CN1132337C - 估计在数据流中接收的数据子帧的定时位置的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种估计在数据流中接收的数据子帧的定时位置的方法和设备，其中包括多个位的每个数据子帧具有在固定位置的一个训练序列。接收机包括电路，该电路关于每个接收的数据子帧用于估计训练序列的定时位置的至少一个位置，并且相关每个均衡的数据子帧。其中估计训练序列的定时位置的多个位置，对于每个接收的数据子帧，接收机电路确定具有最高值的相关结果并保持与具有最高值的相关结果有关的均衡的数据子帧。

Description

估计在数据流中接收的数据子帧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，一方面提供估计在一个数据流中接收的数据子帧的定时位置的方法，其中每个包含多个位的数据子帧在一个固定位置包括一个训练序列，该方法对于每个接收的数据子帧包括下列步骤；估计训练序列的定时位置的至少一个位置；对于每个估计的位置均衡数据子帧；相关每个均衡的数据子帧。

因此提供一种估计数据子帧的定时位置的技术，它在噪声环境下有显著的性能改善。

此处估计了训练序列的定时位置的多个位置，该方法对于每个接收的数据子帧最好包括步骤：确定具有最高值的相关结果；保持与具有最高值的相关值有关的均衡数据子帧。

本发明另一方面提供用于使在数据流中接收的数据子帧同步的接收机，含有多个位的数据子帧在一个固定位置包括一个训练序列，接收机包括电路，关于每个接收的数据子帧估计训练序列的定时位置中的至少一个位置，为每个估计的位置均衡数据子帧，相关每个均衡的数据子帧。

这里估计了训练序列的定时位置的多个位置，接收机电路最好是对于每个接收的数据子帧确定具有最高值的相关结果，并保持与具有最高值的相关结果有关的均衡数据子帧。

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90。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。

现参照附图4和5描述，根据本发明的改进的均衡技术的工作。参考图4，示出了根据本发明的一个GSM移动站或GSM基站的接收机中执行均衡处理的电路的示意方框图。在图4中用相同的标号表示在图2中对应的元件。图4的均衡电路还包括一个均衡数据子帧存储电路80。

接收机在线46上如前面一样接收包括数据子帧的数据流，并在线84输出均衡的数据子帧。

在初始步骤102，控制电路输入数据流到寄存器组42。当数据装载在寄存器组42中时，控制电路经由线60将计数器34的内容i设置在训练序列的第一估计位位置，如前所述。

在随后的步骤106，控制电路32输出对应于训练序列的第一位的数据子帧作为并行线56上的位i到均衡器。如前所述，在步骤108均衡器根据由信道模型电路28提供的信通模型在线78上均衡数据子帧。

根据本发明，均衡器在并行信号线82输出均衡的数据子帧到均衡数据子帧存储电路，其中均衡数据子帧在来自控制电路的信号86的控制下与计数器34的i值一起被存储。

在步骤110，控制电路32读取在线62上计数器32的内容并将与线63上的值存储器365中的值n相比较，如果值i不等于值n则在步骤112控制电路在计数器34递增计数器34的值i一个预定值。在步骤106和108控制电路32对于不同的i值重复均衡步骤，并存储均衡的数据子帧和相应的i值在均衡数据存储电路80。

由此装载在寄存器组的数据流对于多个不同的值i被均衡，i是训练序列的第1位的估计值，由此数据子帧的第1位被估计。

在步骤110，当值i等于值n，控制电路32重置计数器34到初始值i并开始第二阶段的操作，如步骤114所述。

在步骤116，控制电路32控制均衡数据子帧存储电路80在线78输出第一均衡数据子帧的估计训练序列。由此与位I的第一预定值有关的均衡训练序列在线78被输出到相关器90。如前所述，相关器还从训练序列存储器30在并行线52接收存储的训练序列。

在步骤118，相关器使在线78和52上的两个信号相关，并在线64上产生一个相关值。在来自控制电路32的信号72的控制下，在步骤120相关值被存储在存储电路36。

由此与训练序列的第一估计位置有关的均衡训练序列被相关，并且相关值和与该估计位置有关的位I一起被存储。

在随后的步骤122，控制电路32比较在计数器中在线62上的值和在值存储器35中的存储值n。如果i不等于n则控制电路设置线60上的信号使再一次递增i值一个预定量(与步骤112中相同的预定量)，然后对于下一个i值重复步骤116至120，用于训练序列的一个不同的估计值。

由此对于连续的值i关联均衡的训练序列。

在图5的步骤122中，如果值i等于值n，接收机的控制电路32通过线74控制比较器电路38去比较在存储电路36中的存储的相关值。存储的相关值在控制电路32经由线72的控制下在线66上被提供给比较器电路38。这由图3中的步骤128所描述。比较器电路比较存储的相关值结果并确定最高值。

存储电路36存储相关值以及进行相关的i值。比较器在线76上输出最高相关结果的值i到控制电路32。估计返回最高值的相关结果为第一数据子帧的训练序列的第1位的i的值。

在步骤130，控制电路32设置到均衡数据子帧存储电路80的线86上的控制信号选择其中存储的与由比较器电路在线76上提供的值i有关的均衡的数据子帧。

对于第二和其后的数据子帧则重复以上所述的步骤。

上述的定时估计技术消除了多路径的影响并在均衡器输出的误码率方面比传统的定时估计技术有很大改善。

本发明结合一个具体例子进行描述，其中在均衡的数据子帧的多重相关之前进行多次均衡。本发明的主要组成部分是均衡的数据子帧是相关的。均衡消除了多路径的影响和干扰并提供接收的数据子帧的一个清晰版本(clean version)。根据本发明这个清晰数据子帧ids则被相关。因此本发明适用于数据子帧正常相关并且然后均衡的任何情况。在具有低信噪比的有噪环境下，本发明提供了一个特别优越的改进的技术以估计接收的数据子帧的定时位置。

该技术尤其在干扰受到限制例如自适应天线处理的环境下有效，因为传统的定时估计不仅受到多路径而且受到来自其它小区的干扰。自适应天线算法，例如时空处理可以消除多路径和干扰。

上述技术需要一个相当大量的处理功率。定时估计的精确度经常能与可用的处理功率相对换。由于处理和功率资源的限制，本发明的技术目前有可能只能应用于通信系统基站。在目前的移动站应用本发明还需要目前得不到的附加的处理能力，然而可以设想当所需的处理和功率能力被包含在将来的移动站时将来的移动站能够支持本发明。

Claims (4)

1.一种估计在一个数据流中接收的数据子帧的定时位置的方法，包括多个位的每个数据子帧具有一个在固定位置的训练序列，对于每个接收的数据子帧，该方法包括步骤：

估计训练序列的比特的定时位置的多个位置；然后

对于所有估计的位置均衡数据子帧；和

对每个均衡的数据子帧的训练序列位置和一个已知序列进行相关。

2.如权利要求1的方法，其中估计训练序列的定时位置的多个位置，对于每个接收的数据子帧，该方法还包括步骤：

对于所有估计的位置确定具有最高值的相关结果；和

保持与具有最高值的相关结果有关的一个数据子帧。

3.一种用于同步在一个数据流中接收的数据子帧的接收机，其中包括多个位的每个数据子帧具有在固定位置的一个训练序列，接收机包括估计电路，对于每个接收的数据子帧用于估计训练序列的比特的定时位置的至少一个位置；均衡电路，用于为所有估计位置均衡每个接收的数据子帧；相关电路，用于对所有均衡的数据子帧的训练序列部分和一个已知序列进行相关。

4.如权利要求3的接收机，其中接收机电路还包括用于确定具有最高值的相关结果的确定电路，和用于保持与具有最高值的相关结果有关的均衡的数据子帧的保持电路。

Images