CN103702363A - 用于在频率上压缩信号的方法以及下行信号压缩处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于在频率上压缩信号的方法以及一种下行信号压缩处理系统。通过本发明提供的优选的技术方案，在基带处理单元中确定与每个通道一一对应的波束成形因子，并将信号和波束成形因子一起传输至远端射频头。在远端射频头处，将波束成形因子与相应的信号相乘。由此显著地提高了压缩率，降低了基带处理单元与远端射频头之间的带宽要求。优选地，本发明还可以兼容现有的多种传输模式，并可以通过传输模式指示帧头来实现动态的传输模式识别和解压方法的切换。

Description

用于在频率上压缩信号的方法以及下行信号压缩处理系统

技术领域

本发明涉及移动通信技术，尤其涉及一种用于在频率上压缩信号的方法以及一种下行信号压缩处理系统。

背景技术

随着移动互联网业务的迅猛增长，移动运营商为保持竞争优势，部署传统接入网的成本越来越高昂。为了降低建网成本，同时为用户提供优质服务，许多移动运营商和设备供应商开始考虑采用更具吸引力的方案，目前热门的方案都是基于分布式天线和集中式基带处理架构的，例如中国移动的云接入网(C-RAN)和阿尔卡特朗讯的灵云无线(LightRadio)等。采用基于集中式基带处理的接入网架构，基站站址的需求可以大大削减，基带处理单元(或者基带处理单元BBU)也可以在多个虚拟基站间共享。与传统的接入网相比，这种架构可以大大节省运营成本和建设成本。而且，小区间干扰消除、多点协作等先进的调度和信号处理技术更易于实现，从而这种架构可以提供更大的容量、更广的覆盖和更好的用户体验。

这些集中式处理系统中，基带处理单元(BBU)和远端射频头(RRH)在地理上是分离的，可以通过光纤网络或者以太网络等有线网络进行连接，并通过开放基站架构协议(OBSAI)或公共无线接口(CPRI)进行数据交互，在这些有线连接上传输原始的时域基带信号。这种架构给光纤网络或者以太网络的有线传输带宽需求带来了巨大的挑战，例如，带宽20MHz的8天线3GPP LTE(长期演进项目)系统需要9.8304Gbps的有线传输带宽，正在标准化研究中LTE-A(LTE-Advance)的带宽需求更是激增到49.152Gbps。

因此，针对上述过高带宽需求的问题，如何提高基带处理单元和远端射频头之间传输信号的压缩比，以减小两者之间的链接的带宽要求是非常重要的。

在现有技术的一个方案中，采用了分组提取公因子进行频率压缩的方法。在该方案中，将一个物理资源块对的一个符号和其对应的12个子载波设置为一个分组，并提取该分组的公因子。

发明内容

由此可见，需要提高基带处理单元和远端射频头之间传输信号的压缩比，以减小两者之间的链接的带宽要求。

特别地，在现有技术中，在需要进行下行波束成形的传输模式中，将在基带处理单元和远端射频头之间的各个通道传输的信号将乘以对应的波束成形因子然后再由基带处理单元传输至远端射频头。这就加大了传输的负载和对在基带处理单元和远端射频头之间的带宽的要求。

基于上述考量，在本发明中，在基带处理单元中确定与每个通道一一对应的波束成形因子，但不以该波束成形因子乘以信号。而是替代地，将信号和波束成形因子一起传输至远端射频头。并在远端射频头中将接收的信号和波束成形因子相乘。由此显著地提高了压缩率，降低了基带处理单元与远端射频头之间的带宽要求。

根据本发明的第一方面，提供了一种在基带处理单元中用于在频率上压缩信号的方法，其中，所述基带处理单元与远端射频头之间具有多个通道，所述方法包括如下步骤：a.为所述多个通道分别确定波束成形因子；b.以第一数量的比特数据来量化每个所述波束成形因子；以及c.通过所述通道向所述远端射频头发送压缩包，其中所述压缩包包括信号包头和信号，所述信号包头包括第一数量的比特数据。

优选地，所述步骤a进一步包括：a1.经由所述多个通道分别从所述远端射频头接收多个上行探测参考信号，其中所述多个上行探测参考信号与所述多个通道一一对应；a2.根据所述多个上行探测参考信号，分别对所述多个通道进行信道估计；以及a3.根据所述信道估计值，使用预定算法为所述多个通道分别确定波束成形因子。

通过接收各个通道的上行参考信号，可以动态地获取各个信道估计值，从而实时地准确地确定对应于各个通道的波束成形因子。

优选地，所述预定算法包括波束扫描法、特征向量法。

优选地，所述信号包头还包括第二数量的比特数据，其用于量化信号的第一公因子，并且所述信号经过所述第一公因子的压缩。

因此，本发明的方案能够有利地与现有的任意的压缩方案相结合(例如背景技术中的压缩方案)，从而进一步有效地提高压缩率。本领域的技术人员应当理解，在此所述的信号可以是经过压缩的(即提取过公因子的)，也可以是未经过压缩的(即未提取过公因子的)。当已经对各个信号提取过公因子，则信号包头中也应该包括该公因子的量化比特数据。在此并不注重如何提取公因子，如何表示提取过公因子后的信号，因为任何可行的上述压缩方法都能够有利地与本发明结合，只要该传输模式涉及波束成形。

优选地，所述第一数量的比特数据和/或第二数量的比特数据是全精度16个比特数据。

优选地，所述基带处理单元与远端射频头之间具有8个通道。

优选地，在所述压缩包所处的子帧中包括传输模式指示帧头，其具有4个比特数据，用于指示传输模式。

因此，当远端射频头接收到子帧时，其可以识别并确定使用哪种解压方法来对压缩包进行处理。由此实现了兼容现有的多种传输模式，并可以通过特定的传输模式指示帧头来实现动态的传输模式识别和解压方法的切换。

根据本发明的第二方面，提出了一种在远端射频头中用于在频率上解压信号的方法，其中，所述远端射频头与基带处理单元之间具有多个通道，所述方法包括如下步骤：C.从所述基带处理单元接收压缩包，所述压缩包包括信号包头和经压缩的信号，所述信号包头包括用于量化波束成形因子的第一数量的比特数据；D.恢复所述波束成形因子；以及E.将所述波束成形因子乘以所述信号。

优选地，在所述步骤B之前，所述方法还包括如下步骤：A.经由所述多个通道分别向所述基带处理单元发送上行探测参考信号，其中所述多个上行探测参考信号与所述多个通道一一对应。

优选地，所述信号包头还包括第二数量的比特数据，其用于量化信号的第一公因子，所述步骤D还包括恢复所述第一公因子，所述步骤E还包括以所述第一公因子解压所述信号。

优选地，在所述压缩包所处的子帧中包括传输模式指示帧头，其具有4个比特数据，用于指示传输模式，所述方法在步骤B与D之间包括步骤C：根据所述传输模式指示帧头，确定传输模式。

优选地，所述方法还包括如下步骤：F.将解压后的信号映射至相应的物理资源元素上；以及G.对经映射的信号进行IFFT处理。

根据本发明的第三方面，提出了一种下行信号压缩处理系统，包括：依据本发明的基带处理单元、依据本发明的远端射频头、以及光纤网络或者以太网络，用以传输基带处理单元和远端射频头之间的信号。

通过本发明提供的优选的技术方案，可以有效地在基带处理单元中为将在各个通道中传输的信号确定波束成形因子，并且不将该波束成形因子与信号相乘，而是替代地将信号和波束成形因子一起传输至远端射频头。在远端射频头处，将波束成形因子与相应的信号相乘。在此，仅需要通过附加地传输用于量化波束成形因子的比特数据，就能够实现本发明。因此本发明实现较为简单，成本复杂性较低。此外，本发明能够有利地与现有的压缩方法兼容，可以切换使用或联合使用。最后，本发明能够有利于用于中国移动的云接入网(C-RAN)，并且支持TD-LTE系统中的各种传输模式TM1、TM2、TM3、TM4、TM7和TM8，且能够在上述传输模式之间相互自由的切换。

本发明的各个方面将通过下文中的具体实施例的说明而更加清晰。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1示出了根据本发明的一个实施例的在基带处理单元中用于在频率上压缩信号的方法的流程图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的压缩包的封装示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的子帧示意图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的在远端射频头中用于在频率上解压信号的方法的流程图；以及

图5示出了根据本发明的一个实施例的用于压缩处理信号的系统的框图。

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相对应的部件或特征。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个实施例的在基带处理单元中用于在频率上压缩信号的方法的流程图。

在该实施例中，远端射频头具有8根天线，因此远端射频头与基带处理单元之间具有8个通道，其分别对应8根天线。在此，由于TD-LTE系统中的TM7和TM8传输模式将应用波束成形技术，因此将以此为例进行描述。

在此需要指出的是，在本文中虽然基于8天线的场景进行描述。然而，本发明适用于任何多天线的波束成形场景(例如4根天线)，在此的8根天线仅是作为示例。

如图1所示，在步骤S101中，基带处理单元经由8个通道分别从远端射频头接收8个上行探测参考信号，其中该些上行探测参考信号与该些通道一一对应。

然后，在步骤S102中，基带处理单元根据该些上行探测参考信号，分别对8个通道进行信道估计。

随后，在步骤S103中，基带处理单元根据信道估计值，使用预定算法为8个通道分别确定波束成形因子。具体地，在此，可以适用任何适合的预定算法，例如波束扫描法(Grid of Beam)、特征向量法(Eigen-Based Beamforming)等。其中，特征向量法包括Per-RB-MRT、FULL-BW-EBB、COM-EBB。由于Per-RB-MRT算法为每个物理资源块产生波束成形因子，其相对于其他算法需要利用较多的资源来在基带处理单元与远端射频头之间传输信息。因此，在此，将该算法作为分析的基础。对于具有可用上行信道估计值的每个物理资源块，可用通过下式来确定波束成形因子：

$w^{\left(k\right)}=\frac{1}{\sqrt{8}}{[\frac{h_1^{\left(k\right)}}{\left|h_1^{\left(k\right)}\right|},\frac{h_2^{\left(k\right)}}{\left|h_2^{\left(k\right)}\right|},...,\frac{h_8^{\left(k\right)}}{\left|h_8^{\left(k\right)}\right|}]}^H$

其中，k表示物理资源块的序号，h表示对于不同的通道(天线)的信道估计值，而w表示对于所有通道的波束成形因子向量。

附加地，对于那些没有可用上行信道估计值的物理资源块，可用将其的波束成形因子设置为与该物理资源块最近的具有上行信道估计值的物理资源块的波束成形因子。

优选地，在步骤S103中，还可以分组提取物理资源块中的信号的第一公因子(例如背景技术中描述的那样)，即对信号进行压缩。

在步骤S104中，以第一数量的比特数据来量化每个波束成形因子。即对于在此的8个波束成形因子都进行量化。优选地，采用全精度16个比特数据对每个波束成形因子进行量化。

优选地，步骤S104中，还对提取的第一公因子进行全精度16个比特数据的量化。

接着，在步骤S105中，基带处理单元通过通道向远端射频头发送压缩包。具体地，对于此处的8个通道中的每个通道而言，基带处理单元通过通道向远端射频头发送压缩包。在此，压缩包包括信号包头和信号，信号包头包括第一数量的比特数据，其表示对应于该通道的波束成形因子。

优选地，信号包头还包括用于量化信号的第一公因子的第二数量的比特数据，并且信号经过第一公因子的压缩。

图2示出了根据本发明的一个实施例的压缩包的封装示意图。在该图中，以全精度16个比特数据来量化波束成形因子和第一公因子。而信号部分是经过提取第一公因子后的信号，即经压缩后的信号。

优选地，在压缩包所处的子帧中包括传输模式指示帧头，其具有4个比特数据，用于指示传输模式。在此，图3示出了根据本发明的一个实施例的子帧示意图。在受压缩的每1ms子帧中具有16比特数据的子帧头，其中4比特数据用于指示传输模式。

在LTE标准中有9种传输模式，因此4比特的数据足以表示出这9种传输模式，例如0000表示TM1，1000表示TM9。通过这个传输模式指示帧头，使得远端射频头在接收到子帧时，能够知道正处于哪个传输模式，然后采用相应的解压缩步骤。例如，当指示处于TM7和TM8模式时，远端射频头知道这些模式中将涉及下行波束成形，因而将采用依据本发明的解压方法。替代地，当指示其他模式时，远端射频头将采用其他的解压方法。由此，可以实现动态的传输模式识别和解压方法的切换。

图4示出了根据本发明的一个实施例的在远端射频头中用于在频率上解压信号的方法的流程图。

在步骤S401中，远端射频头经由多个通道分别向基带处理单元发送上行探测参考信号，其中多个上行探测参考信号与多个通道一一对应。具体地，在该实施例中，远端射频头经由8根天线从用户终端(其具有2根天线)接收上行探测参考信号，然后远端射频头经由8个通道分别发送对应于8个通道的8个上行探测参考信号。

在步骤S402中，远端射频头从基带处理单元接收压缩包，压缩包包括信号包头和信号，信号包头包括用于量化波束成形因子的第一数量的比特数据。

优选地，该压缩包还包括用于量化信号的第一公因子的第二数量的比特数据。优选地，第一数量的比特数据和/或第二数量的比特数据是全精度16个比特数据。经由每个通道所接收的压缩包的形式例如如图2所示。

优选地，在接收的压缩包所处的子帧中包括传输模式指示帧头，其具有4个比特数据，用于指示传输模式。例如，图3示出了依据本发明的子帧形式。

随后，优选地，在步骤S403中，远端射频头根据子帧中的传输模式指示帧头，确定传输模式。具体地，在此远端射频头可以确定正处于哪个传输模式，然后采用后续的解压缩步骤。

随后，在步骤S404中，恢复波束成形因子。优选地，在步骤S404中还恢复第一公因子。

在步骤S405中，将波束成形因子乘以信号。即在该步骤中，将每路通道中的信号与对应于该通道的波束成形因子相乘。优选地，在该步骤中，还以第一公因子解压信号，即对于每个通道，将第一公因子与相应的信号相乘。

在步骤S406中，将解压后的信号映射至相应的物理资源元素上。

随后在步骤S407中，对经映射的信号进行IFFT处理，从而将信号都转换至时域。最后，将信号经由8根天线发送至用户终端。

图5示出了根据本发明的一个实施例的用于压缩处理信号的系统的框图。如图5所示，用户终端50具有两根天线。而远端射频头具有8根天线。用户终端50通过两根天线向远端射频头发送上行探测参考信号。由于用户终端50具有两根天线，而远端射频头具有8根天线，所以上行探测参考信号将经过2×8的信道矩阵。

具体地，远端射频头将8根天线上接收的上行探测参考信号经过8个通道发送至基带处理单元中的信道估计单元50。在经过2×8的信道矩阵之后，在信道估计单元50中估计出各个通道的上行信道估计值，并将该些值提供至基带处理单元中的波束成形因子确定单元53。在波束成形因子确定单元53中根据预定算法，使用上行信道估计值确定出8个通道的波束成形因子，并将采用全精度16比特数据将其量化。

随后将该16比特数据与信号组成压缩包，该16比特数据位于信号包头中。在此需要指出的是，图5中示出的信号可以提取过公因子(即经过压缩的信号)，该信号可以具有表示公因子的信号包头。因此，在此组成的压缩包的信号包头可以包括用于量化波束成形因子的16比特数据和用于量化公因子的比特数据。而压缩包中的信号则是经过提取公因子的信号。

然后，在8个通道中的每个通道上，基带处理单元都向远端射频头发送上述压缩包。其中，每个压缩包中的16比特数据所表示的波束成形因子对应于各自相应的通道。

远端射频头中的波束成形单元53在8个通道上接收到这些压缩包后，可以恢复各个波束成形因子，并对于每个通道，以该通道相应的波束成形因子乘以该通道中的信号(即压缩包中的信号)。优选地，在基带处理单元中利用公因子对信号进行过压缩的情况下，还将恢复信号包头中的公因子，并以该公因子乘以压缩包中的信号。

随后，波束成形单元53将经过波束成形因子相乘后(且解压后)的8个通道上的信号映射至相应的物理资源元素。然后，再对这些信号进行IFFT处理，从而将信号都转换至时域。并通过8根天线再传输至用户终端50。

用户终端50将通过例如最大比合并的方法来接收该信号。

需要说明的是，上述实施例仅是示范性的，而非对本发明的限制。任何不背离本发明精神的技术方案均应落入本发明的保护范围之内，这包括使用在不同实施例中出现的不同技术特征，装置方法可以进行组合，以取得有益效果。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；“包括”一词不排除其他权利要求或说明书中未列出的装置或步骤。

Claims (15)

1.一种在基带处理单元中用于在频率上压缩信号的方法，其中，所述基带处理单元与远端射频头之间具有多个通道，所述方法包括如下步骤：

a.为所述多个通道分别确定波束成形因子；

b.以第一数量的比特数据来量化每个所述波束成形因子；以及

c.通过所述通道向所述远端射频头发送压缩包，其中所述压缩包包括信号包头和信号，所述信号包头包括第一数量的比特数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a进一步包括：

a1.经由所述多个通道分别从所述远端射频头接收多个上行探测参考信号，其中所述多个上行探测参考信号与所述多个通道一一对应；

a2.根据所述多个上行探测参考信号，分别对所述多个通道进行信道估计；以及

a3.根据所述信道估计值，使用预定算法为所述多个通道分别确定波束成形因子。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定算法包括波束扫描法、特征向量法。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述信号包头还包括第二数量的比特数据，其用于量化信号的第一公因子，并且所述信号经过所述第一公因子的压缩。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一数量的比特数据和/或第二数量的比特数据是全精度16个比特数据。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基带处理单元与所述远端射频头之间具有8个通道。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述压缩包所处的子帧中包括传输模式指示帧头，其具有4个比特数据，用于指示传输模式。

8.一种在远端射频头中用于在频率上解压信号的方法，其中，所述远端射频头与基带处理单元之间具有多个通道，所述方法包括如下步骤：

B.从所述基带处理单元接收压缩包，所述压缩包包括信号包头和信号，所述信号包头包括用于量化波束成形因子的第一数量的比特数据；

D.恢复所述波束成形因子；以及

E.将所述波束成形因子乘以所述信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤B之前，所述方法还包括如下步骤：

A.经由所述多个通道分别向所述基带处理单元发送上行探测参考信号，其中所述多个上行探测参考信号与所述多个通道一一对应。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述信号包头还包括第二数量的比特数据，其用于量化信号的第一公因子，所述步骤D还包括恢复所述第一公因子，所述步骤E还包括以所述第一公因子解压所述信号。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述压缩包所处的子帧中包括传输模式指示帧头，其具有4个比特数据，用于指示传输模式，所述方法在步骤B与D之间包括步骤C：根据所述传输模式指示帧头，确定传输模式。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一数量的比特数据和/或第二数量的比特数据是全精度16个比特数据。

13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述远端射频头与所述基带处理单元之间具有8个通道。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

F.将解压后的信号映射至相应的物理资源元素上；以及

G.对经映射的信号进行IFFT处理。

15.一种下行信号压缩处理系统，包括：

基带处理单元，其用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法；

远端射频头，其用于实施根据权利要求8至15中任一项所述的方法；以及

光纤网络或者以太网络，用以传输基带处理单元和远端射频头之间的信号。

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