CN1320791C - 在gsm通信系统中对空帧检测的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明有关一种用在GSM系统中移动台检测空帧的方法。这种方法包括：首先接收一个发送给移动台的数据突发；然后，根据这个数据突发计算信干噪比(SINR)；如果这个SINR低于一个预定的阈值，那么数据突发就被判定为处于一个空帧中。

Description

在GSM通信系统中对空帧检测的方法和设备

(1)技术领域

本发明有关一种移动通信系统中空帧检测，更准确地说是有关GSM系统在非连续传输模式中(DTX)的空帧检测。

(2)背景技术

全球移动通信系统(GSM)是目前最广为使用的语音移动通信系统。我们都知道：在一个正常的通话过程中，交谈者是交替发言的。也就是在平均意义上说，每个传输方向上大约只有50％的时间是被占用的。非连续传输模式(DTX)是GSM系统中的一种运作模式，在这种模式下，基站和移动发射机仅仅在那些含有有用信息的帧到来时才打开并发射无线信号，其他情况下都是关闭的。这种做法的好处是延长了移动台的电池寿命，并且减少了在空中的平均电磁干扰，提高了频谱效率。

当非连续发射模式在GSM通信中被激活时，所接收到的帧(一帧包含8个突发，仅仅只有一个突发被分配给一个用户)能够被移动台分类成有用帧或者空帧。有用帧携带着信息比特而空帧只包含噪声和干扰。

移动台判断哪个帧是有用帧或者是空帧是非常重要的。例如，如果空帧不被丢弃，那么对于接收信号强度信息(RSSI)的测量将是没有意义的。这个误差将被叠加到其它的信息处理中，如自动增益控制。

(3)发明内容

本发明的目的是提供一种在GSM通信系统中对空帧的检测方法，以有效判断空帧以将它丢弃。

为实现上述目的，根据本发明一方面的一种在GSM系统中移动台用来检测空帧的方法，包括：(a)所述的移动台接收到一个数据突发；(b)计算这个数据突发的信干噪比SINR；(c)如果所述的信干噪比SINR小于一个预定阈值，就可以判定所述的数据突发是属于一个空帧中的。

根据本发明另一方面的一种在GSM通信系统中的移动台端检测空帧的方法，其特征在于包括：

(a)接收想要发送给所述移动台的数据突发；

(b)按以下公式计算所述数据突发的信干噪比SINR：

$\mathrm{SINR}=\frac{\mathrm{SLa}}{\mathrm{NLa}}=\frac{\frac{1}{148}\underset{k=1}{\overset{148}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r\left(k\right)\right|}^2}{\frac{1}{148}\underset{k=1}{\overset{148}{\mathrm{\Σ}}}{\left|n\left(k\right)\right|}^2}$

(c)按下述方法输出一个空帧指示SI：

$\mathrm{SI}=\left\{\begin{array}{ccc}1,& \mathrm{if}& \mathrm{SINR}<T\\ 0,& \mathrm{if}& \mathrm{SINR}\&GreaterEqual;T\end{array}\right.$

如果SI等于1，就判定此数据突发是在一个空帧中。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

(4)附图说明

图1是输入类型的原理图；

图2是一个帧中一个突发的数据结构原理图；

图3是本发明的在GSM系统中移动台检测空帧的方法所采用设备的详细结构图。

(5)具体实施方式

本发明提供了GSM系统中移动台在非连续发射模式下检测和鉴别空帧的一种方法。检测的结果能够指示出接收到的帧是有用帧的还是空帧，这个结果将被使用于调整移动台的其它部分，如AGC，AFC，等。

图1给出了在移动台的GSM接收机中，一个空帧检测模块101的位置。其他为大家所熟知的部分：一个信道估计模块103，一个均衡器105，一个信号强度估计器109。这些模块是GSM移动台中的关键模块。信道估计模块103、均衡器105和信号强度估计器109的输出是空帧检测模块101的输入。详细的信号表述符号如下：

在每一个突发，信道估计模块103的输出被表示为h(k)，k＝1，2，...，K其中K是信道估计器的抽头数。均衡器105的输出被记为s(k)。信号强度估计器109的输出被表示为SL(对于信号值)。空帧检测模块101的另外一个输入是接收到来自于模数转换器107的原始数据r(k)。

在GSM系统中，一个常规的突发携载着业务信道上的数据，图2展现了常规突发的数据结构。一个常规的突发包含116个经过编码的比特，26个比特的训练序列和6个尾比特。这116个编码比特被分成两部分，表示为d_i(n)，i＝1，2；n＝1，2，...，58。每一个部分有58个比特。

依据这个发明，图3给出了这个空帧检测方法和设备的细节。从模数转换器107来的接收信号r(k)提供给一个信号强度估计器303、一个均衡器305和一个信道估计模块307。一般GSM移动台会提供了所有的这些功能实体。因而信号强度估计器303是一个传统的功能块，在所有的GSM移动台都存在。信号强度估计器303输出的值可以指示出接收信号r(k)的信号电平，信号电平被表示为SL。

接收信号还被送到均衡器305和信道估计器307。均衡器输出的信号s(k)是被调制后的编码数据的近似值。信道估计器307产生了一个估计信号h(k)，它是对信道响应的估计。在接收信号估计器317中通过对信道估计器307的输出和均衡器305的输出进行卷积运算，可以获得一个被恢复的信号。这个被恢复的信号接近于原始信号减去噪声。

紧接着在减法电路309，所接收的信号r(k)和所恢复的信号被互相减去，结果将得到一个噪声信号n(k)。噪声信号n(k)表示信号在空中信道传播时引入的干扰和移动台自身产生的噪声的总和。

随后噪声信号n(k)被提供给噪声电平估计器311，这个估计器能提供一个信号中噪声的强度指示，表示为NL。作为一种选择，平滑滤波器315a和315b被应用到基于连续突发的信号强度估计SL和噪声强度估计NL。平滑滤波器的输出是被平均了的信号强度Sla和被平均了的噪声强度Nla。比值和判决模块313计算被平均的信号强度Sla与被平均的噪声强度Nla之比，即信噪比。接着这个比值与一个预先设置的阈值相比，如果它一直高于阈值，就表明这些突发是处于有用的帧中；如果信噪比低于这个阈值，那它将表示接收到的数据是来自于空帧。比值和判决模块313的输出是空帧指示信号(SI)。

上述的功能也可以用数学语言来进行表述。返回图2，在移动台中，中间训练序列被表示在数学形式为

$T\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{or}\\ -1& \end{array}\right.,k=\mathrm{1,2},...,26.$ 在GSM系统中尾比特总是′1′.

GSM系统使用高斯最小相移键控(GMSK)调制，因而可以用下式对接收到的突发进行估计：

y(k)＝(s(k)*h(k))·j^k-1k＝1，2，...，148

其中*表示卷积。噪声和干扰信号之和能够用下式估计得到：

n(k)＝r(k)-y(k)k＝1，2，...，148

信号与干扰加上噪声之比为(SINR)为：

$\mathrm{SINR}=\frac{\mathrm{SLa}}{\mathrm{NLa}}=\frac{\frac{1}{148}\underset{k=1}{\overset{148}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|r\left(k\right)\right|}^2}{\frac{1}{148}\underset{k=1}{\overset{148}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|n\left(k\right)\right|}^2}$

注意：在本发明中，信干噪比SINR是由一个特定的技术，即用上述公式计算而来的。当然信号(分子部分)和噪声(分母部分)可以用多种的方法来计算，不限于这里所描述的公式。这里的SINR可以由各种信噪比(SNR)来替换。无论使用哪种比值或术语(SINR和SNR)，这个比值都是接收信号和噪声的估计。因此，这里使用的SINR是一种普遍意义上的术语。

本发明的重要部分是在这个突发中检测SINR。如果接收的突发包含有用的比特，检测到的SINR就应该是一个相对高的值；而在一个空帧中，因为接收到的″数据″全部是噪声和干扰，检测到的SINR就应该是一个相对低的值。一旦我们设定一个合适的阈值，根据SINR和这个阈值相比而得到的结果，就可以判断接收帧是有用的还是空的了。

检测结果SI可以写为：

$\mathrm{SI}=\left\{\begin{array}{ccc}1,& \mathrm{if}& \mathrm{SINR}<T\\ 0,& \mathrm{if}& \mathrm{SINR}\&GreaterEqual;T\end{array}\right.$

这里T代表阈值，SI等于1表示当前帧是空的；SI等于0表示当前帧是有用的。

关于可选的平滑滤波器315a和315b，为了更好的稳定性和可靠性，SL和NL的值可以在计算SINR之前经下述滤波器(一个低通滤波器)处理：

SLa(k)＝(1-β)*SL(k)+β*SLa(k-1)

NLa(k)＝(1-β)*NL(k)+β*NLa(k-1)

在这里：β是遗忘因子。取值从0到1。在实际的实现中，阈值T取0.15；β取0.95。通过仿真发现，阈值小于0.2时得到的性能好。

虽然我们仅描述和图示了本发明的首选实现形式，在不背离本发明的精神和领域的条件下，它可以有很多的改变形式。

Claims (8)

1.一种在GSM系统中移动台用来检测空帧的方法，包括：

(a)所述的移动台接收到一个数据突发；

(b)计算这个数据突发的信干噪比SINR；

(c)如果所述的信干噪比SINR小于一个预定阈值，就可以判定所述的数据突发是属于一个空帧中的；

其中所述预定阈值小于0.2。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括提供一个低通滤波器，所述的信干噪比SINR在与所述的预定阈值比较之前，经此低通滤波器进行滤波处理。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述低通滤波器的遗忘因子β约为0.95。

4.一种在GSM通信系统中的移动台端检测空帧的方法，其特征在于包括：

(a)接收想要发送给所述移动台的数据突发；

(b)计算所述数据突发的信干噪比SINR；

(c)判断所述信干噪比SINR是否低于预定阈值，从而识别所述数据突发处于一个空帧中；

其中所述预定阈值小于0.2。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于还包括提供一个低通滤波器，所述的信干噪比SINR在与所述的预定阈值比较之前，经此低通滤波器进行滤波处理。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述低通滤波器的遗忘因子β约为0.95。

7.一种在GSM通信系统中的移动台端检测空帧的方法，其特征在于包括：

(a)接收想要发送给所述移动台的数据突发；

(b)按以下公式计算所述数据突发的信干噪比SINR：

$\mathrm{SINR}=\frac{\mathrm{SLa}}{\mathrm{NLa}}=\frac{\frac{1}{148}\underset{k=1}{\overset{148}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|r\left(k\right)\right|}^2}{\frac{1}{148}\underset{k=1}{\overset{148}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|n\left(k\right)\right|}^2}$

(c)按下述方法输出一个空帧指示SI：

$\mathrm{SI}=\left\{\begin{array}{ccc}1,& \mathrm{if}& \mathrm{SINR}<T\\ 0,& \mathrm{if}& \mathrm{SINR}\&GreaterEqual;T\end{array}\right.$

其中SLa表示被平均了的信号强度；NLa表示被平均了的噪声强度；r(k)表示原始数据；n(k)表示噪声信号；

如果空帧指示SI等于1，就判定此数据突发是在一个空帧中。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于如果SI等于0，则判定所述的数据突发处在一个有用的帧中。

Images