CN1246994A - 空中帧同步 - Google Patents

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Abstract

在PCM链路上把空中帧同步信号作为数据信号从中央单元发射到多个远端无线收发信机,从而允许远端无线收发信机重新产生具有想要的精度的AFS信号,以便补偿传输延时。

Description

空中帧同步
发明技术领域
本发明涉及电信系统,具体地,涉及包括带有控制单元和多个远端无线收发信机的基站的网络,以及在远端无线收发信机之间建立空中帧同步的方法。
相关技术描述
传统的数字蜂窝电话基站包括大量无线收发信机,它们一般由中央单元控制。从无线收发信机发射的传输信号被分割成帧,每个帧包含多个时隙,它们典型地包含送到不同的移动收发信机的传输信号。时分复用(TDM)链路被用来在控制单元与远端无线收发信机之间载送控制和业务信号。
众所周知,需要对无线收发信机进行同步以使得每个无线收发信机在相同的时刻开始发射一个新帧。在传统的网络中,无线收发信机之间的空中帧同步是通过中央定时单元来建立的,该单元通过本地总线电缆网络而连接到所有的收发信机,并以25Hz的速率发射信号给无线收发信机,25Hz是空中帧速率。
然而,当收发信机离中央定时单元有很大距离时,例如,远到1000米,这种分配空中帧同步信号的方法是有缺点的,因为沿电缆的传播延时意味着可能丢失真实的同步,所以,对于空中帧同步信号必须有单独的电缆。
发明概要
本发明寻求提供在不需要附加的基础结构的条件下在间隔得很远的无线收发信机之间分配空中帧同步的方法。
在本发明的优选方案中,空中帧同步信号在载送业务和控制信号的TDM链路上被发射到远端无线收发信机。优选地,与空中帧同步信号有关的数据被编码,并在TDM链路上的一个时隙中传输,每个远端无线收发信机包括用于从所发射的数据中重新产生空中帧信号的电路。
另外,优选地,远端无线收发信机包括用于补偿传输链路上任何延时的电路。
附图简述
图1是按照本发明的网络的示意图。
图2是网络中的中央单元的一部分的示意方框图。
图3是说明本发明的时序图。
图4是基站的一部分的示意图。
图5表示在网络中发射信号时发生的延时。
图6进一步表示在网络中发射信号时发生的延时。
图7是显示本发明的一个方面的时序图。
图8是远端无线收发信机的一部分的示意图。
图9是远端无线收发信机的另一部分的示意图。
图10是远端无线收发信机的又一部分的示意图。
优选实施例的详细描述
图1是按照本发明的网络的示意性表示。中央单元2包括主空中帧同步(AFS)振荡器4,它被连接到AFS数字编码器块6,后者又被连接到多个数字接口8a,…,8n。每个数字接口通过各自的TDM(时分复用)链路、在这里也被称为脉冲编码调制(PCM)链路而被连接到各自的远端无线收发信机10a,…,10n。每个远端无线收发信机包括各自的数字接口12a,…,12n,它被连接到AFS数字译码器块14a,…,14n,后者又被连接到从属AFS振荡器16a,…,16n。数字接口12a,…,12n也被连接到无线收发信机18a,…,18n,后者又被连接到天线20a,…,20n。AFS振荡器16a,…,16n也被连接来把它们的输出馈送到各自的无线收发信机18a,…,18n。
在中央单元2中,主AFS振荡器4是传统的,这里将不作进一步的描述。同样地,数字接口8a,…,8n是传统的,这里将不作进一步的描述。
按照本发明,与从接口8a,…,8n发送到各自的远端无线收发信机10a,…,10n的数据帧相关联,AFS编码器6承担产生有关于AFS信号的相位的数据。然后,这个编码数据在本具体安排中是经过处理器(未示出)而被发送到帧形成器的,该处理器把所述数据结合到在各自的PCM链路上发射的信号中。在本发明的另一个方案中,将不需要处理器。
具体地,AFS振荡器4由19.44MHz的时钟驱动运行,编码器6承担测量用于分隔PCM链路上发送的信号中的一个帧的起始点与AFS帧的起始点的这些19.44MHz周期的数目。
图2是AFS编码器6的方框图。
AFS编码器6接收输入TSYNC,它是由发送时钟所驱动的8kHz信号,并且它与TDM帧的开始点一致。信号TSYNC被发送到上升沿检测器50,后者在信号TSYNC的上升沿处产生脉冲。每个脉冲被发送到12比特AFS向上计数器52.AFS计数器52由19.44MHz时钟驱动运行,并且计数自从其上一次复位以来的时钟周期数。计数器52由来自上升沿检测器50的每个脉冲复位。移位寄存器54接收锁存输入AFS选通脉冲,它是由25Hz的AFS信号的下降沿产生的。当出现AFS选通脉冲时,来自AFS计数器52的计数值(这个计数值是自从PCM帧的开始直到AFS帧开始的19.44MHz时钟周期的所计数的数目)被锁存到12比特移位寄存器54。这个计数被称为空中帧偏移。在其中出现这个情况的PCM帧被看作为帧0,以及以模320的帧计数器56在下一个TSYNC脉冲时被设置为1,并计数每个接着发生的脉冲。
在把AFS计数值锁存到移位寄存器54以后,移位控制计数器58把AFS计数值移位通过CRC4编码器60。在16次移位(AFS计数值的12比特和4个零)以后,可从CRC编码器得到CRC值。当帧计数器56达到314时,由中断发生器62在帧314的结束之际产生中断。处理器(未示出)然后通过复接器64从移位寄存器54读出12比特值的最高字节(在下面被称为“B”),该复接器64通过译码来自帧计数器56的帧计数值而被控制。处理器把从复接器64读出的数值写到Dallas2151 DS1帧形成器的发送空闲界定寄存器(transmit idledefinition register),它将在下一帧(帧316)的一个分开的AFS时隙(例如,时隙1)上发射这个字节。另一个中断是由中断发生器62在帧315的结尾处产生的。这个中断使得处理器通过复接器64读出被存储在移位寄存器54中的最低的4个比特以及4比特的CRC(循环冗余码)值,它们合在一起在下面被称为字节“C”,并把它写到帧形成器的空闲界定寄存器。第三个中断是在帧316的结尾处产生的。这个中断使得8比特空闲码(下面被称为“A”)由处理器通过复接器64读出,并被写到帧形成器。帧形成器将发射在每个帧中的这个空闲码,直到下一个AFS事件出现为止。
图3在标以XLI的最上面一行上显示在PCM链路上发射的AFS数据。正如传统的情形那样,在PCM链路上的发射被划分成一系列帧,每个帧被划分成24个时隙。在这种情况下,第一时隙载送AFS数据,它被称为AFS时隙。
正如前面所述的,在PCM链路上的帧速率是8kHz,而AFS频率是25Hz。这样,每320个PCM帧有一个AFS周期。AFS周期的起始点被称为AFS帧时间零点,它是出现AFS选通脉冲信号时的时间点,正是在这个时间点,来自AFS计数器52的数值被锁存到移位寄存器54。在其间出现这种情况的PCM帧被称为帧“0”。如上面所讨论的,空闲码“A”在每个帧1-315的AFS时隙期间发送。然后,最高字节“B”在帧316的AFS时隙期间发送,最低字节“C”在帧317期间发送。空闲码“A”然后在剩余的帧期间被发送,直到周期重复为止。
如图3的标以RXLI的底下一行所示的,在PCM链路上发送的信号在相关的远端无线收发信机在一定延时后被接收,这个延时特别取决于远端无线收发信机离中央单元的物理间隔距离。为了确保所有的远端无线收发信机互相地、以及同中央单元中所产生的AFS信号精确地同步,必须在每个无线收发信机中补偿各自的延时。由于这些延时,字节“B”和“C”在下一个AFS帧时间“0”之前的几个帧在PCM链路上发送,然后,接收的远端无线收发信机能够通过产生其本身的AFS来对接收的数据起作用,由已知的传输延时确定的时间点为帧时间“0”,并且其中考虑到字节“B”和“C”的发送领先于新的帧0的起始点的测量的时间,以及与帧0的起始点和所需要的AFS帧时间“0”之间的时间差有关的发射数据。
电缆长度为0时,传输延时约为16μs,以及电缆长度为1000m时,延时约为23μs。
而且,由于存在可伸缩的存储器(elastic store)(正如以后所描述的),一旦信号到达远端无线收发信机,就会有延时,该可伸缩的存储器可引入高到两个TDM帧的延时。
在这个所说明的实施例中,预期的延时是这样的:它足够用来发送帧316和317中的字节“B”和“C”,因为这给出了足够的时间,以便该接收的远端无线收发信机对接收数据起作用,即使是在有最长的可想象的传输延时的情况下。在可能有较长的传输延时的网络中,可能必须在一个周期内的较早时间发送AFS数据。
在重新产生AFS信号时,远端无线收发信机使用帧317的中点作为基准点,在该帧中,接收到AFS数据的第二字节“C”。从这一点开始,基站计数312.5μs(等效于两个半TDM帧,即基准点离帧0的起始点的间隔距离),加上由译码的AFS数据所确定的时间,减去传输延时因子,和减去可收缩的存储器深度。远端无线收发信机也必须补偿在信号发送给它以后为重新同步AFS发生器所需要的启动延时。
图4显示了在用于补偿传输延时和可收缩的存储器深度的远端无线收发信机中存在的电路。
这个电路使用由网络参量所确定的输入。
图5显示了确定传输延时的方法。信号由标以RXLI的远端无线收发信机在传输线上发送到标以XLI的中央单元,后者被设置成回送(loopback)模式,所以,同样的信号在远端无线收发信机处再次被接收。远端无线收发信机然后测量双程所花费的时间。
在图5中:
ΔtTL=从TSYNC到线路的延时
ΔtL=线路的传播延时
ΔtLR=从线路到RLCLK的延时,其中RLCLK表示在可收缩的存储器以前的接收TDM帧边界,如后面描述的那样。
ΔtLB=回送延时
ΔtL取决于在中央单元和远端无线收发信机之间的距离,但其它参量是由网络硬件规定的。所规定的延时(对于Dallas 2151所测量的)是:
ΔtTL=6.88μs
ΔtLB=9.48μs
ΔtLB=1.38μs
远端无线收发信机RXLI只能进行双程(round trip)测量。正如从图5所看到的,这化费了时间ΔtRound Trip,它被给出为:
ΔtRound Trip=ΔtTL+ΔtL+ΔtLB+ΔtL+ΔtLR
解出ΔtL
ΔtL=1/2(ΔtRound Trip-ΔtTL-ΔtLB-ΔtLR)
传输延时因子TxDelay是在重新产生AFS信号时需要考虑的,它是:
TxDelay=ΔtTL+ΔtL+ΔtLR
代入ΔtL
TxDelay=1/2(ΔtRound Trip)+1/2(ΔtTL+ΔtLR-ΔtLB)
代入上述的所规定的数值,
TxDelay=1/2(ΔtRound Trip)+7.49μs。
图6显示了在数据传输与数据在远端无线收发信机中以可被使用的形式被接收的时间之间出现的延时的源。在图6中,ΔtTL,ΔtL,和ΔtLR具有与图5中同样的意义,而ΔtES是可伸缩存储器延时,或可伸缩存储器深度。
可伸缩存储器实际上是可变深度FIFO,它被用来把1.544Mbps的PCM线路数据进行速率调整到在远端无线收发信机处产生的锁相的2.048Mbps数据速率。可伸缩存储器深度可在0和250μs之间变化,它不能用Dallas 2151帧形成器强制形成已知的深度。为了补偿这个可变延时,远端无线收发信机测量每24个TDM帧出现的可伸缩存储器深度。Dallas 2151 T1帧形成器被做成使得RSYNC只在24个TDM帧处出现,以及对于一个TDM帧,RLCLK是高电平。RSYNC标识在可伸缩存储器以后的TDM帧。图7显示在RLCLK和RSYNC之间的时序关系。
为了补偿可伸缩存储器深度,需要有(250μs-可伸缩存储器深度)这一项。
这样,在以适用的形式接收发送的数据及把其中接收第二字节“C”的帧的中点作为基准点以后,远端无线收发信机必须应用的延时被给出为:
[62.5μs-TxDelay-1.54μs]+[250μs-可伸缩存储器深度]+空中帧偏移
(其中1.54μs是为重新同步AFS发生器所需要的起动延时)。
通过代入TxDelay,该项:
[62.5μs-TxDelay-1.54μs]在这里被称为LC,它被简化为:
LC=62.5μs-1/2(ΔtRound Trip)-7.49μs-1.54μs
  =53.47μs-1/2(ΔtRound Trip)
LC的数值只是在加电时和信号丢失情形以后才需要通过处理器命令被更新,参照图4,它在远端回送时通过使用向下计数器82由中央单元求出。
计数器82由19.44MHz时钟驱动运行。如上所述,它接收相应于53.47μs的时间的信号作为输入。计数器由在处理器命令以后所接收的第一个TSYNC脉冲启动,并由在该TSYNC脉冲以后所接收的RLCLK脉冲停止。输出的计数值LC因而被产生,并被作为输入而发送到第二计数器84,在考虑到如上面讨论的可伸缩存储器深度的情况下使用了该第二计数器84。
如上面参照图4所描述的,[250μs-可伸缩存储器深度]项是在RSYNC脉冲的上升沿与RLCLK信号的下一个上升沿之间的时间。因此,LC的数值被装载到计数器84,后者于是开始对RSYNC脉冲的上升沿计数,直到RLCLK信号的下一个上升沿为止。于是输出信号CLE计及到传输延时和当前的可收缩存储器深度。
图4的电路使用由帧形成器芯片恢复的信号,即通过以高速度时钟采样数据而得到的输入的时钟信号(RCLK)和帧边界(RLCLK)。这些信号由于采样而具有抖动。RLCLK可能具有多达几乎为200ns的峰到峰的抖动值。如果以上电路的输出CLE被直接使用,则这只是把200ns的抖动加到AFS信号上。为了消除抖动,CLE值必须被稳定住。这是通过使用图8的电路完成的。校正的输出信号型式CAL被保持和存储在寄存器92中。每次在当前数值CLE被更新时,它与减法器94中的校正值CAL相比较。如果在当前值CLE与在方块96中所建立的校正值CAL之间的差值的绝对值大于360ns,如由比较器98确定的,则校正值CAL被更新,它实际上把一个滞后量加到系统上。
图9显示用来恢复并执行对在PCM链路上发射的空中帧偏移(AFO)值的校验的电路。在每个帧期间,新的数据字节在AFS时隙期间被接收,并被移位到16比特移位寄存器102,上面的字节在比较器104中与先前讨论的空闲码“A”相比较。比较结果被传送到控制器106。在上面的字节不是空闲码的情况下,控制器假定它是AFO值,并启动CRC校验。移位寄存器的最高比特被回送到最低比特,并且还被路由到CRC校验器108。移位寄存器和CRC校验器108被时钟同步送入16次,这样,在这个处理结束时,所有的数据将是在移位寄存器中其原先的位置,并传递通过CRC校验器108。如果CRC校验器的所有输出比特都是0,则校验被通过,以及信号被送回到控制器106,使得输出端110上的AFO值被使用来重新产生AFS信号。如果CRC校验器的任何比特不是0,则认为该校验已失败,并且将忽略AFO值。
AFO值被发送到另一个可装载的向下计数器(图上未示出),它装载AFO值,然后下计数到0,然后从图8的电路装载校验的输出CAL,然后向下计数到0,然后发送一个脉冲到信号发生器,以表示延时已超过。
图10显示了AFS信号发生器,它产生具有现有技术中公知的形式的完整的AFS信号。在接收来自可装载的向下计数器的脉冲以后的1.54μs时,将出现AFS信号的帧时间0。
这样,这里揭示了一种用于在作为通信网中现有资源的PCM链路上分配空中帧同步信号的装置,因而避免了对分开的电缆网络分配时序信号的需要。

Claims (30)

1.在包括中央单元和多个远端无线收发信机的通信网络中,该中央单元通过各自的PCM链路被连接到远端无线收发信机,一种建立从收发信机发射的数字信号之间的空中帧同步的方法包括:
在中央单元产生空中帧同步信号;
在PCM链路上从中央单元把有关空中帧同步信号的空中帧位置的数据发射到每个远端无线收发信机;以及
在每个远端无线收发信机从发射的数据重新产生空中帧同步信号。
2.权利要求1中要求的方法,其特征在于,其中发射数据的步骤包括产生时钟信号,和对用以分离空中帧同步信号中的帧的起始点与在PCM链路上发送的信号中的帧的起始点的时钟周期的数目进行计数。
3.权利要求1或2中要求的方法,其特征在于,该方法包括在PCM链路上所发送的信号的一个时隙中发射有关空中帧同步信号的空中帧位置的数据。
4.权利要求2和3中要求的方法,其特征在于,其中发射数据的步骤包括在PCM链路上所发送的信号的一个时隙中发射时钟周期的计数的数目作为数据信号。
5.任一前述的权利要求中要求的方法,其特征在于,其中PCM链路上的帧速率是空中帧同步信号频率的整数倍数N,该方法包括发射有关在每N个帧的M个帧中的空中帧同步信号的空中帧位置的数据,M个帧的位置由PCM信号的帧确定,其中空中帧同步信号的一帧就在该PCM信号的帧中开始,以及发射的数据由在PCM信号的帧中的位置来确定,其中空中帧同步信号的该帧在此位置开始。
6.任一前述的权利要求中要求的方法,其特征在于,其中重新产生空中帧同步信号的步骤包括译码所发射的数据。
7.任一前述的权利要求中要求的方法,其特征在于,其中重新产生空中帧同步信号的步骤包括补偿传输延时。
8.任一前述的权利要求中要求的方法,其特征在于,其中为了确定在中央单元与远端无线收发信机之间的传输延时,中央单元和远端无线收发信机被安排成按远端回送安排方式运行,以使得能测量到收发信机的、和从收发信机到中央单元的组合的传输延时。
9.任一前述的权利要求中要求的方法,其特征在于,其中重新产生空中帧同步信号的步骤包括在远端收发信机处补偿可伸缩存储器深度。
10.一种包括中央单元和多个无线收发信机的通信网络,
中央单元包括:
用于产生空中帧同步信号的电路,和一个空中接口,它用于向无线收发信机发射PCM信号,包括发射有关空中帧同步信号的空中帧位置的数据;以及
每个无线收发信机包括:
用于从发射的数据重新产生原先的空中帧同步信号的电路。
11.权利要求10中要求的网络,其特征在于,其中用于发射数据的接口包括用于产生时钟信号、和用于计数分离开在空中帧同步信号中一帧的起始点和在PCM链路上发送的信号中的一帧的起始点的时钟周期的数目的电路。
12.权利要求10或11中要求的网络,其特征在于,其中包括用于在PCM链路上发送的信号的一个时隙中发射数据的电路,该数据与空中帧同步信号的空中帧位置有关。
13.权利要求11或12中要求的网络,其特征在于,其中用于发射数据的接口包括用于在PCM链路上发送的信号的一个时隙中发射计数的时钟周期数目作为数据信号的电路。
14.权利要求10到13之一中要求的网络,其特征在于,其中在PCM链路上的帧速率是空中帧同步信号频率的整数倍数N,网络包括一个用于发射有关在每N帧的M个帧中的空中帧同步信号的空中帧位置的数据的接口,M个帧的位置由其中空中帧同步信号的一个帧在其中开始的PCM信号的帧确定,以及所发送的数据由其中空中帧同步信号的该帧开始的PCM信号的帧中的位置确定。
15.权利要求10到14之一中要求的网络,其特征在于,其中用于重新产生空中帧同步信号的电路包括用于译码所发送的数据的电路。
16.权利要求10到15之一中要求的网络,其特征在于,其中用于重新产生空中帧同步信号的电路包括用于补偿传输延时的装置。
17.权利要求10到16之一中要求的网络,其特征在于,其中用于重新产生空中帧同步信号的电路包括用于补偿远端收发信机处的可伸缩存储器的装置。
18.在包括通过各自的PCM链路被连接到无线收发信机的中央单元的通信网络中,一种在多个无线收发信机之间建立空中帧同步的方法,该方法包括:
在中央单元产生主空中帧同步信号;
检测主空中帧同步信号中的边沿;
把每个PCM链路上的帧中的时隙分配给空中帧同步消息;
无论何时检测到主空中帧同步信号中的边沿时,就把信号包括在每个PCM链路上在发射时指派给空中帧同步消息的时隙中;以及
在每个无线收发信机中,根据在每个PCM链路上在发射时的信号重新产生从属空中帧同步信号。
19.权利要求18中要求的方法,其特征在于,其中信号被包括在被指派给一个帧中的空中帧同步消息的时隙中,该帧与其中检测到主空中帧同步信号的边沿的帧具有已知的关系。
20.权利要求18或19中要求的方法,其特征在于,其中信号指示出在其中检测到主空中帧同步信号的边沿的帧中的位置。
21.权利要求20中要求的方法,其特征在于,其中在每个无线收发信机中重新产生的从属空中帧同步信号的边沿根据这样一个帧来定位:在该帧中出现在相应的PCM链路上发射的信号。
22.权利要求19中要求的方法,其特征在于,其中信号被包括在指派给多个帧中的空中帧同步消息的时隙中,这些多个帧与其中检测到主空中帧同步信号的边沿的帧具有已知的关系。
23.权利要求18中要求的方法,其特征在于,包括在每个帧中分配足够的比特数目给空中帧同步消息,以允许指示边沿位置可达到想要的精度水平。
24.权利要求18中要求的方法,其特征在于,其中在每个无线收发信机中重新产生附属空中帧同步信号的步骤包括:
接收AFS帧大约要开始的指示;
补偿在PCM链路上发射消息时的延时;
考虑在PCM链路上发送的数据与AFS帧的起始点的关系;与
重新产生从属空中帧同步信号,其起始点处在一个考虑补偿在PCM链路上发射消息时的延时和在PCM链路上所发送的数据的时间。
25.权利要求18中要求的方法,其特征在于,该方法包括:
在中央单元产生主空中帧同步信号,中央单元具有高速度时钟;
检测在主空中帧同步信号中的每个帧的起始点;
计算空中帧同步信号的周期作为PCM链路帧周期的倍数N;
把每个PCM链路上的每个帧中的时隙分配给空中帧同步消息;
计数在PCM链路上一个帧的起始点与主空中帧同步信号中的一个帧的起始点之间的以系统时钟周期表示的延时,以及得出计数值;
在PCM链路上的一个帧或多个帧的分配给空中帧同步消息的时隙上发送计数值,第一个这样的帧是在其中检测到主空中帧同步信号中的帧的起始点的帧以后的P帧;
在每个无线收发信机中接收在各自的PCM链路上的发射;
在每个无线收发信机中重新产生从属空中帧同步信号,其每个帧的起始点是处在由接收到PCM链路上的第一帧的时间所确定的时间点,该第一帧包含发送的计数值、在PCM链路中的已知延时、和数目Q(Q=N-P),这样,在从属空中帧同步信号中的该帧的起始点是精确地处在主空中帧同步信号中的帧的起始点以后的N帧后。
26.无线收发信机,具有用于通过PCM链路连接到中央单元的接口,收发信机包括用于检测在PCM链路上所接收的消息中的空中帧同步指示符的装置,以及用于根据指示符重新产生空中帧同步信号的装置。
27.在包括中央单元和多个远端收发信机的蜂窝系统中,一种确保在无线收发信机之间的同步的方法,该方法包括:
在中央单元产生AFS信号;
把在PCM链路上与AFS信号有关的编码数据从中央单元发送到收发信机;以及
通过使用所发送的数据在收发信机中重新产生AFS信号。
28.权利要求27中要求的方法,其特征在于,其中与AFS信号有关的数据在TDM链路上从中央单元发射到收发信机。
29.权利要求27中要求的方法,其特征在于,其中重新产生AFS信号的步骤包括使用TDM链路帧同步作为定时基准。
30.权利要求27中要求的方法,其特征在于,其中发射与AFS信号有关的数据的步骤包括编码与AFS帧和TDM帧之间的相位差有关的数据,以及在TDM数据链路上的时隙中发射编码数据。
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