WO2008058439A1

WO2008058439A1 - Procédé et système de conversion de taux d'échantillon de données en transmission de signal dans la bande de base

Info

Publication number: WO2008058439A1
Application number: PCT/CN2007/000656
Authority: WO
Inventors: Ling Li; Jiewei Ding; Yibin Zhai
Original assignee: Zte Corporation
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2008-05-22
Also published as: CN101188585A; CN101188585B

Description

一种基带信号传输中数据采样率变换的方法及其系统扶术领域

本发明涉及数字通信系统，特别涉及一种数字通信系统中基带信号传输中数据采样率的变换方法及其系统。

背景技术

目前无线通信系统中，由于受到光纤传输能力的限制，基站（NodeB ) 可支持的射频远端单元（RF Rmote Unit, RRU )数目是有限的。为了使得通信产品更具竟争力（为运营商节约成本），需要在有限的传输能力内连接更多的 RRU。

射频远端单元（RF Rmote Unit, RRU )应用于目前射频拉远技术中，实现射频端的收发，通过光纤传输和 NodeB基带接口。

图 1所示是现有技术中 NodeB和射频远端单元 R U连接示意图。射频远端单元 RRU主要是实现射频端的收发，通过光纤传输和 NodeB基带接口。图中所示是多个 RRU单元级联通过光纤传输和基带接口，连接 RRU单元的天线数可为单天线、双天线或多天线。

现有技术下，如果分别使用 1.2288G或 2.4576G的光纤传输，若上行和下行基带使用现行的 8比特和 16比特位宽进行处理，且采用 3.84*2M/s采样速率，则仅能支持 3个 RRU ( 1.2288G )或 7个 RRU ( 2.4576G ) 。

为了使得 NodeB能够支持更多的 RRU单元，可以在 I、 Q数据传输过程中，采取降低量化比特和变换采样率的方法。如果对 RBI 单小区比特宽位进行处理且不改变采样速率大小，将上行和下行基带比特位宽分别降到 Ί 比特和 15比特，则可支持 4个 RRU ( 1.2288G )或 8个 RRU ( 2.4576G ) 。通过仿真手段对截位处理前后的基带接收性能的差异进行评估，发现降低量化比特对性能影响非常小，对于系统来说完全可以接受，但如果再次降低量化比特的话对接收性能的影响就会比较大了。

因此考虑在基带信号传输过程中变换数据采样率，达到增加 RRU单元数的目的。如果采取变换采样率的方法，就需要对数据速率进行降采样的处理。现在的天线基带数据采样速率为 3.84*2M/s, 而实际上的载频间隔为 5MHz,有效信号带宽小于 5MHz,分布在 0频点左右，最大频率为 2.5MHz。根据采样定理，只要满足 3.84/2*1.22=2.34M/s (滚降因子为 1.22 )的采样速率即可以不失真地获取原始信号，降低采样率也就降低了数据传输量，可以在有限的传输能力内传输更多天线或 RRU的数据。然后把低采样率的数据通过筒单的 FIR滤波插值方法将釆样速率恢复到 3.84*2M/s。采用这种方法，在保证性能几乎没有损失的前提下，仅增加 FIR滤波插值处理过程， RRU 和 NodeB之间的连接能力就能得到 30% ~ 60%的提高。发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种变换数据采样率的数据传输方法 , 使得在有限的传输能力内 NodeB能够支持更多的射频远端单元（RRU ) , 解决目前系统中容量不足的缺陷。

本发明提出一种基带信号传输中数据采样率变换的方法，包含以下步骤：

( a )对基带信号中的数据进行降采样处理；

( b )处理后的数据继续传输；

( c )在数据传输至基带芯片前，对数据进行处理，将其釆样率恢复至基带芯片要求的采样率。

所述步驟（a ) 中降采样后的数据采样率大于 2.34M/s。

所述步骤（a ) 中用 FIR滤波插值方法实现数据降采样处理。

所述步骤（c ) 中用 FIR滤波插值方法实现数据采样率的恢复处理。所述 FIR滤波插值方法包含如下步骤：

( dl )对待处理的数据作 L倍插值；

( d2 )对插值后的数据进行抽取，每 M个值中抽取一个，其中， L, M 的取值使得抽取后的数据其采样率为所要求的采样率； ( d3 )将（d2 ) 中处理过的数据与 N阶 FIR滤波系数积分，生成新序列，其中滤波器长度 N和 FIR滤波系数为系统设计时确定的参数。

一种基带信号传输系统，包含射频远端单元 RRU, 数据传输通道和基站 NodeB, 其特征在于：所述射频远端单元 R U中还包含 A/D转换模块，数据采样率变换模块，所述 NodeB中还包含数据采样率恢复模块，其中：所述 A/D转换模块用于对 RRU接收到的天线数据进行 A/D转换；所述数据采样率变换模块用于对 A/D转换模块输出的数据进行降采样处理；

所述数据采样率恢复模块用于数据传输通道中传来的数据进行釆样率恢复处理，将数据采样率恢复至基带芯片要求的采样率。

所述射频远端单元接收天线数据，由 A/D转换模块进行转换，然后由所述数据采样率变换模块对转换后的数据进行降采样处理，处理过的数据由数据传输通道传输至 NodeB,再由所述数据采样率恢复模块将数据采样率恢复至基带芯片要求的采样率。

所述数据采样率变换模块用 FIR滤波插值方法实现数据降采样处理。所述数据采样率恢复模块用 FIR滤波插值方法实现数据采样率恢复处理。

本发明所述的基带信号采样率变换方法，与现有技术相比，对天线数据传输做了一种降低采样速率并且在传输之后进行采样速率恢复的特殊处理方法，已通过仿真验证本发明的方法对接收性能几乎没有影响，且在性能不受影响的前提下可增加 RRU连接数目。仿真中采用的降低后的采样速率为 2.4*2M/s, RRU和 NodeB之间的连接能力提高了 50 %左右。附图概述

图 1是现有技术中 NodeB和 RRU单元连接示意图；

图 2是本发明基带信号传输系统结构框图；

图 3是本发明数据采样率变换方案总流程图；图 4 是本发明基带信号传输中的降釆样和采样速率恢复具体实施流程图；

图 5是本发明釆样率变换处理前后的信号示意图；

其中图 5 ( a ) 为未经过采样率变换的信号示意图；

图 5 ( b )为经过降采样和采样率恢复处理的信号示意图；

图 5 ( c ) 为图 5 ( a ) 中未处理的信号和图 5 ( b ) 中已处理信号对比示意图。本发明的较佳实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。本发明所述的基带传输中的数据采样率变换方法，是一种降低 I、 Q数据（按照采用的调制方式 QPSK调制，需要输入两路调制信号，一路叫 I路数据，一路叫 Q路数据 )传输过程中的采样速率从而增加 RRU单元连接数目的方法，其技术的基本方案为：

在系统设计阶段，确定 FIR滤波系数和 FIR滤波器长度。这里的 FIR滤波系数将应用于以下两个不同位置的 FIR滤波器：（ 1 ) RRU单元中数据降采样时所需的 FIR滤波系数；（ 2 ) FIR滤波插值进行采样速率恢复时所需的滤波系数。

在系统运行阶段，每次处理主要分以下几个步驟进行：

第一步：降采样过程，在 RRU单元中从原有 3.84*2M/s采样速率降到 fs，采样速率进行数据传输，根据采样定理，只要满足大于 3.84/2*1.22=2.34M/s (滚降因子为 1.22 ) 的采样速率即可以不失真地获取原始信号，这里的 fs，可取 2.4*2, 2.64*2或 2.88*2M等值，然后执行下一步；降采样具体实现方法有两种：

1. 直接用低釆样率，设为 fs，(这里 fs，可取 2.4*2,2.64*2或 2.88*2M等值)进行采样；

2. 维持现有采样速率 3.84*2M/s,在传输数据之前用 FIR滤波插值方法进行降采样，把采样速率从 3.84*2M/s降到 fs，。

为了滤波插值方便，选取的采样速率可以为：

( 1 ) 3.84*2*5/8 = 4.8M/S , 传输的天线数据流为原来的 1.6倍， RRU 数目增加 50 %左右；

( 2 )3.84*2*11/16 = 5.28M/s,传输的天线数据流为原来的 1.45倍， RRU 数目增加 49 %左右；

( 3 ) 3.84*2*3/4 = 5.76M/s, 传输的天线数据流为原来的 1.33倍， RRU 数目增加 40 %左右。

这里取这三种值为例，当然也可以选取其它采样速率。

第二步：数据传输到 NodeB;

第三步：采样速率恢复，在 fs，采样速率下经过数据传输通道进行数据传输，在 NodeB中采用 FIR滤波插值恢复采样速率到 3.84*2M/s;

第四步：采用原采样速率 3.84*2M/s传输数据到基带芯片，完成后续处理。

图 2所示是本发明基带信号传输系统结构框图。该系统包含射频远端单元 R U, 数据传输通道和基站 NodeB, 射频远端元中包含 A/D转换模块和数据采样率变换模块， NodeB中包含数据采样率恢复模块，其中：

所述 A/D转换模块用于对 RRU接收到的天线数据进行 A/D转换；所述数据采样率变换模块用于对 A/D转换模块输出的数据进行降采样处理；

所述数据采样率恢复模块用于对数据传输通道中传来的数据进行采样率恢复处理，将数据采样率恢复至基带芯片要求的采样率。

射频远端单元 RRU接收到的天线数据进行 A/D转换，然后进行数据采样率的变换，降低采样速率进行数据传输，这里的降采样方法有两种：

1 )直接用低采样速率 fs'进行采样；

2 )通过 FIR滤波插值来降低采样速率到 fs，。这里把插值、抽样以及滤波过程结合起来统一考虑，以实现乘法次数为最少的滤波器结构。

本发明中采用第二种方法，由于现在的天线数据采样速率为 3.84*2M/s，通过方法二将 RRU单元接收到的天线数据从 3.84*2M/s的采样速率经过 FIR 滤波插值降低到 fs，，经过数据传输通道传输数据到 NodeB。由于在现有技术下，上行基带 I、 Q数据采样速率固定为 3.84*2M/s，因此在 NodeB中通过 FIR滤波插值将采样速率为 fs，的数据恢复到 3.84M的 2倍采样速率的数据。

图 3所示是数据采样率变换方案总流程图，该方案主要包含两个过程：降采样过程以及数据采样率恢复过程。

图 4 所示为基带信号传输中的降采样过程以及采样速率恢复过程的流程图。该流程图具体执行的数据采样率变换处理方法，可分为以下几个步骤：

1. 射频远端单元 RRU接收天线 I、 Q数据，进行 A/D转换；

2. 降采样过程；

在 RRU单元中实现降采样，本发明采用上述第二种方法，维持现有采样速率 3.84*2M/s, 在传输数据之前用 FIR滤波插值方法进行降采样，步骤实现如下：

第一步：把 3.84*2M/s的采样速率经过 L1倍插值到 3.84*2*L(M/s); 第二步：将插值以后的数据进行抽取，从每 Ml个采样点取一个采样点的值，如抽取 Ml采样点中第一个采样点的值，即得到 fs，=3.84*2*Ll/Ml(M/s) 的数据流；

第三步：将插值采样以后的数据流和 N阶的 FIR滤波系数分别进行积分（这里的 FIR滤波系数和 FIR滤波器长度 N是在系统设计时确定的参数），生成新序列，采用低采样速率 fs，，射频远端单元 RRU将数据进行传输送到基带中进行下一步处理。

其中， L1为插值倍数， Ml为抽取倍数， N为滤波器长度， fs'为数据采样率变换后的低采样速率。

假设输入信号为 x(n)，输出信号为 y(n), h(n)为 FIR滤波器响应（即 FIR 滤波系数脉冲响应），则输出信号 "Ml

: ") =∑g(z' +〈0( n=0,l,...,K-l , K=N/L1

(=0 ~ΪΑ 其中 FIR滤波器单位抽样响应

g(n, m) = h(riLl + (mMl)_LL_ll) η=0,1,·. ·,Κ-1， m=0,l₅...,Ll-l , K=N/L1

nMl

从上式可以看出，输入数据 x(n)按) 转换，对每一个输出数据信

XI

号 y(n), n=0，l,...，Ll-l，在每一个时刻 n, 输入数据和滤波器系数对应相乘得到该时刻的 y(n),然后和下一个滤波器的系数相乘，得到下一点输出 y(n), 直到对输入数据 x(n)的全部数据处理结束。、

3. 进行数据传输到 NodeB;

4. FIR滤波插值恢复采样速率；

基于基带芯片的需求，其采样速率要求为 3.84*2M/s，因此对于 RRU 单元输出的降采样天线数据，需要进行采样速率的恢复处理，将采样速率从 fs，恢复到 3.84*2M/s。这就需要采用 FIR滤波插值来实现，其处理过程如下：第一步：把 fs，低采样速率经过 L2倍插值到 fs，*L2(M/s);

第二步：将插值以后的数据进行抽取，从每 M2个采样点中取一个采样点的值，如抽取 M2 个采样点中第一个采样点，即得到 fs=fs'*L2/M2=3.84*2M/s的数据流。

笫三步：将插值釆样以后的数据流和 N阶的 FIR滤波系数分别进行积分(这里的 FIR滤波系数和 FIR滤波器长度 N是在系统设计时确定的参数），生成新序列。此时采用原采样速率 3.84*2M/s传输数据到基带芯片，完成后续处理。

其中，其中， L2 为插值倍数， M2 为抽取倍数， N为滤波器长度， fs 为原天线数据采样速率。

假设输入信号为 x(n),输出信号为 y(n)， h(n)为 FIR滤波器响应（即 FIR 滤波系数脉冲响应），则输出信号

K-1 nM2

■i) n=0，l,.."K-l , K=N/L2

'•=0 L2 其中 FIR滤波器单位抽样相应

g(n, m) = hinll + (mM2)_L2 ) n=0，l,.. "K-l , m=0，l ,L1-1 , K=N/L2

nM2

从上式可以看出 , 输入数据 x(n)按照转换，对每一个输出数据信

L2

号 y(n), n=0,l,...，L2-l , 在每一个时刻 n, 输入数据和滤波器系数对应相乘得到该时刻的 y(n),然后和下一个滤波器的系数相乘，得到下一点输出 y(n), 直到对输入数据 x(n)的全部数据处理结束。

5. 数据传输到基带芯片，进行后续处理。

图 5所示是采样率变换处理方法前后的信号示意图，其中： a)表示没有经过本发明的数据采样率变换处理的信号示意图； b)表示经过数据采样率变换，这里采用的降采样的采样速率为 2.4*2M/s, 首先是 FIR滤波插值降采样处理，然后是 FIR滤波插值采样速率恢复的处理以后的信号示意图； c)为上述两图中的信号放在一个图中进行对比。

由于现在的天线基带数据采样速率为 3.84*2M/s, 而实际上的载频间隔为 5MHz,有效信号带宽小于 5MHz,分布在 0频点左右，最大频率为 2.5MHz。根据采样定理，只要满足 3.84/2*1.22=2.34M/s (滚降因子为 1.22 )的采样速率即可以不失真地获取原始信号，从图 5中的图 c )可以看出，两者的信号基本相同，差别非常小，因此本发明仅增加 FIR滤波插值处理过程对性能几乎没有影响。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

工业实用性

本发明所述的基带信号采样率变换方法，与现有技术相比，对天线数据传输^ 了一种降低采样速率并且在传输之后进行采样速率恢复的特殊处理方法，已通过仿真验证本发明的方法对接收性能几乎没有影响，且在性能不受影响的前提下可增加 RRU连接数目。仿真中采用的降低后的采样速率为 2.4*2M/s, RRU和 NodeB之间的连接能力提高了 50 %左右。

Claims

权利要求书

1、一种基带信号传输中数据采样率变换的方法，包含以下步據：

( a )对基带信号中的数据进行降采样处理；

( b )处理后的数据继续传输；

( c )在数据传输至基带芯片前，对数据进行处理，将其采样率恢复至基带芯片要求的采样率。

2、如权利要求 1所述的方法，其特征在于：所述步骤（a )中降采样后的数据采样率大于 2.34M/s。

3、如权利要求 1所述的方法，其特征在于：所述步骤（a )中用 FIR滤波插值方法实现数据降采样处理。

4、如权利要求 1所述的方法，其特征在于：所述步骤（c )中用 FIR滤波插值方法实现数据采样率的恢复处理。

5、如权利要求 3或 4所述的方法，其特征在于：所述 FIR滤波插值方法包含如下步驟：

( dl )对待处理的数据作 L倍插值；

( d2 )对插值后的数据进行抽取，每 M个值中抽取一个，其中， L, M 的取值使得抽取后的数据其采样率为所要求的采样率；

3 )将（d2 ) 中处理过的数据与 N阶 FIR滤波系数积分，生成新序列，其中滤波器长度 N和 FIR滤波系数为系统设计时确定的参数。

6、一种基带信号传输系统，包含射频远端单元 RRU, 数据传输通道和基站 NodeB,其特征在于：所述射频远端单元 RRU中还包含 A/D转换模块，数据采样率变换模块，所述 NodeB中还包含数据采样率恢复模块，其中'. 所述 A D转换模块用于对 R U接收到的天线数据进行 A/D转换；所述数据釆样率变换模块用于对 A/D转换模块输出的数据进行降采样处理；

所述数据采样率恢复模块用于数据传输通道中传来的数据进行采样率恢复处理，将数据采样率恢复至基带芯片要求的采样率。

7、如权利要求 6所述的系统，其特征在于：所述射频远端单元接收天线数据，由 A/D转换模块进行转换，然后由所述数据采样率变换模块对转换后的数据进行降采样处理，处理过的数据由数据传输通道传输至 NodeB, 再由所述数据采样率恢复模块将数据采样率恢复至基带芯片要求的采样率。

8、如权利要求 6所述的系统，其特征在于：所述数据采样率变换模块用 FIR滤波插值方法实现数据降采样处理。

9、如权利要求 6所述的系统，其特征在于：所述数据采样率恢复模块用 FIR滤波插值方法实现数据采样率恢复处理。