CN1129244C - 估算数据流中接收的数据脉冲串的定时位置的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种估算数据流中接收的数据脉冲串的定时位置的方法和装置，包括许多比特的每个数据脉冲串具有在一个固定位置的训练序列。该接收机包括用于估算数据流中接收的数据脉冲串的定时位置的电路。对于最初的N个接收的数据脉冲串中的每一个，该接收机估算训练序列的多个定时位置，为每个估算的定时位置相关该训练序列，和确定与最高相关值有关的定时位置。为最初的N个数据脉冲串的每一个确定最高相关值的平均定时位置。对于接下来的M个数据脉冲串，该接收机根据最初的N个数据脉冲串的平均定时位置估算每个数据脉冲串的定时位置。

Description

估算数据流中接收的数据脉冲串的定时位置的方法和装置

本发明涉及发射的无线信号中训练序列的跟踪，特别是但不仅仅是在GSM系统中数据脉冲串中的训练序列的跟踪。本发明在低信噪比的高噪声环境中应用时特别有利。

在任何无线通信系统中，符号间干扰(ISI)是由来自远离接收天线的物体的反射在无线路径中造成的。符号在一定时间后变分散并且相邻符号相互干扰。无线通信系统的接收机必须确定打算发送的信息。

在GSM系统中，数据是以放置在时隙中的脉冲串发射的。已知形式并具有良好自相关特性的训练序列放置在数据脉冲串的中部。训练序列放置在脉冲串中部，以便为脉冲串的前半部分和后半部分提供正确的信道估算。由于传播信道中的变化和移动站的移动，接收的脉冲串的位置随着时间在脉冲串间变化。

在GSM系统中，接收机中设置一个信道均衡器。在接收信号的路径中放置均衡器的目的是尽可能地减少ISI和多径影响，以使正确决定的可能性最大。信道均衡器使用脉冲串中的训练序列以均衡多径影响。为了有效地进行均衡，接收机必须首先识别训练序列的准确位置。

均衡器利用训练序列产生一个信道模型，该信道模型一直在变化，但对于随时间缓慢变化的信道，在一个脉冲串期间，可认为该信道模型恒定。如果两个相似的干扰信号几乎同时到达接收机，并且如果训练序列相同，无法区分每个干扰信号对接收信号的影响。为此，在足够接近的蜂窝中向使用相同频率的信道分配不同的训练序列，以便它们不干扰。当两个训练序列不同，并尽可能少地相关时，接收机能很容易地确定各自对接收信号的影响。

接收机了解无线通信系统的发射机发射的训练序列，并存储该训练序列。通过把所存储的训练序列与从发射机接收的训练序列相关，可测量其信道脉冲响应。均衡器产生发射信道模型并计算最可能的接收机序列。

从概念上讲，均衡器采用不同的时间扩散分量，根据信道特征对它们加权，和在分量之间插入适当延迟后将它们相加，以便恢复发射信号的复制品。

由于信道的动态特性，蜂窝无线电中的问题变得更复杂。随着移动站通过多径环境移动时，均衡器必须不断地适应变化的信道特性。均衡器了解发射的训练序列，并且还了解其实际上已接收了什么。因此，均衡器可对信道传递函数做出估算。于是，自适应均衡器不断更新传递函数估算，确信在信道发射期间判定错误增加不太多。

在常规系统中，通过把数据脉冲串与基站中存储的训练序列相关获得定时估算。基站了解移动站使用的训练序列。在接收信号的各种比特位置进行相关。确定提供最高相关值的比特位置作为训练序列的第一比特。然后，有效地均衡接收的数据脉冲串以补偿该信道。

然而，该已知技术在低信噪比的强噪声环境中明显具有多径延迟的缺陷。在均衡前进行相关导致定时估算中的误差，因而导致均衡器输出的比特误差。

因此，本发明的目的是提供一种用于估算接收的数据脉冲串的定时位置，即使在噪声环境中能可靠工作的改进技术。

根据本发明，在一个方面中提供一种估算数据流中接收的数据脉冲串的定时位置的方法，包括许多比特的每个数据脉冲串具有在一个固定位置的训练序列，该方法包括步骤：对最初的N个接收数据脉冲串中的每一个：确定训练序列的多个估算定时位置；为每个估算的定时位置相关该训练序列；确定与最高相关值有关的定时位置；为最初的N个数据脉冲串的每一个确定最高相关值的平均定时位置，对接下来的M个数据脉冲串：根据最初的N个数据脉冲串的平均定时位置估算每个数据脉冲串的定时位置。

因此，提供一种在噪声环境中提供性能明显改善的估算数据脉冲串的定时位置的技术。

该方法最好进一步包括步骤：对于最初的N个数据脉冲串中的每二个，根据与最高相关值有关的定时位置均衡数据脉冲串；和对于接下来的M个脉冲串，根据为最初的N个数据脉冲串确定的平均定时位置均衡每个数据脉冲串。

该方法最好进一步包括确定平均定时位置的步骤，包括：向与最高相关值有关的每个定时位置分配加权。

最好依据一个有关能级将该加权分配给每个定时位置。

在本发明的另一个方面中，提供一种用于同步数据流中接收的数据脉冲串的接收机，其中包括许多比特的每个数据脉冲串具有在一个固定位置的训练序列，该接收机包括用于估算数据流中接收的数据脉冲串的定时位置的电路，该接收机被配置为对于最初的N个接收的数据脉冲串中的每一个：估算训练序列的多个定时位置；为每个估算的定时位置相关该训练序列；确定与最高相关值有关的定时位置；为最初的N个数据脉冲串的每一个确定最高相关值的平均定时位置；和对于接下来的M个数据脉冲串：该接收机被配置为根据最初的N个数据脉冲串的平均定时位置估算每个数据脉冲串的定时位置。

图1(a)示出包括许多数据脉冲串的GSM系统的数据流的结构；

图1(b)示出GSM正常数据脉冲串的结构；

图2是说明用于对GSM数据脉冲串进行均衡的常规电路主要部件的方框图；

图3是说明图2电路操作的流程图；

图4是说明根据本发明用于对GSM数据脉冲串进行均衡的电路主要部件的方框图；和

图5是说明图4电路操作的流程图。

参考图1(a)，示出典型的GSM发射信号基本结构的概要。如所看到的，发射信号包括多个数据脉冲串2a至2n。在一个GSM系统中有五种不同的脉冲串：正常脉冲串、同步化脉冲串、频率校正脉冲串、选址脉冲串、和虚拟脉冲串。每个脉冲串的长度是156.25比特。本发明应用于包含用于均衡脉冲串的训练序列的任何脉冲串。训练序列的长度根据数据脉冲串的类型而改变。在正常数据脉冲串中，训练序列的长度是26比特。

实际上，在发射建立阶段期间，选址脉冲串在发射的消息之前。因此，接收站开始寻找选址脉冲串的训练序列。此后，该消息包括多个正常数据脉冲串，接收站寻找正常数据脉冲串的训练序列。本领域的技术人员很容易理解从发射的消息提取脉冲串，并且在本发明的范围之外。

参考图2(b)，可以看到每个正常数据脉冲串包括一个标题部分4、一个第一数据部分6a、一个训练序列8、一个第二数据部分6b、和一个尾端部分10。本领域的技术人员熟知图1(a)的数据脉冲串每个部分的格式和产生。

参考图2，示出在GSM移动和GSM基站的接收机中用于进行常规均衡处理的均衡电路的方框示意图。

均衡电路在信号线46上从接收天线接收数据流，该数据流包括如图1所示的数据脉冲串。均衡电路在信号线48上输出将要在接收机中进一步处理的均衡数据脉冲串。

接收天线、和接收的信号在均衡前必须经过的预处理电路(例如下变换器)未在图2中示出。该电路超出本发明的范围，其实施在本领域技术人员的能力之内。

均衡电路包括一个控制电路32、一个训练序列存储电路30、一个相关器40、一组寄存器42、一个均衡器44、一个存储电路36、一个比较器电路38、一个计数器34、和一个值存储器35。

结合图3的流程图描述图2电路的操作，图3说明了常规均衡处理中执行的步骤。

均衡电路在信号线46上接收数据流，并在来自控制电路32的信号线70的控制下将接收的数据流移入该组寄存器42。该组寄存器42能够存储超过数据脉冲串中比特数量的许多比特。

在图3的步骤12中，当控制电路32已用输入的数据流填充该组寄存器42时，控制电路在线路60上设定信号，以便将值i设定在计数器34中。计数器中的值i是该组寄存器42中存储的数据的比特位置，由接收机估算的比特位置是第一数据脉冲串的训练序列的第一比特。该比特位置的估算是预定的。

在接下来的步骤14，接收机在信号70的控制下把比特位置i的内容、和接收的数据流(包括GSM正常数据脉冲串中估算的训练序列的26比特)接下来连续的25比特位置从该组寄存器42经26比特并行信号线54传送到相关器40。相关器还在26比特并行信号线52接收存储在接收机训练序列存储电路30中的训练序列，该训练序列是接收机希望接收的训练序列。

此后，在步骤16，相关器40将并行线54上的估算训练序列与并行线52上的存储训练序列相关。因此，接收机将把比特i和接收信号接下来的连续25比特与训练序列存储电路36的26比特相关。

在线路64上输出该相关的结果，并在步骤18在来自控制电路的信号72的控制下把该结果存储在存储电路36中。

然后，在步骤20，接收机的控制电路32确定计数器34中的值i是否等于值存储器35中存储的值n并在线路63上读出。该值n是将要对其进行相关的i的最大值。控制电路32在线路62上读取计数器34的内容并将其与线路63上存储的值n比较。

如果控制电路32确定该值i仍未达到值n，接收机则移到步骤22，并通过如图3中步骤22说明的在线路60上设定信号来增加计数器32中的值i。值i的递增量是预定的。

然后重复上文描述的图3的步骤14至20，但用不同的i值重复，以使线路54上输出训练序列的不同估算并与训练序列存储电路的内容相关。

当在图3的步骤20中值i等于值n时，接收机的控制电路32经线路74控制比较器电路38，以比较存储电路36中存储的相关值。在控制电路32经线路72的控制下把所存储的相关值在线路66上提供给比较器电路38。这是由图3中的步骤24说明的。比较器电路比较所存储的相关结果并确定最高值。

存储电路36把相关结果与要进行相关的值i一起存储。比较器在线路76上向控制电路32输出最高相关结果的值i。返回最高值的相关结果被估算为作为第一数据脉冲串的训练序列的第一比特的i的值。

在步骤26，控制电路32从与在比特位置i中具有第一比特的训练序列有关的该组寄存器输出形成第一数据脉冲串的比特组。在线路56上向均衡器44输出该数据脉冲串。

例如，在所描述的GSM正常数据脉冲串的实例中，数据脉冲串的长度为156.25比特，训练序列的第一比特是正常数据脉冲串的第62个比特。因此，该控制电路一旦知道训练序列第一比特的位置，则可确定数据脉冲串的第一比特，并可选择数据脉冲串的所有比特。比如说，如果该组寄存器42中已存储200比特，控制电路选择156.25比特的正常数据脉冲串。

响应线路73上来自控制电路32的控制信号，均衡器44则均衡接收的数据脉冲串。均衡器根据标准技术以已知方式均衡数据脉冲串，以补偿该信道的传播路径。然后，从均衡器44在线路48上输出均衡过的接收数据脉冲串。

该均衡处理从接收的信号中去掉多径效应。就是说，均衡处理从接收信号消除噪声并产生其干净的版本。均衡器44是匹配滤波器。

在第一正常数据脉冲串的最后比特之后，控制电路把该组寄存器42中接收的第一比特移位到该组寄存器的最明显的比特位置，然后把下一组接收的比特移位到该组寄存器中，直到它们被填满。然后重复上述步骤以识别第二和后面数据脉冲串的训练序列。

在上面的描述中，在所描述的实例是具有26比特训练序列的正常数据脉冲串的基础上对从接收数据选择的26比特进行所描述的相关。可以理解，由接收机中的处理器控制该控制电路32，以致如果输入的数据脉冲串被识别为在训练序列中具有不同数量比特的不同类型脉冲串，则改变所相关的比特数量并调节训练序列存储电路中存储的训练序列。

上面参考图2和3描述的常规相关和均衡技术可应用在任何接收机中，而不管该接收机在移动站中还是在基站中。

参考图4和5描述根据本发明的改进均衡技术的操作。

参考图4，示出根据本发明用于在GSM移动或GSM基站的接收机中进行均衡处理的方框示意图。图4中使用相同的参考标号说明与图2所示元件对应的元件。图4的均衡电路另外还包括计数器80和86，以及值存储器81和85。

如以前一样，接收机在线路46上接收包括数据脉冲串的数据流，并同以前一样在线路48上输出均衡的数据脉冲串。

在初始步骤100，一收到第一正常数据脉冲串，控制电路经线路82设定计数器80的内容j为1。计数器80对均衡电路接收的数据脉冲串的数量计数。均衡电路在信号线46上接收数据流，并在来自控制电路32的信号线70的控制下将所接收的数据流移位到该组寄存器42。与前面相同，该组寄存器42能存储超过数据脉冲串中比特数量的许多比特。

当控制电路32用输入的数据流填充该组组寄存器42时，在图5的步骤102，控制电路在线路60上设定信号，以便在计数器34中设定值i。计数器中的值i是该组寄存器42中存储的数据的比特位置，由接收机估算的是第一数据脉冲串的训练序列的第一比特。该比特位置的估算是预定的。

在接下来的步骤104，接收机在信号70的控制下把比特位置i的内容、和接收的数据流(包括GSM正常数据脉冲串中估算的训练序列的26个比特)后面连续的25比特位置从该组寄存器42经26比特并行信号线54传送到相关器90。相关器还在26比特并行信号线52上接收接收机中训练序列存储电路30中存储的训练序列，该训练序列是接收机希望接收的训练序列。

此后，在步骤106，相关器40将并行线54上的估算训练序列与并行线50上的存储训练序列相关。因此，接收机将把比特i和接收信号接下来的连续25比特与训练序列存储电路30的26比特相关。

在线路64上输出该相关结果，并在步骤108在来自控制电路的信号72的控制下把该结果存储在存储电路36中。

然后，在步骤110，接收机的控制电路32确定计数器34中的值i是否等于值存储器35中存储的值n并在线路63上读出。该值n是将要对其进行相关的i的最大值。控制电路32在线路62上读取计数器34的内容并在线路63上将其与存储的值n比较。

如果控制电路32确定该值i仍未达到值n，接收机则移到步骤112，并通过在线路60上设定信号来增加计数器32中的值i。值i的递增量是预定的。

然后重复上文描述的图5的步骤104至108，但用不同的预定i值重复，以致在线路54上输出训练序列的不同估算并与训练序列存储电路的内容相关。

在图5的步骤110中，当值i等于值n时，接收机的控制电路32经线路74控制比较器电路38，以比较存储电路36中存储的相关值。在控制电路32的控制下经线路72把所存储的相关值在线路66上提供给比较器电路38。这是由图5中的步骤114说明的。比较器电路比较所存储的相关结果并确定最高值。

存储电路36把相关结果与被进行相关的值i一起存储。比较器在线路76上向控制电路32输出最高相关结果的值i。返回最高值的相关结果被估算为作为第一数据脉冲串的训练序列的第一比特的i的值。

在步骤116，控制电路32从与在比特位置i中具有第一比特的训练序列有关的该组寄存器42输出形成第一数据脉冲串的比特组。在线路56上向均衡器44输出该数据脉冲串。

响应线路73上来自控制电路32的控制信号，然后，均衡器44均衡接收的数据脉冲串。均衡器根据标准技术以已知方式均衡数据脉冲串，以补偿该信道的传播路径。然后，从均衡器44在线路48上输出均衡过的接收数据脉冲串。

均衡步骤116后，在步骤118，控制电路存储存储电路36中的均衡的输出数据脉冲串相关值，一起还有均衡该数据脉冲串的值i。

然后，在步骤120，控制电路32检验计数器80的内容。在步骤120，控制电路34在线路84上读取计数器80的内容并将其与值存储器81中的值N比较。如果计数器80的值j不等于值存储器81的值N，控制电路则进展到步骤122。

在步骤122，控制电路通过设定线路82将计数器80的值j增加1。然后，在步骤104，控制电路32将下一组比特输入到该组寄存器42，形成第二(j＝2)数据脉冲串。

另外，接收机根据计数器34中的当前值i选择一比特数据流作为第二数据脉冲串的训练序列的第一比特的第一个可能的候选。将比特位置i复位成步骤122中的第一预定值。

然后，与前面相同，重复步骤104至108，直到i的值达到n。因此，为相同系列的i值相关第二和后续数据脉冲串。

与前面相同，接收机根据在步骤114中确定为最高的相关值来同步数据流，并在步骤116均衡同步的数据脉冲串。对于输出均衡的数据脉冲串，把相关值和均衡的数据脉冲串的比特i的值再次存储在存储电路36中。

为后续数据脉冲串重复上述步骤，直到在步骤120中值j等于值N。于是，接收机对接收的第一批N个数据脉冲串重复这些步骤。

在步骤120，当计数器80中存储的值j达到值N时，控制电路移到步骤122，在其中估算已被均衡的所有j个数据脉冲串的相关值，把与步骤118中存储的j个均衡的数据脉冲串的每一个有关的比特位置i平均，以便在平均基础上确定均衡的前j个数据脉冲串的训练序列的第一比特的位置。然后将i的平均值存储在存储电路36中。

然后，控制电路针对前j个数据脉冲串使用i的平均值给出对接下来M个数据脉冲串的训练序列的第一比特的正确位置的最好估算。

步骤122在确定i的平均值中还可包括加权函数。就是说，可根据与它们有关的相关结果的强度，或能量对i的值加权。

在接下来的步骤124，控制电路通过设定线路83将值存储器86中的值k设定成(N+1)。此后，在步骤146，控制电路32把第k个，即第(N+1)个数据脉冲串输入到该组寄存器42。

在步骤128，根据在为最初的N个数据脉冲串做出的平均计算的基础上做出的训练序列第一比特的位置的估算来同步第k个数据脉冲串。

此后，在步骤130，均衡第(N+1)个数据脉冲串并在线路48上输出。因此，不对第(N+1)个数据脉冲串进行定时估算。

在步骤134，均衡之后，控制电路在线路88上读取计数器86的值k，并确定该值k是否与线路87上值存储器85中存储的值M匹配。如果k不等于M，则在步骤115通过设定线路88将计数器86中的k的值(N+1)加1，并把下一个，即第(N+2)个数据脉冲串输入到该组寄存器42。

然后为接下来的M个数据脉冲串重复步骤126至134。就是说，对于接下来的M个数据脉冲串，使用基于最初的N个数据脉冲串的定时估算，不对这些数据脉冲串进行相关，仅进行均衡。

在步骤118，接收第(N+1+M)个数据脉冲串，接收机返回步骤100，并对第一批N个数据脉冲串执行相同的估算技术，所以该过程是循环的。

因此，一旦已采用最初的N个脉冲串确定接收信号的定时，仅对接下来的M个数据脉冲串进行均衡。

M的值取决于有关的移动站的速度和传播信道中的改变速率这两个因素。通常，前者的影响远胜过后者。相对于N＝8的典型值，通常可选择M＝100的值。

在最初N个数据脉冲串，可能出现比特误差。如果传播信道不明显改变，在一些初始的均衡后，可通过减少N来减轻比特误差。实际上，8个数据脉冲串(N＝8)持续约5ms，并且其很难引起注意，即使从任何语音消除所有8个数据脉冲串。

由于处理和功率资源的制约，本发明的技术目前很可能仅在通信系统基站中应用。在目前的移动站中采用本发明将需要目前不能提供的附加处理能力。然而，预期在所需的处理和功率能力加入到移动站中时未来的移动站将能够支持本发明。

Claims (6)

1.一种估算数据流中接收的数据脉冲串的定时位置的方法，包括许多比特的每个数据脉冲串具有在一个固定位置的训练序列，该方法包括步骤：对最初的N个接收数据脉冲串中的每一个：

确定训练序列的多个估算定时位置；

为每个估算的定时位置相关该训练序列；

确定与最高相关值有关的定时位置；

为最初的N个数据脉冲串的每一个确定最高相关值的平均定时位置；和

对接下来的M个数据脉冲串：

根据最初的N个数据脉冲串的平均定时位置估算每个数据脉冲串的定时位置。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：

对于最初的N个数据脉冲串中的每一个，根据与最高相关值有关的定时位置均衡数据脉冲串；和

对于接下来的M个脉冲串，根据为最初的N个数据脉冲串确定的平均定时位置均衡每个数据脉冲串。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中确定平均定时位置的步骤包括向与最高相关值有关的每个定时位置分配加权。

4.根据权利要求3所述的方法，其中依据一个有关能级向每个定时位置分配加权。

5.一种用于同步数据流中接收的数据脉冲串的接收机，其中包括许多比特的每个数据脉冲串具有在一个固定位置的训练序列，该接收机包括用于估算数据流中接收的数据脉冲串的定时位置的电路，该接收机被配置为对于最初的N个接收的数据脉冲串中的每一个：估算训练序列的多个定时位置；为每个估算的定时位置相关该训练序列；确定与最高相关值有关的定时位置；为最初的N个数据脉冲串的每一个确定最高相关值的平均定时位置；和对于接下来的M个数据脉冲串：该接收机被配置为根据最初的N个数据脉冲串的平均定时位置估算每个数据脉冲串的定时位置。

6.一种包括权利要求5的接收机的通信系统。

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