一种4G/5G双模分布式基站射频单元系统架构和信号处理算法技术方案

本发明专利技术公开了一种4G/5G双模分布式基站射频单元系统架构及信号处理算法，该系统采用一颗现场可编程门阵列芯片(FPGA)用于实现4G/5G的数字中频模块(多通道上行数字中频关键模块为4G/5G信号频移和分路、数字下变频DDC和多通道下行数字中频关键模块为4G/5G信号频移和合路、数字上变频DUC、波峰因子削峰(CFR)、数字预失真(DPD)；采用一颗射频芯片将4G+5G数字中频信号调制到射频信号通过一副4G和5G公用天线发射出去。通常中国移动等运营商部署5G小基站时希望同时部署4G，本发明专利技术的4G/5G双模小基站，降低了4G/5G双模分布式基站的设备成本和部署成本。

【技术实现步骤摘要】
一种4G/5G双模分布式基站射频单元系统架构和信号处理算法
本专利技术属于4G/5G分布式基站领域，具体涉及一种4G/5G双模分布式基站射频单元系统架构及信号处理算法。
技术介绍
目前在中国移动等运营商对于4G/5G双模小基站具有广泛的部署要求，如图1所示，传统的4G/5G双模小基站射频单元(RU)通常的架构通常是采用4颗主芯片：一颗4G数字中频芯片和一颗4G射频芯片以及一颗5G数字中频芯片和5G射频芯片，分别承载4G数字中频、4G射频收发器、5G数字中频和5G射频收发器功能。采用本专利技术的架构以及信号处理算法的4G/5G双模分布式小基站射频单元，仅采用一颗数字中频芯片和一颗射频芯片，实现4G/5G双模数字中频以及4G/5G双模射频收发器，大大降低了射频单元(RU)设备成本，以及部署成本。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题，提供了一种4G/5G双模分布式基站射频单元系统架构和信号处理算法，本专利技术4G/5G双模分布式基站射频单元的架构仅仅采用单颗数字中频芯片和单颗射频芯片在数字中频中采用频移合路以及分路，实现4G/5G双模分布式基站的数字中频的上行和下行信号处理信号，降低了4G/5G双模分布式基站的设备成本。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种4G/5G双模分布式基站射频单元系统架构，包括通过SFP+光模块CPRI接口与5G小基站中央单元/数据单元(CU/DU)和4GBBU连接的单颗数字中频芯片，该数字中频芯片实现多通道上行链路和下行链路信号处理(包括合路和分路以及频移4G/5G数字中频信号)，与数字中频模块相连接的射频收发芯片单元以及与其相连接的天线，4G/5G双模基站射频单元包括1颗数字中频芯片和1颗射频芯片；以下行链路为例，4GBBU通过SFP+模块/CPRI接口与4G模块依次连接的第一信道滤波器、第一半带滤波器、第二半带滤波器；5GCU/DU通过SFP+模块/CPRI接口与第二信道滤波器向量，4G和5G信号通过频移和合路模块后输出信号依次连接的数字上变频DUC模块、CFR处理模块、DPD处理模块、D/A转换模块和射频调制/上变频模块；以上行链路为例，天线接收到的4G+5G射频信号，送入射频芯片的第一射频解调/下变频模块、第一A/D转换模块、然后送入数字中频芯片的数字下变频(DDC)模块将采样率从491.52Msps降到122.88Msps送入频移和分路模块，与所述频移和分路模块连接的第三半带滤波器，以及第四半带滤波器以及第三信道滤波器，第三信号滤波器通过SFP+光模块CPRI接口与4GBBU相连；同时与所述频移和分路模块连接的第四信道滤波器通过SFP+光模块CPRI接口与5GCU/DU模块连接。所述第一信道滤波器、第一半带滤波器、第二半带滤波器、第二信道滤波器、频移和合路模块、数字上变频(DUC)模块、波峰因子削峰(CFR)处理模块、数字预失真(DPD)处理模块、数字下变频(DDC)模块、频移和分路模块，第三信道滤波器、第三半带滤波器、第四半带滤波器和所述第四信道滤波器均实现于单颗数字中频芯片上；所述第一射频解调/下变频模块、第一A/D转换模块、D/A转换模块和射频调制/上变频模块均设置于所述单颗射频收发RFIC芯片上。一种4G/5G双模分布式基站单颗数字中频芯片和单颗射频芯片(RU)系统的信号处理算法，还需要以下配置，包括：将5G系统的子载波间隔设置为与4G系统的子载波间隔(SCS)一致，并将4G系统和5G系统的上下行时隙配比配置为相同；以下行链路为例，首先，5GCU/DU输出的5GNR信号经SFP光模块CPRI接口通过第二信号滤波器进行信道滤波后，获得5G基带信号，4GBBU输出的4GLTE基带信号经SFP+光模块CPRI接口通过第一信道滤波器进行信道滤波后，然后第一半带滤波器进行2倍插值，再经第二半带滤波器进行2倍插值后，获得的122.88Msps的20MHz4G信号，4GLTE信号与5G基带信号的采样率相等，然后，通过频移和合路模块将获得的采样率为122.88Msps4GLTE信号进行频谱搬移到5G基带信号旁边，使4GLTE基带信号与5G基带信号合路形成连续频谱的4G+5G基带信号，然后该连续频谱的4G+5G基带信号经数字上变频(DUC)模块进行上变频处理，经波峰因子削峰(CFR)处理模块进行波峰因子削峰，经数字预失真(DPD)处理模块进行数字预失真，然后经过数模(D/A)转化模块将数字信号转换成模拟信号后，由射频收发芯片(RFIC)的调制/上变频模块将数字信号调制到载波后经天线发射出去；以上行链路为例，天线接收到的连续频谱的4G和5G射频信号经RFIC的第一射频下变频模块和第一A/D转换模块后，获得频谱连续的采样率为491.52Msps的4G+5G信号，然后经数字下变频(DDC)模块降低采样率为122.88Msps，由频移和分路模块进行频谱搬移，将所述频谱连续的采样率为122.88Msps4G+5G信号中的4G中频信号从5G基带信号边上搬移至4G基带信号，实现4G基带信号与5G基带信号的分路，分路后，5G基带信号经第三信道滤波模块进行信道滤波后经SFP光模块发送给5GCU/DU，4G基带信号依次经第三半带滤波器做2倍抽取，第四半带滤波器做2倍抽取后，再经第四信道滤波模块进行信道滤波后，输出30.72Msps的4GLTE信号，经SFP光模块CPRI接口发送给4GBBU。进一步的，所述5G系统的子载波间隔设置为15KHz，4G系统的子载波间隔也是15KHz。进一步的，所述4G模块输出的4GLTE信号的频谱带宽为20MHz或者40MH和60MHz；5G模块输出的5GNR信号频谱带宽为100MHz。与现有技术相比，本专利技术所取得的有益效果如下：1、本专利技术采用频移和路和分路算法在单颗数字中频芯片实现同时承载4G和5G数字中频功能，同时又采用单颗射频收发芯片承载4G和5G射频收发器功能，从而降低了4G/5G双模分布式基站的射频单元(RU)的成本。此外，在实际使用过程中，鉴于5GNR分布式小基站的覆盖范围比4G小基站的覆盖范围愈小一些，部署数量将大大大于4G小基站的数量；5GNR分布式小基站每一个中央单元/数据单元(CU/DU)通过4个扩展单元连接32个射频单元，因此，采用本专利技术的系统和信号处理算法能够大大降低4G和5G双模小基站设备成本和部署成本，促进4G和5G小基站在全国范围内的广泛部署。2、本专利技术通过所设计的频移和合路模块，使得4G中频信号和5G基带信号形成连续频谱，调制到射频信号后，4G和5G射频信号能够紧挨着一起形成连续频谱发射出去，从而提升了无线频带的频谱利用率，提升4G/5G双模分布式基站的频谱效率。附图说明图1为现有技术中4G/5G双模分布式基站射频单元系统的架构图；图2为本专利技术一个实施例中4G/5G双模分布式基站射频单元的结构示意图(未画天线和基站单元)；图3为本专利技术一个实施例中4G/5G双模分布式基站射频单元系统的信号传输流程图(包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种4G/5G双模分布式基站射频单元系统架构，其特征在于，包括5GCU/DU和4G BBU，经SFP+光模块CPRI接口，与分布式4G/5G双模基站单数字中频芯片和单射频芯片RU系统相连，还包括以下部分：/n(1)对于下行链路采样率为30.72Msps的20MHz 4G基带信号插值升采样至采样率为122.88Msps 20MHz和5G 100MHz基带信号合路为采样率为122.88Msps的4G+5G 120MHz基带信号；/n(2)采样率为122.88Msps的4G+5G 120MHz基带信号经过数字中频的数字上变频(DUC)、波峰因子削峰(CFR)和数字预失真(DPD)模块，送往射频芯片(RFIC)经过调制为射频信号经天线发射出去；/n(3)对于上行链路，射频芯片将天线接收到的射频信号经过解调为491.52Msps的120MHz的中频信号；/n(4)上行链路的中频信号通过数字下变频(DDC)模块从491.52Msps降采样抽取为122.88Msps的120MHz零中频信号；对于上行链路采样率为122.88Msps的120MHz零中频信号中提取出来122.88Msps的100MHz的5G基带信号，经CPRI接口经SFP光口送往5G CU/DU；同时提取出122.88Msps的20MHz的4G信号，经过两级半带滤波和一级信道滤波，提取出采样率为30.72Msps的20MHz的4G信号，送入经CPRI接口经SFP光口送往4G BBU；/n按照下行信号传输方向，4G BBU通过所述SFP+模块(1)依次连接的第一信道滤波器(5)、第一半带滤波器(6)、第二半带滤波器(7)以及与第二信道滤波器相连接的频移和合路模块(9)；5G CU/DU通过所述SFP+模块(1)与第二信道滤波器(8)以及与第二信道滤波器相连接的频移和合路模块(9)、与所述频移和合路模块(9)依次连接的数字上变频(DUC)模块(10)、CFR处理模块(11)、DPD处理模块(12)、D/A转换模块(13)和射频调制/上变频模块(14)；/n按照上行信号传输方向，所述上行链路包括依次连接的RFIC芯片的第一射频解调/下变频模块(15)、第一A/D转换模块(16)、数字下变频DDC模块(17)以及频移和分路模块(18)，从频移和分路模块(18)输出的采样率为122.88Msps4G信号，输入第三信号滤波器(19)和第三半带滤波器(20)，以及第四半带滤波器(21)，输出通过SFP+模块(1)与4G BBU相连；从频移和分路模块(18)输出的采样率为122.88Msps 5G信号，输入第四信号滤波器(22)，输出信号通过SFP+模块(1)和CPRI接口与5G CU/DU相连。/n...

【技术特征摘要】
1.一种4G/5G双模分布式基站射频单元系统架构，其特征在于，包括5GCU/DU和4GBBU，经SFP+光模块CPRI接口，与分布式4G/5G双模基站单数字中频芯片和单射频芯片RU系统相连，还包括以下部分：
(1)对于下行链路采样率为30.72Msps的20MHz4G基带信号插值升采样至采样率为122.88Msps20MHz和5G100MHz基带信号合路为采样率为122.88Msps的4G+5G120MHz基带信号；
(2)采样率为122.88Msps的4G+5G120MHz基带信号经过数字中频的数字上变频(DUC)、波峰因子削峰(CFR)和数字预失真(DPD)模块，送往射频芯片(RFIC)经过调制为射频信号经天线发射出去；
(3)对于上行链路，射频芯片将天线接收到的射频信号经过解调为491.52Msps的120MHz的中频信号；
(4)上行链路的中频信号通过数字下变频(DDC)模块从491.52Msps降采样抽取为122.88Msps的120MHz零中频信号；对于上行链路采样率为122.88Msps的120MHz零中频信号中提取出来122.88Msps的100MHz的5G基带信号，经CPRI接口经SFP光口送往5GCU/DU；同时提取出122.88Msps的20MHz的4G信号，经过两级半带滤波和一级信道滤波，提取出采样率为30.72Msps的20MHz的4G信号，送入经CPRI接口经SFP光口送往4GBBU；
按照下行信号传输方向，4GBBU通过所述SFP+模块(1)依次连接的第一信道滤波器(5)、第一半带滤波器(6)、第二半带滤波器(7)以及与第二信道滤波器相连接的频移和合路模块(9)；5GCU/DU通过所述SFP+模块(1)与第二信道滤波器(8)以及与第二信道滤波器相连接的频移和合路模块(9)、与所述频移和合路模块(9)依次连接的数字上变频(DUC)模块(10)、CFR处理模块(11)、DPD处理模块(12)、D/A转换模块(13)和射频调制/上变频模块(14)；
按照上行信号传输方向，所述上行链路包括依次连接的RFIC芯片的第一射频解调/下变频模块(15)、第一A/D转换模块(16)、数字下变频DDC模块(17)以及频移和分路模块(18)，从频移和分路模块(18)输出的采样率为122.88Msps4G信号，输入第三信号滤波器(19)和第三半带滤波器(20)，以及第四半带滤波器(21)，输出通过SFP+模块(1)与4GBBU相连；从频移和分路模块(18)输出的采样率为122.88Msps5G信号，输入第四信号滤波器(22)，输出信号通过SFP+模块(1)和CPRI接口与5GCU/DU相连。


2.根据权利要求1所述的一种4G/5G双模分布式基站射频单元系统架构，其特征在于，由于采用本发明所设计的频移合路模块以及频移分路模块，4G/5G数字中频多通道上行链路和下行链路可以在一块FPGA芯片上实现。


3.根据权利要求1所述的一种4G/5G双模分布式基站射频单元系统架构，其特征在于，还包括单颗数字中频芯片(2)和单颗射频芯片(3)来实现4G/5G双模分布式基站射频单元(RU)；
所述第一信道滤波器(5)、第一半带滤波器(6)、第二半...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡征，
申请(专利权)人：上海守正通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31