。4个样本大的块大小将具有8个样本间隔的等待时间周期，其完全在CPRI所允许的等待时间周期内。

压缩器120i/130i可以向部分或全部压缩数据分组添加报头部分。报头部分具有定义的长度，例如16比特。备选地，报头信息可以放置在OBSAI或CPRI消息格式的辅助字段中。在针对OBSAI的备选方案中，报头信息可以利用OBSAI消息的TYPE字段中未使用的代码来编码。在针对CPRI的备选方案中，报头信息可以编码在基本帧的填充比特中。压缩器120i/130i将压缩数据分组提供至OBSAI或CPRI消息格式的有效载荷部分。解压缩器125i/135i接收OBSAI或CPRI消息，并从有效载荷部分提取压缩数据分组。解压缩器125i/135i使用报头来提取用于解压缩的控制参数以及建立压缩数据分组同步。解压缩器125i/135i根据I和Q样本顺序、字节顺序以及OBSAI、CPRI或其他协议规定的数据格式，重构I、Q信号样本序列。OBSAI或CPRI所使用的控制消息不进行压缩。

OBSAI标准的RP3和RP3-01总线协议包括有益于传送压缩数据分组的特征。OBSAI应用层消息格式具有固定的大小，19个字节或152比特，其包括分配用于地址/类型/时间戳的3个字节以及分配用于有效载荷的16个字节或128比特。类型字段包括W-CDMA/FDD、W-CDMA/TDD、802.16、LTE和以太网。压缩数据分组可以设置成长度为128比特，以适合放进有效载荷部分。在通过数据链路进行传送之前，OBSAI物理层应用8b 10b对消息的每个字节(包括有效载荷)进行编码。RP3协议定义了消息群，其包括多达65,536个消息和多达20个空闲字节，以及包括多达65,536的整数倍个连续消息群的帧，其中该整数倍数是1、2或4。整数倍数将帧长度(以比特为单位)与串行数据链路的数据传输速率相联系，768Mbps(i＝1)，1536Mbps(i＝2)以及3072Mbps(i＝4)。帧的时间间隔固定为10ms。图5示出了将已压缩数据分组映射至RP3消息520的有效载荷部分522的示例。类型字段524指示信号样本的数据类型，例如W-CDMA/FDD。地址526用于在传输层进行路由。传输层功能包括消息复用器528，其根据系统配置和路由需求将RP3消息520与其他RP3消息(未示出)进行复用。在数据链路层，消息群格式化器530将多个消息指派给消息时隙(slot)，并添加控制数据和空闲字节以形成消息群。在物理层，8b10b编码器540将每个字节编码成10比特，从而形成用于通过串行数据链路传送的比特流部分。参考图4，对于OBSAI系统，复用器420和421对来自每个压缩器120i和130i的每个群组的压缩数据分组510执行参考图5和图6所描述的功能。对于OBSAI系统，解复用器440和441执行反向操作，包括8b10b解码、消息解复用以及从RP3消息520中提取有效载荷数据以取回压缩数据分组510。对于图6的示例，根据来自RP3分组的有效载荷数据630-1到630-n来重新装配以太网MAC帧550的有效载荷数据。从以太网MAC帧550的有效载荷数据中取回压缩数据分组510。这些反向操作在上述参考的OBSAI标准的文献中描述。对应的压缩数据分组被输入到解压缩器125i和135i。

例如，10ms的OBSAI帧容纳用于W-CDMA信号的38,400个码片。对于数据率为768Mbps、1536Mbps和3072Mbps以及8b10b编码，在10ms期间传送的用户数据有6.144兆比特、12.288兆比特以及24.576兆比特。每个天线载波使用3.84MHz×32比特×1.25＝153.6Mbps的链路带宽。因此，768Mbps的链路可以携带4个天线载波(16比特用于I，16比特用于Q)。对于压缩率为2∶1的情形，768Mbps的链路将携带8个天线载波。

由于OBSAI支持以太网数据类型，所以压缩数据分组可以被映射到以太网帧中，该以太网帧继而被映射为RP3消息。对于连接至多个RRU的BTS，RP3-01协议规定将以太网MAC帧连同控制数据一起映射为连续的RP3消息。以太网MAC帧大小在64字节到1518字节之间，其中14个字节用于报头，有效载荷大小在46个字节到1500个字节之间。图6示出了将已压缩数据分组映射至以太网MAC帧并继而映射至RP3消息的示例。在应用层，压缩数据分组510被映射到以太网MAC帧550的有效载荷部分。以太网MAC帧550的内容继而被映射到若干RP3消息的有效载荷部分630-1到630-n。传输层的复用功能、数据链路层的消息群组的格式化以及物理层的8b10b编码如参考图5描述的方式进行。为了方便地将压缩数据映射到以太网MAC帧，压缩数据的BLOCK_SIZE可以是4的任意倍数。图7的表给出了用于将已压缩数据映射至以太网有效载荷的三个列举示例。每样本比特指示分派给每个I样本和每个Q样本的比特数目。列出了假设的BLOCK_SIZE和得到的每个以太网MAC帧的有效载荷字节的数目。对于每个样本(I或Q)具有12比特和14比特的未压缩样本，假设值为750的每有效载荷样本数没有比特封装(bit-packing)。用户可以选择压缩数据的BLOCK_SIZE以获得期望的以太网有效载荷大小。

OBSAI标准还支持用于RP3消息的自定义数据类型。由于类型值01111-11111尚未分配，因此用户可以将此类型值之一分配给在有效载荷部分中包含压缩数据的自定义消息。参考图5，可以向类型字段524分配对应于自定义消息的类型值。用户可以指定附加参数用于包含自定义消息的消息群，这些参数包括每消息群的消息数目(M_MG)、每帧的消息群的最小数目(N_MG)以及每消息群的空闲代码数目(K_MG)。

CPRI定义了持续时间为10ms的基本帧。基本帧包括16个字，其中一个字包含控制数据，其余15个字(称为IQ数据块)包含基带I、Q信号样本。字长度(以比特为单元)取决于链路的数据传送速率。IQ数据块大小(以比特为单元)等于字长度的15倍，因此基本帧的容量取决于数据传送速率。对应于字长为8、16、32和40比特，指定的数据传送速率为614.4Mbps、1228.8Mbps、2457.6Mbps和3072.0Mbps。CPRI标准允许将变化的信号样本的样本宽度用于下行链路(每样本8-20比特)和上行链路(每样本4-20比特)。样本宽度是每样本的比特数目。每个I、Q信号样本包括一个具有某个样本宽度的I样本以及一个具有相同样本宽度的Q样本。样本宽度在应用层确定。样本宽度的灵活性对于适应压缩样本非常有益。CPRI协议将信号数据组织到称为AxC容器的分组中。每个AxC容器包括对应于一个天线载波(AxC)的I和Q样本。AxC对应于提供给或接收自一个独立天线元件的一个载波的数据。AxC容器将I、Q样本保持一个UMTS码片的持续时间。对于WiMax，AxC容器保持I、Q样本，有时还保持附加的填充比特。来自若干个不同AxC的AxC容器被复用到一起以形成AxC容器群。AxC容器群被映射到基本帧的I、Q数据块。

图8示出了映射已压缩数据分组以根据CPRI协议进行传送的示例。来自同一天线载波的每个压缩数据分组510被映射到AxC容器610。连续的AxC容器AC0-1和AC0-2对应于第一天线载波AxC#0。每个AxC容器611保持来自第二AxC(AxC#1)的压缩数据分组。复用器620将来自这两个天线载波的AxC容器复用以形成AxC容器群625。基本帧格式化器630形成在IQ数据块中具有多个AxC容器群以及添加了控制字的基本帧。8b10b编码器540对基本帧中的每个数据字节应用8b10b编码。参考图4，对于CPRI系统，复用器420和421对从压缩器120i和130i的每个群组中输出的压缩数据分组520执行参考图8描述的功能。解复用器440和441执行反向操作，包括8b10b解码、从AxC容器群中解复用AxC容器、以及从AxC容器中提取压缩数据分组510。CPRI标准支持每个RE有4到24个AxC。CPRI标准还规定，对于UTRA/FDD上行链路，以因子2到4对接收的模拟信号过采样。压缩过采样的信号减少了信号冗余。压缩可以使得在REC和RE之间使用较少的媒介连接(线缆)，降低物理连接成本以及允许已有CPRI链路支持附加的AxC。

串行数据传送链路可以使用多种类型的线缆或使用无线传输来实现。对于长距离，可以使用单模或多模光纤线缆，而对于较短链路，可以使用CAT5/6，也可以使用其他双绞线缆或同轴线缆。作为数字数据流发射的多个RF频带可以在光纤链路上时分复用。

当基带信号被过采样时，压缩减少了冗余度并且提高了数据传送效率。当每个符号或码片的样本数目大于一时，表明是过采样。过采样率是样本率与符号率或码率的比值。当过采样率大于一时，信号被过采样。例如，CPRI标准规定，对于UTRA/FDD上行链路，利用每码片2或4个样本的过采样率对接收的模拟信号进行采样。对于另一示例，OBSAI标准规定通过每码片2个样本的过采样率对上行链路WCDMA信号进行过采样。

在多数情况下，可以在维持系统质量度量的同时对信号样本应用有损压缩。对于无损压缩，解压缩的信号样本与原始信号样本相同。对于有损压缩，解压缩的信号样本接近于原始信号样本。系统质量度量通常包括合成误差矢量幅度(cEVM)、峰值码域误差(PCDE)、频谱发射掩模(SEM)、相邻信道泄露比率(ALCR)、误比特率(BER)以及误块率(BLER)。信号样本的过采样和/或样本宽度可以比满足系统的信号质量要求所必需的大。有损压缩可以在数据传送容量方面提供更好的缩减，同时维持重要的信号质量度量。

在共同拥有的标题为“Adaptive Compression and Decompression of Bandlimited Signals”、日期为2006年3月7日的美国专利US 7,009,533B1(‘533专利)中，本发明人描述了对特定带宽受限信号的压缩和解压缩的算法。此处描述的压缩方法使这些算法适用于本申请的来自BTS的各种配置的信号样本。所应用的压缩方法取决于信号样本的特性，包括中心频率、采样率以及信噪比(SNR)。

生成基带信号样本以通过串行数据链路传送的系统包括与OBSAI或CPRI以及信号样本的中心频率为0Hz的普通BTS的配置相兼容的那些系统。对基带信号样本所应用的压缩方法包括块浮点编码以及在块浮点编码之前计算信号样本的第一阶或高阶倒数。霍夫曼或其他类型的编码可以代替块浮点编码。对于以每码片或每符号一个样本进行采样的信号样本，优选方法是对信号样本进行块浮点编码。例如，用于从基带模块到RF单元的下行链路的OBSAI兼容的W-CDMA信号样本具有每码片一个样本。块浮点编码独立地应用于I样本和Q样本，以形成压缩样本。

优选的块浮点编码针对BLOCK_SIZE个样本具有以下步骤，其中每个BLOCK_SIZE被划分为具有N_group个样本的群组：

对于第一组样本：

1)确定具有最大量值的样本的指数(基数为2)，诸如通过计算最大量值的log₂。这指示了该组中每个编码样本的比特数目，或n_exp(0)。

2)使用S个比特对第一组的指数n_exp(0)进行绝对编码。

3)使用每个样本n_exp(0)个比特来对N_group个样本进行编码。

对于第i组N_group个样本：

4)确定第i个具有最大量值的样本的指数(基数为2)，其指示了第i组中每个编码样本的比特数目，或n_exp(i)。

5)通过将n_exp(i-1)减去n_exp(i)对第i个指数进行差分编码来确定第i组编码样本中的第一记号。

6)使用每样本n_exp(i)个比特对第i组N_group个样本进行编码。

对于BLOCK_SIZE个样本中的第一组样本，指数n_exp(0)被绝对编码。例如，指数n_exp(0)可以编码如下，其中S是每样本的原始比特数：

a.0：n_exp(0)＝0(所有4个样本值为零)

b.1：n_exp(0)＝2(每样本2比特)

c.2：n_exp(0)＝3(每样本3比特)

d.等等，直到S：n_exp(0)＝S(每样本S比特)

对于第i组，使用前缀码对指数n_exp(i)进行差分编码，其中任何码字都不作为另一码字的前缀。优选的差分编码如下：

1.计算差值：e_diff＝n_exp(i)-n_exp(i-1)

2.对e_diff编码如下：

a.0：e_diff＝e(i)-e(i-1)

b.101：e_diff＝+1

c.110：e_diff＝-1

d.1001：e_diff＝+2

e.1110：e_diff＝-2

f.等等

用于基带信号样本的另一压缩备选方法是计算差值之后进行编码。计算信号样本的一阶或高阶差分可以得到具有比原始信号样本更小的量值的差值样本。对这些差值样本进行编码可以得到比对样本本身进行编码更多的压缩。计算每BLOCK_SIZE个样本中的连续样本的差值之后，对这些差值样本进行块浮点编码，如前所述。备选地，可以对差值样本应用霍夫曼编码或其他编码。

压缩也可以包括减小信号样本的幅度。这是一种有损压缩。通过衰减因子来衰减信号样本减小了有效样本宽度。衰减后的信号样本可以通过块浮点编码或其他编码来进行编码。备选地，可以在编码之前计算衰减后的信号样本的一阶或高阶差分。对于解压缩，解压缩的样本的幅度可以通过衰减的反向来增大以恢复至原始信号宽度。

可以预先确定满足BTS系统质量要求的用于无线通信信号的最佳压缩。压缩备选方案可以包括无损压缩和有损压缩。基于调制类型、采样率(或过采样率)、带宽和样本宽度的控制参数可以用来配置压缩和解压缩操作。可以通过测试来确定用于BTS所服务的各种信号类型的控制参数。控制参数继而可以基于调制类型来设置。例如，在OBSAI标准中，RP3消息中的类型字段指示了信号类型，或调制类型。由于OBSAI标准基于调制类型规定了采样率和采样宽度，因此压缩/解压缩控制器可以使用此类型信息来选择用于压缩器/解压缩器的对应控制参数。用户也可以选择无损或有损模式。例如，选择用于减小信号样本幅度的衰减参数，将得到有损压缩。用户也可以选择固定比率的有损模式，其中已压缩样本的比特率是恒定的。

图9a和图9b示出了图4的压缩器120i和130i的框图。压缩器120i从基带处理器410接收输入，压缩器130i从DDC 471接收输入。压缩器120i/130i包括对应的压缩控制器126/136，其为对应的差值运算器122/132和编码器124/134提供控制参数。基站处理器和RF单元的应用层包括针对无线信号的类型的空中接口应用。例如，在OBSAI标准中，应用层确定信号类型或调制类型，将其编码以用于RP3消息的类型字段。本发明的压缩操作被添加到应用层的常规操作中，因此有关调制类型的信息可用于压缩控制器126/136。压缩控制器126/136使用此调制类型信息来确定用于对应的差值运算器122/132和编码器124/134的控制参数。用于差值运算器122/132的控制参数可以选择一阶、二阶或更高阶差分，或者旁路这些差值运算。用于编码器124/134的控制参数可以指示用于块浮点编码器的参数，诸如比特数目S、群组大小和BLOCK_SIZE。

图10a和图10b是图4的解压缩器125i和135i的框图。解码器127/137逆转编码器124/134的操作以形成解码样本。例如，解码器127/137执行块浮点解码、霍夫曼解码或其他解码。积分运算器129/139将解码的差值样本相加以逆转针对压缩而执行的一阶或高阶差分。如果压缩时未执行差分，则应当旁路积分运算器129/139。解压缩控制器123/133为对应的解码器127/137和积分运算器129/139提供控制参数。解压缩控制器123/133可以从压缩数据分组的报头中提取控制数据以确定控制参数。解压缩控制器123/133也可以使用调制类型信息来确定合适的解压缩配置。调制类型信息可以包括在报头中。对于OBSAI而言，调制类型可以根据RP3消息的类型字段来确定。

上述压缩和解压缩也可以应用于具有非零中心频率的信号样本。例如，图1a和图1b的用于通用BTS架构的压缩器120/130和解压缩器125/135可以对中心频率为IF或RF的信号样本应用如上所述的块浮点编码或者在差分之后再编码。压缩也可以包括如上所述的衰减信号样本。然而，下文描述的备选压缩算法对于具有非零中心频率的信号样本可以获得更好的压缩。采样率表示为f_s，采样间隔是采样率的倒数，1/f_s。信号样本可以表示在频率块或频带中以RF为中心或者被转换为IF的信号数据的多个信道。压缩器120/130和解压缩器125/135将频率块作为一个单元进行处理。

图11给出了示出用于压缩具有不同中心频率的信号样本的备选方案基本原理的示例。从基带信号的示例开始，对应于图11的标记为“频带1”的行，中心频率接近于DC(0Hz)，连续样本之间的相位增量不超过10度。第一相位矢量图710显示：由于连续样本之间的相位变化很小，所以连续样本的差值量值与样本自身的量值相比将会相对较小。第一示例序列712对应于频带1基带信号的样本。由于连续样本之间的差值相对于样本量值而言较小，因此计算一阶或高阶差分或差分编码会产生比原始样本具有更小数据宽度的差值样本。使用差分编码方法的压缩对于基带(频带1)示例是高效的。这对应于参考图9a和图9b针对基带信号样本描述的压缩方法。

图11还给出了中心频率在DC之上，不过低于奈奎斯特频率f_s/2的采样信号的示例。对于频带2，中心频率接近f_s/6，连续样本之间的相位增量大约为60度。第二相位矢量图720显示：如样本对(720-0，720-3)、(720-1，720-4)、(720-2，720-5)所示出的那样，分隔180度或三个采样间隔的样本对具有类似的量值，但是极性相反。将样本对中的样本之一反向(或者乘以(-1))，可以提供样本对中另一样本的近似估计。第二示例序列722也示出了分隔三个采样间隔的样本具有类似的量值，但是符号相反。例如，样本722-0的值是32767，而样本722-3的值是-32756。对于频带2，对分隔三个采样间隔的样本对的操作产生具有较小数据宽度的修改样本。将样本对中的样本相加在一起的操作产生具有较小数据宽度的修改样本，其可以被更有效地编码。

对于图11中频带3的示例，中心频率接近f_s/4，连续样本之间的相位增量大约为90度。第三相位矢量图730显示：分隔180度或两个采样间隔的样本具有类似的量值和相反的极性。第三示例序列732也示出了每隔一个样本具有类似的量值和相反的极性。对于频带3，每隔一个样本相加将得到具有较小数据宽度的修改样本，其可以比原始样本更有效地被编码。

对于图11中频带4的示例，中心频率接近f_s/3，连续样本之间的相位增量大约为120度。第四相位矢量图740显示：分隔360度或三个采样间隔的样本具有类似的量值。第四示例序列742示出了每三个样本具有类似的量值。这种情况下，形成分隔3个采样间隔的样本之间的差值将给出具有较小数据宽度的修改样本，其可以比原始样本更有效地被编码。

对于图11中频带5的示例，中心频率接近f_s/2，连续样本之间的相位增量大约为180度。第五相位矢量图750显示：分隔180度或一个采样间隔的样本将具有类似的量值，但是极性相反。第五示例序列752示出了连续样本具有类似的量值和相反的极性。这种情况下，将两个连续样本相加将形成具有较小数据宽度的修改样本，其可以比原始样本更有效地被编码。

上述针对图11描述的示例显示：可以通过对分隔1个、2个或3个采样间隔(取决于采样率与中心频率的比值)的信号样本执行诸如加法(或反向后相减)或减法(或反向后相加)之类的运算，来实现量值的减小。得到的修改样本继而可以被编码以形成压缩样本。类似的操作可以应用于分隔4个或更多个采样间隔(取决于中心频率与采样率的比值)的样本，从而产生具有比原始信号样本更小的数据宽度的修改样本。

图12是基于中心频率信号样本的压缩算法的框图。ADC 170或基站处理器100向对应的压缩器120或130提供I和Q信号样本。重新排序解复用器810根据压缩控制参数852来选择信号样本，使得所选信号样本分隔适当数目的样本间隔，从而形成解复用器输出812。算术运算器830根据压缩控制参数856对解复用器输出样本对812执行加法或减法运算，从而形成修改样本832。算术运算器830也可以被配置用于对解复用器输出样本812执行高阶差分。编码器840对修改样本832进行编码以形成压缩信号样本。编码器840应用块浮点编码、霍夫曼编码或其他编码。压缩信号样本被打包和格式化以便通过串行数据链路140传送。

压缩控制器860基于采样率与信号样本的中心频率的比值，向压缩器元件提供控制参数。重新排序解复用器810和算术运算器830分别响应于压缩控制参数852和856，执行适当的操作。图13示出了基于中心频率产生修改样本832的操作。第一列871给出了对于此示例可能的中心频率。第二列872给出了针对每个中心频率的对应频带指示符。这些指示符可以用作压缩控制参数852和856。第三列873给出了根据压缩控制参数852将产生的重新排序解复用器输出812中的样本x(i)和x(i-j)的不同分隔。第四列874显示了根据压缩控制参数856选择加法或减法算术运算的结果。当反相器对延迟的样本为“开启”时，减去x(i-j)。第五列875显示了产生修改样本832或y(i)的算术运算器830的数学结果。压缩控制器860还提供对编码器840的控制。压缩控制参数858可以指示用于块浮点编码或其他编码技术的参数。

图14给出了根据图12和图13的描述针对不同中心频率计算的图11的示例的信号样本x(i)和x(i-j)的和或差。示例信号样本序列与图11中的相同。在示例序列912和942中DIFF(差)行以及在示例序列922、932和952中SUM(和)行中的样本具有比相应信号样本或x(i)低得多的量值。DIFF样本和SUM样本是输入到图12的编码器840中的修改样本832的示例。

例如，考虑包括4个5MHz信道、总带宽为20MHz的多载波信号。此20MHz多载波信号的中心频率为30.72MHz的IF，并且根据122.88MHz的采样率(f_s)进行采样。IF对应于f_s/4，从而修改样本由图13中指出的等式表示：

y(i)＝x(i)+x(i-2) (1)

参考图12，重新排序解复用器810将样本重新安排成两个序列，一个序列具有奇数索引样本，一个序列具有偶数索引样本，从而每个序列中的样本分隔两个采样间隔。算术运算器830根据公式(1)将每个序列中的样本相加，以形成修改样本832。编码器440对修改样本应用块浮点编码，以形成压缩样本。

如上所述的，压缩样本被打包以形成压缩数据分组，其在报头中包括控制数据。压缩分组可以进一步根据串行数据链路140上的传送协议来格式化。串行数据链路140可以是自定义链路或行业标准链路。取决于链路的类型，格式化操作可以包括8b10b编码、插入以太网MAC帧或其他格式化。

图15是由解压缩器125/135执行的操作的框图。解码器910从数据链路140接收压缩分组。解码器910对压缩数据进行解包并且执行解码操作，例如块浮点解码，从而形成解码修改样本。反向算术运算器920执行与算术运算器830相反的操作，以根据解码修改样本来重构信号样本。复用器930恢复解压缩信号样本的原始顺序。在RF单元处，解压缩信号样本被转换为模拟信号并且进行处理以便传输。在基站处理器处，对解压缩信号样本应用常规信号处理操作。

上述压缩方法可以被配置用于产生无损或有损压缩。当对信号样本应用有损压缩时，取决于系统参数，有可能获得针对数据传送的规定的误比特率(BER)或其他质量度量。有损压缩可以在BER的限度内提供额外的资源节省。一种用于有损编码的方法是减小待压缩的样本的数据宽度或动态范围。可编程衰减器可以在压缩器120/130和120i/130i的其他压缩操作之前，衰减信号样本以减小数据宽度。备选地，可编程移位器可以从信号样本中移出一个或多个最低有效位，其同样减小数据宽度。在另一备选方案中，算术运算器830或编码器840可以省略一个或多个最低有效位。这些用于有损编码的备选方案的每一个可以由压缩控制器860来控制。用于控制无损和有损压缩的额外的备选方案可以基于用于压缩信号样本的期望比特率或解压缩信号的期望信号质量，诸如SNR或BER。

在图1到图4的示例中，BTS在从基站处理器到RF单元的前向链路以及从RF单元到基站处理器的反向链路二者上都包括压缩和解压缩。备选实施方式包括仅在一个方向上提供压缩和解压缩。对于前向链路，或称下行链路，仅基站处理器包括压缩器，并且仅RF单元包括解压缩器。对于反向链路，或称上行链路，仅RF单元包括压缩器，并且仅基站处理器包括解压缩器。

压缩器和解压缩器的可选实现包括可编程处理器和专用集成电路(ASIC)。可编程处理器包括软件/固件可编程处理器，诸如计算机、数字信号处理器(DSP)、微处理器(包括微控制器)以及其他可编程设备，以及硬件可编程设备，诸如复杂可编程逻辑设备(CPLD)、现场可编程门阵列(FPGA)。取决于可编程处理器的类型，实现压缩和解压缩操作的程序表示为软件、固件、网表、比特流或其他类型的处理器可执行指令和数据。实现压缩器和解压缩器的子系统可以集成到执行RF单元或基站处理器的其他功能的设备中。压缩和解压缩的实现可以实时执行，换言之，至少与ADC或DAC的采样率一样快。压缩和解压缩操作包括复用操作、反向操作以及包括加法、减法和移位的简单算术操作。

尽管已经示出和描述了本发明的优选实施方式，但是很显然，本发明不仅仅限于这些实施方式。在不脱离由以下权利要求书记载的本发明的精神和范围的情况下，多种改变、变换、变形、替代和等价物对于本领域技术人员来说将是很明显的。

Claims

1.一种在无线通信网络的基站收发机系统中、用于通过串行数据链路将信号数据从射频RF单元传送至基站处理器的方法，其中所述RF单元耦合至天线以接收基于通信数据而调制的模拟信号，所述RF单元包括将所述模拟信号转换为多个信号样本的模数转换器ADC，其中所述基站处理器对接收自所述RF单元的信号样本执行信号处理操作，所述方法包括：

在RF单元处，根据压缩控制参数对从所述ADC输出的信号样本进行压缩以形成压缩样本；

对压缩样本进行格式化以通过所述串行数据链路进行传送；

通过所述串行数据链路将所述压缩样本从所述RF单元传送至所述基站处理器；

在所述基站处理器处接收所述压缩样本；以及

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述压缩步骤进一步包括下述步骤之一：

对所述信号样本应用块浮点编码以形成所述压缩样本；以及

对所述信号样本应用哈夫曼编码以形成所述压缩样本。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

根据所述压缩控制参数，计算信号样本对的和或差以生成修改样本，其中所述信号样本对中的信号样本分隔预定数目的采样间隔，其中根据多个信号样本对来计算多个修改样本；以及

对所述修改样本进行编码以形成所述压缩样本。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述编码步骤包括应用于所述修改样本的块浮点编码或哈夫曼编码。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述压缩控制参数基于所述信号样本的一个或多个特性。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述特性包括信号样本的中心频率、采样率、样本宽度、带宽以及调制类型中的至少一个。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述压缩步骤在所述RF单元的、实现在可编程处理器、现场可编程门阵列FPGA或者专用集成电路ASIC中的压缩子系统中执行。

8.根据权利要求2所述的方法，其中所述解码步骤进一步包括下述之一：

对所述压缩样本应用块浮点解码以形成所述解压缩信号样本；以及

对所述压缩样本应用哈夫曼解码以形成所述解压缩信号样本。

9.根据权利要求3所述的方法，其中所述解压缩步骤进一步包括：

对所述压缩样本进行解码以形成解码的修改样本；以及

根据所述解压缩控制参数，通过将第一解压缩信号样本加上或减去对应的解码的修改样本以计算第二解压缩信号样本，来重构所述解压缩信号样本，其中所述第一解压缩信号样本和第二解压缩信号样本对应于所述预定数目的采样间隔所分隔的信号样本对。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述解码步骤对所述压缩样本执行块浮点解码或哈夫曼解码。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述解压缩步骤在所述基站处理器的、实现在可编程处理器、现场可编程门阵列FPGA、专用集成电路ASIC中的解压缩子系统中执行。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述信号处理操作包括根据无线通信网络的调制格式，对解压缩信号样本或者从所述解压缩信号样本导出的经处理的样本执行下述功能中的至少一个：

解调符号、信道解码、解扩、分集处理、干扰消除、均衡、时间同步、频率同步、下变频、解复用以及离散傅里叶变换。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述信号处理操作根据无线通信网络的调制格式，从所述解压缩信号样本恢复所述通信数据。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述基站收发机系统包括在分布式天线系统中通过多个串行数据链路与所述基站处理器通信的多个RF单元，每个RF单元执行下述步骤：压缩所述信号样本，格式化压缩样本，以及通过所述串行数据链路将所述压缩样本传送给所述基站处理器，其中所述基站处理器对接收自每个RF单元的压缩样本应用解压缩步骤以形成对应的解压缩信号样本。

15.一种在无线通信网络的基站收发机系统中、用于通过串行数据链路将表示调制的通信数据的信号样本从基站处理器传送至射频RF单元的方法，所述RF单元具有用于将信号样本转换为模拟信号的数模转换器DAC，其中所述RF单元耦合至天线以发射所述模拟信号，所述方法包括：

对所述压缩样本进行格式化以便通过所述串行数据链路进行传送；

通过所述串行数据链路将所述压缩样本从所述基站处理器传送到所述RF单元；

在所述RF单元处接收所述压缩样本；以及

根据解压缩控制参数，对所述压缩样本进行解压缩以形成解压缩信号样本，其中所述解压缩信号样本被提供给所述DAC以转换为模拟信号。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述压缩步骤进一步包括下述步骤之一：

对所述信号样本应用块浮点编码以形成所述压缩样本；以及

对所述信号样本应用哈夫曼编码以形成所述压缩样本。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述压缩步骤还包括：

根据所述压缩控制参数计算信号样本对的和或差以生成修改样本，其中所述信号样本对中的信号样本分隔预定数目的采样间隔，其中根据多个信号样本对来计算多个修改样本；以及

对所述修改样本进行编码以形成所述压缩样本。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述编码步骤包括应用于所述修改样本的块浮点编码或哈夫曼编码。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述压缩控制参数基于所述信号样本的一个或多个特性。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述特性包括信号样本的中心频率、采样率以及调制类型中的至少一个。

21.根据权利要求15所述的方法，其中所述压缩步骤在所述基站处理器的、实现在可编程处理器、现场可编程门阵列FPGA或者专用集成电路ASIC中的压缩子系统中执行。

22.根据权利要求16所述的方法，其中所述解码步骤进一步包括下述之一：

23.根据权利要求17所述的方法，其中所述解压缩步骤进一步包括：

对所述压缩样本进行解码以形成解码的修改样本；以及

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述解码步骤对所述压缩样本执行块浮点解码或哈夫曼解码。

25.根据权利要求15所述的方法，其中所述解压缩步骤在所述RF单元的、实现在可编程处理器、现场可编程门阵列FPGA、专用集成电路ASIC中的解压缩子系统中执行。

26.根据权利要求15所述的方法，其中所述信号处理操作包括在对信号样本进行所述压缩之前，根据无线通信网络的调制格式所执行的下述功能中的至少一个：

调制符号、信道编码、扩频、分集处理、时间同步、频率同步、上变频、复用以及反向离散傅里叶变换。

27.根据权利要求15所述的方法，其中所述信号处理操作包括：在对所述信号样本进行所述压缩之前，根据无线通信网络的调制格式来调制通信数据以形成所述信号样本。

28.根据权利要求15所述的方法，其中所述基站收发机系统包括在分布式天线系统中通过多个串行数据链路与所述基站处理器通信的多个RF单元，其中所述基站处理器通过对应的串行数据链路将所述压缩样本传送至每个RF单元，每个RF单元对接收自所述基站处理器的压缩样本执行所述解压缩步骤，以形成对应的解压缩信号样本，其中每个RF单元提供对应的解压缩信号样本给所述DAC以便转换成模拟信号。

29.一种在无线通信网络的基站收发机系统中的装置，所述基站收发机系统包括耦合到天线以接收基于通信数据调制的模拟信号的射频RF单元，以及通过串行数据链路耦合到所述RF单元的基站处理器，所述RF单元包括用于将所述模拟信号转换为多个信号样本的模数转换器ADC，其中所述基站处理器对接收自所述RF单元的信号样本执行信号处理操作，所述装置用于从所述RF单元向所述基站处理器传送数据，所述装置包括：

在所述RF单元处的压缩器，其被耦合以从所述ADC接收所述信号样本，以及根据压缩控制参数来产生压缩样本；

集成到所述基站处理器中的解压缩器，用于解压缩所述接收的压缩样本以形成解压缩信号样本，其中所述基站处理器对所述解压缩信号样本执行所述信号处理操作。

30.根据权利要求29所述的装置，其中所述压缩器还包括下述之一：

块浮点编码器，其应用于所述信号样本以形成所述压缩样本；以及

哈夫曼编码器，其应用于所述信号样本以形成所述压缩样本。

31.根据权利要求29所述的装置，其中所述压缩器还包括：

算术运算器，其根据所述压缩控制参数对信号样本对进行相加或相减以形成修改样本，其中所述信号样本对中的信号样本分隔预定数目的采样间隔，所述算术运算器根据多个信号样本对来计算多个修改样本；以及

编码器，其应用于所述修改样本以产生所述压缩样本。

32.根据权利要求31所述的装置，其中所述编码器还包括下述之一：

块浮点编码器，其应用于所述修改样本以生成所述压缩样本；以及

哈夫曼编码器，其应用于所述修改样本以生成所述压缩样本。

33.根据权利要求29所述的装置，其中所述压缩控制参数基于所述信号样本的一个或多个特性。

34.根据权利要求33所述的装置，其中所述特性包括信号样本的中心频率、采样率以及调制类型中的至少一个。

35.根据权利要求29所述的装置，其中所述压缩器在可编程处理器、现场可编程门阵列FPGA、或者专用集成电路ASIC中实现，其被耦合以从所述ADC接收所述信号样本。

36.根据权利要求30所述的装置，其中所述解码器还包括下述之一：

块浮点解码器，其应用于所述压缩样本以生成所述解压缩信号样本；以及

哈夫曼解码器，其应用于所述压缩样本以生成所述解压缩信号样本。

37.根据权利要求31所述的装置，其中所述解压缩器还包括：

解码器，其应用于所述压缩样本以产生解码的修改样本；以及

反向算术运算器，其根据所述解压缩控制参数，通过将第一解压缩信号样本加上或减去对应的解码的修改样本以计算第二解压缩信号样本，执行算术运算器的反向运算以计算所述解压缩信号样本，其中所述第一解压缩信号样本和第二解压缩信号样本对应于所述预定数目的采样间隔所分隔的信号样本对。

38.根据权利要求37所述的装置，其中所述解码器还包括应用于所述压缩样本的块浮点解码器或哈夫曼解码器。

39.根据权利要求29所述的装置，其中所述解压缩器实现在所述基站处理器的解压缩子系统的现场可编程门阵列FPGA、专用集成电路ASIC或者可编程处理器中。

40.根据权利要求29所述的装置，其中所述基站处理器根据无线通信网络的调制格式，对解压缩信号样本或者从所述解压缩信号样本导出的经处理的样本执行下述信号处理操作中的至少一个：

符号解调、信道解码、解扩、分集处理、干扰消除、均衡、时间同步、频率同步、下变频、解复用以及离散傅里叶变换。

41.根据权利要求29所述的装置，其中所述信号处理操作根据无线通信网络的调制格式，从所述解压缩信号样本恢复所述通信数据。

42.根据权利要求29所述的装置，其中第一串行数据链路将所述RF单元耦合到中间集线器，所述中间集线器通过第二串行数据链路耦合到另一个集线器或者所述基站处理器，其中所述中间集线器将所述压缩样本从所述第一串行数据链路传送到所述第二串行数据链路。

43.根据权利要求29所述的装置，其中所述基站收发机系统包括在分布式天线系统中通过多个串行数据链路与所述基站处理器通信的多个RF单元，每个RF单元包括所述压缩器和所述格式化器以提供对应的压缩样本，用以通过所述串行数据链路传送给所述基站处理器，所述基站处理器解压缩接收自每个RF单元的压缩样本以形成对应的解压缩信号样本。

44.一种在无线通信网络的基站收发机系统中的装置，所述基站收发机系统包括耦合到天线以发射模拟信号的射频RF单元，以及通过串行数据链路耦合到所述RF单元的基站处理器，所述基站处理器向所述RF单元提供表示调制的通信数据的多个信号样本，所述RF单元包括用于将所述多个信号样本转换为模拟信号的数模转换器DAC，其中所述基站处理器对所述信号样本执行信号处理操作，所述装置用于从所述基站处理器向所述RF单元传送数据，所述装置包括：

集成在所述基站处理器中的压缩器，用于根据压缩控制参数对所述信号样本进行压缩以形成压缩样本；

串行数据链路，其耦合至所述格式化器，用于将所述压缩样本传送至所述RF单元；

集成在所述RF单元中的解压缩器，用于对所述接收的压缩样本进行解压缩以形成解压缩信号样本，其中所述解压缩信号样本被提供给所述DAC以转换为模拟信号。

45.根据权利要求44所述的装置，其中所述压缩器还包括下述之一：

块浮点编码器，其应用于所述信号样本以生成所述压缩样本；以及

哈夫曼编码器，其应用于所述信号样本以生成所述压缩样本。

46.根据权利要求44所述的装置，其中所述压缩器还包括：

编码器，其应用于所述修改样本以产生所述压缩样本。

47.根据权利要求46所述的装置，其中所述编码器还包括下述之一：

48.根据权利要求44所述的装置，其中所述压缩控制参数基于所述信号样本的一个或多个特性。

49.根据权利要求48所述的装置，其中所述特性包括信号样本的中心频率、采样率以及调制类型中的至少一个。

50.根据权利要求44所述的装置，其中所述压缩器在所述基站处理器的、压缩子系统中的可编程处理器、现场可编程门阵列FPGA、或者专用集成电路ASIC中实现。

51.根据权利要求45所述的装置，其中所述解码器还包括下述之一：

52.根据权利要求46所述的装置，其中所述解压缩器还包括：

53.根据权利要求52所述的装置，其中所述解码器还包括应用于所述压缩样本的块浮点解码器或哈夫曼解码器。

54.根据权利要求44所述的装置，其中所述解压缩器实现在所述RF单元的、解压缩子系统中的可编程处理器、现场可编程门阵列FPGA、或者专用集成电路ASIC中。

55.根据权利要求44所述的装置，其中所述基站处理器在对所述信号样本应用所述压缩器之前，根据无线通信网络的调制格式对所述信号样本执行下述信号处理操作中的至少一个：

符号调制、信道编码、扩频、分集处理、时间同步、频率同步、上变频以及反向离散傅里叶变换。

56.根据权利要求44所述的装置，其中所述基站处理器在对所述信号样本应用所述压缩器之前，根据无线通信网络的调制格式执行用于调制通信数据的信号处理操作以形成所述信号样本。

57.根据权利要求44所述的装置，其中第一串行数据链路将所述基站处理器耦合到中间集线器，所述中间集线器通过第二串行数据链路耦合到另一个集线器或者所述RF单元，其中所述中间集线器将所述压缩样本从所述第一串行数据链路传送到所述第二串行数据链路。

58.根据权利要求44所述的装置，其中所述基站收发机系统包括通过多个串行数据链路与所述基站处理器通信的多个RF单元，所述多个RF单元形成分布式天线系统，每个RF单元包括所述解压缩器以解压缩对应的接收自所述基站处理器的压缩样本，并且将对应的解压缩信号样本提供给DAC。