CN101406012A

CN101406012A - 使用训练序列和数据比特的迭代频率校正

Info

Publication number: CN101406012A
Application number: CNA2006800469817A
Authority: CN
Inventors: S·森达拉林哈姆; M·萨伊利; K·哈桑; E·琼斯
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Technologies Oy
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2026-10-17
Also published as: US20070092042A1; EP1949625B1; EP1949625A1; WO2007049143A1; KR100958508B1; GB0521641D0; KR20080061406A; RU2392761C2; US7715470B2; ATE515135T1; CN101406012B; RU2008120492A

Abstract

一种接收机，其用于接收传输的信号，该信号包括所述接收机已知的参考信息，所述接收机包括用于估计所述参考信息和非参考信息以提供估计信息的装置，所述非参考信息是紧接在所述参考信息之前和紧接在所述参考信息之后的至少一个；以及用于使用估计信息来确定所述接收到的信号的误差并且对所述误差进行补偿的装置。

Description

使用训练序列和数据比特的迭代频率校正

技术领域

本发明涉及一种收接机和接收的方法。特别地但不排他性地，本发明涉及一种接收包含依赖频率或频率相关特性的信息的信号。

背景技术

无线通信系统是已知的。在图1中示意性地示出一个已知系统。由无线通信网络2所覆盖的区域被划分成多个小区4。小区可以并排和/或重叠。每个小区4提供有基站6。每个基站6被设置成与位于小区内的移动台8或其他用户设备通信。

已知多个不同的标准规范了基站和移动台之间的通信。一种常见使用的标准是GSM(全球移动通信系统)标准。这是数字通信系统。在GSM中，在移动台8和基站6之间传输的数据作为物理信道上的无线信号，该物理信道可使用频分和/或时分复用来创建射频信道和时隙的序列。每个频带被划分成时分多址帧，每个帧具有8个用户。每个用户被分配时间来发送信息的单个突发。通常，通信中的移动台和基站将使用不同的频带。

在一些实现中，GSM可使用GMSK(高斯最小频移键控)调制。GMSK调制使用无线信号的相位以便传输数据。当然，信号的相位取决于信号的频率。为了正确地识别传输的数据，相比较于传输该信号的预定频率，在基站和移动台的一个接收处接收到的信号的频率应该位于定义的限度内。如果频率已经偏移超出这些限度，则数据恢复中的误差可能发生。

在移动台和基站的一个接收处的频率中的误差可以由于多种原因而发生。例如，这可以发生在当移动台和基站中的一个正在移动。通常，当然，移动台将移动。由于多普勒频移，频率中的改变当然会发生。当移动台正在相对快地移动时，该影响尤其明显。例如提出具有大约330公里/小时的高速列车。在这些速度，由于移动台的移动，所以引入的多普勒频移将导致相对大的频率改变。当然也应该注意到以较低速率的移动也将导致多普勒频移。

移动台相对于基站的移动不是频率改变的唯一来源。其他的误差也可能被引入。例如，多径传播可能改变接收到的信号的频率。例如由于温度的改变，发射机的振荡器可能无法正确地工作，并且相应地发送的信号和接收的信号将处于不正确的频率。另外，不利的天气条件，特别是很热或很冷的天气可改变无线信道的条件，也将同样导致接收到的无线信号的频移。一般地，由射频故障或信道特性中的改变引入频率中的改变。射频故障包括多径传播和晶体振荡器特性中的变化。信道特性中的改变包括由于移动造成的影响和天气条件中的变化。

一般地，GSM标准是相当具有鲁棒性的。这样，其能够处理频率中的一些变化。然而，可能出现来自多于一个源的误差，其累积地提供相对大的频率误差。另外，快速移动的移动台自身可引入相对大的频移。

参考本中请人名下的国际专利申请WO 03/039025。在该文档中，描述了自动的频率校正。在第一阶段，使用训练序列部分来估计频率。估计的频偏从样本和抽头中去除。在第二阶段，使用判决反馈均衡器来对一些符号进行预均衡。使用训练序列、尾部和扩展符号来估计频偏。接着从样本和抽头中去除频偏。

该设置具有潜在的问题，即整个自动频率校正的性能依赖于第一阶段。然而，第一阶段仅使用训练序列。当信噪比糟糕时，单独使用训练序列部分的频偏估计可能是不可靠的。在这样的情景中，判决反馈均衡器可能比在没有第一阶段的情况下做出的判决引入更多的误差并且因此影响整体性能。

另外，考虑可在时隙之间跳跃的快合成器。然而，这将严格的限制引入到数字信号处理器算法中。尾部和少数符号可能被破坏并且不能被使用。由于所提出的在时隙间的跳跃，这些合成器的稳定时间是成本的函数并且稳定时间可以例如是20-30微秒的量级。作为该稳定时间的结果，令少数符号和尾部不可用。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种接收机，其用于接收传输的信号，该信号包括所述接收机已知的参考信息，所述接收机包括用于估计所述参考信息和非参考信息以提供估计信息的装置，所述非参考信息是紧接在所述参考信息之前和紧接在所述参考信息之后的至少一个；以及用于使用估计信息来确定所述接收到的信号的误差并且对所述误差进行补偿的装置。

根据本发明的另一方面，提供一种接收机，其用于接收传输的信号，该信号包括所述接收机已知的参考信息，所述接收机包括估计器，用于估计所述参考信息和非参考信息以提供估计信息，所述非参考信息是紧接在所述参考信息之前和紧接在所述参考信息之后的至少一个；以及误差估计器，用于使用估计信息来确定所述接收到的信号的误差；以及频率误差校正器，用于针对所述误差补偿接收到的信号。

根据本发明的另一方面，提供一种用于接收传输的信号的方法，该信号包括已知的参考信息，所述接收方法包括：用于估计所述参考信息和非参考信息以提供估计信息的步骤，所述非参考信息是紧接在所述参考信息之前和紧接在所述参考信息之后的至少一个；以及用于使用估计信息来确定所述接收到的信号的误差并且对所述误差进行补偿的步骤。

根据本发明的另一方面，提供一种频率校正方法，该方法包括第一阶段和第二阶段，所述第一阶段包括第一装置，该第一装置用于估计接收到的信号的第一数目的符号，用于基于估计的符号来估计频率误差，以及用于对接收到的信号的第二数目的符号实施频偏校正来提供修改的信号，并且第二阶段包括第二装置，该第二装置用于估计修改的信号的至少第二数目的符号，用于基于由所述第二估计装置所输出的估计符号来估计频率误差，以及用于使用由所述第二估计装置所估计的频率误差来实施对接收到的信号的频偏校正。

附图说明

为了更好的理解本发明以及如何相同地去实施，现有将通过例子来参考附图，其中：

图1表示网络的示意图；

图2表示GSM标准中的突发的图形表示；

图3表示可在本发明的实施方式中使用的接收机的通用结构；

图4更为详细地表示图3的接收机的部分；

图5表示修改的突发结构；

图6表示在本发明的实施方式中实施的步骤的流程图；以及

图7表示本发明的第二实施方式。

具体实施方式

现在参考图2，其示出GSM突发的图形表示。在GSM标准中，GMSK或8PSK调制数据形成包含156.25个复符号的序列的突发。每个符号具有实部和虚部。156.25个符号是可装入到一个时隙中的符号的数目。突发22具有六个部分。提供第一“尾部比特”字段26。第一尾部比特字段26包括三个符号。下一个是第一组加密数据28。其包括58个符号。接着是训练序列24，其是单独的26个符号。接收机预先已知训练序列。这被称为中间码(mid-amble)，因为其来自于两个数据字段之间。训练序列24由第二数据集30跟着，该第二数据集再次包括58个符号的加密数据。最后，由第二个“尾部比特”字段跟着，其包括3个符号。在该突发的结尾是保护间隔34，其是空的并且可以扩展到等于8.25个符号的周期。

在GMSK调制方案中，符号等同于比特，从而在突发中有148个比特。应该理解接收机预先已知训练序列符号。

由移动台和基站中接收的一个接收到的突发的频率以某个量的“频偏”从突发的期望传输频率变化。该频偏具有令信号的相位随时间变化的后果。

本发明的实施方式被设置成无论原因如何都补偿任何的频偏。例如，可能由移动台的移动、温度的改变、组件特性的改变等引入的频偏。

现在参考图3，其示意性地示出体现本发明的接收机。接收机可以并入在移动台或可以并入在基站中或并入在二者中。

由天线12接收发送的突发22。由天线12接收到的该信号被输入到放大器14，该放大器14放大该信号。由放大器将放大的信号输出到滤波器和混频器16。该滤波器和混频器16具有去除落入到感兴趣的频率之外的信号并且将信号减小到基带频率的效果。滤波器和混频器16的输出被输入到模数转换器18。滤波器和混频器的输出是模拟信号。这由模数转换器18转换成数字信号。数字信号被输入到数字信号处理器。本发明的实施方式优选地实施在数字信号处理器中或至少在数字域中。然而，可以设想本发明的可选实施方式可以至少部分地实施在模拟域内。

现有参考图4，其更为详细地示出图3的接收机的部分。

第一块RSSE(缩减状态序列估计)20从训练序列块100接收训练序列。这是训练序列的本地版本而不是已经发送的训练序列的版本。RSSE块102也接收信道冲激响应h输入和接收到的样本y。该块估计训练序列的任意一侧的10个符号。换句话说，估计位于该训练序列的任意一侧的接收到的数据的10个符号的均衡。

20个估计符号(在训练序列的任意一侧10个)X_RSSE和已知的26个训练符号(XTRS)被输入到LMMSE(线性最小均方误差)频率估计器块104。该块104也接收作为输入的信道冲激响应h和接收到的样本y。

LMMSE频率估计器块104使用训练序列的任意一侧上的10个估计符号以及26个训练序列符号来估计频偏。LMMSE频率估计器块104的输出因此是f_DopplerTmp，其是多普勒频偏的估计，并且被输入到频偏校正块106。

频偏校正块106附加地接收信道冲激响应h和接收到的样本y。针对接收到的样本和抽头来校正估计的频偏。然而，该校正仅针对训练序列和在训练序列的每侧上的30个数据符号来实施。由频率校正块106将修改的信道冲激响应h^和校正的接收到的样本y^输出到DFE/RSSE(判决反馈均衡器/缩减状态序列估计)块108。

该块108附加地从块100接收训练序列。块108被设置成均衡，即估计训练序列的任意一侧上的30个符号。换句话说，总共60个符号被估计。该块使用修改的信道冲激响应和校正的样本。

估计的扩展符号从块108输出到第二LMMSE频率估计器块110。第二频率估计器块110也接收信道冲激响应h和接收到的样本y以及训练序列。接着使用60个预均衡或估计的符号和训练序列的26个符号来估计频率。接着第二频率估计器提供多普勒频率f_DopplerFina的第二估计，其被输入到第二频偏校正块112。

第二频偏校正块也接收原始信道冲激响应h和接收到的样本y。

第二频偏校正将修改的信道冲激响应h”和修改的样本y”提供给频偏校正的第二、最终阶段。因此，不像现有技术，最终频偏校正对没有进行过频偏校正的样本和抽头进行最终校正。已经看到通过对原始样本应用频偏校正，可提供比对中间校正样本应用校正更好的性能。

因此，本发明的实施方式能够通过改进预均衡判决来改进针对判决的AFC性能。这也将可用于针对基于尾部和独立于尾部的判决的自动频率校正。已经发现这也可以解决需要稳定时间来考虑跳频的增强的基站性能问题。在本发明的至少一些实施方式中，本发明的实施方式接近于匹配使用尾部的已知算法的性能。在本发明的一些实施方式中，可以附加地使用尾部符号。

Edge(GSM演进的增强数据速率)正在考虑引入新的常规突发格式以改进移动多时隙类别的效率。一种考虑增加净荷数据率的选择是在初始时隙后从时隙去除一些或所有的预定数据，例如从分配的多时隙2....n去除尾部比特、FACCH标记、训练序列和/或保护间隔。为了维持信道跟踪能力，对于分配的时隙2...n，需要更新频偏。在该情形下，需要使用与用于根据本发明的实施方式列出的训练序列扩展相同的DFE/RRSE原理来生成用于频率估计的参考数据。

现在参考图5，其表示出用于EDGE阶段2多时隙可能性的建议。在该例子中，多时隙被扩展到覆盖两个时隙。在该建议中，第一字段126包括尾部。这由第一数据字段128跟着。提供包含一个标记符号的标记字段146。这由训练序列字段124跟着。跟着训练序列字段提供第二标记字段148。应该理解到标记字段可以提供在图2示出的实施方式中。因此字段的结构类似于在图2中所示出的。然而，这由数据字段跟着，该数据字段从一个时隙扩展进下一个时隙并且包含很多的字符。例如，当前建议第二数据时隙包含57个符号。在图5中示出的建议具有213.25个符号。该扩展的数据时隙由时隙132的尾部跟着。应该理解到第二数据字段的长度可以被扩展到覆盖进一步的时隙。因此，从GSM突发格式去除训练序列将释放更多的空间用于附加的用户数据。因此，在多时隙分配内，这可以从时隙2...n执行，即，保留在第一时隙内并且将在后续一个中消失的训练序列。由于时隙的标记将应用，所以可以从时隙2...n去除标记。本发明的实施方式特别地可以应用于在图5中示出的时隙结构。

本发明的实施方式，两个抽头、两个状态缩减复杂度均衡器用于预均衡。利用该类型的均衡器，用于估计20个硬符号的复杂度相对来说不太明显。

在本发明的优选实施方式中，已经建议在第一次估计中，使用训练序列的任意一侧的10个符号。在第一次频率估计中，使用20个预均衡符号和26个训练序列符号，提供46个符号。在第二频率估计器中，使用训练序列的任意一侧上的30个符号。应该理解使用的符号的数目可以在本发明的可选实施方式中改变。例如，在第一均衡块中，在使用的训练序列的任意一侧上的符号的数目优选地在10和15个符号之间。优选地，由第二均衡器使用的符号的数目大致与训练序列符号的数目相同。数字信号处理器的处理部分可关于将被处理的训练序列的任意一侧上的符号的数目来有效地定义上限。

在本发明的优选实施方式中，均衡在训练序列的任意一侧上的符号。然而，在本发明的可选实施方式中，仅可以使用在训练序列的一侧上的符号。符号可以直接相邻于训练序列或以小数目的符号从其去除。

现在参考图6，其表示体现本发明的方法的步骤。

在步骤S1，在训练序列的任意一侧上的10个符号被均衡(估计)。

在步骤S2，使用训练序列的任意一侧上的10个符号和训练序列来估计多普勒频移。

在步骤S3，估计的多普勒频偏用于校正训练序列的任意一侧上的30个符号以及接收到的训练序列。在步骤S4中，使用频率校正信道冲激响应和接收到的样本。特别地，均衡(估计)训练序列的任意一侧上的30个符号。这是基于原始接收到的符号和初始确定的信道冲激响应。

在步骤S5中，在训练序列的任意一侧上估计的30个符号连同训练序列来估计频率。基于接收到的信道冲激响应和样本来计算多普勒频移的第二估计，没有任何的校正。换句话说，在步骤S5中使用与步骤S1相同版本的信道冲激响应和接收到的样本。

在步骤S6中使用估计的频率以校正初始确定的信道冲激响应和接收到的样本。

现在参考图7，其示出本发明的第二实施方式。在该实施方式中，使用平均。需要平均来实现高速的要求。由于增加训练的速率，已经期望改进基站收发台的性能以保持相同的质量要求，特别对于GMSK调制信号。基站收发台符合平均所需的质量等级4或更好的成功建立或切换处理，其中移动台以高达每小时330公里的速率移动。

块100、102、104、106、108、110和112以结合图4所描述的类似方式操作。然而，替代于接收信道冲激响应h和接收到的样本y，块102、104、106、110和112替代地接收由平均去除块180输出的修改的信道冲激响应h’和修改的接收到的样本y’。

提供附加的块LSE(最小均方误差)频率估计器块184。其接收块108的输出以及平均去除块180的输出。这使用最小均方误差算法来提供频偏的估计。块184也使用训练序列的任意一侧上的30个符号以及训练序列本身。

由LSE频率估计器块184计算的频偏提供给平均更新块182。这提供了频偏的平均。平均频偏接着用于在平均去除块180中。

本发明的实施方式可以被并入在基站和/或移动台或其他合适的用户设备中。

已经在使用GMSK调制的GSM系统的背景中描述了本发明的优选实施方式。应该理解本发明的实施方式也可以结合不同的调制方法来使用，这些不同的调制方法依赖于频率或取决于频率的特性。本发明的实施方式当然可结合任意标准或通信方法来使用，其中根据频率来使用调制。本发明的实施方式也可以应用于无线蜂窝通信系统，但也可以使用在任意的设置中，其中使用调制的无线电或类似的信号来传输信号。

Claims

1.一种接收机，其用于接收传输的信号，该信号包括所述接收机已知的参考信息，所述接收机包括：

用于估计所述参考信息和非参考信息以提供估计信息的装置，所述非参考信息是紧接在所述参考信息之前和紧接在所述参考信息之后的至少一个；以及

用于使用所述估计信息来确定所述接收到的信号的误差并且对所述误差进行补偿的装置。

2.根据权利要求1所述的接收机，其中所述非参考信息包括在参考信息之前和之后的至少一个的n个符号。

3.根据权利要求2所述的接收机，其中n处于8和15之间。

4.根据任意前面一项权利要求所述的接收机，其中所述参考信息包括训练序列。

5.根据任意前面一项权利要求所述的接收机，其中所述参考信息提供在信号的中间区域。

6.根据任意前面一项权利要求所述的接收机，其中所述估计装置包括均衡器。

7.根据任意前面一项权利要求所述的接收机，其中所述估计装置被设置成实施缩减状态序列估计方法和判决反馈估计方法中的一个。

8.根据任意前面一项权利要求所述的接收机，其中所述误差包括频率误差。

9.根据任意前面一项权利要求所述的接收机，其中用于使用所述估计信息的装置包括频率估计器。

10.根据权利要求9所述的接收机，其中所述频率估计器使用LMMSE方法来估计所述频率。

11.根据任意前面一项权利要求所述的接收机，其中用于使用所述估计信息的所述装置被设置用于向至少一些接收到的信号提供频偏校正。

11.根据任意前面一项权利要求所述的接收机，其中第二装置提供用于估计所述参考信息和非参考信息以提供估计信息，所述第二估计装置被连接以接收用于使用所述估计信息的所述装置的输出。

12.根据当从属于权利要求2时的权利要求11所述的接收机，其中所述第二估计装置被设置用于估计非参考信息之前和之后的至少一个的m个符号，其中m大于n。

13.根据权利要求13所述的接收机，其中m处于25到35的范围内并且优选地是30个符号。

14.根据权利要求12或13所述的接收机，其中用于估计的所述第二装置被设置成仅估计非参考信息之前和非参考信息之后的至少一个的所述m个符号。

15.根据权利要求11到14的任意一项所述的接收机，其中提供用于使用所述第二估计装置的所述估计信息的第二装置。

16.根据权利要求15所述的接收机，其中所述第二使用装置被设置成使用所述接收到的信号来估计频偏。

17.根据权利要求15或16所述的接收机，其中所述第二使用装置包括用于校正接收到的信号的频率的频偏校正装置。

18.一种接收机，其用于接收传输的信号，该信号包括所述接收机已知的参考信息，所述接收机包括：

估计器，用于估计所述参考信息和非参考信息以提供估计信息，所述非参考信息是紧接在所述参考信息之前和紧接在所述参考信息之后的至少一个；

误差估计器，用于使用所述估计信息来确定所述接收到的信号的误差；以及

频率误差校正器，用于针对所述误差补偿接收到的信号。

19.一种用于接收传输的信号的方法，该信号包括已知的参考信息，所述接收方法包括步骤：

估计所述参考信息和非参考信息以提供估计信息，所述非参考信息是紧接在所述参考信息之前和紧接在所述参考信息之后的至少一个；以及

使用所述估计信息来确定所述接收到的信号的误差并且对所述误差进行补偿。

20.一种频率校正方法，该方法包括第一阶段和第二阶段，

所述第一阶段包括第一装置，该第一装置用于估计接收到的信号的第一数目的符号，用于基于估计的符号来估计频率误差，以及用于对接收到的信号的第二数目的符号实施频偏校正来提供修改的信号，并且第二阶段包括第二装置，该第二装置用于估计修改的信号的至少第二数目的符号，用于基于由所述第二估计装置所输出的估计信号来估计频率误差，以及用于使用由所述第二估计装置所估计的频率误差来实施对接收到的信号的频差校正。

21.根据权利要求20所述的接收机，其中所述第一数目小于所述第二数目。