專利名稱：多載波調制信號的壓縮/解壓方法及壓縮器/解壓器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動通信技術，尤其涉及移動通信網(wǎng)絡中的多載波調制信號的壓縮/解壓方法及壓縮器/解壓器。
背景技術：
隨著移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的迅猛增長，移動運營商為保持競爭優(yōu)勢，部署傳統(tǒng)接入網(wǎng)的成本越來越高昂。為了降低建網(wǎng)成本，同時為用戶提供優(yōu)質服務，許多移動運營商和設備供應商開始考慮采用更具吸引力的方案，目前熱門的方案都是基于分布式天線和集中式基帶處理架構的，例如中國移動的云接入網(wǎng)(C-RAN)和阿爾卡特朗訊的靈云無線(LightRadio)等。采用基于集中式基帶處理的接入網(wǎng)架構，基站站址的需求可以大大削減，基帶處理設備(或者基帶處理單元BBU)也可以在多個虛擬基站間共享。與傳統(tǒng)的接入網(wǎng)相比，這種架構可以大大節(jié)省運營成本和建設成本。而且，小區(qū)間干擾消除、多點協(xié)作等先進的調度和信號處理技術更易于實現(xiàn)，從而這種架構可以提供更大的容量、更廣的覆蓋和更好的用戶體驗。這些集中式處理系統(tǒng)中，基帶處理單元(BBU)和遠端射頻頭(RRH)在地理上是分離的，可以通過光纖網(wǎng)絡或者以太網(wǎng)絡等有線網(wǎng)絡進行連接，并通過開放基站架構協(xié)議(OBSAI)或公共無線接口(CPRI)進行數(shù)據(jù)交互，在這些有線連接上傳輸原始的時域基帶信號。這種架構給光纖網(wǎng)絡或者以太網(wǎng)絡的有線傳輸帶寬需求帶來了巨大的挑戰(zhàn)，例如，帶寬20MHz的8天線3Gpp LTE (長期演進項目)系統(tǒng)需要9.8304Gbps的有線傳輸帶寬，正在標準化研究中LTE-A(LTE-Advance)的帶寬需求更是激增到49.152Gbps。針對上述過高帶寬需求的問題，目前已經有少量壓縮算法可以用來壓縮基帶信號，兩種典型的方案有:阿爾卡特朗訊的靈云無線(LightRadio)中采用的時域信號壓縮算法(圖1)和Samplify公司的壓縮算法(圖2)。這些算法可以提供2 3倍的壓縮率，而帶來很小的性能損失，可以有效地降低有線傳輸?shù)膸捫枨?。與無壓縮傳輸相比，采用這些有效的壓縮算法，僅需不到一半的光纖資源。但是，對于無線通信系統(tǒng)中的多載波調制信號，例如LTE/LTE-A系統(tǒng)中采用的正交頻分復用(OFDM)或DFT擴頻OFDM(DFT-S-OFDM)調制，在頻域進行壓縮會更為有效。通過針對接收到的上行多載波調制信號特征設計的壓縮算法，可以獲得更高的壓縮比，這些特征有:1.接收到的上行多載波調制信號在時域動態(tài)范圍大，而在頻域動態(tài)范圍小，因此在頻域壓縮會更具優(yōu)勢。2.接收信號會有噪聲損傷，在低信噪比條件下，過高精度的量化不會帶來任何增益，可以采用低位寬量化。3.由于寬帶信號經歷了頻率選擇性信道，或者因為發(fā)射機與接收機的距離有遠有近，都會造成接收信號強度在不同的子載波上的劇烈變化。更為合理的方案應該是對不同子載波上的信號用自適應的位寬進行量化。
另外，當基站同時為多個用戶提供服務時，相鄰子載波上信號功率會有很大的差異，這是由用戶各自的信干噪比工作點或信道衰落造成的。頻域壓縮可以對不同子載波上的信號獨立進行量化，它們互不影響。而采用時域壓縮技術，不同子載波上的用戶信號會相互混疊，高功率用戶信號對量化有更大影響，從而損傷了低功率用戶信號。因此，這種情況下頻域壓縮也比時域壓縮更具優(yōu)勢。

發(fā)明內容
為解決現(xiàn)有技術中的上述缺點，本發(fā)明有效利用了多載波調制信號的特征，如子載波間的獨立性、頻率選擇性信道等，提供了多載波調制信號的壓縮/解壓方法及壓縮器/解壓器。根據(jù)本發(fā)明，先對多載波調制信號進行時頻域變換，多載波調制信號變換到頻域，然后在頻域進行低損壓縮，壓縮后的信號傳輸所需的帶寬大大降低。對應的，經有線網(wǎng)絡傳輸后的信號，必須先進行頻域解壓，然后再進行常規(guī)的基帶信號處理。具體地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供一種多載波調制信號的壓縮方法，包括，將時域多載波調制信號通過時頻域變換處理，變換到頻域；對頻域多載波調制信號進行壓縮處理；將壓縮后的多載波調制信號進行封裝并發(fā)送。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述對頻域多載波調制信號進行壓縮處理包括刪除空子載波。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述對頻域多載波調制信號進行壓縮處理包括對頻域多載波調制信號進行低位比特和/或高位比特截斷。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述對頻域多載波調制信號進行壓縮處理包括，對頻域多載波調制信號分組提取公因子。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述對頻域多載波調制信號進行低位比特截斷包括，對多載波調制信號進行噪聲電平估計；根據(jù)噪聲電平估計，在保證低位截斷所帶來的性能損失是可接受的條件下，確定合適的截斷比特數(shù)，并將所述截斷比特數(shù)的低位比特截斷。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述對頻域多載波調制信號進行高位比特截斷包括，對多載波調制信號分組進行信號動態(tài)范圍統(tǒng)計；根據(jù)每組信號電平的最大值或者每組信號電平的平均值確定高位比特截斷比特數(shù)并將所述截斷比特數(shù)的高位比特截斷。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，對RACH前導信號，所述將時域多載波調制信號通過時頻域變換處理，變換到頻域的過程包括，頻帶搬移，將RACH前導信號搬移到頻帶中央；抽取濾波，過濾所述時域多載波調制信號并抽取樣點，時頻域變換處理，確定合適的FFT窗口，執(zhí)行FFT運算，得到頻域的RACH序列。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述空子載波包括保護帶、直流子載波或者未調用資源塊上的信號。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，提供一種多載波調制信號的解壓方法，包括，解析接收到的壓縮包，獲取壓縮后的信號；對壓縮后的信號執(zhí)行頻域解壓。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述頻域解壓包括對每個子載波上的壓縮后的截斷信號進行符號位擴展。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述頻域解壓包括對每組子載波上的壓縮后的信號乘公因子進行放大。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，提供一種頻域壓縮器，包括:時頻域變換處理單元，用于將時域多載波調制信號通過FFT處理，變換到頻域；壓縮處理單元，用于對頻域多載波調制信號進行壓縮處理；信號封裝和發(fā)送單元，用于將壓縮后的多載波調制信號進行封裝并發(fā)送。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述壓縮處理單元包括空子載波刪除處理單元，用于刪除所述頻域多載波調制信號中的空子載波。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述壓縮處理單元包括，比特截斷單元，用于對頻域多載波調制信號進行低位比特和/或高位比截斷。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述壓縮處理單元包括，提取公因子單元，用于對頻域多載波調制信號分組提取公因子。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述比特截斷單元包括，電平估計單元，用于對多載波調制信號進行噪聲電平估計；低位截斷比特數(shù)確定單元，用于根據(jù)電平估計單元輸出的估計噪聲電平，在保證低位截斷所帶來的性能損失是可接受的條件下，確定合適的低位截斷比特數(shù)；低位比特截斷單元，用于根據(jù)確定的低位截斷比特數(shù)，將所述低位截斷比特數(shù)的低位比特截斷。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例,所述比特截斷單元包括,信號動態(tài)范圍統(tǒng)計單元，用于對多載波調制信號分組進行信號動態(tài)范圍統(tǒng)計；高位截斷比特數(shù)確定單元，用于根據(jù)每組信號電平的最大值或者每組信號電平的平均值，確定合適的高位截斷比特數(shù)；高位比特截斷單元，用于根據(jù)確定的高位截斷比特數(shù)，將所述高位截斷比特數(shù)的高位比特截斷。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述時頻域變換處理單元進一步還包括，頻帶搬移單元，用于將RACH前導信號搬移到頻帶中央；抽取濾波單元，用于過濾所述時域多載波調制信號并抽取樣點。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述空子載波包括保護帶、直流子載波或者未調用資源塊上的信號。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述壓縮器配置在遠端射頻頭RRH設備上。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，提供一種頻域解壓器，包括，解析單元，用于解析接收到的壓縮包，獲取壓縮后的信號；頻域解壓單元，用于對解析單元輸出的壓縮后的信號執(zhí)行頻域解壓。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述頻域解壓單元包括分組乘公因子放大單元，用于對每組子載波上的壓縮后的信號乘公因子進行放大。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述頻域解壓單元包括符號位擴展單元，用于對每個子載波上的壓縮后的截斷信號進行符號位擴展。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述頻域解壓器配置在基帶處理設備上。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，提供一種上行多載波調制信號的處理系統(tǒng)，包括，遠端射頻頭RRH設備，所述遠端射頻頭RRH設備包括一個頻域壓縮器；基帶處理設備，所述基帶處理設備包括一個頻域解壓器；光纖網(wǎng)絡或者以太網(wǎng)絡，用以傳輸遠端射頻頭RRH設備和基帶處理設備之間的信號。


通過以下結合附圖的說明，并且隨著對本發(fā)明的更全面了解，本發(fā)明的其他目的和效果將變得更加清楚和易于理解，其中:圖1表示現(xiàn)有技術的靈云無線中的時域信號壓縮方法示意圖。圖2表示現(xiàn)有技術的Samplify公司的壓縮方法示意圖。圖3表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的上行多載波調制信號的處理系統(tǒng)示意圖。圖4a，4b，4c，4d，4e，4f分別表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的不同壓縮方案的頻域壓縮流程示意圖。圖5表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的RACH序列提取示意圖。圖6表示提取公因子的原理圖。圖7表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的比特截斷的自適應量化原理示意圖。圖8a，8b分別表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的低位比特截斷和高位比特截斷的示意圖。圖9a，9b表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的壓縮信號的封裝格式示意圖。圖10a，IOb表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的不同解壓方案的頻域解壓流程示意圖。圖11a，11b，11c，lld，lie，Ilf分別表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的不同壓縮方案的頻域壓縮器結構示意圖。圖12a，12b，12c表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的不同解壓方案的頻域解壓器結構示意圖。在所有的上述附圖中，相同的標號表示具有相同、相似或相應的特征或功能。
具體實施例方式以下結合附圖具體描述本發(fā)明的實施方式。圖3給出上行多載波調制信號的處理系統(tǒng)示意圖，在RRH先由頻域壓縮器310的時頻域變換處理單元311對接收到的上行多載波調制信號進行時頻域變換并由壓縮處理單元312在頻域進行信號壓縮，壓縮后的信號經有線網(wǎng)絡傳輸?shù)紹BU，并在BBU的頻域解壓器320進行頻域解壓后進行基帶信號處理。圖4a,4b,4c,4d,4e,4f給出了不同壓縮方案的頻域壓縮流程示意圖。其中，圖4a給出了一個總體流程示意圖，本發(fā)明首先將時頻域變換單元從基帶處理單元(BBU)移到遠端射頻頭(RRH)上實現(xiàn)，即在步驟S401，對接收到的時域信號進行時頻域信號變換，將時域信號變換到頻域。對于多數(shù)上行信號，如LTE/LTE-A系統(tǒng)中的PUSCH (物理上行共享信道)、PUCCH(物理上行控制信道)和SRS (SoundingReference Symbol,回聲參考符號)，可以通過定時信息確定合適的FFT (快速傅立葉變換)窗口，然后根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)執(zhí)行相應的FFT運算，將時域信號變換到頻域。對于LTE/LTE-A的RACH (隨機接入信道)前導信號，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，時頻域信號變換可以由RACH前端處理實現(xiàn)，包括以下步驟:(a)頻帶搬移:將RACH前導信號搬移到頻帶中央，這是后面抽取濾波器的通帶。RACH前導信號所占頻帶的偏移信息可由BBU通知。(b)抽取濾波:過濾接收信號并抽取樣點,將采樣速率降到2.56MHz ο表I給出了不同系統(tǒng)帶寬條件下的抽樣系數(shù)。表1
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權利要求
1.一種多載波調制信號的壓縮方法,包括， 將時域多載波調制信號通過時頻域變換處理，變換到頻域； 對頻域多載波調制信號進行壓縮處理； 將壓縮后的多載波調制信號進行封裝并發(fā)送。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對頻域多載波調制信號進行壓縮處理包括刪除空子載波。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述對頻域多載波調制信號進行壓縮處理包括對頻域多載波調制信號進行低位比特和/或高位比特截斷。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述對頻域多載波調制信號進行壓縮處理包括， 對頻域多載波調制信號分組提取公因子。
5.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述對頻域多載波調制信號進行低位比特截斷包括， 對多載波調制信號進行噪聲電平估計； 根據(jù)噪聲電平估計，在保證低位截斷所帶來的性能損失是可接受的條件下，確定合適的截斷比特數(shù)，并將所述截斷比特數(shù)的低位比特截斷。
6.根據(jù) 權利要求3所述的方法，其特征在于，所述對頻域多載波調制信號進行高位比特截斷包括， 對多載波調制信號分組進行信號動態(tài)范圍統(tǒng)計；根據(jù)每組信號電平的最大值或者每組信號電平的平均值確定高位比特截斷比特數(shù)并將所述截斷比特數(shù)的高位比特截斷。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，對RACH前導信號，所述將時域多載波調制信號通過時頻域變換處理，變換到頻域的過程包括，頻帶搬移，將RACH前導信號搬移到頻帶中央; 抽取濾波，過濾所述時域多載波調制信號并抽取樣點， 時頻域變換處理，確定合適的FFT窗口，執(zhí)行FFT運算，得到頻域的RACH序列。
8.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述空子載波包括保護帶、直流子載波或者未調用資源塊上的信號。
9.一種多載波調制信號的解壓方法,包括， 解析接收到的壓縮包，獲取壓縮后的信號； 對壓縮后的信號執(zhí)行頻域解壓； 對解壓后的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述頻域解壓包括對每個子載波上的壓縮后的截斷信號進行符號位擴展。
11.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述頻域解壓包括對每組子載波上的壓縮后的信號乘公因子進行放大。
12.—種頻域壓縮器，包括:時頻域變換處理單元，用于將時域多載波調制信號通過FFT處理，變換到頻域； 壓縮處理單元，用于對頻域多載波調制信號進行壓縮處理； 信號封裝和發(fā)送單元，用于將壓縮后的多載波調制信號進行封裝并發(fā)送。
13.根據(jù)權利要求12所述的頻域壓縮器，其特征在于，所述壓縮處理單元包括空子載波刪除處理單元，用于刪除所述頻域多載波調制信號中的空子載波。
14.根據(jù)權利要求12或13所述的頻域壓縮器，其特征在于，所述壓縮處理單元包括， 比特截斷單元，用于對頻域多載波調制信號進行低位比特和/或高位比截斷。
15.根據(jù)權利要求12或13所述的頻域壓縮器，其特征在于，所述壓縮處理單元包括， 提取公因子單元，用于對頻域多載波調制信號分組提取公因子。
16.根據(jù)權利要求14所述的頻域壓縮器，其特征在于，所述比特截斷單元包括， 電平估計單元，用于對多載波調制信號進行噪聲電平估計； 低位截斷比特數(shù)確定單元，用于根據(jù)電平估計單元輸出的估計噪聲電平，在保證低位截斷所帶來的性能損失是可接受的條件下，確定合適的低位截斷比特數(shù)； 低位比特截斷單元，用于根據(jù)確定的低位截斷比特數(shù)，將所述低位截斷比特數(shù)的低位比特截斷。
17.根據(jù)權利要求14所述的頻域壓縮器，其特征在于，所述比特截斷單元包括， 信號動態(tài)范圍統(tǒng)計單元，用于對多載波調制信號分組進行信號動態(tài)范圍統(tǒng)計； 高位截斷比特數(shù)確定單元，用于根據(jù)每組信號電平的最大值或者每組信號電平的平均值，確定合適的高位截斷比特數(shù)； 高位比特截斷單元，用于根據(jù)確定的高位截斷比特數(shù)，將所述高位截斷比特數(shù)的高位比特截斷。`
18.根據(jù)權利要求12所述的頻域壓縮器，其特征在于，所述時頻域變換處理單元進一步還包括， 頻帶搬移單元，用于將RACH前導信號搬移到頻帶中央； 抽取濾波單元，用于過濾所述時域多載波調制信號并抽取樣點。
19.根據(jù)權利要求13所述的頻域壓縮器，其特征在于，所述空子載波包括保護帶、直流子載波或者未調用資源塊上的信號。
20.根據(jù)權利要求12所述的頻域壓縮器，所述壓縮器配置在遠端射頻頭RRH設備上。
21.—種頻域解壓器，包括， 解析單元，用于解析接收到的壓縮包，獲取壓縮后的信號； 頻域解壓單元，用于對解析單元輸出的壓縮后的信號執(zhí)行頻域解壓。
22.根據(jù)權利要求21所述的頻域解壓器，其特征在于，所述頻域解壓單元 包括分組乘公因子放大單元，用于對每組子載波上的壓縮后的信號乘公因子進行放大。
23.根據(jù)權利要求21所述的頻域解壓器，其特征在于，所述頻域解壓單元包括符號位擴展單元，用于對每個子載波上的壓縮后的截斷信號進行符號位擴展。
24.根據(jù)權利要求21所述的頻域解壓器，其特征在于，所述頻域解壓器配置在基帶處理設備上。
25.—種上行多載波調制信號的處理系統(tǒng)，包括， 遠端射頻頭RRH設備，所述遠端射頻頭RRH設備包括權利要求12-20中任一項所述的頻域壓縮器； 基帶處理設備，所述基帶處理設備包括權利要求21-24中任一項所述的頻域解壓器；光纖網(wǎng)絡或者以太 網(wǎng)絡，用以傳輸遠端射頻頭RRH設備和基帶處理設備之間的信號。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種新的多載波調制信號的壓縮/解壓方法及壓縮器/解壓器。根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)本發(fā)明，先對多載波調制信號進行時頻域變換，多載波調制信號變換到頻域，然后在頻域進行低損壓縮，壓縮后的信號傳輸所需的帶寬大大降低。對應的，經有線網(wǎng)絡傳輸后的信號，必須先進行頻域解壓，然后再進行常規(guī)的基帶信號處理。應用本發(fā)明可以獲得更高的壓縮率，從而降低基于集中式處理的接入網(wǎng)中拉遠光網(wǎng)的帶寬需求。
文檔編號H04L27/26GK103139129SQ20111040000
公開日2013年6月5日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權日2011年12月5日
發(fā)明者徐朝軍, 沈鋼, 冷曉冰, 鄭武, F·多米尼奎, D·薩瑪茲雅 申請人:上海貝爾股份有限公司, 阿爾卡特朗訊