CN101888018B - 一种电调天线控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电调天线控制装置，包括信号收发单元、总线控制单元和数据处理单元；总线控制单元发送切换控制信令对信号收发单元的收、发状态进行控制；应用数据依次经过数据处理单元、总线控制单元和信号收发单元下发至电调天线设备；来自电调天线设备的应答数据依次进过信号收发单元、总线控制单元和数据处理单元进行上报；应用数据与应答数据在总线上发生数据碰撞时，所述数据处理单元实施碰撞处理，并直接通过总线控制单元和信号收发单元重新下发所述的应用数据。本发明能够有效解决电调天线数据系统中的数据碰撞问题，还能够减少数据碰撞问题的发生概率，显著提高总线资源的利用率以及数据传输的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及通讯领域，特别是一种电调天线控制装置。
背景技术
与传统的机械天线技术相比，电调天线技术具有运营成本低、效率高、性能稳定等优点，因而在通讯领域得到了广泛的应用。电调天线设备通常由电调控制器和天线构成；无线通讯系统中，一般将与基带控制单元（BBU:Basic Business Unit）远距离连接的射频拉远单元（RRU：Radio RemoteUnit）放置在需要的场所，该RRU中包含电调天线控制装置，用于实现一个或多个电调天线设备的统一控制和管理。
目前，常用的TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code DivisionMultiple Access)基站设备采用的天线设备管理协议为天线接口标准组织（AISG：Antenna Interface Standards Group）协议，其中规定了通过物理层、数据链路层和应用层协议支持RRU与电调天线设备之间的数据以及控制信令的发送和接收。然而，在应用层协议中，电调天线控制装置及天线设备间传输应用数据时可能存在数据碰撞（或数据冲突），当电调天线设备数量较多时，数据碰撞问题显得尤为突出。图1所示为电调天线控制装置与电调天线设备之间应用层数据传输发生碰撞的示意图，如果主站(电调天线控制装置)认为传输总线空闲，则向从站(电调天线设备)A下发应用数据(从站只能给主站发送应答数据)，而此时从站B也认为传输总线空闲，则向主站上报应答数据，此时在主站和从站间的共享总线上就会发生数据碰撞。而且，在电调系统中，随着从站数目和通信负载的增加，信道上发生数据碰撞的概率也将相应增大。数据传输的碰撞将会影响对电调天线设备控制的准确度以及数据传输效率，导致主站无法及时接收来自从站的应答数据，或信道资源不能充分利用。因此，有必要通过改进现有的传输协议或者电调天线控制装置形成有效的数据防碰撞机制。
现有技术中，通常通过下列几种数据防碰撞机制解决上述问题：
1）总线轮询控制方式：主站和从站按照一定的顺序进行消息的轮询交互。例如主站同三个从站连接时，主站首先同从站A完成消息的交互，接着下发消息给从站B，得到从站B的应答数据后，再下发消息给从站C。这种控制机制能够有效解决数据传输的冲突问题，然而牺牲了总线的工作带宽，即总站同一个从站交互的过程中，不能同其它从站进行数据的交互，尤其是当应用数据本身所需交互时间较长，或者从站由于自身系统软件的工作状况造成应答时间超时情况下，其他从站与总线之间的交互难以顺利进行，因此造成总线带宽和时间的浪费。
2）基于优先级的总线控制方式：每个从站都设置了一定的优先级，主站按照预设的优先级同各从站间发送、接收消息，即优先级高的从站优先获得总线资源进行数据传输。然而，这种防碰撞机制中，为保证从站应答时对总线资源的抢占，从站向主站应答消息时必须携带关于优先级的标识信息，然而现有的电调协议中并没有关于优先级的相关约定，因此目前的AISG协议并不适用于这种防碰撞机制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种能够有效解决电调天线系统中的数据碰撞问题、显著提高总线资源的利用率以及数据传输稳定性的电调天线控制装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种电调天线控制装置，包括：信号收发单元、总线控制单元和数据处理单元；总线控制单元发送切换控制信令对信号收发单元的收、发状态进行控制；应用数据依次经过数据处理单元、总线控制单元和信号收发单元下发至电调天线设备；来自电调天线设备的应答数据依次经过信号收发单元、总线控制单元和数据处理单元进行上报；应用数据与应答数据在总线上发生数据碰撞时，所述数据处理单元实施碰撞处理，并通过总线控制单元和信号收发单元重新下发所述发生碰撞的应用数据。
所述数据处理单元包括碰撞校验单元、碰撞处理单元和重发控制单元；所述碰撞校验单元判断是否发生数据碰撞，未发生数据碰撞则将应答数据进行上报，发生数据碰撞则通过碰撞处理单元实施碰撞处理，所述发生碰撞的应用数据通过重发控制单元重新传送至总线控制单元。
所述碰撞处理单元中设有退避时间计算模块和定时模块，当总线空闲时所述重发控制单元重新传送所述发生碰撞的应用数据至总线控制单元；总线繁忙时退避时间计算模块类推计算退避时间，定时模块监控退避时间届满时重发控制单元重新传送所述发生碰撞的应用数据至总线控制单元。
所述退避时间计算模块中预先设定竞争窗口的初始值，退避时间根据所述竞争窗口的初始值进行随机计算，每次处理数据碰撞的竞争窗口值以上次成功处理数据碰撞的竞争窗口值为上限。
所述碰撞校验单元中设有CRC校验模块，该CRC校验模块通过对应答数据的CRC校验判断是否发生数据碰撞。
所述数据处理单元为中央处理器。
还包括数据队列缓存单元，所述应用数据在所述数据处理单元中生成数据队列并存储在数据队列缓冲单元，所述数据队列缓冲单元将应用数据按照一定的顺序传送至所述总线控制单元。
所述数据队列中，每组应用数据设有对应的天线设备接入地址和期望回复时间。
所述数据队列缓冲单元中按照所述的期望回复时间设置数据队列的顺序。
所述信号收发单元包括OOK信号收发单元、时钟单元和检波单元；所述时钟单元为OOK信号收发单元提供参考时钟；所述OOK信号收发单元包括链路收发切换开关，所述链路收发切换开关根据收发切换控制信号进行链路收发状态的切换，所述OOK信号收发单元与电调天线设备进行应用数据和应答数据的交互；所述应答数据经过OOK信号收发单元输入检波单元，并被检波单元转换成TTL电平信号输入所述总线控制单元。
本发明的有益效果是，该电调天线控制装置能够解决电调天线系统中的数据碰撞问题，尤其适用于解决多个电调天线设备与电调天线控制装置交互时的数据碰撞问题。本发明通过数据处理单元实施碰撞处理，并对发生碰撞的应用数据重新发送，因此在不浪费总线资源和不改变电调协议的基础上有效缓解总线信道资源的恶性竞争，充分利用了总线资源，显著提高了电调系统数据传输的准确度、稳定性以及传输效率。本发明还可通过设置数据队列缓冲单元将需要下发的应用数据进行顺序存储，总线控制单元按照其期待回复时间的先后顺序取出应用数据并进行发送，减少了数据碰撞的发生概率，防止了数据碰撞碰撞而对系统造成的负面影响，因此进一步提高了数据传输的稳定性和传输效率。
附图说明
图1为电调天线控制装置与电调天线设备之间发生数据碰撞的示意图;
图2为本发明电调天线系统的数据通信模型；
图3为本发明电调天线控制装置中数据处理单元的结构框图；
图4为本发明电调天线控制装置的工作机制；
图5为本发明数据交互状态模型。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的电调天线控制装置进行介绍，但其具体实施方式并不限于以下方式。
图2为本发明电调天线系统的数据通信模型，该电调天线系统中包括n个与RRU之间进行射频数据交互的电调天线设备20，例如电调天线设备A1、电调天线设备A2、电调天线设备An等，其中n为自然数；RRU中还设有对多个电调天线设备20进行控制和管理的电调天线控制装置10，该电调天线控制装置10包括信号收发单元11、总线控制单元12和数据处理单元14；电调天线系统中还包括对RRU下发电调信令并接收应答数据的网管软件30。图中实现为控制信令流，虚线为应用数据流或应答数据流。
本数据通信模型中，需下发至电调天线设备20的电调控制信令来自于网管软件30，也可来自其他系统，这些电调控制信令种包含需要下发至某个电调天线设备20的应用数据。数据处理单元14接收电调控制信令，并通过总线控制单元12和信号收发单元11向电调天线设备20下发应用数据。总线控制单元12向信号收发单元11传送收发切换控制信号控制其收发状态，切换至发送状态时，信号收发单元11将应用数据下发至对应的电调天线设备20；切换至接收状态时，信号收发单元11接收来自电调天线设备20的应答数据，该应答数据输入总线控制单元12，并通过串行传输方式进入数据处理单元14向网管软件30进行上报。当应用数据与应答数据在总线上发生数据碰撞时，所述数据处理单元14实施碰撞处理，并直接通过总线控制单元12和信号收发单元11重新下发所述发生碰撞的应用数据。
信号收发单元11可进一步包括通断键控（OOK：On-Off-Keying）信号收发单元111、时钟单元112和检波单元113。时钟单元112为频率为2.176MHz的晶振，用于为OOK信号收发单元111提供参考时钟；OOK信号收发单元111包括链路收发切换开关，该链路收发切换开关根据来自总线控制单元12的收发切换控制信令进行链路收发状态的切换，发送状态时，OOK信号收发单元111直接通过射频脉冲向电调天线设备20发送应用数据；接收状态时，来自电调天线设备20的应答数据经过OOK信号收发单元111输入检波单元113，检波单元113将该OOK调制信号转换成晶体管-晶体管逻辑(TTL:Transistor-Transistor Logic）电平信号，并将该TTL电平信号输入总线控制单元12。
总线控制单元12用于向信号收发单元11发送收发切换控制信令；并在接到数据处理单元14的通知时，从数据处理单元14中取出相应的应用数据并将其输入信号收发单元11；总线控制单元12还用于接收来自于检波单元113的TTL电平信号，并通过串行传输方式将其送给数据处理单元14。碰撞处理过程中，总线控制单元12还可用于监听信道的空闲或繁忙状态。
本发明电调天线控制装置能够通过数据处理单元14对电调天线控制系统中应用数据与应答数据之间发生的数据碰撞问题进行处理，并直接通过总线控制单元12和信号收发单元11重新下发发生碰撞的应用数据，因此保证了数据传输的稳定性和传输效率，并在一定程度上提高了总线资源的利用率。
本发明电调天线控制装置还可进一步包括数据队列缓冲单元13，来自网管软件30的电调控制信令在数据处理单元14中生成数据队列，并存储在数据队列缓冲单元13中；接到数据处理单元14的发送通知时，总线控制单元12从数据队列缓冲单元13中按一定的顺序取出应用数据并输入信号收发单元11。数据队列中，每组应用数据设有对应的天线设备接入地址和期望回复时间，天线设备接入地址以索引号的形式进行保存，可通过该索引号直接找到对应的电调天线设备20。数据队列缓冲单元13按照应用数据的期望回复时间设置数据队列的先后顺序，总线控制单元12按照期望回复时间由短至长的顺序取出应用数据并进行发送。对于期望回复时间相同的应用数据，还可通过其他准则进行区分，例如增加期望回复时间的间隔参数。通过设置数据队列缓冲单元13能够控制应用数据的下发顺序，使针对各个电调天线设备20的应用数据能够按照期望回复时间的长短进行合理分发，因此有效地减少或防止了了发生数据碰撞的概率，进一步提高了数据传输的稳定性和传输效率。
如图3所示，数据处理单元14可进一步包括碰撞校验单元141、碰撞处理单元142和重发控制单元143，该数据处理单元14可为中央处理器（CPU：Central Process Unit）。碰撞校验单元141用于接收应答数据并判断是否发生数据碰撞，该碰撞校验单元141中可设有具备循环冗余码校验（CRC:Cyclical Redundancy Check）功能的CRC校验模块1411，CRC校验模块1411通过对应答数据的CRC校验判断是否发生数据碰撞。如果未发生数据碰撞，则将该应答数据直接上报网管软件30；如果发生数据碰撞则通过碰撞处理单元142实施碰撞处理，碰撞处理完成后，重发控制单元143将与应答数据发生碰撞的应用数据输入总线控制单元12，并通过收发控制单元11重新下发。
碰撞处理单元142中设有退避时间计算模块1421和定时模块1422，当总线控制单元12检测到总线空闲状态时，重发控制单元143对发生碰撞的应用数据重新发送至总线控制单元12；总线繁忙时通过退避时间计算模块1421类推计算退避时间，当定时模块1422监控到退避时间届满时，发生碰撞的应用数据通过重发控制单元143重新发送至总线控制单元12。退避时间计算模块1421中预先设定竞争窗口的初始值，退避时间根据竞争窗口初始值进行随机计算，发生数据碰撞的竞争窗口值以上次成功处理数据碰撞的竞争窗口值为上限。
图4为本发明电调天线控制装置10的工作机制,包括以下步骤：
S100：数据处理单元14接收网管软件30下发的电调控制信令，该信令中包含需向某个电调天线设备20发送的应用数据以及期望回复时间等内容。
S110:数据处理单元14生成数据队列，并按照先后顺序写入数据队列缓冲单元13，写入格式可包括索引号、期望回复时间、应用数据等。
S120:总线控制单元12收到数据处理模块14的发送通知后，从数据队列缓冲单元13中依次取出数据并经过收发控制单元11进行发送。
S130:总线控制单元12接收到来自收发控制单元11的应答数据后，通过串行方式上报数据处理模块14。
S140:数据处理模块14对应答数据进行是否发生碰撞的判断。
S150:如果未发生数据碰撞，则数据处理单元14将应答数据上报网管软件30。
S160:如果发生数据碰撞，则实施碰撞处理。在碰撞处理过程中，数据处理单元14可根据退避算法生成相应的退避时间，并按照该退避时间实现发生碰撞的应用数据的重新发送。重新发送应用数据时，无需经过数据队列缓冲单元13，而是由数据处理单元14将发生碰撞的应用数据直接发给总线控制单元12，再通过信号收发单元11进行下发。碰撞处理期间，数据处理单元14不接收来自网管软件30的电调控制信令，直到碰撞处理完成，再回到步骤S100循环进入正常程序。
S170:程序结束。
本步骤所描述的碰撞处理的原理如下：
电调系统中，当电调天线控制装置10向电调天线设备20下发应用数据帧，或者电调天线设备20向电调天线控制装置10上报应答数据帧时，需等待一个协调功能时隙，时隙长度表示为Tslot，基于电调天线控制装置10同电调天线设备20间消息传输的往返时间来确定。
当总线未发送应用数据或接收应答数据时信道空闲，此时总线控制单元12监听到总线空闲状态，数据处理单元14中的重发控制单元143对发生碰撞的应用数据立即进行重新发送；总线繁忙时碰撞处理模块142中的退避时间计算模块1421类推计算退避时间，当定时模块1422监控到退避时间届满时重发控制单元143对发生碰撞的应用数据重新进行发送。
退避时间计算模块1421计算退避时间的方法如下：
Tbackoff＝INT(CW×RanNum)·Tslot
式中，INT指取整。
CW指竞争窗口值，通常由上次成功实施碰撞处理的CW而定，其取值范围介于最小窗口值CWmin至最大窗口值CWmax之间的一个整数，CWmin和CWmax的取值由系统预先确定。
RanNum指一随机数，取值范围介于0-1之间,设置该随机数的目的在于同时实施多个碰撞处理时，每一组应用数据的发送时间在多个协调功能时隙内随机分布，从而达到对信道资源在时间域上均匀、公平的利用。
Tslot指时隙长度。
系统初始化时，CW值取CWmin。例如若CWmin为8，则第一次退避在8个时隙中随机选择一个，如果第一次退避未成功（即将发送或者发送过程中再次遇到数据碰撞），则需要再次退避，CW可按2倍的速度增长，依次类推，如果窗口值超出CWmax，则可选择放弃该应用数据帧的发送，或者进行其他处理。
退避时间计算模块1421计算出退避时间后，总线控制单元12监听到信道繁忙总线上一个协调功能时隙空闲，则定时模块1422启动开始定时计数，当退避时间届满通过重发控制单元143发送发生碰撞的应用数据；如果发送前监听到信道繁忙，则停止计时，同时取消发送应用数据，再次实施退避。如果在发送过程中监听到数据碰撞，仍然再次实施退避。
当碰撞处理成功后，应用数据顺利发送。则下次发生碰撞的CW按下式计算：
CW＝max(CWmin,CWsuc×RanNum)
式中，CWsuc指成功传输时选用的竞争窗口值。
这种处理方式使发生数据碰撞的竞争窗口值以上次成功处理数据碰撞的竞争窗口值为上限,用于保证上次竞争不到发送权的电调天线设备20以越来越短的退避时间进入竞争，避免了站点永远无法竞争到发送权的情况。该碰撞处理的实施使得电调天线系统中的数据碰撞问题得到了有效处理，发生碰撞的应用数据在总线空闲期间得到重新发送，因此充分利用了总线资源，同时保证了数据传输的稳定性和高效性。
图5为本发明数据交互状态模型，包括以下环节：
S200:当RRU同电调天线设备建链成功后，RRU中的电调天线控制装置10进入初始状态。
S210:接着，电调天线控制装置10自动转入链路保活状态，此时，RRU应发送链路保活帧与电调天线设备20进行握手，如果未收到电调天线设备20对于链路保活帧的应答，则重新发送链路保活帧。
S220:如果S210环节中收到电调天线设备20对于链路保活帧的应答，则等待网管软件30下发电调控制信令，接收到该信令则进入正常交互状态,未收到电调控制信令就可再回到链路保活状态S210。
S230:如果S220中正常交互状态发现数据碰撞，则进入碰撞处理状态，处理完毕再回到正常交互状态S220。
S240:如果S210环节中链路保活帧重发失败，则认为链路故障，进入故障状态。
本发明电调天线控制装置10能够解决电调天线系统中发送至电调天线设备20的应用数据与返回的应答数据之间的数据碰撞问题，尤其是多个电调天线设备20与电调天线控制装置10交互时，数据碰撞的概率明显偏高，因此本发明尤其适用于这种情况。本发明通过碰撞校验判断是否发生数据碰撞，若发生数据碰撞则进行碰撞处理，并对发生碰撞的应用数据进行重新发送，因此在不浪费总线资源和不改变电调协议的基础上有效缓解了总线信道资源的恶性竞争，充分利用了总线资源，显著提高了电调系统数据传输的准确度、稳定性和传输效率。本发明还可通过设置数据队列缓冲单元13将需要下发的应用数据进行存储，总线控制单元12按照其期待回复时间的先后顺序取出应用数据并进行发送，减少了数据碰撞的发生概率，防止了数据碰撞碰撞而对系统造成的负面影响，因此进一步提高了数据传输的稳定性和传输效率。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电调天线控制装置，其特征在于，包括：信号收发单元、总线控制单元和数据处理单元；总线控制单元发送切换控制信令对信号收发单元的收、发状态进行控制；应用数据依次经过数据处理单元、总线控制单元和信号收发单元下发至电调天线设备；来自电调天线设备的应答数据依次经过信号收发单元、总线控制单元和数据处理单元进行上报；应用数据与应答数据在总线上发生数据碰撞时，所述数据处理单元实施碰撞处理，并通过总线控制单元和信号收发单元重新下发所述发生碰撞的应用数据。
2.根据权利要求1所述的电调天线控制装置，其特征在于：所述数据处理单元包括碰撞校验单元、碰撞处理单元和重发控制单元；所述碰撞校验单元判断是否发生数据碰撞，未发生数据碰撞则将应答数据进行上报，发生数据碰撞则通过碰撞处理单元实施碰撞处理，所述发生碰撞的应用数据通过重发控制单元重新传送至总线控制单元。
3.根据权利要求2所述的电调天线控制装置，其特征在于：所述碰撞处理单元中设有退避时间计算模块和定时模块，当总线空闲时所述重发控制单元重新传送所述发生碰撞的应用数据至总线控制单元；总线繁忙时退避时间计算模块类推计算退避时间，定时模块监控退避时间届满时重发控制单元重新传送所述发生碰撞的应用数据至总线控制单元。
4.根据权利要求3所述的电调天线控制装置，其特征在于：所述退避时间计算模块中预先设定竞争窗口的初始值，退避时间根据所述竞争窗口的初始值进行随机计算，每次处理数据碰撞的竞争窗口值以上次成功处理数据碰撞的竞争窗口值为上限。
5.根据权利要求2所述的电调天线控制装置，其特征在于：所述碰撞校验单元中设有CRC校验模块，该CRC校验模块通过对应答数据的CRC校验判断是否发生数据碰撞。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电调天线控制装置，其特征在于：所述数据处理单元为中央处理器。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的电调天线控制装置，其特征在于：还包括数据队列缓冲单元，所述应用数据在所述数据处理单元中生成数据队列并存储在数据队列缓冲单元，所述数据队列缓冲单元将应用数据按照一定的顺序传送至所述总线控制单元。
8.根据权利要求7所述的电调天线控制装置，其特征在于：所述数据队列中，每组应用数据设有对应的天线设备接入地址和期望回复时间。
9.根据权利要求8所述的电调天线控制装置，其特征在于：所述数据队列缓冲单元中按照所述的期望回复时间设置数据队列的顺序。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的电调天线控制装置，其特征在于：所述信号收发单元包括OOK信号收发单元、时钟单元和检波单元；所述时钟单元为OOK信号收发单元提供参考时钟；所述OOK信号收发单元包括链路收发切换开关，所述链路收发切换开关根据收发切换控制信号进行链路收发状态的切换，所述OOK信号收发单元与电调天线设备进行应用数据和应答数据的交互；所述应答数据经过OOK信号收发单元输入检波单元，并被检波单元转换成TTL电平信号输入所述总线控制单元。
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| 郭恒哲.基于AISG协议的手持电调天线控制器的设计.《电子设计应用》.2008,第79-82页. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101888018A (zh) | 2010-11-17 |
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