CN113498078A - 数据交互方法及射频拉远集线器 - Google Patents

数据交互方法及射频拉远集线器 Download PDF

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CN113498078A
CN113498078A CN202010203606.0A CN202010203606A CN113498078A CN 113498078 A CN113498078 A CN 113498078A CN 202010203606 A CN202010203606 A CN 202010203606A CN 113498078 A CN113498078 A CN 113498078A
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李龙
徐兴安
谢恺
罗为
杨烊
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Fuhuake Precision Industry Shenzhen Co ltd
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Shenzhen Longhua New Generation Communication And Intelligent Computing Research Institute
Fuhuake Precision Industry Shenzhen Co ltd
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    • H04W88/08—Access point devices
    • H04W88/085—Access point devices with remote components

Abstract

本发明提供一种数据交互方法，应用于射频拉远集线器，数据交互方法包括：在下行链路：接收基带处理单元完成高物理层数据链路处理后的数据；对数据进行下行低物理层数据链路处理；将数据分发至多个射频拉远单元。在上行链路：接收多个射频拉远单元发送来的上行数据，并合并上行数据；对合并后的数据进行上行低物理层数据链路处理；将数据传输至基带处理单元进行高物理层数据链路处理。本发明同时提供一种射频拉远集线器。本发明将原有在基带处理单元进行的低物理层数据链路处理流程搬移至射频拉远集线器内完成，优化了数据链路处理能力。通过合理部署射频拉远单元扩展了下行信号覆盖范围，减少或规避了信号覆盖盲点。

Description

数据交互方法及射频拉远集线器
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种数据交互方法及射频拉远集线器。
背景技术
传统的分布式基站系统采用基带处理单元(BBU)加射频拉远单元(RRU)的C-RAN架构，这种方式使得基站密度和网络部署成本大大增加。于是一种基带处理单元加射频拉远集线器(R-Hub)加射频拉远单元的架构被提出，这种方式通过射频拉远集线器连接多个射频拉远单元，由射频拉远集线器在下行完成基带数据的路由和转发，在上行完成射频拉远单元的重组和上传。新的架构有布线更灵活和成本更低的优势，但是目前射频拉远集线器的应用功能单一，无法满足5G大规模商用新形势下的通信扩容等用户需求，仍有进一步优化的空间。
发明内容
鉴于上述情况，有必要提供一种数据交互方法及一种射频拉远集线器，以解决上述问题。
本发明提供一种数据交互方法，应用于射频拉远集线器，所述数据交互方法包括：
在下行链路：
接收基带处理单元完成高物理层数据链路处理后的数据；
对所述数据进行下行低物理层数据链路处理；
将所述数据分发至多个射频拉远单元；
在上行链路：
接收多个所述射频拉远单元发送来的上行数据，并合并所述上行数据；
对合并后的数据进行上行低物理层数据链路处理；
将所述数据传输至所述基带处理单元进行高物理层数据链路处理。
进一步地，在下行链路：
所述下行低物理层数据链路处理包括：
对完成高物理层数据链路处理后的所述数据依次进行子载波映射、相位预补偿、傅里叶变换、添加循环前缀、低通滤波。
进一步地，在上行链路：
所述上行低物理层数据链路处理包括：
对合并后的所述数据依次进行删除循环前缀、傅里叶变换、相位后补偿、子载波解映射。
进一步地，在下行链路：
所述下行低物理层数据链路处理进一步包括：
对完成高物理层数据链路处理后的所述数据依次进行子载波映射、解压缩、相位预补偿、傅里叶变换、添加循环前缀、低通滤波；
在上行链路：
所述上行低物理层数据链路处理进一步包括：
对合并后的所述数据依次进行删除循环前缀、傅里叶变换、相位后补偿、压缩、子载波解映射。
进一步地，对多个所述射频拉远单元发送来的上行数据进行合并的步骤具体为：
判断合并前所述上行数据中每组数据的IQ信号功率是否大于一预设的阈值；
若为是，则保留该组数据；
对保留的多组所述数据进行合并；
若为否，则清除该组数据。
进一步地，所述数据交互方法还包括：将所述射频拉远集线器、所述射频拉远单元及所述基带处理单元进行时间同步；
所述将所述射频拉远集线器、所述射频拉远单元及所述基带处理单元进行时间同步包括：
接收主时钟模块发送的同步时间；
每个时隙向所述基带处理单元发送一个时间包以将所述射频拉远集线器与所述基带处理单元进行时间同步；
向每个所述射频拉远单元发送对应的同步字节以将所述射频拉远集线器与所述射频拉远单元进行时间同步。
进一步地，所述数据交互方法还包括：将所述射频拉远集线器及所述射频拉远单元进行频率同步；
所述将所述射频拉远集线器及所述射频拉远单元及进行频率同步包括：
接收主时钟模块发送的同步频率；
通过时钟芯片将所述射频拉远集线器内工作频率转换为接口频率；
通过以太网将接口频率从所述射频拉远集线器同步至所述射频拉远单元；
通过所述时钟芯片将接口频率转换为所述射频拉远单元内工作频率。
本发明同时提供一种射频拉远集线器，适用于一基站系统，所述基站系统还包括与所述射频拉远集线器通信连接的基带处理单元和射频拉远单元；
所述射频拉远集线器包括处理器；以及存储器，所述存储器中存储有多个程序模块，所述多个程序模块由所述处理器加载并执行上述数据交互方法。
进一步地，所述基站系统还包括连接所述射频拉远集线器的主时钟模块，所述射频拉远集线器通过所述主时钟模块实现与基带处理单元及射频拉远单元之间时间和频率的同步。
进一步地，所述射频拉远集线器还包括时钟芯片，所述时钟芯片用于将所述射频拉远集线器内的工作频率转换为接口频率。
本发明提出的数据交互方法及射频拉远集线器，将原有在基带处理单元进行的低物理层数据链路处理流程搬移至射频拉远集线器内完成，优化了数据链路处理能力。下行信号经过下行低物理层数据链路处理后分发至每个射频拉远单元，通过合理部署射频拉远单元扩展了下行信号覆盖范围，减少或规避了信号覆盖盲点。
附图说明
图1是本发明一实施例的数据交互方法在下行链路的流程示意图。
图2是本发明一实施例的数据交互方法在上行链路的流程示意图。
图3是图2所示数据交互方法在上行链路进一步的流程示意图。
图4是本发明一实施例的射频拉远集线器及基站系统的模块示意图。
图5是本发明一实施例的基站系统的结构示意图。
图6是本发明一实施例的低物理层数据链路处理系统的模块示意图。
主要元件符号说明
基站系统 100
基带处理单元 10
第一接口 11
射频拉远集线器 20
第二接口 21
第三接口 22
处理器 23
存储器 24
射频拉远单元 30
第四接口 31
主时钟模块 40
时钟芯片 50
低物理层数据链路处理系统 200
接收模块 210
发送模块 220
数据处理模块 230
数据合并模块 240
逻辑判断模块 250
时间同步模块 260
频率同步模块 270
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为便于清晰描述，而并不限定比例关系。
请参阅图1和图2，图示为本发明提出一种数据交互方法，应用于射频拉远集线器，射频拉远集线器与基带处理单元及射频拉远单元通信连接。
数据交互方法在下行链路的交互，具体包括以下步骤。
S101：接收基带处理单元完成高物理层数据链路处理后的数据。
S102：对数据进行下行低物理层数据链路处理。
具体地，下行低物理层数据链路处理包括：
对数据依次进行子载波映射、相位预补偿、傅里叶变换、添加循环前缀、低通滤波。
特殊地，在一实施例中，在进行相位预补偿前先对数据进行解压缩。
S103：将数据分发至多个射频拉远单元。
数据交互方法在上行链路的交互，具体包括以下步骤。
S201：接收多个射频拉远单元发送来的上行数据，并合并上行数据。
S202：对合并后的数据进行上行低物理层数据链路处理。
具体地，上行低物理层数据链路处理包括：
对数据依次进行删除循环前缀、傅里叶变换、相位后补偿、子载波解映射。
特殊地，在一实施例中，在进行相位后补偿后对数据进行压缩。
S203：将数据传输至基带处理单元进行高物理层数据链路处理。
可以理解，数据交互过程中，基于不同的通讯环境，解压缩与压缩可合理选择是否进行。
具体地，射频拉远集线器同时支持4发4收(4T4R)和2发2收(2T2R)的Option-8射频拉远单元，射频拉远集线器与4发4收的射频拉远单元之间的IQ数据需经过16bit到8bit的压缩。解压缩步骤将8bit数据解压为16bit数据，压缩步骤将16bit数据压缩为8bit数据。使得子载波映射与子载波解映射均基于8bit数据执行；相较于16bit数据而言，优化了处理速度，减少了资源占用。
进一步地，添加循环前缀置于相位预补偿之后，相位后补偿置于删除循环前缀之后，这样设置最大化减少了相位补偿操作的IQ数据点数量。
通过执行上述数据交互方法，将原有在基带处理单元进行的低物理层数据链路处理流程搬移至射频拉远集线器内完成，优化了数据链路处理能力。下行信号经过下行低物理层数据链路处理后分发至每个射频拉远单元，通过合理部署射频拉远单元扩展了下行信号覆盖范围，减少或规避了信号覆盖盲点。
进一步地，请一并参阅图3，数据交互方法在上行链路，多个射频拉远单元的上行数据在射频拉远集线器内进行合并，简单的信号叠加必然导致额外噪声的叠加。因此步骤S201中，在上行的多个射频拉远单元数据合并过程中，还包括以下步骤。
S301：判断合并前上行数据中每组数据的IQ信号功率是否大于一预设的阈值。
若为是，则进入步骤S302，若为否，则进入步骤S303。
S302：当一组数据的IQ信号功率大于预设的阈值时，保留该组数据，并进入步骤S304。
S303：当一组数据的IQ信号功率小于预设的阈值时，清除该组数据。
S304：对多组保留的数据进行合并。
S301内的阈值经系统内多次调试与计算得出，通过阈值的划分，确保了信号传输不失真的同时，尽量减少了噪声，优化了合并后的上行数据信噪比。
进一步地，如图5所示，数据交互方法流程中需要保证系统内基带处理单元10、射频拉远集线器20及射频拉远单元30时间的同步，射频拉远集线器20接收主时钟模块40发送的同步时间。
射频拉远集线器20在同基带处理单元10进行数据收送的过程中由射频拉远集线器20每个时隙向基带处理单元10发送一个时间包，以同步射频拉远集线器20与基带处理单元10的时间。
射频拉远集线器20在同射频拉远单元30进行数据收送的过程中射频拉远集线器20向每个射频拉远单元30发送对应的同步字节，同步字节与传输的接口相对应，以同步射频拉远集线器20与射频拉远单元30的时间。
系统的时间同步设计方案不依赖于精准时间协议(PTP)，在降低成本的同时还能够加快系统的集成和部署进度。
进一步地，数据交互方法需要保证系统内射频拉远集线器20与射频拉远单元30频率的同步。在本实施方式中，射频拉远集线器20为主同步单元，射频拉远单元30为从同步单元。
射频拉远集线器20接收主时钟模块40发送的同步频率；通过时钟芯片50将射频拉远集线器20内工作频率转换为接口频率。之后通过以太网将接口频率从射频拉远集线器20同步至射频拉远单元30。在射频拉远单元30内通过时钟芯片50将接口频率转换为射频拉远单元30的工作频率。
系统的频率同步设计方案通过射频拉远集线器20及射频拉远单元30内部的时钟芯片50完成频率的转换，从而避免了接口传输过程中频率的波动，保证了通讯质量。
特殊地，如图4所示，多个射频拉远集线器20可级联使用，即一个主射频拉远集线器20连接一个基带处理单元10传输数据，多个从射频拉远集线器20连接主射频拉远集线器20。级联的设计在保证射频拉远集线器20结构统一的同时，满足灵活配置独立部署与多级级联部署。
请同时参阅图4与图5，本发明同时提出一种射频拉远集线器20，适用于一基站系统100。基站系统100还包括与射频拉远集线器20通信连接的基带处理单元10和射频拉远单元30。
基带处理单元10即Base band Unite(BBU)，是现代移动通信网络系统中大量使用的分布式基站架构，一般设置于中心机房内。射频拉远单元30即Remote Radio Unit(RRU)，一般置于室外邻近天线设置。射频拉远集线器20即RRU-Hub或R-Hub，置于基带处理单元10与射频拉远单元30之间，负责在下行完成基带数据的路由和转发，在上行完成RRU数据的重组和上传。
具体地，基带处理单元10、射频拉远集线器20和射频拉远单元30之间可通过光纤通信连接，但不限于此。
基带处理单元10包括第一接口11，射频拉远集线器20包括第二接口21、第三接口22、处理器23和存储器24，射频拉远单元30包括第四接口31。
在一实施方式中，基带处理单元10通过第一接口11与射频拉远集线器20的第二接口21通信连接，射频拉远集线器20还通过第二接口21级联多个射频拉远集线器20。射频拉远集线器20通过第三接口22与射频拉远单元30的第四接口31通信连接，每个射频拉远集线器20可连接多个射频拉远单元30。
具体地，第一接口11与第二接口21可为eCPRI接口，第三接口22与第四接口31可为CPRI接口，但不限于此。
特殊地，每个射频拉远集线器20连接的射频拉远单元30的数量由实际应用场景决定，射频拉远集线器20同时支持4发4收(4T4R)和2发2收(2T2R)的Option-8射频拉远单元30。
具体地，每个第三接口22均可通过一个第四接口31通信连接一个射频拉远单元30。图4中，每个射频拉远集线器20仅图示连接了一个射频拉远单元30；实际应用环境下，每个射频拉远集线器20连接射频拉远单元30的数量优选为8个，但不限于此。
可以理解，基站系统100在建立伊始，考虑用户数量及成本控制，覆盖的范围有限，即系统内射频拉远单元30的数量有限，优先满足用户密集区域的信号支持，射频拉远集线器20可预留多个第三接口22，以满足后续扩容的需要。当用户数量增加或需扩大覆盖范围时，通过第三接口22接通新的射频拉远单元30即可。
进一步地，多个射频拉远集线器20可级联使用，即一个主射频拉远集线器20连接一个基带处理单元10传输数据，多个从射频拉远集线器20连接主射频拉远集线器20。级联的设计在保证射频拉远集线器20结构统一的同时，满足灵活配置独立部署与多级级联部署。
处理器23用于加载并执行存储器24内存储的上述数据交互方法。
处理器23可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
存储器24可用于存储所述计算指令和/或模块/单元，处理器23通过运行或执行存储在存储器24内的计算机程序和/或模块/单元，以及调用存储在存储器24内的数据，实现射频拉远集线器20的各种功能。存储器24可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据射频拉远集线器20的使用所创建的数据。此外，存储器24可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
请一并参阅图6，其中，存储器24内存储的指令包括基站系统100中射频拉远集线器20对数据进行处理的各项功能指令，由处理器加载并执行的低物理层数据链路处理系统200。
低物理层数据链路处理系统200包括以下模块：
接收模块210，用于接收数据。
发送模块220，用于发送数据。
数据处理模块230，用于对数据进行不同流程的交互处理。
具体地，请参照图1与图2，数据的交互处理方法及流程包括以下步骤。
在下行链路：
S101：接收基带处理单元10完成高物理层数据链路处理后的数据。
S102：对数据进行下行低物理层数据链路处理。
其中，下行低物理层数据链路处理包括：对数据依次进行子载波映射、相位预补偿、傅里叶变换、添加循环前缀、低通滤波。特殊地，在一实施例中，在进行相位预补偿前先对数据进行解压缩。
S103：将数据分发至多个射频拉远单元30。
在上行链路：
S201：合并多个射频拉远单元30的数据。
S202：对合并后的数据进行上行低物理层数据链路处理。
其中，上行低物理层数据链路处理包括：对数据依次进行删除循环前缀、傅里叶变换、相位后补偿、子载波解映射。特殊地，在一实施例中，在进行相位后补偿后对数据进行压缩。
S203：将数据传输至基带处理单元10进行高物理层数据链路处理。
数据合并模块240，用于在上行链路合并多组数据。
逻辑判断模块250，用于执行判断步骤，例如：判断一组数据的信号功率是否大于一阈值。
具体地，请参阅图3，在上行的多个射频拉远单元30数据合并过程中，还包括以下步骤。
S301：判断合并前每组数据的IQ信号功率是否大于一预设的阈值。
若为是，则进入步骤S302，若为否，则进入步骤S303。
S302：当一组数据的IQ信号功率大于预设的阈值时，保留该组数据，并进入步骤S304。
S303：当一组数据的IQ信号功率小于预设的阈值时，清除该组数据。
S304：对多组保留的数据进行合并。
时间同步模块260，用于接收主时钟模块40发送的同步时间，并同步射频拉远集线器20与基带处理单元10及射频拉远单元30的时间。
具体地，射频拉远集线器20在同基带处理单元10进行数据收送的过程中由射频拉远集线器20每个时隙向基带处理单元10发送一个时间包，以同步射频拉远集线器20与基带处理单元10的时间。射频拉远集线器20在同射频拉远单元30进行数据收送的过程中射频拉远集线器20向每个射频拉远单元30发送对应的同步字节，同步字节与传输的接口相对应，以同步射频拉远集线器20与射频拉远单元30的时间。
频率同步模块270，用于接收主时钟模块40发送的同步频率，并同步射频拉远集线器20与射频拉远单元30的频率。
具体地，射频拉远集线器20接收主时钟模块40发送的同步频率；通过时钟芯片50将射频拉远集线器20内工作频率转换为接口频率。之后通过以太网将接口频率从射频拉远集线器20同步至射频拉远单元30。在射频拉远单元30内通过时钟芯片50将接口频率转换为射频拉远单元30的工作频率。
可以理解，上述若干模块均用于实现数据交互方法中对应的数据处理步骤。
在一实施例中，基站系统100还包括主时钟模块40，主时钟模块40与射频拉远集线器20通信连接。
主时钟模块40先同步射频拉远集线器20的时间。具体地，主时钟模块40通过参考其外接的GPS模块每秒输入的脉冲信号上升沿，从而得到具体的时间信号。
可以理解，主时钟模块40还可以通过其它方式获取时间信号，包括但不限于北斗、伽利略等系统。
射频拉远集线器20在同基带处理单元10进行数据收送的过程中由射频拉远集线器20每个时隙向基带处理单元10发送一个时间包，以同步射频拉远集线器20与基带处理单元10的时间。
射频拉远集线器20在同射频拉远单元30进行数据收送的过程中射频拉远集线器20向每个射频拉远单元30发送对应的同步字节，同步字节与射频拉远单元30的第四接口31相对应，以同步射频拉远集线器20与射频拉远单元30的时间。
在一实施例中，基站系统100还包括时钟芯片50，时钟芯片50设置于每个射频拉远集线器20和射频拉远单元30内，用于转换传输信号的频率。
具体地，射频拉远集线器20参考外接主时钟模块40的同步频率；通过时钟芯片50将射频拉远集线器20内工作频率转换为接口频率。
通过以太网将接口频率从射频拉远集线器20同步至射频拉远单元30。
通过时钟芯片50将接口频率转换为射频拉远单元30内工作频率。
其中，接口频率对应第三接口22和第四接口31，接口频率的在传输过程中不易受影响而产生波动。
进一步地，基站系统100可适用于4G或5G等移动通信系统。
本发明提出的射频拉远集线器20相较于现有设计，使基站系统100内的低物理层数据链路处理由射频拉远集线器20完成，优化了基站系统100和射频拉远集线器20的整体效能，还可以减少或规避系统信号的覆盖盲点。系统的同步还不依赖于精准时间协议(PTP)，可由射频拉远集线器20完成系统的各项同步。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数据交互方法，应用于射频拉远集线器，其特征在于：包括：
在下行链路：
接收基带处理单元完成高物理层数据链路处理后的数据；
对所述数据进行下行低物理层数据链路处理；
将所述数据分发至多个射频拉远单元；
在上行链路：
接收多个所述射频拉远单元发送来的上行数据，并合并所述上行数据；
对合并后的数据进行上行低物理层数据链路处理；
将所述数据传输至所述基带处理单元进行高物理层数据链路处理。
2.如权利要求1所述的数据交互方法，其特征在于：在下行链路：
所述下行低物理层数据链路处理包括：
对完成高物理层数据链路处理后的所述数据依次进行子载波映射、相位预补偿、傅里叶变换、添加循环前缀、低通滤波。
3.如权利要求2所述的数据交互方法，其特征在于：在上行链路：
所述上行低物理层数据链路处理包括：
对合并后的所述数据依次进行删除循环前缀、傅里叶变换、相位后补偿、子载波解映射。
4.如权利要求3所述的数据交互方法，其特征在于：
在下行链路：
所述下行低物理层数据链路处理进一步包括：
对完成高物理层数据链路处理后的所述数据依次进行子载波映射、解压缩、相位预补偿、傅里叶变换、添加循环前缀、低通滤波；
在上行链路：
所述上行低物理层数据链路处理进一步包括：
对合并后的所述数据依次进行删除循环前缀、傅里叶变换、相位后补偿、压缩、子载波解映射。
5.如权利要求1所述的数据交互方法，其特征在于：
对多个所述射频拉远单元发送来的上行数据进行合并的步骤具体为：
判断合并前所述上行数据中每组数据的IQ信号功率是否大于一预设的阈值；
若为是，则保留该组数据；
对保留的多组所述数据进行合并；
若为否，则清除该组数据。
6.如权利要求1所述的数据交互方法，其特征在于：所述数据交互方法还包括：将所述射频拉远集线器、所述射频拉远单元及所述基带处理单元进行时间同步；
所述将所述射频拉远集线器、所述射频拉远单元及所述基带处理单元进行时间同步包括：
接收主时钟模块发送的同步时间；
每个时隙向所述基带处理单元发送一个时间包以将所述射频拉远集线器与所述基带处理单元进行时间同步；
向每个所述射频拉远单元发送对应的同步字节以将所述射频拉远集线器与所述射频拉远单元进行时间同步。
7.如权利要求1所述的数据交互方法，其特征在于：所述数据交互方法还包括：将所述射频拉远集线器及所述射频拉远单元进行频率同步；
所述将所述射频拉远集线器及所述射频拉远单元及进行频率同步包括：
接收主时钟模块发送的同步频率；
通过时钟芯片将所述射频拉远集线器内工作频率转换为接口频率；
通过以太网将接口频率从所述射频拉远集线器同步至所述射频拉远单元；
通过所述时钟芯片将接口频率转换为所述射频拉远单元内工作频率。
8.一种射频拉远集线器，适用于一基站系统，所述基站系统还包括与所述射频拉远集线器通信连接的基带处理单元和射频拉远单元，其特征在于：
所述射频拉远集线器包括处理器；以及
存储器，所述存储器中存储有多个程序模块，所述多个程序模块由所述处理器加载并执行如权利要求1至7中任意一项所述的数据交互方法。
9.如权利要求8所述的射频拉远集线器，其特征在于：
所述基站系统还包括连接所述射频拉远集线器的主时钟模块，所述射频拉远集线器通过所述主时钟模块实现与所述基带处理单元及所述射频拉远单元之间时间和频率的同步。
10.如权利要求9所述的射频拉远集线器，其特征在于：所述射频拉远集线器还包括时钟芯片，所述时钟芯片用于将所述射频拉远集线器内的工作频率转换为接口频率。
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