CN103384155B - 一种多通道分布式天线系统射频通道自动匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多通道分布式天线系统射频通道自动匹配方法，步骤如下：将光纤传输资源分成若干个带宽固定的信号传输单元，映射到任意的射频通道上；主AU根据射频通道配置信息，建立载波信息表，并把该信息表发送给所有的RU；主AU根据载波信息表设置主AU射频通道与信号传输单元映射表；收到载波信息表后，从AU射频通道与信号传输单元映射表；RU收到来自主AU的载波信息表后，根据本机功放模块的工作频段范围，结合载波配置信息，建立射频通道与信号传输单元映射表。本发明优点：对多模多制式的DAS系统，提供了一种载波自由调度方法，增加系统的可扩展性。同一套软硬件系统只需更换少部分配件，即能满足各种应用场景组网需求。

Description

一种多通道分布式天线系统射频通道自动匹配方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域的分布式天线系统，是一种多通道分布式天线系统射频通道自动匹配方法。

背景技术

移动通信技术发展迅速，3G已经大规模使用，LTE技术也开始试商用。在这样的背景下，移动数据业务的增长也呈爆发性增长。由于大部分移动数据业务都在室内发生，因此，移动信号室内覆盖地位明显提升，室内覆盖系统不再像2G时代那样，仅仅作为室外宏基站的补充。传统的室内覆盖，大多采用直放站技术，这种技术可扩展性较差，已经很难满足3G业务的需求。数字分布式天线系统作为新一代室分技术，开始受到重视。分布式天线系统采用扁平化的结构，接入单元(AU)和远端单元(RU)之间加入扩展单元(EU)，同一套系统可以连接几十甚至上百个远端机，特别适合室内环境信号覆盖。接入单元采用多通道设计后，一套系统可以同时接入多个信源，因此覆盖容量也得到提升。

但是已有的数字分布式天线系统，大多根据运营商频段来定制，接入单元的每个通道频率和带宽都是固定死的，远端单元与接入单元相对应，通道也是固定死的。这种结构好处在于实现简单，但是可扩展性差。如果应用环境发生变化，需要更换某个信源的制式(信源的频段和带宽都可能改变)，或者有新的频段投入使用(比如需要在原有系统中接入LTE信号)，这种系统完全无法满足新的需求，只能更换整个系统。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种多通道分布式天线系统射频通道自动匹配方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种多通道分布式天线系统射频通道自动匹配方法，该方法的步骤如下：

(1)、将光纤传输资源分成若干个带宽固定的信号传输单元，每个信号传输单元由参数配置，映射到任意的射频通道上；

(2)、主AU根据射频通道配置信息，建立载波信息表，先遍历所有的AU通道信息，判断通道之间是否满足合路条件，对于不满足合路条件的通道，把该通道载波数据直接添加到载波信息表中，对于满足合路条件的通道，把合路后生成的新载波信息添加到载波信息表中；记录载波所属AU标识和射频通道号；根据载波带宽，依次为载波信息表中每个载波分配信号传输单元，记录信号传输单元的起始位置和终止位置；并且把该载波信息表发送给所有的RU；

(3)、主AU根据载波信息表设置主AU射频通道与信号传输单元映射表，使主AU每个通道的射频信号与基带传输单元之间形成确定的对应关系；

(4)、从AU收到载波信息表后，根据载波信息表建立从AU射频通道与信号传输单元映射表，使从AU每个通道的射频信号与基带传输单元之间形成确定的对应关系；

(5)、RU收到来自主AU的载波信息表后，根据本机功放模块的工作频段范围，结合载波配置信息，建立射频通道与信号传输单元映射表，使RU每个通道的射频信号与基带传输单元之间形成确定的对应关系。

主AU建立射频通道与信号传输单元映射表，其步骤包括：主AU从载波信息表中检索出所有属于本机的载波，根据载波占用信号传输单元的起始位置和终止位置以及所在射频通道号设置本地映射表寄存器参数，根据每个载波带宽设置载波所在通道数字信号处理链路的DDC/DUC滤波器带宽以及抽取速率/内插倍数，根据中心频点设置载波所在射频链路的本振频率。

从AU建立射频通道与信号传输单元映射表，其步骤包括：从AU接收来自主AU的载波信息表，从载波信息表中检索出所有属于本机的载波，根据载波占用信号传输单元的起始位置和终止位置以及所在射频通道号设置本地映射表寄存器参数，根据每个载波带宽设置载波所在通道数字信号处理链路的DDC/DUC滤波器带宽以及抽取速率/内插倍数，根据中心频点设置载波所在通道射频链路的本振频率。

RU建立射频通道与信号传输单元映射表，其步骤包括：RU收到载波信息表后，先与本地保存的载波信息表做比较，如果相同，则流程结束，如果有差别，保存新的载波信息表；RU读取每个功放模块工作频段参数，取第1个通道频段参数与第1个未被分配RU通道的载波比较，判断两者是否可匹配，如果不能匹配，则取下一个载波，继续比较，直到最后一个载波为止，然后取下一个射频通道继续该流程；如果能匹配，则根据载波占用信号传输单元的起始位置和终止位置，为该通道指定相应的信号传输单元，根据载波带宽设置该通道数字信号处理链路的DDC/DUC滤波器带宽以及抽取速率/内插倍数，根据载波中心频点设置该通道本振频率，最后把该载波设置成已分配状态，取下一个射频通道继续该流程；直到所有的通道全部遍历；最后RU把本级已配置的载波信息和还未配置的载波信息发送给下一级RU。

本发明目的在于实现这样的功能：AU的每个通道可以根据实际的需求改变信号的中心频点和带宽，RU根据AU每个通道的信号配置情况自动寻找与之匹配的射频通道，并且配置相应的射频通道参数，使AU的射频通道和RU的射频通道之间建立正确的连接关系。

本发明实现包括以下几个步骤：

1.以1/(3.84*10^6)s为单个基本数据帧长度，每个数据帧包含来自所有射频通道的业务数据。根据光纤速率不同，每个数据帧可分为若干个字，每个字长度为32bit。其中第1个字用于系统的命令通道，传递设备间的监控信息；倒数第2和第3个字预留；最后1个字用作WLAN接入数据传输通道；其余的字传输IQ数据(业务数据)。IQ字中，连续的3个字为一组，当作1个带宽10MHz的信号传输单元。

2.所有AU和RU只要建立射频通道与信号传输单元之间的对应关系(载波交换表)，即可实现AU射频通道与RU射频通道自动匹配。

3.主AU负责整个系统的传输资源分配。每个从AU启动后，先向主AU上报本机每个射频通道信息。主AU综合本机以及所有从AU上报的通道信息后，更新载波信息表，然后根据新的载波信息表建立本机载波交换表，并且把载波信息表发送给所有的从AU与RU。

4.从AU收到载波信息表后，根据载波信息表建立载波交换表。

5.RU收到来自主AU的载波信息表后，根据本机功放模块的工作频段范围，结合载波配置信息，建立本地载波交换表。

所有设备只需维护本机的载波交换表，使本地的射频通道与12个基带传输单元建立正确的对应关系，那么AU的射频通道与RU的射频通道之间就能形成可靠的连接关系，实现载波自动配置。使用本发明益处在于，对多模多制式的DAS系统，提供了一种AU和RU之间射频通道自动匹配方法，增加系统的可扩展性。同一套软硬件系统只需要更换少部分配件(对AU来说是双工滤波器，对RU来说是功放模块)，即能满足各种应用场景组网需求。

本发明有益的效果是：解决已有数字分布式天线系统的弊端，实现多业务多制式移动信号传输与覆盖，采用该方法，可以提高系统的可扩展性。如图1所示，DAS系统升级，需要更换信源的频段TDS-A频段更换成TDS-B频段，并且接入新的信源(LTE)。在同一套系统中只需在原AU更换1个双工滤波器，原RU更换1个功放模块，即可实现新换信源覆盖。另外，在接入单元所有通道已被使用的情况下，还可以级联AU，扩展接入单元通道，同时级联RU扩展远端单元通道，实现新增信源覆盖，新的AU通道和新的RU通道自动建立对应关系。对多模多制式的DAS系统，提供了一种载波自由调度方法，增加系统的可扩展性。同一套软硬件系统只需要更换少部分配件(对AU来说是双工滤波器，对RU来说是功放模块)，即能满足各种应用场景组网需求。

附图说明

图1显示了带有射频通道自动匹配功能的DAS系统组网示意图；

图2给出了AU内部模块原理框图；

图3给出了RU内部模块原理框图；

图4描述了AU载波交换实现流程图；

图5描述了RU载波交换实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

带有载波自动分配功能的DAS系统组网方式，如图1所示。系统中接入单元(AU)实现基站信号接入，把模拟信号转换成数字信号，组帧后经数字光纤发送到扩展单元(EU)；EU把来自AU的数字信号转发到多个远端覆盖单元(RU)；RU最终实现信号放大覆盖。AU，RU和EU之间通过数字光纤连接，光纤中除了传送数字基带数据之外，还需传送以太网协议的控制数据，主AU与系统中任意一台子设备可以建立TCP/IP或者UDP连接，交互配置参数。

AU内部结构如图2所示，主要由电源模块，数字板，无源双工滤波器三部分组成，为了实现多个信号接入，采用多通道设计。双工滤波器与数字板之间采用盲插结构，双工器的频段以及工作带宽可根据实际使用需求定制。数字板由主控单元(MCU)，可编程逻辑器件(FPGA)，数/模转换和模/数转换电路，小信号射频链路四部分组成。

MCU运行监控程序，配置小信号链路增益，根据需要设置信号频率。通过SPI总线控制FPGA寄存器参数以及各种外部器件参数。

FPGA中包括数字中频处理器和光纤协议处理器。数字中频处理包括DDC和DUC以及功率检测，ALC(Auto Level Control)等其它辅助功能。DDC根据输入射频通道信号的带宽进行信道滤波，并抽取到适当的采样率。在本发明基于的系统中，射频通道带宽是可变的，可分别为10MHz、20MHz、40MHz、60MHz，DDC模块分别将这4种带宽的数字信号进行下采样，得到采样率为11.52MSps、23.04MSps、46.08MSps和69.12MSps的数字信号。上述处理的优点在于，对于信号带宽比较窄的通道，通过降低数据速率，可以节省光纤传输带宽。DUC的处理过程与DDC相反，将低采样率的信号内插到DAC的采样率，同时通过滤波器对处理过程中产生的频谱镜像进行抑制。

射频小信号链路：包括LO电路(Local Oscillator)，上变频器，下变频器和滤波器。LO产生载波频率信号，输入到上变频器和下变频器。上变频器采用AQM(Analog Quardrature Modulation)电路实现，将中频的IQ信号调制为所需载波频率的射频信号。下变频器采用混频电路实现，将射频信号下混频，得到所需的中频信号。在本发明基于的系统中，小信号链路采用全频段设计模式，在700MHz到2700MHz频段范围内，任意60MHz带宽的信号可正常工作。

数/模转换和模/数转换电路：采用高性能的ADC和DAC器件，保证单通道支持不低于60MHz信号带宽。

AU还提供了两个级联光口，即图2中的OP5与OP6，每个级联光口连接一个从AU。通过级联系统的接入射频通道最多可扩展至12个。

RU的内部结构如图3所示，主要由数字板电源模块，功放模块组成。数字板功能与AU相同，不再详述。功放模块的频段以及工作带宽可根据实际使用需求定制，与数字板之间通过RS-485总线通信。RU也提供一个级联光口用作通道扩展，最多可支持3级RU级联，扩展到12个射频通道。

如上所述的DAS系统中，每个AU射频通道的最大可支持带宽不低于60Mhz，但是实际的工作频段和带宽由双工滤波器决定，接入信号的频点和带宽由布网时与之相关的基站决定。RU的射频通道同样如此，需要跟据实际的应用场景做相应的调整。因此，AU与RU通道之间不是固定对应关系。在图1所示的系统中，主AU的第2通道载波B与从AU的第1通道载波C，在基带域合路后通过RU2的第2个通道输出；从AU的第2通道载波F，由RU1的第1通道输出。载波这种调度过程可通过本发明提出的射频通道自动匹配方法自动完成。

本发明把数字信号光纤传输资源划分成若干个带宽固定的信号传输单元。下行链路，AU每个射频通道的数据，先DDC采样，然后组帧由光纤发送，RU则从数据帧中恢复出每个通道的数字信号；上行链路的处理过程与下行链路的处理过程一样，只是换成RU发送，AU接收。为了实现载波灵活调度，本发明采用如下的组帧方式：每个数据帧长度为1/(3.84*10^6)s，每个数据帧中包含的信息量由光纤速率决定，以6144M的光纤速率为例，经4b/5b编码后每帧数据可包含40个字，每个字长度为32bit。其中第1个字32比特填充控制字数据以及以太网控制流数据，用于系统的命令通道；第2到第37共36个字传输IQ数据；第38和39个字预留；最后1个字用作WLAN接入数据传输通道。10MHz带宽的载波信号，采样率为11.52MSps，需要占用3个字(11.52/3.84)，因此36个字总共可以传输的信号带宽为120MHz。以连续的3个字为一组，当作1个带宽10MHz的信号传输单元，36个字可以划分成12个信号传输单元。

每个信号传输单元通过映射表与每个射频通道的载波信号建立对应关系。FPGA开放12个8位的控制寄存器编号1～12，每个寄存器对应1个信号传输单元。每个寄存器的值表示该单元对应的射频通道号，因为本实施例单个设备最多只有4个射频通道，寄存器值取值有效范围为0～3，0xff说明对于设备来说该单元未被占用。举例来说，第1，2个寄存器值设置为0，说明通道1的载波带宽为20M，占用第1和第2个信号传输单元，即数据帧中的第2到第7个字。采用这种方式，所有的AU和RU只要建立正确的通道载波与信号传输单元之间的映射表，就能建立AU通道与RU通道之间的匹配关系。通道与信号传输单元之间的映射关系表简称为载波交换表。

AU载波配置过程如图4所示。AU四个射频通道的配置信息需要通过本地调试口输入，并且保存在设备FLASH中。单个通道配置信息，包括以下内容：通道的工作频段上限频率，通道的工作频段下限频率，这个由双工器滤波器的规格决定；实际接入信号的中心频点，信号带宽。如果从AU存在，则每个从AU启动后，先向主AU上报本机每个射频通道的配置信息。主AU综合本地的通道配置信号以及来自从AU的通道配置消息后，更新载波信息表。系统最多支持12个独立通道，因此载波信息表中最多包含12个独立单元，每个单元包含以下信息：载波属于哪个AU(主AU/从AU1/从AU2)，该载波所在的射频通道号，载波的中心频点，载波的带宽，载波占用信号传输单元的起始位置，载波占用信号传输单元的终止位置。

主AU更新载波信息表的过程如下：

先遍历所有的AU通道信息；判断通道之间是否满足合路条件，对于不满足合路条件的通道，把该通道载波数据直接添加到载波信息表中，对于满足合路条件的通道，需要把合路后的载波信息添加到载波信息表中；记录载波所属AU和通道号。属于不同AU的几个射频通道，工作频段上限频率和下限频率都相同，并且通道上实际信号之间没有重叠，则满足合路条件。假设满足合路规则的通道上最低频的信号中心频点f1,带宽b1,最高频信号中心频点f2,带宽b2，合路后的信号中心频点为(f1+f2)/2-b1/4+b2/4，带宽为(f2-f1)+b1/2+b2/2。由于信号单元的最小带宽为10MHz，因此，如果实际信号带宽小于10MHz，应当被扩展成10MHz。

合路的好处在于，把来自AU多个射频通道上属于相同的工作频段范围之内并且彼此之间无重叠的多个射频信号，输出到同一个RU的输出通道上，这样可以节约RU的通道资源。

根据载波带宽，依次为载波信息表中每个载波分配信号传输单元，记录信号传输单元的起始位置和终止位置。载波信息更新结束。

载波信息表更新完成后，主AU从载波信息表中检索出所有属于本机的载波，根据载波占用信号传输单元的起始位置终止位置设置本地载波交换表参数，根据载波带宽设置DDC/DUC的滤波器带宽，根据中心频点设置射频链路的本振频率。至此，主AU的参数配置完毕。

主AU设置完本地参数后，把载波配置表发送给所有的从AU和RU。

从AU接收到新的载波信息表后，同样从载波信息表中检索出所有属于本机的载波，根据载波占用信号传输单元的起始位置终止位置设置本地载波交换表，根据载波带宽设置DDC/DUC的滤波器带宽，根据中心频点设置射频链路的本振频率，完成参数设置。

RU载波配置过程如图5所示。RU功放模块可正常工作的频率上下限值都保存在模块的e2prom里，MCU通过485总线读取这些信息。RU收到载波信息表后，先与本地保存的载波信息表做比较，如果相同，则流程结束，如果有差别，保存新的载波信息表。取RU的第1个射频通道与第1个未被分配RU通道的载波比较，判断两者是否可匹配，如果不能匹配，则取下一个载波，继续比较，直到最后一个载波为止，然后取下一个射频通道继续该流程；如果能匹配，则根据载波占用信号传输单元的起始位置和终止位置，设置相关的FPGA寄存器，为该通道指定相应的信号传输单元，根据载波带宽设置DDC/DUC处理带宽，根据载波中心频点设置本振频率，最后把该载波设置成已分配状态，取下射频通道继续该流程。所有的射频通道遍历完成后，RU的载波参数配置完成。其中载波与RU射频通道能相匹配的条件是：载波频率下限不小于该通道功放工作频率下限，载波频率上限不大于功放工作频率上限。最后RU把本级已配置的载波信息和还未配置的载波信息发送给下一级RU。下级RU只能分配那些没有被配置过的载波，具体的处理流程与前述流程相同。

以上所述即本发明实现的原理和过程。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种多通道分布式天线系统射频通道自动匹配方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

(1)、将光纤传输资源分成若干个带宽固定的信号传输单元，每个信号传输单元由参数配置，映射到任意的射频通道上；

(2)、主AU根据射频通道配置信息，建立载波信息表；先遍历所有的AU通道信息，判断通道之间是否满足合路条件，对于不满足合路条件的通道，把该通道载波数据直接添加到载波信息表中，对于满足合路条件的通道，把合路后生成的新载波信息添加到载波信息表中；记录载波所属AU标识和射频通道号；根据载波带宽，依次为载波信息表中每个载波分配信号传输单元，记录信号传输单元的起始位置和终止位置,并且把该载波信息表发送给所有的RU；

(3)、主AU根据载波信息表设置主AU射频通道与信号传输单元映射表，使主AU每个通道的射频信号与基带传输单元之间形成确定的对应关系；

(4)、从AU收到载波信息表后，根据载波信息表建立从AU射频通道与信号传输单元映射表，使从AU每个通道的射频信号与基带传输单元之间形成确定的对应关系；

(5)、RU收到来自主AU的载波信息表后，根据本机功放模块的工作频段范围，结合载波配置信息，建立射频通道与信号传输单元映射表，使RU每个通道的射频信号与基带传输单元之间形成确定的对应关系。

2.根据权利要求1所述的多通道分布式天线系统射频通道自动匹配方法，其特征在于：主AU建立射频通道与信号传输单元映射表，其步骤包括：主AU从载波信息表中检索出所有属于本机的载波，根据载波占用信号传输单元的起始位置和终止位置以及所在射频通道号设置本地映射表寄存器参数，根据每个载波带宽设置载波所在通道数字信号处理链路的DDC/DUC滤波器带宽以及抽取速率/内插倍数，根据中心频点设置载波所在射频链路的本振频率。

3.根据权利要求1所述的多通道分布式天线系统射频通道自动匹配方法，其特征在于：从AU建立射频通道与信号传输单元映射表，其步骤包括：从AU接收来自主AU的载波信息表，从载波信息表中检索出所有属于本机的载波，根据载波占用信号传输单元的起始位置和终止位置以及所在射频通道号设置本地映射表寄存器参数，根据每个载波带宽设置载波所在通道数字信号处理链路的DDC/DUC滤波器带宽以及抽取速率/内插倍数，根据中心频点设置载波所在通道射频链路的本振频率。

4.根据权利要求1所述的多通道分布式天线系统射频通道自动匹配方法，其特征在于：RU建立射频通道与信号传输单元映射表，其步骤包括：RU收到载波信息表后，先与本地保存的载波信息表做比较，如果相同，则流程结束，如果有差别，保存新的载波信息表；RU读取每个功放模块工作频段参数，取第1个通道频段参数与第1个未被分配RU通道的载波比较，判断两者是否可匹配，如果不能匹配，则取下一个载波，继续比较，直到最后一个载波为止，然后取下一个射频通道继续该流程；如果能匹配，则根据载波占用信号传输单元的起始位置和终止位置，为RU通道指定相应的信号传输单元，根据载波带宽设置该通道数字信号处理链路的DDC/DUC滤波器带宽以及抽取速率/内插倍数，根据载波中心频点设置该通道本振频率，最后把该载波设置成已分配状态，取下一个射频通道继续该流程；直到所有的通道全部遍历；最后RU把本级已配置的载波信息和还未配置的载波信息发送给下一级RU。