CN101316374A

CN101316374A - Td-scdma家庭基站路由器

Info

Publication number: CN101316374A
Application number: CNA2007100415565A
Authority: CN
Inventors: 王建海
Original assignee: Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2008-12-03

Abstract

一种无线家庭基站路由器，包括：射频带通滤波器，用于滤除带外杂散发射和带外无用信号；射频收发信机，与射频带通滤波器相连，用于执行射频信号与数字或模拟IQ信号之间的信号处理；数字基带单元，与射频收发信机相连，用于执行所述无线家庭基站路由器上行和下行方向上的信号处理；无线接口单元，与数字基带单元和外部网络相连，用于实现因特网协议与无线网络协议之间的适配；控制和交换单元，用于对所述无线家庭基站路由器的各个组成单元进行控制；时钟分配单元，用于接收外部时钟信号，并将其提供给所述无线家庭基站路由器的各个组成单元，以实现与外部无线广域网之间的同步操作；以及电源单元，用于向所述无线家庭基站路由器的各个组成单元供电。

Description

TD-SCDMA家庭基站路由器

技术领域

本发明涉及移动通信***，更具体地，涉及一种时分同步码分多址(TD-SCDMA)家庭基站路由器(TD-SCDMA Home Base Station Router)。

背景技术

在现有TD-SCDMA室内覆盖技术方案中，通常采用微蜂窝(Micro)或皮蜂窝(Pico)基站进行室内无线信号覆盖，或通过引进宏蜂窝(或微蜂窝)基站信号，作为直放站的信号源来进行室内TD-SCDMA信号的补充覆盖。但是，不管是微蜂窝(或皮蜂窝)的直接辐射，还是利用宏蜂窝(或微蜂窝)作为信号源的直放站技术方案，它们仍然为传统网络体系架构，通过无线网络控制器(RNC)将基站(节点B)与核心网络(PS(分组交换)域：SGSN(服务GPRS支持节点)和GGSN(网关GPRS支持节点)；CS(电路交换)域：MSC(移动交换中心))进行连接。这样的网络架构并不能适应未来扁平IP网络演进的发展趋势。另外，由于还需要使用全部这些网络设备，对于室内覆盖技术方案而言，其设备成本非常高。此外，在直放站方案中，直放站仅仅是移动信号延伸设备，并不能增加网络容量，还需要宏蜂窝(或微蜂窝)基站作为室内应用的信号源，因此，上述技术方案不能降低网络设备成本。

图1示出了传统的TD-SCDMA网络体系架构，包括无线接入网络(RAN)和核心网络(CN)。RAN处理所有和无线相关的功能，而CN执行语音呼叫、数据业务的连接和交换，并与外部网络进行接口连接。对于语音呼叫，由基站节点B和无线网络控制器RNC组成的RAN，通过3G MSC直接与PSTN/PLMN相连；而对于数据业务，需要两个节点(SGSN和GGSN)来实现RAN与因特网之间的连接。如上所述，在室内覆盖技术方案中，采样直接部署TD-SCDMA微蜂窝(或皮蜂窝)基站来实现室内覆盖，或者在直放站方案中，引入TD-SCDMA宏蜂窝(或微蜂窝)基站作为其信号源，进行补充覆盖。虽然在TD-SCDMA室内覆盖技术方案中采用宏蜂窝和微蜂窝(或皮蜂窝)基站，其网络体系架构仍然是基于传统网络的(参见图1)。另外，尽管在室内覆盖使用中，TD-SCDMA覆盖范围比较小，且小区内的用户数也不多，但是对于因特网连接而言，基站节点B、无线网络控制器RNC、SGSN和GGSN仍然是不可或缺的。

发明内容

在本发明中，针对上述问题，提出了以下技术方案：(1)改进网络体系架构，将其构建成在3G环境中实施分布式类似4G体系架构的网络；(2)通过应用IETF和/或IEEE因特网协议，可以实现一个简单的接入点(类似于802.11的接入)连接，而且该接入点仅与IP核心网络相连，核心网络中的其它设备均为标准IP路由设备。

在本发明中，将基站节点B、RNC、SGSN、GGSN集成为单一设备，并且取消了TD-SCDMA的智能天线和接力切换(baton handover)等功能，和简化与它们相关的功率控制、分组调度、切换控制以及动态信道分配等算法要求。

根据本发明，提出了一种无线家庭基站路由器，实现了基站节点、无线网络控制器、服务GPRS支持节点和网关GPRS支持节点的基本功能，所述无线家庭基站路由器包括：射频带通滤波器，用于滤除带外杂散发射和带外无用信号；射频收发信机，与射频带通滤波器相连，用于执行射频信号与数字或模拟IQ信号之间的信号处理；数字基带单元，与射频收发信机相连，用于执行所述无线家庭基站路由器上行和下行方向上的信号处理；无线接口单元，与数字基带单元和外部网络相连，用于实现因特网协议与无线网络协议之间的适配；控制和交换单元，用于对所述无线家庭基站路由器的各个组成单元进行控制；时钟分配单元，用于接收外部时钟信号，并将其提供给所述无线家庭基站路由器的各个组成单元，以实现与外部无线广域网之间的同步操作；以及电源单元，用于向所述无线家庭基站路由器的各个组成单元供电。

优选地，所述无线家庭基站路由器还包括：发射/接收转换开关，位于所述射频带通滤波器与所述射频收发信机之间，用于实现发射和接收模式之间的时分双工切换。

优选地，所述射频带通滤波器通过一射频天线端口与外部射频天线相连。更优选地，所述射频带通滤波器是陶瓷滤波器。更优选地，所述外部射频天线是全向天线或方向性天线。

优选地，所述的无线家庭基站路由器还包括：内置单极短截线天线，与所述射频带通滤波器相连。

优选地，所述射频收发信机针对待发射信号执行以下操作：对来自数字基带单元的IQ数据进行接收、发射成形滤波、数字上变频、数模转换、射频滤波放大、变换到射频、和末级信号放大；以及针对接收到的信号执行以下操作：对小信号进行低噪声放大后的下变频、中频滤波放大、模数转换、数字下转换、信道滤波、和格式化为传输给数字基带单元的IQ信号。

优选地，所述数字基带单元执行以下信号处理：信号复用/解复用、加密/解密、编码/解码、帧处理、加扰、扩频、测量处理、空中接口同步、层2和层3处理。

优选地，所述无线接口单元通过RJ-45适配器与所述外部网络相连。更优选地，所述外部网络为xDSL或以太网骨干网。更优选地，所述因特网协议为IETF和/或IEEE因特网协议。更优选地，所述无线网络协议为3GPP标准协议。

优选地，所述控制和交换单元执行以下操作：时分双工开关切换控制、功率控制、网络鉴权、接入控制和网络自动配置处理。

优选地，所述时钟分配单元从外部GPS接收机接收所述外部时钟信号。

优选地，所述时钟分配单元从安装在所述无线家庭基站路由器内部或外部的手机模块中提取同步时钟信号，作为所述外部时钟信号。

优选地，所述时钟分配单元通过能量比特检测方式获得时钟信号，作为所述外部时钟信号。

优选地，所述电源单元通过DC或AC电源端口与外部电源相连。

优选地，所述无线家庭基站路由器还包括：诊断维护端口，与所述控制和交换单元相连，用于提供对所述无线家庭基站路由器的本地诊断和维护管理。

优选地，所述无线家庭基站路由器用于TD-SCDMA网络。

申请人首次提出了家庭基站路由器BSR概念，并已计划开始实施CDMA家庭基站路由器BSR和WCDMA家庭基站路由器BSR。在本发明中，申请人进一步提出了应用于TD-SCDMA室内覆盖中的TD-SCDMA家庭基站路由器BSR。由于TD-SCDMA的特定技术特性(比如：智能天线、时分双工、联合检测和接力切换等的采用)，本发明所提出的TD-SCDMABSR与CDMA和WCDMA BSR存在较大区别。首先，取消了智能天线以及简化了和它相关的算法要求。其次，利用申请人已用在CDMA BSR中的同步算法，来解决TD-SCDMA BSR同步问题。另外，针对TD-SCDMA BSR同步问题，本发明中还提到GPS(全球定位***)、TD-SCDMA手机模块和能量比特检测等技术手段的使用。

与现有的室内覆盖技术方案相比，通过将基站节点B、RNC、SGSN、GGSN集成为单一设备，并使用现有的接入网络和传输基础设施(xDSL/FTTH(x数字用户线/光纤到户))网络，本发明的成本非常低。此外，通过支持TD-SCDMA家庭基站路由器BSR与现有TD-SCDMA小区之间的越区切换，在从室内移动到室外的过程中(或反之)，呼叫和会话仍可继续。由于采用了扁平IP体系架构，还可实现了非常低的网络延迟。

附图说明

通过下面结合附图说明本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：

图1示出了传统的TD-SCDMA网络体系架构图。

图2示出了TD-SCDMA BSR功能结构示意图。

图3示出了TD-SCDMA BSR模块组成结构示意图。

图4示出了TD-SCDMA BSR和现有TD-SCDMA网络集成示意图。

图5示出了TD-SCDMA BSR应用实施例一的示意图：一种普通家庭应用。

图6示出了TD-SCDMA BSR应用实施例二的示意图：一种公共/商业应用。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。

本发明提出了一种新的TD-SCDMA网络体系架构，用于TD-SCDMA室内覆盖技术方案。在本发明中，将基站节点B、RNC、SGSN和GGSN集成为单一设备，并通过RJ-45端口直接与ADSL(非对称数字用户线)或光网络相连。在本发明中，将此设备称为TD-SCDMA家庭基站路由器(BSR、H-BSR)，它符合未来的“扁平IP”概念。

图2示出了TD-SCDMA BSR的功能结构框图。TD-SCDMA是IMT-2000家族中的一员，同其它两个标准CDMA2000和WCDMA相比，由于它使用了智能天线，这样基站节点B被分为两部分：室外单元和室内单元。

室外单元包括多天线阵列(每个扇区6-8个天线)、RF滤波器、功率放大器和低噪声放大器、以及用于TDD功能的TX-RX转换开关。此单元完成无线信号的接收和发射功能，包括***需要的信号滤波和放大作用。

室内单元由RF收发机和数字处理部分以及相应的控制接口板构成。这个单元完成了TD-SCDMA***中的信号编码、调制和变频等功能，它是TD-SCDMA的关键所在，所有和TD-SCDMA相关的无线操作都是在这里完成的。

为了进一步简化网络体系架构并降低设备成本，本发明将室外单元和室内单元结合在一起，从而将全部网络设备(基站节点B的室内和室外单元、RNC、SGSN、GGSN)集成为单一设备。家庭基站路由器BSR取消了智能天线，使用传统的天线来进行TD-SCDMA发射和接收，而且还去除了基于智能天线的接力切换功能，并简化了对动态信道分配、联合检测和功率控制等的要求。因此，整个单一集成设备的成本将大幅降低。另外，又由于它们全部集成到一个小的盒子中，体积小、重量轻，这样还可以实现简单的低成本安装部署。

图3示出了TD-SCDMA BSR模块组成结构示意图，其中示出了RF带通滤波器(BPF)、RF收发信机(RFU)、数字基带单元(BBU)、TD-SCDMA接口单元(TIU)、控制和交换单元(CSU)、时钟分配单元(CDU)、电源单元(PSU)和5个外部端口(即，RF天线端口、CDU外部时钟端口、DC或AC电源端口、用于10/100 Base T的RJ-45端口、以及RS 232诊断维护端口)。

BPF是位于天线单元与RFU之间的陶瓷滤波器(也可以由其它材料制成)，其具有以下功能：在TX方向上，滤除由于RF组件的非线性特性和LO信号泄漏所引起的带外杂散发射；在RX方向上，滤除带外无用信号。

RFU负责RF信号与数字(或模拟)IQ信号之间，在接收和发射方向上的信号处理。在TX方向上，其功能包括对来自BBU的IQ数据的接收、发射成形滤波(RRC)、数字上变频、DA转换、RF滤波放大、最后再变换到射频和末级信号放大；在RX方向上，其功能包括对小信号进行低噪声放大后的下变频、IF滤波放大、AD转换、数字下转换、信道滤波(RRC)、和格式化为传输给BBU的IQ信号。

用于TDD(时分双工)的TX-RX转换开关位于BPF和RFU之间，由CSU进行控制。

BBU执行TD-SCDMA家庭基站路由器上行和下行方向上的信号处理，并完成以下任务：信号复用/解复用、加密/解密、编码/解码、帧处理、加扰、扩频、测量处理、空中接口同步、L2和L3处理。

TIU是TD-SCDMA BSR接口单元，通过RJ-45适配器与xDSL(x数字用户线)或以太网骨干网相连，用于将IETF和/或IEEE因特网协议转换为3GPP标准协议。

CSU是中央控制和交换单元，用于控制和管理TD-SCDMA家庭基站路由器的所有处理，并执行以下功能：TX-RX时分双工开关切换控制、功率控制、网络鉴权、接入控制和网络自动配置处理等。

CDU是时钟分配单元，其接收外部时钟信号(比如10Mhz)，并将其提供给TD-SCDMA家庭基站路由器中需要的模块，以实现和外部广域TD-SCDMA网络的同步。

时钟信号可以来自于外部GPS接收机(或在其内部安装GPS接收机)，所述GPS接收机可以由多个家庭基站路由器BSR共享。或者，所述时钟信号可以按照其他方式馈入。比如，从安装在家庭基站路由器内部或外部的手机模块中提取同步时钟信号，或利用能量比特检测等方式以得到时钟信号。

申请人已经用在CDMA BSR中的同步时钟操作方法也可以用在TD-SCDMA BSR的同步时钟提取中。

PSU与外部220伏、50Hz(可选110伏、60Hz)AC电源相连，对AC电压进行转换和整流，以产生5V和12V(其他数值也是可选的)的输出，从而施加给家庭基站路由器的各个单元模块。在TD-SCDMA BSR附加有AC/DC转换单元的情况下，PSU也可以看作是DC电源分配单元。

上述各个模块的划分，是为了叙述方便而进行的。实际***设计时，可以将它们重新组合，分成一个或若干个新模块。

TD-SCDMA BSR的天线是内置单极短截线天线，该天线基本上是各向同性的，具有较小增益，以便提供对各个方向的同等覆盖。或者，可以使用外部天线接口，来安装全向天线(如果为了增强特定方向上的信号，也可以采用方向性天线)。本发明并不支持智能天线，一般来说，同样也不使用针对空间分集的双天线。

RS 232连接器用于提供对TD-SCDMA家庭基站路由器的本地诊断和维护管理使用。

RJ-45端口用于桥接家庭基站路由器BSR和xDSL/FTTH(光纤到户)网络。

图4示出了将TD-SCDMA BSR集成到现有TD-SCDMA网络中的示意图。将根据本发明的TD-SCDMA家庭基站路由器BSR集成到现有TD-SCDMA网络中，以便为TD-SCDMA用户提供语音呼叫和高速数据业务。将图4中右半部分的TD-SCDMA家庭基站路由器BSR网络设计为通过一些商业网络设备与现有的TD-SCDMA网络相连，对TD-SCDMA BSR覆盖范围内的用户提供话音和数据业务。这样的集成连接是不影响现有的TD-SCDMA网络。

这些附加的设备包括BSR信令网关(BSG)、BSR语音网关防火墙、归属单元服务器、和移动IP归属代理(HA)。这些设备均基于商业硬件平台的，因此可以降低BSR网络成本。

图5示出了TD-SCDMA BSR应用实施例一：一种普通家庭应用的BSR网络示意图。在普通家庭环境中，可以简单地通过调制解调器将TD-SCDMA BSR与xDSL/FTTH网络相连。这样连接方式，和目前家庭计算机internet连接是相似的，简单方便。

图6示出了TD-SCDMA BSR应用实施例二：一种公共/商业应用BSR网络示意图。在公共/商业环境中，比如商务办公大楼，政府机关(包括企事业单位等)，一般在大楼的每个楼层安装多个TD-SCDMA BSR，将它们分别直接连接到以太网的10/100 Base T端口。一般来说，这些10/100 Base T(有时可能是千兆以太网)的以太网是由大楼底层或附近的以太网交换机提供的。

至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。应该理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims

1.一种无线家庭基站路由器，实现了基站节点、无线网络控制器、服务GPRS支持节点和网关GPRS支持节点的基本功能，所述无线家庭基站路由器包括：

射频带通滤波器，用于滤除带外杂散发射和带外无用信号；

射频收发信机，与射频带通滤波器相连，用于执行射频信号与数字或模拟IQ信号之间的信号处理；

数字基带单元，与射频收发信机相连，用于执行所述无线家庭基站路由器上行和下行方向上的信号处理；

无线接口单元，与数字基带单元和外部网络相连，用于实现因特网协议与无线网络协议之间的适配；

控制和交换单元，用于对所述无线家庭基站路由器的各个组成单元进行控制；

时钟分配单元，用于接收外部时钟信号，并将其提供给所述无线家庭基站路由器的各个组成单元，以实现与外部无线广域网之间的同步操作；以及

电源单元，用于向所述无线家庭基站路由器的各个组成单元供电。

2.根据权利要求1所述的无线家庭基站路由器，其特征在于还包括：

发射/接收转换开关，位于所述射频带通滤波器与所述射频收发信机之间，用于实现发射和接收模式之间的时分双工切换。

3.根据权利要求1或2所述的无线家庭基站路由器，其特征在于所述射频带通滤波器通过一射频天线端口与外部射频天线相连。

4.根据权利要求3所述的无线家庭基站路由器，其特征在于所述射频带通滤波器是陶瓷滤波器。

5.根据权利要求3所述的无线家庭基站路由器，其特征在于所述外部射频天线是全向天线或方向性天线。

6.根据权利要求1或2所述的无线家庭基站路由器，其特征在于还包括：

内置单极短截线天线，与所述射频带通滤波器相连。

7.根据权利要求1或2所述的无线家庭基站路由器，其特征在于所述射频收发信机针对待发射信号执行以下操作：对来自数字基带单元的IQ数据进行接收、发射成形滤波、数字上变频、数模转换、射频滤波放大、变换到射频、和末级信号放大；以及针对接收到的信号执行以下操作：对小信号进行低噪声放大后的下变频、中频滤波放大、模数转换、数字下转换、信道滤波、和格式化为传输给数字基带单元的IQ信号。

8.根据权利要求1或2所述的无线家庭基站路由器，其特征在于所述数字基带单元执行以下信号处理：信号复用/解复用、加密/解密、编码/解码、帧处理、加扰、扩频、测量处理、空中接口同步、层2和层3处理。

9.根据权利要求1或2所述的无线家庭基站路由器，其特征在于所述无线接口单元通过RJ-45适配器与所述外部网络相连。

10.根据权利要求9所述的无线家庭基站路由器，其特征在于所述外部网络为xDSL或以太网骨干网。

11.根据权利要求9所述的无线家庭基站路由器，其特征在于所述因特网协议为IETF和/或IEEE因特网协议。

12.根据权利要求9所述的无线家庭基站路由器，其特征在于所述无线网络协议为3GPP标准协议。

13.根据权利要求1或2所述的无线家庭基站路由器，其特征在于所述控制和交换单元执行以下操作：时分双工开关切换控制、功率控制、网络鉴权、接入控制和网络自动配置处理。

14.根据权利要求1或2所述的无线家庭基站路由器，其特征在于所述时钟分配单元从外部GPS接收机接收所述外部时钟信号。

15.根据权利要求1或2所述的无线家庭基站路由器，其特征在于所述时钟分配单元从安装在所述无线家庭基站路由器内部或外部的手机模块中提取同步时钟信号，作为所述外部时钟信号。

16.根据权利要求1或2所述的无线家庭基站路由器，其特征在于所述时钟分配单元通过能量比特检测方式获得时钟信号，作为所述外部时钟信号。

17.根据权利要求1或2所述的无线家庭基站路由器，其特征在于所述电源单元通过DC或AC电源端口与外部电源相连。

18.根据权利要求1或2所述的无线家庭基站路由器，其特征在于还包括：

诊断维护端口，与所述控制和交换单元相连，用于提供对所述无线家庭基站路由器的本地诊断和维护管理。

19.根据权利要求1或2所述的无线家庭基站路由器，其特征在于所述无线家庭基站路由器用于TD-SCDMA网络。