专利名称：多发多收无线通信系统射频频偏预校正的方法
技术领域：
本发明涉及无线电通信领域，具体涉及一种多发多收无线通信系统射频频偏预校 正的方法。
背景技术：
多发多收天线(以下简称ΜΙΜΟ)技术是无线通信领域天线技术的重大突破，因为 从理论上可以在不增加时间、频率资源的基础上成倍地提高系统容量和频谱效率。为了提 高传输容量或者提高传输的可靠性，MIMO有两种形式，即空间分集和空间复用，空间复用技 术利用MIMO信道提供的空间复用增益，可以大大提高信道容量；空间分集利用MIMO信道提 供的空间分集增益，则可以提高信道的可靠性，降低信道误码率。但是在远程射频单元(以 下简称RRH)部署的系统中，多个RRH在空间上是分离的，MIMO系统的多条传输链路的频偏 各不相同，对系统性能带来负面影响。越来越多新一代基站(一个站点、一端站点)的射频模块都作为RRH部署，而且全 部分布于天线(室外设备)，而非置于基站机房(室内设备)内，室内设备规范术语是IDU， 室内信号处理单元指室内设备包含的信号处理单元。基站机房和RRH之间通过串行CPRI或 OBSAI光纤链路进行连接，光纤链路两端连接分别连接室内和室外设备的信号处理单元。基 站机房内的信号处理单元完成信道编码、空时编码和调制解调等功能；RRH的信号处理单 元主要功能是数字前端处理，包括信道滤波，预失真处理等，并且和ADC、DAC相连。进行发 送信号处理时，基站机房内的基带调制信号通过串行CPRI或OBSAI光纤链路输出到RRH，在 RRH内的信号处理单元进行数字前端处理，通过DAC转换成模拟信号输出到射频单元；进行 接收信号处理时，射频单元输出的信号首先通过ADC转换成数字信号，在RRH的信号处理单 元进行数字前端处理，通过串行CPRI或OBSAI光纤链路把接收的信号传输到基站机房的信 号处理单元，进行接收信号的处理。RRH部署特别适合MIMO系统，RRH数字链路取代了基站和射频模块之间昂贵的同 轴电缆，这不仅可以避免3dB的电缆传损，而且能够让射频放大器实现更大的增益。大大减 少了传统通过射频电缆连接室内设备和室外设备连接的馈线损耗，同时信号处理主要在室 内完成，方便调试和检测。在MIMO系统中，多个RRH的CPRI模块的时钟是统一到室内单元 的CPRI模块时钟上，室内单元是CPRI模块的主端，室外单元是CPRI模块的从端，因此在 MIMO系统的一个站点上，所有的CPRI模块时钟是同步的，全部以室内单元的CPRI模块时钟 为参考。每个RRH的发信机和收信机内的频率合成器可以采用分离的或者统一的参考晶体 振荡器作为频率合成的参考源，通过频率合成产生变频所需的本振信号，即使采用统一的参 考晶体振荡器也无法保证多个RRH之间的频率合成器输出信号频率的同步。RRH的射频参考 振荡器一般是采用高稳定度的晶体振荡器，其接收和发送频率合成器无法像CPRI模块那样， 能够将多个RRH的频率合成器统一到室内单元的某个参考源上，RRH部署的MMO系统一个突 出问题是各个RRH之间的射频频偏，这会对MBTO系统的接收信号处理带来极大的不便。
在MIMO系统的信号处理过程中，为了保证良好的接收效果，需要进行频偏校正来 消除发送和接收频率合成器之间的频率差异，在单发单收系统中频偏校正可以很好的解 决，并且技术相当成熟，但是在MIMO系统中接收信号中存在多个发射机和多个接收机之间 的频率偏移，并且这些频率偏移是叠加在一起的无法进行分离，这大大提高了 MIMO系统频 偏校正处理的复杂度。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，要解决的问题是提供一种在采取RRH部 署的MIMO系统，由于多个RRH之间空间分离，无法采用同源的射频本振参考源而造成每个 RRH射频频偏各异的预校正的方法。本发明为解决上述现有技术存在的问题，是通过如下技术方案实现的一种多发 多收无线通信系统射频频偏预校正的方法，包括室内设备，与室内设备连接的多个远程射 频单元，单个远程射频单元包括变频器和射频参考晶体振荡器，其特征在于在每个远程射 频单元设置数字锁相环，统一以室内设备的时钟信号CLKmil为参考源，各数字锁相环计算 本远程射频单元射频参考晶体振荡器的输出信号与参考源的频偏量并生成补偿信号，并以 此对本远程射频单元的发射信号，或者接收信号的射频频偏进行预校正。进一步，单个远程射频单元发射信号的射频频偏预校正，包括如下步骤a.将室内设备的时钟信号CLKmil和射频参考晶体振荡器的时钟信号CLKkef输入 数字锁相环，得到CLKmil信号和CLKkef信号的频偏量Δ f,则射频频偏为Μ* Δ f,数字锁相环 依此产生一频率为f = -M* Af的频偏预校正本振信号，其中，M为对应远程射频单元的发 射频率设计值与射频参考晶体振荡器标称频率的比值；b.将频偏预校正本振信号和对应的基带调制信号输入乘法器，经乘法器处理得到 校正后的基带调制信号，校正后的基带调制信号输入变频器，变频过程中，射频频偏Μ* Δ f 被抵消，也即完成了对远程射频单元发射信号的射频频偏校正。进一步，单个远程射频单元接收信号的射频频偏预校正，包括如下步骤a.将室内设备的时钟信号CLKmil和射频参考晶体振荡器的时钟信号CLKkef输入 数字锁相环，得到CLKmil信号和CLKkef信号的频偏量Δ f,则射频频偏为N* Δ f,数字锁相环 依此产生一频率为f = -N* Af的频偏预校正本振信号，其中，N为对应远程射频单元的接 收频率设计值与射频参考晶体振荡器标称频率的比值；b.远程射频单元接收到的信号，经变频器处理后，得到带有频偏的基带调制信号， 将带有频偏的基带调制信号和频偏预校正本振信号输入乘法器，乘法器处理过程中，射频 频偏N* Δ f被抵消，也即完成了对远程射频单元接收信号的射频频偏校正。本发明与现有技术相比，有益效果在于该方法解决了多个RRH之间，由于空间分 离，无法采用同源的射频本振参考源而造成每个RRH频偏各异的问题；能够保证MIMO系统 的多条传输路径的射频频率偏移的一致性，简化了系统接收频率偏移估计和校正实现的复 杂性，提高了频率偏移估计和实现的精确性，提升了 MIMO系统的传输性能。
图1是本发明RRH基站部署示意图2是本发明2X2MIM0系统的频偏示意图；图3是本发明2X2MIM0系统频率校正后的频偏示意图；图4是本发明双通道频率校正示意图；图5是本发明发送频偏预校正的原理框图；图6是本发明数字锁相环原理框图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。见图1至图6所示，一种多发多收无线通信系统射频频偏预校正的方法，在保持射 频收发信机结构不变的情况下，基站机房(室内设备)和RRH之间通过串行CPRI或OBSAI 光纤链路进行连接，光纤链路两端连接分别连接室内和室外设备的信号处理单元。每个室 外远程射频单元的CPRI的时钟CLKmil与基站机房室内的CPRI模块的时钟CLKmil是统一 的。本发明利用这一特点，为每个远程射频单元设置数字锁相环，统一以室内设备的时钟信 号CLKmil为参考源，通过数字锁相环计算各个晶体振荡器的输出信号与参考源的频偏量， 由数字锁相环针对频偏量产生一补偿信号，对每个远程射频单元的射频频偏分别进行预校 正，使多个远程射频单元的射频频偏一致。每个远程射频单元包括发送机和接收机，采用共用的参考晶体振荡器来产生射频 发射和接收的本振信号，参考晶体振荡器输出的时钟CLKkef，射频频率f。= K*CLKkef，K为该 远程射频单元的射频频率设计值与该远程射频单元的射频参考晶体振荡器标称频率的比 值。每个RRH内恢复的CPRI时钟作为处理时钟，对射频参考晶体振荡器输出的时钟进行锁 相，锁相环路采用二阶环，其环路滤波器积分环节的值可以反映两个时钟(CPRI时钟和参 考晶体振荡器输出的时钟)之间的频率偏移量，根据该频率偏移量和实际设置的发射和接 收频率再对基带信号进行频偏预校正，这样射频发射本振和接收本振的实际输出频率是以 CPRI时钟为参考的。两个RRH的CPRI时钟是通过CPRI模块接口由室内设备统一提供的， 即每个RRH内的CPRI时钟是锁定在室内单元的CPRI时钟上的，因此保证了一端站点两个 射频单元的发射和接收频率全部以室内单元的CPRI时钟为参考。频偏预校正后MIMO系统的效果如图4所示，图中两个RRH的发送和接收频率都是 以室内设备的CPRI时钟为参考，保证了两者的发送和接收频率完全相同，消除了系统中一 端站点多个RRH之间的频偏，保证了 MIMO系统的性能。下边以MIMO系统中的一个RRH的发送信号的频偏预校正为例对MIMO系统的频偏 预校正进行说明发送频偏预校正的具体过程如图5所示，室内CPRI模块输出基带调制信号和控制 信息到RRH的CPRI模块，输出信号以室内时钟CLKmil为参考，在RRH的CPRI模块恢复出时 钟CLKem和基带调制信号，恢复的时钟CLKera和射频参考晶体振荡器输出的时钟CLKkef同 时输入到数字锁相环，显然两者存在频偏，定义该频偏是△ f，数字锁相环采用二阶环路，环 路滤波器的积分环节输出和Δ f相对应；定义射频发射频率f。tx = M^CLKeef,该频率是以为 CLKeef参考的，那么射频发射频率的频偏是Μ* Δ f。数字锁相环的处理时钟是CLK·，其结构参见图6所示，图6的上边是锁相环路， 图的下边是倍频处理和频偏预校正处理。锁相环路的组成包括数控振荡器、环路滤波器、
5相位累加器；其中，数控振荡器，通过sin LUT(正弦函数查找表)来实现；环路滤波器，采 用二阶滤波器，其直通支路和积分支路的增益分别是α和β ；相位累加器的输入包括两部 分，将CLKke/ (即CLKoti)信号和环路滤波器的输出二者相加作为相位累加器的输入，进行 累加；相位累加器的输出作为sin LUT的相位地址；另外包括可以调节的相位增益。数字锁 相环的具体原理可以参考现有的相关资料。通过数字锁相环路的相位跟踪，sin LUT输出和CLKkef频率完全相同的信号，但是 相位存在90°的相移。因为环路滤波器积分环节的输出直接和Af对应，通过倍频处理可 以产生频率是-Μ* Δ f的频偏预校正信号，倍频处理的结构和锁相环路相似，差异在于只取 环路滤波器积分环节的输出Δ ·，然后对Δι进行-M的放大再进行相位累加，数控振荡器输 出的频率是-Μ* Δ f的频偏预校正本振信号，频偏预校正本振信号是复数正交信号，该信号 和RRH的CPRI模块恢复出基带调制信号相乘，相当于对基带调制信号进行了频率搬移，频 偏预校正处理后的基带调制信号的载频是-Μ* Δ f,在射频上变频过程中和射频频偏Μ* Δ f 相抵消，最终产生的射频发送信号的频率是M*CLK。PKI，从而达到频偏预校正的目的。下边以MIMO系统中的一个RRH的接收信号的频偏预校正为例对MIMO系统的频偏 预校正进行说明RRH接收信号时，在混频过程中，由于存在射频频偏，经变频器处理后，得到带有频 偏的基带调制信号；同样定义射频接收频率f。—Kx = N^CLKeef,该频率是以为CLKkef参考的， 将室内设备的时钟信号CLKmil和射频参考晶体振荡器的时钟信号CLKkef输入数字锁相环， 得到CLKmil信号和CLKkef信号的频偏量Δ f，那么射频接收频率的频偏是N* Af。由数字锁 相环产生一频率为f = _Ν*Δ ·的频偏预校正本振信号，N为对应远程射频单元的接收频率 理论值与射频参考晶体振荡器标称频率的比值。将带有频偏的基带调制信号和频偏预校正 本振信号输入乘法器，乘法器处理过程中，射频频偏N* Af被抵消，也即完成了对远程射频 单元接收信号的射频频偏校正。对多个RRH内的发送和接收的信号进行相同的处理，完成MIMO —端设备的频率预 校正处理，保证了所有RRH的发送和接收信号的本振参考源的统一，全部以CLKmil为参考。下面以2X2的MIMO系统为例进行原理介绍，同时该方案对MIMO系统可以扩充，比 如3Χ3、4Χ4系统等。2Χ2ΜΙΜ0系统中共有四套射频单元，每个射频单元的收发信机采用相同 参考晶体产生发射和接收的本振信号。如图2所示，四套射频单元在空间上是分离的，分别 采用独立的参考晶体来产生本地发射和接收的本振信号，因此对于一端站点(一个基站) 的两套射频单元来说，即使设置的发射和接收频率完全相同，两者之间的发射和接收频率 实际上也会存在频偏，2Χ2ΜΙΜ0系统存在四条传输路径，在接收端四条传输路径的频率偏移 量是各不相同的。每幅接收天线的接收信号是两幅发射天线发射信号的叠加，无法同时对 两个发射信号进行精确的频率校正，另外两幅接收天线的信号还需要进行联合估计，四条 传输路径的频偏存在差异，最多只能对两条接收路径(每幅接收天线各有一条接收路径) 的信号进行精确频率校正，或者基于最小均方误差的多路频率联合校正，显然会对接收效 果造成负面影响，降低系统的传输性能。如图3所示，通过对一端站点的两套射频单元进行频率校正，保证两套射频单 元在设置的发射和接收频率相同的情况下，两者之间的发射和接收频率没有频偏，这样 2Χ2ΜΙΜ0系统的四条传输路径具有相同的频率偏移量(频率偏移量是由于两端站点的参考频率不同造成的)，这样四条传输路径可以进行联合频率偏移估计和修正，保证了系统的传 输性能。 本发明解决了多个室外远程射频单元(RRH)之间，由于空间分离，无法采用同源 的射频本振参考源而造成每个RRH频偏各异的问题；能够保证MIMO系统的多条传输路径的 射频频率偏移的一致性，简化了系统接收频率偏移估计和校正实现的复杂性，提高了频率 偏移估计和实现的精确性，提升了 MIMO系统的传输性能。
权利要求
多发多收无线通信系统射频频偏预校正的方法，包括室内设备，与室内设备连接的多个远程射频单元，单个远程射频单元包括变频器和射频参考晶体振荡器，其特征在于在每个远程射频单元设置数字锁相环，统一以室内设备的时钟信号CLKCPRI为参考源，各数字锁相环计算本远程射频单元射频参考晶体振荡器的输出信号与参考源的频偏量并生成补偿信号，并以此对本远程射频单元的发射信号，或者接收信号的射频频偏进行预校正。
2.如权利要求1所述的多发多收无线通信系统射频频偏预校正的方法，其特征在于 单个远程射频单元发射信号的射频频偏预校正，包括如下步骤a.将室内设备的时钟信号CLKmil和射频参考晶体振荡器的时钟信号CLKkef输入数字 锁相环，得到CLKmil信号和CLKkef信号的频偏量Δ f,则射频频偏为Μ* Δ f,数字锁相环依此 产生一频率为f = _M*Af的频偏预校正本振信号，其中，M为对应远程射频单元的发射频 率设计值与射频参考晶体振荡器标称频率的比值；b.将频偏预校正本振信号和对应的基带调制信号输入乘法器，经乘法器处理得到校正 后的基带调制信号，校正后的基带调制信号输入变频器，变频过程中，射频频偏Μ* Δ f被抵 消，也即完成了对远程射频单元发射信号的射频频偏校正。
3.如权利要求1所述的多发多收无线通信系统射频频偏预校正的方法，其特征在于 单个远程射频单元接收信号的射频频偏预校正，包括如下步骤a.将室内设备的时钟信号CLKmil和射频参考晶体振荡器的时钟信号CLKkef输入数字 锁相环，得到CLKmil信号和CLKkef信号的频偏量Δ f,则射频频偏为N* Δ f,数字锁相环依此 产生一频率为f = -N* Af的频偏预校正本振信号，其中，N为对应远程射频单元的接收频 率设计值与射频参考晶体振荡器标称频率的比值；b.远程射频单元接收到的信号，经变频器处理后，得到带有频偏的基带调制信号，将带 有频偏的基带调制信号和频偏预校正本振信号输入乘法器，乘法器处理过程中，射频频偏 N* Δ f被抵消，也即完成了对远程射频单元接收信号的射频频偏校正。
全文摘要
本发明公开了一种多发多收无线通信系统射频频偏预校正的方法，在每个远程射频单元设置数字锁相环，各数字锁相环计算本远程射频单元射频参考晶体振荡器的输出信号与参考源的频偏量并生成补偿信号，并以此对射频频偏进行预校正。本发明的有益技术效果是该方法解决了多个RRH之间，由于空间分离，无法采用同源的射频本振参考源而造成每个RRH频偏各异的问题；能够保证MIMO系统的多条传输路径的射频频率偏移的一致性，简化了系统接收频率偏移估计和校正实现的复杂性，提高了频率偏移估计和实现的精确性，提升了MIMO系统的传输性能。
文档编号H04L1/06GK101895321SQ20101024085
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者彭科, 王毅, 陶小鱼 申请人:重庆金美通信有限责任公司