CN1964227B - 一种数据交互方法及数据收发模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数据交互方法及数据收发设备，以解决现有通过增大符号周期保证信号被正确判决时，导致专用时隙周期内能传递的符号数量减少，带宽利用率低下的问题。所述数据交互方法包括发送端逐片发送帧分片，所述帧分片包括数据帧中的一个有效数据分段和位于该数据分段两端的起始定界符和结束定界符；以及接收端根据所述起始定界符和结束定界符逐片确定所述帧分片的长度，并接收位于两个定界符之间的有效数据段。所述数据收发设备包括数据帧分段截取/组装单元、定界符添加/去除单元和收发单元。本发明所述方法不需要通过加大专用时隙单个符号的宽度来补偿因接收时间不同步造成的接收数据判决错误，大大减小了专用时隙占用的系统带宽。

Description

一种数据交互方法及数据收发模块
技术领域
本发明涉及通信技术，特别涉及一种数据交互方法及数据收发模块。 
背景技术
宽带无线接入技术目前蓬勃发展，利用无线资源开展宽带城域接入的技术具有很强的生命力和市场空间。在不少区域，BS(Base Station，基站)比较密集，基站与基站之间存在重合的覆盖区域。如图1所示，BS1和BS2是距离较近的两个基站，而SS(Subscriber Station，用户站)1_1是属于BS1的一个终端。很显然，SS1_1必须位于BS1的覆盖范围内。如果BS2和该终端距离也比较近，则BS2也能覆盖到该终端所在位置。这样，当BS1和BS2使用相同的频点时，SS1_1就会受到BS2的干扰。 
如果BS1和BS2只能使用相同的频点，为避免在该终端处产生干扰，可以让该系统各设备处于同步状态，即BS1和BS2的收、发都是同时进行的，并且在共同覆盖区域内，BS1和BS2分时工作，即BS1往SS1_1发数据时，BS2需要停止往该位置发送数据，SS1_1有数据发往BS1时，该位置处属于BS2的终端需要停止发送数据。 
再来看BS1和SS1_1之间的数据传输，终端和所属基站总是同步的，SS1_1能确定BS1发送数据的起始位置。但BS1和SS1_1之间存在传输延时，SS1_1要能正确采样到BS1发送过来的数据，还必须知道该延迟参数，这个参数可以通过测距等方式来实际测得。 
在有些情况下，BS2也需要与SS1_1通信，例如BS2通过CTS(CoexistenceTime Slot，共存专用时间片)专用时隙将自己的IP地址广播给邻近的终端。如图2所示，每个数据帧都有一个帧头SOF(Start Of Frame，帧起始标志)、帧尾EOF(End Of Frame，帧结束标志)标记，中间为携带IP地址的PLD (Payload，净荷)域。然后将数据帧拆分为帧分片，其中，SOF和EOF分别单独占用一个帧分片，帧分片在分配给IP地址广播消息的专用CTS时隙内逐片发送。接收设备在CTS时隙起始位置处检测SOF标志，检测到之后，其后的各个CTS都被视为数据帧的内容，直至接收到EOF标志，完成一个数据帧的接收。两个CTS专用时隙之间包括上行链路(UL，Up Link)数据发送时隙和下行链路(DL，Down Link)数据发送时隙。 
因为SS1_1不属于BS2，甚至可能两者使用的物理层技术都不尽相同，所以BS2和SS1_1之间可能无法进行测距，进而无法获得准确的延时参数。 
假设BS1到SS1_1的延时为t1，该值可以通过测距比较精确地获得。而BS2到SS1_1的时延为t2，SS1_1无法测得该值。但SS1_1采样BS2通过CTS广播的数据时，仍是以t1为标准延时进行采样的。 
参见图3所示，当t1＜t2时，在CTS时隙内，SS1_1开始采样的数据是无效信号，之后才是有效的信号。而且，位于CTS之后的时隙也会受到CTS的干扰。相反，当t1＞t2时，CTS之前的时隙的最后一部分数据也会受到干扰。这种延迟的不确定性使得在CTS时隙内难以检测到正确的起始标志或结束标志信号，导致通信无法成功。 
异种设备之间的通信，采用的是能量信号方式，为解决此问题，由于基站的功率和覆盖范围一般都在一定的限度范围内，通过增大符号周期到一定宽度，可以保证起始标志信号能被正确判决。但是符号周期增大，直接导致CTS周期内能传递的符号数量减少，带宽利用率低下。 
发明内容
本发明提供一种数据交互方法及数据收发设备，以解决现有通过增大符号周期保证信号被正确判决时，导致专用时隙周期内能传递的符号数量减少，带宽利用率低下的问题。 
一种数据交互方法，包括如下步骤： 
接收发送端逐片发送的帧分片，所述帧分片包括数据帧中的有效数据分段和位于该数据分段两端的起始定界符和结束定界符； 
根据所述起始定界符和结束定界符逐片确定所述帧分片的长度，并接收位于两个定界符之间的有效数据段。 
所述数据帧包括至少一个帧分片，该数据帧的所有帧分片在每一个时隙周期中的固定时隙发送。 
所述方法还包括：所述固定时隙的头部和尾部分别设置有不能使用的空闲部分。 
所述空闲部分根据经验值设定为小于或等于150us。 
所述根据所述起始定界符和结束定界符逐片确定所述帧分片的长度，并接收位于两个定界符之间的有效数据段，具体包括如下步骤： 
B1、判断所述固定时隙的开始时间或开始后的设定时延是否到达，如果是则继续步骤B2，否则循环步骤B1； 
B2、周期性判断是否收到帧分片的起始定界符，如果是则继续步骤B3，否则循环步骤B2； 
B3、接收所述数据分段并同步判断是否收到该帧分片的结束定界符，如果是则结束接收该帧分片并继续步骤B4，否则循环步骤B3； 
B4、判断下一个时隙周期是否开始，如果是则返回步骤B1，否则循环步骤B4。 
所述定界符中的部分标志位的发射能量高出设定阈值，接收端根据该部分标志位的发射能量判断是否收到所述标志符。 
所述帧分片的长度根据所述固定时隙的宽度设定。 
所述的数据帧为IP地址广播消息帧，所述的固定时隙为IP地址广播消息帧的共存专用时间片CTS。 
一种数据收发模块，用于发送/接收帧分片的收发单元，还包括： 
数据帧分段截取/组装单元，用于截取待发送数据帧的数据分段并发送给定界符添加/去除单元，或组装定界符添加/去除单元上报的数据分段； 
定界符添加/去除单元，用于在数据分段两端添加定界符并组装为帧分片后发送给收发单元，或者去除收发单元上报的帧分片两端的定界符后将数据分段上报给数据帧分段截取/组装单元。 
所述数据收发模块还包括：数据帧存储单元，连接数据帧分段截取/组装单元，用于存储数据帧。 
所述数据帧存储单元包括：待发送数据帧存储子单元和接收数据帧存储子单元。 
本发明的有益效果如下： 
应用本发明所述方法，在未知参数的共存设备之间，不采用同步方式，而是采用异步通讯方式。在每个时隙只有中间部分为有效段，并在有效段内发送的帧分片两端设有起始和结束标志。接收设备检测到起始标志才开始接收数据，直至接收到结束标志，从而不需要通过加大专用时隙单个符号的宽度来补偿因接收时间不同步造成的接收数据判决错误，大大减小了专用时隙占用的系统带宽。 
附图说明
图1为邻近的两个基站存在共同覆盖点示意图； 
图2为数据帧的帧格式以及数据帧被分为帧分片发送的示意图； 
图3为BS2通过CTS专用时隙发送帧分片，SS1_1开始采样的t1小于帧分片时延t2，则开始采样的数据为无效数据； 
图4为本发明所述只使用CTS专用时隙中的部分发送帧分片的示意图； 
图5为本发明所述帧分片的结构及划分方式示意图； 
图6为异步检测SOC标志的示例； 
图7为本发明所述方法在数据发送端的处理流程； 
图8为本发明所述方法在数据接收端的处理流程； 
图9为本发明所述数据收发模块的结构示意图； 
图10为能量符号示例； 
图11为能量符号传输示例。 
具体实施方式
如图4所示，仍以IP地址广播消息的发送和接收为例进行说明，在每个CTS时隙内，开始(Start)和结束(End)都预留出一段空隙不使用，这样可以保证通过CTS时隙内中间有效tValid发送的帧分片到达目的设备时，可以可靠地完全落在该设备的采样区间并防止相邻时隙收发数据的干扰。 
按基站的发送功率、无线电的传输特性等参数，可以估计出tStart和tEnd的经验值，如最大在150us左右。 
如图5所示，为本发明所述帧分片的结构及划分方式示意图，根据tValid的有效区间长度划分帧分片，并在每一个帧分片的前面加上时隙开始的起始标志SOC(Start Of CTS)，后面加上时隙结束的尾标志EOC(End Of CTS)。这样，接收设备通过时隙的SOC标志识别数据帧的第一分片、根据尾标志EOC识别数据帧的最后分片，从而可以识别出有效的数据段。时隙的头、尾标志可以与数据帧的起始和结束标志一样，不会妨碍接收设备的判断。 
仍如图5所示，其中，最后一个帧分片内，可以设置填充域PAD(Padding，填充域)保持各分片长度的一致。填充域不是必须的，不添加时，可以将帧的结束标志和CTS时隙的尾标志提前，终端收到结束标志时停止接收。 
接收设备不需要在CTS时隙内，同步检测发送携带SOF标志的帧分片，而是采用滑动窗口来检测CTS的SOC标志，并且可以在CTS时隙开始后延后一段时间开始异步检测，延后的时间根据经验值选择为最短时延参数，有效减少了采样无效数据的概率。 
滑动窗口法就是用一个固定长度的窗口，在有效周期内移动，每次移动一定数量的样本，如一个采样点。并对落入该窗口的数据的能量进行判断，当该窗口内的数据能量超过设定的阈值时，就认为接收到一个正确的CTS的SOC 标志。 
如图6所示，是一个异步检测SOC标志的简单示例，SOC是前半周期为低，后半周期为高的简单信号。图中，在滑动窗口移至第五个位置后，窗口内的信号能量超过了阈值，因此认为窗口此时的位置就是SOC的位置。 
检测到SOC之后，其后的数据就可以按照设定的周期来进行采样和判决，直至检测到EOC标志后，结束一个数据帧的接收。 
使用该种帧分片格式，在每个CTS时隙中发送的帧分片中加入SOC、EOC标志，并在接收端采用异步检测方式，可以有效消除没有测距造成的接收错误负面影响，使得CTS时隙的长度只需要在有效CTS数据长度加入最大提前时间和最大延迟时间保护，而不需要通过加大CTS单个符号的宽度来补偿这种接收时间不同步造成的接收数据判决错误，能大大减小CTS的占用的系统带宽。 
上述说明以IP地址广播消息的收发为例，由于本发明所述方法不需要在同步完成数据的接收和发送，因此接收设备和发送设备之间不必进行时延测试，由此本发明所述方法可以应用于任何同种或异种通信设备之间进行数据交互，其中，发送端的数据处理流程如图7所示，包括如下步骤： 
S101、截取待发送的数据帧的数据分段； 
S102、在数据分段两端添加起始定界符和结束定界符并封装为帧分片； 
S103、判断发送帧分片的时间是否到达，如果是则继续；否则循环本步骤S103继续判断； 
帧分片在该数据帧的专用发送时隙的开始时间或从该开始时间延迟的设定时间时发送。 
S104、在该专用时隙内发送帧分片； 
S105、判断是否还有待发送数据，如果有则继续；否则结束； 
S106、截取下一个数据分段后返回步骤S102；。 
接收端的处理流程如图8所示，包括如下步骤： 
S201、判断开始采样专用时隙的时间是否到达，如果是则继续步骤S202，否则循环步骤S201； 
开始采样的时间为时隙的开始时间或开始后的设定时延，设定时延根据经验值一般取为最小时延。 
S202、周期性判断是否收到帧分片的起始定界符，如果是则继续步骤S203，否则循环步骤S202； 
S203、接收所述数据分段并同步判断是否收到该帧分片的结束定界符，如果是则结束接收该帧分片并继续步骤S204，否则循环步骤S203； 
S204、判断下一个时隙是否开始，如果是则返回步骤S201，否则循环步骤S204。 
为实现本发明所述技术方案，本发明还提供一种用于通信设备的数据收发模块，如图9所示，包括如下结构： 
数据帧存储单元，连接数据帧分段截取/组装单元，用于存储数据帧； 
数据帧分段截取/组装单元，用于截取待发送数据帧的数据分段并发送给定界符添加/去除单元，或组装定界符添加/去除单元上报的数据分段； 
定界符添加/去除单元，用于在数据分段两端添加定界符并组装为帧分片后发送给收发单元，或者去除收发单元上报的帧分片两端的定界符后将数据分段上报给数据帧分段截取/组装单元； 
收发单元，用于发送/接收帧分片； 
时隙监测单元，连接所述收发单元。 
其中，数据帧存储单元包括：待发送数据帧存储子单元和接收数据帧存储子单元。 
收发单元中包括：周期性数据采样接收子单元、采样触发子单元、定界符识别子单元以及数据发送子单元。 
数据发送时，数据帧分段截取/组装单元从待发送数据帧存储子单元截取待发送数据的数据分段，由定界符添加/去除单元添加定界符并组装为帧分片后， 通过发送子单元在该数据的专用时隙发送。 
数据接收时，时隙监测单元根据本地时间检测到每一个时隙开始时或开始后一定时延，向采样触发子单元或发送子单元发送信号，采样触发子单元触发数据采样接收子单元开始周期性采样接收数据，并将采样同步输入定界符识别子单元，定界符符识别子单元根据采样信号的能量识别帧分片的起始定界符和结束定界符，并将识别结果通知数据采样接收子单元，数据采样接收子单元将定界符之间采样到的数据上报给定界符添加/去除单元，定界符添加/去除单元去除定界符后上报给数据帧分段截取/组装单元，数据被成功组装后存入存储单元。 
下面举例说明起始标志SOC或结束标志EOC的具体实现方法，例如图10所示，可以定义两种发送能量值，比如高H/低L两种，分别对应0和1，用于发送不同的标志位符号，例如高能量符号表示1，低能量符号表示0，(H-1，L-0)，而在一个符号周期内，如果前一半为低能量，后一半为高能量的符号则为起始标志SOC，相反的则为结束标志EOC。下图是此时的能量脉冲模式。或者定义几种不同能量等级，例如分为4种能量高低值，分别对应编码00/01/10/11，(如0-00，1-01，2-10，3-11)。这样可以在单位时间内承载更多信息。 
能量符号必须持续一定的时间，对于高速的采样频率来说，即需要多个采样点来表示一个能量符号。以图10的两种能量值符号为例，一个能量符号周期只表示一个比特信息。假设采样频率为10MHz，如果符号时间持续10us才能可靠判决，则每个比特需要100个采样点来表示。例如图11所示，需要传送一个内容为″SOC，0，1，EOC″的帧分片，则发送方需要发送的信号为：连续50个0，连续50个1，连续100个0，连续150个1，最后是连续50个0。 
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (8)

1.一种数据交互方法，其特征在于，包括如下步骤：
接收发送端逐片发送的帧分片，所述帧分片包括数据帧中的有效数据分段和位于该数据分段两端的起始定界符和结束定界符，其中，所述数据帧包括至少一个帧分片，该数据帧的所有帧分片在每一个时隙周期中的固定时隙发送；
根据所述起始定界符和结束定界符逐片确定所述帧分片的长度，并接收位于两个定界符之间的有效数据分段，
其中，所述根据所述起始定界符和结束定界符逐片确定所述帧分片的长度，并接收位于两个定界符之间的有效数据分段，具体包括如下步骤：
B1、判断所述固定时隙的开始时间或开始后的设定时延是否到达，如果是则继续步骤B2，否则循环步骤B1；
B2、周期性判断是否收到帧分片的起始定界符，如果是则继续步骤B3，否则循环步骤B2；
B3、接收所述数据分段并同步判断是否收到该帧分片的结束定界符，如果是则结束接收该帧分片并继续步骤B4，否则循环步骤B3；
B4、判断下一个时隙周期是否开始，如果是则返回步骤B1，否则循环步骤B4。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：所述固定时隙的头部和尾部分别设置有不能使用的空闲部分。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述空闲部分根据经验值设定为小于或等于150微秒。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定界符中的部分标志位的发射能量高出设定阈值，接收端根据该部分标志位的发射能量判断是否收到定界符。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述帧分片的长度根据所述固定时隙的宽度设定。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的数据帧为IP地址广播消息帧，所述的固定时隙为IP地址广播消息帧的共存专用时间片CTS。
7.一种数据收发模块，包括用于发送/接收帧分片的收发单元，其特征在于，还包括：
数据帧分段截取/组装单元，用于截取待发送数据帧的数据分段并发送给定界符添加/去除单元，或组装定界符添加/去除单元上报的数据分段；
定界符添加/去除单元，用于在数据分段两端添加定界符并组装为帧分片后发送给收发单元，或者去除收发单元上报的帧分片两端的定界符后将数据分段上报给数据帧分段截取/组装单元，其中，所述帧分片包括数据帧中的有效数据分段和位于该数据分段两端的起始定界符和结束定界符，其中，所述数据帧包括至少一个帧分片，该数据帧的所有帧分片在每一个时隙周期中的固定时隙发送；
数据帧存储单元，连接数据帧分段截取/组装单元，用于存储数据帧；
所述数据收发模块进一步包括：用于判断所述固定时隙的开始时间或开始后的设定时延是否到达的单元；
所述收发单元包括定界符识别子单元，所述定界符识别子单元根据采样信号的能量识别帧分片的起始定界符和结束定界符，并将识别结果通知数据采样接收子单元，数据采样接收子单元将定界符之间采样到的数据上报给所述定界符添加/去除单元。
8.如权利要求7所述的收发模块，所述数据帧存储单元包括：待发送数据帧存储子单元和接收数据帧存储子单元。
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