专利名称：用于增强宽带数字射频传送系统性能的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及电信领域，更具体地说，但是并不排外地，涉及
用于增强宽带数字射频(RF)传送系统性能的系统和方法。
背景技术：
在无线语音和数据通信中，RF信号利用光纤在长距离上的数字传送提供了比当前使用的现有模拟RF传送系统更强的能力以及更高的性能分布式覆盖。链接数字主机单元到一个或多个数字远程单元以执行双向同时数字RF分布的这样的数字RF传送系统的示例在美国专利申请公布第2004/0132474 Al号题为"点到多点数字射频传送(POINT-TO-MULTIPOINT DIGITAL RADIO FREQUENCY)"中公开，它被分配给位于明尼苏达州伊甸草原的ADC长途电讯有限公司并在本文中全部结合。
尽管当前数字RF传送系统比其它类型的RF传送系统具有优势，大量数字RF带宽(如宽带)的传送中仍然存在着显著的问题。例如，现有的宽带数字RF传送系统将多个数字信号合并，并将它们以串行形式在所包括的发射和接收设备之间的公共物理层上传送。然而，现有数字RF传送系统的问题是它们不能为各种宽带信道有效地传送相等数量的带宽。换句话说，传输层上传送N个宽带信道的串行比特流全-波约束到一个采样率，并且系统传送频语(RF)以相等的带宽段(如25MHz块)^:点到点地发送。因此，既然众多宽带信道都具有少于(或不同于)25MHz(如5MHz、 10MHz、 30 MHz等)的带宽需求，现有的宽带数字RF传送系统的全部带宽实质上是利用不足的。因此，迫切需要能增强宽带数字RF传送系统性能的系统和方法，通过最大化传送
6带宽的利用、将带宽分配定制适应于特定用户在公共平台上需要并且允许较低成本传送系统设备的使用。如下详细地描述，本发明提供了这样的系统和方法，它解决了上述带宽利用不足的问题以及其它相关问题。
发明内容
本发明提供了用于增强宽带数字RF传送系统性能的系统和方法，它通过为每个要传送的带宽段选择最佳时钟采样率从而允许多个宽带信道上不同带宽段的传送。因此，本发明按比例分配带宽段从而最佳数目的带宽可以串行比特率进行传送。根据本发明的优选实施例，提供了用于增强宽带数字RF传送系统性能的系统，它包括发射
质。发射单元包括耦合到多个才莫-数下变频器(A/D DDC)设备的多个宽带RF模拟信号输入。值得注意地，每个A/DDDC设备的釆样率都通过各自的采样时钟确定。在A/D DDC设备输出端的数字化宽带RF信号段^皮合并及转换成帧结构，转换成串行形式，并且在光学传输介质上发射到接收单元。接收单元中的光检测设备检测光学传输介质上帧的串行比特流，串行化帧^:转换回最初的帧格式，并且最初的数字化宽带RF段被重构。每个数字化宽带RF段都耦合到相应的D/A数字上变频器(D/A DUC)设备，它与发射端上特定的宽带RF信号输入相关联。值得注意地，每个D/A DUC设备的输出采样率都通过相应的釆样时钟确定，它提供了与发射单元中相关联的A/D DDC设备相同的釆样率。每个A/D DDC设备(以及相关联的D/A DUC设备)的采样率都被预选择从而传输介质可以给定的串行比特率传送最佳数目的RF带宽。
本发明的新特征可信特性在所附权利要求中阐明。然而，本发明本身还有使用的优选^^式、其进一步的目的和优势，当结合附图阅读
时通过参考下面示例实施例的详细描述将^皮最好地理解，其中
图1描述了用于增强宽带数字RF传送系统性能的示例系统的示
意框图，它可用于实现本发明的优选实施例；以及
图2描述了示例帧结构的图形表示，它描述了本发明的关键原理。
具体实施例方式
现在参考附图，图1描述了用于增强宽带数字RF传送系统性能 的示例系统100的示意框图，它可用于实现本发明的优选实施例。系 统100包括第一通信单元101、第二通信单元103以及在第一通信单 元101和第二通信单元103之间连接的传输(传送)介质111。对该示例 实施例来说，第一通信单元101是宽带数字RF发射单元，第二通信 单元103是宽带数字RF接收单元，并且传输介质111是单模(或多模) 光纤电缆。尽管系统100为了描述性的目的被描述为单向通信系统， 但本发明的覆盖范围并不限于此，系统100也可被实现为双向通信系 统(如利用各端的收发才几)。同样，为了描述性的目的，系统100可#皮 实现为用于蜂窝无线电话语音和数据通信的点到点数字RF传送系 统，携带有提供多个基站RF端口和光纤电缆之间的接口的数字主机 单元(第一通信单元101)，以及提供光纤电缆和远程天线之间的接口的 数字远程单元(第二通信单元103)。此外，尽管传输介质111为了该描 述性的实施例被描述为光学传输介质，本发明并不限于此并且其范围 可包括任意合适的能够传送串行比特流的传输介质(如毫米波无线电 链路、微波无线电链路、卫星无线电链路、红外无线链路、同轴电缆等)。
对这个示例实施例来i兌，第一通信单元101包括多个输入接口 102a-102n。为了这个描述性的实施例，每个输入接口 102a-102n都被 实现为A/D DDC设备。每个A/D DDC设备102a-102n的输入都将相 应的模拟频带(或信道)耦合到相关联的A/D DDC设备。例如，每个A/D DDC设备102a-102n都可以较高速率接受输入模拟频带(如来自 收发基站的频带)，数字化并将相应频带降频为合适的数字实和复(如 1/Q)基带信号。例如，来自A/DDDC设备102a-102n的每个A/D转换 器部分的输出可以是实釆样序列，表示指配的奈查斯特区域(Nyquist zone)中的实(正频率)信号。来自每个DDC部分的输出可以是带有正 负频率的基带信号(以零Hz为中心)，它包括两个采样流(实部和虚部)， 其中每个流都具有等价实值信号二分之一 的釆样率。
值得注意地，在图1描述的示例实施例中，到通信单元101的输 入接口 102a-l02n通过可以接受多个模拟RF带宽的多个A/D DDC设 备实现，但是本发明并不限于此。在其它实施例中，输入接口可通过 其它类型的输入设备实现以接受其它类型的带宽。例如，为了接受多 个RF输入，每个输入接口设备102a-102n都可通过在IF工作的(如实 输出)的单个A/D转换器(没有DDC)、在基带(如复I/Q数字输出)工作 的双A/D转换器(没有DDC),或以高采样率工作并#1数字下变频(DDC) 跟随的单或双A/D转换器实现，其中输出是最初的带的一部分的较低 采样率表示(复I/Q)。在另一实施例中，每个输入接口设备102a-10h 可通过来自数字或"软件定义"基站的直接数字输入(通常是基带I/Q) 实现。总的来说，多个输/^妄口 102a-102n可通过^f壬意合适的能够接 受或输入才莫拟或数字宽带段的输入接口设备实现。
对这个示例实施例来说，每个A/D DDC设备102a-102n都可被实 现为可由用户需求确定的能够选择可调整带宽的沖莫块(如可插拔的)RF 卡的部分。例如，在一个实施例中，每个A/D DDC设备102a-102n 都可被实现为可传递5MHz带宽段的RF卡的部分。值得注意地，每 个A/D DDC设备102a-102n的釆样率都可通过相关联的采样时钟 104a-104n确定。因此，通过为每个A/D DDC设备102a-102n选择合 适的采样率，本发明提供将带宽分配定制适应于特定用户在使用的公 共传送平台上需要的能力。
例如，一个或多个用户可期待利用光纤电缆(如传输介质lll)将一
9个5 MHz段和三个15 MHz段的组合从数字主机单元(如第一通信单元 101)传送到数字远程单元(如第二通信单元103)。对光纤电缆上给定的 串行比特率来说，合适的釆样率可被选择用于与要使用的每个A/D DDC设备102a-102n相关联的采样时钟104a-104n。对于这个示例， 假设5 MHz段要输入给A/D DDC设备102a，并且每个A/D DDC设 备102b、 102c和102d(其中n在这个示例中等于4)被设计用于接受要 传送的三个15MHz段中相应的一个。采样时钟104a的采样率被选择 从而以给定串行比特率适应5 MHz段(带)的传送，并且采样时钟 104b-104d的采样率被选择从而以给定串行比特率适应各15 MHz段 的传送。在实际应用中，对光纤电缆上给定的串行比特率来说，采样 时钟104b-104d的釆样率(如近似45百万采样/秒)通常是采样时钟 104a(如近似15百万釆样/秒)的采样率的三倍。无论如何，很容易理 解本发明并不旨在受限于时钟采样率的特定设置、可被特定A/D DDC 设备接受的频带的大小、要被传送的频带的大小，或者要使用的光学 传输介质的串行比特率。
例如，合适的时钟釆样率可坤皮选择从而以特定串行比特率利用光 纤电缆适应来自特定A/D DDC设备的输入的75 MHz段(如15倍于用 于5 MHz段的时钟采样率)的传送。作为另 一示例，假设每个A/D DDC 设备102a-102n都被设计用于处理10 MHz的频带。在这种情况下，
或10 MHz的倍数(如采样率三倍于用于10 MHz带的采样率的30 MHz 带)的带的传送。换句话说，本发明以要^皮使用的传输介质的串行比特 率使用户能够仅仅传送所需数量的带宽。
对这个示例实施例来说，每个A/D DDC设备102a-102n的数字化 输出都被耦合到映射器/成帧器设备106。实质上，映射器/成帧器设备 106的映射器部分在多个A/DDDC设备102a-102n的输出将数字化带 复用在一起，而映射器/成帧器设备106的成帧器部分将复用后的数字 化带转换成合适的帧结构格式。例如在实际应用中，映射器/成帧器设备106可构成提供至多每帧12时隙(slot)(如5 MHz)的合适的帧结构。 然而，应该理解本发明并不限于每帧的时隙的特定数目以及可被使用 的任意合适的每帧的时隙的数目。无论如何，包括复用带段的帧从映 射器/成帧器设备106耦合到串行器设备108，它将并行帧数据从映射 器/成帧器设备106转换为串行比特流。来自串行器设备108的串行数 据耦合到光学发射设备110。光学发射设备110处理并将数据转化为 形成串行比特流的编码光脉沖。注入式激光二极管或其它合适的光源 产生光脉冲，它们通过合适的光学透镜集中到光学传输介质(如光纤电 缆)111中。例如，光学传输介质111可以是单才莫或多冲莫光纤电缆。值 得注意地，光学传输介质被用于这个描述性的实施例，但是本发明并 不限于此并且在其覆盖范围中可包括任意合适的可传送串行比特流 的传输介质。
对这个示例实施例来说，第二通信单元103包括接收设备112， 它包括光敏感设备，在传输介质111上检测脉冲光信号(如帧的串行比 特流)，将光信号转换成数字信号，并且将它们以串行形式传送到解串 器设备114。再次，可以理解尽管光敏感设备被用于这个描述性的实 施例，本发明并不限于此并且在其覆盖范围中可包括任意合适的可接 收和/或检测来自使用的特定传输介质的串行比特流的设备。解串器设 备114将来自接收设备112的串行帧数据转换成并行帧数据，它耦合 到解映射器/解成帧器设备116。实质上，解映射器/解成帧器设备116 将并行帧数据解复用(demultiplex),并且从解复用的帧中提取带宽段。 提取的带宽段耦合到合适的输出接口 U8a-118n的输入。对于这个描 述性的实施例，每个输出接口 118a-118n都通过数-才莫(D/A)数字上变 频器(D/A DUC)设备实现。每个D/A DUC设备118a-l 18n都将复数字 基带信号转换成实通带信号。例如，每个数字基带信号都可被过滤， 通过各自的采样时钟120a-120n转换为合适的采样率，向上变频为合 适的频率，并且调制成才莫拟信号。对这个示例实施例来说，每个釆样 时钟120a-120n的采样率都^皮选择从而与第一通信单元101中对应的
ii采样时钟104a-104n的采样率相同。因此，到第一通信单元101的才莫 拟带宽段输入利用光学传输介质111 一皮传送为串行比特流，并且在第 二通信单元103中对应的输出端被重构。
值得注意地，在图l描述的示例实施例中，通信单元103的输出 接口 102a-102n通过可输出多个模拟RF带宽的多个D/A DUC设备实 现，但是本发明并不限于此。在其它实施例中，输出接口可通过用于 其它类型带宽的其它类型输出设备实现。例如在第二实施例中，为了 处理输入端的实数字信号，每个输出接口 118a-118n都可通过单D/A 转换器和才莫拟上变频实现。在另一实施例中，为了处理输入端的复数 字信号，每个输出接口 118a-118n都可通过双D/A转换器和模拟上变 频，或者DUC(如数字上变频)和双D/A转换器实现。总的来说，多个 输出接口 118a-118n可通过任意合适的能够输出模拟或数字宽带段的 输出接口设备实现。
图2描述了示例帧结构200的图形表示，它描述了本发明的关键 原理。实质上，图2中给出的帧结构200描述了本发明如何按比例分 配带宽，它允许用户最大化可在串行比特流上传送的带宽的数量。因 而，本发明使用户能够在多个宽带信道上有效地传送不同的带宽，而 不是在那些信道上无效率地传送等量的带宽。
更具体地说，参考这个描述性的实施例，可以4艮设四个不同的带 宽将被图1中描述的系统100传送。因而，对这个示例来说，带宽 A(5 MHz RF)是A/D DDC设备202a的输入，带宽B(40 MHz RF)是 A/D DDC设备202b的输入，带宽C(25 MHz RF)是A/D DDC设备202c 的输入，以及带宽D(5MHzRF)是A/DDDC设备202d的输入。相应 的釆样时钟204a-204d输入唯一的釆样率给相关联的A/D DDC设备 202a-202d。来自A/D设备202a-202d的输出耦合到映射器/成帧器设 备206以及串行器设备(未示出)，其将分开的带宽段(A、 B、 C、 D)复 用或合并，并且构成包括用于传送的带宽段的合适的帧208。对这个 示例帧结构来说，假设帧速率近似为15MHz,并且帧的12个时隙中的每一个都包括16比特的数字化RF(14位的有效负载)。采样时钟204a 的采样率被选择为近似15百万采样/秒(用于5 MHz带宽段)、近似90 百万采样/秒用于釆样时钟204b(用于40 MHz带宽段)、近似60百万 采样/秒用于釆样时钟204c(用于25 MHz带宽段)以及近似15百万釆 样/秒用于釆样时钟204d(用于5 MHz带宽段)。因此，如这个示例所 描述的，帧208中的带宽^L按比例分配，通过一个时隙用于带宽A(5 MHz)、六个时隙用于带宽B(40MHz)、四个时隙用于带宽C(25 MHz) 以及一个时隙用于带宽D(5 MHz)进行传送。
本发明的描述已被呈现用于描述和说明的目的，并且不旨在穷尽 或限制本发明为公开的形式。各种修改和变化对那些本领域技术人员 来说是显而易见的。这些实施例被选择和描述从而最好地解释本发 明、实际应用的原理，并且使其他本领域技术人员能够理解本发明适 于预期的特定使用的各种修改的各种实施例。
权利要求
1. 一种用于增强宽带数字RF传送系统性能的系统，包括多个带宽输入接口设备；以及耦合到所述多个带宽输入接口设备的多个采样率设备，所述多个采样率设备的每个采样率设备都适于设置相关联的带宽输入接口设备的输入采样率。
2. 如权利要求1的所述系统，还包括映射器/成帧器设备，每个带宽输入接口设备的输出都耦合到所 述映射器/调帧器i殳备的输入；耦合到所述映射器/调帧器设备的输出的串行器设备； 耦合到所述串行器设备的输出的发射设备；以及 耦合到所述发射设备的输出的传输介质。
3. 如权利要求1的所述系统，其中所述多个带宽输入接口设备包 括多个4莫-数数字下变频器。
4. 如权利要求1的所述系统，其中所述多个釆样率设备包括多个 采样时钟。.
5. 如权利要求2的所述系统，其中所述发射设备包括激光发射器 设备，并且所述传输介质包括光纤电缆。
6. 如权利要求2的所述系统，还包括 耦合到所述传输介质的数字信号检测设备； 耦合到所述数字信号检测设备的输出的解串器设备。 耦合到所述解串器设备的输出的解映射器/解成帧器设备；多个输出接口设备，所述多个输出接口设备的每个输出接口设备 的输入都耦合到所述解映射器/解成帧器设备的相应输出；以及多个采样时钟设备，每个采样时钟设备都适于设置所述多个输出 接口设备中相关联的输出接口设备的输出釆样率。
7. —种用于增强宽带数字RF传送系统性能的系统，包括用于输入多个带宽的装置；用于设置多个输入采样率的装置，所述设置多个输入采样率的装 置耦合到用于输入所述多个带宽的所述装置； 用于合并所述多个带宽的装置；用于构成至少一个帧的装置，所述帧包括所述合并的多个带宽； 用于将所述至少一个帧转换成串行形式的装置； 用于生成信号的装置，所述信号包括所述至少一个串行形式的帧；用于传送所述信号的装置，所述装置耦合到用于生成所述信号的 所述装置的输出；用于检测来自所述信号的所述至少一个帧的装置，所述装置耦合 到用于传送的所述装置；用于将所述^r测到的至少一个帧转换成并行形式的装置；用于解构所述至少一个帧以产生所述合并的多个带宽的装置；用于分开所述合并的多个带宽的装置；用于将所述多个带宽转换成第二多个带宽的装置；以及用于为所述笫二多个带宽的每个带宽设置输出釆样率的装置。
8. 如权利要求7的所述系统，其中用于输入多个带宽的所述装置 包括多个才莫-数数字下变频器，并且用于设置多个输入采样率的所述装 置包括多个采样时钟。
9. 如权利要求7的所述系统，其中用于合并所述多个带宽的所述 装置包括映射器设备。
10. 如权利要求7的所述系统，其中用于生成信号的所述装置包 括毫米波无线电发射设备。
11. 如权利要求7的所述系统，其中用于生成信号的所述装置包 括无线发射设备。
12. 如权利要求7的所述系辨，其中用于生成信号的所述装置包 括激光发射器设备。
13. 如权利要求7的所述系统，其中用于传送所述信号的所述装 置包括光纤电缆。
14. 如权利要求7的所迷系统，其中用于检测来自所述信号的所 述至少一个帧的所述装置包括光检测设备。
15. 权利要求7的所述系统，其中用于将所述多个带宽转换成第 二多个带宽的所述装置包括多个数-冲莫数字上变频器设备，并且用于为 所述多个带宽的每个带宽设置输出采样率的所述装置包括多个釆样 时钟。
16. —种用于增强宽带数字RF传送系统性能的方法，包括如下 步骤输入多个带宽；以及为所述多个输入带宽的每个带宽设置唯一的输入采样率； 合并所述多个带宽；将所述合并的多个带宽转换成至少一个帧结构； 将所述至少 一个帧结构转换成串行形式； 将所述至少一个串行形式的帧结构转换成多个编码信号；以及 在传输介质上传送所述多个编码信号。
17. 如权利要求16的所述方法，还包括如下步骤 检测来自所述多个编码信号的所述至少一个帧； 将所述检测到的至少 一个帧转换成并行形式； 解构所述至少一个帧以产生所述合并的多个带宽； 分开所述合并的多个带宽； 将所述多个带宽转换成第二多个带宽；以及为所述第二多个带宽的每个带宽设置输出采样率。
18. 如权利要求16的所述方法，其中所述输入步骤通过多个输入 接口设备执行，并且所述设置步骤通过第 一多个采样时钟设备执行。
19. 如权利要求17的所述方法，其中将所述多个带宽转换成笫二 多个带宽的所述步骤通过多个输出接口设备^^丸行。
20.如权利要求17的所述方法，其中设置输出釆样率的所述步骤 通过第二多个采样时钟设备执行。
全文摘要
公开了用于增强宽带数字RF传送系统性能的系统和方法，它通过为即将被传送的每个带宽段选择最佳时钟采样率从而允许多个宽带信道上不同带宽段的传送。因此，带宽段按比例进行分配从而最佳数目的宽带可以串行比特率进行传送。作为一个示例，公开了用于增强宽带数字RF传送系统性能的系统，它包括发射单元、接收单元以及在发射单元和接收单元之间连接的光学传输介质。发射单元包括耦合到多个模-数数字下变频器(A/D DDC)设备的多个宽带RF模拟信号输入。值得注意地，每个A/D DDC设备的采样率都通过各自的采样时钟确定。在A/D DDC设备输出端的数字宽带RF段被合并及转换成帧结构、转换成串行形式，并在光学传输介质上发射到接收单元。接收单元中的光检测设备检测光学传输介质上的串行比特流，串行化帧被转换回最初的帧格式，并且最初的数字宽带RF段被重建。每个数字宽带RF段都耦合到各自的D/A数字上变频器(D/A DUC)设备，它与发射端上的特定宽带RF信号输入相关联。值得注意地，每个D/ADUC设备的输出采样率都通过各自的采样时钟确定，它提供与发射单元中相关联的A/D DDC设备相同的采样率。每个A/D DDC设备(以及相关联的D/A DUC设备)的采样率都被预选择从而传输介质可以给定的串行比特率传送最佳数目的RF带宽。
文档编号H04J3/16GK101461159SQ200780020472
公开日2009年6月17日 申请日期2007年4月6日 优先权日2006年4月6日
发明者P·M·沃拉 申请人:Adc长途电讯有限公司