CN101252385A - Tdd数字基带直放站中实现信号同步的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及TDD数字基带直放站中实现信号同步的方法。目前数字基带直放站多依靠时隙间的保护时间来调节，易导致通话链路中断。本发明方法包括设置信道补偿方式为UW补偿和设置总发送提前量。其中设置信道补偿方式为UW补偿是将接收到的信号解调成基带信号发送给RXDR和CIR并读取，通过信道识别号判断各逻辑信道，并判断接收的UW是否有错误，无误则设置补偿方式为UW补偿。设置总发送提前量首先是根据数字基带直放站与基站的距离计算距离发送提前量，与解调发送提前量和微调发送提前量的总和作为总发送提前量。通过本发明方法，可以克服直放站和基站之间距离带来的时延以及信号在解调中所带来的时延，实现直放站和基站的时隙同步和位同步。
Description
技术领域
本发明涉及通信系统的数字直放站，具体是涉及在时分双工(TDD，Time Division Duplexing)数字基带直放站中利用时隙矫正技术实现信号同步的一种方法。
背景技术
目前小灵通手机芯片不具有时隙矫正技术，在接收与用户终端距离不等的基站信号时，要通过设置发送提前量来实现与基站时钟的帧同步和位同步。PHS(小灵通)直放站一般都用于基站信号覆盖较差的区域，由于附近各PHS基站与直放站的距离各不相同，信号在传输过程中由于传输时间的不同会对直放站的上行接收产生时延。除此以外，高频信号在接收后解调成基带信号也会增加时延量，信号通过直放站发送给用户终端时会积累一定时延。PHS直放站采用时分双工(TDD)技术，而时分双工(TDD)对同步时钟的精确度要求较高，一旦手机和直放站的时钟差量超过可以补偿的范围(即时隙间的保护时间)后，致使手机和直放站信号无法同步，会产生通话掉帧现象，使业务信道的通话中断。
时分双工(TDD)指的是允许更适合于数据传输的向上和向下传输的对称运行的传输机制。在时分双工系统中，一个普通的载波是在向下和向上传输之间共享的、资源会被及时交换。用户会被分配给一个或更多的上传和下传的时间间隔。TDD是按时间划分无线信道的双工技术，以便帧周期的一部分被分配用于上行传输，帧周期的剩余部分被分配用于下行传输。TDD是由ETSI(欧洲电信标准协会)UMTS(全球移动电信系统)的UTRA(UMTS全球无线接入)标准所定义的第三代移动通信系统。
在TDD通信系统中，在公共频段中做出无线信号的发送和接收。由于在TDD系统中对于上行传输和下行传输使用相同的频率，根据由基站先前设定的时隙完成发送和接收来自终端的信息。对于TDD系统必须要具有精确的上行/下行同步。除非保持同步，否则不能通信。此外，多媒体通信，比如语音或图象，对其必须获得初始的同步，甚至需要更精确的上行/下行同步。
PHS(小灵通)系统空中接口采用TDD的工作方式，物理通道分成下行通道(基站到终端，又称前向链路)和上行通道(终端到基站，又称反向链路)两种。PHS系统空中接口采用TDMA的多地址接入方式，空中接口的物理通道以帧为单位，一帧为5ms，包含8个时隙(每个时隙625μs)，下行通道占用其中连续的4个时隙，其余4个时隙保留给上行通道。由于PHS标准中没有时隙矫正技术，实现基站与手机同步时只能依靠时隙间的保护时间来调节，时隙间保护时间对不同系统是不同的，最小的10.4μs，最大为32μs。因此，当直放站转发基站信号的时延超过手机的时隙保护时间时，将会造成误帧，使通话链路中断或被迫切换。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种TDD数字基带直放站中实现信号同步的方法。通过该方法可以调整综合延时时间量到帧保护带范围内，实现直放站和基站的时隙同步和位同步，消除掉帧现象，保持通话信道的稳定、可靠。
本发明方法的具体包括设置信道补偿方式为UW补偿、通过射频模块延迟寄存器设置总发送提前量。
1、设置信道补偿方式为UW补偿的具体方法是：
(1)TDD数字基带直放站将接收到的信号通过π/4-shift QPSK调制解调模块解调成基带信号发送给数据接收寄存器(RXDR)和信道识别号寄存器(CIR)。
(2)TDD数字基带直放站处理器读取数据接收寄存器和信道识别号寄存器中的内容。
(3)通过信道识别号寄存器的信道识别号(CI)判断各逻辑信道，当CI为“0100”，即逻辑信道为广播控制信道(BCCH)时，读取32位UW接收寄存器(RUW32D)中的唯一码(UW，ultra word)，UW长度为32bit；当CI为其他值时，不进行UW校验操作。
唯一码是一组特定的码元，TDD数字基带直放站的时隙结构分为控制时隙和通信时隙，控制时隙和通信时隙具有不同的UW，控制时隙中的UW共有32bit，通信时隙中的UW长度为16bit。
控制时隙中的UW如下：
上行为0110101 110001001 10011010 11110000
下行为0101000 011101111 00101001 10010011
(4)利用循环冗余校验方法(CRC，Cyclic Redundancy Check)判断接收的UW是否有错误。CRC码是由两部分组成，前部分是信息码，就是需要校验的信息，后部分是校验码，如果CRC码共长n个bit，信息码长k个bit，就称为(n，k)码。它的编码规则是：首先将原信息码(kbit)左移r位(k+r＝n)再运用一个生成多项式g(x)用模2除上面的式子，得到的余数就是校验码。如果校验码正确表示接收的UW没有错误，则将接收后的基带信号中的各个数字信息写入接收寄存器；如果校验码有误，则发送返回信号给基站要求重发。
(5)检验接收到的UW无误之后，设置同步控制寄存器(SCR2)中的信道补偿方式为UW补偿，这样当建立TCH(通话信道)时，通过UW补偿，可以实现直放站和基站的帧同步。
2、通过射频模块延迟寄存器设置总发送提前量的具体方法是：
(1)首先根据TDD数字基带直放站与基站的距离计算距离发送提前量，距离发送提前量的时间与信号传输时延的时间相同。
t时延＝6.67·X，其中t时延为信号传输时延，单位为微秒，X为TDD数字基带直放站与基站的距离，单位为千米。
在PHS规范中，时间提前量(TA，Timing Advance)包含8位二进制码元(00000000～11111111)，对应的十进制数值范围是(0～255)。
PHS帧的每个时隙包含240bit的数据对应625μs，所以每秒钟有1·106/625＝1600个时隙，每秒传输1600·240bit＝384kbit的数据。由于每个时隙的625μs需除去约30μs的保护时间，所以对应240bit的数据，每bit的传输时间约为2.5μs。所以最大时延为最大Bit数乘以每bit的传输时间，即255·2.5μs＝637.5μs。电磁波在空气中的传输速度为3·108m/s，即0.3km/μs。所以传输255bit允许距离为电磁波在空气中的传输速度乘以最大时延时间，即0.3km/μs·637.5μs＝191.25km。这说明了电波往返95.625km的距离将达到最大时延637.5μs。对于距离直放站Xkm(X为随机变量)的基站，信号传输时延约637.5μs/95.625km·Xkm＝6.67Xμs。
(2)设置解调发送提前量5μs弥补高频信号解调成基带信号带来的时延。
高频信号在接收后解调成基带信号也会增加时延量，直放站在接收到高频信号后需要对其滤波、混频，再交给∏/4-shift QPSK调制解调器解调出数字信号赋值给基带处理芯片中的寄存器，经过基带处理芯片处理后将数字信号发送给∏/4-shift QPSK调制解调器还原成模拟信号发送给小灵通手机用户。这里的固定时延主要由∏/4-shift QPSK调制解调器编解码的过程产生，编解码时延是由压缩时延+(解压缩时延×每帧中的数据量)+算法时延构成的。根据数据手册给出的参考值，编解码时延为5μs。因此解调发送提前量设置为5μs。
(3)如果TDD数字基带直放站作为室内分布信号源时设置微调发送提前量1.5μs。
当直放站作为室内分布信号源时，直放站会带来同样的时延问题。当用户使用手机在楼宇窗口或大门出入口时，具体增加的提前量由工程测试得到，直放站作为室内分布信号源的情况下，手机在通话状态下由室内到室外以及室外到室内的移动，改变发送提前量，测试其切换的成功率，得到微调发送提前量1.5μs。
(4)将距离发送提前量、解调发送提前量和微调发送提前量的和作为总发送提前量。
总发送提前量也作为直放站的配置选项可供用户根据实时的情况进行配置。
(5)根据总发送提前量设置射频模块延迟时间寄存器(DLYCR)，其中射频模块延迟时间寄存器的低五位的设置具体值为：
| 寄存器DLYCR的低5位 | 延迟或提前的时间量 |
| 01111 | 延迟39μs发送 |
| 01110 | 延迟36.4μs发送 |
| ... | ... |
| 00002 | 延迟5.2μs发送 |
| 00001 | 延迟2.6μs发送 |
| 00000 | 无延迟时间或提前时间 |
| 11111 | 提前2.6μs发送 |
| 11110 | 提前5.2μs发送 |
| ... | ... |
| 10100 | 提前31.2μs发送 |
| 10011 | 提前33.8μs发送 |
从上表中可看到，DLYCR寄存器可以控制射频模块提前发送信号或者延迟发送信号的数值范围在提前33.8μs发送到延迟39.0μs发送之间，寄存器低5位中数值从00001到01111用来控制延迟发送的时间，对应的步进长度clock＝2.6μs，即数值每增加1，延迟时间增加2.6μs。寄存器低5位中数值从10011到11111用来控制提前发送的时间，对应的步进长度clock＝-2.6μs，即数值每增加1，提前发送时间减少2.6μs。
射频模块延迟时间寄存器的高三位的设置具体值为：
| 寄存器DLYCR的高3位 | 微调的延迟时间量 |
| 000 | 无微调延迟时间 |
| 001 | 延迟0.52μs发送 |
| 010 | 延迟1.04μs发送 |
| 011 | 延迟1.56μs发送 |
| 100 | 延迟2.08μs发送 |
从上表中可以看到，通过设置DLYCR寄存器的高3位来微调发送信号的延迟时间，可微调的时间范围在0到2.08μs之间，共分5档，对应的步进长度clock＝0.52μs。其中000为默认值，即微调的延迟时间为零，数值每增加1，延迟时间增加0.52μs，最多可以微调到2.08μs。
通过本发明方法，可以克服直放站和基站之间距离带来的时延以及信号在解调中所带来的时延，并解决了直放站作为室内信号分布源时手机切换成功率低的问题，发明通过设置发送提前量将总的时延时间量调整到帧保护带范围内，实现直放站和基站的时隙同步和位同步，消除掉帧现象，保持通话信道的稳定、可靠。
具体实施方式：
1)TDD数字基带直放站将接收到的信号通过π/4-shift QPSK调制解调模块解调成基带信号发送给数据接收寄存器RXDR和信道识别号寄存器CIR。
2)判断寄存器CIR中存储的信道识别号，当CI为“0100”，即BCCH(广播控制信道)时，读取RUW32D寄存器中的唯一码UW.
3)利用循环冗余校验方法(CRC，Cyclic Redundancy Check)判断接收的UW是否有错误，如果校验码正确表示接收的信号没有错误，则将接收后的数字信息赋值给各个接收寄存器；如果校验码有误，则返回信号要求重发。
4)检验接收到的UW无误之后，设置寄存器SCR2(同步控制寄存器)信道补偿为UW补偿，这样当建立TCH(通话信道)时，通过UW补偿，可以实现直放站和基站的帧同步。
5)通过寄存器DLYCR(射频模块延迟时间寄存器)设定TDD数字基带直放站信号发送的提前量。需要设置的发送提前量＝(6.67X+5)μs(X为直放站和目标基站的距离，单位km)。设定寄存器的具体数值参考表1和表2中的寄存器数值与发送提前量的关系。
6)当直放站作为室内分布信号源时，需要在原有发送提前量的基础上增加1.5μs提前量，即(6.67X+6.5)μs，实际使用过程中还需要根据当时的物理环境以确定微调的提前量，以达到最佳的通信和切换的效果，发送提前量也作为直放站的配置选项可供用户根据实时的情况进行配置。
| 寄存器DLYCR的低5位 | 延迟或提前的时间量 |
| 01111 | 延迟39μs发送 |
| 01110 | 延迟36.4μs发送 |
| ... | ... |
| 00002 | 延迟5.2μs发送 |
| 00001 | 延迟2.6μs发送 |
| 00000 | 无延迟时间或提前时间 |
| 11111 | 提前2.6μs发送 |
| 11110 | 提前5.2μs发送 |
| ... | ... |
| 10100 | 提前31.2μs发送 |
| 10011 | 提前33.8μs发送 |
表1
| 寄存器DLYCR的高3位 | 微调的延迟时间量 |
| 000 | 无微调延迟时间 |
| 001 | 延迟0.52μs发送 |
| 010 | 延迟1.04μs发送 |
| 011 | 延迟1.56μs发送 |
| 100 | 延迟2.08μs发送 |
表2
Claims (1)
1、TDD数字基带直放站中实现信号同步的方法，其特征在于该方法具体包括设置信道补偿方式为UW补偿、通过射频模块延迟寄存器设置总发送提前量；
(1)设置信道补偿方式为UW补偿的具体方法是：
(a)TDD数字基带直放站将接收到的信号通过π/4-shift QPSK调制解调模块解调成基带信号发送给数据接收寄存器和信道识别号寄存器；
(b)TDD数字基带直放站处理器读取数据接收寄存器和信道识别号寄存器中的内容；
(c)通过信道识别号寄存器的信道识别号判断各逻辑信道，当信道识别号为“0100”，即逻辑信道为广播控制信道时，读取32位UW接收寄存器中的唯一码；
(d)利用循环冗余校验方法判断接收的UW是否有错误，如果校验码正确表示接收的唯一码没有错误，则将接收后的基带信号中的各个数字信息写入接收寄存器；如果校验码有误，则发送返回信号给基站要求重发；
(e)检验接收到的唯一码无误之后，设置同步控制寄存器中的信道补偿方式为唯一码补偿，实现直放站和基站的帧同步；
(2)通过射频模块延迟寄存器设置总发送提前量的具体方法是：
(f)首先根据TDD数字基带直放站与基站的距离计算距离发送提前量，距离发送提前量的时间与信号传输时延的时间相同，t时延＝6.67·X，其中t时延为信号传输时延，单位为微秒，X为TDD数字基带直放站与基站的距离，单位为千米；
(g)设置解调发送提前量5μs弥补高频信号解调成基带信号带来的时延；
(h)如果TDD数字基带直放站作为室内分布信号源时设置微调发送提前量1.5μs；
(i)将距离发送提前量、解调发送提前量和微调发送提前量的和作为总发送提前量；
(j)根据总发送提前量设置射频模块延迟时间寄存器，其中射频模块延迟时间寄存器的低五位的设置具体值为：
射频模块延迟时间寄存器的高三位的设置具体值为：
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