CN107113793A - 聚合非触摸式无线前传的信道映射 - Google Patents

聚合非触摸式无线前传的信道映射 Download PDF

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CN107113793A CN201580059332.XA CN201580059332A CN107113793A CN 107113793 A CN107113793 A CN 107113793A CN 201580059332 A CN201580059332 A CN 201580059332A CN 107113793 A CN107113793 A CN 107113793A
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周雷
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Abstract

一种由无线前传单元实施的方法，所述方法包括：聚合多个第一无线信道信号以通过数字频域映射(frequency‑domain mapping，FDM)产生第一聚合信号，其中，所述第一无线信道信号位于非重叠第一频段中的所述第一聚合信号中，每个非重叠第一频段具有第一带宽和中心频率，每个相应的中心频率为最低中心频率的奇数倍；将所述第一聚合信号转换为第一调制信号；向无线前传链路传输所述第一调制信号。

Description

聚合非触摸式无线前传的信道映射
相关申请案交叉申请
本申请要求2015年10月23日由Xiang Liu等人递交的发明名称为“聚合非接触式无线前传的信道映射(Channel Mapping for an Aggregated Touchless WirelessFronthaul)”的第14/921,021号美国临时专利申请的在先申请优先权，该在先申请又要求2014年10月31日由Xiang Liu等人递交的发明名称为“聚合非接触式无线前传的信道映射(Channel Mapping for an Aggregated Touchless Wireless Fronthaul)”的第62/073,773号美国专利申请的在先申请优先权和权益，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。
背景技术
无线接入网(radio access network，RAN)是指移动设备与核心网之间的网络。在传统的无线宏蜂窝网络和移动宏蜂窝网络中，一个区域可以在地理上划分为多个小区和多个小区扇区，每个小区和小区扇区由与核心网通信的无线基站服务。无线基站与核心网之间的RAN部分被称为无线回传。随着高速无线通信的需求持续增加，为了达到宏蜂窝在室内或人口密集区域的地点数量和穿透能力方面的限制，研究和工业正朝着更密集和更小小区的小小区部署发展。
无线前传和移动前传是使得集中式RAN(centralized-RAN，C-RAN)架构能够适合于小小区部署的新兴网段。在C-RAN架构中，通常在位于远程小区站点的无线基站处执行的数字基带(baseband，BB)处理被迁移到位于中心局(central office，CO)或核心网附近的中心站点处的集中式基带单元(baseband unit，BBU)来进行。这样，位于远程小区站点的无线基站由射频拉远单元(remote radio unit，RRU)替换，该RRU与天线连接以进行无线射频(radio frequency，RF)传输和接收，无需数字BB处理。无线前传是指RRU与BBU之间的RAN部分。通过将数字BB处理迁移到集中式BBU来进行，C-RAN架构可以在多个小区之间实现资源共享和协作多点(coordinated multipoint，CoMP)处理，例如，联合信号处理、联合干扰抑制和/或联合调度，因此可以提高网络性能和效率。
无线前传可以通过光纤通信技术来实现，在该技术中光纤链路用于在位于远程小区站点处的RRU与位于中心站点处的BBU之间传输信号。光纤传输的一些优点包括低功耗、低延迟和高带宽(bandwidth，BW)。然而，使用光纤和光硬件会增加无线前传网络的成本。因此，光纤链路和光硬件的有效使用在无线前传设计中非常重要。
发明内容
在一项实施例中，本发明包括一种由无线前传单元实施的方法，所述方法包括：聚合多个第一无线信道信号以通过数字频域映射(frequency-domain mapping，FDM)产生第一聚合信号，其中，所述第一无线信道信号位于非重叠第一频段中的所述第一聚合信号中，每个非重叠第一频段具有第一带宽和中心频率，每个相应的中心频率为最低中心频率的奇数倍；将所述第一聚合信号转换为第一调制信号；向无线前传链路传输所述第一调制信号。
在另一项实施例中，本发明包括一种无线前传单元，其包括：光前端，用于接收无线上行信号；信道聚合单元，耦合到所述光前端并用于通过数字FDM聚合所述无线信号以产生聚合信号，其中，所述无线信号位于频段中的所述聚合信号中，每个频段具有第一带宽和中心频率，每个中心频率为最低中心频率的奇数倍。
在又一项实施例中，本发明包括一种无线前传单元，其包括：接收器，用于接收包括多个聚合无线信号的聚合信号，其中，所述无线信号位于频段中的所述聚合信号中，每个频段具有第一带宽和中心频率，每个中心频率为最低中心频率的奇数倍；解聚合单元，耦合到所述接收器并用于确定信道映射，以及基于所述信道映射解聚合所述聚合信号以产生所述无线信号。
结合附图和权利要求书可以从以下的详细描述中更清楚地理解这些和其它特征。
附图说明
为了更透彻地理解本发明，现参阅结合附图和具体实施方式而描述的以下简要说明，其中的相同参考标号表示相同部分。
图1为一种无线前传通信***的示意图。
图2为一种数字基带(baseband，BB)无线前传通信***的示意图。
图3为一种模拟无线前传通信***的示意图。
图4为另一种数字BB无线前传通信***的示意图。
图5为根据本发明一实施例的一种聚合无线前传通信***的示意图。
图6为一种聚合无线前传通信***的另一实施例的示意图。
图7为一种采用频域实施方案的信道聚合单元的一实施例的示意图。
图8为一种采用频域实施方案的信道解聚合单元的一实施例的示意图。
图9为一种用于聚合无线前传通信***的设置的一实施例的示意图。
图10A为图示当使用无缝信道映射和0千米(kilometer，km)光纤长度时根据图9的***测量的聚合信号的频谱的图。
图10B为图示当使用无缝信道映射和40km标准单模光纤(standard single-modefiber，SSMF)长度时根据图9的***测量的聚合信号的频谱的图。
图10C为图10B的图中的最高频率信道的星座图。
图11为根据本发明一实施例的一种仅奇数信道映射方案的图示。
图12A为图示当使用仅奇数信道映射和0km光纤长度时根据图9的***测量的聚合信号的频谱的图。
图12B为示出了当使用仅奇数信道映射和40km SSMF长度时根据图9的***测量的聚合信号的频谱的图。
图12C为图12B的图中的最高频率信道的星座图。
图13为根据本发明一实施例的另一种仅奇数信道映射方案的图示。
图14为根据本发明一实施例的结合仅奇数信道映射所使用的欠采样方案的图示。
图15是图14中的第一尼奎斯特频段中的子载波频谱的功率谱的图以及第二尼奎斯特频段中的频谱反转子载波频谱的功率谱的图。
图16为图示根据本发明一实施例的一种聚合信道的方法的流程图。
图17为图示根据本发明另一实施例的一种聚合信道的方法的流程图。
图18为无线前传收发器单元的一实施例的示意图。
具体实施方式
首先应理解，尽管下文提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但所公开的***和/或方法可使用任何数目的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方案、附图和技术，包括本文所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。
图1至4示出并比较了从无线回传通信***到无线前传通信***的演进无线通信基础设施。这些图比较了工业和研究中提出的不同无线前传配置。重点是提供具有成本效益和功率效率的无线前传，以实现高容量无线接入。
图1为一种无线回传通信***100的示意图。***100用于传统的宏蜂窝无线网络中。***100包括无线基站110，无线基站110通过链路130通信地耦合到中心局(centraloffice，CO)120，链路130为双向链路。无线基站110位于小区站点140，并安装在固定位置，例如，在蜂窝塔141的底部。CO 120将无线基站110连接到核心网150。
小区站点140是一个位于距CO 120较远的远程位置的地理区域，并且包括一个或多个小区扇区，这可以由移动运营商在网络部署期间确定。小区站点140覆盖一个区域，其半径的范围为宏蜂窝无线网络的约1km到约20km。蜂窝塔141是一种高架结构，支撑诸如天线142等无线电通信设备以与位于天线142和小区站点140的覆盖范围内的移动台通信。天线142是电气设备，诸如定向天线、全向天线或天线阵列结构，并将电功率转换为无线电波，反之亦然。例如，天线142位于蜂窝塔141的顶部，以在小区站点140中生成无线射频(radiofrquency，RF)覆盖范围。
无线基站110包括RF前端111、模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)112、数模转换器(digital-to-analog converter，DAC)113、BB数字信号处理(digitalsignal processing，DSP)单元114、无线媒体访问控制(media access control，MAC)单元115、千兆以太网(gigabit Ethernet，GbE)接口116、光电(optical-to-electrical，O/E)前端117和电光(electrical-to-optical，E/O)前端118。RF前端111包括模拟电子组件，诸如功率放大器(power amplifier，PA)、低噪声放大器(low-noise amplifier，LNA)和滤波器。RF前端111耦合到天线142并与移动台传送RF信号。ADC 112和DAC 113耦合到RF前端111。BBDSP单元114耦合到ADC 112和DAC 113。无线MAC单元115耦合到BB DSP单元114。GbE接口116将无线MAC单元115耦合到O/E前端117和E/O前端118。GbE接口116是用于以约每秒一千兆比特(gigabit per second，Gbps)的速率传输以太网帧的硬件设备。E/O前端118包括电驱动器、E/O转换器、激光器等E/O组件。E/O前端118通过将电信号调制到光载波信号上并将该光信号通过链路130传输到CO 120来将电信号转换为光信号。O/E前端117包括电驱动器、O/E转换器、激光器等O/E组件。O/E前端117将光信号转换为一个或多个电信号。
在上行(uplink，UL)方向上，ADC 112将从移动台接收的模拟RF信号转换为数字信号，其中，UL是指从移动台到CO 120的传输方向。在下行(downlink，DL)方向上，DAC 113将由BB DSP单元114生成的数字信号转换为模拟信号，其中，DL是指从CO 120到向移动台的传输方向。ADC112和DAC 113控制各个无线信号，并且它们的采样率由无线基站110使用的信号带宽和过采样比确定。例如，ADC 112和DAC 113以对应于约每秒30兆次采样(mega-samples per second，MSa/s)的约30兆赫(megahertz，MHz)对具有过采样比约为1.5的20MHz带宽无线信道进行操作。采样分辨率可介于约4比特与约20比特之间。
BB DSP单元114执行物理层BB DSP功能，例如，信号同步、调制、解调、信道预均衡、信道均衡、差错编码和差错解码。无线MAC单元115执行MAC层处理功能，例如，数据包处理、差错控制、调度和信道映射。例如，根据第三代合作伙伴计划(the 3rd GenerationPartnership Project，3GPP)规范中定义的长期演进(Long-Term Evolution，LTE)和LTE增强(LTE-advance，LTE-A)等特定无线通信协议，执行BB DSP功能和无线MAC处理功能功能。由于BB处理功能在计算上的密集型和复杂性，因此无线基站110的成本和功耗可能很高。
CO 120包括：交换组件，例如，服务器网关(server gateways，SGW)；控制和管理元件，用于访问控制、移动性支持和安全控制；接口单元121，其将无线基站110和移动台连接到核心网150以提供网络服务，例如，语音呼叫、电子邮件和其它因特网服务。接口单元121包括：SGW接口122、GbE接口126、O/E前端127和E/O前端128。GbE接口126、E/O前端128和O/E前端127分别类似于GbE接口116、O/E前端117和E/O前端118。SGW接口122与SGW连接，SGW在移动台与CO 120之间以及在CO 120与核心网150之间路由和转发通过链路130接收的用户数据包。
核心网150是向移动台的用户提供网络服务的网络的中心部分。核心网150包括由网络提供商或服务提供商操作的一个或多个互连子网络。链路130是一种包括同轴电缆的电缆链路，一种包括视距传播路径的自由空间微波链路，或一种包括SSMF或多模光纤(multi-mode fiber，MMF)的光纤链路。链路在无线基站110与CO 120之间传输携带以太网帧的数字基带(baseband，BB)信号。由于光纤可以提供比电缆明显更低的功耗、更高的速度和更高的BW，所以许多宏蜂窝网络采用光纤而不是电缆。简而言之，由于在小区站点140处分布的无线基站110的成本高，所以***100的部署成本高，特别是对于小小区网络来说。
图2为一种数字BB无线前传通信***200的示意图。***200适合于在集中式RAN(centralized-RAN，C-RAN)中使用。***200包括远程接入单元(remote access unit，RAU)210，RAU 210通过链路230通信地耦合到基带单元(baseband unit，BBU)220。RAU 210位于小区站点240处并连接到靠近蜂窝塔241顶部安装的一个或多个天线242。缩略语RAU和RRU可以互换使用。BBU 220位于核心网250附近的站点，并将RAU 210连接到核心网250。小区站点240、蜂窝塔241、天线242和核心网250分别类似于小区站点140、蜂窝塔141、天线142和核心网150。在***200中，计算密集型BB DSP功能和无线MAC处理功能从RAU 210中分离并移动到BBU 220。
RAU 210包括RF前端211、ADC 212、DAC 213、通用公共无线接口(Common PublicRadio Interface，CPRI)接口219，O/E前端217和E/O前端218。RF前端211、ADC 212、DAC213、O/E前端217和E/O前端218分别类似于RF前端111、ADC 112、DAC 113、O/E前端117和E/O前端118。CPRI接口219位于ADC 212与E/O前端218之间，以及DAC 213与O/E前端217之间。CPRI接口219与CPRI设备(未示出)连接。CPRI设备执行CPRI协议处理，例如，物理层信令和线路控制以及数据链路层成帧、映射和流量控制。
在UL方向上，RAU 210通过天线242从移动台接收UL RF信号。ADC212将接收到的ULRF信号转换为数字同相/正交相(in-phase/quadrature-phase，I/Q)样本，CPRI设备将数字I/Q样本编码为包括二进制位的CPRI帧，并且E/O前端218通过采用二进制开关键(on-off-keying，OOK)等方式将CPRI帧转换为光信号，并通过链路230将光信号传输到BBU 220。在DL方向上，RAU 210通过链路230从BBU 220接收携带CPRI已编码DL信号的光信号。O/E前端217将接收到的光信号转换为电CPRI已编码DL信号。CPRI设备对CPRI已编码DL信号进行解码以产生数字I/Q样本，并且DAC 213将数字I/Q样本转换为模拟电RF信号，以通过天线242传输到移动台。
链路230包括SMSF或MMF等光纤。链路230根据CPRI规范V4.1中定义的CPRI协议在RAU 210与BBU 220之间传输数字BB I/Q样本，CPRI规范V4.1的内容以引入的方式并入本文本中。例如，链路230传输携带数字BB I/Q样本的CPRI帧。
BBU 220包括内部单元221，内部单元221包括SGW接口222、无线MAC单元225、BBDSP单元224、CPRI接口229、O/E前端227和E/O前端228。SGW接口222、无线MAC单元225、BBDSP单元224、CPRI接口229、O/E前端227和E/O前端228分别类似于SGW接口122、无线MAC单元115、BB DSP单元114、CPRI接口219、O/E前端117和E/O前端118。尽管在***200中示出了单个BBU 220，但是***200可以通过将BBU 220的池放置在靠近核心网250的站点处来采用集中式处理方案，从而实现BBU 220之间的资源共享和无线电协作。
***200在天线242与链路230之间采用一对一映射。例如，每个无线RF信道都需要通过链路230在RAU 210与BBU 220之间的单独连接，其中，每个RAU 210与BBU 210使用光收发器。因此，链路230的数量和关联的光硬件乘以无线RF信道的数量和天线242的数量。此外，***200中的RAU210与BBU 220之间的数据吞吐量很高。例如，为了支持过采样比约为1.5和采样分辨率约为15比特的8×8多输入多输出(multiple-input and multiple-output，MIMO)LTE 20MHz信道，数据吞吐量为约10Gbps，包括CPRI协议开销，这对于8位符号到10位符号映射(8b/10b)线路编码方案来说，CPRI协议开销可为约百分之25(％)。因此，需要一对10Gbps的光收发器来传输BW约为20MHz的信号。因此，***200不具有BW效率或成本效益。
图3为一种模拟无线前传通信***300的示意图。***300包括RAU310，RAU 310通过链路330通信地耦合到BBU 320。***300包括与***200中类似的配置，并且链路330类似于链路230。然而，如在***200中，链路330在RAU 310与BBU 320之间传输模拟RF信号，而不是数字BB I/Q样本，因此与RAU 210相比简化了RAU 310处的处理。
RAU 310包括一个或多个放大器311、O/E前端317和E/O前端318。O/E前端317和E/O前端318分别类似于O/E前端117和E/O前端118。放大器311用于与位于蜂窝塔341处的天线342连接，其中，天线342和蜂窝塔341分别类似于天线142和蜂窝塔141。放大器311是放大从移动台接收到的RF信号或将通过天线342传输到移动台的RF信号的RF设备。天线342可以是RAU 310的一部分。
BBU 320包括内部单元321，内部单元321类似于BBU 220处的内部单元221。然而，BBU 320包括RF前端322，而不包括内部单元221中的CPRI接口，因为BBU 320通过链路330与RAU 310传送RF信号。RF前端322类似于RF前端111或211。
尽管简化了RAU 310处的处理，但是由于模拟RF信号包括中心频率高于信号带宽，RAU 310采用带宽比模拟RF信号的信号带宽大的光和电组件，其中，中心频率根据各种无线传输标准预定。因此，***300不具有带宽效率。尽管可以应用模拟频率下移来提高带宽效率，但是所需的模拟硬件的复杂性变得明显更高。例如，为了实现RF频率下移，模拟I/Q调制器和本地振荡器以等于频率下移量的频率进行操作。由于与模拟I/Q调制器关联的功耗，RAU 310可另外采用RF功率放大器来补偿功耗。此外，模拟I/Q调制器可以具有窄操作频段以对模拟RF信号进行频移，因此可以采用专用I/Q调制器来移位具有不同中心频率的RF信号。这增加了实施复杂性并限制了***的灵活性。
图4为另一种数字BB无线前传通信***400的示意图。***400类似于***200，但是更详细地示出。***400包括RAU 410，RAU 410通过链路430通信地耦合到BBU 420。RAU410、BBU 420和链路430分别类似于RAU 210、BBU 220和链路230。
RAU 410包括双工器451、上变频器(upconverter，UC)411、下变频器(downconverter，DC)412、DAC 413、ADC 414、CPRI编码单元416、CPRI解码单元415、PA417、光电二极管(photodiode，PD)418、激光器419和光循环器452。双工器451通信地耦合到天线442，天线442类似于天线142。双工器451是将接收器从发射器分离，同时允许接收器和发射器共享同一传输链路的RF设备。例如，双工器451在天线442的RF频段中操作，并将发送到天线442与从天线442接收的RF信号分离。
在RAU 410处的UL方向上，DC 412耦合到双工器451。DC 412是将模拟电信号从较高频段下变频到较低频段的模拟电气设备。例如，DC 412将从天线442接收到的RF信号转换为BB信号，其中，RF信号集中在合适的频率，并且BB信号集中在0赫兹(hertz，Hz)。ADC 414耦合到DC 412并将模拟BB信号转换为数字信号，数字信号可包括数字BB I/Q样本。CPRI编码单元416耦合到ADC 414，并根据CPRI协议执行CPRI编码，CPRI协议可以包括物理层信令以及数据链路层处理和控制。第一PA 417耦合到CPRI编码单元416。PA 417是提供信号放大的电气设备。例如，第一PA 417将CPRI信号放大到合适电压电平以供传输。激光器419是直接调制激光器(directly-modulated laser，DML)等光源，并且产生光信号。放大的CPRI信号通过采用OOK方案等方式被调制到光信号上。
在RAU 410处的DL方向上，PD 418将接收到的DL光信号转换为电信号。第二PA 417耦合到PD 418，并将电信号放大到合适电压电平以供接收器处理。CPRI解码单元415耦合到第二PA417，并且根据CPRI协议将接收到的信号解码并转换为数字BB I/Q样本。DAC 413耦合到CPRI解码单元415，并将数字BB I/Q样本转换为模拟信号。UC 411耦合到DAC 413，并且将来自BB的模拟信号上变频回到原始RF频段，以提供适合于通过天线442向移动台传输的RF信号。
光循环器452将激光器419和PD 418耦合到链路430。光循环器452是分离在光纤中沿相反方向行进的光信号的光学设备。例如，光循环器452将由激光器419产生的UL光信号与通过链路430从BBU 420接收到的DL光信号分离。
BBU 420包括光循环器462、激光器429、PD 428、PA427、CPRI编码单元426、CPRI解码单元425和BB DSP单元421。光循环器462、激光器429、PD 428、PA 427、CPRI编码单元426和CPRI解码单元425分别类似于光循环器452、激光器419、PD 418、PA 417、CPRI编码单元416和CPRI解码单元415。在UL方向上，BBU 420从RAU 410接收UL光信号。例如，PD 428耦合到光循环器462，并将接收到的UL光信号转换为电信号。第一PA 427耦合到PD 428并放大电信号。CPRI解码单元425耦合到第一PA 427，并且执行与CPRI解码单元415中类似的CPRI解码。BB DSP单元421耦合到CPRI解码单元425。
BB DSP单元421根据LTE或LTE-A等无线通信标准执行BB DSP功能以进行UL和DL两个方向的接收和发送。在UL方向上，BB DSP单元421接收UL数字BB I/Q样本，并生成数据包以传输到核心网250等核心网。在DL方向上，BB DSP单元421从核心网接收数据包，并生成DL数字BB I/Q样本以传输到RAU 410。BB DSP功能的一些示例包括帧同步、数据编码、数据解码、调制、解调、信道预均衡、信道均衡、干扰降低、差错编码和差错解码。此外，BB DSP单元421执行数据包处理、调度和差错控制等无线MAC层处理。
在DL方向上，CPRI编码单元426耦合到BB DSP单元421。CPRI编码单元426对DL数字BB I/Q样本进行编码。第二PA 427耦合到CPRI编码单元426，并将CPRI已编码信号放大到合适电压电平以供光传输。激光器429耦合到第二PA 427，并且通过OOK调制方案等将CPRI已编码信号调制到由激光器429产生的光信号上。类似于***200，***400与无线前传网络中的无线RF信道的数量或天线442的数量相乘。因此，***400不具有BW效率或成本效益。
C-RAN是一种有前景的使能技术，通过提供集中化处理和协作无线电等独特特征来支持第五代(Fifth Generation，5G)等未来无线通信标准。在C-RAN网络中，前传将每个BBU与每个RRU连接，每个RRU可以具有多个远程射频头(remote radio head，RRH)。一种用于前传连接的方法是使用波分复用(wavelength-division multiplexing，WDM)，但是该方法需要许多小小区，成本非常昂贵。另一种方法是将所有可用的无线信道数字化并传输数字化数据，但这种方法是DSP密集型且效率低。因此，期望开发一种具有成本效益和节能的前传。2014年10月30日由Xiang Liu等人递交的发明名称为“聚合非接触式无线前传(Aggregated Touchless Wireless Fronthaul)”(“Liu”)的第14/528,823号美国专利申请中描述了一种这样的前传，该专利申请的内容以引入的方式并入本文本中。图5至8示出了这样的前传。术语“非接触式”是指无需任何数字BB处理的无线RF信号的传输，并且保留了无线RF信道信号的信号带宽或波形属性。术语“聚合”是指通过RRU与BBU之间的光纤链路传输的多个无线RF信道或无线RF信道信号的聚合。
图5为根据本发明一实施例的一种聚合无线前传通信***500的示意图。***500适合于在C-RAN和小小区网络中使用。***500包括RRU 510，RRU 510通过前传链路530通信地耦合到BBU池520。RRU 510位于小区站点540处。例如，RRU 510安装在蜂窝塔541的底部，该蜂窝塔541支撑多个天线542。BBU池520通过回传链路560将RRU 510连接到核心网550。小区站点540、蜂窝塔541和核心网550基本上分别类似于小区站点140、蜂窝塔141以及核心网150。当在小小区网络中采用***500时，小区站点540可以包括比小区站点140小得多的地理区域。例如，小区站点540包括的区域的半径可以为约数百米(meter，m)而不是如小区站点140中的几十千米。天线542基本上类似于天线142，但是可以包括不同噪音系数和功率等级，取决于部署区域的小区大小和小区密度。前传链路530可以基本上类似于链路230。然而，前传链路530用于传输聚合数字RF信号，这些信号包括具有两个以上电平的数字化样本而不包括如在***200和400中的具有两个电平的CPRI已编码BB I/Q样本，如下文更充分地论述。回传链路560基本上类似于前传链路530，但是可以在BBU池520与核心网550之间传输以太网包等包。
RRU 510包括多个RRH接口(RRH interface，RRHI)511，RRHI 511通信地耦合到天线542。每个天线542对应于与特定无线通信协议关联的无线RF信道。无线RF信道的一些示例可以包括如3GPP规范中定义的LTE信道、LTE-A信道或其它演进型通用陆地无线接入(evolved universal terrestrial radio access，E-UTRA)信道。每个无线RF信道对应于UL信道或DL信道。无线RF信道可以跨越具有各种BW的各种RF频段。LTE BW配置的一些示例可以包括1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz。需要说明的是，在本发明中，在MIMO传输方案的情况下，每个输入信道或每个输出信道都称为RF信道。例如，为了支持8×8MIMO传输方案，RRU510用于处理8个RF输入信道和8个RF输出信道。RRHI 511和天线542通过链路543连接。链路543可以包括SSMF或MMF等光纤、RF电缆或自由空间微波连接，并且根据特定的RF接口协议等可以在光信号中携带RF信号。
RRU 510用于为位于小区站点540中并且在天线542的覆盖区域内的多个移动台(未示出)服务。每个天线542可以与一个或多个移动台通信。在UL方向上，RRU 510通过RRH511从每个天线542接收UL RF信号，并且可以将UL RF信号下变频到BB以最小化处理速率。RRU 510聚合BB信号以通过FDM方案产生聚合UL信号，FDM方案包括将RF信道映射到频谱中的连续非重叠频段的预定UL信道映射。例如，RRU 510实际上根据预定UL信道映射将下变频的UL RF信号的中心频率偏移到非重叠频段，并且复用频移信号以产生聚合UL信号。RRU510将聚合UL信号转换为UL光信号，并向BBU池520传输该UL光信号。
在DL方向上，RRU 510通过前传链路530从BBU池520接收DL光信号。DL光信号携带包括位于不同非重叠频段中的多个DL信号的聚合DL信号，其中，每个DL信号预定用于通过天线542传输。RRU 510将DL光信号转换为电信号，并根据预定DL信道映射通过信道解聚合来拆分DL信号。需要说明的是，预定UL和DL信道映射彼此独立，并且可以相同或不同。在信道解聚合之后，获得聚合信道的BB信号。RRU 510将拆分的DL信号从BB上变频到用于通过天线542传输的原始RF。
BBU池520包括多个BBU 521，BBU 521用于根据无线通信协议、使用中的信道聚合、信道解聚合、上变频和下变频来执行BB DSP功能和无线MAC处理功能。在UL方向上，当BBU521通过前传链路530从RRU 510接收携带聚合UL信号的UL光信号时，BBU 521将光信号转换为电信号。BBU 521根据预定UL信道映射通过信道解聚合从聚合UL信号提取UL信号。BBU521执行BB DSP功能和无线MAC处理功能，以再产生通过每个无线RF信道传输的数据包，并且通过回传链路560将数据包发送到核心网550。需要说明的是，接收的聚合UL信号可以是复合中频(intermediate-frequency，IF)信号。中频到基带(intermediate frequency-to-baseband，IF到BB)转换可以实施为信道解聚合的一部分，如下文更充分地论述。
在DL方向上，BBU 521通过回传链路560从核心网550接收DL包，其中，包可以对应于无线RF信道。BBU 521执行无线MAC处理功能和BB DSP功能以产生数字BB信号。BBU 521然后通过执行与RRU 510中相似的FDM来聚合数字BB信号以产生聚合DL信号，将聚合DL信号转换为光信号，并向RRU 510发送光信号。需要说明的是，聚合DL信号是复合IF信号，并且BB到IF转换可以实施为信道聚合的一部分，如下文更充分地论述。
尽管上述实施例描述了关于BBU 521的BBU处理，但是一些BBU处理可以分布在位于BBU池520处的多个BBU 521上，并且还可以包括跨多个RRU(类似于RRU 510)和/或多个天线(类似于天线542)的联合信号处理或协作多点(coordinated multipoint，CoMP)功能。
图6为一种聚合无线前传通信***600的另一实施例的示意图。***600类似于***500，并且还提供了***500的详细视图。***600包括RRU610，RRU 610通过类似于前传链路530的链路630通信地耦合到BBU 620。RRU 610和BBU 620分别是RRU 510和BBU 520的详细方框图视图。在***600中，RRU 610和BBU 620通过链路630传输和接收光信号中携带的聚合UL信号和聚合DL信号。聚合UL信号包括位于相邻非重叠第一频段中的多个UL信道信号，而聚合DL信号包括位于临近非重叠第二频段中的多个DL信道信号。例如，***600采用预定UL信道映射以将UL信道信号映射到第一频段，采用预定DL信道映射以将DL信道信号映射到第二频段。在***600中，RRU 610和BBU 620都在数字域中执行信道聚合和信道解聚合，其中，UL信道信号和DL信道信号被数字化，而未进行BB处理或信号转换，例如，CPRI信号编码或解码。因此，BB信号的波形属性和BW不变。RRU 610和BBU 620都可以在发射器处采用类似的光传输方案，例如强度调制(intensity modulation，IM)方案，以及在接收器处采用类似的光学检测方案，例如，直接检测(direct-detection，DD)方案。
RRU 610包括双工器阵列651、多个UC 611、多个DC 612、多个DAC613、多个ADC614、数字信道解聚合单元615、数字信道聚合单元616、高速ADC 654、高速DAC 653和光学前端655。双工器阵列651通信地耦合到多个天线642，天线642类似于天线542。双工器阵列651是用于将发送到天线642和从天线642接收的RF信号分离的RF设备或RF组件。UC 611、DC612、DAC 613和ADC 614分别类似于UC 411、DC 412、DAC 413和ADC 414。UC 611和411可以是用于对输入信号进行上变频的组件和设备，例如RF I/Q调制器。DC 612和412可以是用于对输入信号进行下变频的组件和设备，例如RF I/Q调制器。光前端655包括多个PA 617、PD618、激光器619和光循环器652。PA 617、PD 618、激光器619和光循环器652分别类似于PA417、PD 418、激光器419和光循环器452。
在RRU 610处的UL方向上，DC 612耦合到双工器阵列651，ADC 614耦合到DC 612。DC 612和ADC 614对在从天线642接收的UL信道信号操作，其中，DC 612将UL信道信号从RF频段下变频到BB以产生BB信号。ADC 614包括两个转换器，这两个转换器用于将BB信号的I和Q分量转换为数字BB信号。数字信道聚合单元616耦合到ADC 614并用于将数字BB信号聚合成聚合UL信号。例如，数字信道聚合单元616实际上根据预定UL信道映射将每个数字BB信号移位到第一频段，并合并频移的数字IF信号。高速DAC 653耦合到数字信道聚合单元616，并用于将聚合的UL信号转换为模拟电信号。需要说明的是，高速DAC 653以高采样率，例如，大约每秒千兆次采样(gigasamples per second，GSa/s)操作，取决于聚合信道的数量和信道的BW，如下文更充分地论述。PA 617中的第一个耦合到高速DAC 653，并用于将聚合UL信号放大到合适电压电平以供传输。激光器619耦合到第一PA 617并用于通过采用IM方案等方式将聚合信号调制到由激光器619产生的光信号上。光循环器652将激光器619和PD 618耦合到链路630。
在RRU 610处的DL方向上，PD 618通过采用DD方案等方式将接收到的光DL信号转换为模拟电信号。PA 617中的第二个耦合到PD 618并用于将电信号放大到合适电压电平以供接收器处理。高速ADC 654耦合到第二PA 617并用于将模拟电信号转换为数字信号。类似于高速DAC 653，高速ADC 654以约GSa/s的高采样率操作。数字信道解聚合单元615耦合到高速ADC 654，并用于根据预定DL信道映射执行信道解聚合，以产生对应于DL信道的多个DLBB信号。DAC 613耦合到信道解聚合单元615，并用于将每个DL信道信号的I和Q分量转换为模拟电信号。UC 611耦合到DAC 613并用于将模拟电信号从BB上变频到原始RF频段以通过天线642进行传输。
BBU 620包括光前端665、高速DAC 663、高速ADC 664、数字信道聚合单元626、数字信道解聚合单元625和BB DSP单元621。光前端665、高速DAC 663、高速ADC 664、数字信道聚合单元626和数字信道解聚合单元625分别类似于光前端655、高速DAC 653、高速ADC 654、数字信道聚合单元616和数字信道解聚合单元615。如***600中所示，BBU 620的UL路径(示为681)与RRU 610的DL路径(示为672)类似，而BBU620的DL路径(示为682)与RRU 610的DL路径(示为671)类似。然而，BBU 620还包括类似于BB DSP单元421的BB DSP单元621，BB DSP单元621耦合到数字信道聚合单元626和数字信道解聚合单元625。BB DSP单元621用于执行UL信道和DL信道的BB DSP功能。例如，在DL方向上，BB DSP单元621基于从核心网550等核心网接收到的DL包生成DL信道的BB信号，数字信道聚合单元626聚合DL BB信号。在UL方向上，数字信道解聚合单元625将UL信道信号拆分为多个UL BB信号，BB DSP单元621将UL BB信号转换为UL包以向核心网传输。需要说明的是，RRU610处的数字信道聚合单元616和数字信道解聚合单元615以及BBU 620处的数字信道聚合单元626和数字信道解聚合单元625适合于在DSP单元中实施，该DSP单元的性能可能比BB DSP单元621的低。
图7为一种采用频域实施方案的信道聚合单元700的一实施例的示意图。信道聚合单元700由RRU 510和610等RRU和/或BBU 520和620等BBU使用。信道聚合单元700类似于数字信道聚合单元616和626。当在RRU处采用信道聚合单元700时，信道聚合单元700可以由低性能和/或低成本的DSP单元实施。当在BBU处采用信道聚合单元700时，信道聚合单元700可以由实施BB DSP功能的相同BB DSP单元，例如，BB DSP单元621，来实施。
信道聚合单元700包括多个快速傅里叶变换(Fourier transform，FFT)单元710、信道映射器720、信号图像生成器730、反FFT(inverse FFT，IFFT)单元740和重叠保存(overlap-save，OS)单元750。FFT单元710用于将信号从时域变换到频域。每个FFT单元710对与特定无线RF信道(示为信道1、...、信道n)相对应的信号进行操作，特定无线RF信道可包括任何合适的信道配置。每个FFT单元710用于执行N点FFT，其中，N是对应于FFT大小的正整数。对于不同的FFT单元710，FFT大小可以是不同的，这取决于由FFT单元710处理的信号的BW，如下文更充分地论述。
信道映射器720耦合到FFT单元710并用于将由FFT单元710产生的频率信号映射到邻近的非重叠频段或FFT点，以产生表示为E(f)、跨越fDC与fMAX之间的正频段的聚合频率信号，其中，fDC对应于直流电频率0Hz的频率点数0，fMAX对应于频率点数需要说明的是，当通过采用类似于光前端665的光前端将由信道聚合单元700产生的信号转换为光信号时，fDC还对应于光载波频率。fMAX的频率取决于FFT的采样率，如下文更充分地论述。
信号图像生成器730耦合到信道映射器720并用于生成图像信号，该图像信号是信号E(f)的复共轭，表示为E*(f)。因此，图像信号E*(f)是在直流电下对称的信号E(f)的光谱镜像。例如，信号E*(f)跨越fDC与fMIN之间的负频段，其中，fMIN对应于频率点因此，E*(f)＝E(-f)。
IFFT单元740耦合到信道映射器720和信号图像生成器730，并用于执行M点IFFT，其中，值M是基本上大于值N的正整数并对应于IFFT单元740的IFFT大小。IFFT单元740以聚合采样速率(aggregated sampling rate，ASR)操作，其中，ASR和值M基于采样速率、FFT单元710处的输入信号的信道BW以及用于聚合的信号数目来确定，如下文更充分地论述。需要说明的是，采用信号图像生成器730，使得IFFT单元740根据FFT对称属性生成实值信号，其中，实值信号适合于光IM。
OS单元750耦合到IFFT单元740，并用于执行具有表示为L的重叠长度的OS。重叠长度L可按如下配置：
其中，n是FFT单元710的最小FFT大小。
OS单元750针对由IFFT单元740生成的每M个样本提取中心M到L个样本。因此，针对信道i的每个FFT/IFFT周期中的样本数目增加按如下计算：
其中，Ni表示由第i个FFT单元710针对信道i采用的FFT大小。通过在信道聚合和信道解聚合期间为每个信道i保持相同的信道BW来实现非接触式聚合。例如，基于采样率、信道数目和信道的BW来选择FFT单元710的FFT大小Ni和IFFT单元740的IFFT大小M，使得每个无线信道i对应于IFFT点的整数倍。需要说明的是，FFT单元710采用相对较小的FFT大小，但是提供了足够的***性能。
在无线前传***中，IFFT单元740的频谱分辨率按如下计算：
其中，df是频谱分辨率，SRmin是***中无线或移动信号的最小采样率(samplingrate，SR)，n是由FFT单元710用来处理最小SR信道信号的FFT大小。IFFT的ASR配置为无线前传***的总信道BW的约3倍，以提供足够的频谱分辨率，其中，考虑系数2用于在信号图像生成器730处的图像生成，考虑约为1.5的系数用于中间的过采样比。例如，为了支持无线前传***中的约八个5-CA 20MHz信道信号，单元740处的IFFT以如下所示计算的ASR来操作：
ASR＝3×8个信道×5CA×30.72MHz＝3.7GSa/s (4)
其中，20MHz信道以30.72MHz的SR进行采样。需要说明的是，优选地选择IFFT的ASR，使得每个无线信道信号的采样速率对应于频域中的FFT点的整数倍。在这种情况下，分配给聚合信号中的无线信道信号的频段的带宽对应于无线信道信号的各自的采样率。
IFFT大小如下所示计算：
通过将等式(3)和(4)代入等式(5)，并假设SRmin约为1.92MHz，n约为4，那么8192点IFFT足以支持无线前传***。需要说明的是，每个无线前传***的值M、L、n、df和ASR根据信道的数目和总信道BW等来配置。
例如，信道1可以是以约1.92MHz采样的1.4MHz-BW信道，并且可以在通过8192点IFFT复用其它信道之前，通过4点FFT首先转换到频域，从而产生约3.93216千兆赫(gigahertz，GHz)(＝1.92MHz×8192/4)的ASR。当选择L为M/2时，根据等式(2)，信道1在每个FFT/IFFT周期之后增加2个样本。为了在信道聚合单元700中保持固定的IFFT大小和固定的ASR，以约30.72MHz采样的具有20MHz BW信道的信道2在通过相同的8192点IFFT复用其它通道之前通过64点FFT转换到频域。因此，根据等式(2)，信道2在每个FFT/IFFT周期之后增加32个样本。在一些实施例中，可以分别采用离散傅立叶变换(discrete Fouriertransform，DFT)和/或离散傅立叶逆变换(inverse discrete Fourier transform，IDFT)来代替FFT和/或IFFT。
图8为一种采用频域实施方案的信道解聚合单元800的一实施例的示意图。信道解聚合单元800由RRU 510和610等RRU和/或BBU 520和620等BBU使用。信道解聚合单元800类似于数字信道解聚合单元615和625。信道解聚合单元800在频域中执行数字信道解聚合。当在RRU处采用信道聚合单元700时，信道聚合单元700可以由较低性能和/或低成本的DSP单元来实施。当在BBU处采用信道聚合单元700时，信道聚合单元700可以由实施BB DSP功能的相同BB DSP单元，例如，BB DSP单元621，来实施。
信道解聚合单元800包括FFT单元810、信道解映射器820、多个IFFT单元840和多个OS单元850，OS单元850类似于OS单元750。FFT单元810类似于FFT单元710，并可用于执行M点FFT以将聚合信号从时域转换到频域，从而产生频率信号，其中，聚合信号是实值信号。FFT单元810以ASR操作，ASR可类似于信道聚合单元700中的IFFT单元740处的ASR。信道解映射器820耦合到FFT单元810并用于在fDC与fMAX之间的正频段处将频率信号解复用为多个频率信号，根据预定信道映射图，每个频率信号对应于特定的无线信道(示为信道1、...、信道n)。可以丢弃位于fDC与fMIN之间的负频段处的频率信号的部分。
每个IFFT单元840类似于IFFT单元740，并用于执行N点IFFT。对于不同的信道，IFFT大小N可以根据FFT单元810处的ASR、信道的采样率和信道BW以及信道数目而变化。
在***500和600等无线前传***中，用于信道聚合和信道解聚合的关键参数，例如，M、Ni、ASR、L、n和信道映射，可以是软件定义的。这些关键参数基于正在使用的无线通信协议和***中支持的信道数目来配置。此外，用于特定传输方向的信道聚合单元和信道解聚合单元采用相同的值M、相同的值Ni、相同的ASR，相同的值L和相同的信道映射图。例如，在UL方向上，在RRU处的信道聚合单元，例如，在RRU 510和610处的信道聚合单元700，以及在BBU处的信道解聚合单元，例如，在BBU 520和620处的信道解聚合单元800，具有相同的关键参数值。类似地，在DL方向上，BBU处的信道聚合单元700和RRU处的信道解聚合单元800具有相同的关键参数值。
当使用基于DML或电吸收调制器(electro-absorption modulator，EAM)的低成本光发射器时，光纤色散和信号啁啾之间的相互作用会产生色散引起的损失。该损失在聚合信号带宽较高时增加。因此，期望在高效移动前传(efficient mobile fronthaul，EMF)中使用低成本DML和TEAM时减轻传输损伤。
本文中所公开的是在EMF中使用低成本DML和TEAM的实施例。具体地，所公开的实施例在信道聚合和解聚合过程中提供信道映射，以减轻色散引起的损失和其它伤害，例如，削波引起的串扰，这可能是由于信号幅度的严重削波，特别是当严重削波不对称时。在一项实施例中，仅奇数信道时隙填充有移动信号。在其它实施例中，为了放宽对ADC和DAC的采样要求，使用了各种欠采样技术。
图9为一种用于聚合无线前传通信***900的设置的一实施例的示意图。***900类似于***500、600。***900包括聚合DSP单元911、DAC 912、第一PA 913、DML 914、长度约为20km的SSMF 2130，可调光衰减器(variable optical attenuator，VOA)940、雪崩二极管(avalanche photodiode，APD)954、第二PA 953、ADC 952和解聚合DSP单元951。DAC 912类似于高速DAC 653、663。ADC 952类似于高速ADC 654、664。第一PA 913和第二PA 953类似于PA 617、717。DML 914类似于激光器619。APD 954类似于PD 418和618。聚合DSP单元911和解聚合DSP单元951类似于BB DSP单元621。
例如，信道聚合DSP单元911生成六个LTE-A BB信号，每个信号具有五个聚合的20MHz载波。每个LTE-A信号的信号BW为100MHz，并且信号的采样率为150GHz或30.72MHz的倍数。该信号基于具有64正交幅度调制(64quadrature amplitude modulation，64-QAM)的正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)以进行子载波调制。聚合DSP单元911通过采用如针对信道聚合单元616、626、700所描述的类似机制将BB信号聚合成聚合信号。例如，信道将BB信号映射到约50MHz至约2,000MHz之间的多个临近非重叠频段。DAC 912耦合到聚合DSP单元911，并将聚合信号转换为模拟电信号。第一PA 913耦合到DAC 912，并将模拟电信号放大到合适电压电平以进行光调制。DML 914耦合到第一PA913，并且通过方向调制方案将模拟电信号调制到光信号上。
光信号通过SSMF 2130传输。VOA 940耦合到SSMF 2130。VOA 940是一种光学设备，其将光信号减弱在可变衰减内。SSMF 2130和VOA 940一起模仿光链路，例如，RRU与BBU之间的链路530、630。
APD 954耦合到VOA 940，并将携带聚合信号的光信号转换为模拟电信号。第二PA953将模拟电信号放大到适合于光接收器处理的电压电平。ADC 952耦合到第二PA 953，并将模拟电信号转换为数字信号。解聚合DSP单元951耦合到ADC 952，并执行类似于信道解聚合单元625、615、800中的信道解聚合操作的信道解聚合，以从接收到的聚合信号中提取六个BB信号。
一种类型的信道映射包括无缝信道映射。在无缝信道映射中，信号之间的频率间隔等于采样率，采样率在本实施例中为150MHz。聚合之后的信号的中心频率为n×150MHz，其中，n＝1、2、3、4、5和6。
图10A为图示使用无缝信道映射和0km光纤长度时根据图9的***900测量的聚合信号的功率谱的图1015。0km光纤长度意味着在光纤输入处测量功率谱。图10B为图示使用无缝信道映射和40km SSMF长度时根据图9的***900测量的聚合信号的功率谱的图1025。对于图1015和图1025两者，x轴表示以GHz为单位的频率，y轴表示以dB为单位的功率。与图1015相比，图1025所示为由色散和激光啁啾之间的相互作用引起的强子载波到子载波混合干扰。
图10C为图10B的图1025中的最高频率信道的星座图1035。x轴和y轴都表示恒定单位。星座图1035所示为严重的信号星座失真，矢量幅度误差(error vector magnitude，EVM)约为4.2％。
图11为根据本发明一实施例的一种仅奇数信道映射方案1100的图示。在方案1100中，信道聚合器1187通过以类似于数字信道聚合单元616等方式采用FDM方案将多个信号1191、1193、1195、1197聚合成聚合信号1199。信号1191至1197中的每一个都具有约为1.5的过采样比(oversampling ratio，OSR)。聚合信号1199可以类似于通过链路530、630传输的聚合UL和聚合DL信号。信号1191至1197中的每一个都可以具有用于MIMO的相同带宽。相反地，信道解聚合器1189通过以类似于数字信道解聚合器615等方式采用频率解复用和移位机制将聚合信号1199拆分为信号1191至1197。信号1191至1197可以是类似于通过天线642接收和传输的RF信号。
尽管八个信道1171、1172、1173、1174、1175、1176、1177、1178中的每一个都可用，但是方案1100仅使用信号1191至1197来填充奇数信道1171、1173、1175、1177。偶数信道1172、1174、1176、1178仍未使用。仅填充奇信道1171、1173、1175、1177，因为DML啁啾引起的色散损失主要导致了原始OFDM子载波的二阶混频产物。那些混频产物处于与原始OFDM子载波不同的频率，因此不会造成干扰损失，反而会提高恢复的OFDM-64QAM星座的质量。
图12A至12C为方案1100的测量性能的示例。聚合之后的信号的中心频率为n×150MHz，其中，n＝1、3、5、7、9和11。频率150MHz是示例性的，并且还可以是另一合适频率。
图12A为图示使用仅奇数信道映射和0km光纤长度时根据图9的***900测量的聚合信号的功率谱的图1210。图12B为图示使用仅奇数信道映射和40km SSMF长度时根据图9的***900测量的聚合信号的功率谱的图1220。对于图1210和图1220，x轴表示以GHz为单位的频率，y轴表示以dB为单位的功率。与图1015、1025相比，图1210和图1220都显示了较小的干扰损失。
图12C为图12B的图1220中的最高频率信道的星座图1230。x轴和y轴都表示恒定单位。星座图1230所示为大约为2％的EVM。与星座图1030相比，2％的EVM指示较少的信号星座失真。
图13为根据本发明一实施例的另一种仅奇数信道映射方案1300的图示。在方案1300中，信道聚合器1320通过以类似于数字信道聚合单元616等方式采用FDM方案将多个信号1301、1303、1305、1307聚合成聚合信号1309。信号1301至1307中的每一个都具有约为1.5的OSR。聚合信号1309可以类似于通过链路530、630上传输的聚合UL和聚合DL信号。与方案1100不同的是，信号1301至1307具有不同的带宽。具体地，信号1301、1303、1305的带宽比信号1307的小。相反地，信道解聚合器1330通过以类似于数字信道解聚合器615等方式采用频率解复用和移位机制将聚合信号1309拆分为信号1301至1307。信号1301至1307可以是类似于通过天线642接收和传输的RF信号。
尽管六个信道1340、1341、1342、1343、1344、1345中的每一个都可用，但是方案1300仅使用信号1301至1307来填充奇数信道1341、1343、1345。偶数信道1340、1342、1344仍未使用。此外，选择信道1340至1345中的每一个的带宽，使得其等同于最宽信号的采样率(sampling rate，SR)，在这种情况下最宽信号为信号1307。因此，信道1341、1343、1345中的一些信道比信号1301至1307宽，并且可以容纳多个信号1301至1307。因此，信道1341使用信号1301和信号1303二者进行填充。
图14为根据本发明一实施例的结合仅奇数信道映射所使用的欠采样方案1400的图示。欠采样可以用于降低ADC，例如，RRU 610中的ADC 654和BBU 620中的ADC 664，的采样速度要求。子载波频谱1402包括四个子载波：1F、2F、3F和4F，这四个子载波以频率F的倍数为中心。子载波可以以速率9F进行上采样，以在以1F、2F、3F和4F为中心的频率在第一尼奎斯特频段中生成子载波频谱1404，以及以频率5F、6F、7F和8F为中心的第二尼奎斯特频段中的频谱反转的子载波频谱1406。偶数多子载波可以由具有周期性振幅响应的类似SAW滤波器等滤波器去除，以提供仅奇数子载波频谱1408，子载波频谱1408包括以频率1F、3F、5F和7F为中心的子载波。如果频谱1408以小于频谱1408的尼奎斯特频率的9F采样率进行下采样，那么如下面进一步所述，所得到的频谱1410包括以频率1F、2F为中心的频段(7F频段的混叠，由虚线箭头表示)、3F和4F(5F频段的混叠)，它们是以1F、2F、3F和4F的原始信号。
图15是图14中的第一尼奎斯特频段中的子载波频谱1404的功率谱的图1510以及第二尼奎斯特频段中的频谱反转子载波频谱1406的功率谱的图1520。对于图1510和图1520，x轴表示以GHz为单位的频率，y轴表示以常数为单位的相对功率。在图1510中，第一尼奎斯特区域跨越的频率范围为约0.1GHz到1.1GHz。在图1520中，第二尼奎斯特区域跨越的频率范围为约1.4GHz到2.4GHz。图1510和图1520都示出，不管欠采样方案1400，期望的尼奎斯特区域功率可以同时保持在第一和第二尼奎斯特区域中。
基于尼奎斯特—香农采样定理，如果函数x(t)不包含高于每秒B个周期(cycleper second，cps)的频率，则其通过在以1/(2B)秒间隔的一系列点处给出其坐标来确定。对于具有以F为带宽的以F、3F、5F和7F为中心的四个频段的情况，最高频率为7.5F，因此尼奎斯特—香农采样定理要求采样率为15F，从而避免符号间干扰(inter-symbolinterference，ISI)。然而，上述示例使用9F的采样率，该采样率按如下转换原始频段：
F→F
3F→3F
5F→混叠：9F–5F＝4F
7F→混叠：9F–7F＝2F
如图所示，四个频段被光谱压缩约两倍，从而使采样效率几乎加倍。以2F和4F为中心的混叠分别是7F和5F的频谱反转副本。如果奇数子载波由图14所示的第一尼奎斯特频段中的过采样DAC产生，则它们随后需要被频谱反转以恢复原始信号。使用方案1100或1300等仅奇数信道映射方案时，ADC SR遵循以下规则：
SR＝Δf·(Nmax+2) (6)
其中，Δf是上述示例中的信道间隔(或信道时隙宽度)或F，Nmax是最高频率奇数信道的信道索引。
图16为图示根据本发明一实施例的一种聚合信道的方法1600的流程图。方法1600可以由RRU 510、610等RRU和BBU 521、620等BBU来实施。在步骤1610处，聚合多个第一无线信道信号以通过数字FDM产生第一聚合信号。第一无线信道信号位于非重叠第一频段中的第一聚合信号中。每个非重叠第一频锻具有第一带宽和中心频率。每个相应的中心频率是最低中心频率的奇数倍。可以通过采用如结合图18所描述的类似的基于FFT和IFFT的机制在数字域中执行信道聚合。或者，可以通过采用如Liu中所描述的类似机制在模拟域中执行信道聚合。在步骤1620处，将第一聚合信号转换为第一调制信号。在步骤1630处，将第一调制信号传输到无线前传链路。例如，当无线前传链路为链路530、630等无线前传光链路时，则第一调制信号为通过将聚合信号调制到光载波上而生成的光信号。或者，无线前传链路可以为电缆链路或自由空间微波链路，因此可以在步骤1620和1630处执行不同类型的信号转换、调制和传输。
图17为图示根据本发明另一实施例的一种聚合信道的方法1700的流程图。方法1700可以由RRU 510、610等RRU和BBU 521、620等BBU来实施。在步骤1710处，对与多个无线信道关联的多个信号执行多个FFT以产生多个频率信号。例如，在RRU处，信号是从天线542、642等天线接收的UL RF信号，并且可用于下变频到IF频段以简化实现。在BBU处，信号是预期用于无线信道的DL BB信号。需要说明的是，不同FFT的大小可以根据如上所述的无线信道的BW而变化。
在步骤1720处，将频率信号映射到预定频段以产生信道映射的信号。信道映射的信号包括具有各自中心频率的非重叠频带，这些中心频率是具有1的奇数倍的最低中心频率的奇数倍。在步骤1730处，通过执行复共轭为信道映射的信号生成图像信号。例如，图像信号是在直流电流下折合的通道映射的信号的光谱镜像。在步骤1740处，将图像信号添加到合并的频率信号中以产生共轭对称信号。
在步骤1750处，对共轭对称信号执行IFFT以产生时间信号。例如，IFFT大小大于每个FFT大小，并且以高ASR操作，其中，选择IFFT大小、FFT大小和ASR，使得每个无线信道信号的采样率对应于IFFT点的整数倍。在步骤1760处，对时间信号执行OS以产生聚合信号。无线信道信号携带在中心频率为聚合信号中最低中心频率的奇数倍的非重叠频段中。可以通过在时间信号的约中心处而不是在时间信号的开始处提取样本来执行OS。例如，当IFFT大小为M并且OS的重叠长度为L时，要提取的样本的数目可以为约M－L。在步骤1730和1740处的共轭对称信号的生成允许时间信号为实值信号，使得IM方案等光调制方案可以用于光传输。步骤1730和1740对于其它光调制方案可以是可选的。
图18为无线前传收发器单元1800的一实施例的示意图。无线前传收发器单元1800可以是传输或接收光信号或RF信号的任何设备。例如，收发器单元1800可以位于无线前传通信***500、600等无线前传通信***中的RRU 510、610或BBU 520、620等光通信设备中。收发器单元1800还可以实施或支持任何所描述的方案。所属领域技术人员将认识到术语“收发器单元”包含大范围的设备，收发器单元1800仅仅是示例。为了论述清楚，包括收发器单元1800，但绝非意味着将本发明的应用限制在特定收发器单元实施例或某类收发器单元实施例。本发明中描述的特征和方法中的至少一些可以在收发器单元1800等网络装置或组件中实施。例如，本发明中的特征和方法可以使用硬件、固件和/或安装在硬件上运行的软件来实施。如图18所示，收发器单元1800可以包括多个前端1810。前端1810可以包括光前端和/或RF前端。例如，光前端可以类似于光前端655和665，并且可以包括E/O组件和/或O/E组件，E/O组件和/或O/E组件分别可以将电信号转换为光信号以在无线前传光网络中传输和/或从无线前传网络接收光信号，以及将光信号转换为电信号。RF前端可以包括RF组件、RF设备和/或RF接口，例如RRHI 511，RRHI 511可以接收和传输无线RF信号。处理单元1830可通过多个DAC 1840和ADC 1850耦合到前端1810。例如，DAC 1840可以类似于DAC 413和613和/或高速DAC 653和/或663。ADC1850可以类似于ADC 414和614和/或高速ADC 654和/或664。DAC 1840可将由处理单元1830生成的数字电信号转换为模拟电信号，模拟电信号可被馈送到前端1810中。ADC 1850可将从前端1810接收的模拟电信号转换为可由处理单元1830处理的数字电信号。在一些实施例中，ADC 1850和DAC 1840可与处理单元1830集成。处理单元1830可以包括一个或多个处理器，处理器可以包括通用处理器、单核处理器、多核处理器、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)和/或DSP。处理单元1830可以包括信道聚合模块1833和信道解聚合模块1834，它们可以实施所描述的方案。在一替代性实施例中，信道聚集模块1833和信道解聚合模块1834可以实施为存储在存储器模块1832中可以由处理单元1830执行的指令。存储器模块1832可以包括用于临时存储内容的缓存，例如，随机存取存储器(random-access memory，RAM)。另外，存储器设备1832可以包括相对长时间存储内容的长期存储器，例如，只读存储器(read-only memory，ROM)。例如，缓存和长期存储器可以包括动态随机存取存储器(dynamic RAM，DRAM)、固态驱动器(solid-state drive，SSD)、硬盘，或它们的组合。
应理解，通过将可执行指令编程和/或加载到收发器单元1800上，处理单元1830和/或存储器模块1832中的至少一个被改变，从而将收发器单元1800的一部分转换成特定机器或装置，例如，本发明宣扬的拥有新颖功能的多核转发架构。加载可执行软件至计算机所实现的功能可以通过现有技术中公知的设计规则转换成硬件实施，这在电力工程和软件工程领域是很基础的。决定使用软件还是硬件来实施一个概念通常取决于设计稳定性、待生产的单元数量和/或主频要求的考虑而不是从软件领域转换至硬件领域中所涉及的任何问题。通常，仍然通常改变的设计优先在软件中实施，因为重新编写硬件实施方式比重新编写软件设计更为昂贵。通常，稳定及大规模生产的设计更适于在ASIC这样的硬件中实施，因为运行硬件实施的大规模生产比软件实施更为便宜。设计通常可以以软件形式进行开发和测试，之后通过众所周知设计规则转变成ASIC中等同的硬件实施，该ASIC硬线软件指令。由新的ASIC控制的机器是一种特定的机器或装置，同样地，编程和/或加载有可执行指令的电脑可视为特定的机器或装置。
应理解，本发明的任何处理可通过致使计算机***中的处理器(例如，计算机***内部的通用中央处理器(central processing unit，CPU))执行计算机程序来实现。在此情况下，可以向计算机或使用任何类型的非瞬时性计算机可读媒体的移动设备提供计算机程序产品。计算机程序产品可以存储于计算机或网络设备中的非瞬时性计算机可读媒体中。非瞬时性计算机可读媒体包含任何类型的有形存储媒体。非瞬时计算机可读介质的示例包括磁存储介质(例如，软盘、磁带、硬盘驱动器等)、光磁存储介质(例如，磁光盘)、只读光盘(compact disc read only memory，CD-ROM)、可录光盘(compact disc recordable，CD-R)、可写光盘(compact disc rewritable，CD-R/W)、数字多功能光盘(digital versatiledisc，DVD)、蓝光(注册商标)光盘(Blu-ray disc，BD)和半导体存储器备(例如，掩膜ROM、可编程ROM(programmable ROM，PROM)、可擦除PROM、闪存ROM和RAM)。还可以向计算机或使用任何类型的瞬时性计算机可读媒体的网络设备提供计算机程序产品。瞬时性计算机可读媒体的实例包含电信号、光信号和电磁波。瞬时性计算机可读媒体可以经由有线通信线(例如，电线和光纤)或无线通信线向计算机提供程序。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的***和方法可以以许多其他特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一***中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、***、子***和方法可以与其它***、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦合或通信。其他变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情况下确定。

Claims (20)

1.一种由无线前传单元实施的方法，其特征在于，包括：
聚合多个第一无线信道信号以通过数字频域映射(frequency-domain mapping，FDM)产生第一聚合信号，其中，所述第一无线信道信号位于非重叠第一频段中的所述第一聚合信号中，每个非重叠第一频段具有第一带宽和中心频率，每个相应的中心频率为最低中心频率的奇数倍；
将所述第一聚合信号转换为第一调制信号；
向无线前传链路传输所述第一调制信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一带宽是具有最大带宽的无线信号的采样率(sampling rate，SR)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述SR为30.72兆赫(megahertz，MHz)的倍数。
4.根据权利要求1至3任意所述的方法，其特征在于，还包括欠采样所述第一聚合信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括数模转换器(digital-to-analogconverter，DAC)以所述第一带宽的(Nmax+2)倍的采样率对所述第一聚合信号进行采样，其中，Nmax为最高中心频率奇信道的信道索引。
6.根据权利要求1至5任意所述的方法，其特征在于，最低第一频段的中心频率的所述奇数倍的值为1。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括解聚合单元接收所述欠采样的第一聚合信号，其中，所述无线前传单元包括解聚合单元。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括所述解聚合单元将所述欠采样的第一聚合信号拆分为多个基带信号。
9.根据权利要求1至8任意所述的方法，其特征在于，还包括通过以下步骤生成所述第一频段：
对一组第二频段进行上采样；
对所述一组第二频段进行滤波以去除具有中心频率为所述最低中心频率的偶整数倍的每个所述第二频段。
10.根据权利要求1至9任意所述的方法，其特征在于，所述无线前传单元为基带单元(baseband unit，BBU)，其中，所述第一无线信道信号包括无线下行(downlink，DL)信道信号，所述方法还包括在基带(baseband，BB)中生成所述第一无线信道信号。
11.根据权利要求1至10任意所述的方法，其特征在于，所述第一调制信号包括光信号、电缆信号或自由空间微波信号中的一个。
12.根据权利要求1至11任意所述的方法，其特征在于，还包括使用直接调制激光器(directly-modulated laser，DML)生成所述第一调制信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一调制信号引起所述DML中的信号幅度的削波。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述削波是非对称的。
15.一种无线前传单元，其特征在于，包括：
光前端，用于接收无线上行信号；
信道聚合单元，耦合到所述光前端并用于通过数字频域映射(frequency-domainmapping，FDM)聚合所述无线信号以产生聚合信号，
其中，所述无线信号位于频段中的所述聚合信号中，
每个频段具有第一带宽和中心频率，
每个中心频率是最低中心频率的奇数倍。
16.根据权利要求15所述的无线前传单元，其特征在于，所述第一带宽是具有最大带宽的所述无线信号的采样率(sampling rate，SR)。
17.根据权利要求15至16任意所述的无线前传单元，其特征在于，所述信道聚合单元还用于对所述聚合信号进行欠采样。
18.根据权利要求17所述的无线前传单元，其特征在于，还包括数模转换器(digital-to-analog converter，DAC)，用于以所述第一带宽的(Nmax+2)倍的速率对所述聚合信号进行采样，其中，Nmax是最高频率奇信道的信道索引。
19.根据权利要求15至18任意所述的无线前传单元，其特征在于，所述无线前传单元还包括解聚合单元。
20.一种无线前传单元，其特征在于，包括：
接收器，用于接收包括多个聚合无线信号的聚合信号，其中，所述无线信号位于频段中的所述聚合信号中，每个频段具有第一带宽和中心频率，每个中心频率是最低中心频率的奇数倍；
解聚合单元，耦合到所述接收器并用于：
确定信道映射图；
基于所述信道映射图拆分所述聚合信道以产生所述无线信号。
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