專利名稱：使用已知數(shù)據(jù)模式的聯(lián)合同步和損失估計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信，尤其涉及使用以分組發(fā)送的已知數(shù)據(jù)模式的聯(lián)合同步和損失估計(jì)。
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中，接收機(jī)需要獲得載波和定時(shí)同步來確保分組的正確解碼。此外，接收機(jī)必須估計(jì)并校正各種模擬電路損失，諸如DC偏移和亂真或干擾信號(hào)(即，刺激(spur))?？梢允褂枚喾N算法來獨(dú)立地提供同步或損失估計(jì)。例如，在17.3.2.1(a)節(jié)中的IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)(1999)描述了PLCP前導(dǎo)和用于執(zhí)行粗和精頻率估計(jì)的短和長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)的功能。多篇文章(諸如由Y.Matsumoto等作，IEEE在1993出版的“π/4-shift QPSK CoherentDetection Demodulator for TDMA/TDD systems”和由Y.matsumoto等作，PIMR在1994出版的“A LOW Power Demodulator LSIC for PersonalCommunications High Performance Coherent Detection Demodulator”)描述了關(guān)于PHS同步的方法。通常，對(duì)于損失估計(jì)，通過平均(如使用低通濾波器)(例如參見美國(guó)專利6785523)可以估計(jì)DC偏移，并且通過轉(zhuǎn)換到DC然后平均(如，使用在刺激頻率的帶通濾波器)可以估計(jì)刺激。遺憾的是，計(jì)算這些算法耗費(fèi)了應(yīng)該用于其他重要接收機(jī)功能(如分組凈荷的實(shí)際解碼)的寶貴時(shí)間。
因此，需要一種加速提供同步和損失估計(jì)的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
可以聯(lián)合地執(zhí)行同步和損失估計(jì)，由此節(jié)省寶貴的時(shí)間來解碼所接收的分組。在TDMA系統(tǒng)(如，個(gè)人手機(jī)系統(tǒng)(PHS))中可以執(zhí)行初始同步。使用初始同步，可以在約束的范圍中有利地限制頻率偏移選擇和定時(shí)偏移選擇。使用包含在分組中的已知的數(shù)據(jù)模式和已知的接收機(jī)刺激頻率，則一種算法可以有利地找出差錯(cuò)測(cè)量最小值，其可以在他們相應(yīng)的約束范圍內(nèi)提供最佳頻率偏移選擇和定時(shí)偏移選擇組合以及信號(hào)幅度和相位、DC偏移幅度及相位和刺激幅度及相位的估計(jì)。
確定差錯(cuò)測(cè)量最小值可以包括使用包含信號(hào)幅度和相位、DC偏移幅度及相位和刺激幅度及相位的最小均方差(LMS)算法。可以由下面的方程表示該LMS算法A^B^C^=(MTM)-1MTy→]]>其中可以由下面的方程表示最小差錯(cuò)errortim_offset,freq_offset=|y→tim_offset-(A^x→ejwfreq_offsett+B^+C^ejwspurt)|2]]>


圖1圖解包含前導(dǎo)(preamble)、唯一字、凈荷(payload)和循環(huán)冗余校驗(yàn)值的簡(jiǎn)化的分組。該唯一字是可以將發(fā)送實(shí)體識(shí)別為手機(jī)或小區(qū)站的已知數(shù)據(jù)模式。
圖2圖解用于聯(lián)合提供同步和損失估計(jì)的技術(shù)。
圖3圖解包含差錯(cuò)表面的離散點(diǎn)空間的示例網(wǎng)格。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，接收機(jī)可以使用短已知數(shù)據(jù)模式來聯(lián)合提供同步和損失估計(jì)。該短已知數(shù)據(jù)模式稱為“唯一字”。應(yīng)當(dāng)注意的是，在無線通信系統(tǒng)中的小區(qū)站可以具有不同的用于發(fā)送的唯一字。同樣地，在無線通信系統(tǒng)中的手機(jī)具有編入發(fā)送中的唯一字，該唯一字可以與小區(qū)站的唯一字不同。圖1圖解包含前導(dǎo)101、唯一字102、凈荷103和循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)值104的簡(jiǎn)化的分組100。
在一個(gè)實(shí)施例中，唯一字102僅具有8個(gè)符號(hào)(即，16位)。根據(jù)PHS標(biāo)準(zhǔn)，接收機(jī)應(yīng)該解碼唯一字102來確定是否存在位差錯(cuò)。如果不存在位差錯(cuò)，則接收良好并可以準(zhǔn)確解碼凈荷103。應(yīng)當(dāng)注意的是，唯一字102有效地將冗余函數(shù)提供給CRC值104，但這是在解碼凈荷103完成之前進(jìn)行的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，唯一字可以有利地用于兩個(gè)目的(1)確定位差錯(cuò)的存在和(2)聯(lián)合地提供同步以及損失估計(jì)(諸如DC偏移或刺激)。
如果存在DC偏移和/或刺激，則特定時(shí)間間隔接收的信號(hào)波形 可以表示為y→=Ax→ejwoffsett+B+Cejwspurt]]>(方程1)其中向量 是唯一字的波形，A是表示信號(hào)幅度和相位的復(fù)值量，B是表示DC偏移幅度及相位的復(fù)值量，C是表示刺激幅度及相位的復(fù)值量，woffset是在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的頻率偏移，并且wspur是接收機(jī)刺激頻率。這些變量中，只有唯一字 和接收機(jī)刺激頻率wspur是已知的。因此，信號(hào)幅度和相位A、DC偏移幅度及相位B、刺激幅度及相位C和頻率偏移woffset(即，6個(gè)變量中的4個(gè)變量)是未知的。
應(yīng)當(dāng)注意的是，還隱含地存在另一未知變量即時(shí)間偏移。特別地，y是過采樣(over-sampled)的信號(hào)，其中對(duì)應(yīng)于唯一字波形的開始采樣的時(shí)間偏移最初是未知的。然而，在TDMA系統(tǒng)中，每個(gè)分組在特定間隔到達(dá)，因此足夠來在某個(gè)約束范圍(例如，+/-1符號(hào))中估計(jì)定時(shí)。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)符號(hào)可以具有8個(gè)過采樣的采樣時(shí)間，由此產(chǎn)生用于所接收的波形的初始采樣的17個(gè)不同的選擇來對(duì)應(yīng)于唯一字的初始采樣。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可以在初始同步期間使用該預(yù)定的范圍有利地限制(還稱為“約束”)時(shí)間偏移值。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可以使用非常精確的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)估計(jì)頻率偏移woffset。在另一實(shí)施例中，使用提交于2004年12月30日的美國(guó)專利申請(qǐng)“Frequency Offset Correction Techniques For CrystalsUsed in Communication Systems”(援引于此以供參考)描述的方法可以估計(jì)頻率偏移woffset。如那里所述，可以有利地使用基于溫度的開環(huán)和基于頻率估計(jì)的閉環(huán)技術(shù)來得出非TCXO的頻率。使用這些技術(shù)，頻率偏移woffset可以快速限制到±2ppm。在這種情況下，使用0.25ppm的單位測(cè)量，9頻率偏移是可能的。因此，使用在初始同步期間使用該預(yù)定的范圍還可以限制頻率偏移值。
在一些實(shí)施例中，由于值的約束范圍可能實(shí)際上是單一值，所以可以足夠精確地得知woffset和時(shí)間偏移值。
應(yīng)當(dāng)注意的是，在限制用于定時(shí)和頻率偏移變量的值后，則對(duì)于每個(gè)可能的定時(shí)偏移和頻率偏移對(duì)，僅剩下三個(gè)未知變量，即，A、B和C。
要注意的是，對(duì)于M=x111x2ejwoffsett1ejwspurt.........xnejwoffset(n-1)t1ejwspur(n-1)t,]]>方程1可以重寫為y→=MABC]]>方程2對(duì)于給定的頻率偏移freq_offset和定時(shí)偏移tim_offset，通過下面的LMS算法可以解決未知變量(A、B和C)A^B^C^=(MTM)-1MTy→]]>方程3其中可以由errortim_offset,freq_offset=|y→tim_offset-(A^x→ejwfreq_offsett+B^+C^ejwspurt)|2]]>(方程4)表示剩余差錯(cuò)。
在該方程中， 表示在約束的范圍內(nèi)的某些特定時(shí)間采樣開始的、接收的信號(hào)。
在一些實(shí)施例中，已知刺激或DC值的作用可能不顯著，這允許在方程3中消除 或 從而具有M矩陣的相關(guān)簡(jiǎn)化形式。例如，如果已知刺激不重要，則可以消除M矩陣的項(xiàng) 和項(xiàng)ejwspurt。
非常重要的是，由于 和ejwspurt項(xiàng)是已知的、離散的和受限制的，則可以有利地預(yù)計(jì)算(MTM)-1MT。
圖2圖解了可以有利地用于聯(lián)合提供同步和損失估計(jì)的技術(shù)200。在該技術(shù)中，步驟201可以包括在TDMA系統(tǒng)(即，時(shí)分多址系統(tǒng))中執(zhí)行初始同步，其中在該系統(tǒng)中通過使每個(gè)裝置“輪流”(其中每一輪稱為時(shí)隙)發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，多個(gè)裝置可以同時(shí)共享同一頻帶。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用從控制裝置(如，小區(qū)站或基站)接收的分組(如，CCH、TCH或突發(fā)流傳輸)可以執(zhí)行初始同步。CCH分組是在控制信道(PHS電話監(jiān)聽連接狀態(tài)和控制數(shù)據(jù)的預(yù)定頻率)上發(fā)送的長(zhǎng)前導(dǎo)實(shí)體。TCH分組(在傳輸信道上的TDMA數(shù)據(jù)分組)具有相對(duì)短的前導(dǎo)數(shù)據(jù)和在傳輸信道上不時(shí)地產(chǎn)生的同步塊(它提供與CCH分組大致相同的前導(dǎo)特征，但是沒有控制數(shù)據(jù))。
根據(jù)該初始同步，在步驟202，預(yù)定的數(shù)量的頻率偏移選擇和定時(shí)偏移選擇可以有利地限制在預(yù)定的范圍中。一旦提供這些預(yù)定的頻率和定時(shí)偏移選擇并給出包含在分組中的已知數(shù)據(jù)模式和已知接收機(jī)刺激頻率，步驟203可以找出errortim_offset，freq_offset的最小值以及信號(hào)幅度和相位A、DC偏移幅度及相位B和刺激幅度及相位C的估計(jì)，其中errortim_offset，freq_offset的最小值給出在其相應(yīng)范圍中的最佳頻率偏移選擇和定時(shí)偏移選擇組合。圖3圖解了包括差錯(cuò)表面301的離散點(diǎn)空間300的示例網(wǎng)格。在差錯(cuò)表面301中，箭頭指示最小差錯(cuò)。
雖然參照附圖在這里詳細(xì)描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，應(yīng)該理解的是本發(fā)明不限于那些明確的實(shí)施例。他們不希望是無遺漏的或?qū)⒈景l(fā)明限制到公開的明確形式。同樣地，很顯然有多種修改和變型。
例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可以緩沖信號(hào)，由此在提供同步和損失估計(jì)后，允許接收機(jī)來“趕上”。在另一實(shí)施例中，軟件程序可以在無線通信系統(tǒng)中聯(lián)合地提供同步和損失估計(jì)。因此，希望由下列權(quán)利要求及其等效物定義本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種在無線通信系統(tǒng)中提供同步和損失估計(jì)的方法，該方法包括執(zhí)行初始同步；根據(jù)初始同步將頻率偏移限制在第一范圍中，并且提供在第一預(yù)定范圍中第一離散數(shù)量的頻率偏移選擇；根據(jù)初始同步將定時(shí)偏移限制在第二范圍中，并且提供在第二范圍中第二離散數(shù)量的定時(shí)偏移選擇；和使用包含在分組中的已知數(shù)據(jù)模式和已知的接收機(jī)刺激頻率，確定給出差錯(cuò)測(cè)量最小值的、在第一范圍和第二范圍上的頻率偏移選擇和定時(shí)偏移選擇組合，由此產(chǎn)生信號(hào)幅度和相位以及DC偏移幅度及相位和刺激幅度及相位中的至少一個(gè)的估計(jì)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定差錯(cuò)測(cè)量最小值的步驟包括使用包含信號(hào)幅度和相位、DC偏移幅度及相位和刺激幅度及相位的最小均方差(LMS)算法。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中LMS算法由下面的方程表示A^B^C^=(MTM)-1MTy→.]]>
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中差錯(cuò)測(cè)量最小值由下面的方程表示errornm_offset,freq_offset=|y→nm_offset-(A^x→ejwfreq_offsett+B^+C^ejwspurt)|2]]>
5.一種用于在無線通信系統(tǒng)中聯(lián)合提供同步和損失估計(jì)的軟件程序，該軟件程序包括用于根據(jù)初始同步將頻率偏移限制在第一范圍中、并且提供在第一范圍中第一離散數(shù)量的頻率偏移選擇的代碼；用于根據(jù)初始同步將定時(shí)偏移限制在第二范圍中、并且提供在第二范圍中第二離散數(shù)量的定時(shí)偏移選擇的代碼；用于使用包含在分組中的已知數(shù)據(jù)模式和已知的接收機(jī)刺激頻率的代碼；和用于確定給出在第一和第二預(yù)定范圍上的最佳頻率偏移選擇和定時(shí)偏移選擇組合的差錯(cuò)測(cè)量最小值、以及信號(hào)幅度和相位以及DC偏移幅度及相位和刺激幅度及相位中的至少一個(gè)的估計(jì)的代碼。
6.如權(quán)利要求5所述的軟件程序，其中用于確定差錯(cuò)測(cè)量最小值的代碼包括用于使用包含信號(hào)幅度和相位、和DC偏移幅度及相位和刺激幅度及相位中的至少一個(gè)的最小均方差(LMS)算法的代碼。
7.如權(quán)利要求6所述的軟件程序，其中LMS算法由下面的方程表示A^B^C^=(MTM)-1MTy→.]]>
8.如權(quán)利要求7所述的軟件程序，其中差錯(cuò)測(cè)量最小值由下面的方程表示errornm_offset,freq_offset=|y→nm_offset-(A^x→ejwfreq_offsett+B^+C^ejwspurt)|2]]>
9.如權(quán)利要求3所述的方法，其中預(yù)計(jì)算矩陣(MTM-1)MT。
10.如權(quán)利要求3所述的方法，其中在處理開始前在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)經(jīng)采樣的接收的波形
11.一種在無線通信系統(tǒng)中提供同步和損失估計(jì)的方法，該方法包括執(zhí)行初始同步；根據(jù)初始同步將頻率偏移限制在第一范圍中；根據(jù)初始同步將定時(shí)偏移限制在第二范圍中；和使用包含在分組中的已知數(shù)據(jù)模式和已知的接收機(jī)刺激頻率，確定給出差錯(cuò)測(cè)量最小值的、在第一范圍和第二范圍上的頻率偏移選擇和定時(shí)偏移選擇組合，由此產(chǎn)生信號(hào)幅度和相位以及DC偏移幅度及相位和刺激幅度及相位中的至少一個(gè)的估計(jì)。
全文摘要
可以聯(lián)合執(zhí)行同步和損失估計(jì)，由此節(jié)省用于解碼所接收的分組的寶貴時(shí)間。可以在TDMA系統(tǒng)中執(zhí)行初始同步。使用該同步可以有利地在預(yù)定的范圍內(nèi)限制頻率偏移選擇和定時(shí)偏移選擇。在此，一種算法可以找出給出在他們的相應(yīng)范圍上最佳頻率偏移選擇和定時(shí)偏移選擇組合的最小差錯(cuò)以及信號(hào)幅度和相位，和DC偏移幅度及相位和刺激幅度及相位中的最少一個(gè)。
文檔編號(hào)H04B7/26GK1819467SQ200510137560
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者張寧, 阿薩內(nèi)修斯A·卡薩皮, 威廉J·麥克法蘭 申請(qǐng)人:阿瑟羅斯通信股份有限公司