CN101193083A - 一种基带信号传输中实现数据采样率变换的射频远端单元 - Google Patents

Abstract

一种基带信号传输中实现数据采样率变换的射频远端单元，其特征在于：所述射频远端单元RRU中包含A/D转换模块，数据采样率变换模块，其中：所述A/D转换模块用于对RRU接收到的天线数据进行A/D转换；所述数据采样率变换模块用于对A/D转换模块输出的数据进行降采样处理；所述射频远端单元接收天线数据，由A/D转换模块进行转换，然后由所述数据采样率变换模块对转换后的数据进行降采样处理，处理过的数据由数据传输通道传输至基站NodeB进行后续处理。

Description

一种基带信号传输中实现数据采样率变换的射频远端单元

技术领域

本发明涉及数字通信系统，特别涉及一种数字通信系统中可在基带信号传输中实现数据采样率变换的射频远端单元。

背景技术

目前无线通信系统中，由于受到光纤传输能力的限制，基站(NodeB)可支持的射频远端单元(RF Rmote Unit，RRU)数目是有限的。为了使得通信产品更具竞争力(为运营商节约成本)，需要在有限的传输能力内连接更多的RRU。

射频远端单元(RF Rmote Unit，RRU)应用于目前射频拉远技术中，实现射频端的收发，通过光纤传输和NodeB基带接口。

图1所示是现有技术中NodeB和射频远端单元RRU连接示意图。射频远端单元RRU主要是实现射频端的收发，通过光纤传输和NodeB基带接口。图中所示是多个RRU单元级联通过光纤传输和基带接口，连接RRU单元的天线数可为单天线、双天线或多天线。

现有技术下，如果分别使用1.2288G或2.4576G的光纤传输，若上行和下行基带使用现行的8比特和16比特位宽进行处理，且采用3.84*2M/s采样速率，则仅能支持3个RRU(1.2288G)或7个RRU(2.4576G)。

为了使得NodeB能够支持更多的RRU单元，可以在I、Q数据传输过程中，采取降低量化比特和变换采样率的方法。如果对RBI单小区比特宽位进行处理且不改变采样速率大小，将上行和下行基带比特位宽分别降到7比特和15比特，则可支持4个RRU(1.2288G)或8个RRU(2.4576G)。通过仿真手段对截位处理前后的基带接收性能的差异进行评估，发现降低量化比特对性能影响非常小，对于系统来说完全可以接受，但如果再次降低量化比特的话对接收性能的影响就会比较大了。

因此考虑在基带信号传输过程中变换数据采样率，达到增加RRU单元数的目的。如果采取变换采样率的方法，就需要对数据速率进行降采样的处理。现在的天线基带数据采样速率为3.84*2M/s，而实际上的载频间隔为5MHz，有效信号带宽小于5MHz，分布在0频点左右，最大频率为2.5MHz。根据采样定理，只要满足3.84/2*1.22＝2.34M/s(滚降因子为1.22)的采样速率即可以不失真地获取原始信号，降低采样率也就降低了数据传输量，可以在有限的传输能力内传输更多天线或RRU的数据。然后把低采样率的数据通过简单的FIR滤波插值方法将采样速率恢复到3.84*2M/s。采用这种方法，在保证性能几乎没有损失的前提下，仅增加FIR滤波插值处理过程，RRU和NodeB之间的连接能力就能得到30％～60％的提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能变换数据采样率的射频远端单元，使得在有限的传输能力内NodeB能够支持更多的射频远端单元(RRU)，解决目前系统中容量不足的缺陷。

一种基带信号传输中实现数据采样率变换的射频远端单元，其特征在于：所述射频远端单元RRU中包含A/D转换模块，数据采样率变换模块，其中：

所述A/D转换模块用于对RRU接收到的天线数据进行A/D转换；

所述数据采样率变换模块用于对A/D转换模块输出的数据进行降采样处理

所述射频远端单元接收天线数据，由A/D转换模块进行转换，然后由所述数据采样率变换模块对转换后的数据进行降采样处理，处理过的数据由数据传输通道传输至基站NodeB进行后续处理。

所述数据采样率变换模块用FIR滤波插值方法实现数据降采样处理。

其特征在于：所述FIR滤波插值方法包含如下步骤：

(d1)对待处理的数据作L倍插值；

(d2)对插值后的数据进行抽取，每M个值中抽取一个，其中，L，M的取值使得抽取后的数据其采样率为所要求的采样率；

(d3)将(d2)中处理过的数据与N阶FIR滤波系数积分，生成新序列，其中滤波器长度N和FIR滤波系数为系统设计时确定的参数。

本发明所述的射频远端单元，对天线数据传输做了一种降低采样速率的处理，已通过仿真验证本发明的方法对接收性能几乎没有影响，且在性能不受影响的前提下可增加RRU连接数目。仿真中采用的降低后的采样速率为2.4*2M/s，RRU和NodeB之间的连接能力提高了50％左右。

附图说明

图1是现有技术中NodeB和RRU单元连接示意图；

图2是本发明基带信号传输系统结构框图；

图3是本发明数据采样率变换方案总流程图；

图4是本发明基带信号传输中的降采样和采样速率恢复具体实施流程图；

图5是本发明采样率变换处理前后的信号示意图；

其中图5(a)为未经过采样率变换的信号示意图；

图5(b)为经过降采样和采样率恢复处理的信号示意图；

图5(c)为图5(a)中未处理的信号和图5(b)中已处理信号对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明所述的基带传输中的数据采样率变换方法，是一种降低I、Q数据(按照采用的调制方式QPSK调制，需要输入两路调制信号，一路叫I路数据，一路叫Q路数据)传输过程中的采样速率从而增加RRU单元连接数目的方法，其技术的基本方案为：

在系统设计阶段，确定FIR滤波系数和FIR滤波器长度。这里的FIR滤波系数将应用于以下两个不同位置的FIR滤波器：(1)RRU单元中数据降采样时所需的FIR滤波系数；(2)FIR滤波插值进行采样速率恢复时所需的滤波系数。

在系统运行阶段，每次处理主要分以下几个步骤进行：

第一步：降采样过程，在RRU单元中从原有3.84*2M/s采样速率降到fs’采样速率进行数据传输，根据采样定理，只要满足大于3.84/2*1.22＝2.34M/s(滚降因子为1.22)的采样速率即可以不失真地获取原始信号，这里的fs’可取2.4*2，2.64*2或2.88*2M等值，然后执行下一步；

降采样具体实现方法有两种：

1.直接用低采样率，设为fs’(这里fs’可取2.4*2，2.64*2或2.88*2M等值)进行采样；

2.维持现有采样速率3.84*2M/s，在传输数据之前用FIR滤波插值方法进行降采样，把采样速率从3.84*2M/s降到fs’。

为了滤波插值方便，选取的采样速率可以为：

(1)3.84*2*5/8＝4.8M/s，传输的天线数据流为原来的1.6倍，RRU数目增加50％左右；

(2)3.84*2*11/16＝5.28M/s，传输的天线数据流为原来的1.45倍，RRU数目增加49％左右；

(3)3.84*2*3/4＝5.76M/s，传输的天线数据流为原来的1.33倍，RRU数目增加40％左右。

这里取这三种值为例，当然也可以选取其它采样速率。

第二步：数据传输到NodeB；

第三步：采样速率恢复，在fs’采样速率下经过数据传输通道进行数据传输，在NodeB中采用FIR滤波插值恢复采样速率到3.84*2M/s；

第四步：采用原采样速率3.84*2M/s传输数据到基带芯片，完成后续处理。

图2所示是本发明基带信号传输系统结构框图。该系统包含射频远端单元RRU，数据传输通道和基站NodeB，射频远端元中包含A/D转换模块和数据采样率变换模块，NodeB中包含数据采样率恢复模块，其中：

所述A/D转换模块用于对RRU接收到的天线数据进行A/D转换；

所述数据采样率变换模块用于对A/D转换模块输出的数据进行降采样处理；

所述数据采样率恢复模块用于对数据传输通道中传来的数据进行采样率恢复处理，将数据采样率恢复至基带芯片要求的采样率。

射频远端单元RRU接收到的天线数据进行A/D转换，然后进行数据采样率的变换，降低采样速率进行数据传输，这里的降采样方法有两种：

1)直接用低采样速率fs’进行采样；

2)通过FIR滤波插值来降低采样速率到fs’。这里把插值、抽样以及滤波过程结合起来统一考虑，以实现乘法次数为最少的滤波器结构。

本发明中采用第二种方法，由于现在的天线数据采样速率为3.84*2M/s，通过方法二将RRU单元接收到的天线数据从3.84*2M/s的采样速率经过FIR滤波插值降低到fs’，经过数据传输通道传输数据到NodeB。由于在现有技术下，上行基带I、Q数据采样速率固定为3.84*2M/s，因此在NodeB中通过FIR滤波插值将采样速率为fs’的数据恢复到3.84M的2倍采样速率的数据。

图3所示是数据采样率变换方案总流程图，该方案主要包含两个过程：降采样过程以及数据采样率恢复过程。

图4所示为基带信号传输中的降采样过程以及采样速率恢复过程的流程图。该流程图具体执行的数据采样率变换处理方法，可分为以下几个步骤：

1.射频远端单元RRU接收天线I、Q数据，进行A/D转换；

2.降采样过程；

在RRU单元中实现降采样，本发明采用上述第二种方法，维持现有采样速率3.84*2M/s，在传输数据之前用FIR滤波插值方法进行降采样，步骤实现如下：

第一步：把3.84*2M/s的采样速率经过L1倍插值到3.84*2*L(M/s)；

第二步：将插值以后的结果进行抽取，从中每M1个采样点取一个采样点的值，如抽取其中的第一个采样点，即得到fs’＝3.84*2*L1/M1(M/s)的数据流；

第三步：将插值采样以后的数据流和N阶的FIR滤波系数分别进行积分(这里的FIR滤波系数和FIR滤波器长度N是在系统设计时确定的参数)，生成新序列，采用低采样速率fs’，射频远端单元RRU将数据进行传输送到基带中进行下一步处理。

其中，L1为插值倍数，M1为抽取倍数，N为滤波器长度，fs’为数据采样率变换后的低采样速率。

假设输入信号为x(n)，输出信号为y(n)，h(n)为FIR滤波器响应(即FIR滤波系数脉冲响应)，则输出信号

n＝0，1，...，K-1，K＝N/L1

其中FIR滤波器单位抽样响应

g(n，m)＝h(nL1+<mM1>_L1)    n＝0，1，...，K-1，m＝0，1，...，L1-1，K＝N/L1

从上式可以看出，输入数据x(n)按照

转换，对每一个输出数据信号y(n)，n＝0，1，...，L1-1，在每一个时刻n，输入数据和滤波器系数对应相乘得到该时刻的y(n)，然后和下一个滤波器的系数相乘，得到下一点输出y(n)，直到对输入数据x(n)的全部数据处理结束。

3.进行数据传输到NodeB；

4.FIR滤波插值恢复采样速率；

基于基带芯片的需求，其采样速率要求为3.84*2M/s，因此对于RRU单元输出的降采样天线数据，需要进行采样速率的恢复处理，将采样速率从fs’恢复到3.84*2M/s。这就需要采用FIR滤波插值来实现，其处理过程如下：

第一步：把fs’低采样速率经过L2倍插值到fs’*L2(M/s)；

第二步：将插值以后的结果进行抽取，从中每M2个采样点取一个采样点的值，例如抽取其中的第一个采样点，即得到fs＝fs’*L2/M2＝3.84*2M/s的数据流。

第三步：将插值采样以后的数据流和N阶的FIR滤波系数分别进行积分(这里的FIR滤波系数和FIR滤波器长度N是在系统设计时确定的参数)，生成新序列。此时采用原采样速率3.84*2M/s传输数据到基带芯片，完成后续处理。

其中，其中，L2为插值倍数，M2为抽取倍数，N为滤波器长度，fs为原天线数据采样速率。

假设输入信号为x(n)，输出信号为y(n)，h(n)为FIR滤波器响应(即FIR滤波系数脉冲响应)，则输出信号

n＝0，1，...，K-1，K＝N/L2

其中FIR滤波器单位抽样相应

g(n，m)＝h(nL2+<mM2>_L2)  n＝0，1，...，K-1，m＝0，1，...，L1-1，K＝N/L2

从上式可以看出，输入数据x(n)按照

转换，对每一个输出数据信号y(n)，n＝0，1，...，L2-1，在每一个时刻n，输入数据和滤波器系数对应相乘得到该时刻的y(n)，然后和下一个滤波器的系数相乘，得到下一点输出y(n)，直到对输入数据x(n)的全部数据处理结束。

5.数据传输到基带芯片，进行后续处理。

图5所示是采样率变换处理方法前后的信号示意图，其中：a)表示没有经过本发明的数据采样率变换处理的信号示意图；b)表示经过数据采样率变换，这里采用的降采样的采样速率为2.4*2M/s，首先是FIR滤波插值降采样处理，然后是FIR滤波插值采样速率恢复的处理以后的信号示意图；c)为上述两图中的信号放在一个图中进行对比。

由于现在的天线基带数据采样速率为3.84*2M/s，而实际上的载频间隔为5MHz，有效信号带宽小于5MHz，分布在0频点左右，最大频率为2.5MHz。根据采样定理，只要满足3.84/2*1.22＝2.34M/s(滚降因子为1.22)的采样速率即可以不失真地获取原始信号，从图5中的图c)可以看出，两者的信号基本相同，差别非常小，因此本发明仅增加FIR滤波插值处理过程对性能几乎没有影响。

Claims (4)

1.一种基带信号传输中实现数据采样率变换的射频远端单元，其特征在于：所述射频远端单元RRU中包含A/D转换模块，数据采样率变换模块，其中：

所述A/D转换模块用于对RRU接收到的天线数据进行A/D转换；

所述数据采样率变换模块用于对A/D转换模块输出的数据进行降采样处理。

2.如权利要求1所述的射频远端单元，其特征在于：所述射频远端单元接收天线数据，由A/D转换模块进行转换，然后由所述数据采样率变换模块对转换后的数据进行降采样处理，处理过的数据由数据传输通道传输至基站NodeB进行后续处理。

3.如权利要求2所述的射频远端单元，其特征在于：所述数据采样率变换模块用FIR滤波插值方法实现数据降采样处理。

4.如权利要求3所述的射频远端单元，其特征在于：所述FIR滤波插值方法包含如下步骤：

(d1)对待处理的数据作L倍插值；

(d2)对插值后的数据进行抽取，每M个值中抽取一个，其中，L，M的取值使得抽取后的数据其采样率为所要求的采样率；

(d3)将(d2)中处理过的数据与N阶FIR滤波系数积分，生成新序列，其中滤波器长度N和FIR滤波系数为系统设计时确定的参数。

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