基带信号处理方法、基带处理单元、基站与流程

1.本公开涉及通信技术领域，具体地，涉及一种基带信号处理方法、一种基带处理单元、一种基站。


背景技术：

2.分布式基站系统采用了将基带处理单元(bbu，building baseband unit)和射频拉远单元(rru，radio remote unit)分离的设计，bbu集成了传统宏基站的基带、主控、传输、时钟等功能，安装位置灵活，例如可以设置在机房中，rru集成了收发信、功放等射频功能，一般设置靠近天线的远端。bbu和rru之间通过光纤连接。
3.就目前来看，分布式基站系统仍然具有较高的成本。


技术实现要素：

4.为解决现有技术存在的上述问题的至少一个方面，本公开提供一种基带信号处理方法以及一种执行该基带信号处理方法的基带处理单元。
5.为了实现上述目的，作为本公开的第一个方面，提供一种基带信号处理方法，应用于基带处理单元bbu，包括：
6.对基带信号进行削峰处理，以减小所述基带信号的峰均比par；
7.对削峰处理后的所述基带信号进行数字预失真处理，得到预失真基带信号；
8.对所述预失真基带信号的功率进行放大，得到下行基带信号；
9.将所述下行基带信号传输到射频拉远单元rru。
10.可选地，对削峰处理后的所述基带信号进行数字预失真处理，得到预失真基带信号的步骤包括：
11.对所述下行基带信号进行采样量化，得到反馈信号；
12.根据所述反馈信号对削峰处理后的所述基带信号进行数字预失真处理，得到所述预失真基带信号。
13.可选地，在对所述预失真基带信号的功率进行放大，得到下行基带信号的步骤之前，所述基带信号处理方法还包括：
14.将所述预失真基带信号转换为模拟信号。
15.可选地，在将所述下行基带信号传输到射频拉远单元rru的步骤之前，所述基带信号处理方法还包括：
16.对所述下行基带信号进行采样量化，得到数字基带信号；
17.根据对削峰处理后的所述基带信号进行数字预失真处理时产生的延时，调整所述数字基带信号的时间延迟；
18.将所述下行基带信号传输到射频拉远单元rru，以使所述rru根据所述下行基带信号生成射频信号的步骤包括
19.将调整时间延迟后的所述数字基带信号中的数据填充到通用公共无线电接口
cpri/ecpri的下行帧中，以通过所述cpri/ecpri将调整时间延迟后的所述数字基带信号传输到所述rru。
20.可选地，削峰处理后的所述基带信号的par的范围为6至8db。
21.可选地，所述下行基带信号的误差向量幅度evm小于或等于3％。
22.作为本公开的第二个方面，提供一种基带处理单元bbu，包括：
23.削峰处理模块，用于对基带信号进行削峰处理，以减小所述基带信号的峰均比par；
24.数字预失真模块，用于对削峰处理后的所述基带信号进行数字预失真处理，得到预失真基带信号；
25.功率放大器，用于对所述预失真基带信号的功率进行放大，得到下行基带信号；
26.信号传输模块，用于将所述下行基带信号传输到射频拉远单元rru。
27.可选地，所述bbu还包括：
28.第一模数转换模块，用于对所述下行基带信号进行采样量化，得到反馈信号；
29.所述数字预失真模块根据所述反馈信号对削峰处理后的所述基带信号进行数字预失真处理，得到所述预失真基带信号。
30.可选地，所述bbu还包括：
31.数模转换模块，用于将所述预失真基带信号转换为模拟信号；
32.所述功率放大器对所述模拟信号的功率进行放大，得到所述下行基带信号。
33.可选地，所述bbu还包括：
34.第二模数转换模块，用于对所述下行基带信号进行采样量化，得到数字基带信号；
35.时延调整模块，用于根据所述数字预失真模块产生的延时，调整所述数字基带信号的时间延迟；
36.通用公共无线电接口cpri/ecpri，用于将调整时间延迟后的所述数字基带信号中的数据填充到所述cpri/ecpri的下行帧中，以通过所述cpri/ecpri将调整时间延迟后的所述数字基带信号传输到所述rru。
37.可选地，削峰处理后的所述基带信号的par的范围为6至8db。
38.可选地，所述下行基带信号的误差向量幅度evm小于或等于3％。
39.作为本公开的第三个方面，提供一种基站，包括bbu和rru，其中，所述bbu是本公开第二个方面提供的bbu。
40.本公开提供的基带信号处理方法，在bbu上对基带信号进行削峰、数字预失真放大处理，使得传输到rru的基带信号不仅具有较低的evm，基带信号的失真可接受；同时还具有较小的par，使得rru中的功放工作在线性工作区内。rru可以直接对接收到的下行基带信号进行放大传输，而不需要进行预失真处理。因此可以省略rru中的dpd模块，节约了大量的dpd算法资源，降低了分布式基站系统的成本。
附图说明
41.图1是传统分布式基站系统的架构图；
42.图2是本公开中基带信号处理方法的一种实施方式的流程图；
43.图3是本公开中基带信号处理方法的另一种实施方式的流程图；
44.图4是本公开中基带信号处理方法的又一种实施方式的流程图；
45.图5是本公开中基带处理单元的一种实施方式的模块示意图；
46.图6是本公开中基带处理单元的另一种实施方式的模块示意图；
47.图7是采用本公开提供的基带处理单元的分布式基站系统的一种实施方式的架构图。
具体实施方式
48.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
49.在4g和5g中，采用正交频分复用(ofdm，orthogonal frequency division multiplexing)技术实现多载波传输。但是多载波传输也带来了较高的峰均比(par，peak to average rate)，使得基站中的功率放大器(pa，power amplifier)的非线性失真更加严重。数字预失真(dpd，digital pre-distortion)技术能够消除pa的非线性失真，从而提高pa的效率。
50.如图1所示，在传统的分布式基站系统中，一个bbu可以支持并连接多个rru。在每一个rru上都有功率放大器。在功率放大器设计过程中：为了获得更大的输出信号功率，功率放大器的输入信号峰值一般会在接近饱和点p1db甚至p3db的附近范围。这样功放的非线性失真会使其产生新的频率分量，如对于二阶失真会产生二次谐波和双音拍频，对于三阶失真会产生三次谐波和多音拍频。为了解决输入信号高峰均比导致的非线性失真，在rru上设置了数字预失真(dpd)模块。但是，由每一个rru分别对基带信号进行数字预失真放大需要增加大量的dpd算法资源，使得成本上升。
51.本公开的发明人认为，若能在bbu中对基带信号进行数字预失真放大，就能省去每个rru中的dpd模块，从而能大幅节约资源，降低成本。
52.有鉴于此，作为本公开的第一个方面，提供一种基带信号处理方法，应用于基带处理单元bbu，如图2所示，包括：
53.在步骤s110中，对基带信号进行削峰处理，以减小所述基带信号的峰均比par；
54.在步骤s120中，对削峰处理后的所述基带信号进行数字预失真处理，得到预失真基带信号；
55.在步骤s130中，对所述预失真基带信号的功率进行放大，得到下行基带信号；
56.在步骤s140中，将所述下行基带信号传输到射频拉远单元rru。
57.在本公开中，为了在bbu中对基带信号进行数字预失真放大，从而省去每个rru中的dpd模块，需要确保由bbu传输到rru的基带信号失真在可接受的范围。在本公开中，通过误差向量幅度(evm，error vector magnitude)对基带信号失真进行度量。evm包括幅度和相位的矢量，是在一个给定时刻理想无误差基准信号与实际发射信号的向量差，能全面衡量调制信号的幅度误差和相位误差。evm具体定义为误差矢量信号平均功率的均方根值与理想信号平均功率的均方根值之比，并以百分比的形式表示。evm越小，信号质量越好。
58.在本公开所提供的技术方案中，由于省略了rru中的dpd模块，使得rru中的功放的线性范围减小，其evm无损工作点下降。因此，由bbu传输到rru的基带信号不仅失真需要在可接受范围内，还要具有合适的峰均比(par)，以使rru上的功放能够工作在线性工作区内，
从而确保经rru放大传输的射频信号也具有较小的evm。
59.需要说明的是，par即信号峰值功率与评价功率的比值。由于无线信号从时域上观测是幅度不断变化的正弦波，不同周期内信号的平均功率和峰值功率是不一样的。不同的峰值功率值出现的概率也不同。通常所述的par是在出现概率为0.01％的峰值功率与系统总的平均功率的比值。此时的par也被称为峰值因子(cf，crest factor)。当par较大，使得信号瞬时功率超过功放的线性范围时，将会导致信号的非线性失真，造成信号畸变以及频带内噪声功率增加和频带外功率扩散，还将造成各子信道之间正交性破坏，产生相互干扰。
60.而在bbu中，处理完成后的基带信号通常具有较高的par，且在多载波传输中，理论上每增加一个载波，峰均比就会提高一倍(3db)。因此，为了使rru上的功放能够工作在线性工作区，在步骤s110中，对基带信号进行削峰处理。对基带信号削峰即进行波峰因子消除(cfr)，以减小基带信号的par。本公开对cfr的具体方式不做特殊限定。例如，可以通过信号预畸变，直接改变信号波形以达到抑制峰值的目的；也可以通过编码，以增加冗余度为代价，去除高par符号；还可以通过优化子信道的载波相位的方式来寻找能得到最低papr的相位组合，降低高papr符号的发送概率。
61.cfr虽然降低了基带信号的par，但是以恶化evm为代价，由于时域信号改变而引入一定的原信号的频域谐波失真。对于功放系统和dpd算法，cfr引入的谐波失真与功放造成的基带信号的谐波失真没有区别，因此，可以在步骤s120中通过dpd对该谐波失真进行处理。
62.dpd技术是通过一个预失真元件和pa级联，由该预失真元件产生一个与放大器的失真数量相当、相位却相反的预失真。从而使得预失真元件和功放元件整体呈现高度线性、无失真特性。dpd增大了pa的线性工作区的范围，提高了功放的效率。
63.在步骤s120中，对削峰处理后的所述基带信号进行数字预失真处理时，预失真参数包含了功放造成的谐波失真和cfr引入的谐波失真，从而能够对功放造成的谐波失真和cfr引入的谐波失真同时进行补偿矫正。在步骤s130中对所述预失真基带信号的功率进行放大后，功放造成的谐波失真和cfr引入的谐波失真同时被抵消，得到的下行基带信号具有较低的evm。
64.dpd是根据产生一个和pa曲线相对称的曲线，再和pa的曲线进行叠加，这样就会使得总体的效果产生出一个线性的结果，从而不用使用大功率的pa，就可以得到一个线性范围更宽的pa。
65.在步骤s140中传输到rru的下行基带信号不仅具有较低的evm，确保所述下行基带信号的失真可接受；同时还具有较小的par，使得rru中的功放工作在线性工作区内。rru可以直接对接收到的下行基带信号进行放大传输，而不需要进行预失真处理。
66.本公开提供的基带信号处理方法，在bbu上对基带信号进行削峰、预失真放大处理，使得传输到rru的基带信号不仅具有较低的evm，基带信号的失真可接受；同时还具有较小的par，使得rru中的功放工作在线性工作区内。rru可以直接对接收到的下行基带信号进行放大传输，而不需要进行预失真处理。因此可以省略rru中的dpd模块，节约了大量的dpd算法资源，降低了分布式基站系统的成本。
67.需要说明的是，功率放大器有一个线性动态范围，即线性工作区，pa工作在线性区还是非线性区取决于输入信号电平。在线性区内，pa的输出功率随输入功率线性增加；当pa
进入非线性区，其输出功率不再随输入功率的增加而线性增加，也就是说，其输出功率低于线性放大时的理想值。通常把pa的增益下降到比理想的线性增益低1db时的输出功率值定义为输出功率的1分贝压缩点，用p1db表示。在本公开中，为了使rru上的功放能够工作在线性区，作为一种可选的实施方式，对基带信号进行削峰处理后，将所述基带信号的par降低到6至8db。作为另一种可选的实施方式，经削峰处理后，将所述基带信号的par降低到7.5db。
68.此外，为了确保由bbu传输到rru的基带信号失真在可接受的范围，作为一种可选的实时方式，在本公开中，在对削峰处理后的所述基带信号进行数字预失真处理，并进一步进行功率放大后，使得得到的所述下行基带信号的evm小于或等于3％。
69.在本公开中，在对削峰处理后的所述基带信号进行数字预失真处理时，从pa的输出端获取反馈信号以设置预失真参数，如前文所述，从pa的输出信号中获取的反馈信号包含了cfr引入的谐波失真与功放造成的基带信号的谐波失真，因此可以对cfr引入的谐波失真与功放造成的基带信号的谐波失真同时进行补偿矫正。因为经pa放大后的信号为模拟信号，而dpd处理的是数字信号，因此在获取所述反馈信号时，需要先对pa的输出信号进行采样量化，将模拟信号转换为数字信号。相应地，步骤s120具体包括：
70.在步骤s121中，对所述下行基带信号进行采样量化，得到反馈信号；
71.在步骤s122中，根据所述反馈信号对削峰处理后的所述基带信号进行数字预失真处理，得到所述预失真基带信号。
72.因为pa只能对模拟信号的功率进行放大，因此在对预失真基带信号进行放大前，需要将所述预失真基带信号转换为模拟信号。相应地，本公开提供的基带信号处理方法除了包括上述步骤s110至步骤s140以外，如图4所示，还包括：
73.在步骤s150中，将所述预失真基带信号转换为模拟信号。
74.在分布式基站系统中，bbu和rru之间通过通用公共无线接口(cpri，common public radio interface)或演进型通用公共无线接口(ecpri，evolved common public radio interface)进行连接。cpri/ecpri采用数字的方式来传输基带信号其定义了基站数据处理控制单元rec(radio equipment control)与基站收发单元re(radio equipment)之间的接口关系能够对用户平台数据、控制和管理平台数据、同步平台数据等信息流进行多路传输，在物理层支持电接口和光接口，在数据链路层支持机动性和可测量性。此外，从bbu流向rru的方向称为下行方向，从rru流向bbu的方向成为上行方向。在本公开中，bbu和rru通过光纤进行连接，cpri/ecpri具体为光接口。相应地，本公开提供的基带信号处理方法除了包括上述步骤s110至s140以外，如图4所示，在步骤s140之前，还包括：
75.在步骤s160中，对所述下行基带信号进行采样量化，得到数字基带信号；
76.在步骤s170中，根据对削峰处理后的所述基带信号进行数字预失真处理时产生的延时，调整所述数字基带信号的时间延迟。
77.需要说明的是，在本公开中，在对所述下行基带信号进行采样量化后，通过将采样率和dpd延时重新适配，对dpd模块产生的延时进行调整，使之与系统同步和cpri帧对齐。还需要说明的是，在rru中，也存在dpd延时，因此，在基站系统中不会产生多余的延时。在本公开中，每个rru都具备延时调整功能，能够确保和最远的rru的空口(空中接口)对齐。相应地，作为一种可选的实施方式，在步骤s170中，在bbu侧对dpd延时进行处理，只需要保证上
下行载频(trx)帧头信号传递和trx实际数据对齐。因此只需要测量出cfr dpd模块的实际延时，在trx帧头信号上补偿即可。此外，作为另一种可选的实施方式，如果dpd延时为rru的群延时，可以将时间延迟的调制合并到rru的延时调整里，在bbu端不做补偿。
78.因为基带信号进行dpd处理时会产生延时，且通过通用公共无线电接口cpri/ecpri传输信号需要封装成符合cpri/ecpri帧格式的信号，因此，如图4所示，步骤s140具体包括：
79.在步骤s141中，将调整时间延迟后的所述数字基带信号中的数据填充到所述cpri/ecpri的下行帧中，以通过所述cpri/ecpri将调整时间延迟后的所述数字基带信号传输到所述rru。
80.作为本公开的第二个方面，提供一种基带处理单元bbu，如图5所示，包括：
81.削峰处理模块110，用于对基带信号进行削峰处理，以减小所述基带信号的峰均比par；
82.数字预失真模块120，用于对削峰处理后的所述基带信号进行数字预失真处理，得到预失真基带信号；
83.功率放大器130，用于对所述预失真基带信号的功率进行放大，得到下行基带信号；
84.信号传输模块140，用于将所述下行基带信号传输到射频拉远单元rru。
85.如图7所示，采用本公开提供的bbu构建的分布式基站系统，可以省略rru上的dpd模块，而不会降低射频信号质量，影响基站性能。
86.本公开提供的基带处理单元bbu，在bbu上对基带信号进行削峰、预失真放大处理，使得传输到rru的基带信号不仅具有较低的evm，基带信号的失真可接受；同时还具有较小的par，使得rru中的功放工作在线性工作区内。rru可以直接对接收到的下行基带信号进行放大传输，而不需要进行预失真处理。因此可以省略rru中的dpd模块，节约了大量的dpd算法资源，降低了分布式基站系统的成本。
87.可选地，如图6所示，所述bbu还包括：
88.第一模数转换模块150，用于对所述下行基带信号进行采样量化，得到反馈信号；
89.所述数字预失真模块120根据所述反馈信号对削峰处理后的所述基带信号进行数字预失真处理，得到所述预失真基带信号。
90.可选地，如图6所示，所述bbu还包括：
91.数模转换模块160，用于将所述预失真基带信号转换为模拟信号；
92.所述功率放大器130对所述模拟信号的功率进行放大，得到所述下行基带信号。
93.可选地，如图6所示，所述bbu还包括：
94.第二模数转换模块170，用于对所述下行基带信号进行采样量化，得到数字基带信号；
95.时延调整模块180，用于根据所述数字预失真模块产生的延时，调整所述数字基带信号的时间延迟；
96.所述信号传输模块140包括：
97.通用公共无线电接口(cpri/ecpri)141，用于将调整时间延迟后的所述数字基带信号中的数据填充到所述通用公共无线电接口141的下行帧中，以通过所述通用公共无线
电接口141将调整时间延迟后的所述数字基带信号传输到所述rru。
98.可选地，削峰处理后的所述基带信号的par的范围为6至8db。
99.可选地，所述下行基带信号的误差向量幅度evm小于或等于3％。
100.作为本公开的第三个方面，如图7所示，提供一种基站，包括bbu和rru，其中，所述bbu是本公开第二个方面提供的bbu。
101.如图7所示，在rru中省略了dpd模块。作为一种可选地实施方式，rru中的功率放大器可采用功率回退的ab类功率放大器。
102.本公开第三个方面提供的基站中的bbu执行本公开第一个方面提供的基带信号处理方法，上文已经对所述基带信号处理方法的原理和有益效果进行了详细描述，此处不再赘述。
103.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。