CN1032101C - 独立网络中时钟速率的符合 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的在各独立的网络中使时钟速率相符合的装置的方法。该装置以调制解调器(126)接收数据并送到缓冲器(400)，并确定以调制解调器时钟速率进入缓冲器(400)数据的速率与该装置使用的时钟速率的缓冲器(400)现存的数据速率之间的差。因此，根据该速率差，该装置加快或减慢数据速率。

Description

独立网络中时钟速率的符合
本发明一般地涉及网络间独立时钟源的数据速率相符合技术，特别是涉及响应时钟速度不足或超速的情况下，通过加入或删除进入的比特，使独立时钟源的数据速率相符合。
在具有独立时钟源网络之间，使数据速率相符合的现有的方法被设计为工作在接近无误码环境。在CCITT兰皮书的建议V.110(1988年)中描述了这样的一种方法。该方法可使时钟补偿各比特时间的一小部分。因为V.110建议中帧总共包括80比特，其中的48比特是数据比特，如果用户的时钟速率是4.8Kb/s，那么使用V.110帧中的每一个48数据比特。但是，如果用户的数据速率是2.4Kb/s或1.2Kb/s，则仅分别使用V.110帧中48数据比特的二分之一和四分之一。在这种情况下，V.110帧中的数据比特的二分之一和四分之三未被使用，并且最终将这些数据比特冗余编码。在V.110帧中，除了数据比特之外，时钟速率信息还与网络独立时钟调整信息一起传送。在无误码系统中，该信息从一个时钟源传送到另一个时钟源，以便独立的数据源能够确定为了精确地传送数据所要求的补偿数量。
上面描述的方法能够很好地适合于综合业务数字网(IS-DN)环境，在该环境典型地比特误码率(BER)为10-9量级。然而，当在数字无线电话环境使用时，例如分组特殊移动通信(GroupeSpecial Mobile)或GSM数字无线电话系统环境，该方法经受典型的比特误码率为10-3至10-5量级。如像CCITT建议V.110所描述，当使用于GSM环境时，实现时钟速率符合产生一些问题。首先，由CCITT建议的方法使用了取决于数据速率的一小部分比特时间来实现时钟补偿，但是，GSM空中接口规范中没有保留该信息，该规范本质上压缩和优化用于空中传输的V.110的帧。在优化中丢失了较低部分的数据速率。其次，在GSM空中接口引入的误码可能引起GSM数据业务从V.110帧的用户数据流中任意地加入或删除比特。如果这种情况出现，有仅会惹起数据误码，而且会因CCITT建议V.110所述的时钟补偿机制的恶化，妨碍数据比特的总数量。这个问题的本身可执行一定类型的误码校正规约，这些规约在GSM环境是无用的。
符合用户数据时钟速度的V.110方法的另一个缺点是要求一个取样机制，来监视独立时钟中两个时钟之间的相位差。为了获得要求的分辨力，应该对时钟过取样以便测量要求的相位差。这就要求对GSM数据支持台站增加额外的和昂贵的开销，并且为了实现补偿机制，需要增加八个复杂的相位状态。
因此，在高的BER环境中，需要一个使网络间独立时钟源的用户数据速率相符合的方法，而且无需使数据支持台站昂贵、实时性强和复杂。
一个通信系统与一个具有不同速率定时数据的一个网络相连接。该通信系统有发送机和接收机，它们传送数据速率被偿信息，其中接收机用比特的一部分直接地补偿数据速率差。该通信系统的特征在于，接收机接收数据速率补偿信息，并且，响应于这一信息，利用各比特的整数倍去补偿数据速率的差。
图1一般地描述可结合本发明的无线电话系统。
图2描述根据CCITT建议V.110帧的结构。
图3描述根据本发明构成一个多帧的两个连续的V.110帧。
图4一般地说明根据本发明在发送机中实现独立时钟速率相符合的装置。
图5一般地说明根据本发明在接收机中实现独立时钟速率相符合的装置。
图6一般地以流程图形式说明根据本发明的IWF进行符合独立时钟速率和发送数据的步骤。
图7一般地以流程图开式说明根据本发明的IWF进行符合独立时钟速率和接收数据的步骤。
图8一般地以流程图形式说明根据本发明通信系统从一个具有独立时钟源的网络至另一个具有独立时钟源的网络进行传送数据的步骤。
图1一般地描述可结合本发明的通信或无线电话系统。公共交换电话网(PSTN)/综合业务数字网(ISDN)100连接到移动通信网(MN)106。PSTN/ISDN100一般地包括陆线电话系统和计算机或可以要求调制解调器发送数据的其它数据转移硬件。图1的无线电话系统中调制解调器数据呼叫是按如下完成的。PSTN100中的原始发报人开始发一个呼叫给MN106中的移动交换中心(MSC)105。该呼叫以音频的形式发送到MSC105，在这里该呼叫寻路由至数据接口或交互工作功能块(IWF)125。IWF125把来自PSTN100音频格式的数据变换为MN106中的数字格式(与IS-DN一样)。把该数字数据处理成为数据转移帧或V.110帧格式，这种格式是在MN106中使用的标准的速率适配帧。然后，V.110帧进入到基站系统(BSS)115，在这里该帧进一步地被处理成为1990年3月GSM建议4.21，方案3.2.0中所规定的标准的空中接口格式。GSM空中接口帧包含的数据经天线120发送出来。移动站110接收包含有数据的空中接口帧并对其进行处理(未示出)，把该数据变换回V.110格式。
在图1所示的系统中，PSTN/ISDN100不需要与MN106同步。如果它要被同步，则激励IWF125中调制解调器126的相应的时钟信号就被同步到IWF125中的速率适配部件127。因此，不要求调制解调器126和速率适配部件127之间的时钟相符合。但是，如果两个网络是不同步的，测激励调制解调器126的时钟将与速率适配部件127中使用的时钟不相符合。对于非无线电话应用，CCITT建议对于V.110的成帧提供了为失配时钟问题而进行补偿的机制。其过程取决于所包含的数据速率，按要求增加或降低数据速率时，增加或删除，V.110帧的全部比特、1/2和1/4比特。
图2描述CCITT建议V.100中规定的V.110帧的结构。V.110帧包括10个八比特组，每一个八比特组有8个比特，八比特组0包括8个“0”比特，并且它是用于同步的目的。随后的八比特组中的每一个的第一个比特是“1”比特，而且也是用于同步的目的。V.110帧中其余的比特包括三种类型的比特。D比特传送用户的数据流，S和X比特传送调制解调器状态信号并且E比特传送用户数据速率和时钟补偿信息。在优选实施例中，E比特，特别是E4，E5，E6和E7在本发明的时钟补偿过程中被修改。图3一般地描述第一V.110帧300和第二V.11-帧305转变为一种多帧310的形式，在优选实施例中实现了这种多帧形式。使用两个V.110帧中的每一个帧中的四个E比特组成一个8比特的码字，该码字被编成为向前纠错(FEC)码。因此，8个E比特中的2个E比特用于表示时钟补偿状态，而其余的6个E比特用户该多帧的向前纠错。
因为空中接口使用了比V.110帧较小带宽，所以V.110帧中的一些比特必须被放弃和/或被压缩。如果使用CCITT建议V.110所述的补偿机制，在MN106的基站系统(BSS)中，在对比特去除和压缩中，加入的或删除的二分之一或四分之一比特将被丢失。除了空中接口和V.110帧之间的变换问题之外，高的BER可能产生数据比特的错误附加或删除。这种错误改变了所发送的数据比特的数量，因此导致严重的数据误码。
图4一般地描述根据本发明实现使时钟速率相符合的硬件。一般在数字中继成链路上所用的脉冲编码调制(PCM)信号被输入到模拟/PCM部件124。该PCM线路载有音频和时钟的样值和PSTN100的CLK1。标示CLK1的时钟信息由调制解调器126提取。用户的数据从模拟/PCM部件124进入调制解调器，在部件124中把该数据重新格式化为它的原始数据形式。CLK1信号被用于时钟原始数据，用处在调制解调器126中的DAT线来表示。这时，DAT线载有以第一时钟速率或CLK1正在发送的数据。存在于调制解调器126的数据输入到数据缓冲器400，该数据驻留在速率适配部件127中。由第二时钟速率CLK2把该数据定时于缓冲器400，CLK2是来自MSC105。该数据缓冲器400接收来自DAT线的数据。这时，确定CLK1和CLK2之间的时钟差。这种确定由设置在数据缓冲器400中的指示器来实现。例如，一个指示器测量数据比特进入数据缓冲器400的速率，该速率将是CLK1的速率，而第二个指示器测量存在于数据缓冲器400的数据速率，该速率将是定时缓冲器400数据输出的CL2听速率。如果CLK1低于CLK2一个下限门限值，则出现时钟速度不足的情况。在这种情况下，在DAT线上进入缓冲器的数据进入数据缓冲器400，该数据较慢于数据缓冲器400现存的数据速率。为了使两个时钟速率相符合，当时钟的速度不足降到较低的门限值以下时，则存在于数据缓冲器400的数据将有一个删除的完整比特。同样，如果CLK1高于CLK2一个上限门限值，则会出现时钟超速的情况，从而进入数据缓冲器400的数据快于存在于数据缓冲器400的数据。在这种情况下，存在于数据缓冲器400的数据速率必须增加，这样，一个整个比特被加到现存于缓冲器400的数据上。当时钟超速或两个时钟的速率差超过上限门限值时，就会出现这种插入。如果CLK1和CLK2之间的差不高于上限门限值或不低于下限门限值，则缓冲器400上的数据不变。
在优选实施例中，四个时钟补偿状态是可能的，而且仅为说明的目的，把这四种状态描述于表1，状态与比特格式的关系可根据系统设计改变。表1一般地描述了时钟补偿状态和
             表    1
         功能        比特格式
状态1    不变        “00”
状态2    删除1比特   “01”
状态3    插入“0”         “10”
状态4    插入“1”         “11”它们相应的功能及比特格式，而且仅仅是为了说明的目的。在两个时钟基本上相等的情况下，缓冲器400内的数据比特无需改变，代表无变化的状态1可相应于“00”的比特格式。对于时钟速度不足的情况，要求删除1比特，第二种状态或状态2可用“01”的比特格式代表。对于时钟超速的情况，需要有两种单独的状态，因为时钟超速情况要求把一个比特插入到存在的数据比特中；插入的比特可以是“0”或“1”。状态3相应于插入一个“0”比特，而且可以用“10”的比特格式表示，而状态4相应于插入一个比特“1”，而且可以用“11”的比特格式表示。通过对每个指示器设定两个门限值，滞后的能力可以增加，这取决于补偿的状态。
确定适当的时钟补偿状态是用一个数字信号处理器DSP)406和一个微处理器)μP)405来实现的，在优选实施例中，它们是莫托罗拉56001DSP和莫托罗拉68020μP。该μP监视缓冲器400中的指示器并且通过比较进入缓冲器400数据的速率同缓冲器400存在数据的速率，来确定合适的状态和代表的比特格式。因为μP405接收来自调制解调器126的数据，该μP405格式化该数据为V.110帧。一旦确定了所要求的补偿状态。因此DSP406改变多帧310中的数据比特数。如果μP405确定无需改变，使用“00”的比特格式作为补偿状态，而且不改变在多帧出现时数据比特D的数目。如果μp确定出现了时钟速度不足，即状态2，则“01”的比特格式被插入到多帧310中八个E比特中的两个比特。在这种情况下，接收多帧310的终端将忽略立即跟随的第二个V.110帧305的E比特的数据比特。如果μP405确定多帧310中的数据比特数需要增加一个比特，μP405将增加在总的用户数据比特中增加“0”或“1”比特的数目。这种情况在E比特之前的最后数据比特和在第二个V.110帧中E比特之后的第一个数据比特之间出现。
IWF125是一个双工系统，因此它也接收V.110帧，该帧被发送并被改变。图5描述根据调制解调器126输入端的要求，从V.110帧中接收并变换为原始数据的过程。数据接收机500接收多帧310，该多帧也包括第一个V.110帧300和第二个V.110帧305。这些帧输入到DSP506和μP505，在优选实施例中，它们也是莫托罗拉56001DSP和莫托罗拉68020μP。μP505和DSP506是由来自MN106时钟CLK2定时的。根据接收的补偿状态，DSP506对前向纠错进行解码并实现被偿状态比特，并且发送已解码的状态至μP505，因此，在μP506改变多帧310的数据比特。例如，如果补偿状态是状态2，微处理器将忽略第二个V.110帧305的各E比特之后的那个数据比特。如果解码出的状态是状态3或状态4的情况，微处理器将增加一个比特至存在于微处理器505的原始数据比特中。从微处理器505的输出被输入到数据缓冲器500，该缓冲器也有一个CLK2时钟输入。根据产生的校正补偿，μP505为调制解调器126建立新的速率，该调制解调器具有以CLK1进行定时的数据。该数据被传送至模拟/PCM部件124，由该部件把该数据变换为PCM信号并传回到MSC105。这时参照图1，MSC105使用PCM样值以音频调制格式传送该数据至PSTN/ISDN网络100。
图6一般地以流程图形式说明根据本发明的IWF进行符合独立时钟速率的发送数据的各个步骤。IWF的进程在步骤600开始，在步骤603提供一个具有第二时钟速率的时钟，并且在步骤606以第一时钟速率至少接收预定数量的网络信息比特和数据比特。然后，在步骤609μP405确定第一时钟速率和第二时钟速率之间的差值。在步骤612，DSP406用整数多个比特改变预定的数据比特数，并且在步骤615，数据发送机420发送至少一个网络信息比特和至少以第二时钟速率改变了数据比特。
图7一般地以流程图形式说明根据本发明的IWF进行符合独立时钟速率和接收数据的各个步骤。IWF的进程在步骤700开始，在步骤703，当数据接收机500接收至少一个以第二时钟速率的数据转移帧时，在步骤706，DSP506确定时钟的补偿状态，在步骤709，μP505至少用一个数据比特改变数据比特的数目，并且在步骤712，时钟调整部件501调整第二时钟速率与目的地网的时钟速率相符合。
图8一般地以流程图形式说明根据本发明一个通信系统从一个具有独立时钟源的网络至另一个具有独立时钟源的网络进行传送数据的各个步骤。进程在步骤800开始，在步骤803，第一个数据接口提供一个具有第二时钟速率的第二时钟，然后，在步骤806，第一数据接口至少接收具有第一时钟速率的预定数量的网络信息比特和数据比特，并且在步骤809，确定第一和第二时钟速率之间的差值。在步骤812，第一数据接口至少用一个数据比特改变预定数据比特的数目，并且在步骤815，至少以第二时钟速率发送一个网络信息比特和至少以第二时钟速率改变了的数据比特。在步骤818，第二数据接口以第二时钟速率至少接收一个网络信息比特和至少各个改变了的数据比特，并在步骤821，确定时钟补偿状态。在步骤824，第二数据接口至少用一个数据比特改变数据比特数目，并在步骤827，调整第二时钟速率与目的地网络的时钟速率相符合。
不仅用于使网络间各独立时钟源的时钟相符合的方法可以用于IEF125，而且这种方法还可以用于也要求时钟速率与某一独立时钟源相符合的移动产110。此外，所描述的方法可用于纯的ISDN环境，这里使用了分别的、异步的ISDN时钟源。
因为本发明装置和方法的优选实施例是一个数字无线电话系统，在经空中接口传输中，高的BER率不是罕见的，因此用了两个比特来表示时钟的补偿状态，其余的六个比特作为前向纠错，这样在数字无线电话系统中，对较高BER率的敏感性降低了。在优选实施例中，使用了两个V.110帧用于总的八个E比特。为了降低高BER第的敏感性，甚至进一步使用了多于两个连续的V.110帧，产生更多个E比特，用于前向纠错。此外，可以利用前向纠错的其它方法，例如，使用一个V.110帧，总共有四个E比特，和使用两个E比特用于时钟补偿，并且其余的E比特和额外的S和X比特用于前向纠错，仍能实现降低对高BER的敏感性。同样，在一个V.110帧中用于时钟补偿的E比特的一个至四个比特的任何一个比特可用于时钟补偿状态，并且以预定数目的V.110帧，通过重复特定的状态来实现前向纠错。在这种情况下，最初的V.110帧将有一个预定的状态，而且连续的V.110帧将包含有相同的状态，当系统已收到了“校正”补偿状态，系统满意时，它将连续接收包含有不同时钟补偿状态的不同的V.110帧。可以利用任何数量的前向纠错方案。
把本发明的装置和方法结合为一个无线电话系统，如像GSM，使异步/独立时钟源速率相符合的问题被解决了。该方法至少用一个全数据比特改变V.110帧中的数据比特，这样就保证了在空中接口压缩和优化中不丢失数据比特。如果是部分的，将会丢失比特。依据前向纠错的补偿状态，增加舆的可靠性，这样，降低了该方法对由于高BER产生的错误的敏感性。此外，使用简单的数据缓冲器，数据缓冲器典型地用于数据转移环境，它可用于替换昂贵的和复杂的相位差检测器，而且为了它们的使用，要求附加的取样技术。

Claims (19)

1.一种用以在与一个网络相接口的一个无线电话通信系统中补偿数据速率差的方法，所述的网络具有以相对于无线电话通信系统数据速率而言的不同速率定时钟的数据，所述的无线电话通信系统具有一部发射机和一部接收机，它们传递数据速率补偿信息，该方法其特征在于包括以下步骤：
该接收机接收上述的数据速率补偿信息；
该接收机根据上述据速率补偿信息，利用一个整数倍比特补偿数据速率差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述的接收机设置在固定现场蜂窝无线电话永久性基地设备中或设置在蜂窝无线电话的移动设备中。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，上述固定现场蜂窝无线电话永久性基地设备是基站系统(BSS)或移动交换中心(MSC)或交互工作功能块(IWF)其中之一。
4.一种用以在与一个网络相接口的一个无线电话通信系统中补偿数据速率差的方法，所述的网络具有以相对于无线电话通信系统数据速率而言的不同速率定时钟的数据，所述的无线电话通信系统具有一部发射机和一部接收机，它们传递数据速率补偿信息，该方法其特征在于以下步骤：
根据数据速率差确定所需的补偿；
根据所需的补偿产生数据速率补偿信息；
根据数据速率补偿信息，指使接收机用一整数倍比特补偿数据速率差。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，上述的发射机设置在固定现场蜂窝无线电话永久性基地设备中或在蜂窝无线电话的设备中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，上述固定现场蜂窝无线电话永久性基地设备是基站系统(BSS)或移动交换中心(MSC)或交互工作功能块(IWF)其中之一。
7.一种用以在与一个网络相接口的一个无线电话通信系统中补偿数据速率差的方法，所述的网络具有以相对于无线电话通信系统数据速率而言的不同速率定时钟的数据，所述的无线电话通信系统具有一部发射机和一部接收机，它们传递数据速率补偿信息，该方法其特征在于，包括以下步骤：
根据数据速率差确定所需的补偿；
根据所需的补偿产生数据速率补偿信息；
指使该接收机用一整数倍比特补偿数据速率差；
接收数据速率补偿信息；
响应上述指使步骤，用一整数倍比特补偿数据速率的差。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，上述发射机或接收机设置在固定现场蜂窝无线电话永久性基地设备中或设置在蜂窝无线电话的移动设备中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，上述的固定现场蜂窝无线电话永久性基地设备是基站系统(BSS)、或移动交换中心(MSC)或交互工作功能块(IWF)其中之一。
10.一种用以在与一个网络相接口的一个无线电话通信系统中补偿数据速率差的方法，所述的网络具有以相对于无线电话通信系统数据速率而言的不同速率定时钟的数据，所述的无线电话通信系统具有一部发射机和一部接收机，它们传递数据速率补偿信息，该方法其特征在于包括以下步骤：
根据数据速率差确定所需的补偿；
根据所需的补偿产生数据速率补偿信息；
指使上述接收机用一整数倍比特补偿数据速率差，并分配该数据速率补偿信息至少在两帧上传输；
接收被分配在至少两帧上的数据速率补偿信息；
根据该数据速率补偿信息确定所需的补偿；
响应上述的指使步骤，利用一整数倍比特补偿数据速率的差。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，产生数据速率补偿信息是根据所期望的通信系统的比特差错率而产生的。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，上述发射机或接收机设置在固定现场蜂窝无线电话记久性基地设备中或设置在蜂窝无线电话移动设备中。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，上述固定现场蜂窝无线电话永久性基地设备是基站系统(BSS)、或移动交换中心(MSC)或交互工作功能块(IWF)其中之一。
14.一种用以在与一个网络相接口的一个通信系统中，补偿数据速率差的方法，所述的网络具有以不同速率定时的数据，一个所述的通信系统具有一部发射机和一部接收机，它们传递在各帧中的数据速率补偿信息，该方法其特征在于包括以下步骤：
根据数据速率差确定所需的补偿；
根据所需的补偿产生数据速率补偿信息；
该数据速率补偿信息分配到至少两帧内进行传送；
接收被分配到至少两帧上的数据速率补偿信息；
根据数据速率补偿信息确定所需的补偿；
响应上述产生步骤，补偿数据速率的差。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的发射机或接收机设置在固定现场蜂窝无线电话永久性基地设备中或设置在蜂窝无线电话移动设备中。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，上述固定现场蜂窝无线话永久性基地设备是基站系统(BSS)或移动交换中心(MSC)或交互工作功能块(IWF)其中之一。
17.一种用以在与一个网络相接口的一个通信系统特别是无线电话系统中补偿数据速率差的方法，所述的网络具有不同速率定时的数据，所述的通信系统以5比特码字的形式在各ISDN帧中传送数据速率补偿信息，该方法其特征在于包括以下步骤：
根据数据速率差确定所需的补偿；
根据所需的补偿产生5比特码字；
分配5比特码字在至少两个ISDN帧中传送，其中所述的5比特码字指示接收机用一整数倍比特补偿数据速率差；
把至少两个ISDN帧压缩为一个标准的空中接口格式；
将该标准空中接口格式经射频频率(RF)信道发送至接收该标准空中接口格式的接收机；
将上述标准的空中接口格式去压缩为至少两个ISDN帧，
确定分配到至少两个ISDN帧的5比特码字；
根据5比特码字确定所需的补偿；
响应所确定的补偿，利用一整数倍比特补偿数据速率的差。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，用一整数倍比特补偿数据速率差是利用通信系统在压缩和去压缩期间保护数据速率补偿信息使之不致消除而实现的。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，该数字无线电话系统至少是基地系统(BSS)、移动交换中心(MSC)、交互工作功能块(IWF)或移动设备其中之一。
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