在移动通信系统中，基站(BTS)完成无线信号的发射、接收和 处理，传统的BTS主要由基带处理子系统、射频(RF)子系统和天 线组成，一个BTS可以通过多个天线覆盖不同的小区，如图1a所示， 而各个BTS则通过一定的接口与基站控制器(BSC)或无线网络控制 器(RNC)相连，如图1b所示。
在图1a所示的传统基站系统中，由于每个小区的相应基带处理子 系统、RF子系统和天线在地理上集中在一起，因此每个小区必须配 置足够数量的信道处理资源以满足每个小区的峰值业务量，因此代价 较高。图2所示的基于远程天线单元的集中式基站系统是针对这一问 题提出的一种低代价的基站结构，PCT专利“WO9005432，通信系 统”，美国专利“US5657374，具有集中式基站和分布式天线单元的蜂窝 系统”，“US6324391，具有集中控制和信号处理的蜂窝系系统”，中国 专利“CN98116888，利用混合系统的双工室外基站收发信机子系统”， 及美国专利申请“US20030171118，蜂窝发送设备和蜂窝无线发送方 法”等均披露了这一技术的有关实现细节。
如图2所示，基于远程天线单元的集中式基站系统10由集中配置 的中央信道处理子系统11与远程天线单元15组成。中央信道处理子 系统11主要包括信道处理资源池12，信号分配单元13和线路接口单 元14，其中，信道处理资源池12由多个信道处理单元堆叠而成，完 成该基站所属小区的基带信号处理等工作，信号分配单元13则根据不 同小区的实际活跃用户的不同，动态分配信道处理资源，实现多小区 对处理资源的有效共享。远程天线单元15主要由发射通道的射频功率 放大器、接收通道的低噪声放大器和天线等构成。中央信道处理子系 统11与远程天线单元15之间的链路典型的可以采用光纤、铜缆、微 波等传输介质；信号传输方式可以是经采样后的数字信号，或者是经 调制的模拟信号；信号可以采用基带信号，中频信号或者射频信号。 关于动态信道处理资源分配的技术，可以参考美国专利“US6353600， 使用集中式基站结构的CDMA中的动态扇区化”与“US6594496，集中 式基站结构中的自适应容量管理”等文献。
尽管基于远程天线单元的集中式基站系统具有资源共享的优势， 但是，为了充分发挥信道处理资源集中的好处，往往需要将尽可能多 的小区集中控制，由此也将产生以下问题：一个问题是传输链路方面 的代价增加，因为地理上相距较远的小区，均需要通过光纤等宽带链 路连接至中央信道处理子系统，从而增加了传输链路的代价；另一个 问题是系统的可靠性下降，因为一旦中央信道处理子系统出现故障， 将导致大量小区不能提供服务，虽然增加中央信道处理子系统的资源 冗余可以在一定程度上减少这一不利因素的影响，但是这反过来又抵 消了基于远程天线单元的集中式基站系统本身因资源共享而代价较低 的优势。

本发明的目的是提供一种信道处理资源集中控制的分布式无线系 统，该系统既能够保留基于远程天线单元的集中式基站的资源共享优 势，又克服了上述潜在的问题。
本发明提供了一种资源集中控制的分布式无线系统，包括：多个 彼此相连的通信处理设备，每个通信处理设备执行其所辖小区的信道 处理任务，包括将上行无线信号处理成上行数据帧，将下行数据帧处 理成下行无线信号；和系统控制设备，与所述通信处理设备和基站控 制器(BSC)/无线网络控制器(RNC)相连，包括信道处理调度装置， 用于控制所述通信处理设备中间信道处理任务的分配，使得一个通信 处理设备对其所辖小区的信道处理任务部分或全部地被分配到其它通 信处理设备上执行，和路由装置，用于在BSC/RNC和通信处理设备 之间路由和传递数据。
本发明还提供了一种资源集中控制的分布式无线系统，包括：多 个彼此相连的通信处理设备，每个通信处理设备执行其所辖小区的信 道处理任务，包括将上行无线信号处理成上行数据帧，将下行数据帧 处理成下行无线信号，并且直接与BSC/RNC相连以交换数据；和系 统控制设备，与所述通信处理设备和BSC/RNC相连，所述系统控制 设备包括信道处理调度装置，用于控制所述通信处理设备中间信道处 理任务的分配，使得一个通信处理设备对其所辖小区的信道处理任务 部分或全部地被分配到其它通信处理设备上执行。
与现有技术相比，在服务于同样多的小区的情况下，本发明需要 更少的传输资源，并且保证整个无线系统具有更高的可用性。相应地， 由于减少了小区的传输资源的代价，因而可容纳更多的小区，使得整 个分布式无线系统总的信道处理资源较一般集中式基站数量大得多， 从而能获得更大的统计复用增益。高可用性保证在同样的呼损条件下， 整个无线系统的平均每小区信道处理资源代价更小。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例进行的说明可以更加全面地理 解本发明的上述和其它目的、特征和优点，其中：
图1a示意性地示出了传统的BTS结构；
图1b示意性地示出了传统BTS与BSC/RNC的网络结构；
图2示出了采用远端天线单元的集中式基站系统的结构；
图3示出了本发明的基于信道处理资源集中控制的分布式无线系 统的一个实施例；
图4示出了本发明的基于信道处理资源集中控制的分布式无线系 统的另一个实施例；
图5示出了本发明的分布式无线系统的无线控制与路由网关的功 能结构图；
图6示出了本发明的分布式无线系统的无线网关控制器的功能结 构图；
图7是本发明的分布式无线系统的无线网关的结构示意图；而
图8a和8b示出了本发明的分布式无线系统中的两种信号分配方 式。

现在参照附图详细描述本发明的实施例。
(第一实施例)
1.系统结构
图3示出了本发明的基于信道处理资源集中控制的分布式无线系 统的一个实施例。如图3所示，基于信道处理资源集中控制的分布式 无线系统20包括无线控制与路由网关22，无线网关(Radio Gateway -RG)23和远程天线单元(RAU)24。无线网关23完成上下行无线 信号的处理，该处理与集中式基站系统的信道处理单元的处理类似。 无线网关23通过接口Ira与远程天线单元(RAU)24连接。该分布 式无线系统20包含多个无线网关23，它们之间建立接口Irg。各无线 网关23通过接口Irc与无线控制与路由网关(Radio Control and Routing Gateway-RCRG)22相连。
根据本实施例，无线网关23与远程天线单元24的接口Ira可以 是现有集中式基站系统中中央信道处理子系统与远程天线单元的接 口，该接口可以采用光纤、铜缆、微波等传输介质。信号传输方式可 以是经采样后的数字信号，或者是经调制的模拟信号。信号可以采用 基带信号，中频信号或者射频信号。但在本发明中，优选地采用由I/Q (同相/正交)分量组成的基带数字信号进行传输，这是因为，为了对 远程天线单元对应控制和管理，Ira接口除了处理无线信号传输外， 还需要同时传输其它控制与管理信息，而数字传输便于采用统一的物 理链路同时传输上述数据。
图7是本发明的分布式无线系统的无线网关60的结构示意图。如 图7所示，无线网关60主要包括信道处理资源池62、信号分配单元 64、Ira接口单元65、Irg接口单元63、以及Irc接口单元61等功能 单元。在图3所示的实施例中，Irg接口单元63与Irc接口单元61存 在直接或间接的通路，如图中虚线所示。
根据本实施例，无线网关23主要由信道处理单元构成，用于完成 无线信号的基带处理。以WCDMA(宽带码分多址)系统为例，在下 行方向，无线网关接收来自Irc的各传输信道的下行数据帧，进行包 括信道编码、交织、速率匹配、扩频、加扰、调制、波形成形滤波等 操作；在上行方向，无线网关接收来自Ira或Irg接口的I/Q基带数 字信号，进行包括匹配滤波、解扩、信道估计、RAKE合并、信干比 (SIR)估计、解交织、信道解码等操作，并形成各传输信道的上行 数据帧。另外无线网关还完成内环功率控制、随机接入控制等操作。
无线网关之间的接口Irg为本发明新引入的接口，它在本发明的 分布式信道处理中起着重要的作用。根据本发明，与某小区的远程天 线单元通过Ira接口相连的无线网关称为该小区的服务无线网关 (Serving RG-SRG)，而通过Irg接口分担该小区的部分或全部信 道处理的无线网关称为漂移无线网关(Drift RG-DRG)。根据本发 明，Irg接口主要传输经由服务无线网关送往漂移无线网关的I/Q分量 组成的上行基带数字无线信号，以及经由漂移无线网关送往服务无线 网关的I/Q分量组成的下行基带数字无线信号。
在图3所示的分布式无线系统中，无线控制与路由网关22与无线 网关23之间的接口Irc划分为控制平面和用户平面两部分。控制平面 用于传递无线控制与路由网关22对其所辖各无线网关23的控制信令。 该控制信令包括两大类，即根据所属小区各物理信道的配置状态对无 线网关内的信道处理单元的控制参数的配置与修改等操作，用于在信 道处理单元中间分配物理信道的信道处理任务，以及各无线网关之间 信道处理资源的分配控制、建立、修改与释放等操作，用于控制漂移 无线网关分担服务无线网关的信道处理任务；用户平面则传输与对应 于无线网关信道处理资源分配状况的各传输信道的上下行数据帧。另 外，控制平面或用户平面还应包括各小区的定时控制信息，以 WCDMA系统为例，所述小区的定时控制信息即为BFN或/和SFN等 帧定时信息。
图5示出了图3的分布式无线系统中的无线控制与路由网关22 的功能结构40，其中为了说明的简洁和清楚，省略了其它与本发明无 关的模块的说明，因为这些模块对于本领域技术人员是已知的。如图 5所示，结构40包括无线网关控制单元41和路由单元42。无线网关 控制单元41包括控制协议执行模块43，信道配置管理模块44和信道 处理调度模块45。路由单元42包括用户协议执行模块46，分配模块 47和组合模块48。控制协议执行模块43用于实现BTS与BSC/RNC 接口控制平面的功能实体，使得BSC/RNC可通过控制协议执行模块 43实施对无线网关的控制。以WCDMA系统为例，该模块实现了BTS (即Node B)与RNC的接口协议NBAP(节点B应用协议)的功能 实体。信道配置管理模块44负责管理无线网关的信道配置，使得 BSC/RNC可通过信道配置管理模块44实施对无线网关的信道配置的 控制。例如，可通过信道配置管理模块44将BTS与BSC/RNC接口 控制平面协议对物理信道的配置与管理映射为对无线网关内的信道处 理单元的控制参数的配置与修改等操作。信道处理调度模块45负责对 所辖无线网关的信道处理资源的总调度，即根据各小区实际业务量分 布状况，实现各无线网关信道处理资源的优化分配与控制，以及相应 的信道处理资源的建立、修改与释放等操作。路由单元42负责用户面 数据帧的路由。其用户协议执行模块46用于实现BTS与BSC/RNC 接口用户平面的功能实体，以便在BSC/RNC和无线网关之间传递上 行和下行数据帧。以WCDMA系统为例，该模块实现了Node B与 RNC的用户面公共传输信道与专用传输信道帧协议的功能实体。分配 模块47在下行方向根据各无线网关信道处理资源的分配状况，将来自 BSC/RNC的下行链路数据帧进行分离或组播(Multicast)，并路由 至相应的无线网关。组合模块48在上行方向根据各无线网关信道处理 资源的分配状况，将来自相关无线网关处理形成的上行链路数据帧进 行合并，并通过BTS与BSC/RNC的接口发送至BSC/RNC。另外， 结构40还包括整个分布式无线系统的定时控制模块(未示出)。
根据上述，在图3所示的分布式无线系统中，无线控制与路由网 关22将终结包括控制平面和用户平面的BTS与BSC/RNC 21的接口 协议，并提供统一的与BSC/RNC 21的接口。
应当注意，在图5所示的实施例中，控制协议执行模块43和信道 配置管理模块44是可选的。在没有这两个模块的情况下，也可实现本 发明的目的。
2.资源控制与信号分配
如前所述，无线控制与路由网关22负责备无线网关23的信道处 理资源的优化分配与控制。根据本发明，在网络组网配置时，将地理 上相邻的一定数量的小区所对应的远程天线单元通过上述Ira接口连 接到一个无线网关。这样，当满足一定条件，例如当该无线网关所属 的小区总的业务量低于一定门限时，所有的信道处理均可由该无线网 关完成。当满足另一条件，例如当该无线网关所属的小区总的业务量 高于该门限或其它门限，或者该无线网关部分或全部出现故障时，无 线控制与路由网关22将根据与该无线网关存在Irg接口的其它无线网 关的负荷量，将超出该无线网关处理能力的信道处理负荷分配至满足 处理需求的其它无线网关，即通过Irg接口将相关无线信号传输至效 应的无线网关，由其完成相应的信道处理。
由于上下行信号之间存在一定的联系，如在WCDMA系统中，上 下行物理信道满足一定的定时关系，并且一些物理层的控制命令的产 生与处理，如功率控制命令(TPC)、闭环发射分集和站点选择分集 传输(SSDT)中的反馈指示(FBI)等，因此本发明中优选得将上下 行无线信号的处理由同一无线网关来完成。
对于图3所示的分布式无线系统，无线网关23中的信号分配单元 64仅需完成图8a所示信号分配方式，因此其Irg接口仅用于传输因 负荷分担的上下行基带数字无线信号。如前所述，上下行数据帧的路 由和合并均通过无线控制与路由网关22完成，即在下行方向，无线控 制与路由网关22根据各无线网关信道处理资源的分配状况，将来自 BSC/RNC的下行链路数据帧进行分离或组播(Multicast)并路由至 相应的无线网关；在上行方向，无线控制与路由网关22根据各无线网 关信道处理资源的分配状况，将来自相关无线网关处理形成的上行链 路数据帧进行合并，并通过统一的接口发送至BSC/RNC。
3.系统定时控制
在蜂窝无线通信系统中，每个BTS均有一个物理信道帧定时器， 所有的物理信道均以此定时进行发送和接收。以WCDMA FDD系统 为例，每个Node B均有一个本地帧定时器(BFN)，其所辖小区的 系统帧定时(SFN)与之相同，SFN与BFN的范围为0～4095帧，所 有该小区的无线信道均是以此为参考建立的，进一步的细节可以参考 TS25.402、TS25.211等协议。
根据本发明，一个分布式无线系统中的所有无线网关优选地采用 相同的帧定时，即完全同步。以WCDMA系统为例，即具有一个BFN。 该帧定时器的维护由无线控制与路由网关22完成，并通过Irc接口分 发至其所控各无线网关。为了补偿Irg、Ira等接口的传输时延，无线 控制与路由网关22还应该通过一定的时延测量方法，估计Irg、Ira 等接口的传输时延并通过一定的控制信令完成对各无线网关的定时控 制。
(第二实施例)
本发明的第二实施例大部分与第一实施例类似，因此以下说明省 略了相同部分，只对不同之处进行详细说明。
1.系统结构
图4示出了本发明的基于信道处理资源集中控制的分布式无线系 统的另一个实施例。图4提供了用户面数据流与控制流分离的与 BSC/RNC的接口。与图3的第一实施例的不同之处在于，无线控制 与路由网关被无线控制网关(Radio Gateway Controller-RGC)32 所替代；各无线网关33通过Ir-u接口直接向BSC/RNC 31提供用户 面数据流传递，而各无线网关33通过Ir-c接口与无线网关控制器32 相连，并由无线控制网关32提供控制面接口与BSC/RNC 31相连。
在图4所示的分布式无线系统中，Irg接口还传输经由服务无线 网关送往漂移无线网关的与该漂移无线网关所分配处理资源对应的传 输信道的下行数据帧，以及经由漂移无线网关送往服务无线网关的与 该漂移无线网关所分配处理资源对应的传输信道的上行数据帧。
各无线网关33通过Ir-u接口直接向BSC/RNC 31提供用户面数 据流承载，用于传输各无线网关33所属小区的传输信道的上下行数据 帧。同时，各无线网关33通过Ir-c接口与无线网关控制器32相连， 通过该接口，无线网关控制器32对其所属各无线网关33进行如下两 大类控制操作：根据所属小区各物理信道的配置状态对无线网关内的 信道处理单元的控制参数的配置与修改等操作，以及各无线网关之间 信道处理资源的分配控制、建立、修改与释放等操作，另外，各小区 的定时控制信息还需通过Ir-c接口进行传输。
在图4所示的分布式无线系统中，无线网关控制器32主要完成无 线网关控制功能。图6示出了无线网关控制器32的这个功能结构50。 结构50包括控制协议执行模块51，信道处理调度模块52和信道配置 管理模块53。与图5中的控制协议执行模块43类似，控制协议执行 模块51用于实现BTS与BSC/RNC接口控制平面的功能实体，使得 BSC/RNC可通过控制协议执行模块51实施对无线网关的控制。与图 5中的信道配置管理模块44类似，信道配置管理模块53负责管理无 线网关的信道配置，使得BSC/RNC可通过信道配置管理模块53实施 对无线网关的信道配置的控制。例如，可通过信道配置管理模块53 将BTS与BSC/RNC接口控制平面协议对物理信道的配置与管理映射 为对无线网关内的信道处理单元的控制参数的配置与修改等操作。与 图5中的信道处理调度模块45类似，信道处理调度模块45负责对所 辖无线网关的信道处理资源的总调度，即根据各小区实际业务量分布 状况，实现各无线网关信道处理资源的优化分配与控制，以及相应的 信道处理资源的建立、修改与释放等操作。
在图4所示的分布式无线系统中，无线网关控制器32负责终结控 制平面的BTS与BSC/RNC的接口协议并提供统一的与BSC/RNC的 控制接口，而每个无线网关负责终结各自所属小区的与BSC/RNC的 用户平面接口协议，并各自提供与BSC/RNC的用户数据接口，因此， 该结构适用于采用承载与控制相分离结构的无线接入网。另外，无线 网关控制器32还负责整个分布式无线系统的定时控制。
无线网关33的结构如图7所示。与第一实施例不同的地方在于， 第一实施例中的Irc接口单元被替换成Ir-c/Ir-u接口单元。
应当注意，在图6所示的实施例中，控制协议执行模块51和信道 配置管理模块53是可选的。在没有这两个模块的情况下，也可实现本 发明的目的。
2.资源控制与信号分配
对于图4所示的分布式无线系统，无线网关33中信号分配单元 64可完成两种信号分配方式，如图8所示。图8a表示根据需要将某 个小区的上下行信号整个交换至漂移无线网关；图8b表示根据需要将 某个小区的上行信号同时分配至服务无线网关的信道处理单元和漂移 无线网关，从而允许服务无线网关和漂移无线网关分别完成某个小区 的上行信号中一部分上行业务信道的处理；而允许服务无线网关和漂 移无线网关分别完成某个小区的下行信号中与上行对应的下行业务信 道的处理，并在信号分配单元中按其无线信道的复用方式复用为一路 下行信号。其中，图8b实际上还包括了两种特殊情况，一是某个小区 的信道处理仅由多个漂移无线网关同时完成，二是某个小区的信道处 理由服务无线网关和多个漂移无线网关同时完成。
因此，对图4所示的分布式无线系统，Irg接口上存在两类数据， 一是由于负荷分担而传输的上下行基带数字无线信号，二是经服务无 线网关转发的来自BSC/RNC的下行数据帧及由漂移无线网关处理后 形成的返回服务无线网关的上行数据帧。因此，Irg接口的数据流具 有如下的路由：在下行方向，来自BSC/RNC的下行数据帧经服务无 线网关转发至漂移无线网关，由漂移无线网关生成部分或全部指定小 区的下行物理信道并形成数字基带信号，该数字信号再经由Irg接口 传输至服务无线网关，并在服务无线网关中合成该小区的下行链路无 线信号并通过天线发送出去；在上行方向，由天线接收的该小区的上 行链路数字基带信号经由服务无线网关路由至漂移无线网关，再由漂 移无线网关进行基带处理后形成部分或全部上行数据帧并经Irg接口 返回服务无线网关，最后由服务无线网关通过统一的Ir-u接口传送至 BSC/RNC。
3.系统定时控制
第二实施例的定时控制与第一实施例相同。
尽管上述根据优选实施例对本发明进行了阐述，但这些描述只是 为了说明本发明的目的，不应理解为对本发明的任何限制。本领域技 术人员可以对本发明进行各种可能的修改和改进，但这些修改和改进 都包括在随附权利要求书中所限定的本发明的范围和精神内。