CN101882953B

CN101882953B - 多模通信系统的基带信号处理装置及方法

Info

Publication number: CN101882953B
Application number: CN 201010230009
Authority: CN
Inventors: 李鹏程; 李�浩
Original assignee: Comba Telecom Systems China Ltd
Current assignee: Tianjin Comba Telecom Systems Co Ltd
Priority date: 2010-07-19
Filing date: 2010-07-19
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2030-07-19
Also published as: CN101882953A

Abstract

本发明涉及多模通信系统的基带信号处理装置及方法，方法包括以下步骤：将基带信号连同网络维护所使用的控制字组成以太网帧；基带信号和控制字组成的以太网帧经过以太网物理层处理后，发送到对端设备；在对端设备中从相应的以太网帧位置取数据，恢复成基带信号，同时解出控制字来维护本级的网络。本发明采用复帧结构来实现信号的传输，能适用不同带宽的需求；复帧中定义了控制字，控制字的使用可以丰富系统级的组网方式，极大地方便了整个网络的维护。

Description

多模通信系统的基带信号处理装置及方法

技术领域

本发明涉及直放站领域里的一种多模通信系统的基带信号处理装置及方法。

背景技术

通信技术的发展日新月异，目前已经全面进入3G时代，并逐渐向LTE4G演进。通信技术的多方面发展使得目前商用的移动通信制式包括有：全球移动通信系统GSM、宽带码分多址WCDMA、CDMA2000、时分同步码分多址TD-SCDMA等。在这样的情况下，多模通信设备越来越普及，它能适应不同的环境需求，为更多的用户提供便利。

在直放站领域，数字直放站较之传统的模拟直放站，能提供更好的选频特性以及更多功能的加入。数字直放站需要将模拟信号转换成数字信号，经过数字信号处理后再转换成模拟信号并通过天线发射出去。它一般包括射频的处理，中频的处理，以及数字基带的处理。

直放站领域中，室内覆盖的解决方案的实施受地理位置以及建筑物的整体结构等诸多限制，往往在性能上达不到较好的要求，且成本较高；除此之外，更为主要的是，不支持多模通信，且针对不同的带宽需要采用不同的帧结构来实现信号的传输，给系统的组网带来了极大的不便，也增加了网络维护的难度。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种多模通信系统的基带信号处理装置，采用复帧结构来实现信号的传输，能适用不同带宽的需求；复帧中定义了控制字，控制字的使用可以丰富系统级的组网方式，极大地方便了整个网络的维护。

本发明的另一目的是提供一种基于上述基带信号处理装置的多模通信系统的基带信号处理方法。

本发明的首要目的通过下述技术方案实现：多模通信系统的基带信号处理装置，包括用于接收第一基带信号的第一输入端口、与第一输入端口连接的第一选频处理模块、用于接收第二基带信号的第二输入端口、与第二输入端口连接的第二选频处理模块、用于将第一基带信号与第二基带信号组成帧的合并器以及以太网协议处理器，第一选频处理模块、第二选频处理模块均与合并器连接，合并器还与以太网协议处理器连接。

本发明的另一目的通过下述技术方案实现：基于上述多模通信系统的基带信号处理装置的多模通信系统的基带信号处理方法，包括以下步骤：

(1)、将基带信号连同网络维护所使用的控制字组成以太网帧；

(2)、基带信号和控制字组成的以太网帧经过以太网物理层处理后，发送到对端设备；

(3)、在对端设备中从相应的以太网帧位置取数据，恢复成基带信号，同时解出控制字来维护本级的网络。

在上述多模通信系统的基带信号处理方法中，步骤(2)所述的基带信号和控制字组成的以太网帧经过以太网物理层处理后，经超五类双绞线，发送到对端设备。

在上述多模通信系统的基带信号处理方法中，步骤(1)所述以太网帧是复帧，每一个复帧由连续的100个子帧构成，每一个子帧的前两个字节用于传送开销字节，除了开销字节之外的字节用于传送IQ数据。

在上述多模通信系统的基带信号处理方法中，所述每一个子帧由96个字节构成。

在上述多模通信系统的基带信号处理方法中，步骤(1)所述组成以太网帧的过程为：将第一个子帧的IQ数据向后顺延8个字节，顺延空出来的8个字节用于做以太网的前导码；最后一个子帧的10个空闲字节和第一个子帧的开销字节用于做以太网的帧间隙。

在上述多模通信系统的基带信号处理方法中，执行步骤(1)之前还执行以下步骤：

(a)、将模拟中频信号转换为数字信号；

(b)、下变频处理，将基带信号搬移到零频，同时在满足采样率的情况下降低数字信号数据速率；

(c)、基带信号处理，根据系统的需求对有效信号进行选择，同时抑制住带外信号；

执行步骤(3)之后还执行以下步骤：

(A)、上变频处理，在对端设备恢复信号时首先将信号调制至基带信号的位置；同时为满足采样定理，对基带信号进行插值处理；

(B)、数模转换，将选频后的基带信号转换成模拟中频信号。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、在直放站领域里将基带信号合并，然后通过超五类双绞线实现传输以支持多模通信，降低了成本。

2、采用普通的双绞线来实现数字信号的传输及覆盖，能充分利用目前楼宇中已经布局好的资源，大大降低了工程实施中的成本以及难度。

3、采用数字信号来传输基带信号，能提高系统的抗干扰能力；采用了数字技术，简化了多模传输的难度，加强了抑制噪声的能力。

4、采用软件无线电技术，更新升级方便，当需要适应不同的需求时，各数字信号选频模块可以很方便地通过软件更新来升级。

5、采用自定义复帧结构来实现传输，能适用不同带宽的需求；同时在自定义复帧中定义了数目众多的控制字，通过这些控制字的使用可以丰富系统级的组网方式，极大地方便了整个网络的维护。

附图说明

图1是多个远端与一个近端的连接关系示意图；

图2是本发明多模信号基带处理系统的结构示意图；

图3是信号传输帧结构图；

图4是IQ数据到子帧的映射示意图；

图5是组帧过程示意图；

图6是多模信号基带处理方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

在移动通信系统的两端设备中，存在有双模信号(比如GSM信号和WCDMA信号)，双模信号按照一定的规律映射到特定的数据结构中，在该数据的上层则采用以太网标准来实现传输。如图1所示，近端从天线接收射频信号，经过模拟处理转到中频，经由ADC器件转换成数字信号，然后将数字信号打包成特定结构的数据，最后经过以太网协议层的处理转成标准以太网数据；所述以太网数据发送到对端后，先解以太网帧，随即按照IQ成帧协议解出相应的IQ信号，再经DA处理和模拟处理后发送出去，实现通信信号从近端到远端的传送。

本发明的多模信号基带处理系统需要支持多模数据的传送，所以多模信号基带处理系统在处理基带信号时需要单独对不同制式的数据进行处理。如图2所示，本发明多模信号基带处理系统包括用于接收第一基带信号的第一输入端口、与第一输入端口连接的第一选频处理模块、用于接收第二基带信号的第二输入端口、与第二输入端口连接的第二选频处理模块、合并器以及以太网协议处理器，第一选频处理模块、第二选频处理模块均与合并器连接，合并器还与以太网协议处理器连接。其中第一基带信号(也称为第一通信协议数据)可以是(但不限于)GSM信号，相应地在软件无线电技术的支持下可以对应于第一选频处理模块，第一选频处理模块实现对第一基带信号的选频处理。第二基带信号(也称为第二通信协议数据)可以是(但不限于)WCDMA信号，相应地在软件无线电技术支持下对应第二选频模块，第二选频模块实现对第二基带信号的处理。根据软件无线电的优点，当改变第一通信协议数据、第二通信协议数据时，非常容易通过修改选频处理模块得到想要的变频以及采样率变化等的处理。

合并器的作用是将两路基带信号按照一定的规则组成特定的帧，帧结构的考虑要兼顾解映射的容易性以及传输有用信号的占有率，还要考虑组网的可维护性。本发明所组成的帧的结构如图3所示，该帧结构需要采用千兆以太网标准来实施传输。帧结构为复帧结构，每一个复帧由连续的100个子帧构成，每一个子帧由96个字节构成；这样每个复帧总共由9600个字节构成。每个子帧的前两个字节用于传送开销字节，用来对整个传输网络进行管理；除了开销字节之外的94个字节用于传送IQ数据，为支持双模信号传输在IQ数据中的相应位置放不同制式的信号数据，位置的选取以方便解映射为前提。同时，若IQ信号没有占满整个帧结构，则可以保留未使用位，对于未使用位，在近端和远端之间传输零。

由于上述帧结构中，每个复帧总的字节数为9600个字节，低于千兆以太网包所支持的包长数，故每一个复帧作为单独的一个以太网包在线路上进行传输，那么系统的时钟频率等级是125M。假设系统要求支持GSM 8载波和WCDMA子频带两种信号的传送，又假设AD采用125M时钟采样，在数字域进行抽取处理后的数据率为GSM：31.25/24×2×8×13；WCDMA：62.5/3×2×13；两者加起来数据速率约为821MBPS，则可以采用上述帧结构来传送，其IQ数据到子帧的映射可以是如图4所示。

根据本发明要求，物理层需要采用标准以太网来进行传送。标准的以太网帧格式包括帧间隙(至少96bit长)、前导码(7个0’X55+1个0’XD5)和数据；而IQ数据形成的帧结构是连续的数据流(包括开销字节)，所以需要对帧结构做出调整来适应以太网分组的传送，这个过程称为适配。适配的过程需要利用复帧中每个子帧前的开销字节或者在帧利用不充分情况下的空闲字节。以上面提到的例子来考虑，则每个子帧均有16个字节的空闲字节，通过对第一子帧空闲字节和最后一个子帧空闲字节的利用则可以很容易凑出以太网传输所需要的前导码和帧间隙。如图5所示，适配过程利用了第一个子帧的开销字节和8个空闲字节，所以在第一个子帧的IQ数据需要向后顺延8个字节，顺延空出来的8个字节用于做以太网的前导码；同时最后一个子帧的10个空闲字节和第一个子帧的开销字节需要用来做为以太网的帧间隙。可以看到由于帧的未充分利用导致可以很轻松凑得以太网的帧间隙和前导码，这个时候需要做出调整的子帧只有第一个和最后一个。在极端情况下，当子帧中IQ数据被占满时，只能通过占用开销字节来凑得帧间隙和前导码，这个时候需要做出调整的子帧数达到16个(前5个和后11个)。

本发明的多模信号基带处理方法，主要包括上、下行两个方向的处理，一般来说信号从近端到远端称为下行，上、下行的信号处理方式是一样的，如图6所示，具体包括以下步骤：

1、模数转换，通信系统中各种制式的射频信号经过射频模块的处理后变成模拟中频信号。基带处理中为方便更好地选频，需要将模拟中频信号转换为数字信号，该过程将由AD芯片来实现。

2、下变频处理，采用软件无线电技术，主要完成的功能是将基带信号搬移到零频，同时在满足采样率的情况下降低数字信号数据速率。这主要为后面的基带信号处理做准备，低速率的情况下选频模块较容易实现。

3、基带信号处理，主要是根据系统的需求对有效信号进行选择，同时抑制住带外信号。这主要通过基带成型模块来完成，而基带成型模块采用FPGA来实现，在需求改变时可以灵活做出修改。

4、帧映射处理，将基带信号连同网络维护所使用的控制字组成千兆以太网帧。千兆以太网帧是复帧，其帧结构如图3所示，是固定的，即每一个复帧由连续的100个子帧构成，每一个子帧由96个字节构成，每一个子帧的前两个字节用于传送开销字节，除了开销字节之外的94个字节用于传送IQ数据。但是帧映射的方式可以灵活调整，根据不同的需求分配不同的带宽。组帧的过程如图5所示，将第一个子帧的IQ数据向后顺延8个字节，顺延空出来的8个字节用于做以太网的前导码；最后一个子帧的10个空闲字节和第一个子帧的开销字节用于做以太网的帧间隙。

5、基带信号和控制字组成的千兆以太网帧经过千兆以太网PHY(物理层)芯片的处理经超五类双绞线，发送到对端设备。

6、解映射，在对端设备中需要依据一定的协议从相应千兆以太网帧位置取数据，恢复成基带信号，同时解出控制字来维护本级的网络。

7、上变频处理，由于在下变频的处理中将信号搬移到了零频，在对端设备恢复信号时首先要将信号调制至基带信号的位置；同时为满足采样定理，需要对基带信号进行插值处理。上下变频的处理和插值处理以及成型滤波可由FPGA来实现。

8、数模转换，将选频后的基带信号转换成模拟中频信号，由DA芯片来实现。

针对双模以及多模的应用，本系统的DSP处理以及模数，数模处理对于两种制式的信号是单独进行的，彼此互不影响，在帧映射模块将两者合并在一起通过一根超五类双绞线来实现传输，然后在解映射的时候将两者进行单独分离出来。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.基于多模通信系统的基带信号处理装置的多模通信系统的基带信号处理方法，所述多模通信系统的基带信号处理装置包括用于接收第一基带信号的第一输入端口、与第一输入端口连接的第一选频处理模块、用于接收第二基带信号的第二输入端口、与第二输入端口连接的第二选频处理模块、用于将第一基带信号与第二基带信号组成帧的合并器以及以太网协议处理器，第一选频处理模块、第二选频处理模块均与合并器连接，合并器还与以太网协议处理器连接，其特征在于包括以下步骤：

（1）、将基带信号连同网络维护所使用的控制字组成以太网帧；

（2）、基带信号和控制字组成的以太网帧经过以太网物理层处理后，发送到对端设备；

（3）、在对端设备中从相应的以太网帧位置取数据，恢复成基带信号，同时解出控制字来维护本级的网络；

步骤（1）所述以太网帧是复帧，每一个复帧由连续的100个子帧构成，每一个子帧的前两个字节用于传送开销字节，除了开销字节之外的字节用于传送IQ数据。

2.根据权利要求1所述的多模通信系统的基带信号处理方法，其特征在于：步骤（2）所述的基带信号和控制字组成的以太网帧经过以太网物理层处理后，经超五类双绞线，发送到对端设备。

3.根据权利要求1所述的多模通信系统的基带信号处理方法，其特征在于：所述每一个子帧由96个字节构成。

4.根据权利要求1所述的多模通信系统的基带信号处理方法，其特征在于步骤（1）所述组成以太网帧的过程为：将第一个子帧的IQ数据向后顺延8个字节，顺延空出来的8个字节用于做以太网的前导码；最后一个子帧的10个空闲字节和第一个子帧的开销字节用于做以太网的帧间隙。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的多模通信系统的基带信号处理方法，其特征在于：执行步骤（1）之前还执行以下步骤：

（a）、将模拟中频信号转换为数字信号；

（b）、下变频处理，将基带信号搬移到零频，同时在满足采样率的情况下降低数字信号数据速率；

（c）、基带信号处理，根据系统的需求对有效信号进行选择，同时抑制住带外信号；

执行步骤（3）之后还执行以下步骤：

（A）、上变频处理，在对端设备恢复信号时首先将信号调制至基带信号的位置；同时为满足采样定理，对基带信号进行插值处理；

（B）、数模转换，将选频后的基带信号转换成模拟中频信号。