專利名稱：全球移動通信系統(tǒng)短促脈沖串的交互定時的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)射的無線信號中訓練序列的跟蹤，特別是但不僅僅是在GSM系統(tǒng)中數(shù)據(jù)脈沖串中的訓練序列的跟蹤。本發(fā)明在低信噪比的高噪聲環(huán)境中應用時特別有利。
在任何無線通信系統(tǒng)中，符號間干擾(ISI)是由來自遠離接收天線的物體的反射在無線路徑中造成的。符號在一定時間后變分散并且相鄰符號相互干擾。無線通信系統(tǒng)的接收機必須確定打算發(fā)送的信息。
在GSM系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)是以放置在時隙中的脈沖串發(fā)射的。已知形式并具有良好自相關特性的訓練序列放置在數(shù)據(jù)脈沖串的中部。訓練序列放置在脈沖串中部，以便為脈沖串的前半部分和后半部分提供正確的信道估算。由于傳播信道中的變化和移動站的移動，接收的脈沖串的位置隨著時間在脈沖串間變化。
在GSM系統(tǒng)中，接收機中設置一個信道均衡器。在接收信號的路徑中放置均衡器的目的是盡可能地減少ISI和多徑影響，以使正確決定的可能性最大。信道均衡器使用脈沖串中的訓練序列以均衡多徑影響。為了有效地進行均衡，接收機必須首先識別訓練序列的準確位置。
均衡器利用訓練序列產(chǎn)生一個信道模型，該信道模型一直在變化，但對于隨時間緩慢變化的信道，在一個脈沖串期間，可認為該信道模型恒定。如果兩個相似的干擾信號幾乎同時到達接收機，并且如果訓練序列相同，無法區(qū)分每個干擾信號對接收信號的影響。為此，在足夠接近的蜂窩中向使用相同頻率的信道分配不同的訓練序列，以便它們不干擾。當兩個訓練序列不同，并盡可能少地相關時，接收機能很容易地確定各自對接收信號的影響。
接收機了解無線通信系統(tǒng)的發(fā)射機發(fā)射的訓練序列，并存儲該訓練序列。通過把所存儲的訓練序列與從發(fā)射機接收的訓練序列相關，可測量其信道脈沖響應。均衡器產(chǎn)生發(fā)射信道模型并計算最可能的接收機序列。
從概念上講，均衡器采用不同的時間擴散分量，根據(jù)信道特征對它們加權，和在分量之間插入適當延遲后將它們相加，以便恢復發(fā)射信號的復制品。
由于信道的動態(tài)特性，蜂窩無線電中的問題變得更復雜。隨著移動站通過多徑環(huán)境移動時，均衡器必須不斷地適應變化的信道特性。均衡器了解發(fā)射的訓練序列，并且還了解其實際上已接收了什么。因此，均衡器可對信道傳遞函數(shù)做出估算。于是，自適應均衡器不斷更新傳遞函數(shù)估算，確信在信道發(fā)射期間判定錯誤增加不太多。
在常規(guī)系統(tǒng)中，通過把數(shù)據(jù)脈沖串與基站中存儲的訓練序列相關獲得定時估算。基站了解移動站使用的訓練序列。在接收信號的各種比特位置進行相關。確定提供最高相關值的比特位置作為訓練序列的第一比特。然后，有效地均衡接收的數(shù)據(jù)脈沖串以補償該信道。
然而，該已知技術在低信噪比的強噪聲環(huán)境中明顯具有多徑延遲的缺陷。在均衡前進行相關導致定時估算中的誤差，因而導致均衡器輸出的比特誤差。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于估算接收的數(shù)據(jù)脈沖串的定時位置，即使在噪聲環(huán)境中能可靠工作的改進技術。
根據(jù)本發(fā)明，一方面提供估計在一個數(shù)據(jù)流中接收的數(shù)據(jù)子幀的定時位置的方法，其中每個包含多個位的數(shù)據(jù)子幀在一個固定位置包括一個訓練序列，該方法對于每個接收的數(shù)據(jù)子幀包括下列步驟；估計訓練序列的定時位置的至少一個位置；對于每個估計的位置均衡數(shù)據(jù)子幀；相關每個均衡的數(shù)據(jù)子幀。
因此提供一種估計數(shù)據(jù)子幀的定時位置的技術，它在噪聲環(huán)境下有顯著的性能改善。
此處估計了訓練序列的定時位置的多個位置，該方法對于每個接收的數(shù)據(jù)子幀最好包括步驟確定具有最高值的相關結果；保持與具有最高值的相關值有關的均衡數(shù)據(jù)子幀。
本發(fā)明另一方面提供用于使在數(shù)據(jù)流中接收的數(shù)據(jù)子幀同步的接收機，含有多個位的數(shù)據(jù)子幀在一個固定位置包括一個訓練序列，接收機包括電路，關于每個接收的數(shù)據(jù)子幀估計訓練序列的定時位置中的至少一個位置，為每個估計的位置均衡數(shù)據(jù)子幀，相關每個均衡的數(shù)據(jù)子幀。
這里估計了訓練序列的定時位置的多個位置，接收機電路最好是對于每個接收的數(shù)據(jù)子幀確定具有最高值的相關結果，并保持與具有最高值的相關結果有關的均衡數(shù)據(jù)子幀。
圖1(a)示出包括許多數(shù)據(jù)脈沖串的GSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流的結構；圖1(b)示出GSM正常數(shù)據(jù)脈沖串的結構；圖2是說明用于對GSM數(shù)據(jù)脈沖串進行均衡的常規(guī)電路主要部件的方框圖；圖3是說明圖2電路操作的流程圖；圖4是說明根據(jù)本發(fā)明用于對GSM數(shù)據(jù)脈沖串進行均衡的電路主要部件的方框圖；和圖5是說明圖4電路操作的流程圖。
參考圖1(a)，示出典型的GSM發(fā)射信號基本結構的概要。如所看到的，發(fā)射信號包括多個數(shù)據(jù)脈沖串2a至2n。在一個GSM系統(tǒng)中有五種不同的脈沖串正常脈沖串、同步化脈沖串、頻率校正脈沖串、選址脈沖串、和虛擬脈沖串。每個脈沖串的長度是156.25比特。本發(fā)明應用于包含用于均衡脈沖串的訓練序列的任何脈沖串。訓練序列的長度根據(jù)數(shù)據(jù)脈沖串的類型而改變。在正常數(shù)據(jù)脈沖串中，訓練序列的長度是26比特。
實際上，在發(fā)射建立階段期間，選址脈沖串在發(fā)射的消息之前。因此，接收站開始尋找選址脈沖串的訓練序列。此后，該消息包括多個正常數(shù)據(jù)脈沖串，接收站尋找正常數(shù)據(jù)脈沖串的訓練序列。本領域的技術人員很容易理解從發(fā)射的消息提取脈沖串，并且在本發(fā)明的范圍之外。
參考圖2(b)，可以看到每個正常數(shù)據(jù)脈沖串包括一個標題部分4、一個第一數(shù)據(jù)部分6a、一個訓練序列8、一個第二數(shù)據(jù)部分6b、和一個尾端部分10。本領域的技術人員熟知圖1(a)的數(shù)據(jù)脈沖串每個部分的格式和產(chǎn)生。
參考圖2，示出在GSM移動和GSM基站的接收機中用于進行常規(guī)均衡處理的均衡電路的方框示意圖。
均衡電路在信號線46上從接收天線接收數(shù)據(jù)流，該數(shù)據(jù)流包括如圖1所示的數(shù)據(jù)脈沖串。均衡電路在信號線48上輸出將要在接收機中進一步處理的均衡數(shù)據(jù)脈沖串。
接收天線、和接收的信號在均衡前必須經(jīng)過的預處理電路(例如下變換器)未在圖2中示出。該電路超出本發(fā)明的范圍，其實施在本領域技術人員的能力之內(nèi)。
均衡電路包括一個控制電路32、一個訓練序列存儲電路30、一個相關器40、一組寄存器42、一個均衡器44、一個存儲電路36、一個比較器電路38、一個計數(shù)器34、和一個值存儲器35。
結合圖3的流程圖描述圖2電路的操作，圖3說明了常規(guī)均衡處理中執(zhí)行的步驟。
均衡電路在信號線46上接收數(shù)據(jù)流，并在來自控制電路32的信號線70的控制下將接收的數(shù)據(jù)流移入該組寄存器42。該組寄存器42能夠存儲超過數(shù)據(jù)脈沖串中比特數(shù)量的許多比特。
在圖3的步驟12中，當控制電路32已用輸入的數(shù)據(jù)流填充該組寄存器42時，控制電路在線路60上設定信號，以便將值i設定在計數(shù)器34中。計數(shù)器中的值i是該組寄存器42中存儲的數(shù)據(jù)的比特位置，由接收機估算的比特位置是第一數(shù)據(jù)脈沖串的訓練序列的第一比特。該比特位置的估算是預定的。
在接下來的步驟14，接收機在信號70的控制下把比特位置i的內(nèi)容、和接收的數(shù)據(jù)流(包括GSM正常數(shù)據(jù)脈沖串中估算的訓練序列的26比特)接下來連續(xù)的25比特位置從該組寄存器42經(jīng)26比特并行信號線54傳送到相關器90。相關器還在26比特并行信號線52接收存儲在接收機訓練序列存儲電路30中的訓練序列，該訓練序列是接收機希望接收的訓練序列。
此后，在步驟16，相關器40將并行線54上的估算訓練序列與并行線50上的存儲訓練序列相關。因此，接收機將把比特i和接收信號接下來的連續(xù)25比特與訓練序列存儲電路30的26比特相關。
在線路64上輸出該相關的結果，并在步驟18在來自控制電路的信號72的控制下把該結果存儲在存儲電路36中。
然后，在步驟20，接收機的控制電路32確定計數(shù)器34中的值i是否等于值存儲器35中存儲的值n并在線路63上讀出。該值n是將要對其進行相關的i的最大值?？刂齐娐?2在線路62上讀取計數(shù)器34的內(nèi)容并將其與線路63上存儲的值n比較。
如果控制電路32確定該值i仍未達到值n，接收機則移到步驟22，并通過如圖3中步驟22說明的在線路60上設定信號來增加計數(shù)器32中的值i。值i的遞增量是預定的。
然后重復上文描述的圖3的步驟14至20，但用不同的i值重復，以使線路54上輸出訓練序列的不同估算并與訓練序列存儲電路的內(nèi)容相關。
當在圖3的步驟20中值i等于值n時，接收機的控制電路32經(jīng)線路74控制比較器電路38，以比較存儲電路36中存儲的相關值。在控制電路32經(jīng)線路72的控制下把所存儲的相關值在線路66上提供給比較器電路38。這是由圖3中的步驟24說明的。比較器電路比較所存儲的相關結果并確定最高值。
存儲電路36把相關結果與要進行相關的值i一起存儲。比較器在線路76上向控制電路32輸出最高相關結果的值i。返回最高值的相關結果被估算為作為第一數(shù)據(jù)脈沖串的訓練序列的第一比特的i的值。
在步驟26，控制電路32從與在比特位置i中具有第一比特的訓練序列有關的該組寄存器輸出形成第一數(shù)據(jù)脈沖串的比特組。在線路56上向均衡器44輸出該數(shù)據(jù)脈沖串。
例如，在所描述的GSM正常數(shù)據(jù)脈沖串的實例中，數(shù)據(jù)脈沖串的長度為156.25比特，訓練序列的第一比特是正常數(shù)據(jù)脈沖串的第62個比特。因此，該控制電路一旦知道訓練序列第一比特的位置，則可確定數(shù)據(jù)脈沖串的第一比特，并可選擇數(shù)據(jù)脈沖串的所有比特。比如說，如果該組寄存器42中已存儲200比特，控制電路選擇156.25比特的正常數(shù)據(jù)脈沖串。
響應線路73上來自控制電路32的控制信號，均衡器44則均衡接收的數(shù)據(jù)脈沖串。均衡器根據(jù)標準技術以已知方式均衡數(shù)據(jù)脈沖串，以補償該信道的傳播路徑。然后，從均衡器44在線路48上輸出均衡過的接收數(shù)據(jù)脈沖串。
該均衡處理從接收的信號中去掉多徑效應。就是說，均衡處理從接收信號消除噪聲并產(chǎn)生其干凈的版本。均衡器44是匹配濾波器。
在第一正常數(shù)據(jù)脈沖串的最后比特之后，控制電路把該組寄存器42中接收的第一比特移位到該組寄存器的最明顯的比特位置，然后把下一組接收的比特移位到該組寄存器中，直到它們被填滿。然后重復上述步驟以識別第二和后面數(shù)據(jù)脈沖串的訓練序列。
在上面的描述中，在所描述的實例是具有26比特訓練序列的正常數(shù)據(jù)脈沖串的基礎上對從接收數(shù)據(jù)選擇的26比特進行所描述的相關?？梢岳斫?，由接收機中的處理器控制該控制電路32，以致如果輸入的數(shù)據(jù)脈沖串被識別為在訓練序列中具有不同數(shù)量比特的不同類型脈沖串，則改變所相關的比特數(shù)量并調節(jié)訓練序列存儲電路中存儲的訓練序列。
上面參考圖2和3描述的常規(guī)相關和均衡技術可應用在任何接收機中，而不管該接收機在移動站中還是在基站中。
現(xiàn)參照附圖4和5描述，根據(jù)本發(fā)明的改進的均衡技術的工作。參考圖4，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個GSM移動站或GSM基站的接收機中執(zhí)行均衡處理的電路的示意方框圖。在圖4中用相同的標號表示在圖2中對應的元件。圖4的均衡電路還包括一個均衡數(shù)據(jù)子幀存儲電路80。
接收機在線46上如前面一樣接收包括數(shù)據(jù)子幀的數(shù)據(jù)流，并在線84輸出均衡的數(shù)據(jù)子幀。
在初始步驟102，控制電路輸入數(shù)據(jù)流到寄存器組42。當數(shù)據(jù)裝載在寄存器組42中時，控制電路經(jīng)由線60將計數(shù)器34的內(nèi)容i設置在訓練序列的第一估計位位置，如前所述。
在隨后的步驟106，控制電路32輸出對應于訓練序列的第一位的數(shù)據(jù)子幀作為并行線56上的位i到均衡器。如前所述，在步驟108均衡器根據(jù)由信道模型電路28提供的信通模型在線78上均衡數(shù)據(jù)子幀。
根據(jù)本發(fā)明，均衡器在并行信號線82輸出均衡的數(shù)據(jù)子幀到均衡數(shù)據(jù)子幀存儲電路，其中均衡數(shù)據(jù)子幀在來自控制電路的信號86的控制下與計數(shù)器34的i值一起被存儲。
在步驟110，控制電路32讀取在線62上計數(shù)器32的內(nèi)容并將與線63上的值存儲器365中的值n相比較，如果值i不等于值n則在步驟112控制電路在計數(shù)器34遞增計數(shù)器34的值i一個預定值。在步驟106和108控制電路32對于不同的i值重復均衡步驟，并存儲均衡的數(shù)據(jù)子幀和相應的i值在均衡數(shù)據(jù)存儲電路80。
由此裝載在寄存器組的數(shù)據(jù)流對于多個不同的值i被均衡，i是訓練序列的第1位的估計值，由此數(shù)據(jù)子幀的第1位被估計。
在步驟110，當值i等于值n，控制電路32重置計數(shù)器34到初始值i并開始第二階段的操作，如步驟114所述。
在步驟116，控制電路32控制均衡數(shù)據(jù)子幀存儲電路80在線78輸出第一均衡數(shù)據(jù)子幀的估計訓練序列。由此與位I的第一預定值有關的均衡訓練序列在線78被輸出到相關器90。如前所述，相關器還從訓練序列存儲器30在并行線52接收存儲的訓練序列。
在步驟118，相關器使在線78和52上的兩個信號相關，并在線64上產(chǎn)生一個相關值。在來自控制電路32的信號72的控制下，在步驟120相關值被存儲在存儲電路36。
由此與訓練序列的第一估計位置有關的均衡訓練序列被相關，并且相關值和與該估計位置有關的位I一起被存儲。
在隨后的步驟122，控制電路32比較在計數(shù)器中在線62上的值和在值存儲器35中的存儲值n。如果i不等于n則控制電路設置線60上的信號使再一次遞增i值一個預定量(與步驟112中相同的預定量)，然后對于下一個i值重復步驟116至120，用于訓練序列的一個不同的估計值。
由此對于連續(xù)的值i關聯(lián)均衡的訓練序列。
在圖5的步驟122中，如果值i等于值n，接收機的控制電路32通過線74控制比較器電路38去比較在存儲電路36中的存儲的相關值。存儲的相關值在控制電路32經(jīng)由線72的控制下在線66上被提供給比較器電路38。這由圖3中的步驟128所描述。比較器電路比較存儲的相關值結果并確定最高值。
存儲電路36存儲相關值以及進行相關的i值。比較器在線76上輸出最高相關結果的值i到控制電路32。估計返回最高值的相關結果為第一數(shù)據(jù)子幀的訓練序列的第1位的i的值。
在步驟130，控制電路32設置到均衡數(shù)據(jù)子幀存儲電路80的線86上的控制信號選擇其中存儲的與由比較器電路在線76上提供的值i有關的均衡的數(shù)據(jù)子幀。
對于第二和其后的數(shù)據(jù)子幀則重復以上所述的步驟。
上述的定時估計技術消除了多路徑的影響并在均衡器輸出的誤碼率方面比傳統(tǒng)的定時估計技術有很大改善。
本發(fā)明結合一個具體例子進行描述，其中在均衡的數(shù)據(jù)子幀的多重相關之前進行多次均衡。本發(fā)明的主要組成部分是均衡的數(shù)據(jù)子幀是相關的。均衡消除了多路徑的影響和干擾并提供接收的數(shù)據(jù)子幀的一個清晰版本(clean version)。根據(jù)本發(fā)明這個清晰數(shù)據(jù)子幀ids則被相關。因此本發(fā)明適用于數(shù)據(jù)子幀正常相關并且然后均衡的任何情況。在具有低信噪比的有噪環(huán)境下，本發(fā)明提供了一個特別優(yōu)越的改進的技術以估計接收的數(shù)據(jù)子幀的定時位置。
該技術尤其在干擾受到限制例如自適應天線處理的環(huán)境下有效，因為傳統(tǒng)的定時估計不僅受到多路徑而且受到來自其它小區(qū)的干擾。自適應天線算法，例如時空處理可以消除多路徑和干擾。
上述技術需要一個相當大量的處理功率。定時估計的精確度經(jīng)常能與可用的處理功率相對換。由于處理和功率資源的限制，本發(fā)明的技術目前有可能只能應用于通信系統(tǒng)基站。在目前的移動站應用本發(fā)明還需要目前得不到的附加的處理能力，然而可以設想當所需的處理和功率能力被包含在將來的移動站時將來的移動站能夠支持本發(fā)明。
權利要求
1.一種估計在一個數(shù)據(jù)流中接收的數(shù)據(jù)子幀的定時位置的方法，包括多個位的每個數(shù)據(jù)子幀具有一個在固定位置的訓練序列，對于每個接收的數(shù)據(jù)子幀，該方法包括步驟估計訓練序列的定時位置的至少一個位置；均衡每個估計的位置的數(shù)據(jù)子幀；和相關每個均衡的數(shù)據(jù)子幀。
2.如權利要求1的方法，其中估計訓練序列的定時位置的多個位置，對于每個接收的數(shù)據(jù)子幀，該方法還包括步驟確定具有最高值的相關結果；和保持與具有最高值的相關結果有關的均衡的數(shù)據(jù)子幀。
3.一種用于同步在一個數(shù)據(jù)流中接收的數(shù)據(jù)子幀的接收機，包括多個位的每個數(shù)據(jù)子幀具有在固定位置的一個訓練序列，關于每個接收的數(shù)據(jù)子幀，接收機包括電路，用于估計訓練序列的定時位置的至少一個位置，均衡每個估計位置的數(shù)據(jù)子幀，并相關每個均衡的數(shù)據(jù)子幀。
4.如權利要求3的接收機，其中估計訓練序列的定時位置的多個位置，對于每個接收的數(shù)據(jù)子幀，接收機電路用于確定具有最高值的相關結果，并保持與具有最高值的相關結果有關的均衡的數(shù)據(jù)子幀。
全文摘要
一種估計在數(shù)據(jù)流中接收的數(shù)據(jù)子幀的定時位置的方法和設備,其中包括多個位的每個數(shù)據(jù)子幀具有在固定位置的一個訓練序列。接收機包括電路,該電路關于每個接收的數(shù)據(jù)子幀用于估計訓練序列的定時位置的至少一個位置,并且相關每個均衡的數(shù)據(jù)子幀。其中估計訓練序列的定時位置的多個位置,對于每個接收的數(shù)據(jù)子幀,接收機電路確定具有最高值的相關結果并保持與具有最高值的相關結果有關的均衡的數(shù)據(jù)子幀。
文檔編號H04B3/04GK1253423SQ9912137
公開日2000年5月17日 申請日期1999年10月12日 優(yōu)先權日1998年10月19日
發(fā)明者周海 申請人:朗迅科技公司