專利名稱：應用在無線通信系統(tǒng)中雙向時隙同步估計器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于在時分多址(TDMA)無線通信系統(tǒng)中一幀時間內(nèi)來進行時隙同步估計的電路和方法，更準確的講，是關(guān)于采用雙向平均法來進行時隙同步估計的系統(tǒng)與方法。
(2)背景技術(shù)GSM是一種蜂窩通信系統(tǒng)，它在世界各地得到了廣泛的應用。GSM使用兩個預留的25MHz帶寬來實現(xiàn)通信的。890-915MHz帶寬是用于從用戶端到基站的傳輸(反向鏈路)，935-960MHz帶寬是用于從基站到用戶端的傳輸(正向鏈路)。然而如果有其它額外的帶寬用于GSM協(xié)議將會更好。GSM協(xié)議是采用頻分復接和時分多址來實現(xiàn)基站的多個用戶同時接入。正向鏈路、反向鏈路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率都大約為270Kbps，采用二進制高斯最小相移鍵控(GMSK)調(diào)制方式。
(3)發(fā)明內(nèi)容在GSM協(xié)議里存在幾種業(yè)務信道和控制信道。業(yè)務信道用于數(shù)字化的語音業(yè)務或數(shù)據(jù)業(yè)務的傳輸。控制信道包括大家熟知的頻率校正信道(FCCH)，它具有特有的數(shù)據(jù)脈沖格式，恒定占據(jù)第一個GSM幀的T0時隙，并且在控制信道復幀里每10個幀就重復發(fā)送一次。FCCH作用是使得每一個用戶單元的內(nèi)在頻率(本地晶體振蕩器)可以同步到基站的精確頻率上去。
頻率控制信道一般是在給定頻率范圍內(nèi)的單頻信號，它每50個脈沖就重復一次。然而諸如強高斯噪聲、強同信道干擾、強鄰信道干擾以及嚴重的衰落等因素都會使得典型的頻率校正方法即不可靠又費時；從對用戶側(cè)的凈效應來看，就是頻率校正需要花費較長的建立時間。
另一個控制信道是同步控制信道(SCH)，它通常是緊接著FCCH幀在時隙0(TS0)位置上以廣播形式發(fā)送出去，通過將移動端同步到基站頻率上去而實現(xiàn)當前服務基站的識別。在SCH脈沖周期內(nèi)，幀號(FN)是和基站識別碼(BSIC)一同廣播發(fā)送出去的。GSM系統(tǒng)中每個基站都分配有獨一無二的BSIC。
為了解SCH上的數(shù)據(jù)脈沖，通常需要估計SCH數(shù)據(jù)脈沖的時隙同步。SCH數(shù)據(jù)脈沖的解碼需要一個粗略的時隙估計。SCH解碼之后，通過檢查獲得的信道峰值可以得到更精確的幀同步。只要粗糙的時隙同步的誤差限制在一個特定的范圍內(nèi)，基站與用戶間的握手過程就可以成功建立；然而如果粗糙的時隙同步估計的錯誤超出了SCH脈沖解碼過程可以承受的范圍，那么SCH脈沖的解碼就告失敗。
(4)


圖1是本發(fā)明的時隙同步估計器的方框圖。
圖2說明了由圖1系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)功率比的一個例子。
圖3給出一個解釋本發(fā)明時隙同步估計方法的流程圖。
圖4畫出的方框圖是可以在本發(fā)明里使用的一個FCCH檢測器。
(5)具體實施方式
本發(fā)明給出應用在移動通信系統(tǒng)中對時隙同步進行估計的一種方法和裝置。在下面的描述中，給出大量的技術(shù)細節(jié)以便對該發(fā)明體系有一個全面的理解。本領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人士將會看出，沒有一個或多個技術(shù)細節(jié)、或者和其它方法、組件等一起使用，該發(fā)明仍可實現(xiàn)。另一方面，大家熟知的結(jié)構(gòu)或操作沒有詳細地給出，以免對該發(fā)明主體起到喧賓奪主的不利影響。
在本發(fā)明里至少有一個實現(xiàn)形式，它具有與之結(jié)合的某一個特定的特點、結(jié)構(gòu)或?qū)傩?，在本技術(shù)說明里采用″one embodiment″或″an embodiment″來表示某個實現(xiàn)形式。因此在全篇文章的多個地方，術(shù)語″in one embodiment″或″in an embodiment″并不表示同一個實現(xiàn)實體；而且特定的特點、結(jié)構(gòu)或?qū)傩钥梢越Y(jié)合在某個或多個實體的任何適當?shù)男问嚼铩?br> 進一步說，雖然本發(fā)明是在GSM協(xié)議范疇下論述的，但是它同樣也可以應用在任何采用幀結(jié)構(gòu)的無線通訊系統(tǒng)里。因此，本發(fā)明的下面論述只是在GSM協(xié)議下的時隙同步估計的一個實例。而且，雖然本發(fā)明實現(xiàn)了一種時隙同步的估計，但是基于這種時隙同步方法，我們還可以獲得幀同步信息，詳細如下所述。
由圖1，本發(fā)明裝置里包括一個FCCH檢測器101和一個處理器103。FCCH檢測器101可以是眾多種類中的某一種。某些FCCH檢測器101可以輸出一個功率比，它指示著當前FCCH單頻信號的存在與否。其它一些FCCH檢測器101卻僅僅輸出一個同步信息，指示著FCCH時隙的開始與結(jié)束時間。還有其它一些FCCH檢測器101只是輸出FCCH時隙的結(jié)束時間。從FCCH時隙的結(jié)束時間，再加上已知的時隙持續(xù)時間，我們就可以推導出FCCH時隙的開始時間。無論何種情形，F(xiàn)CCH檢測器101都要接收一個復采樣序列r(n)作為輸入信號。本發(fā)明可以采用這些FCCH檢測器101種類種的如何一種，或者其它類型的FCCH檢測器。上述FCCH檢測器101的每個種類都將和本發(fā)明結(jié)合起來描述。
基于功率比的FCCH檢測器在一種具體的實現(xiàn)形式里，F(xiàn)CCH檢測器101提供一個數(shù)據(jù)序列，當該數(shù)據(jù)序列得到恰當?shù)胤治鰰r，可以提供關(guān)于FCCH時隙何時開始、何時結(jié)束的指示。FCCH檢測器101可以采用以下正在申請專利的論文中所提出的形式，該論文題目為″Phase Difference Based Frequency Correct ion ChannelDetector for Wireless Communicat ion System″，作者是Lin等人，2002年4月9日建檔，序列號為10/_/_，這里為了完整性參考了該文。
作為一種具體的實現(xiàn)形式，F(xiàn)CCH檢測器101決定一個功率比并且提供一個輸出，如圖2所示。圖2畫出功率比t(n)對抽樣指數(shù)n的曲線圖。典型的，功率比t(n)接近單位1，直到FCCH單頻信號被檢測到，此時功率比t(n)會顯著下降到0附近。當FCCH單頻信號結(jié)束時，功率比t(n)又會迅速上升到1附近。圖2曲線只是功率比t(n)的一個例子。其它傳輸條件將會影響t(n)的精度屬性，但是功率比t(n)在形態(tài)上通常不會改變。
一般地，可以發(fā)現(xiàn)功率比t(n)的上升邊緣要比它的下降邊緣陡峭的多。這意味著它的上升邊緣有著更小的方差。這樣，上升邊緣就更適合用來估計時隙的邊界。預設的門限由參數(shù)401表示。
假設功率比t(n)值超過門限401的時間指數(shù)表示為Trise，那么FCCH數(shù)據(jù)脈沖時隙的開始時間可以由下式估計
Tbegin＝Trise-D-TimeSlotWidth這里D是檢測延時，系數(shù)TimeSlotWidth表示一個時隙的持續(xù)時間。D與該檢測裝置的數(shù)個參數(shù)有關(guān)，而且還將受衰落、噪聲以及信道條件的影響。應該注意到，本發(fā)明只是一種實現(xiàn)實例，這里的FCCH檢測器101的輸出數(shù)據(jù)是基于功率比的。
為了提高時隙同步估計的準確性，根據(jù)本發(fā)明，我們將給出一種雙向逼近方法。該方法大致可由圖3表示。首先，在方框501里，參數(shù)Trise1是由從FCCH檢測器101獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后決定的，這些數(shù)據(jù)定義為t(1)，t(2)，…，t(M)。參數(shù)Trise1是一個時間指數(shù)，在此時間上FCCH檢測器101檢測到時隙結(jié)束的上升邊緣。接下來，在503方框里，參數(shù)Trise2是由逆序數(shù)據(jù)的處理來獲得的，逆序數(shù)據(jù)表示為t(M)，t(M-1)，…，t(1)。參數(shù)Trise2還是表示時間指數(shù)，在此時間上逆序數(shù)據(jù)指示著時隙結(jié)束的上升邊緣發(fā)生。于是在方框505里，用來傳送FCCH單頻信號的時隙0的中間時間位置就可由下式?jīng)Q定Tm＝(Trise1+Trise2)/2一旦時隙的中間位置決定下來后，在方框507里，時隙同步和/或幀同步就很容易從Tm值來推導出，因為時隙大致是以時刻Tm為中心的。
此外，如果需要的話，幀同步也可以獲得，這是因為GSM協(xié)議里FCCH時間脈沖是在時隙0上的，時隙0的開始時間就是該幀的開始時間。該幀的結(jié)束時間就是時隙0的結(jié)束時間再額外加上7個時隙持續(xù)時間，原因是，在GSM協(xié)議里，一幀是由8個時隙構(gòu)成的。
輸出開始和結(jié)束時間的FCCH檢測器作為另一種具體的實現(xiàn)形式，F(xiàn)CCH檢測器101只是輸出FCCH時隙的開始和結(jié)束時間。這種檢測器接收到一個輸入序列r(n)，經(jīng)過一些分析，輸出開始和結(jié)束時間。如圖4所示，典型地，這種FCCH檢測器包括一個輸入緩存器401和一個數(shù)字信號處理器(DSP)403。具有預算能力的DSP403用來執(zhí)行一些預定的指令，而這些指令可以對存儲在緩存器401中的輸入序列進行分析以確定開始時間和結(jié)束時間。此FCCH檢測器101所獲得的結(jié)束時間由圖1的處理器103接收，并表示為Trise1。
為了與本發(fā)明的具體實現(xiàn)實例相一致，處理器103需要發(fā)送一個控制指令，并且由圖4中的FCCH檢測器101接收。該控制指令指示FCCH檢測器101來執(zhí)行對存儲在緩存器401中的數(shù)據(jù)的第二次分析。而且第二次分析期間，輸入序列是逆序的。也就是說，如果第一次分析的輸入序列是r(1)，r(2)，…，r(M)，M是輸入序列r(n)的采樣數(shù)，那么第二次分析的輸入序列就是r(M)，r(M-1)，…，r(1)，此時從DSP403中輸出第二個開始時間和第二個結(jié)束時間。由于第二次分析時輸入序列是逆序的，所以第二個開始時間實際上是″第二個結(jié)束時間″，而第二個結(jié)束時間也實際上就是″第二個開始時間″。處理器103接收到第二個開始時間并表示為Trise2。參數(shù)Trise2是時間指數(shù)，在此時間上逆序數(shù)據(jù)表示時隙結(jié)束的上升邊緣發(fā)生。
接著，用來傳送FCCH單頻信號的時隙0的中間位置由下式?jīng)Q定Tm＝(Trise1+Trise2)/2一旦時隙的中間時刻位置決定下來后，時隙同步和/或幀同步就很容易從Tm來推導出，因為時隙大致是以時刻Tm為中心的。
此外，如果需要的話，幀同步也可以獲得。因為GSM協(xié)議里FCCH數(shù)據(jù)脈沖是在時隙0上的，時隙0的開始時間就是該幀的開始時間，而該幀的結(jié)束時間就是時隙0的結(jié)束時間上再額外加上7個時隙持續(xù)周期，這是因為在GSM協(xié)議里，一幀是由8個時隙構(gòu)成的。
輸出結(jié)束時間的FCCH檢測器同比類似上面第3部分論述的FCCH檢測器，另一種FCCH檢測器只是輸出FCCH時隙的結(jié)束時間。FCCH檢測器的處理過程可以充分地從上面圖4所述地FCCH檢測器中得到描述。然而該檢測器在第一次分析后僅僅輸出一個結(jié)束時間，在第二次逆序數(shù)據(jù)分析后僅僅輸出一個開始時間(實際上是″第二個結(jié)束時間″)，而不像前面討論的檢測器分別輸出兩個開始時間和兩個結(jié)束時間。
FCCH檢測器101第一次分析獲得的結(jié)束時間由圖1所示的處理器103來接收，表示為Trise1。為了與本發(fā)明的具體實現(xiàn)形式相一致，處理器103需要發(fā)送一個控制指令，并且由圖4中所示的FCCH檢測器101接收。該控制指令指示FCCH檢測器101來執(zhí)行對存儲在緩存器401中的數(shù)據(jù)的第二次分析，而且第二次分析時的輸入序列是逆序的。也就是說，如果第一次分析的輸入序列是r(1)，r(2)，…，r(M)，M是輸入序列r(n)的采樣數(shù)，那么第二次分析的輸入序列就是r(M)，r(M-1)，…，r(1)，此時從DSP403中輸出第二個開始時間。由于第二次分析的輸入序列是逆序的，所以第二個開始時間實際上是一個″結(jié)束時間″。處理器103接收到這第二個開始時間并表示為Trise2。參數(shù)Trise2是時間指數(shù)，在此時間上逆序數(shù)據(jù)表示時隙結(jié)束的上升邊緣發(fā)生。
因此，用來傳送FCCH單頻信號的時隙0的中間時刻可由下式?jīng)Q定Tm＝(Trise1+Trise2)/2一旦時隙的中間位置決定下來后，時隙同步和/或幀同步就很容易從Tm來推導出，因為時隙大致是以時刻Tm為中心的。
此外，如果需要的話，幀同步也可以獲得。因為GSM協(xié)議里FCCH時間脈沖是在時隙0上的，時隙0的開始時間就是該幀的開始時間。該幀的結(jié)束時間就是時隙0的結(jié)束時間再額外加上7個時隙持續(xù)時間。這是因為在GSM協(xié)議里，一幀是由8個時隙構(gòu)成的。
在更普遍情形下，本發(fā)明所提出的方法仍然可以應用。輸出時隙的開始時間、時隙的中間時刻或時隙的其它時刻信息的FCCH檢測器都可以采用，在此情形下，F(xiàn)CCH檢測器輸出信息仍可以為本發(fā)明所應用。因此，不管FCCH檢測器輸出什么時刻信息都可以在雙向時隙同步估計方式下采用，而不僅僅是FCCH時隙的結(jié)束時間。參數(shù)Trise1和Trise2可以看作是分別經(jīng)FCCH檢測器正向和反向計算后更廣泛意義上的輸出。
結(jié)論至此我們給出的方法是與檢測電路相獨立的，而且該方法與諸如噪聲、衰落以及信道擴展等不利因素的關(guān)系不大。因此我們提出的方法具有較強的魯棒性。
進一步講，作為一個應用方面，一旦用于傳送FCCH數(shù)據(jù)脈沖時隙的時隙同步估計出來后，SCH數(shù)據(jù)脈沖的時隙同步就可以大致被估計出來。這是由于在GSM協(xié)議里，SCH數(shù)據(jù)脈沖是緊跟著FCCH數(shù)據(jù)脈沖后面的時隙0上發(fā)送的，因此SCH數(shù)據(jù)脈沖的開始時間估計就是FCCH數(shù)據(jù)脈沖開始時間再加上一個幀長就獲得了。
從前面所述，為了闡述方便，我們給出本發(fā)明的一個實現(xiàn)形式；在此發(fā)明的思想和范疇下各種其它的變種也可以獲得；相應地，如果沒有附加的申明，本發(fā)明是沒有什么限制。
因此，上面對本發(fā)明實體詳細的論述并不是故意復雜化，也不是將本發(fā)明局限到某個精確的形式上。上面敘述的本發(fā)明的實現(xiàn)形式和實例只是為了說明起見，在此發(fā)明的框架下各種等效的修改都是可能的，正如在相關(guān)文獻里公認的那樣。例如，以某個給定的次序下給出操作步驟，可選的實現(xiàn)形式可能按照不同次序的步驟完成操作。這里給出的本發(fā)明的教義可以應用于其它的系統(tǒng)里，而不僅僅只是這里描述的GSM系統(tǒng)里。依照詳細的描述，本發(fā)明可以進行一些這樣或那樣的變化。
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)時隙同步的方法，其特征在于，包括(a)利用頻率校正信道檢測器所提供的輸出數(shù)據(jù)t(n)來計算第一次上升時間；(b)利用逆序數(shù)據(jù)的處理獲得的所述輸出數(shù)據(jù)t(n)，計算第二次上升時間；(c)應用所述的第一次上升時間和第二次上升時間，計算時隙的中間時刻；以及(d)利用所述的時隙中間時刻估計時隙同步。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一次上升時間指數(shù)是t(n)超過一個預定門限而獲得，第二次上升時間指數(shù)是逆序數(shù)據(jù)處理得到的t(n)超過一個預定門限而獲得。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，時隙同步集中在所述的時隙中間時刻附近。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括基于所述的時隙中間時刻獲得一個幀同步估計。
5.一種進行時隙同步估計的裝置，其特征在于，包括(a)根據(jù)頻率校正信道檢測器提供的輸出數(shù)據(jù)t(n)計算出第一次上升時間的手段；(b)根據(jù)逆序數(shù)據(jù)處理而輸出的數(shù)據(jù)t(n)，計算第二次上升時間的手段；(c)根據(jù)所述的第一次上升時間和第二次上升時間，計算出時隙的中間時刻的手段；(d)利用所述的時隙中間時刻，估計時隙同步的手段。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，第一次上升時間指數(shù)是t(n)超過一個預定門限而獲得，第二次上升時間指數(shù)是逆序數(shù)據(jù)處理得到的t(n)超過一個預定門限而獲得。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，時隙同步集中在所述的時隙中間時刻附近。
8.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，還包括根據(jù)所述得時隙中間時刻來確定幀同步估計。
9.一種根據(jù)輸入信號序列r(n)確定時隙同步的方法，其特征在于，包括(a)基于所述的輸入信息序列r(n)，使用一個頻率校正信道檢測器確定第一個時隙的結(jié)束時間；(b)基于逆序的輸入信息序列r(n)，使用所述的頻率校正信道檢測器以確定第二個時隙的結(jié)束時間；(c)通過平均剛才獲得的第一個時隙的結(jié)束時間和第二個時隙的結(jié)束時間，計算出時隙的中間時刻位置；(d)利用得到的所述時隙中間時刻估計時隙同步。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，是在時隙中間時刻位置上得到時隙同步。
11.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，還包括由所述的時隙中間時刻位置進而確定幀同步。
12.一種基于輸入信號序列r(n)確定時隙同步的裝置，其特征在于，包括(a)一個頻率校正信道檢測器，用來從輸入信號序列r(n)中確定第一個時隙結(jié)束時間和從逆序數(shù)據(jù)處理得到的輸入信號序列r(n)確定第二個時隙結(jié)束時間；(b)一個處理器，用來平均第一時隙結(jié)束時間和第二時隙結(jié)束時間以計算出時隙的中間時刻位置。(c)利用所述的時隙中間時刻位置進行時隙同步估計的手段。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，時隙同步集中在所述的時隙中間時刻附近。
14.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，還包括根據(jù)時隙中間時刻確定幀同步估計的手段。
15.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，頻率校正信道檢測器包括一個輸入緩存器和一個數(shù)字信號處理器。
全文摘要
本發(fā)明給出一種基于輸入信號序列r(n)來獲得時隙同步的方法，該方法包括使用一個頻率校正信道檢測器，對輸入信號序列r(n)處理確定第一個時隙結(jié)束時間；接著對輸入信號序列r(n)的逆序進行處理確定第二個時隙的結(jié)束時間；通過平均這兩個結(jié)束時間得到時隙中間時刻點；最后這個時隙中間時刻點用來估計時隙的同步。
文檔編號H04J3/06GK1487678SQ03123158
公開日2004年4月7日 申請日期2003年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月24日
發(fā)明者林敬東 申請人:展訊通信(上海)有限公司