CN109257805A - 一种可扩展低功耗多服务收发机系统 - Google Patents

一种可扩展低功耗多服务收发机系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可扩展低功耗多服务收发机系统，该系统是采用可插拔板卡式设计，满服务状态下，一块数字主板、2块数字从板、1块光口扩展板、14块射频板可插入背板中。本发明采用插卡式设计，可根据射频服务数量增加数字信号采集板(数字从板)，各个射频板对背板为统一接口，可根据需求插入对应频段射频板。本发明基于数字重采样变频及压缩算法，压缩传输数据量，降低系统传输速率，使系统可满足14路服务的共建共享需求。

Description

一种可扩展低功耗多服务收发机系统
技术领域
本发明属于数字通信技术领域，具体涉及一种可扩展低功耗多服务收发机系统。
背景技术
随着运营商3G/4G网络及家庭宽带、无线WLAN等高度完善，无线业务应用的种类及数量越来越丰富，数据吞吐量的急速增长，对无线网络的覆盖质量提出了更高的要求，用户对通话质量、数据业务要求越来越高，要求移动网络无处不在，急需构建更加通用的硬件平台和灵活加载的软件平台，以适应多种制式的服务的信号覆盖。在数字信号处理方面，射频信号会首先混频到合适的中频，再对中频信号进行数字化，对于上行链路，中频信号经过AD转换为数字信号，但信号的高采样率会给基带的处理模块造成沉重负担，因此，必须进行数字信号处理来降低信号的采样率。下行链路正好相反，若对低采样率的基带信号直接模拟化会造成系统大的量化误差，同时也会增加模拟滤波器设计的难度。因此，必须进行数字信号处理来提高信号的分辨率。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提出了一种可扩展低功耗多服务收发机系统，该系统可以支持多路信号服务的共建共享需求，并压缩传输数据量，降低系统传输速率。
本发明采用的技术方案为：
一种可扩展低功耗多服务收发机系统，包括：背板、数字主板、数字从板、主射频板组和从射频板组；
背板提供插接接口，数字主板、数字从板、主射频板组和从射频板组均插接在背板上，数字主板包括第一信号处理模块、第一数据采集模块以及主从选择器；数字从板包括第二信号处理模块以及第二数据采集模块；
收发机系统工作在上行链路时：
外部远程端发送的基带数据通过主从选择器进行选通，当选通数字主板时，外部远程端发送的数据进入第一信号处理模块进行处理，获得数字中频信号，将数字中频信号发送给第一数据采集模块得到模拟中频信号，通过背板将模拟中频信号传给主射频板组中对应的主射频板发射出去；
当选通数字从板时，外部远程端发送的基带数据进入第二信号处理模块进行处理，获得数字中频信号，将数字中频信号发送给第二数据采集模块得到模拟中频信号，通过背板将模拟中频信号传给从射频板组中对应的从射频板发射出去。
收发机系统工作在下行链路时：
外部射频信号根据频段接入主射频板组或者从射频板组，当接入主射频板组时，外部射频信号通过主射频板组中对应的主射频板转换为模拟中频信号，通过背板将模拟中频信号发送给第一数据采集模块得到数字中频信号，将数字中频信号交给第一信号处理模块进行处理，并将生成的基带数据打包发送给外部远程端；
当接入从射频板组时，外部射频信号通过从射频板组中对应的从射频板转换为模拟中频信号，通过背板将模拟中频信号发送给第二数据采集模块得到数字中频信号，将数字中频信号交给第二信号处理模块进行处理，并将生成的基带数据打包发送给外部远程端。
还包括光口扩展板，当处于上行链路并且主从选择器与外部远程端之间通信中断时，通过光口扩展板接收外部远程端发送的基带数据，并通过背板传给数字主板中的主从选择器；
当处于下行链路并且主从选择器与外部远程端之间通信中断时，通过光口扩展板将基带数据发送给外部远程端。
所述第一信号处理模块和第二信号处理模块结构相同，均包括：多载波压缩模块和多载波解压缩模块；
多载波压缩模块接收N个数据采集模块发送的数字中频信号，对N个数字中频信号进行多载波信号压缩处理，获得N个基带信号，然后将N个基带信号打包发送给外部远程端，所述N为大于2的正整数；
多载波解压缩模块接收外部远程端发送的数据，并将数据解包为N个基带信号，将N个基带信号进行多载波解压缩处理，获得N个数字中频信号，将N个数字中频信号发送给N个数据采集模块。
所述多载波压缩模块包括变频模块、抽取滤波模块、压缩模块以及增益调节模块；
变频模块接收N个数据采集模块发送的数字中频信号，根据系统中频信号频点，对N个数字中频信号进行变频处理，获得N个初始基带信号，将N个初始基带信号发送给抽取滤波模块；
抽取滤波模块接收变频模块发送的初始基带信号，经过抽取滤波后得到抽取基带信号；
压缩模块接收抽取滤波模块发送的抽取基带信号，对其进行高位截取，形成压缩基带信号，截取位数为M，所述M为大于1小于16的正整数；
增益调节模块接收压缩模块发送的压缩基带信号，根据第一增益系数对压缩基带信号进行增益调节后输出。
调节压缩基带信号时，所述第一增益系数使得下行链路EVM结果最小。
抽取滤波时的抽取系数X和通带频率点Y，具体为：
所述对数字中频信号进行变频处理具体为：将数字中频信号分别与系统中频信号频点的正弦信号和系统中频信号频点的余弦信号相乘后求和，获得初始基带信号。
所述多载波解压缩模块包括解增益调节模块、解压缩模块、插值滤波模块以及解变频模块；
解压缩模块接收外部远程端发送的数据，并将数据分包为N个解初始基带信号，对解初始基带信号进行低位补0，补0位数为Q，所述Q为大于1小于16的正整数；
插值滤波模块接收解压缩模块发送的解初始基带信号，经过插值滤波后得到插值基带信号，
解变频模块接收插值滤波模块发送的插值基带信号，根据系统中频信号频点，对N个插值基带信号进行变频处理，获得N个数字中频信号；
解增益调节模块接收变频模块发送的数字中频信号，根据第二增益系数对数字中频信号进行增益调节后输出。
调节数字中频信号时，所述第二增益系数使得上行链路EVM结果最小。
插值滤波时，插值系数X和通带频率点Y具体为：
所述对插值基带信号进行变频处理具体为：将插值基带信号的I路数据与系统中频信号频点的正弦相乘，插值基带信号的Q路数据与系统中频信号频点的余弦相乘，之后再相加获得变频后的数字中频信号。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
(1)该系统为通用的硬件平台及可灵活加载的软件平台，所有射频板对背板为统一的接口，可实现多种制式服务信号信源的接入。
(2)为了扩展其他射频服务，只需更换射频板相应芯片器件，系统其他板不变，方便实现系统的平滑升级。
(3)数字从板及射频板可按功能需求进行插接，未使用的接口可空接，实现系统低功耗。
(4)背板与数字板、射频板之间通过定位销及高速连接器实现盲插，减少设备内部射频及数字信号连线，安装方便。
(5)数字板基于数字重采样变频及压缩算法，压缩传输数据量，降低系统传输速率，节省资源，使系统可满足三家运营商14路服务的共建共享需求。
附图说明
图1是可扩展低功耗多服务收发机系统的系统框图；
图2是实施样例的硬件实现框图；
图3是下行链路多载波压缩模块实现框图；
图4是上行链路多载波解压缩模块实现框图；
图5是系统各服务频段的上行EVM测试结果；
图6是系统各服务频段的下行EVM测试结果。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提出了一种可扩展低功耗多服务收发机系统，包括：背板、数字主板、数字从板、主射频板组和从射频板组；
背板提供插接接口，数字主板、数字从板、主射频板组和从射频板组均插接在背板上。2块数字从板对背板为统一接口，使得2块数字从板可以采用相同设计，减小生产成本。所有射频板对背板为统一的接口，只需更换射频板相应芯片器件，便可后续扩展其他频段服务。数字从板及射频板可按功能需求进行插接，未使用的接口可空接，以节省系统能耗。背板与数字板、射频板之间通过定位销及高速连接器实现盲插，减少设备内部射频及数字信号连线，安装方便。数字主板包括第一信号处理模块、第一数据采集模块以及主从选择器；数字从板包括第二信号处理模块以及第二数据采集模块；
收发机系统工作在上行链路时：
外部远程端发送的基带数据通过主从选择器进行选通，当选通数字主板时，外部远程端发送的数据进入第一信号处理模块进行处理，获得数字中频信号，将数字中频信号发送给第一数据采集模块得到模拟中频信号，通过背板将模拟中频信号传给主射频板组中对应的主射频板发射出去；
当选通数字从板时，外部远程端发送的基带数据进入第二信号处理模块进行处理，获得数字中频信号，将数字中频信号发送给第二数据采集模块得到模拟中频信号，通过背板将模拟中频信号传给从射频板组中对应的从射频板发射出去。
收发机系统工作在下行链路时：
外部射频信号根据频段接入主射频板组或者从射频板组，当接入主射频板组时，外部射频信号通过主射频板组中对应的主射频板转换为模拟中频信号，通过背板将模拟中频信号发送给第一数据采集模块得到数字中频信号，将数字中频信号交给第一信号处理模块进行处理，并将生成的基带数据打包发送给外部远程端；
当接入从射频板组时，外部射频信号通过从射频板组中对应的从射频板转换为模拟中频信号，通过背板将模拟中频信号发送给第二数据采集模块得到数字中频信号，将数字中频信号交给第二信号处理模块进行处理，并将生成的基带数据打包发送给外部远程端。
如图1所示，本发明收发机系统还可以包括光口扩展板，当处于上行链路并且主从选择器与外部远程端之间通信中断时，通过光口扩展板接收外部远程端发送的基带数据，并通过背板传给数字主板中的主从选择器；
当处于下行链路并且主从选择器与外部远程端之间通信中断时，通过光口扩展板将基带数据发送给外部远程端。
如图1所示，第一信号处理模块和第二信号处理模块结构相同，均包括：多载波压缩模块和多载波解压缩模块；
多载波压缩模块接收N个数据采集模块发送的数字中频信号，对N个数字中频信号进行多载波信号压缩处理，获得N个基带信号，然后将N个基带信号打包发送给外部远程端，所述N为大于2的正整数；
多载波解压缩模块接收外部远程端发送的数据，并将数据解包为N个基带信号，将N个基带信号进行多载波解压缩处理，获得N个数字中频信号，将N个数字中频信号发送给N个数据采集模块。
多载波压缩模块包括变频模块、抽取滤波模块、压缩模块以及增益调节模块；
变频模块接收N个数据采集模块发送的数字中频信号，根据系统中频信号频点，对N个数字中频信号进行变频处理，获得N个初始基带信号，将N个初始基带信号发送给抽取滤波模块；
抽取滤波模块接收变频模块发送的初始基带信号，经过抽取滤波后得到抽取基带信号；
压缩模块接收抽取滤波模块发送的抽取基带信号，对其进行高位截取，形成压缩基带信号，截取位数为M，所述M为大于1小于16的正整数；
增益调节模块接收压缩模块发送的压缩基带信号，根据第一增益系数对压缩基带信号进行增益调节后输出。
将原始压缩基带信号乘上不同第一增益系数后输出，用频谱分析仪观测下行链路EVM值变化，找出在下行链路EVM结果最小时的第一增益系数大小。
抽取滤波时的抽取系数X和通带频率点Y，具体为：
对数字中频信号进行变频处理具体为：将数字中频信号分别与系统中频信号频点的正弦信号和系统中频信号频点的余弦信号相乘后求和，获得初始基带信号。
多载波解压缩模块包括解增益调节模块、解压缩模块、插值滤波模块以及解变频模块；
解压缩模块接收外部远程端发送的数据，并将数据分包为N个解初始基带信号，对解初始基带信号进行低位补0，补0位数为Q，所述Q为大于1小于16的正整数；
插值滤波模块接收解压缩模块发送的解初始基带信号，经过插值滤波后得到插值基带信号，
解变频模块接收插值滤波模块发送的插值基带信号，根据系统中频信号频点，对N个插值基带信号进行变频处理，获得N个数字中频信号；对插值基带信号进行变频处理具体为：将插值基带信号的I路数据与系统中频信号频点的正弦相乘，插值基带信号的Q路数据与系统中频信号频点的余弦相乘，之后再相加获得变频后的数字中频信号。
解增益调节模块接收变频模块发送的数字中频信号，根据第二增益系数对数字中频信号进行增益调节后输出。
将原始数字中频信号乘上不同第二增益系数后输出，用频谱分析仪观测下行链路EVM值变化，找出在上行链路EVM结果最小时的第二增益系数大小。
插值滤波时，插值系数X和通带频率点Y具体为：
实施例：
本发明提供一种可扩展低功耗多服务收发机系统，该系统采用可插拔板卡式设计，满服务状态下，系统可满足14路服务的共建共享需求，支持服务频段如表1。如图2，该系统包括：
1块数字主板，数字主板主要实现2路业务数据采集、数字信号处理及数据传输。
2块数字从板，单块数字从板可实现6路业务数据采集。
1块光口扩展板，光口扩展板可为系统扩展8个传输光口。
14块射频板，射频板接收并发射射频服务信号，所对应的数据采集模块所在的数字从板如表1所示。
所述系统的2块数字从板对背板为统一接口，使得2块数字从板可以采用相同设计，减少生产难度。
所述系统的数字从板通过收发器与数字主板进行数据通信。
所述系统的所有射频板对背板为统一的接口，以便支持其他频段服务。
所述系统的数字从板及射频板可按功能需求进行插接，未使用的接口可空接，节省系统能耗。
为了扩展其他射频服务，所述系统只需更换射频板相应芯片器件，系统其他板不变，实现系统的平滑升级。
所述系统的背板与数字板、射频板之间通过定位销及高速连接器实现盲插，减少设备内部射频及数字信号连线，安装方便。
如图3，显示了下行链路14载波压缩模块流程框图，其中NCO对应115.2Mhz单频频率，截取位数为8，各路通道的抽取系数如表1所示。
如图4，显示了上行链路14载波解压缩模块流程框图，其中NCO对应115.2Mhz单频频率，补零位数为6，各通道的插值系数如表1所示。
表1系统支持服务频段
数字重采样在数字滤波之前，降低数字滤波信号速率，节省资源。
系统的基带信号处理模块实现数据压缩算法，降低传输数据量，传输数据量计算公式如下：
传输带宽＝452.99M(总传输速率)*8bit(截位宽度)*2(I/Q)*20/16(16bit数据，1bit控制位)＝9059.8bit/s
图5显示了14路服务上行链路EVM测试结果统计，信号源发射Uplink/SC-FDMA上行信号模板，信号幅度-20dBm，接入系统上行输入射频端口。频谱仪分析远程端上行输出端口射频信号，测试出各频段上行链路EVM，各频段的上行链路EVM值均小于1.1。
图6显示了14路服务下行链路EVM测试结果统计，信号源发射TM3_1_20M下行信号模板，信号幅度-15dBm，接入远程端系统下行输入射频端口。频谱仪分析该系统下行输出端口射频信号，测试出各频段下行链路EVM，各频段的下行链路EVM值均小于4.5。

Claims (12)

1.一种可扩展低功耗多服务收发机系统，其特征在于包括：背板、数字主板、数字从板、主射频板组和从射频板组；
背板提供插接接口，数字主板、数字从板、主射频板组和从射频板组均插接在背板上，数字主板包括第一信号处理模块、第一数据采集模块以及主从选择器；数字从板包括第二信号处理模块以及第二数据采集模块；
收发机系统工作在上行链路时：
外部远程端发送的基带数据通过主从选择器进行选通，当选通数字主板时，外部远程端发送的数据进入第一信号处理模块进行处理，获得数字中频信号，将数字中频信号发送给第一数据采集模块得到模拟中频信号，通过背板将模拟中频信号传给主射频板组中对应的主射频板发射出去；
当选通数字从板时，外部远程端发送的基带数据进入第二信号处理模块进行处理，获得数字中频信号，将数字中频信号发送给第二数据采集模块得到模拟中频信号，通过背板将模拟中频信号传给从射频板组中对应的从射频板发射出去。
2.根据权利要求1所述的一种可扩展低功耗多服务收发机系统，其特征在于：收发机系统工作在下行链路时：
外部射频信号根据频段接入主射频板组或者从射频板组，当接入主射频板组时，外部射频信号通过主射频板组中对应的主射频板转换为模拟中频信号，通过背板将模拟中频信号发送给第一数据采集模块得到数字中频信号，将数字中频信号交给第一信号处理模块进行处理，并将生成的基带数据打包发送给外部远程端；
当接入从射频板组时，外部射频信号通过从射频板组中对应的从射频板转换为模拟中频信号，通过背板将模拟中频信号发送给第二数据采集模块得到数字中频信号，将数字中频信号交给第二信号处理模块进行处理，并将生成的基带数据打包发送给外部远程端。
3.根据权利要求1或2所述的一种可扩展低功耗多服务收发机系统，其特征在于：还包括光口扩展板，当处于上行链路并且主从选择器与外部远程端之间通信中断时，通过光口扩展板接收外部远程端发送的基带数据，并通过背板传给数字主板中的主从选择器；
当处于下行链路并且主从选择器与外部远程端之间通信中断时，通过光口扩展板将基带数据发送给外部远程端。
4.根据权利要求1或2所述的一种可扩展低功耗多服务收发机系统，其特征在于：所述第一信号处理模块和第二信号处理模块结构相同，均包括：多载波压缩模块和多载波解压缩模块；
多载波压缩模块接收N个数据采集模块发送的数字中频信号，对N个数字中频信号进行多载波信号压缩处理，获得N个基带信号，然后将N个基带信号打包发送给外部远程端，所述N为大于2的正整数；
多载波解压缩模块接收外部远程端发送的数据，并将数据解包为N个基带信号，将N个基带信号进行多载波解压缩处理，获得N个数字中频信号，将N个数字中频信号发送给N个数据采集模块。
5.根据权利要求4所述的一种可扩展低功耗多服务收发机系统，其特征在于：所述多载波压缩模块包括变频模块、抽取滤波模块、压缩模块以及增益调节模块；
变频模块接收N个数据采集模块发送的数字中频信号，根据系统中频信号频点，对N个数字中频信号进行变频处理，获得N个初始基带信号，将N个初始基带信号发送给抽取滤波模块；
抽取滤波模块接收变频模块发送的初始基带信号，经过抽取滤波后得到抽取基带信号；
压缩模块接收抽取滤波模块发送的抽取基带信号，对其进行高位截取，形成压缩基带信号，截取位数为M，所述M为大于1小于16的正整数；
增益调节模块接收压缩模块发送的压缩基带信号，根据第一增益系数对压缩基带信号进行增益调节后输出。
6.根据权利要求5所述的一种可扩展低功耗多服务收发机系统，其特征在于：调节压缩基带信号时，所述第一增益系数使得下行链路EVM结果最小。
7.根据权利要求5所述的一种可扩展低功耗多服务收发机系统，其特征在于：抽取滤波时的抽取系数X和通带频率点Y，具体为：
8.根据权利要求5所述的一种可扩展低功耗多服务收发机系统，其特征在于：所述对数字中频信号进行变频处理具体为：将数字中频信号分别与系统中频信号频点的正弦信号和系统中频信号频点的余弦信号相乘后求和，获得初始基带信号。
9.根据权利要求4所述的一种可扩展低功耗多服务收发机系统，其特征在于：所述多载波解压缩模块包括解增益调节模块、解压缩模块、插值滤波模块以及解变频模块；
解压缩模块接收外部远程端发送的数据，并将数据分包为N个解初始基带信号，对解初始基带信号进行低位补0，补0位数为Q，所述Q为大于1小于16的正整数；
插值滤波模块接收解压缩模块发送的解初始基带信号，经过插值滤波后得到插值基带信号，
解变频模块接收插值滤波模块发送的插值基带信号，根据系统中频信号频点，对N个插值基带信号进行变频处理，获得N个数字中频信号；
解增益调节模块接收变频模块发送的数字中频信号，根据第二增益系数对数字中频信号进行增益调节后输出。
10.根据权利要求9所述的一种可扩展低功耗多服务收发机系统，其特征在于：调节数字中频信号时，所述第二增益系数使得上行链路EVM结果最小。
11.根据权利要求9所述的一种可扩展低功耗多服务收发机系统，其特征在于：插值滤波时，插值系数X和通带频率点Y具体为：
12.根据权利要求9所述的一种可扩展低功耗多服务收发机系统，其特征在于：所述对插值基带信号进行变频处理具体为：将插值基带信号的I路数据与系统中频信号频点的正弦相乘，插值基带信号的Q路数据与系统中频信号频点的余弦相乘，之后再相加获得变频后的数字中频信号。
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