CN1192569C - 在数字接口上进行信号组合的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于对通过数字接口(16)传输的信号进行组合的方法。在一个实施方案中，频率(f0)的次谐波(f2)被叠加在异步数据上。次谐波被用来携带通过数字接口的频率基准。在另一个实施方案中，时间标记算法被用来携带从主电路(50)通过数字接口给从电路(52)的时间基准。对主从电路之间的传输延迟进行了测量。以传送纠正消息的时间加上传输延迟为基准，主电路发送时间纠正消息给从电路。在另一个实施方案中，通过在预先确定的时间内中断传送频率基准来携带通过数字接口的复位信号。低通滤波器(54)被用来从接口的接收端辨别出没有频率基准，并在该接收端启动化复位过程。
Description
发明背景
发明的技术领域
本发明一般涉及电信领域，尤其是涉及在各单元之间的数字接口上进行信号组合的方法。
相关技术描述
在数字蜂窝通信系统中，例如，全球移动通信系统(GSM)，分布式的无线基站(RBS)被配置为：在一个单元内的通用功能(CF)和基带数字信号处理(BB DSP)部件、在一个或多个独立无线单元中的无线发送机/接收机部件。实质上，因为无线单元的覆盖范围是由它们各自的天线位置和方向决定的，所以无线单元是依赖于位置的。另一方面，CF/BB DSP单元是独立于位置的，并且单个CF/BB DSP“池”单元能提供服务给多个不同的无线单元，并由此给多个小区。这种无线单元典型地是多载波无线单元。
作为一种替代方案，可使用有一个CF单元和多个独立无线收发机(TRX)的无线定向收发机RBS配置。在这两种RBS配置中，各单元的CF部分负责传输网络(例如，Abis)和TRX或无线单元之间的交换。CF单元也包含一个频率锁定在传输网络(或其它基准)的基准振荡器和一个用于标记时间的基准时钟。在TRX或无线单元中的RF部件使用的载频是由基准振荡器导出的，且发送和接收的起始时间取决于基准时钟的时间。
任何事件中都要求用数字接口来互连CF/BB DSP单元和无线单元(“池”系统)、或者CF单元TRX(无线定向收发机系统)。典型地，这种数字接口必须传送四段独立的信息：异步数据、频率基准信息、绝对时间信息和复位信息。
实质上，异步数据是与要发送的字符组和真实数据有关的控制信息，它由BB DSP单元传送给其它单元。频率基准信息可以，例如，通过过虑传输干扰信号的频率而产生。然而，由于频率基准被用来产生无线单元或TRX的RF载波，所以对频率基准的准确度要求非常严格。例如，GSM技术规范书中规定，任何载波与基准振荡频率的偏移不能大于50ppb。绝对时间信息被用来确保无线发送和BB DSP部件有相同的观察时间。值得注意的是，在具有多个无线单元的RBS中，基本的要求是不同的无线单元都有相同的感觉时间。因此，GSM技术规范书中规定，在任何两个无线收发机或无线单元之间的定时差异不能大于915ns。最后，因为如果，例如，由于任何原因所引起的无线部件软件的死锁，基本的要求是能“重置”该无线部件，所以复位信息的传送也很重要。
蜂窝RBS系统中，在CF/BB DSP单元和无线单元(或CF单元和TRX)之间进行数字接口设计的一个重要问题是，如何使单元之间的导线(或导光体)的数量最小化。为什么使接口导线(或导光体)的数量保持最小很重要，这里有许多原因。例如，在单元中使用的电连接器或光连接器占用了大量的空间。连接到/从各单元的输入/输出端的集成电路(即，ASIC)的引脚的数量也受到了限制。此外，对于相当长的距离传输(例如，单元之间的导线或光纤导体可达到数百米长)，传输媒质的成本就相当高(尤其对于光纤)。减少数字接口中导体数量的一个优点是，这种减少典型地也带来了所包含在RBS中的功率消耗的减少。在数字接口中保持导体数量最小的另一个优点是，所包含的调制解调器和无线收发机的成本都降低了。
在正常工作条件下，独立的接口用来传送异步数据、频率基准信息、定时和复位信息。因此，设计中要求在RBS单元之间的数字接口携带尽可能少的信号的一个基本问题是，对于现有系统，数字接口除携带异步数据外，还必须携带频率基准信号和时间基准信号。值得注意的是，如前所述，这些基准信号对准确度和清晰度的要求非常严格。此外，在现有异步数字接口中，还没有携带频率基准信号的。
如上所述，RBS的信号处理部件使用时间基准在适当的时刻来传送符号组。实际上，对于移动定位应用(即，确定蜂窝网络中移动终端的位置)，定时基准的准确度的要求非常严格(变化要小于100ns)。
应该设计通过数字接口传送的复位信号，以便可以通过简单的模拟电路就可接收并解释复位信号，该模拟电路进而又输出一个信号对要求(例如，在软件死锁后)的RBS部件进行复位。换句话说，软件死锁后，如果使用专用应用集成电路(ASIC)或者其它电路对RBS单元进行重新初始化操作，则复位ASIC的简单模拟电路操作应该独立于ASIC(或其它电路)的操作。因此，如果没有附加的导体，现有的RBS不提供这种能力。然而，如下进行的详细描述中，本发明成功地解决了上述问题。
发明概述
根据本发明，提供了通过数字接口传送组合信号的方法。在本发明的一个实施方案中，异步数据被叠加在频率的次谐波上。次谐波可用来携带通过数字接口的频率基准。频率基准可用来，例如，产生无线或收发信机单元的载频。在本发明的第二个实施方案中，时间标记算法被用来携带从主电路通过数字接口给从电路的时间基准。对主从电路之间的传输延迟进行了测量。以传送纠正消息的时间加上传输延迟为基准，主电路发送时间纠正消息给从电路。在本发明的第三个实施方案中，通过在预先确定的时间内从第一个实施方案中取消频率基准的传输，来携带通过数字接口的用于复位收发信机单元的复位信号。低通滤波器或监控电路被用来从接口的接收端辨别出没有频率基准，进而在接收端启动复位过程。
本发明的一个重要技术优点是，数字接口中导体的数量达到最小化。
本发明的另一个重要技术优点是，通过最小化数字接口中的导体的数量，使用的设备消耗的功率也达到最小化。
本发明的又一个重要技术优点是，通过最小化数字接口中的导体的数量，使用的设备的成本也达到最小化。
本发明的又一个重要技术优点是，通过最小化数字接口中的导体的数量，使用的设备要求的空间也达到最小化。
本发明的又一个重要技术优点是，通过最小化数字接口中的导体的数量，使用的设备要求的集成电路的管脚也达到最小化。
本发明的又一个重要技术优点是，数字接口可用来提供更简单的集成电路实现，可在一个导体上同时携带异步数据和频率基准，可使用一个导体传送高准确度的时间基准，可传送无直流的调制信号，以及可在一个导体上同时传送复位信息、异步数据和频率基准。
附图简述
结合附图和下面的详细描述，可得到对本发明的方法和装置更完整的理解，其中：
图1示出了RBS类型的BB DSP池的方框图，它可用来实现本发明的优选实施方案；
图2示出了根据本发明的优选实施方案，可被用来在数字接口上传送频率基准的示范信号的格式图；
图3示出了根据本发明的优选实施方案，频率基准是如何被叠加到在数字接口的导体上传送的双相编码数据上的图解；
图4示出了根据本发明的优选实施方案，相位还原器的使用图解；
图5示出了根据本发明的优选实施方案，在数字接口从异步数据中使用低通滤波器提取出频率基准的图解；
图6示出了可用来实现本发明的时间标记算法的流程图；以及
图7示出了可用来实现本发明另一实施方案的无线定向收发机RBS的方框图。
附图详述
参照附图1-7，本发明的优选实施方案和它的好处可以得到最好的理解，相同的数字被用于各图中相同的和对应部分。
实质上根据本发明，本发明提供了通过数字接口传送组合信号的方法。在本发明的一个实施方案中，异步数据被叠加在频率的次谐波上。次谐波可用来携带通过数字接口的频率基准。频率基准可用来，例如，产生无线或收发机单元中的载频。在本发明的第二个实施方案中，时间标记算法被用来携带从主电路通过数字接口给从电路的时间基准。对主从电路之间的传输延迟进行了测量。以传送的纠正消息的时间加上传输延迟为基准，主电路发送时间纠正消息给从电路。在本发明的第三个实施方案中，通过在预先确定的时间内从第一个实施方案中取消频率基准的传输，来携带通过数字接口的用于复位无线收发机单元的复位信号。低通滤波器或监控电路被用来在接口的接收端辨别出没有频率基准，进而在接收端启动复位过程。
特别地，图1示出了RBS类型的BB DSP池的方框图，它可用来实现本发明的优选实施方案。所示的示范RBS10可在数字蜂窝通信系统中，例如，在GSM网络中实现。然而，本发明并不限于任何特殊类型的蜂窝通信系统，而是覆盖了任何系统中各单元之间的数字接口，尤其是那些具有降低了干扰导体数量的优点的地方。
参照图1，RBS10包括CF/BB DSP单元12。单元12包括在CF部分执行控制和处理应用的处理器(CPU)20，包括有助于BB DSP部分26从传输网络18中导出频率基准的功能，以及交换器24的交换功能。基准振荡器22产生传送给各个无线单元14a-n RF部件的频率基准。频率基准被用来导出使用的RF载频。由多个信号导体(导线和/或光纤)组成的数字接口16在DD DSP部分26和各个无线单元14a-n之间传送信号。
图2示出了根据本发明的优选实施方案，可被用来在数字接口16上传送频率基准的示范信号的格式图。首先为了说明清楚，描述下面的用来在如图1所示的数字接口16上进行数据传输的电层协议是有用的。例如，使用极性双相编码数据信号，异步数据消息可通过数字接口16的导体进行传输。换句话说，参照图2，值为“1”的信号以基本频率f0通过数字接口16传输。值为“0”的信号以多个基本频率，或f1＝2*f0，通过数字接口16传输。传输一个比特(“0”或“1”)的周期等于1/f1，且被传输信号的相位总是被保持。
因此，值为“0”的信号的整个周期在比特周期上完成(即，信号的边沿30发生在比特周期的开始，边沿32发生在比特周期的中间，以及边沿34发生在比特周期的结尾)。值为“1”的信号在比特周期上完成半个周期(即，信号的边沿34发生在比特周期的开始，以及边沿36发生在比特周期的结尾)。
图3示出了根据本发明的优选实施方案，频率基准是如何被叠加到在数字接口16的导体上传送的双相编码数据上的图解。特别地，根据本发明，在基本频率f0的次谐波上叠加异步数据消息。换句话说，将次谐波f2叠加在数据消息上，这样f2＝f0/n，其中n＞1。数据消息的开始调整为在次谐波频率f2的电平变换处。以选择的频率f0、f1和f2为基础，重新产生次谐波f2总是可能的。在数据消息内，从次谐波频率到双相编码数据也没有增加干扰。如图3中的示范信号所示，频率f0的次谐波被用来携带频率基准(加粗的电平变换)。这种情况下，异步数据消息被叠加第一个次谐波(n＝2)频率。好处是在数字接口16上传送异步数据和频率基准仅需要一个导体。
优选实施方案的一个方面是，通过接收电路(如，ASIC)从叠加了频率基准的数据中检测出频率基准f2的边沿，频率基准可叠加在数据信号之上通过数字接口传送。接下来，接收电路产生并输出一个表示频率基准f2的矩形波。可替代地，接收电路可以将检测到的频率基准的边沿作为“选通脉冲”信号输出。实质上，使用的这种方法取决于所包含的特定无线单元14a-n中使用的锁相环(PLL)电路。
优选实施方案的第二个方面是，相位还原器方法被用来通过数字接口16传送和数据消息叠加在一起的频率基准。依赖于消息的内容，当通过接口的传输结束时，频率基准f2的相位，如优选实施方案的第一个方面所示(图3)，被保持或移位180度。因此，在第二个方面中，频率基准与数据消息携带，通过要求传输电路(例如，BB DSP26中的ASIC)总是恢复在被传送消息后的比特周期中间的相位。接收电路(例如，无线单元14a-n中的ASIC)将相位还原器信号(如图4D所示)解释为传输中的干扰。这种传输的“非法的”信号电平变换被称为代码违例符号。然而，这种相位还原器方法的好处是，通过使用模拟低通滤波器54(如图5示)很容易从数据消息中提取出频率基准f2。例如，低通滤波器可以是使用在传统PLL电路中的低通滤波器。
图6示出了可用来实现本发明的时间标记算法的流程图。图5有助于在这方面阐明本发明。使用这种示范算法100，绝对时间被从主电路(例如，BB DSP中的ASIC)通过数字接口16传送给从电路(即，无线单元14a-n中的ASIC)。首先，对主从电路(50，52)之间的传输延迟进行了测量。可以假设用来传输返回数据的接口是理想的。在步骤102，主电路50通过数字接口16传送包含消息被发送的准确时间(例如，第一个比特周期开始边沿的时间)信息的消息。在步骤104，从电路52确定它从主电路50接收到消息的准确时间(例如，第一个比特周期开始边沿的时间)。在步骤106，从电路52通过数字接口16发送包括下面三段信息的消息：从接收到的消息中提取出的时间(在步骤102传送)、消息被收到的时间(从步骤104得到)、以及该消息被准确发送的时间(步骤106)。在步骤108，主电路50确定它接收到在步骤106发送的消息的准确时间。在步骤110，使用从消息中接收到的信息和从步骤108确定的时间，主电路50计算出(通过数字接口16的)传输延迟。在步骤112，主电路50以适当的速率通过数字接口16发送时间纠正消息给从电路52。当从电路52接收消息时，这种消息携带关于绝对时间的信息(例如，在第一个比特周期开始边沿的接收时间)。主电路50通过将第一个比特开始边沿的发送时间和计算出的传输延迟(从步骤110得到)相加计算出该绝对时间。因此，绝对时间基准可通过数字接口16和数据一起传送，而不需要附加导体。
如上所述，确定无论是发送还是接收时的数据消息开始的准确时间很重要。根据本发明，因为数据消息的开始发生在数据频率基准的电平变换处，所以能够用高精确度来确定数据消息的开始。在接收电路(例如，52)中，可以记录频率基准的电平变换以在确定消息开始时提高精确度。
特别地，接收电路(例如，ASIC)52可预测何时时间标记刚好被接收到。因此，所有消息开始以空闲符号排列。空闲符号之间的电平变换在消息内(即，提取的时钟信号)也是有用的。接收电路52通过分析这些电平变换之间样本的数量来确定发送电路50和它本身(52)之间频率的差别。例如，如果样本的数量是17，16，16，16，16，16，16，17，16，16，16，16，16，16，17，16，……，接收电路就确定电平变换是每16+1/7个抽样出现一次。如果时间标记消息在一个17符号周期之后的四个电平变换时接收到，接收电路52就安排标记消息的时间等于上一个17符号周期加上4*(16+1/7)抽样周期(即，精确度为抽样周期的1/7，而不是整个抽样周期，如果没有连续信号时，这可能是最好的精确度)。
根据本实施方案的不同方面，复位信号可使用下面的方法通过数字接口16进行传送。复位信号由发送电路(如，ASIC50)在预先确定的时间(如，10ms)内取消传送频率基准来产生。(可替代地，监控电路也可用来产生复位信号。)在接收电路(如，ASIC52)输入端的低通滤波器可用来产生复位信号。因此，如果一个信号出现在接口16时，则低通滤波器的输出就等于Vcc/2。如果没有信号出现在接口16时，则低通滤波器的输出电平就降为0，且接收电路(如，ASIC52)被复位。
图7示出了可用来实现本发明另一实施方案的无线定向收发机RBS的方框图。对于该示范实施方案，所示的RBS200包括一个分布式交换单元212。单元212包括在CF部分执行控制和处理应用的处理器(CPU)220，包括从传输网络218中导出时间基准的功能，以及交换器224的交换功能。基准振荡器222产生传送给各个TRX 214a-n RF部件的频率基准。频率基准被用来导出使用的RF载频。由多个信号导体(导线和/或光纤)组成的数字接口216在分布式交换单元212和各个TRX 214a-n之间传送信号。因此，上面描述的用于通过如图1所示的数字接口16传送频率基准、时间基准和复位信号的方法，也可用来在如图7所示的无线定向收发机RBS中实现相同的功能。
虽然对本发明的方法和装置的优选实施方案结合附图和前面的详细描述已经进行了描述，但是应该理解为本发明并不限于所公开的实施方案，而是能够在不背离本发明已阐明的或者在下面的权利要求中定义的精神的条件下，进行大量重新整理、改进、以及替代。
Claims (16)
1.在单个导体上同时传送异步数据和频率基准的系统，包括：
连接到所说的单个导体的第一个端点的第一个单元，所说的第一个单元包括装置，用于使用频率f0和f1对所说的异步数据进行双相编码，用频率f2表示所说的频率基准，其中所说的频率f2是所说的频率f0的次谐波，并将所说的双相编码数据叠加在所说的频率f2上；以及
连接到所说的单个导体的第二个端点的第二个单元，所说的第二个单元包括用于从所说的双相编码数据提取出所说的频率f2的装置。
2.权利要求1的系统，其特征在于，所说的异步数据包括与消息的发送时间有关的绝对时间信息。
3.权利要求1的系统，其特征在于，所说的第二个单元还包括用于从所说的双相编码数据检测出所说频率f2的边沿的装置。
4.权利要求1的系统，其特征在于，所说的第二个单元还包括装置，用于检测出所说频率f2的多个边沿，并产生表示所说的频率基准的周期信号。
5.权利要求1的系统，其特征在于，所说的第二个单元还包括装置，用于还原所说的频率基准的相位，并提取所说的频率基准。
6.权利要求1的系统，其特征在于，所说的第一个单元还包括装置，用于通过使用代码违例符号还原所说的频率基准的相位。
7.权利要求1的系统，其特征在于，所述的第一单元还包括用于将所说的异步数据的上升沿被调整在所说的频率基准的电平变换处的装置。
8.权利要求1的系统，其特征在于，所说的第一个单元还包括装置，用于在预先确定的时间内中断传送所说的频率基准，以及所说的第二个单元还包括装置，用于响应在所说的预先确定的时间内没有所说的频率基准而产生一个复位信号。
9.权利要求1的系统，其特征在于，所说的第一个和第二个单元包括在一个无线电基站中的第一和第二单元，并且所说的单个导体包括在所述第一和第二单元之间的接口。
10.在单个导体上从第一个单元同时传送异步数据和频率基准给第二个单元的方法包括步骤：
使用频率f0和f1对所说的异步数据进行双相编码；
用频率f2表示所说的频率基准，其中所说的频率f2是所说的频率f0的次谐波；
将所说的双相编码数据叠加在所说的频率f2上；以及
将叠加在所述频率f2上的所述双向编码数据从所述第一个单元传送到所述第二个单元。
11.权利要求10的方法，其特征在于，所说的异步数据包括与消息的发送时间有关的绝对时间信息。
12.权利要求10的方法，其特征在于还包括在所述传送步骤之后的步骤：所说的第二个单元从所说的双相编码数据检测出所说频率f2的边沿。
13.权利要求12的方法，其特征在于，所说的检测步骤还包括步骤：
检测所说频率f2的多个边沿；以及
产生表示所说的频率基准的周期信号。
14.权利要求10的方法，其特征在于还包括在所述传送步骤之后的步骤：
还原所说的频率基准的相位；以及
提取所说的频率基准。
15.权利要求10的方法，其特征在于还包括在所述传送步骤之后的步骤：通过使用代码违例符号来还原所说的频率基准的相位。
16.权利要求10的方法，其特征在于，所述叠加步骤包括将所说的异步数据的上升沿调整在所说的频率基准的电平变换处。
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