专利名称：一种适用于gsm/edge系统的时间提前量估计方法
技术领域：
本发明属于移动通讯领域，尤其涉及一种适用于GSM或EDGE系统的动态时间提前量(TA-Timing Advance)估计方法。
背景技术：
GSM作为第二代移动蜂窝通信系统，在全世界范围内已经得到了广泛应用。但随着移动通信技术的迅速发展和承载业务的多样化，人们对数据业务的需求不断增加。因此，厂家们纷纷在开发新的、速率更快的移动数据通信技术，其中最典型的就是高速率电路交换数据(HCSD)和通用分组无线服务(GPRS)技术。HCSD的最高速率可达57.6kbit/s。GPRS在核心网络首次引入了分级交换的方式，成为GSM向第三代网络演进的必经之路，可向用户提供最高速率为171kbit/s的链路，虽然HCSD和GPRS在一定程度上提高了数据传输速率，但由于其仍然采用的是高斯最小频移键控(GMSK)的调制方式，因而它所提供的传输速率仍远远不能满足人们对通信系统越来越高的要求，因此有必要采用更为先进的通信和信号处理技术，以进一步扩大GSM系统的容量。为了满足人们不断增长的对高速数据业务的需求和整个通信市场的需求，增强现有系统的竞争力，美国的TIA和欧洲电信标准化学会ETSI联合提出了一种基于TDMA的无线接入技术-EDGE(Enhanced Data rates for GSMEvolution)，以现有的GSM频段提供高速的数据通信业务。
为了在现有蜂窝系统中提供更高的数据通信速率，EDGE引入了多电平数字调制方式-8PSK调制。对于8PSK调制来说，每一调制符号可以映射为3个比特，从而与GMSK调制方式相比可以提供更高的比特率和频谱效率，而其实现的复杂度却没有增大很多。GSM系统中使用的GMSK的调制方式也是EDGE调制方式的一部分。两种调制方式的符号速率都是271kbit/s，每时隙的净比特率分别为22.8kbit/s(GMSK)和69.2kbit/s(8PSK)。
无论对于原有的GSM系统还是新的EDGE系统，发射机所发送的信号都要经过多径信道的影响，因而为了克服多径环境引起的码间串扰，通常在接收端都需要一个信道均衡器。按照GSM协议，在发端待发送的数据按照突发(Burst)进行发送，而在每一突发中间，放置了一个长为26个符号的训练序列。为了保证均衡器的均衡性能，接收端一般要求得到准确的训练序列的起始位置，即在接收端需要得到精确的时间提前量(TA)。在传统方法中，接收端用已知的训练序列在各个符号位置与接收到的突发进行相关，而具有最大相关值对应的符号位置即为估计的TA。可是在实际系统中，这一方法受到多径环境的影响很大，从而导致TA计算的不准确，进而影响系统的均衡结果。
在专利号为US6724837的美国专利“Timing Estimation for GSM Bursts Based on PastHistory”中，采用的方法是对于先接收到的N个突发，令训练序列分别与它们进行相关运算；然后通过寻找得到的相关序列的最大值分别得到这N个突发各自的TA，并对得到的这N个TA求平均；最后，在所求得的TA平均值的基础上，估计后续M个突发的各自TA。在这个专利中，为了保证得到的后续M个突发时间提前量的准确性，就要求用于计算初始化TA的突发的数目N值尽可能大，可是这一专利并没有保证用于计算初始化TA值的N个突发的TA的准确性，因而如果N值过大，由于预先接收到的N个突发的性能无法得到保证，因而接收机的整体性能无法得到保证。另一方面，这一专利要求对连续收到的突发的TA取平均值，对于基于电路交换的语音业务，这一方法是可行的；但是对于基于分组交换的数据业务来说，由于前后收到的相邻帧的数据未必都来自同一个发射机，因而对基于分组交换的业务来说，这一专利是无法应用的，尤其对于具有EDGE功能的GSM系统，这一方法更是失去了实际意义。
在专利号为US6859491的美国专利“Iterative Estimation of Timing in GSM Bursts”中，提出了一种迭代估计时间提前量并进行数据均衡的方法。对于每一个接收到的突发，这一专利首先假设TA有一个初始值，然后在每一次循环中都令TA加1，直到循环到某一次数N；而在每次循环中，都根据给定的TA对接收数据进行均衡解调；在此基础上，令已知的训练序列与均衡结果中对应位置上的序列进行相关并记录相关值；最后，在得到的相关值序列中具有最大相关值所对应的TA值就是真正要求的值。这一专利与上面的专利相比，克服了上面专利的缺点，它不但可以用于基于电路交换的语音业务，而且可以用于基于分组交换的数据业务。可是这一专利在求TA时要对接收信号进行N次解调，如果N太大，则计算过于复杂，因而很难应用于实际系统中。
以上专利的缺点是对现行的GSM系统，尤其对目前的包含EDGE功能的GSM系统不太适用，他们不是计算复杂度过高，就是性能不好，因而有必要找到一种更实际、更灵活的寻找时间提前量的方法，而这也正是本发明的目的。
发明内容
本发明的目的是，针对GSM/EDGE系统提出了一种动态的时间提前量估计方法。其特点在于首先通过简单的方法得到TA的初始值，然后在得到的TA的基础上，依据一定的准则，动态调整所得到的TA值，从而进一步精确化TA的估计值精度。
本发明的适用于GSM/EDGE系统的时间提前量估计方法，包括以下几个步骤1.按照接收到的突发调制类型的不同(GMSK或8PSK)，对收到的I、Q信号进行信号反旋转处理。
2.从存储器中读出训练序列，对反旋转后的信号采用滑动相关进行信道参数估计，得到信道参数估计序列{h(n)}。
3.利用{h(n)}估算时间提前量初始值tinit。
4.令TA＝tinit。
5.判断TA是否满足以下3个条件之一，如果是，则这一TA即为我们要求的时间提前量；否则执行第6步。
a)TA已经达到其下限tE；其中tE可取-2～2之间，可视具体情况调整为一固定值。
b)Ratio＞γ其中令TA处的信道估计参数功率值为|h(TA)|2，(TA-M)处的信道估计参数功率值为|h(TA-M)|2，则Ratio为这两者的比例，即Ratio＝|h(TA)|2/|h(TA-M)|2其中γ为一给定阈值，此阈值范围可以为7～10之间，可视实际情况设定为一固定值；M为采样倍数，M≥1。
c)循环次数大于给定值Nloop。
通常Nloop取值范围在3～5之间，实际应用时，可根据具体的应用环境设定为一个固定值。
6.令TA＝TA-M，然后执行第5步。
本发明的方法与已有的方法相比，无论系统处于静态还是多径环境，无论是用于语音业务还是数据业务，无论对于终端系统还是对于基站系统，都能以低的计算复杂度完成较高精度的时间提前量估计。
图1是GSM系统收发信机的基本示意图。
图2是GSM/EDGE系统中常规突发脉冲和接入突发脉冲的数据格式。
图3是本发明的时间提前量估计的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明所述方法的具体实施作进一步的详细描述。对于熟悉本领域的技术人员而言，从本发明方法的描述中，对于本发明的目的、特征和优点将显而易见。
参照图1，在发射端，信源编码模块101输出的数据送入信道编码与交织模块102后经过基带调制模块103、上变频模块104和发射天线105后送入无线信道；在接收端，接收天线106收到的信号经下变频模块107分别送入信号解调模块109、时间提前量及信道参数估计模块108，模块108估计出信道参数与时间提前量后也送入信号解调模块109，然后模块109根据收到的信息对接收信号进行解调，解调结果送入解交织与解码模块110，并最终经信源解码模块111输出。
图2是GSM/EDGE系统中常规突发脉冲与接入突发脉冲的数据格式。对于常规突发脉冲NB(Normal Burst)来说(如图2a)，其信息数据分成两组各58个符号，其中57位为数据，另一位为偷帧比特表示此数据是用户数据还是信令。在这两段数据之间插入了26位的训练序列，26bit中开头和结尾各5bit为保护间隔，中间的16bit数据用来估计信道参数和时间提前量。3个尾比特“0”加于有用信息段的两侧。NB数据的最后为8.25bit的时间，不发任何信号，作为相邻时隙的保护段。而对于接入突发脉冲AB(Access Burst)来说(如图2b)，其中包含41位的训练序列，36位信息和开始、结束的8和3位尾比特。AB的保护为68.25比特，可以确保终端的最大接入距离为35公里。
参照图3，本发明的时间提前量估计按照以下步骤进行步骤301，接收端106、107模块接收突发并送入时间提前量及信道参数估计模块108。
步骤302，依据接收到的突发的调制方式的不同分别按照GMSK或者8PSK进行符号反旋转。
步骤303，利用反旋转后的数据估计信道参数序列{h(n)}。
步骤304，先利用常规方法估计TA初始值tinit例如可以通过寻找信道估计参数序列中能量最大值所对应的位置为初始TA值，也可以通过设置一个大小固定的窗口，然后令这一窗口沿着信道估计参数序列滑动，则相应的窗口内信道估计参数能量最大值所对应的位置为初始TA值。
步骤305，设定循环次数初始值i＝0，循环第i次时的TA值TAi＝tinit。
步骤306，判断TAi是否小于其下限tE，例如取tE＝1，如果TAi＜1，则输出这时的TAi值，否则进入步骤307。
步骤307，判断估计的信道参数序列中当前TAi处所对应的信道参数能量值与(TAi-M)处信道参数能量值的比值Ratio是否大于阀值γ。例如可取γ＝8，如果能量比值＞8，则这时的TAi值即为估计的时间提前量；否则，则进入步骤308。
步骤308，判断循环次数i是否已经等于给定的循环次数Nloop，通常Nloop＝4，如果此时i＝4，则输出这时的TAi值；否则，执行步骤309。
步骤309，令i＝i+1。
步骤310，令TAi＝TAi-1-M，然后重新转移到步骤306执行。
前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总的原理应用到各其他实施例而不用付出创造性劳动。因而，本发明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。
权利要求
1.一种适用于GSM/EDGE系统的时间提前量估计方法，其特征在于，包括以下几个步骤1)按照接收到的突发调制类型的不同，对收到的I、Q信号进行信号反旋转处理；2)从存储器中读出训练序列，对反旋转后的信号采用滑动相关进行信道参数估计，得到信道参数估计序列{h(n)}；3)利用{h(n)}估算时间提前量初始值tinit；4)令TA＝tinit；5)判断TA是否满足以下3个条件之一，如果是，则这一TA即为要求的时间提前量；否则，执行第6步；a)TA已经达到其下限tE；b)Ratio＞γRatio＝|h(TA)|2/|h(TA-M)|2其中，TA处的信道估计参数功率值为|h(TA)|2，(TA-M)处的信道估计参数功率值为|h(TA-M)|2，γ为一给定阈值，M为采样倍数；c)循环次数大于给定值Nloop；6)TA＝TA-M，然后执行第5步。
2.根据权利要求1所述的适用于GSM/EDGE系统的时间提前量估计方法，其特征在于，步骤5)中下限tE取值范围为-2～2。
3.根据权利要求1所述的适用于GSM/EDGE系统的时间提前量估计方法，其特征在于，步骤5)中γ阈值范围为7～10。
4.根据权利要求1所述的适用于GSM/EDGE系统的时间提前量估计方法，其特征在于，步骤5)中Nloop取值范围为3～5。
5.根据权利要求1所述的适用于GSM/EDGE系统的时间提前量估计方法，其特征在于，步骤3)中估算时间提前量初始值tinit，通过寻找信道估计参数序列中能量最大值所对应的位置为其值，或通过设置一个大小固定的窗口，然后令这一窗口沿着信道估计参数序列滑动，则相应的窗口内信道估计参数能量最大值所对应的位置为其值。
6.根据权利要求1所述的适用于GSM/EDGE系统的时间提前量估计方法，其特征在于，步骤5)、6)中采样倍数M≥1。
全文摘要
本发明针对GSM/EDGE系统提出了一种动态的时间提前量估计方法。其特点在于首先通过简单的方法得到TA的初始值，然后在得到的TA的基础上，依据一定的准则，动态调整所得到的TA值，从而进一步精确化TA的估计值精度。本发明的方法无论系统处于静态还是多径环境，无论是用于语音业务还是数据业务，无论对于终端系统还是对于基站系统，都能以低的计算复杂度完成较高精度的时间提前量估计。
文档编号H04L7/04GK1913421SQ20051008774
公开日2007年2月14日 申请日期2005年8月8日 优先权日2005年8月8日
发明者吕浚哲, 王伟 申请人:中兴通讯股份有限公司