一種適用於gsm/edge系統的時間提前量估計方法
2023-04-29 10:08:51 2
專利名稱：一種適用於gsm/edge系統的時間提前量估計方法
技術領域：
本發明屬於移動通訊領域，尤其涉及一種適用於GSM或EDGE系統的動態時間提前量(TA-Timing Advance)估計方法。
背景技術：
GSM作為第二代移動蜂窩通信系統，在全世界範圍內已經得到了廣泛應用。但隨著移動通信技術的迅速發展和承載業務的多樣化，人們對數據業務的需求不斷增加。因此，廠家們紛紛在開發新的、速率更快的移動數據通信技術，其中最典型的就是高速率電路交換數據(HCSD)和通用分組無線服務(GPRS)技術。HCSD的最高速率可達57.6kbit/s。GPRS在核心網絡首次引入了分級交換的方式，成為GSM向第三代網絡演進的必經之路，可向用戶提供最高速率為171kbit/s的鏈路，雖然HCSD和GPRS在一定程度上提高了數據傳輸速率，但由於其仍然採用的是高斯最小頻移鍵控(GMSK)的調製方式，因而它所提供的傳輸速率仍遠遠不能滿足人們對通信系統越來越高的要求，因此有必要採用更為先進的通信和信號處理技術，以進一步擴大GSM系統的容量。為了滿足人們不斷增長的對高速數據業務的需求和整個通信市場的需求，增強現有系統的競爭力，美國的TIA和歐洲電信標準化學會ETSI聯合提出了一種基於TDMA的無線接入技術-EDGE(Enhanced Data rates for GSMEvolution)，以現有的GSM頻段提供高速的數據通信業務。
為了在現有蜂窩系統中提供更高的數據通信速率，EDGE引入了多電平數字調製方式-8PSK調製。對於8PSK調製來說，每一調製符號可以映射為3個比特，從而與GMSK調製方式相比可以提供更高的比特率和頻譜效率，而其實現的複雜度卻沒有增大很多。GSM系統中使用的GMSK的調製方式也是EDGE調製方式的一部分。兩種調製方式的符號速率都是271kbit/s，每時隙的淨比特率分別為22.8kbit/s(GMSK)和69.2kbit/s(8PSK)。
無論對於原有的GSM系統還是新的EDGE系統，發射機所發送的信號都要經過多徑信道的影響，因而為了克服多徑環境引起的碼間串擾，通常在接收端都需要一個信道均衡器。按照GSM協議，在發端待發送的數據按照突發(Burst)進行發送，而在每一突發中間，放置了一個長為26個符號的訓練序列。為了保證均衡器的均衡性能，接收端一般要求得到準確的訓練序列的起始位置，即在接收端需要得到精確的時間提前量(TA)。在傳統方法中，接收端用已知的訓練序列在各個符號位置與接收到的突發進行相關，而具有最大相關值對應的符號位置即為估計的TA。可是在實際系統中，這一方法受到多徑環境的影響很大，從而導致TA計算的不準確，進而影響系統的均衡結果。
在專利號為US6724837的美國專利「Timing Estimation for GSM Bursts Based on PastHistory」中，採用的方法是對於先接收到的N個突發，令訓練序列分別與它們進行相關運算；然後通過尋找得到的相關序列的最大值分別得到這N個突發各自的TA，並對得到的這N個TA求平均；最後，在所求得的TA平均值的基礎上，估計後續M個突發的各自TA。在這個專利中，為了保證得到的後續M個突發時間提前量的準確性，就要求用於計算初始化TA的突發的數目N值儘可能大，可是這一專利並沒有保證用於計算初始化TA值的N個突發的TA的準確性，因而如果N值過大，由於預先接收到的N個突發的性能無法得到保證，因而接收機的整體性能無法得到保證。另一方面，這一專利要求對連續收到的突發的TA取平均值，對於基於電路交換的語音業務，這一方法是可行的；但是對於基於分組交換的數據業務來說，由於前後收到的相鄰幀的數據未必都來自同一個發射機，因而對基於分組交換的業務來說，這一專利是無法應用的，尤其對於具有EDGE功能的GSM系統，這一方法更是失去了實際意義。
在專利號為US6859491的美國專利「Iterative Estimation of Timing in GSM Bursts」中，提出了一種迭代估計時間提前量並進行數據均衡的方法。對於每一個接收到的突發，這一專利首先假設TA有一個初始值，然後在每一次循環中都令TA加1，直到循環到某一次數N；而在每次循環中，都根據給定的TA對接收數據進行均衡解調；在此基礎上，令已知的訓練序列與均衡結果中對應位置上的序列進行相關並記錄相關值；最後，在得到的相關值序列中具有最大相關值所對應的TA值就是真正要求的值。這一專利與上面的專利相比，克服了上面專利的缺點，它不但可以用於基於電路交換的語音業務，而且可以用於基於分組交換的數據業務。可是這一專利在求TA時要對接收信號進行N次解調，如果N太大，則計算過於複雜，因而很難應用於實際系統中。
以上專利的缺點是對現行的GSM系統，尤其對目前的包含EDGE功能的GSM系統不太適用，他們不是計算複雜度過高，就是性能不好，因而有必要找到一種更實際、更靈活的尋找時間提前量的方法，而這也正是本發明的目的。
發明內容
本發明的目的是，針對GSM/EDGE系統提出了一種動態的時間提前量估計方法。其特點在於首先通過簡單的方法得到TA的初始值，然後在得到的TA的基礎上，依據一定的準則，動態調整所得到的TA值，從而進一步精確化TA的估計值精度。
本發明的適用於GSM/EDGE系統的時間提前量估計方法，包括以下幾個步驟1.按照接收到的突發調製類型的不同(GMSK或8PSK)，對收到的I、Q信號進行信號反旋轉處理。
2.從存儲器中讀出訓練序列，對反旋轉後的信號採用滑動相關進行信道參數估計，得到信道參數估計序列{h(n)}。
3.利用{h(n)}估算時間提前量初始值tinit。
4.令TA＝tinit。
5.判斷TA是否滿足以下3個條件之一，如果是，則這一TA即為我們要求的時間提前量；否則執行第6步。
a)TA已經達到其下限tE；其中tE可取-2～2之間，可視具體情況調整為一固定值。
b)Ratio＞γ其中令TA處的信道估計參數功率值為|h(TA)|2，(TA-M)處的信道估計參數功率值為|h(TA-M)|2，則Ratio為這兩者的比例，即Ratio＝|h(TA)|2/|h(TA-M)|2其中γ為一給定閾值，此閾值範圍可以為7～10之間，可視實際情況設定為一固定值；M為採樣倍數，M≥1。
c)循環次數大於給定值Nloop。
通常Nloop取值範圍在3～5之間，實際應用時，可根據具體的應用環境設定為一個固定值。
6.令TA＝TA-M，然後執行第5步。
本發明的方法與已有的方法相比，無論系統處於靜態還是多徑環境，無論是用於語音業務還是數據業務，無論對於終端系統還是對於基站系統，都能以低的計算複雜度完成較高精度的時間提前量估計。
圖1是GSM系統收發信機的基本示意圖。
圖2是GSM/EDGE系統中常規突發脈衝和接入突發脈衝的數據格式。
圖3是本發明的時間提前量估計的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖，對本發明所述方法的具體實施作進一步的詳細描述。對於熟悉本領域的技術人員而言，從本發明方法的描述中，對於本發明的目的、特徵和優點將顯而易見。
參照圖1，在發射端，信源編碼模塊101輸出的數據送入信道編碼與交織模塊102後經過基帶調製模塊103、上變頻模塊104和發射天線105後送入無線信道；在接收端，接收天線106收到的信號經下變頻模塊107分別送入信號解調模塊109、時間提前量及信道參數估計模塊108，模塊108估計出信道參數與時間提前量後也送入信號解調模塊109，然後模塊109根據收到的信息對接收信號進行解調，解調結果送入解交織與解碼模塊110，並最終經信源解碼模塊111輸出。
圖2是GSM/EDGE系統中常規突發脈衝與接入突發脈衝的數據格式。對於常規突發脈衝NB(Normal Burst)來說(如圖2a)，其信息數據分成兩組各58個符號，其中57位為數據，另一位為偷幀比特表示此數據是用戶數據還是信令。在這兩段數據之間插入了26位的訓練序列，26bit中開頭和結尾各5bit為保護間隔，中間的16bit數據用來估計信道參數和時間提前量。3個尾比特「0」加於有用信息段的兩側。NB數據的最後為8.25bit的時間，不發任何信號，作為相鄰時隙的保護段。而對於接入突發脈衝AB(Access Burst)來說(如圖2b)，其中包含41位的訓練序列，36位信息和開始、結束的8和3位尾比特。AB的保護為68.25比特，可以確保終端的最大接入距離為35公裡。
參照圖3，本發明的時間提前量估計按照以下步驟進行步驟301，接收端106、107模塊接收突發並送入時間提前量及信道參數估計模塊108。
步驟302，依據接收到的突發的調製方式的不同分別按照GMSK或者8PSK進行符號反旋轉。
步驟303，利用反旋轉後的數據估計信道參數序列{h(n)}。
步驟304，先利用常規方法估計TA初始值tinit例如可以通過尋找信道估計參數序列中能量最大值所對應的位置為初始TA值，也可以通過設置一個大小固定的窗口，然後令這一窗口沿著信道估計參數序列滑動，則相應的窗口內信道估計參數能量最大值所對應的位置為初始TA值。
步驟305，設定循環次數初始值i＝0，循環第i次時的TA值TAi＝tinit。
步驟306，判斷TAi是否小於其下限tE，例如取tE＝1，如果TAi＜1，則輸出這時的TAi值，否則進入步驟307。
步驟307，判斷估計的信道參數序列中當前TAi處所對應的信道參數能量值與(TAi-M)處信道參數能量值的比值Ratio是否大於閥值γ。例如可取γ＝8，如果能量比值＞8，則這時的TAi值即為估計的時間提前量；否則，則進入步驟308。
步驟308，判斷循環次數i是否已經等於給定的循環次數Nloop，通常Nloop＝4，如果此時i＝4，則輸出這時的TAi值；否則，執行步驟309。
步驟309，令i＝i+1。
步驟310，令TAi＝TAi-1-M，然後重新轉移到步驟306執行。
前面提供了對較佳實施例的描述，以使本領域內的任何技術人員可使用或利用本發明。對這些實施例的各種修改對本領域內的技術人員是顯而易見的，可把這裡所述的總的原理應用到各其他實施例而不用付出創造性勞動。因而，本發明將不限於這裡所示的實施例，而應依據符合這裡所揭示的原理和新特徵的最寬範圍。
權利要求
1.一種適用於GSM/EDGE系統的時間提前量估計方法，其特徵在於，包括以下幾個步驟1)按照接收到的突發調製類型的不同，對收到的I、Q信號進行信號反旋轉處理；2)從存儲器中讀出訓練序列，對反旋轉後的信號採用滑動相關進行信道參數估計，得到信道參數估計序列{h(n)}；3)利用{h(n)}估算時間提前量初始值tinit；4)令TA＝tinit；5)判斷TA是否滿足以下3個條件之一，如果是，則這一TA即為要求的時間提前量；否則，執行第6步；a)TA已經達到其下限tE；b)Ratio＞γRatio＝|h(TA)|2/|h(TA-M)|2其中，TA處的信道估計參數功率值為|h(TA)|2，(TA-M)處的信道估計參數功率值為|h(TA-M)|2，γ為一給定閾值，M為採樣倍數；c)循環次數大於給定值Nloop；6)TA＝TA-M，然後執行第5步。
2.根據權利要求1所述的適用於GSM/EDGE系統的時間提前量估計方法，其特徵在於，步驟5)中下限tE取值範圍為-2～2。
3.根據權利要求1所述的適用於GSM/EDGE系統的時間提前量估計方法，其特徵在於，步驟5)中γ閾值範圍為7～10。
4.根據權利要求1所述的適用於GSM/EDGE系統的時間提前量估計方法，其特徵在於，步驟5)中Nloop取值範圍為3～5。
5.根據權利要求1所述的適用於GSM/EDGE系統的時間提前量估計方法，其特徵在於，步驟3)中估算時間提前量初始值tinit，通過尋找信道估計參數序列中能量最大值所對應的位置為其值，或通過設置一個大小固定的窗口，然後令這一窗口沿著信道估計參數序列滑動，則相應的窗口內信道估計參數能量最大值所對應的位置為其值。
6.根據權利要求1所述的適用於GSM/EDGE系統的時間提前量估計方法，其特徵在於，步驟5)、6)中採樣倍數M≥1。
全文摘要
本發明針對GSM/EDGE系統提出了一種動態的時間提前量估計方法。其特點在於首先通過簡單的方法得到TA的初始值，然後在得到的TA的基礎上，依據一定的準則，動態調整所得到的TA值，從而進一步精確化TA的估計值精度。本發明的方法無論系統處於靜態還是多徑環境，無論是用於語音業務還是數據業務，無論對於終端系統還是對於基站系統，都能以低的計算複雜度完成較高精度的時間提前量估計。
文檔編號H04L7/04GK1913421SQ20051008774
公開日2007年2月14日 申請日期2005年8月8日 優先權日2005年8月8日
發明者呂浚哲, 王偉 申請人:中興通訊股份有限公司