專利名稱：Gsm通訊系統(tǒng)中使用迭代濾波估計(jì)頻率的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于GSM數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中移動(dòng)站頻率估計(jì)的方法，更確切地說是，使用頻率控制信道的單頻信號(hào)多采樣子集來實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率估計(jì)的方法。
背景技術(shù)：
GSM是移動(dòng)通訊中使用最廣泛的一種通訊標(biāo)準(zhǔn)。在具體的實(shí)現(xiàn)中，GSM通常使用兩個(gè)預(yù)留的25MHz帶寬來實(shí)現(xiàn)通信的，其中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(huì)更好。GSM協(xié)議是采用頻分復(fù)接和時(shí)分多址(TDMA)來實(shí)現(xiàn)基站的多個(gè)用戶同時(shí)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(jìn)制高斯最小相移鍵控(GMSK)調(diào)制方式。
在GSM協(xié)議里存在幾種業(yè)務(wù)信道和控制信道。業(yè)務(wù)信道用于數(shù)字化的語音業(yè)務(wù)或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸。控制信道包括公知的頻率校正信道(FCCH)，它具有特有的數(shù)據(jù)突發(fā)包格式，恒定占據(jù)第一個(gè)GSM幀的T0時(shí)隙，并且在控制信道復(fù)幀里每10個(gè)幀就重復(fù)發(fā)送一次。FCCH作用是使得每一個(gè)用戶單元的本地頻率(本地晶體振蕩器)可以同步到基站的精確頻率上去。
FCCH所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)突發(fā)包的傳輸速率一般是信道數(shù)據(jù)速率的四分之一，即270.833333÷4或67.708KHz。也就說，F(xiàn)CCH是一個(gè)67.708KHz的單頻信號(hào)，但是由于各種各樣的其他原因，如同信道干擾、高斯噪音，所接收到的FCCH的頻率可能不是67.708KHz。為了使移動(dòng)站能夠正常工作，我們必須保證在100Hz之內(nèi)正確估計(jì)出FCCH信號(hào)的頻率。
曾經(jīng)在另一個(gè)專利“迭代過濾頻率估計(jì)器以及估計(jì)方法”(美國專利號(hào)US5,761,250)中提出過一種FCCH信號(hào)的頻率估計(jì)方法。在這種方法中，我們把FCCH脈沖重復(fù)迭代濾波從而得到對(duì)極點(diǎn)位置的估計(jì)，再利用這個(gè)極點(diǎn)值來估計(jì)FCCH突發(fā)包的頻率。但是這種方法的精確性還有待提高。


在以下詳細(xì)圖示的說明幫助下，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)會(huì)更易理解圖1是本發(fā)明中提出的頻率估計(jì)裝置的原理圖；圖2是本發(fā)明提出的頻率估計(jì)方法的流程圖；圖3是在本發(fā)明中提到的被采樣的FCCH單頻信號(hào)；圖4是一個(gè)存在頻偏的FCCH單頻信號(hào)，因?yàn)槭菃晤l信號(hào)，所以采樣后的子集是正弦波。
具體實(shí)施例方式
在下面的描述中，給出大量的技術(shù)細(xì)節(jié)以便對(duì)該發(fā)明體系有一個(gè)全面的理解。本領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人士將會(huì)看出，沒有一個(gè)或多個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)、或者和其它方法、組件等一起使用，該發(fā)明仍可實(shí)現(xiàn)。另一方面，大家熟知的結(jié)構(gòu)或操作沒有詳細(xì)地給出，以免對(duì)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(gè)實(shí)現(xiàn)形式，它具有與之結(jié)合的某一個(gè)特定的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或?qū)傩?，在本技術(shù)說明里采用“一個(gè)實(shí)施例”來表示某個(gè)實(shí)現(xiàn)形式。因此在全篇文章的多個(gè)地方，術(shù)語″在一個(gè)實(shí)施例中并不表示同一個(gè)實(shí)現(xiàn)實(shí)體；而且特定的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或?qū)傩钥梢越Y(jié)合在某個(gè)或多個(gè)實(shí)體的任何適當(dāng)?shù)男问嚼铩?br> 圖1顯示了本發(fā)明的裝置，頻率估計(jì)器101包括了一個(gè)可選的帶通濾波器103，采樣器105，一個(gè)自動(dòng)回歸濾波器107和一個(gè)相關(guān)累加器109，一個(gè)更新計(jì)算器111，一個(gè)頻率計(jì)算器113。正如以下將會(huì)詳細(xì)敘述的，F(xiàn)CCH中的數(shù)據(jù)可以有選擇的通過帶通濾波器103的處理。
采樣器105處理信號(hào)x(n)，輸出子集，可以表示為xk(m)。這里的k是子集的標(biāo)示。接下來，自動(dòng)回歸濾波器107會(huì)對(duì)每一個(gè)上述子集濾波，自動(dòng)回歸濾波器107的輸出是相關(guān)器累加器107的輸入。
更新計(jì)算器111負(fù)責(zé)更新自動(dòng)回濾波器的極點(diǎn)位置。自動(dòng)回歸濾波器107，相關(guān)器和累加器109和更新計(jì)算器111根據(jù)一個(gè)預(yù)先設(shè)定的循環(huán)值，循環(huán)工作直到極點(diǎn)位置收斂。最后，頻率計(jì)算器113根據(jù)相關(guān)器和累加器109估計(jì)計(jì)算出頻率值。
圖1中所示的各個(gè)組成部分可以是離散的處理器，更常見的情況是數(shù)字信號(hào)處理器，這些數(shù)字信號(hào)處理器用于執(zhí)行特定的功能。
圖2顯示了本發(fā)明的總體框架。FCCH的接收數(shù)據(jù)可以有選擇的在圖2中框201濾波，濾去帶外噪聲和干擾。
在框203中，信號(hào)x(n)被采樣分解為許多子集xk(m)，我們用p來表示子集的個(gè)數(shù)。對(duì)于一個(gè)子集xk(m)，它包含的數(shù)據(jù)是信號(hào)x(n)的從第k個(gè)數(shù)據(jù)開始的第k+p，k+2p，k+3p...個(gè)數(shù)據(jù)。舉例說明假設(shè)p＝4，則子集x1(m)中的數(shù)據(jù)就包括x(n)中的第1，5，9，13等等個(gè)數(shù)據(jù)，子集x2(m)包括的數(shù)據(jù)是x(n)中的第2，6，10，14等等個(gè)數(shù)據(jù)，子集x3(m)包括的數(shù)據(jù)是x(n)中的第3，7，11，15等等個(gè)數(shù)據(jù)，子集x4(m)包括的數(shù)據(jù)是x(n)中的第4，8，12，16等等個(gè)數(shù)據(jù)。在這種實(shí)現(xiàn)形式中p＝4，我們列出了4個(gè)子集，在其他的實(shí)現(xiàn)形式中，p＝8，相應(yīng)的就有8個(gè)子集。
在圖2的205中，每一個(gè)子集經(jīng)一個(gè)自動(dòng)回歸的單極點(diǎn)濾波器處理。濾波器的極點(diǎn)位置表示為a(k)，濾波后的子集在框207中接受相關(guān)和累加操作，產(chǎn)生了系數(shù)r，然后，在框209中，極點(diǎn)位置a(k)根據(jù)系數(shù)r的反正切值被計(jì)算出來。
205-209的操作過程將會(huì)被重復(fù)N次，每一次重復(fù)都會(huì)對(duì)a(k)更新一次。在211框中根據(jù)最后得到的r值計(jì)算出載波頻率。以上是對(duì)本發(fā)明的概述，在下面我們會(huì)對(duì)其做詳述。
本發(fā)明把接收到的FCCH信號(hào)采樣分解為一些子集，并對(duì)其采用循環(huán)迭代的方法以期估計(jì)計(jì)算出頻率值。FCCH信號(hào)是一個(gè)有156個(gè)值的單頻信號(hào)，但移動(dòng)站不知道其具體的頻率值。正如圖3所示，接收到的FCCH脈沖可以被表示成正弦波301，正弦波301是以270.8333KHz(一般FCCH脈沖頻率的四倍)被采樣的。在某種實(shí)現(xiàn)形式中，樣本中的每第4個(gè)或第8個(gè)數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)化為子集中一個(gè)數(shù)據(jù)，這樣有4個(gè)或8個(gè)子集，每一子集包括原樣本中的每4個(gè)或8個(gè)數(shù)據(jù)。舉一個(gè)例子，例子中FCCH信號(hào)被表示為x(n)，信號(hào)x(n)可以通過帶通濾波器以濾除帶外噪聲和干擾，接下來信號(hào)x(n)被采樣分解為頻率為67.708KHz的子集。如果x(n)的頻率是270.83333KHz，那么x(n)被分解為4個(gè)子集。如果x(n)被雙倍采樣，則x(n)就會(huì)被分解為8個(gè)子集。在這里采樣也同時(shí)意味著把數(shù)據(jù)序列x(n)分解為包含等相位關(guān)系的數(shù)據(jù)點(diǎn)的子集。在圖3中所示的FCCH信號(hào)的頻率是67.708KHz，圖4中FCCH信號(hào)的是有頻差，偏離了67.708KHz。子集可以被以數(shù)學(xué)形式表示為xk(m)＝x(p·m+k)其中，p＝4，k＝1，2，3，4，或者p＝8，k＝1，2，...，8(雙倍采樣)圖3，圖4中p＝4，即有4個(gè)子集。
接下來，一個(gè)單極點(diǎn)的自動(dòng)回歸濾波器會(huì)處理每一個(gè)子集的數(shù)據(jù)，這個(gè)單極點(diǎn)自動(dòng)回歸濾波器的自動(dòng)回歸參數(shù)是a(k)，也就是說這個(gè)濾波器的極點(diǎn)值是a(k)，數(shù)據(jù)處理的數(shù)學(xué)表示如下yk(n)＝xk(n)+a(k)·yk(n-1)
以上每個(gè)子集處理結(jié)果經(jīng)過相關(guān)處理，所有的輸出結(jié)果被累加。在其他的實(shí)現(xiàn)形式中，不是所有的子集都經(jīng)過上步中的數(shù)據(jù)處理，累加過程可以被數(shù)學(xué)表達(dá)為r=ΣkΣqyk(q+m)·yk*(q)]]>其中，q是子集中數(shù)據(jù)的序列號(hào)；對(duì)于p＝4的情況，每一個(gè)子集有39個(gè)數(shù)據(jù)元素(FCCH的156個(gè)數(shù)據(jù)被分成4個(gè)部分)，因此q的值在1-39之間。
a(k)的值被以下的式子重新計(jì)算a(k)=βej·∠rm]]>其中，β是一個(gè)非常接近unity(1)的數(shù)值，∠r是r的角度值，即∠r=atan(Imag(r)real(r))]]>整個(gè)過程循環(huán)迭代N次，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)N＝8時(shí)，所估計(jì)出來的頻率已經(jīng)非常接近真實(shí)值。
估計(jì)出的頻率偏移被表達(dá)為f=fs2π·∠rm]]>其中，fs是采樣頻率，即x(n)的頻率，參數(shù)m是相關(guān)的間隔。
利用本發(fā)明，可以從信號(hào)中確定出相位信息，而且本發(fā)明可以直接估計(jì)出頻偏。
綜上所述，我們給出了詳細(xì)的關(guān)于本發(fā)明的描述。但是，從本發(fā)明的思想和范圍出發(fā)，可以有各種各樣的變化。因此，本發(fā)明并不僅限于上面的具體實(shí)施方式
之中。
權(quán)利要求
1.一種GSM通訊系統(tǒng)中的頻率估計(jì)方法包括(a)接收頻率控制信道的數(shù)據(jù)突發(fā)包；(b)對(duì)上述數(shù)據(jù)突發(fā)包采樣，得到多個(gè)子集(c)對(duì)至少一個(gè)上述脈沖子集濾波，以產(chǎn)生一個(gè)已受濾波處理的子集；(d)對(duì)上述經(jīng)過濾波處理的子集做相關(guān)處理，并且把結(jié)果累加得出一個(gè)參數(shù)r；(e)用參數(shù)r更新濾波處理的濾波系數(shù)；(f)重復(fù)N次(c)-(e)的操作；(g)根據(jù)參數(shù)r計(jì)算出估計(jì)的頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濾波處理用于對(duì)上述多個(gè)子集中的每個(gè)子集進(jìn)行處理。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濾波處理使用一個(gè)自動(dòng)回歸濾波器來實(shí)現(xiàn)的。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述自動(dòng)回歸濾波器是一個(gè)單極點(diǎn)濾波器。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述濾波處理使用一個(gè)自動(dòng)回歸濾波器來實(shí)現(xiàn)的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述估計(jì)的頻率使用如下的數(shù)學(xué)公式計(jì)算得出的f=fs2π·∠rm]]>其中，f是被計(jì)算的頻率，fs是所述FCCH數(shù)據(jù)脈沖的頻率，m是相關(guān)間隔值。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濾波器參數(shù)是由如下的數(shù)學(xué)式確定的a(k)=βej·∠rm]]>其中，β是一個(gè)遺忘系數(shù)，m是一個(gè)相關(guān)間隔。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)r由如下的表達(dá)式確定r=ΣkΣqyk(q+m)·yk*(q)]]>其中，q是被采樣的子集數(shù)據(jù)元素的個(gè)數(shù)，m是相關(guān)間隔。
9.一種GSM通訊系統(tǒng)中的頻率估計(jì)裝置，包括(a)接收頻率控制信道數(shù)據(jù)突發(fā)包的裝置；(b)對(duì)所述數(shù)據(jù)突發(fā)包采樣，產(chǎn)生多個(gè)子集的裝置；(c)對(duì)所述多個(gè)子集中至少一個(gè)子集進(jìn)行濾波以產(chǎn)生經(jīng)濾波的子集的裝置；(d)對(duì)每個(gè)經(jīng)過濾波處理的子集的做相關(guān)處理并累加計(jì)算得到參數(shù)r的裝置；(e)用參數(shù)r更新上述濾波處理中的濾波系數(shù)的裝置；(f)根據(jù)參數(shù)r的值計(jì)算估計(jì)的頻率的裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述進(jìn)行波濾處理的裝置對(duì)所述多個(gè)子集中的每個(gè)子集進(jìn)行處理。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述進(jìn)行濾波處理的裝置是一個(gè)自動(dòng)回歸濾波器。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述自動(dòng)回歸濾波器是一個(gè)單極點(diǎn)的濾波器。
13.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述進(jìn)行濾波處理的裝置是一個(gè)自動(dòng)回歸濾波器。
14.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算估計(jì)的頻率的裝置用以下的公式計(jì)算得到的f=fs2π·∠rm]]>其中，f是被計(jì)算的頻率，fs是所述FCCH數(shù)據(jù)脈沖的頻率，m是相關(guān)間隔值。
15.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述濾波系數(shù)是由以下的式子確定的a(k)=βej·∠m]]>其中，β是一個(gè)遺忘系數(shù)，m是一個(gè)相關(guān)間隔。
16.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述參數(shù)r是由以下的式子確定的r=ΣkΣqyk(q+m)·yk*(q)]]>其中，q是被采樣的子集數(shù)據(jù)元素的個(gè)數(shù)，m是相關(guān)間隔。
全文摘要
本發(fā)明給出了在GSM通訊系統(tǒng)中一種頻率估計(jì)的方法，該方法首先接收FCCH數(shù)據(jù)突發(fā)包，并且把其采樣產(chǎn)生多個(gè)子集。接著，用一個(gè)自動(dòng)回歸濾波器對(duì)得到的子集進(jìn)行濾波處理，再對(duì)經(jīng)過濾波處理的子集進(jìn)行相關(guān)處理累加計(jì)算得到一個(gè)參數(shù)r。最后根據(jù)參數(shù)r計(jì)算出估計(jì)的頻率。
文檔編號(hào)H04Q7/20GK1622540SQ20041009781
公開日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2004年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月24日
發(fā)明者林敬東, 莊嘉宜, 孫岳衡, 謝非 申請(qǐng)人:展訊通信(上海)有限公司