CN102457458B - 一种基站数字预失真的实现方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基站数字预失真的实现方法和装置，将数字信号处理单元和近端射频处理单元设置在基站侧，数字信号处理单元可以通过线缆接收来自同样位于基站侧的基带处理单元的基带信号，无需使用数字光模块，摆脱了数字光模块的速率对射频带宽的限制，提高了基站传输的载波和频段的可扩展性；近端射频处理单元与远端射频处理单元之间通过光纤传输由射频信号转换得到的光信号，通过光载无线技术实现基站数字预失真，提高了位于远端的远端射频处理单元中的功率放大器的效率；由于光纤中的光信号对应的射频信号为模拟信号，且近端射频处理单元与远端射频处理单元中的光收发信机的射频带宽可以达到1GHz以上，满足了不同频段的合路要求。

Description

一种基站数字预失真的实现方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基站数字预失真的实现方法和装置。

背景技术

3G(3rd Generation，第三代移动通信技术)网络大量使用分布式基站架构，该基站架构包括BBU(Base Band Unit，基带处理单元)和RRU(Radio RemoteUnit，射频拉远单元)两部分。其中，BBU安装在合适的机房位置，RRU安装在天线端，通过将BBU与RRU分离，可以将维护工作简化到BBU。一个BBU可以支持多个RRU，既节省空间，又降低设置成本，提高组网效率，可以很好地解决大型场馆的室内覆盖。

由于高峰均比的信号在放大过程中很容易引起非线性失真，带来通信信号质量的下降，因此，RRU通常对功率放大器采用功率回退的方法，以满足所需的高线性要求。例如，对于输出功率为20W的功率放大器，往往需要使用功率为200W的场效应管并使其工作在耗电很大的A类状态，容易带来大功率高频率射频功放的高耗电、低效率(不足10％)、发热大、可靠性低和成本高等一系列的问题。

为解决上述问题，RRU中可以采用DPD(Digital Pre-Distortion，数字预失真)技术在功率放大器的射频输入信号中直接引入预失真，使功率放大器线性工作，从而提高功率放大器的效率，达到减少功耗和降低成本的目的。现有技术通常在RRU本地完成DPD，其实现结构如图1所示。FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)将基带信号内插，通过DPD模块将该信号输出给DAC(Digital Analog Converter，数模转换器)，由DAC转换得到模拟IF(Intermediate Frequency，中频)信号，该模拟IF信号经I/Q(In-Phase/Quadrature，同向正交)调制器调制成射频信号，该射频信号经PA(Power Amplifier，功率放大器)放大后，通过天线发射出去。为了补偿PA对射频信号造成的非线性失真，可以从PA的输出口耦合出小部分信号，并输入到FB(Feed Back，反馈)链路，该信号经过放大和下混频后，被ADC(AnalogDigital Converter，模数转换器)采样变为数字信号输入到FPGA。FPGA使用其内部逻辑计算出PA的非线性模型，对该非线性模型取逆后，将结果反馈给自身的输出信号，在基带信号中反补出PA的非线性模型，并最终实现预失真。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：

基于现有DPD技术的RRU安装于天线端，通过数字光模块接收来自基站的基带信号，RRU的传输射频带宽由所使用的数字光模块的速率决定，例如，对于A+F频段共21个载波的RRU与基站的光口连接，需要使用6G的数字光模块。如果载波和频段继续扩展，则需要更高速率的数字光模块，从而增大了数字光模块和基带处理的实现难度和成本。另外，现有的RRU将功率放大器与基带处理单元和射频处理单元进行合板设计，设计难度较大，不便于维护；且RRU对频带的适应性差，1个RRU只能支持两个频段，如果要使用两个以上的频段，则需要使用多个RRU。

发明内容

本发明的实施例提供一种基站数字预失真的实现方法和装置，用以在基站中实现数字预失真。

本发明的实施例提出一种基站数字预失真的实现装置，包括：近端设备处理单元和与其连接的远端处理单元，以及与所述近端处理单元连接的数字信号处理单元；其中

近端射频处理单元，用于通过光收发信机将基站的射频信号转换成光信号，并将所述光信号发送到所述远端射频处理单元；通过光收发信机将来自所述远端射频处理单元的光信号还原为反馈信号，将所述反馈信号发送到所述数字信号处理单元；

远端射频处理单元，用于通过光收发信机将接收到的光信号还原为射频信号并发射；从所述远端设备处理单元的输出端耦合得到反馈信号，通过光收发信机将所述反馈信号转换为光信号，并将所述光信号发送到所述近端射频处理单元；

数字信号处理单元，用于根据接收到的反馈信号进行数字预失真处理。

本发明的实施例还提出一种基站数字预失真的实现方法，包括：

近端射频处理单元通过光收发信机将基站的射频信号转换成光信号，并将所述光信号发送到远端射频处理单元；

所述远端射频处理单元通过光收发信机将接收到的光信号还原为射频信号并发射；

所述远端射频处理单元从输出端耦合得到反馈信号，通过光收发信机将所述反馈信号转换为光信号，并将所述光信号发送到所述近端射频处理单元；

所述近端射频处理单元通过光收发信机将来自所述远端射频处理单元的光信号还原为反馈信号，将所述反馈信号发送到数字信号处理单元，所述数字信号处理单元根据接收到的反馈信号进行数字预失真处理。

本发明的实施例包括以下优点，因为近端射频处理单元与远端射频处理单元之间通过光纤传输由射频信号转换得到的光信号，通过光载无线技术实现基站数字预失真，提高了位于远端的远端射频处理单元中的功率放大器的效率；由于光纤中传输的光信号对应的射频信号为模拟信号，且近端射频处理单元与远端射频处理单元中的光收发信机的射频带宽可以达到1GHz以上，可以支持两个以上的频段，满足了不同频段的合路要求。

附图说明

图1为现有技术中的DPD实现结构示意图；

图2为本发明实施例中的基站数字预失真的实现装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中的光发射机与光接收机之间的信号传输示意图；

图4为本发明实施例中的基站数字预失真的实现方法流程图。

具体实施方式

本发明实施例中，位于基站侧的近端射频处理单元(或称近端RRU)通过光收发信机将射频信号转换成光信号，并将该光信号发送到与基站分离的远端射频处理单元(或称远端RRU)；远端射频处理单元通过光收发信机将接收到的光信号还原为射频信号，使用功率放大器将该射频信号放大，并发射放大后的射频信号；远端射频处理单元从功率放大器的输出端耦合得到反馈信号，通过光收发信机将所述反馈信号转换为光信号，并将该光信号发送到近端射频处理单元；近端射频处理单元通过光收发信机将接收到的光信号还原为反馈信号，将该反馈信号发送到数字信号处理单元，数字信号处理单元根据该反馈信号进行数字预失真处理。

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，为本发明实施例中的基站数字预失真的实现装置的结构示意图，包括以可拔插背板的形式设置于基站侧的数字信号处理单元、DAC、I/Q调制器(图中所示的IQ MOD)、ADC、混频器(图中所示的MIXER)、近端射频处理单元，以及与基站分离并通过光纤与近端射频处理单元连接的远端射频处理单元。其中，数字信号处理单元可以为专用芯片或FPGA，用于实现DUC(Digital Up Converter，数字上变频)、CFR(Crest Factor Reduction，波峰因子降低)和DPD；近端射频处理单元包括增益模块(gain block)和光收发信机；远端射频处理单元包括光收发信机和PA。

在下行方向，数字信号处理单元接收并处理来自基带处理单元(BBU)的基带信号，向DAC输出信号；DAC将数字信号处理单元的输出信号转换为中频信号，将该中频信号发送到I/Q调制器；I/Q调制器将接收到的中频信号调制成射频信号，并将该射频信号发送到近端射频处理单元；近端射频处理单元通过增益模块放大接收到的射频信号，通过光收发信机中的激光器将放大后的射频信号转换成光信号，将该光信号通过光纤拉远至远端射频处理单元。远端射频处理单元通过光收发信机中的光电二极管将接收到的光信号还原为射频信号，使用功率放大器将射频信号放大并发射出去。

在上行方向，远端射频处理单元从功率放大器的输出端耦合得到反馈信号，通过光收发信机中的激光器将该反馈信号转换为光信号，并将该光信号通过光纤传输到基站侧的近端射频处理单元；近端射频处理单元通过光电发信机中格的光电二极管将光信号还原为射频信号后，可以通过增益模块对该射频信号放大，并将放大后的射频信号发送到混频器；混频器将接收到的射频信号混频为中频信号，将该中频信号发送到ADC；ADC将接收到的中频信号转换为数字信号，将该数字信号发送到数字信号处理单元；数字信号处理单元根据接收到的数字信号进行DPD运算。

此外，由远端射频处理单元向基站发送的上行信号经过LNA(Low NoiseAmplifier，低噪声放大器)的放大后，也可以通过光收发信机中的激光器转换为光信号，远端射频处理单元将该光信号通过光纤传输到基站侧的近端射频处理单元；近端射频处理单元通过光电发信机中格的光电二极管将光信号还原为上行信号，并进行后续操作。

由此可见，本发明实施例中对上行信号的处理方式与对反馈信号的处理方式类似。由于对上行信号的处理方式与对反馈信号的处理方式类似，可以使上行信号和反馈信号共用同一条上行链路。基于TDD(Time Division Duplex，时分双工)***的特点，上下行信号在时域上是分开的，因此，可以在上行信号关闭的时刻，借用上行信号的链路传输反馈信号，并使用远端射频处理单元中的切换开关按照特定时隙进行信号切换，通过时隙区分上行信号和反馈信号。在下行时隙，上行链路传输反馈信号；在上行时隙，上行链路传输上行信号。

在上述信号传输的过程中，上行信号、反馈信号以及由近端射频处理单元向远端射频处理单元发送的下行信号在同一根光纤中传输，信号接收端可以通过波分复用技术将下行信号与在同一根光纤中传输的上行信号和反馈信号区分开。例如，下行信号可以采用波长为1510nm的激光器，反馈信号和上行信号可以采用波长为1310nm的激光器。在光纤中，不同波长的光信号不会相互干扰。在信号接收端，光收发信机包括光发射机和光接收机，两者通过波分复用器(WDM)连接到同一根光纤，该波分复用器的功能类似于滤波器，可以将不需要的光信号屏蔽掉，使下行信号、上行信号和反馈信号能够正确地解调出来。

如图3所示，为本发明实施例中的光发射机与光接收机之间的信号传输示意图，其中，光发射机与光接收机位于不同装置或模块中。光发射机包括放大器、光模块，还可包括功率检测单元和温度控制单元，光发射机中的光模块包括匹配单元、激光器和隔离器；光接收机包括光模块、放大器，还可包括监控器和报警器，光接收机中的光模块包括光电二极管和匹配单元。光发射机接收到射频信号后，使用放大器和匹配单元分别对射频信号进行放大和改善反馈，并使用激光器将射频信号转换为光信号，该光信号经过隔离器和光纤传输到光接收机。光接收机使用光模块中的光电二极管将接收到的光信号转换为射频信号，使用匹配单元和放大器对该射频信号进行改善反馈和放大后传输出去。

光收发信机在增益上保持0dB，不会对TDD***有增益需求。由于光发射机中的激光器的噪声而产生的对射频信号的ACPR(Adjacent Channel PowerRatio，邻信道功率比)的恶化，可以通过DPD技术进行校正。同时，光收发信机和光纤链路的时延维持在ns级，不会影响TDD***的对同步的要求。

本发明的实施例包括以下优点，因为将数字信号处理单元和近端射频处理单元设置在基站侧，数字信号处理单元可以通过线缆接收来自同样位于基站侧的基带处理单元的基带信号，无需使用数字光模块，摆脱了数字光模块的速率对射频带宽的限制，提高了基站传输的载波和频段的可扩展性；近端射频处理单元与远端射频处理单元之间通过光纤传输由射频信号转换得到的光信号，通过光载无线技术实现基站数字预失真，提高了位于远端的远端射频处理单元中的功率放大器的效率；由于光纤中传输的光信号对应的射频信号为模拟信号，且近端射频处理单元与远端射频处理单元中的光收发信机的射频带宽可以达到1GHz以上，可以支持两个以上的频段，满足了不同频段的合路要求。此外，由于将功率放大器与数字信号处理单元和近端射频处理单元进行分离设计，降低了设计难度，且便于维护。当然，实施本发明的实施例的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

根据上述实施方式中提供的基站数字预失真的实现装置，本发明实施例还提供了应用上述基站数字预失真的实现装置的方法。

如图4所示，为本发明实施例中的基站数字预失真的实现方法流程图，包括以下步骤：

步骤401，数字信号处理单元接收来自基带处理单元的基带信号，将该基带信号输出给DAC。

具体地，由于数字信号处理单元和基带处理单元同时位于基站侧，两者可以通过线缆传输基带信号。

步骤402，DAC将接收到的基带信号转换为中频信号，将该中频信号发送到I/Q调制器。

步骤403，I/Q调制器将接收到的中频信号调制成射频信号，将该射频信号发送到近端射频处理单元。

步骤404，近端射频处理单元通过光收发信机将射频信号转换成光信号，将该光信号发送到与基站分离的远端射频处理单元。

其中，近端射频处理单元包括增益模块和光收发信机，可以通过增益模块对接收到的射频信号进行放大，将通过光收发信机放大后的射频信号转换成光信号，并使用光纤将转换得到的光信号发送到远端射频处理单元。

步骤405，远端射频处理单元通过光收发信机将接收到的光信号还原为射频信号，使用功率放大器将射频信号放大，并发射放大后的射频信号。

步骤406，远端射频处理单元从功率放大器的输出端耦合得到反馈信号，通过光收发信机将该反馈信号转换为光信号，并将该光信号发送到近端射频处理单元。

步骤407，近端射频处理单元通过光收发信机将接收到的光信号还原为射频信号，并发送到混频器。

具体地，近端射频处理单元将光信号还原为射频信号后，可以通过增益模块对该射频信号进行放大，并将放大后的射频信号发送到混频器。

步骤408，混频器将接收到的射频信号混频为中频信号，将该中频信号发送到ADC。

步骤409，ADC将接收到的中频信号转换为数字信号，将该数字信号发送到数字信号处理单元。

步骤410，数字信号处理单元根据接收到的数字信号进行DPD运算。

本发明实施例中，远端射频处理单元还可以通过低噪声放大器放大上行信号，并通过光收发信机将低噪声放大器放大后的上行信号转换为光信号，并将该光信号发送到近端射频处理单元；近端射频处理单元通过光收发信机将接收到的光信号还原为上行信号。上行信号和反馈信号可以共用同一条上行链路，该上行链路在下行时隙传输反馈信号，在上行时隙传输上行信号。

本发明实施例中的光收发信机包括光发射机和光接收机，光发射机和光接收机通过波分复用器连接到同一根光纤，上行信号、反馈信号以及由近端射频处理单元向远端射频处理单元发送的下行信号在同一根光纤中传输，光收发信机所在的信号接收端通过波分复用器将下行信号与上行信号和反馈信号区分开，并通过时隙区分上行信号和反馈信号。

本发明的实施例包括以下优点，因为将数字信号处理单元和近端射频处理单元设置在基站侧，数字信号处理单元可以通过线缆接收来自同样位于基站侧的基带处理单元的基带信号，无需使用数字光模块，摆脱了数字光模块的速率对射频带宽的限制，提高了基站传输的载波和频段的可扩展性；近端射频处理单元与远端射频处理单元之间通过光纤传输由射频信号转换得到的光信号，通过光载无线技术实现基站数字预失真，提高了位于远端的远端射频处理单元中的功率放大器的效率；由于光纤中传输的光信号对应的射频信号为模拟信号，且近端射频处理单元与远端射频处理单元中的光收发信机的射频带宽可以达到1GHz以上，可以支持两个以上的频段，满足了不同频段的合路要求。此外，由于将功率放大器与数字信号处理单元和近端射频处理单元进行分离设计，降低了设计难度，且便于维护。当然，实施本发明的实施例的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基站数字预失真的实现装置，其特征在于，包括：近端射频处理单元和与其连接的远端射频处理单元，以及与所述近端射频处理单元连接的数字信号处理单元；其中

近端射频处理单元，用于通过光收发信机将基站的射频信号转换成光信号，并将所述光信号发送到所述远端射频处理单元；通过光收发信机将来自所述远端射频处理单元的光信号还原为反馈信号，将所述反馈信号发送到所述数字信号处理单元；通过光收发信机将接收到的光信号还原为上行信号；

远端射频处理单元，用于通过光收发信机将接收到的光信号还原为射频信号并发射；从所述远端射频处理单元的输出端耦合得到反馈信号，通过光收发信机将所述反馈信号转换为光信号，并将所述光信号发送到所述近端射频处理单元；通过低噪声放大器放大上行信号，并通过光收发信机将所述低噪声放大器放大后的上行信号转换为光信号，并将所述光信号发送到所述近端射频处理单元；

数字信号处理单元，用于根据接收到的反馈信号进行数字预失真处理；

其中，所述光收发信机包括光发射机、光接收机和波分复用器，所述光发射机和光接收机通过所述波分复用器连接到同一根光纤；

所述光纤，用于传输所述上行信号、所述反馈信号以及由所述近端射频处理单元向所述远端射频处理单元发送的下行信号；

所述波分复用器，用于将所述下行信号与所述上行信号和所述反馈信号区分开；

所述光收发信机所在的信号接收端用于通过时隙区分所述上行信号和所述反馈信号。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述近端射频处理单元位于基站侧，该单元包括：增益模块和光收发信机；其中

所述增益模块，用于放大基站的射频信号和来自所述光收发信机的反馈信号，并将放大后的反馈信号发送到所述数字信号处理单元；

所述光收发信机，用于将经过所述增益模块放大后的基站的射频信号转换成光信号并发送到所述远端射频处理单元，以及将来自所述远端射频处理单元的光信号还原为反馈信号；

所述远端射频处理单元位于天线侧，该单元包括：功率放大器和光收发信机；其中

所述光收发信机用于将接收到的光信号还原为射频信号，以及将反馈信号转换为光信号并发送到所述近端射频处理单元；

所述功率放大器用于放大来自所述光收发信机的射频信号。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上行信号和所述反馈信号共用同一条上行链路，所述上行链路在下行时隙传输所述反馈信号，在上行时隙传输所述上行信号。

4.一种用权利要求1至3任一项所述的基站数字预失真的实现装置所实现的基站数字预失真的实现方法，其特征在于，包括：

近端射频处理单元通过光收发信机将基站的射频信号转换成光信号，并将所述光信号发送到远端射频处理单元；

所述远端射频处理单元通过光收发信机将接收到的光信号还原为射频信号并发射；

所述远端射频处理单元从输出端耦合得到反馈信号，通过光收发信机将所述反馈信号转换为光信号，并将所述光信号发送到所述近端射频处理单元；

所述近端射频处理单元通过光收发信机将来自所述远端射频处理单元的光信号还原为反馈信号，将所述反馈信号发送到数字信号处理单元，所述数字信号处理单元根据接收到的反馈信号进行数字预失真处理；

其中，还包括：

所述远端射频处理单元通过低噪声放大器放大上行信号，并通过光收发信机将所述低噪声放大器放大后的上行信号转换为光信号，并将所述光信号发送到所述近端射频处理单元；

所述近端射频处理单元通过光收发信机将接收到的光信号还原为上行信号；

所述光收发信机包括光发射机和光接收机，所述光发射机和光接收机通过波分复用器连接到同一根光纤，所述上行信号、所述反馈信号以及由所述近端射频处理单元向所述远端射频处理单元发送的下行信号在同一根光纤中传输，所述光收发信机所在的信号接收端通过所述波分复用器将所述下行信号与所述上行信号和所述反馈信号区分开，并通过时隙区分所述上行信号和所述反馈信号。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述近端射频处理单元通过光收发信机将基站的射频信号转换成光信号，并将所述光信号发送到远端射频处理单元，包括：

增益模块放大所述基站的射频信号；

光收发信机将经过所述增益模块放大后的基站的射频信号转换成光信号并发送到所述远端射频处理单元；

所述近端射频处理单元通过光收发信机将来自所述远端射频处理单元的光信号还原为反馈信号，将所述反馈信号发送到数字信号处理单元，包括：

光收发信机将来自所述远端射频处理单元的光信号还原为反馈信号；

增益模块放大来自所述光收发信机的反馈信号，并将放大后的反馈信号发送到所述数字信号处理单元。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述上行信号和所述反馈信号共用同一条上行链路，所述上行链路在下行时隙传输所述反馈信号，在上行时隙传输所述上行信号。