第五代微波基站收、發信機及其實現方法與流程
2023-07-12 13:13:51
本發明涉及通信技術領域，特別涉及一種第五代5G通信系統基站收發信機及其實現方法。
背景技術：
5G通信要在未來的無線網絡業務能力上有很大提升，需要進一步挖掘新的頻譜資源向6GHz頻率以上的微波頻譜擴展。微波點對點所用的收發信機是採用二次變頻方案將微波信號轉到中頻信號實現接收，採用二次變頻方案將中頻信號轉到微波信號實現發送，如圖1。但是該方案對基站並不適用，因為微波點對點系統對帶外的雜散和幹擾性能沒有要求，基站對發射雜散和接收阻塞要求較高，二次變頻方案帶來的多種頻率組合成分，對鏈路的濾波器要求增加。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是，提供一種第五代微波基站收發信機及其實現方法，以解決5G通信中基站無法實現微波收發信的問題。
為了解決上述技術問題，本發明公開了一種第五代微波基站收信的實現方法，該方法包括：
接收到移動臺發送的上行微波信號時，將收到的微波信號進行放大以及濾波處理；
對濾波處理後的微波信號進行一次變頻得到射頻信號；
將變頻後的射頻信號進行信號放大和濾波處理後，將處理後的射頻信號 進行射頻採樣轉換為基帶數位訊號，再對轉換後的基帶數據信號進行數位訊號處理。
可選地，上述方法中，對濾波處理後的微波信號進行一次變頻得到射頻信號包括：
採用混頻器方式或IQ解調器方式對處理後的微波信號進行變頻得到射頻信號。
可選地，上述方法中，對處理後的微波信號進行一次變頻得到射頻信號後，該方法還包括：
對變頻引入的組合頻率雜散進行濾除。
另外，本發明還公開了一種第五代微波基站發信的實現方法，該方法包括：
發送下行信號時，將待發射的基帶數位訊號進行射頻採樣轉換為射頻信號；
對轉換後的射頻信號進行濾波處理；
對濾波處理後的射頻信號進行一次變頻得到微波信號；
將變頻後的微波信號進行信號放大和濾波處理後發送。
可選地，上述方法中，對濾波處理後的射頻信號進行一次變頻得到微波信號包括：
採用混頻器方式或IQ解調器方式對處理後的射頻信號進行變頻得到微波信號。
可選地，上述方法中，對處理後的微波信號進行一次變頻得到射頻信號後，該方法還包括：
對變頻引入的組合頻率雜散進行濾除。
本發明還公開了一種第五代微波基站收信機，包括：
第一單元，接收到移動臺發送的上行微波信號時，將收到的微波信號進行信號放大以及濾波處理；
變頻單元，對所述第一單元處理後的微波信號進行一次變頻得到射頻信號；
第二單元，將所述第一變頻單元變頻後的射頻信號進行信號放大和濾波處理後，將處理後的射頻信號進行射頻採樣轉換為基帶數位訊號；
數字處理單元，對轉換後的基帶數據信號進行數位訊號處理。
可選地，上述基站收信機中，所述第一單元至少包括：
低噪聲放大器，將收到的微波信號進行信號放大；
微波濾波器，將信號放大後的微波信號進行濾波。
可選地，上述基站收信機中，所述變頻單元採用混頻器或IQ解調器對處理後的微波信號進行變頻得到射頻信號。
可選地，上述基站收信機中，所述第二單元至少包括：
射頻可調放大增益模塊，將變頻後的射頻信號進行信號放大；
射頻濾波器，將信號放大後的射頻信號進行濾波處理；
射頻採樣模數轉模塊，將處理後的射頻信號進行射頻採樣轉換為基帶數位訊號。
另外，本發明還公開了一種第五代微波基站發信機，包括：
第一單元，在基站要發送下行信號時，將待發射的基帶數位訊號進行射頻採樣轉換為射頻信號，並對轉換後的射頻信號進行濾波處理；
變頻單元，對所述第一單元處理後的射頻信號進行一次變頻得到微波信號；
第二單元，將所述變頻單元變頻後的微波信號進行信號放大和功率放大後發送。
可選地，上述基站發信機中，所述第一單元包括：
射頻採樣數模轉模塊，將待發射的基帶數位訊號進行射頻採樣轉換為射頻信號；
射頻濾波器，對轉換後的射頻信號進行濾波處理。
可選地，上述基站發信機中，所述變頻單元採用混頻器或IQ解調器對處理後的射頻信號進行變頻得到微波信號。
可選地，上述基站發信機中，所述第二單元包括：
微波可調增益放大模塊，將變頻後的微波信號進行信號放大；
微波功放模塊，將放大後的微波信號進行功率放大。
本申請技術方案通過射頻採樣技術和一次變頻實現從基帶數位訊號到微波信號以及從微波信號變換到基帶數位訊號的收、發信機，減輕了鏈路上濾波器的壓力，使鏈路方案更加簡單。
附圖說明
圖1為現有微波點對點鏈路方案；
圖2為本發明提出的第五代通信系統微波基站射頻鏈路架構；
圖3為本發明提出的第五代通信系統微波基站的信號處理流程；
圖4為本發明提出的多路接收機結構圖；
圖5為本發明提出的多路發射機結構圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下文將結合附圖對本發明技術方案作進一步詳細說明。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特徵可以任意相互組合。
實施例1
本申請發明人提出，可以用射頻採樣DAC將基帶信號變頻為射頻頻率，然後經一次變頻將射頻信號轉為微波頻率信號，再將微波信號一次變頻為射頻信號，然後用射頻採樣ADC將射頻信號轉為基帶信號後送到數字處理模 塊。
基於上述思想，本實施例提供一種5G微波收發信機實現方法，以解決如何用簡化的鏈路實現微波和基帶信號之間的互相轉換。首先從接收機的處理來描述，此方法包括如下步驟：
步驟100，接收到移動臺發送的上行微波信號時，將收到的微波信號進行放大以及濾波處理；
步驟101，對濾波處理後的微波信號進行一次變頻得到射頻信號；
該步驟中，可以採用混頻器方式或IQ解調器方式對處理後的微波信號進行變頻得到射頻信號。
步驟102，將變頻後的射頻信號進行信號放大和濾波處理後，將處理後的射頻信號進行射頻採樣轉換為基帶數位訊號，再對轉換後的基帶數據信號進行數位訊號處理。
其中，將變頻後的射頻信號進行信號放大和濾波處理後還可以雜散進行濾除。
下面從發送機處理流程來描述，上述方法包括如下步驟：
步驟200，發送下行信號時，將待發射的基帶數位訊號進行射頻採樣轉換為射頻信號；
步驟201，對轉換後的射頻信號進行濾波處理；
步驟202，對濾波處理後的射頻信號進行一次變頻得到微波信號；
該步驟可以採用混頻器方式或IQ解調器方式對處理後的射頻信號進行變頻得到微波信號。
步驟203，將變頻後的微波信號進行信號放大和濾波處理後發送。
優選地，還可以對變頻引入的組合頻率雜散進行濾除。
實施例2
本實施例提供一種第五代微波基站收信機以及發信機，其中，收信機部 分主要包括如下各單元。
第一單元，接收到移動臺發送的上行微波信號時，將收到的微波信號進行信號放大以及濾波處理；
變頻單元，對第一單元處理後的微波信號進行一次變頻得到射頻信號；
第二單元，將第一變頻單元變頻後的射頻信號進行信號放大和濾波處理後，將處理後的射頻信號進行射頻採樣轉換為基帶數位訊號；
數字處理單元，對轉換後的基帶數據信號進行數位訊號處理。
發送機部分主要包括如下各單元。
第一單元，在基站要發送下行信號時，將待發射的基帶數位訊號進行射頻採樣轉換為射頻信號，並對轉換後的射頻信號進行濾波處理；
變頻單元，對第一單元處理後的射頻信號進行一次變頻得到微波信號；
第二單元，將上述變頻單元變頻後的微波信號進行信號放大和功率放大後發送。
下面結合附圖說明上述基站收發信機的優選實施方式。
圖2為該發明提出的一種優選的第五代通信系統微波基站收信機結構圖，其中接收機部分包括：
低噪聲放大器模塊，用於將接收到的微波信號進行低噪聲放大；
微波濾波器模塊，用於將接收到的其他無用幹擾信號濾除，如果無幹擾信號可以去掉該濾波器模塊；
上述低噪聲放大器模塊和微波濾波器模塊可集成為收集機的第一單元。
下變頻模塊，將接收到的微波信號一次下變頻到射頻頻率信號，具體地，下變頻過程可以有兩種實現方式，例如混頻器方式和IQ解調器方式；
上述下變頻模塊即為變頻單元。
本振模塊，用於給變頻模塊提供變頻的本振信號；
射頻增益可調放大器模塊，用於將變頻後的射頻信號進行適當的增益放大或者衰減；射頻濾波器模塊，用於將變頻引入的組合頻率雜散濾除；
射頻採樣ADC模塊，將射頻信號直接採樣轉為基帶數位訊號，之後進行數位訊號處理。
其中，上述射頻增益可調放大器模塊、射頻濾波器模塊和射頻採樣ADC模塊可集成為收信機的第二單元。
其中發信機部分包括：
射頻採樣DAC模塊，將經數字處理後的基帶信號直接採樣轉為射頻信號；
射頻濾波器模塊，用於濾除DAC帶來的時鐘和鏡頻等雜散；
上述射頻採樣DAC模塊和射頻濾波器模塊可集成為發信機的第一單元。
上變頻模塊，將經濾波後的射頻信號一次上變頻轉為微波信號，對應地，上變頻過程也可以有兩種實現方式，例如混頻器方式和IQ調製器方式；
上述上變頻模塊即為變頻單元。
本振模塊，用於提供變頻模塊的本振信號；
微波可調增益放大模塊，用於將上變頻後的微波信號進行增益放大；
微波功放模塊，用於將微波信號進行大功率放大到系統需要的功率。
上述微波可調增益放大模塊和微波功放模塊可集成為發信機的第二單元。
下面結合附圖說明上述基站收、發信機的具體工作過程。
圖3為本發明方案的5G微波信號的收發信號處理流程圖，其中圖3(a)為基站接收機部分信號處理流程，圖3(b)為基站發射部分信號處理流程。
301-a為第五代通信系統微波天線，天線的形式可以是多通道陣列天線或者其他，同時或者分時將基站信號發射或將行動裝置的信號接收；
302-a為第五代通信系統微波雙工器，雙工器可以是全雙工或者半雙工，包括接收濾波器和發射濾波器，該部分是指接收濾波器，將天線接收到的信號濾波後送到接收機；
303-a將接收到的微波信號進行處理，一般是進行放大和濾波，放大模 塊需要增益可調，然後根據具體系統的雜散要求選擇合適的濾波器；
304-a將處理後的微波信號通過變頻器，一次變頻後轉為射頻頻率信號；
305-a將變頻後的射頻信號進行信號處理，一般是進行放大和濾波，放大模塊需要增益可調，濾波模塊將變頻產生頻率組合雜散濾除；
306-a對經濾波後的乾淨的射頻頻率信號進行射頻採樣轉為基帶數位訊號，之後進行數位訊號處理；
301-b將發射的基帶射頻信號進行射頻採樣後轉為射頻信號；
302-b發射的射頻信號處理，一般是濾波，將射頻採樣輸出的其他雜散比如鏡頻雜散濾除；
303-b發射射頻信號一次變頻，將射頻信號上變頻為微波信號；
304-b將變頻後的微波信號進行放大處理，放大部分包括小信號放大器和功放；
305-b將放大後的微波信號後送到雙工器通過發射濾波器進行濾波，將發射機內部產生的各種雜散進行濾除；
306-b將經濾波後的微波信號送至天線發射。
還要說明的是，第五代通信系統的關鍵技術是Massive MIMO，收發通道是多路輸入輸出，圖4即為多路接收機的結構示例圖，其包括如下各單元：
陣列天線,用於多天線接收；
雙工器，包括接收濾波器和發射濾波器，此處是指雙工器的接收濾波器用於將天線接收到的帶外信號濾除；
低噪聲放大器，用於將天線接收到的多路微波信號進行低噪聲放大；
微波濾波器，用於將接收到的空間雜散信號濾除；
上述低噪聲放大器和微波濾波器可集成為第一單元。
下變頻器，將接收到的微波信號一次變頻為射頻信號；
上述下變頻器即為變頻單元。
鎖相環，提供下變頻器的變頻信號；
射頻可調增益放大器，用於調整鏈路的增益，實現對小信號放大和對大信號衰減的功能；
射頻濾波器，將變頻帶來的頻率組合雜散濾除；
射頻採樣ADC，將射頻信號直接採樣變為基帶數位訊號。
上述射頻可調增益放大器、射頻濾波器和射頻採樣ADC可集成為第二單元。
圖5是多通道發射機結構示例圖，包括：
射頻採樣DAC，基帶數位訊號直接採樣變頻射頻頻率信號；
射頻濾波器，用於濾除射頻採樣DAC帶來的鏡頻和時鐘等雜散；
上述射頻採樣DAC和射頻濾波器可集成為發信機的第一單元。
上變頻器，將射頻信號一次變頻為微波頻率信號；
上述上變頻器即為發信機的變頻單元。
微波頻段可調增益放大器，用於將變頻後的微波小信號放大，還包括增益調整的功能；
功放，將微波信號進行大功率放大；雙工器，包括接收濾波器和發射濾波器，此處是指雙工器的發射濾波器用於將發射機內部產生的雜散濾除；
上述微波頻段可調增益放大器、功放和雙工器可集成為發信機的第二單元。
陣列天線，實現多路發射。
其中多通道的接收機和發射機，多通道之間的相位調整可以在數位訊號部分進行處理。
從上述實施例可以看出，本申請技術方案可以實現微波信號的收發，且本申請採用了新技術射頻採樣，簡化鏈路架構並降低鏈路上濾波器實現難度。 同時，本申請技術方案採用一次變頻的方式，與微波點對點的實現方式相比減少的變頻的次數，縮短鏈路長度。
本領域普通技術人員可以理解上述方法中的全部或部分步驟可通過程序來指令相關硬體完成，所述程序可以存儲於計算機可讀存儲介質中，如只讀存儲器、磁碟或光碟等。可選地，上述實施例的全部或部分步驟也可以使用一個或多個集成電路來實現。相應地，上述實施例中的各模塊/單元可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能模塊的形式實現。本申請不限制於任何特定形式的硬體和軟體的結合。
以上所述，僅為本發明的較佳實例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。