CN102307395A - 用cpri接口传输gsm/edge的iq数据的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用CPRI接口传输GSM/EDGE的IQ数据的方法及装置，其中，包括：构造超帧，将生成的超帧经CPRI接口发送或接收，每个超帧中包括6个无线帧，每个超帧包括8个周期，每个周期包括13个段，每个段包括一组基本帧，构造超帧时将GSM/EDGE的突发脉冲的IQ数据映射到CPRI的段中，所述段包括两类即A类段和B类段，A类段包括2214个基本帧，B类段包括2217个基本帧。本方案所述的方法，满足GSM/EDGE对IQ数据传输的需求，同时也能满足CPRI协议要求，从而实现GSM/EDGE兼容CPRI协议。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及通过通用公共无线接口(CPRI)接口传输全球移动通信系统/GSM演进的增强型数据速率(GSM/EDGE)的正交调制(IQ)数据的方法及装置。
背景技术
随着IT技术和电信技术的进步，移动通信得到了突飞猛进的发展，特别是GSM移动网络发展尤为迅速，用户已经超过20亿。另外，无线网络架构也不断向前演进，以基带和射频分离为主要特征的CPRI标准越来越引起业界的重视。CPRI标准定义了模块化的基站架构以及基带和射频模块之间的接口，这样，更多的器件厂商和模块厂商可以参与基站的制造，从而降低成本，另一方面，CPRI协议也符合分布式无线网络的发展趋势，所以，CPRI成为基站子系统(BSS)新架构的重要特征。由于CPRI是基于宽带码分多址(WCDMA)制式的标准，对GSM/EDGE并未考虑，因此，如何将GSM/EDGE模式与CPRI协议匹配也成为大家比较关注的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种通过CPRI接口传输GSM/EDGE的IQ数据的方法及装置，从而使CPRI标准也适用GSM/EDGE制式。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种通过CPRI接口传输GSM/EDGE的IQ数据的方法，其中，包括：构造超帧，将生成的超帧经CPRI接口发送或接收，每个超帧中包括6个无线帧，每个超帧包括8个周期，每个周期包括13个段，每个段包括一组基本帧，构造超帧时将GSM/EDGE的突发脉冲的IQ数据映射到CPRI的段中，所述段包括两类即A类段和B类段，A类段包括2214个基本帧，B类段包括2217个基本帧。
进一步地，上述方法还可以具有以下特点：
每个段包括载扇周期，每个载扇周期包括固定数目的基本帧，每个载扇周期包括多个大小固定的数据空间，构造超帧时将突发脉冲的IQ数据分成多个大小固定的数据块，将每个数据块映射到载扇周期的一个数据空间中。
进一步地，上述方法还可以具有以下特点：
所述数据空间的大小为30比特，所述载扇周期包括3个基本帧。
进一步地，上述方法还可以具有以下特点：
传输多路GSM/EDGE数据的方式为：将多路GSM/EDGE的突发脉冲的IQ数据写入载扇周期中，一路GSM/EDGE的突发脉冲的IQ数据占用载扇周期中的一个数据空间。
进一步地，上述方法还可以具有以下特点：
当CPRI接口的数据传输速率为614.4Mbps时，最多将12路数据空间写入一载扇周期中；
当CPRI接口的数据传输速率为1228.8Mbps时，最多将24路数据空间写入一载扇周期中；
当CPRI接口的数据传输速率为2457.6Mbps时，最多将48路数据空间写入一载扇周期中。
进一步地，上述方法还可以具有以下特点：
在每个周期中，A类段和B类段的排列方式为：ABABABABABABA。
进一步地，上述方法还可以具有以下特点：
突发脉冲的IQ数据映射到CPRI的段中时，对于下行数据或上行数据，还将标志块、用户定义块、校验块、空闲块写入段中，其中每个段中，标志块包括3个载扇周期，用户定义块包括4个载扇周期，校验块包括1个载扇周期，空闲块包括1个或2个载扇周期。
进一步地，上述方法还可以具有以下特点：
在将突发脉冲的IQ数据映射到段时，在段开始的空白载扇周期位置插入段标志，作为GSM/EDGE突发脉冲的标志；
在段开始的空白载扇周期位置插入段标志时，在超帧中首个段的开始位置插入60ms标志，作为60ms同步的标志；
在段部分空白的载扇周期内插入随路的信令信息。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种通过CPRI接口传输GSM/EDGE的IQ数据的装置，包括超帧构造模块和数据传输模块，其中，所述超帧构造模块，用于构造超帧，每个超帧中包括6个无线帧，每个超帧包括8个周期，每个周期包括13个段，每个段包括一组基本帧，构造超帧时将GSM/EDGE的突发脉冲的IQ数据映射到CPRI的段中，其中，所述段包括两类即A类段和B类段，A类段包括2214个基本帧，B类段包括2217个基本帧；所述数据传输模块，用于将生成的超帧经CPRI接口发送或接收。
进一步地，上述装置还可以具有以下特点：
在每个周期中，A类段和B类段的排列方式为：ABABABABABABA。
本方案所述的方法，满足GSM/EDGE对IQ数据传输的需求，同时也能满足CPRI协议要求，从而实现GSM/EDGE兼容CPRI协议。
附图说明
图1是CPRI协议结构；
图2是CPRI无线帧结构；
图3是CPRI接口基本帧结构(1228.8bmps)；
图4是实施例GSM/EDGE IQ数据到CPRI映射的超帧(Superframe)结构；
图5是实施例的AxC period结构；
图6是实施例的下行segment帧格式；
图7是实施例的下行symbol IQ数据与AxC period映射关系；
图8是实施例的上行Segment帧格式；
图9(a)是实施例的上行Symbol与AxC Period的映射关系；
图9(b)是实施例的上行symbol的IQ数据排列方式。
具体实施方式
为了更好的说明本方案的内容，首先介绍一下CPRI协议结构以及GSM/EDGE数字IQ信号的数据格式。
CPRI定义了layer1和layer2两层协议用来传输用户面和控制面的数据，以及同步控制，协议结构如图1所示。物理层(layer1)定义了CPRI接口的速率，编码，帧格式和IQ数据映射等内容，链路层(layer2)定义了控制面数据的帧格式等内容。
CPRI接口规范中定义了复帧结构，如图2所示。在UMTS中，一个无线帧(Radio Frame)由NodeB帧号(Node B Frame Number，简称BFN)编号，包含150个Hyperframe(巨帧)，Hyperframe包含256个基本帧(BasicFrame)，基本帧包括若干字(Word)，图中W表示基本帧中word数目，Y表示Word中字节(byte)数目。一个无线帧的时间长度为10ms。在无线帧的控制字节中插入特殊的同步字(Commba byte)，就可以实现无线仪器控制器(REC)和无线设备(RE)之间的10ms时钟同步。
基本帧是CPRI帧结构的基本单元，图3表示的1228.8Mbps的基本帧结构。图中W代表基本帧中的word数目，W取值为0～15，W＝0的word为控制字(control word)，其余的15个word为IQ数据块(IQ Data Block)；Y代表基本帧中word包含的byte数目，Y的取值与CPRI的三种传输速率对应，Y＝0时，CPRI速率为614.4Mbps，Y＝1时，CPRI速率为1228.8Mbps，Y＝3时，CPRI速率为2457.6Mbps。用于传输控制信息的控制字(control word)数据空间为(Y+1)×8bits；用于传输IQ数据的空间为15×(Y+1)×8bits。如图3所示，在1228.8Mbps速率时，控制字(control word)为16bits，IQ数据块(IQ Data Block)为240bits。基本帧的长度(周期)都是T＝1/3.84MHz。关于CPRI协议的详细内容可以查阅CPRI协议V2.0版本。
GSM规范中规定每个突发脉冲(Burst)的字符速率为270.833kbps，传输的字符为156.25个，时长15/26ms，约为577us；8个Burst为一个TDMA帧，时间长度约为4.615ms。本方案中GSM/EDGE的IQ数据是指基带和射频之间的数字IQ信号，所述的字符IQ数据量和数据速率如下表所示：
| 需求定义 | 需求值 | 备注 |
| 上行IQ采样宽度 | 15bits | |
| 上行IQ采样率 | 2 | |
| 上行IQ分集 | 2 | |
| 上行symbol IQ数据量 | 120bits | |
| 上行IQ数据速率 | 32.5Mbps | 每个Burst按照156.25symbol计算 |
| 下行IQ采样宽度 | 15bits | |
| 下行IQ采样率 | 4 | |
| 下行symbol IQ数据量 | 120bits | |
| 下行IQ数据速率 | 32.5Mbps | 每个Burst按照156.25symbol计算 |
下行的Burst还有伴随一些功控消息和PLL(锁相环)信息。
上行采样宽度小于15bits，过采样倍数小于2倍，下行采样宽度小于15bits，过采样率小于5倍的GSM/EDGE IQ数据都可以采用本方案所述的适配方法。或者IQ数据经过压缩后满足上述速率要求也可以采用本方案的方法。
在物理层上，CPRI和GSM/EDGE之间存在较大差异，用户面的差异主要体现在IQ数据速率和同步时钟方面，控制面的差异体现在HDLC速率和消息格式等方面。在一般的系统设计都力求RE简单易维护，因此，一般情况下REC和RE之间的信令交互的内容不多，CPRI的速率和消息格式可以满足GSM/EDGE制式的需求。
因此，本方案提供了一种通过CPRI接口传输GSM/EDGE的IQ数据的方法，该方法满足上述GSM/EDGE对IQ数据传输的需求，同时也能满足CPRI协议要求，从而实现GSM/EDGE兼容CPRI协议。
为了实现GSM/EDGE IQ数据在CPRI接口的映射，在本方案中，依次把GSM/EDGE的一个时隙(即一个Burst)的IQ数据映射到CPRI的一组基本帧(Basic Frame)中，为了描述方便，将这样的一组Basic Frame称为段(Segment)。
13个段(Segment)组成一个周期(period)，8个周期(period)作为一个时长为60ms的映射周期，称为超帧(Superframe)；GSM/EDGE 60ms内包含104个Burst的IQ数据依次映射到一个Superframe所包含104个Segment中，即6个无线帧共包含104个段(Segment)。
即，构造超帧，将生成的超帧经CPRI接口发送或接收，每个超帧中包括6个无线帧，每个超帧包括8个周期，每个周期包括13个段，每个段包括一组基本帧，构造超帧时将GSM/EDGE的突发脉冲的IQ数据映射到CPRI的段中，其中，所述段包括两类即A类段和B类段，A类段包括2214个基本帧，B类段包括2217个基本帧。
在一个段(Segment)中，将一个突发脉冲(Burst)的IQ数据分成若干大小固定的数据块，每个数据块映射到Basic Frame内一个大小固定的数据空间(Data Space)数据区中。若干个数据空间组成一个载扇周期(AxCPeriod)，所述的载扇周期包含固定数目的基本帧，一个段(Segment)包含若干个载扇周期(AxC Period)。即，每个段包括载扇周期，每个载扇周期包括固定数目的基本帧，每个载扇周期包括多个大小固定的数据空间，构造超帧时将突发脉冲的IQ数据分成多个大小固定的数据块，将每个数据块映射到载扇周期的一个数据空间中。
所述数据空间的大小为30比特，所述载扇周期包括4个基本帧。
在映射时，一路GSM/EDGE载波Burst IQ数据只占用AxC Period中的一个Data Space，这样一个AxC period可以复用多路载波Burst的IQ数据块。即传输多路GSM/EDGE数据的方式为：将多路GSM/EDGE的突发脉冲的IQ数据写入载扇周期中，一路GSM/EDGE的突发脉冲的IQ数据占用载扇周期中的一个数据空间。
当CPRI接口的数据传输速率为614.4Mbps时，最多将12路数据空间写入一载扇周期中；当CPRI接口的数据传输速率为1228.8Mbps时，最多将24路数据空间写入一载扇周期中；当CPRI接口的数据传输速率为2457.6Mbps时，最多将48路数据空间写入一载扇周期中。
由于CPRI链路速率比GSM/EDGE IQ速率大，在段(Segment)中一些AxC Period没有被IQ数据填充。在Segment开始的空白AxC Period位置插入Segment标志，其中60ms Superframe中首个Segment的开始位置插入60ms标志。上述标志分别作为GSM/EDGE burst和60ms同步的标志。
在Segment某些空白的AxC Period内插入随路的信令信息。
下面对映射方式和帧结构进行具体描述：
实施例的GSM/EDGE的IQ数据到CPRI映射和适配的帧结构如图4所示。取CPRI的帧时钟(10ms)和GSM/EDGE的帧时钟(4.615ms)的公倍数——60ms作为GSM/EDGE IQ数据的同步时钟。60ms相当于104个GSM/EDGE突发脉冲，也是6个CPRI无线帧的时间长度。定义CPRI中6个连续的无线帧为一个超帧(Superframe)，每个Superframe包含230400个基本帧；超帧被分成8个周期(每个周期包含28800个基本帧)；为了保证基本帧的完整性，一个周期(period)被分为13个段(Segment)，其中7个为A类段(SegmentA)，其余6个为B类段(Segment B)，A类段包含2214个BF，B类段包含2217个BF，Segment A和Segment B的排列方式为：ABABABABABABA。Segment B比Segment A多了3个空闲基本帧，其他部分数据格式保持一致。这样超帧就被比较平均的分成了104个段，每个段用来传输GSM/EDGE中一个突发脉冲的IQ数据。无论是Segment A还是Segment B，都要传输上行32.5Mbps或下行32.5Mbps的IQ数据以及伴随消息。
上述方法确定了GSM/EDGE兼容CPRI协议的同步时钟，并且，将GSM/EDGE每个突发脉冲的IQ数据与Segment建立了映射关系。
由于CPRI接口的支持的三种速率都大于GSM的上下行IQ数据速率，所以，在一个段内可以复用多路GSM/EDGE载波的IQ数据。为了复用尽量多的GSM/EDGE载波，并考虑到减小技术实现的复杂度，本方案中提出将3个基本帧组成一组，作为一个基本的GSM/EDGE IQ数据复用单元，称为载扇周期(AxC period)，若干个AxC period传输一个或几个GSM/EDGEsymbol。由于2214和2217都可以被3整除，因此Segment A和Segment B都可以与AxC period匹配。
AxC period包含了3个基本帧，其IQ数据空间为45个word(3×15)，本方案中把这45个word的IQ数据空间平均划分为N个数据空间(DataSpace)，数据空间(Data Space)的大小固定为30bits，每个数据空间(DataSpace)承载一路GSM/EDGE载波的IQ数据，即一个载扇周期(AxC period)内可以承载N个载波。对于GSM/EDGE的IQ数据来说，每路IQ数据在每个AxC period内只占用第n个数据空间Data Space(n＝0，1...N-1)。
N值与CPRI传输速率有关，因为数据空间(data space)的大小为30bits，那么不同速率下基本帧的IQ数据空间是确定的，例如，1.2288Gbps时，BasicFrame IQ数据空间为240bits，每个AxC period有3个Basic Frame，因此，N＝3×(240/30)＝24。
CPRI传输速率为614.4Mbps时，N＝12，CPRI传输速率为1228.8Mbps时，N＝24，CPRI传输速率为2457.6Mbps时，N＝48，其他CPRI速率以此类推。
1228.8Mbps速率下的AxC period如图5所示，一个AxC period可以复用24路GSM/EDGE载波的IQ数据，分别用CH0，CH1，...，CH23表示，每路载波在AxC Period内占用一个Data space(30bits)。GSM/EDGE IQ数据按照CPRI规定IQ排列方式的映射到Data Space中。
下面以1228.8Mbps的CPRI帧格式为例，说明GSM/EDGE的symbol与AxC period以及segment之间的映射关系。
GSM/EDGE下行symbol与Segment的映射关系。
GSM/EDGE下行symbol与Segment的映射关系如图6所示，一个下行Segment分为几个功能区：标志块(Flag Block)、用户定义块(User DefinedSignal Block，简称UDS Bloc)、IQ数据块(IQ Data Block)、校验块(CheckingBlock)和空闲块(Unused Block)。
标志块(Flag Block)包含3个AxC Period，用于标志Segment(Burst)的起始位置。Flag是由基带和射频双方约定的一组60bits固定特殊字节组成，称为为Burst Flag。特别定义在60ms Superframe的首个Segment的Flag同时表示60ms同步标志，用另外一组64bits固定特殊字节表示，称为60ms Flag。下行A类Segment比B类Segment少4个空闲的Basic Frame，其余部分完全相同。
用户定义块(UDS Block)包括4个AxC Period，UDS主要包括：本时隙功率等级信息、帧号和时隙号、本时隙频点和下时隙频点、功率开关、调制类型、UDS按位校验等信息。
IQ数据块(IQ Data Block)包括728个AxC Period，共传输下行156个Symbol的IQ数据。Symbol与AxC的映射关系图7所示，其中，每个Symbol包含4倍采样共120bits的IQ数据(I＝15b，Q＝15b；I’＝15b，Q’＝15b；I”＝15b，Q”＝15b；I”’＝15b，Q”’＝15b)，占用4个AxC period的120bits的传输空间。在IQ Data Block中，连续传输3个Symbol后空闲两个AxC Period。
接下来的一个AxC Period用来传输0.25个Symbol的30bit IQ数据。
校验块(Checking Block)占用一个AxC Period，用于传输校验结果。IQ_link采用循环异或进行在线校验，每Segment做一次校验，校验结果放在校验AxC Period内，数据排列顺序与IQ数据排列相同，由于每路IQ_link的校验数据较少，所以规定每个校验BF内校验数据都放在与每路IQ_linkData Space的开头部分，共30bits。
B类Segment包含2个AxC period的空闲Base Frame(Unused Block)；A类Segment包含1个AxC period的空闲Base Frame(Unused Block)。
GSM/EDGE上行symbol与Segment的映射关系：
GSM/EDGE上行symbol与Segment的映射关系如图8所示，一个下行Segment分为几个功能区：Flag Block、UDS Block、IQ Data Block、CheckingBlock和Unused Block。
Flag Block的格式和内容与下行Segment一致。
UDS Block包括4个AxC Period，主要包括用于传输上行FN和TS信息，以及其他的随路信令。
IQ Data Block包括728个AxC Period，共传输上行156个Symbol的IQ数据。上行Symbol与AxC Period的映射关系如图9(a)所示，每个Symbol包含两倍采样主分集共120bits的IQ数据(1st sampling data：I＝15b，Q＝15b；I’＝15b，Q’＝15b；2nd sampling data：I＝15b，Q＝15b；I’＝15b，Q’＝15b)，共占用4个AxC period的120bits的传输空间，如图9(b)所示。在IQ Data Block中，连续传输3个Symbol后空闲两个AxC Period。
接下来的1个AxC Period用来传输0.25Symbol的30bit。
Checking Block和Unused Block格式和内容与下行Segment一致。
通过本发明所述的方法，GSM/EDGE IQ数据与CPRI协议物理层之间建立了映射和适配关系，该方法不改变CPRI物理层的线路速率，帧格式，编解码方式等特性。当GSM/EDGE IQ数据按照本发明所述方法在CPRI接口传输时，REC和RE除了建立CPRI的10ms同步外，还要建立60ms同步关系，REC在Superframe第一个Segment的Flag Block内打上60ms时钟标签，即上文所述的60ms Flag，然后，RE通过读取60ms Flag标志，建立60ms同步。RE确定了60ms同步头标志就可以确定Superframe内部所有内容，从而正确解帧，得到GSM/EDGE IQ数据。
本发明所述方法，可以满足CPRI协议规范和GSM/EDGE对IQ数据传输的需求。
与上述方法对应的通过CPRI接口传输GSM/EDGE的IQ数据的装置，包括超帧构造模块和数据传输模块，其中，所述超帧构造模块用于构造超帧，所述数据传输模块用于将生成的超帧经CPRI接口发送或接收。模块的具体执行方式与上述方法中描述的同理，此处不再赘述。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
Claims (10)
1.用CPRI接口传输GSM/EDGE的IQ数据的方法，其中，包括：
构造超帧，将生成的超帧经CPRI接口发送或接收，每个超帧中包括6个无线帧，每个超帧包括8个周期，每个周期包括13个段，每个段包括一组基本帧，构造超帧时将GSM/EDGE的突发脉冲的IQ数据映射到CPRI的段中，所述段包括两类即A类段和B类段，A类段包括2214个基本帧，B类段包括2217个基本帧。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
每个段包括载扇周期，每个载扇周期包括固定数目的基本帧，每个载扇周期包括多个大小固定的数据空间，构造超帧时将突发脉冲的IQ数据分成多个大小固定的数据块，将每个数据块映射到载扇周期的一个数据空间中。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述数据空间的大小为30比特，所述载扇周期包括3个基本帧。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
传输多路GSM/EDGE数据的方式为：将多路GSM/EDGE的突发脉冲的IQ数据写入载扇周期中，一路GSM/EDGE的突发脉冲的IQ数据占用载扇周期中的一个数据空间。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，
当CPRI接口的数据传输速率为614.4Mbps时，最多将12路数据空间写入一载扇周期中；
当CPRI接口的数据传输速率为1228.8Mbps时，最多将24路数据空间写入一载扇周期中；
当CPRI接口的数据传输速率为2457.6Mbps时，最多将48路数据空间写入一载扇周期中。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
在每个周期中，A类段和B类段的排列方式为：ABABABABABABA。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
突发脉冲的IQ数据映射到CPRI的段中时，对于下行数据或上行数据，还将标志块、用户定义块、校验块、空闲块写入段中，其中每个段中，标志块包括3个载扇周期，用户定义块包括4个载扇周期，校验块包括1个载扇周期，空闲块包括1个或2个载扇周期。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
在将突发脉冲的IQ数据映射到段时，在段开始的空白载扇周期位置插入段标志，作为GSM/EDGE突发脉冲的标志；
在段开始的空白载扇周期位置插入段标志时，在超帧中首个段的开始位置插入60ms标志，作为60ms同步的标志；
在段部分空白的载扇周期内插入随路的信令信息。
9.用CPRI接口传输GSM/EDGE的IQ数据的装置，包括超帧构造模块和数据传输模块，其中，
所述超帧构造模块，用于构造超帧，每个超帧中包括6个无线帧，每个超帧包括8个周期，每个周期包括13个段，每个段包括一组基本帧，构造超帧时将GSM/EDGE的突发脉冲的IQ数据映射到CPRI的段中，其中，所述段包括两类即A类段和B类段，A类段包括2214个基本帧，B类段包括2217个基本帧；
所述数据传输模块，用于将生成的超帧经CPRI接口发送或接收。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，
在每个周期中，A类段和B类段的排列方式为：ABABABABABABA。
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