CN100441004C

CN100441004C - 用于无线通信系统的基站

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Publication number: CN100441004C
Application number: CNB988120771A
Authority: CN
Inventors: J·多尔雷尔; D·埃默; R·福伊斯纳; Z·加迪扬; H·容克尔; H·昆策; F·施雷布; J·索卡特; P·斯彭尼曼; G·斯泰布
Original assignee: Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2018-12-01
Also published as: WO1999031910A8; WO1999031910A1; DE19755379C2; US6687514B1; DE19755379A1; CN1281620A

Abstract

无线通信系统的基站含有至少一种载波发射/接收装置，以及至少一种用于控制基站的中央单元。发射/接收装置与中央单元均包含有至少一种接口设备，按照点对点连接方式，这些接口设备通过至少一种专用线路连接起来，以传输通信数据。于是，对于每个发射/接收装置，可采用专用线路的点对点连接来替代总线结构，该连接无须满足长度相等的要求。为此，在中央单元和发射/接收装置之间，实现通信数据传输的费用效率可以大大提高，其原因为，相应于专用线路长度的数据速率也可得到提高。逻辑总线结构由点对点连接反映出来。通过这种总线结构，不但可以传送通信数据、o&m数据，而且还可以传送同步数据。该基站适用于带有GSM、TMDA、CDMA或其它无线接口的无线通信系统。

Description

用于无线通信系统的基站

技术领域

本发明涉及一种用于无线通信系统，尤其是用于移动无线网的基站。

背景技术

在无线通信系统中，信息(如话音，图形信息或其它数据等)是利用电磁波由无线接口进行传输的。无线接口指的是基站与移动台之间的连接，在此，也可由位置固定的无线电台来替代移动台。由此形成一种电磁波辐射，其载波频率位于各个系统所规定的频带范围之内。在GSM(全球移动通信系统)中，载波频率为900-1800或1900MHz。对于将来的无线通信系统，如UMTS(通用移动通信系统)或其它第三代系统，频带内的频率规定约为2000MHz。

在EP 0560 388 A1中曾公布过一种基站，它含有许多适用于TDMA(时分多址)传输方法的发射/接收装置，这些发射/接收装置通过一种共用总线系统与中央设备，如接口设备相连。为此，通信数据及控制信息是并行传输的。

根据其物理性能，总线结构的线路长度将会减小通过该总线结构的可能数据传输速率。另外，为了确保总线功能在物理上保持正确，不同线路的长度必须相等。这样，由于数字系统中的每个比特位都必须在一个预定时间点上到达接收单元组件，所以将会导致费用增高。

US 5 555 260曾公布过一种蜂窝移动无线系统的基站，为了在中央放大器接口和基站内部或外部排列的放大装置之间构成连接，它总提供有一种点对点连接方式。

WO 97/33388曾公布过一种分布式微蜂窝通信系统，其中，一个宏蜂窝被划分为多个所谓的子蜂窝。子蜂窝均通过一个与中央基站连接中断的站来同移动台发生通信。

文献CN1123589A(US5,555,260)公开过一种基站控制功能模块BCF16’，其负责基站内的公用控制功能，且只被连接到一种被用作“数字时间开关”的收发信机接口TRI 18’上。

发明内容

为此，本发明的任务在于，改善来自和流向发射/接收装置的通信数据传输。该任务由根据权利要求1前序部分特征的基站按照特征部分所述的特征来实现。发明的优选扩展由附属权利要求给出。

一种根据本发明用于无线通信系统的基站包括有至少一个载波发射/接收装置，及至少一个用来控制基站的中央单元。在此，发射/接收装置对至少一个频道的信号进行处理，在发射及/或接收时，以该频道的载波频率进行频率调谐。

发射/接收装置以及中央单元均包含有至少一个接口设备，按照点对点的连接方式，这些接口设备通过至少一条专用线路连接起来，以进行通信数据的传输。也就是说，根据US 5 555 260的技术水平，每个发射/接收装置均采用带有专用线路的点对点连接，以代替总线结构，这种连接无须要求长度相等。因此，在中央单元和发射/接收装置之间，实现通信数据传输的费用效率可以大大提高，其原因为，相应于专用线路长度的数据率也可得到提高。在多个发射/接收装置中，这些连接还可在空间上自由分配。

点对点的物理连接可反映出一种逻辑总线结构。利用该逻辑总线结构，不但可以传送通信数据、操作维护数据，而且还可以传送同步数据。这种基站适合用在带有GSM、TMDA、CDMA或其它无线接口的无线通信系统中。

另外还有一个特征，即构造的接口设备通过专用连接来测量传输的时延。在发射/接收装置及/或中央单元内，提供有基于时延测量的同步装置。通过测量和考虑专用线路中的信号时延，可以确保多个发射/接收装置的同步性。倘若测量足够精确，便可放弃继续同步。在此，时延测量可在专用线路的一端或两端进行。

根据发明的一种优选扩展，中央单元带有多个接口设备，这些接口设备通过短线路相互连接在一起。中央单元由一个或多个板块组成，它们由于物理尺寸较小而显得较为突出。在中央单元内部，这种缩小的尺寸可以使通信加快，且变得相对简单，其间，为各发射/接收装置确定的数据是通过专用线路进行传输的。优选地，接口设备配备有存储器，以对通信数据进行中间存储。由此，通过该接口设备产生一种缓冲工作状态，以适应发射/接收装置与中央单元之间或单元组件内部的传输协议。

根据本发明的另一种优选突出特点，接口设备被构造成使通信数据串行传输。为此，可以节省线路费用，且对于中央单元与发射/接收装置之间的连接，其内部的等长度问题也可得到避免。优选地，对于每个传输装置，其专用线路由一种线路对(双绞式)构成。

时钟脉冲信息及/或控制信息也可以与通信数据一起传输。另外，在发射/接收装置之间，构造的接口设备还优选地传输一些用于基带跳频的信息。这对下行方向中的连接尤其适用。于是，除了通信数据以外，还有其它信息也利用点对点连接进行传输。因而，这种传输也具备上述优点。根据本发明的另一个突出特点，实时和非实时的信息一起通过专用连接进行传输。利用中央单元与发射/接收装置之间的星形通信结构，可以实现较高的数据速率，这样，各种信息可以综合在一个传输协议之内。对于传输信息的数量及顺序，它们由点对点连接的容量最大值和中央单元上的总线容量进行限制。在需要时，传输的信息量可以接近该最大值。

另外，可以规定中央单元的多个接口设备与一个总线相互连接。对于物理尺寸很小的中央单元，它可允许在数据速率很高的情况下使用总线结构，这样，中央单元内部的总线结构便可优选地含有独立的线路，以供实时和非实时的信息使用。为此，对于各种数据流，均可以选取经济的解决方案。

根据发明的一种扩展，构造的接口设备利用帧协议进行传输。需要传输的信息其顺序由该帧协议确定。单个数据的含义由此得到规定，且无须再被信号化。优选地，帧协议的时帧是根据PCM传输时帧来进行制定的。由于基站与无线通信系统的其它网络侧元件之间的PCM传输可采用许多无线接口标准，所以本发明的基站很容易就能适用于这些标准。

为了改善传输的安全性，可以规定将一个同步信号从中央单元传输到发射/接收装置。对于每个发射/接收装置，这种同步信号可以单独调整，因此也可用于不同的无线接口标准。由此，中央单元的主脉冲可以控制通往发射/接收装置的传输，也可对该装置的时钟脉冲进行控制。

在中央单元出现故障的情况下，为了确保基站有序地运行，基站可优选地包含有第二中央单元，按照点对点的连接方式，该第二单元另外通过至少一个第二专用线路与发射/接收装置连接起来。由此产生一种冗余，利用它可以切换到第二中央单元上，使基站不会产生长时间的故障。

附图说明

下面借助附图来详细阐述本发明的实施范例。

其中，

附图1示出了移动无线网的一种框图，

附图2简略地示出了中央单元与发射/接收装置之间的通信，

附图3示出了基站内部连接的框图，

附图4示出了一种发射/接收装置的框图，

附图5示出了一种信号处理单元的框图，

附图6简略地示出了通信数据的数据流，

附图7示出了一种中央单元的框图，

附图8简略地示出了PCM数据流，

附图9简略地示出了O&M数据流，

附图10简略地示出了用于基带跳频的数据流，以及

附图11简略地示出了一种时钟脉冲传输。

具体实施方式

下面来展示一种用于GSM移动无线网的基站BTS实施范例，它并不限制基站BTS的结构通用性也适用于其它标准。

移动无线网的主要组件为一种基站系统SBS，该系统包括所有必需的元件，以保证在一确定的地理区域内提供无线技术服务，并由此与移动台MS建立起连接。基站系统SBS包括有基站BTS，它通过Abis接口与基站控制器BSC相连接。基站控制器BSC通过Ater接口与码型变换单元TRAU相连，该码型变换单元又通过A接口同移动交换中心MSC连接起来。另外，基站控制器BSC通过一种Gb接口与分组交换中心SGSN相连。

移动交换中心MSC确保在网络侧同固定网PSTN、分组数据网PDN或ISDN网连接起来，而分组交换中心SGSN则可以与分组数据网PDN建立连接。

通过一种T接口，基站系统SBS的组成部分BTS、BSC及TRAU可以与本地监控终端LMT相接。基站控制器BSC另外还通过O接口与维护管理中心OMC相连。在移动台MS与基站BTS之间，通过Um接口来建立无线连接。

现在来进一步观察基站BTS的结构，如附图2所示，基站BTS含有一个中央单元(核心)以及多个发射/接收装置CU(carrier unit，载波单元)。中央单元核心与发射/接收装置CU是通过一种星形结构的专用线路连接起来的，这样，在中央单元核心与每个单独的发射/接收装置CU之间，将会形成一种点对点的连接方式，以传输通信数据s。

附图3略为详细地示出了这种结构，其中，每个发射/接收装置CU都包含有一种接口设备SELIC2，该接口设备SELIC2由两个结构基本相同的接口设备SELIC组成，由此，从一个发射/接收装置CU到第一中央单元核心0和第二中央单元核心1之间，可以形成两个点对点的连接。中央单元核心0与核心1也含有接口设备SELIC2，其数目至少要对应于发射/接收装置CU的数目。为此，中央单元核心存在一种冗余，在部分出现故障的情况下，它可以维持基站有序地运行。对此，两个中央单元核心0或核心1中通常有一个是无效的。

两个中央单元核心0及核心1均含有用于连接Abis接口的装置FALC。由此可确保一种符合PCM30或PCM24-传输的通信，并确保了相应帧协议的转换。另外，给本地监控终端LMT装设一种接口。同样，可装设一种用于两个中央单元核心0与核心1的报警信号总线。

来自Abis接口的通信数据s经装置FALC和中继BISON透彻地传输至接口设备SELIC。信号处理在发射/接收装置CU内进行。中央单元核心0与核心1之间进行切换时，有效中央单元的接口装置SELIC利用一种开关逻辑(Switch Logic)被去活，而当前无效的中央单元核心1的接口装置SELIC被激活。即便在部分故障的情况下，中央单元核心也是作为一个整体进行切换的。

接口装置SELIC带有一种有效/无效端子，它通过冗余逻辑和中央单元之间的固有连接(冗余链路)进行控制。冗余接口RD实现为串行链路的形式，它构成中央单元主处理器μP之间的通信接口。开关逻辑(SwitchLogic)对中央单元的电路技术元件进行切换控制，并对其进行询问，以获取它们的状态。单元FALC也均通过时钟脉冲单元CLK相互连接在一起。由此可以确保两个中央单元核心0和核心1保持同步。

在附图4中，所示的发射/接收装置CU执行一个与载波相关的功能，它用于基站BTS。在上行方向中(MS至BTS)，两个高频信号(Rx输入)根据分集接收的方式进行接收，并被转化成TRAU帧和信令信息。在下行方向中，TRAU帧与信令信息被接收，并转换为GMSK调制的高频信号(Tx输出)，该信号按照所需的功率能级进行放大。发射/接收装置CU至少由下述子单元组成：

一个功率放大与接收单元PATRX，

一个信号处理单元SIPRO，

以及一个电流供给单元PSU。

在构造发射/接收装置CU时，它适用的频带约为900-1800或1900KHz。所不同的主要是子单元PATRX。

信号处理单元SIPRO装有测试与监视接口。功率放大与接收单元PATRX对接收信号Rx进行接收，并发出发射信号Tx。电流提供单元可示例性地产生-48V的直流电压。

功率放大与接收单元PATRX主要负责发射/接收单元CU的模拟功能，而附图5所示的信号处理单元SIPRO则负责用信号处理器DSP1对上行与下行方向上的信号进行处理，以及负责高频信号控制、基带跳频与合成器跳频、无线信道控制、维护与监控控制信息o&m的生成与分析、以及中央单元核心方向上的通信等等。另外，在信号处理单元SIPRO中，实现有模拟-数字转换与数字-模拟转换功能，以及产生发射/接收单元CU的本地时钟脉冲。

上行方向(上行链路)和下行方向(下行链路)中的信息流由附图6示出。在上行方向上，信号处理单元SIPRO接到收信机的两个中间频率信号，然后对其进行模拟-数字转换。此外，数字信号被转换成基带，并被滤波。对滤波器的输出信号进行均衡，并对均衡器的检测数据进行解密。被解密的数据流由译码器进行处理，接着被格式化为TRAU帧。在译码之后，信令信息分开地被处理。

在下行方向上，由信号处理单元SIPRO接收TRAU帧及信令信息，在此，TRAU帧被去格式，并被传输至一种编码器中。在编码之后，执行数据加密和基带跳频工作。在数据流中插入一个训练序列，以此给已构成的无线码组加入一种GMSK调制。接着，对数据流进行数字-模拟转换，然后输至发信机中。为了实现合成器跳频，设计了一些与数据流并行的PLL(锁相环)。

对于发射/接收装置CU的接口设备SELIC2(如附图5所示)，其配置是根据专用连接(CC链路)传输数据的配置来进行编排的。接口装置SELIC2与一种监控处理器BIC(基带信息控制器)相接，处理机BIC用来接收和发射控制信息o&m，以及用来传输实时数据，如同步数据等。实时信息利用RT进行缩短，而非实时信息利用NRT进行缩短。为了接收和发送通信数据s，接口装置SELIC2被接到信号处理器DSP1上，该处理器用来接收TRAU帧，并选取数据比特作进一步的信号处理，或者，将数据比特生成TRAU帧。另外，通过同步单元SYNC，与系统相关的同步信息可以供给外部设备使用。

在中央单元核心侧，接口装置SELIC具有两种不同的操作方式，这处决于接口装置SELIC是否对中央单元核心有一种主作用。如果涉及到冗余的中央单元核心，则相关的接口装置SELIC处于从属方式。

中央单元核心的接口装置SELIC通过微处理器接口进行连接，以用于实时和非实时信息。中央单元核心的同步由同步单元ACLK来实现。各个接口装置SELIC通过中继BISON与传输PCM通信数据s的单元FALC相连。监控处理器BCC从接口装置SELIC中采集到控制信息o&m，并控制中断功能。附图7再次示出了中央单元核心的冗余。通过装置FALC对Abis接口进行操作。

从而，产生一个如附图8所示的通信数据流。信号处理器DSP1由此接管必需的信号处理功能。在两单元组件之间，中央单元核心与发射/接收装置CU之间的专用线路(CC链路)形成一种物理和逻辑连接。除报警信号总线外，上述接口均被记录到专用线路(CC链路)的帧协议之中。在中央单元核心与发射/接收装置CU之间，该线路(CC链路)为一种单独的连接。专用线路(CC链路)由用于各个传输方向的线路对来实现，由此以构成四个物理数据流。

为了关断发射/接收装置CU，另外还设有一个对发射/接收装置CU进行去活的信号，它是分开地输入发射/接收装置CU(参见附图11)之中的。另外，还设有传输时钟脉冲的线路。根据传输协议而传输的通信数据s、控制信息o&m，以及用于基带跳频bbh的信息-只是在发射/接收装置CU之间(通过中央单元核心)传输，并独立地适用于时间脉冲信息-，它们均具有两个物理线路。

附图9示出了控制信息o&m的传输，该控制信息包含关于单元组件瞬态的资料、故障信号、以及基站BTS内部的其它数据等。对此，在发射/接收装置CU上装设一种监控处理器BIC，并在中央单元核心内安放一种与之相应的监控处理器BCC，它们同样能够通过专用线路(CC链路)交换控制信息o&m。对于中央单元核心内部以及两个预定中央单元核心0、核心1之间的控制信息o&m，它们均采用一种固有总线，该总线把中央单元核心的不同接口装置SELIC2连接起来。倘若用于控制信息o&m的总线上的处理器数目多于一个，则处理器通过逻辑地址来加以区别。对此，在中央单元核心1与核心2之间装有一种接口IF。

GSM系统公布的跳频描述了一种选择，即对于某一通信，载波频率不是固定的，而是根据一种预定的算法进行变化。对于上行和下行方向，载波频率都是利用每个时隙而变化到一个新值的。跳频可以通过合成器跳频和基带跳频来实现。合成器跳频不需要用于高频信号的频选组合器。如果由于发射滤波器的频带太窄而使合成器跳频不能得到使用，那么就采用基带跳频。在下行方向上，属于一个时隙的通信数据s在基带内被传输至发射单元，该发射单元对相应的载波频率进行处理。

在上行方向上，由于没有频选作用，每个发射/接收装置CU都会接到一个带有合成器频率跳频的接收信号。因而，如果采用窄带组合器，则只有在下行方向上才需要基带跳频。由此，在发射/接收装置CU之间必需进行信息交换。在GSM系统预定了最大延迟的情况下，对于发射/接收装置CU与中央单元核心之间的通信，这尤其为一个由本发明解决的容量问题。

附图10示例性地示出了在引入基带跳频后的某一信道信息流。通信数据s通过Abis接口进行接收，其中，根据PCM格式接收的数据也包含有控制信息o&m。通信数据s通过中继BISON被分配给不同的接口装置SELIC和控制中央单元核心的微处理器。通过上述专用线路(CC链路)，通信数据被输入到发射/接收装置CU1之中。由于通信的实际载波频率是在另一个发射/接收装置CU2上进行处理的，所以通信数据s又被送回到中央单元核心和第二发射/接收装置CU2。该发射/接收装置CU2不再执行在第一发射/接收装置CU1中已执行过的无线码组构造，而是以相应的载波频率对发射信号进行调制，并实施放大作用，然后将发射信号送至滤波组合器内。

由于每个发射/接收装置CU都是为跳频算法而配备的，所以它们可以确定在哪些发射/接收装置CU中即时处理哪些载波频率。因而通信数据s是以消息的形式进行传输的。对此，设有基带跳频信息bbh。被选定地址的发射/接收单元CU也在每个消息中作出应答。由此，对于所示的通信，基带跳频信息bbh在下行方向上从第一发射/接收装置CU1开始，经中央单元核心传输到第二发射/接收装置CU2。

基站BTS内部的报警信息流产生于中央单元核心和发射/接收装置CU之间。除专用线路(CC链路)外，还均附加有一种用于关断发射/接收装置CU的通信。另外，还设有一种O&M总线，它通往电流提供单元组件、报警记录终端、以及其它的一些单元组件。报警信号由中央单元核心或报警记录终端进行处理，并被转换成外部故障信号。

最后，借助附图11来说明发射/接收单元CU的时钟脉冲供给。对于GSM传输，中央单元核心内是由时钟脉冲发生器来生成时钟脉冲f1的，并通过专用连接(CC链路)-但也可以采用一个单独线路-把时钟脉冲信息发射到发射/接收装置CU之中。在时钟脉冲的本地PLL中，必需的系统时钟脉冲由相应的分频器1/x与1/y产生，譬如相检测器PD、滤波器LF、以及压控振荡器VCO等。对于其它的传输标准，可相应推导出所需的时钟脉冲率，但每次都可以由PCM时钟脉冲生成理想的值。

从PCM时钟脉冲也能导出同步信息sync，该信息通过专用连接(CC链路)被传输到发射/接收装置CU之中。为了实现发射/接收装置CU的同步，还对该发射/接收装置CU的信号时延进行时延测量，并在无线接口的时帧方面对传输进行同步化。这是一个可选择特征。于是，同步单元ACLK产生系统脉冲时钟以及其它的同步信息sync，该信息在GSM系统中涉及到时隙，而且在其它标准内可相应得到调整。

Claims

1.用于无线通信系统的基站，它带有多个发射/接收装置以及至少一个用于控制基站的中央单元，

其特征在于，

发射/接收装置与中央单元均至少含有一个接口设备，且所述发射/接收装置按照点对点连接法通过至少一个专用线路连接到所述的中央单元，以传输通信数据，在此，构造的接口设备是用来对专用连接的传输进行时延测量的，而且，在发射/接收装置及/或中央单元内设有一种基于时延测量的同步装置，

其中，所述中央单元带有多个接口设备，它们通过短线路相互连接在一起；并且，所述接口设备配备有存储器，以中间存储通信数据。

2.根据权利要求1的基站，

其特征在于，

构造所述接口设备时，使通信数据串行地传输。

3.根据权利要求1的基站，

其特征在于，

对于每个传输方向，所述专用线路由一种线路对构造而成。

4.根据权利要求1的基站，

其特征在于，

构造所述接口设备，以用于传输时钟脉冲信息及/或控制信息。

5.根据权利要求1的基站，

其特征在于，

构造所述接口设备，以在载波发射/接收装置之间传输基带跳频信息。

6.根据权利要求1的基站，

其特征在于，

构造所述接口设备，使得实时与非实时信息一起通过专用连接传输。

7.根据权利要求1的基站，

其特征在于，

所述中央单元的多个接口设备利用一种总线结构相互连接在一起。

8.根据权利要求7的基站，

其特征在于，

所述中央单元内部的总线结构包含有隔开的线路，以用于实时和非实时信息。

9.根据权利要求1的基站，

其特征在于，

构造所述接口设备，以利用帧协议进行传输。

10.根据权利要求9的基站，

其特征在于，

帧协议的时帧根据脉冲码调制传输时帧进行制定。

11.根据权利要求1的基站，

其特征在于，

构造所述接口设备，以将同步信号从中央单元传输至发射/接收装置。

12.根据权利要求11的基站，

其特征在于，

用于多个发射/接收装置的同步信号可以单独调节。

13.根据权利要求1的基站，

其特征在于，

装有多个服务于不同无线接口标准的发射/接收装置。

14.根据权利要求1的基站，

其特征在于，

基站含有第二中央单元，并且，根据点对点的连接方式，至少有一个发射/接收装置利用至少一个第二专用线路另外与所述第二中央单元连接在一起。