CN102238606B - 一种基于帧结构扩展的信号处理方法和系统 - Google Patents

一种基于帧结构扩展的信号处理方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于帧结构扩展的信号处理方法，包括：模拟发射终端按照网络硬仿真系统的通用帧结构或优化帧结构向基站发送上行信号；基站根据上行信号的通用帧结构或优化帧结构进行信号处理。本发明还公开了一种基于帧结构扩展的信号处理系统。通过本发明的方法和系统，解决了空口传播时延大时的信道估计问题，并能够在模拟发射终端发射信号之后，避免对其他时隙的干扰，同时最大限度的与标准帧结构保持一致。

Description

一种基于帧结构扩展的信号处理方法和系统
技术领域
本发明涉及时分双工的移动通信系统，尤其涉及一种基于帧结构扩展的信号处理方法和系统。
背景技术
不论是第二代还是第三代移动通信系统，最终都是以移动通信网络的形式体现的，而网络优化是移动通信网络的重要环节。通常情况下，网络优化依赖于测试终端，即通过测试终端生成和记录移动通信系统覆盖区域内的相关数据，然后通过数据分析对网络进行优化。然而，测试终端的信号处理能力和精度有限，同时需要依赖于已有的邻小区配置，而在实际情况下，邻小区漏配是普遍存在的，因此利用测试终端进行网络优化的方法具有一定的局限性。
此外，网络优化还可以应用扫频仪等设备，尽管这种方法可以部分克服邻小区漏配的问题，但由于下行多个小区的同频信号相互干扰，使得信号测量的精度受到影响，而且在网络进行部分调整之后，需要重新测试以反映网络调整之后信号不同叠加的新情况，从而也存在一定的局限性。
对于时分双工的移动通信系统而言，其上下行具有互易性。尤其是在覆盖测试方面，如果基站某一天线发射信号A而终端收到信号B，那么由终端发射信号A，基站的这一天线也可以收到信号B。而在图1所示的移动通信系统中包括很多基站，所有的基站均同时发射导频信号，终端并不能准确测量出每个基站到达该终端的导频信号强度；但由于发射信号的终端数量可以控制，加上基站的信号处理能力更强，因此基站能够准确地估计出终端信号到达基站的强度，而不在乎移动通信系统中存在的基站数量多少或者不同基站发射信号的叠加情况。
基于上述分析，对于时分双工的移动通信系统，可以通过上行信号测量得到下行网络覆盖的方法来进行网络优化。
基于时分双工移动通信系统中上下行互易性的原理，可以构造利用系统设备所接收的终端上行信号来计算下行覆盖的网络硬仿真系统，如图1所示，该系统是基于一台模拟发射终端发送信号而多台基站同时进行测量的特点进行设计的，由于模拟发射终端无法实现与所有基站保持上行同步，因此模拟发射终端接有全球定位系统(GPS，GlobalPositioningSystem)接收机，采用与基站相同的同步方式。
如果图1所示的网络硬仿真系统采用现有标准定义的帧结构，那么空间传播时延将带来以下两个问题，如图2所示，图2为标准帧结构在上行不同步情况下的信号示意图：
一、在传播时延达到一定的取值之后，用于信道估计的数据部分将不在基站的信道估计窗之内，导致基站无法对信号进行测量和解析；
二、模拟发射终端的发射信号将影响基站的邻上行时隙接收或者终端的邻下行时隙接收。
上述问题一使得网络硬仿真系统很难正常工作，问题二将影响现有网络的其他业务开展，因此，迫切需要对网络硬仿真系统的帧结构及其对应的信号处理方法进行改进，以解决上述存在的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于帧结构扩展的信号处理方法和系统，以解决空口传播时延大时的信道估计问题，并避免模拟发射终端发射的信号对其他时隙的干扰。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种基于帧结构扩展的信号处理方法，该方法包括：
模拟发射终端按照网络硬仿真系统的通用帧结构或优化帧结构向基站发送上行信号；
所述基站根据上行信号的通用帧结构或优化帧结构进行信号处理。
所述网络硬仿真系统的通用帧结构由数据(DATA)部分、训练序列(MA)部分和保护间隔(GP)部分组成，其中，所述DATA部分用于承载业务数据，所述MA部分用于信道估计，所述GP部分用于对相邻时隙的保护。
所述网络硬仿真系统的优化帧结构由DATA1部分、MA0部分、MA1部分、MA2部分和GP部分组成，其中，所述DATA1部分用于承载业务数据，所述MA2部分用于信道估计，所述GP部分用于对相邻时隙的保护，MA2部分与MA1部分的内容相同。
所述基站根据上行信号的通用帧结构进行信号处理，具体为：
根据所述上行信号的通用帧结构中的MA部分进行信道估计，将从信道估计的峰值径位置X与变量y的差值开始的预设数量的码片作为反向覆盖测试用户的信道估计结果；
在进行数据解调时，取X-y处为实际接收到DATA的起始位置。
所述基站根据上行信号的优化帧结构进行信号处理，具体为：
根据所述上行信号的优化帧结构中的MA2部分进行信道估计，将从信道估计的峰值径位置X与变量y的差值开始的预设数量的码片作为反向覆盖测试用户的信道估计结果；
在进行数据解调时，取X-y处为实际接收到DATA1的起始位置。
本发明还提供了一种基于帧结构扩展的信号处理系统，该系统包括：
模拟发射终端，用于按照网络硬仿真系统的通用帧结构或优化帧结构向基站发送上行信号；
基站，用于根据上行信号的通用帧结构或优化帧结构进行信号处理。
所述网络硬仿真系统的通用帧结构由DATA部分、MA部分和GP部分组成，其中，所述DATA部分用于承载业务数据，所述MA部分用于信道估计，所述GP部分用于对相邻时隙的保护。
所述网络硬仿真系统的优化帧结构由DATA1部分、MA0部分、MA1部分、MA2部分和GP部分组成，其中，所述DATA1部分用于承载业务数据，所述MA2部分用于信道估计，所述GP部分用于对相邻时隙的保护，MA2部分与MA1部分的内容相同。
所述基站进一步用于，根据所述上行信号的通用帧结构中的MA部分进行信道估计，将从信道估计的峰值径位置X与变量y的差值开始的预设数量的码片作为反向覆盖测试用户的信道估计结果；在进行数据解调时，取X-y处为实际接收到DATA的起始位置。
所述基站进一步用于，根据所述上行信号的优化帧结构中的MA2部分进行信道估计，将从信道估计的峰值径位置X与变量y的差值开始的预设数量的码片作为反向覆盖测试用户的信道估计结果；在进行数据解调时，取X-y处为实际接收到DATA1的起始位置。
本发明所提供的一种基于帧结构扩展的信号处理方法和系统，由模拟发射终端按照网络硬仿真系统的通用帧结构或优化帧结构向基站发送上行信号；基站根据上行信号的通用帧结构或优化帧结构进行信号处理。该通用帧结构由DATA部分、MA部分和GP部分组成；该优化帧结构由DATA1部分、MA0部分、MA1部分、MA2部分和GP部分组成。
通过本发明，解决了空口传播时延大时的信道估计问题，并能够在模拟发射终端发射信号之后，避免对其他时隙的干扰，同时最大限度的与标准帧结构保持一致。
附图说明
图1为现有的网络硬仿真系统的架构示意图；
图2为标准帧结构在上行不同步情况下的信号示意图；
图3为本发明中适用于TD-SCDMA网络硬仿真系统的通用帧结构示意图；
图4为本发明中适用于TD-SCDMA网络硬仿真系统的优化帧结构示意图；
图5为本发明一种基于帧结构扩展的信号处理方法流程图；
图6为本发明的信道估计原理示意图；
图7为本发明的物理信道映射原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。
为解决网络硬仿真系统中，空口传播时延大时的信道估计问题，并避免模拟发射终端发射的信号对其他时隙的干扰。本发明在时分同步码分多址(TD-SCDMA，TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess)标准帧结构的基础上，新采用一种TD-SCDMA硬仿真系统的通用帧结构，如图3所示，该通用帧结构由数据(DATA)部分、训练序列(MA，Midamble)部分和保护间隔(GP，GuardPeriod)部分组成。其中，DATA部分用于承载业务数据，其长度为a码片；MA部分用于信道估计，其长度为b码片；而GP部分则用于对相邻时隙的保护，其长度为864-a-b码片，a和b均是变量。
作为本发明的另一种可行实施例，在图3所示TD-SCDMA硬仿真系统的通用帧结构基础上，进一步提出如图4所示的TD-SCDMA网络硬仿真系统的优化帧结构。该优化帧结构由DATA1部分、MA0部分、MA1部分、MA2部分和GP部分组成。其中，DATA1部分、MA0部分和MA1部分与现有TD-SCDMA标准的帧结构相同；不同的是，本发明的优化帧结构将现有TD-SCDMA标准帧结构中的Data2部分修改为128码片的MA2和224码片的GP部分，其中MA2部分与MA1部分相同，而该224码片的GP部分则与现有TD-SCDMA标准帧结构中16码片的GP部分和在一起统一成240码片的GP部分。DATA1部分用于承载业务数据，MA2部分用于信道估计，GP部分用于对相邻时隙的保护。
那么基于上述帧结构的扩展，本发明提供的一种信号处理方法，如图5所示，主要包括以下步骤：
步骤501，模拟发射终端按照网络硬仿真系统的通用帧结构或优化帧结构向基站发送上行信号。
如果模拟发射终端按照网络硬仿真系统的通用帧结构发送上行信号，则需要将该上行信号按照图3所示的帧结构进行封装；如果模拟发射终端按照网络硬仿真系统的优化帧结构发送上行信号，则需要将该上行信号按照图4所示的帧结构进行封装。
步骤502，基站根据上行信号的通用帧结构或优化帧结构进行信号处理。
需要说明的是，如果上行信号采用的是通用帧结构，那么基站根据该通用帧结构中的MA部分进行信道估计；如果上行信号采用的是优化帧结构，那么基站根据该优化帧结构中的MA2部分进行信道估计。
下面举例说明，在上述优化帧结构的基础上，定义用于TD-SCDMA网络硬仿真系统的码道为SF＝16的第1号码道，则信道估计的方法为：
1、基站在进行信号处理时采用MA2部分进行信道估计；
2、如果信道估计的峰值径在X处，则取X-y开始的若干(预设数量)码片(如16码片)作为反向覆盖测试用户的信道估计结果，其中，y为一变量，例如：y取值为6。如图6所示，接收时隙数据中位于DATA1前面的白框表示时延，由于MA2部分的内容与MA1部分的内容相同，因此即使在时延较大时，仍然能保证MA2部分的内容完整性，从而不会影响信道估计的结果。另外，240码片的GP部分用于对相邻时隙的保护，能够有效避免模拟发射终端发射的信号对其他时隙的干扰。
在进行数据解调时，基站取X-y为实际接收到DATA1的起始位置，然后取352码片长的数据进行解调，具体解调方法与TD-SCDMA系统的标准解调方法相同，如：采用联合检测的方法进行解调。
在具体的数据映射、解映射时，可以根据TD-SCDMA标准TD25.222的方法进行，但只映射和解映射DATA1部分，数据按照顺序排列，具体如图7所示。其余的信道编解码过程与3GPPTS25.222协议规定的一致。
采用本发明的信号处理方法，能够保证基站在空口传播时延较大时正常工作，数据的解调能够反映空口传播延迟的情况，而且数据映射和解映射部分与采用的帧结构保持一致。
对应上述基于帧结构扩展的信号处理方法，本发明还提供了一种基于帧结构扩展的信号处理系统，包括：模拟发射终端和基站。其中，模拟发射终端，用于按照网络硬仿真系统的通用帧结构或优化帧结构向基站发送上行信号。基站，用于根据上行信号的通用帧结构或优化帧结构进行信号处理。网络硬仿真系统的通用帧结构如图3所示，网络硬仿真系统的优化帧结构如图4所示。
另外，如果上行信号采用的是通用帧结构，那么基站根据该通用帧结构中的MA部分进行信道估计，将从信道估计的峰值径位置X与变量y的差值开始的预设数量的码片作为反向覆盖测试用户的信道估计结果；在进行数据解调时，取X-y处为实际接收到DATA的起始位置。如果上行信号采用的是优化帧结构，那么基站根据该优化帧结构中的MA2部分进行信道估计，将从信道估计的峰值径位置X与变量y的差值开始的预设数量的码片作为反向覆盖测试用户的信道估计结果；在进行数据解调时，取X-y处为实际接收到DATA1的起始位置。
综上所述，本发明解决了空口传播时延大时的信道估计问题，并能够在模拟发射终端发射信号之后，避免对其他时隙的干扰，同时最大限度的与标准帧结构保持一致。在TD-SCDMA网络硬仿真系统中，通过将TD-SCDMA标准帧结构中的DATA2部分修改为128码片的MA2和224码片的GP部分，这一优化帧结构使得TD-SCDMA网络硬仿真系统支持对超过28公里的小区进行网络优化，而同时对距离模拟发射终端50公里远的小区仍不产生跨时隙干扰。
此外，本发明基于帧结构扩展的信号处理方法并非仅限于在TD-SCDMA网络硬仿真系统中应用，对于其他时分双工的网络硬仿真系统也是可行的，如时分双工长期演进(TDD-LTE，TimeDivisionDuplexingLongTermEvolution)系统等等。也就是说，基于本发明前述类似的扩展方式，对TDD-LTE系统标准的帧结构进行改进，也能解决TDD-LTE系统中空口传播时延大时的信道估计问题，并避免TDD-LTE系统中模拟发射终端发射的信号对其他时隙的干扰。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于帧结构扩展的信号处理方法，其特征在于，该方法包括：
模拟发射终端按照网络硬仿真系统的优化帧结构向基站发送上行信号；
所述基站根据上行信号的优化帧结构进行信号处理；
其中，所述网络硬仿真系统的优化帧结构由DATA1部分、MA0部分、MA1部分、MA2部分和GP部分组成，其中，所述DATA1部分用于承载业务数据，所述MA2部分用于信道估计，所述GP部分用于对相邻时隙的保护，MA2部分与MA1部分的内容相同。
2.根据权利要求1所述基于帧结构扩展的信号处理方法，其特征在于，所述基站根据上行信号的优化帧结构进行信号处理，具体为：
根据所述上行信号的优化帧结构中的MA2部分进行信道估计，将从信道估计的峰值径位置X与变量y的差值开始的预设数量的码片作为反向覆盖测试用户的信道估计结果；
在进行数据解调时，取X－y处为实际接收到DATA1的起始位置。
3.一种基于帧结构扩展的信号处理系统，其特征在于，该系统包括：
模拟发射终端，用于按照网络硬仿真系统的优化帧结构向基站发送上行信号；
基站，用于根据上行信号的优化帧结构进行信号处理；
其中，所述网络硬仿真系统的优化帧结构由DATA1部分、MA0部分、MA1部分、MA2部分和GP部分组成，其中，所述DATA1部分用于承载业务数据，所述MA2部分用于信道估计，所述GP部分用于对相邻时隙的保护，MA2部分与MA1部分的内容相同。
4.根据权利要求3所述基于帧结构扩展的信号处理系统，其特征在于，所述基站进一步用于，根据所述上行信号的优化帧结构中的MA2部分进行信道估计，将从信道估计的峰值径位置X与变量y的差值开始的预设数量的码片作为反向覆盖测试用户的信道估计结果；在进行数据解调时，取X－y处为实际接收到DATA1的起始位置。
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