ИНТЕРФЕЙС, УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СВЯЗИ МЕЖДУ УЗЛОМ УПРАВЛЕНИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ И УДАЛЕННЫМ УЗЛОМ РАДИОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ В БАЗОВОЙ РАДИОСТАНЦИИ
INTERFACE, DEVICE AND METHOD FOR REALISATION OF COMMUNICATION BETWEEN RADIO EQUIPMENT CONTROL NODE AND REMOTE RADIO EQUIPMENT NODE IN BASE RADIOSTATION

Родственная заявка
Эта заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на выдачу патента Швеции, под номером SE 0302596-2, поданной 30 сентября 2003 г., озаглавленной “Common Public Radio Interface” (“Единый общедоступный радиоинтерфейс”), содержание которой включено в материалы настоящей заявки посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение направлено на распределенные базовые радиостанции, где базовая станция включает в себя главный узел обработки основной полосы частот, связанный с одним или более удаленными радиоузлами, где происходит радиочастотная (РЧ, RF) обработка, и, в частности, направлено на радиоинтерфейс между главным узлом обработки основной полосы частот и одним или более удаленными радиоузлами.
Предшествующий уровень техники и сущность изобретения
В типичной сотовой радиосистеме, беспроводные узлы абонентской аппаратуры (UE) связываются через сеть радиодоступа (RAN) с одной или более базовыми сетями. Узлами абонентской аппаратуры (UE) могут быть мобильные станции, такие как мобильные телефоны (“сотовые” телефоны) и портативные компьютеры с мобильным терминальным оборудованием, и, соответственно, могут быть, например, портативные, карманные, ручные, включенные в компьютер или установленные в автомобиле мобильные устройства, которые передают речь и/или данные с помощью сети радиодоступа. В качестве альтернативы, беспроводные узлы абонентской аппаратуры могут быть стационарными беспроводными устройствами, например, стационарными сотовыми устройствами/терминалами, которые являются частью беспроводной местной абонентской линии, или тому подобным.
Сеть радиодоступа (RAN) покрывает географическую зону, которая разделена на сотовые зоны, причем каждая сотовая зона обслуживается базовой радиостанцией. Сота является географической зоной, где зона покрытия обеспечивается радиотехническим оборудованием в местонахождении базовой станции. Каждая сота идентифицируется уникальными идентификационными данными, которые широковещательно передаются в соте. Базовые радиостанции осуществляют связь по эфирному интерфейсу с узлами абонентской аппаратуры (UE) в пределах дальности действия базовых станций. В сети радиодоступа несколько базовых станций типично соединены (например, посредством наземной линии связи или линии СВЧ-связи) с узлом управления, известным как контроллер базовой станции (BSC) или контроллер радиосети (RNC). Узел управления отслеживает и координирует различную активность множества соединенных базовых радиостанций. Узел управления типично соединен с одной или более базовыми сетями.
Традиционная базовая радиостанция в системе сотовой связи, как правило, размещается в одном месте, и расстояние между схемой основной полосы частот и радиосхемой является относительно коротким, например порядка одного метра. Распределенная базовая радиостанция включает в себя средство управления радиотехническим оборудованием (REC) и радиотехническое оборудование (RE). Обе части могут быть физически разделены (то есть RE может быть близким к антенне, тогда как REC размещено в легкодоступном месте) или обе могут быть близко расположенными, как в конструкции традиционной базовой радиостанции. Средство управления радиотехническим оборудованием (REC) выполняет обработку основополосного сигнала, а каждое радиотехническое оборудование (RE) осуществляет преобразование между основной полосой частот и радиочастотами, а также передает и принимает сигналы через одну или более антенн. Каждое RE обслуживает определенную географическую зону, сектор или соту. Раздельные, выделенные оптические и/или электрические линии связи соединяют средство управления радиотехническим оборудованием (REC) с каждым из множества удаленного радиотехнического оборудования (RE). Однако термин линия связи, который используется в дальнейшем, относится к логической линии связи и не ограничен каким-либо конкретным физическим носителем. Каждая линия связи несет в себе цифровую информационную нисходящую линию связи, от REC в RE, и восходящую цифровую информационную линию связи, из RE в REC.
Желательным было бы иметь стандартизированный единый интерфейс между REC и одним или более RE. Такой стандартизованный интерфейс дает возможность гибкой и эффективной дифференциации результатов действия для базовых радиостанций и независимого технологического развития для RE и REC. Такой стандарт, предпочтительно, может определять необходимые элементы для транспортировки, возможности соединения и управления, включающие в себя данные плоскости пользователя, транспортные механизмы плоскости управления и администрирования (C&M), и синхронизации. Стандартизация, в частности, могла бы быть полезной для аппаратно-зависимых уровней, например физических уровней, чтобы обеспечить технологическое развитие по обе стороны интерфейса лишь с ограниченной потребностью в адаптации аппаратных средств. Один из полезных результатов состоит в том, что увеличение числа модификаций продукта в показателях функциональных возможностей, администрирования и характеристик не является ограниченным. Другие возможности, которые могли бы быть желательными для поддержания таким интерфейсом, включают в себя:
- Очень высокий коэффициент использования полосы пропускания, причем полосы пропускания, поддерживающей столько антенных несущих, сколько возможно.
- Очень низкую задержку (задержка в кабеле не учитывается).
- Высокую производительность касательно временного и частотного распределения.
- Гибкую полосу пропускания сигнализации управления и администрирования.
- Запуск по принципу “подключай и работай” (plug-and-play).
- Гибкую битовую скорость линии.
- Гибкий физический интерфейс.
Эти и другие возможности достигаются посредством интерфейса, устройства и способа для осуществления связи между узлом управления радиотехническим оборудованием (REC) и узлом радиотехнического оборудования (RE) в базовой радиостанции, которая осуществляет приемопередачу информации по радиоинтерфейсу с использованием множества антенных несущих. Узел REC является отдельным от и связанным с узлом RE посредством линии связи. Как управляющая информация, так и пользовательская информация формируются для передачи по линии передачи с одного из узла REC и узла RE на другой. Пользовательская информация включает в себя множество потоков данных. Каждый поток данных соответствует данным, ассоциативно связанным с одной антенной на одну несущую радиочастоту. Управляющая и пользовательская информация форматируются в множество мультиплексированных с временным разделением (TDM) кадров. Каждый стандартный TDM-кадр включает в себя временной интервал управления для управляющей информации и множество временных интервалов данных для пользовательской информации. Каждый временной интервал данных соответствует потоку данных одной из антенных несущих. Затем кадры передаются по линии передачи на другой узел. В примерной реализации, в среде широкополосного множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), временной период кадра соответствует одному временному периоду элемента CDMA-сигнала (chip).
Каждая антенная несущая имеет соответствующий временной интервал в кадре так, что выборки данных для каждой антенной несущей вставляются в соответствующий временной интервал антенной несущей. Положение соответствующего временного интервала в кадре может быть фиксированным или оно может быть переменным. Управляющая информация включает в себя множество разных потоков управления, и часть из них включена во временной интервал управления. Разные потоки управления могут включать в себя, например, четыре потока управления: информацию радиоинтерфейса и временной синхронизации, информацию администрирования и управления (C&M), информацию управления уровня 1 (L1) и информацию расширения. Информация администрирования и управления включает в себя информацию как быстрого, так и медленного администрирования и управления, а сигнализация уровня L1 указывает битовую скорость передачи обоих.
Временные интервалы управления могут быть скомпонованы в 64 подканала. Каждый такой подканал соответствует каждому 64-му временному интервалу управления. 64 подканала затем могут быть распределены, чтобы переносить четыре потока управления. Множество основных кадров может быть объединено в гиперкадр, а многочисленные гиперкадры могут быть объединены в кадр радиопередачи. Одна или более границ гиперкадра используется, чтобы отображать каждый временной интервал управления в соответственно назначенный подканал. Каждое из четырех управляющих слов в пределах гиперкадра несет один подпоток потока управления.
Управляющая информация включает в себя известный символ для использования при достижении синхронизации между REC и RE. Синхронизация включает в себя детектирование известного символа, чтобы отыскать одну или более границ гиперкадра. Известный сигнал поставляется периодически, а синхронизация достигается без необходимости того, чтобы сигнал обратной связи отправлялся в ответ на детектирование известного сигнала. В одной из неограничительных примерных реализаций известным сигналом является символ K28.5.
Начало связи между REC и RE включает в себя согласование одной или более характеристик для линии передачи. Согласования начинаются с отправки REC сигналов передачи по интерфейсу, причем каждая передача использует одну из нескольких битовых скоростей линии. RE пытается детектировать битовую скорость линии каждой такой передачи. Если RE детектирует одну из передач REC, то RE отвечает REC с использованием той же самой битовой скорости линии. Подобным образом, один или оба из REC и RE осуществляют передачу на наивысшей поддерживаемой битовой скорости для одного или более потоков администрирования и управления. Узел с наивысшей битовой скоростью передачи администрирования и управления перенимает наивысшую скорость, поддерживаемую другим узлом. В качестве альтернативы, REC предлагает более низкую битовую скорость C&M. Подобное двустороннее согласование происходит относительно наивысшей поддерживаемой версии протокола связи интерфейса REC-RE.
Другая особенность включает в себя калибровку или компенсацию касательно временной задержки передачи, ассоциативно связанной с линией передачи/внутренним интерфейсом. Более точно, RE получает разность времен RE между тем, когда кадровая структура принимается от REC, и когда кадровая структура передается в REC. Подобным образом, REC определяет разность времен REC между тем, когда кадровая структура принимается от RE, и когда кадровая структура передается в RE. Двусторонняя задержка определяется вычитанием разности времен RE и разности времен REC. Эти и другие особенности и преимущества описаны дополнительно в связи с фигурами и подробным описанием.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 иллюстрирует систему UMTS (универсальной системы мобильной связи), которая включает в себя несколько узлов Б или базовых радиостанций;
Фиг.2А-2С иллюстрируют некоторые неограничительные примерные REC/RE-топологии;
Фиг.3 иллюстрирует CPRI (единый общедоступный радиоинтерфейс) между REC/RE и различными информационными потоками или плоскостями;
Фиг.4 подобна фиг.3 и включает в себя точки доступа к службам;
Фиг.5 показывает общее представление протокола CPRI;
Фиг.6 - схема структурная функциональная, показывающая некоторые функциональные элементы в каждом из REC и RE;
Фиг.7 показывает структуру основного кадра для конкретных примерных периода элемента CDMA-сигнала и битовой скорости линии CPRI;
Фиг.8 показывает структуру основного кадра для конкретных примерных периода элемента CDMA-сигнала и более высокой битовой скорости CPRI-линии;
Фиг.9 показывает структуру основного кадра для конкретных примерных периода элемента CDMA-сигнала и еще более высокой битовой скорости линии CPRI;
Фиг.10 показывает пакетированную и гибкую конфигурации мультиплексирования для кадровой структуры;
Фиг.11А и 11В показывают отношение между основным кадром, гиперкадром и кадром радиопередачи UMTS в одном неограничительном примерном варианте осуществления;
Фиг.12 концептуально показывает, как формирователь/деформирователь кадров в узлах REC и RE мультиплексирует пользовательскую информацию и управляющую информацию в кадровую структуру;
Фиг.13 иллюстрирует примерную структуру подканала управляющей информации, используемую в одном неограничительном примерном варианте осуществления;
Фиг.14 иллюстрирует управляющие слова и подканалы в пределах одного гиперкадра в одном неограничительном примерном варианте осуществления;
Фиг.15 - схема состояний, иллюстрирующая примерные процедуры запуска между REC и RE;
Фиг.16 - схема для идентификации различных временных задержек и смещений между REC и RE; и
Фиг.17 показывает во времени входную и выходную информацию на каждом порте, показанном на фиг.16.
Подробное описание
Последующее описание излагает отдельные детали, такие как конкретные варианты осуществления, процедуры, технологии и т.п., в целях разъяснения, а не ограничения. Но специалистами в данной области техники будет принято во внимание, что могут быть использованы другие варианты осуществления, кроме этих конкретных деталей. Например, несмотря на то, что следующее описание облегчено с использованием неограничительных примеров, настоящее изобретение может быть применено к любому типу системы радиосвязи, где используются базовые станции. В некоторых примерах, подробные описания хорошо известных способов, интерфейсов, схем и сигнализации опущены с тем, чтобы не затенять описание излишней детализацией. Более того, на некоторых из фигур показаны отдельные структурные элементы. Специалисты в данной области техники будут принимать во внимание, что функции этих структурных элементов могут быть реализованы с использованием отдельных аппаратных схем, с использованием программного обеспечения и данных, в соединении с надлежащим образом запрограммированным цифровым микропроцессором или компьютером общего назначения, с использованием специализированной интегральной микросхемы (ASIC) и/или с использованием одного или более цифровых сигнальных процессоров (ЦСП, DSP).
Из-за некоторых ограничений обработки данных в сотовых телекоммуникационных системах второго поколения, таких как GSM (глобальная система мобильной связи), были разработаны системы третьего поколения, чтобы обеспечить услуги с высокой битовой скоростью, которые дают, например, высококачественным изображениям и видео возможность передаваться и приниматься, и предоставлять доступ к “всемирной паутине” с высокими скоростями передачи данных. Мобильные системы связи третьего поколения упоминаются как универсальные мобильные телекоммуникационные системы (UMTS). Широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов (WCDMA) является основной технологией доступа третьего поколения, используемой для связи по радио/эфирному интерфейсу. Системы UMTS включают в себя логические сетевые элементы, каждый из которых обладает определенными функциональными возможностями. Фиг.1 показывает примерную систему UMTS. Сетевые элементы сгруппированы в сеть радиодоступа (RAN), иногда упоминаемую как наземная RAN UMTS (UTRAN), которая управляет всеми имеющими отношение к радиосвязи функциональными возможностями, и базовую сеть (CN), которая ответственна за коммутацию и маршрутизацию вызовов, и информационные соединения с внешними сетями, такими как PSTN (коммутируемая телефонная сеть общего пользования), ISDN (цифровая сеть с интегрированными службами), PLMN (наземная сеть мобильной связи общего пользования) и сеть Интернет. UTRAN покрывает географическую зону, которая разделена на сотовые зоны, каждая сотовая зона обслуживается базовой радиостанцией. Сота является географической зоной, где радиопокрытие обеспечивается радиотехническим оборудованием. Абонентская аппаратура (UE) сопрягает пользователя и радио/эфирный интерфейс.
Последующее описание сосредотачивается на узле Б, который преобразует поток данных между интерфейсом Iub и радио/эфирным интерфейсом Uu. Внутренний интерфейс в базовой радиостанции, который связывает REC с одним или более RE, в материалах настоящей заявки упоминается как единый общедоступный радиоинтерфейс (CPRI), который показан на фиг.3. Даже если подразумевается общедоступный интерфейс, CPRI-интерфейс мог бы использоваться как частный (private) интерфейс. Последующее описание основано на терминологии UMTS, но не ограничивается только системами UMTS, а взамен, может быть применено в любой распределенной базовой радиостанции.
Фиг.2А показывает двухточечную линию связи CPRI между одним REC и одним RE. Фиг.2В иллюстрирует множество двухточечных линий CPRI между одним REC и RE, а фиг.2С иллюстрирует множество двухточечных линий CPRI между одним REC и несколькими RE. Несмотря на то, что фиг.2С показывает топологию “звезды”, могут быть использованы другие топологии, например, REC и RE могут быть связаны в каскадной конфигурации с несколькими RE.
Узел управления радиотехническим оборудованием (REC) обеспечивает доступ к контроллеру радиосети через интерфейс Iub в сети радиодоступа UMTS, тогда как узел радиотехнического оборудования (RE) служит в качестве эфирного интерфейса для пользовательской аппаратуры (в сети UMTS эфирный интерфейс называется интерфейсом Uu). REC выполняет функции цифровой радиосвязи области основной полосы частот, тогда как RE выполняет аналоговые радиочастотные (РЧ, RF) функции. Функциональное разделение предоставляет возможность быть определенным общему CPRI-интерфейсу, основанному на синфазно-квадратурных (IQ) комплексных данных. Продолжая неограничительный пример UMTS, REC занят транспортировками Iub, администрированием и управлением базовой радиостанцией, и цифровой обработкой основной полосы частот. RE обеспечивает аналоговые и радиочастотные функции, такие как фильтрация, модуляция, преобразование частоты и усиление. Общее представление функционального разделения между REC и RE для стандарта FDD (дуплекса с частотным разделением каналов) UMTS показано в таблице 1.
Таблица 1
Функции REC
Функции RE
Нисходящая линия связи
Восходящая линия связи
Нисходящая линия связи
Восходящая линия связи
Администрирование и управление базовой радиостанцией
Транспортирование Iub
Фильтрация канала RRC (управления радиоресурсами)
Кадровые протоколы Iub
Цифроаналоговое преобразование
Аналогово-цифровое преобразование
Кодирование канала
Декодирование канала
Преобразование с повышением частоты
Преобразование с понижением частоты
Перемежение
Обратное перемежения
ON/OFF управление для каждой несущей
Автоматическая регулировка усиления
Расширение спектра
Сужение спектра
Мультиплексиро-вание несущей
Демультиплекси-рование несущей
Скремблирование
Дескрембли-рование
Усиление и ограничение мощности
Малошумящее усиление
Добавление физических каналов
Распределение сигнала по узлам сигнальной обработки
Наблюдение за антенной
Управление мощностью передачи каждого физического канала
Детектирование информации управления мощностью передачи и информации обратной связи
Радиочастотная фильтрация
Радиочастотная фильтрация
Формирование кадрового и интервального сигнала (в том числе, стабилизация тактового сигнала)
Измерения
Измерения
В дополнение к данным плоскости пользователя (IQ-данным), управляющие сигналы администрирования и управления (C&M), а также управляющие сигналы синхронизации подвергаются обмену между REC и RE. Все информационные потоки или “плоскости”, содержащие управляющие и пользовательские данные, мультиплексируются в цифровую последовательную линию связи с использованием протоколов уровня 1 и уровня 2. См. фиг.3. Разные информационные потоки обладают доступом к уровню 2 через соответствующие точки доступа к службе (SAP), как показано на фиг.4.
Протоколы для физического уровня (уровня 1) и канального уровня (уровня 2) определены посредством CPRI. Уровень 1 определяет электрические характеристики, оптические характеристики, мультиплексирование с временным разделением разных потоков данных и низкоуровневую сигнализацию. Уровень 2 определяет управление доступом к среде, поток управления и защиту данных информационного потока администрирования и управления. Есть множество плоскостей или потоков протокола. Плоскость управления включает в себя управляющую информацию, используемую для обработки вызовов. Плоскость синхронизации передает информацию синхронизации и тактирования между REC и RE. Плоскость администрирования включает в себя информацию администрирования для функционирования, администрирования и поддержки CPRI-интерфейса и RE. Плоскость пользователя включает в себя пользовательские данные, которые должны быть переданы с сетевой радиостанции в абонентскую аппаратуру, и наоборот.
Пользовательские данные передаются в виде комплексных данных, упоминаемых в материалах настоящей заявки как IQ-данные, где “I” соответствует вещественному или синфазному компоненту комплексного сигнала, а “Q” соответствует мнимому или квадратурному компоненту комплексного сигнала. Несколько потоков IQ-данных могут быть отправлены через одну физическую линию связи CPRI, и каждый поток IQ-данных отражает данные одной антенны для одной несущей, которая упоминается как антенная несущая (AxC). Одна AxC ассоциативно связана с количеством цифровых пользовательских данных для приема или передачи по одной несущей, например, несущей UTRA-FDD на одном независимом элементе антенны. Выражаясь иначе, AxC является данными, которые должны быть переданы на конкретной частоте по конкретной антенне. Так как в этом описании используется способ CDMA, каждая AxC содержит в себе информацию для множества UE, наложенную одна на другую. В примерном варианте осуществления, “контейнер” АхС или временной интервал содержит пользовательские данные (например, IQ-выборки) одной АхС для длительности одного элемента сигнала (chip) UMTS.
CM
S
IQ
Точки доступа к службе (SAP) уровня 2 определены для информационных плоскостей или потоков данных и используются в качестве контрольных точек для выполнения измерений. Эти точки доступа к службе, показанные на фиг.4, обозначены как SAP, SAP и SAP. Направлением нисходящей линии связи является направление от REC к RE, а направлением восходящей линии связи - направление от RE к REC.
Фиг.5 иллюстрирует общее представление протокола CPRI для физического уровня 34 (уровень 1) и канального уровня 36 (уровень 2). Уровень 1 определяет, например, электрические характеристики, оптические характеристики, мультиплексирование с временным разделением разных потоков данных и низкоуровневую сигнализацию. Уровень 2 определяет управление доступом к среде, поток управления и защиту данных информационного потока администрирования и управления. Плоскость управления касается потока данных управления, используемого для управления плоскостью пользователя. RE ничего не “знает” о разных вызовах, являющихся устанавливаемыми или освобождаемыми. Плоскость управления типично устанавливает частоту и выходную мощность на каждую АхС и считывает результат измерения по каждой АхС. Плоскость администрирования переносит информацию администрирования для функционирования, администрирования и поддержки линии связи CPRI и радиотехнического оборудования. Данные администрирования и управления подвергаются обмену между объектами администрирования и управления в контроллере 12 радиотехнического оборудования и радиотехническом оборудовании 14 и поставляются на более высокие уровни протокола. Плоскость администрирования и управления отображается в одиночный поток управления по линии связи CPRI.
Плоскость пользователя включает в себя данные, которые должны быть переданы с базовой радиостанции в абонентскую аппаратуру, и наоборот. В качестве способа, приведенного выше, IQ-данные плоскости пользователя представлены блоком 40 на фиг.5. Несколько потоков IQ-данных могут быть отправлены через одну физическую линию связи CPRI, и, с другой стороны, каждый поток IQ-данных соответствует данным для одной антенной несущей (AxC).
Плоскость синхронизации передает информацию синхронизации и тактирования между контроллером 12 радиотехнического оборудования и радиотехническим оборудованием 14. Данные синхронизации используются для кодирования (например, кодирования 8В/10В), выполняемого в SERDES (параллельно-последовательном преобразователе/последовательно-параллельном преобразователе) 76 и 86, показанном на фиг.6. Данные синхронизации требуются, чтобы синхронизировать последовательно-параллельный преобразователь в принимающей стороне относительно параллельно-последовательного преобразователя в передающей стороне. Данные синхронизации также используются, чтобы детектировать границы элемента сигнала (chip), гиперкадра и кадра радиопередачи, и ассоциативно связанную нумерацию кадров, как описано ниже. Внутриполосная сигнализация, изображенная блоком 42 на фиг.5, включает в себя информацию, которая имеет отношение к физической линии связи REC/RE для запуска системы, поддержки линии связи уровня 1, и критичной ко времени информации, которая имеет прямое временное отношение к пользовательским данным уровня 1. Блок 44 представляет информационный поток, зарезервированный для информации, специфичной поставщику.
IQ-данные разных антенных несущих мультиплексируются схемой мультиплексирования с временным разделением (TDM) в линии передачи. Данные администрирования и управления (C&M) посылаются в качестве внутриполосной сигнализации (для критичных ко времени данных сигнализации) или по протоколам уровня 3, которые находятся поверх соответствующих протоколов уровня 2. Два разных протокола уровня 2 - высокоуровневого управления каналом передачи данных (HDLC) 46 и Ethernet 48, поддерживаются CPRI. Данные администрирования и управления и информация синхронизации мультиплексируются с разделением по времени с IQ-данными.
Фиг.6 иллюстрирует узлы REC и RE более подробно. Узел 12 REC администрируется контроллером 70, например, ЦП (центральным процессором, CPU). Узел 72 формирователя/деформирователя кадров соединен с контроллером 70. Каждый поток данных, соответствующий данным для одной антенны одной несущей частоты, т.е. одной антенной несущей (AxC), предоставлен формирователю 72 кадров, который мультиплексирует все потоки данных/AxC-несущие, информацию администрирования и управления, информацию синхронизации и информацию уровня один (L1) в конкретную кадровую структуру, которая описана более подробно ниже. Затем структура кадра для конкретного RE поставляется в узел 76 параллельно-последовательного преобразователя/последовательно-параллельного преобразователя (SERDES), соответствующего этому RE 14, и SERDES 76 формирует последовательный поток на выходном порте (не показан), соответствующем такому RE 14. Подобным образом, информация от каждого RE принимается на входном порте (не показан), преобразуется из последовательной формы в параллельную посредством SERDES 76 (то есть приводится в параллельное представление) и поставляется в деформирователь 72 кадров. Деформирователь 72 кадров извлекает и распределяет в соответствующую точку доступа к службе поток данных, администрирование контроллером и информацию поддержки и тактирования уровня 1. Узел 74 локального тактирования обеспечивает частотные и временные опорные сигналы для REC 12.
RE 14 имеет подобную структуру и управляется контроллером 80, например ЦП. Контроллер 80 соединен с формирователем/деформирователем 82 кадров CPRI. Формирователь/деформирователь кадров соединен с одним или более антенными элементами, где каждый антенный элемент принимает соответствующий поток данных. Формирователь/деформирователь 82 кадров извлекает данные администрирования и управления и данные поддержки уровня 1, принятые из REC 12 посредством SERDES 86, и поставляет их в контроллер 80 по линии связи управления, которая не показана. Формирователь/деформирователь 82 кадров также объединяет данные администрирования и управления, данные уровня 1, данные тактирования, предоставляемые узлом 84 локального тактирования, и информацию потока данных в кадровую структуру и поставляет кадровую структуру в REC в последовательном виде через SERDES 86. Информация потока данных принимается из аналоговой части радиосвязи RE 14 для мультиплексирования в основную кадровую структуру.
REC 12 регулярно передает “метку времени”, генерируемую узлом 74 локального тактирования REC, по линиям связи CPRI, которая может быть легко детектирована (обнаружена) и распознана каждым RE 14. Метка времени в исходящем или входящем интерфейсном порте используется, чтобы соотнести время с уникальным текущим моментом несущей в интерфейсе. В примерной реализации, меткой времени является K28.5, 10-битный символ, который посылается каждые десять миллисекунд посредством REC 12. Когда метка времени принимается узлом RE 14, узел 84 локального тактирования RE устанавливается в предопределенное значение, например, нуль. Таким образом, узел 84 локального тактирования синхронизируется посредством его “подстройки” по метке тактирования, сформированной узлом 74 локального тактирования REC.
Информация TDMA переносится по CPRI-интерфейсу в кадрах. В неограничительной примерной реализации, длиной элементарного кадра, проиллюстрированного на фиг.7, является один период → Tchip = 1/3,84 МГц = 260,416667 нс элемента WCDMA-сигнала (chip). Основной кадр содержит 16 слов с индексом W = 0...15. Слово с индексом W = 0 используется в качестве управляющего слова (CW). Оставшиеся слова (W = 1...15), 15/16 основного кадра, выделены для IQ-данных плоскости пользователя, показанных на фигуре в виде блока IQ-данных. Длина Т слова зависит от общей скорости передачи данных, которая упоминается как битовая скорость линии CPRI. Доступны три альтернативные скорости передачи данных, каждая с различающимися длинами слов: 614,4 Мбит/с (длина слова T = 8); 1228,8 Мбит/с (длина слова Т = 16), показанная на фиг.8; и 2457,6 Мбит/с (длина слова Т = 32), показанная на фиг.9.
Каждое слово соответствует 8-битному байту. Каждый бит в слове на фиг.7 может адресоваться индексом В, где В = 0 - наименьший значащий бит, а В = Т-1 - наибольший значащий бит. Каждый бит в пределах слова по фиг.8 и 9 может адресоваться индексом Y, где В = 0 - наименьший значащий бит Y = 0, В = 7 - наибольший значащий бит Y = 0, В = 8 - наименьший значащий бит Y = 1 и т.д. Последовательность передачи битов показана на правой стороне фигур с 7 по 9, причем каждый круглешок представляет бит. После 8В/10В-кодирования десять кодовых групп (“ABCDEIFGHJ”) передаются в виде последовательного потока данных с битом “A” в начале. При 8В/10В-кодировании один кодированный бит добавляется к трем наиболее значащим битам, а другой кодированный бит добавляется к пяти наименее значащим битам.
Контейнер АхС переносит блок IQ-данных в основном кадре. Он содержит N IQ-выборок из одной и той же AxC, где N - коэффициент передискретизации. IQ-выборка(и) посылается в контейнере АхС, в соответствии либо с “упакованной позицией” или “гибкой позицией”, в основном кадре. Обе проиллюстрированы на фиг.10. В упакованной позиции, каждый контейнер АхС в основном кадре посылается последовательно без каких-либо зарезервированных битов в промежутке и в порядке убывания номера АхС. В гибкой позиции, более высокоуровневое приложение решает, по какому адресу будет расположен первый бит данных контейнера АхС в блоке IQ-данных. Биты, не используемые контейнером АхС, могут интерпретироваться как резервные биты “r”.
Фиг.11 иллюстрирует структуру гиперкадра, которая иерархически встроена между основным кадром и кадром радиопередачи UMTS. “W” представляет номер слова в основном кадре, а “Y” представляет номер бита в каждом слове. К тому же, в этой примерной реализации, основной кадр соответствует периоду одиночного элемента сигнала (chip) в UMTS. Гиперкадр содержит 256 основных кадров, причем номер гиперкадра обозначен переменной Х. 256 основных кадров в примерной реализации соответствуют 66,67 миллисекунды. 150 гиперкадров пакетируются в один кадр радиопередачи UMTS, и в примерной реализации, кадр UMTS составляет 10 миллисекунд. Номер каждого гиперкадра представлен переменной “Z”. Структура гиперкадра используется, чтобы мультиплексировать разные потоки управления (и их подпотоки) во временном интервале управления. Наименьшим (в показателях битовой скорости передачи) заданным потоком управления является один временной интервал управления на гиперкадр. Примером наименьшего потока управления является метка тактирования потока юстировки синхронизации (например, символ K28.5). Выбор 256 основных кадров в качестве одного гиперкадра обеспечивает мелкоячеистость в распределении полосы пропускания для разных потоков управления, а также упрощает реализацию.
1
2
Управляющая данными информация мультиплексируется вместе в основном кадре. Фиг.12 иллюстрирует, каким образом множество антенных несущих AxC 1...AxC N, каждая из которых содержит множество выборок U U,..., и т.д. пользовательских данных (IQ), мультиплексируется вместе с сериями управляющих слов (CW) на первом уровне 1 мультиплексирования. В свою очередь, каждое управляющее слово соответствует различной управляющей информации, которая была мультиплексирована в поток управляющих слов на втором уровне 2 мультиплексирования. Управляющая информация содержит тактирование, сигнализацию уровня 1 (L1), информацию C&M и информацию расширения. Это соответствует логическому мультиплексированию разных потоков управления, показанных на фиг.5. Кроме того еще, разная информация тактирования и разная сигнализация уровня 1 могут быть мультиплексированы на третьем уровне 3. Это соответствует логическому мультиплексированию разной информации в пределах внутриполосной сигнализации 42 SYNC и L1, показанной на фиг.5. Мультиплексирование разных приложений в плоскости C&M не показано на фиг.12.
Чтобы ясно определить мультиплексоры на фиг.12, управляющие слова (CW) предпочтительно организованы в подканалы. Мультиплексор уровня 2 оперирует подканалами, и каждый из четырех входов распределяет один или более подканалов. В примерной реализации определено 64 подканала. Каждый подканал включает в себя каждое 64-ое управляющее слово (CW). Первое CW в гиперкадре принадлежит подканалу 0. Каждый подканал имеет 4 управляющих слова в пределах гиперкадра (CW0 - CW3). Подканал 0 имеет CW с номерами 0, 64, 128 и 192 основного кадра в пределах гиперкадра. Подканал 63 имеет CW с номерами 63, 127, 191 и 255 основного кадра в пределах гиперкадра.
Эта организация CW гиперкадра показана на фиг.13. Индекс для подканалов находится в диапазоне от 0 до 63. Индекс (Xs) управляющего слова в пределах подканала имеет четыре возможных значения - 0, 1, 2 и 3. Индекс управляющего слова в пределах гиперкадра задан следующим равенством: X=Ns + 64*Xs, где Ns - номер слова в гиперкадре. Мультиплексор уровня 3 по фиг.12 работает на уровне CW, мультиплексирующем вплоть до четырех подпотоков в один подканал. Подпотоки могут размещаться в приращениях одного CW на гиперкадр. К тому же, мультиплексор уровня 3 ориентирован началом гиперкадра, чтобы упростить демультиплексирование в принимающей стороне.
Организация управляющих слов в подканалах проиллюстрирована на фиг.13 и 14. Из фиг.13 ясно, что метка времени синхронизации, указываемая на фиг.13 как байт синхронизации, соответствует первому управляющему слову/подканалу CW0 при Xs = 0 и Ns = 0. Как описывалось выше, синхронизация и тактирование между REC и RE достигаются посредством RE, детектирующим метки времени синхронизации, содержащиеся в этом управляющем слове. Метка времени в начале каждого гиперкадра может быть уникальным, но известным символом (пример раскрыт ниже). Подканал 1 включает в себя линию связи медленного C&M, где линия связи медленного C&M основана на HDLC и имеет полосу пропускания 0,24, 0,48 или 0,96 Мбит/с при 1228,8-битовой скорости линии. Линия связи медленного C&M включает в себя кадры HDLC, переносящие сообщения протокола уровня L2+. Подканал 2 включает в себя внутриполосную информацию протокола уровня 1, в том числе, версию интерфейса, битовую скорость линии медленного C&M (если присутствует), управление L1 (например, сброс RE, использование SAP и т.д.), статус L1 (наличие и качество сигнала, неисправность в конечной точке и т.д.). Последнее управляющее слово подканала 2 включает в себя указатель “p”, который указывает на адрес/индекс начала линии связи быстрого C&M, который в этом примере является номером подканала, где-то в диапазоне между 18 и 61. Линия связи медленного C&M включает в себя кадры Ethernet, переносящие сообщения протокола уровня L2+. Линия связи быстрого C&M, которая использует Ethernet, имеет полосу пропускания 0,96 Мбит/с * N при линейной 1228,8-битовой скорости передачи, где N - номер размещенных подканалов. Подканалы 3-15 зарезервированы для кадра или других применений, а подканалы с 16 до подканала указателя для быстрого C&M включают в себя информацию, специфичную поставщику. Специфичные поставщику подканалы предусматривают дополнения к протоколу, чтобы достичь индивидуализации продукции. В дополнение к байту синхронизации, подканал 0 также переносит номер гиперкадра (HFN в CW1) и номер кадра узла Б (BFN в CW2 и CW3). BFN идентифицирует кадр радиосвязи в радиосигнале, посланном по эфирному интерфейсу.
Фиг.14 иллюстрирует управляющие слова и подканалы в пределах одного гиперкадра. BFN заменяет каждые 150 гиперкадров на один кадр радиопередачи. Чтобы быстро синхронизироваться с кадровой структурой BFN радиопередачи, номер гиперкадра (HFN) передается по радиоинтерфейсу Uu. RE может определять кадровую структуру радиоинтерфейса (например, Uu) после приема одного гиперкадра. Текущий BFN передается целиком, а смещением в пределах кадра радиопередачи, в начале принятого гиперкадра, является [HFN (принятый)/150] кадра радиопередачи.
Сигнализация L1 передает бит индикатора дефекта точки доступа к службе (SDI) или тому подобное. Бит SDI указывает, что более высокие уровни протокола (L3 и выше) доступны и работоспособны для линии связи C&M, линии связи синхронизации и линии связи IQ-данных. Если передающий TDM формирователь кадров, либо в REC, либо в RE, обнаруживает, что по меньшей мере одна из линий связи является отсутствующей (сценарий неисправности), бит SDI устанавливается. По обнаружении бита SDI, принимающий узел останавливает интерпретирование C&M, синхронизацию и линии связи IQ и входит в “надежное состояние”. Быстрая сигнализация дефектной линии связи важна потому, что неисправная линия связи IQ или линия связи синхронизации может послужить причиной передачи радиосигналов, которые не подчиняются обязательным требованиям. Неисправная линия связи C&M, кроме того, может затруднять переконфигурацию, которая, в свою очередь, также может нарушить такие обязательные требования. Конечно, могут быть отправлены другие индикаторы, чтобы выполнять одну или более из этих функций.
0
TDM-структура требует, чтобы оба, передающий узел REC/RE и принимающий узел RE/REC, безошибочно узнавали, когда начинается гиперкадр. Как результат, принимающий узел должен быть способным детектировать первый основной кадр гиперкадра, первый октет или байт первого основного кадра и первый бит первого байта. Все три уровня синхронизации достигаются посредством отправки уникального, известного символа в качестве первого слова в гиперкадре. Одним примером является символ K28.5, который представляет собой 8В/10В-код, содержащий совокупность из 10 бит. Два из этих битов являются избыточными битами, используемыми для обнаружения и/или корректировки ошибок. Конечно, могут быть использованы другие известные символы. Четверть управляющего подканала 0, а именно, первое управляющее слово X, может использоваться для передачи символа K28.5, чтобы уменьшить сложность. С использованием символа К28.5, RE достигает восстановления тактовой синхронизации и данных. Посредством начальной передачи символа К28.5, REC определяет границы слова в гиперкадре. Если принимающий узел теряет восстановление данных во время работы, передаются дополнительные символы К28.5. Как результат, CPRI-интерфейс является самосинхронизирующимся на всех уровнях, без необходимости в обратной связи от RE по статусу восстановления тактовой синхронизации и данных. Также не требуется специальных действий, чтобы возобновлять синхронизацию, кроме нормальной работы интерфейса.
Запуск CPRI-интерфейса требует минимальной информации запуска в обоих узлах REC и RE, т.е., запуск готов к немедленному применению (plug-and-play). Это желательно, в частности, когда базовые радиостанции используются в большом количестве. Процедура запуска должна выполнять выравнивание бита и выравнивание гиперкадра синхронизации L1. Во время запуска, REC и RE согласуют 3 характеристики интерфейса: битовую скорость линии интерфейса, версию протокола и характеристики линии связи C&M. Так как нет обязательной битовой скорости линии или характеристик линии C&M, REC и RE во время процедуры запуска должны пробовать разные конфигурации до тех пор, пока не будет обнаружено общее совпадение. Общее совпадение не обязано быть оптимальным. Взамен, первое общее совпадение разрешает, чтобы обмен возможностями надлежащей конфигурации был использован при последующей связи.
Фиг.15 иллюстрирует схему состояний запуска, показывающую различные состояния и переходы запуска. Во время состояния готовности передача или прием по CPRI отсутствуют. Оператор может назначить подходящую конфигурацию запуска, включающую в себя битовую скорость линии, характеристики линии связи C&M и т.п. REC и RE также могут обладать сведениями о предыдущей успешной конфигурации. В состоянии В, названном “синхронизация уровня L1, и согласование скорости передачи”, оба, REC и RE, достигают синхронизации уровня 1 (L1), и определяется битовая скорость линии интерфейса. REC начинает передавать по CPRI при наивысшей доступной битовой скорости во время первого вхождения в состояние синхронизации L1 и также пытается принимать по CPRI от RE на такой же битовой скорости линии. Если REC не достигает синхронизации (т.е., REC не принимает (1) символы К28.5 с надлежащей частотой повторения - 1 на гиперкадр - наряду с (2) приращением HFN), он выбирает другую битовую скорость линии по истечении интервала T1 времени, где интервал T1 времени может быть, например, 0,9-1,1 секунд. Вслед за каждым интервалом Т1, выбирается новая битовая скорость линии для приема и передачи, при условии, что она доступна. Битовые скорости линии могут быть выбраны из доступного набора циклическим перебором, т.е., первая наивысшая, вторая наивысшая,..., самая медленная, и возобновление с наивысшей битовой скорости линии.
RE пытается принимать по CPRI на наивысшей доступной битовой скорости линии при первом вхождении в состояние синхронизации L1. Если RE не достигает синхронизации (т.е., REC не принимает символы К28.5 с надлежащей частотой повторения - 1 на гиперкадр - наряду с приращением HFN), оно выбирает другую битовую скорость линии по истечении интервала T1' времени, где интервал T1' времени может быть, например, из промежутка 3,9-4,1 секунд. Вслед за каждым интервалом Т1', выбирается новая битовая скорость приема линии, при условии, что она доступна. Снова, битовые скорости линии могут выбираться из доступного набора циклическим образом. Когда RE достигает синхронизации, он начинает передавать по CPRI-интерфейсу в REC на той же самой битовой скорости линии, на которой он успешно принимал. В этот момент, уровень 1 синхронизирован с выровненными структурами гиперкадра как восходящей, так и нисходящей линии связи.
После успешного завершения синхронизации L1 и согласования битовой скорости линии, следующим состоянием запуска является настройка протокола. Во время этого состояния определяется общая версия протокол CPRI. Если один или оба из REC и RE могут использовать множество пересмотренных версий CPRI-интерфейса, общая пересмотренная версия может быть найдена до попытки получить передаваемую линию связи C&M. В противном случае, сигнализация уровня 1 (и, таким образом, информация о возможных линиях связи C&M) не может быть интерпретирована. REC и RE согласуют следующее: каждый узел предлагает наивысшую пересмотренную версию протокола, которую он поддерживает. Узел с предложенной наивысшей пересмотренной версией протокола отступает к той же пересмотренной версии, как и пересмотренная версия другого узла (если возможно), или предлагает другую пересмотренную версию, более низкую, чем у другого узла (если возможно). Если один узел предлагает пересмотренную версию, более низкую, чем самая низкая пересмотренная версия, поддерживаемая другим узлом, то общего протокола нет в распоряжении, и запуск терпит неудачу. Если оба узла предлагают одну и ту же пересмотренную версию, запуск продолжается с использованием такой предложенной пересмотренной версии протокола.
После синхронизации уровня 1 и согласования версии протокола, запуск переходит к состоянию настройки плоскости C&M (L2+), чтобы определить общую битовую скорость линии C&M. Согласования продолжаются параллельно для линии быстрого C&M и линии медленного C&M. Для обоих линий связи, каждый узел предлагает самую быструю возможную битовую скорость, которую он поддерживает, т.е., самую быструю битовую скорость передачи, поддерживаемую для линии связи быстрого C&M, и самую быструю битовую скорость передачи, поддерживаемую для линии связи медленного C&M. Узел с наивысшей предложенной битовой скоростью передачи отступает к битовой скорости передачи, предложенной другим узлом (если возможно), или предлагает другую битовую скорость передачи, более низкую, чем предлагаемая другим узлом (если возможно). Конечно, если общие битовые скорости передачи быстрого и медленного C&M не были найдены, запуск терпит неудачу. Если линии связи ни быстрого, ни медленного C&M не были установлены, CPRI-интерфейс является “пассивной линией связи”, которая может быть использована параллельно с другим интерфейсом, который имеет линию связи C&M, например, когда интерфейс переноса C&M не имеет достаточно пространства для всех AxC, которые должны быть переданы. Состояние пассивной линии связи показано на фиг.15.
Если скорости линий связи быстрого и медленного C&M согласованы, запуск переходит в состояние согласования, специфичное поставщику. В течение этого состояния более высокоуровневые приложения в REC и RE согласуют использование CPRI. Этот обмен специфичной информацией о возможностях и ограничениях возможностей имеет результатом предпочтительную конфигурацию CPRI, основанную на требованиях, специфичных для поставщика. В этот момент времени запуск завершается и начинается нормальная работа.
Имеющей отношение к синхронизации является проблема калибровки/компенсации касательно задержек, ассоциированных с CPRI-интерфейсом. CPRI предоставляет механизм для калибровки задержки между REC и RE. Характерные контрольные точки для калибровки задержки и отношений тактирования между входными и выходными сигналами в REC и RE определены, как показано на фиг.16. Контрольные точки R1-R4 соответствуют выходной точке REC (R1), входу RE (R2), выходной точке RE (R3) и входной точке REC (R4), соответственно. Антенна показана как “Ra” для ссылки.
Фиг.17 показывает отношение между тактированием кадра нисходящей и восходящей линии связи. Т12 - задержка сигнала нисходящей линии связи из выходной точки REC (R1) во входную точку RE (R2). Т34 - задержка сигнала восходящей линии связи из выходной точки RE (R3) на вход REC (R4.) Toffset - смещение кадра между входным сигналом RE в R2 и выходным сигналом RE в R3. Т14 - рассогласование тактирования кадра (двусторонняя задержка), между выходным сигналом в R1 и входным сигналом в R4.
C
RE определяет тактирование кадра своего выходного сигнала (восходящей линии связи) для фиксированного смещения (Toffset) относительно тактирования кадра своего входного сигнала (сигнал нисходящей линии связи от REC). Это фиксированное смещение (Toffset) является произвольным значением, которое больше или равно 0 и меньше 256*T. Разные RE могут использовать разные значения для Toffset. В этом случае REC должен знать значение Toffset для каждого заранее (например, предопределенное значение, либо RE информирует REC более высокоуровневым сообщением). В дополнение, BFN и HFN в нисходящей линии связи от REC в RE посылаются обратно по восходящей линии связи от RE в REC, чтобы устранить неопределенность, больше ли задержка (Т12 + Т34), чем один гиперкадр.
При условии, что задержка CPRI-интерфейса в направлении восходящей и нисходящей линии связи равны, задержка интерфейса может быть определена измерением каждым узлом разности Toffset между переданной и принятой структурой гиперкадра. RE сообщает разность Toffset в REC в качестве Toffset RE. Двусторонняя задержка может быть вычислена, как изложено ниже: двусторонняя задержка = Toffset REC-Toffset RE. Односторонняя задержка приблизительно является половиной двусторонней задержки. Чтобы упростить измерение задержки в длинных кабелях (например, задержка > половины одного гиперкадра), RE генерирует номер своего переданного гиперкадра на основании номера принятого гиперкадра. Поэтому Toffset RE находится между 0 и 1 длин гиперкадра.
Изобретение может быть осуществлено на практике в широком многообразии реализаций и вариантов осуществления и не ограничено примером CPRI, описанным выше. Дополнительные детали этой конкретной примерной реализации CPRI предоставлены в версии 1.0 (30.09.2003) спецификации CPRI, описанной в приоритетной заявке на выдачу патента Швеции, содержание которой включено в материалы настоящей заявки посредством ссылки.
Несмотря на то, что описание включает в себя различные примерные варианты осуществления, должно быть понятно, что формула изобретения не ограничена ими. Наоборот, формула изобретения имеет намерением покрыть различные другие варианты осуществления, реализации, модификации и эквивалентные компоновки.