专利名称：一种实现基带跳频的基站及方法
技术领域：
本发明涉及全球移动通讯系统(Global System For Mobi IeCommuni cat ion，简称 GSM)，尤其涉及实现基带跳频的基站及方法。
背景技术：
GSM规范05. 02中说明，为了确保通信的秘密性、提高系统抗衰落和抗干扰的性 能，要求基站系统支持跳频技术，并规范了系统的跳频算法。所谓跳频技术，就是有规则的 更改信道的收发频率，跳频功能主要体现在以下三个方面(1)改善衰落。(2)处于多径环 境中的漫速移动的移动台通过采用跳频技术，大大改善移动台的通信质量，相当于频率分 集。(3)跳频相当于频率分集。GSM系统中的跳频技术具体分为两种基带跳频和射频跳频。基带跳频的原理是 将话音信号随着时间的变化使用不同频率发射机发射。射频跳频是将话音信号用固定的发 射机，由跳频序列控制，采用不同的频率发射。相比之下，射频跳频比基带跳频具有更高的 性能改善和抗同频干扰的能力，但是缺点在于射频跳频必须使用HIBRID合路器，相比空腔 合路器要损耗3dB左右，影响基站覆盖范围，所以绝大多数基站厂商都要求产品具备基带 跳频功能。如图1所示，是目前通用的GSM窄带基站基带跳频架构，包括基带处理模块 (101-1 101-N)、数据总线(102)、射频模块(103-1 103-N)、分路合路器(104)、天线 (105)。通常一个基带处理模块和一个射频模块对应一个载波。为了实现基带数据的交换， 通常在硬件设计中，在基带处理模块和射频模块中间提供一条数据总线102。通常的总线传 输协议如 RS-485、RS-232 或者 B-LVDS。系统在进行基带跳频操作时，射频模块(103-1 103-N)的锁相环(PLL)不会改 变其参数配置，发射接收频率不变；但是数据总线102在每个时隙都改变配置，使基带处理 模块(101-1 101-N)在不同的时隙对应不同的射频收发模块(103-1 103-N)，使每个基 带处理数据交换到对应的固定频率上，从而实现通信信道规律的改变收发频率，完成基带 跳频。目前通用的宽带基站中流行的架构为基于软件无线电(Software DefinedRadio, 简称SDR)软基站，如图2所示，基带跳频架构包括基带处理模块(201-1 201-N)、数据总 线(202)、上下数字变频器(203-1 203-N)、分路合路器(204)、数模转换模块(205)、射 频收发模块(206)、天线(207)。载波数据在经由基带处理模块处理后，通过双向数据总线 (202)送入上下数字变频器(203-1 203-N)。各个上下变频器(203-1 203-N)与分路 合器204双向连接，即所有的基带处理模块(201-1 201-N)通过数据总线与分路合路器 (204)连接起来。通常的总线传输协议如RS-485、RS-232或者B-LVDS。该系统中，基带跳频模式下，上下数字变频器(203-1 203-N)的配置数据在工 作过程中不再更改，保持上下数字变频器(203-1 203-N)到射频收发模块(206)输出 的频率不变；GSM系统是时分系统，即在基带跳频模式下，保持每个载频的上下数字变频器
3(203-1 203-N)对应数据总线(202)上的时隙关系不变；而各个载频的基带处理模块依 据跳频算法计算，发送或者接收的基带数据对应的上下数字变频器(203-1 203-N)，最 后通过运算得到对应数据总线(202)的时隙，通过数据总线(202)交换发送接收数据，从 而实现每个基带处理模块(201-1 201-N)的基带数据交换，最终实现每个基带处理模块 (201-1 201-N)信道发送频率规律的变化。目前通用基站系统中基带跳频方法存在着如下缺陷窄带基站中，基带跳频交换总线通常是个交换模块，硬件复杂高，改良后的结构大 多是以数据总线(102)形式出现，但是数据量大，通过背板传输的数据总线(102)复杂，传 输数据量低。宽带基站中，基带跳频数据总线(202)需处理的数据量大，处理速度低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种实现基带跳频的基站及方法，提高基带跳频 数据交换速度，并在窄带基站和宽带基站中通用。为了解决上述问题，本发明提供了一种实现基带跳频的基站，包括基带处理模块， 所述基带处理模块，用于使用串行的多点到多点的数据总线进行基带数据交换。进一步地，上述基站还具有以下特点所述基带处理模块包括相同数量的信源信道编码模块和调制模块，所述信源信道 编码模块与所述调制模块通过所述数据总线相连；所述信源信道编码模块，用于计算待发 送的数据包对应的频点号，根据此频点号确定数据总线子时隙，并在此子时隙上将所述数 据包发送至所述数据总线；与所述频点号对应的调制模块，用于在与此调制模块对应的数 据总线子时隙上从所述数据总线接收数据包，并进行调制后发送。进一步地，上述基站还具有以下特点所述基站为窄带基站时，还包括与所述调制模块直接相连的射频模块；所述调制 模块，用于在与此调制模块对应的数据总线子时隙上从所述数据总线接收数据包并进行调 制后发送至与此调制模块直接相连的射频模块。进一步地，上述基站还具有以下特点所述基站为宽带基站时，还包括与所述调制模块直接相连的上下数据变频器；所 述调制模块，用于在此调制模块对应的数据总线子时隙上接收数据并进行调制后发送至与 此调制模块直接相连的上下数据变频器。进一步地，上述基站还具有以下特点所述信源信道编码模块和所述调制模块的个数均为基站中应用的频点的个数；频 点号、数据总线子时隙和调制模块是一一对应的关系。进一步地，上述基站还具有以下特点所述数据总线为低电压差分信号总线、电流模式逻辑总线或者低电压正射极耦合 逻辑总线。为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种上述的基站实现基带跳频的方法， 包括基站的信源信道编码模块计算待发送的数据包对应的频点号，根据此频点号确定数 据总线子时隙，并在此子时隙上将所述数据包发送至串行的多点到多点的数据总线；与所 述频点号对应的调制模块在与此调制模块对应的数据总线子时隙上从所述数据总线接收数据包，并进行调制后发送。进一步地，上述方法还具有以下特点所述基站为窄带基站时，所述调制模块在与此调制模块对应的数据总线子时隙上 从所述数据总线接收数据包并进行调制后发送至与此调制模块直接相连的射频模块。进一步地，上述方法还具有以下特点所述基站为宽带基站时，所述调制模块在此调制模块对应的数据总线子时隙上接 收数据并进行调制后发送至与此调制模块直接相连的上下数据变频器。进一步地，上述方法还具有以下特点所述信源信道编码模块和所述调制模块的个数均为基站中应用的频点的个数；频 点号、数据总线子时隙和调制模块是一一对应的关系。本发明的方法，通过改变基带数据交换节点以减少基带跳频交换的数据量，提高 基带跳频数据交换速度，可以支持更多载频同时进行基带跳频。此外通过改变数据总线硬 件结构，使硬件实现电路简单，减少基带跳频总线硬件复杂度，减少了系统的复杂度。本发 明的方法还同时适用于宽带基站与窄带基站。
图1是现有技术中实现基带跳频的窄带基站的结构组成图；图2是现有技术中实现基带跳频的宽带基站的结构组成图；图3是高速串行总线拓扑结构图；图4是GSM系统的数据处理框图；图5是实施例中实现基带跳频的窄带基站的结构组成图；图6是实施例中实现基带跳频的宽带基站的结构组成图。
具体实施例方式本实施例中使用高速串行总线实现GSM基带跳频的功能，基站中的基带处理模块 使用串行的多点到多点的数据总线进行基带数据交换。如图3所示，每个串行总线收发机301-1 301-N都是总线上的一个节点，串行 总线收发机301-1 301-N可以实现双工也可以实现半双工，通过系统配置就可以完成。 任何总线上的节点即每个串行总线收发机301-1 301-N可以接收任意一个总线上节点 301-1 301-N下发的数据；同时，总线上的任一节点301-1 301-N均可以在总线上任一 节点301-1 301-N发送数据。传统来说的基带跳频方案仅仅是硬件电路一般都是十几 或者几十条传输线，但是高速串行总线实现基带跳频只需要四条甚至更少。因此本发明有 硬件电路简单，总线抗干扰性强等优点。本发明的串行高速总线首选了多点低电压差分信 号(Low Voltage Differential Signaling，简称M-LVDS)总线此外可以选择电流模式逻 辑(Current Mode Logic，简称CML)总线和低电压正射极耦合逻辑(LVPECL)等高速总线， 高速总线选择均在本发明保护的范围之内。如附图3所示是高速串行总线拓扑结构图，以 M-LVDS总线为例的，其中301-1 301-N可以选取M-LVDS芯片即M-LVDS信号收发机(GSM 窄带、宽带基站均相同)，其中差分总线需要连接匹配电阻，如图3所示。如图1图2所示的组成结构中，将其使用的数据总线替换为上述的串行的多点到
5多点数据总线后，也可以提高基带跳频数据交换速度。如图4所示，GSM系统进行数据处理的过程如下数据401首先通过信源编码模块 402处理后，到达信道编码模块403，最后通过调制模块404把基带数据调制到GMSK或者 8PSK数据。最终通过空中接口 405即如附图4所示的信道发送到接收机部分。目前通用的基带跳频方法中，交换的数据集中在了如上附图4所示的调制模块 404以后，即调制404与射频模块交互信息的阶段中，此阶段数据量是基带处理部分数据最 多的，完成调制的基带数据基本上是信道编码以后还未进行调制的基带数据的14倍。因 此本实施例中将基带跳频数据交换过程建立在信道编码模块403和调制模块404的中间过 程。具体的，将高速数据总线设计在调制模块之前，而不是在调制模块之后，即在硬件设计 的时候将信源信道编码模块输出的数据发送到高速总线上进行交换(GSM窄带、宽带基站 均相同)，然后再进行调制操作，可以进一步提高基带跳频数据交换速度。具体实施例一具体实施例一中主要说明实现基带跳频的窄带基站及方法。图5是根据本发明优化过的GSM窄带基站基带跳频架构，其中包括N个载频，其 中载频包括了基带部分和射频部分504-1 504-N。而基带部分根据GSM通讯系统划分成信 源信道编码模块501-1 501-N和调制模块503-1 503-N。信源信道编码模块501-1 501-N通过高速双向数据总线502和调制模块503-1 503-N相连。调制模块503-1 503-N与对应的射频模块504-1 504-N相连。射频模块504-1 504-N汇入分路合路器 505接入发射天线506。信源信道编码模块，用于计算待发送的数据包对应的频点号，根据此频点号确定 数据总线子时隙，并在此子时隙上将所述数据包发送至所述数据总线；与所述频点号对应的调制模块，用于在与此调制模块对应的数据总线子时隙上从 所述数据总线接收数据包，并进行调制后发送至与此调制模块直接相连的射频模块。方案的特点是数据交换总线设计的位置和支持的协议。相比之下，假设有N个载 波，目前GSM窄带基站基带跳频架构总线102上的数据为M1，优化后的GSM窄带基站基带跳 频架构总线502上的数据为M2，其关系大约是Ml = 14*N*M2。优化后的GSM窄带基站基带 跳频架构总线502选择了 M-LVDS总线或者是CML总线或者LVPECL总线。总线502简单； 总线502速度时钟最大能支持IGHz以上。而目前通用的基带跳频总线102速度最大仅几 MHz。实现GSM窄带基带跳频方法的具体步骤(1)将高速双向数据总线时分复用，划分为多个数据总线子时隙。每个频点对应固 定的调制模块、射频模块和高速双向数据总线子时隙号。频点号、数据总线子时隙和调制模 块是一一对应的关系。在跳频过程中，每个信源信道编码模块的数据对应的频点都是变化 的，需要在频点对应的高速双向数据总线子时隙将数据通过高速双向数据总线交换到对应 的调制模块。(2)系统开始运行时，主控模块计算系统内所有的基带跳频载波个数和频点。根据 跳频规律，将所有基带跳频的频点排序，并将每个射频模块对应的高速双向数据总线子时 隙号下发给对应的调制模块。(3)每个信源信道编码模块在每次跳频开始的时候根据跳频规律，计算要发送数
6据包所对应的频点号，根据频点号确定所对应高速双向数据总线子时隙号。信源信道编码 模块在频点对应的子时隙将数据包发送到总线。频点号所对应的调制模块在固定的子时隙 接收总线上的数据，将交换后的数据进行调制，最后将调制后的数据发送给对应的射频模 块。假设系统中共有N个频点参与基带跳频，分别为Fl、F2、F3 FN，共有N个信源 信道编码模块501-1 501-N。N个频点所对应的射频模块分别为504-1 504-N。N个 射频模块对应的调制模块分别为503-1 503-N。N个调制模块对应的高速双向数据总线 502子时隙号分别为502-1、502-2、502-3 502-N。以下行数据为例说明基带跳频的实现 步骤。假设某一时隙，信源信道编码模块501-1数据对应的频点号是F2，那么，该信源信道 编码模块501-1将在502-2子时隙将数据发送到高速双向数据总线502。调制模块503-2 将在502-2子时隙从高速双向数据总线502接收数据，对接收后的数据进行调制，将调制后 的数据发送给射频模块504-2，由此来实现基带跳频。GSM是TDMA系统，协议规定，一路载频支持8个信道，即8个时隙，假设系统中支持 N个载频，高速串行总线502工作时分为8*N个总线502时隙，每个总线502时隙和系统的 一个物理信道相对应。具体实施例二 具体实施例二中主要说明实现基带跳频的窄带基站及方法。图6是根据本发明优化过的GSM宽带基站基带跳频架构，其中包括基带处理模 块、数据总线602、上下数字变频器604-1 604-N、合路分路器605、数模转换器606、射频 收发模块607、天线608。其中根据GSM通讯系统基带处理模块划分成信源信道编码模块 601-1 601-N和调制模块603-1 603-N。信源信道编码模块601-1 601-N与调制模块 603-1 603-N之间通过高速数据总线602相连接，每个调制模块分别对应一个上下数字变 频器604-1 604-N。各个变频器同时与一合路分路器双向相连605。合路分路器605、数 模转换器606、射频收发模块607顺序连接。最后通过射频收发模块接入天线608。信源信道编码模块，用于计算待发送的数据包对应的频点号，根据此频点号确定 数据总线子时隙，并在此子时隙上将所述数据包发送至所述数据总线；与所述频点号对应的调制模块，用于在与此调制模块对应的数据总线子时隙上从 所述数据总线接收数据包，并进行调制后发送至与此调制模块直接相连的上下数据变频
ο方案的特点是数据交换总线设计的位置和支持的协议。相比之下，假设有N个载 波，目前GSM宽带基站基带跳频架构总线上的数据为M1，优化后的GSM宽带基站基带跳频架 构总线上的数据为M2，其关系大约是Ml = 14*N*M2。优化后的GSM宽带基站基带跳频架构 总线选择了 M-LVDS总线或者是CML总线或者LVPECL总线。总线简单；总线速度时钟最大 能支持IGHz以上。而目前通用的基带跳频总线速度最大仅几MHz。实现GSM宽带基站基带跳频方法的具体步骤(1)将高速双向数据总线时分复用，划分为多个子时隙。每个频点对应固定的调制 模块603-1 603-N、上下数字变频器604-1 604-N和高速双向数据总线602子时隙号。 频点号、数据总线子时隙和调制模块是一一对应的关系。在跳频过程中，每个信源信道编码 模块601-1 601-N的数据对应的频点都是变化的，需要在频点对应的高速双向数据总线602子时隙将数据通过高速双向数据总线602交换到对应的调制模块。(2)系统开始运行时，系统计算出所有的基带跳频载波个数和频点。根据跳频规 律，将所有基带跳频的频点排序，并将每个上下数字变频器604-1 604-N对应的高速双向 数据总线602子时隙号下发给对应的调制模块603-1 603-N。(3)每个信源信道编码模块601-1 601-N在每次跳频开始的时候根据跳频规律， 计算要发送数据包所对应的频点号，根据频点号确定所对应高速双向数据总线602子时隙 号。信源信道编码模块601-1 601-N在频点对应的子时隙将数据包发送到总线602。频 点号所对应的调制模块603-1 603-N在固定的子时隙接收总线602上的数据，将交换后 的数据进行调制，最后将调制后的数据发送给对应的上下数字变频器604-1 604-N。假设系统中共有N个频点参与基带跳频，分别为F1、F2、F3 FN，共有N个信源信 道编码模块601-1 601-N。N个频点所对应的上下数字变频器分别是604-1 604-N。N 上下数字变频器对应的调制模块分别为603-1 603-N。N个调制模块对应的高速双向数 据总线602子时隙号分别为602-1、602-2、602-3 602-N。以下行数据为例说明基带跳频 的实现步骤。假设某一时隙，信源信道编码模块601-1数据对应的频点号是F2，那么，该信 源信道编码模块601-1将在602-2子时隙将数据发送到高速双向数据总线602。调制模块 603-2将在602-2子时隙从高速双向数据总线602接收数据，对接收后的数据进行调制，将 调制后的数据发送给上下数字变频器604-2，由此来实现基带跳频。GSM是TDMA系统，协议规定，一路载频支持8个信道，即8个时隙，假设系统中支持 N个载频，高速串行总线602工作时分为8*N个总线602时隙，每个总线602时隙和系统的 一个物理信道相对应。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当可根据本发明做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。
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权利要求
一种实现基带跳频的基站，包括基带处理模块，其特征在于，所述基带处理模块，用于使用串行的多点到多点的数据总线进行基带数据交换。
2.如权利要求1所述的基站，其特征在于，所述基带处理模块包括相同数量的信源信道编码模块和调制模块，所述信源信道编码 模块与所述调制模块通过所述数据总线相连；所述信源信道编码模块，用于计算待发送的数据包对应的频点号，根据此频点号确定 数据总线子时隙，并在此子时隙上将所述数据包发送至所述数据总线；与所述频点号对应的调制模块，用于在与此调制模块对应的数据总线子时隙上从所述 数据总线接收数据包，并进行调制后发送。
3.如权利要求2所述的基站，其特征在于，所述基站为窄带基站时，还包括与所述调制模块直接相连的射频模块；所述调制模块，用于在与此调制模块对应的数据总线子时隙上从所述数据总线接收数 据包并进行调制后发送至与此调制模块直接相连的射频模块。
4.如权利要求2所述的基站，其特征在于，所述基站为宽带基站时，还包括与所述调制模块直接相连的上下数据变频器；所述调制模块，用于在此调制模块对应的数据总线子时隙上接收数据并进行调制后发 送至与此调制模块直接相连的上下数据变频器。
5.如权利要求2、3或4所述的基站，其特征在于，所述信源信道编码模块和所述调制模块的个数均为基站中应用的频点的个数；频点 号、数据总线子时隙和调制模块是一一对应的关系。
6.如权利要求2、3或4所述的基站，其特征在于，所述数据总线为低电压差分信号总线、电流模式逻辑总线或者低电压正射极耦合逻辑 总线。
7.采用权利要求1所述的基站实现基带跳频的方法，包括基站的信源信道编码模块计算待发送的数据包对应的频点号，根据此频点号确定数据 总线子时隙，并在此子时隙上将所述数据包发送至串行的多点到多点的数据总线；与所述 频点号对应的调制模块在与此调制模块对应的数据总线子时隙上从所述数据总线接收数 据包，并进行调制后发送。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基站为窄带基站时，所述调制模块在与此调制模块对应的数据总线子时隙上从所 述数据总线接收数据包并进行调制后发送至与此调制模块直接相连的射频模块。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基站为宽带基站时，所述调制模块在此调制模块对应的数据总线子时隙上接收数 据并进行调制后发送至与此调制模块直接相连的上下数据变频器。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述信源信道编码模块和所述调制模块的个数均为基站中应用的频点的个数；频点 号、数据总线子时隙和调制模块是一一对应的关系。
全文摘要
本发明提供了一种实现基带跳频的基站及方法，基站的基带处理模块，用于使用串行的多点到多点的数据总线进行基带数据交换。基站的信源信道编码模块计算待发送的数据包对应的频点号，根据此频点号确定数据总线子时隙，并在此子时隙上将所述数据包发送至串行的多点到多点的数据总线；与所述频点号对应的调制模块在与此调制模块对应的数据总线子时隙上从所述数据总线接收数据包，并进行调制后发送。本发明的方法，通过改变基带数据交换节点以减少基带跳频交换的数据量，提高基带跳频数据交换速度，可以支持更多载频同时进行基带跳频。并且硬件实现电路简单，减少基带跳频总线硬件复杂度，减少了系统的复杂度，同时适用于宽带基站与窄带基站。
文档编号H04W88/08GK101938857SQ20091015076
公开日2011年1月5日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者张丽, 钟学毅, 高飞 申请人:中兴通讯股份有限公司