CN201114009Y

CN201114009Y - 一种数字下变频系统

Info

Publication number: CN201114009Y
Application number: CNU2007200504244U
Authority: CN
Inventors: 胡应添; 张远见
Original assignee: Comba Telecom Systems China Ltd
Current assignee: Comba Network Systems Co Ltd
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2017-04-17

Abstract

一种数字下变频系统，包括A/D转换和AGC控制模块、开放接口A模块、特殊数字本振模块、混频处理模块、倍数可变抽取滤波模块、增益调节模块、直流本振抑制模块、时延调整模块、载波功率统计模块、开放接口B模块，所述A/D转换和AGC控制模块的输出端依次通过开放接口A模块、混频处理模块、倍数可变抽取滤波模块、增益调节模块、时延调整模块、直流本振抑制模块与开放接口B模块的输入端连接。本实用新型可应用RRU系统、接收机、路测仪、光纤直放站、多载波调度系统、FSO直放站系统、塔顶放大器、干线放大器以及无线直放站等系统中。

Description

一种数字下变频系统

技术领域

本实用新型涉及属于移动通信技术领域，尤其涉及一种数字下变频系统。

背景技术

在传统的移动通信产品设计中，对每一个独立的无线接口或是频段组合，都会专门设计相应的具有特殊用途或是特殊功能的集成电路来分别实现，这样，在设计的时候，通信设备所具有的功能已经被硬件编码固定下来了。为了增加所支持的工作模式、工作频段或通信体制，需要重新设计系统，并增加相应的功能单元模块，这使得系统的改造、升级或换代变得非常麻烦，而且，产品的重用率很低，大大增加了运营商的投入。

随着移动通信的迅猛发展，新的通信体制和“标准”的不断提出，如今，已经发展为多频段、多载波、多体制的阶段，通信产品的生存期越来越短。迫切需要抛弃以往的通信产品设计方法，软件无线电也顺应技术发展，成为当今移动通信产品设计中，所需要依赖的关键技术。软件无线电的中心思想是构造一个具有开放性、标准化和模块化的通用硬件平台，将宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线，把尽可能多的无线及个人通信的功能用软件来实现，从而将无线通信新系统、新产品的开发逐步转移到软件上来，其最终目的是使通信系统摆脱硬件结构的束缚，在系统结构相对稳定和通用的情况下，通过软件来实现各种功能，使得系统的改进和升级都非常方便，且代价小，同时，不同通信系统间很容易互联与兼容。

现阶段，由于受到A/D、D/A以及可编程逻辑器件等的限制，无法实现理想的软件无线电系统。现今可行的软件无线电系统主要由射频上、下变频子系统，数字中频上、下变频子系统，以及基带处理子系统组成。

中国专利CN02816357.5公开了一种数字下变频器，该数字下变频器包括接受输入信号的输入端、固定抽取电路、可变抽取电路、调节电路、内插器和第二混频器，最后，输出调制后的载波信号。该下变频器主要适用于电缆调制解调器终端系统(CMTS)中，若应用于移动通信系统中，该下变频器存在如下一些缺陷：

1、该下变频器最终输出的是调制后的载波信号，在基带处理中进行了信号调制处理，限制了系统的应用场合。如应用于基站的RRU系统中，适合基站BBU的接口信号应该是基带信号，而不是调制后的载波信号。

2、该下变频器主要针对CMTS系统，实现信号的解调和调制处理。而如今的移动通信系统，存在多种通信体制，基站的接口协议也多样化，该下变频器没有提供与其他通信产品产家的开放接口单元，很难满足实际需求。

3、该下变频器内置一个固定的抽取器，抽取倍率为2∶1，而常用的是1∶1或是大于4∶1的抽取方式，该固定结构难以符合实际的抽取处理的要求。

4、该下变频器结构固定，无法应用时分复用资源方式来降低对可编程逻辑器件的要求，导致难以利用可编程逻辑器件来实现；系统的灵活性很差，不适合应用于接收机、路测系统(路测仪)、直放站等系统中。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种数字下变频系统，该系统能提供与其他通信产品产家的开放接口单元，能满足实际抽取处理需求，可有效利用可编程逻辑部件加以设计和实现，系统灵活性强。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种数字下变频系统，包括A/D转换和AGC控制模块、开放接口A模块、特殊数字本振模块、混频处理模块、倍数可变抽取滤波模块、增益调节模块、直流本振抑制模块、时延调整模块、载波功率统计模块、开放接口B模块，所述A/D转换和AGC控制模块的输出端依次通过开放接口A模块、混频处理模块、倍数可变抽取滤波模块、增益调节模块、时延调整模块、直流本振抑制模块与开放接口B模块的输入端连接，所述特殊数字本振模块的输出端与混频处理模块的输入端连接，所述直流本振抑制模块的输出端与载波功率统计模块的输入端连接。

所述的一种数字下变频系统，所述A/D转换和AGC控制模块包括AGC控制模块、A/D转换模块以及控制处理模块，所述AGC控制模块的输出端通过A/D转换模块与控制处理模块的输入端连接，所述控制处理模块的输出端与AGC控制模块的输入端连接。

所述的一种数字下变频系统，所述倍数可变抽取滤波模块包括抽取滤波系统、补偿滤波器及整形滤波器，所述抽取滤波系统通过补偿滤波器与整形滤波器连接。

所述的一种数字下变频系统，所述抽取滤波系统包括抽取滤波器、多路复用器及分路器，所述多路复用器通过抽取滤波器与分路器连接，所述抽取滤波器是FIR或IIR滤波器。

所述补偿滤波器是CFIR滤波器或IIR滤波器。

所述的数字下变频系统用CPLD、EPLD、FPGA或DSP来实现。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点和有益效果：

1、在本数字下变频系统中，对参考的本振信号源进行了特殊化处理，使得后续混频信号具有独特的特性，并利用该特性设计了抽取滤波器的结构，简化抽取滤波处理，能满足实际的处理的需求，并可以采用时分复用资源的方式来实现该系统，无需采用提高可编程逻辑器件的运行时钟频率的方式来提高资源利用率，大大降低了系统对可编程逻辑器件的要求，也使得该方法能方便的利用现有的可编程逻辑器件进行设计和实现。而且，为了满足实际系统的需求，下变频系统输出基带信号，将信号调制处理嵌入到上变频系统中，以适应多种应用场合。

2、本数字下变频系统，还根据实际需求，提供了时延调整功能以及载波功率统计功能，扩大了系统的应用范围。本下变频系统还提供了直流本振抑制功能，很好的消除了直流泄漏。

3、本实用新型的变频系统提供了与其他通信产品产家的开放接口单元，可以应用于RRU系统、接收机系统、路测系统(路测仪)、光纤直放站系统、多载波调度系统、FSO直放站系统、塔顶放大器、干线放大器以及无线直放站系统等系统中。

附图说明

图1是现有实用新型的结构框图；

图2是本实用新型的具体实现原理图；

图3是采用常规的抽取滤波器实现的框架图；

图4是本实用新型采用的抽取滤波系统的实现框架图；

图5是本实用新型采用的抽取滤波系统的数据处理流程图；

图6是本实用新型采用的抽取滤波系统的具体应用图；

图7是本实用新型应用于RRU中的原理图；

图8是通过开放接口A或B和其他系统连接的应用形式图；

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示的一种数字下变频器，所述数字下变频器包括用于接收输入信号的输入端，耦合到所述输入端以便下变频所述输入信号的混频器电路，以及耦合到所述混频器的抽取电路。所述抽取电路包括固定抽取器和可变抽取器，所述抽取电路用于借助基于所述输入信号的特性而选取的因数，来抽取所述下变频后信号。所述数字下变频器还包括耦合到所述抽取电路的输出端的信号调节电路、耦合到所述抽取电路的内插器、耦合到所述内插器的第二混频器电路，所述信号调节电路调节所抽取的信号，所述内插器增加所述调节后的信号内的样本数量，而所述第二混频器电路用于以所述调节后的信号调制载波。

如图2所示，本实用新型提供的一种数字下变频系统，包括A/D转换和AGC控制模块、开放接口A模块、特殊数字本振模块、混频处理模块、倍数可变抽取滤波模块、增益调节模块、直流本振抑制模块、时延调整模块、载波功率统计模块、开放接口B模块，所述A/D转换和AGC控制模块的输出端依次通过开放接口A模块、混频处理模块、倍数可变抽取滤波模块、增益调节模块、时延调整模块、直流本振抑制模块与开放接口B模块的输入端连接，所述特殊数字本振模块的输出端与混频处理模块的输入端连接，所述直流本振抑制模块的输出端与载波功率统计模块的输入端连接。

上述A/D转换和AGC控制模块包括AGC控制模块、A/D转换模块以及控制处理模块，所述AGC控制模块的输出端通过A/D转换模块与控制处理模块的输入端连接，所述控制处理模块的输出端与AGC控制模块的输入端连接。该AGC控制模块和控制处理模块组成反馈控制系统，AGC控制模块根据控制处理模块发出的决策和控制信号，根据A/D的特性，实现对输入信号的衰减以及放大处理，以起到保护A/D转换器的同时，提高A/D转换器的动态范围。控制处理模块完成输出给AGC控制模块的控制信号功能外，还必须具备如下一些功能：对A/D转换后的低速信号转换为适合开放接口A需求的高速信号，或是对A/D转换后的高速信号转换为适合开放接口A需求的低速信号，或是对A/D转换后的并行信号转换为适合开放接口A需求的串行信号，或是对A/D转换后的串行信号转换为适合开放接口A需求的并行信号。

上述特殊数字本振模块为数字下变频器提供本振源，该特殊数字本振的特性如下：其频率对应为A/D采样率f_s的相位偏移为0。这样，该数字本振所形成的cos和sin信号对应为：

和(其中n为整数)。由此可知：cos对应：10-1010-10……；sin对应010-1010-1……。显然，该本振信号无需利用可编程逻辑器件中的ROM表来实现，节约了可编程逻辑器件的ROM资源；该特殊本振的引入，也使得本下变频系统的实现架构将区别于以往的数字下变频器，同时，采用该特殊本振，也便于可编程逻辑器件实现该数字下变频系统。

上述混频处理模块，为了提高数据处理效率，常规上需要利用可编程逻辑器件中的专用硬件乘法器来实现，但根据特殊数字本振所提供的本振信号，该混频处理只需利用少量的LUT即可实现，而且，实现过程中只涉及到乘以1和-1处理，不需要为防止数据溢出而进行的位数扩展处理，节约了可编程逻辑器件的资源。

上述倍数可变抽取滤波模块包括抽取滤波系统、补偿滤波器及整形滤波器，所述抽取滤波系统通过补偿滤波器与整形滤波器连接。其中补偿滤波器可以选用CFIR滤波器、IIR滤波器或其它形式的滤波器。倍数可变抽取滤波模块根据基带信号处理要求，实现对输入中频信号可变倍数的抽取和滤波处理。抽取的倍数将根据系统要求、信号特性以及器件承受度等进行折中考虑和选定。如果抽取滤波器通带内衰减满足要求，可以旁路该补偿滤波器。最后整形滤波器主要目的是对整个信道进行整形滤波处理，可以采用时分复用可编程逻辑器件的资源来设计滤波器，提高资源的利用率。在实际系统设计中，为了降低系统时延以及减少可编程器件的资源利用，如果抽取滤波器通带内衰减满足要求，可以旁路补偿滤波器，也可以将抽取滤波器和补偿滤波器利用一个滤波器实现，也可以将补偿滤波器和整形滤波器利用一个滤波器来实现，也可以将倍数可变抽取滤波模块利用一个带补偿特性的抽取滤波器来实现。

上述的开放接口A以及开放接口B主要是对输入的信号，根据接口协议要求进行组帧处理，以满足通信接口协议数据传输的要求。接口协议如应用于基站拉远系统中的公用标准协议以及基站产商自定义的一些协议等。在实际应用中，可以选择其中一个开放接口或同时使用两个开放接口或不使用任何开放接口。开放接口主要实现是对输入的信号，根据接口通信协议要求进行组帧处理，以满足协议数据传输的要求。接口协议如应用于基站拉远系统中的公用标准协议以及基站产商自定义的一些协议等。开放接口A以及开放接口B唯一的不同就是输入信号的特性不一样，开放接口A接收的是来自A/D转换后的数字中频信号，而开放接口B接收的是经过抽取滤波处理后的数字基带I、Q数据。

上述增益调节模块实现对下变频系统增益的控制和调节，输出正确的信号，以充分利用A/D转换器的动态范围，该增益调节随算法处理流程不同，自动进行相应的增益控制。

上述时延调整模块主要实现下变频系统的时延调整功能。如应用于光纤直放站系统中，运营商常需要采用混合组网方式，而不同的接收天线信号经过不同的路径(如光纤)，到达每个直放站的时间是不同的，所以，为了保证各个直放站的时延一样，需要做延时调整，以消除或减小移动通信信号覆盖中的影响。

上述直流本振抑制模块抑制实现抵消下变频处理中，由于A/D转换器引入的直流信号以及算法截位处理等所引入的直流信号，提高系统性能。由于利用可编程逻辑器件实现数字下变频算法，需要在处理过程中，不断进行截位处理，而二进制补码在截位时，会使得负数变得更负，正数变得更正，导致输出的数据幅度不平衡，出现直流泄漏。所以，可以采用“对称舍入”算法来抑制直流泄漏，也可以采用直流滤波的方法实现对直流的抑制，还可以采用其他的方法来进行直流的抑制，如求取信号的均值，对信号进行补偿处理。

本实用新型所提出的一种数字下变频系统的数字下变频信号处理方法，其信号处理包括以下步骤：

(1)模拟中频信号输入，通过A/D转换和AGC控制模块中的A/D转换模块形成数字中频信号，而A/D转换和AGC控制模块的控制模块会根据数字中频信号的特性，输出反馈决策和控制信息到AGC控制模块，从而实现对A/D芯片的AGC控制；其中经A/D转换后的数字中频信号如下：

DDC₀ DDC₁ DDC₂ DDC₃ DDC₄……DDC₁₆ DDC₁₇ DDC₁₈ DDC₁₉。

(2)A/D转换和AGC控制模块输出的数字中频信号与特殊数字本振模块提供的本振信号通过混频处理模块进行混频处理，输出基带信号；其中混频后的输出的基带信号为：

I路：DDC₀ 0-DDC₂ 0 DDC₄……DDC₁₆ 0-DDC₁₈ 0

Q路：0DDC₁ 0-DDC₃ 0……0 DDC₁₇ 0-DDC₁₉

(3)基带信号通过倍数可变抽取滤波模块，实现对基带信号的抽取滤波处理，滤波后的信号经过增益调节模块、时延调整模块以及直流本振抑制处理模块，输出低速的基带信号。

如图3可见，常规的抽取滤波器通常需要两个抽取滤波器来实现抽取滤波处理，这样，非常浪费可编程逻辑器件的资源。传统的节约资源的方法，就是采用时分复用，但在此类设计中，采用时分复用，只有提高可编程逻辑器件的时钟频率，这样，对可编程逻辑器件的要求会比较高。

如图4可见，本实用新型提供的抽取滤波系统包括抽取滤波器，多路复用器(MUX)及分路器(DEMUX)，所述多路复用器(MUX)通过抽取滤波器与分路器(DEMUX)连接。其中抽取滤波器可采用FIR、IIR滤波器或其它形式的滤波器。

根据该系统，本实用新型提出了一种解决方法，根据混频后，I、Q信号的特性，优化滤波器结构，利用时分复用可编程逻辑资源的方式，只用一个抽取滤波器，即可实现对I、Q数据的抽取滤波处理。而且，该方法无需提高可编程逻辑器件的工作时钟频率，降低了对可编程逻辑器件的要求，在这里可以将I、Q数据进行如下分组：

本实用新型对I、Q数据进行分组，分组的数目为10组，所述10组数据分别为：I路的DDC₀ 0和Q路的0 DDC₁形成第一组，I路的-DDC₂ 0和Q路的0-DDC₃形成第二组，I路的DDC₄ 0和Q路的DDC₅ 0形成第三组，I路的-DDC₆0和Q路的0-DDC₇形成第四组，I路的DDC₈ 0和Q路的0 DDC₉形成第五组，I路的-DDC₁₀ 0和Q路的0-DDC₁₁形成第六组，I路的DDC₁₂ 0和Q路的0 DDC₁₃形成第七组，I路的-DDC₁₄ 0和Q路的0-DDC₁₅形成第八组，I路的DDC₁₆ 0和Q路的0DDC₁₇形成第九组，I路的-DDC₁₈ 0和Q路的0-DDC₁₉形成第十组。

利用多路选择该多路复用器(MUX)对输入的I、Q数据进行选通处理，实现数据的分组，只需使用同一个抽取滤波器，完成对I、Q数据的抽取和滤波处理，最后，利用DEMUX(分路器)进行滤波后I、Q数据的分离。

如图5可见，本实用新型可采用一个4倍抽取的20阶滤波系统对60MSPS速率的输入数据进行处理，第一次采样点A出现在滤波系统的如下阶次中：1、5、9、13、17；第二次采样点B出现在滤波系统的如下阶次中：2、6、10、14、18；第三次采样点C出现在滤波系统的如下阶次中：3、7、11、15、19；第四次D采样点出现在滤波系统的如下阶次中：4、8、12、16、20；第五次采样点出现在滤波系统的如下阶次中：1、5、9、13、17…由此可知，第五次采样点所出现的滤波系统的阶次与第一次采样点相同，第六次采样点所出现的滤波系统的阶次与第二次采样点相同，依次类推，这样，可以对20个滤波系统系数进行分组，分成四组，每组进行循环移位，简化设计。同时，滤波系统每次只需5次乘法处理，无需进行20次乘法处理，即可输出滤波后15MSPS速率的数据，节约了可编程逻辑器件中专用乘法器硬件资源的使用。乘法处理后的的累加运算，可以使用单独的流水线加法处理，但为了节约可编程逻辑器件的资源，该处累加运算可以采用时分累加处理方法，时分复用可编程逻辑资源。

如图6可见，本实用新型采用的抽取滤波器，该抽取滤波器的工作频率是15MHZ，由于采用4∶1的抽取处理，可知，采样点A以15MHZ的间隔出现在滤波器的阶数为：1591317(1对应滤波器的第1阶系数)，采样点B以15MHZ的间隔出现在在滤波器的阶数为：26101418，以此类推。虽然数据输入速率是60MSPS，但可编程逻辑器件输出数据频率是15MHz，所以，可编程逻辑器件工作在60MHz的频率下，就可以时分复用资源，实现对I、Q两路数据的抽取和滤波处理。

如图7所示，本实用新型的一种数字下变频系统可应用于基站拉远系统(RRU)中，RRU中数字下变频器(DDC)输出端通过开放接口B与基带资源单元(BBU)输入端连接，基带资源单元(BBU)的输出端与基站拉远系统(RRU)的输入端连接，由于BBU和RRU的接口数据是数字基带数据，所以，可以利用开放接口B和BBU进行数据通信，实现RRU和BBU的互连。接口通信协议可以是公共的标准接口协议以及基站产商自定义的协议等。

在3G组网中，经常使用基带资源单元(BBU)和基站拉远系统(RRU)的拉远组合系统实现大范围的通信信号覆盖。BBU系统提供基带数据资源，主要完成基带信号处理，如码元编解码、调制和扩频、码元检测和组合等。而RRU系统完成数字上、下变频处理，数字滤波、A/D和D/A转换以及射频接收和发送等功能。BBU和RRU直接传输的是符合接口协议要求的基带I、Q信号。所以，本实用新型的数字下变频系统可以应用于RRU系统中，完成数字下变频处理，并实现与BBU之间的基带信号的无缝连接和数据传输。

如图8所示，本实用新型的一种数字下变频系统(DDC)通过开放接口A或B和其他系统连接的应用形式。其他系统包括接收机系统、路测系统(路测仪)、光纤直放站系统、多载波调度系统、自由空间光通信(FSO)直放站系统、塔顶放大器、干线放大器以及无线直放站等系统。如应用在光纤直放站系统中，在中继端和覆盖端都具有数字上、下变频系统。所以，本下变频系统，可以通过开放接口A或B实现与数字上变频系统的互连。通过光纤传输下变频系统的数字信号，实现通信信号的数字拉远传输和覆盖。

本实用新型提供的数字下变频系统(DDC)也可在没有开放接口A和B的下变频系统和其他系统连接。数字下变频系统(DDC)输出的数据直接送入到其他系统，在无线直放站、路测系统、接收机以及FSO直放站等系统中，都可以采用该连接形式进行系统的设计。由于舍去了开放接口，可以节约可编程逻辑器件的资源，提高系统的稳定性。

本实用新型的工作原理是：模拟中频信号输入，通过A/D转换形成数字中频信号，而控制模块会根据数字中频信号的特性，输出反馈决策和控制信息到AGC控制模块，从而实现对A/D芯片的AGC控制。A/D转换和AGC控制模块输出的数字中频信号与特殊数字本振模块提供的本振信号进行混频处理，输出基带信号。基带信号通过倍数可变抽取滤波模块，实现对基带信号的抽取滤波处理，滤波后的信号经过增益调节、时延调整以及直流本振抑制处理模块，输出低速的基带信号。在A/D转换和AGC控制模块以及直流本振抑制分别提供了开放接口A和开放接口B，以备与其他通信产品进行连接。而且，这两个开放接口可以旁路，不会影响下变频系统功能。旁路这两个开放接口，下变频系统可应用于无线直放站、无线接收机、路测仪等系统中。本实用新型可以利用CPLD、EPLD、FPGA、DSP等可编程逻辑器件实现，也可使用其它可编程逻辑器件来完成。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1. 一种数字下变频系统，其特征在于，包括A/D转换和AGC控制模块、开放接口A模块、特殊数字本振模块、混频处理模块、倍数可变抽取滤波模块、增益调节模块、直流本振抑制模块、时延调整模块、载波功率统计模块、开放接口B模块，所述A/D转换和AGC控制模块的输出端依次通过开放接口A模块、混频处理模块、倍数可变抽取滤波模块、增益调节模块、时延调整模块、直流本振抑制模块与开放接口B模块的输入端连接，所述特殊数字本振模块的输出端与混频处理模块的输入端连接，所述直流本振抑制模块的输出端与载波功率统计模块的输入端连接。

2. 根据权利要求1所述的一种数字下变频系统，其特征在于，所述A/D转换和AGC控制模块包括AGC控制模块、A/D转换模块以及控制处理模块，所述AGC控制模块的输出端通过A/D转换模块与控制处理模块的输入端连接，所述控制处理模块的输出端与AGC控制模块的输入端连接。

3. 根据权利要求1所述的一种数字下变频系统，其特征在于，所述倍数可变抽取滤波模块包括抽取滤波系统、补偿滤波器及整形滤波器，所述抽取滤波系统通过补偿滤波器与整形滤波器连接。

4. 根据权利要求3所述的一种数字下变频系统，其特征在于，所述抽取滤波系统包括抽取滤波器、多路复用器及分路器，所述多路复用器通过抽取滤波器与分路器连接，所述抽取滤波器是FIR或IIR滤波器。

5. 根据权利要求3所述的一种数字下变频系统，其特征在于，所述补偿滤波器是CFIR滤波器或IIR滤波器。

6. 根据权利要求1-5任一项所述的一种数字下变频系统，其特征在于，所述的数字下变频系统用CPLD、EPLD、FPGA或DSP来实现。