专利名称：接收无线电信号时的时间基准点的确定的制作方法
技术领域：
本发明涉及尤其是在移动无线电系统中接收无线电信号时确定时间基准点的一种方法和一种装置，在此以依赖时间变化的接收强度时间不清晰地接收无线电信号。在装置方面安排了用于接收时间不清晰无线电信号的一种接收装置以及用于确定时间基准点的一种分析处理装置。
众所周知，在无线电通信系统中或在无线电系统中经无线电信道传输通信信息。在专门的无线电系统中，在按GSM(全球移动通信系统)移动无线电系统中，以所谓的短脉冲串形式成组方式地传输在无线电传输时所传送的信息。每个信息短脉冲串具有142个要分析处理的二进制符号，在这些二进制符号中通常各自中间的26个符号是所谓的训练序列或中间序列。训练序列含有对于接收机为己知的传输信息。通常由接收站将训练序列使用于，确定无线电传输时的当时的传输情况，或消除不利传输情况的干扰影响。以此方式可以校正例如通过线性失真或分散而失真地接收的本来的传输信息。
众所周知，取决于无线电信号发送机和接收机之间的地形或空间的类型或多或少强烈地畸变无线电信号。尤其是出现多路径传播，即所发送的无线电信号例如在房屋，山丘或其它地形上受到反射，和经多种途径以不同的运行时间到达接收机。结果是一种时间不清晰的接收信号。此外接收具有不同接收强度的所接收无线电信号的各个部分。在接收强度之下理解为所接收无线电信号的强度的一种任意合适的尺度，例如接收强度，接收场强的幅度或信噪比。所接收无线电信号不同于所发送无线电信号的一种其它可能的原因是经同一接收装置所接收的干扰信号。
此外众所周知，在开始时或重复地以较大的间隔，在无线电传输期间给接收机传送接收机可以从其中推断各自时刻的专门的无线电信息，在此时刻中可以分别期待未来所接收短脉冲串的训练序列。由于例如在专门短脉冲串中所传送的这些专门无线电信息的传输和分析处理不是无差错的，由于相继的短脉冲串不是以准确等距的时间步骤到达接收机上，和由于如已阐述的那样时间不清晰地接收到达的无线电信号，通常在接收机中对于每个短脉冲串确定接收所期待训练序列的，宽于训练序列长度的时间窗。接收机中的分析处理装置至少在期待在其中接收训练序列的时间区间中输出一个输出信号。由于时间不清晰地接收无线电信号，尤其是训练序列，与此相应地不仅对于某个时刻，而是对于某个时间区间输出输出信号，尤其是输出经越一个训练序列长度的平均的接收强度。
在所传输的无线电信息本身在其中含有分析处理用的可分析处理的依据的任何无线电系统中，可以为了校正目的或为了另外的目的以类似的方式进行所接收无线电信号的这种如上述的分析处理。除了训练序列的分析处理之外对此例如也可以利用所接收无线电信息的在接收机中已知的冗余。所以训练序列不是绝对必要的。
不同于按GSM标准的方式的，在其上可以以类似方式分析处理训练序列和/或冗余的传输信息的无线电系统例如是未来的UMTS(通用移动电信系统)。既在GSM上，也在UMTS上进行离散信息的，即数字式数据的传输。但是接收机中已知信息的相应的分析处理在另外的系统上也是可能的。
出于不同的原因已曾建议过，在时间不清晰地所接收的无线电信号上尝试在接收机中确定一个时间基准点。利用因此所获得信息的一种可能性在于，在移动无线电系统中确定移动站的地点位置。对此已曾建议过，从由互相远离的不同基站向移动站所发送的多个无线电信号中确定移动站的位置。可是这要求的前提在于，在移动无线电系统中存在着一种规定的时间模式，即在分析处理时至少各个基站中的发射时刻的时间差是已知的。所接收无线电信号约为400ns的时间上的分辨率相当于所谋求的125m的地点上的分辨率。在GSM上这又相当于一个比特周期的约1/9，即相当于用其传输各个比特的传输速率的倒数值。也可以分析处理上行链路线路的无线电信号来代替分析处理基站-移动站线路(下行链路)上的无线电信号。
如以上已说明的那样，众所周知，在分析处理训练序列时采用一种分析处理装置，尤其是采用输出输出信号的一种相关器。尤其是在接收功率方面，输出信号分别被计算地由经越具有训练序列长度的时间区间的扫描值组成。由于此外基于无线电信号各个信号组分的不同运行时间而时间不清晰地接收训练序列，输出信号，这里为接收功率也是时间不清晰的。已曾建议过，单个地确定接收功率的功率重心用于决定每个短脉冲串的时间基准点。在此功率重心的定义在此是相当于质量重心的定义。
此外曾建议过，从无线电信道的组分中决定时间基准点，该组分相当于在发送机和接收机之间直接路径上时无线电信号的传播。取决于发送机和接收机之间的地形，直接路径的组分常常却只是难于决定的。尤其是在城市中常常根本没有直接路径上的无线电信号的传播。
基于本发明的任务在于，说明在接收开始时所述方式的无线电信号时确定时间基准点的一种方法和一种装置，使得可以可靠地确定时间基准点。
通过具有权利要求1特征的方法和通过具有权利要求8特征的装置解决此任务。进一步发展是各自从属权利要求的內容。
按本发明方法的特征在于，对于多个分析处理时间区间分别确定作为接收时间函数的所接收无线电信号的接收强度，在此重复地对于分析处理时间区间中的每一个规定了或规定一个时基，以至于经越分析处理时间区间地对接收强度求平均值，在此在依赖时间的平均接收功率中分别得出在涉及各个时基的相同时刻上的接收强度，并且以至于从作为涉及重复时基的时间函数的平均接收强度中确定时间基准点。正如从当今技术水准中本身已知的那样，尤其是在确定作为接收时间函数的接收强度时，分别从无线电信号的相当于分析处理时间区间之內一个部分区间的多个扫描值中确定接收强度的值。
本发明的核心思路在于，在从作为时间函数的平均接收强度中确定时间基准点之前，经越多个分析处理时间区间地对接收强度求平均值。如第一批试验结果所证实的那样，通过求平均值提高基准点确定的可靠性。推测其原因在于，无线电信号的相当于某些传播路径的组分受到了强烈的时间上的波动。这表现为，每个单个分析处理时间区间的作为接收时间函数的接收强度时间上在波动或随着时间变化。所以从一个单个分析处理时间区间中只能取决于无线电信号的随机瞬时的传输情况来确定取决于偶然情况的接收时刻。外加使之困难的在于，这些波动的组分可能具有高的接收强度。然后对于一个单个分析处理时间区间例如形成相当于具有削平山峰的山地高度分布图的接收强度的函数分布图。由于无线电信号的时间上变化的组分却不是时间持久的，组分的接收强度通过求平均值而不起重要作用。相反地无线电信号的在时间上稳定的组分具有高度重要性。这些常常是具有高接收强度的组分，以至于然后优先将此接收时刻规定为在其上平均接收强度具有它的绝对最大值的时刻。
尤其是浮动地经越各自一个固定数目的，特别以各自不变时间间距相继跟随的分析处理时间区间地进行求平均值。分析处理时间区间但是也可能以不规则的间距相处。此外各个分析处理时间区间也不必是等长的。尤其是在数字式分析处理作为时间函数的各自接收强度时，却优先等长的分析处理时间区间。
在具有数字式信息传输的无线电系统(例如GSM)中，在此无线电系统上无线电信号反复地具有带有已知信号数据的训练序列，尤其在分析处理时间区间的每一个中时间不清晰地接收一个或多个训练序列的至少一部分。尤其是当全部单个训练序列由相同的数据序列组成时，训练序列的脉冲应答的可变性主要只以传输情况的时间上的改变为基础，但是不以基于已改变的数据序列的波动为基础。
尤其是当分别在多个重复的期待时间窗之一中期待训练序列时，和当为了能校正所传送的传输信息而分析处理期待时间窗之內的无线电信号时，分析处理时间区间位于期待时间窗之內，并且特别与这些期待时间窗重合。
本方法的一个进一步发展用于期待时间窗的时间上的定位。这个进一步发展的特征在于，取决于所确定的时间基准点决定期待时间窗的时间上的位置。这个进一步发展的优点在于，可以可靠地在时间上定位未来分析处理时间区间的期待时间窗。时间上定位的基础是实际上确定的基准点。尤其是可以重复地确定基准点，并且分别进行未来期待时间窗的重新定位，或已经存在着的定位的修正。所以可以中止传输在本身含义上不含有通信数据的专门短脉冲串，和/或将之减少到绝对必要的次数上。例如仅在开始时，即在通信连接建立时传输一个单个的这种短脉冲串就可满足要求。因此有更多的发送时间供本身通信信息的传输来支配，和/或可以减小在无线电传输时所使用频带的带宽。
在本方法的一个进一步发展上，确定用于接收无线电信号的接收站的地点位置，尤其是移动无线电系统中的移动站的地点位置。此时接收多个由不同发送站所发送的时间不清晰的无线电信号，发送站在此分别在其发送时间差在接收站中是已知的或在那里可确定的发送时间来发送无线电信号。对于时间不清晰的无线电信号中的每一个确定时间基准点和从中推导关于接收站位置的信息。
在本方法的另一个进一步发展上，在确定时间基准点之前通过內插法提高接收强度和/或平均接收强度的时间上的分辨率。尤其是在经越分析处理时间区间地对接收强度求平均值之后进行內插法。尤其是为了确定按GSM标准的无线电系统中的接收站的地点位置，相应地各个所接收比特间距的时间上的分辨率是不够的。在这里內插法使得时间基准点的一种确定成为可能，这种确定对于接收站位置的满意的地点分辨率是足够准确和可靠的。但是內插法也对于另外的用途，尤其是对于期待时间窗的时间上的定位是合适的。
按本发明的，尤其是用于实施按本发明方法的装置具有用于接收带有依赖时间可变接收强度的时间不清晰无线电信号的一种接收装置。此外规定了一种用于确定所接收无线电信号的时间基准点的一种分析处理装置。分析处理装置具有用于确定多个分析处理时间区间的作为接收时间函数的接收强度的一种接收强度确定单元，在此重复地对于分析处理时间区间中的每一个规定了一个时基。此外分析处理装置具有用于经越分析处理时间区间地对接收强度求平均值的一种求平均值单元，在此分别在平均的依赖时间的接收强度中得出在涉及各个时基的相同时刻上的接收强度，并且分析处理装置具有用于从作为时间函数的平均接收强度中确定时间基准点的一种时刻确定单元。
此外特别规定了用于內插作为接收时间函数的接收强度的，和/或作为时间函数的平均接收强度的一种內插单元。內插单元尤其是具有一种横向滤波器。在一种进一步发展上横向滤波器近似地相当于一种理想的低通滤波器，此低通滤波器的极限频率是像数字化接收信号的比特率一半那么大。横向滤波器的输入信号以此方式生成在內插法的支承点上不互相干涉的输出信号，即在支承点上通过內插法产生接收强度的正确的不变值。
在本发明装置的一个进一步发展上求平均值单元具有多个求平均值滤波器，在此优先构成为数字式低通滤波器的求平均值滤波器，分别处理相当于分析处理时间区间的所分配的各自相同时刻的输入强度。在求平均值滤波器之前连接了用于将接收强度值分配到各自所分配求平均值滤波器上的一种分配单元。求平均值滤波器尤其是第一等级的低通滤波器。
当今尤其是数字式低通滤波器是以微小的费用可以实施的。此外几乎可以自由选择地给定或实现数字式滤波器的特性。
现在借助实施例详述本发明。在此依据所附的图。本发明却不是局限于实施例的，尤其是不局限于按GSM标准的无线电系统的。附图的各图展示
图1为用于确定时间不清晰地所接收无线电信号的时间基准点的装置实施形式的重要组成部分，图2为在图1中所示装置的相关器输出端上，作为接收时间函数的接收强度的依赖性，图3为在经越多个分析处理时间区间地对接收强度求平均值之后作为时间函数的接收强度，图4为在通过內插法确定中间值之后作为时间函数的平均接收强度。
图1中表示了在按GSM标准的无线电系统中用于确定时间不清晰地所接收无线电信号的规定接收时刻的装置的重要组成部分。所接收的无线电信号位于相关器1的输入端上。相关器1具有含有26个单个存储位置的移位寄存器。移位寄存器以接收信号的比特率的节拍工作，即在约271kHz的比特率时大约每3.7μs将一个复数值登录入26个存储位置中的第一存储位置中。与此相应地同时将第1至25存储位置的迄今的值传输入具有下一个更高阶号的各自的存储位置中。从移位寄存器中除去第26存储位置中的复数值。
相关器1从复数值中计算接收功率，此接收功率因此相当于具有训练序列或中间序列长度的一个时间区间的接收功率。由于以已知的方式实现这一点，对于细节请参阅有关的当今技术水准。然后在一个第二移位寄存器2的方向上输出如此计算的接收功率作为相关器1的输出信号。
图2中示范地对于一个短脉冲串的片段表示了作为时间函数的接收功率。沿横坐标标上了时间；沿纵坐标标上了以从0至1的任意单位的接收功率。由于装置以比特率的节拍工作，横坐标上的一个单位相当于两个比特之间的间距，即约3.7μs。此时每个时刻又相当于具有26个存储位置的相应占用的相关器1中第一移位寄存器的一种状态。用十字(x)在图2中表示了一个短脉冲串的23个这种时刻。
在部分地表示在图1中的装置中规定了在其中期待接收中间序列的一个期待时间窗。重复地对于每个短脉冲串如此定位期待时间窗，使得所期待的时间不清晰地接收的中间序列的接收功率最大值大致位于期待时间窗的中心。尤其是基于无线电信号各个组分的例如通过多路径传播可能的运行时间差别，期待时间窗是如此宽地选择的。因此考虑总共42个扫描值，相当于比一个中间序列多16个。全部42个扫描值同时也是无线电信号校正的基础。图2至图4中的图表的原点是如此置放的，使得它的时间分量与期待时间窗的，或平均期待时间窗(请参阅下面)的开始重合。因而期待时间窗分别含有在时刻0至15上的相关器1的输出信号。
对于每个单个短脉冲串以下列方式采用期待时间窗作为相关器1的输出信号的滤波器将相关器1的输出信号输入具有16个单个寄存器的第二移位寄存器2中。在一个时刻上读出第二移位寄存器2，在此时刻上在第二移位寄存器2中登录了相关器1的16个相继的输出信号值，这些输出信号值的所分配的时刻位于期待时间窗中。经第二移位寄存器2的分离的输出端输出16个寄存器值中的每个单个寄存器值。
第二移位寄存器2的16个分离输出端中的每一个输出端是与低通滤波器3连接的。相继的短脉冲串的期待时间窗通常以时间上不变的间距相处。所以体现第一等级的低通滤波器的总共16个低通滤波器3以这种方式起作用，在求平均值期待时间窗的一个时刻上接收功率的平均值分别位于低通滤波器3的输出端上。分配给相继期待时间窗中互相对应时刻的接收功率值因此各自得到由一个单个低通滤波器3进行的求平均值，而前提在于，期待时间窗的时间上的间距是不变的。尤其是低通滤波器3分别具有按规范的传递特性Ua＝Ue+Um·15/16，式中Um是在给定时刻施加在低通滤波器3输出端上的现实输出平均值，Ue是低通滤波器3的新的输入值，和Ua是由新的输入值和迄今现实的输出值所形成的低通滤波器3的新输出值。
为了內插，即为了提高求平均值期待时间窗中支承点的数目，将16个低通滤波器3的输出信号依次以相当于比特率的时间间距输入横向滤波器4中，此横向滤波器4近似地相当于具有等于一半比特率的极限频率的一种理想低通滤波器。横向滤波器4以相当于所希望分辨率的高于比特率的节拍率，例如以8倍的比特率工作。为了补充横向滤波器4的相当于低比特率的尚缺少的输入值，将值0分别输入横向滤波器4中。在一种另可选择的构成上像必要的那样频繁地等同地分别输入低通滤波器3的输出信号。当总装置又作为理想的低通滤波器起作用时，这种构成则尤其是与以前所说明的等值的。
图3中表示了横向滤波器4的具有16个单个值或支承点的总输入信号。在横坐标上标上了具有0至15值的求平均值期待时间窗。十字(x)相当于由低通滤波器3所计算的平均值。正如明显地可看出的那样，通过经越多个期待时间窗的求平均值作为时间函数的接收功率的特性已经改变。图2中仅表示了一个单一短脉冲串的特性。接收功率的最大值约在时刻7上。显然在已导至最大值的一个无线电信号组分或一些无线电信号组分上，却涉及在求平均值时对求平均值结果只有微小影响的短寿命的组分。正如图3中的特性也展示的那样，短寿命的组分散布在位于时刻8上的中期或长期的最大值周围。图3中所示的特性却基于微小数目的支承点上，使得实际的最大值是不能准确地看出的。
获得图4中所示的扫描分布图作为横向滤波器4的输出信号，在此扫描分布图中为了清晰起见仅表示了在內插之前存在的支承点。图4中所示的特性在时刻8.125上具有它的最大值。
在本情况下应确定的时间基准点是规定为平均接收功率最大值的时刻。在接收横向滤波器4输出信号的确定单元5中确定此时刻。时间基准点的所确定的值8.125作为确定单元5的输出信号供支配。
然后在采用接收机中已知的短脉冲串长度的条件下，检验或必要时修正未来短脉冲串分析处理的期待时间窗的位置。此时却应注意，不在经越一个数目短脉冲串地对接收功率求平均值的期间，推移各个短脉冲串中的作为时间函数的接收功率分析处理的时基。否则似乎会进行期待时间窗的自校正，此自校正掩盖期待时间窗中的接收功率最大值的实际进行的漂移运动。取决于确定所规定接收时刻的目的但是通常一定期望识别这样的漂移，例如为了确定不同基站的两个时间不清晰地所接收无线电信号的运行时间差的变化。可是当然可以有意地进行一种这样的漂移的修正，已将不同发送站和接收站之间的同步的失调例如识别为这种漂移的原因。
在本情况下不进行位置的修正，因为时间基准点大约位于期待时间窗的中心。
用以上述方式用图1中所示装置已实施的按本发明方法的试验已得出，与无线电信号的发送机和接收机之间的地形类型无关地能够可靠地确定时间基准点。在采用上述低通滤波器传输功能，经越1000个相继期待时间窗的求平均值的情况下，并且在9dB信噪比时已确定离散度σ的以下值，在此σ值是以一个八分之一比特周期的多倍来表达的-σ＝0.00用于在其中进行发送机和接收机之间传输的乡间地区，和用于250km/h的发送机和接收机之间的相对速度，-σ＝1.67用于典型的城市地形和用于3km/h的相对速度，-σ＝0.68用于典型的城市地形和用于50km/h的相对速度，和-σ＝0.00用于山丘地形和用于100km/h的相对速度。
像在典型城市地形中通过用发送机和接收机之间不同相对速度的两种试验所证明的那样，在更高相对速度时可以更精确地确定时间基准点。推测其原因在于，从具有增长速度的接收机的角度看，时间上远离接收功率最大值的无线电信号组分变成较短寿命的，以至于围绕最大值分布的清晰度在增加。对于在困难的地形中如果偶尔发送机和接收机之间的相对速度不足以，压抑在接收功率求平均值时的无线电信号的次要组分的情况，则建议，通过一般作为跳频已知的频率更换法，和通过经越对于频段的覆盖为足够大的求平均值时间区间的求平均值来消除这些次要组分，各个分析处理时间区间是分布在此求平均值时间区间中的。
权利要求
1.在接收无线电信号时，尤其是在移动无线电系统中确定时间基准点的方法，在此以依赖时间可变化的接收强度时间不清晰地接收无线电信号，其特征在于，-对于多个分析处理时间区间分别确定作为接收时间函数的接收强度，在此重复对于分析处理时间区间中的每一个规定一个时基，-对接收强度经越分析处理时间区间地求平均值，在此在平均的依赖时间的接收强度中分别得出在涉及各个时基的相同时刻上的接收强度，和-从涉及重复时基的作为时间函数的平均接收强度中确定时间基准点。
2.按权利要求1的方法，其特征在于，规定时间基准点为平均接收强度最大值的时刻。
3.按权利要求1或2的方法，在此无线电信号重复地具有带有已知信号数据的训练序列，其特征在于，在分析处理时间区间中的每一个中时间不清晰地接收一个或多个训练序列的至少一个部分。
4.按权利要求3的方法，在此分别在多个重复的期待时间窗之一中期待训练序列，和在此分析处理期待时间窗之內的无线电信号，以便随后可以校正所传送的传输信息，其特征在于，分析处理时间区间位于期待时间窗之內，尤其是与这些期待时间窗重合。
5.按权利要求4的在时间上定位期待时间窗的方法，其特征在于，取决于所确定的时间基准点地确定期待时间窗的时间上的位置。
6.用于按权利要求1至5之一确定接收无线电信号的接收站的地点位置的，尤其是用于确定移动无线电系统中移动站的地点位置的方法，在此接收不同发送站的多个时间不清晰的无线电信号，在此分别在其发送时间差在接收站中为已知的或在那里可确定的发送时间上，发送站发送无线电信号，其特征在于，对于时间不清晰无线电信号中的每一个确定时间基准点，并且从中导出关于接收站位置的信息。
7.按权利要求1至6之一的方法，其特征在于，在确定时间基准点之前通过内插法提高接收强度的和/或平均接收强度的时间上的分辨率。
8.尤其是用于实施按权利要求1至7之一方法的装置，尤其是移动无线电系统的移动站或基站，具有-用于接收具有依赖时间可变化接收强度的时间不清晰无线电信号的一种接收装置，和-用于确定所接收无线电信号的时间基准点的一种分析处理装置，其特征在于，分析处理装置具有以下的-用于对于多个分析处理时间区间确定作为接收时间函数的接收强度的一种接收强度确定单元(1)，在此重复地对于分析处理时间区间中的每一个规定了一个时基，-用于经越分析处理时间区间地对接收强度求平均值的一个求平均值单元(3)，在此分别在平均依赖时间的接收强度中得出在涉及各个时基的相同时刻上的接收强度，和-用于从作为时间函数的平均接收强度中确定时间基准点的一种时刻确定单元(5)。
9.按权利要求8的装置，其特征在于用于內插作为接收时间函数的接收强度的和/或作为时间函数的平均接收强度的一种內插单元(4)。
10.按权利要求9的装置，其特征在于，內插单元(4)具有一种横向滤波器。
11.按权利要求10的装置，其特征在于，横向滤波器近似地相当于其极限频率为像装置的数字式接收信号的比特率一半那样大的一种理想低通滤波器。
12.按权利要求8至11之一的装置，其特征在于，求平均值单元(3)具有多个求平均值滤波器，在此求平均值滤波器分别在分析处理时间区间的分配给求平均值滤波器的相同时刻上处理接收强度，和在求平均值滤波器之前连接了用于将接收强度值分配到各自所分配求平均值滤波器上的一种分配单元(2)。
13.按权利要求12的装置，其特征在于，求平均值滤波器是第一等级的低通滤波器。
全文摘要
本发明涉及尤其是在移动无线电系统中接收无线电信号时确定基准点的一种方法和一种装置,在此以依赖时间可变化的接收强度时间不清晰地接收无线电信号。接收强度确定单元(1)确定多个分析处理时间区间的作为接收时间函数的接收强度,在此重复地对于分析处理时间区间中的每一个规定了一个时基。求平均值单元(3)经越分析处理时间区间地对接收强度求平均值,在此在平均的依赖时间的接收强度中分别得出在涉及各个时基的相同时刻上的接收强度。时刻确定单元(5)从作为时间函数的平均接收强度中确定时间基准点。
文档编号H04L7/04GK1337107SQ00802888
公开日2002年2月20日 申请日期2000年1月11日 优先权日1999年1月18日
发明者O·林格尔哈安 申请人:西门子公司