CN102316054A - 宽带无线通信系统的定时估计方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带无线通信系统的定时估计方法及装置，针对不同信道的定时要求设置了多级检测，第一级检测以功率时延谱序列为检测对象，除第一级检测外的其他级检测以上一级检测输出序列为检测对象，每一级检测中都通过本级检测窗的移动确定本级检测对象中具有最大能量值的位置，因此最后一级检测能检测到多径能量出现最集中的区域，基于此估计出的定时位置，在考虑了宽带无线通信系统可分辨的不同信道的定时要求的前提下，估计出的定时位置具有较小的定时偏差。

Description

宽带无线通信系统的定时估计方法及装置
技术领域
本发明涉及定时估计技术，特别涉及宽带无线通信系统的定时估计方法及装置。
背景技术
随着通信技术的不断发展，无线通信系统的带宽越来越大，宽带无线通信系统相对于窄带无线通信系统来说，对通信中实际存在的信道的分辨能力显著增强。
通信中实际存在的不同信道具有不同的定时要求，例如，长期演进(LTE，Long Term Evolution)系统中对随机接入信道(PRACH，Physical RandomAccess Channel)的定时精度在不同信道条件下有不同的定时要求，在高斯信道下要求为1.04微秒，在多径信道下要求为2.08微秒。
现有技术中的定时估计方法均针对窄带无线通信系统，由于很多信道在窄带无线通信系统下是无法被分辨出的，所以这些定时估计方法均没有考虑不同信道的不同定时要求，使得估计出的定时位置无法满足所有信道的定时要求。可见，现有技术中的定时估计方法并不适用于宽带无线通信系统。
发明内容
本发明提供一种宽带无线通信系统的定时估计方法，该方法估计出的定时位置能够满足宽带无线通信系统可分辨的不同信道的不同定时需求。
本发明提供一种宽带无线通信系统的定时估计装置，该装置估计出的定时位置能够满足宽带无线通信系统可分辨的不同信道的不同定时需求。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种宽带无线通信系统的定时估计方法，关键在于，设置对应不同信道的定时要求的多级检测、及每级检测的检测窗；该方法还包括：
在第一级检测中，将本级检测窗的起始位置从功率时延谱序列的起始位置开始，每次移动一个数据直至本级检测窗的结束位置到达所述序列的结束位置，计算每次移动后本级检测窗内数据的能量值，输出最大能量值对应的本级检测窗内的序列；
在除第一级检测外的每一级检测中，将本级检测窗的起始位置从上一级检测输出序列的起始位置开始，每次移动一个数据，直至本级检测窗的结束位置到达上一级检测输出序列的结束位置，计算每次移动后本级检测窗内数据的能量值，输出最大能量值对应的本级检测窗内的序列；
在最后一级检测输出的序列中，选择估计的定时位置。
一种宽带无线通信系统的定时估计装置，关键在于，该装置包括：定时估计器和不同信道的定时要求对应的多级检测器；其中，
第一级检测器，将本级检测窗的开始位置从功率时延谱序列的起始位置开始，每次移动一个数据直至本级检测窗的结束位置到达所述序列的结束位置，计算每次移动后本级检测窗内数据的能量值，输出最大能量值对应的本级检测窗内的序列；
除第一级检测器外的每一级检测器，将本级检测窗的开始位置从上一级检测器发送的序列的起始位置开始，每次移动一个数据的位置，直至本级检测窗的结束位置到达上一级检测器发送的序列的结束位置，计算每次移动后本级检测窗内数据的能量值，输出最大能量值对应的本级检测窗内的序列；
所述定时估计器，在最后一级检测器输出的序列中，选择估计的定时位置。
可见，本发明中宽带无线通信系统的定时估计方法及装置，针对不同信道定时要求设置了多级检测，第一级检测以PDP序列为检测对象，除第一级检测外的其他级检测以上一级检测输出序列为检测对象，每一级检测中都通过本级检测窗的移动确定本级检测对象中具有最大能量值的位置，因此最后一级检测能检测到多径能量出现最集中的位置，基于此估计出的定时位置，在考虑了宽带无线通信系统可分辨的不同信道的定时要求的前提下，估计出的定时位置具有较小的定时偏差。
附图说明
图1为本发明宽带无线通信系统的定时估计方法的流程图；
图2为本发明宽带无线通信系统的定时估计装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中宽带无线通信系统的定时估计装置的结构示意图；
图4为本实施例中第一级检测中的检测窗移动示意图。
具体实施方式
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
图1为本发明宽带无线通信系统的定时估计方法的流程图，在该流程开始之前，设置对应不同信道定时要求的多级检测、及每级检测的检测窗。图1所示流程包括：
步骤101：在第一级检测中，将本级检测窗的起始位置从功率时延谱(PDP，Power Delay Profile)序列的起始位置开始，每次移动一个数据直至本级检测窗的结束位置到达PDP序列的结束位置，确定每次移动后检测窗内数据的能量值，输出最大能量值对应的本级检测窗内的序列。
本步骤中，接收端将接收信号与本地预设序列进行相关，再对相关结果取模值或模值平方，得到所述PDP序列。PDP序列中的每个数据具有序号，这些序号是遵循一定规则排列的整数，例如可以是连续整数。
步骤102：在除第一级检测外的每一级检测中，将本级检测窗的起始位置从上一级检测输出序列的起始位置开始，每次移动一个数据直至本级检测窗的结束位置到达上一级检测输出序列的结束位置，确定每次移动后本级检测窗内数据的能量值，输出最大能量值对应的本级检测窗内的序列。
步骤103：在最后一级检测输出的序列中，选择估计的定时位置。
本步骤中，选择的位置可以是最后一级检测输出的序列中的任意位置。
对应本发明提供的方法，图2为本发明宽带无线通信系统的定时估计装置的结构示意图，该装置包括：定时估计器和对应不同信道定时要求的多级检测器。
第一级检测器，将本级检测窗的开始位置从PDP序列的起始位置开始，每次移动一个数据直至本级检测窗的结束位置到达PDP序列的结束位置，计算每次移动后本级检测窗内数据的能量值，输出最大能量值对应的本级检测窗内的序列。
除第一级检测器外的每一级检测器，将本级检测窗的开始位置从上一级检测器输出发送的序列的起始位置开始，每次移动一个数据的位置，直至本级检测窗的结束位置到达上一级检测器输出发送的序列的结束位置，计算每次移动后本级检测窗内数据的能量值，输出最大能量值对应的本级检测窗内的序列。
所述定时估计器，在最后一级检测器输出的序列中，选择估计的定时位置。
可见，本发明中宽带无线通信系统的定时估计方法及装置，针对不同信道定时要求设置了多级检测，第一级检测以PDP序列为检测对象，除第一级检测外的其他级检测以上一级检测输出序列为检测对象，每一级检测中都通过本级检测窗的移动确定本级检测对象中具有最大能量值的位置，因此最后一级检测能检测到多径能量出现最集中的区域，基于此估计出的定时位置，在考虑了宽带无线通信系统可分辨的不同信道的定时要求的前提下，估计出的定时位置具有较小的定时偏差。
下面给出本发明宽带无线通信系统的定时估计方法及装置的实施例。
在本实施例中，不同信道的定时要求为不同信道的时延扩展或定时精度要求，例如LTE系统中针对PRACH，在高斯信道下定时精度要求为1.04微妙，在多径信道下定时精度要求为2.08微妙。
假设共有P个不同信道的时延扩展或定时精度要求，则对应设置P级检测；按照从大到小的顺序排列时延扩展或定时精度的具体取值，表示为T1＞T2＞......＞TP，使用这些取值分别与当前采样率f′s相乘，相乘结果进行取整后作为对应每级检测的采样点数N1＞N2＞......＞NP，取整的具体方式根据不同信道及其性能需求来确定，上述当前采样率f′s为接收端在得到PDP序列的处理阶段所使用的采样率；设置每级检测的检测窗长度分别为L1＝N1，L2＝N2，......，LP＝NP，如果PDP序列的长度表示为LPDP，每级检测的检测窗长度满足条件LPDP≥L1≥L2≥......≥LP≥1。
图3为本发明实施例中宽带无线通信系统的定时估计装置的结构示意图，可以看出，每一级检测器内部包括：对应该级检测的窗能量收集器和窗选择器。
本发明实施例中的定时估计装置按照如下步骤执行操作：
步骤1：在第一级检测中，第一级窗能量收集器将本级检测窗的起始位置从PDP序列的起始位置开始，每次移动一个数据，直至本级检测窗的结束位置到达PDP序列的最后一个数据，对每次移动后本级检测窗内的数据求和作为能量值，计算公式如下：
Energy slipwindow 1 ( n ) = Σ k = 0 L 1 - 1 PDP ( n + k ) , 0 ≤ n ≤ L PDP - L 1 .
上述计算公式中，PDP(n+k)表示PDP序列中第n+k个数据的值。
第一级窗选择器，从第一级窗能量收集器计算的能量值中选择出最大能量值，从PDP序列中截取最大能量值对应的本级检测窗内的序列，输出该截取的序列及其中第一个数据的序号Idx1。
图4为本实施例中第一级检测中的检测窗移动示意图，假设检测窗在如图4所示位置时，得到最大能量值。
步骤2：在第二级检测中，第二级窗能量收集器将本级检测窗从第一级窗选择器输出序列的起始位置开始，每次移动一个数据直至本级检测窗的结束位置到达第一级窗选择器输出序列的结束位置，对每次移动后本级检测窗内的数据求和作为能量值，计算公式如下：
Energy slipwindow 2 ( n ) = Σ k = 0 L 2 - 1 PDP ( n + k ) , Idx 1 ≤ n ≤ Idx 1 + L 1 - L 2 .
第二级窗选择器，从第二级窗能量收集器计算的能量值中选择出最大能量值，从第一级窗选择器输出的序列中截取该最大能量值对应的本级检测窗内的序列，输出该截取的序列及其中第一个数据的序号Idx2。
步骤3：针对第二级检测之后的每一级检测，每一级窗能量收集器和窗选择器分别执行上述2中的操作。
步骤4：定时估计器在最后一级窗选择器输出的序列中，选择中点位置作为估计的定时位置，计算公式如下：
Idx esti = g ( Idxp , L P ) = Idxp + L P - 1 2 .
上述公式中的Idxp为最后一级窗选择器输出序列中第一个数据的序号。
按照如上公式确定定时位置，相当于求均值，目的在于无偏估计，最后一级检测的检测窗长度LP为奇数。当然，在其他应用场合，还可以选择最后一级窗选择器输出序列中的其他任意位置作为估计的定时位置，Idxesti可以不为整数，此时使用的函数表示为g(·)。
在上述步骤4之后，还可以进一步估计定时偏差，计算公式如下：
其中Idxexpected为本地序列中期望的定时位置，是一个已知量；f′s为当前采样率。
综上所述，以上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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种宽带无线通信系统的定时估计方法，其特征在于，设置对应不同信道的定时要求的多级检测、及每级检测的检测窗；该方法还包括：
在第一级检测中，将本级检测窗的起始位置从功率时延谱序列的起始位置开始，每次移动一个数据直至本级检测窗的结束位置到达所述序列的结束位置，计算每次移动后本级检测窗内数据的能量值，输出最大能量值对应的本级检测窗内的序列；
在除第一级检测外的每一级检测中，将本级检测窗的起始位置从上一级检测输出序列的起始位置开始，每次移动一个数据，直至本级检测窗的结束位置到达上一级检测输出序列的结束位置，计算每次移动后本级检测窗内数据的能量值，输出最大能量值对应的本级检测窗内的序列；
在最后一级检测输出的序列中，选择估计的定时位置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同信道的定时要求包括：不同信道的时延扩展或定时精度；
所述设置对应不同信道的定时要求的多级检测、及每级检测使用的检测窗为：
按照从大到小的顺序排列所述时延扩展或定时精度的取值；
使用每个取值分别与当前采样率相乘，将相乘结果取整后得到对应每级检测的采样点数；
设置每级检测的检测窗的长度与该级检测对应的采样点数相等。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算每次移动后本级检测窗内数据的能量值为：
对每次移动后本级检测窗内的数据求和。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述最后一级检测的检测窗的长度为奇数；
所述从最后一级检测输出序列中，选择估计的定时位置为：从最后一级检测输出序列中，选择中点位置作为估计的定时位置。
5.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述选择估计的定时位置之后，进一步包括：将所述定时位置与期望的定时位置的差除以当前采样率，作为估计的定时偏差。
6.一种宽带无线通信系统的定时估计装置，其特征在于，该装置包括：定时估计器和不同信道的定时要求对应的多级检测器；其中，
第一级检测器，将本级检测窗的开始位置从功率时延谱序列的起始位置开始，每次移动一个数据直至本级检测窗的结束位置到达所述序列的结束位置，计算每次移动后本级检测窗内数据的能量值，输出最大能量值对应的本级检测窗内的序列；
除第一级检测器外的每一级检测器，将本级检测窗的开始位置从上一级检测器发送的序列的起始位置开始，每次移动一个数据的位置，直至本级检测窗的结束位置到达上一级检测器发送的序列的结束位置，计算每次移动后本级检测窗内数据的能量值，输出最大能量值对应的本级检测窗内的序列；
所述定时估计器，在最后一级检测器输出的序列中，选择估计的定时位置。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述不同信道的定时要求包括：不同信道对应的时延扩展或定时精度，按照从大到小的顺序排列所述时延扩展或定时精度的取值，将每个取值分别与当前采样率的相乘结果取整后作为对应每级检测的采样点数，设置每级检测的检测窗的长度与该级检测对应的采样点数相等；
所述每一级检测器中包括：对应该级检测的窗能量收集器和窗选择器；
第一级窗能量收集器，将本级检测窗的起始位置与从功率时延谱序列的起始位置开始，每次移动一个数据直至本级检测窗的结束位置到达所述序列的结束位置，对每次移动后本级检测窗内的数据求和作为能量值；第一级窗选择器，从第一级窗能量收集器计算的能量值中选择出最大能量值，从功率时延谱序列中截取最大能量值对应的本级检测窗中的序列，输出该截取的序列及其中第一个数据的序号；
除第一级窗能量收集器外的其他级窗能量收集器，将本级检测窗的开始位置从上一级检测器发送的序列的起始位置开始，每次移动一个数据，直至本级检测窗的结束位置到达上一级检测器发送的序列的结束位置，对每次移动后本级检测窗内的数据求和作为能量值；除第一级窗选择器外的其他级窗选择器，从本级窗能量收集器计算的能量值中选择出最大能量值，从上一级窗选择器输出的序列中截取该最大能量值对应的本级检测窗内的序列，输出该截取的序列及其中第一个数据的序号。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述定时估计器从最后一级窗选择器输出序列中，选择中点位置作为估计的定时位置。
9.如权利要求6或8所述的装置，其特征在于，所述定时估计器进一步用于，使用所述定时位置与期望的定时位置的差除以当前采样率，作为估计的定时偏差。
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