CN103229563A - 自主的基于接近度的待机模式切换远程天线单元 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于高速移动运输通道的宽带无线移动通信系统和用于操作这种系统的方法，该系统包括基站和沿该通道分布的远程天线单元，并且相应的基站的扇区通过光纤无线电与基站通信。所构造的自主感测远程天线单元被用作远程天线单元中的一个或多个，自主感测远程天线单元响应于本地感测到的沿所述通道的移动收发机和车辆中的一个或二者的存在而在待机与活动模式之间切换。

Description

自主的基于接近度的待机模式切换远程天线单元

本申请根据35U.S.C.§119要求2010年11月30日提交的美国临时申请No.61/418,370的优先权，且基于其内容并通过引用将其内容整体结合于此。

背景技术

宽带无线接入(BWA)是近来蓬勃发展的领域。随着用户变得更加移动，提供该BWA的新领域之一是在诸如铁路、高速公路和类似的通道上的移动平台上。可部署移动分布式天线系统（MDAS）以在这些通道上提供用于BWA的此类连续无线覆盖。将MDAS远程天线单元（RAU）放置在信号强度弱的地方以改善覆盖范围。这些RAU经由光纤连接回基站所处位置处的中央头端办公室。这些RAU基本上在下行链路方向上复制由基站产生的信号，并且在上行链路方向上复制由移动站产生的信号。这些经复制的信号在适当的上行链路和下行链路方向上在光纤上传输。由此，MDAS概念是基于光纤的一对多（以及多对一）中继器系统。

然而，该MDAS概念会引起严重的多径效应，该多径效应将会损害数据完整性。这在接收机在不同时刻接收由不同RAU发送的相同信号的多个副本时会发生；这样的延迟来自不同的光纤和无线距离。所导致的先前数据的回波将在接收机处产生对当前数据报的干扰，并且当前数据的回波将与后续的数据报干扰。数据的丢失和/或确认信号的丢失会导致整体数据速率降低。

MDAS系统具有高无线传输功率要求，因为其覆盖面积通常很大。高功耗与这样的高功率无线传输系统相关联。对于针对移动BWA而密集部署的DAS，需要许多RAU来确保足够高的信噪比以支持第四代BWA中规定的高数据率。因此，对于许多RAU，功耗巨大。因此，存在降低整体DAS系统功耗以降低运营成本的需求。

随着DAS系统内的RAU数量增加，数量不断增加的有源上行链路RAU电路导致头端处的接收机处的噪声。这增加了该系统的本底噪声，由此降低了整体性能，并且接收机灵敏度受损。因此，该系统的整体本底噪声随着有源RAU数量增加而增大。在较大的DAS系统中，整体本底噪声的增大会降低接收机的灵敏度，并减小RAU的覆盖范围。

发明内容

考虑到如上所述的常规RAU设计中遇到的问题，本文档公开了提供呈现优于传统RAU的更高性能的RoF RAU的装置和方法。传统RAU总是处于活动模式，并且总是在传送源自基站的下行链路信号，而不论移动收发机是否在附近。类似地，RAU总是将噪声发送回基站，即使附近没有移动收发机。根据本公开的RAU自己知晓在RAU附近存在移动收发机的，并且利用该知晓将它们自己置于活动或待机模式。当RAU感测到处于附近的沿着通道路线的车辆上的移动收发机时，它将自身切换至活动模式。这进而激活下行链路功率放大器和上行链路激光器，从而完成去往头端基站和来自头端基站的通信路径。RAU在车辆保持位于服务区的时段内保持活动。当移动收发机离开附近区域时，RAU感测到该事件并使下行链路功率放大器和上行链路激光器返回待机模式，并且等待下一个移动收发机进入该覆盖区域。本公开还包括用于感测具有移动收发机的车辆的存在的移动收发机感测系统。该系统感测移动收发机的存在，并使用该传感器输出电平来确定何时将RAU置于活动模式和/或待机模式。该接近感测方法可包括但不限于射频信号强度、RFID、雷达、LiDAR、振动、声学、光学检测、机器视觉、多普勒检测、无线信标以及RSSI。此外，感测实现也可以是若干接近感测方法的组合。

在传统光纤无线电（RoF）RAU中，未规定感测靠近或离开的移动收发机的存在。因此，这些RAU不能通过移动站的接近而触发在活动与待机模式之间的切换。本公开给出了能够将RAU置于待机模式的新系统和方法。

传统的RAU总是处于活动模式，不论它们是否正在有价值地传送信号。这会产生若干问题。其中之一是多径衰减。由于信号可穿过光纤和空中接口到达目的地所通过的多个路径，多个回波可相长地干涉和加强或相消地干涉或衰减在接收点处所预期的信号。此外，由于不同的光纤长度和空气距离所引起的时间延迟的多个回波导致同一数据分组的多个副本在不同时间到达，并且与后续数据分组相干扰。该码间干扰（ISI）可导致当前分组和后续分组不可破译，因此该分组丢失并且将要请求重新发送。因此，这导致整体吞吐量损失。根据本公开，RAU在默认情况下被置于待机模式。利用接近传感器，它感测靠近的车辆的存在并将自身切换至活动模式。在车辆离开RAU的覆盖区域之后，RAU感测该情况并使自身返回待机模式。本实现方式的优势允许不在车辆近邻和紧邻附近的其它RAU停止发送，从而减少多径干扰的情况。这有益于上行链路和下行链路数据分组。

本公开的第二优势是显著的功率节省。对于13-RAU实现，传统的RAU所消耗的功耗将是1RAU的功耗的13倍。在本实例中，所公开的装置和方法仅将最接近车辆的单独RAU以及两个毗邻的RAU置于活动模式，从而使整体功耗相比于传统RAU降低了多达76.9%。该功率节省随着所采用的RAU数量更多而扩大。对于24-RAU部署，典型的功率降低将是87.5%。

第三优势是反馈回基站的上行链路信号将具有相比于传统方法的改善的信噪比。在传统RAU中，基站由该区域中的所有活动RAU馈送。如果这样的RAU中的激光器是活动的但不在发送数据，则从由头端单元（HEU）整体接收的多个RAU组合而来的信号具有增强的本底噪声，并且接收机的灵敏度降低。本公开的装置和方法通过将不在发送数据的RAU切换至待机模式，改善了这一问题。这确保仅车辆附近的单个RAU和两个毗邻的RAU是活动的，从而噪声影响来自3个或更少RAU，而不是传统情况下来自所有RAU。

简言之，本公开的装置、系统和方法能够在存在正在靠近的移动发射机时自主地感测和激活RAU。该能力引起在上行链路方向呈现给基站的累积噪声的减少、整体功率节省、码间干扰的减少，从而导致数据率的整体提高和操作成本降低。

附图说明

图1是在操作中的传统DAS RAU的图形表示；

图2是本公开的系统和方法的实施例的图形表示；

图3a-3c是在两台车辆下操作的本公开的系统和方法的实施例的图形表示；

图4是根据本公开的实施例的在超出范围状况下的RAU的框图；

图5是根据本公开的实施例的在范围内状况下的RAU的框图；

图6是根据本公开的实施例的利用RSSI（接收信号强度指示）接近检测器的RAU的框图；

图7是根据本公开的实施例的利用RSSI（接收信号强度指示）接近检测器的RAU在超出范围状况下的框图；

图8是根据本公开的实施例的利用RSSI（接收信号强度指示）接近检测器的RAU在范围内状况下的框图；

图9是根据本公开的实施例的利用多个接近传感器的RAU的框图；

图10是根据本公开的另一实施例的利用多个接近传感器的RAU的框图；

图11是根据与本公开图10的实施例相似的实施例的RAU在超出范围状况下的框图。

具体实施方式

本文中公开的RAU用于在下行链路和上行链路路径中重新传送WiMAX信号，并且具有将其切换到待机模式的机制。在光纤无线电（RoF）分布式天线系统（DAS）中，所有RAU 20连接至与基站100相关联的头端单元10，如图1所示。在下行链路方向中，HEU 10将无线电信号的光学表示发送给RAU 20。在上行链路方向中，此过程颠倒。传统的RAU 20总是处于活动模式，如阴影三角形所表示，象征性地表示相应RAU 20的覆盖区域。当车辆30沿交通路线行进时，车辆的移动无线电收发机接收由所有RAU 20发送的信号。这导致源自不同RAU 20的相同信号的副本在不同时刻到达接收机，因为光纤长度和空中接口具有不同长度。这会造成多径干扰超过给定无线标准协议的多径容限的问题。在具有长光纤长度的DAS中，每个数据分组副本可在不同距离的路径上行进，在不同时间到达接收机。所行进的最短和最长路径之差可能足够大，导致针对给定数据时隙的分组会在不是针对该分组的时隙处到达接收机。因此，一个时隙的最后数据分组可能与下一传送时隙的第一数据分组同时到达接收机。在最糟糕的情况下，整个数据链路会一起停止传输任何有用的数据，因为晚到的分组重复地在错误时隙处到达。当基站在并非预期数据分组到达的时隙中接收到该数据分组的回波时，相似的问题会在上行链路数据传送时发生。

图2示出利用本公开中描述的RAU实施例的DAS系统。在正常状态下，每个RAU 20处于默认的待机模式下（通过浅阴影三角形表示，象征那些覆盖区域中的传送）。每个RAU 20独立地感测正在靠近其附近的车辆30上的移动发射和接收装置的存在。位于车辆30附近的RAU 20将处于活动模式。不要求来自HEU 10的控制信号以用于RAU 20的切换活动，因为每个RAU 20将自主地监测和激活自身。当周围没有带内移动无线电装置时，各个RAU 20保持于待机模式，并且下行链路（DL）和上行链路（UL）电路的特定部分被停用。每个RAU 20利用多个接近传感器中的一个独立地监测其各自的服务区域。例如，这些接近传感器可产生输出信号，该输出信号的强度与正在靠近的车辆30的正在减小的距离成比例。相应地，当该接近信号超过预定阈值时，RAU 20被置于活动模式。该阈值水平对应于当车辆30在（或将要进入）RAU 20的覆盖区域内时的接近传感器信号水平。当车辆30离开该覆盖区域时，接近信号下降到该预定阈值以下，并且RAU 20返回至待机模式。因此，接近信号充当将RAU 20置于待机或活动模式的触发信号。当具有移动发送装置的车辆30沿交通路线行进时，每当车辆30在RAU 20中的每一个的覆盖区域内时，相应的RAU 20将自身切换至活动模式。一旦处于活动模式，之前停用的DL和UL电路将离开待机状态并恢复正常操作；经由光纤无线电链路（RoF链路）12发送信号并从移动发送装置接收信号。一旦该车辆离开该RAU的相应区域，该RAU就通过接近传感器经由预定阈值水平感测该事件，并返回至待机模式。RAU的阈值水平被配置成使得对于每台车辆，每次不超过3个RAU被置于活动模式。在存在两台车辆的另一情形下，图3a-3c示出当存在沿通过路线行进的两台车辆时被激活的RAU。

图4示出处于待机模式的RAU 20的实施例的一般框图，RAU 20装备有一个接近传感器40、双向放大器级50、激光器52、光检测器60、微控制器（MCU）70。在该模式下，接近传感器40尚不能感测车辆30的存在，或至少，在接近传感器40内产生或由接近传感器40产生（并提供给MCU70）的信号尚未达到为了检测车辆30而设定的阈值。因此，在该模式下，接近传感器40将表示RAU 20的服务区域中无车辆的信号中继至MCU 70。MCU读取该信号并将其解释为在其服务区域中无车辆，并保持在待机模式。如图5所示，当车辆30进入RAU 20的服务区域时，接近传感器40将信号中继至MCU 70，并且在本实施例中，MCU 70将所接收的信号强度与表示车辆30在RAU 20的“服务区域内”的阈值水平作比较。由于车辆30在如图5所示的位置中的覆盖范围或服务区域内，MCU 70使DL放大器59和UL激光器52离开待机模式并进入活动模式。因此，该动作完成DL和UL路径，以供数据分组发送至移动发射机以及经由连接至新激活的RAU 20的光纤链路12发送回HEU 10。

替代实施例使用无线信号强度来确定RAU 20的服务区域中车辆30的存在。这在图6和7中示出。由该移动发射机发送的信号强度由RAU 20的天线22接收。所接收信号的一部分然后耦合至功率检测电路24以用于接近感测。

图8示出RAU 20的另一实施例，其使用两个相同类型的接近传感器40的组合来增强针对单个接近传感器故障或假触发的稳健性。在本实施例中，两个或更多传感器40可馈送至MCU 70的输入引脚。利用逻辑“或”函数，RAU 20可获得冗余的故障安全方法，以确保RAU 20将利用所添加的若干接近传感器的冗余性而可靠地开启。替代地，如图9-10所示，MCU70可由不同类型的接近传感器42触发，以进一步增强冗余性和/或作为感测具有不同途径向量的车辆30的手段。图11示出当车辆30离开服务区域时的使用多个接近传感器42的实施例。在车辆30位于RAU 20的服务区域之外的情况下，MCU 70将整体地解释信号的组合，并使RAU 20的相关部分返回至待机模式。

为描述和限定本发明，注意本文中提到的作为参数或另一变量的“函数”的变量并不旨在表示该变量仅是所列举的参数或变量的函数。相反，本文所提到的作为所列举的参数的“函数”的变量旨在作为开放式的描述，以使该变量可以是单个参数或多个参数的函数。

还应注意，本文中对“至少一个”组件、元件等等的记载不应当用于推断冠词“一”或“一个”仅限于单个组件、元件等等。

注意，在本公开中对本发明的组件以特定方式“编程为”、“配置”或“编程”来使特定属性具体化、或者以特定方式起作用的记载都是结构性的记载，而不是期望用途的记载。更具体地，本文中对组件被“编程”或“配置”的方式的引用指该组件的已有物理条件，并且同样地被作为该组件的结构特征的明确记载。

注意，类似“优选”、“普遍”和“通常”之类的术语在本文中采用时不用于限制要求保护的发明的范围或者暗示某些特征对要求保护的发明的结构或功能而言是关键性的、必要的、或甚至重要的。相反，这些术语仅仅旨在标识本公开的实施例的特定方面，或强调可用于也可不用于本公开的特定实施例的替代或附加特征。

为了描述和定义本发明，注意在本文中采用术语“近似”来表示可归因于任何定量比较、数值、测量值、或其它表示的固有不确定度。本文还采用术语“近似”来表示定量表示可以偏离规定参考值但不会在此问题上导致本发明主题的基本功能改变的程度。

在已经详细描述本公开主题并参考其特定实施例的情况下，应注意本文中公开的各个细节不应被用于暗示这些细节涉及作为本文中描述的各实施例的基本组件的元件，即使在特定元件在说明书附图的每一幅图中示出的情况下也是如此。相反，所附权利要求书应当作为本公开的广度和本文中描述的各个发明的相应范围的唯一表示。此外，显而易见的是，在不背离所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，多种修改和变型是可能的。更具体地，虽然本公开的一些方面在本文中被标识为优选的或特别有优势的，但可构想本公开不一定限于这些方面。

注意，所附权利要求中的一项或多项使用术语“其特征在于”作为过渡短语。出于限定本发明的目的，应注意该术语是作为开放式的过渡短语而被引入所附权利要求中的，该开放式的过渡短语用于引入对所述结构的一系列特性的记载，且应当按照与更常用的开放式前序术语“包括”相似的方式进行解释。

Claims (10)

1.一种用于高速移动运输通道的宽带无线移动通信系统，包括：

基站；

连接至所述基站的分布式天线光纤无线电系统，包括沿所述通道分布的远程天线单元；

其中所述远程天线单元中的至少一个是自主感测远程天线单元，所述自主感测远程天线单元被构造为响应于本地感测到的沿所述通道的移动收发机和车辆中的一个或二者的存在而在待机与活动模式之间切换。

2.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述远程天线单元中的至少一个响应于本地感测到的仅车辆的存在而在待机与活动模式之间切换。

3.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述远程天线单元中的至少一个响应于本地感测到的仅移动收发机的存在而在待机与活动模式之间切换。

4.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述远程天线单元中的至少一个响应于本地感测到的车辆或移动收发机的存在而在待机与活动模式之间切换。

5.如权利要求1-4中的任一项所述的宽带无线通信系统，其特征在于，所述自主感测远程天线单元包括在待机模式下不被供电且在活动模式下被供电的激光器和光检测器。

6.如权利要求1-5中的任一项所述的宽带无线通信系统，其特征在于，所述自主感测远程天线单元包括在待机模式下不被供电且在活动模式下被供电的放大器。

7.一种操作用于高速移动运输通道的宽带无线移动通信系统的方法，包括：

提供基站；

提供连接至所述基站的分布式天线系统，所述分布式天线系统包括沿所述通道分布的远程天线单元；以及

在相应的移动天线单元处感测沿所述通道的在相应远程天线单元的操作区域内的移动无线收发机和车辆中的一个或二者的存在和/或不存在。

8.如权利要求7所述的操作宽带无线移动通信系统的方法，其特征在于，还包括：当在相应远程天线单元的操作区域内感测到移动无线收发机和车辆中的一个或二者时，将相应远程天线单元置于活动模式的步骤，和/或当在相应远程天线单元的操作区域内未感测到移动无线收发机和车辆中的一个或二者时，将相应远程天线单元置于待机模式的步骤。

9.如权利要求8所述的操作宽带无线移动通信系统的方法，其特征在于，置于待机模式包括不对远程天线单元中的激光器、光电二极管和放大器供电，而置于活动模式包括对远程天线单元中的激光器、光电二极管和放大器供电。

10.如权利要求7所述的操作宽带无线移动通信系统的方法，其特征在于，在相应的移动天线单元处感测移动无线收发机和车辆中的一个或二者的存在和/或不存在的步骤包括利用无线功率传感器进行感测。

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