CN106850113B - 一种基于oai平台的tdd控制方法及系统 - Google Patents

一种基于oai平台的tdd控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于OAI平台的TDD控制方法及系统，包括：用于生成TDD切换信号的GPP基带板卡；用于根据所述TDD切换信号生成TDD切换控制信号并控制发射链路和接收链路的本振及控制射频开关切换板卡的射频板卡；用于与天线连接、根据所述TDD切换控制信号控制射频开关切换的射频开关切换板卡；所述GPP基带板卡通过射频板卡连接射频开关切换板卡，通过增加一个射频开关切换板卡，基带板卡产生控制信号，通过射频板卡的转发和处理实现了TDD的控制功能，带来了极大的方便。

Description

一种基于OAI平台的TDD控制方法及系统
技术领域
本发明涉及LTE-TDD技术领域，特别涉及一种基于OAI平台的TDD控制方法及系统。
背景技术
Open Air Interface，这是欧洲Eurecom的一个项目，旨在建立一个开放的，具有各种制式空中接口的，主要基于CPU的SDR的实验平台。Open air interface（OAI）5G是一款性能优越的开源LTE软件平台，Eurecom是主要代码提供者，Eurecom在其wireless3g4free平台基础上，演变开发了具有各种制式空中接口的实验平台，可以实现LTE绝大多数协议栈。
现阶段OAI联盟提供UE，eNB和EPC的开源平台，各节点可以灵活组合接入商用网络或终端，如利用商用UE 接入OAI eNB和OAI EPC, 或OAI UE接商用eNB和商用EPC等配置。软件文件由4部分组成，分别是从openair0-openair3，每个部分都对应着OAI模型的不同层，有着不同的功能与结构。1)Openair0：无线嵌入式系统设计；文件主要描述了硬件设备CardBus MIMO和Express MIMO，以及对应FPGA固件。2)Openair1：基带信号处理；文件包括物理层（LTE/802.16）在RTAI/LINUX设备驱动上的编码，以及用户空间对硬件控制的编码。文件还包括在无硬件支持下，利用信道模型和模拟环境去测试代码。不仅如此，文件还可以提供EMOS相应功能(检测多用户下的MIMO性能)。3)Openair2：中间层介入协议；文件包括在PC上通过Linux的IP网络设备驱动与MPLS的互联开发第二层协议栈。这点在蜂窝与网状网络拓扑中同样适用。文件中还包括抽象的物理层，为第二层和更高的算法提供模拟平台。4)Openair3：无线网络；文件包括为全IP蜂窝与IP/MPLS网状网络而开发的第三层协议栈。
OAI平台中，在软件与硬件的支持下，可以完成系统开发与分析方法的创新，如无线系统验证工具、无线通信设备中不同实体的抽象模型、协议验证与相关测试和性能分析等。OAI的三大优势显得很重要。1）相同的代码在实时调制前可以进行初步调试和模拟调谐。2）虽然系统很复杂，但是框架参数可以被简单的修改。3）研究者可以快速实现自己的想法，不需要通过复杂的硬件HDL语言。当然，OAI也是开源的平台，便于研究者们相互探讨，调整符合自己的需求。
典型的Open air interface的验证平台如图1所示，LTE协议栈在PC里面运行，通用射频模块采用成熟的 NI 公司的USRP B210模块，基带和射频的接口采用USB 3.0。或是采用ExpressMIMO2的硬件。区别就是USRP采用ADI 的AD9361射频收发器，而ExpressMIMO2采用的是LIME的LMS6002D芯片。但此平台有个天然的缺陷，由于USRP B210或ExpressMimo2里面均没有射频开关，因此，现阶段不能支持LTE-TDD模式，给用户带来了大大的不便。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于OAI平台的TDD控制方法及系统，旨在解决现有OAI平台不能支持LTE-TDD模式的问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种基于OAI平台的TDD控制系统，其中，包括：
用于生成TDD切换信号的GPP基带板卡；
用于根据所述TDD切换信号生成TDD切换控制信号并控制发射链路和接收链路的本振及控制射频开关切换板卡的射频板卡；
用于与天线连接、根据所述TDD切换控制信号控制射频开关切换的射频开关切换板卡；
所述GPP基带板卡通过射频板卡连接射频开关切换板卡。
所述的基于OAI平台的TDD控制系统，其中，所述TDD切换信号采用无线帧结构，所述无线帧的长度为10ms，由两个长度为5ms的半帧组成，每个半帧由5个长度为1ms的子帧组成，其中有4个普通的子帧和1个特殊子帧。
所述的基于OAI平台的TDD控制系统，其中，所述GPP基带板卡中生成的TDD切换信号经由USB或PCIE接口传输到射频板卡。
所述的基于OAI平台的TDD控制系统，其中，所述射频板卡具体包括：
用于接收TDD切换信号并转发给TDD控制模块的接口控制模块；
用于将所述TDD切换信号处理为TDD切换控制信号并发送给射频收发器和射频开关切换板卡的TDD控制模块；
用于控制发射链路和接收链路本振的射频收发器；
所述接口控制模块通过TDD控制模块连接射频收发器，所述TDD控制模块还连接射频开关切换板卡。
所述的基于OAI平台的TDD控制系统，其中，发送给射频收发器的TDD切换控制信号比发送给射频开关切换板卡的TDD切换控制信号延迟预设时间。
一种基于OAI平台的TDD控制方法，其中，包括：
在GPP基带板卡中生成TDD切换信号；
根据所述TDD切换信号生成TDD切换控制信号并控制发射链路和接收链路的本振及控制射频开关切换板卡；
根据所述TDD切换控制信号控制射频开关切换。
所述的基于OAI平台的TDD控制方法，其中，所述TDD切换信号采用无线帧结构，所述无线帧的长度为10ms，由两个长度为5ms的半帧组成，每个半帧由5个长度为1ms的子帧组成，其中有4个普通的子帧和1个特殊子帧。
所述的基于OAI平台的TDD控制方法，其中，所述GPP基带板卡中生成的TDD切换信号经由USB或PCIE接口传输到射频板卡。
所述的基于OAI平台的TDD控制方法，其中，所述根据所述TDD切换信号生成TDD切换控制信号并控制发射链路和接收链路的本振及控制射频开关切换板卡，具体包括：
接收TDD切换信号并转发给TDD控制模块；
通过TDD控制模块将所述TDD切换信号处理为TDD切换控制信号并发送给射频收发器和射频开关切换板卡；
通过射频收发器控制发射链路和接收链路的本振。
所述的基于OAI平台的TDD控制方法，其中，发送给射频收发器的TDD切换控制信号比发送给射频开关切换板卡的TDD切换控制信号延迟预设时间。
相较于现有技术，本发明提供的基于OAI平台的TDD控制方法及系统，通过增加一个射频开关切换板卡，基带板卡产生控制信号，通过射频板卡的转发和处理实现了TDD的控制功能，带来了极大的方便。
附图说明
图1为现有基于GPP & OAI的通用SDR试验验证平台示意图。
图2为本发明提供的基于OAI平台的TDD控制系统的示意图。
图3为本发明提供的LTE-TDD的帧结构和切换时隙位置示意图。
图4为本发明提供的TDD切换信号从基带传输到射频板的流程图。
图5为本发明提供的TDD切换控制信号在射频板中传递流程示意图。
图6为本发明提供的LMS6002D架构示意图。
图7为本发明提供的基于OAI平台的TDD控制方法的方法流程图。
具体实施方式
本发明提供一种基于OAI平台的TDD控制方法及系统。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图2，本发明了提供一种基于OAI平台的TDD控制系统，所述基于OAI平台的TDD控制系统，包括：
用于生成TDD切换信号的GPP基带板卡100；
用于根据所述TDD切换信号生成TDD切换控制信号并控制发射链路和接收链路的本振及控制射频开关切换板卡300的射频板卡200；
用于与天线400连接、根据所述TDD切换控制信号控制射频开关切换的射频开关切换板卡300；
所述GPP基带板卡100通过射频板卡200连接射频开关切换板卡300。
具体来说，所述GPP基带板卡100具体可为通用处理器（GPP）基带，来生成TDD切换信号，关于TDD乃现有技术，TDD时分双工(Time Division Duplex) FDD频分双工(Frequency Division Duplex) FDD和TDD是中国4G网络的两种模式。所述GPP基带板卡中装载有OAI平台。所述射频板卡200可为NI 公司的USRP B210模块或ExpressMIMO2硬件。所述射频板卡200接收TDD切换信号并进行处理，从而控制发射链路和接收链路的本振，以及控制射频开关切换板卡300进行射频的开关，而射频开关切换板卡300连接天线400，对射频信号具有开关功能，这样便可实现对TDD信号的接收发射，也就是实现了TDD的控制功能，使得其可支持LTE-TDD模式。
在实际应用时，请参阅图3，优选地，所述TDD切换信号采用无线帧结构，所述无线帧的长度为10ms，由两个长度为5ms的半帧组成，每个半帧由5个长度为1ms的子帧组成，其中有4个普通的子帧和1个特殊子帧。
具体来说，在基带板中生成TDD切换信号，本发明优选地，针对TDD模式中上、下行时间转换的需要，设计了如下专门的帧结构。它采用无线帧结构，无线帧长度是10ms，由两个长度为5ms的半帧组成，每个半帧由5个长度为1ms的子帧组成，其中有4个普通的子帧和1个特殊子帧。所以整个帧也可理解为分成了10个长度为1ms的子帧作为数据调度和传输的单位(即TTI)。其中，子帧#1和#6可配置为特殊子帧，该子帧包含了3个特殊时隙，即DwPTS，GP和UpPTS（如图3所示），基带TDD-Switch_ BB信号是在DwPTS后产生，需要在GP时隙内完成从基带到射频开关整个链路上的切换。对于手机来说，接收到发送的时间在图3中却不是通过GP时隙来保证的，36.211,章节8中提到：TA+TAoffset，TAoffset固定为624个Ts，TA是基站进行上行同步用的，TAoffset就是上行提前发送的时间，也就是可以理解为上行到下行的GP（guard period，时隙）。
进一步地，所述GPP基带板卡中生成的TDD切换信号经由USB或PCIE接口传输到射频板卡。请参阅图4，图4是信号发送的流程，TDD_swich信号（也就是TDD切换信号）产生之后需要发送到射频端。UE_thread_tx线程调用PHY_Tx函数，通过UE_thread线程中TRX read/write接口，经由USB或PCI-E接口转发到USRP B210 或EXPRESSMIMO2（也就是射频板）。PCIE接口乃现有接口，此处不作过多描述。需要说明的是，TRX是指发射链路，而RX是指接收链路，这两者含义在射频技术领域乃常用语。
请继续参阅图2，进一步地，所述射频板卡200具体包括：
用于接收TDD切换信号并转发给TDD控制模块220的接口控制模块210；
用于将所述TDD切换信号处理为TDD切换控制信号并发送给射频收发器230和射频开关切换板卡300的TDD控制模块220；
用于控制发射链路和接收链路本振的射频收发器230；
所述接口控制模块210通过TDD控制模块220连接射频收发器230，所述TDD控制模块220还连接射频开关切换板卡300。
具体来说，在射频板中进行了TDD切换信号的传递和控制。本发明以射频板卡为ExpressMIMO2为实例，说明TDD控制信号在射频单元中的控制方式。请一并参阅图2和图5，基于OAI的基带信号在GPP基带板卡中生成基带I/Q信号的同时也产生了TDD_switch_BB信号（也就是TDD切换信号），通过PCIE接口传输到射频板卡中的FPGA，射频板卡的这块FPGA可以完成DDC,DUC以及部分基带信号的offloading的功能。结合图2和图5，在实际应用时，接口控制模块210及TDD控制模块220均集成在FPGA内，而射频收发器则采用其他硬件模块实现。
关于TDD切换信号的控制具体如下。图5 中RF以右和I/Q以左的部分是现有的USRPB210或ExpressMIMO2板卡，AMC GPP是基带部分，TDD_switch信号（TDD切换信号）在此生成。FE部分为开关射频前端，也就是射频开关切换板卡，本发明专门设计的一块板卡来支持TDD的切换。
FPGA通过PCIe Control单元接收到TDD_switch信号后，转给TDD control模块，此模块是新增加的模块，专门用来处理TDD切换信号的。切换流程如下：1）Lime Ctl 模块发送频率设置，通过SPI设置A/D,D/A以及LMS6002D芯片的增益信息给MyriadRF，LMS6002D就是在MyriadRF模块上。其中，器件型号LMS6002D这款FPRF芯片是在美国国内为一家名为LimeMicrosystems的英国公司制造的，Myriad-RF评估板可以连接TerAsic公司的Altera DeO-Nano板和FPGA 夹层卡(FMC)赛灵思板，包括Artix整个7系列的产品、Kintex和Virtex所有可编程FPGA和Zynq所有可编程SoC。上述应用所需的Myriad-RF接口板可以通过Azio公司定购。2）TDD Ctl模块发送TDD_Switch_RF命令给LMS6002D（其作为射频收发器）控制TX（发射链路）和RX（接收链路）的本振。（TDD_Lime）。3）TDD Ctl模块发送TDD_Switch_RF命令到FE模块（也就是射频开关切换板卡）控制射频开关切换。(TDD_FE)。FE模块是基于HMC284/HMC349的SPDT（Single Pole Double Throw，单刀双掷），这个模块可以适用于一般的软件无线电定义的射频，比如ExpressMIMO2或USRP（NI），FE的目标是关闭发射模块的功率放大器，以及接收模块的LNA（低噪声放大器）同时切换射频开发，当然，简单起见也可以在这个模块中不集成功率放大器和LNA（低噪声放大器），如果是这种设计的话仅仅进行射频开关的切换。
在实际应用时，关于射频开关切换板卡，也就是图5中所示的FE模块，其设计外形取决于前端USRP和ExpressMIMO2的接口和尺寸大小，此外形的设计主要原则是方便安装和固定，FE的电路板根据是否集成PA尺寸会不同，一般FE模块的控制接口要求如下，其射频天线输出（SMA接口）可以接射频电缆或天线；NI USRP或ExpressMIMO2的RX和TX射频接口（SMA）；电源接口，3.3V或5V接口，取决于有源射频开发，功放和低噪放的实际电源需求。
进一步地，在实际测试中，发现从OFF到ON的过程会发现本振泄漏，在分析后发现RX PLL会通过Tx通道放大输出，从而影响链路性能。深层次分析得从LMS6002D的架构上说起，如图6所示，由于RX PLL（时钟信号）和TX PLL（时钟信号）使用不同时钟源，设置成TDD模式的时候会相互干扰，为了避免上述本振泄露问题，优选地，发送给射频收发器的TDD切换控制信号比发送给射频开关切换板卡的TDD切换控制信号延迟预设时间。所述预设时间可根据实际情况进行设置，优选为3~5μs，较佳地可为4.2μs。
具体来说，FPGA中的TDD Ctl模块发送的2条控制命令，单TDD_lime和TDD_FE处于Rx模式的时候Tx处于高隔离状态，从OFF到ON的过程中，由于TDD_FE控制的射频开关的切换速度要比TDD_Lime的响应速度快，这就造成有一个中间态的过程，在这个过程中开关已经进入TX模式，但是Rx PLL还没有切换到Tx PLL状态。Rx的本振信号就通过Tx链路放大发送出去造成Rx本振泄漏。对应的解决方案为：TDD_Lime信号要比TDD_FE信号延迟发送，具体延迟多少可以通过测试获得，FPGA开始设置同时发送，检测2条信号相应的速度，再根据示波器检测的时间选取延迟大小，基于OA1平台显示为4.2μs。
采用本发明的系统来实现TDD控制，进行实际测试，测试中需要测试TDD开关切换的响应时间，得到此系统的OA1平台的测试结果为60ns，远小于3GPP对切换的时间要求。通过在基站和UE端同时跑OAI软件，UE解码TDD DL信号显示，64QAM的星座图很清晰，相同速率下BLER与FDD模式相当。
基于上述实施例提供的基于OAI平台的TDD控制系统，本发明还提供一种基于OAI平台的TDD控制方法。请参阅图7，所述基于OAI平台的TDD控制方法包括以下步骤：
S100、在GPP基带板卡中生成TDD切换信号；
S200、根据所述TDD切换信号生成TDD切换控制信号并控制发射链路和接收链路的本振及控制射频开关切换板卡；
S300、根据所述TDD切换控制信号控制射频开关切换。
进一步地，所述TDD切换信号采用无线帧结构，所述无线帧的长度为10ms，由两个长度为5ms的半帧组成，每个半帧由5个长度为1ms的子帧组成，其中有4个普通的子帧和1个特殊子帧。
进一步地，所述GPP基带板卡中生成的TDD切换信号经由USB或PCIE接口传输到射频板卡。
进一步地，所述步骤S200具体包括：
S201、接收TDD切换信号并转发给TDD控制模块；
S202、通过TDD控制模块将所述TDD切换信号处理为TDD切换控制信号并发送给射频收发器和射频开关切换板卡；
S203、通过射频收发器控制发射链路和接收链路的本振。
进一步地，发送给射频收发器的TDD切换控制信号比发送给射频开关切换板卡的TDD切换控制信号延迟预设时间。
由于所述基于OAI平台的TDD控制方法的具体原理和详细技术特征在上述基于OAI平台的TDD控制系统实施例中已详细阐述，在此不再赘述。
上述功能模块的划分仅用以举例说明，在实际应用中，可以根据需要将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即划分成不同的功能模块，来完成上述描述的全部或部分功能。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机（或移动终端）程序来指令相关的硬件完成，所述的计算机（或移动终端）程序可存储于一计算机（或移动终端）可读取存储介质中，程序在执行时，可包括上述各方法的实施例的流程。其中的存储介质可以为磁碟、光盘、只读存储记忆体（ROM）或随机存储记忆体（RAM）等。
综上所述，本发明提供的一种基于OAI平台的TDD控制方法及系统，通过增加一个射频开关切换板卡，基带板卡产生控制信号，通过射频板卡的转发和处理实现了TDD的控制功能，带来了极大的方便。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于OAI平台的TDD控制系统，其特征在于，包括：
用于生成TDD切换信号的GPP基带板卡；
用于根据所述TDD切换信号生成TDD切换控制信号并控制发射链路和接收链路的本振及控制射频开关切换板卡的射频板卡；
用于与天线连接、根据所述TDD切换控制信号控制射频开关切换的射频开关切换板卡；
所述GPP基带板卡通过射频板卡连接射频开关切换板卡；
所述射频板卡具体包括：
用于接收TDD切换信号并转发给TDD控制模块的接口控制模块；
用于将所述TDD切换信号处理为TDD切换控制信号并发送给射频收发器和射频开关切换板卡的TDD控制模块；
用于控制发射链路和接收链路本振的射频收发器；
所述接口控制模块通过TDD控制模块连接射频收发器，所述TDD控制模块还连接射频开关切换板卡；
通过增加一个射频开关切换板卡，基带板卡产生控制信号，通过射频板卡的转发和处理实现了TDD的控制功能。
2.根据权利要求1所述的基于OAI平台的TDD控制系统，其特征在于，所述TDD切换信号采用无线帧结构，所述无线帧的长度为10ms，由两个长度为5ms的半帧组成，每个半帧由5个长度为1ms的子帧组成，其中有4个普通的子帧和1个特殊子帧。
3.根据权利要求1所述的基于OAI平台的TDD控制系统，其特征在于，所述GPP基带板卡中生成的TDD切换信号经由USB或PCIE接口传输到射频板卡。
4.根据权利要求1所述的基于OAI平台的TDD控制系统，其特征在于，发送给射频收发器的TDD切换控制信号比发送给射频开关切换板卡的TDD切换控制信号延迟预设时间。
5.一种基于OAI平台的TDD控制方法，其特征在于，包括：
在GPP基带板卡中生成TDD切换信号；
根据所述TDD切换信号生成TDD切换控制信号并控制发射链路和接收链路的本振及控制射频开关切换板卡；
根据所述TDD切换控制信号控制射频开关切换；
所述根据所述TDD切换信号生成TDD切换控制信号并控制发射链路和接收链路的本振及控制射频开关切换板卡，具体包括：
接收TDD切换信号并转发给TDD控制模块；
通过TDD控制模块将所述TDD切换信号处理为TDD切换控制信号并发送给射频收发器和射频开关切换板卡；
通过射频收发器控制发射链路和接收链路的本振；
通过增加一个射频开关切换板卡，基带板卡产生控制信号，通过射频板卡的转发和处理实现了TDD的控制功能。
6.根据权利要求5所述的基于OAI平台的TDD控制方法，其特征在于，所述TDD切换信号采用无线帧结构，所述无线帧的长度为10ms，由两个长度为5ms的半帧组成，每个半帧由5个长度为1ms的子帧组成，其中有4个普通的子帧和1个特殊子帧。
7.根据权利要求5所述的基于OAI平台的TDD控制方法，其特征在于，所述GPP基带板卡中生成的TDD切换信号经由USB或PCIE接口传输到射频板卡。
8.根据权利要求5所述的基于OAI平台的TDD控制方法，其特征在于，发送给射频收发器的TDD切换控制信号比发送给射频开关切换板卡的TDD切换控制信号延迟预设时间。
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