一種gsm頻率校準包的檢測方法
2023-11-06 04:48:57 3
一種gsm頻率校準包的檢測方法
【專利摘要】本發明涉及移動通訊【技術領域】中的同步技術，提供了一種GSM頻率校準包的檢測方法，包括如下步驟：步驟1.採樣GSM基帶信號，得到GSM基帶信號的採樣數據序列，其中，採樣率為GSM的數據速率；步驟2.對GSM基帶信號的所述採樣數據序列計算相鄰兩個採樣點的信號的相位差；步驟3.如果在所述採樣數據序列中存在使得連續出現N個以上的所述相鄰採樣點信號相位差大於0的數據，確定檢測到頻率校準包，其中，N為正整數，N大於等於140並且N小於等於148。本發明還提供了一種GSM頻率校準包的檢測裝置。本發明的方法和裝置能夠減少系統運算量，減輕系統複雜度，降低系統成本。
【專利說明】一種GSM頻率校準包的檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及移動通訊【技術領域】中的同步技術，尤其涉及一種GSM頻率校準包的檢測方法。
【背景技術】
[0002]GSM(Global System of Mobile communication,全球移動通信系統)的空物理層採用時分復用和頻分復用的方式。GSM空口在各個頻率上將時間分成時間片段，即時隙，每個時隙傳輸156.25比特數據。在GSM的時隙中會傳輸以下幾種數據包:頻率校準包、同步包、普通包、接入包、空包等。其中頻率校準包的作用是提供終端發現基站並且計算出自身與基站之間的頻偏。頻率校準包為全O的數據包。全O數據經過GSM調製方式GMSK之後形成比載波頻率高67KHZ的正弦波信號。由於GSM中極少有連續O和連續I的數據，所以頻率校準包產生的信號強度就略高於GSM載波的平均信號強度。這有利於終端檢測頻率校準包從而進一步的進行頻偏估計和對同步包的解析。
[0003]頻率校準包的一個典型的例子是GSM系統中FCCH (Frequency CorrectionCHanneIs,頻率校正頻道)上承載的FCB。FCC H給用戶傳送校正移動臺(M S )頻率的信息。FCB的所有I 4 8比特全部是「 O 」。GS M系統採用高斯最小頻移鍵控G M S K調製方式，FCC H經調製後，是一個純正弦波，頻率比載波中心頻率高67kHz。
[0004]目前的頻率校準包檢測方法一般為頻域運算方面的方法或者使用互相關運算方面的方法。
[0005]頻域運算方面的方法來檢測頻率校準包一般為使用快速傅立葉變換，通過捕獲高於載波平均信號強度的正弦波信號來檢測到頻率校準包。互相關方面的算法一般為將採樣到的GSM載波信號與預先準備好的GSM頻率校準包信號進行互相關運算，如果檢測出互相關的結果的值大於門限就認為檢測到GSM頻率校準包。
上述兩種方法的運算量較大，都需要經過數量較多的乘法運算，對處理器的要求較高。如果同時要檢測多個載波，則上述方法就需要使用較昂貴的處理器。為克服上述方法檢測複雜度高的缺點，本發明提供了一種GSM頻率校準包的檢測方法，運算量小，能夠快速檢測到頻率校準包。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種GSM頻率校準包的檢測方法，能夠減少系統運算量，減輕系統複雜度，降低系統成本。
[0007]為了實現上述目的，本發明提供了一種GSM頻率校準包的檢測方法，其特徵在於，包括如下步驟:
步驟1.採樣GSM基帶信號，得到GSM基帶信號的採樣數據序列，其中，採樣率為GSM的數據速率；
步驟2.對GSM基帶信號的所述採樣數據序列計算相鄰兩個採樣點的信號的相位差；步驟3.如果在所述採樣數據序列中存在使得連續出現N個以上的所述相鄰採樣點信號相位差大於O的數據，確定檢測到頻率校準包，其中，N為正整數，N大於等於140並且N小於等於148。
[0008]上述的方法，還包括:
步驟4.如果採樣數據達到M個採樣點，還沒有檢測到連續出現N個所述相鄰採樣點信號相位差大於O的數據，則判斷檢測不到頻率校準包或者判斷數據載波不是GSM基站的廣播載波，其中M為12500。
[0009]上述的方法，其中，相位差的計算方式如下:
Sn=In+Qn*j為前一個採樣點，Sn+1=In+1+Qn+1*j為後一個採樣點，其中，In、Qn、In+1、Qn+1為實數，η為整數；
相位差 Dn = arctg (Sn+1 / Sn)。
[0010]上述的方法，其中，所述N為148 ;
所述連續出現N個以上的所述相鄰採樣點信號相位差大於O具體為:
Dn到Dn+147都大於O。
[0011]上述的方法，其中，所述數據速率是270.833Kbps ;所述頻率校準包的作用是使得終端發現基站並且計算出自身與基站之間的頻偏；所述頻率校準包為全O的數據包。
[0012]為了更好的實現本發明的目的，本發明還提供了一種GSM頻率校準包的檢測裝置，其特徵在於包括:
採樣模塊，被配置為採樣GSM基帶信號，得到GSM基帶信號的採樣數據序列，其中，採樣率為GSM的數據速率；
計算模塊，被配置為對GSM基帶信號的所述採樣數據序列計算相鄰兩個採樣點的信號的相位差；
確定模塊，被配置為如果在所述採樣數據序列中存在使得連續出現N個以上的所述相鄰採樣點信號相位差大於O的數據，確定檢測到頻率校準包，其中，N為正整數，N大於等於140並且N小於等於148。
[0013]利用本發明，可以以極少的運算量實現檢測GSM頻率校準包的功能。如果同時檢測多個GSM載波的頻率校準包，本發明的運算效率相比現有的方法提高幅度明顯。本發明可以應用到GSM手機，GSM基站測試儀，GSM路測設備等。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明之GSM頻率校準包檢測方法流程圖；
圖2是本發明之GSM頻率校準包檢測裝置結構圖。
【具體實施方式】
[0015]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0016]在通信系統中， 接收端需要與發送端的頻率源信號頻率保持一致。在發送端和接收端採用高精度的晶體振蕩器。在一段時間的使用後，晶體振蕩器會發生頻率漂移，需要進行頻率校正。
[0017]由發送端向接收端發送一個頻率參考信號，接收端根據接收的頻率參考信號對本地頻率源信號的頻率進行自動校正，使得本地頻率源信號的頻率在誤差允許的範圍內跟蹤頻率參考信號的頻率，達到接收端和發送端頻率同步的目的。
[0018]頻率參考信號是間歇發送的，接收端在進行自動頻率校正之前需要先檢測接收信號中是否存在頻率參考信號，在檢測到頻率參考信號存在的前提下可以實施自動頻率校正。
[0019]在GSM移動通信系統中，基站與移動終端或直放站之間進行頻率校正。基站在下行廣播信道中，每隔約46ms或51ms發送一個持續時間約為577 y s的校頻突發包(FCB)，即頻率參考信號，移動終端或直放站在接收信號中檢測這些FCB，並根據這些FCB校正自己的頻率源信號頻率。
[0020]頻率校準包的作用是提供終端發現基站並且計算出自身與基站之間的頻偏。頻率校準包為全0的數據包。全0數據經過GSM調製方式GMSK之後形成比載波頻率高67KHZ的正弦波信號。由於GSM頻率校準包在經過調製之後就形成頻率略高於其載波的正弦波信號，因此如果將GSM載波信號變頻為基帶信號，再對基帶信號進行採樣，那麼GSM頻率校準包的採樣數據就會有如此現象:相鄰兩個採樣點中後一個採樣點的相位肯定高於前一個採樣點的相位。本發明就基於此原理。
[0021]本發明中的執行主體是終端，包括手機、移動臺、行動電話，手提電腦，車載終端
坐寸o
[0022]本發明的移動終端包括微處理器，其通過三種總線一控制、地址以及數據總線與程序存儲器、數據存儲器以及各種電路聯繫。這些電路包括時鐘，其允許在時間上辨識在接收和發送時與基站交換的信號幀的頻率的同步。相應的數據被存儲在存儲器中。時鐘還用於辨識與位於移動終端附近的其它基站對應的時間偏移，移動終端有可能在小區切換時與這些基站建立聯繫。在其它電路中包括本地振蕩器以及各種解調電路，其中的正交解調電路具有兩個混頻器和以及一個移相器，還包括採樣電路和量化電路，其生成經量化的解調後的I和Q信號。然後這些I和Q信號在處理電路中被處理。
[0023]本發明使用覆信號採樣的數據，即每個採樣點的信號由一個複數表示，如: S=I+Q*j ;其中j表示覆信號；
米樣點S的信號由實部為I和虛部為Q的覆信號表不。
附圖1示出了本發明的頻率校準包的檢測方法流程，本發明的方法應用於GSM蜂窩網絡，該網絡本身包括多個MSC/VLR服務區，每個具有一個移動交換中心(MSC)和一個相連接的訪問位置寄存器(VLR)。MSC與至少一個基站控制器(BSC)通信，其與至少一個基站收發信機系統(BTS)連接。該BTS是物理設備，它提供對所負責小區的無線電覆蓋。BSC和BTS元件作為整體通常稱為基站系統。
[0024]本發明GSM頻率校準包的檢測方法的實施步驟為:
1.首先將GSM頻段分為n個頻段，頻段1、頻段2.......頻段n，依次對n個頻段進行
掃描，捕獲信號。
[0025]偵聽無線通信系統的下行信號，可以採用任意偵聽方式，例如可以模擬無線通信系統終端的小區搜索過程，對於不同的無線通信系統，由於其頻段、制式、功率、信道等具體系統參數不同，實現偵聽的具體過程是不同的，但都可以通過相應無線通信系統中的小區搜索過程來實現，對監控範圍內可能存在的無線通信系統，可能存在小區的頻段進行小區搜索。
[0026]移動終端包括耦合到天線的RF接收機，用於接收RF信號。RF接收機基於RF PLL將射頻RF信號轉換為中頻IF信號。在GSM通信系統中，射頻RF信號通常的傳輸頻率是800 MHz, 1800 MHz或者1900 MHz,中頻IF信號通常在200MHz左右。IF解調器和下變頻器將IF信號轉換為基帶模擬信號，所述基帶模擬信號包括實部P和虛部Q。
[0027]使用帶通濾波器濾波，去除信號中的噪音和信號失真。
[0028]以GSM的數據速率(1625Khz / 6)為採樣率採樣GSM基帶信號，得到GSM基帶信號的採樣數據序列，在存儲器中存儲採樣數據序列；
採樣數據序列可以表示為:
Sn=In+j*Qn=cos (2 π f/fs*n+ Φ 0) +j*sin (2 π f/fs*n+ Φ 0)；
該複數信號包括實部In和虛部Qn。
[0029]2.經濾波後的信號輸入到相位計算器中。
[0030]對GSM基帶信號的採樣數據計算相鄰兩個採樣點的相位差，相位差的計算方式如下:設Sn=In+Qn*j為前一個採樣點，Sn+1=In+1+Qn+1*j為後一個採樣點；
那麼相位差 Dn = arctg (Sn+1 / Sn)。
[0031]3.使用計數器來存儲採樣點信號的相位差大於O的次數，以判斷接收的信號中是否存在期望長度的突發信號。所述次數應當足夠大以確保接收的信號的頻率持續了足夠長的周期。突發包具有比載波高67kHz的頻率，持續時間577 μ s,在實際應用中，所述次數設置為140-148中的任意一個值。例如，設置為148，如果在採樣數據序列中存在使得連續出現148個以上的相鄰信號相位差大於O的數據，即Dn到Dn+147都大於O。那麼就確定檢測到頻率校準包。
[0032]4.對於某些掃描頻點，其信號中並不包含頻率校準包，若採樣數據的數量達到一定的閾值，則可以確定該頻點檢測不到校準數據包。在本發明中，閾值設置為12500，即FCCH出現的周期。GSM採樣數據達到12500，還沒有檢測到連續出現148個相鄰信號相位差大於O的數據，那麼可以判斷檢測不到頻率校準包，即該載波不是GSM基站的廣播載波。繼續對下一個未掃描的頻段進行掃描。
[0033]根據檢測出的頻率校準包進行頻偏估計，計算終端與基站之間的頻率偏差。
[0034]晶體振蕩器根據接收到的頻率校準包產生參考頻率，RF PLL和IF PLL均採用該參考頻率作為參考時鐘。
[0035]5.記錄頻率校準包出現的頻點信息、時間信息和功率信息。
[0036]6.完成上述操作後，就能夠獲取全部GSM頻段所有包含頻率校準包的信號出現時的頻點信息、時間信息和信號強度，並可以以此為依據來捕獲同步包SB。
[0037]為了更有效地提高頻率校準包檢測的漏警和虛警性能，進行初次檢測頻率校準包後，進一步的，可以利用常規突發及噪聲的功率譜特性進行優化分析判定，獲得最終的檢測結果。
[0038]為更好的實現本發·明的目的，本發明還提供了一種GSM頻率校準包的檢測裝置，其結構如附圖2所示，所述檢測裝置包括:
偵聽模塊，被配置為偵聽無線通信系統的下行信號，其中，將GSM頻段分為η個頻段，所述偵聽模塊按照頻段編號順序偵聽頻段中的信號。
[0039]濾波模塊，被配置為去除接收信號中的噪音和信號失真。
[0040]解調模塊，被配置為將濾波模塊處理後的信號轉換為基帶信號。
[0041 ] 採樣模塊，被配置為採樣GSM基帶信號，得到GSM基帶信號的採樣數據序列，其中，採樣率為GSM的數據速率。
[0042]存儲模塊，被配置為存儲採樣數據序列。
[0043]計算模塊，被配置為對GSM基帶信號的所述採樣數據序列計算相鄰兩個採樣點的信號的相位差。
[0044]確定模塊，被配置為如果在所述採樣數據序列中存在使得連續出現N個以上的所述相鄰採樣點信號相位差大於O的數據，確定檢測到頻率校準包，其中，N為正整數，N大於等於140並且N小於等於148。
[0045]記錄模塊,被配置為記錄頻率校準包出現的頻點信息、時間信息和功率信息。
[0046]以上各個模塊相互耦合，共同實現頻率校準包檢測的功能。
[0047]所述頻率校準包檢測裝置的功能可以使用電腦程式實現，所述頻率校準包檢測裝置可以在FPGA晶片、DSP晶片或者其他嵌入式晶片實現。
[0048]所述頻率校準包檢測裝置可以應用到GSM手機，GSM基站測試儀，GSM路測設備等。
[0049]在GSM系統中，採用上述自動頻率檢測和校正方法跟蹤基站下行的校頻信號(SP頻率參考信號)，只需簡單的算法實現電路，就可以為終端提供高精度的本地頻率源，使終端與基站的相對頻率誤差保持在GSM規範(ETSI EN 300609-4, YD/T 1337-2005)所要求的±5Χ10_8以內。與採用昂貴的恆溫晶體振蕩器提供本地頻率源的方法、頻域運算方法、互相關算法相比，既降低了成本，又不需要定期進行人工校頻。
[0050]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種GSM頻率校準包的檢測方法，其特徵在於，包括如下步驟: 步驟1.採樣GSM基帶信號，得到GSM基帶信號的採樣數據序列，其中，採樣率為GSM的數據速率； 步驟2.對GSM基帶信號的所述採樣數據序列計算相鄰兩個採樣點的信號的相位差；步驟3.如果在所述採樣數據序列中存在使得連續出現N個以上的所述相鄰採樣點信號相位差大於O的數據，確定檢測到頻率校準包，其中，N為正整數，N大於等於140並且N小於等於148。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括: 步驟4.如果採樣數據達到M個採樣點，還沒有檢測到連續出現N個所述相鄰採樣點信號相位差大於O的數據，則判斷檢測不到頻率校準包或者判斷數據載波不是GSM基站的廣播載波，其中M為12500。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述相位差的計算方式如下: Sn=In+Qn*j為前一個採樣點，Sn+1=In+1+Qn+1*j為後一個採樣點，其中，In、Qn、In+1、Qn+1為實數，η為整數；
相位差 Dn = arctg (Sn+1 / Sn)。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述N大於等於140並且N小於等於148； 所述連續出現N個以上的所述相鄰採樣點信號相位差大於O具體為: Dn到Dn+N_i都大於O。
5.根據權利要求1-4任一項所述的方法，其特徵在於，所述數據速率是270.833Kbps ；所述頻率校準包的作用是使得終端發現基站並且計算出自身與基站之間的頻偏；所述頻率校準包為全O的數據包。
6.一種GSM頻率校準包的檢測裝置，其特徵在於包括: 採樣模塊，被配置為採樣GSM基帶信號，得到GSM基帶信號的採樣數據序列，其中，採樣率為GSM的數據速率； 計算模塊，被配置為對GSM基帶信號的所述採樣數據序列計算相鄰兩個採樣點的信號的相位差； 確定模塊，被配置為如果在所述採樣數據序列中存在使得連續出現N個以上的所述相鄰採樣點信號相位差大於O的數據，確定檢測到頻率校準包，其中，N為正整數，N大於等於140並且N小於等於148。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於所述確定模塊被配置為: 如果採樣數據達到M個採樣點，還沒有檢測到連續出現N個所述相鄰採樣點信號相位差大於O的數據，則判斷檢測不到頻率校準包或者判斷數據載波不是GSM基站的廣播載波，其中M為12500。
8.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述相位差的計算方式如下: Sn=In+Qn*j為前一個採樣點，Sn+1=In+1+Qn+1*j為後一個採樣點，其中，In、Qn、In+1、Qn+1為實數，η為整數；
相位差 Dn = arctg (Sn+1 / Sn)。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述N為148； 所述連續出現N個以上的所述相鄰採樣點信號相位差大於O具體為:Dn到Dn+147都大於O。
10.根據權利要求6-9任一項所述的方法，其特徵在於，所述數據速率是270.833Kbps ；所述頻率校準包的作用是使得終端發現基站並且計算出自身與基站之間的頻偏；所述頻率校準包為全O的數據包。`
【文檔編號】H04W24/02GK103684583SQ201310749374
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】吳智聰 申請人:廈門市美亞柏科信息股份有限公司