一种gsm频率校准包的检测方法

一种gsm频率校准包的检测方法
【专利摘要】本发明涉及移动通讯【技术领域】中的同步技术，提供了一种GSM频率校准包的检测方法，包括如下步骤：步骤1.采样GSM基带信号，得到GSM基带信号的采样数据序列，其中，采样率为GSM的数据速率；步骤2.对GSM基带信号的所述采样数据序列计算相邻两个采样点的信号的相位差；步骤3.如果在所述采样数据序列中存在使得连续出现N个以上的所述相邻采样点信号相位差大于0的数据，确定检测到频率校准包，其中，N为正整数，N大于等于140并且N小于等于148。本发明还提供了一种GSM频率校准包的检测装置。本发明的方法和装置能够减少系统运算量，减轻系统复杂度，降低系统成本。
【专利说明】一种GSM频率校准包的检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动通讯【技术领域】中的同步技术，尤其涉及一种GSM频率校准包的检测方法。
【背景技术】
[0002]GSM(Global System of Mobile communication,全球移动通信系统)的空物理层采用时分复用和频分复用的方式。GSM空口在各个频率上将时间分成时间片段，即时隙，每个时隙传输156.25比特数据。在GSM的时隙中会传输以下几种数据包:频率校准包、同步包、普通包、接入包、空包等。其中频率校准包的作用是提供终端发现基站并且计算出自身与基站之间的频偏。频率校准包为全O的数据包。全O数据经过GSM调制方式GMSK之后形成比载波频率高67KHZ的正弦波信号。由于GSM中极少有连续O和连续I的数据，所以频率校准包产生的信号强度就略高于GSM载波的平均信号强度。这有利于终端检测频率校准包从而进一步的进行频偏估计和对同步包的解析。
[0003]频率校准包的一个典型的例子是GSM系统中FCCH (Frequency CorrectionCHanneIs,频率校正频道)上承载的FCB。FCC H给用户传送校正移动台(M S )频率的信息。FCB的所有I 4 8比特全部是“ O ”。GS M系统采用高斯最小频移键控G M S K调制方式，FCC H经调制后，是一个纯正弦波，频率比载波中心频率高67kHz。
[0004]目前的频率校准包检测方法一般为频域运算方面的方法或者使用互相关运算方面的方法。
[0005]频域运算方面的方法来检测频率校准包一般为使用快速傅里叶变换，通过捕获高于载波平均信号强度的正弦波信号来检测到频率校准包。互相关方面的算法一般为将采样到的GSM载波信号与预先准备好的GSM频率校准包信号进行互相关运算，如果检测出互相关的结果的值大于门限就认为检测到GSM频率校准包。
上述两种方法的运算量较大，都需要经过数量较多的乘法运算，对处理器的要求较高。如果同时要检测多个载波，则上述方法就需要使用较昂贵的处理器。为克服上述方法检测复杂度高的缺点，本发明提供了一种GSM频率校准包的检测方法，运算量小，能够快速检测到频率校准包。

【发明内容】

[0006]本发明的目的是提供一种GSM频率校准包的检测方法，能够减少系统运算量，减轻系统复杂度，降低系统成本。
[0007]为了实现上述目的，本发明提供了一种GSM频率校准包的检测方法，其特征在于，包括如下步骤:
步骤1.采样GSM基带信号，得到GSM基带信号的采样数据序列，其中，采样率为GSM的数据速率；
步骤2.对GSM基带信号的所述采样数据序列计算相邻两个采样点的信号的相位差；步骤3.如果在所述采样数据序列中存在使得连续出现N个以上的所述相邻采样点信号相位差大于O的数据，确定检测到频率校准包，其中，N为正整数，N大于等于140并且N小于等于148。
[0008]上述的方法，还包括:
步骤4.如果采样数据达到M个采样点，还没有检测到连续出现N个所述相邻采样点信号相位差大于O的数据，则判断检测不到频率校准包或者判断数据载波不是GSM基站的广播载波，其中M为12500。
[0009]上述的方法，其中，相位差的计算方式如下:
Sn=In+Qn*j为前一个采样点，Sn+1=In+1+Qn+1*j为后一个采样点，其中，In、Qn、In+1、Qn+1为实数，η为整数；
相位差 Dn = arctg (Sn+1 / Sn)。
[0010]上述的方法，其中，所述N为148 ;
所述连续出现N个以上的所述相邻采样点信号相位差大于O具体为:
Dn到Dn+147都大于O。
[0011]上述的方法，其中，所述数据速率是270.833Kbps ;所述频率校准包的作用是使得终端发现基站并且计算出自身与基站之间的频偏；所述频率校准包为全O的数据包。
[0012]为了更好的实现本发明的目的，本发明还提供了一种GSM频率校准包的检测装置，其特征在于包括:
采样模块，被配置为采样GSM基带信号，得到GSM基带信号的采样数据序列，其中，采样率为GSM的数据速率；
计算模块，被配置为对GSM基带信号的所述采样数据序列计算相邻两个采样点的信号的相位差；
确定模块，被配置为如果在所述采样数据序列中存在使得连续出现N个以上的所述相邻采样点信号相位差大于O的数据，确定检测到频率校准包，其中，N为正整数，N大于等于140并且N小于等于148。
[0013]利用本发明，可以以极少的运算量实现检测GSM频率校准包的功能。如果同时检测多个GSM载波的频率校准包，本发明的运算效率相比现有的方法提高幅度明显。本发明可以应用到GSM手机，GSM基站测试仪，GSM路测设备等。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1是本发明之GSM频率校准包检测方法流程图；
图2是本发明之GSM频率校准包检测装置结构图。
【具体实施方式】
[0015]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]在通信系统中， 接收端需要与发送端的频率源信号频率保持一致。在发送端和接收端采用高精度的晶体振荡器。在一段时间的使用后，晶体振荡器会发生频率漂移，需要进行频率校正。
[0017]由发送端向接收端发送一个频率参考信号，接收端根据接收的频率参考信号对本地频率源信号的频率进行自动校正，使得本地频率源信号的频率在误差允许的范围内跟踪频率参考信号的频率，达到接收端和发送端频率同步的目的。
[0018]频率参考信号是间歇发送的，接收端在进行自动频率校正之前需要先检测接收信号中是否存在频率参考信号，在检测到频率参考信号存在的前提下可以实施自动频率校正。
[0019]在GSM移动通信系统中，基站与移动终端或直放站之间进行频率校正。基站在下行广播信道中，每隔约46ms或51ms发送一个持续时间约为577 y s的校频突发包(FCB)，即频率参考信号，移动终端或直放站在接收信号中检测这些FCB，并根据这些FCB校正自己的频率源信号频率。
[0020]频率校准包的作用是提供终端发现基站并且计算出自身与基站之间的频偏。频率校准包为全0的数据包。全0数据经过GSM调制方式GMSK之后形成比载波频率高67KHZ的正弦波信号。由于GSM频率校准包在经过调制之后就形成频率略高于其载波的正弦波信号，因此如果将GSM载波信号变频为基带信号，再对基带信号进行采样，那么GSM频率校准包的采样数据就会有如此现象:相邻两个采样点中后一个采样点的相位肯定高于前一个采样点的相位。本发明就基于此原理。
[0021]本发明中的执行主体是终端，包括手机、移动台、移动电话，手提电脑，车载终端
坐寸o
[0022]本发明的移动终端包括微处理器，其通过三种总线一控制、地址以及数据总线与程序存储器、数据存储器以及各种电路联系。这些电路包括时钟，其允许在时间上辨识在接收和发送时与基站交换的信号帧的频率的同步。相应的数据被存储在存储器中。时钟还用于辨识与位于移动终端附近的其它基站对应的时间偏移，移动终端有可能在小区切换时与这些基站建立联系。在其它电路中包括本地振荡器以及各种解调电路，其中的正交解调电路具有两个混频器和以及一个移相器，还包括采样电路和量化电路，其生成经量化的解调后的I和Q信号。然后这些I和Q信号在处理电路中被处理。
[0023]本发明使用复信号采样的数据，即每个采样点的信号由一个复数表示，如: S=I+Q*j ;其中j表示复信号；
米样点S的信号由实部为I和虚部为Q的复信号表不。
附图1示出了本发明的频率校准包的检测方法流程，本发明的方法应用于GSM蜂窝网络，该网络本身包括多个MSC/VLR服务区，每个具有一个移动交换中心(MSC)和一个相连接的访问位置寄存器(VLR)。MSC与至少一个基站控制器(BSC)通信，其与至少一个基站收发信机系统(BTS)连接。该BTS是物理设备，它提供对所负责小区的无线电覆盖。BSC和BTS元件作为整体通常称为基站系统。
[0024]本发明GSM频率校准包的检测方法的实施步骤为:
1.首先将GSM频段分为n个频段，频段1、频段2.......频段n，依次对n个频段进行
扫描，捕获信号。
[0025]侦听无线通信系统的下行信号，可以采用任意侦听方式，例如可以模拟无线通信系统终端的小区搜索过程，对于不同的无线通信系统，由于其频段、制式、功率、信道等具体系统参数不同，实现侦听的具体过程是不同的，但都可以通过相应无线通信系统中的小区搜索过程来实现，对监控范围内可能存在的无线通信系统，可能存在小区的频段进行小区搜索。
[0026]移动终端包括耦合到天线的RF接收机，用于接收RF信号。RF接收机基于RF PLL将射频RF信号转换为中频IF信号。在GSM通信系统中，射频RF信号通常的传输频率是800 MHz, 1800 MHz或者1900 MHz,中频IF信号通常在200MHz左右。IF解调器和下变频器将IF信号转换为基带模拟信号，所述基带模拟信号包括实部P和虚部Q。
[0027]使用带通滤波器滤波，去除信号中的噪音和信号失真。
[0028]以GSM的数据速率(1625Khz / 6)为采样率采样GSM基带信号，得到GSM基带信号的采样数据序列，在存储器中存储采样数据序列；
采样数据序列可以表示为:
Sn=In+j*Qn=cos (2 π f/fs*n+ Φ 0) +j*sin (2 π f/fs*n+ Φ 0)；
该复数信号包括实部In和虚部Qn。
[0029]2.经滤波后的信号输入到相位计算器中。
[0030]对GSM基带信号的采样数据计算相邻两个采样点的相位差，相位差的计算方式如下:设Sn=In+Qn*j为前一个采样点，Sn+1=In+1+Qn+1*j为后一个采样点；
那么相位差 Dn = arctg (Sn+1 / Sn)。
[0031]3.使用计数器来存储采样点信号的相位差大于O的次数，以判断接收的信号中是否存在期望长度的突发信号。所述次数应当足够大以确保接收的信号的频率持续了足够长的周期。突发包具有比载波高67kHz的频率，持续时间577 μ s,在实际应用中，所述次数设置为140-148中的任意一个值。例如，设置为148，如果在采样数据序列中存在使得连续出现148个以上的相邻信号相位差大于O的数据，即Dn到Dn+147都大于O。那么就确定检测到频率校准包。
[0032]4.对于某些扫描频点，其信号中并不包含频率校准包，若采样数据的数量达到一定的阈值，则可以确定该频点检测不到校准数据包。在本发明中，阈值设置为12500，即FCCH出现的周期。GSM采样数据达到12500，还没有检测到连续出现148个相邻信号相位差大于O的数据，那么可以判断检测不到频率校准包，即该载波不是GSM基站的广播载波。继续对下一个未扫描的频段进行扫描。
[0033]根据检测出的频率校准包进行频偏估计，计算终端与基站之间的频率偏差。
[0034]晶体振荡器根据接收到的频率校准包产生参考频率，RF PLL和IF PLL均采用该参考频率作为参考时钟。
[0035]5.记录频率校准包出现的频点信息、时间信息和功率信息。
[0036]6.完成上述操作后，就能够获取全部GSM频段所有包含频率校准包的信号出现时的频点信息、时间信息和信号强度，并可以以此为依据来捕获同步包SB。
[0037]为了更有效地提高频率校准包检测的漏警和虚警性能，进行初次检测频率校准包后，进一步的，可以利用常规突发及噪声的功率谱特性进行优化分析判定，获得最终的检测结果。
[0038]为更好的实现本发·明的目的，本发明还提供了一种GSM频率校准包的检测装置，其结构如附图2所示，所述检测装置包括:
侦听模块，被配置为侦听无线通信系统的下行信号，其中，将GSM频段分为η个频段，所述侦听模块按照频段编号顺序侦听频段中的信号。
[0039]滤波模块，被配置为去除接收信号中的噪音和信号失真。
[0040]解调模块，被配置为将滤波模块处理后的信号转换为基带信号。
[0041 ] 采样模块，被配置为采样GSM基带信号，得到GSM基带信号的采样数据序列，其中，采样率为GSM的数据速率。
[0042]存储模块，被配置为存储采样数据序列。
[0043]计算模块，被配置为对GSM基带信号的所述采样数据序列计算相邻两个采样点的信号的相位差。
[0044]确定模块，被配置为如果在所述采样数据序列中存在使得连续出现N个以上的所述相邻采样点信号相位差大于O的数据，确定检测到频率校准包，其中，N为正整数，N大于等于140并且N小于等于148。
[0045]记录模块,被配置为记录频率校准包出现的频点信息、时间信息和功率信息。
[0046]以上各个模块相互耦合，共同实现频率校准包检测的功能。
[0047]所述频率校准包检测装置的功能可以使用计算机程序实现，所述频率校准包检测装置可以在FPGA芯片、DSP芯片或者其他嵌入式芯片实现。
[0048]所述频率校准包检测装置可以应用到GSM手机，GSM基站测试仪，GSM路测设备等。
[0049]在GSM系统中，采用上述自动频率检测和校正方法跟踪基站下行的校频信号(SP频率参考信号)，只需简单的算法实现电路，就可以为终端提供高精度的本地频率源，使终端与基站的相对频率误差保持在GSM规范(ETSI EN 300609-4, YD/T 1337-2005)所要求的±5Χ10_8以内。与采用昂贵的恒温晶体振荡器提供本地频率源的方法、频域运算方法、互相关算法相比，既降低了成本，又不需要定期进行人工校频。
[0050]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种GSM频率校准包的检测方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1.采样GSM基带信号，得到GSM基带信号的采样数据序列，其中，采样率为GSM的数据速率； 步骤2.对GSM基带信号的所述采样数据序列计算相邻两个采样点的信号的相位差；步骤3.如果在所述采样数据序列中存在使得连续出现N个以上的所述相邻采样点信号相位差大于O的数据，确定检测到频率校准包，其中，N为正整数，N大于等于140并且N小于等于148。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括: 步骤4.如果采样数据达到M个采样点，还没有检测到连续出现N个所述相邻采样点信号相位差大于O的数据，则判断检测不到频率校准包或者判断数据载波不是GSM基站的广播载波，其中M为12500。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相位差的计算方式如下: Sn=In+Qn*j为前一个采样点，Sn+1=In+1+Qn+1*j为后一个采样点，其中，In、Qn、In+1、Qn+1为实数，η为整数；
相位差 Dn = arctg (Sn+1 / Sn)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N大于等于140并且N小于等于148； 所述连续出现N个以上的所述相邻采样点信号相位差大于O具体为: Dn到Dn+N_i都大于O。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述数据速率是270.833Kbps ；所述频率校准包的作用是使得终端发现基站并且计算出自身与基站之间的频偏；所述频率校准包为全O的数据包。
6.一种GSM频率校准包的检测装置，其特征在于包括: 采样模块，被配置为采样GSM基带信号，得到GSM基带信号的采样数据序列，其中，采样率为GSM的数据速率； 计算模块，被配置为对GSM基带信号的所述采样数据序列计算相邻两个采样点的信号的相位差； 确定模块，被配置为如果在所述采样数据序列中存在使得连续出现N个以上的所述相邻采样点信号相位差大于O的数据，确定检测到频率校准包，其中，N为正整数，N大于等于140并且N小于等于148。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述确定模块被配置为: 如果采样数据达到M个采样点，还没有检测到连续出现N个所述相邻采样点信号相位差大于O的数据，则判断检测不到频率校准包或者判断数据载波不是GSM基站的广播载波，其中M为12500。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述相位差的计算方式如下: Sn=In+Qn*j为前一个采样点，Sn+1=In+1+Qn+1*j为后一个采样点，其中，In、Qn、In+1、Qn+1为实数，η为整数；
相位差 Dn = arctg (Sn+1 / Sn)。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述N为148； 所述连续出现N个以上的所述相邻采样点信号相位差大于O具体为:Dn到Dn+147都大于O。
10.根据权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于，所述数据速率是270.833Kbps ；所述频率校准包的作用是使得终端发现基站并且计算出自身与基站之间的频偏；所述频率校准包为全O的数据包。`
【文档编号】H04W24/02GK103684583SQ201310749374
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】吴智聪 申请人:厦门市美亚柏科信息股份有限公司