用於估計信號特性的方法和設備的製作方法
2023-10-06 06:50:04 3
專利名稱：用於估計信號特性的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於估計信號特性的方法和設備，特別是涉及在蜂窩通信系統中估計發射機身份或信號到達時間。
當用戶單元從一個小區的覆蓋區向另一個小區的覆蓋區移動時，通信鏈路將從用戶單元與第一小區的基站之間改變到用戶單元與第二小區的基站之間。這是公知的越區切換。特別的是，某些小區可能完全位於其它較大小區的覆蓋範圍內。
所有基站都由一個固定網絡互聯。該固定網絡包括通信線路、交換機、到其它通信網絡的接口和操作該網絡所需要的各種控制器。來自用戶單元的呼叫通過固定網絡被路由到該呼叫的特定目的地。如果該呼叫是相同通信系統中兩個用戶單元之間的呼叫，則通過固定網絡把呼叫路由到另一個用戶單元當前所在小區的基站。這樣通過固定網絡在兩個服務小區之間建立連接。替代地，如果該呼叫是用戶單元與連接到公共交換電話網(PSTN)的電話之間的呼叫，則從服務基站把呼叫路由到蜂窩移動通信系統與PSTN之間的接口。然後它被PSTN從接口路由到電話。
在例如全球移動通信系統(GSM)的通信系統中，用戶單元和基站執行大量測量以便評估用戶單元與基站之間的通信鏈路的性能。這些測量用於確定最佳服務基站、越區切換決定和功率控制等。另外，也建議進行大量測量，可將這些測量用於導出所接收信號的信息以用於其它目的。特別是，也建議根據對基站發射信號的測量執行用戶單元的位置確定。
位置確定的一種公知方法包括確定目標與大量固定位置之間的距離。例如，在蜂窩無線電通信系統例如GSM通信系統中，用戶單元的位置可以通過估計用戶單元到位置已知的大量固定基站的距離來確定。如果必須確定三維位置，必須確定用戶單元與至少三個基站之間的距離。這就是公知的三角測量方法。
根據基站發射信號的到達時間確定用戶單元與基站之間的距離是公知的。例如，如果由一個基站發射信號給用戶單元，到達時間將取決於與無線電信號傳播距離成正比的傳播延遲。如果傳輸時間是已知的，相對到達時間可以被計算出來並且該時間將對應於基站與用戶單元之間的距離。通常，用戶單元不與基站同步，而根據來自不同基站的信號到達時間的差確定位置。在此情況下，必須由用戶單元接收來自至少一個另外基站的信號。當位置確定是基於從用戶單元發射信號給基站時，應用相同的普遍原理。
為根據該方法確定用戶單元的位置，用戶單元必須確定大量的接收信號特性。特別是，用戶單元必須能夠確定信號到達時間和發射該信號的基站的身份。
根據對所接收信號與發射信號的已知數值進行比較確定各種信號特性是公知的。例如，GSM用戶單元可以通過將所接收信號與所要檢測的信號的本地副本互相關來估計從各個基站發射的信號的到達時間。GSM脈衝串的訓練序列可以用於該目的，不管其是正常脈衝串、虛假脈衝串還是同步脈衝串(SCH)，因為該信息對所有脈衝串都是已知的。
另一個例子是GSM用戶單元估計發射基站的身份。這對於位置確定是必須的，因為用戶單元必須保證其正試圖檢測的信號發自一個給定的基站而不發自同道幹擾源之一。
一種可能性是利用發射基站身份碼(BSIC)並且將它與所需要基站的已知BSIC進行比較來嘗試和解碼每個SCH。不幸地是，由於發射BSIC的廣播載波(BCCH載波)具有高頻率復用係數，相鄰基站的信號強度可能相當低而導致錯誤的幀解碼。信噪比通常足以能夠確定到達時間而不足以對BSIC解碼，這樣該方法效率非常低。
估計信號特性例如到達時間和發射機身份的已知方法因此是低效率、不精確和不可靠的，需要一種改進的方法。
因此在此提供一種估計具有至少部分的變化信息內容的信號的特性的方法，該方法包括步驟接收信號；以已知方式接收包括有關該信號的信息內容的壓縮數據的輔助數據；響應該輔助數據導出預期信號；和響應預期信號和所接收信號確定信號特性。
該特性優選地是到達時間或發射機身份。根據本發明的一個特徵，該方法用於GSM通信系統中，其中輔助數據包括一個幀號碼，一個幀號碼偏移和/或基站身份碼。
根據本發明的第二方面提供一種通信系統，能夠使用一種根據上述方法確定信號特性的方法。
根據本發明的第三方面提供一種基站，能夠使用一種根據上述方法確定信號特性的方法。
根據本發明的第四方面提供一種用戶單元，能夠使用一種根據上述方法確定信號特性的方法。
本發明因此通過在信號特性估計中利用輔助數據而提供一種改進的信號特性(例如到達時間和發射機身份)確定方法。
圖2表示根據本發明實施例的方法的流程圖200。圖3表示可應用本發明的GSM通信系統200的一部分的例子。
在圖3所示的實施例中，用戶單元301執行位置確定。因此它需要接收來自三個或更多基站的信號並且至少確定從這些基站接收的信號的一個到達時間。如圖3所示，服務基站303正通過無線電通信鏈路305與用戶單元301通信。通常在用戶單元301和服務基站304之間在兩個方向上都有信息交換。
另外，一個非服務基站307通過通信鏈路309發射一個到達用戶單元301的廣播信號。該用戶單元301將確定該信號的特性，該信號特性在所描述的實施例中是信號到達時間。該信號到達時間隨後被用於公知技術的位置確定。通常，儘管用戶單元301能夠檢測來自非服務基站307的信號，但它可能沒有接收到具有足夠信噪比的信號以對該數據解調和解碼。另外，通常沒有從用戶單元301到非服務基站307的通信。
圖2表示根據本發明的上述實施例確定來自非服務基站307的信號的到達時間的方法。在步驟201，用戶單元301接收來自非服務基站307的信號。所接收信號樣本被存儲用於隨後的處理。在步驟203，用戶單元接收輔助數據，輔助數據用於輔助用戶單元301以產生要確定其特性的信號的本地副本。在上述實施例中，該輔助數據從服務基站303接收並且因此以高可靠性接收。該輔助數據涉及要導出其特性的那個信號，在此情況是涉及從非服務基站307發射的信號。該輔助數據可以在接收來自非服務基站307的信號之前、之後或同時被接收。非服務基站307發射的信號將至少包含具有變化信息內容的一部分，因此不被用戶單元301知道。另外，該信號可以包含由用戶單元301預先知道的預定部分。一個例子是GSM系統中的SCH脈衝串400，該脈衝串如圖4所示由3個開始比特401、78個數據比特403、64個訓練比特405和3個尾部比特407組成。開始比特、訓練比特和尾部比特的值是已知的，而數據比特是未知的。SCH脈衝串的數據比特的信息內容通過對6個基站身份比特(BSIC)和19個與當前幀號碼有關的比特編碼給定。
在步驟205，響應輔助數據導出一個預期信號。在非服務基站307發射的信號是SCH脈衝串的例子中，輔助數據因此包括允許用戶單元301產生所發射的SCH脈衝串的本地副本的信息以及所接收信號的預期值。該輔助數據因此可以是任何數據，全部或部分允許導出對應於變化信息內容的該信號的至少一部分的預期值。在該例子中，將給予用戶單元某些輔助數據，即所希望基站(即圖3所示例子中的非服務基站307)的SCH的幀號碼(FN)。在GSM中這樣做的一種方法是定義新的消息，該消息可以包含在服務基站303的廣播信號中。替代地，不傳遞非服務基站307的幀號碼，可以將服務基站303與非服務基站307之間的幀偏移提供給用戶單元301。另外，用戶單元301被提供BSIC信息(如果還不知道)，並且用戶單元301因此具有產生整個SCH脈衝串的本地副本所必須的所有信息。
在本發明的實施例中，該信息被進一步用於選擇將確定其特性的信號。特別是，通過提供幀偏移給用戶單元，可以確定何時可以期待非服務基站的SCH脈衝串，並且這可以將信號搜索限制到一個圍繞到達時間的窗口。如果幀偏移進一步包括服務基站和非服務基站之間的時隙偏移，到達時間的不確定性明顯減少並且該窗口因此可以減小。
另外，把這些數據傳遞到該用戶單元只需要進行一次，因為用戶單元能夠保持對幀號碼的跟蹤。該信息與已知BSIC一起允許用戶單元合成整個SCH脈衝串(148比特)並且使用它作為預期信號的本地副本，而不是僅僅利用常規的訓練序列。
在步驟207，響應信號自身和響應導出的預期信號來導出信號的信號特性。
特別是，通過將所接收信號樣本與所導出的預期信號的相應樣本互相關可以確定到達時間。可以從所存儲的本地副本和所接收的信號樣本之間的時間偏移中找到到達時間，這在該技術中是公知的。
替代地，信號發射機的身份也可以通過互相關確定。由於不同基站的不同BSIC和幀號碼，SCH脈衝串在不同基站之間明顯不同。來自一個基站的信號與對第二個不同基站導出的預期信號之間的相關性因此明顯低於對從第二基站所接收信號的相關性。相關性幅度因此是所接收信號的發射機的身份的指示。
另外，預期信號和所接收信號之間的相關性在所需要信號和同信道幹擾之間有區別效果。將執行相關的窗口從訓練序列增加到整個脈衝串因此也可以改善所需要信號與不需要信號之間的區別。
應當清楚，本發明不限於通過相關來確定特性，任何已知方法例如比較或例如最小二乘估計算法都可以用於替代而不從本發明中剔除。
在上述實施例中，不僅實現了估計中的明顯改善，同時該方法允許可靠地識別發射基站。
根據將克萊姆-拉奧約束應用於信號到達時間τ的最大似然估計器，可以發現在使用整個SCH脈衝串而不是僅僅訓練數據的特定情況下到達時間的估計靈敏度的改善。在信號服從加性高斯白噪聲的簡單情況下，克萊姆-拉奧約束是var(2EsN02)-1,]]>其中Es是信號能量，N0是噪聲功率頻譜密度和β2是下列公式定義的信號頻譜S(ω)的二階矩2=1E-+2|S|2d]]>
由於所研究的信號是在數字通信環境下，更方便使用每比特能量Eb替代信號能量Es＝nEb(n＝比特數量)。由於使用64比特訓練序列的信號與使用整個脈衝串的信號不同，後者取決於BSIC和幀號碼，它們頻譜的二階矩將不同。嚴格地說這是對的，但是它們沒有太大不同，一旦該信號通過接收機的RF前端進行低通濾波，該差別甚至更微小。所以主要不同是兩個信號之間的比特數量n的不同。那麼改進可以大致為10log10148644dB]]>作為在上述特定實施例利用當前發明的結果，可以獲得4dB的信噪比改進精度，或替代地在比已知技術信噪比差4dB時實現相同性能。
本發明因此提供了一種通過在信號特性估計中使用輔助數據進行的改進的信號特性(例如到達時間或發射機身份)確定。應當清楚，本發明不限於估計到達時間或發射機身份，而對於估計許多不同特性(包括信號檢測、確定到達角度等)都有用。
權利要求
1.一種估計信號特性的方法，該信號至少具有部分的變化信息內容，該方法包括步驟接收該信號；以已知方式接收輔助數據，該數據包括有關信號的信息內容的壓縮數據；響應輔助數據導出一預期信號；和響應預期信號和所接收信號兩者確定信號特性。
2.根據權利要求1的一種估計信號特性的方法，其中所估計的特性是該信號的到達時間。
3.根據權利要求1的一種估計信號特性的方法，其中所估計的特性是發射該信號的發射機的身份。
4.根據前面任何一個權利要求的一種估計信號特性的方法，其用於蜂窩通信系統。
5.根據權利要求1的一種估計信號特性的方法，其中從一非服務基站發射該信號和從一服務基站發射輔助數據，並且包括有關從非服務基站發射的信號的信息內容的信息。
6.根據權利要求4或5的一種估計信號特性的方法，其中蜂窩通信系統是GSM蜂窩通信系統。
7.根據權利要求6的一種估計信號特性的方法，其中輔助數據是發射該信號的非服務基站的幀號碼，並且響應該幀號碼導出預期信號。
8.根據權利要求6的一種估計信號特性的方法，其中輔助數據包括服務基站和發射該信號的非服務基站之間的幀號碼偏移，和該幀號碼偏移用於導出該信號的預期到達時間窗口。
9.根據權利要求6到8的任何一個的一種估計信號特性的方法，其中該信號包括一個SCH脈衝串。
10.根據權利要求8或9的一種估計信號特性的方法，進一步包括跟蹤從非服務基站發射的幀號碼的步驟。
11.根據權利要求6到10的任何一個的一種估計信號特性的方法，其中輔助數據是發射該信號的非服務基站的基站身份碼，並且預期信號是響應該基站身份碼導出的。
12.一種通信系統，能夠使用根據前面權利要求1到11中任何一個的信號特性確定方法。
13.一種基站，能夠使用根據前面權利要求1到11中任何一個的信號特性確定方法。
14.一種用戶單元，能夠使用根據前面權利要求1到11中任何一個的信號特性確定方法。
全文摘要
本發明涉及一種在蜂窩通信系統中估計信號特性的方法,信號特性例如是到達時間和發射機身份。大多數公知的技術具有有限性能,因為它們依賴有限數量的已知數據。本發明的方法包括在用戶單元接收該信號的第一步驟(201)。在第二步驟(203),用戶單元從固定網絡接收輔助數據,和在第三步驟(205)響應該輔助數據導出預期信號。對於GSM,該輔助數據可以是允許導出整個預期SCH脈衝串的一個幀號碼和一個BSIC。在第四步驟(207),通過將所接收信號與預期信號相關確定該信號特性。本發明特別適用於GSM通信系統中的位置確定。
文檔編號H04B7/26GK1349724SQ00807044
公開日2002年5月15日 申請日期2000年5月5日 優先權日1999年5月8日
發明者路易斯·洛佩斯, 埃裡克·維利耶, 布倫丹·勒登 申請人:摩託羅拉有限公司