Lte射頻遠端單元數字上下變頻器及帶寬靈活配置方法
2023-12-05 11:28:31 1
專利名稱：Lte射頻遠端單元數字上下變頻器及帶寬靈活配置方法
技術領域：
本發明涉及一種在LTE遠端射頻單元系統內所使用的數字上變頻器和數字下變 頻器及帶寬靈活配置方法。
背景技術：
在分布式基站系統中，RRU (Remote Radio Unit，遠端射頻單元)的作用主要是 完成從基帶載波數據到射頻信號的調製，以及從射頻信號到基帶載波數據的解調，其與 BBU(Base Band Unit，基帶單元)的關係如附圖1所示。為適應移動通信技術的不斷發展，各運營商對RRU提出了越來越高的要求，除了 要求產品功能穩定可靠外，還要求軟硬體支持平滑升級、兼容性強、成本低廉、綠色環保等， 這就使得RRU在實現方式上必須採用軟體無線電平臺，利用數位訊號處理技術實現上述功 能。由於FPGA(現場可編程門陣列)具有工藝成熟、性價比高、系列產品兼容性好、實現靈 活簡單等優點，已成為軟體無線電平臺中不可缺少的重要器件。RRU中的上變頻器和下變頻器是RRU中的重要組成部分，由於FPGA的靈活可配， 利於RRU的平滑升級等優點，使得利用FPGA來實現數字上變頻器和數字下變頻器成為各個 RRU廠商的第一選擇。由於在LTE通信協議標準中，RRU的系統帶寬是可配置的。合理的數字上變頻和 下變頻設計有利於FPGA的資源合理分配以及RRU系統的平滑升級。圖2和圖3分別是傳 統方法的帶寬可配置的上變頻器和下變頻器的架構，其消耗資源較多、功耗較大。
發明內容
本發明的目的為了克服傳統方法的上述缺陷，而提供一種LTE射頻遠端單元數字 上變頻器和數字下變頻器及帶寬靈活配置方法，保證數字上變頻器和數字下變頻器帶寬靈 活配置，且本發明通用性強，架構實現簡單，有利於系統穩定性的數字上變頻器和數字下變 頻器的實現方法。其具有復用度高、節省資源、功耗低等優點。如圖2是常見的RRU下行鏈路，圖3是常見的RRU上行鏈路。圖4為本發明的RRU下行鏈路框圖。圖5為本發明的RRU上行鏈路框圖。本發明的數字上變頻器功能模塊如圖6所示，LTE射頻遠端單元數字上變頻器，由 四個內插濾波器、二選一開關、三選一開關構成，RRU中的基帶數據鏈路處理協議解析單元 分別與FPGA的高速串並轉換模塊、第一內插濾波器、二選一開關、三選一開關、第三內插濾 波器相連，第一內插濾波器依次與二選一開關、第二內插濾波器、三選一開關、第四內插濾 波器相連，第四內插濾波器與FPGA的削峰模塊相連，第三內插濾波器依次與三選一開關、 第四內插濾波器相連；第一內插濾波器1 對5MHz系統帶寬設置下的基帶數據進行內插濾波器處理，內 插後數據速率變為15. 36Msps ；二選一開關依據系統帶寬設置參數，配置第二內插濾波器2的輸入數據；
第二內插濾波器2 對二選一開關輸出的數據進行內插，內插後輸出數據速率變 為 30. 72Msps ；第三內插濾波器3 對基帶15MHz系統帶寬設置情況下的基帶數據進行內插濾波 處理，內插後數據速率變為30. 72Msps ；三選一開關依據系統帶寬設置，設置第四內插濾波器4的數據輸入；第四內插濾波器4:對三選一開關輸出的數據進行內插，內插倍數可以依據削峰 和數字預失真的需求進行調整。本發明的數字下變頻器功能模塊如圖7所示，LTE射頻遠端單元數字下變頻器，由 頻譜搬移和五個抽取濾波器、四選一開關、信道濾波器構成，頻譜搬移和第一抽取濾波器分 別與RRU中的模數轉換器、第二抽取濾波器、第三抽取濾波器相連，第二抽取濾波器、第三 抽取濾波器、第四抽取濾波器、第五抽取濾波器分別與四選一開關相連，第三抽取濾波器依 次與第四抽取濾波器、第五抽取濾波器四選一開關相連，四選一開關依次與信道濾波器和 RRU中的基帶數據鏈路處理協議解析單元相連；頻譜搬移和第一抽取濾波器1 對上行模數轉換器輸出數據進行頻譜搬移和第一 級抽取處理；第二抽取濾波器2 對第一抽取濾波器1輸出數據進行抽取，輸出23. 04Msps速率 數據；第三抽取濾波器3 對第一抽取濾波器1輸出數據進行抽取，輸出30. 72Msps速率 的數據；第四抽取濾波器4 對第三抽取濾波器3輸出的數據進行抽取，輸出15. 36Msps速 率的數據；第五抽取濾波器5 對第四抽取濾波器4輸出的數據進行抽取，輸出7.68Msps速 率的數據；四選一開關依據系統帶寬設置，對各個抽取濾波器輸出數據進行選擇，將選擇後 數據輸出給信道濾波器；信道濾波器信道濾波器為單速率信道濾波器，對四選一開關輸出的數據進行信 道濾波。一種LTE射頻遠端單元數字上變頻器和數字下變頻器帶寬靈活配置方法，數字上 變頻器帶寬靈活配置方法為根據基帶數據鏈路處理協議解析單元輸出的基帶數據速率進 入到第一內插濾波器1、二選一開關、三選一開關或第三內插濾波器3，三選一開關的將數 據直接輸出至第四內插濾波器4，內插到削峰模塊所需速率，來實現數字上變頻器帶寬靈活 配置；如果基帶數據進入第一內插濾波器1內插處理再經二選一開關將數據直接輸出至第 二內插濾波器2，經第二內插濾波器2內插處理後的數據在三選一開關的選通作用下直接 輸出至第四內插濾波器4，內插到削峰模塊所需速率；如果基帶數據進入二選一開關，二選 一開關將基帶數據鏈路處理協議解析單元輸出的基帶數據輸出至第二內插濾波器2，經第 二內插濾波器2內插處理後的數據在三選一開關的選通作用下直接輸出至第四內插濾波 器4，內插到削峰模塊所需速率；如果基帶數據進入三選一開關，三選一開關將基帶數據鏈 路處理協議解析單元輸出的基帶數據輸出至第四內插濾波器4，內插到削峰模塊所需速率； 如果基帶數據進入第三內插濾波器3，第三內插濾波器3將基帶數據鏈路處理協議解析單4元輸出的基帶數據輸出至三選一開關，三選一開關的將數據直接輸出至第四內插濾波器4， 內插到削峰模塊所需速率。數字下變頻器帶寬靈活配置方法為模數轉換器的輸出數據輸出至頻譜搬移和第 一抽取濾波器1，再經過抽取和頻譜搬移處理後的數據輸出至第三抽取濾波器3或第二抽 取濾波器2，第三抽取濾波器3輸出的數據至第四抽取濾波器4或四選一開關，第四抽取濾 波器4輸出的數據至第五抽取濾波器5或四選一開關，第二抽取濾波器2或第五抽取濾波 器5輸出的數據至四選一開關，經抽取鏈路抽取後的數據由四選一開關根據數據速率選擇 輸出到下一級的信道濾波器，再由信道濾波器輸出給基帶數據鏈路協議處理解析單元，來 實現數字下變頻器帶寬靈活配置。本發明的通用性強，架構實現簡單，有利於系統穩定性的數字上變頻器和數字下 變頻器的實現方法。其具有復用度高、節省資源、功耗低等優點。
圖1為現有的RRU應用框圖。圖2為現有的RRU下行鏈路框圖。圖3為現有的RRU上行鏈路框圖。圖4為本發明的RRU下行鏈路框圖。
圖5為本發明的RRU上行鏈路框圖。圖6為本發明的LTE帶寬可配置的數字上變頻器框圖。圖7為本發明的LTE帶寬可配置的數字下變頻器框圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步說明。本發明的數字上變頻器功能模塊如圖6所示，LTE射頻遠端單元數字上變頻器，由 四個內插濾波器、二選一開關、三選一開關構成，RRU中的基帶數據鏈路處理協議解析單元 分別與FPGA的高速串並轉換模塊、第一內插濾波器、二選一開關、三選一開關、第三內插濾 波器相連，第一內插濾波器依次與二選一開關、第二內插濾波器、三選一開關、第四內插濾 波器相連，第四內插濾波器與FPGA的削峰模塊相連，第三內插濾波器依次與三選一開關、 第四內插濾波器相連；第一內插濾波器1 對5MHz系統帶寬設置下的基帶數據進行內插濾波器處理，內 插後數據速率變為15. 36Msps ；二選一開關依據系統帶寬設置參數，配置第二內插濾波器2的輸入數據；第二內插濾波器2 對二選一開關輸出的數據進行內插，內插後輸出數據速率變 為 30. 72Msps ；第三內插濾波器3 對基帶15MHz系統帶寬設置情況下的基帶數據進行內插濾波 處理，內插後數據速率變為30. 72Msps ；三選一開關依據系統帶寬設置，設置第四內插濾波器4的數據輸入；第四內插濾波器4:對三選一開關輸出的數據進行內插，內插倍數可以依據削峰 和數字預失真的需求進行調整。
本發明的數字下變頻器功能模塊如圖7所示，LTE射頻遠端單元數字下變頻器，由 頻譜搬移和五個抽取濾波器、四選一開關、信道濾波器構成，頻譜搬移和第一抽取濾波器分 別與RRU中的模數轉換器、第二抽取濾波器、第三抽取濾波器相連，第二抽取濾波器、第三 抽取濾波器、第四抽取濾波器、第五抽取濾波器分別與四選一開關相連，第三抽取濾波器依 次與第四抽取濾波器、第五抽取濾波器四選一開關相連，四選一開關依次與信道濾波器和 RRU中的基帶數據鏈路處理協議解析單元相連；頻譜搬移和第一抽取濾波器1 對上行模數轉換器輸出數據進行頻譜搬移和第一 級抽取處理；第二抽取濾波器2 對第一抽取濾波器1輸出數據進行抽取，輸出23. 04Msps速率 數據；第三抽取濾波器3 對第一抽取濾波器1輸出數據進行抽取，輸出30. 72Msps速率 的數據；第四抽取濾波器4 對第三抽取濾波器3輸出的數據進行抽取，輸出15. 36Msps速 率的數據；第五抽取濾波器5 對第四抽取濾波器4輸出的數據進行抽取，輸出7.68Msps速 率的數據；四選一開關依據系統帶寬設置，對各個抽取濾波器輸出數據進行選擇，將選擇後 數據輸出給信道濾波器；信道濾波器信道濾波器為單速率信道濾波器，對四選一開關輸出的數據進行信 道濾波。數字上變頻部分數字上變頻的設計架構按照圖6所描述方式實施。RRU中的基 帶數據鏈路處理協議解析單元將BBU通過光纖發送的基帶數據，按照相關協議解析出來後 送給上變頻部分。由系統帶寬設置的帶寬參數決定該基帶數據進入哪級濾波器。在系統帶寬設置為5MHz情況下基帶數據鏈路處理協議解析單元輸出的基帶 數據進入到第一內插濾波器1，經過第一內插濾波器1內插處理後的輸出數據速率變 為15. 36Msps ；此時，與第一內插濾波器1連接的數據的二選一開關模塊將第一內插濾 波器1輸出的數據直接輸出至第二內插濾波器2，進一步內插至30. 72Msps，該內插後的 30. 72Msps速率的數據在三選一開關的選通作用下直接輸出至第四內插濾波器4，經過若 幹倍內插後達到削峰模塊需求後，輸出給削峰模塊；在系統帶寬設置為IOMHz情況下基帶數據鏈路處理協議解析單元輸出的 15. 36Msps基帶數據在二選一開關模塊的作用下直接輸入第二內插濾波器2，內插至 30. 72Msps ；再經過三選一開關直接輸入第四內插濾波器4，內插若干倍後，輸出給削峰模 塊；在系統帶寬設置為15MHz情況下基帶數據鏈路處理協議解析單元輸出的 23. 04Msps基帶數據直接經過第三內插濾波器3，內插至30. 72Msps ；經過三選一開關的選 擇輸出至第四內插濾波器4，內插若干倍後，輸出給削峰模塊；(4)在系統帶寬設置為20MHz情況下基帶數據鏈路處理協議解析單元輸出的 30. 72Msps的基帶數據直接由三選一開關模塊選擇後送給第四內插濾波器4，內插若干倍 後，輸出給削峰模塊。
數字下變頻部分按照圖7所描述方式實施，ADC採樣數據經過FPGA的頻譜搬移 和抽取濾波處理後，送給基帶數據鏈路協議處理解析單元處理。基帶數據鏈路協議處理解 析單元對數據進行組幀和並串轉換後，使用光纖接口將下變頻器抽取的數據完整的傳輸至 BBU(Base Band Unit，基帶單元)。(1)在系統帶寬設置為5MHz情況下模數轉換器的輸出數據輸出至頻譜搬移和第 一抽取濾波器1，經過抽取和頻譜搬移處理後的數據將輸出至第三抽取濾波器3以及第四 抽取濾波器4和第五抽取濾波器5級聯的抽取鏈路，抽取完畢後數據速率變為7. 68Msps ； 該抽取後的數據由四選一開關模塊選擇輸出到下一級的信道濾波器，最後，信道濾波器的 輸出數據輸出給基帶數據鏈路協議處理解析單元；(2)在系統帶寬設置為IOMHz情況下，模數轉換器的輸出數據經過頻譜搬移和第 一抽取濾波器1抽取和頻譜搬移處理後，送至第三抽取濾波器3以及第四抽取濾波器4的 抽取鏈路，抽取完畢後數據速率變為15. 36Msps,該抽取後的數據由四選一開關模塊選擇 輸出到下一級的信道濾波器；信道濾波器的輸出數據輸出給基帶數據鏈路協議處理解析單 元；(3)在系統帶寬設置為15MHz情況下，模數轉換器的輸出數據經過頻譜搬移和第 一抽取濾波器1抽取和頻譜搬移處理後，送至第二抽取濾波器2的抽取鏈路，抽取完畢後數 據速率變為23. 04Msps ；該抽取後的數據由四選一開關模塊選擇輸出到下一級的信道濾波 器；信道濾波器的輸出數據輸出給基帶數據鏈路協議處理解析單元。(4)在系統帶寬設置為20MHz情況下，模數轉換器的輸出數據經過頻譜搬移和第 一抽取濾波器1抽取和頻譜搬移處理後，送至第三抽取濾波器3的抽取鏈路，抽取完畢後數 據速率變為30. 72Msps，該抽取後的數據由四選一開關模塊選擇輸出到下一級的信道濾波 器；信道濾波器的輸出數據輸出給基帶數據鏈路協議處理解析單元。本發明的上述實例僅僅為說明本發明的方法實現，任何熟悉該技術的人在本發明 所揭露的技術範圍內，都可輕易想到其變化和替換，因此本發明保護範圍都應涵蓋在由權 利要求書所限定的保護範圍之內。權利要求
1.LTE射頻遠端單元數字上變頻器，由四個內插濾波器、二選一開關、三選一開關構成， 其特徵在於RRU中的基帶數據鏈路處理協議解析單元分別與FPGA的高速串並轉換模塊、 第一內插濾波器、二選一開關、三選一開關、第三內插濾波器相連，第一內插濾波器依次與 二選一開關、第二內插濾波器、三選一開關、第四內插濾波器相連，第四內插濾波器與FPGA 的削峰模塊相連，第三內插濾波器依次與三選一開關、第四內插濾波器相連。
2.LTE射頻遠端單元數字下變頻器，由頻譜搬移和五個抽取濾波器、四選一開關、信道 濾波器構成，其特徵在於頻譜搬移和第一抽取濾波器分別與RRU中的模數轉換器、第二抽 取濾波器、第三抽取濾波器相連，第二抽取濾波器、第三抽取濾波器、第四抽取濾波器、第五 抽取濾波器分別與四選一開關相連，第三抽取濾波器依次與第四抽取濾波器、第五抽取濾 波器四選一開關相連，四選一開關依次與信道濾波器和RRU中的基帶數據鏈路處理協議解 析單元相連。
3.—種LTE射頻遠端單元數字上變頻器帶寬靈活配置方法，根據基帶數據鏈路處理協 議解析單元輸出的基帶數據速率進入到第一內插濾波器、二選一開關、三選一開關或第三 內插濾波器，三選一開關的將數據直接輸出至第四內插濾波器，內插到削峰模塊所需速率， 來實現數字上變頻器帶寬靈活配置；如果基帶數據進入第一內插濾波器內插處理再經二選 一開關將數據直接輸出至第二內插濾波器，經第二內插濾波器內插處理後的數據在三選一 開關的選通作用下直接輸出至第四內插濾波器，內插到削峰模塊所需速率；如果基帶數據 進入二選一開關，二選一開關將基帶數據鏈路處理協議解析單元輸出的基帶數據輸出至第 二內插濾波器，經第二內插濾波器內插處理後的數據在三選一開關的選通作用下直接輸出 至第四內插濾波器，內插到削峰模塊所需速率；如果基帶數據進入三選一開關，三選一開關 將基帶數據鏈路處理協議解析單元輸出的基帶數據輸出至第四內插濾波器，內插到削峰模 塊所需速率；如果基帶數據進入第三內插濾波器，第三內插濾波器將基帶數據鏈路處理協 議解析單元輸出的基帶數據輸出至三選一開關，三選一開關的將數據直接輸出至第四內插 濾波器，內插到削峰模塊所需速率。
4.一種LTE射頻遠端單元數字下變頻器帶寬靈活配置方法，模數轉換器的輸出數據輸 出至頻譜搬移和第一抽取濾波器，再經過抽取和頻譜搬移處理後的數據輸出至第三抽取濾 波器或第二抽取濾波器，第三抽取濾波器輸出的數據至第四抽取濾波器或四選一開關，第 四抽取濾波器輸出的數據至第五抽取濾波器或四選一開關，第二抽取濾波器或第五抽取濾 波器輸出的數據至四選一開關，經抽取鏈路抽取後的數據由四選一開關根據數據速率選擇 輸出到下一級的信道濾波器，再由信道濾波器輸出給基帶數據鏈路協議處理解析單元，來 實現數字下變頻器帶寬靈活配置。
全文摘要
本發明涉及一種LTE 射頻遠端單元數字上變頻器和數字下變頻及帶寬靈活配置方法，本發明克服了傳統方法存在的缺陷，以保證數字上變頻器和數字下變頻器帶寬可配置為核心，具有通用性強，架構實現簡單，有利於系統穩定性的數字上變頻器和數字下變頻器的實現方法。本發明中所提及的數字上變頻和數字下變頻有利於FPGA資源的合理分配以及RRU系統的平滑升級。
文檔編號H04W88/08GK102055407SQ20101058890
公開日2011年5月11日 申請日期2010年12月15日 優先權日2010年12月15日
發明者周世軍, 曹雨, 杜仲, 江浩洋, 王冉, 邢凌燕, 陳付齊 申請人:武漢郵電科學研究院