CN102055407B - Lte射频远端单元数字上变频器及带宽灵活配置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LTE LTE射频远端单元数字上变频器和数字下变频及带宽灵活配置方法，本发明克服了传统方法存在的缺陷，以保证数字上变频器和数字下变频器带宽可配置为核心，具有通用性强，架构实现简单，有利于系统稳定性的数字上变频器和数字下变频器的实现方法。本发明中所提及的数字上变频和数字下变频有利于FPGA资源的合理分配以及RRU系统的平滑升级。
Description
技术领域
本发明涉及一种在LTE远端射频单元系统内所使用的数字上变频器和数字下变频器及带宽灵活配置方法。
背景技术
在分布式基站系统中，RRU（Remote Radio Unit，远端射频单元）的作用主要是完成从基带载波数据到射频信号的调制，以及从射频信号到基带载波数据的解调，其与BBU（Base Band Unit，基带单元）的关系如附图1所示。
为适应移动通信技术的不断发展，各运营商对RRU提出了越来越高的要求，除了要求产品功能稳定可靠外，还要求软硬件支持平滑升级、兼容性强、成本低廉、绿色环保等，这就使得RRU在实现方式上必须采用软件无线电平台，利用数字信号处理技术实现上述功能。由于FPGA（现场可编程门阵列）具有工艺成熟、性价比高、系列产品兼容性好、实现灵活简单等优点，已成为软件无线电平台中不可缺少的重要器件。
RRU中的上变频器和下变频器是RRU中的重要组成部分，由于FPGA的灵活可配，利于RRU的平滑升级等优点，使得利用FPGA来实现数字上变频器和数字下变频器成为各个RRU厂商的第一选择。
由于在LTE通信协议标准中，RRU的系统带宽是可配置的。合理的数字上变频和下变频设计有利于FPGA的资源合理分配以及RRU系统的平滑升级。图2和图3分别是传统方法的带宽可配置的上变频器和下变频器的架构，其消耗资源较多、功耗较大。
发明内容
本发明的目的为了克服传统方法的上述缺陷，而提供一种LTE射频远端单元数字上变频器和数字下变频器及带宽灵活配置方法，保证数字上变频器和数字下变频器带宽灵活配置，且本发明通用性强，架构实现简单，有利于系统稳定性的数字上变频器和数字下变频器的实现方法。其具有复用度高、节省资源、功耗低等优点。
如图2是常见的RRU下行链路，图3是常见的RRU上行链路。图4为本发明的RRU下行链路框图。图5为本发明的RRU上行链路框图。
本发明的数字上变频器功能模块如图6所示，LTE射频远端单元数字上变频器，由四个内插滤波器、二选一开关、三选一开关构成，RRU中的基带数据链路处理协议解析单元分别与FPGA的高速串并转换模块、第一内插滤波器、二选一开关、三选一开关、第三内插滤波器相连，第一内插滤波器依次与二选一开关、第二内插滤波器、三选一开关、第四内插滤波器相连，第四内插滤波器与FPGA的削峰模块相连，第三内插滤波器依次与三选一开关、第四内插滤波器相连；
第一内插滤波器1：对5MHz系统带宽设置下的基带数据进行内插滤波器处理，内插后数据速率变为15.36Msps；
二选一开关：依据系统带宽设置参数，配置第二内插滤波器2的输入数据；
第二内插滤波器2：对二选一开关输出的数据进行内插，内插后输出数据速率变为30.72Msps；
第三内插滤波器3：对基带15MHz系统带宽设置情况下的基带数据进行内插滤波处理，内插后数据速率变为30.72Msps；
三选一开关：依据系统带宽设置，设置第四内插滤波器4的数据输入；
第四内插滤波器4：对三选一开关输出的数据进行内插，内插倍数可以依据削峰和数字预失真的需求进行调整。
本发明的数字下变频器功能模块如图7所示，LTE射频远端单元数字下变频器，由频谱搬移和五个抽取滤波器、四选一开关、信道滤波器构成，频谱搬移和第一抽取滤波器分别与RRU中的模数转换器、第二抽取滤波器、第三抽取滤波器相连，第二抽取滤波器、第三抽取滤波器、第四抽取滤波器、第五抽取滤波器分别与四选一开关相连，第三抽取滤波器依次与第四抽取滤波器、第五抽取滤波器四选一开关相连，四选一开关依次与信道滤波器和RRU中的基带数据链路处理协议解析单元相连；
频谱搬移和第一抽取滤波器1：对上行模数转换器输出数据进行频谱搬移和第一级抽取处理；
第二抽取滤波器2：对第一抽取滤波器1输出数据进行抽取，输出23.04Msps速率数据；
第三抽取滤波器3：对第一抽取滤波器1输出数据进行抽取，输出30.72Msps速率的数据；
第四抽取滤波器4：对第三抽取滤波器3输出的数据进行抽取，输出15.36Msps速率的数据；
第五抽取滤波器5：对第四抽取滤波器4输出的数据进行抽取，输出7.68Msps速率的数据；
四选一开关：依据系统带宽设置，对各个抽取滤波器输出数据进行选择，将选择后数据输出给信道滤波器；
信道滤波器：信道滤波器为单速率信道滤波器，对四选一开关输出的数据进行信道滤波。
一种LTE射频远端单元数字上变频器和数字下变频器带宽灵活配置方法，数字上变频器带宽灵活配置方法为：根据基带数据链路处理协议解析单元输出的基带数据速率进入到第一内插滤波器1、二选一开关、三选一开关或第三内插滤波器3，三选一开关的将数据直接输出至第四内插滤波器4，内插到削峰模块所需速率，来实现数字上变频器带宽灵活配置；如果基带数据进入第一内插滤波器1内插处理再经二选一开关将数据直接输出至第二内插滤波器2，经第二内插滤波器2内插处理后的数据在三选一开关的选通作用下直接输出至第四内插滤波器4，内插到削峰模块所需速率；如果基带数据进入二选一开关，二选一开关将基带数据链路处理协议解析单元输出的基带数据输出至第二内插滤波器2，经第二内插滤波器2内插处理后的数据在三选一开关的选通作用下直接输出至第四内插滤波器4，内插到削峰模块所需速率；如果基带数据进入三选一开关，三选一开关将基带数据链路处理协议解析单元输出的基带数据输出至第四内插滤波器4，内插到削峰模块所需速率；如果基带数据进入第三内插滤波器3，第三内插滤波器3将基带数据链路处理协议解析单元输出的基带数据输出至三选一开关，三选一开关的将数据直接输出至第四内插滤波器4，内插到削峰模块所需速率。
数字下变频器带宽灵活配置方法为：模数转换器的输出数据输出至频谱搬移和第一抽取滤波器1，再经过抽取和频谱搬移处理后的数据输出至第三抽取滤波器3或第二抽取滤波器2，第三抽取滤波器3输出的数据至第四抽取滤波器4或四选一开关，第四抽取滤波器4输出的数据至第五抽取滤波器5或四选一开关，第二抽取滤波器2或第五抽取滤波器5输出的数据至四选一开关，经抽取链路抽取后的数据由四选一开关根据数据速率选择输出到下一级的信道滤波器，再由信道滤波器输出给基带数据链路协议处理解析单元，来实现数字下变频器带宽灵活配置。
本发明的通用性强，架构实现简单，有利于系统稳定性的数字上变频器和数字下变频器的实现方法。其具有复用度高、节省资源、功耗低等优点。
附图说明
图1为现有的RRU应用框图。
图2为现有的RRU下行链路框图。
图3为现有的RRU上行链路框图。
图4为本发明的RRU下行链路框图。
图5为本发明的RRU上行链路框图。
图6为本发明的LTE带宽可配置的数字上变频器框图。
图7 为本发明的LTE带宽可配置的数字下变频器框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明的数字上变频器功能模块如图6所示，LTE射频远端单元数字上变频器，由四个内插滤波器、二选一开关、三选一开关构成，RRU中的基带数据链路处理协议解析单元分别与FPGA的高速串并转换模块、第一内插滤波器、二选一开关、三选一开关、第三内插滤波器相连，第一内插滤波器依次与二选一开关、第二内插滤波器、三选一开关、第四内插滤波器相连，第四内插滤波器与FPGA的削峰模块相连，第三内插滤波器依次与三选一开关、第四内插滤波器相连；
第一内插滤波器1：对5MHz系统带宽设置下的基带数据进行内插滤波器处理，内插后数据速率变为15.36Msps；
二选一开关：依据系统带宽设置参数，配置第二内插滤波器2的输入数据；
第二内插滤波器2：对二选一开关输出的数据进行内插，内插后输出数据速率变为30.72Msps；
第三内插滤波器3：对基带15MHz系统带宽设置情况下的基带数据进行内插滤波处理，内插后数据速率变为30.72Msps；
三选一开关：依据系统带宽设置，设置第四内插滤波器4的数据输入；
第四内插滤波器4：对三选一开关输出的数据进行内插，内插倍数可以依据削峰和数字预失真的需求进行调整。
本发明的数字下变频器功能模块如图7所示，LTE射频远端单元数字下变频器，由频谱搬移和五个抽取滤波器、四选一开关、信道滤波器构成，频谱搬移和第一抽取滤波器分别与RRU中的模数转换器、第二抽取滤波器、第三抽取滤波器相连，第二抽取滤波器、第三抽取滤波器、第四抽取滤波器、第五抽取滤波器分别与四选一开关相连，第三抽取滤波器依次与第四抽取滤波器、第五抽取滤波器四选一开关相连，四选一开关依次与信道滤波器和RRU中的基带数据链路处理协议解析单元相连；
频谱搬移和第一抽取滤波器1：对上行模数转换器输出数据进行频谱搬移和第一级抽取处理；
第二抽取滤波器2：对第一抽取滤波器1输出数据进行抽取，输出23.04Msps速率数据；
第三抽取滤波器3：对第一抽取滤波器1输出数据进行抽取，输出30.72Msps速率的数据；
第四抽取滤波器4：对第三抽取滤波器3输出的数据进行抽取，输出15.36Msps速率的数据；
第五抽取滤波器5：对第四抽取滤波器4输出的数据进行抽取，输出7.68Msps速率的数据；
四选一开关：依据系统带宽设置，对各个抽取滤波器输出数据进行选择，将选择后数据输出给信道滤波器；
信道滤波器：信道滤波器为单速率信道滤波器，对四选一开关输出的数据进行信道滤波。
数字上变频部分：数字上变频的设计架构按照图6所描述方式实施。RRU中的基带数据链路处理协议解析单元将BBU通过光纤发送的基带数据，按照相关协议解析出来后送给上变频部分。由系统带宽设置的带宽参数决定该基带数据进入哪级滤波器。
在系统带宽设置为5MHz情况下：基带数据链路处理协议解析单元输出的基带数据进入到第一内插滤波器1，经过第一内插滤波器1内插处理后的输出数据速率变为15.36Msps；此时，与第一内插滤波器1连接的数据的二选一开关模块将第一内插滤波器1输出的数据直接输出至第二内插滤波器2，进一步内插至30.72Msps，该内插后的30.72Msps速率的数据在三选一开关的选通作用下直接输出至第四内插滤波器4，经过若干倍内插后达到削峰模块需求后，输出给削峰模块；
在系统带宽设置为10MHz情况下：基带数据链路处理协议解析单元输出的15.36Msps基带数据在二选一开关模块的作用下直接输入第二内插滤波器2，内插至30.72Msps；再经过三选一开关直接输入第四内插滤波器4，内插若干倍后，输出给削峰模块；
在系统带宽设置为15MHz情况下：基带数据链路处理协议解析单元输出的23.04Msps基带数据直接经过第三内插滤波器3，内插至30.72Msps；经过三选一开关的选择输出至第四内插滤波器4，内插若干倍后，输出给削峰模块；
(4)在系统带宽设置为20MHz情况下：基带数据链路处理协议解析单元输出的30.72Msps的基带数据直接由三选一开关模块选择后送给第四内插滤波器4，内插若干倍后，输出给削峰模块。
数字下变频部分：按照图7所描述方式实施，ADC采样数据经过FPGA的频谱搬移和抽取滤波处理后，送给基带数据链路协议处理解析单元处理。基带数据链路协议处理解析单元对数据进行组帧和并串转换后，使用光纤接口将下变频器抽取的数据完整的传输至BBU（Base BandUnit，基带单元）。
(1)在系统带宽设置为5MHz情况下：模数转换器的输出数据输出至频谱搬移和第一抽取滤波器1，经过抽取和频谱搬移处理后的数据将输出至第三抽取滤波器3以及第四抽取滤波器4和第五抽取滤波器5级联的抽取链路，抽取完毕后数据速率变为7.68Msps；该抽取后的数据由四选一开关模块选择输出到下一级的信道滤波器，最后，信道滤波器的输出数据输出给基带数据链路协议处理解析单元；
(2) 在系统带宽设置为10MHz情况下，模数转换器的输出数据经过频谱搬移和第一抽取滤波器1抽取和频谱搬移处理后，送至第三抽取滤波器3以及第四抽取滤波器4的抽取链路，抽取完毕后数据速率变为15.36Msps，该抽取后的数据由四选一开关模块选择输出到下一级的信道滤波器；信道滤波器的输出数据输出给基带数据链路协议处理解析单元；
(3) 在系统带宽设置为15MHz情况下，模数转换器的输出数据经过频谱搬移和第一抽取滤波器1抽取和频谱搬移处理后，送至第二抽取滤波器2的抽取链路，抽取完毕后数据速率变为23.04Msps；该抽取后的数据由四选一开关模块选择输出到下一级的信道滤波器；信道滤波器的输出数据输出给基带数据链路协议处理解析单元。
(4) 在系统带宽设置为20MHz情况下，模数转换器的输出数据经过频谱搬移和第一抽取滤波器1抽取和频谱搬移处理后，送至第三抽取滤波器3的抽取链路，抽取完毕后数据速率变为30.72Msps，该抽取后的数据由四选一开关模块选择输出到下一级的信道滤波器；信道滤波器的输出数据输出给基带数据链路协议处理解析单元。
本发明的上述实例仅仅为说明本发明的方法实现，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，都可轻易想到其变化和替换，因此本发明保护范围都应涵盖在由权利要求书所限定的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种位于RRU下行链路中的LTE射频远端单元数字上变频器，所述RRU下行链路包括依次连接的基带数据链路处理协议解析单元，FPGA、数模转换器、模拟变频、功放，FPGA包括依次连接的高速串并转换模块、数字上变频器、削峰模块、数字预失真模块，其特征在于：所述数字上变频器由四个内插滤波器、二选一开关、三选一开关构成，RRU中的基带数据链路处理协议解析单元分别与FPGA的高速串并转换模块、第一内插滤波器、二选一开关、三选一开关、第三内插滤波器相连，第一内插滤波器依次与二选一开关、第二内插滤波器、三选一开关、第四内插滤波器相连，第四内插滤波器与FPGA的削峰模块相连，第三内插滤波器依次与三选一开关、第四内插滤波器相连，在所述下行链路中，基站发送的高速串行数据经由光纤传递给RRU的基带数据链路处理协议解析单元进行基带数据的解析，解析后的数据通过RRU的高速串并转换模块传递给数字上变频器，再传递给FPGA的削峰模块。
2.一种由权利要求1所述的LTE射频远端单元数字上变频器实现的带宽灵活配置方法，根据基带数据链路处理协议解析单元输出的基带数据速率进入到第一内插滤波器、二选一开关、三选一开关或第三内插滤波器，三选一开关将数据直接输出至第四内插滤波器，内插到削峰模块所需速率，来实现数字上变频器带宽灵活配置；如果基带数据进入第一内插滤波器内插处理再经二选一开关将数据直接输出至第二内插滤波器，经第二内插滤波器内插处理后的数据在三选一开关的选通作用下直接输出至第四内插滤波器，内插到削峰模块所需速率；如果基带数据进入二选一开关，二选一开关将基带数据链路处理协议解析单元输出的基带数据输出至第二内插滤波器，经第二内插滤波器内插处理后的数据在三选一开关的选通作用下直接输出至第四内插滤波器，内插到削峰模块所需速率；如果基带数据进入三选一开关，三选一开关将基带数据链路处理协议解析单元输出的基带数据输出至第四内插滤波器，内插到削峰模块所需速率；如果基带数据进入第三内插滤波器，第三内插滤波器将基带数据链路处理协议解析单元输出的基带数据输出至三选一开关，三选一开关的将数据直接输出至第四内插滤波器，内插到削峰模块所需速率。
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