CN103516312B - 数字下变频装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字下变频装置，其中，该装置包括：多个半带滤波器、矩阵单元和配置模块，其中，多个半带滤波器，用于对通过的信号进行下变频处理；矩阵单元，与多个半带滤波器相连，用于通过矩阵的方式对多个半带滤波器之间的连接方式进行控制；配置模块，与矩阵单元相连，用于为矩阵单元提供多个半带滤波器之间的连接方式的配置参数。本发明解决了现有技术中硬件单元对于多种带宽多天线无法支持多频点并发的数据进行下变频处理的技术问题，通过本发明的技术方案达到了对多种带宽多天线多频点的数据进行灵活处理的技术效果。

Description

数字下变频装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种数字下变频装置。

背景技术

如图1所示是长期演进（Long Time Evolution，简称为LTE）上行物理随机接入信道（Physical Random Access Channel，简称为PRACH）接收端的处理流程示意图，在LTE上行随机接入的处理中，天线信号经过数字下变频（Digital Down Conversion，简称为DDC）下变频后，再经过快速傅立叶变换（Fast Fourier Transform，简称为FFT）变换到频域，在频域同本地的ZC序列进行相乘，以实现时域的卷积相关。然后，序列经过IFFT转换为时域信号，在时域上对序列的相关峰值进行检测，通过检测峰值的位置，就可以探测到用户的接入延时信息，从而获得上行的同步信息。

DDC在整个处理过程中所起的作用主要是对接收的天线接口数据进行频谱搬移和数字下变频，从而使得各种不同带宽和采样率的天线数据统一都降采样到FFT要求的1536点或者256点。

如图2和图3所示为一种DDC处理的流程图，图中主要表示出了DDC在处理不同采样率时的场景。DDC支持将30.72Msps，23.04Msps，15.36Msps，7.68Msps以及3.84Msps的采样率降采样到1.92Msps的采样率，也就是说DDC支持系统所有的带宽：20M，15M，10M，5M，3M以及1.4M。对于15M的情况有两种采样率：当数据采样率是30.72Msps时，可以当做20M来处理，当采样率是23.04Msps时，经过第一级频谱搬移之后需要进行一个3倍降采样再做第二次频谱搬移和后两级的滤波处理；对于3M的情况，DDC处理比较特殊，经过第一级频谱搬移和第二级频谱搬移之后，只需要做一次2倍降采样处理；而对于1.4M的情况，由于天线数据采样率为1.92MHz，不需要再做降采样处理，经过第一级频谱搬移之后直接输出做FFT变换。可以看出，DDC的处理主要以多级滤波器为基础，同时可能会有多次的混频操作。伴随着输入采样率的变化，还会有滤波器和混频器的旁路。

根据3GPP TS 36.211协议，时分双工（Time Division Duplex，简称为TDD）模式下系统随机接入前导信号在时域上的格式如图4所示。每种格式的随机接入序列都是由一个或者两个preamble（前导）构成的，而对于格式0、1、2、3来说，preamble的长度为0.8ms，由长度为839点的Zadoff-Chu序列产生。对于格式4来说preamble的长度为0.133ms，由长度为139点的Zadoff-Chu序列产生。而在频域上，一个随机接入preamble所占用的频谱宽度等效于6个RB，则对应的带宽为1.08MHz。由于LTE系统定义的符号采样周期为1/30720000s，即30.72MHz的采样频率。因此对于随机接入preamble来说，存在严重的过采样。随机接入格式0、1、2、3的每个preamble有24576个采样点，而格式4的preamble有4096个采样点。为了减小计算的复杂度，随机接入首先需要进行降采样操作，将接收到的天线preamble的采样点数降低到839或者139的数量级，然后再和本地生成的小区Zadoff-Chu序列进行相关处理。

根据协议描述，在TDD模式下，如图5所示，可以同时接入最多6个preamble，它们占用相同的时域资源，而占据不同的频带资源。从图5中可以看出，对于格式0、1、2、3来说，6个preamble每3个紧紧相邻形成一个3.24MHz带宽的子带，而对于格式4来说，6个preamble紧紧相邻形成一个6.48MHz的子带。对于TD-LTE，随机接入检测的数字下变频支持六个频点并发的天线数据的下变频，就是需要在对应的时域资源上同时提取所占频域资源。从图6和图7可以看出，格式0～3的接入频点以直流为镜像分布，而格式4则在直流的一边，但是会随时间镜像跳频。如果需要支持最大6个频点的并发，DDC的处理过程要对可能出现的6个频点数据实现分别下变频的处理操作。

针对TDD模式，最多可能的6个接入频点序列的处理，相当于要同时完成6路并行的随机接入信号的处理，同时多种带宽、多种随机接入信道（Random Access Channel，简称为RACH）RACH格式、多天线的复杂配置情况，而现有技术并没有针对该种场景的处理装置。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种数字下变频装置，以至少解决现有技术中硬件单元对于多种带宽多天线无法支持多频点并发的数据进行下变频处理的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种数字下变频装置，包括：多个半带滤波器、矩阵单元和配置模块，其中，多个半带滤波器，用于对通过的信号进行下变频处理；矩阵单元，与多个半带滤波器相连，用于通过矩阵的方式对多个半带滤波器之间的连接方式进行控制；配置模块，与矩阵单元相连，用于为矩阵单元提供多个半带滤波器之间的连接方式的配置参数。

优选地，配置模块还用于根据当前的配置模式和/或工作场景确定多个半带滤波器之间的连接方式的配置参数。

优选地，矩阵单元包括：一个第一矩阵控制单元和多个第二矩阵控制单元，其中，第一矩阵控制单元用于进行第1级频谱搬移和/或对滤波器组的连接方式进行控制，其中，滤波器组是多于一个半带滤器的组合；第二矩阵控制单元，用于进行第2级频谱搬移以及对多个半带滤波器之间的连接方式进行控制。

优选地，当第一矩阵控制单元与一个滤波器组相连时，第一矩阵控制单元与一个NCO混频器相连。

优选地，第二矩阵控制单元与一个常数乘法器相连。

优选地，半带滤波器的个数为6个。

优选地，半带滤波器中设置有存储单元，其中，存储单元用于存储多天线多频点的串行天线数据。

优选地，半带滤波器中还设置有数据存储控制单元，用于按照时分复用的方式控制存储单元对数据读取。

优选地，连接方式包括半带滤波器以串行和/或并行的方式相连。

优选地，半带滤波器中还设置有滤波器参数存储单元，用于存储该滤波器的参数，并根据参数采用非0抽头的方式确定该半带滤波器的样式。

在本发明中，通过提供一种可以对半带滤波器之间的连接关系进行控制的数字下变频装置，以适应按照不同的带宽、不同天线的需求。通过上述方式解决了现有技术中硬件单元对于多种带宽多天线无法支持多频点并发的数据进行下变频处理的技术问题，达到了对多种带宽多天线的数据进行处理的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的LTE上行PRACH接收端的处理流程图；

图2是根据相关技术的带宽大于3MHZ的DDC处理流程示意图；

图3是根据相关技术的带宽为3MHZ的DDC处理流程示意图；

图4是根据相关技术的RACH占据的时域资源示意图；

图5是根据相关技术的RACH占据的频域资源示意图；

图6是根据相关技术的格式0~3情况下随机接入前导的频点分布图；

图7是根据相关技术的格式4情况下随机接入前导的频点分布图；

图8是根据本发明实施例的下变频装置的一种优选的结构示意图；

图9是根据本发明实施例的LTE DDC结构示意图；

图10是根据本发明实施例的FIR Engine的结构示意图；

图11是根据本发明实施例的Matrix单元的结构示意图；

图12是根据本发明实施例的20M4天线6频点典型配置应用示意图；

图13是根据本发明实施例的16倍降采样应用示意图；

图14是根据本发明实施例的8倍降采样应用示意图；

图15是根据本发明实施例的4倍降采样应用示意图；

图16是根据本发明实施例的2倍降采样应用示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例提供了一种数字下变频装置，如图8所示，包括：多个半带滤波器、矩阵单元和配置模块，其中，多个半带滤波器，用于对通过的信号进行下变频处理；矩阵单元，与多个半带滤波器相连，用于通过矩阵的方式对多个半带滤波器之间的连接方式进行控制；配置模块，与矩阵单元相连，用于为矩阵单元提供多个半带滤波器之间的连接方式的配置参数。

在上述优选实施方式中，通过提供一种可以对半带滤波器之间的连接关系进行控制的数字下变频装置，以适应按照不同的带宽、不同天线的需求。通过上述方式解决了现有技术中硬件单元对于多种带宽多天线无法支持多频点并发的数据进行下变频处理的技术问题，达到了对多种带宽多天线多频点的数据进行灵活处理的技术效果。

考虑到为了适应不同带宽的下变频需求，对应的半带滤波器的连接方式以及所需的半带滤波器的数量都是不同的，需要根据不同的情况选定不同的连接方式进行处理，因此，可以采用上述的矩阵的方式来控制半带滤波器的连接，以达到对滤波器之间的连接关系进行灵活控制的目的。在一个优选实施方式中，配置模块包括：矩阵控制单元，用于通过矩阵的方式对所述多个半带滤波器之间的连接方式进行控制。

优选地，对于上述的配置参数可以是配置模块根据当前的配置模式和/或工作场景确定的。

因为有些时候需要半带滤波器并行处理，有些时候需要串行处理，而且所需的数量也是不同的，因此可以通过一些矩阵单元控制一个滤波器也可以根据需求通过一些矩阵单元控制两个或多个滤波器。在一个优选实施方式中，矩阵控制单元包括：一个第一矩阵控制单元和多个第二矩阵控制单元，其中，第一矩阵控制单元用于进行第1级频谱搬移和/或对滤波器组的连接方式进行控制，其中，滤波器组是多于一个半带滤器的组合；第二矩阵控制单元，用于进行第2级频谱搬移以及对多个半带滤波器之间的连接方式进行控制。

在矩阵单元控制一个半带滤波器的时候，相当于该矩阵单元仅对一个半带滤波器进行控制，为了进行初始化大范围的频谱搬移，可以在矩阵单元之前连接一个NCO进行混频处理，在一个优选实施方式中，当所述第一矩阵控制单元与一个滤波器组相连时，所述第一矩阵控制单元与一个NCO混频器相连。

在矩阵单元对一组半带滤波器进行控制的时候，为了可以进行固定的1.08MHZ的频谱搬移，并用来处理PRACH特殊的相邻矩阵，可以在矩阵单元之前连接一个常数乘法器。在一个优选实施方式中，第二矩阵控制单元与一个常数乘法器相连。

考虑到对6频点并发的情况进行处理，为了可以处理每一种情况，在下变频装置中应该设置有6个半带滤波器。

为了更好的利用资源，可以采用对多路信号进行并行处理，因在并行处理的时候需要对数据进行并行的存储和读取，在一个优选实施方式中，半带滤波器中还可以设置有存储单元，其中，所述存储单元用于存储多天线多频点的串行天线数据。

在对多路信号进行并行处理的时候，可以采用时分复用的方式，在一个优选实施方式中，所述半带滤波器中还设置有数据存储控制单元，用于按照时分复用的方式控制存储单元中数据的读取。

对于上述的半带滤波器可以采用串行或者并行的方式相连以组成不同的下变频装置，从而实现对不同情况的数据的处理。

每个半带滤波器中的参数都可以根据需求预先设定，然后按照非0抽头的方式来确定滤波器的样式，在一个优选实施方式中，所述半带滤波器中还设置有滤波器参数存储单元，用于存储该滤波器的参数，并根据所述参数采用非0抽头的方式确定该半带滤波器的样式。

本实施例还提供了一种优选的实施例来进一步对本发明进行解释，但是值得注意的是，该优选实施例只是为了更好的描述本发明，并不构成对本发明不当的限定。

在本实施例中，提供了一种主要针对TDD模式的随机接入检测数字下变频装置，主要是针对不同频域资源上的随机接入序列同时接入时需要进行的6路随机接入前导序列进行同时降采样要求进行了设计，同时采用时分复用的方法使得可以对多路信号同时进行降采样的处理，节省了电路资源。

如图9所示是本实施例的数字下变频装置的一种优选示意图，该结构主要包括：配置和处理两个部分，其中，FIR滤波器部分可以通过一种梳状结构图来进行组织的，通过FIREngine加Matrix的方式连接起来；配置部分主要为FIR和Matrix提供Matrix等参数。

如图10所示为FIR Engine的结构示意图，其中FIR滤波器的类型和系数并不是固定的，滤波器的参数存储可以存储在FIR Coeff Buffer当中，优选地，可以在该装置的初始化阶段进行配置。FIR pattern Buffer一般存储的是FIR的图样，即滤波器的类型，这样，通过指示非0抽头的位置就可以体现出不同的滤波器图样。Data Buffer的大小是在设计阶段决定的，其频率和采样率的关系体现了其并行抽取的路数。如图9所示的FIR Engine就可以存储4个数据流的各16个采样，优选地，在设计存储能力的时候需要满足以下条件：(工作时钟频率×抽取率)/(滤波器非零抽头系数个数×符号采样率)>=并行处理路数。即，并行处理的路数需要通过以上几个参数确定。在并行处理的时候，数据可以是一个天线上的多个并发接入的PRACH前导序列，也可以是位于不同天线上相同频点的接入PRACH前导序列，或者多个天线每天线多个频点的所有频点共同处理。

如图11所示是Matrix单元的一种优选结构示意图。Matrix单元用来连接两个FIREngine或者两个FIR Group，通过这样的结构，可以实现两个滤波器的并行或者串行处理的可配置性。即，可以通过矩阵的形式来配置滤波器的不同的连接方式。同时，因Matrix可以控制一个FIR Group，也可以控制一个FIR Engine。因此，对应于连接FIR Group的Matrix，在输入端需要连接一个NCO混频器，以进行初始大范围的频谱搬移，而对于连接FIR Engine的Matrix，在输入端需要连接一个常数乘法器，以进行固定的1.08MHz的频谱搬移，从而处理PRACH特殊的相邻频点的频谱搬移。

通过本实施例所描述的创新的DDC单元结构，可以通过较低的资源开销，灵活的配置方式，实现TD-LTE下随机接入的数字下变频过程。

对于上述的数字下变频装置可以通过最多两个数字混频模块以及6个半带滤波器，将一个24576或者4096长度的随机接入序列转换为了2个长度为3072或者512的序列P_prefft以实现下变频。

下面将针对不同的天线个数、支持的带宽以及频点数给出几种典型的FIR连接方式。

1）如图12所示，是6个FIR Engine的拓扑结构，此种配置为当前设计的一种典型配置，最多可以对20M4天线6频点的数据进行处理。

当通过图12所示的装置来对20M4天线6频点的数据进行处理时，前两级滤波各采用一个HB滤波器即可，而对于后两级滤波需要同时处理第二级频谱搬移之后的6个频点，此时一个HB滤波器无法完成，因此每级需要2个HB来处理，即通过滤波器的串行和并行相结合完成了对20M，4天线6频点并发情况的处理。

2）如图13所示的结构是在需要对20M小区（对应采样率30.72MHz）进行处理时的配置，其中包括4个FIR Engine，优选地，可以将滤波器完全配置成HB滤波器，同时通过Matrix对FIR之间的连接关系进行配置，以实现对4个滤波器的串行处理，从而完成16倍的降采样操作。

3）如图14所示的结构是在需要对10M小区（对应采样率15.36MHz）进行处理时的配置，优选地，通过Matrix对FIR之间的连接关系进行配置，以实现如图13所示的数据流向，从而完成8倍的降采样操作，因此时第一次降采样就会有先前两倍的并行度，所以可以完成更高的滤波器阶数的滤波功能。

4）如图15所示的结构是在需要对5M小区（对应采样率7.68MHz）进行处理时的配置，优选地，通过Matrix对FIR之间的连接关系进行配置，以实现如图14所示的数据流向，从而完成4倍的降采样操作，此时滤波器会有图13中两倍的并行处理能力，可以比20M带宽时处理多1倍的天线。

5）如图16所示的结构是在需要对3/1.4M小区（对应采样率3.84MHz）进行处理时的配置，优选地，通过Matrix对FIR之间的连接关系进行配置，以实现如图15所示的数据流向，从而完成2倍的降采样操作，此时滤波器会有图13中4倍的并行处理能力，可以比20M带宽时处理多2倍的天线。

上述只是对几种典型的情况进行的描述，本发明不限于此，根据处理数据的不同以及降采样率的不同，还可以后其它的组合方式。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：通过提供一种可以对半带滤波器之间的连接关系进行控制的数字下变频装置，以适应按照不同的带宽、不同天线的需求。通过上述方式解决了现有技术中硬件单元对于多种带宽多天线无法支持多频点并发的数据进行下变频处理的技术问题，达到了对多种带宽多天线多频点的数据进行灵活处理的技术效果。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数字下变频装置，其特征在于，包括：多个半带滤波器、矩阵单元和配置模块，其中，

所述多个半带滤波器，用于对通过的信号进行下变频处理；

所述矩阵单元，与所述多个半带滤波器相连，用于通过矩阵的方式对所述多个半带滤波器之间的连接方式进行控制；

所述配置模块，与所述矩阵单元相连，用于为所述矩阵单元提供多个半带滤波器之间的连接方式的配置参数；

其中，所述矩阵单元包括：一个第一矩阵控制单元和多个第二矩阵控制单元，所述第一矩阵控制单元用于进行第1级频谱搬移和/或对多个半带滤波器之间的连接方式进行控制；所述第二矩阵控制单元，用于进行第2级频谱搬移以及对所述多个半带滤波器之间的连接方式进行控制。

2.根据权利要求1所述的数字下变频装置，其特征在于，所述配置模块还用于根据当前的配置模式和/或工作场景确定多个半带滤波器之间的连接方式的配置参数。

3.根据权利要求1所述的数字下变频装置，其特征在于，当所述第一矩阵控制单元与多个半带滤波器相连时，所述第一矩阵控制单元与一个NCO混频器相连。

4.根据权利要求1所述的数字下变频装置，其特征在于，所述第二矩阵控制单元与一个常数乘法器相连。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的数字下变频装置，其特征在于，所述半带滤波器的个数为6个。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的数字下变频装置，其特征在于，所述半带滤波器中设置有存储单元，其中，所述存储单元用于存储多天线多频点的串行天线数据。

7.根据权利要求6所述的数字下变频装置，其特征在于，所述半带滤波器中还设置有数据存储控制单元，用于按照时分复用的方式控制所述存储单元中数据的读取。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的数字下变频装置，其特征在于，所述连接方式包括半带滤波器以串行和/或并行的方式相连。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的数字下变频装置，其特征在于，所述半带滤波器中还设置有滤波器参数存储单元，用于存储该滤波器的参数，并根据所述参数采用非0抽头的方式确定该半带滤波器的样式。