专利名称：Lte射频远端单元数字上下变频器及带宽灵活配置方法
技术领域：
本发明涉及一种在LTE远端射频单元系统内所使用的数字上变频器和数字下变 频器及带宽灵活配置方法。
背景技术：
在分布式基站系统中，RRU (Remote Radio Unit，远端射频单元)的作用主要是 完成从基带载波数据到射频信号的调制，以及从射频信号到基带载波数据的解调，其与 BBU(Base Band Unit，基带单元)的关系如附图1所示。为适应移动通信技术的不断发展，各运营商对RRU提出了越来越高的要求，除了 要求产品功能稳定可靠外，还要求软硬件支持平滑升级、兼容性强、成本低廉、绿色环保等， 这就使得RRU在实现方式上必须采用软件无线电平台，利用数字信号处理技术实现上述功 能。由于FPGA(现场可编程门阵列)具有工艺成熟、性价比高、系列产品兼容性好、实现灵 活简单等优点，已成为软件无线电平台中不可缺少的重要器件。RRU中的上变频器和下变频器是RRU中的重要组成部分，由于FPGA的灵活可配， 利于RRU的平滑升级等优点，使得利用FPGA来实现数字上变频器和数字下变频器成为各个 RRU厂商的第一选择。由于在LTE通信协议标准中，RRU的系统带宽是可配置的。合理的数字上变频和 下变频设计有利于FPGA的资源合理分配以及RRU系统的平滑升级。图2和图3分别是传 统方法的带宽可配置的上变频器和下变频器的架构，其消耗资源较多、功耗较大。
发明内容
本发明的目的为了克服传统方法的上述缺陷，而提供一种LTE射频远端单元数字 上变频器和数字下变频器及带宽灵活配置方法，保证数字上变频器和数字下变频器带宽灵 活配置，且本发明通用性强，架构实现简单，有利于系统稳定性的数字上变频器和数字下变 频器的实现方法。其具有复用度高、节省资源、功耗低等优点。如图2是常见的RRU下行链路，图3是常见的RRU上行链路。图4为本发明的RRU下行链路框图。图5为本发明的RRU上行链路框图。本发明的数字上变频器功能模块如图6所示，LTE射频远端单元数字上变频器，由 四个内插滤波器、二选一开关、三选一开关构成，RRU中的基带数据链路处理协议解析单元 分别与FPGA的高速串并转换模块、第一内插滤波器、二选一开关、三选一开关、第三内插滤 波器相连，第一内插滤波器依次与二选一开关、第二内插滤波器、三选一开关、第四内插滤 波器相连，第四内插滤波器与FPGA的削峰模块相连，第三内插滤波器依次与三选一开关、 第四内插滤波器相连；第一内插滤波器1 对5MHz系统带宽设置下的基带数据进行内插滤波器处理，内 插后数据速率变为15. 36Msps ；二选一开关依据系统带宽设置参数，配置第二内插滤波器2的输入数据；
第二内插滤波器2 对二选一开关输出的数据进行内插，内插后输出数据速率变 为 30. 72Msps ；第三内插滤波器3 对基带15MHz系统带宽设置情况下的基带数据进行内插滤波 处理，内插后数据速率变为30. 72Msps ；三选一开关依据系统带宽设置，设置第四内插滤波器4的数据输入；第四内插滤波器4:对三选一开关输出的数据进行内插，内插倍数可以依据削峰 和数字预失真的需求进行调整。本发明的数字下变频器功能模块如图7所示，LTE射频远端单元数字下变频器，由 频谱搬移和五个抽取滤波器、四选一开关、信道滤波器构成，频谱搬移和第一抽取滤波器分 别与RRU中的模数转换器、第二抽取滤波器、第三抽取滤波器相连，第二抽取滤波器、第三 抽取滤波器、第四抽取滤波器、第五抽取滤波器分别与四选一开关相连，第三抽取滤波器依 次与第四抽取滤波器、第五抽取滤波器四选一开关相连，四选一开关依次与信道滤波器和 RRU中的基带数据链路处理协议解析单元相连；频谱搬移和第一抽取滤波器1 对上行模数转换器输出数据进行频谱搬移和第一 级抽取处理；第二抽取滤波器2 对第一抽取滤波器1输出数据进行抽取，输出23. 04Msps速率 数据；第三抽取滤波器3 对第一抽取滤波器1输出数据进行抽取，输出30. 72Msps速率 的数据；第四抽取滤波器4 对第三抽取滤波器3输出的数据进行抽取，输出15. 36Msps速 率的数据；第五抽取滤波器5 对第四抽取滤波器4输出的数据进行抽取，输出7.68Msps速 率的数据；四选一开关依据系统带宽设置，对各个抽取滤波器输出数据进行选择，将选择后 数据输出给信道滤波器；信道滤波器信道滤波器为单速率信道滤波器，对四选一开关输出的数据进行信 道滤波。一种LTE射频远端单元数字上变频器和数字下变频器带宽灵活配置方法，数字上 变频器带宽灵活配置方法为根据基带数据链路处理协议解析单元输出的基带数据速率进 入到第一内插滤波器1、二选一开关、三选一开关或第三内插滤波器3，三选一开关的将数 据直接输出至第四内插滤波器4，内插到削峰模块所需速率，来实现数字上变频器带宽灵活 配置；如果基带数据进入第一内插滤波器1内插处理再经二选一开关将数据直接输出至第 二内插滤波器2，经第二内插滤波器2内插处理后的数据在三选一开关的选通作用下直接 输出至第四内插滤波器4，内插到削峰模块所需速率；如果基带数据进入二选一开关，二选 一开关将基带数据链路处理协议解析单元输出的基带数据输出至第二内插滤波器2，经第 二内插滤波器2内插处理后的数据在三选一开关的选通作用下直接输出至第四内插滤波 器4，内插到削峰模块所需速率；如果基带数据进入三选一开关，三选一开关将基带数据链 路处理协议解析单元输出的基带数据输出至第四内插滤波器4，内插到削峰模块所需速率； 如果基带数据进入第三内插滤波器3，第三内插滤波器3将基带数据链路处理协议解析单4元输出的基带数据输出至三选一开关，三选一开关的将数据直接输出至第四内插滤波器4， 内插到削峰模块所需速率。数字下变频器带宽灵活配置方法为模数转换器的输出数据输出至频谱搬移和第 一抽取滤波器1，再经过抽取和频谱搬移处理后的数据输出至第三抽取滤波器3或第二抽 取滤波器2，第三抽取滤波器3输出的数据至第四抽取滤波器4或四选一开关，第四抽取滤 波器4输出的数据至第五抽取滤波器5或四选一开关，第二抽取滤波器2或第五抽取滤波 器5输出的数据至四选一开关，经抽取链路抽取后的数据由四选一开关根据数据速率选择 输出到下一级的信道滤波器，再由信道滤波器输出给基带数据链路协议处理解析单元，来 实现数字下变频器带宽灵活配置。本发明的通用性强，架构实现简单，有利于系统稳定性的数字上变频器和数字下 变频器的实现方法。其具有复用度高、节省资源、功耗低等优点。
图1为现有的RRU应用框图。图2为现有的RRU下行链路框图。图3为现有的RRU上行链路框图。图4为本发明的RRU下行链路框图。
图5为本发明的RRU上行链路框图。图6为本发明的LTE带宽可配置的数字上变频器框图。图7为本发明的LTE带宽可配置的数字下变频器框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明。本发明的数字上变频器功能模块如图6所示，LTE射频远端单元数字上变频器，由 四个内插滤波器、二选一开关、三选一开关构成，RRU中的基带数据链路处理协议解析单元 分别与FPGA的高速串并转换模块、第一内插滤波器、二选一开关、三选一开关、第三内插滤 波器相连，第一内插滤波器依次与二选一开关、第二内插滤波器、三选一开关、第四内插滤 波器相连，第四内插滤波器与FPGA的削峰模块相连，第三内插滤波器依次与三选一开关、 第四内插滤波器相连；第一内插滤波器1 对5MHz系统带宽设置下的基带数据进行内插滤波器处理，内 插后数据速率变为15. 36Msps ；二选一开关依据系统带宽设置参数，配置第二内插滤波器2的输入数据；第二内插滤波器2 对二选一开关输出的数据进行内插，内插后输出数据速率变 为 30. 72Msps ；第三内插滤波器3 对基带15MHz系统带宽设置情况下的基带数据进行内插滤波 处理，内插后数据速率变为30. 72Msps ；三选一开关依据系统带宽设置，设置第四内插滤波器4的数据输入；第四内插滤波器4:对三选一开关输出的数据进行内插，内插倍数可以依据削峰 和数字预失真的需求进行调整。
本发明的数字下变频器功能模块如图7所示，LTE射频远端单元数字下变频器，由 频谱搬移和五个抽取滤波器、四选一开关、信道滤波器构成，频谱搬移和第一抽取滤波器分 别与RRU中的模数转换器、第二抽取滤波器、第三抽取滤波器相连，第二抽取滤波器、第三 抽取滤波器、第四抽取滤波器、第五抽取滤波器分别与四选一开关相连，第三抽取滤波器依 次与第四抽取滤波器、第五抽取滤波器四选一开关相连，四选一开关依次与信道滤波器和 RRU中的基带数据链路处理协议解析单元相连；频谱搬移和第一抽取滤波器1 对上行模数转换器输出数据进行频谱搬移和第一 级抽取处理；第二抽取滤波器2 对第一抽取滤波器1输出数据进行抽取，输出23. 04Msps速率 数据；第三抽取滤波器3 对第一抽取滤波器1输出数据进行抽取，输出30. 72Msps速率 的数据；第四抽取滤波器4 对第三抽取滤波器3输出的数据进行抽取，输出15. 36Msps速 率的数据；第五抽取滤波器5 对第四抽取滤波器4输出的数据进行抽取，输出7.68Msps速 率的数据；四选一开关依据系统带宽设置，对各个抽取滤波器输出数据进行选择，将选择后 数据输出给信道滤波器；信道滤波器信道滤波器为单速率信道滤波器，对四选一开关输出的数据进行信 道滤波。数字上变频部分数字上变频的设计架构按照图6所描述方式实施。RRU中的基 带数据链路处理协议解析单元将BBU通过光纤发送的基带数据，按照相关协议解析出来后 送给上变频部分。由系统带宽设置的带宽参数决定该基带数据进入哪级滤波器。在系统带宽设置为5MHz情况下基带数据链路处理协议解析单元输出的基带 数据进入到第一内插滤波器1，经过第一内插滤波器1内插处理后的输出数据速率变 为15. 36Msps ；此时，与第一内插滤波器1连接的数据的二选一开关模块将第一内插滤 波器1输出的数据直接输出至第二内插滤波器2，进一步内插至30. 72Msps，该内插后的 30. 72Msps速率的数据在三选一开关的选通作用下直接输出至第四内插滤波器4，经过若 干倍内插后达到削峰模块需求后，输出给削峰模块；在系统带宽设置为IOMHz情况下基带数据链路处理协议解析单元输出的 15. 36Msps基带数据在二选一开关模块的作用下直接输入第二内插滤波器2，内插至 30. 72Msps ；再经过三选一开关直接输入第四内插滤波器4，内插若干倍后，输出给削峰模 块；在系统带宽设置为15MHz情况下基带数据链路处理协议解析单元输出的 23. 04Msps基带数据直接经过第三内插滤波器3，内插至30. 72Msps ；经过三选一开关的选 择输出至第四内插滤波器4，内插若干倍后，输出给削峰模块；(4)在系统带宽设置为20MHz情况下基带数据链路处理协议解析单元输出的 30. 72Msps的基带数据直接由三选一开关模块选择后送给第四内插滤波器4，内插若干倍 后，输出给削峰模块。
数字下变频部分按照图7所描述方式实施，ADC采样数据经过FPGA的频谱搬移 和抽取滤波处理后，送给基带数据链路协议处理解析单元处理。基带数据链路协议处理解 析单元对数据进行组帧和并串转换后，使用光纤接口将下变频器抽取的数据完整的传输至 BBU(Base Band Unit，基带单元)。(1)在系统带宽设置为5MHz情况下模数转换器的输出数据输出至频谱搬移和第 一抽取滤波器1，经过抽取和频谱搬移处理后的数据将输出至第三抽取滤波器3以及第四 抽取滤波器4和第五抽取滤波器5级联的抽取链路，抽取完毕后数据速率变为7. 68Msps ； 该抽取后的数据由四选一开关模块选择输出到下一级的信道滤波器，最后，信道滤波器的 输出数据输出给基带数据链路协议处理解析单元；(2)在系统带宽设置为IOMHz情况下，模数转换器的输出数据经过频谱搬移和第 一抽取滤波器1抽取和频谱搬移处理后，送至第三抽取滤波器3以及第四抽取滤波器4的 抽取链路，抽取完毕后数据速率变为15. 36Msps,该抽取后的数据由四选一开关模块选择 输出到下一级的信道滤波器；信道滤波器的输出数据输出给基带数据链路协议处理解析单 元；(3)在系统带宽设置为15MHz情况下，模数转换器的输出数据经过频谱搬移和第 一抽取滤波器1抽取和频谱搬移处理后，送至第二抽取滤波器2的抽取链路，抽取完毕后数 据速率变为23. 04Msps ；该抽取后的数据由四选一开关模块选择输出到下一级的信道滤波 器；信道滤波器的输出数据输出给基带数据链路协议处理解析单元。(4)在系统带宽设置为20MHz情况下，模数转换器的输出数据经过频谱搬移和第 一抽取滤波器1抽取和频谱搬移处理后，送至第三抽取滤波器3的抽取链路，抽取完毕后数 据速率变为30. 72Msps，该抽取后的数据由四选一开关模块选择输出到下一级的信道滤波 器；信道滤波器的输出数据输出给基带数据链路协议处理解析单元。本发明的上述实例仅仅为说明本发明的方法实现，任何熟悉该技术的人在本发明 所揭露的技术范围内，都可轻易想到其变化和替换，因此本发明保护范围都应涵盖在由权 利要求书所限定的保护范围之内。权利要求
1.LTE射频远端单元数字上变频器，由四个内插滤波器、二选一开关、三选一开关构成， 其特征在于RRU中的基带数据链路处理协议解析单元分别与FPGA的高速串并转换模块、 第一内插滤波器、二选一开关、三选一开关、第三内插滤波器相连，第一内插滤波器依次与 二选一开关、第二内插滤波器、三选一开关、第四内插滤波器相连，第四内插滤波器与FPGA 的削峰模块相连，第三内插滤波器依次与三选一开关、第四内插滤波器相连。
2.LTE射频远端单元数字下变频器，由频谱搬移和五个抽取滤波器、四选一开关、信道 滤波器构成，其特征在于频谱搬移和第一抽取滤波器分别与RRU中的模数转换器、第二抽 取滤波器、第三抽取滤波器相连，第二抽取滤波器、第三抽取滤波器、第四抽取滤波器、第五 抽取滤波器分别与四选一开关相连，第三抽取滤波器依次与第四抽取滤波器、第五抽取滤 波器四选一开关相连，四选一开关依次与信道滤波器和RRU中的基带数据链路处理协议解 析单元相连。
3.—种LTE射频远端单元数字上变频器带宽灵活配置方法，根据基带数据链路处理协 议解析单元输出的基带数据速率进入到第一内插滤波器、二选一开关、三选一开关或第三 内插滤波器，三选一开关的将数据直接输出至第四内插滤波器，内插到削峰模块所需速率， 来实现数字上变频器带宽灵活配置；如果基带数据进入第一内插滤波器内插处理再经二选 一开关将数据直接输出至第二内插滤波器，经第二内插滤波器内插处理后的数据在三选一 开关的选通作用下直接输出至第四内插滤波器，内插到削峰模块所需速率；如果基带数据 进入二选一开关，二选一开关将基带数据链路处理协议解析单元输出的基带数据输出至第 二内插滤波器，经第二内插滤波器内插处理后的数据在三选一开关的选通作用下直接输出 至第四内插滤波器，内插到削峰模块所需速率；如果基带数据进入三选一开关，三选一开关 将基带数据链路处理协议解析单元输出的基带数据输出至第四内插滤波器，内插到削峰模 块所需速率；如果基带数据进入第三内插滤波器，第三内插滤波器将基带数据链路处理协 议解析单元输出的基带数据输出至三选一开关，三选一开关的将数据直接输出至第四内插 滤波器，内插到削峰模块所需速率。
4.一种LTE射频远端单元数字下变频器带宽灵活配置方法，模数转换器的输出数据输 出至频谱搬移和第一抽取滤波器，再经过抽取和频谱搬移处理后的数据输出至第三抽取滤 波器或第二抽取滤波器，第三抽取滤波器输出的数据至第四抽取滤波器或四选一开关，第 四抽取滤波器输出的数据至第五抽取滤波器或四选一开关，第二抽取滤波器或第五抽取滤 波器输出的数据至四选一开关，经抽取链路抽取后的数据由四选一开关根据数据速率选择 输出到下一级的信道滤波器，再由信道滤波器输出给基带数据链路协议处理解析单元，来 实现数字下变频器带宽灵活配置。
全文摘要
本发明涉及一种LTE 射频远端单元数字上变频器和数字下变频及带宽灵活配置方法，本发明克服了传统方法存在的缺陷，以保证数字上变频器和数字下变频器带宽可配置为核心，具有通用性强，架构实现简单，有利于系统稳定性的数字上变频器和数字下变频器的实现方法。本发明中所提及的数字上变频和数字下变频有利于FPGA资源的合理分配以及RRU系统的平滑升级。
文档编号H04W88/08GK102055407SQ20101058890
公开日2011年5月11日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者周世军, 曹雨, 杜仲, 江浩洋, 王冉, 邢凌燕, 陈付齐 申请人:武汉邮电科学研究院