应用在无线通信系统中双向时隙同步估计器 (1)技术领域
本发明是关于在时分多址(TDMA)无线通信系统中一帧时间内来进行时隙同步估计的电路和方法，更准确的讲，是关于采用双向平均法来进行时隙同步估计的系统与方法。
(2)背景技术
GSM是一种蜂窝通信系统，它在世界各地得到了广泛的应用。GSM使用两个预留的25MHz带宽来实现通信的。890-915MHz带宽是用于从用户端到基站的传输(反向链路)，935-960MHz带宽是用于从基站到用户端的传输(正向链路)。然而如果有其它额外的带宽用于GSM协议将会更好。GSM协议是采用频分复接和时分多址来实现基站的多个用户同时接入。正向链路、反向链路传输的数据速率都大约为270Kbps，采用二进制高斯最小相移键控(GMSK)调制方式。
(3)发明内容
在GSM协议里存在几种业务信道和控制信道。业务信道用于数字化的语音业务或数据业务的传输。控制信道包括大家熟知的频率校正信道(FCCH)，它具有特有的数据脉冲格式，恒定占据第一个GSM帧的T0时隙，并且在控制信道复帧里每10个帧就重复发送一次。FCCH作用是使得每一个用户单元的内在频率(本地晶体振荡器)可以同步到基站的精确频率上去。
频率控制信道一般是在给定频率范围内的单频信号，它每50个脉冲就重复一次。然而诸如强高斯噪声、强同信道干扰、强邻信道干扰以及严重的衰落等因素都会使得典型的频率校正方法即不可靠又费时；从对用户侧的净效应来看，就是频率校正需要花费较长的建立时间。
另一个控制信道是同步控制信道(SCH)，它通常是紧接着FCCH帧在时隙0(TS0)位置上以广播形式发送出去，通过将移动端同步到基站频率上去而实现当前服务基站的识别。在SCH脉冲周期内，帧号(FN)是和基站识别码(BSIC)一同广播发送出去地。GSM系统中每个基站都分配有独一无二的BSIC。
为了解SCH上的数据脉冲，通常需要估计SCH数据脉冲的时隙同步。SCH数据脉冲的解码需要一个粗略的时隙估计。SCH解码之后，通过检查获得的信道峰值可以得到更精确的帧同步。只要粗糙的时隙同步的误差限制在一个特定的范围内，基站与用户间的握手过程就可以成功建立；然而如果粗糙的时隙同步估计的错误超出了SCH脉冲解码过程可以承受的范围，那么SCH脉冲的解码就告失败。
(4)附图说明
图1是本发明的时隙同步估计器的方框图。
图2说明了由图1系统产生的数据功率比的一个例子。
图3给出一个解释本发明时隙同步估计方法的流程图。
图4画出的方框图是可以在本发明里使用的一个FCCH检测器。
(5)具体实施方式
本发明给出应用在移动通信系统中对时隙同步进行估计的一种方法和装置。在下面的描述中，给出大量的技术细节以便对该发明体系有一个全面的理解。本领域内的专业人士将会看出，没有一个或多个技术细节、或者和其它方法、组件等一起使用，该发明仍可实现。另一方面，大家熟知的结构或操作没有详细地给出，以免对该发明主体起到喧宾夺主的不利影响。
在本发明里至少有一个实现形式，它具有与之结合的某一个特定的特点、结构或属性，在本技术说明里采用″one embodiment″或″an embodiment″来表示某个实现形式。因此在全篇文章的多个地方，术语″in one embodiment″或″in an embodiment″并不表示同一个实现实体；而且特定的特点、结构或属性可以结合在某个或多个实体的任何适当的形式里。
进一步说，虽然本发明是在GSM协议范畴下论述的，但是它同样也可以应用在任何采用帧结构的无线通讯系统里。因此，本发明的下面论述只是在GSM协议下的时隙同步估计的一个实例。而且，虽然本发明实现了一种时隙同步的估计，但是基于这种时隙同步方法，我们还可以获得帧同步信息，详细如下所述。
由图1，本发明装置里包括一个FCCH检测器101和一个处理器103。FCCH检测器101可以是众多种类中的某一种。某些FCCH检测器101可以输出一个功率比，它指示着当前FCCH单频信号的存在与否。其它一些FCCH检测器101却仅仅输出一个同步信息，指示着FCCH时隙的开始与结束时间。还有其它一些FCCH检测器101只是输出FCCH时隙的结束时间。从FCCH时隙的结束时间，再加上已知的时隙持续时间，我们就可以推导出FCCH时隙的开始时间。无论何种情形，FCCH检测器101都要接收一个复采样序列r(n)作为输入信号。本发明可以采用这些FCCH检测器101种类种的如何一种，或者其它类型的FCCH检测器。上述FCCH检测器101的每个种类都将和本发明结合起来描述。
基于功率比的FCCH检测器
在一种具体的实现形式里，FCCH检测器101提供一个数据序列，当该数据序列得到恰当地分析时，可以提供关于FCCH时隙何时开始、何时结束的指示。FCCH检测器101可以采用以下正在申请专利的论文中所提出的形式，该论文题目为″Phase Difference Based Frequency Correct ion ChannelDetector for Wireless Communicat ion System″，作者是Lin等人，2002年4月9日建档，序列号为10/_/_，这里为了完整性参考了该文。
作为一种具体的实现形式，FCCH检测器101决定一个功率比并且提供一个输出，如图2所示。图2画出功率比t(n)对抽样指数n的曲线图。典型的，功率比t(n)接近单位1，直到FCCH单频信号被检测到，此时功率比t(n)会显著下降到0附近。当FCCH单频信号结束时，功率比t(n)又会迅速上升到1附近。图2曲线只是功率比t(n)的一个例子。其它传输条件将会影响t(n)的精度属性，但是功率比t(n)在形态上通常不会改变。
一般地，可以发现功率比t(n)的上升边缘要比它的下降边缘陡峭的多。这意味着它的上升边缘有着更小的方差。这样，上升边缘就更适合用来估计时隙的边界。预设的门限由参数401表示。
假设功率比t(n)值超过门限401的时间指数表示为Trise，那么FCCH数据脉冲时隙的开始时间可以由下式估计：
Tbegin＝Trise-D-TimeSlotWidth
这里D是检测延时，系数TimeSlotWidth表示一个时隙的持续时间。D与该检测装置的数个参数有关，而且还将受衰落、噪声以及信道条件的影响。应该注意到，本发明只是一种实现实例，这里的FCCH检测器101的输出数据是基于功率比的。
为了提高时隙同步估计的准确性，根据本发明，我们将给出一种双向逼近方法。该方法大致可由图3表示。首先，在方框501里，参数Trise1是由从FCCH检测器101获得的数据经过处理后决定的，这些数据定义为：t(1)，t(2)，…，t(M)。参数Trise1是一个时间指数，在此时间上FCCH检测器101检测到时隙结束的上升边缘。接下来，在503方框里，参数Trise2是由逆序数据的处理来获得的，逆序数据表示为t(M)，t(M-1)，…，t(1)。参数Trise2还是表示时间指数，在此时间上逆序数据指示着时隙结束的上升边缘发生。于是在方框505里，用来传送FCCH单频信号的时隙0的中间时间位置就可由下式决定：
Tm＝(Trise1+Trise2)/2
一旦时隙的中间位置决定下来后，在方框507里，时隙同步和/或帧同步就很容易从Tm值来推导出，因为时隙大致是以时刻Tm为中心的。
此外，如果需要的话，帧同步也可以获得，这是因为GSM协议里FCCH时间脉冲是在时隙0上的，时隙0的开始时间就是该帧的开始时间。该帧的结束时间就是时隙0的结束时间再额外加上7个时隙持续时间，原因是，在GSM协议里，一帧是由8个时隙构成的。
输出开始和结束时间的FCCH检测器
作为另一种具体的实现形式，FCCH检测器101只是输出FCCH时隙的开始和结束时间。这种检测器接收到一个输入序列r(n)，经过一些分析，输出开始和结束时间。如图4所示，典型地，这种FCCH检测器包括一个输入缓存器401和一个数字信号处理器(DSP)403。具有预算能力的DSP403用来执行一些预定的指令，而这些指令可以对存储在缓存器401中的输入序列进行分析以确定开始时间和结束时间。此FCCH检测器101所获得的结束时间由图1的处理器103接收，并表示为Trise1。
为了与本发明的具体实现实例相一致，处理器103需要发送一个控制指令，并且由图4中的FCCH检测器101接收。该控制指令指示FCCH检测器101来执行对存储在缓存器401中的数据的第二次分析。而且第二次分析期间，输入序列是逆序的。也就是说，如果第一次分析的输入序列是r(1)，r(2)，…，r(M)，M是输入序列r(n)的采样数，那么第二次分析的输入序列就是r(M)，r(M-1)，…，r(1)，此时从DSP403中输出第二个开始时间和第二个结束时间。由于第二次分析时输入序列是逆序的，所以第二个开始时间实际上是″第二个结束时间″，而第二个结束时间也实际上就是″第二个开始时间″。处理器103接收到第二个开始时间并表示为Trise2。参数Trise2是时间指数，在此时间上逆序数据表示时隙结束的上升边缘发生。
接着，用来传送FCCH单频信号的时隙0的中间位置由下式决定：
Tm＝(Trise1+Trise2)/2
一旦时隙的中间时刻位置决定下来后，时隙同步和/或帧同步就很容易从Tm来推导出，因为时隙大致是以时刻Tm为中心的。
此外，如果需要的话，帧同步也可以获得。因为GSM协议里FCCH数据脉冲是在时隙0上的，时隙0的开始时间就是该帧的开始时间，而该帧的结束时间就是时隙0的结束时间上再额外加上7个时隙持续周期，这是因为在GSM协议里，一帧是由8个时隙构成的。
输出结束时间的FCCH检测器
同比类似上面第3部分论述的FCCH检测器，另一种FCCH检测器只是输出FCCH时隙的结束时间。FCCH检测器的处理过程可以充分地从上面图4所述地FCCH检测器中得到描述。然而该检测器在第一次分析后仅仅输出一个结束时间，在第二次逆序数据分析后仅仅输出一个开始时间(实际上是″第二个结束时间″)，而不像前面讨论的检测器分别输出两个开始时间和两个结束时间。
FCCH检测器101第一次分析获得的结束时间由图1所示的处理器103来接收，表示为Trise1。为了与本发明的具体实现形式相一致，处理器103需要发送一个控制指令，并且由图4中所示的FCCH检测器101接收。该控制指令指示FCCH检测器101来执行对存储在缓存器401中的数据的第二次分析，而且第二次分析时的输入序列是逆序的。也就是说，如果第一次分析的输入序列是r(1)，r(2)，…，r(M)，M是输入序列r(n)的采样数，那么第二次分析的输入序列就是r(M)，r(M-1)，…，r(1)，此时从DSP403中输出第二个开始时间。由于第二次分析的输入序列是逆序的，所以第二个开始时间实际上是一个″结束时间″。处理器103接收到这第二个开始时间并表示为Trise2。参数Trise2是时间指数，在此时间上逆序数据表示时隙结束的上升边缘发生。
因此，用来传送FCCH单频信号的时隙0的中间时刻可由下式决定：
Tm＝(Trise1+Trise2)/2
一旦时隙的中间位置决定下来后，时隙同步和/或帧同步就很容易从Tm来推导出，因为时隙大致是以时刻Tm为中心的。
此外，如果需要的话，帧同步也可以获得。因为GSM协议里FCCH时间脉冲是在时隙0上的，时隙0的开始时间就是该帧的开始时间。该帧的结束时间就是时隙0的结束时间再额外加上7个时隙持续时间。这是因为在GSM协议里，一帧是由8个时隙构成的。
在更普遍情形下，本发明所提出的方法仍然可以应用。输出时隙的开始时间、时隙的中间时刻或时隙的其它时刻信息的FCCH检测器都可以采用，在此情形下，FCCH检测器输出信息仍可以为本发明所应用。因此，不管FCCH检测器输出什么时刻信息都可以在双向时隙同步估计方式下采用，而不仅仅是FCCH时隙的结束时间。参数Trise1和Trise2可以看作是分别经FCCH检测器正向和反向计算后更广泛意义上的输出。
结论
至此我们给出的方法是与检测电路相独立的，而且该方法与诸如噪声、衰落以及信道扩展等不利因素的关系不大。因此我们提出的方法具有较强的鲁棒性。
进一步讲，作为一个应用方面，一旦用于传送FCCH数据脉冲时隙的时隙同步估计出来后，SCH数据脉冲的时隙同步就可以大致被估计出来。这是由于在GSM协议里，SCH数据脉冲是紧跟着FCCH数据脉冲后面的时隙0上发送的，因此SCH数据脉冲的开始时间估计就是FCCH数据脉冲开始时间再加上一个帧长就获得了。
从前面所述，为了阐述方便，我们给出本发明的一个实现形式；在此发明的思想和范畴下各种其它的变种也可以获得；相应地，如果没有附加的申明，本发明是没有什么限制。
因此，上面对本发明实体详细的论述并不是故意复杂化，也不是将本发明局限到某个精确的形式上。上面叙述的本发明的实现形式和实例只是为了说明起见，在此发明的框架下各种等效的修改都是可能的，正如在相关文献里公认的那样。例如，以某个给定的次序下给出操作步骤，可选的实现形式可能按照不同次序的步骤完成操作。这里给出的本发明的教义可以应用于其它的系统里，而不仅仅只是这里描述的GSM系统里。依照详细的描述，本发明可以进行一些这样或那样的变化。