CN1593023A - 采用无线光链路的蜂窝通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于中央主单元(160)的蜂窝通信系统(100)、连接到中央主单元的主小区通信单元(110)以及多个辅助小区通信单元(120)。每个辅助小区单元(120)经由相应的无线光链路(140)连接到主小区单元(110)。辅助小区通信单元(120)最好是分布式无线电基站系统中的远程无线电单元，其中各远程无线电单元与中央主单元(160)共同形成分布式无线电基站。测量无线光链路质量以便检测降低的链路可用性。本发明通过从蜂窝系统中另一个通信单元提供足够的无线电覆盖来补偿不足的链路可用性，并把无线电业务重定向到该通信单元。来自蜂窝系统中另一个通信单元的足够无线电覆盖并把无线电业务重定向到该通信单元。足够的无线电覆盖通过动态增加无线电覆盖范围或者采用微－宏小区体系结构来实现。

Description

采用无线光链路的蜂窝通信系统

发明的技术领域

本发明一般涉及蜂窝通信系统，更具体地讲，涉及密集小区移动网以及对这类网络中增长的通信容量的需求。

发明背景

与前几代网络相比，下一代移动网和其它蜂窝通信系统一般需要更高密度的无线电基站和更高的数据率。解决这个问题的一种有效方式是在给定网络区域中的适当位置分布较低复杂度的远程无线电单元，并采用光纤把远程无线电单元互连到中央主单元。有时称作光纤到天线(FTTA)的这种主-远程概念在主单元和远程无线电单元之间提供了实际上无限的数据率。主-远程概念在已经有光纤或者光纤极易铺设时提供了一种分布无线电前端的极省成本的方式。但是，在城市化区域，安装或租借光纤往往是困难且昂贵的。铺设光纤的等待时间也会相当长。后一种情况对运营商们来说可能是关键因素，这可能会丢失市场份额，甚至在铺设工作没有及时完成时会受到处罚。

自由空间光学技术是一种受关注的光纤替代品，它能够用于提供节省成本的点到点通信。利用自由空间光通信链路的主要优点在于避免了硬布线连接。自由空间光链路易于铺设，并且可提供可比拟光纤的数据率。

美国专利5844705描述了一种采用自由空间光链路的通信系统。无线通信系统中的传统小区被分为多个子小区，其中每一个由相应的无线电天线提供服务。各个子小区天线包括光收发信机，所述光收发信机经由相应的自由空间光链路与以前服务于整个小区的中央单元进行通信。中央单元从射频收发信机转换为一组光收发信机，用于与子单元收发信机进行光通信。

但是，所关注的关键问题是自由空间链路、即通常所说的无线或无光纤光链路的可用性，因为链路质量在很大程度上取决于大气条件。例如，众所周知，无线光链路容易受到雪、雾、烟和灰尘的影响。降低所谓的大气衰减的不利影响的一种方式是在允许更多穿透和更少吸收的频率上或者由于大气影响而散射的频率上采用激光束传输。

美国专利6239888描述了借助于掺铒光纤放大器的光纤和无线光链路的全光集成。掺铒光纤放大器一般能够在与光纤中所用的频率兼容的光频率上提供全光宽带放大。

解决无线光链路的可用性问题的其它方式包括多束配置和微波备份，以便提供安全的点到点通信。

所有这些方式都具有两个共同的方面：它们重点放在提高链路可用性，并且成本高。

美国专利6314163描述了一种分层体系结构，其中的微微区通过自由空间光链路互连，而标准小区提供备用的备份接入。

发明概述

本发明克服了先有技术方案的这些及其它缺陷。

本发明的总的目的是提供一种节省成本的机制，它允许使用无线光链路而不区分蜂窝通信系统的可靠性。在不需要任何附加备用设备用于点到点通信的情况下实现这一点尤其受到关注。

本发明的另一个目的是提供一种健壮且节省成本的密集小区移动网。具体来讲，希望即使在采用无线光链路的这种网络中仍然保持高的且稳定的网络可用性。

本发明的另一个目的是提供一种以下列方式操作蜂窝通信系统的方法：系统中无线光链路的有限可用性不妨碍系统内的用户通信。

本发明的又一个目的是设置多个远程无线电单元而不限于诸如时分复用和光波长复用之类的复用技术的能力。

由所附专利权利要求书所定义的本发明满足这些和其它目的。

本发明涉及包括多个基于无线电的通信单元的蜂窝通信系统。蜂窝体系结构基于中央主通信单元、连接到中央主单元的主小区通信单元以及多个辅助小区通信单元。各辅助小区通信单元经由相应的无线光链路连接到主小区通信单元，从而实现系统中基于无线电的通信单元的快速低成本部署。

辅助小区通信单元最好是分布式无线电基站系统中较简单的远程无线电单元，其中各远程无线电单元与中央主单元共同形成分布式无线电基站。因此，各分布式无线电基站具有在远程无线电单元和中央主单元之间分割的无线电收发信机功能性。通常作为硬布线远程无线电单元或者完整的无线电基站来提供主小区通信单元。一般来讲，可以有若干具有相关的辅助小区通信单元的主小区通信单元。实际上，为主小区通信单元再用现有无线电基站站点并且仅分布最小数量的远程辅助小区无线电单元以提供充足的小区密度可能是有利的。

为了即使在恶劣的大气条件下仍然保持蜂窝通信系统的可靠性，根据本发明的思路是监测无线光链路质量，并在链路质量不够好或者链路出故障的情况下对通信系统中的无线电业务重定向。通过测量无线光链路质量并把无线电业务从链路质量不够好的辅助小区通信单元重定向到另一个完全连接的通信单元，由于在恶劣大气条件下容量稍微降低，一直能保证高且稳定的网络可用性。

在发起切换之前，通常需要增加无线电业务将被重定向到的通信单元的无线电覆盖范围。这意味着，通过另一个完全连接的通信单元的无线电覆盖范围的增加来普遍地补偿无线光链路的有限可用性。但是，如果另一个通信单元已经覆盖了例如在基于微小区和宏小区的蜂窝体系结构中的受影响辅助小区的相关区域，则可以实行切换而不需要增加无线电覆盖范围。

无线电业务被重定向到的通信单元当然位于无线光链路质量不够好的辅助小区通信单元附近，并且可以是能够接管无线电业务的任何基于无线电的通信单元。

在通信系统的较大区域上具有恶劣大气条件的情况下，实际上禁用所有辅助小区通信单元，主小区通信单元将能够在必要时增加其无线电覆盖范围，并接管辅助小区通信单元的无线电业务。这样，即使在大部分或全部无线光链路都不工作时仍然可保存诸如阻塞频率和丢失呼叫数量之类的关键质量量度。当然，当无线光链路不工作时，容量会稍微降低，但实验表明，不工作时间很短，通常为总时间的0.001％到1％，取决于链路距离和位置。因此，降低的容量的影响相当有限，但却保持了高的网络可用性。

如果从主小区通信单元到中央主单元易于铺设光纤，则在主小区单元和主单元之间为每个无线光链路提供至少一个专用光纤(最好是用一对专用光纤来进行双工通信)证明是有利的。这意味着，可以分布多个远程辅助小区无线电单元，而不限于诸如时分复用和光波长复用(它通常还要求波长滤波)之类的复用技术。这还实现了简单、低成本且直接调制的光收发信机，其中波长稳定性不是关键的。

在特别适合于微-宏小区体系结构的本发明的另一个实施例中，链路质量测量和分析最好是在辅助小区通信单元中实现。这意味着，通常为微小区单元的辅助小区通信单元本身能够检测信号质量过低的时间，从而能够相应地采取适当的动作。具体来讲，相应的无线光链路上的无线光信号的衰落速率可在辅助小区通信单元中确定，以及切换可在辅助小区通信单元中在本地发起，或者在中央主单元中在中央发起，取决于所确定的衰落速率。当无线光链路质量突然下降时，这特别有用，它确保通过本地发起切换来仍然适当地实行切换。

本发明提供以下优点：

-在蜂窝通信系统中采用无线光链路的好处能够完全被利用而不需要区分可靠性；

-具有高容量的密集小区移动网的节省成本、快速且健壮的实现；

-高且稳定的网络可用性；

-对于点到点通信没有任何附加的备用设备；

-快速部署；

-对无线光链路不要求得到任何许可；

-不需要波长复用和波长滤波技术；以及

-可采用简单且便宜的光收发信机。

通过阅读对本发明的实施例的以下说明，将会了解本发明提供的其它优点。

附图简介

通过以下参照附图进行的说明，将会更好地理解本发明及其另外的目的和优点，其中：

图1是示意图，说明根据本发明的一个优选实施例的蜂窝通信系统的相关部分；

图2是示意图，说明根据本发明的另一个优选实施例的蜂窝通信系统的相关部分；

图3是示意流程图，说明根据本发明的一个优选实施例操作蜂窝通信系统的方法；

图4是示意流程图，说明操作蜂窝通信系统的示例方法；

图5是示意框图，说明一种蜂窝通信系统的示例实现，其中主单元通过结合无线光链路的多光纤配置连接到分布式远程无线电单元；

图6A-C是示意图，说明对于无线电收发信机功能性的主-远程接口的不同变化形式；

图7A是根据本发明、基于全向无线电天线的示例蜂窝通信系统的示意图；

图7B是在不足的无线光链路可用性的情况下、图7A的蜂窝通信系统的示意图；

图8A是根据本发明、基于三扇区天线的示例蜂窝通信系统的示意图；以及

图8B是在不足的无线光链路可用性的情况下、图8A的蜂窝通信系统的示意图。

本发明的实施例的详细说明

在所有图中，相同的参考标号将用于相应或相似的元件。

系统概述

图1是示意图，说明根据本发明的一个优选实施例的蜂窝通信系统的相关部分。蜂窝通信系统100可以是移动网或类似的通信网络。蜂窝通信系统100包括基于无线电的通信单元，例如主小区通信单元110和辅助小区通信单元120，用于允许与移动无线电终端130进行无线电通信。各个基于无线电的通信单元一般服务于蜂窝系统中的一个特定小区。辅助小区通信单元120经由相应的无线光(WO)链路140与主小区通信单元110互连，而主小区通信单元110又通过链路接口150与中央主单元160互连。主单元160通常与有时称作基站控制器(BSC)的无线电网络控制器(RNC)170互连。这个单元、可能与其它RNC一起，通常连接到具有相关网管系统(NMS)的移动交换中心(MSC)180。一般来讲，通信系统中的各RNC能够管理若干主单元，而各主单元能够服务于若干主小区单元。在一些情况下，主单元160和RNC 170可以处于同一位置、甚至集成到同一个物理单元中。

虽然图1的主小区通信单元表示为具有四个互连的辅助小区通信单元，但应该理解，辅助小区通信单元的实际数量和位置取决于诸如预期小区密度和天线配置之类的因素。

最好是以简单远程无线电单元的形式来提供主小区通信单元110和辅助小区通信单元120，从而实现密集小区通信网络的快速、低成本配置。主小区通信单元110一般包括：至少一个射频(RF)收发信机112，用于与移动终端130进行无线电通信；以及多个光收发信机114，用于与辅助小区通信单元120进行光通信。RF收发信机112一般提供整个主小区111-A上的完全RF覆盖。辅助小区通信单元120中每一个包括至少一个RF收发信机122和光收发信机124。RF收发信机122一般提供整个相应辅助小区121上的完全RF覆盖。

在主-远程概念中，系统设计者可通过不同方式在主单元侧和远程单元侧之间分配无线电基站功能性，而实际实现必须根据具体情况来决定。这意味着，远程单元可以实现为具有不同功能性的无线电单元，从简单的无线电前端到更复杂的无线电单元。如果部署大量的远程单元，以简单无线电前端来提供远程单元当然导致网络的更节省成本的实现。但是，在一些情况下，例如如果能够再用现有的无线电基站站点，则以完整的无线电基站来提供主小区通信单元110可能是有利的。

在一个优选实施例中，主单元160包括用于链路质量分析和用于控制远程单元的功能性以及传统的收发信机功能。

自由空间光学技术

通过采用无线光链路，避免了主小区通信单元和远程辅助小区无线电单元之间的硬布线连接，从而远程无线电单元能够以节省成本的方式来快速部署并投入运行。自由空间光学技术提供的数据率可比拟光纤所获得的数据率，即大约数Gbps(千兆比特每秒)或更高。在实验设置中，已经在无线光链路上展示了高达160Gbps/链路的数据率。诸如光纤、铜缆以及微波链路之类的竞争技术都具有一些缺点，使得它们或多或少不适合于具有低复杂度的小无线电前端的分布式无线电基站。在主小区和辅助小区之间采用光纤的主要问题是安装光纤基础设施的成本，其中包括挖沟、道路施工以及通行权协商。即使存在暗光纤，但租借光纤的费用通常相当高。铜缆一般不能提供足够的容量。双绞线xDSL(x数字用户线)被限制于～53Mbps(兆比特每秒)。有线电视线路上的容量通常在下载通路上达到27Mbps，其中大约2.5Mbps的容量用于另一方向上的响应。这对于一般要求在Gbps数量级的容量的分布式无线电基站中的接口是不够的。微波技术与自由空间光学技术势均力敌之处在于，它提供高可用性、快速部署以及良好的覆盖。但是，标准微波链路的主要缺陷是有限的容量。当今的标准商业微波链路具有大约155Mbps的容量。这不符合分布式无线电基站的接口，如上所述。

虽然自由空间光学技术与这些竞争技术相比具有许多优点，但主要障碍仍然是可用性，如背景部分所述。如果无线光链路140因雪、雾或任何其它不利大气条件而受到干扰，则相应的辅助小区通信单元120和主小区通信单元110之间以及进一步延伸到主单元160的光通信将被中断。这意味着，位于受影响的辅助小区中的移动终端130实际上将被隔离，因为来自移动单元的无线电业务仅到达相应辅助小区通信单元120的RF收发信机122。送往移动终端130的无线电业务将在主小区通信单元110被终止。

监测链路质量以及提供充足的无线电覆盖

不是把重点放在链路可用性上、尝试采用更具穿透性的频率、光放大或微波备份，根据本发明的动态机制监测无线光链路质量，以及通过从蜂窝系统中的另一个基于无线电的通信单元提供足够的无线电覆盖范围并把无线电业务重定向到该通信单元来补偿不充足的链路可用性。

连续监测无线光链路140其中至少一个、最好是全部链路的质量，以便跟踪无线光链路质量的变化。在协议栈的不同级上，诸如信号强度、信噪比和/或差错率之类的链路质量量度被测量和分析，以便迅速检测链路质量的下降，从而可采取适当的行动。有多种技术用于分析无线链路上传送的光信号的质量。例如，如果测量接收信号强度(RSSI)，则当最小RSSI值下降到某个门限值以下时，可立即产生告警信号。所选门限值一般不是链路可用性的临界门限，而是表明如果下降趋势再持续几分钟，链路上的通信将不可能进行。这为控制系统提供了足够时间来采用适当行动，从而对无线电业务重定向。也可能在通常约为数秒的预定间隔中分析最大RSSI值和最小RSSI值之间的差异。大的差异可能表示影响无线光链路的湍流或其它大气问题。

如果与辅助小区通信单元120相关的无线光链路140的质量被认为对于链路上可靠通信而言不够好，则与位于受影响的辅助小区121中的移动终端130相关的无线电业务将被重定向到另一个具有足够无线电覆盖范围的通信单元。如图1所示，这可通过以下方式来实现：增加主小区通信单元110的RF收发信机112的输出功率，从而使通信单元的无线电覆盖范围从初始区域111-A增加到较大区域111-B，并且从受影响的辅助小区通信单元120到主小区通信单元110进行切换。由于主小区通信单元110为硬布线的或者以其它方式可靠地链接到主单元160，因此无线电业务能够在移动终端130和移动交换中心(MSC)180之间传递，而不需要依靠无线光链路。这样，阻塞概率和丢失呼叫的数量能够以比特率的名义保持。增加的无线电覆盖范围必然会导致降低的容量，但这不会影响仅要求有限数据率的业务、如语音信道。另外，无线光链路的不工作周期通常较短，如总时间的0.1％，因此有限容量的影响尚可接受。

链路质量的分析最好是在主单元160中实现，以便把远程单元110、120的复杂度保持尽量低。这通常要求链路质量测量由主小区通信单元110进行，并传递给主单元160进行分析，或者在无线光链路140上传送的光信号通过光纤150转发给主单元160，以便进行链路质量测量和随后的分析，将参照图5进行说明。但是，在某些情况下，在远程辅助小区单元120中测量和分析链路质量可能是适当的，稍后将说明。总之，链路质量测量可通过利用用于测量链路质量的任何传统的或将来的电路来实现。

在一种典型实现中，具有相关辅助小区通信单元的若干主小区通信单元以及可能还有其它类型的基于无线电的通信单元被连接到主单元160。这意味着，在具有不够好的无线光链路质量的辅助小区通信单元的附近的若干通信单元可能能够为移动终端130提供足够的无线电覆盖。无线电业务被重定向到的通信单元可以是另一个不与受影响辅助小区通信单元直接相关的相邻主小区通信单元，或者另一个具有可用无线光链路的辅助小区通信单元。接管无线电业务的通信单元甚至可以是宏小区通信单元，下面将参照图2进行说明。

如以上所指出的，在发起切换之前，通常需要增加无线电业务将被重定向到的通信单元的无线电覆盖范围。这意味着，通过增加另一个完全连接的通信单元的无线电覆盖范围来一般地补偿无线光链路的有限可用性。但是，如果另一个通信单元的无线电覆盖范围已经覆盖了例如在微-宏小区体系结构中的受影响辅助小区的相关区域，则可以实行切换而不需要增加无线电覆盖范围。

微-宏小区体系结构中的实现

图2说明根据本发明的另一个优选实施例、在微-宏小区体系结构中实现的蜂窝通信系统的相关部分。图2的通信系统与图1相似，只是小区体系结构不同。图2中，主小区通信单元110服务于宏小区111，而辅助小区通信单元120则服务于相应的微小区121。这意味着，如果辅助小区通信单元120和主小区通信单元110之间的无线光链路140受到干扰，则相关微小区121中的移动终端130可直接切换到在整个宏小区111上具有无线电覆盖的主小区通信单元110。

在采用码分多址(CDMA)的系统的情况下，宏小区单元可保持其RF输出功率，同时仍然为宏小区中的各用户保持至少一个语音信道。这一般意味着各用户的上行链路和下行链路上的容量将会降低。如果宏小区单元增加其RF输出功率，则可以增加容量，但在上行链路和下行链路之间一般将存在可用数据率的差异，其中在下行链路上的容量略高。只要上行链路上有用于至少一个语音信道的足够容量，这通常是可接受的。

在微-宏小区体系结构中，在辅助小区通信单元120中测量和分析无线光链路质量可能也是有利的，下面会进一步论述。这意味着，各辅助小区通信单元120可检测信号质量过低的时间，并对其作出响应而采取适当的行动。

示例流程图

为了更好地理解本发明，现在将参照图3和图4的示例流程图来更详细地描述本发明的优选实施例。

图3是示意流程图，说明根据本发明的一个优选实施例操作蜂窝通信系统的方法。或多或少地连续测量无线光链路质量，如步骤S1所示。在步骤S2分析链路质量。分析最好是在与网管系统(NMS)通信的中央主单元中进行。如果链路质量足够好(Y)，则无线光链路被用于主小区单元和相应的辅助小区单元之间的通信。另一方面，如果分析表明无线光链路的质量不够好(N)，则向NMS或RNC(根据所用的控制系统分层结构)发出告警。在步骤S3，NMS检查对受影响辅助小区中的移动终端是否存在任何备选的无线电覆盖范围。如果不存在备选的无线电覆盖范围(N)，则NMS经由中央主单元要求一个或多个远程主小区无线电单元或者附近的其它任何适当的通信单元增加无线电覆盖范围(步骤S4)。NMS从可用无线电单元的中央列表中删除不可用的辅助小区单元，并把更新的列表发回到受影响辅助小区中的一个或多个移动终端。这些动作必须在无线光链路质量仍然足以进行通信时完成。实验表明，链路质量通常不会突然下降，这允许NMS和移动终端之间进行必要的通信。根据更新列表，移动终端知道它所连接到的辅助小区单元不再可用，并向从其收到最强无线电信号的通信单元进行切换(步骤S5)。如果足够的无线电覆盖范围已由另一个通信单元、如宏小区单元提供，则切换(S5)可立即执行而不需要增加无线电覆盖范围。在步骤S6，具有较差链路质量的辅助小区单元通常被指示进入无线电待机模式，在这个模式中，它降低RF输出功率，并且仅收听主单元或NMS的进一步指示。RF输出功率的降低不是必需的而是强烈希望的，以便减少网络中的噪声等级。在待机模式中，辅助小区单元通过无线光链路发送光测试信号。在中央主单元中按常规分析所发送的光测试信号的质量，从而检测无线光链路质量足以再次进行通信的时间。一旦无线光链路被认为可再工作，则NMS更新可用无线电单元的列表，指示辅助小区单元进入正常无线电模式，在这个模式中，增大RF输出功率，并且还指示无线电业务被切换到的通信单元将其RF输出功率再次降低到正常水平。

在特别适合于微-宏小区体系结构的本发明的另一个实施例中，链路质量测量和分析最好是在辅助小区通信单元中实现。这意味着，通常为微小区单元的辅助小区通信单元本身能够检测信号质量过低的时间，从而能够相应地采取适当的动作。具体来讲，相应的无线光链路上的无线光信号的衰落速率可在辅助小区通信单元中确定，切换则可在辅助小区通信单元中从本地发起，或者在中央主单元中从中央发起，取决于所确定的衰落速率，如以下参照微-宏小区体系结构的举例说明。

图4是示意流程图，说明操作蜂窝通信系统的示例方法。在一个或多个、最好是在每个微小区单元中测量无线光链路质量，如步骤S11所示。在步骤S12，在一个或多个、最好是每个辅助微小区单元中对链路质量进行本地分析。如果无线光链路的链路质量足够好(Y)，则该链路被用于主宏小区单元和相应的辅助微小区单元之间的通信。另一方面，如果本地分析表明与辅助微小区单元相关的无线光链路的质量不够好(N)，则微小区单元尝试向主单元以及可能进一步向相关的网管系统(NMS)发出告警。在步骤S13，进一步确定无线光信号是慢衰落还是快衰落，也就是在随后的数分钟内，位于相关微小区中的移动终端与主单元或NMS之间是否存在任何可靠的联系。

如果链路质量分析表明无线光信号慢衰落(Y)，即衰落速率低于给定门限，则从NMS在中央发起切换(步骤S14)。NMS仅从可用无线电单元的列表中删除微小区单元，并把更新的列表发送到移动终端，移动终端则向宏小区单元进行切换。在步骤S15，通常指示具有不够好的链路质量的辅助小区单元进入无线电待机模式。在这种情况下，最好是通过无线光链路把光测试信号从主小区单元发送到辅助小区单元。在待机模式中在辅助小区单元中分析测试信号，以便检测无线光链路的链路质量再次变为足够好的时间。当无线光链路被认为可工作时，辅助小区单元进入正常无线电模式，可用无线电单元的列表将被更新，从而实现到辅助小区单元的切换。

如果链路质量分析表明，无线光信号快衰落(N)，即衰落速率高于给定门限，则从相关微小区单元本地发起切换(步骤S16)。由于链路质量分析是本地执行的，因此微小区单元知道光信号被丢失或者将在短时间内丢失，并且不必等待NMS响应。因此，尽管NMS还未响应，但微小区单元由此进入无线电待机模式(步骤S17)。在这种情况下，待机模式中RF输出功率的降低是一种必须满足的严格要求，因为不可能依靠更新可用无线电单元列表的NMS和中央机制。相反，受影响的微小区中的一个或多个移动终端检测到来自主宏小区单元的接收无线电信号强度高于来自待机模式的微小区单元的强度，因而进行向主宏小区单元的切换。如前面所述，在待机模式期间，在辅助小区单元中执行对主小区单元通过无线光链路发送的测试信号的分析。

应该理解，把无线电业务重定向到另一个通信单元的其它方式也是可行的。实际上，用于实行切换的任何传统机制，包括移动辅助的切换以及中央强制切换，都能够适用于本发明。

主小区单元和主单元之间的链路接口

再参照图1和图2，主小区单元110和主单元160之间的链路150最好是基于光纤的。由于网络可用性的原因，主小区单元和主单元之间的连接不应当基于自由空间光技术。虽然不排除铜缆和微波链路，但在主小区单元和主单元之间使用光纤是目前最佳的解决方案，尤其是在容量要求高的情况下。光纤的使用使得能够把主单元设置在距主小区单元及其相关的辅助小区单元数十公里以外。

用于光纤的波长处于大气传输窗口之内的事实使得利用直接调制的标准收发信机、简单的光学装置，而没有附加的光放大，能够实现长达500米的无线光链路。这样，能够实现主小区单元和辅助小区单元之间的低成本链路。另外，利用直接调制的激光能够获得多达数Gbps的容量，以及相同的光可用于自由空间跳跃和光纤传输，而不需要任何中间的光-电-光转换。这完全符合第三代(3G)通信系统，其中城市化区域的典型小区大小为数百米。

但应该理解，无线光链路不限于与光纤中所用的波长兼容的波长。处于大气传输窗口之内的任何波长都是可行的，只要在光纤和无线光链路之间进行适当的转换。

多光纤配置

如果主小区单元与主单元之间容易铺设光纤，则在主小区单元与主单元之间为各个无线光链路提供至少一个专用光纤被证明是有利的。这种所谓的多光纤配置可能成本效率高，因为不需要任何波长复用和波长滤波技术。

图5是示意框图，说明一种蜂窝通信系统的示例实现，其中主单元通过结合无线光链路的多光纤配置连接到分布式无线电单元。通信系统100包括远程无线电单元、如远程主小区无线电单元110和远程辅助小区无线电单元120。如前面所述，辅助小区单元120经由相应的无线光链路140与主小区单元110互连。主小区通信单元110这时经由共同形成链路接口150的多个光纤与主单元160互连。主单元160通常与无线电网络控制器(RNC)170互连，无线电网络控制器(RNC)170又连接到具有相关网管系统(NMS)的移动交换中心(MSC)180。

主要按照从辅助小区单元120到主小区单元110以及进一步到达主单元160的方向来描述信息流。相反方向的业务是相似的，并且应该理解，本发明支持双向、全双工通信。对于双工通信，通常把一对专用光纤用于各个无线光链路，但也可在单一光纤上进行双工通信。

方便的是，各远程辅助小区无线电单元120包括经由光电接口123耦合到光收发信机124的天线连接的RF收发信机122。辅助小区单元120通常配备了某种形式的内部控制器125，用于执行各种控制功能、如发起光测试信号的传输以及控制RF输出功率。光收发信机124可简单地配置成一段连接到准直/接收光学器件的光纤。在进入准直光学器件之前采用光纤有两个原因。首先，它使准直光学器件可以位于任何适当的位置，这个位置可离RF收发信机相当远。第二，从光收发信机单元发出的波前一般不是对称的，而来自光纤的输出大约为高斯分布的且对称。这使得能够把标准的低成本光学组件用于平行校正。在这个特定实例中，准直光学器件是基于透镜(有或没有防反射涂层)或者是(基于镜面的)望远镜。

来自给定辅助小区单元120的光收发信机124的准直光信号通过大气层(无线光链路140)传送到主小区单元110中相应的光收发信机114。主小区单元110最好是包括若干这种光收发信机114，每个光收发信机用于一个与其互连的辅助小区单元120。各光收发信机114最好是同样基于标准的低成本接收/准直光学器件、如透镜或望远镜。接收透镜把输入光信号聚焦到多光纤链路接口150的专用光纤，并把光信号传递到主单元160。这种实现仅需要最少量的有源光学组件，并且由于各远程单元在多光纤链路接口中都有其自己的专用光纤(或光纤对)，因此不需要任何波长复用或其它类型的复用。这意味着，对波长稳定性的要求将不是关键的。

当然，本发明包括在要求较长的自由空间跳跃长度时采用光放大的可能性。利用光放大，根据当地的气候条件，约为数公里的跳跃长度是可行的。

远程主小区无线电单元110还包括RF收发信机112，RF收发信机112经由电光接口113连接到多光纤接口150的光纤之一，以便与主单元160连接。此外，主小区无线电单元110还包括内部控制器115，用于最好是响应来自主单元160的控制命令而执行各种控制功能，如控制RF收发信机112的输出功率。

主单元160通常包括链路质量分析单元164、远程控制单元166以及收发信机功能168。

链路质量分析单元164最好是实现为光电决策电路(OEDC)。在这个特定实例中，链路质量分析单元164还包括用于实际链路质量测量的装置。用于测量链路质量的装置一般探测通过无线光链路140所传送的、由光纤150转发的光信号，并对光信号进行测量。在OEDC中，在协议栈的不同级上，在信号强度、信噪比或差错率这些方面以电子方式分析信号质量。

或者，链路质量测量在主小区单元110中执行，并传递给主单元160进行分析。在这种情况下，主小区通信单元110配备了用于链路质量测量的装置118。通过测量装置118获得的链路质量信息一般通过又称作光管理接口(OMI)的独立光控制信道传送到链路质量分析单元，以便由OEDC进行分析。

如果OEDC发现无线光链路的质量不够好，则向NMS 180或RNC 170(根据控制系统分层结构而定)发出告警。NMS 180或RNC170检查对于受影响辅助小区中的移动终端是否存在备选的无线电覆盖范围。如果不存在备选的无线电覆盖范围，则NMS 180或RNC 170经由远程控制单元166要求最接近的一个或多个远程主小区无线电单元增加其无线电输出功率。从存储在NMS 180中的可用无线电单元的中央列表中删除不可用的辅助小区单元，并把更新的列表发回到受影响辅助小区中的一个或多个移动终端，以便能够发起切换。

如上所述，根据所选的控制系统分层结构，包括无线电信道的分配和释放、切换管理以及动态无线电覆盖控制在内的网络控制功能可在主单元、RNC和NMS之间以不同方式进行分配。

还应该理解，能够不需要任何光电转换而采用全光处理来实现决策电路。

波分复用(WDM)

如果预先存在的光纤数量太少而无法实现多光纤配置，或者如果无法经济地促进安装更多光纤，则可采用基于波分复用(WDM)的备选方案。由于经济方面的原因，粗WDM可能是有利的，而密集WDM在技术上也是可行的。与上述多光纤配置相比的主要差别在于，输入光包括充分分开且界限明确的波长。各波长传送仅来自一个远程辅助小区单元的信息。主小区单元也具有其自己的波长。如果采用单一光纤，则光信号在进入主小区单元和主单元之间的光纤之前必须经过多路复用，然后在主单元侧被多路分解。由于光信号的多路复用和分解是相当麻烦的工作并且要求在时间上必须稳定的界限明确的波长，因此WDM配置要求先进且相当复杂的光学组件。这与经济要求是矛盾的，但在安装新光纤的费用较高的情况下可能是合理的。

WDM配置还使得单个主单元能够管理若干具有相关辅助小区单元的主小区单元。如果主小区单元位于不同的地点，则光纤的数量一般与主小区站点的数量对应(或者在把光纤对用于双工通信时是主小区站点数量的两倍)。DWDM系统可良好地处理100个以上的不同波长。这意味着，采用极合理的光纤数量，单个主单元应该能够处理100个以上的远程单元。

关于无线电收发信机功能性的无线电基站设计

在主-远程概念中，无线电收发信机功能性可在主和远程单元之间以不同方式来划分。这在远程无线电单元的电子复杂度方面为无线电设计者提供了一定的自由度。图6A-C说明对于无线电收发信机功能性的主-远程接口的几种变化。

图6A说明在主单元和远程单元之间的模拟RF传输的情况。在本例中，分布式无线电基站的大部分收发信机功能性被设置在主单元中。主单元的收发信机功能性包括数字基带处理单元168-1、数字中频(IF)处理单元168-2以及模-数(A/D)转换器168-3和数-模(D/A)转换器168-4。数字基带处理单元168-1执行基带处理以及基带与中频(IF)带之间的频率转换。数字IF处理单元168-2以数字方式处理中频上的无线电信号，并执行中频带与射频(RF)带之间的频率转换。A/D转换器168-3把来自远程单元中的RF接收机122-1的模拟无线电信号转换成数字形式，以便传送到数字IF处理单元168-2。RF接收机122-1连接到天线，用于接收来自移动用户终端的无线电信号。D/A转换器168-4把来自数字IF处理单元168-2的数字RF信号转换成模拟形式，用于传送到远程单元中的RF发射机122-2。RF发射机122-2连接到相同或者不同的天线，用于把无线电信号传送到移动用户终端。显然，远程单元可相对于收发信机功能性而制作得极为简单。

图6B说明在主单元和远程单元之间的数字RF传输的情况。在本例中，数字和模拟无线电信号之间的转换在远端实现。这意味着除了RF接收机122-1和RF发射机122-2之外，远程单元这时还包括A/D转换器122-3和D/A转换器122-4。

图6C说明在主单元和远程单元之间的数字IF传输的情况。在本例中，数字IF处理被设置在远端，其中的数字IF处理单元122-5在远程单元中提供。

还能够把数字基带处理单元设置在远端，从而在远程单元中提供完整的RF收发信机功能性。这通常不是优选实现，因为采用低复杂度的远程单元往往是有利的。

网络规划

另一方面，在网络规划级，网络管理员对于通过在给定网络区域上仔细分布远程无线电单元来提供完全覆盖具有若干选项。下面将描述两种分别基于全向天线和三扇区天线的不同体系结构。

图7A是根据本发明、基于远程无线电单元中的全向无线电天线的示例蜂窝通信系统的示意图。在采用全向天线的情况下，对每个主小区站点110具有两个辅助小区站点120的配置可能是有效的。每个主小区站点110通过相应的无线光链路140与两个适当设置的辅助小区站点120互连。为简洁起见，主单元和相关无线电网络控制器(RNC)以及移动交换中心/网管系统(MSC/NMS)没有在图7A中示出。只要无线光链路140是完全起作用的，则网络可用性将会高且稳定，各远程站点服务于其相应的小区111-A、121。但是，如果开始下雪或者起雾，无线光链路的大气条件将会恶化，并且链路可用性将会降低。恶劣天气通常对较大数量的远程站点产生影响，因此为补偿下降的链路可用性而采取的行动一般与蜂窝通信网络或子网中的若干或全部远程站点有关。如果受影响的网络区域内的辅助小区站点120无法建立与相关主小区站点110的可靠无线光连接，则指示主小区站点增加其RF覆盖范围以便为大于初始区域111-A的区域111-B提供服务，如图7B所示。这样，就使主小区站点110能够通过增加其RF收发信机的输出功率来完全覆盖所关注的网络区域。与网络中的移动终端相关的无线电业务随后通过或多或少的传统切换技术被重定向到主小区站点。这意味着，即使无线光链路不工作时也可保证完全的RF覆盖。辅助小区站点120最好是进入无线电待机模式，以便降低网络中的噪声等级。

图8A是根据本发明、基于三扇区天线的示例蜂窝通信系统的示意图。三扇区天线是GSM和W-CDMA系统中最常用的天线。对于这种天线，对每个主小区站点110具有三个辅助小区站点120的配置是适当的，如图8A所示。服务于主小区111-A的各主小区站点110通过相应的无线光链路140与三个适当定位的辅助小区站点120互连，每个站点120为相应的辅助小区121提供服务。

图8B是图8A的蜂窝通信系统在不足的无线光链路可用性的情况下的示意图。辅助小区站点120最好是进入无线电待机模式，而主小区站点110把其RF覆盖范围从初始区域111-A增加到更大的区域111-B，以便在网络中提供完全的RF覆盖。

当然，如果主小区站点是从开始便提供足够的无线电覆盖范围的宏小区站点，则可能不需要增加无线电覆盖范围。在这种情况下，移动终端仅向宏小区站点进行切换。

上述实施例仅作为例子给出，应该理解，本发明不限于此。保留了本文所公开并要求其权益的根本的基本原理的其它修改、变更和改进均处于本发明的范围和精神之内。

Claims (23)

1.一种基于多个基于无线电的通信单元的蜂窝通信系统，所述通信系统包括：

中央主通信单元(160)；

与所述中央主单元(160)互连的基于无线电的主小区通信单元(110)；

多个基于无线电的辅助小区通信单元(120)，其中每个单元经由相应的无线光链路(140)连接到所述基于无线电的主小区通信单元，并作为与所述中央主单元(160)共同形成分布式无线电基站的远程无线电单元来提供，所述分布式无线电基站具有在所述远程辅助小区无线电单元(120)与所述中央主单元(160)之间分割的无线电收发信机功能性；

用于测量所述无线光链路(140)其中至少一个的质量的部件；以及

用于在与辅助小区通信单元(120)相关的所述测量的无线光链路质量不够好时、把无线电业务从所述辅助小区通信单元重定向到所述蜂窝通信系统内的所述通信单元中另一个的部件。

2.如权利要求1所述的蜂窝通信系统，其特征在于，所述主小区通信单元(110)是作为与所述中央主单元(160)共同形成分布式无线电基站的远程无线电单元来提供的。

3.如权利要求1所述的蜂窝通信系统，其特征在于，对所述测量的无线光链路质量的分析在所述中央主单元(160)中实现。

4.如权利要求3所述的蜂窝通信系统，其特征在于，用于测量所述链路质量的所述部件在所述主小区通信单元(110)或所述中央主单元(160)中实现。

5.如权利要求1所述的蜂窝通信系统，其特征在于，所述主小区通信单元(110)通过多个硬布线的通信链路(150)与所述中央主单元(160)互连，其中为每个无线光链路(140)分配至少一个专用通信链路。

6.如权利要求5所述的蜂窝通信系统，其特征在于，每个专用通信链路是基于光纤的。

7.如权利要求1所述的蜂窝通信系统，其特征在于，所述主小区通信单元(110)是完整的无线电基站。

8.如权利要求1所述的蜂窝通信系统，其特征在于，所述重定向部件包括用于促使从具有不够好的无线光链路质量的所述辅助小区通信单元(120)到所述另一个通信单元的切换的部件。

9.如权利要求8所述的蜂窝通信系统，其特征在于，所述重定向部件包括用于增加所述另一个通信单元的无线电覆盖范围的部件。

10.如权利要求8或9所述的蜂窝通信系统，其特征在于还包括用于促使具有不够好的无线光链路质量的所述辅助小区通信单元(120)进入无线电待机模式的部件。

11.如权利要求8所述的蜂窝通信系统，其特征在于，具有不够好的无线光链路质量的所述辅助小区通信单元(120)是微小区通信单元，而所述另一个通信单元是宏小区通信单元。

12.如权利要求11所述的蜂窝通信系统，其特征在于还包括用于促使具有不够好的无线光链路质量的所述辅助小区通信单元(120)进入无线电待机模式的部件。

13.如权利要求11所述的蜂窝通信系统，其特征在于，所述辅助小区通信单元(120)其中至少一个包括：

用于测量所述相应的无线光链路质量的部件；以及

用于在不够好的无线光链路质量的情况下进入无线电待机模式的部件。

14.如权利要求11所述的蜂窝通信系统，其特征在于，辅助小区通信单元(120)包括用于确定所述相应的无线光链路上的无线光信号的衰落速率的部件。

15.如权利要求14所述的蜂窝通信系统，其特征在于，所述辅助小区通信单元(120)可用于在所述确定的衰落速率低于给定门限时向所述中央主单元(160)发送告警，以便在中央发起切换。

16.如权利要求14所述的蜂窝通信系统，其特征在于，所述辅助小区通信单元(120)可用于在所述确定的衰落速率高于给定门限时在本地发起切换。

17.如权利要求16所述的蜂窝通信系统，其特征在于，所述辅助小区通信单元(120)可用于通过降低所述RF输出功率来本地发起切换。

18.如权利要求1所述的蜂窝通信系统，其特征在于，所述蜂窝通信系统包括具有相关的辅助小区通信单元(120)的多个主小区通信单元(110)，以及所述另一个通信单元是在具有不够好的无线光链路质量的所述辅助小区通信单元附近的主小区通信单元。

19.如权利要求1所述的蜂窝通信系统，其特征在于，在协议栈的不同级，在信号强度、信噪比和差错率其中至少一个方面测量所述无线光链路质量。

20.一种操作基于多个基于无线电的通信单元的蜂窝通信系统的方法，所述通信系统具有中央主通信单元(160)、与所述中央主单元(160)互连的基于无线电的主小区通信单元(110)以及多个相关的基于无线电的辅助小区通信单元(120)，其中每个辅助小区通信单元经由相应的无线光链路(140)连接到所述主小区通信单元，所述方法包括以下步骤：

在辅助小区通信单元(120)中确定在所述相应无线光链路上的无线光信号的衰落速率；以及

根据所述确定的衰落速率，在所述辅助小区通信单元中本地发起或者在所述中央主单元中从中央发起无线电业务从所述辅助小区通信单元到所述蜂窝通信系统内的另一个基于无线电的通信单元的切换。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，无线电业务将从其中切换的所述辅助小区通信单元(120)是微小区通信单元，而所述另一个通信单元是宏小区通信单元。

22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述辅助小区通信单元通过降低其RF输出功率来本地发起切换。

23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述中央主单元(160)响应从所述辅助小区通信单元(120)接收的告警而从中央发起切换。

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