专利名称：估计接入突发的到达时间的方法、检测器和基站收发信机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于估计移动通信系统的基站收发信机中接收到的接入突发的到达时间的方法。该移动通信系统设计为用于分时隙进行的数据传输，每个时隙被划分为多个符号周期。
另外，本发明涉及一种适用于在基站收发信机的处理器上运行的计算机程序。
最后，本发明涉及一种设计为用于分时隙进行的数据传输的移动通信系统的基站收发信机，每个时隙被划分为多个符号周期。
背景技术：
已知在现有技术中有各种移动通信系统设计为用于分时隙进行的数据传输。例如，在GSM(全球移动通信系统)中，物理信道使用频分复用和时分复用的组合技术，并定义为射频信道和时隙的序列。特定物理信道的完整定义包括频域中的描述以及时域中的描述。在公开文献“3GPP(第三代合作伙伴计划)TS 05.02 V8.11.0(2003年6月，技术规范)”(3GPP TS 05.02 V8.11.0(2003-06，TechnicalSpecification))的子条款5.4中提出了频域中的描述，该公开文献的子条款5.5中提出了时域中的描述。
利用TDMA(时分复用)帧的每个时隙发送所谓的数据突发(databurst)，数据突发的长度为156.25比特，对应于576.6μs(15/26ms)的时段。所谓的数据突发尾比特(tail-bit)用于形成待发送突发的边界，并且其具有值“逻辑0”。
一个时隙被划分为156.25个符号周期。对于GMSK(高斯最小相移键控)调制，一个符号相当于一个比特。时隙内的特定比特周期用比特号(BN)来表示，其中第一个比特周期被编号为0，并且最后的(1/4)比特周期被编号为156。对于8PSK(八相相移键控)调制，一个符号对应于三个比特。时隙内的特定比特周期用比特号(BN)来表示，其中第一个比特被编号为0，并且最后的(3/4)比特被编号为468。以升序将比特映射为符号。
在下文中，根据比特号对时隙内的突发的发送定时进行限定。首先发送具有最低比特号的比特。系统中存在着不同类型的突发。突发的一个特性是其有用持续时间。有具有147个符号的有用持续时间的所谓的全突发(full burst)，以及具有87个符号的有用持续时间的短突发。将突发的有用部分限定为从中间自符号编号0开始。突发的有用部分的限定需要结合公开文献“3GPP TS 05.04”和公开文献“3GPP TS 05.05”中对突发的相位特性和幅度特性的要求来考虑。
出现在连续时隙中的两个突发之间的时段叫做保护时段(guardperiod)。提供保护时段是因为微时隙(microslot)要求在公开文献“3GPP TS 05.05”中所限定的保护时段期间，使传输在突发之间的时段内以必要的斜度(ramp)向上和向下衰减。如同公开文献“3GPPTS 05.05”中所限定的那样，基站收发信机不需要具有在相邻突发之间斜降和斜升的能力，但是必须具有在非使用的时隙中斜降和斜升的能力。在任意的情况下，当传输的幅度斜升和斜降时，则通过应用适当的调制，可以使对其他RF(射频)信道的比特流干扰最小。
接入突发(AB)用于建立移动台(MS)与基站收发信机(BTS)之间的连接。接入突发用于随机接入信道(RACH)上的随机多路接入。一个重要方面是这样一个事实，即为了避免由于移动台尚未同步而引起的RACH上的冲突，AB具有远远大于其他突发的保护时段(68.25比特与8.25比特相比)。这产生了至少200μs的保护时段(采用35km的最大无线小区半径)。AB的训练序列对BTS来说是已知的，因此使得BTS可以检测AB。出于这种目的，在信号处理模块中有已实现的搜索例行程序，在下文中称为BTS的AB(接入突发)检测器。
将接入突发用在GSM物理层上以便建立移动台(MS)与基站收发信机(BTS)之间的连接。这些接入突发包括远远短于其他突发的有用部分，以确保不会由于移动系统尚未同步到BTS而导致连续的时隙之间发生重叠。接入突发包括训练序列码(TSC)和信令数据(参考公开文献“3GPP TS 05.02”，第5.2.7节)。对于EDGE(GSM演进的增强数据)，有三种不同的TSC可用于将MS的能力通知给BTS(TSC0GMSK数据格式；TSC1在下行链路和上行链路中使用8PSK；TSC2只在下行链路中使用8PSK)。BTS必须找出MS使用的TSC，并且必须将这一信息发送给基站控制器(BSC)，基站控制器(BSC)负责对连接到该BSC的多个无线小区的无线资源进行管理。检测所接收数据中的AB以及确定所使用的TSC的任务由位于收发信机设备的数字部分上的AB检测器来执行。
AB检测器可以作为设计为用于数据传输的移动通信系统的BTS的解调器的一部分。分别在AB检测器或解调器中使用的搜索例行程序针对所有三种TSC计算输入数据的相关性。由于时隙内接入突发的到达时间(TOA)没有确定，因此必须针对所有可能的到达时间执行相关。有63个可能的TOA值，这需要稍大的相关长度，例如72个符号周期。当所用的数字信号处理器(DSP)只有有限的处理能力可用时，目前在BTS中使用的AB检测器不能计算完全相关(TSC长度41×相关长度72×不同TSC数3)。因此，已知在现有技术中可以在计算相关性之前粗略地估计TOA，由此减小所需的相关长度和处理能力。如果至少可以得到例如7个符号周期范围的对TOA的粗略估计，则所需的处理能力就减小72/7倍，即大约10倍。
关于对AB的TSC的TOA的粗略估计，可以实现所谓的能量搜索算法(energy search algorithm)。能量搜索算法用于在进行相关之前减小TOA的范围。在公开文献“3GPP TS 05.05”中描述了接入突发的突发整形(burst shaping)。当着眼于接入突发的符号能量时，突发整形将变得比较清楚。根据能量搜索算法，对长度为89个采样的检测窗的能量求和。由采样的能量和构成的曲线的最大值标志着接入突发的开始或者甚至标志着接入突发内的TSC。利用这种对AB内的TSC的位置的估计，可以减小相关长度和处理要求。
然而，能量搜索算法只在启用了功率整形时起作用。对于多时隙传输，功率整形是关闭的。这意味着RF(射频)功率不会针对连续的时隙斜升或斜降。例如，在使用利用信道捆绑(channel bundling)的EGPRS(增强的GPRS(通用分组无线服务))的数据连接中，情况便是如此。
因此，本发明的一个目的是提出一种用于估计基站收发信机中接收到的接入突发的到达时间的替代性解决方案。
发明内容
通过上述类型的方法可以解决这种目的，该方法的特征在于将符号周期中包含的已接收并已解调的复数符号的符号差用于估计AB的TOA。
根据本发明，作为能量搜索算法的替代，提出了一种所谓的相位调制搜索算法。分别在AB检测器或BTS解调器中进行解调(π/2相位旋转)之后，在接入突发的有用部分之外获得恒定的相位调制，非恒定相位调制限于接收到接入突发的区域。可以将已接收并已解调的复数符号的符号差用于搜索功能。通过形成连续的符号周期中包含的两个符号的差，计算第一差值。然后，计算第一差值的这些绝对值在检测窗或所谓的求和窗上的和。由已求和的第一差值绝对值构成的曲线再次实现了对接入突发的开始的可靠而又简单的检测。不管是启用还是关闭了功率整形，根据本发明的方法都运转良好。
如果关闭了能量整形，则由于没有调制，突发的有用部分之外的符号差比较小。如果启动了能量整形，则符号差也比较小，原因是不携带任何能量的第一符号差比较小。
根据本发明的一个优选实施例，提出-计算时隙的符号周期中包含的所有复数符号的符号差；
-针对所有的复数符号计算复数符号差的绝对值；-给定长度的检测窗以离散段段在时隙上移动，每个段对应于一个符号周期，该检测窗包括比该时隙少的符号周期；-针对每个离散段计算在当前段中由该检测窗覆盖的符号周期的符号差的绝对值的和；以及-认为离散段中产生了最大绝对符号差之和的那个段就是该时隙中的AB的TOA。
根据本发明的另一实施例，提出为了计算复数符号的符号差，针对每个符号周期计算至少两个相继的复数符号的差。
此外，提出为了计算复数符号的符号差，针对每个符号周期计算至少两个相继的复数符号的差的绝对值。
此外，可以针对所有可能TOA在整个时隙上以离散的段移动检测窗。在一个优选的实施例中，窗的长度对应于AB的有用部分的长度，即88个符号。由于只搜索由总和构成的曲线的最大值，因此通过在窗的长度与计数值之和上加上该值并在计数值上重新减去该值，可以简化曲线的计算。通过这种方式，可以简化搜索算法并且同时可以加快搜索算法。
还提出将根据本发明的方法作为用于检测在AB中从移动台发送到BTS的训练序列码(TSC)的方法的一部分用于估计AB的TOA，优选地，在估计AB的TOA之后，计算时隙中包含的数据的相关性。
根据本发明的优选实现，提出上述类型的计算机程序，该程序被编程为当运行于BTS的处理器上时执行根据本发明的方法。
此外，根据本发明，提出BTS的AB检测器，其特征在于该AB检测器包括用于基于符号周期中包含的已接收并已解调的复数符号的符号差来估计AB的TOA的装置。
根据本发明的一个优选实施例，AB检测器包括用于执行根据本发明的方法的装置。
最后，本发明涉及一种上述类型的移动通信系统的BTS，其特征在于该BTS包括用于基于符号周期中包含的已接收并已解调的复数符号的符号差来估计AB的TOA的装置。
根据本发明的一个优选实施例，提出AB检测器包括用于执行根据本发明的方法的装置。
在以下的描述中描述了本发明的特征，并且当结合附图一起考虑时，本发明的优点将变得更加明显。特别地，图1示出了用于实现本发明的移动通信系统；图2示出了用于通过移动通信系统发送数据的频率，该频率被划分为用于8个移动系统的8个时隙，并且在时隙#3和时隙#4中发送常规的突发；图3示出了用于通过移动通信系统发送数据的频率，该频率被划分为用于8个移动系统的8个时隙，并且在时隙#4中发送接入突发；图4示出了时隙的符号周期中包含的符号能量，并且相应的能量窗的和在根据现有技术可知的启用了能量整形的能量搜索算法中用作搜索标准；图5示出了时隙的符号周期中包含的符号能量，并且相应的能量窗的和在根据现有技术可知的关闭了能量整形的能量搜索算法中用作搜索标准；图6示出了时隙的符号周期中包含的符号的绝对符号差，并且相应的窗的和用作用于根据本发明的启用了能量整形的接入突发的搜索标准；图7示出了时隙的符号周期中包含的符号的绝对符号差，并且相应的窗的和用作用于根据本发明的关闭了能量整形的接入突发的搜索标准；图8示出了在启用了能量整形的情况下具有和不具有针对接入突发的TSC(训练序列码)检测的、仿真的原始比特误码率(BER)随SNR(信噪比)的变化，其中在执行TSC检测的情况下，利用根据本发明的相位调制搜索算法来执行TSC检测；以及图9示出了在没有能量整形的情况下具有和不具有针对接入突发的TSC(训练序列码)检测的、仿真的原始比特误码率(BER)随SNR(信噪比)的变化，其中在执行TSC检测的情况下，利用根据本发明的相位调制搜索算法来执行TSC检测。
具体实施例方式
图1示出了可以实现本发明的移动通信系统。该移动通信系统包括多个基站收发信机(BTS)，图1中仅通过示例示出了一个基站收发信机。BTS整体上用参考标号1来表示。BTS 1包括天线3，天线3用于接收来自多个移动台(MS)5的射频信号，将多个移动台(5)部署在由BTS(1)服务的无线小区内。在图1中用两个MS 5a和5b来表示多个MS，其中将MS 5a部署为比另一MS 5b更靠近天线3。此外，BTS 1包括解调器7，其用于解调由天线3接收到的无线信号。信号处理模块(在下文中称作AB(接入突发)检测器)可以构成解调器7的一部分。然而，AB检测器同样也可以部署为位于解调器之外的独立单元或实体。
解调器7包括适用于执行计算机程序的处理器9的至少一部分。除了解调所接收的无线信号之外，解调器7或处理器9分别可以执行多个其他的任务，以下将对其进行详细的说明。解调器7以某种方式连接到称作例如PSTN(公共交换电话网)11的陆地通信系统。当然，用于执行本发明的移动通信系统可以包括或确实包括更多的组件，然而这些组件对本发明来说并不重要，并且因此在图1中没有明确示出。
图1中示出的移动通信系统设计为用于根据TDMA(时分多址)的数据传输。这意味着用于从MS 5向BTS发送数据的频率以及从BTS向MS 5发送数据的频率被划分为多个时隙。图2中示出了这一点，其中频率被划分为用于在BTS 1与多达8个不同的MS 5之间发送数据的8个时隙。利用TDMA帧的每个时隙，发送长度为156.25比特的所谓的数据突发，该长度对应于576.6μs(15/26ms)的时段。然而，本发明不应限于分时隙进行、每个时隙被划分为多个符号周期的TDMA数据传输。
图2示出了在时隙#3和时隙#4中发送所谓的常规突发(NB)。在每个突发的结尾，存在包括多个比特的保护时段，其对于有效避免在相继的时隙中发送的突发之间发生重叠来说是必需的。通常，突发开始于时隙的开头，保护时段包括几个比特就已足够。因此，常规突发(NB)、频率校正突发(FB)、同步突发(SB)和伪突发(DB)只包括8.25个比特。与这些突发不同的是，接入突发(AB)是在建立MS与BTS之间的连接的过程中并以建立该连接为目的而从MS发向BTS的，并且MS尚未同步，AB包括68.25个比特的保护时段，以确实地避免相继的时隙中的数据突发的重叠。这产生了一种情形，即在建立从MS到BTS的连接时，BTS在与MS相关联的时隙(在图3中的时隙#4)中接收具有AB的数据信号，其中将TSC定位在该时隙内的某个位置。TSC在该时隙内的位置主要依赖于MS 5到BTS 1的距离。如果例如将Ms 5a部署为相当靠近BTS 1的天线3，则TSC将位于相当靠近时隙的开头的位置，并且如果将MS 5b部署为离天线3有很大距离，则TSC将位于靠近时隙的结尾的位置。因此，当在一个时隙中接收到具有AB的数据信号时，BTS 1必须确定时隙内的TSC的到达时间(TOA)。将确定的TOA传送给MS 5，通知Ms 5提前与TOA对应的某个时段发送其将来的数据。通过提前与TOA对应的时段发送将来的数据，将获得严格地在时隙开头开始并且在时隙的结尾之前结束的数据传输，从而避免了相继的时隙中发送的数据突发的重叠。
如上所述，AB包含在GSM规范“3GPP TS 05.02”的第5.2.7节中描述的训练序列码(TSC)以及信令数据。对于EDGE(GSM演进的增强数据)，有三种不同的TSC可用于将移动手持设备5的能力通知給BTS 1。TSC0表示MS使用GMSK(高斯最小相移键控)数据格式，TSC1表示MS在下行链路和上行链路中使用8PSK(八相相移键控)，并且TSC2表示MS只在下行链路中使用8PSK。BTS 1必须找出MS 5使用的TSC，并且必须将这一信息发送给基站控制器(BSC)。这一任务由位于BTS 1的收发信机设备的数字部分上的解调器7来执行。解调器7中的搜索例行程序计算输入数据与所有三种TSC的相关性。由于时隙内AB的TOA没有确定，因此必须针对所有可能的TOA、即针对所有的符号周期进行相关。对于63个可能的TOA值，包括例如72个符号周期的稍大的相关长度是必需的。由于有限的处理能力和所用的数字信号处理器(DSP)的限制，在常规的解调器7中不能处理完全相关(TSC长度41×相关长度72×不同TSC数3＝8856个相关)。因此，在现有技术中已知可以在实际计算相关性之前估计AB的TOA。通过这种方式，不需要针对所有可能的TOA来执行相关，但是可以直接在所估计的TOA上或在所估计的TOA之前几个符号周期开始执行相关。因此，减小了需要执行的相关的量，并且显著地减小了相关所需的处理能力。如果至少可以得到例如7个符号周期范围的对TOA的粗略估计，则所需的处理能力就减小72/7倍，即大约10倍。
根据在现有技术中可知可以使用所谓的能量搜索算法来粗略地估计时隙内的AB的TOA。图4和图5示出了这种算法。GSM规范“3GPP TS 05.05”中描述了所谓的突发整形。作为这种接入突发整形的一个例子，在图4中示出了符号的能量(三角形)。对包括88个采样(符号周期)的检测窗的能量进行求和，得到用菱形表示的曲线。该曲线的最大值表示AB的开始。利用这种对AB在时隙内的位置的粗略估计，可以减小相关长度和所需的处理能力。
然而，已知在现有技术中移动通信系统设计为用于关闭了功率整形的数据传输。一个例子是采用根据EGPRS(增强的通用分组无线服务)的信道捆绑的数据传输。关闭功率整形意味着射频(RF)功率不会针对两个连续的时隙斜升或斜降。图5中示出了不具有功率整形的AB的例子(三角形)，而曲线在前6个采样期间的上升是仿真实验造成的，并且因此必须忽略掉。与图4中的曲线比较，可以清楚地看到，即使在TSC之前或之后，突发的能量也大约为“1”。图5中由菱形构成的曲线代表了标准能量搜索算法的结果。可以清楚地看到，能量搜索算法不能用于估计AB的开始，即不能用于估计关闭了功率整形的数据传输的TSC的TOA。为了克服这一缺点，在现有技术中提供了特殊的信令，以便向解调器7提供信息，而不管是否需要TSC检测。
根据本发明，提出一种用于粗略地估计TSC的开始的方法，即用于估计时隙内AB的TOA的方法，该方法可以对启用了功率整形的数据传输以及关闭了功率整形的数据传输起作用。根据本发明的方法使用一种所谓的相位调制搜索算法。在GSM规范“3GPP TS 05.04”中，说明了在AB的有用部分(有效载荷)之外，差分调制器的相位是恒定的所有的比特都是“1”。GSM规范“3GPP TS 05.02”中规定了突发的有用部分。在BTS解调器7中进行解调(对应于旋转π/2)之后，在突发的有用部分之外获得恒定的相位调制，即相位调制限于接收到AB的区域。可以将符号周期中包含的已接收并已解调的复数符号的符号差用于根据本发明的搜索功能。首先，通过确定两个相继的符号之间的差来计算第一差值。然后，确定该第一差值的绝对值。图6中示出了该绝对值(由三角形构成的曲线)。对包括例如88个采样的检测窗内的第一差值的绝对值求和。由求和后的第一差值的绝对值构成的曲线在图6中用菱形来表示。该曲线的最大值标志着AB的开始。在图6中，激活了功率整形。因为AB之外的符号都接近于复平面上的0，所以差值比较小。相位调制搜索算法的优点是其不仅能够在启用了功率整形时使用，而且能够在关闭了功率整形时使用。在图7中示出了这一点。接入突发之外的相位调制几乎为0。因此示出第一差值的曲线(由三角形构成)接近于AB之外的0。同样，示出第一差值的求和后的绝对值的曲线的最大值表明了AB的开始。
为了强调本方法的可行性，进行了仿真实验，图8和图9中示出了该实验的结果。对于这些仿真实验，已经利用标准的GSM仿真链(chain)对具有信道特征数据“TU50”的无线性能进行了仿真。进行了两次仿真实验，第一次不具有TSC检测，并且随后的一次具有TSC检测。两个曲线之间的差异显示出了由利用新的相位调制搜索算法进行TSC检测引入的附加误差。对于大于-120dBm(其为GSM的运行范围)的SNR(信噪比)值，没有看到可能由TSC检测引起的附加误差。对于-130dBm，图8和图9的两个曲线在-130dBm的高误码率处的偏差对TSC检测算法来说是典型的，并且对于根据现有技术已知的能量搜索算法同样可以观察到。在可见的能量整形激活(图8)与非激活(图9)之间没有什么区别。
当使用相位调制搜索算法来确定时隙中AB的TOA时，不需要为解调器7提供附加的信令信息来表示是否应该执行TSC检测。符号差的计算非常切实可行，不需要耗费很高的计算能力。此外，根据本发明的方法可以在启用了功率整形的移动通信系统中使用，也可以在关闭了功率整形的移动通信系统中使用。本发明提供了一种用于确定时隙中的AB的TOA的易于实现且非常可靠的方法。
权利要求
1.一种用于对设计为用于分时隙进行的数据传输的移动通信系统的基站收发信机中接收到的接入突发的到达时间进行估计的方法，每个时隙被划分为多个符号周期，以下将基站收发信机称为BTS(1)，将接入突发称为AB，将到达时间称为TOA，所述方法的特征在于将符号周期中包含的已接收并已解调的复数符号的符号差用于估计所述AB的所述TOA。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于-给定长度的检测窗以离散的段在时隙上移动，每个段对应于一个符号周期，所述检测窗包括比所述时隙少的符号周期；-计算所述时隙的符号周期中包含的所有复数符号的符号差；-针对每个离散段计算在当前段期间由所述检测窗覆盖的符号周期的符号差的和；以及-认为离散段中产生了最大符号差之和的那个离散段就是所述时隙中的所述AB的所述TOA。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于为了计算所述复数符号的符号差，针对每个符号周期计算至少两个相继的复数符号的差的绝对值。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述检测窗的长度对应于所述接入突发的有用部分的长度。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述检测窗以离散的段在时隙上移动，直到成功地估计出所述TOA时为止。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于将所述方法作为用于检测在所述AB内从移动台发送到BTS(1)的训练序列码的方法的一部分用于估计所述AB的所述TOA，以下将移动台称为MS，将训练序列码称为TSC。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于在估计所述AB的所述TOA之后，计算所述时隙中包含的数据的相关性。
8.一种适用于在基站收发信机的处理器(9)上运行的计算机程序，以下将基站收发信机称为BTS(1)，所述计算机程序的特征在于，所述程序被编写为当运行于所述处理器(9)上时执行根据权利要求1-8中任意一项所述的方法。
9.一种设计为用于分时隙进行的数据传输的移动通信系统的基站收发信机的接入突发检测器，每个时隙被划分为多个符号周期，以下将基站收发信机称为BTS(1)，接入突发称为AB，所述AB检测器的特征在于其包括用于基于所述符号周期中包含的已接收并已解调的复数符号的符号差来估计所述AB的所述TOA的装置。
10.根据权利要求9所述的AB检测器，其特征在于所述BTS(1)包括解调器(7)，并且所述AB检测器构成所述解调器(7)的一部分。
11.根据权利要求9或10所述的AB检测器，其特征在于所述AB检测器包括用于执行根据权利要求2-7中的任意一项所述的方法的装置。
12.一种设计为用于分时隙进行的数据传输的移动通信系统的收发信机，每个时隙被划分为多个符号周期，以下将收发信机称为BTS(1)，所述BTS(1)的特征在于其包括用于基于所述符号周期中包含的已接收并已解调的复数符号的符号差来估计所述AB的所述TOA的AB检测器。
13.根据权利要求12所述的基站收发信机(1)，其特征在于所述BTS(1)包括解调器(7)，并且所述AB检测器构成所述解调器(7)的一部分。
14.根据权利要求13所述的基站收发信机(1)，其特征在于所述解调器(7)包括用于执行根据权利要求2-7中的任意一项所述方法的装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于对设计为用于分时隙进行数据传输的移动通信系统的基站收发信机(BTS，1)中接收到的接入突发(AB)的到达时间(TOA)进行估计的方法，每个时隙被划分为多个符号周期。为了能够在启用了功率整形进行数据传输的移动通信系统中以及在关闭了功率整形进行数据传输的移动通信系统中估计TOA，提出将符号周期中包含的已接收并已解调的复数符号的符号差用于估计AB的TOA。特别地，提出将给定长度的检测窗以离散的段在时隙上移动，计算该时隙的符号周期中包含的所有复数符号的符号差，针对每个离散段计算在当前段期间由检测窗覆盖的符号周期的符号差的和，并且认为在这些离散段中产生了最大符号差之和的那个段就是该时隙中的AB的TOA。
文档编号H04W56/00GK1901692SQ20061009229
公开日2007年1月24日 申请日期2006年6月16日 优先权日2005年7月20日
发明者鲁道夫·韦塞尔, 迪尔克·尼古拉 申请人:埃沃列姆公司