CN109195223B - 一种基于lte的虚拟多载波通信系统及方法 - Google Patents

一种基于lte的虚拟多载波通信系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于通信技术领域，公开了一种基于LTE的虚拟多载波通信系统及方法，在带有逻辑芯片的基站系统中增加逻辑功能，或在不带有逻辑芯片的基站系统中增加胶合逻辑芯片；增加的逻辑功能或胶合逻辑芯片被配置为提供多载波覆盖功能，多载波包括一个第一载波和多个第二载波，第一载波为标准载波，第二载波为标准载波通过频谱搬移后得到的虚拟载波。本发明解决了现有技术中实现多个不同频点的LTE载波同时覆盖时设备成本高、部署不方便的问题。本发明可在某些不需要大容量的场景下提供多载波覆盖，具有成本低，载波数量和频点动态可配的优点。

Description

一种基于LTE的虚拟多载波通信系统及方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于LTE的虚拟多载波通信系统及方法。
背景技术
在某些特殊场景下，需要实现多个不同频点的LTE载波同时覆盖，但对容量需求不高。常规的解决方案是，每个频点采用一套独立的基站系统或板卡进行覆盖，但这样带来的问题是设备成本高，功耗大，部署不方便等。
发明内容
本申请实施例通过提供一种基于LTE的虚拟多载波通信系统及方法，解决了现有技术中实现多个不同频点的LTE载波同时覆盖时设备成本高、部署不方便的问题。
本申请实施例提供一种基于LTE的虚拟多载波通信系统，包括：通信模块、CPU模块、胶合逻辑芯片、集成收发器、射频模块、GPS模块；
所述通信模块、所述CPU模块、所述胶合逻辑芯片、所述集成收发器、所述射频模块依次连接，所述GPS模块与所述CPU模块连接；
所述胶合逻辑芯片被配置为提供多载波覆盖功能，多载波包括一个第一载波和多个第二载波，所述第一载波为标准载波，所述第二载波为标准载波通过频谱搬移后得到的虚拟载波。
优选的，所述胶合逻辑芯片为带有逻辑芯片的基站系统通过增加逻辑功能后得到的胶合逻辑芯片，或者，所述胶合逻辑芯片为不带逻辑芯片的基站系统增加的胶合逻辑芯片。
优选的，所述胶合逻辑芯片包括：数字上变频模块、数字下变频模块、混频模块、求和模块；
针对TDD LTE终端，在下行链路上，所述CPU模块与所述数字上变频模块连接，所述数字上变频模块分别与多个所述混频模块的输入端连接，多个所述混频模块的输出端均与所述求和模块连接，所述求和模块与所述集成收发器的接收端连接；
在上行链路上，所述集成收发器的发送端分别与多个所述混频模块连接，每个所述混频模块与一个所述数字下变频模块连接，多个所述数字下变频模块均与所述求和模块连接，所述求和模块与所述CPU模块连接。
优选的，所述胶合逻辑芯片包括：数字上变频模块、数字下变频模块、混频模块、求和模块；
针对FDD LTE终端，在下行链路上，所述CPU模块与所述数字上变频模块连接，所述数字上变频模块分别与多个所述混频模块的输入端连接，多个所述混频模块的输出端均与所述求和模块连接，所述求和模块与所述集成收发器的接收端连接；
在上行链路上，所述集成收发器的发送端与一个所述数字下变频模块连接，所述数字下变频模块与所述CPU模块连接。
优选的，所述混频模块包括直接数字频率合成器和混频器；
所述直接数字频率合成器用于产生频率信号；
所述混频器用于将上变频后的信号与所述频率信号进行混频。
另一方面，本申请实施例提供一种基于LTE的虚拟多载波通信方法，在带有逻辑芯片的基站系统中增加逻辑功能，或在不带有逻辑芯片的基站系统中增加胶合逻辑芯片；增加的所述逻辑功能或所述胶合逻辑芯片被配置为提供多载波覆盖功能，多载波包括一个第一载波和多个第二载波，所述第一载波为标准载波，所述第二载波为标准载波通过频谱搬移后得到的虚拟载波。
优选的，在下行链路上，通过增加的所述逻辑功能或所述胶合逻辑芯片，对来自CPU模块的下行基带信号进行上变频处理，上变频后复制多份信号，并独立进行混频，混频完成后对所有信号进行求和，求和完成后通过集成收发器将信号发射出去。
优选的，针对TDD LTE信号，在上行链路上，通过增加的所述逻辑功能或所述胶合逻辑芯片，对来自于集成收发器的上行数字信号进行混频、滤波、抽取处理后求和，求和完成后将信号发送至CPU模块。
优选的，针对FDD LTE信号，在上行链路上，通过增加的所述逻辑功能或所述胶合逻辑芯片，对来自集成收发器的上行数字信号进行滤波、抽取处理后发送至CPU模块。
优选的，来自CPU模块的下行基带信号完成采样速率提升后，与直接数字频率合成器产生的频率信号在混频器中进行混频处理。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
与现有技术相比，本发明在带有逻辑芯片的基站系统中增加逻辑功能，或在不带有逻辑芯片的基站系统中增加胶合逻辑芯片，即本发明只需在常规基站上增加部分逻辑或小规模胶合逻辑芯片，便能够利用一套基站系统，实现同一频段内多载波同时覆盖，多个载波中，只有一个载波为标准载波，其余载波均为标准载波通过频谱搬移的方式实现，称之为“虚拟载波”，所有虚拟载波均可实现用户接入。对于TDD LTE信号而言，在下行链路上，将来自于CPU模块的下行基带信号复制多份，并独立进行混频，混频完成后再对所有数据进行求和，最后通过集成收发器发射出去；在上行链路上，将来自于集成收发器的上行数字信号按照与下行相反方向进行混频、滤波、抽取后求和，发送给CPU模块。对于FDD LTE信号而言，在下行链路上，将来自于CPU模块的下行基带信号复制多份，并独立进行混频，混频完成后再对所有数据进行求和，最后通过集成收发器发射出去；在上行链路上，对来自集成收发器的上行数字信号进行滤波、抽取处理后发送至CPU模块。因此，通过增加部分逻辑或小规模胶合逻辑芯片便可实现上述操作，使得发射信号中包含多个与基带信号内容完全一致、频率互不相同的LTE载波；接收信号中包含对应的多个频率互不相同的LTE上行载波。由于基站系统只有一套，通过上述多个频点接入的终端都会按照统一的策略进行调度，不会出现时频资源重合导致干扰的现象。因此，本发明提供的基于LTE的虚拟多载波通信系统及方法可在某些不需要大容量的场景下提供多载波覆盖，具有成本低，载波数量和频点动态可配等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是常规小基站的架构图；
图2是本发明实施例提供的一种基于LTE的虚拟多载波通信系统的框图；
图3是本发明实施例提供的一种基于LTE的虚拟多载波通信系统的下行功能框图；
图4是本发明实施例提供的一种基于LTE的虚拟多载波通信系统的上行功能框图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本发明提出的一种基于LTE的虚拟多载波通信系统是在常规的基站上增加部分功能/芯片实现。
如图1所示，常规小基站由CPU模块、集成收发器模块、射频模块、GPS模块、通信模块组成，其中，CPU模块完成OAM和LTE协议处理，集成收发器完成基带信号到射频信号转换功能，射频模块完成信号放大与滤波，GPS模块完成时间和频率同步，通信模块完成小基站与核心网之间的通信功能。
如图2所示，本申请提供的一种基于LTE的虚拟多载波通信系统在CPU模块与集成收发器模块之间增加了一块胶合逻辑芯片(可采用复杂可编程逻辑器件CPLD或现场可编程门阵列FPGA)，胶合逻辑芯片与CPU模块之间采用电性连接，集成收发器与胶合逻辑芯片之间也采用电性连接。
需要说明的是，上述的胶合逻辑芯片为带有逻辑芯片的基站系统通过增加逻辑功能后得到的胶合逻辑芯片，或者，为不带逻辑芯片的基站系统增加的胶合逻辑芯片。
即本申请提供的一种基于LTE的虚拟多载波通信系统包括：通信模块、CPU模块、胶合逻辑芯片、集成收发器、射频模块、GPS模块；所述通信模块、所述CPU模块、所述胶合逻辑芯片、所述集成收发器、所述射频模块依次连接，所述GPS模块与所述CPU模块连接；所述胶合逻辑芯片被配置为提供多载波覆盖功能，多载波包括一个第一载波和多个第二载波，所述第一载波为标准载波，所述第二载波为标准载波通过频谱搬移后得到的虚拟载波。
针对TDD LTE终端，所述胶合逻辑芯片包括：数字上变频模块、数字下变频模块、混频模块、求和模块。在下行链路上，所述CPU模块与所述数字上变频模块连接，所述数字上变频模块分别与多个所述混频模块的输入端连接，多个所述混频模块的输出端均与所述求和模块连接，所述求和模块与所述集成收发器的接收端连接。在上行链路上，所述集成收发器的发送端分别与多个所述混频模块连接，每个所述混频模块与一个所述数字下变频模块连接，多个所述数字下变频模块均与所述求和模块连接，所述求和模块与所述CPU模块连接。其中，所述混频模块包括直接数字频率合成器DDS和混频器；所述直接数字频率合成器用于产生频率信号；所述混频器用于将上变频后的信号与所述频率信号进行混频。
针对FDD LTE终端，所述胶合逻辑芯片包括：数字上变频模块、数字下变频模块、混频模块、求和模块。在下行链路上，所述CPU模块与所述数字上变频模块连接，所述数字上变频模块分别与多个所述混频模块的输入端连接，多个所述混频模块的输出端均与所述求和模块连接，所述求和模块与所述集成收发器的接收端连接。在上行链路上，所述集成收发器的发送端与一个所述数字下变频模块连接，所述数字下变频模块与所述CPU模块连接。其中，所述混频模块包括直接数字频率合成器DDS和混频器；所述直接数字频率合成器用于产生频率信号；所述混频器用于将上变频后的信号与所述频率信号进行混频。
利用上述系统，本发明提供一种基于LTE的虚拟多载波通信方法。
上述的胶合逻辑芯片实现如下功能：
(1)对于TDD LTE信号而言，在下行链路上，将来自于CPU模块的下行基带信号复制多份，并通过多个混频模块分别独立进行混频，混频完成后通过求和模块对所有数据进行求和，最后通过集成收发器发射出去；在上行链路上，将来自于集成收发器的上行数字信号按照与下行相反方向进行混频、滤波、抽取处理后求和，发送给CPU模块。每条链路的混频频率可配，混频开关可配。
(2)对于FDD LTE信号而言，在下行链路上，将来自于CPU模块的下行基带信号复制多份，并独立进行混频，混频完成后再对所有数据进行求和，最后通过集成收发器发射出去；在上行链路上，对来自集成收发器的上行数字信号进行滤波、抽取处理后发送至CPU模块。即FDD模式下，数字下变频模块只做滤波、抽取操作，不做混频、求和操作。
通过上述操作，发射信号中将会包含多个与基带信号内容完全一致、频率互不相同的LTE载波；接收信号中，也将包含对应的多个频率互不相同的LTE上行载波。由于基站系统只有一套，通过上述多个频点接入的终端都会按照统一的策略进行调度，不会出现时频资源重合导致干扰的现象。
胶合逻辑中实现的下行功能框图如图3所示。来自CPU模块的下行基带信号连接至数字上变频模块，完成采样速率提升后，与DDS(直接数字频率合成器)产生的频率信号在混频器中进行混频操作，混频后将所有链路的数据在求和模块中进行求和后发送给集成收发器。
一种典型的3载波应用实例为：来自CPU模块的下行基带信号采样率为30.72Msps，带宽为20M，上述信号首先通过数字上变频模块将速率提升至61.44M，3路DDS分别产生-20MHz，0MHz，20MHz的频率信号，将上变频后的数据与3路频率信号分别进行混频后求和，就可以得到3载波下行信号。
胶合逻辑中实现的下行功能框图如图4所示。来自集成收发器的上行信号连接至多路混频模块，上行信号与DDS(直接数字频率合成器)产生的频率信号在混频器中进行混频操作，得到的数据再通过数字下变频模块完成滤波和采样速率降低，多路信号最后通过求和模块进行求和后发送至CPU模块。
一种典型的3载波应用实例为：来自集成收发器的上行数字信号包含3个载波，采样速率为61.44Msps。3路DDS分别产生-20MHz，0MHz，20MHz的频率信号。将上行数字信号分别与DDS产生的频率信号进行混频，将各自载波搬移到零频，再通过数字下变频模块滤除带外信号，降低采样速率至30.72Msps，最后将得到的多路信号求和后发送至CPU模块。
终端接入实例1：假设终端为TDD LTE终端。同时假设小基站建立正常频点m，以及虚拟频点n。终端开机后，开始执行接入流程。终端首先进行小区搜索，通过解调基站主辅同步信号，得到可能的基站频点。假设终端选择了虚拟频点n，接着开始解调频点n的MIB和SIB消息，由于SIB信息里不包含下行频点信息，因此，终端无法判断是否接入了虚拟载波。另外，TDD LTE终端始终认为上行频点应与下行频点一致，因此，终端会忽略SIB消息里的上行频点信息，终端的上行信号将在与下行信号相同的频点n进行发送。上行信号经过本系统后，首先被混频、滤波和抽取后，得到基带信号，与正常频点m的基带信号进行求和后送给CPU。由于整套系统采用了统一的调度方案，因此，频点m和虚拟频点n的上行信号不会占用相同的时频资源，也就不会产生干扰。
终端接入实例2：假设终端为FDD LTE终端。同时假设小基站建立正常频点m，以及虚拟频点n。终端开机后，开始执行接入流程。终端首先进行小区搜索，通过解调基站主辅同步信号，得到可能的基站频点。假设终端选择了虚拟频点n，接着开始解调频点n的MIB和SIB消息，由于SIB信息里不包含下行频点信息，因此，终端无法判断是否接入了虚拟载波。另外，FDD LTE终端会以SIB信息里解出的上行频点为发射频点，因此，FDD LTE终端的上行信号频点与正常频点m相同，而不是与虚拟频点n相同。因此，FDD LTE上行信号只做滤波抽取操作，不做混频、求和操作。
综上，本发明提出的一种虚拟多载波通信系统，能够利用一套基站系统，实现同一频段(band)内多载波同时覆盖，多个载波中，只有一个载波为标准载波，其余载波均为标准载波通过频谱搬移的方式实现，称之为“虚拟载波”，所有虚拟载波均可实现用户接入。
在采用了FPGA器件的基站系统(例如宏站)中，可以通过在FPGA中增加一部分逻辑来实现该功能；在采用单芯片解决方案的小基站系统(例如micro Cell，pico Cell，FemtoCell)中，可以通过在CPU和集成收发器之间增加一个小的胶合逻辑芯片(例如CPLD或者FPGA)来实现该功能。相对于多基站系统而言，本系统具有成本低，载波数量和频点动态可配等优点，在某些特定需求下具有较好的经济效益。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于LTE的虚拟多载波通信系统，其特征在于，包括：通信模块、CPU模块、胶合逻辑芯片、集成收发器、射频模块、GPS模块；
所述通信模块、所述CPU模块、所述胶合逻辑芯片、所述集成收发器、所述射频模块依次连接，所述GPS模块与所述CPU模块连接；
所述胶合逻辑芯片被配置为提供多载波覆盖功能，多载波包括一个第一载波和多个第二载波，所述第一载波为标准载波，所述第二载波为标准载波通过频谱搬移后得到的虚拟载波。
2.根据权利要求1所述的基于LTE的虚拟多载波通信系统，其特征在于，所述胶合逻辑芯片为带有逻辑芯片的基站系统通过增加逻辑功能后得到的胶合逻辑芯片，或者，所述胶合逻辑芯片为不带逻辑芯片的基站系统增加的胶合逻辑芯片。
3.根据权利要求1所述的基于LTE的虚拟多载波通信系统，其特征在于，所述胶合逻辑芯片包括：数字上变频模块、数字下变频模块、混频模块、求和模块；
针对TDD LTE终端，在下行链路上，所述CPU模块与所述数字上变频模块连接，所述数字上变频模块分别与多个所述混频模块的输入端连接，多个所述混频模块的输出端均与所述求和模块连接，所述求和模块与所述集成收发器的接收端连接；
在上行链路上，所述集成收发器的发送端分别与多个所述混频模块连接，每个所述混频模块与一个所述数字下变频模块连接，多个所述数字下变频模块均与所述求和模块连接，所述求和模块与所述CPU模块连接。
4.根据权利要求1所述的基于LTE的虚拟多载波通信系统，其特征在于，所述胶合逻辑芯片包括：数字上变频模块、数字下变频模块、混频模块、求和模块；
针对FDD LTE终端，在下行链路上，所述CPU模块与所述数字上变频模块连接，所述数字上变频模块分别与多个所述混频模块的输入端连接，多个所述混频模块的输出端均与所述求和模块连接，所述求和模块与所述集成收发器的接收端连接；
在上行链路上，所述集成收发器的发送端与一个所述数字下变频模块连接，所述数字下变频模块与所述CPU模块连接。
5.根据权利要求3或4所述的基于LTE的虚拟多载波通信系统，其特征在于，所述混频模块包括直接数字频率合成器和混频器；
所述直接数字频率合成器用于产生频率信号；
所述混频器用于将上变频后的信号与所述频率信号进行混频。
6.一种基于LTE的虚拟多载波通信方法，其特征在于，在带有逻辑芯片的基站系统中增加逻辑功能，或在不带有逻辑芯片的基站系统中增加胶合逻辑芯片；增加的所述逻辑功能或所述胶合逻辑芯片被配置为提供多载波覆盖功能，多载波包括一个第一载波和多个第二载波，所述第一载波为标准载波，所述第二载波为标准载波通过频谱搬移后得到的虚拟载波。
7.根据权利要求6所述的基于LTE的虚拟多载波通信方法，其特征在于，在下行链路上，通过增加的所述逻辑功能或所述胶合逻辑芯片，对来自CPU模块的下行基带信号进行上变频处理，上变频后复制多份信号，并独立进行混频，混频完成后对所有信号进行求和，求和完成后通过集成收发器将信号发射出去。
8.根据权利要求7所述的基于LTE的虚拟多载波通信方法，其特征在于，针对TDD LTE信号，在上行链路上，通过增加的所述逻辑功能或所述胶合逻辑芯片，对来自于集成收发器的上行数字信号进行混频、滤波、抽取处理后求和，求和完成后将信号发送至CPU模块。
9.根据权利要求7所述的基于LTE的虚拟多载波通信方法，其特征在于，针对FDD LTE信号，在上行链路上，通过增加的所述逻辑功能或所述胶合逻辑芯片，对来自集成收发器的上行数字信号进行滤波、抽取处理后发送至CPU模块。
10.根据权利要求7所述的基于LTE的虚拟多载波通信方法，其特征在于，来自CPU模块的下行基带信号完成采样速率提升后，与直接数字频率合成器产生的频率信号在混频器中进行混频处理。
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