专利名称：多载波调制信号的压缩/解压方法及压缩器/解压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术，尤其涉及移动通信网络中的多载波调制信号的压缩/解压方法及压缩器/解压器。
背景技术：
随着移动互联网业务的迅猛增长，移动运营商为保持竞争优势，部署传统接入网的成本越来越高昂。为了降低建网成本，同时为用户提供优质服务，许多移动运营商和设备供应商开始考虑采用更具吸引力的方案，目前热门的方案都是基于分布式天线和集中式基带处理架构的，例如中国移动的云接入网(C-RAN)和阿尔卡特朗讯的灵云无线(LightRadio)等。采用基于集中式基带处理的接入网架构，基站站址的需求可以大大削减，基带处理设备(或者基带处理单元BBU)也可以在多个虚拟基站间共享。与传统的接入网相比，这种架构可以大大节省运营成本和建设成本。而且，小区间干扰消除、多点协作等先进的调度和信号处理技术更易于实现，从而这种架构可以提供更大的容量、更广的覆盖和更好的用户体验。这些集中式处理系统中，基带处理单元(BBU)和远端射频头(RRH)在地理上是分离的，可以通过光纤网络或者以太网络等有线网络进行连接，并通过开放基站架构协议(OBSAI)或公共无线接口(CPRI)进行数据交互，在这些有线连接上传输原始的时域基带信号。这种架构给光纤网络或者以太网络的有线传输带宽需求带来了巨大的挑战，例如，带宽20MHz的8天线3Gpp LTE (长期演进项目)系统需要9.8304Gbps的有线传输带宽，正在标准化研究中LTE-A(LTE-Advance)的带宽需求更是激增到49.152Gbps。针对上述过高带宽需求的问题，目前已经有少量压缩算法可以用来压缩基带信号，两种典型的方案有:阿尔卡特朗讯的灵云无线(LightRadio)中采用的时域信号压缩算法(图1)和Samplify公司的压缩算法(图2)。这些算法可以提供2 3倍的压缩率，而带来很小的性能损失，可以有效地降低有线传输的带宽需求。与无压缩传输相比，采用这些有效的压缩算法，仅需不到一半的光纤资源。但是，对于无线通信系统中的多载波调制信号，例如LTE/LTE-A系统中采用的正交频分复用(OFDM)或DFT扩频OFDM(DFT-S-OFDM)调制，在频域进行压缩会更为有效。通过针对接收到的上行多载波调制信号特征设计的压缩算法，可以获得更高的压缩比，这些特征有:1.接收到的上行多载波调制信号在时域动态范围大，而在频域动态范围小，因此在频域压缩会更具优势。2.接收信号会有噪声损伤，在低信噪比条件下，过高精度的量化不会带来任何增益，可以采用低位宽量化。3.由于宽带信号经历了频率选择性信道，或者因为发射机与接收机的距离有远有近，都会造成接收信号强度在不同的子载波上的剧烈变化。更为合理的方案应该是对不同子载波上的信号用自适应的位宽进行量化。
另外，当基站同时为多个用户提供服务时，相邻子载波上信号功率会有很大的差异，这是由用户各自的信干噪比工作点或信道衰落造成的。频域压缩可以对不同子载波上的信号独立进行量化，它们互不影响。而采用时域压缩技术，不同子载波上的用户信号会相互混叠，高功率用户信号对量化有更大影响，从而损伤了低功率用户信号。因此，这种情况下频域压缩也比时域压缩更具优势。
发明内容
为解决现有技术中的上述缺点，本发明有效利用了多载波调制信号的特征，如子载波间的独立性、频率选择性信道等，提供了多载波调制信号的压缩/解压方法及压缩器/解压器。根据本发明，先对多载波调制信号进行时频域变换，多载波调制信号变换到频域，然后在频域进行低损压缩，压缩后的信号传输所需的带宽大大降低。对应的，经有线网络传输后的信号，必须先进行频域解压，然后再进行常规的基带信号处理。具体地，根据本发明的一个实施方式，提供一种多载波调制信号的压缩方法，包括，将时域多载波调制信号通过时频域变换处理，变换到频域；对频域多载波调制信号进行压缩处理；将压缩后的多载波调制信号进行封装并发送。根据本发明的一个具体实施例，所述对频域多载波调制信号进行压缩处理包括删除空子载波。根据本发明的一个具体实施例，所述对频域多载波调制信号进行压缩处理包括对频域多载波调制信号进行低位比特和/或高位比特截断。根据本发明的一个具体实施例，所述对频域多载波调制信号进行压缩处理包括，对频域多载波调制信号分组提取公因子。根据本发明的一个具体实施例，所述对频域多载波调制信号进行低位比特截断包括，对多载波调制信号进行噪声电平估计；根据噪声电平估计，在保证低位截断所带来的性能损失是可接受的条件下，确定合适的截断比特数，并将所述截断比特数的低位比特截断。根据本发明的一个具体实施例，所述对频域多载波调制信号进行高位比特截断包括，对多载波调制信号分组进行信号动态范围统计；根据每组信号电平的最大值或者每组信号电平的平均值确定高位比特截断比特数并将所述截断比特数的高位比特截断。根据本发明的一个具体实施例，对RACH前导信号，所述将时域多载波调制信号通过时频域变换处理，变换到频域的过程包括，频带搬移，将RACH前导信号搬移到频带中央；抽取滤波，过滤所述时域多载波调制信号并抽取样点，时频域变换处理，确定合适的FFT窗口，执行FFT运算，得到频域的RACH序列。根据本发明的一个具体实施例，所述空子载波包括保护带、直流子载波或者未调用资源块上的信号。根据本发明的另一个实施方式，提供一种多载波调制信号的解压方法，包括，解析接收到的压缩包，获取压缩后的信号；对压缩后的信号执行频域解压。根据本发明的一个具体实施例，所述频域解压包括对每个子载波上的压缩后的截断信号进行符号位扩展。根据本发明的一个具体实施例，所述频域解压包括对每组子载波上的压缩后的信号乘公因子进行放大。
根据本发明的另一个实施方式，提供一种频域压缩器，包括:时频域变换处理单元，用于将时域多载波调制信号通过FFT处理，变换到频域；压缩处理单元，用于对频域多载波调制信号进行压缩处理；信号封装和发送单元，用于将压缩后的多载波调制信号进行封装并发送。根据本发明的一个具体实施例，所述压缩处理单元包括空子载波删除处理单元，用于删除所述频域多载波调制信号中的空子载波。根据本发明的一个具体实施例，所述压缩处理单元包括，比特截断单元，用于对频域多载波调制信号进行低位比特和/或高位比截断。根据本发明的一个具体实施例，所述压缩处理单元包括，提取公因子单元，用于对频域多载波调制信号分组提取公因子。根据本发明的一个具体实施例，所述比特截断单元包括，电平估计单元，用于对多载波调制信号进行噪声电平估计；低位截断比特数确定单元，用于根据电平估计单元输出的估计噪声电平，在保证低位截断所带来的性能损失是可接受的条件下，确定合适的低位截断比特数；低位比特截断单元，用于根据确定的低位截断比特数，将所述低位截断比特数的低位比特截断。根据本发明的一个具体实施例,所述比特截断单元包括,信号动态范围统计单元，用于对多载波调制信号分组进行信号动态范围统计；高位截断比特数确定单元，用于根据每组信号电平的最大值或者每组信号电平的平均值，确定合适的高位截断比特数；高位比特截断单元，用于根据确定的高位截断比特数，将所述高位截断比特数的高位比特截断。根据本发明的一个具体实施例，所述时频域变换处理单元进一步还包括，频带搬移单元，用于将RACH前导信号搬移到频带中央；抽取滤波单元，用于过滤所述时域多载波调制信号并抽取样点。根据本发明的一个具体实施例，所述空子载波包括保护带、直流子载波或者未调用资源块上的信号。根据本发明的一个具体实施例，所述压缩器配置在远端射频头RRH设备上。根据本发明的另一个实施方式，提供一种频域解压器，包括，解析单元，用于解析接收到的压缩包，获取压缩后的信号；频域解压单元，用于对解析单元输出的压缩后的信号执行频域解压。根据本发明的一个具体实施例，所述频域解压单元包括分组乘公因子放大单元，用于对每组子载波上的压缩后的信号乘公因子进行放大。根据本发明的一个具体实施例，所述频域解压单元包括符号位扩展单元，用于对每个子载波上的压缩后的截断信号进行符号位扩展。根据本发明的一个具体实施例，所述频域解压器配置在基带处理设备上。根据本发明的另一个实施方式，提供一种上行多载波调制信号的处理系统，包括，远端射频头RRH设备，所述远端射频头RRH设备包括一个频域压缩器；基带处理设备，所述基带处理设备包括一个频域解压器；光纤网络或者以太网络，用以传输远端射频头RRH设备和基带处理设备之间的信号。
通过以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面了解，本发明的其他目的和效果将变得更加清楚和易于理解，其中:图1表示现有技术的灵云无线中的时域信号压缩方法示意图。图2表示现有技术的Samplify公司的压缩方法示意图。图3表示根据本发明的实施方式的上行多载波调制信号的处理系统示意图。图4a，4b，4c，4d，4e，4f分别表示根据本发明的实施方式的不同压缩方案的频域压缩流程示意图。图5表示根据本发明的实施方式的RACH序列提取示意图。图6表示提取公因子的原理图。图7表示根据本发明的实施方式的比特截断的自适应量化原理示意图。图8a，8b分别表示根据本发明的实施方式的低位比特截断和高位比特截断的示意图。图9a，9b表示根据本发明的实施方式的压缩信号的封装格式示意图。图10a，IOb表示根据本发明的实施方式的不同解压方案的频域解压流程示意图。图11a，11b，11c，lld，lie，Ilf分别表示根据本发明的实施方式的不同压缩方案的频域压缩器结构示意图。图12a，12b，12c表示根据本发明的实施方式的不同解压方案的频域解压器结构示意图。在所有的上述附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。
具体实施例方式以下结合附图具体描述本发明的实施方式。图3给出上行多载波调制信号的处理系统示意图，在RRH先由频域压缩器310的时频域变换处理单元311对接收到的上行多载波调制信号进行时频域变换并由压缩处理单元312在频域进行信号压缩，压缩后的信号经有线网络传输到BBU，并在BBU的频域解压器320进行频域解压后进行基带信号处理。图4a,4b,4c,4d,4e,4f给出了不同压缩方案的频域压缩流程示意图。其中，图4a给出了一个总体流程示意图，本发明首先将时频域变换单元从基带处理单元(BBU)移到远端射频头(RRH)上实现，即在步骤S401，对接收到的时域信号进行时频域信号变换，将时域信号变换到频域。对于多数上行信号，如LTE/LTE-A系统中的PUSCH (物理上行共享信道)、PUCCH(物理上行控制信道)和SRS (SoundingReference Symbol,回声参考符号)，可以通过定时信息确定合适的FFT (快速傅立叶变换)窗口，然后根据系统参数执行相应的FFT运算，将时域信号变换到频域。对于LTE/LTE-A的RACH (随机接入信道)前导信号，根据本发明的一个实施例，时频域信号变换可以由RACH前端处理实现，包括以下步骤:(a)频带搬移:将RACH前导信号搬移到频带中央，这是后面抽取滤波器的通带。RACH前导信号所占频带的偏移信息可由BBU通知。(b)抽取滤波:过滤接收信号并抽取样点,将采样速率降到2.56MHz ο表I给出了不同系统带宽条件下的抽样系数。表1
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权利要求
1.一种多载波调制信号的压缩方法,包括， 将时域多载波调制信号通过时频域变换处理，变换到频域； 对频域多载波调制信号进行压缩处理； 将压缩后的多载波调制信号进行封装并发送。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对频域多载波调制信号进行压缩处理包括删除空子载波。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述对频域多载波调制信号进行压缩处理包括对频域多载波调制信号进行低位比特和/或高位比特截断。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述对频域多载波调制信号进行压缩处理包括， 对频域多载波调制信号分组提取公因子。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对频域多载波调制信号进行低位比特截断包括， 对多载波调制信号进行噪声电平估计； 根据噪声电平估计，在保证低位截断所带来的性能损失是可接受的条件下，确定合适的截断比特数，并将所述截断比特数的低位比特截断。
6.根据 权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对频域多载波调制信号进行高位比特截断包括， 对多载波调制信号分组进行信号动态范围统计；根据每组信号电平的最大值或者每组信号电平的平均值确定高位比特截断比特数并将所述截断比特数的高位比特截断。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对RACH前导信号，所述将时域多载波调制信号通过时频域变换处理，变换到频域的过程包括，频带搬移，将RACH前导信号搬移到频带中央; 抽取滤波，过滤所述时域多载波调制信号并抽取样点， 时频域变换处理，确定合适的FFT窗口，执行FFT运算，得到频域的RACH序列。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述空子载波包括保护带、直流子载波或者未调用资源块上的信号。
9.一种多载波调制信号的解压方法,包括， 解析接收到的压缩包，获取压缩后的信号； 对压缩后的信号执行频域解压； 对解压后的数据进行数据处理。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述频域解压包括对每个子载波上的压缩后的截断信号进行符号位扩展。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述频域解压包括对每组子载波上的压缩后的信号乘公因子进行放大。
12.—种频域压缩器，包括:时频域变换处理单元，用于将时域多载波调制信号通过FFT处理，变换到频域； 压缩处理单元，用于对频域多载波调制信号进行压缩处理； 信号封装和发送单元，用于将压缩后的多载波调制信号进行封装并发送。
13.根据权利要求12所述的频域压缩器，其特征在于，所述压缩处理单元包括空子载波删除处理单元，用于删除所述频域多载波调制信号中的空子载波。
14.根据权利要求12或13所述的频域压缩器，其特征在于，所述压缩处理单元包括， 比特截断单元，用于对频域多载波调制信号进行低位比特和/或高位比截断。
15.根据权利要求12或13所述的频域压缩器，其特征在于，所述压缩处理单元包括， 提取公因子单元，用于对频域多载波调制信号分组提取公因子。
16.根据权利要求14所述的频域压缩器，其特征在于，所述比特截断单元包括， 电平估计单元，用于对多载波调制信号进行噪声电平估计； 低位截断比特数确定单元，用于根据电平估计单元输出的估计噪声电平，在保证低位截断所带来的性能损失是可接受的条件下，确定合适的低位截断比特数； 低位比特截断单元，用于根据确定的低位截断比特数，将所述低位截断比特数的低位比特截断。
17.根据权利要求14所述的频域压缩器，其特征在于，所述比特截断单元包括， 信号动态范围统计单元，用于对多载波调制信号分组进行信号动态范围统计； 高位截断比特数确定单元，用于根据每组信号电平的最大值或者每组信号电平的平均值，确定合适的高位截断比特数； 高位比特截断单元，用于根据确定的高位截断比特数，将所述高位截断比特数的高位比特截断。`
18.根据权利要求12所述的频域压缩器，其特征在于，所述时频域变换处理单元进一步还包括， 频带搬移单元，用于将RACH前导信号搬移到频带中央； 抽取滤波单元，用于过滤所述时域多载波调制信号并抽取样点。
19.根据权利要求13所述的频域压缩器，其特征在于，所述空子载波包括保护带、直流子载波或者未调用资源块上的信号。
20.根据权利要求12所述的频域压缩器，所述压缩器配置在远端射频头RRH设备上。
21.—种频域解压器，包括， 解析单元，用于解析接收到的压缩包，获取压缩后的信号； 频域解压单元，用于对解析单元输出的压缩后的信号执行频域解压。
22.根据权利要求21所述的频域解压器，其特征在于，所述频域解压单元 包括分组乘公因子放大单元，用于对每组子载波上的压缩后的信号乘公因子进行放大。
23.根据权利要求21所述的频域解压器，其特征在于，所述频域解压单元包括符号位扩展单元，用于对每个子载波上的压缩后的截断信号进行符号位扩展。
24.根据权利要求21所述的频域解压器，其特征在于，所述频域解压器配置在基带处理设备上。
25.—种上行多载波调制信号的处理系统，包括， 远端射频头RRH设备，所述远端射频头RRH设备包括权利要求12-20中任一项所述的频域压缩器； 基带处理设备，所述基带处理设备包括权利要求21-24中任一项所述的频域解压器；光纤网络或者以太 网络，用以传输远端射频头RRH设备和基带处理设备之间的信号。
全文摘要
本发明提出了一种新的多载波调制信号的压缩/解压方法及压缩器/解压器。根据本发明，根据本发明，先对多载波调制信号进行时频域变换，多载波调制信号变换到频域，然后在频域进行低损压缩，压缩后的信号传输所需的带宽大大降低。对应的，经有线网络传输后的信号，必须先进行频域解压，然后再进行常规的基带信号处理。应用本发明可以获得更高的压缩率，从而降低基于集中式处理的接入网中拉远光网的带宽需求。
文档编号H04L27/26GK103139129SQ20111040000
公开日2013年6月5日 申请日期2011年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者徐朝军, 沈钢, 冷晓冰, 郑武, F·多米尼奎, D·萨玛兹雅 申请人:上海贝尔股份有限公司, 阿尔卡特朗讯