CN103001899B - 用于gsm通信系统的自适应均衡解调方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于GSM通信系统的自适应均衡解调方法及装置。该方法包括：根据信道参数估计获取的信道参数估计值，确定实际的信道弥散长度L；利用具有最大功率的采样点j′上选取的M个有效信道参数估计值对下采样的信号进行匹配滤波，当L≤N时，采用2L个状态的MLSE均衡调解方法对匹配滤波后的信号进行调解；当L＞N时，采用固定2N个状态的DDFSE均衡调解方法对匹配滤波后的信号进行调解，所述M为估计的信道阶数，N为预设弥散长度。采用本发明，可以根据实际的弥散长度与预设的弥散长度相比较，自适应地选择均衡解调方法，从而有效地减少了解调计算量，并且保证了系统接收性能。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及用于GSM(Global System of Mobilecommunication，全球移动通讯系统)通信系统的自适应均衡解调方法及装置。
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。
在无线通信基带传输中，总的传输特性将会偏离理想特性，就会引起符号间干扰，使得实际的基带传输系统不可能完全满足无码间串扰传输条件，因而码间串扰是不可避免的。接收机通常采用均衡解调处理来消除符号间干扰，提高了系统接收性能。传统的GSM均衡解调技术是采用固定状态数目的MLSE(Maximum Likelihood Sequence Estimation，最大概似函数估测)均衡解调方法，但是对于信道弥散长度设置过小会影响到解调性能，设置过大则会增加状态数目从而导致计算量增大。
GSM的市区信道环境下其理论信道参数长为4，信道弥散长度为3，解调状态数为23；山区信道环境下其理论的信道参数长为7，信道弥散长度为6，解调状态数为26，因此传统方法中设置固定的理论信道弥散长度为3～6，一般取值为5，能获得需要的性能要求。可以看出信道弥散长度的设置小的话影响到HT环境下的接收性能，设置大的话则增加了TU环境下的计算量。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了用于GSM通信系统的自适应均衡解调方法及装置，能够实现自适应地选择均衡调解方法，从而有效地减少解调计算量。
本发明提供了用于GSM通信系统的自适应均衡解调方法，包括：
根据信道参数估计获取的信道参数估计值确定实际的信道弥散长度L；
利用具有最大功率的采样点j′上选取的M个有效信道参数估计值对下采样的信号进行匹配滤波，当L≤N时，采用2L个状态的MLSE均衡调解方法对匹配滤波后的信号进行调解；当L＞N时，采用固定2N个状态的DDFSE(DelayedDecision Feedback Sequence Estimator，延时判决反馈序列估计)均衡调解方法对匹配滤波后的信号进行调解，所述M为估计的信道阶数，N为预设弥散长度。
相应地，本发明还提供了用于GSM通信系统的自适应均衡解调装置，包括：
弥散长度计算单元，用于根据信道参数估计获取的信道参数估计值确定实际的信道弥散长度L；
匹配滤波单元，用于利用所述采样点j′的信道估计值对下采样的信号进行匹配滤波；
弥散长度预设单元，用于在预设范围内确定所述预设弥散长度N；
与所述弥散长度计算单元、所述匹配滤波单元、所述弥散长度预设单元分别相连的均衡解调单元，用于对匹配滤波后的信号进行调解；所述均衡解调单元包括比较选择单元，用于在L≤N时，采用2L个状态的MLSE均衡调解方法；在L＞N时，采用固定2N个状态的DDFSE均衡调解方法，所述N为预设弥散长度。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明的GSM通信系统的自适应均衡解调方法及装置,考虑了实际信道的信道弥散长度，根据实际的弥散长度与预设的弥散长度相比较，自适应地选择均衡解调方法，从而有效地减少了解调计算量，并且保证了系统接收性能。
附图说明
图1是本发明用于GSM通信系统的自适应均衡解调方法的流程图；
图2是本发明确定实际的信道弥散长度的流程图；
图3是本发明确定实际的信道弥散长度的示意图；
图4是本发明用于GSM通信系统的自适应均衡解调装置的示意图；
图5是本发明用于GSM通信系统的自适应均衡解调装置的实施例示意图；
图6是本发明用于弥散长度计算单元的第一实施例示意图；
图7是本发明用于弥散长度计算单元的第二实施例示意图；
图8是本发明用于弥散长度计算单元的第三实施例示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
图1是本发明用于GSM通信系统的自适应均衡解调方法的流程图，包括：
S101：根据信道参数估计获取的信道参数估计值确定实际的信道弥散长度L；
S102：利用具有最大功率的采样点j′上选取的M个有效信道参数估计值对下采样的信号进行匹配滤波，当L≤N时，采用2L个状态的MLSE均衡调解方法对匹配滤波后的信号进行调解；当L＞N时，采用固定2N个状态的DDFSE均衡调解方法对匹配滤波后的信号进行调解，所述M为估计的信道阶数，N为预设弥散长度。
需要说明的是，在步骤S101之前，需要对接收的多倍采样数据进行反旋转，并对反旋转后的信号进行信道参数估计。根据GSM的协议规定，由于采用了线性调制的GMSK调制需要进行的符号旋转，所以在解调时，首先需要对接收的多倍采样数据进行相位反旋转的运算，GMSK制式的相位反旋转的运算按照下面的公式进行：y′j(k)＝yj(k)·e-jπk/2，其中：k表示调制符号的索引；yj(k)表示为第k个符号上第j个采样点位置上接收信号。本发明实施例中，采取上述GMSK制式的相位反旋转。
反旋转之后，通过训练序列与翻转后的信号进行相关可获得信道参数估计值。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参数估计值
通过训练序列与翻转后的信号滑动相关得到的信道参数的估计值的具体计算公式为：其中：N0取决于搜索范围；S为多抽样倍数，一般取为2或4；d(n)为训练序列符号值，d*(n)表示对所述训练序列符号值进行共轭运算；表示第k个符号上第j个采样点位置上信道参数估计值。再根据所述信道参数估计获取的信道参数估计值确定时间提前量TA、最大功率的采样点j′、k′和实际的信道弥散长度L。
根据所述时间提前量TA，对所述反旋转后的信号进行下采样，获取下采样信号。具体地，依据时间提前量TA的下采样抽取下采样信号u(k)，u(k)＝y′j′(k+k″-N1)k＝0～147，其中：N1＝3+58+5＝66为时间提前符号数。
在进行匹配滤波时，利用具有最大功率的采样点j′的信道估计值确定滤波器的抽头的系数，所述系数包括估计的信道阶数M。滤波器的冲激响应就是该信道估计值的复共轭，即：再根据上面步骤确定的实际信道弥散长度L，以及系统自身的预设弥散长度N选择均衡调解方法对匹配滤波后的信号进行调解，具体地，当L≤N时，采用2L个状态的MLSE均衡调解方法；当L＞N时，采用固定2N个状态的DDFSE均衡调解方法。
MLSE均衡调解方法，它是利用判定哪个符号(symbol)最类似接收到的信号，来对接收到的符号做决策。DDFSE均衡调解方法由Duel-Hallen和Heegard提出的DDFSE因为算法的规律性和很好的性能，所以与由Qureshi和Eyuboglu提出的RSSE(Reduced-State Sequence Estimation,降低状态序列估计)一同被列为参考算法。RSSE算法适用于星座信号点数较大的调制方式和具有较长多径干扰符号的情况,它主要的思路在于使用Ungerboeck集分割原理对篱笆图中的状态数进行合并。而DDFSE是RSSE特殊的一种情况。
从上述方案可以看出，本发明考虑了实际信道的信道弥散长度，通过与预设的弥散长度相比较，能根据信道中不同的实际情况自适应地选择MLSE或者DDFSE均衡解调方法，有效地减少了解调计算量，而且保证了系统接收性能。
图2是本发明确定实际的信道弥散长度的流程图，与图1相比，图2是步骤S101中确定实际的信道弥散长度的具体细化步骤，包括：
S201：计算所述最大功率的采样点j′上最强的功率值其中k′表示在第j′采样点上的第k′个符号的位置。
S202：将所述最强的功率值乘以预设退化比例α，获取有效路径门限值所述预设退化比例α的取值范围包括1/12～1/32，该取值范围是经过多次实验获得的经验数值，利用在该数值范围内获取有效路径门限能取得良好的效果。
S203：筛选出所述采样点j′上功率值大于或等于所述有效路径门限值Th的抽头，根据所述抽头的数量确定估计的信道阶数M，用于筛选的公式包括k＝k″～k″+M-1。其中：M为功率值大于门限值的抽头个数即为需要的信道阶数；k″为首个功率值大于门限值的抽头的符号索引。
S204：获取所述实际的信道弥散长度L，L＝M-1。
另外，需要补充说明的是，需要根据定时信息j′,k″，获得时间提前量TA，具体计算公式为：TA＝k″×S+j′。下面结合图3加以说明信道参数的估计值时间提前量TA、有效路径门限值Th、信道阶数M、抽头之间的关系。
图3是本发明确定实际的信道弥散长度的示意图。本实施例采用最强功率值退化的方式获取有效路径门限值Th。首先，在中计算各个采样点的功率值，通过计算公式找到具有最大功率的采样点j′,k′。然后，根据上述步骤S202获取有效路径门限值Th，如图3所示的虚线界限。其中，功率值大于有效路径门限值Th的抽头总数为M。实际的信道弥散长度L＝M-1。
另外，根据现有技术，获取有效路径门限Th的确定方式，还可以包括：
根据信道的噪声功率乘以预设倍数后获取的值，或者，根据所述采样点j′上所有的信道参数估计值的平均功率值；
其中，有效路径门限值Th为信道的噪声功率乘以预设倍数后获取的值，该计算公式如下：
其中：为重建的训练序列接收信号；β为功率加权比例值，l为满足的符号索引。
有效路径门限值Th所述采样点j′上所有的信道参数估计值的平均功率值，该计算公式如下：
在所述的用于GSM通信系统的自适应均衡解调方法中，所述预设弥散长度N的取值范围包括3～6。优选地，N＝5时，效果最佳。所述预设弥散长度N是一个固定不变的理论数值，它根据参考测量的信道环境而确定。
图4是本发明用于GSM通信系统的自适应均衡解调装置的示意图，包括：
弥散长度计算单元，用于根据信道参数估计获取的信道参数估计值确定实际的信道弥散长度L；
匹配滤波单元，用于利用所述采样点j′的信道估计值对下采样的信号进行匹配滤波；
弥散长度预设单元，用于在预设范围内确定所述预设弥散长度N；
与所述弥散长度计算单元、所述匹配滤波单元、所述弥散长度预设单元分别相连的均衡解调单元，用于对匹配滤波后的信号进行调解；所述均衡解调单元包括比较选择单元，用于在L≤N时，采用2L个状态的MLSE均衡调解方法；在L＞N时，采用固定2N个状态的DDFSE均衡调解方法，所述N为预设弥散长度。
本发明的关键点在于考虑到了实际的弥散长度L，通过实际的弥散长度与理论上的预设弥散长度相比较，根据比较结果来确定均衡调解方法。故此，如图4所示的弥散长度计算单元以及均衡调解单元为本发明的关键点，另外，匹配滤波单元，具体地，是利用所述具有最大功率的采样点j′上选取的M个有效信道参数估计值对下采样的信号进行匹配滤波。
所示均衡解调单元包括：
与所述弥散长度计算单元、所述弥散长度预设单元分别相连比较选择单元，用于比较实际信道弥散长度L和预设弥散长度N，并根据比较结果选择均衡调解方法，在L≤N时，采用2L个状态的MLSE均衡调解方法；在L＞N时，采用固定2N个状态的DDFSE均衡调解方法。
图5是本发明用于GSM通信系统的自适应均衡解调装置的实施例示意图，与图4相比，图5的示意图结合了在实际运用当中需要配合使用的单元，具体包括：
反旋转单元，用于对接收的多倍采样数据进行反旋转；
与所述反旋转单元相连的信道参数估计单元，用于对反旋转后的信号进行信道参数估计；
与所述信道参数估计单元相连的训练序列单元，用于为所述信道参数估计单元提供训练序列；
与所述信道参数估计单元相连的采样点确定单元，用于根据所述信道参数估计获取的信道参数估计值确定最大功率的采样点j′、k′；
与所述采样点确定单元相连的弥散长度计算单元，用于获取实际的信道弥散长度L；
与所述信道参数估计单元相连的时间提前量估计单元，用于根据所述信道参数估计获取的信道参数估计值确定时间提前量TA；
与所述时间提前量估计单元、所述反旋转单元分别相连的下采样单元，用于根据所述时间提前量TA，对所述反旋转后的信号进行下采样，获取下采样信号；
与所述采样点确定单元、所述下采样单元分别相连的匹配滤波单元，用于利用所述具有最大功率的采样点j′上选取的M个有效信道参数估计值对下采样的信号进行匹配滤波。
与所述匹配滤波单元、所述弥散长度计算单元、弥散长度预设单元分别相连的均衡解调单元，用于根据所述实际信道弥散长度L和预设弥散长度N选择均衡调解方法对匹配滤波后的信号进行调解。
所述弥散长度计算单元包括：
门限确定单元，用于根据最强的功率值或者信道的噪声功率值或者的信道参数估计值的平均功率值获取有效路径门限值Th；
与所述门限确定单元相连的抽头筛选单元，用于筛选出所述采样点j′上功率值大于或等于所述有效路径门限值Th的抽头，根据所述抽头的数量确定估计的信道阶数M；
与所述抽头筛选单元相连的实际长度获取单元，用于根据所述信道阶数M获取所述实际的信道弥散长度L，其中L＝M-1。
图6是本发明用于弥散长度计算单元的第一实施例示意图，如图6所示的门限确定单元为：第一门限计算单元。
所述第一门限计算单元，包括，
最强功率计算单元，用于计算所述最大功率的采样点j′上最强的功率值
与所述最强功率计算单元相连的退化因子单元，用于所述最强功率值乘以预设退化比例α，获取有效路径门限值Th。
图7是本发明用于弥散长度计算单元的第二实施例示意图，如图7所示的门限确定单元为：第二门限计算单元。
所述第二门限计算单元，用于根据估计的噪声功率放大预设倍数的值，确定为有效路径门限值Th。
图8是本发明用于弥散长度计算单元的第三实施例示意图，如图8所示的门限确定单元为：第三门限计算单元。
所述第三门限计算单元，用于将所有估计的信道参数估计值的平均功率值，确定为有效路径门限值Th。
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 (10)
1.一种用于GSM通信系统的自适应均衡解调方法，其特征在于，包括：
对接收的多倍采样数据进行反旋转，并对反旋转后的信号进行信道参数估计，根据信道参数估计获取的信道参数估计值确定实际的信道弥散长度L；其中，表示第k个符号上第j个采样点位置上信道参数估计值，j为采样点位置，k为第j个采样点第k个符号的位置，k＝0～L-1，j＝1～S,其中S为抽样陪数；
利用具有最大功率的采样点j′上选取的M个有效信道参数估计值对下采样的信号进行匹配滤波，当L≤N时，采用2L个状态的MLSE均衡调解方法对匹配滤波后的信号进行调解；当L＞N时，采用固定2N个状态的DDFSE均衡调解方法对匹配滤波后的信号进行调解，所述M为估计的信道阶数，N为预设弥散长度；其中，为中具有最强功率值的信道参数估计值。
2.根据权利要求1所述的用于GSM通信系统的自适应均衡解调方法，其特征在于，所述根据所述信道参数估计获取的信道参数估计值确定实际的信道弥散长度L的步骤，包括：
计算所述最大功率的采样点j′上最强的功率值其中k′表示在第j′采样点上的第k′个符号的位置；其中，j′为最强的功率值对应的采样点位置，k′表示在第j′采样点上的第k′个符号的位置,k′＝0～L-1；
将所述最强的功率值乘以预设退化比例α，获取有效路径门限值Th；
筛选出所述采样点j′上功率值大于或等于所述有效路径门限值Th的抽头，根据所述抽头的数量确定估计的信道阶数M；
获取所述实际的信道弥散长度L，L＝M-1。
3.根据权利要求2所述的用于GSM通信系统的自适应均衡解调方法，其特征在于：所述预设退化比例α的取值范围包括1/12～1/32。
4.根据权利要求1所述的用于GSM通信系统的自适应均衡解调方法，其特征在于，所述根据所述信道参数估计获取的信道参数估计值确定实际的信道弥散长度L的步骤，包括：
获取有效路径门限值Th，所述Th为信道的噪声功率乘以预设倍数后获取的值，或者，为所述采样点j′上所有的信道参数估计值的平均功率值；
筛选出所述采样点j′上功率值大于或等于所述有效路径门限值Th的抽头，根据所述抽头的数量确定信道阶数M；
获取所述实际的信道弥散长度L，L＝M-1。
5.根据权利要求1～4任一项所述的用于GSM通信系统的自适应均衡解调方法，其特征在于：所述预设弥散长度N的取值范围包括3～6。
6.一种用于GSM通信系统的自适应均衡解调装置，其特征在于，包括：
弥散长度计算单元，用于对接收的多倍采样数据进行反旋转，并对反旋转后的信号进行信道参数估计，根据信道参数估计获取的信道参数估计值确定实际的信道弥散长度L；其中，表示第k个符号上第j个采样点位置上信道参数估计值，j为采样点位置，k为第j个采样点第k个符号的位置，k＝0～L-1，j＝1～S,其中S为抽样陪数；
匹配滤波单元，用于利用具有最大功率的采样点j′上选取的M个有效信道参数估计值对下采样的信号进行匹配滤波；
弥散长度预设单元，用于在预设范围内确定预设弥散长度N；
与所述弥散长度计算单元、所述匹配滤波单元、所述弥散长度预设单元分别相连的均衡解调单元，用于对匹配滤波后的信号进行调解；所述均衡解调单元包括比较选择单元，用于在L≤N时，采用2L个状态的MLSE均衡调解方法；在L＞N时，采用固定2N个状态的DDFSE均衡调解方法，所述N为预设弥散长度；其中，为中具有最强功率值的信道参数估计值。
7.根据权利要求6所述的用于GSM通信系统的自适应均衡解调装置，其特征在于，所述弥散长度计算单元包括：
门限确定单元，用于根据最强的功率值或者信道的噪声功率值或者的信道参数估计值的平均功率值获取有效路径门限值Th；
与所述门限确定单元相连的抽头筛选单元，用于筛选出所述采样点j′上功率值大于或等于所述有效路径门限值Th的抽头，根据所述抽头的数量确定信道阶数M；
与所述抽头筛选单元相连的实际长度获取单元，用于根据所述信道阶数M获取所述实际的信道弥散长度L，其中L＝M-1。
8.根据权利要求7所述的用于GSM通信系统的自适应均衡解调装置，其特征在于：所述门限确定单元为第一门限计算单元，包括，
最强功率计算单元，用于计算所述最大功率的采样点j′上最强的功率值其中，j′为最强的功率值对应的采样点位置，k′表示在第j′采样点上的第k′个符号的位置,k′＝0～L-1；
与所述最强功率计算单元相连的退化因子单元，用于所述最强功率值乘以预设退化比例α，获取有效路径门限值Th。
9.根据权利要求7所述的用于GSM通信系统的自适应均衡解调装置，其特征在于，所述门限确定单元为第二门限计算单元；
所述第二门限计算单元，用于获取有效路径门限值Th，该Th为信道的噪声功率乘以预设倍数后获取的值。
10.根据权利要求7所述的用于GSM通信系统的自适应均衡解调装置，其特征在于，所述门限确定单元为第三门限计算单元；
所述第三门限计算单元，用于获取有效路径门限值Th，该Th为所述采样点j′上所有的信道参数估计值的平均功率值。
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