多载波gsm系统的时隙同步方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及到多载波GSM系统的时隙同步方法和系统。该方法包括：对多载波的GSM基站信号进行载波搜索，获取载波信息；根据所述载波信息，采用软件无线电技术对每个载波进行基带处理；将所述每个载波的基带信号与本地序列进行互相关；根据所述互相关得到的相关峰值判断广播信道中的同步信道和同步突发脉冲序列，利用同步突发脉冲序列在GSM帧结构中的位置输出时隙同步脉冲。本发明实现了多载波GSM时隙同步功能，提高了系统的灵活性和可扩展性，能够适应不同的基站场合，实现自适应的时隙同步，简单实用。
【专利说明】多载波GSM系统的时隙同步方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动通信领域和信号处理，具体涉及到一种多载波GSM系统的时隙同步方法，以及一种多载波GSM系统的时隙同步系统。
【背景技术】
[0002]基站是整个无线网络中最耗电的设备，而基站中的功放单元耗电则是基站耗电的70%以上，因此改进功放技术，提高功放的效率是减少基站耗电的重要手段。而基站在工作过程中的负荷是动态变化的，忙时和闲时的业务量差别是非常大的，如GSM(Global Systemfor Mobile Communications全球移动通信系统)移动通信系统。GSM移动通信系统采用的是时分复用技术(TDMA)，每一个基本帧包括8个时隙，多个基本帧组成一个复帧，用户进行通话和相关的控制信号只占用其中的一个时隙(TimeSlot)，因此对某一个载波在某一个时间段内并不是8个时隙都是有信号的，在话务量多的时候，8个时隙都有信号，而在话务量少的时候，只有其中的很少时隙有信号。如果在无业务数据的时隙中智能关断功放单元，这样就可以节省了功放的消耗，减少了发射单元的用电量。而目前的GSM直放站中，无论设备状态是忙或者是闲，各时隙是否有用户占用，设备中的功放单元都是常开的，而功放在设备中消耗的能源是最大的，这就造成了能源的浪费。但是要实现时隙关断的前提是实现时隙同步。时隙同步上以后才能进行时隙功率检测，从而判断当前时隙是否有业务信号，如果同步不够精确，就会造成掉话，从而影响通话质量。而在直放站等网络优化边缘设备中，由于缺乏基带数据的信令信息，不容易实现GSM时隙同步，从而实现准确的时隙功率检测和时隙关断。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供多载波GSM系统的时隙同步方法和系统，能够实现多载波GSM基站信号的时隙精确同步，解决了基带信号频偏带来的误差问题、为时隙功率检测提供了同步参考，更重要的是为基站功放单元的时隙关断提供了同步信息。
[0004]本发明的技术方案如下:
[0005]一种多载波GSM系统的时隙同步方法，包括如下步骤:
[0006]对多载波的GSM基站信号进行载波搜索,获取载波信息；
[0007]根据所述载波信息，采用软件无线电技术对每个载波进行基带处理；
[0008]将所述每个载波的基带信号与本地序列进行互相关；
[0009]根据所述互相关得到的相关峰值判断广播信道中的同步信道和同步突发脉冲序列，利用同步突发脉冲序列在GSM帧结构中的位置输出时隙同步脉冲。
[0010]一种多载波GSM系统的时隙同步系统，包括:载波搜索模块、基带处理模块、互相关模块、时隙同步模块；
[0011]所述载波搜索模块用于对多载波的GSM基站信号进行载波搜索,获取载波信息；[0012]所述基带处理模块用于根据所述载波信息，采用软件无线电技术对每个载波进行基带处理；
[0013]所述互相关模块用于将所述每个载波的基带信号与本地序列进行互相关；
[0014]所述时隙同步模块用于根据所述互相关得到的相关峰值判断广播信道中的同步信道和同步突发脉冲序列，利用同步突发脉冲序列在GSM帧结构中的位置输出时隙同步脉冲。
[0015]本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果:
[0016]本发明在缺乏基站信令的前提下，通过载波跟踪算法自动跟踪GSM载波信息，根据载波信息锁定广播信道BCH (Broadcast Channel广播信道),采用无线电技术,解决了由于RF下变频和数字下变频的频偏带来的问题，同时采用实数相关，降低了数字信号处理资源，支持不同的应用场合更重要的是实现了多载波GSM时隙同步功能，提高了系统的灵活性和可扩展性，能够适应不同的基站场合，实现自适应的时隙同步，比基于信令解析的时隙同步算法更简单、方便和实用。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明多载波GSM系统的时隙同步方法在一实施例中的流程示意图。
[0018]图2是图1实施例中步骤Sll的流程示意图。
[0019]图3是图1实施例中步骤S12的流程示意图。
[0020]图4是本发明在一实施例中SDR数字正交解调的相关结果。
[0021]图5是图1实施例中步骤S13的流程示意图。
[0022]图6是图1实施例中步骤S14的流程示意图。
[0023]图7是本发明多载波GSM系统的时隙同步系统在一实施例中的结构框图。
[0024]图8是图7实施例中载波搜索模块的结构示意图。
[0025]图9是图7实施例中基带处理模块的结构示意图。
[0026]图10是图7实施例中互相关模块的结构示意图。
[0027]图11是图7实施例中时隙同步模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0029]实施例一:
[0030]如图1所示，为本发明的本实施例中的多载波GSM系统的时隙同步方法的流程示意图，包括以下步骤:
[0031]SI 1、对多载波的GSM基站信号进行载波搜索，获取载波信息；
[0032]S12、根据所述载波信息，采用软件无线电技术对每个载波进行基带处理；
[0033]S13、将所述每个载波的基带信号与本地序列进行互相关；
[0034]S14、根据所述互相关得到的相关峰值判断广播信道中的同步信道和同步突发脉冲序列，利用同步突发脉冲序列在GSM帧结构中的位置输出时隙同步脉冲。
[0035]本发明在缺乏基站信令的前提下，通过载波跟踪算法自动跟踪GSM载波信息，根据载波信息锁定广播信道BCH (Broadcast Channel广播信道)。采用无线电技术,解决了由于RF下变频和数字下变频的频偏带来的问题，同时采用实数相关，降低了数字信号处理资源，支持不同的应用场合更重要的是实现了多载波GSM时隙同步功能，提高了系统的灵活性和可扩展性，能够适应不同的基站场合，实现自适应的时隙同步，比基于信令解析的时隙同步算法更简单、方便和实用。
[0036]为了更清晰本发明的技术方案，下面阐述本发明多载波GSM系统的时隙同步方法的技术方案的较佳实施例。
[0037]在一个优选的实施例中，对于S11、如图2所示，具体地，可包括如下步骤:
[0038]S111、对中频信号进行中频带通采样，得到数字中频实信号；
[0039]S112、对所述数字中频实信号进行零中频处理，得到零中频基带同相分量Ib和正交分量Qb ；
[0040]S113、对所述零中频基带同相分量Ib和正交分量Qb进行载波搜索，获取载波信
[0041]在本实施例中可采用奈奎斯特带通采样定理对中频信号进行带通采样，得到数字中频实信号Sb，同时对Sb信号进行零中频处理，得到零中频基带同相分量Ib和正交分量Qb ;
[0042]其中，所述零中频处理依次包括第一级数字NCO (Numerical ControlledOscillator数控振荡器)处理和低通滤波处理；所述Sb信号依次进行第一级数字NCO处理和低通滤波处理；所述低通滤波处理可以为FIR (Finite Impulse Response有限脉冲响应)滤波、IIR (Infinite Impulse Response无限脉冲响应)滤波或其他形式的滤波处理；
[0043]根据已公知的GSM载波搜索算法对零中频基带同相分量Ib和正交分量Qb进行载波搜索，获取载波信息，载波搜索具体可参考能提供GSM载波信息的相关方法，在此不予赘述。
[0044]对于S12、如图3所示，具体地，可包括如下步骤:
[0045]S121、根据所述载波信息在当前信道号上对所述零中频基带同相分量Ib和正交分量Qb进行单通道的数字下变频处理后，再进行采样率变换得到基带信号Itl和Qci ；
[0046]可根据所述载波搜索获取的载波信息，在当前信道号上对零中频基带信号Ib和Qb进行单通道的数字下变频(DDC, Digital Down Conversion)处理；
[0047]所述单通道的数字下变频DDC处理包括第二级数字NCO处理、抽取滤波处理、整形滤波处理，对DDC处理后输出的高速序列进行采样率变换，根据实际情况设定相对与GSM码元速率整数倍的OSR(Over Sampling Ratio过采样率)值，得到速率较低的基带信号I。和Qo。由于降低了处理速度，为可编程逻辑器件减轻了负担，同时有利于可编程逻辑器件进行时分复用，大大节约了器件的硬件资源。本发明可应用如FPGA、CPLD、DSP等可编程逻辑器件，有利于数字芯片实现。
[0048]零中频基带信号Ib和Qb依次通过第二级数字NCO处理、抽取滤波处理、整形滤波处理；所述抽取滤波处理为CIC(Cascaded Integrator Comb积分梳妆)抽取、HB(HalfBand半带)抽取、FIR抽取或其他形式的抽取滤波处理；所述整形滤波处理为FIR滤波、IIR滤波或其他形式的滤波处理。由于采用上述多速率的信号处理技术，相关参数可根据软件进行重新设置，因此支持的载波数可根据应用场合而进行增减，支持的带宽也可根据不同的应用场合进行设定，大大增加了系统的灵活性和可扩展性，比基于信令解析的时隙同步算法更简单、方便和实用。
[0049]S122、采用软件无线电数字正交解调技术，对所述基带信号Ic^PQtl进行复数解调，得到实数基带信号；
[0050]对步骤S121得到的速率较低的基带信号Itl和Qtl进行复数解调，得到实数基带信号Stl ;所述复数解调采用SDR数字正交解调技术，其原理如下:
[0051]对于已调信号经过中频带通ADC (Analog Digital Conversion模数转换)采样以后，其数学表达式可以表示为
[0052]s (n) = a (n) cos (ω cn+ Ψ (η))
[0053]= IBcos (ω cn) _QBsin (ω cn) (公式 I)
[0054]公式I中的s (η)为ADC采样后的数字中频信号，同向分量Ib，正交分量Qb为需要进行解析的基带信号。
[0055]根据载波信息对信号Ib和Qb进行抽取和滤波处理得到基带信号Itl和Qtl,而Itl和Q0就是当前信道号上的基带信号。
[0056]根据复正交的信号Itl和Qtl能够解析出调制信号，对GSM的广播信道BCH而言采用的是高斯最小移频GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying高斯最小移频)调制,是对相位进行积分，为了获取原始信息，需要进行微分，即对Ψ(η)进行微分，即
[0057]
【权利要求】
1.多载波GSM系统的时隙同步方法，其特征在于，包括如下步骤:对多载波的GSM基站信号进行载波搜索，获取载波信息；根据所述载波信息，采用软件无线电技术对每个载波进行基带处理；将所述每个载波的基带信号与本地序列进行互相关；根据所述互相关得到的相关峰值判断广播信道中的同步信道和同步突发脉冲序列，利用所述同步突发脉冲序列在GSM帧结构中的位置输出时隙同步脉冲。
2.根据权利要求1所述的多载波GSM系统的时隙同步方法，其特征在于，所述多载波的GSM基站信号进行载波搜索，获取载波信息的步骤具体包括:对中频信号进行中频带通采样，得到数字中频实信号；对所述数字中频实信号进行零中频处理，得到零中频基带同相分量Ib和正交分量Qb ;对所述零中频基带同相分量Ib和正交分量Qb进行载波搜索，获取载波信息。
3.根据权利要求2所述的多载波GSM系统的时隙同步方法，其特征在于，所述根据所述载波信息，采用软件无线 电技术对每个载波进行基带处理的步骤具体包括:根据所述载波信息在当前信道号上对所述零中频基带同相分量Ib和正交分量Qb进行单通道的数字下变频处理后，再进行采样率变换得到基带信号Itl和Qtl ；采用软件无线电数字正交解调技术，对所述基带信号Itl和Qci进行复数解调，得到实数基带信号。
4.根据权利要求3所述的多载波GSM系统的时隙同步方法，其特征在于，所述将所述每个载波的基带信号与本地序列进行互相关的步骤具体包括:对GSM移动通信系统中GSM帧格式中同步突发脉冲序列的训练序列进行内插产生本地序列；将所述本地序列与所述实数基带数据进行相关累加得出相关值，再对所述相关值进行取模。
5.根据权利要求4所述的多载波GSM系统的时隙同步方法，其特征在于，所述根据所述互相关得到的相关峰值判断广播信道中的同步信道和同步突发脉冲序列，利用同步突发脉冲序列在GSM帧结构中的位置输出时隙同步脉冲的步骤具体包括:根据所述基带信号Itl和Qci计算当前信道号的信号功率，根据所述信号功率的大小自适应设定门限阈值；将所述相关值与所述门限阈值进行比较；如果所述相关值大于所述门限阈值，则判决当前信道是GSM广播信道BCH，同时判决当前突发为同步突发脉冲序列；当判决此次突发为所述同步突发脉冲序列时，利用所述同步突发脉冲序列在GSM帧结构中的位置对所述基带信号Itl和Qtl进行延时，输出时隙同步脉冲。
6.多载波GSM系统的时隙同步系统，其特征在于，包括:载波搜索模块、基带处理模块、互相关模块、时隙同步模块；所述载波搜索模块用于对多载波的GSM基站信号进行载波搜索，获取载波信息；所述基带处理模块用于根据所述载波信息，采用软件无线电技术对每个载波进行基带处理；所述互相关模块用于将所述每个载波的基带信号与本地序列进行互相关；所述时隙同步模块用于根据所述互相关得到的相关峰值判断广播信道中的同步信道和同步突发脉冲序列，利用同步突发脉冲序列在GSM帧结构中的位置输出时隙同步脉冲。
7.根据权利要求6所述的多载波GSM系统的时隙同步系统，其特征在于，所述载波搜索模块包括采样单元、零中频处理单元、搜索单元；所述采样单元用于对中频信号进行中频带通采样，得到数字中频实信号；所述零中频处理单元用于对所述数字中频实信号进行零中频处理，得到零中频基带同相分量Ib和正交分量Qb ；所述搜索单元用于对所述零中频基带同相分量Ib和正交分量Qb进行载波搜索，获取载波信息。
8.根据权利要求7所述的多载波GSM系统的时隙同步系统，其特征在于，所述基带处理模块包括:数字下变频处理单元和解调单元；所述数字下变频处理单元用于根据所述载波信息在当前信道号上对所述零中频基带同相分量Ib和正交分量Qb进行单通道的数字下变频处理后，再进行采样率变换得到基带信号Ιο和Qq ；所述解调单元用于采用软件无线电数字正交解调技术对所述基带信号Itl和Qo进行复数解调，得到实数基带信号。
9.根据权利要求8所述的多载波GSM系统的时隙同步系统，其特征在于，所述互相关模块包括内插单元和相关累加单元；所述内插单元用于对GSM移动通信系统中GSM帧格式中同步突发脉冲序列的训练序列进行内插产生本地序列；所述相关累加单元将所述本地序列与实数基带数据进行相关累加得出相关值，再对所述相关值进行取模。
10.根据权利要求9所述的多载波GSM系统的时隙同步系统，其特征在于，所述时隙同步模块包括设定单元、判决单元、输出单元；所述设定单元用于根据所述基带信号Itl和Qci计算当前信道号的信号功率，根据所述信号功率的大小自适应设定门限阈值；所述判决单元用于将所述门限阈值进行比较；如果所述相关值大于所述门限阈值，则判决当前信道是GSM广播信道BCH，同时判决当前突发为同步突发脉冲序列；所述输出单元用于当判决此次突发为所述同步突发脉冲序列时，利用所述同步突发脉冲序列在GSM帧结构中的位置对所述基带信号Itl和Qtl进行延时，输出时隙同步脉冲。
【文档编号】H04J3/06GK103596260SQ201210293233
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年8月17日 优先权日:2012年8月17日
【发明者】刘勇, 黄小锋, 张占胜 申请人:京信通信系统（中国）有限公司