CN102739582B - 适用于无线信道的均衡接收方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及适用于无线信道的均衡接收方法和系统；该方法包括：确定多倍采样信号的初始信道参数估计值和时间提前量；根据所述时间提前量提取突发脉冲的同步采样序列和有偏采样序列，确定最终的信道参数估计值；根据所述最终的信道参数估计值计算所述同步采样序列和有偏采样序列的物理测量值，根据所述物理测量值优选所述同步采样序列或/和有偏采样序列送入均衡解调。本发明考虑了时间提前量估计值在受到多径和噪声干扰情况下会存在偏差的情况，提出简单有效的修正方法，对多个时偏采样序列进行质量优选，有效地改进了均衡解调性能，弥补了定时精度不高存在偏差的问题。

Description

适用于无线信道的均衡接收方法及系统

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及适用于无线信道的均衡接收方法，以及适用于无线信道的均衡接收系统。

背景技术

GSM通信系统是第二代移动通信系统，在全世界范围内已经得到了广泛的应用。但是随着移动通信技术的发展和用户对数据业务需求的增加，增强现有系统的竞争力。欧洲电信标准化学会(ETSI)决定发展增强型数据速率GSM演进方案—EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution)作为GSM未来的演进方向，引入了多电平数字调制方式—8PSK(8phase-shift keying，八进制相移键控)调制。2007年颁布了最新的EDGE系统的增强版(EDGE+系统)，引入了16QAM、32QAM等高阶调制技术，使得EDGE+系统的符号传输速率达到传统符号传输速率的1.2倍，下行链路的数据传输速率可以达到1Mbps以上。

无论对于GSM系统还是其各种演进系统，发射机所发送的信号都要经过多径信道的影响，因而为了克服多径环境引起的码间串扰，通常接收端需要一个信道均衡器。为了保证均衡器的均衡性能，接收端一般要求得到准确的训练序列的起始位置，即在接收端需要得到精确的TA(Timing Advance，时间提前量)。在传统方法中，接收端用已知的训练序列在各个符号位置与接收到的突发进行相关，具有最大相关值对应的符号位置即为估计的TA。现有技术提出了各种精确的TA估计方法或者设计不同的解调方法，以此提高信道均衡器的均衡解调性能。但是在实际系统中，受到多径环境和噪声的影响，TA的估计是不可能完全精确的，始终会影响到系统的均衡结果。

综上所述，现有技术在信号均衡解调上容易受到多径环境和噪声的影响，估计时间提前量会有偏差，降低了均衡接收性能。因此信道均衡器需要解决定时精度低存在偏差以及有效改进均衡解调性能的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种适用于无线信道的均衡接收方法，该方法由于考虑了非同步信息提取，有效克服多径和噪声干扰对突发非精确同步定时的影响，大大改进了系统的均衡解调性能。

本发明的技术方案如下：

适用于无线信道的均衡接收方法，包括如下步骤：

确定多倍采样信号的初始信道参数估计值和时间提前量；

根据所述时间提前量提取突发脉冲的同步采样序列和有偏采样序列，确定最终的信道参数估计值；

根据所述时间提前量抽取对应的信道参数估计序列的连续L个所述初始信道参数估计值作为最终的信道参数估计值，并根据所述最终的信道参数估计值，计算所述同步采样序列和有偏采样序列的信噪比、噪声功率或有用信号功率，所述L为信道弥散长度；

优选信噪比最高、噪声功率最低或有用信号功率最高的所述同步采样序列或/和有偏采样序列送入均衡解调。

本发明的另一目的还在于提供能实现上述方法的适用于无线信道的均衡接收系统，包括：时间提前量确定模块、提取模块、优选模块；

所述时间提前量确定模块用于确定多倍采样信号的初始信道参数估计值和时间提前量；

所述提取模块用于根据所述时间提前量确定模块中的所述时间提前量提取突发脉冲的同步采样序列和有偏采样序列，确定最终的信道参数估计值；

所述优选模块包括计算单元和优选单元；所述计算单元用于根据所述时间提前量抽取对应的信道参数估计序列的连续L个所述初始信道参数估计值作为最终的信道参数估计值，并根据所述最终的信道参数估计值，计算所述同步采样序列和有偏采样序列的信噪比、噪声功率或有用信号功率，所述L为信道弥散长度；

所述优选单元用于优选信噪比最高、噪声功率最低或有用信号功率最高的所述同步采样序列或/和有偏采样序列送入均衡解调。

与现有技术相比，本发明考虑了时间提前量估计值在受到多径和噪声干扰情况下会存在偏差的情况，提出了简单有效的修正方法，对多个时偏采样序列进行质量优选，有效地改进了均衡解调性能，弥补了定时精度不高存在偏差的问题；由于加入考虑了非同步信息量，大大降低了信道畸变和噪声的对突发非精确同步定时的影响，减小了定时非同步带来的性能损失，可以有效地改进系统的均衡性能。

附图说明

图1是本发明适用于无线信道的均衡接收方法在一实施例中的流程示意图。

图2是本发明适用于无线信道的均衡接收系统在一实施例中的结构框图。

图3是本发明实施例中优选模块在一实施例中的结构框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1，是本发明适用于无线信道的均衡接收方法在一实施例中的流程示意图，包括以下步骤：

S101、确定多倍采样信号的初始信道参数估计值和时间提前量；

对于S101、在一个优选的实施例中，可先将接收的多倍采样信号进行符号反旋转，对反旋转后的信号进行时延同步，再确定初始信道参数估计值和时间提前量；

根据GSM的协议规定，对于常规突发，采用线性调制的GMSK相当于类似8PSK的基带调制，需要进行的符号旋转；

在解调时，需要进行相位反旋转的运算，按照下面公式进行相位反旋转的运算：

GMSK：y_j′(k)＝y_j(k)·e^-jπk/2；

其中：k表示调制符号的索引；

y_j(k)表示为第k个符号上第j个采样点位置上接收信号；

将训练序列与所述反旋转后的信号进行相关获得初始信道参数估计值；GSM常规突发脉冲结构如下表所示：

训练序列为26符号放置在突发脉冲中间，可以采用滑动相关的方法，利用训练序列的正交性来获得信道的参数。

通过训练序列与翻转后的信号滑动相关得到M个信道参数估计序列可以表示为：

${\hat{h}}_j\left(K\right)=\frac{1}{16}\underset{N=0}{\overset{15}{\mathrm{\Σ}}}{d}^{*}\left(n\right)\·y_j^{\′}(n+k),j=1~M,k=0~N_0$

其中：N₀取决于搜索范围；

M为多采样倍数，本实施示例设置为4(实际多采样倍数M可以是工程上常采用的2倍抽样或者4倍抽样等)；

d(n)为训练序列符号值；

表示第k个符号上第j个采样点位置上初始信道参数估计值。

在获得所述初始信道参数估计值后可以通过寻找L(信道弥散长度，取值范围4～7)个连续信道参数估计值具有最大能量和来确定时间的提前量，时间提前量TA的估计计算公式如下：

$\mathrm{TA}=\arg \underset{j,l}{\max }\left\{\underset{K=l}{\overset{l+L-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\hat{h}}_j\left(k\right)\right|}^2\right\}$

从而得到时间提前量定时点(j，l)。

S102、根据所述时间提前量提取突发脉冲的同步采样序列和有偏采样序列，确定最终的信道参数估计值；

对于S102、在一个优选实施例中，可根据下列公式从同步后的信号中抽取同步序列和N个具有符号周期(chip)等偏差的有偏序列；由于本实施例中的多采样倍数M设置为4倍，这里设置采样时间和时间提前量定时点有左右偏时间(若本实施例中选取的多采样倍数为2倍，则可抽取具有偏差的有偏序列)；

有偏采样序列是与时间提前量定时点有m(m＝{-(M-1)～-1,1～(M-1)})个多采样时间间隔偏差的单倍采样序列；N的取值不同所考虑的非同步定时偏差量就不同，N越大精度越高，但后续的计算复杂度也大大增加，本实施例考虑±1个符号的偏差，即{-(M-1)～-1,1～(M-1)}，则有1～2M-2个有偏采样序列；

上述各采样序列的提取可采用如下公式：

u₁(k)＝y_j′(k+l-N₁)k＝0～147

$u_2\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}{y}_{j+1}^{\′}(k+l-N_1)& j\≤M-1\\ y_{j+1}^{\′}(k+l-N_1+1)& j=M\end{array},\right.k=0~147$

$u_3\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}{y}_{j-1}^{\′}(k+l-N_1)& j>1\\ y_{j-1}^{\′}(k+l-N_1-1)& j=1\end{array}\right.,k=0~147$

其中：j，l为同步下的时间提前量定时点；

k表示采样序列的符号索引；

N₁＝3+58+L为时间提前符号数；

u₁(k)为同步采样序列；

u₂(k)为延迟偏差的有偏采样序列；

u₃(k)为超前chip偏差的有偏采样序列。

S103、根据所述最终的信道参数估计值计算所述同步采样序列和有偏采样序列的物理测量值，根据物理测量值优选所述同步采样序列或/和有偏采样序列送入均衡解调；

对于S103、在一个优选的实施例中，可根据所述同步采样序列和有偏采样序列的时间提前量抽取对应的信道参数估计序列的连续L个所述初始信道参数估计值作为最终的信道参数估计值；

依据各采样序列的定时点(j，l)，抽取步骤S101中对应的初始信道参数估计序列的连续L个初始信道参数估计值作为最终的信道参数估计值，则有

$g_1\left(k\right)={\hat{h}}_j(k+l),k=0~l-1$

$g_2\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\hat{h}}_{j+1}(k+l)& j\≤M-1\\ {\hat{h}}_{j+1}(k+l+1)& j=M\end{array}\right.,k=0~L-1$

$g_3\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\hat{h}}_{j-1}(k+l)& j>1\\ {\hat{h}}_{j-1}(k+l-1)& j=1\end{array}\right.,k=0~L-1$

其中：g₁(k)为同步采样序列的信道参数估计值；

g₂(k)为延迟偏差的有偏采样序列的信道参数估计值；

g₃(k)为超前偏差的有偏采样序列的信道参数估计值。

根据所述最终的信道参数估计值，计算所述同步采样序列和有偏采样序列的物理测量值；物理测量值为信噪比、噪声功率或有用信号功率；其计算方法如下：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_s=\frac{1}{16}\underset{k=L+1}{\overset{L+16}{\mathrm{\Σ}}}{\left|u_i^{\′}\left(k\right)\right|}^2\\ P_n=\frac{1}{16}\underset{k=L+1}{\overset{L+16}{\mathrm{\Σ}}}{|u_i(k+61)-u_i^{\′}\left(k\right)|}^2,i=1~3\\ {\mathrm{SNR}}_i=\frac{P_s}{P_n}\end{array}\right.$

其中：为重建的第i个训练序列接收信号；

g_i为步骤S103中得到的第i个采样序列的信道参数估计值；

Ps为有用功率；

P_n为噪声功率；

SNR_i为信噪比。

得到物理测量值后，可根据实际情况对采样序列进行质量优选，可以选择信噪比高、噪声功率小或者有用信号功率高的同步采样序列或/和有偏采样序列。

本实施例选择信噪比进行质量优选；

${\mathrm{SNR}}_{k^{\′}}=\underset{i}{\max }\left\{{\mathrm{SNR}}_i\right\}$

将信噪比最高的第k'个采样序列送入均衡解调；

实际送入均衡解调的采样序列可以是质量最优的单个采样序列，也可以是多个采样序列。

对应地，下面结合附图和具体实施例对本发明适用于无线信道的均衡接收系统的技术方案做详细的说明。

如图2所示是本发明适用于无线信道的均衡接收系统的结构框图，包括：时间提前量确定模块201、提取模块202、优选模块203；

所述时间提前量确定模块201用于确定多倍采样信号的初始信道参数估计值和时间提前量；

所述提取模块202用于根据所述时间提前量确定模块中的所述时间提前量提取突发脉冲的同步采样序列和有偏采样序列，确定最终的信道参数估计值；

所述优选模块203用于根据所述提取模块中的所述最终的信道参数估计值计算所述同步采样序列和有偏采样序列的物理测量值，根据物理测量值优选所述同步采样序列或/和有偏采样序列送入均衡解调。

在一个优选的实施例中，所述提取模块中的有偏采样序列是与所述时间提前量有m＝{-(M-1)～-1,1～(M-1)}个多采样时间间隔偏差的单倍采样序列，式中M为所述多采样的倍数；有偏采样序列有N个，所述N取值范围为1～2M-2。

如图3所示，是优选模块203在一个优选实施例中的结构框图；优选模块203包括计算单元2031和优选单元2032；

所述计算单元2031用于根据所述时间提前量抽取对应的信道参数估计序列的连续L个所述初始信道参数估计值作为最终的信道参数估计值，并根据所述最终的信道参数估计值，计算所述同步采样序列和有偏采样序列的信噪比、噪声功率或有用信号功率，所述L为信道弥散长度；

所述优选单元2032用于优选信噪比高、噪声功率低或有用信号功率高的所述同步采样序列或/和有偏采样序列送入均衡解调。

本发明适用于无线信道的均衡接收方法和系统，根据各个时间提前量提取突发脉冲的同步采样序列和有偏采样序列，利用信道参数估计值和各采样序列计算物理测量值，根据物理测量值优选采样序列送入均衡解调；由于加入了有偏采样序列，即非同步信息量，大大降低了信道畸变和噪声的对突发非精确同步定时的影响，减小了定时非同步带来的性能损失，有效地改进系统的均衡性能。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于无线信道的均衡接收方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定多倍采样信号的初始信道参数估计值和时间提前量；

根据所述时间提前量提取突发脉冲的同步采样序列和有偏采样序列，确定最终的信道参数估计值；

根据所述时间提前量抽取对应的信道参数估计序列的连续L个所述初始信道参数估计值作为最终的信道参数估计值，并根据所述最终的信道参数估计值，计算所述同步采样序列和有偏采样序列的信噪比、噪声功率或有用信号功率，所述L为信道弥散长度；

优选信噪比最高、噪声功率最低或有用信号功率最高的所述同步采样序列或/和有偏采样序列送入均衡解调。

2.根据权利要求1所述适用于无线信道的均衡接收方法，其特征在于，所述有偏采样序列是与所述时间提前量有m＝{-(M-1)～-1,1～(M-1)}个多采样时间间隔偏差的单倍采样序列，式中M为所述多采样的倍数。

3.根据权利要求2所述适用于无线信道的均衡接收方法，其特征在于，所述有偏采样序列有N个，所述N取值范围为1～2M-2。

4.一种适用于无线信道的均衡接收系统，其特征在于，包括：时间提前量确定模块、提取模块、优选模块；

所述时间提前量确定模块用于确定多倍采样信号的初始信道参数估计值和时间提前量；

所述提取模块用于根据所述时间提前量确定模块中的所述时间提前量提取突发脉冲的同步采样序列和有偏采样序列，确定最终的信道参数估计值；

所述优选模块包括计算单元和优选单元；所述计算单元用于根据所述时间提前量抽取对应的信道参数估计序列的连续L个所述初始信道参数估计值作为最终的信道参数估计值，并根据所述最终的信道参数估计值，计算所述同步采样序列和有偏采样序列的信噪比、噪声功率或有用信号功率，所述L为信道弥散长度；

所述优选单元用于优选信噪比最高、噪声功率最低或有用信号功率最高的所述同步采样序列或/和有偏采样序列送入均衡解调。

5.根据权利要求4所述适用于无线信道的均衡接收系统，其特征在于，所述提取模块中的有偏采样序列是与所述时间提前量有m＝{-(M-1)～-1,1～(M-1)}个多采样时间间隔偏差的单倍采样序列，式中M为所述多采样的倍数。

6.根据权利要求5所述适用于无线信道的均衡接收系统，其特征在于，所述有偏采样序列有N个，所述N取值范围为1～2M-2。