专利名称：一种无线通讯系统中基带至射频信号传输的装置和方法
技术领域：
本发明涉及无线通讯领域，尤其是涉及一种在无线通讯系统中，基站的基带部分至射频部分数据传输的一种装置和方法。
背景技术：
无线通讯系统中，基站一般分为两个部分，基带部分和射频部分。其中基带部分完成数字的、基带的调制解调和处理。射频部分完成上下变频，射频放大以及射频信号的收发。
基带部分和射频部分一般作为一个整体，合称为基站。也有一种配置方式，将基带和射频看作相对独立的两个部分。射频可以远离基带而靠近天馈，这时的仅由射频单元组成的站称为远端射频站。带来的直接好处是减少了由于天馈而造成的前向信号损耗，并使基站的布局更加容易。
为满足实时性要求，现有的基带射频组网技术，采用直接复用的方案，即将所需要发送的业务数据作串并转换，先并行地复用到一起，再串行化后通过光纤发出去。在远端射频站，用相反的电路作时钟数据恢复并串并转换，提出数据。这样可以很好地保证数据的实时性。
因移动通讯系统精确定时的要求，还需要传送时间边界；因控制、维护的需求，需要在双向传送通讯信号；因可靠性需求，需要在双向传送校验信号；因精确定时的要求，还要传送测距信号。
由此带来的一个问题是，由于在现有方案中，上述信号被与前反向数据复用到一起，导致带宽利用率严重下降，增加了传输带宽的需求。更严重的是，因复用/解复用器件所支持的位数具有离散性，直接复用带来的比特数需求可能恰好限制了一批器件的使用。还由于直接复用，则采样时钟必须是前反向基带信号所要求的时钟的整数倍，限制增加，设计难度增大。
这个问题在导致成本上升、设计难度加大的同时，直接限制了每对传输线(例如光纤)所支持的最大远端射频站数量。而在无线通讯系统中，由于基站覆盖范围广阔，传输线是很宝贵的资源。现行方案不能很好地解决这个问题。
在图1所示的现有方案(直接复用方式)中，从射频到基带所需要传输的各种信号11中，设有效的业务数据共有Ndata比特，而诸如时间边界、校验、测距、通讯等其它比特总数设为Nother。各种信号11经复用器12复用后，由发送器13发送到接收器14，再由解复用器15恢复为各种信号11。设业务数据所要求的采样数据速率为fdata，由于采用直接复用，则复用器12和解复用器15的采样频率应为fdata或fdata的整数倍，最小为fdata，为描述方便设为fdata。则直接复用之后总传输带宽需求为(Ndata+Nother)fdata。
在移动通讯系统中，业务数据速率很高，尤其是多个射频站链形或环形组网时，数据速率更高。而其它数据，例如时间边界比特，校验比特，测距比特，通讯比特等，所需要的带宽相对于业务数据而言极小，几乎可以忽略不计，但是它们仍以与业务数据相同的采样速率占用了多个比特，这是直接复用方式带宽利用效率低下的根本原因。可以计算出其带宽利用率约等于Ndata/(Ndata+Nother)。而由于移动通讯系统对时间边界、校验、测距、通讯的需求，Nother至少为4，可见其效率是相当低的。
设复用器12的位宽为K比特，则在一倍频采样的情况下K必须大于Ndata+Nother。这是另一个设计限制。并且，当K不等于Ndata+Nother时，还有(K-Ndata-Nother)/K的带宽被浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无线通讯系统中基带至射频信号传输的装置，解决现有技术带宽利用效率低下的问题。
本发明所要解决的另一技术问题是提供一种无线通讯系统中基带至射频信号传输的方法，解决现有技术带宽利用效率低下的问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种无线通讯系统中基带至射频信号传输的装置，包括发送器和接收器，其特点在于，还包括有成帧装置、帧恢复装置；所述成帧装置用于汇集基带至射频所需传输的各种信号，将其重组生成K比特宽帧结构，并将所述K比特宽帧结构发送到所述发送器；所述K比特宽帧结构是位宽为K比特的数据结构，其包含了从基带到射频或者从射频到基带所需要传输的各种信号，并且隐含了基带到射频的定时指示；所述帧恢复装置用于将所述K比特宽帧结构恢复为基带至射频或者射频到基带所需要的各种信号；所述成帧装置连接所述发送器并向其发送所述K比特宽帧结构，所述发送器将所述K比特宽帧结构发送到所述接收器，所述接收器连接所述帧恢复装置并向其发送所述K比特宽帧结构。
上述的装置，其特点在于，还包括有K比特复用器和K比特解复用器；所述K比特复用器连接在所述成帧装置和所述发送器之间，用于将所述K比特宽帧结构复用生成适合于长距离传输的串行信号并传送给所述发送器；所述发送器将所述串行信号发送到所述接收器；所述K比特解复用器连接在所述帧恢复装置和所述接收器之间，并将所述接收器接收到的所述串行信号恢复成所述K比特宽帧结构后发送给所述帧恢复装置。
上述的装置，其特点在于，所述成帧装置和所述帧恢复装置中都包括有比特重组电路，所述比特重组电路用于将原始宽度的数据转换到K比特宽或将K比特宽的数据转换到原始宽度。
上述的装置，其特点在于，所述成帧装置中还包括有读写指针同步装置，用于在输入与输出之间作速率匹配。
上述的装置，其特点在于，所述K比特宽帧结构包括有帧头字段、校验字段、通讯字段、测距/标志字段、其它开销字段以及数据字段。
本发明还提供了一种无线通讯系统中基带至射频信号传输的方法，其特点在于，包括有如下步骤步骤一，由成帧装置汇集基带至射频所需要传输的各种信号，将其重组生成K比特宽帧结构，并将带有K比特宽帧结构的数据信号传送到发送器；步骤二，通过所述发送器将所述带有K比特宽帧结构的数据信号发送到接收器；步骤三，由所述接收器将所述带有K比特宽帧结构的数据信号传送给帧恢复装置，再由所述帧恢复装置对所述K比特宽帧结构进行分析处理，恢复出所需要的各种信息。
上述的方法，其特点在于，所述步骤一中还包括有通过K比特复用器将所述带有K比特宽帧结构的数据信号复用生成适合于长距离传输的串行信号，并传送到所述发送器的步骤；所述步骤二中还包括有通过K比特解复用器将所述串行信号恢复成所述带有K比特宽帧结构的数据信号，并传送到所述帧恢复装置的步骤。
上述的方法，其特点在于，所述步骤一中还包括由所述成帧装置在输入时序和输出时序之间进行匹配的匹配步骤。
上述的方法，其特点在于，所述匹配步骤采用单缓冲区，在读写指针时序控制中，读写指针之间设置足够的保护带。
上述的方法，其特点在于，所述匹配步骤采用双缓冲区，通过使读写的起始时刻错开，保证任何一个时刻在同一缓冲区中只有一个指针操作。
本发明的技术效果在于本发明节省带宽的根本原理，在于通过成帧装置汇集基带至射频所需要的各种信号，生成K比特宽帧结构，在K比特宽帧结构中，数据字段和开销字段的比例不再受限于其原始比特数，而可根据实际情况逐比特地调整，使低速开销，例如帧头、通讯、校验等等，在更大量的数据中共享，从而解决了带宽利用率受限的问题。
下面结合附图进一步详细说明本发明的具体实施例。
图1是现有技术的方案；图2是本发明提出的基带/射频的信号传输装置；图3是本发明使用的典型宽帧结构；图4是对业务数据的比特重组电路示意图；图5是本发明提供方法的步骤流程图；图6是单缓冲区时的读写指针同步原理图；图7是双缓冲区时的读写指针同步原理图。
具体实施例方式
图2为基带射频之间通过组帧方式传送数据的装置结构图。在该装置中，业务数据不再直接进入复用器22，而是在成帧装置21中经过一个组帧处理，转换成一种特定的帧结构即K比特宽帧结构30，复用器22从K比特宽帧结构30的帧缓冲区301(见图3)中取出数据并进行复用，然后经基带/射频接口23中的发送器和接收器(图未示)传送给解复用器25，解复用器25将数据填充到帧恢复装置26中的K比特宽帧结构30。
图3为典型的K比特宽帧结构30的示意图，每一帧分为(但不限于)以下几个部分帧头字段，校验字段，通讯字段，测距/标志字段，其它开销字段，以及数据字段。设每帧的数据字段总长度为Hdata比特，除数据以外的其它开销字段长度为Hother。可以看出，此时数据字段和开销字段的比例不再受限于其原始比特数Ndata和Nother，而可根据实际情况逐比特地调整。例如在每帧开销字段长度Hother固定的情况下，可通过调整Hdata来调整带宽利用率。当Hdata越大，帧长度越大，带宽利用率越高。从而解决了带宽利用率受限的问题。带宽节省的根本原理，在于它使低速开销，例如帧头，通讯，校验等等，在更大量的数据中共享。其实际所占带宽是可调整的，低比例的。
图4是对业务数据的比特重组电路图示意图，其示出了对业务数据的处理原理。输入的原始业务数据宽度为Ndata比特，而帧缓冲区301的宽度为K比特。因此需要经过一个比特重组电路41，实现从Ndata比特宽到K比特宽的转换。在接收侧，经过相反的比特重组，恢复出原始业务数据。
对于数据，输入成帧装置的速率，应与输出成帧装置的速率相同，因此数据在链路上所占带宽为Ndatafdata。而根据数据及开销在帧结构中的分配比例，则开销在链路上所占带宽为NdatafdataHother/Hdata。链路上的总传输带宽为数据与开销之和，即Ndatafdata(Hdata+Hother)/Hdata。此时要求复用器/解复用器的采样频率为fduplex＝Ndatafdata(Hdata+Hother)/kHdata。带宽利用率可达Hdata/(Hdata+Hother)。
复用器/解复用器的采样频率不再完全取决于fdata，即不一定为fdata或fdata的整数倍，而可以是其分数倍。
以12载频扇区cdma信号为例，具体说明成帧方法对于带宽的节省。
12载频扇区的cdma信号，业务数据流速率为fdata＝39.32M，宽度为Ndata＝12bit。设增加的开销为Nother＝4bit，则直接复用方案中，复用器/解复用器可选采样频率为39.32M，复用比至少为Ndata+Nother＝16，链路上的总数据速率为39.32*16＝629.12M。其中开销所占用带宽为629.12M×4/16＝157.28。而事实上开销所需要带宽远远不需要这么大，如果开销只需要10M带宽，则带宽利用率约为(39.32×12+10)/629.12＝76％。
如采用组帧方式，业务数据流速率仍为fdata＝39.32M，宽度仍为Ndata＝12bit。设每帧数据比特数为Hdata＝1536，开销比特数为Hother＝64。复用比仍为16∶1，则此时开销所占带宽为NdatafdataHother/Hdata＝19.66M。已能满足开销带宽需求(例如10M)。总链路带宽为39.32×12+19.66＝491.5，复用器采样速率为491.5/16＝30.7M。带宽利用率为(39.32×12+10)/491.5＝98％。可见对复用器的采样速率要求降低，带宽利用率从76％提高到98％。
图5是本发明提供方法的步骤流程图，如图所示，包括如下步骤步骤51，由成帧装置产生、汇集基带至射频所需要的各种信号，生成K比特宽帧结构，再经过K比特复用器将所述K比特宽帧结构复用生成适合于长距离传输的串行信号；步骤52，通过发送器将所述串行信号发送到接收器；步骤53，由所述接收器将所述串行信号传送给K比特解复用器，通过所述K比特解复用器将所述串行信号恢复成并行信号，并填充入到所述K比特宽帧结构，再由帧恢复装置对所述K比特宽帧结构进行分析处理，恢复出所需要的各种信息。
如图6所示，是单缓冲区时的读写指针同步原理图。由于输入速率和输出速率不同，因此需要在输入与输出之间作速率匹配。缓冲区可以作速率匹配。但是如采用单缓冲区，则需考虑读写指针碰撞的问题。
在本方案中，读出时钟或写入时钟之中的一个是由另一个经分数倍锁相而得的，因此可能产生瞬时相对漂移。而在存在相对漂移的情况下，在读写指针时序控制中，必须保证二者之间有足够的保护带，避免发生碰撞，使读出数据无效。
例如对源端，二者在同一个时间段0-T内要从同一个缓冲区中写入或读出同一组数据。写入时钟慢，而读出时钟快，这样读出时间小于T。为避免读出指针追上写入指针，必须使读指针起始时刻滞后于写指针。
读出一帧的时间为Tfdata/(fdata+fother)。由于要求读出时开销和数据衔接，因此必须在另外一段时间Tfother/(fdata+fother)内完成读开销的操作。为避免开销缓冲区的读写指针碰撞，可将开销写入时间安排在除读开销之外的时段。
单缓冲区方式，虽然缓冲区需求较少，但需要精确复杂的读写指针控制。采用双缓冲区方式能够减少复杂性，提高可靠性。另外单缓冲区方式，对于校验却比较难处理，由于校验是在数据写入之后产生，因此单缓冲区中校验时隙难以安排，除非采用延迟校验。双缓冲区机制对校验的同步写入也起到保护作用。
如图7是双缓冲区时的读写指针同步原理图，以上行方向的业务数据读写为例，在一个Ndata比特的环形缓冲区内连续执行业务数据的写入操作，而在一个Ndata+Nother比特的缓冲区中连续读出。读写的起始时刻错开，保证任何一个时刻，同一缓冲区只有一个指针操作(非读即写)，即可有效在避免读写指针相碰的异常情况发生。
例如，写入侧，在时刻t0，写入指针位于第二个缓冲区的数据起始位置，并在t0至t0+T时间段内对第二个缓冲区连续写入。而在t0这一时刻，读入指针位于第一个缓冲区的起始位置，并在t0至t0+T时间段内对第一个缓冲区内连续读出，读出内容包括数据和开销。以此类推，当写入侧对第一个缓冲区操作时，读出侧一定在对第二个缓冲区操作。这样，由于预留足够的保护带，可能完全避免读写指针碰撞问题。
如采用双缓冲区方式，则缓冲区容量需求量为(Ndata+Noverhead)×2。
采用组帧传输方式，存在处理延时。处理延迟为从写入到读出的时间，在双缓冲区方式时，单向(上行或下行)处理延时为写入一个缓冲区的时间，即Ndata/fdata，由此引起的延时较小，可以合入系统处理延时并在信号处理时加以扣除。
权利要求
1.一种无线通讯系统中基带至射频信号传输的装置，包括发送器和接收器，其特征在于，还包括有成帧装置、帧恢复装置；所述成帧装置用于汇集基带至射频所需传输的各种信号，将其重组生成K比特宽帧结构，并将所述K比特宽帧结构发送到所述发送器；所述K比特宽帧结构是位宽为K比特的数据结构，其包含了从基带到射频或者从射频到基带所需要传输的各种信号，并且隐含了基带到射频的定时指示；所述帧恢复装置用于将所述K比特宽帧结构恢复为基带至射频或者射频到基带所需要的各种信号；所述成帧装置连接所述发送器并向其发送所述K比特宽帧结构，所述发送器将所述K比特宽帧结构发送到所述接收器，所述接收器连接所述帧恢复装置并向其发送所述K比特宽帧结构。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括有K比特复用器和K比特解复用器；所述K比特复用器连接在所述成帧装置和所述发送器之间，用于将所述K比特宽帧结构复用生成适合于长距离传输的串行信号并传送给所述发送器；所述发送器将所述串行信号发送到所述接收器；所述K比特解复用器连接在所述帧恢复装置和所述接收器之间，并将所述接收器接收到的所述串行信号恢复成所述K比特宽帧结构后发送给所述帧恢复装置。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述成帧装置和所述帧恢复装置中都包括有比特重组电路，所述比特重组电路用于将原始宽度的数据转换到K比特宽或将K比特宽的数据转换到原始宽度。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述成帧装置中还包括有读写指针同步装置，用于在输入与输出之间作速率匹配。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的装置，其特征在于，所述K比特宽帧结构包括有帧头字段、校验字段、通讯字段、测距/标志字段、其它开销字段以及数据字段。
6.一种无线通讯系统中基带至射频信号传输的方法，其特征在于，包括有如下步骤步骤一，由成帧装置汇集基带至射频所需要传输的各种信号，将其重组生成K比特宽帧结构，并将带有K比特宽帧结构的数据信号传送到发送器；步骤二，通过所述发送器将所述带有K比特宽帧结构的数据信号发送到接收器；步骤三，由所述接收器将所述带有K比特宽帧结构的数据信号传送给帧恢复装置，再由所述帧恢复装置对所述K比特宽帧结构进行分析处理，恢复出所需要的各种信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤一中还包括有通过K比特复用器将所述带有K比特宽帧结构的数据信号复用生成适合于长距离传输的串行信号，并传送到所述发送器的步骤；所述步骤二中还包括有通过K比特解复用器将所述串行信号恢复成所述带有K比特宽帧结构的数据信号，并传送到所述帧恢复装置的步骤。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述步骤一中还包括由所述成帧装置在输入时序和输出时序之间进行匹配的匹配步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述匹配步骤采用单缓冲区，在读写指针时序控制中，读写指针之间设置足够的保护带。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述匹配步骤采用双缓冲区，通过使读写的起始时刻错开，保证任何一个时刻在同一缓冲区中只有一个指针操作。
全文摘要
本发明公开了一种无线通讯系统中基带至射频信号传输的方法和装置，其中该装置包括发送器、接收器、成帧装置和帧恢复装置；所述成帧装置用于汇集基带至射频所需传输的各种信号，将其重组生成K比特宽帧结构，并将K比特宽帧结构发送到所述发送器；所述帧恢复装置用于将所述K比特宽帧结构恢复为基带至射频或者射频到基带所需要的各种信号；所述成帧装置连接所述发送器并向其发送所述K比特宽帧结构，所述发送器将所述K比特宽帧结构发送到所述接收器，所述接收器连接所述帧恢复装置并向其发送所述K比特宽帧结构。本发明解决了现有技术带宽利用效率低下的问题。
文档编号H04B7/26GK1541005SQ20031011199
公开日2004年10月27日 申请日期2003年10月28日 优先权日2003年10月28日
发明者向际鹰, 杜江 申请人:中兴通讯股份有限公司