CN1143456C - 脉冲串信号接收的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一种脉冲串信号接收方法是用于检测具有固定模式和在脉冲串信号中在预定位置上排列的特定数据并执行对与检测特定数据同步的脉冲串信号的接收处理。接收的数据在小于特定数据的取样周期的取样周期中变少和取样。取样信号和具有相同取样周期先前准备的数据相互进行比校,以检测特定的数据。

Description

脉冲串信号接收的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种脉冲串信号接收方法和一种脉冲串信号接收装置,并特别涉及一种脉冲串信号接收的方法及其装置,它能适当地应用到传送变换成数字信号的脉冲串信号的数字无线电话系统的终端设备。
背景技术
作为无线电话系统,提出了应用的这种系统是称为TDMA系统(时分多路存取系统)的传输系统,用于将诸如音频信号等之类的传输数据变换成数字数据,将诸如同步数据等之类的各种数据与数字数据相加,以获得对每个预定时间周期的时隙数据,和以时分的方式发送/接收该时隙数据。在使用这种传输系统的无线电话系统(例如欧洲GSM系统)中,在以预定间隔排列的一些基站和用作无线电话装置的一些终端设备之间使用上述传输系统进行无线通信,以建立使用无线通信的电话电路。然而,当无线电话电路由每个终端设备建立,检测用作预定信道的控制信道,以接收通过控制信道发送的数据,并且,终端设备的传输/接收状态设置到由该接收数据指示的状态,以在终端设备和基站之间开始通信。
这里,如通过控制信道从基站发送的脉冲串信号,具有预定图形称为FCCH(频率校正信号)的信号(具有一频率偏离载波频率为67KHz的正弦波信号)以预定周期(例如10或11帧的周期)分布。在终端设备侧参照FCCH校正过程定时,并粗略地检测其时发送必需信息的时隙定时。
这个FCCH是把位模式分配到此的同步信号,以致于在解调时0值的数据用预定的比特数连续。在该GSM系统中,位模式是卷积编码的,然后经受GMSK调制(高斯滤波最小移位键控调制)和发送。在这个方法中,如图9所示,该FCCH是由在I信号和Q信号之间其相位偏移为90°和具有以正弦波形变化的信号电平的合成波来发送的。在控制信道中,当发送FCCH时,载波频率偏移为+67.7KHz。
因此,在采用这个系统的终端设备中,当使用带通滤波器从接收信号中提取该FCCH的信号分量时,就能检测FCCH的定时,并且整个操作大致与根据定时检测结果的控制信道同步。
在GSM系统中,发送用作同步数据的FCCH的时间周期是短的周期期限,即约550μs,而且,这不可能通过普通的带通滤波器容易地进行高精度检测。普通的信号分量也包括在某种程度上偏离载波频率为67.7KHz的分量。因此,即使仅通过带通滤波器进行提取,在另一个时间周期中一信号可错误地检测为FCCH。此外,在这种终端设备中接收状态通常可被恶化,和该FCCH通常被噪声而失真或衰落。由此可见,用高精度检测FCCH是很难的。
由于这个原因,要检测的信号分量不是用带通滤波器提取的,而是按下列提议实施的。也就是,接收信号被变换成数字数据,并根据检测FCCH的终端设备的数字处理系统中的计算检查变换的数据。然而,因为终端设备的装置变成复杂化,所以就不能优先安排用于检测FCCH的专用数字处理电路。因此,在终端设备中用作数据处理的称为DSP(数字信号处理器)的数字处理电路中,一FCCH检测处理可被执行。然而,执行另一数据处理的DSP需要长时间周期,并且FCCH在实时不能容易地检测。即使在实时能进行检测处理,对于检测FCCH的负载变得很重,并用于进行另一个信号处理的备用时间变得很小。因此,DSP的中断处理很少能进行。
发明内容
根据这方面,本发明的目的是通过简单且快速的处理进行具有同步数据可能性的同步处理。
根据本发明的一个方面,一种脉冲串信号接收方法,用于检测具有固定模式和在脉冲串信号中以预定位置排列的特定数据,并用于执行对与特定数据同步的脉冲串信号的接收,该方法包括步骤:
在比所述的特定数据的第二取样周期短的第一取样周期中产生少于一半所述脉冲串信号的接收数据;
取样所述的接收数据;以及
将取样的接收数据与具有相同第一取样周期的并从先前的接收数据获得的存储参考数据进行比较,由此检测所述的特定数据。
根据本发明的另一个方面,一种脉冲串信号接收装置,用于检测具有固定模式和在脉冲串信号中以预定位置排列的特定数据和用于执行对与特定数据同步的所述脉冲串信号的接收,该装置包括:
用于在比所述的特定数据的第二取样周期较短的第一取样周期中产生少于一半的所述脉冲串信号的接收数据和取样所述脉冲串信号的接收数据的取样装置;和用于比较由所述的取样装置取样的接收数据和具有相同取样周期并从先前接收的数据获得的参考数据的比较装置。
为了解决上述问题,根据本发明,在取样周期中使接收的数据变少和取样,该取样周期是比包含在接收数据中的特定数据的取样周期较小,并且取样信号和具有相同取样周期的先前准备的数据进行相互比较,以检测特定数据。
当进行上面的处理时,从以低取样周期取样的少量数据中检测处理同步数据。因此,同步数据可用小数据处理进行检测。
附图说明
图1是说明FCCH的波形图;
图2是表示根据本发明的实施例的终端设备的方框图;
图3是表示根据该实施例的终端设备的接收部分的方框图;
图4是用于说明在I和Q坐标上FCCH的运动的解释图;
图5是用于说明错误FCCH的波形图;
图6是表示根据该实施例FCCH的检测处理的流程图;
图7是表示在检测中使用的参考模式的解释图;
图8是表示FCCH的位置检测误差的定时图;和
图9是表示相据该实施例FCCH的检测的再确认处理的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的实施例。
在该实施例中,本发明应用到无线电话系统的终端设备,其中具有时隙装置的脉冲串数据通过TDMA型通信系统间歇地发送/接收。终端设备的整个装置首先示于图2中。
终端设备1接收从基站(未示出)天线2发送的无线电信号,并把所得的接收信号通过天线共用单元(未示出)传送到放大电路3。在放大电路3以预定增益放大接收信号以后,高频处理电路(RF处理电路)4通过使用从频率合成器输出的频率信号改变接收信号的频率,由此得到了中频信号。这里,当来自频率合成器的输出频率被开关时,所需信道可被选择地接收。中频信号在高频处理电路4中被归一正交地检测,并且在接收信号上归一正交地调制的Q信号和I信号被解调。解调的I信号和解调的Q信号通过插入其中的模拟/数字变换器变换成数字数据(I数据和Q数据)。变换的I和Q数据被送到数据处理电路5。
该数据处理电路5由用作积分电路的数字信号处理器(DSP)构成,用于处理I和Q数据,并且执行解码处理来自I和Q数据的正交卷积编码数据。其时,相对于失真进行该数据波形均衡和校正处理以输出卷积编码的数据。在这个方法中,就能够减小衰落或多通的影响。此外,该数据处理电路5相对于I和Q数据检测FCCH,并根据上面检测结果检测一频率误差。数据处理电路5等操作按照上述检测结果受控制,以致于可校正频率误差。
在卷积编码数据被解码后,纠错处理被执行。由上述处理所得的解码数据中的音频数据被传送到音频处理电路6,并且在解码数据中的控制数据被传送到中心控制单元8。
在音频处理电路6中,所提供的音频数据经受音频扩展处理,以产生非压缩的音频数据。该处理的音频数据通过插入的数字/模拟变换器可变换成模拟音频信号,并把已变换的音频信号传送到扬声器7,以便从那里输出声音。
中心控制单元8由起控制器作用的微机构成,用于控制终端设备的操作。该中心控制单元8根据由数据处理电路5提供的控制数据执行诸如传输/接收信道的开关、通信定时的设置等之类的各种控制。
下面将描述传输系统的终端1的装置。从微音器9输出的音频信号通过音频处理电路6变换成数字音频数据,然后经受音频压缩处理,以获得音频数据。经受压缩处理的音频数据传送到数据处理电路5并与要卷积编码的纠错码等相加。从中心控制单元8输出的各种控制码传送到数据处理电路5,并然后进行卷积编码。
高频处理电路4执行GMSK调制(高斯滤波最小移位键控调制)来卷积编码由数据处理电路5输出的数据,以产生传输信号,并把传输信号频率变换成传输频率。该传输信号其频率已被变换,通过放大电路10传送到天线2并无线电发送到基站等。
在终端设备1中的中央控制单元8对于通过数据处理电路5获得的预定定时检测结果控制传送定时和接收定时的开关。利用该操作,通过应用时分多路的方法,分配到其本身站的接收时隙是从基站传送到多个终端设备、要接收的信号中选择的,通过然后选择的中央控制单元8和分配到其本身站的传输时隙,以致于执行把音频数据等传送到基站的处理。
此时,中央控制单元8假设在RAM13中的工作区与中央控制单元连接,以执行存贮在ROM 11中的处理程序,以致于控制码被输出到按控制整个操作所需要的各自电路。例如,当显示键输入部分12的预定键被操作时,连接请求信号被传送到基站。当呼叫信号从基站侧发送时,接收信道等被转换到相应的信道。
接着,下面将参照附图3对根据本实施例的终端设备1的接收系统的细节予以说明。由天线2接收的信号经受站选择处理和中频处理以及由高频电路13的检测处理,并把用作检测信号的I信号和Q信号送到模拟/数字变换器16。该模拟/数字变换器16对每个I信号和Q信号进行数字变换处理,以产生数字I数据和数字Q数据。该I数据和Q数据送到数字信号处理器(DSP)17,以便对应于以上所述的数据处理电路5进行数据处理,以把I和Q数据解码成原始数据串。
其时,用于数据处理的DSP 17相对于I数据和Q数据执行FCCH的检测处理,并且也执行对于接收信号的均衡处理和解码数据串的纠错处理。
音频处理电路6由数字信号处理器(DSP)18构成,用于处理音频数据的音频处理。该音频处理数字处理器18对从用于数据处理的DSP 17提供的音频数据进行数据扩展,以把经受音频压缩和传送的数据串变换成原始数据串。音频处理数据处理器18把数据串变换成模拟信号并将它从扬声器7输出。
这里,在执行上面的处理系列以前,终端设备1接收控制信道和与相对于FCCH第一从基站发送的脉冲串信号同步的帧同步处理的控制信道。此外,相对于FCCH检测内部时钟的频率误差来校正频率偏移,整个操作与相对于预定脉冲串的接收数据同步。此后,终端设备接收预定时隙,以接收所需的信息。
此时,在根据本发明用于数据处理的DSP 17中,检测在预定参考数据和用接收所得的I和Q数据之间的相关值,并且检测FCCH的处理由相关值来执行。当检测FCCH的定时时,在中央控制单元8侧准备的时基计数器是相对于该定时进行设置的,由此,就帧同步终端设备1的整个操作。
这里,下面将描述根据本实施例由终端设备1接收的FCCH。通过发送FCCH的I信号和Q信号,如在现有技术的例子中(见图9)所描述的,都是相位偏差为90°和具有以正弦波的形式变化的信号电平的I和Q信号的合成波。当该波在与I和Q信号同步的定时点对每一次取样每一个比特进行取样,因此,得到I数据和Q数据,如图4所示,在由相垂直的I轴和Q轴形成的复平面上形成每次用π/2半径顺时针旋转的圆轨迹。具体地说,当对每一次取样每一比特进行取样时,坐标点从某个坐标点R1(I1,Q1)改变到R2(I2,Q2)、R3(I3,Q3)、R4(I4,Q4)......,如上所述,当对每一次取样每一比特进行取样处理时,能检测FCCH。然而,在使用诸如GSM系统之类的数字蜂窝式系统的无线电话系统中,传输比特率是高的,即约27OKbps,和每一比特的处理时间是极短的。由于这个原因,当用于数据处理的DSP17执行这个检测,用于检测的负载变得相当大,和用于数据处理的DSP17不能执行另一种处理。
在这个实施例中,如对FCCH的处理,两个取样操作使用一次输入数据来减小在用于数据处理的DSP17中的负载,由此使其FCCH成为可能的,以检测FCCH。具体地说,由于在正交检测后FCCH的I和Q的波形分别是简单的正弦波,如果从某个信号坐标点R1(I1、Q1)被相对于两比特量的时间间隔隔开一点的信号坐标点R3(I3、Q3)出现在旋转180°的点上,信号轨道被认为是在圆周上转过半圈。
FCCH可以通过连续检测对于每两比特信号坐标每一个180°的旋转。根据这个实施例,通过使用这种方法,两次取样操作使用一次输入数据来检测FCCH。
当在两次取样操作的情况下检测输入数据时,虽然该信号不是FCCH,该信号可被错误地检测为FCCH。具体地说,如图5所示,当合成波(该信号被称为假FCCH)其信号电平以正弦波的形式变化和在I和Q信号之间的相位差被反相用作接收数据时偏离FCCH为90°时,该合成波被错误地检测为FCCH。实际上,这种假FCCH状态很少连续一个长时间周期,不实际地提出了一些问题。然而,防止了把假FCCH错误地检测为-FCCH。
下面将参照图6的流程图描述根据本发明的在用于数据处理的DSP17中对FCCH的检测处理。用于计数取样和累积相加的计数器置于0值,并且用于计算的常数置于128的值。由此初始化用于校正检测处理需要的变量(步骤101)。
接着,用于数据处理的DSP17接收I数据和Q数据,并且检查接收的数据的数据号(在Ii和Qi中值i)是否为偶数(步骤103)。这里,如果数据号不是偶数(即奇数),该处理返回步骤102以接收下一个数据。
如果在步骤103中确定数据号是偶数,产生参考波形(步骤104)。该参考波形作为数据存储在与中央控制单元8连接的ROM11中。如图7所示,该参考波形是在定时t0点,I和Q数据分别是1和-1的波形(图形),在定时t2点,I和Q数据分别是-1和1,和在定时t1和t3点,数据的值没有规定。当输出参考波形的处理时,累加值的最上比特,以输出Q数据的参考信号。接着,常数128与累加值相加,然后输出累加值的最上比特,由此输出I数据的参考信号。
计算在参考波形和输入数据之间的相关值(步骤105)。在检测相关值的处理中,I数据和Q数据分别用Ii和Qi表示,参考波形的值用复数共轭值即Tii和Tqii来表示,和相关的长度设置为n。在这种情况,用于计算的中间值Ci用下列方程进行计算:
Ci=(IiTi+QiTqi)+j(QiTi+IiTqi)......(1)
通过使用中间值Ci,相关值用下列方程进行计算: Corr k = Σ i = k k + n - 1 Ci - - - ( 2 )
计算数据和相关值的乘方(步骤106)。具体地说,该数据的乘方Powerrec由下列方程进行计算:
Powerrec=Ii2+Qi2......            (3)
相关值的乘方Powercor由下列方程进行计算:
Powercor=|Corrk|2......           (4)
计算的乘方在量值上相互比较。当该比较时,用下列方程进行计算:
Powerrec-Powercor×阈值≤0......(5)这里阈值是用于确定的阈值。
利用该计算处理,可检查是否满足这个关系式。通过使用该结果,检查是否检测了FCCH(步骤108)。具体地说,当关系式(5)的左手侧是正值时,可确定FCCH没有被确定,并该处理转到步骤109,以初始计数值为0,然后返回步骤102。
当关系式(5)的左手侧是负值或0,可确定FCCH被确定了,计数值置于+1(步骤110)。检查计数值是否超过预定值Ni。如果确定计数值超过预定值Ni,可确定连续FCCH的波形被检测,并最后确定该FCCH被正确地检测(步骤112)。如果计数值不超过N1,该处理返回到步骤102,进行检测FCCH连续的处理。
当检测处理按上述执行时,该FCCH可通过两次取样操作使用一次输入数据进行检测。因此,在检测电路中对检测处理所需的负载能够做得比在通过每一次取样操作使用一次输入数据来检测FCCH的情况较小,并且FCCH可以通过在用于传输/接收处理的DSp中的处理优选地检测。当该FCCH由用于数据处理的DSP进行检测时,DSP能进行另一个工作,并优选地起到用于终端设备的DSP的作用。当没有用DSP进行工作时,能够减小由DSP进行FCCH检测所需的电功率,并能减小终端设备的功率消耗。
在这个实施例中,由于进行相关乘方的相互比较的处理,在步骤108中假FCCH就不会确定为FCCH,仅FCCH能被正确地检测。
在用上述一次处理检测FCCH以后,在频率误差的计算处理中执行对FCCH的再检测处理。相对于再检测处理,该再检测处理可以通过使用与图6所示的流程图相同的处理来进行。然而,FCCH检测确认处理不必如此精确。由此原因,输入数据和相关值在相关检测的中间的一个点上相互进行比较。如果该结果满足FCCH检测条件,使它满足,并可计算后续处理误差。
具体地说,在图6的流程图的处理中,当关系式(5)的左手侧在某个时间周期中乘方之间的比较在量值上变成负值,可确认FCCH是连续保持的。在这里进行的FCCH再检测处理中,由于其连续性并不如此重要的(仅需要对信号不是假FCCH的确认处理),在该信号是可靠的FCCH的位置上执行一次等式(5)的乘方比较,并且,检查该信号是否是FCCH。
虽然该FCCH正存在的位置意味着该FCCH由第一FCCH检测大致求出的,该位置包括一个位置检测误差。因此,在误差的考虑中,该信号为可靠的FCCH的位置意味着FCCH存在的位置。当在该位置使用相关值,FCCH可被可靠地检测。具体地说,如图8所示,当FCCH连续与FCCH的位置检测误差有关的时间周期时,并且FCCH的位置检测向前或向后偏离,在相关窗口中的数据由FCCH存在的位置求出。
代替通过执行仅一次比较在相关乘方之间计算鉴别FCCH和假FCCH,如在第一FCCH的检测处理中,在相关乘方之间的比较可进行多次。其时,不必连续使用相关值。例如乘方比较可每隔一周进行几次,以确认FCCH检测。如在这个检测中使用的阈值,不必使用等于在第一FCCH检测操作中使用的值的值,该值在考虑FCCH检测的可能性中可增加或减小。
当FCCH检测再确认处理时执行的处理是通过进行在相关乘方之间一次比较来进行的,以执行在图9流程图中表示的频率误差计算处理。下面将描述该处理。首先,用于计数取样和累加的计数器都置于0值,和用于计算的常数置于值为64,由此,对相关检测处理所需的变量进行初始化(步骤201)。接着,用于数据处理的DSP17接收I数据和Q数据(步骤202)。
接着,产生参考波形(步骤203)。该参考波由使用存贮在例如ROM11中的数据产生。计算在参考波形和输入数据之间的相关值(步骤204)。在检测相关值的处理中,根据在上面图6的流程图中FCCH检测所描述的关系式(1)和(2)进行计算。
检查FCCH的再确定是否被执行(步骤205)。该确定是使用预定的第几号相关值Corr进行的。在这种情况,当确定执行再确定时,该数据和相关值的乘方被算出(步骤206)。在数据和相关值的乘方计算的过程中,根据图6的上述流程图中FCCH检测中所述的关系式(3)和(4)进行计算。该计算乘方进行相互比较(步骤207)。对于这个比较,执行由上述的关系式(5)进行的计算。如果在步骤205中确定FCCH的再确定不再进行了,该处理转到后面所述的步骤209。
在步骤207的计算过程中,检测关系式(5)是否被满足。根据该结果,检查FCCH是否被检测(步骤208)。在此,如果FCCH被检测,继续相关计算(步骤209)。如果FCCH没有被检测,确定该FCCH是错误检测的,并且结束频率测量过程(步骤210)。
当需要继续相关计算时,检查相关计算环的数目(步骤211)。如果该数目不超过预定次数N2,结束测量频率的相关计算处理(步骤212)。如果该数超过预定次数N2,该过程返回步骤202以重复检测处理。
执行计算许多(P)相关值的处理来测量频率误差,和当获得第P个相关值时进行对FCCH的再确定。由于这个原因,可用简单处理执行在频率误差检测中确认FCCH的再检测处理。用这方法,在频率误差的测量中,进行确认再输入数据是FCCH,该FCCH检测处理可以高速度进行,而在FCCH中误差检测的可能性很少增加。由于FCCH的再确认处理是当如上面所述的一部分频率误差测量处理中进行的,该FCCH检测处理能被执行,而在处理电路中没有增加数据处理量。
在上述实施中,本发明应用到在GSM型无线电话系统的终端设备中用于同步数据(FCCH)的检测处理。然而,本发明可广泛地应用到相对于在间歇发送脉冲串信号的同步信号中用于解调无线电发送的数据串的接收装置。
尽管已参照附图描述了本发明的优选实施例,可以理解为,本发明不限于上述实施例,并且可被本领域的普通技术人员作出各种改进和变型,而不脱离本发明在权利要求中所规定的精神和范围。

Claims (6)

1、一种脉冲串信号接收方法,用于检测具有固定模式和在脉冲串信号中以预定位置排列的特定数据,并用于执行对与特定数据同步的脉冲串信号的接收,该方法包括步骤:
在比所述的特定数据的第二取样周期短的第一取样周期中产生少于一半所述脉冲串信号的接收数据;
取样所述的接收数据;以及
将取样的接收数据与具有相同第一取样周期的并从先前的接收数据获得的存储参考数据进行比较,由此检测所述的特定数据。
2、根据权利要求1所述的一种脉冲串信号的接收方法,其特征在于当所述的比较步骤确定所述接收数据和所述先前准备的参考数据一致时,通过在比第二取样周期长的取样周期中取样所述的接收数据获得的数据确认特定数据,其中有对相关性的计算和对所述接收数据和所述准备的参考数据的比较。
3、根据权利要求2所述的一种脉冲串信号接收方法,其特征在于通过计算和比较接收数据的乘方和相关性值的乘方确认该特定数据。
4、一种脉冲串信号接收装置,用于检测具有固定模式和在脉冲串信号中以预定位置排列的特定数据和用于执行对与特定数据同步的所述脉冲串信号的接收,该装置包括:
用于在比所述的特定数据的第二取样周期较短的第一取样周期中产生少于一半的所述脉冲串信号的接收数据和取样所述脉冲串信号的接收数据的取样装置;和用于比较由所述的取样装置取样的接收数据和具有相同取样周期并从先前接收的数据获得的参考数据的比较装置。
5、根据权利要求4所述的一种脉冲串信号接收装置,其特征在于:
所述取样装置在比所述特定数据的第二取样周期长的取样周期中取样接收数据,并且当所述的比较装置确定所述接收数据和所述先前准备的参考数据一致时,所述的特定数据根据从所述的取样装置的一个输出来确认。
6、根据权利要求5所述的一种脉冲串信号接收装置,其特征在于进一步包括:
用于检测接收数据的乘方和相关性值的乘方的检测装置,其中所述的特定数据是通过比较所述的接收数据的乘方和相关性值的乘方来确认的。
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