CN1299446C - 一种时分通信系统无线接口帧同步的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时分通信系统无线接口帧同步的方法，解决了现有技术通过定时检测电路难以实现帧同步及基站设备的帧定时差错造成同步效果较差的技术问题。本发明借助基站设备的硬件资源，采用软件编程进行搜索式帧同步，首先从所有接收到的基站设备的信号中搜索出所有下行控制信道的UW字；根据UW字的位置再次接收相应基站设备的下行控制信道，记录其在网络中的标识号和信号强度，选择一同步级别最高，信号最强的基站设备；找出该基站设备的某下行控制信道，根据其UW字的位置找出其帧头；计算出帧同步需要的帧头偏移量，调整该基站设备帧头。本发明降低了现有帧同步方法的复杂程度和系统成本，使得帧同步效果最优，干扰最小。

Description

一种时分通信系统无线接口帧同步的方法

技术领域

本发明涉及时分通信系统，尤其涉及时分通信系统中无线接口帧同步的方法。

背景技术

众所周知，TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)/TDD(Time Division Double，时分双工)方式工作的通信系统，特别是PHS(Personal Handy System，个人手持系统)，采用微蜂窝技术，是多台基站设备组网来进行通信的系统，能提供大话务量、高密度的服务。TDMA/TDD时分复用，是将一个载波根据时间分成上行和下行时隙，一个上行时隙和一个下行时隙组成一个双工信道。这种技术就是为了有效利用有限的频率资源，然而，如果网内的基站都是各自独立，不能做到收发时隙同步，则就会造成时隙重叠和时隙干扰而引起信道阻塞。实验证明，不采用帧同步技术的系统将会减少30％的容量。所以，越来越大的系统容量需求对系统帧同步也提出了越来越高的要求。

经过详细的专利检索，得到相关专利如下：

1、专利申请号：00103814.1，公开号：CN1266342A，专利名称：基站设备和帧同步获取方法。该专利的技术方案是：通过方向性控制器，控制天线的方向性，以直接用天线从作为帧同步参考物的基站接收发送信号，检测作为同步参考物的基站设备的发送定时，以及，按照检测的发送定时来控制基站设备的发送定时。

2、专利申请号：97111484.6，公开号：CN1182341A，专利名称：帧同步方法及帧同步装置。该专利技术方案是：将主基站生成的控制信道发送时序变换成时序信号，利用工业电线/电波或红外线/通信线路将该时序信号向时分多址/时分多路方式的从属基站发送，在该从属基站，根据接收的上述时序生成控制信道发送时序。

3、专利申请号：97121542.1，公开号：CN1201323A，专利名称：帧同步装置及其方法。该专利技术方案是通过一个数字接口输出的外部装置的帧时间信息产生一个帧复位信号，并把整个系统根据该帧复位信号复位从而实现同步。

4、专利申请号：268454，公开号：5619507，专利名称：Methodand apparatus for establishing and maintaining framesynchronization in a satellite communication system。该专利技术方案是：通过信号调制、选择电路、UW字检测电路检测到UW字，再经过帧同步电路完成帧同步。

5、专利申请号：767726，公开号：5440561，专利名称：Methodfor establishing frame synchronization within a TDMAcommunication system。该专利技术方案是：计算出基站之间的定时差，从而确定帧位置进行帧同步。

6、专利申请号：125716，公开号：6480483，专利名称：Framesynchronization system between base stations of mobile radiocommunication system and base station device employing thissystem。该专利技术方案是：主从基站之间用帧定时差进行帧同步。

从上述专利技术和目前公知技术来看，TDMA/TDD系统的帧同步技术还有一定的局限性，大部分都是添加了复杂的外围设备和装置，通过一套定时检测电路来达到帧同步的目的，难以实现且成本高。另外，这种定时检测电路一般是检测与其距离最近的基站设备的帧定时，以其作为帧定时而进行同步，而且，每台基站设备的帧定时都有一定的差错，造成了最终同步效果较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种时分通信系统无线接口帧同步的方法。解决现有技术通过定时检测电路难以实现帧同步及基站设备的帧定时差错造成同步效果较差的技术问题。从而实现降低现有帧同步方法的复杂程度和系统成本，使帧同步的效果最优，干扰最小。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种时分通信系统无线接口帧同步的方法，包括以下步骤：

步骤一：从所有接收到的基站设备的信号中，搜索出所有下行控制信道的UW(Unique Word，唯一识别字)字。

本步骤又包括以下步骤：

步骤1，让帧号从零开始循环，这里的帧即是一个超帧中的基本帧。因为本发明所述同步方法适用于具有这种帧周期传输的所有系统，根据各自系统超帧基本单元长度的不同，基本帧的个数也是不同的；

步骤2，判断当前所要进行处理的帧号是否小于系统中超帧的基本帧个数。若是小于，则执行步骤3；若不是小于，则执行步骤8；

步骤3，读入接收到信号的原始数据，每个基本帧的所有时隙原始数据都要读取；

步骤4，根据步骤3取出的原始数据是从中截取一定比特的接收窗口范围的数据，与具有固定比特内容的UW字逐位移位进行比较；

步骤5，判断UW字比较的结果是否在其允许的比特误差范围内，如果在允许的比特误差范围内则表明UW字搜索成功；

步骤6，根据搜索到的UW字，记录其固定比特开始的位置。如果UW字比较的结果在超出了其允许的比特误差范围，则表明当前还没有成功找到UW字，执行步骤7；

步骤7，帧号加1，开始在下一帧的UW搜索；

步骤8，把基站设备帧的帧头滑移一个搜索窗。

步骤二：根据UW字的位置，再次接收相应基站设备的下行控制信道的信号，记录基站设备在网络中的标识号和信号强度，选择一同步级别最高，接收信号最强的基站设备。

本步骤又包括以下步骤：

步骤1，对搜索到的UW字和帧头偏移量做CRC(校验码)校验；

步骤2，进行CRC校验结果的判断，若“正确”，说明所接收的信号数据无传输错误，则执行步骤3；若判断CRC校验结果“不正确”，则表明所接收的信号数据已不可用，则执行步骤6；

步骤3，从搜索到UW字的接收原始信号中，偏移一定的比特进一步找出基站设备标识号(CSID)，对搜索到的CSID进行筛选，只把不重复的基站设备标识号记录下来，同时记下接收到的每台基站设备的信号强度；

步骤4，根据各基站设备接收信号强度的高低及基站设备的同步级别等，选取其中一基站设备作为待同步的基站设备要同步的最佳基站设备；

步骤5，判别是否找到了同步基站设备，若找到，则流程结束；若未找到，则执行步骤6；

步骤6，延时后返回步骤一，继续下次的搜索。

步骤三：找出该基站设备的某下行控制信道，根据该下行控制信道的UW字的位置找出该下行控制信道的帧头。

本步骤又包括以下步骤：

步骤1，对搜索到的UW字和帧头偏移量做CRC校验。

步骤2，进行CRC校验结果的判断，若“正确”，则说明所接收的信号数据无传输错误，则执行步骤3；若判断CRC校验结果“不正确”，表明所接收的信号数据已不可用，则执行6；

步骤3，从搜索到UW字和基站设备标识号的接收原始信号中，偏移一定的比特进一步依据基站设备的下行控制信道标识，找出超帧帧头发送的控制信道；

步骤4，判断是否找到超帧帧头的下行控制信道，若找到，则流程结束；若未找到，则执行步骤5；

步骤5，延时后返回步骤一，继续下次的搜索。

步骤四：计算出基站设备帧同步需要的帧头偏移量，调整该基站设备帧头。

本发明借助基站设备现有的硬件资源，利用时分系统协议帧结构自身的特性，采用软件编程进行搜索式帧同步的方法，实现了以下有益效果：

一、本发明所述的帧同步方法利用无线信道帧自身的特点，没有多余的专门定时电路和装置，不用借助任何的工业电线等设备，没有增加系统的任何复杂度和硬件设备成本，简洁、方便，用本方法的基站可以灵活随意的组网，基站设备之间、基站设备群之间实现了最优的帧同步；

二，采用本发明提供的方法实施的帧同步，弥补了传统方法由于依赖外围电路引起的传输误差而造成的帧同步效果差的不足，完全实现了高精度的帧同步效果；

三、本发明所述方法具有较大的通用性，具有固定帧格式传输的时分通信系统均可以用本发明方法进行各个设备间的信号收发同步，达到设备间互不干扰的目的。

附图说明

图1是时分通信系统的帧结构图；

图2是时分通信系统控制时隙的帧比特结构图；

图3是时分通信系统无线基站设备帧同步的主流程图；

图4是UW字搜索的流程图；

图5是基站设备标识号搜索的流程图；

图6是控制信道帧头搜索的流程图；

图7是实现帧同步所借助的基站设备的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

图1是时分通信系统的帧结构图。信号为时分复用(TDMA)、时分双工(TDD)系统的无线电信号。具体到PHS系统，遵循STD28协议。每个帧划分为8个时隙，每个时隙625μs。8个时隙中，101、102、103、104这4个时隙为下行，发时隙，105、106、107、108这4个时隙为上行，收时隙，构成4个时分双工信道，其中时隙101-105，102-106，103-107，104-108分别对应组成每对信道。在实际应用中，具有以上信号特征的信号模式可适用于本发明所述的方法。

图2是时分通信系统控制时隙的帧比特结构图。本发明的信号帧格式必须具有固定比特位。当然，不同系统的数据帧，其固定比特位数是可以不同的，所以本发明适用于具有固定比特位数据帧的不同系统。

以PHS系统为例，图中201是4比特的上升位(R)，202是2比特的开始符(SS)，203是6比特的前导位(PR)，204是32比特的唯一识别字(UW)，205是4比特的信道识别码(CI)，中间有一些信息位，然后206是16比特的CRC，207是16比特的保护位(Guard)。

图3是时分通信系统无线基站设备帧同步的主流程图。本发明所述方法包括以下步骤：一、从所有接收到的基站设备的信号中，搜索出所有下行控制信道的UW(Unique Word，唯一识别字)字；二、根据UW字的位置，再次接收相应基站设备的下行控制信道，记录其在网络中的标识号和信号强度；三、选择一同步级别最高，信号最强的基站设备；四、找出该基站设备的某下行控制信道，根据其UW字的位置找出其帧头；五、计算出偏移量，调整该基站设备帧头。301单元UW搜索流程，即是从所有接收到的周围基站的信号中，搜索出所有基站下行控制信道的UW字。302单元的基站标识号搜索流程，即是根据UW字的位置，再次接收相应基站的下行控制信道，记录基站在网络中的标识号和信号强度，并且选择一所接收信号最强的基站。303单元的控制信道搜索，即是找出前面所选基站的某下行控制信道，根据其UW字的位置找出其帧头。304单元的帧头移位，即是根据控制信道的帧头计算出偏移量，调整该基站帧头，从而完成帧同步过程。

图4是UW字搜索的流程图，描述了图3中301单元的详细过程。根据PHS STD-28协议，控制信道是以超帧的形式发送和接收的。可以表示全部控制信道(包括广播信道、寻呼信道等)时隙定位的信道最小循环称为控制信道的超帧。根据超帧参数的不同，包括帧基本单元长度、寻呼分组数、控制信道间隔值等，PHS系统的超帧可以有多种组合方式。控制信道超帧结构中，广播信道在帧的开始处传送，同时，广播信道的传输即表示了一个超帧的开始。

UW字搜索包括以下步骤：

步骤401，让帧号从零开始循环，这里的帧即是一个超帧中的基本帧。因为本发明所述同步方法适用于具有这种帧周期传输的所有系统，根据各自系统超帧基本单元长度的不同，基本帧的个数也是不同的；

步骤402，判断当前所要进行处理的帧号是否小于我们系统中超帧的基本帧个数。若是小于，则执行步骤403；若不是小于，则执行步骤408；

步骤403，读入接收到信号的原始数据，注意每个基本帧的所有时隙原始数据都要读取。这是因为在找到基站控制信道的UW字之前，还不能确定其在哪个时隙上发送；

步骤404，根据步骤403取出的原始数据是从中截取一定比特的接收窗口范围的数据，与具有固定比特内容的UW字逐位移位进行比较；

步骤405，判断UW字比较的结果是否在其允许的比特误差范围内，如果在允许的比特误差范围内则表明UW字搜索成功，不同的系统要求的比较结果误差不同，比如系统要求UW字最多只能有1个比特的错位；

步骤406，根据搜索到的UW字，记录其固定比特开始的位置。如果UW字比较的结果在超出了其允许的比特误差范围，则表明当前还没有成功找到UW字，执行步骤407；

步骤407，帧号加1，开始在下一帧的UW搜索；

步骤408，把规定比特的接收窗口滑移一定的比特数，这里的接收窗口是为了快速无缝的找出UW字而根据系统设定的一定比特范围的搜索窗。

图5是基站设备标识号搜索的流程图，描述了图3中302单元的详细过程。基站设备标识号搜索包括以下步骤：

步骤501，对搜索到的UW字和相应的偏移量做CRC校验；

步骤502，进行CRC校验结果的判断，若“正确”，则说明所接收的信号数据无传输错误，执行步骤503；若判断CRC校验结果“不正确”，则表明所接收的信号数据已不可用，则执行步骤506；

步骤503，从搜索到UW字的接收原始信号中，偏移一定的比特进一步找出CSID，因为有可能接收到同一基站的多帧信号，所以这里有必要对搜索到的CSID进行筛选，只把不重复的基站标识号记录下来，同时记下接收到的每台基站的信号强度；

步骤504，根据各基站接收信号强度的高低及基站的同步级别等，选取其中一基站作为本基站要同步的最佳基站；

步骤505，判别是否找到了同步基站，若找到，则流程结束；若未找到，则执行步骤506；

步骤506，延时后返回流程开始处，继续下次的搜索。

图6是控制信道帧头搜索的流程图，描述了图3中303单元的详细过程。控制信道帧头搜索包括以下步骤：

步骤601，对搜索到的UW字和相应的偏移量做CRC校验。

步骤602，进行CRC校验结果的判断，若“正确”，则说明所接收的信号数据无传输错误，则执行步骤603；若判断CRC校验结果“不正确”，则表明所接收的信号数据已不可用，则执行606；

步骤603，从搜索到UW字和基站标识号的接收原始信号中，偏移一定的比特进一步找出基站控制信道标识(CI)，系统中有着不同的控制信道类型，这里要找出每超帧头发送的控制信道，对于PHS系统是广播控制信道，即BCCH信道；

步骤604，判断是否找到了BCCH信道，若找到，则执行步骤605；若未找到，则执行步骤606；

步骤605，根据从接收信号帧中找到的BCCH信道，计算出最终基站帧同步需要的帧头偏移量；

步骤606，延时后返回流程开始处继续下次的搜索。

本发明所述最佳实施例中的接收信号对使用质量有较严格的要求，信息数据CRC校验不能有错，同步字允许有1比特的误差。对于要求不那么严格的系统可以对接收到的信号进行相应允许的检验和判别。

图7是实现帧同步所借助的基站设备的结构图。包括一个天线馈源701，接收机702，解调单元703，接收信号强度检测单元704，基带信号处理单元705。天线馈源701耦合到接收机702上，作为接收机702的输入信号源。从接收机702输出的接收信号输入给解调单元703，在解调单元703进行接收中频信号的数字解调，从而提供一定格式的比特流数据给基带信号处理单元705做进一步的处理。接收信号强度检测单元704，耦合到接收机702上，检测天线馈源701上的接收信号的强度，并将检测到的信号强度输入给基带信号处理单元705做进一步处理。

Claims (5)

1、一种时分通信系统无线接口帧同步的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.1从所有接收到的基站设备的信号中，搜索出所有下行控制信道的唯一识别字；

1.2根据唯一识别字的位置，再次接收相应基站设备的下行控制信道的信号，记录基站设备在网络中的标识号和信号强度，选择一同步级别最高，接收信号最强的基站设备；

1.3找出该基站设备的某下行控制信道，根据该下行控制信道的唯一识别字的位置找出该下行控制信道的帧头；

1.4计算出基站设备帧同步需要的帧头偏移量，调整该基站设备帧头。

2、如权利要求1所述的时分通信系统无线接口帧同步的方法，其特征在于，所述步骤1.1包括以下步骤：

2.1让帧号从零开始循环，这里的帧即是一个超帧中的基本帧；

2.2判断当前所要进行处理的帧号是否小于系统中超帧的基本帧个数，若是小于，则执行步骤2.3；若不是小于，则执行步骤2.8；

2.3读入接收到信号的原始数据，每个基本帧的所有时隙原始数据都要读取；

2.4根据步骤2.3取出的原始数据，截取数据窗唯一识别字逐位移位进行比较；

2.5判断唯一识别字比较的结果是否在其允许的比特误差范围内，如果在允许的比特误差范围内则表明唯一识别字搜索成功；

2.6根据搜索到的唯一识别字，记录其固定比特开始的位置；如果唯一识别字比较的结果在超出了其允许的比特误差范围，则表明当前还没有成功找到唯一识别字，执行步骤2.7；

2.7帧号加1，开始下一帧的唯一识别字的搜索；

2.8把基站设备帧的帧头滑移一个搜索窗。

3、如权利要求2所述的时分通信系统无线接口帧同步的方法，其特征在于，步骤2.4中所述数据窗是为了快速充分的找出一个时隙接收数据中的唯一识别字而设定的窗口。

4、如权利要求1所述的时分通信系统无线接口帧同步的方法，其特征在于，所述步骤1.2包括以下步骤：

4.1对搜索到的唯一识别字和帧头偏移量做校验码校验；

4.2进行校验码校验结果的判断，若“正确”，说明所接收的信号数据无传输错误，则执行步骤4.3；若判断校验码校验结果“不正确”，则表明所接收的信号数据已不可用，则执行步骤4.6；

4.3从搜索到唯一识别字的接收原始信号中，进一步找出基站设备标识号，对搜索到的基站设备标识号进行筛选，只把不重复的基站设备标识号记录下来，同时记下接收到的每台基站设备的信号强度；

4.4根据各基站设备接收信号强度的高低及基站设备的同步级别等，选取其中一基站设备作为待同步的基站设备要同步的最佳基站设备；

4.5判别是否找到了同步基站设备，若找到，则流程结束；若未找到，则执行步骤4.6；

4.6延时后返回步骤1.1，继续下次的搜索。

5、如权利要求1所述的时分通信系统无线接口帧同步的方法，其特征在于，所述步骤1.3包括以下步骤：

5.1对搜索到的唯一识别字和帧头偏移量做校验码校验；

5.2进行校验码校验结果的判断，若“正确”，则说明所接收的信号数据无传输错误，则执行步骤5.3；若判断校验码校验结果“不正确”，表明所接收的信号数据已不可用，则执行步骤5.6；

5.3从搜索到唯一识别字和基站设备标识号的接收原始信号中，偏移一定的比特进一步依据基站设备的下行控制信道标识，找出超帧帧头发送的控制信道；

5.4判断是否找到了超帧帧头的下行控制信道，若找到，则流程结束；若未找到，则执行步骤5.5；

5.5延时后返回步骤1.1继续下次的搜索。

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