CN107733465B - 超带宽信号处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超带宽信号处理方法及装置，属于通讯技术领域。该方法包括：将上行接收链路接收的超带宽信号分为N个支路进行处理；将每个支路处理的信号的目标载波频谱的中心频点下变频到预设中频频率；完成对每个支路下变频后的目标载波的采集；将每个支路中采集到的目标载波进行处理，滤除非本支路目标载波的相邻信号；及将所述N个支路中处理后的目标载波数据合并为一个信号数据。由此可以拓宽RRU的上行接收链路的带宽处理能力，满足超带宽信号的处理要求。

Description

超带宽信号处理方法及装置
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及超带宽信号处理方法及装置。
背景技术
随着通讯产业的发展，RRU(Radio Remote Unit，射频拉远单元)的信号带宽处理能力已经成为一个整机性能的重要指标。RRU信号处理带宽越宽，其业务处理能力越强，即承载的载波和业务也就越多，随之会带来运营商建站成本的大幅降低。
对于RRU而言，整机的信号带宽处理能力包括下行和上行的带宽处理能力，其中下行发射处理带宽目前非常大，不会制约整机的带宽处理能力，因此整机带宽处理能力受限于上行接收链路信号处理带宽，而RRU上行接收链路的处理带宽是受接收ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)芯片限制。要想在ADC芯片最大带宽固定的情况下提升上行接收链路信号处理带宽处理能力，就非常困难了。
在目前的设计中，针对一些超过ADC芯片处理带宽的特殊频谱的信号，可以通过采取特殊措施，使整机可以达到处理这些特殊频谱宽带信号的能力。这些特殊频谱的特征包括：(1)载波信号带宽超过ADC芯片处理带宽，即信号总带宽(信号最低频点到信号最高频点的带宽)超过了ADC芯片的信号处理带宽。(2)信号频谱不连续，能够分为独立的几个子频段，且各个子频段的信号带宽在ADC芯片处理带宽内。(3)子频段间的间隔较大，可以通过腔体滤波器将其分为各个独立子频段。
对于一般的信号频谱连续，且信号带宽大于ADC芯片的处理带宽的频谱信号，按照目前的RRU设计方案，上行接收链路信号的带宽处理能力最大可达到ADC芯片的信号带宽，不能够满足此等频谱信号的处理需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超带宽信号处理方法及装置，以解决在现有的ADC芯片下，拓宽RRU的上行接收链路的带宽处理能力的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种超宽带信号处理方法，该方法包括步骤：将上行接收链路接收的超带宽信号分为N个支路进行处理，所述N为大于1的整数；将每个支路处理的信号的目标载波频谱的中心频点下变频到预设中频频率；完成对每个支路下变频后的目标载波的采集；将每个支路中采集到的目标载波进行处理，滤除非本支路目标载波的相邻信号；及将所述N个支路中处理后的目标载波数据合并为一个信号数据。
可选地，该方法在所述将所述N个支路中处理后的目标载波数据合并为一个信号数据的步骤之前还包括：从每个支路处理后的目标载波数据中单独提取出各个载波；对各个载波的无线帧格式进行整理；及对每个支路分别进行时延补偿。
可选地，所述支路个数N根据所述超带宽信号的总带宽A和每个支路的模数转换器ADC芯片的信号处理带宽B确定，所述N是不小于A除以B的整数。
可选地，各个支路的时延补偿值为TN-Ttrig，根据对各个支路的时延测试获得，信号源每次触发一个支路对应的目标载波频段信号，其中TN为所述支路在载波合并前和信号源触发信号间的时延，Ttrig为信号源触发信号到信号发出的时延。
为实现上述目的，本发明还提出一种超带宽信号处理装置，该装置包括：功分单元，用于将上行接收链路接收的超带宽信号分为N个支路进行处理，所述N为大于1的整数；变频单元，用于将每个支路处理的信号的目标载波频谱的中心频点下变频到预设中频频率；采集单元，用于完成对每个支路下变频后的目标载波的采集；数据处理与合成单元，用于将每个支路中采集到的目标载波进行处理，滤除非本支路目标载波的相邻信号，将所述N个支路中处理后的目标载波数据合并为一个信号数据。
可选地，所述数据处理与合成单元具体包括：数字滤波器模块，用于将每个支路中采集到的非本支路目标载波的相邻信号进行滤除；数字混频器模块，用于从每个支路经所述数字滤波器模块处理后的目标载波数据中单独提取出各个载波；载波数据处理模块，用于对各个载波的无线帧格式进行整理；时延模块，用于对每个支路分别进行时延补偿。
可选地，所述功分单元包括功分器。
可选地，所述变频单元包括衰减器、声表滤波器和混频器。
可选地，所述采集单元包括可变增益放大器、中频滤波器和模数转换器ADC芯片。
可选地，所述支路个数N根据所述超带宽信号的总带宽A和每个支路的ADC芯片的信号处理带宽B确定，所述N是不小于A除以B的整数。
本发明提出的超带宽信号处理方法及装置，可以在现有ADC芯片的信号处理带宽固定的基础上，通过新的链路架构设计，硬件上多路接收和ADC芯片并行协作，软件上数据并行处理，将RRU工作的信号带宽拓宽到远高于单片ADC芯片本身的信号带宽，使得RRU在连续频谱信号带宽超过ADC芯片处理带宽的情况下，满足处理超带宽信号的要求。
附图说明
图1为本发明提出的一种超带宽信号处理装置的较佳实施例的模块示意图；
图2为图1中的超带宽信号处理装置的另一种模块示意图；
图3为本发明中各个支路的时延测试时序图；
图4为本发明提出的一种信号处理方法的较佳实施例的流程图；
图5为所述信号处理方法的各个步骤对应的一种频谱示意图；
图6为图5中步骤S408包含的具体过程对应的一种频谱示意图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1及图2所示，本发明提出一种超带宽信号处理装置100，应用在RRU中，可以拓宽上行接收链路的带宽处理能力。
在本实施例中，超带宽信号处理装置100包括功分单元102，变频单元104，采集单元106及数据处理与合成单元108。
所述功分单元102，用于将上行接收链路接收的超带宽信号分为N个支路进行处理，所述N为大于1的整数。
具体地，RRU的上行接收链路是将接收到的移动终端上行信号进行滤波、低噪声放大、下变频、模数转换和数字中频处理等操作。功分单元102包括1到N路功分器，将接收到的超宽带信号分成N个支路进行处理。为了保证最后的信号数据无损失，支路个数N必须满足一定的要求，而该支路个数N取决于接收超带宽信号的总带宽(标记为A)和各个支路的ADC芯片的信号处理带宽(标记为B)，N是不小于A/B的整数。
所述变频单元104，用于将每个支路处理的信号的目标载波频谱的中心频点下变频到预设中频频率。
具体地，变频单元104包括衰减器(Attenuator，ATT)、声表滤波器和混频器。其中，混频器为核心部分，用于将该支路所处理的信号的目标载波的中心频点下变频到预设中频频率上。衰减器用于衰减输入的大信号，保障混频器不会溢出。声表滤波器用于将该支路接收的无用带外信号在射频端就滤除，以保障干净的有用信号。由于每个支路处理的目标载波信号频率不同，因此每个支路混频的本振频点各不相同。
接收到的信号在变频前其目标载波信号的射频频点已知，各个支路的中频频点相同且固定，主要是通过确定各个支路混频本振频点，以完成将输入的目标载波信号的频点下变频到预设中频频率。在变频前，支路N的目标载波信号中心频点为C MHz，支路M的目标载波信号中心频点为D MHz，则支路N和M的本振频点相差应为(D-C)MHz。
所述采集单元106，用于完成每个支路下变频后的目标载波的采集。
具体地，采集单元106包括可变增益放大器(Variable Gain Amplifier，VGA)、中频滤波器和ADC芯片，其中最重要的是ADC芯片。ADC芯片的处理带宽决定了该支路的接收信号处理带宽能力，支路的处理带宽能力决定了装置中N的具体数目。
在本实施例中，所述采集是模拟采集。各个支路都是平衡和对称的，每个支路完成该支路目标载波的采集，且各个支路处理的目标载波不同，这些所有支路采集的目标载波信号合并在一起，完成对完整的接收信号的模拟采集。由于完整的接收信号是通过多个支路并行分担采集完成的，因此要保障每个支路的处理带宽大于目标载波信号带宽，且支路数量能够完成所有输入载波信号的采集。这样，必然会采集到一部分非本支路目标载波的相邻信号，这些无用信号需要在后续进行处理。
另外，在输入信号带宽固定的情况下，为了能够完成对接收信号中的所有载波信号的完整采集，且还使用最少的支路，将本装置的硬件成本降到最低，各个采集支路需要重点考虑两点：
第一，在满足支路需求的情况下将支路的处理带宽最大化，这样可以使用最少的支路完成输入信号的采集。支路的处理带宽直接由ADC芯片的处理带宽决定，ADC芯片的处理带宽变大会出现SNR(Signal Noise Ratio，信号和噪声之比)和SFDR(Spurious FreeDynamic Range，无杂散动态范围)的恶化，因此在确定ADC芯片的处理带宽时，必须保障这两个指标满足接收支路的需求。
第二，在支路处理带宽范围内，给每个支路分配最多的目标载波，只要目标载波带宽不超过本支路的处理带宽均可。
所述数据处理与合成单元108，用于将各个支路中采集到的信号进行处理，提取有用的目标载波数据，滤除无用的载波信号数据，然后将所有支路中有用的目标载波数据进行合并，形成一个完整的信号数据。
具体地，数据处理部分首先根据本支路要求处理的目标载波配置，将支路中采集到的无用载波信号(非本支路目标载波的相邻信号)数据进行滤除，仅保留本支路的目标载波数据，然后对目标载波进行提取，成为可视的各个单独载波，并将这些载波数据按照其无线制式的帧数据要求完成处理。
数据合成部分主要是将数据处理部分分离出来的各个支路的目标载波数据进行合并，成为一个完整的信号，与输入信号频谱完全相同，这样就达到了处理超带宽信号的目的。另外，在目标载波数据合并前，需要调整各个支路的时延，以保证合并时各个支路的目标载波数据是同一时刻的，确保合并后整个信号数据不会紊乱。
在本实施例中，数据处理与合成单元108主要是FPGA(Field－Programmable GateArray，现场可编程门阵列)，每个采集支路在FPGA中对应一个数据处理支路。
值得注意的是，实现所述功分单元102、变频单元104、采集单元106、数据处理与合成单元108功能的还可以为其他器件，在本发明中不做具体限定。
进一步地，所述数据处理支路包括数字滤波器模块、数字混频器模块、载波数据处理模块和时延模块。所述数字滤波器模块用于将支路中采集到的无用载波信号数据进行滤除，保留本支路有用的目标载波数据。所述数字混频器模块用于通过模块内部NCO将采集到的各个载波信号进行提取，成为单独可见的各个载波。所述载波数据处理模块用于按照各个载波的无线制式的数据要求，对载波数据无线帧格式进行整理。所述时延模块用于调整各个采集支路的时延对齐，以保证数据合并后与原始输入信号的一致性。
由于各个支路的硬件差异和处理时间的不同，会出现各个支路采集信号的不同步。例如，1支路的载波信号在在T1时刻采集，2支路的载波信号在T2时刻采集，N支路的载波信号在Tn时刻采集，如果直接将各个支路中的数据进行合并，会出现数据紊乱，与输入的信号有差异。时延模块是在各个支路的载波数据合并前，通过给每个支路补偿一定时延，保证各个支路都是在同一时刻采集数据。例如，将1、2和N支路进行时延补偿后，使其各个支路都在固定相同的T时刻采集数据。
为了准确的得到各个支路的时延补偿值，就必须对各个支路的时延进行测试。具体的各个支路时延测试时序图如图3所示，信号源每次触发其中一个支路对应的目标载波频段信号，信号制式不限。以N支路为例，通过高速示波器抓取本支路FPGA载波合并前和信号源触发信号间的时延TN，再通过高速示波器抓取信号源触发信号到信号发出的时延Ttrig，则TN-Ttrig为该支路的真实时延。通过上述方式得到各个支路的时延补偿值，在FPGA中以其中一个支路的时延为基准，对其余支路进行时延补偿，以达到最终各个支路时延一致的目标。
如图4所示，本发明提出一种超带宽信号处理方法，可以拓宽上行接收链路的带宽处理能力。该方法包括以下步骤：
S402，将上行接收链路接收的超带宽信号分为N个支路进行处理，所述N为大于1的整数。
具体地，该步骤通过1到N路功分器完成，将接收到的超宽带信号分成N个支路进行处理。为了保证最后的信号数据无损失，支路个数N必须满足一定的要求，而该支路个数N取决于接收超带宽信号的总带宽(标记为A)和各个支路ADC芯片的信号处理带宽(标记为B)，N是不小于A/B的整数。
例如，图5中的500为接收到的超带宽信号的频谱示意图。图5中的502为执行步骤S402之后的频谱示意图。
S404，将每个支路处理的信号的目标载波频谱的中心频点下变频到预设中频频率。
具体地，该步骤主要由衰减器、声表滤波器和混频器完成。其中，混频器为核心部分，用于将该支路所处理的信号的目标载波的中心频点下变频到预设中频频率。衰减器衰减输入的大信号，保障混频器不会溢出。声表滤波器将该支路接收的无用带外信号在射频端就滤除，以保障干净的有用信号。由于每个支路处理的目标载波信号频率不同，因此每个支路混频的本振频点各不相同。
接收到的信号在变频前其目标载波信号的射频频点已知，各个支路的中频频点相同且固定，主要是通过确定各个支路混频本振频点，以完成将输入的目标载波信号的频点下变频到预设中频频率。在变频前，支路N的目标载波信号中心频点为C MHz，支路M的目标载波信号中心频点为D MHz，则支路N和M的本振频点相差应为(D-C)MHz。
例如，图5中的504为执行步骤S404之后的频谱示意图。
S406，完成对每个支路下变频后的目标载波的采集。
具体地，该步骤主要由可变增益放大器、中频滤波器和ADC芯片完成，其中最重要的是ADC芯片。ADC芯片的处理带宽决定了该支路的接收信号处理带宽能力，支路的处理带宽能力决定了装置中N的具体数目。
在本实施例中，所述采集是模拟采集。各个支路都是平衡和对称的，每个支路完成该支路目标载波的采集，且各个支路处理的目标载波不同，这些所有支路采集的目标载波信号合并在一起，完成对完整的接收信号的模拟采集。由于完整的接收信号是通过多个支路并行分担采集完成的，因此要保障每个支路的处理带宽大于目标载波信号带宽，且支路数量能够完成所有输入载波信号的采集。这样，必然会采集到一部分非本支路目标载波的相邻信号，这些无用信号需要在后续进行处理。
例如，图5中的506为执行步骤S406之后的频谱示意图。
S408，将各个支路中采集到的信号进行处理，提取有用的目标载波数据，滤除无用的载波信号数据。
具体地，该步骤由FPGA完成，首先根据本支路要求处理的目标载波配置，将支路中采集到的无用载波信号(非本支路目标载波的相邻信号)数据进行滤除，仅保留本支路的目标载波数据，然后对目标载波进行提取，成为可视的各个单独载波，并将这些载波数据按照其无线制式的帧数据要求完成处理。另外，在目标载波数据合并前，需要调整各个支路的时延，以保证合并时各个支路的目标载波数据是同一时刻的，确保合并后整个信号数据不会紊乱。
每个采集支路在FPGA中对应一个数据处理支路，其中数据处理支路主要由数字滤波器模块、数字混频器模块、载波数据处理模块、时延模块组成。所述数字滤波器模块将支路中采集到的无用载波信号数据进行滤除，保留本支路有用的目标载波数据。所述数字混频器模块通过模块内部NCO将采集到的各个载波信号进行提取，成为单独可见的各个载波。所述载波数据处理模块按照各个载波的无线制式的数据要求，对载波数据无线帧格式进行整理。所述时延模块调整各个采集支路的时延对齐，以保证数据合并后与原始输入信号的一致性。
例如，图6中600所示为执行步骤S406之后的频谱示意图(类似图5中的506)。图6中602所示为经过数字滤波器模块处理之后的频谱示意图。图6中604所示为经过数字混频器模块处理之后的频谱示意图。
由于各个支路的硬件差异和处理时间的不同，会出现各个支路采集信号的不同步。例如，1支路的载波信号在在T1时刻采集，2支路的载波信号在T2时刻采集，N支路的载波信号在Tn时刻采集，如果直接将各个支路中的数据进行合并，会出现数据紊乱，与输入的信号有差异。时延模块是在各个支路的载波数据合并前，通过给每个支路补偿一定时延，保证各个支路都是在同一时刻采集数据。例如，将1、2和N支路进行时延补偿后，使其各个支路都在固定相同的T时刻采集数据。
S410，将所有支路中有用的目标载波数据进行合并，形成一个完整的信号数据。
具体地，该步骤也由FPGA完成，将上一步骤中分离出来的各个支路的目标载波数据进行合并，成为一个完整的信号，与输入信号频谱完全相同，这样就达到了处理超带宽信号的目的。
例如，图5中的508为执行步骤S408及S410之后的频谱示意图。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件来实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。另外，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种超带宽信号处理方法，应用在射频拉远单元RRU中，该方法包括步骤：
将上行接收链路接收的超带宽信号分为N个支路进行处理，所述N为大于1的整数；
将每个支路处理的信号的目标载波频谱的中心频点下变频到预设中频频率；
完成对每个支路下变频后的目标载波的采集；
将每个支路中采集到的目标载波进行处理，滤除非本支路目标载波的相邻信号，每个支路处理的目标载波的带宽小于该支路的处理带宽，且各个支路处理的目标载波数据合并后与所述接收的超带宽信号相同；及
将所述N个支路中处理后的目标载波数据合并为一个信号数据。
2.根据权利要求1所述的超带宽信号处理方法，其特征在于，该方法在所述将所述N个支路中处理后的目标载波数据合并为一个信号数据的步骤之前还包括：
从每个支路处理后的目标载波数据中单独提取出各个载波；
对各个载波的无线帧格式进行整理；及
对每个支路分别进行时延补偿。
3.根据权利要求1所述的超带宽信号处理方法，其特征在于，所述支路个数N根据所述超带宽信号的总带宽A和每个支路的模数转换器ADC芯片的信号处理带宽B确定，所述N是不小于A除以B的整数。
4.根据权利要求1所述的超带宽信号处理方法，其特征在于，各个支路的时延补偿值为TN-Ttrig，根据对各个支路的时延测试获得，信号源每次触发一个支路对应的目标载波频段信号，其中TN为所述支路在载波合并前和信号源触发信号间的时延，Ttrig为信号源触发信号到信号发出的时延。
5.一种超带宽信号处理装置，应用在射频拉远单元RRU中，其特征在于，该装置包括：
功分单元，用于将上行接收链路接收的超带宽信号分为N个支路进行处理，所述N为大于1的整数；
变频单元，用于将每个支路处理的信号的目标载波频谱的中心频点下变频到预设中频频率；
采集单元，用于完成对每个支路下变频后的目标载波的采集；
数据处理与合成单元，用于将每个支路中采集到的目标载波进行处理，滤除非本支路目标载波的相邻信号，每个支路处理的目标载波的带宽小于该支路的处理带宽，且各个支路处理的目标载波数据合并后与所述接收的超带宽信号相同，并将所述N个支路中处理后的目标载波数据合并为一个信号数据。
6.根据权利要求5所述的超带宽信号处理装置，其特征在于，所述数据处理与合成单元具体包括：
数字滤波器模块，用于将每个支路中采集到的非本支路目标载波的相邻信号进行滤除；
数字混频器模块，用于从每个支路经所述数字滤波器模块处理后的目标载波数据中单独提取出各个载波；
载波数据处理模块，用于对各个载波的无线帧格式进行整理；
时延模块，用于对每个支路分别进行时延补偿。
7.根据权利要求5所述的超带宽信号处理装置，其特征在于，所述功分单元包括功分器。
8.根据权利要求5所述的超带宽信号处理装置，其特征在于，所述变频单元包括衰减器、声表滤波器和混频器。
9.根据权利要求5所述的超带宽信号处理装置，其特征在于，所述采集单元包括可变增益放大器、中频滤波器和模数转换器ADC芯片。
10.根据权利要求5所述的超带宽信号处理装置，其特征在于，所述支路个数N根据所述超带宽信号的总带宽A和每个支路的ADC芯片的信号处理带宽B确定，所述N是不小于A除以B的整数。
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