專利名稱：自主的基于接近度的待機模式切換遠程天線單元的制作方法
自主的基于接近度的待機模式切換遠程天線單元本申請根據(jù)35U.S.C.§ 119要求2010年11月30日提交的美國臨時申請N0.61/418, 370的優(yōu)先權，且基于其內容并通過引用將其內容整體結合于此。
背景技術：
寬帶無線接入(BWA)是近來蓬勃發(fā)展的領域。隨著用戶變得更加移動，提供該BWA的新領域之一是在諸如鐵路、高速公路和類似的通道上的移動平臺上?？刹渴鹨苿臃植际教炀€系統(tǒng)(MDAS)以在這些通道上提供用于BWA的此類連續(xù)無線覆蓋。將MDAS遠程天線單元(RAU)放置在信號強度弱的地方以改善覆蓋范圍。這些RAU經由光纖連接回基站所處位置處的中央頭端辦公室。這些RAU基本上在下行鏈路方向上復制由基站產生的信號，并且在上行鏈路方向上復制由移動站產生的信號。這些經復制的信號在適當?shù)纳闲墟溌泛拖滦墟溌贩较蛏显诠饫w上傳輸。由此，MDAS概念是基于光纖的一對多(以及多對一)中繼器系統(tǒng)。然而，該MDAS概 念會引起嚴重的多徑效應，該多徑效應將會損害數(shù)據(jù)完整性。這在接收機在不同時刻接收由不同RAU發(fā)送的相同信號的多個副本時會發(fā)生；這樣的延遲來自不同的光纖和無線距離。所導致的先前數(shù)據(jù)的回波將在接收機處產生對當前數(shù)據(jù)報的干擾，并且當前數(shù)據(jù)的回波將與后續(xù)的數(shù)據(jù)報干擾。數(shù)據(jù)的丟失和/或確認信號的丟失會導致整體數(shù)據(jù)速率降低。MDAS系統(tǒng)具有高無線傳輸功率要求，因為其覆蓋面積通常很大。高功耗與這樣的高功率無線傳輸系統(tǒng)相關聯(lián)。對于針對移動BWA而密集部署的DAS，需要許多RAU來確保足夠高的信噪比以支持第四代BWA中規(guī)定的高數(shù)據(jù)率。因此，對于許多RAU，功耗巨大。因此，存在降低整體DAS系統(tǒng)功耗以降低運營成本的需求。隨著DAS系統(tǒng)內的RAU數(shù)量增加，數(shù)量不斷增加的有源上行鏈路RAU電路導致頭端處的接收機處的噪聲。這增加了該系統(tǒng)的本底噪聲，由此降低了整體性能，并且接收機靈敏度受損。因此，該系統(tǒng)的整體本底噪聲隨著有源RAU數(shù)量增加而增大。在較大的DAS系統(tǒng)中，整體本底噪聲的增大會降低接收機的靈敏度，并減小RAU的覆蓋范圍。

發(fā)明內容
考慮到如上所述的常規(guī)RAU設計中遇到的問題，本文檔公開了提供呈現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)RAU的更高性能的RoF RAU的裝置和方法。傳統(tǒng)RAU總是處于活動模式，并且總是在傳送源自基站的下行鏈路信號，而不論移動收發(fā)機是否在附近。類似地，RAU總是將噪聲發(fā)送回基站，即使附近沒有移動收發(fā)機。根據(jù)本公開的RAU自己知曉在RAU附近存在移動收發(fā)機的，并且利用該知曉將它們自己置于活動或待機模式。當RAU感測到處于附近的沿著通道路線的車輛上的移動收發(fā)機時，它將自身切換至活動模式。這進而激活下行鏈路功率放大器和上行鏈路激光器，從而完成去往頭端基站和來自頭端基站的通信路徑。RAU在車輛保持位于服務區(qū)的時段內保持活動。當移動收發(fā)機離開附近區(qū)域時，RAU感測到該事件并使下行鏈路功率放大器和上行鏈路激光器返回待機模式，并且等待下一個移動收發(fā)機進入該覆蓋區(qū)域。本公開還包括用于感測具有移動收發(fā)機的車輛的存在的移動收發(fā)機感測系統(tǒng)。該系統(tǒng)感測移動收發(fā)機的存在，并使用該傳感器輸出電平來確定何時將RAU置于活動模式和/或待機模式。該接近感測方法可包括但不限于射頻信號強度、RFID、雷達、LiDAR、振動、聲學、光學檢測、機器視覺、多普勒檢測、無線信標以及RSSI。此外，感測實現(xiàn)也可以是若干接近感測方法的組合。在傳統(tǒng)光纖無線電(RoF)RAU中，未規(guī)定感測靠近或離開的移動收發(fā)機的存在。因此，這些RAU不能通過移動站的接近而觸發(fā)在活動與待機模式之間的切換。本公開給出了能夠將RAU置于待機模式的新系統(tǒng)和方法。傳統(tǒng)的RAU總是處于活動模式，不論它們是否正在有價值地傳送信號。這會產生若干問題。其中之一是多徑衰減。由于信號可穿過光纖和空中接口到達目的地所通過的多個路徑，多個回波可相長地干涉和加強或相消地干涉或衰減在接收點處所預期的信號。此夕卜，由于不同的光纖長度和空氣距離所引起的時間延遲的多個回波導致同一數(shù)據(jù)分組的多個副本在不同時間到達，并且與后續(xù)數(shù)據(jù)分組相干擾。該碼間干擾(ISI)可導致當前分組和后續(xù)分組不可破譯，因此該分組丟失并且將要請求重新發(fā)送。因此，這導致整體吞吐量損失。根據(jù)本公開，RAU在默認情況下被置于待機模式。利用接近傳感器，它感測靠近的車輛的存在并將自身切換至活動模式。在車輛離開RAU的覆蓋區(qū)域之后，RAU感測該情況并使自身返回待機模式。本實現(xiàn)方式的優(yōu)勢允許不在車輛近鄰和緊鄰附近的其它RAU停止發(fā)送，從而減少多徑干擾的情況。這有益于上行鏈路和下行鏈路數(shù)據(jù)分組。本公開的第二優(yōu)勢是顯著的功率節(jié)省。對于13-RAU實現(xiàn)，傳統(tǒng)的RAU所消耗的功耗將是IRAU的功耗的13倍。在本實例中，所公開的裝置和方法僅將最接近車輛的單獨RAU以及兩個毗鄰的RAU置于活動模式，從而使整體功耗相比于傳統(tǒng)RAU降低了多達76.9%。該功率節(jié)省隨著所采用的RAU數(shù)量更多而擴大。對于24-RAU部署，典型的功率降低將是87.5%。第三優(yōu)勢是反饋回基站的上行鏈路信號將具有相比于傳統(tǒng)方法的改善的信噪比。在傳統(tǒng)RAU中，基站由 該區(qū)域中的所有活動RAU饋送。如果這樣的RAU中的激光器是活動的但不在發(fā)送數(shù)據(jù)，則從由頭端單元(HEU)整體接收的多個RAU組合而來的信號具有增強的本底噪聲，并且接收機的靈敏度降低。本公開的裝置和方法通過將不在發(fā)送數(shù)據(jù)的RAU切換至待機模式，改善了這一問題。這確保僅車輛附近的單個RAU和兩個毗鄰的RAU是活動的，從而噪聲影響來自3個或更少RAU，而不是傳統(tǒng)情況下來自所有RAU。簡言之，本公開的裝置、系統(tǒng)和方法能夠在存在正在靠近的移動發(fā)射機時自主地感測和激活RAU。該能力引起在上行鏈路方向呈現(xiàn)給基站的累積噪聲的減少、整體功率節(jié)省、碼間干擾的減少，從而導致數(shù)據(jù)率的整體提高和操作成本降低。


圖1是在操作中的傳統(tǒng)DAS RAU的圖形表示；圖2是本公開的系統(tǒng)和方法的實施例的圖形表示；圖3a_3c是在兩臺車輛下操作的本公開的系統(tǒng)和方法的實施例的圖形表示；圖4是根據(jù)本公開的實施例的在超出范圍狀況下的RAU的框圖；圖5是根據(jù)本公開的實施例的在范圍內狀況下的RAU的框圖；圖6是根據(jù)本公開的實施例的利用RSSI (接收信號強度指示)接近檢測器的RAU的框圖；圖7是根據(jù)本公開的實施例的利用RSSI (接收信號強度指示)接近檢測器的RAU在超出范圍狀況下的框圖；圖8是根據(jù)本公開的實施例的利用RSSI (接收信號強度指示)接近檢測器的RAU在范圍內狀況下的框圖；圖9是根據(jù)本公開的實施例的利用多個接近傳感器的RAU的框圖；圖10是根據(jù)本公開的另一實施例的利用多個接近傳感器的RAU的框圖；圖11是根據(jù)與本公開圖10的實施例相似的實施例的RAU在超出范圍狀況下的框圖。
具體實施例方式本文中公開的RAU用于在下行鏈路和上行鏈路路徑中重新傳送WiMAX信號，并且具有將其切換到待機模式的機制。在光纖無線電(RoF)分布式天線系統(tǒng)(DAS)中，所有RAU20連接至與基站100相關聯(lián)的頭端單元10，如圖1所示。在下行鏈路方向中，HEU 10將無線電信號的光學表示發(fā)送給RAU 20。在上行鏈路方向中，此過程顛倒。傳統(tǒng)的RAU 20總是處于活動模式，如陰影三角形所表示，象征性地表示相應RAU 20的覆蓋區(qū)域。當車輛30沿交通路線行進時，車輛的移動無線電收發(fā)機接收由所有RAU 20發(fā)送的信號。這導致源自不同RAU 20的相同信號的副本在不同時刻到達接收機，因為光纖長度和空中接口具有不同長度。這會造成多徑干擾超過給定無線標準協(xié)議的多徑容限的問題。在具有長光纖長度的DAS中，每個數(shù)據(jù)分組副本可在不同距離的路徑上行進，在不同時間到達接收機。所行進的最短和最長路徑之差可能足夠大，導致針對給定數(shù)據(jù)時隙的分組會在不是針對該分組的時隙處到達接收機。因此，一個時隙的最后數(shù)據(jù)分組可能與下一傳送時隙的第一數(shù)據(jù)分組同時到達接收機。在最糟糕的情況下，整個數(shù)據(jù)鏈路會一起停止傳輸任何有用的數(shù)據(jù)，因為晚到的分組重復地在錯誤時隙處到達。當基站在并非預期數(shù)據(jù)分組到達的時隙中接收到該數(shù)據(jù)分組的回波時，相似的問題會在上行鏈路數(shù)據(jù)傳送時發(fā)生。圖2示出利用本公開中描述的RAU實施例的DAS系統(tǒng)。在正常狀態(tài)下，每個RAU20處于默認的待機模式下(通過淺陰影三角形表示，象征那些覆蓋區(qū)域中的傳送)。每個RAU20獨立地感測正在靠近其附近的車輛30上的移動發(fā)射和接收裝置的存在。位于車輛30附近的RAU 20將處于活動模式。不要求來自HEU 10的控制信號以用于RAU 20的切換活動，因為每個RAU 20將自主地監(jiān)測和激活自身。當周圍沒有帶內移動無線電裝置時，各個RAU20保持于待機模式，并且下行鏈路(DL)和上行鏈路(UL)電路的特定部分被停用。每個RAU20利用多個接近傳感器中的一個獨立地監(jiān)測其各自的服務區(qū)域。例如，這些接近傳感器可產生輸出信號，該輸出信號的強度與正在靠近的車輛30的正在減小的距離成比例。相應地，當該接近信號超過預定閾值時，RAU 20被置于活動模式。該閾值水平對應于當車輛30在(或將要進入)RAU 20的覆蓋區(qū)域內時的接近傳感器信號水平。當車輛30離開該覆蓋區(qū)域時，接近信號下降到該預定閾值以下，并且RAU 20返回至待機模式。因此，接近信號充當將RAU 20置于待機或活 模式的觸發(fā)信號。當具有移動發(fā)送裝置的車輛30沿交通路線行進時，每當車輛30在RAU 20中的每一個的覆蓋區(qū)域內時，相應的RAU 20將自身切換至活動模式。一旦處于活動模式，之前停用的DL和UL電路將離開待機狀態(tài)并恢復正常操作；經由光纖無線電鏈路(RoF鏈路)12發(fā)送信號并從移動發(fā)送裝置接收信號。一旦該車輛離開該RAU的相應區(qū)域，該RAU就通過接近傳感器經由預定閾值水平感測該事件，并返回至待機模式。RAU的閾值水平被配置成使得對于每臺車輛，每次不超過3個RAU被置于活動模式。在存在兩臺車輛的另一情形下，圖3a-3c示出當存在沿通過路線行進的兩臺車輛時被激活的 RAU。圖4示出處于待機模式的RAU 20的實施例的一般框圖，RAU 20裝備有一個接近傳感器40、雙向放大器級50、激光器52、光檢測器60、微控制器(MCU) 70。在該模式下，接近傳感器40尚不能感測車輛30的存在，或至少，在接近傳感器40內產生或由接近傳感器40產生(并提供給MCU70)的信號尚未達到為了檢測車輛30而設定的閾值。因此，在該模式下，接近傳感器40將表示RAU 20的服務區(qū)域中無車輛的信號中繼至MCU 70。MCU讀取該信號并將其解釋為在其服務區(qū)域中無車輛，并保持在待機模式。如圖5所示，當車輛30進ARAU 20的服務區(qū)域時，接近傳感器40將信號中繼至MCU 70，并且在本實施例中，MCU 70將所接收的信號強度與表示車輛30在RAU 20的“服務區(qū)域內”的閾值水平作比較。由于車輛30在如圖5所示的位置中的覆蓋范圍或服務區(qū)域內，MCU 70使DL放大器59和UL激光器52離開待機模式并進入活動模式。因此，該動作完成DL和UL路徑，以供數(shù)據(jù)分組發(fā)送至移動發(fā)射機以及經由連接至新激活的RAU 20的光纖鏈路12發(fā)送回HEU 10。替代實施例使用無線信號強度來確定RAU 20的服務區(qū)域中車輛30的存在。這在圖6和7中示出。由該移動發(fā)射機發(fā)送的信號強度由RAU 20的天線22接收。所接收信號的一部分然后耦合至功率檢測電路24以用于接近感測。圖8示出RAU 20的另一實施例，其使用兩個相同類型的接近傳感器40的組合來增強針對單個接近傳感器故障或假觸發(fā)的穩(wěn)健性。在本實施例中，兩個或更多傳感器40可饋送至MCU 70的輸入引腳。利用邏輯“或”函數(shù)，RAU 20可獲得冗余的故障安全方法，以確保RAU 20將利用所添加的若干接近傳感器的冗余性而可靠地開啟。替代地，如圖9-10所示，MCU 70可由不同類型的 接近傳感器42觸發(fā)，以進一步增強冗余性和/或作為感測具有不同途徑向量的車輛30的手段。圖11示出當車輛30離開服務區(qū)域時的使用多個接近傳感器42的實施例。在車輛30位于RAU 20的服務區(qū)域之外的情況下，MCU 70將整體地解釋信號的組合，并使RAU 20的相關部分返回至待機模式。為描述和限定本發(fā)明，注意本文中提到的作為參數(shù)或另一變量的“函數(shù)”的變量并不旨在表示該變量僅是所列舉的參數(shù)或變量的函數(shù)。相反，本文所提到的作為所列舉的參數(shù)的“函數(shù)”的變量旨在作為開放式的描述，以使該變量可以是單個參數(shù)或多個參數(shù)的函數(shù)。還應注意，本文中對“至少一個”組件、元件等等的記載不應當用于推斷冠詞“一”或“一個”僅限于單個組件、元件等等。注意，在本公開中對本發(fā)明的組件以特定方式“編程為”、“配置”或“編程”來使特定屬性具體化、或者以特定方式起作用的記載都是結構性的記載，而不是期望用途的記載。更具體地，本文中對組件被“編程”或“配置”的方式的引用指該組件的已有物理條件，并且同樣地被作為該組件的結構特征的明確記載。注意，類似“優(yōu)選”、“普遍”和“通常”之類的術語在本文中采用時不用于限制要求保護的發(fā)明的范圍或者暗示某些特征對要求保護的發(fā)明的結構或功能而言是關鍵性的、必要的、或甚至重要的。相反，這些術語僅僅旨在標識本公開的實施例的特定方面，或強調可用于也可不用于本公開的特定實施例的替代或附加特征。為了描述和定義本發(fā)明，注意在本文中采用術語“近似”來表示可歸因于任何定量比較、數(shù)值、測量值、或其它表示的固有不確定度。本文還采用術語“近似”來表示定量表示可以偏離規(guī)定參考值但不會在此問題上導致本發(fā)明主題的基本功能改變的程度。在已經詳細描述本公開主題并參考其特定實施例的情況下，應注意本文中公開的各個細節(jié)不應被用于暗示這些細節(jié)涉及作為本文中描述的各實施例的基本組件的元件，即使在特定元件在說明書附圖的每一幅圖中示出的情況下也是如此。相反，所附權利要求書應當作為本公開的廣度和本文中描述的各個發(fā)明的相應范圍的唯一表示。此外，顯而易見的是，在不背離所附權利要求書所限定的本發(fā)明的范圍的情況下，多種修改和變型是可能的。更具體地，雖然本公開的一些方面在本文中被標識為優(yōu)選的或特別有優(yōu)勢的，但可構想本公開不一定限于這些方面。注意，所附權利要求中的一項或多項使用術語“其特征在于”作為過渡短語。出于限定本發(fā)明的目的，應注意該術語是作為開放式的過渡短語而被引入所附權利要求中的，該開放式的過渡短語用于引入對所述結構的一系列特性的記載，且應當按照與更常用的開放式前序術語“包括”相 似的方式進行解釋。
權利要求
1.一種用于高速移動運輸通道的寬帶無線移動通信系統(tǒng)，包括: 基站; 連接至所述基站的分布式天線光纖無線電系統(tǒng)，包括沿所述通道分布的遠程天線單元; 其中所述遠程天線單元中的至少一個是自主感測遠程天線單元，所述自主感測遠程天線單元被構造為響應于本地感測到的沿所述通道的移動收發(fā)機和車輛中的一個或二者的存在而在待機與活動模式之間切換。
2.如權利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述遠程天線單元中的至少一個響應于本地感測到的僅車輛的存在而在待機與活動模式之間切換。
3.如權利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述遠程天線單元中的至少一個響應于本地感測到的僅移動收發(fā)機的存在而在待機與活動模式之間切換。
4.如權利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述遠程天線單元中的至少一個響應于本地感測到的車輛或移動收發(fā)機的存在而在待機與活動模式之間切換。
5.如權利要求1-4中的任一項所述的寬帶無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述自主感測遠程天線單元包括在待機模式下不被供電且在活動模式下被供電的激光器和光檢測器。
6.如權利要求1-5中的任一項所述的寬帶無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述自主感測遠程天線單元包括在待機模式下不被供電且在活動模式下被供電的放大器。
7.一種操作用于高速移動運輸通道的寬帶無線移動通信系統(tǒng)的方法，包括: 提供基站； 提供連接至所述基站的分布式天線系統(tǒng)，所述分布式天線系統(tǒng)包括沿所述通道分布的遠程天線單元；以及 在相應的移動天線單元處感測沿所述通道的在相應遠程天線單元的操作區(qū)域內的移動無線收發(fā)機和車輛中的一個或二者的存在和/或不存在。
8.如權利要求7所述的操作寬帶無線移動通信系統(tǒng)的方法，其特征在于，還包括:當在相應遠程天線單元的操作區(qū)域內感測到移動無線收發(fā)機和車輛中的一個或二者時，將相應遠程天線單元置于活動模式的步驟，和/或當在相應遠程天線單元的操作區(qū)域內未感測到移動無線收發(fā)機和車輛中的一個或二者時，將相應遠程天線單元置于待機模式的步驟。
9.如權利要求8所述的操作寬帶無線移動通信系統(tǒng)的方法，其特征在于，置于待機模式包括不對遠程天線單元中的激光器、光電二極管和放大器供電，而置于活動模式包括對遠程天線單元中的激光器、光電二極管和放大器供電。
10.如權利要求7所述的操作寬帶無線移動通信系統(tǒng)的方法，其特征在于，在相應的移動天線單元處感測移動無線收發(fā)機和車輛中的一個或二者的存在和/或不存在的步驟包括利用無線功率傳感器進行感測。
全文摘要
公開了一種用于高速移動運輸通道的寬帶無線移動通信系統(tǒng)和用于操作這種系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)包括基站和沿該通道分布的遠程天線單元，并且相應的基站的扇區(qū)通過光纖無線電與基站通信。所構造的自主感測遠程天線單元被用作遠程天線單元中的一個或多個，自主感測遠程天線單元響應于本地感測到的沿所述通道的移動收發(fā)機和車輛中的一個或二者的存在而在待機與活動模式之間切換。
文檔編號H04W52/02GK103229563SQ201180057631
公開日2013年7月31日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權日2010年11月30日
發(fā)明者B·C·周, M·L·易 申請人:康寧股份有限公司