一種基于5G雙載波的零中頻信號處理方法與流程

本發明涉及5g通信系統，解決nr載波和lte載波疊加時的零中頻信號難以處理的問題。

背景技術：

1、在5g通信系統中，nr載波和lte擁有不同的載波頻率，需要適配不同的通帶帶寬以及不同的數據采樣率。在面對nr載波結合lte載波的復雜場景下，使得處理雙載波的零中頻信號變的尤為復雜，但是nr結合lte的應用場景變的日益廣泛，一種能解決包含nr載波和lte載波的合路載波的信號處理方法變的尤為重要。

技術實現思路

1、針對現有技術中存在的問題，本發明目的在于，提供一種基于5g雙載波的零中頻信號處理方法。解決nr載波和lte載波疊加時的零中頻信號難以處理的問題。

2、為了實現上述目的，本發明所采用技術方案為：對于上行鏈路，首先將雙載波過數字振蕩器nco，將nr載波和lte載波分離，然后根據各自的時鐘和采樣率，先分別選擇是否進行升時鐘域處理，再分別選擇是否進行降采樣率處理，然后再分別進行動態加載濾波，最后再分別進行降時鐘域處理；對于下行鏈路，首先將nr和lte的載波進行升時鐘域處理，然后再分別進行動態加載濾波，然后據各自的時鐘和采樣率，先分別選擇是否進行升采樣率處理，再分別選擇是否進行降采樣率處理，最后將nr和lte的載波過合路器進行信號疊加。具體包括以下步驟：

3、對于上行鏈路：

4、步驟一、將nr載波和lte載波的合路載波進行頻譜搬移處理；

5、步驟二、將nr載波和lte載波分別進行升時鐘域處理或者旁路處理；

6、步驟三、將nr載波進行降采樣率處理或者旁路處理，將lte載波進行降采樣率處理；

7、步驟四、將nr載波和lte載波分別進行動態加載數字濾波處理；

8、步驟五、將nr載波和lte載波分別進行降時鐘域處理；

9、對于下行鏈路：

10、步驟一、將nr載波和lte載波分別進行升時鐘域處理；

11、步驟二、將nr載波和lte載波分別進行動態加載數字濾波處理；

12、步驟三、將nr載波進行升采樣率處理或者旁路處理，將lte載波進行升采樣率處理；

13、步驟四、將nr載波和lte載波分別進行降時鐘域處理或者旁路處理；

14、步驟五、將nr載波和lte載波時域疊加得到合路載波。

15、所述上行鏈路的步驟一具體為：對于系統上行鏈路而言，系統的輸入為來自jesd接口的數據，輸出為送到通用公共無線接口cpri的數據，而jesd接口的時鐘和采樣率是現場可編輯邏輯門陣列fpga和射頻芯片共同決定的，常用的時鐘頻率和采樣率為122.88mhz和245.76mhz，而cpri處理nr載波的時鐘頻率和采樣率為122.88mhz，處理lte載波的時鐘頻率為122.88mhz，采樣率為30.72mhz，所以本系統及方法主要針對jesd接口和cpri接口間的零中頻信號進行處理。設備通過天線口接收雙載波信號，而后雙載波信號經過射頻芯片，再經過模數轉換器adc后變為數字信號，經jesd接口后到達fpga，此時雙載波信號為合路信號，需要進行頻譜搬移，將nr載波和lte載波分離。分別調用xilinx?dds?ip核，產生兩組可配置頻率的正弦信號和余弦信號，將nr和lte的配置頻率信號以及配置頻率有效信號連接到寄存器，同時一組用于將nr載波進行頻譜搬移，另一組用于將lte載波進行頻譜搬移。具體操作是將合路信號的iq數據分別和dds?ip核產生的兩組余弦信號和正弦信號做復數乘法，同時余弦信號以及正弦信號的頻率，是通過配置頻率信號以及配置頻率有效信號的寄存器得到的，本質上nr和lte的nco是同一套邏輯，目的都是得到分載波，即分別調用了兩次nco，同時需要考慮到jesd的時鐘頻率，如果jesd的時鐘頻率為122.88mhz，則選擇在相同的時鐘域下進行nco處理；如果jesd的時鐘頻率為245.76mhz，則選擇在相同的時鐘域下進行nco處理。經過上述處理后，即得到了可進行任意頻點頻譜搬移的nr載波和lte載波，即在頻域上將nr載波和lte載波分離。

16、所述上行鏈路的步驟二具體為：由于在時域上，目前iq數據只經過了系統的nco模塊，此時的nr分載波以及lte分載波和未經過nco處理的合路載波處于相同時鐘域，需要判斷當前nr載波和lte載波的時鐘域是否和動態加載濾波器的時鐘域一致，由于在系統設計時，濾波器的使用是需要消耗dsp資源的，為減少dsp資源的消耗，所以在上行鏈路的步驟四中，nr載波和lte載波的動態加載濾波器是用最高時鐘頻率的時鐘，需要判斷合路載波，也就是系統輸入數據的時鐘域是否為245.76mhz，如果是則通過旁路模塊將nr和lte的升時鐘域模塊跳過；如果不是則需要將nr和lte載波分別進行升時鐘域處理。升時鐘域處理的具體操作是，將iq數據寫進先進先出fifo?ip，寫數據的時鐘為當前時鐘122.88mhz，寫入fifo的數據為iq數據，讀數據的時鐘為所需要的245.76mhz的時鐘，讀出的數據則為升時鐘域處理完成的數據。

17、所述上行鏈路的步驟三具體為：對于nr載波而言，最終需要轉換為122.88mhz采樣率的數據，所以當nr載波采樣率為122.88mhz時，此時不需要進行降采樣率處理，可通過旁路模塊，將降采樣率模塊跳過；當nr載波采樣率為245.76mhz時，需要進行一級半帶抽取濾波，先濾波再抽取，濾波的作用是防止產生頻譜混疊。對于lte載波而言，最終需要轉換為30.72mhz采樣率的數據，所以當lte載波采樣率為122.88mhz時，需要進行兩級半帶抽取濾波，每一級均是先濾波再抽取，濾波的作用是防止產生頻譜混疊；當采樣率為245.75mhz時，需要進行三級半帶抽取濾波，每一級均是先濾波再抽取，濾波的作用是防止產生頻譜混疊。

18、所述對于上行鏈路的步驟四具體為：分別將nr載波和lte載波進行信道濾波，濾波的作用時去除鄰道的干擾信號，采用的方式是動態加載濾波，即通過寄存器配置，可實現多種帶寬的低通濾波。對于nr載波而言，由于子載波rb數量的不同，子載波的常用通帶分為5mhz，10mhz，15mhz，20mhz，40mhz，50mhz，60mhz和100mhz，用matlab生成滿足上述帶寬要求的通帶，阻帶，帶內平坦度以及帶外抑制的濾波器系數，并且濾波器系數的階數相同。然后通過xilinx?ip?fir?compiler調用上述濾波器系數實現動態加載濾波，需要在ip核的可視化界面選定濾波器系數的個數，濾波器類型，路徑個數，時鐘，采樣率以及數據處理方式，同時通過寄存器去配置不同的帶寬參數，即可實現動態加載低通濾波的功能；對于lte載波而言，由于子載波rb數量的不同，子載波的常用通帶分為5mhz，10mhz，15mhz，20mhz和60mhz，用matlab生成滿足上述帶寬要求的通帶，阻帶，帶內平坦度以及帶外抑制的濾波器系數，并且濾波器系數的階數相同。然后通過xilinx?ip?fir?compiler調用上述濾波器系數實現動態加載濾波，需要在ip核的可視化界面選定系數的個數，濾波器類型，路徑個數，時鐘，采樣率以及數據處理方式，同時通過寄存器去配置不同的帶寬參數，即可實現動態加載低通濾波的功能。

19、所述上行鏈路的步驟五具體為：將nr載波和lte載波分別進行降時鐘域處理，降時鐘域處理的具體操作是，將iq數據經過先進先出fifo?ip，寫數據的時鐘為當前時鐘245.76mhz，寫入fifo的數據為iq數據，讀數據的時鐘為所需要的122.88mhz的時鐘，讀出的數據則為降時鐘域處理完成的數據。

20、所述下行鏈路的步驟一具體為：對于系統下行鏈路而言，系統的輸入為來自cpri接口的數據，輸出為送到jesd接口的數據，而jesd接口的時鐘頻率和采樣率是fpga和射頻芯片共同決定的，由于jesd的接收和發射的時鐘頻率和數據采樣率是相同的，所以最終需要實現cpri接口的時鐘頻率和采樣率向jesd接口的時鐘頻率和采樣率的轉換。此時nr載波和lte載波的時鐘頻率都為122.88mhz，nr載波的采樣率為122.88mhz，lte載波的采樣率為30.72mhz，由于在系統設計時，濾波器的使用是需要消耗dsp資源的，為減少dsp資源的消耗，所以在下行鏈路的步驟二中，nr載波和lte載波的動態加載濾波器是用最高時鐘頻率的時鐘的，系統輸入數據的時鐘域為245.76mhz。升時鐘域處理的具體操作是，將iq數據寫進先進先出fifo?ip，寫數據的時鐘為當前時鐘122.88mhz，寫入fifo的數據為iq數據，讀數據的時鐘為所需要的245.76mhz的時鐘，讀出的數據則為升時鐘域處理完成的數據。此處的nr升時鐘域模塊和lte升時鐘域模塊和上行鏈路保持一致，即為上行鏈路中的nr升時鐘域模塊和lte升時鐘域模塊的復用。

21、所述下行鏈路的步驟二具體為：分別將nr載波和lte載波進行信道濾波，濾波的作用時去除鄰道的干擾信號，采用的方式是動態加載濾波，即通過寄存器配置，可實現多種帶寬的低通濾波。對于nr載波而言，由于子載波rb數量的不同，子載波的常用通帶分為5mhz，10mhz，15mhz，20mhz，40mhz，50mhz，60mhz和100mhz，用matlab生成滿足上述帶寬要求的通帶，阻帶，帶內平坦度以及帶外抑制的濾波器系數，并且濾波器系數的階數相同。然后通過xilinx?ip?fir?compiler調用上述濾波器系數實現動態加載濾波，需要在ip核的可視化界面選定濾波器系數的個數，濾波器類型，路徑個數，時鐘，采樣率以及數據處理方式，同時通過寄存器去配置不同的帶寬參數，即可實現動態加載低通濾波的功能；對于lte載波而言，由于子載波rb數量的不同，子載波的常用通帶分為5mhz，10mhz，15mhz，20mhz和60mhz，用matlab生成滿足上述帶寬要求的通帶，阻帶，帶內平坦度以及帶外抑制的濾波器系數，并且濾波器系數的階數相同。然后通過xilinx?ip?fir?compiler調用上述濾波器系數實現動態加載濾波，需要在ip核的可視化界面選定系數的個數，濾波器類型，路徑個數，時鐘，采樣率以及數據處理方式，同時通過寄存器去配置不同的帶寬參數，即可實現動態加載低通濾波的功能。

22、所述下行鏈路的步驟三具體為：對于nr載波和lte載波而言，最終需要轉換為122.88mhz或者245.76mhz采樣率的數據，所以當nr載波采樣率為122.88mhz時，此時如果jesd接口的采樣率為122.88mhz時，則不需要進行降采樣率處理，可通過旁路模塊，將升采樣率模塊跳過；如果jesd接口的采樣率為245.76mhz時，需要進行一級半帶插值濾波，先插值再濾波，濾波的作用是濾除因插值而產生的鏡像。所以當lte載波采樣率為30.72mhz時，此時如果jesd接口的采樣率為122.88mhz時，則需要進行兩級半帶插值濾波，先插值再濾波，濾波的作用是濾除因插值而產生的鏡像；此時如果jesd接口的采樣率為245.76mhz時，則需要進行三級半帶插值濾波，先插值再濾波，濾波的作用是濾除因插值而產生的鏡像。

23、所述下行鏈路的步驟四具體為：此時nr和lte載波的時鐘域都為245.76mhz，當jesd的時鐘域為245.76mhz時，則通過旁路模塊將nr和lte的降時鐘域模塊跳過；當jesd的時鐘域為122.88mhz時，則需要將nr和lte載波分別進行降時鐘域處理，降時鐘域處理的具體操作是，將iq數據經過先進先出fifo?ip，寫數據的時鐘為當前時鐘245.76mhz，寫入fifo的數據為iq數據，讀數據的時鐘為所需要的122.88mhz的時鐘，讀出的數據則為降時鐘域處理完成的數據。

24、所述下行鏈路的步驟五具體為：由于此時的nr和lte載波在時域上是不同的下行鏈路的，需要通過時域疊加，將nr和lte載波進行合路處理。調用加法器將nr載波的iq數據以及lte載波的iq數據，進行時域相加，同時需要進行溢出保護以及四舍五入處理。

25、與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

26、1、本發明在5g雙載波的通信系統中，通過集成相關的信號處理模塊，對jesd接口以及cpri接口間的雙載波零中頻信號進行處理，適配常用的時鐘頻率和數據采樣率，只需將系統進行移植，便可實現零中頻信號的處理，使得系統更具通用性和便捷性；

27、2、本發明在5g雙載波的通信系統中，上行鏈路和下行鏈路采用對稱式結構，在上行鏈路和下行鏈路中，因信號處理而產生的時延保持一致，能夠降低在后續的射頻測試以及真實的業務測試中降低復雜度；

28、3、本發明在5g雙載波的通信系統中，不同的時鐘域下，采用先升時鐘域再降時鐘域的設計，使得動態加載濾波器消耗的dsp資源盡可能的少，提升了系統的資源利用率。

29、本發明在5g雙載波的通信系統中，通過采用動態加載濾波器的設計，使得系統兼容nr載波和lte載波的不同帶寬，使得系統更具兼容性。