CN1170455C - 兼有多址复用方式的交换机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种兼有多址复用方式转换的交换机，属于电信技术。用于星上或无线基站中干线交换，解决这类交换机因依赖数字调制/解调而引起设备复杂度太高和信道可传输信号类型受限的问题。其输入端和输出端分别与N条上行信道和N条下行信道相连，每条信道各传输M个连续信号，上行以频分多址方式传输，下行以连续波时分复用方式传输，其结构包括N个带限信号数字化单元、N个频分分接器、一个电路交换网络、N个缓存器和N个连续波时分复接器。其工作过程是：先将上行信号分别进行数字化、频分分路，共得到N·M个基带复数字信号，然后进行(N·M)×(N·M)的电路交换重新构成N组数字信号，再用连续波时分复接器将每组的M个复信号复接为一对连续信号传输。

Description

兼有多址复用方式的交换机

技术领域

本发明公开一种兼有多址复用方式转换的交换机，属于电信技术。

背景技术

根据参考文献《程控交换技术》((荷)胡宏基著；杨再同编译，人民邮电出版社)、《现代电信交换》(陈锡生、糜正琨编著，北京邮电大学出版社)所述的电路交换技术和《星上多载波QPSK数字化解调关键技术研究》(西安电子科技大学博士论文，2000年，作者：周德锁，导师：易克初)所述的星上FDMA/TDM(即频分多址/时分复用)多址/复用方式转换技术，可以构成一种具有FDMA/TDM多址/复用方式转换的干线交换机，这种交换机用于在星上或无线基站中实现N条上行信道和N条下行信道之间的交换连接，在参考文献“Circuit-switcharchitecture for a 30/20-GHz FDMA/TDM geo-stationary satellite communications networkIvancic”(William D.Author Affiliation：NASA Lewis Research Cent Source：NASA TechnicalMemorandumn 105302 Mar 1992 p 12 0499-9320)中，美国宇航局(NASA)提出过这种交换机结构。这里的FDMA即频分多址，它是Frequency Division Multiple Access的缩写；TDM即时分复用，它是Time Division Multiplexing的缩写。设每条上行信道以FDMA方式传输M个连续信号，每条下行信道以TDM方式传输M个连续信号。先采用频分分接器将每路上行信号进行频分分路得到M个带限信号，N个信道总共得到N·M个信号，紧接着将它们分别送到相应的数字解调器转换为数据信号，这里的数字解调器也就是权利要求书中所说的一种基带数字信息提取单元。然后送到电路交换网络，根据信令所提供的源地址和目标地址进行(N·M)×(N·M)的交换，产生新的N组数据信号，再分别送到相应的时分复接器形成N个数据比特流，最后分别送到相应的数字调制器转化为连续信号，输出到相应的下行信道进行传输。

这种已有技术的主要优点有：1)在星上进行调制解调，使信号再生而将上下链路分离，能克服上下链路的噪声累积现象；2)上行采用FDMA接入，与TDMA接入相比不仅免去了复杂的同步系统，而且能简化小站设备；3)下行采用时分复用方式传输，与FDM(频分复用)方式相比并不增加小站接收部分的复杂度，但却能有效克服下行发射功放非线性引起的多载波互调失真等问题。

这种已有技术的的主要缺点和问题有：1)在将上行信号频分分路得到的N·M个带限数字信号转换为数据信号时采用数字解调器，这使它的设备复杂度、功耗和制造成本都很高，不符合星上设备的要求；2)这种基于数字调制解调的交换机，使各信道所能传输的信号类型受到严格的限制，从而限制了其应用的灵活性和广泛性。

根据参考文献《带限信号时分复用传输方法》(中国发明专利98112846.7，1999年6月公布，发明人：易克初)，可以对多路频带有限的连续信号的样点序列进行时分复接，完成此功能的设备称为连续波时分复接器，它是本发明中的重要组成部分。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼有多址复用方式转换功能的干线交换机结构，解决上面所说的兼有FDMA/TDM多址复用方式转换功能的交换机存在的问题，即因为基于数字调制解调，因而导致设备复杂度、功耗和制造成本太高和各信道所能传输的信号类型受到严格的限制等缺点。

一种兼有FDMA/TDM多址复用方式转换功能的N×N干线交换机，设共有N条上行信道和N条下行信道，每条上行信道以FDMA方式传输M个等带宽的带限连续信号，每条下行信道则是以连续波时分复用方式传输M路信号。本发明提出的交换机包括：N个带限信号数字化单元、N个频分分接器、一个(N·M)×(N·M)的电路交换网络、N个数字信号缓存器和N个时分复接与数字信号连续化单元。

其工作过程是：先采用N个带限信号数字化单元，分别将N个上行信道来的中频信号进行下变频、防混叠滤波，并用A/D变换器以奈奎斯特采样率将它们转换为N个数字信号，然后将每个数字信号送到相应的频分分接器进行频分分路，各得到M个带限(即频带有限)的复数字信号，总共得到N·M个复信号。由于频分分路后得到的各路信号的频带减小M倍，因此可采用M：1的下采样，降低其采样率即可，得到的仍然是带限复数字信号，这就是权利要求书中所说提取基带数字信息的含义，由于这种下采样操作实际上是在频分分路器中顺便完成的，因此附图中没有给出N·M个基带数字信息提取单元。然后将这N·M个复数字信号直接送到电路交换网络进行交换，即按照信令提供的源地址和目标地址进行(N·M)×(N·M)的交叉连接，形成新的N组信号并分别存于相应的缓存器中，这里的每组信号包括M个带限的复数字信号。然后每个时分复接与数字信号连续化单元中的连续波时分复接器将各个缓存器中的M个信号分别复接为一个新的复数字信号，进而采用该单元中的D/A变换器和低通平滑滤波器将它转换为一对连续信号，并分别送到相应的下行信道进行正交上变频和传输。本发明的特征在于：

1)频分分接器输出的每组M个复数字信号，只通过M：1的下采样降低采样率后就直接送到电路交换网络进行(N·M)×(N·M)的电路交换，而不是象已有技术那样需要用N·M个数字解调器分别解出其数据比特流再进行交换。这就是说，权利要求书中所说提取基带数字信息，在这里只是进行下采样以降低采样率，而不是数字解调译码，这种带限数字信号下采样的操作实际上是在频分分路器中顺便完成的。

2)所述时分复接与数字信号连续化单元，每个都包括一对连续波时分复接器、一对D/A变换器和一对低通平滑滤波器。经(N·M)×(N·M)电路交换后产生并分别存于缓存器的N组复数字信号，直接送到相应的时分复接与数字信号连续化单元进行连续波时分复接，并采用该单元中的D/A变换器和低通平滑滤波器转换成一对连续信号，而不是象已有技术那样，需要用常规的时分复接器将每组的M个数据信号复接为一个数据比特流信号，再用数字调制器转换为连续信号进行传输。

3)上面所说的每条上行信道以频分多址方式传输的M个带限连续信号，可以采用任何形式的带限连续信号，包括数字调制信号、扩频调制信号、调频信号、调幅信号或其它形式的带限连续信号。

本发明的优点和积极效果主要有：1)它的N个上行信道是以频分多址方式接入的，这就能使各个小站(或手机)以及整个系统简化设备，降低成本；2)它的N个下行信道传输采用连续波时分多路复用形式进行传输，这不仅能克服转发器功放非线性引起的各种问题，而且便于接收端进行时分分接，接收设备比较简单；3)按照本发明实现的N×N的干线交换机，本质上能够建立N·M条“透明”连续信道，这些信道是可以根据信令进行按需分配的，每条信道传输的信息内容、调制方式没有任何限制，这就为构成各种各样的网状通信网提供了极大的灵活性，适于星上、无线基站或关口站作为干线交换应用。

附图说明

图1是一种兼有FDMA/TDM转换的N×N干线交换机的方框图。它包括N个带限信号数字化单元、N个频分分接器、一个(N·M)×(N·M)的电路交换网络、N个缓存器、N个时分复接与数字信号连续化单元，这些单元的连接关系已在图中标出。

这些方框的内部结构细节如下：每个带限信号数字化单元由一个正交下变频器、一对防混叠滤波器和一对A/D变换器构成；每个缓存器用于缓存M个复数字信号的一段数据，段长一般取128至256个样点；每个时分复接与数字信号连续化单元由一对连续波时分复接器、一对D/A变换器和一对低通平滑滤波器构成，分别对信号的实部与虚部进行处理。

具体实施方式

实施例1.一个兼有FDMA/TDM转换的星上16×16的波束交换设备(即N＝16)，用于进行16个波束卫星转发器通信平台的波束交换，每个波束的转发器的上行/下行信道带宽都为36MHz，上行以FDMA方式传输32路等带宽的连续信号(即M＝32)，下行信道以连续波时分复用方式传输32路同样带宽的信号。那么，这一设备由以下单元构成：16个带限信号数字化单元、16个频分分接器、一个512×512的电路交换网络、16个缓存器、16个时分复接与数字信号连续化单元。

其中的每个带限信号数字化单元由一个正交下变频器、一对防混叠滤波和一对A/D变换器构成，其采样率取为72兆样点/秒，量化精度为12比特；其中的每个缓存器用于缓存32个复数字信号的一段数据，段长128样点；

其中时分复接与数字信号连续化单元由一对连续波时分复接器、一对D/A变换器和一对低通平滑滤波器构成。每对连续波时分复接器用于对32个复信号的实部和虚部分别进行复接处理，复接方法参见发明专利《带限信号时分复接传输方法》。

其工作原理是：先采用16个带限信号数字化单元，将各上行波束的信号分别搬移到基带，进行低通滤波、A/D变换，各产生一个复数字信号，然后各用一个移相阵列FFT频分分接器进行频分分路，得到32个带限的复数字信号，16个信道总共得到512个带限的复数字信号，进而将这512个信号送至电路交换网络，按照信令提供的源地址和目标地址进行512×512交换，形成新的16组复数字信号分别存于相应的缓存器中，每组包括32个带限复数字信号。再采用连续波时分复接器将各个缓存器中的32个信号分别复接为一个新的数字信号，最后采用D/A变换器和低通平滑滤波器转换为连续信号，送到相应的下行波束信道进行传输。

这种星上交换机与已有技术相比，省去了512个数字解调器和译码器，省去了32个数字调制器，而只增加了16对D/A变换器，设备复杂度、功耗、成本都大大降低，而且能提供512条连续信道，组网和应用都非常灵活。

实施例2.一个兼有FDMA/TDM转换的星上交换设备，用于对多种不同带宽转发器之间进行交换，例如：对4个36MHz带宽的转发器和4个72MHz带宽的转发器进行8×8的干线交换。每个36MHz带宽的转发器，上行以FDMA方式传输16路等带宽的连续信号，下行信道以连续波时分复用方式传输16路同样带宽的信号。每个72MHz带宽的转发器，上行以FDMA方式传输32路等带宽的连续信号，下行信道以连续波时分复用方式传输32路同样带宽的信号。那么，这种星上交换设备由以下单元构成：4个36MHz带宽的带限信号数字化单元、4个72MHz带宽的带限信号数字化单元、4个16路的频分分接器、4个32路的频分分接器、一个192×192的电路交换网络、8个缓存器、4个16路的时分复接与数字信号连续化单元、4个32路的时分复接与数字信号连续化单元。

其中的每个36MHz带宽的带限信号数字化单元中A/D变换器，采样率取为72兆样点/秒，量化精度为12比特，而72MHz带宽的带限信号数字化单元的A/D变换器，其采样率取为144兆样点/秒，量化精度为12比特；其中的4个缓存器每个缓存16个复数字信号的一段数据，另外4个缓存器每个缓存32个复数字信号的一段数据，段长都取128样点；

其工作原理与实施方式1相同。

Claims (2)

1.一种兼有多址复用方式转换的交换机，其输入端和输出端分别与N条上行信道和N条下行信道相连，每条信道各传输M个带限连续信号，上行以频分多址方式传输，下行以时分复用方式传输，所述交换机包括：N个带限信号数字化单元、N个频分分接器、N·M个基带数字信息提取单元、一个电路交换网络、N个数字信号缓存器和N个时分复接和数字信号连续化单元；各条上行信道中的频分多路信号送到相应的带限信号数字化单元进行数字化，再由频分分接器进行频分分路，总共得到N·M个复数字信号，分别送到相应的基带数字信息提取单元提取数字信息，然后送到电路交换网络，根据信令进行(N·M)×(N·M)的电路交换，重新构成N组数字信号并分别存于所述的N个数字信号缓存器中，接着分别送到相应的时分复接和数字信号连续化单元，将每组的M个数字信号复接为一个新的数字信号，并转换为连续信号送到相应的下行信道传输，其特征在于：

a.所述基带数字信息提取单元，采用带限数字信号M：1的下采样操作实现，它所得到的数字信息仍然是频带有限的复数字信号，然后直接送到电路交换网络进行电路交换；

b.所述时分复接和数字信号连续化单元，每个都包括一对连续波时分复接器、一对数/模变换器和一对低通平滑滤波器，其中每对连续波时分复接器将相应的数字信号缓存器中的M个复数字信号复接为一个新的复数字信号，并通过相应的一对数/模变换器和低通平滑滤波器将这个复信号转换为一对带限连续信号。

2.根据权利要求1兼有多址复用方式转换的交换机，所述的每条上行信道中以频分多址方式传输的M个带限连续信号，可以是数字调制信号、扩频调制信号、调频信号、调幅信号中的任一种。

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