一种采用变频技术实现5G信号室内覆盖的方法与流程

一种采用变频技术实现5g信号室内覆盖的方法
技术领域
1.本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种采用变频技术实现5g信号室内覆盖的方法。


背景技术：

2.目前通信制式从2g，3g，4g发展到现在的5g,现存的对讲机通信制式，以及一些民用通信制式。整个通信网络存在不同通信制式的共存，不同的通信制式又存在多载波，多带宽，多频率。必然会用到各种不同制式的通信设备。这样会存在一个问题，有的地区由于业务量的增加，需要增加载波数，或带宽的扩大，或频率的移动。特别是目前5g的出现，将原先的频段及带宽进行重新规划。这样导致原来安装好的设备不能用，需要重新开发设备将其换掉，或是需要人工去升级程序，这样大大的增加了人力成本，设备更换成本，以及维护的成本。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种采用变频技术实现5g信号室内覆盖的方法，实现自适应多选频多带宽无线站的设计；通过将接收的射频信号直接下变至0频，然后经过adc模数转换成数字信号，输入fpga进行数字信号处理。fpga在100m信号带宽内进行扫频功检，以确定100m内信号载波的工作中心频率，工作带宽，以及工作载波数。确定所需的参数后，输出正常的工作模式。自适应完成中心频点，带宽，载波数的设置，无需人工干预。实现了智能化的自适应多选频多带宽的数字无线站设备。
4.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种采用变频技术实现5g信号室内覆盖的方法，通过将接收的射频信号直接下变至0频，然后经过adc模数转换成数字信号，输入fpga进行数字信号处理；fpga在100m信号带宽内进行扫频功检，以确定100m内信号载波的工作中心频率、工作带宽、以及工作载波数，确定所需的参数后，输出正常的工作模式。该方法具体实现方式为：天线接收经过低噪放输入，然后经过ad80438下变到0频，其0频的带宽为100m，5g的一个载波的带宽即100m，然后经过adc模数转换成数字信号，输入fpga进行nco数字下变频、抽取、滤波，输出各种不同带宽的通道，其中需要处理宽带模式、窄带模式以及自适应模式，宽带模式以1m至100m为定义，窄带模式以6.25k至1m为定义，自适应模式是通过3.125k的窄带信号进行扫频，每个间隔点进行功率判断，以算出100m内信号载波的工作中心频率、工作带宽、以及工作载波数，接着经过进行插值、滤波、nco数字上变频，输出至ad80438进行数模转换，同时射频端进行上变频，再经过pa放大输出，进行信号的覆盖。
5.在本发明一实施例中，ad80438为的单通道集成射频以及模数，数模转换的芯片，其频率范围是：300m至6000m，可实现上下行两条链路的设计。
6.在本发明一实施例中，ad80438为4个，以满足全网通信号覆盖的需求。
7.在本发明一实施例中，fpga是采用xilinx的a7芯片。
8.在本发明一实施例中，窄带模式的设计，在fpga内部实现，ad80438的基带采样率
是122.88m，对于25k的带宽的处理是，122.88m抽取96后，得到1.28m的采样率，然后通过1.28m进行单速率滤波6.25k的带宽，其阶数为58阶[-0.0008-0.0009-0.0013-0.0018-0.0023-0.0028-0.0032-0.0035-0.0036-0.0034-0.0029-0.0019-0.00040.00170.00440.00770.01160.01600.02090.02620.03160.03710.04250.04750.05200.05590.05890.06100.06210.06210.06100.05890.05590.05200.04750.04250.03710.03160.02620.02090.01600.01160.00770.00440.0017-0.0004-0.0019-0.0029-0.0034-0.0036-0.0035-0.0032-0.0028-0.0023-0.0018-0.0013-0.0009-0.0008]；信号处理的流程：ad80438的信号输入，然后进行相应频点的nco选频，采用cic进行抽取，将采样率降低后，进行fir的单速率滤波，进行cic相应的插值把速率插到122.88m，最后进行nco数字上变频回去。
[0009]
在本发明一实施例中，宽带模式的设计，在fpga内部实现，ad80438的基带采样率是122.88m，宽带中设计两种滤波通道，第一种是1m至20m的带宽，需降122.88抽取至30.72m；第二种是20m至100m的带宽，直接122.88m的单速率滤波；信号处理的流程：ad80438的信号输入，然后在fpga中进行数字下变频进行选频；第一种方式就进行抽取与插值为4，第二种方式直接单速率滤波；最后进行数字上变频输出给ad80438输出。
[0010]
在本发明一实施例中，自适应模式的设计，用于确定系统100m内信号载波的工作中心频率、工作带宽、以及工作载波数；自适应模式的频率范围在100m内，ad80438的基带采样率是122.88m，为实现6.15k至100m带宽的识别，首先在fpga中产生一个3.125k的窄带信号，进行3.125k的间隔进行扫频，每个3.125k的频点，通过i^2+q^2的公式，计算出每个点的平均功率，当从0m至100m全部扫频完成后，得出连续的工作带宽大小、不连续的工作载波数，并计算出工作中心频率，最后将工作中心频率、工作带宽、以及工作载波数这些参数设置转给arm，arm根据所传来的参数进行计算，并将计算出的滤波器的滤波系数，对应的设置给fpga的宽带，及窄带滤波通道中，自适应完成工作中心频率、工作带宽、以及工作载波数的设置。
[0011]
在本发明一实施例中，若现场的设备需要改成超出100m范围的频率范围时，需要通过modem设置ad80438的射频频率。
[0012]
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明主要是通过将天线接收空中的信号，经过低噪放输入到集成射频一体化的数字无线站中，前端采用adi的一体化射频ad80438苾片，直接将射频信号下变频到0频，然后进行模数转换成数字信号，输入主处理器fpga，fpga通过3.125k的窄带信号进行扫频及功率检测判断，当扫频到的功率点与设定的门限进行判断大于门限时，证明这个频率点是工作的频点。当扫频完100m后，将功率值大于门限的3.125k间隔的连续频率点进行统计带宽，首先确定第一个连续的带宽是几m,中心的频点是多少m，一共有几个载波。得到这些数据后进行，相应的选频，及窄带或宽带模式的滤波通道。最后再通过fpga的jesd204b接口传送给adi的ad80438苾片进行数模转换及混频至输出的射频频段。再经过pa功放放大输出。主要采用了fpga苾片进行滤波器算法及频率搬移算法，自动识别工作信号的频点，带宽，以及载波数。因此本发明的自适应多选频选带无线站可以满足不同场景，不同制式的信号覆盖需求。减少了硬件的更新成本，以及人力的维护成本。
附图说明
[0013]
图1为本发明的硬件原理框图。
[0014]
图2 窄带模式的设计框图。
[0015]
图3 宽带模式的设计框图。
[0016]
图4 自适应模式的设计框图。
具体实施方式
[0017]
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0018]
本发明一种采用变频技术实现5g信号室内覆盖的方法，通过将接收的射频信号直接下变至0频，然后经过adc模数转换成数字信号，输入fpga进行数字信号处理；fpga在100m信号带宽内进行扫频功检，以确定100m内信号载波的工作中心频率、工作带宽、以及工作载波数，确定所需的参数后，输出正常的工作模式。该方法具体实现方式为：天线接收经过低噪放输入，然后经过ad80438下变到0频，其0频的带宽为100m，5g的一个载波的带宽即100m，然后经过adc模数转换成数字信号，输入fpga进行nco数字下变频、抽取、滤波，输出各种不同带宽的通道，其中需要处理宽带模式、窄带模式以及自适应模式，宽带模式以1m至100m为定义，窄带模式以6.25k至1m为定义，自适应模式是通过3.125k的窄带信号进行扫频，每个间隔点进行功率判断，以算出100m内信号载波的工作中心频率、工作带宽、以及工作载波数，接着经过进行插值、滤波、nco数字上变频，输出至ad80438进行数模转换，同时射频端进行上变频，再经过pa放大输出，进行信号的覆盖。
[0019]
以下为本发明具体实现过程。
[0020]
天线接收经过低噪放输入，然后经过ad80438下变到0频，其0频的带宽为100m。由于本实例采用的采样率是122.88m，故按100m带宽的信号来设计，因为目前5g的一个载波的带宽就是100m。然后通过adc模数转换成数字信号，输入主处理器fpga，fpga进行nco数字下变频，抽取，滤波，输出各种不同带宽的通道，其中需要处理宽带模式，窄带模式，以及自适应模式。宽带与窄带模式的区别主要是为了节省fpga资源考虑，宽带模式以1m至100m为定义，窄带模式以6.25k至1m为定义，两种模式的滤波处理机制不同。自适应模式主要是通过3.125k的窄带信号进行扫频，每个间隔点进行功率判断，以算出工作信号的频点、带宽、以及载波数，供系统使用。然后再经过进行插值-滤波-nco数字上变频，输出至ad80438进行数模转换，同时射频端进行上变频，再经过pa放大输出，进行信号的覆盖。
[0021]
图1：ad80438为的单通道集成射频以及模数，数模转换的芯片，其频率范围是：300m至6000m，可实现上下行两条链路的设计。板上设计了4个ad80438主要是为了满足全网通信号覆盖的需求。主处理芯片fpga是采用xilinx的a7芯片，由于fpga是一种现场可编程器件有较高的灵活性进行信号处理，只要修改软件便可以实现各种不同的功能需求。clk时钟芯片，主要是为了给数字模块板的各个芯片提供多路的同步时钟。arm主要是给数字模块板进行配置启动，以及通过modem模块的信息传递，与机房进行远程的告警提醒，以及远程的参数设置。
[0022]
图2：窄带模式的设计，主要在fpga内部实现，ad80438的基带采样率是122.88m，本设计窄带的定义为6.25k至1m，由于窄带信号的载波数比较多，同时窄带的带宽比较小，比如25k的带宽信号，需要将采样率为122.8m抽取到接近25k的采样率，这样才能减少滤波器
的滤波阶数。例如本设计针对25k的带宽的处理是，122.88m抽取96后，得到1.28m的采样率，然后通过1.28m进行单速率滤波6.25k的带宽，其阶数为58阶[-0.0008-0.0009-0.0013-0.0018-0.0023-0.0028-0.0032-0.0035-0.0036-0.0034-0.0029-0.0019-0.00040.00170.00440.00770.01160.01600.02090.02620.03160.03710.04250.04750.05200.05590.05890.06100.06210.06210.06100.05890.05590.05200.04750.04250.03710.03160.02620.02090.01600.01160.00770.00440.0017-0.0004-0.0019-0.0029-0.0034-0.0036-0.0035-0.0032-0.0028-0.0023-0.0018-0.0013-0.0009-0.0008]。为了节省fpga的资源，先进行相应频点的nco选频，然后采用cic进行抽取，将采样率降低后，进行fir的单速率滤波，然后进行cic相应的插值把速率插到122.88m，最后进行nco数字上变频回去。具体的抽取率、滤波器系数、载波数需要通过arm进行设置。
[0023]
图3：宽带模式的设计，主要在fpga内部实现，ad80438的基带采样率是122.88m，本设计窄带的定义为1m至100m。宽带中设计两种滤波通道，第一种是1m至20m的带宽，需降122.88抽取至30.72m。第二种是20m至100m的带宽，直接122.88m的单速率滤波。信号处理的流程：ad80438的信号输入，然后在fpga中进行数字下变频进行选频。第一种方式就进行抽取与插值为4，第二种方式直接单速率滤波。最后进行数字上变频输出给ad80438输出。
[0024]
图4：自适应模式的设计，此模块主要是为了确定系统工作的载波数，载波频点，以及载波带宽。当然前提是fpga中要设计好最大数量的载波数，以供实际应用的需求。由于ad80438是一个集成ad、da、rf为一体的芯片，因此可以满足我们不同频率的需求。首先自适应的频率范围在100m内，如果现场的设备需要改成超出100m范围的频率范围时，需要机房通过modem进行设置ad80438的射频频率，例如：原来是1.9g的频段，现在要改成2.6g，那边只需要在机房通过modem发指信给无数站设备，就可以将100m带宽的信号搬到2.6g上。ad80438的基带采样率是122.88m，为了实现6.15k至100m带宽的识别，首先在fpga中产生一个3.125k的窄带信号，进行3.125k的间隔进行扫频。每个3.125k的频点，通过i^2+q^2的公式，计算出每个点的平均功率。当从0m至100m全部扫频完成后，可以得出连续的带宽是多少m，不连续的有几个载波，知道了带宽的大小就可以计算出此载波带宽的中心频率是多少。便可以得到载波数是多少，载波的带宽是多少，载波的频点是多少。最后将这些参数设置转给arm，arm根据所传来的参数进行计算，并将计算出的滤波器的滤波系数，对应的设置给fpga的宽带，及窄带滤波通道中。最后便可以自适应完成中心频点，带宽，载波数的设置，无需人工干预。实现了智能化的自适应多选频多带宽的数字无线站设备。
[0025]
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种采用变频技术实现5g信号室内覆盖的方法，其特征在于，通过将接收的射频信号直接下变至0频，然后经过adc模数转换成数字信号，输入fpga进行数字信号处理；fpga在100m信号带宽内进行扫频功检，以确定100m内信号载波的工作中心频率、工作带宽、以及工作载波数，确定所需的参数后，输出正常的工作模式。2.根据权利要求1所述的一种采用变频技术实现5g信号室内覆盖的方法，其特征在于，该方法具体实现方式为：天线接收经过低噪放输入，然后经过ad80438下变到0频，其0频的带宽为100m，5g的一个载波的带宽即100m，然后经过adc模数转换成数字信号，输入fpga进行nco数字下变频、抽取、滤波，输出各种不同带宽的通道，其中需要处理宽带模式、窄带模式以及自适应模式，宽带模式以1m至100m为定义，窄带模式以6.25k至1m为定义，自适应模式是通过3.125k的窄带信号进行扫频，每个间隔点进行功率判断，以算出100m内信号载波的工作中心频率、工作带宽、以及工作载波数，接着经过进行插值、滤波、nco数字上变频，输出至ad80438进行数模转换，同时射频端进行上变频，再经过pa放大输出，进行信号的覆盖。3.根据权利要求2所述的一种采用变频技术实现5g信号室内覆盖的方法，其特征在于，ad80438为的单通道集成射频以及模数，数模转换的芯片，其频率范围是：300m至6000m，可实现上下行两条链路的设计。4.根据权利要求2或3所述的一种采用变频技术实现5g信号室内覆盖的方法，其特征在于，ad80438为4个，以满足全网通信号覆盖的需求。5.根据权利要求1或2所述的一种采用变频技术实现5g信号室内覆盖的方法，其特征在于，fpga是采用xilinx的a7芯片。6.根据权利要求2所述的一种采用变频技术实现5g信号室内覆盖的方法，其特征在于，窄带模式的设计，在fpga内部实现，ad80438的基带采样率是122.88m，对于25k的带宽的处理是，122.88m抽取96后，得到1.28m的采样率，然后通过1.28m进行单速率滤波6.25k的带宽，其阶数为58阶[-0.0008-0.0009-0.0013-0.0018-0.0023-0.0028-0.0032-0.0035-0.0036-0.0034-0.0029-0.0019-0.00040.00170.00440.00770.01160.01600.02090.02620.03160.03710.04250.04750.05200.05590.05890.06100.06210.06210.06100.05890.05590.05200.04750.04250.03710.03160.02620.02090.01600.01160.00770.00440.0017-0.0004-0.0019-0.0029-0.0034-0.0036-0.0035-0.0032-0.0028-0.0023-0.0018-0.0013-0.0009-0.0008]；信号处理的流程：ad80438的信号输入，然后进行相应频点的nco选频，采用cic进行抽取，将采样率降低后，进行fir的单速率滤波，进行cic相应的插值把速率插到122.88m，最后进行nco数字上变频回去。7.根据权利要求2所述的一种采用变频技术实现5g信号室内覆盖的方法，其特征在于，宽带模式的设计，在fpga内部实现，ad80438的基带采样率是122.88m，宽带中设计两种滤波通道，第一种是1m至20m的带宽，需降122.88抽取至30.72m；第二种是20m至100m的带宽，直接122.88m的单速率滤波；信号处理的流程：ad80438的信号输入，然后在fpga中进行数字下变频进行选频；第一种方式就进行抽取与插值为4，第二种方式直接单速率滤波；最后进行数字上变频输出给ad80438输出。8.根据权利要求2所述的一种采用变频技术实现5g信号室内覆盖的方法，其特征在于，自适应模式的设计，用于确定系统100m内信号载波的工作中心频率、工作带宽、以及工作载
波数；自适应模式的频率范围在100m内，ad80438的基带采样率是122.88m，为实现6.15k至100m带宽的识别，首先在fpga中产生一个3.125k的窄带信号，进行3.125k的间隔进行扫频，每个3.125k的频点，通过i^2+q^2的公式，计算出每个点的平均功率，当从0m至100m全部扫频完成后，得出连续的工作带宽大小、不连续的工作载波数，并计算出工作中心频率，最后将工作中心频率、工作带宽、以及工作载波数这些参数设置转给arm，arm根据所传来的参数进行计算，并将计算出的滤波器的滤波系数，对应的设置给fpga的宽带，及窄带滤波通道中，自适应完成工作中心频率、工作带宽、以及工作载波数的设置。9.根据权利要求8所述的一种采用变频技术实现5g信号室内覆盖的方法，其特征在于，若现场的设备需要改成超出100m范围的频率范围时，需要通过modem设置ad80438的射频频率。

技术总结
本发明涉及一种采用变频技术实现5G信号室内覆盖的方法。本发明方法实现自适应多选频多带宽无线站的设计。主要是通过将接收的射频信号直接下变至0频，然后经过ADC模数转换成数字信号，输入FPGA进行数字信号处理。FPGA在100M信号带宽内进行扫频功检，以确定100M内信号载波的工作中心频率、工作带宽、以及工作载波数。确定所需的参数后，输出正常的工作模式。自适应完成中心频点、带宽、载波数的设置，无需人工干预。实现了智能化的自适应多选频多带宽的数字无线站设备。的数字无线站设备。的数字无线站设备。


技术研发人员：陈金泉 邱贵福 谭金生 谢鹏阳
受保护的技术使用者：中邮科通信技术股份有限公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/8/14