专利名称：估算使用天线阵列和空间处理的通信系统的参数的方法和设备的制作方法
本申请涉及这里作为参考引入的同时申请、共同拥有并在审理中的标题为“使用天线阵列和空间处理的由判定指导的解调方法和设备”的专利申请，在下文中称为“我们的解调发明”。
本发明的领域是无线通信。尤其是，该领域是在无线通信系统中使用天线阵列和空间信号处理以确定通信系统的参数，例如用于空间处理的频率偏移、时间对准和最初加权矢量。
无线通信系统的用户一般使用远程终端例如蜂窝式电话和装有无线收发机的数据调制解调器访问该系统。这种系统一般具有一个或更多的无线基站，它们每一个为一个地理区域提供覆盖即通常所说的网孔。远程终端和基站具有用于起始呼叫、接收呼叫和信息的一般传送的协议。
在这种系统中，频谱的分配部分被分成可以按频率、按时间、按代码或按上面的某些结合辨别的通信信道。这些通信信道的每个在这里将称为传统信道。为提供全双工通信链路，典型地，一些通信信道用于从基站到用户的远程终端的通信(下行链路)，和其它的用于从用户的远程终端到基站的通信(上行链路)。在它的网孔中，无线基站可以通过为每个远程终端使用不同的传统通信信道同时与许多远程终端通信。
我们以前已公开了带有天线阵列的空间处理以增加这种系统的频谱效率。参见美国专利申请1991年12月12日提交的序列号07/806,695，标题为多址无线通信系统(也就是1996年5月7日出版的美国专利5,515,378)；1994年4月28日提交的序列号08/234,747，标题为校准无线阵列的方法和设备(现在是1996年8月13日出版的美国专利5,546,909)；1994年8月1日提交的序列号08/283,470，标题为频谱有效和高容量确认无线寻呼系统；1995年1月20日提交的序列号08/375,848，标题为频谱有效高容量无线通信系统(全体，“我们的待审专利申请”)；一般的想法是通过使用天线阵列而不是单个天线，和处理由天线接收的信号一起来提高通信质量。天线阵列也可以通过对传统信道引入空间复用以使若干用户可以在同一传统信道上同时通信来增加频率效率。我们称之为SDMA空分多址。因此，以频分复用(FDMA)为例，通过SDMA，若干远程终端可以在同一频率信道的一个单一的网孔上，也就是说，在同一传统信道上与一个或多个基站通信。类似地，通过时分复用(TDMA)和SDMA，若干远程终端可以在同一频率信道的一个单一的网孔上和同一时隙，也就是说，在同一传统信道上与一个或多个基站通信。SDMA同样也可以和码分多址(CDMA)一起使用。通信系统的参数频率偏移和时间对准经常需要估算通信系统的特定参数例如频率偏移和时间对准。频率偏移可以描述如下。在一个典型射频(RF)接收机中，原始RF信号使用通常由晶体振荡器和/或频率合成器产生的本振频率参考来向下混频，以产生其相位和幅度在由调制形式决定的可断定模式周围变化的基带信号。理想地，信号不具有残留频率偏移分量，这种偏移例如是因为本机振荡器的频率稍微不同于发送信号所使用的振荡器的频率。在移动通信从手机到基站发射的情况下，无线信号的频率由手机中的本机振荡器产生，而用于下变换信号的频率参考由基站中的不同的本机振荡器产生。尽管基站本机振荡器一般非常好，但是在残留信号中仍有频率偏移。为提高系统性能，最好估算这种频率偏移并在例如解调中纠正它。频率估算的现有技术包括输入信号的简单DC滤波。其它现有技术包括对输入信号取一些高次幂，例如四次幂。作为例子，具有π/4差分四相(或正交)相移键控(π/4DQPSK)，对输入信号取四次幂使坐标中所有的复数点在相平面上彼此依赖，并且因此信号四次幂的DC值给出了频率偏移的一个估算值。这些或其它类似技术的问题在于遇到噪音或信号输入出现大量干扰时它们不够强。在很多情况下，尤其是在蜂窝通信系统中，干扰可能是在同一通信系统中来自其它的信号源的信号，所以具有相同的调制形式。这种干扰是同一信道中来自其它信号的大量可能的干扰中的一种，所以叫做同信道干扰。用于估算频率偏移参数的现有技术当它具有低载波干扰比(C/I)即它有强同信道干扰的情况时通常工作得不太好。
为了最好地解调数字调制信号，众所周知需要估算输入信号的时间对准参数。这涉及到准确地确定在复平面上看，输入信号何时经过坐标点。也就是说，它涉及到接收信号中码元的最初定时和发送信号的定时同步。现有技术中有很多技术用于进行时间对准估算。在这种技术中经常使用插入感兴趣的突发脉冲串的已知训练序列。选择这些训练序列以具有特殊相关(或卷积)特性。正如现有技术所熟知的，然后可以使用相关(或卷积)操作以确定定时偏移。这些现有技术的问题在于出现强同信道干扰时不能很好地执行。有关现有技术中时间对准和频率偏移的干扰纠错/估算的两本参考书是1)1994年，Kluwer学院出版社，E.A.Lee和D.G.Messerschmitt的数字通信，第2版，第16章，“载波恢复”和第17章，“定时恢复”；和2)1983年，Prentice-Hall公司，L.E.Franks的数字通信卫星/地球站工程中，K.Feher(版)的“同步子系统分析和设计”。
因此，现有技术中需要当出现强同信道干扰时找到仍正常工作的通信系统的时间对准和频率偏移参数的技术。
我们的解调发明，公开了一种通过用多个天线扩大无线通信系统来改进接收和解调的方法和设备，因此引入每个信号的多个型式，这些型式中的每一个都包括所有同信道信号还有干扰和噪音的合成物。我们的解调发明开拓了这个事实，即通过强迫感兴趣信号的估算值更匹配特殊调制形式而使感兴趣信号具有特殊调制形式。这个特性的技术有时叫做有向判定或性质恢复。我们的解调发明还在正在进行的基础上纠正频率偏移和时间对准。总的说来，它设计成出现强同信道干扰时仍正常工作。在建立通信过程中，我们的解调发明使用初始的频率偏移和时间对准估算值。使用阵列的其它通信系统也需要频率偏移和时间对准的初始估算值。
因此，现有技术中需要估算出现强同信道干扰时仍正常工作的通信系统中参数初始值的技术，例如初始时间对准和初始频率偏移，并可应用于使用天线阵列的通信系统中。初始加权矢量计算对于使用天线阵列的通信系统，需要估算的另一个参数是下面定义的初始加权矢量。我们的待审申请、我们的解调发明和其它“智能天线”技术用多个天线扩大无线通信系统。通常在m个天线接收m个信号。在m个天线的m个信号(复数值)的空间处理包括对每个感兴趣信号确定天线信号的加权和。复数值的加权可以由这里叫做加权矢量的矢量来表示。更通常的情况是接收的天线信号还需要暂时均衡，在那种情形下，对每个感兴趣信号，确定天线信号卷积和，而不是加权和。也就是说，对于线形时间不变性均衡情形，加权矢量推广到复数值的脉冲响应的矢量。为了本发明的目的，术语加权矢量即可以应用于复数加权的矢量也可以应用于脉冲响应的矢量，依赖于是否包括均衡。
我们的待审申请、我们的解调发明和其它的“智能天线”技术使用大量的方法在正在进行的基础上确定加权矢量。它们每个之中，最初的加权矢量，系统的参数，也需要确定，并且在现有技术中已经建议的一些方法以确定这些最初的加权。这些方式包括使用ESPRIT或MUSIC以确定空间码元差，然后使用这些以确定最初的加权。它也包括最大比率组合和(3)主要分量复制技术，并使用这些技术给出导致会聚在最强信号的起动加权。因此，如果目标是从一组干扰中总能挑出最强的信号，那么这些技术工作得很好。但是这些现有技术当具有低载波干扰比(C/I)即当它具有强同信道干扰的情况时通常工作得不好。
因此，现有技术需要在出现强同信道干扰时估算仍正常工作的带有天线阵列的通信系统的初始加权矢量参数的初始值的技术。
本发明的一个目的是提供一种在出现强同信道干扰时估算仍正常工作的基于天线阵列的通信系统的时间对准和频率偏移参数的方法和设备。
本发明的另一个目的是提供一种估算在出现强同信道干扰时仍正常工作的通信系统的参数初始值，例如初始时间对准和初始频率偏移的方法和设备，并可应用于使用天线阵列的通信系统。
本发明的另一个目的是提供一种在出现强同信道干扰时估算仍正常工作的带有天线阵列的通信系统的初始加权矢量参数的初始值的方法(和设备)。
本发明的上述或其它的目的由在通信系统中操作的方法提供，该系统包括至少一个远程终端和至少一个基站，每个基站具有m个天线振子。总体思路是在参数估算过程中的任何阶段，已经确定了通信系统的某些参数，而将要确定其它参数。已经估算出的参数和作为具有已知特性的发送信号的结果在天线接收的信号，在确定将要估算的参数的过程中一起使用。因此有两组参数，第一组包括已经确定的那些参数的估算值，而第二组是将要确定的参数。最初，第一组是空的。在任何阶段，下一个将要确定的参数从第二组中选出，并使用接收信号和发送信号的已知特性，可能和在第一组中的参数估算值相结合，估算下一个参数。
本方法的第一优选实施例使用当包含完全已知的比特序列的SYNCH突发脉冲串被发射时在天线上接收到的信号。也就是说，已知特性是SYNCH突发脉冲串的已知比特序列。将要估算的第一个参数(当第一组为空时)是时间对准。在下一阶段，这个估算值(现在它是第一组的参数)用于估算其它未知的参数、频率偏移和初始空间处理加权矢量，再使用SYNCH突发脉冲串的已知特性。
尤其是，本方法包括发射已知特性的第一个信号；接收该信号作为在m个对应天线振子上的m多个接收信号，确定与第二组的至少一个或更多的参数有关的价值函数，该价值函数的确定使用(ⅰ)使用复制加权矢量从第一组多个接收信号的信号抽样中确定的复制信号，(ⅱ)如果第一组不为空，估算第一组的一个或更多的参数，和(ⅲ)第一信号的已知特性。选择第二组参数的估算值作为使价值函数最小的值。
还要描述确定参数的设备，通信系统的设备部分。设备包括发射已知特性的信号的装置，它在优选实施例中包括在远程终端中。包括确定与所述第二组的至少一个或多个参数有关的价值函数的装置。在优选实施例中，价值函数确定装置在基站中。确定装置包括与基站接收机耦合的信号复制装置，以使用复制加权矢量从第一组多个接收信号的信号抽样中确定复制信号、存储任何已确定参数的装置，和存储第一信号已知特性的装置。该设备还包括与价值函数确定装置耦合的计算装置用于选择使价值函数最小的那些参数值作为将要确认的参数的估算值。
在具体的实施中，该设备包括确定加权矩阵、频率偏移和时间对准参数的设备。
图1示出本发明设备优选实施例的结构。
图2示出本发明优选实施例中用于执行同步的突发脉冲串的框图。
图3示出在本发明优选实施例中所用的SYNCH突发脉冲串的幅度(量值)。
图4示出根据本发明优选实施例的对准方法的流程图。
图5示出在初始对准和频率偏移估算器的优选实施例中设想的SYNCH突发脉冲串的对准窗口和子集。A．系统构造本发明的各种优选和可选实施例用于结合到使用“个人手持电话系统”(PHS)的蜂窝系统中，ARIB标准，第2版(RCR STD-28)。尤其是，本发明的各种优选和可选实施例结合到我们的解调发明的优选实施例中。
PHS系统是具有真时分双工(TDD)的8时隙时分多址(TDMA)系统。因此，8时隙分成4个发射(TX)时隙和4个接收(RX)时隙。在优选实施例中使用的PHS系统的频带是1895-1918.1MHz。8时隙中的每一个都是625微秒长。PHS系统具有控制信道的专用频率和时隙，在控制信道上发生初始化呼叫。一旦建立链路，该呼叫转到正式通信的业务信道。通信以每秒32kbits(kbps)的速率，称为全速率，在任意信道中发生。PHS还支持半速率(16kbps)和四分之一速率(8kbps)通信。
在优选实施例中使用的PHS中，定义突发脉冲串为在单一时隙通过无线电发射和接收的有限持续时间RF信号。定义基群为一个4个TX和4个RX时隙的组。基群总是从第一TX时隙开始，而且它的持续时间为8×0.625=5毫秒。为支持半速率和四分之一速率通信，PHS标准定义四个基群为PHS帧，也就是，8个时隙的4个完整周期。在这里描述的实施例中，仅支持全速率通信，因此，在这里的描述中，术语帧与PHS术语基群同义。也就是说，帧是4个TX和4个RX时隙而且有5毫秒长。如何改进这里所描述的实施例以结合到小于全速率通信中的细节对本领域普通技术人员来说很清楚。
逻辑信道是概念性的管道，通过它可以在远程终端和基站间交换消息，存在两种类型的逻辑信道，用于初始化通信链路的逻辑控制信道(LLCH)，和用于正在进行通信的业务信道(SCH)。本发明的优选实施例被应用于业务信道中的通信。在这里，任何特定的远程终端和基站在帧分开的时隙中的突发脉冲串中通信。
帧定时是帧开始和结束定时。在呼叫初始化过程中，远程终端听从于基站的称为广播控制信道(BCCH)的控制信道使它自已与基站的帧定时同步。为初始化呼叫，基站和远程终端在控制信道上通信以建立业务信道的时隙和频率。一旦达成特定业务信道的协议，基站和远程终端经业务信道进入同步(“SYNCH”)模式，在此期间每一个向另一个发送已知同步突发脉冲串(“SYNCH”突发脉冲串)。
一旦建立了初始的对准和频率偏移，进入通信的“正常”模式。
PHS系统对基带信号使用π/4差分四相(或正交)相移键控(π/4DQPSK)调制。波特率为192kbaud。也就是，每秒有192,000个码元。
坐标(constellation)空间是由复数值(同相分量I和正交分量Q)基带信号扫出的复数坐标。对于π/4DQPSK，信号坐标空间包含绕单位圆，为方便起见从I=1(标准化)和Q=0，记为(1,0)开始每隔45度的坐标点。实际上，坐标点由于干扰、多径和附加噪音，由于频率偏移缓慢旋转，和系统中无线接收机和发射机的频响和非线形而偏离理想状态。差分空间是描述码元到码元相位变化的复数空间。也就是说，它是用前一个坐标空间点除以每个坐标空间点形成的差分信号扫出的复数空间。对π/4DQPSK，理论上差分空间信号只包括相位为+π/4、-π/4、+3π/4和-3π/4的四个点。实际上，真正的差分空间信号由于干扰、噪音、信道失真、频率偏移和时间对准问题可能会失真。
在本优选实施例使用的PHS系统中，RF信号经过频谱整形，典型地升余弦滤波。由此产生的基带信号在每个码元周期的短暂瞬间仅能传过理想坐标点。在优选实施例中，基带信号以8倍于波特率的速率抽样。也就是说抽样速率是1.536MHz每个码元8个样值。
图1图示本发明设备优选实施例的结构。使用m多个天线101.1,...,101.m，其中m=4。天线的输出在三个阶段由RX块105.1,...，105.m从载频(大约1.9GHz)到最后384KHz的中频(IF)以模拟方式下混频。接着该信号在1.536MHz由模数转换器109.1,...,109.m数字化(抽样)。只抽样信号的实部。因此，以复相量标志，该数字信号由于包含在384KHz的复数值IF信号还有-384KHz的镜像可以形像化。最后将每秒1.536兆个抽样的只有实部的信号与384KHz复相量相乘以数字化地实现到基带的下变频转换。这等同于乘以复数序列1、j、-1和-j，这使用码元改变和重新双元化很容易实现。结果是包含复数值基带信号的复数值信号加上在-2×384=-768KHz的镜像。对这个不想要的负频率镜像数字滤波以产生在1.536MHz抽样的复数值基带信号。在优选实施例中，使用GrayChip公司的GC2011A数字滤波设备113.1,...,113.m，每个天线输出用一个，以实现下变频转换和数字滤波，后者使用有限脉冲响应(FIR)滤波技术。使用本领域普通技术人员很清楚的标准技术进行确定合适的FIR滤波器系数。
从每个天线的GC2011A数字滤波设备113有四个下变频转换的输出值，每个时隙一个。对四个时隙的每一个，四个天线的四个下变频转换的输出值被输入数字信号处理器(DSP)设备117以根据本发明做进一步处理。在优选实施例中，使用四个摩托罗拉DSP56301 DSP，每个接收时隙一个。
这里使用下面的码元。
设z1(t),z2(t),...,zm(t)分别是第一，第二，...，第m天线振子的复数值响应，在下变频转换后，即在基带。这些可以由第ⅰ行的z(t)为zi(t)的m-向量z(t)表示。假设z(t)的N个抽样值由z(T),z(2T),...,z(NT)表示，其中T是抽样周期。为了简单和方便，将抽样周期标准化为1而且z(t)(和其他信号)将表示连续时间t的函数或抽样信号，这种情形对于本领域的一个普通技术人员从上下文来看很清楚。z(t)的N个抽样值可以被表示成矩阵Z=[z(1)|z(2)|...|z(N)|]。假设来自p个不同信号源(远程终端)的p个复数值同信道信号s1(t),s2(t),...,sp(t)发送到天线阵列。在这种情况下，在m个天线阵列振子的zi(t),i=1,...,m每个都是这些p个信号，包括噪音和其他干扰的某种结合。具体的结合依赖于几何参数和传播。设同信道信号由其第k个元素是复数值信号sk(t)的p-向量s(t)表示。
信号sk(t)可以被模块化为sk(t)=Σnbk(n)g(t-nTs)
其中求和Σn是在指数n上数据批量或突发脉冲串中所有n的值，{bk(n)}是第k个远程终端发送的码元序列，Ts是码元周期而g(t)代表结合所有的发射滤波器(s)、传播信道和使用的各接收滤波器(s)影响的脉冲响应。一般地，g(t)的持续时间比Ts长。为了方便，g(t)制成单元能量(unit-energy)。在优选实施例中，码元周期Ts取抽样周期T的L整数倍，其中L=8。既然T标准化为1,Ts=L=8。复数值码元bk(n)属于某种有限字母表Ω。对于PHS实施例的π/4DQPSK调制，Ω={1,exp±jπ/4,exp±jπ/2,expjπ,exp±j3π/4}，并且对任何k或n，差分信号dk(n)=bk(n)/bk(n-1)属于有限字母表{±π/4,±3π/4}。
表示矩阵S为和Z一样具有相应于s(t)的相同N个抽样值的列，多路分解的目的是产生S的某种估算值。采用线形估算。即S^=WrHZ]]>其中Wr是称为加权矩阵的m×p矩阵而WrH是复数共轭转置矩阵，即Wr的厄米转置矩阵。Wr的r下标指“接收机”以表示我们正处理接收而不是发射。Wr的第k列，m-矢量Wrk称作第k个信号sk(t)的加权矢量。因此sk(t)的估算值是
我们的解调发明描述了当出现来自远程终端j,j≠k的其他信号，即出现同信道干扰时如何解调从一个特定的远程终端k发送的信号。为了方便，应简化码元以便下标k被隐含。本领域的技术人员应当清楚使用上面矩阵等式所示的全部操作这一个信号的操作是来自其他(p-1)信号信号的重复。
通过信号复制操作我们用操作
使用加权矢量Wr从m个接收信号z(t)的抽样值(以t)来估算特定信号的特定抽样值。
参考信号是具有所需调制结构的信号。即结构信号sR(t)=Σnb(n)g(t+ε-nTs)其中ε是定时误差。在优选实施例的情况下，sR(t)是一个π/4DQPSK波形。B．一般方法总体思路是在参数估算过程的任何阶段，一些参数已经确定，而其他的将要确定。在确定将要估算的参数的过程中，已经估算的参数和作为具有已知特性的发送信号的结果，在天线接收的信号一起使用。因此有两组参数，第一组包括已经确定的那些参数的估算值，而第二组是将要确定的参数。最初，第一组是空的。在任何阶段，下一个将要确定的参数从第二组中选出，可能在第一组与参数估算值结合，在估算下一个参数中，使用接收信号和发送信号的已知特性。
本发明方法和设备的第一个优选实施例使用当发射包含全部已知比特序列的SYNCH突发脉冲串时接收的信号。也就是说，已知特性是SYNCH突发脉冲串的已知比特序列。将要估算的第一个参数(当第一组为空时)是时间对准。在下一阶段，这个估算值(现在它是第一组的参数)用于估算其它未知的参数、频率偏移和最初空间处理加权矢量，再使用SYNCH突发脉冲串的已知特性。在我们的解调发明的优选实施例中，这些估算值分别作为时间对准、频率偏移和空间处理加权矢量参数的最初估算值来使用，而且一旦确定了这些参数的最初估算，就进入通信的“正常”模式。
在正常模式中，我们的解调发明的方法和设备使用天线阵列，并在正在进行的基础上使用已知的交替投影方法的改进解调并确定Wr。如果考虑到一组空间处理加权作为复数值向量Wr，那么交替投影方法可以这样描述从Wr的估算值开始，将它投影到参考信号空间以得到参考信号更好的估算值，而且将参考信号更好的估算值投影到Wr-空间以得到Wr更好的估算值，并在Wr-空间和参考信号-空间之间来回反复直到得到产生参考信号的“非常好”的估算值的“非常好”的Wr。在我们的解调发明中，频率偏移和时间对准参数的正在进行的估算值用来确定校正了Wr和作为参考信号一部分的码元的这种偏移和对准纠正。用本发明的第二优选实施例提供这些频率偏移和时间对准参数的正在进行的估算值。C．第一优选实施例本发明的第一优选实施例使用已知特性是已知形式的突发脉冲串，SYNCH突发脉冲串，以估算时间对准、频率偏移和最初的加权矢量Wr参数。图2是用于执行同步的突发脉冲串的框图。注意SYNCH突发脉冲串具有若干个字段，而且一个自由使用所有或任何字段的突发脉冲串或字段的一部分。第一字段叫做前言码并且是特定周期的比特序列。这个特定字段的傅立叶变换(估算使用FFT运算)反映出由三个强正弦分量，而且本方法的一个可选实施例利用了这个事实。优选实施例确定价值函数，尤其是二次价值函数(均方差)，并使用最佳方法，尤其是最小平方最佳化，以确定使价值函数最小的参数值。在未脱离本发明范围的情况下也可以使用其他的价值函数和最佳方法。由此确定的第一个参数是时间对准，给出最小价值函数的时移(表示为抽样数)。一旦估算了时间对准，它用于确定和初始值Wr和频率偏移有关的价值函数，而且最佳方法用于确定初始值Wr和频率偏移估算值。
时间的位置大致知道了。在第一优选实施例中，假设知道突发脉冲串的最初时间位置在±2个码元(±16个抽样值)之间，而且对准估算突发脉冲串的位置在32个抽样值的这个窗口范围内。单个SYNCH用于对准，首先估算粗略位置然后估算更精确的时间位置。一旦确定对准，相同的SYNCH突发脉冲串就用于估算频率偏移和最初的加权矢量Wr。在可选实施例中，当较慢的处理器用于估算，以使时间运算更加严格时，总共用三个突发脉冲串。两个突发脉冲串用于对准，第一个估算粗略位置而第二个估算更精确的时间位置。一旦确定对准，在使用较慢处理器的第三实施例中，第三个SYNCH突发脉冲串用于估算频率偏移和最初的加权矢量Wr。
现在更详细地描述时间对准估算。对此仅使用幅度而不是复数数据。图3示出一个SYNCH突发脉冲串的幅度(幅值)。正如所期望的，看到在具有不同频率偏移的若干这种SYNCH突发脉冲串观察到幅度信号(幅度比时间)在具有不同频率偏移的SYNCH信号突发脉冲串之间变化不大。尽管在较宽的意义上说，本实施例所用的已知特性是SYNCH突发脉冲串的已知比特序列，在较窄的意义上说，已知特性是幅度信号随着用于在具体实施中确定时间对准的频率偏移变化不大。当幅度特性的确随着频率偏移变化时本方法的改进对本领域的技术人员来说是清楚的。
图4是根据第一优选实施例方法的流程图，方法从步骤401开始有m个信号z1(t),...,zm(t)的下变频转换突发脉冲串，其中在每个天线采用m=4.960复数样值。既然信号以8倍波特率附加抽样，那么它在步骤403中取四分之一降到每码元两个样值的频率。
本方法仅使用突发脉冲串的一部分，在优选实施例中，参考图3所示的典型突发脉冲串的幅度，在SYNCH突发脉冲串的前序字段的中间开始的单一区域用于形成突发脉冲串的子集。在图4的流程图中，步骤405采用子集。子集结构的其他改变包括使用任何数目的区域，或，甚至，全部突发脉冲串作为子集。
确定加权矢量和对准的环路现在在假设时间偏移在其中的步骤407中开始。在步骤409中为了确定窗口内的时间偏移计算该环路的加权矢量。有输入信号(和子集)的四个拷贝，每个天线一个。用复数值行向量表示这些子集信号，每个行向量是特定天线子集的时间样值。设m×N矩阵|Z|2表示相应于m个天线各子集信号的时间样值平方的幅度。也就是说，定义其第i个元素为|zi(t)|2的m-矢量|z|2(t)，为在时间抽样t在第ⅰ个天线信号子集的平方，其中大于所想到的子集。接着定义
|Z|2=[|z|2(1)|z|2(2)...|z|2(N)]考虑到这些|zi(t)|2和实数w1,w2,...,wm的线形结合，并形成将这种线形结合与已知SYNCH突发脉冲串中的同一子集已知幅度的平方比较的价值函数。图5说明在窗口501中由SYNCH突发脉冲串503的区域511构成的子集和参考SYNCH突发脉冲串505相应区域507的子集。参考SYNCH突发脉冲串，一个信号，存入只读存储器(ROM)。用|sr|2(t)表示在子集507中的参考SYNCH突发脉冲串幅度的平方并设行向量|sr|2成为区域507中参考突发脉冲串505幅度平方的样值。即{sr|2=[|sr(1)|2|sr(2)|2...|sr(N)|2]定义具有实数值加权w1,w2,...,Wm的列m-向量wr为它的元素。定义在|z|2(t)的信号复制操作以确定复制信号WrT|Z|2(t)。接着在步骤409的最佳化是寻找带来与已知|sr|2(t)尽可能接近的复制信号WrT|Z|2(t)的wr。在优选实施例中，价值函数J=‖|sr|2-WrT|Z|2‖2被最小化。寻找使J最小的wr的最佳技术为现有技术所熟知。例如见1989年，巴尔的摩John Hopkins大学出版，G.H.Golub和C.F.VanLoan的矩阵计算，第2版，1995年，Pacific Grove，加洲Brooks/Cole，B.N.Datta的数字线性代数和申请(6.10部分)或1992年，英国剑桥剑桥大学出版，W.H.Press的在C的数字接收(第10章)，第2版。
有关这些方法的文献用J=(b-Ax)H(b-Ax)形式的价值函数解决了矩阵最佳化问题。为解释现在的情形，人们用bT=|sr|2、AT=|Z|2、和xT=Wr进行替代。注意这里使用的“一般”矢量的码元b(和A和x)与其他地方使用的码元bk(n)、b(n)、b0(n)等没有关系。
在两个不同实施中使用两个可选方法以解决最佳化问题。第一个是共轭梯度方法。它最小化f(x)=1/2xHAx-xHb。函数有x=inv(A)b的最小值-1/2inv(A)b，其中inv(A)是A的伪逆矩阵。最小化通过产生一组搜索方向pk来实现。在每一阶段，用指数k表示，发现数量ak使f(x+akpk)最小而且设定xk+1等于xk+akpk。选择矢量pk通过由{p1,p2,...,pk}占据的整个矢量空间以使函数最小化。
下面是使用共轭梯度用于寻找伪逆矩阵的程序。
<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[x=0；sk=b；for k=1:4 rk=sk AH； if(k=1) pk=rk； 1_r=rk(:)Hrk(:)；else rk OLDLen2=1_r； 1_r=rk(:)Hrk(:)； bk=1_r/rk OLDLen2； pk=rk+pkbk；end qk=pkA； a=1_r/qk(:)Hqk(:)； x=x+akpk； sk=sk-akpk；end]]></pre>用于寻找伪逆矩阵的第二个方法是通过正式计算伪逆矩阵，它最小化等式Ax-b系统的L2标准，即它最小化J=(b-Ax)H(b-Ax)使J最小的x值是(AHA)-1AHb而且J的最小值是bHb-bH(P-I)b，其中P=A(AHA)-1AH叫做A的投影矩阵而(AHA)-1AH是A的伪逆矩阵。
使用共轭梯度法的技术优点是当对b的不同值(本发明情况的sref)需要数次计算最优化时，A的伪逆矩阵(AHA)-1AH的计算并不依靠b，因此对于任何A只需要执行一次，在本发明的情况下，这意味着任何接收信号Z只要一次。在使用共轭梯度法的情况中，每次最小化需要包括A和b的相同计算。
在优选实施例中，计算的每步都使用自适应校正。为此，使用标准化误差项(由bHb标准化)。这个标准化价值函数，用J’表示是J’=J/bHb=1-bH(P-I)b/bHb，所以J’的最小值等于bH(P-1)b/bHb的最大值。因为数字和稳定性的原因，确定伪逆矩阵应用在本发明优选实施例中以在换算系数之内。P和由此得出的(P-I)对于该换算系数是不变量。为了避免必须计算该换算系数，在优选实施例中，无论何时因为比较的原因需要计算J，则改为确定J’的值并比较。例如，参见下述步骤411和421。
作为计算伪逆矩阵中使用该换算系数的结果，矢量x和由此得出的加权矢量决定该换算系数。为了避免必须明确的计算该换算系数，在这种情况|sr|下，为该换算系数定义所有的参考信号。本发明的具体应用在于确定加权矢量用于在信号复制操作中并确定和比较参考信号，为了一致的结果所有的参考信号和信号复制操作对于该换算系数都被标准化。
回到流程图，一旦计算出加权，J’的形式的估算均方误差在步骤411中计算。该误差在步骤413和该Wr的时间偏移一起被存储。还在步骤415进行检查以确定是否已为本循环的所有偏移计算误差，其中因为该抽取是每四个中抽样一个。如果没有，在步骤417抽取因数4加上正在确定的偏移。也就是，窗口507以四移位，并在步骤419和409，重新确定一组新加权。在步骤411，为确定该新偏移的新误差。这样，总共重复九个近似解。因此，以带有作为九个偏移函数的误差结束。这些偏移被四个样值隔开。在步骤421，给出最小均方误差J’的偏移Wr被选择以给出粗略偏移估算。
该方法现在转到第二个循环，在粗略估算的四个样值中确定对准估算值。在该优选实施例中，使用相同的SYNCH突发同步脉冲串(步骤423)。在可选的实施例中，可以使用第二SYNCH突发同步脉冲串以限制所需的计算能力。
确定的粗略对准在步骤425中用于校正在SYNCH突发同步脉冲串期间在天线上接收的数据。接收数据在步骤427被重新抽取并相应于区域511确定子集。现在重新开始一个循环类似于上述的粗略对准确定循环。除了考虑不同于粗略对准选择的每四个抽样之外，现在在该四个抽样中确定一个最优对准。最终的对准在步骤447通过加粗略对准和最优对准估算值确定。
在这个阶段，一个参数，对准已经被估算出并成为第一组。现在将其用于估算第二组的参数频率偏移和加权矢量参数。相同的SYNCH突发脉冲串再次被使用。在可用计算能力可能受限制的可选实施例中，可用使用附加SYNCH突发脉冲串估算频率偏移和加权矢量Wr。
在对准的确定中，使用在天线上的信号子集的平方幅值|zi(t)|2,i=1,...,m，并且Wr有实数值部分。对于频率偏移估算和Wr的确定，使用天线信号子集的完全复数值部分zi(t),i=1,...,m，并且Wr是复数值。突发脉冲串在步骤449中被接收，并在步骤451中使用在步骤447中确定的对准估算值校正对准定时偏移。在步骤453中根据因数4抽样信号并抽取子集。现在主估算循环开始。五个频率偏移值用于在循环中初始化。该五个点中每个之间的差值称为delta，并初始设为2048Hz。五个点是-4096Hz,-2048Hz,0,+2048Hz和+4096Hz。小同的应用可以使用不同的数值。该主循环几乎和上述用于时间对准估算的循环相同，除了给出我们的频率移位，计算最小均方误差。定义z(t)=[z1(t)z2(t)...zm(t)]T和Z=[z(1)z(2)...z(N)]。
考虑到这些zi(t)和复数值加权w1,W2,...,Wm的线性结合。由sr(t)表示频率偏移校正后在子集507中的参考SYNCH突发脉冲串，并设行向量sr(t)是由频率偏移校正的区域507中的参考突发脉冲串的幅值抽样。也就是sr=[sr(1)sr(2)...sr(N)]。
通过用每个复数值抽样乘以与频率偏移对应的相位偏移应用频率偏移。定义复数列矢量m-矢量wr=[w1w2...wm]。然后在步骤457中优化以发现wr使复制信号WrHZ(t)尽可能(以某个标准)靠近已知的和校正的频率偏移sr(t)。在优选实施例中，价值函数J=‖sr-wrHz‖2被最小化。这样，确定使五个频率偏移中的每一个的该价值函数最小的加权wr。如前所述，当使用伪逆矩阵法时，加权wr在常数中确定。在那样的情况下，对于本领域的技术人员很清楚，sr(t)还为了一致性的看法用换算系数来定义。这些加权矢量wr中每个的均方估算误差(标准化为J’)在步骤461中确定，然后选择给出最小误差的频率偏移。称之为粗略偏移频率。现在为三个围绕并包括在最后的递归中给出最小误差的粗略偏移频率的值用1024Hertz的delta执行二分法查找。也就是，加权和误差为(粗略偏移频率-delta)和(粗略偏移频率+delta)确定，这两个附加频率偏移值围绕粗略偏移频率，并使用二分法查找，给出最小均方误差的频率偏移从组{(粗略偏移频率-delta)，粗略偏移频率，(粗略偏移频率+delta)}中选择。现在二分delta，进行新的二分法查找。这个二分delta的二分法查找循环继续直到delta小于对频率偏移要求的精度。在优选实施例中，这是16Hz。
两种可选方法也可以在确定频率偏移中使用。这些技术，梯度技术和内插法可能更有效地计算。在梯度技术中，利用误差函数曲线比频率偏移光滑并一般出现两次有时三次极小值的观察。由此使用已熟知的梯度最小化技术很容易发现主极小值，并只需要几次递归。和在二分法查找法中使用的相同主估算循环，用于在开始共轭梯度查找循环开始之前近似最小值。内插法使用四次多项式。通过确定多项式在最小均方意义上最好地配合它的主极小值附近的误差函数曲线来确定频率偏移，这种方法包括两个循环。第一个确定近似最小值。为此，计算五个误差点，相应于-4000Hz,-2000Hz,0Hz,+2000Hz,和+4000Hz，近似估算值被用于给出最小误差的偏移。在第二循环中，四个围绕近似估算值的改进误差值被确定作为近似估算值±1500Hz和近似估算值±750Hz。这四个值和近似估算值一起配合四次多项式。然后确定多项式的导数和三个根。频率偏移参数的估算值是最接近近似估算值的非复数根。
从而频率偏移和加权矢量参数即第二组参数被确定。由此，在单一的SYNCH突发脉冲串中，所有三个参数被估算对准，频率偏移和加权矢量wr。如前所述，如果没有足够的计算能力，在可选实施例中，这些参数可以在两个或三个SYNCH突发脉冲串中确定。D．第二优选实施例第二优选实施例使用作为传输信号的已知特性，传输信号的已知有限字母表特性在正常模式中确定频率偏移量和时间对准参数的估算值。如此估算的参数作为我们的解调发明的一部分用于正在进行的频率偏移和对准校正。
在第二优选实施例中，再次从还没估算是空组的第一组参数开始。将要估算的第二组参数包括频率偏移和时间对准参数。首先估算时间对准参数。
假定Wr的初值，在这里用Wr0表示。可以使用任一方法确定Wr0。
在我们的解调发明的优选实施例中，该发明的第一优选实施例被用于确定这个Wr0。如前所述，假设z(t)是被下变频转换的接收信号矢量。首先生成重要信号的估算值，通过简单复制信号操作使用Wr0和z(t)生成该信号的估算值表示成S0^(t)=wr0Hz(t)]]>。注意到
用因数L抽样(在优选实施例中L=8)。假设复数值序列{b0(n)}是在相等间隔抽样点的
的复数值。注意到在抽样周期中这个序列和由第K个远程终端发送的码元序列{bk(n)}之间的区别。bk(n)是码元点并在每L个抽样中出现，而{b0(n)}是在相等间隔抽样点上
的复数值。考虑在连续抽样之间的相位差信号。表示由先前假定坐标点的抽样b0(n-L)除以b0(n)形成的差分通量为d0(n)。{d0(n)}是一个信号序列，其相位是从一信号抽样到离其一个波特码元(L个抽样)信号的相位变化。也就是，d0(n)=b0(n)/b0(n-L)∠d0(n)=∠b0(n)-∠b0(n-L)其中∠是相位。在现有技术的π/4DQPSK解调中，在理想差分坐标点的复数值d0(n)的象限由解调判定。分别用φ1、φ2、φ3和φ4表示复平面四个象限的第一、第二、第三和第四象限。象限对于解调是足够的是π/4DQPSK信号有限字母表特性的主要结论，并在理想情况中，在理想差分坐标点，∠d0(n)=±π/4或±3π/4。现在利用信号的有限字母表特性。理想差分信号d0ideal(n)被定义成尽可能最接近理想差分坐标点的d0(n)，也就是，d0(n)∈φI∠d0ideal(n)=(2i-1)π/4，i=1,2,3或4。用“fa’’(有限字符finite alphbet)表示d0(n)和d0ideal(n)之间的关系。即d0ideal(n)=fa{d0(n)}。定义对准均方误差为eA2(n)=|d0(n)-d0ideal(n)|2，即差分点和最接近它的理想差分坐标点之间距离(在复平面上)的平方。在不在码元点附近的抽样点上，误差距离可能相对较大。
在本发明的实施例中，不要明确确定{d0(n)}，而宁可使用每个d0(n)的实际角度，∠d0(n)=∠[b0(n)b0*(n-L)]。
设|b0(n)b0*(n-L)|=xRe(n)+jxlm(n)在复平面上(j2=-1)。则信号|xRe(n)|+j|jxlm(n)|∈φ1，即第一象限，在这种情况下，d0ideal(n)被标准化时将是1/√2+j1/√2。在本优选实施例中使用的对准均方误差eA2(n)的量值是eA2(n)=(|xRe(n)|-1/√2)2+(|jxlm(n)|-1/√2)2。
这避免了必须解调该信号。现在构成相应于并与之相关的时间对准参数的价值函数。在这个实施例中，这个价值函数是Jx=Σj=1N/LeA2(x+jL),x=0,···,(L-1),]]>作为对准x的函数这是在突发脉冲串中所有抽样的全部误差距离之和。本发明方法的第一优选实施例是选择具有最小值Jx的点作为对准点xmin。其它的价值函数，例如平均绝对误差，也可以被选择使用。
注意到在这个实施例中，xmin是在L个抽样点中围绕波特点的对准，然而在使用SYNCH突发脉冲串的第一优选实施例中，确定所有的对准。使用在本技术领域所熟知的标准技术，通过查看组帧比特从xmin很容易确定出所有的对准。
因而一旦确定出xmin，第一组成为对准参数，然后就估算频率偏移参数，使用对准参数估算值xmin对准数据。在用xmin对准后，分别用d’0(n)和d’0ideal(n)表示差分点d0(n)和d0ideal(n)。也就是，d’C(n)=dC(n+Xmin)和d’Cideal(n)=dCideal(n+xmin)。如前所述，以及如后所述，实际的应用并不包括明确确定d’(n)和d’0ideal(n)。表示相位误差为ep(n)=∠d’0(n)-∠d’0ideal(n)定义价值函数为在抽样值上的相位误差ep(n)的平均值。本发明方法确定该函数而不明确要求解调。
定义b’0(n)作为b0(n)的对准模型。第一步是确定|b’0(n)b’0*(n-L)|。现在确定|b0(n)b0*(n-L)|所在的象限φi。下一步，根据|b’0(n)b’0*(n-L)|所在的某个象限，对于φi=1,2,3或4，分别以-π/4、-3π/4、3π/4或π/4旋转|b’0(n)b’0*(n-L)|。这使∠|b’0(n)b’0*(n-L)|移到-π/4和π/4之间的范围内。在复平面中用P’(n)=PRe’(n)+jPlm’(n)表示该旋转的[b’0(n)b’0*(n-L)]。
用于计算ep(n)的方法使用实际的相乘矢量加上相位角度。为确定全部的相位需要区分出正相位分量和负相位分量。给这些相位中的每一个乘以相量，通过计数器注意到有2π的多少倍，因而结果将求2π的模。于是最终的总矢量是全部正矢量分量减去全部负矢量分量。用于它的伪代码如下<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[a_pos=1；a_neg=1；c_pos=0；c_neg=0；for n=1,...,N/Lif PIm’(n)＞0a”_pos=a_pos；a_pos*=P’(n)if((Re{a”_pos}Re{a”_pos})(Re{a_pos}Im{a_pos})＜0)c_pos+=1；elsea”_neg=a_neg；a_neg*=P’(n)if((Re{a”_neg}Re{a”_neg})(Re{a_neg}Im{a_neg})＜0)c_neg+=1；a_tot=(a_pos exp{-j(c_pos mod 4)π/2})·(a_neg exp{j(c_neg\mod 4)π/2})tot=2(Im a_tot＞0)-1；Ave{ep(n)}=(∠(a_tot exp{-j totπ/4})+(c_pos-c_neg+tot/2)π/2)/(N/L)；]]></pre>使用抽样率的知识，该平均相位角度误差可以被转换成所需要的频率偏移估算值。注意到这通过最小化相位(∠)计算次数完成，因为在本优选实施例中使用的DSP上，反正切操作的花费很大。
这样，从第一组的参数的估算值对准、接收到的m个信号和已知所发信号的有限字母表特性，通过使价值函数J最小化，确定出了第二组中的参数频率偏移值。
当在解调过程中该估算值被用于校正信号的频率偏移时，平均相位角最好使用其自身而不是频率偏移估算值。
经过以上描述，很明显，本发明提供了一种用于确定通信系统参数的方法，该参数包括频率偏移，时间对准和空间处理加权矢量中的一个或多个。E．参数确定装置本发明设备的优选实施例的结构如图1所示，现在做更详细的描述。m个天线101.1、101.2、...、101.m的m个输出103.1、103.2、...、103.m(在优选实施例中m=4)以模拟形式被接收并下混频，在三个阶段从载频(大约1.9GHz)变频到最终的384kHz的中频(IF)。这在m个RX模块105.1、105.2、...和105.m中执行从而产生信号107.1、107.2、...和107.m，然后由A/D转换器109.1、109.2、...和109.m在1.536MHz数字化(抽样)，从而生成实值信号111.1、111.2、...和111.m。最后下变频至基带由模块113.1、113.2、...和113.m数字化执行，该模块是GrayChip公司的GC2011A数字滤波设备。下变频器还执行时间多路分解以生成四路输出。举个例子，第一下变频器113.1，其输出是115.1、115.2、115.3和115.4，每路输出对应每个接收时隙0、1、2和3。还由每个下变频器换算每个时隙信号，该换算要求进一步的处理。如何执行这种信号处理的换算，对于本领域的普通技术人员是清楚的。从而，对于所有时隙，生成m个信号，这就是z1(t)、z2(t)、...和Zm(t)，分别是第一、第二、...、第m个天线元件的复数值响应。对于第零个时隙，图示为信号115.1.0、115.2.0、115.3.0和115.4.0。
因而，对于任何时隙，该设备包括用于m个天线中每一个的接收机，每个接收机都包括数字转换变换器，m个接收机的输出作为相应天线振子响应。RX模块103,A/D模块109和下变频器模块113一起是该具体实施例中的m个接收机，而任何其它的接收装置都可以被替代。
为了操作该设备，该通信系统需要包括一台发射机以向基站发射具有已知特性的信号，例如，一个SYNCH突发脉冲串。该系统的任一终端可以被编程以向基站发射该信号。
对于任一时隙，在一种模式中，处理以确定初始加权矩阵，频率偏移和时间对准参数，并在第二模式，同样对于每个时隙，处理以提供频率偏移和对准确定，频率偏移和对准校正，由对应于每个时隙的数字信号处理器执行解调。用于四个接收时隙0、1、2和3的四个数字信号处理器，分别如模块117.0、117.1、117.2和117.3所示。都是摩托罗拉公司的DSP56301。得出的解调信号如119.0、...、119.3所示。
因此，该设备包括一个初始化加权矩阵，频率偏移和时间对准参数确定的设备。
虽然，本发明已经用最小化价值函数来说明，对于本领域的人员将很明显，这和最大化其它相关的价值函数是相同的。因而，任何最小化步骤的叙述通常都可以作为对最小化或者最大化步骤的解释。
尽管就本发明的优选实施例已经作了说明，那些实施例只是说明性的。就本优选实施例来说不意味着或被推导出限制性。很明显，在不离开本发明的实质精神和创造性的范围的情况下可以实现许多改变和修改。它意味着本发明的范围由附属的权利要求书定义。
权利要求
1．在一种通信系统中包括至少一个远程终端和至少一个基站，所述至少一个基站中的每一个具有m个天线振子，该通信系统有一组一个或多个参数，所述组包括已经估算的第一组参数和将要估算的第二组参数，一种用于确定第二组的一个或多个参数估算值的方法，该方法包括a)发送已知特性的第一信号；b)接收所述第一信号作为m个相应天线振子上的第一组m多个接收信号；c)确定和第二组中至少一个或多个参数相关的价值函数，所述确定使用ⅰ)使用复制加权矢量从第一组多个接收信号的信号抽样确定的复制信号；ⅱ)如果第一组不是空的，第一组的一个或多个参数的估算值；ⅲ)第一信号的已知特性；d)把使价值函数最小化的第二组中一个或多个参数的值，选作第二组中一个或多个参数的估算值。
2．如权利要求1所述的方法，其中第一信号是SYNCH突发脉冲串的子集而已知特性包括SYNCH突发脉冲串子集的格式。
3．如权利要求2所述的方法，其中子集是SYNCH突发脉冲串。
4．如权利要求2所述的方法，其中子集是SYNCH突发脉冲串的一个或多个指定的固定部分。
5．如权利要求1所述的方法，其中所述的第一组是空的而所述的第二组包括所述系统的时间对准。
6．如权利要求5所述的方法，其中所述价值函数是复制信号和从第一信号的已知特性确定出的参考信号的二次价值函数。
7．如权利要求6所述的方法，其中所述的复制信号是所述接收信号抽样的幅度，而参考信号和所述子集抽样的幅度相关。
8．如权利要求6所述的方法，其中所述的复制信号是所述接收信号抽样的幅度，而参考信号和所述子集抽样的平方幅度相关。
9．在一种通信系统中包括至少一个远程终端和至少一个基站，所述至少一个基站中的每一个具有m个天线振子，该通信系统有一组一个或多个参数，一种用于确定该组一个或多个参数估算值的方法，该方法包括a)发送已知特性的第一信号；b)接收所述第一信号作为m个相应天线振子上的在第一组m多个接收信号；c)确定和该组中的至少一个或多个参数相关的价值函数，所述价值函数是这样一个函数ⅰ)和第一组多个接收信号的信号抽样相关的复制信号，和ⅱ)从第一信号的已知特性确定出的参考信号；d)把使价值函数最小化的该组一个或多个参数的值，选作该组一个或多个参数的估算值。
10．如权利要求9所述的方法，其中第一信号是SYNCH突发脉冲串的子集，而已知特性包括SYNCH突发脉冲串子集的格式。
11．如权利要求9所述的方法，其中所述价值函数是二次价值函数。
12．如权利要求10所述的方法，其中所述的一个或多个参数是时间对准，复制信号是所述接收信号的幅度，而参考信号和所述子集的幅度相关。
13．如权利要求10所述的方法，其中所述的一个或多个参数是时间对准，所述复制信号是所述接收信号的平方幅度，而参考信号和所述子集的平方幅度相关。
14．在一种通信系统中包括至少一个远程终端和至少一个基站，所述至少一个基站中的每一个都具有m个天线振子，一种用于估算该通信系统时间对准的方法，该方法包括a)发送已知特性的第一信号；b)接收所述第一信号作为m个相应天线振子上的第一组m多个接收信号；c)为一组时间对准的每个时间对准计算最小价值函数，所述的最小价值函数计算包括确定使在参考信号和复制信号之间的误差的价值函数最小的加权矢量，该参考信号从所述第一信号的已知特性确定，而该复制信号是所述第一组多个接收信号的抽样，复制信号的计算使用所述加权矢量，复制信号和参考信号在时间上彼此相对移位所述的每个时间对准，最小价值函数是使用所述计算的加权矢量的价值函数；d)选择该时间对准估算值，作为所述具有最小价值函数的时间对准组的时间对准。
15．如权利要求14所述的方法，其中的第一信号是SYNCH突发脉冲串的子集，而已知特性包括SYNCH突发脉冲串子集的格式。
16．如权利要求14所述的方法，其中所述价值函数是二次价值函数。
17．如权利要求16所述的方法，其中的复制信号是所述接收信号抽样的幅度，而参考信号和所述子集的幅度相关。
18．如权利要求16所述的方法，其中的复制信号是所述接收信号的幅度抽样，而参考信号和所述子集的平方幅度相关。
19．如权利要求18所述的方法，其中价值函数的最小化使用伪逆矩阵处理。
20．如权利要求18所述的方法，其中价值函数的最小化使用共轭梯度法。
21．如权利要求18所述的方法，其中在最小化的每一步骤都使用自适应校正。
22．如权利要求1所述的方法，其中所述第一组包括时间对准而所述的第二组包括所述系统的频率偏移。
23．如权利要求22所述的方法，其中所述的价值函数是所述复制信号和参考信号之间的误差函数，该参考信号根据所述第一信号的抽样形成。
24．如权利要求23所述的方法，其中所述价值函数包括复制信号定时相对于所述第一信号抽样定时的校正，所述的校正使用在所述第一组中已经确定的时间对准估算值。
25．如权利要求23所述的方法，其中所述价值函数是所述误差的二次价值函数。
26．如权利要求24所述的方法，其中所述价值函数是所述误差的二次价值函数。
27．如权利要求25所述的方法，其中价值函数最小化使用伪逆矩阵处理。
28．如权利要求25所述的方法，其中价值函数最小化使用共轭梯度法。
29．如权利要求26所述的方法，其中价值函数最小化使用伪逆矩阵处理。
30．如权利要求26所述的方法，其中价值函数最小化使用共轭梯度法。
31．如权利要求25所述的方法，其中在最小化的每一步骤都使用自适应校正。
32．如权利要求25所述的方法，其中的参考信号是所述第一信号抽样的频率偏移复制，其移位是一组频率偏移中的一个。
33．如权利要求32所述的方法，其中的最初的所述频率偏移组的偏移被频率间隔分开，而其中所述选择步骤包括a)确定使所述价值函数最小化的加权矢量和频率偏移，所述的加权矢量是加权矢量的最小值，所述频率偏移是频率偏移的最小值。b)如果没有获得期望的精确度，使用一组新的频率偏移，重复步骤a)至少一次，该组新的频率偏移以前一最新的频率偏移的最小值为中心，该组新的频率偏移用小于前一最新的频率间隔的一个新的间隔分开，所述的重复直到获得期望的精确度为止；并c)选择最后一次获得的频率偏移的最小值作为频率偏移估算的估算值。
34．如权利要求33所述的方法，其中所述第二组包括加权矢量，其中所述的选择步骤包括选择最后一次获得的加权矢量的最小值作为加权矢量的估算值。
35．如权利要求9所述的方法，其中所述的组包括所述系统的频率偏移。
36．如权利要求35所述的方法，其中所述价值函数是所述复制信号和参考信号之间的误差函数，该参考信号根据所述第一信号的抽样形成。
37．如权利要求36所述的方法，其中所述价值函数是所述误差的二次价值函数。
38．如权利要求37所述的方法，其中价值函数最小化使用伪逆矩阵处理。
39．如权利要求37所述的方法，其中价值函数最小化使用共轭梯度法。
40．如权利要求37所述的方法，其中在最小化的每一步骤都使用自适应校正。
41．如权利要求37所述的方法，其中的参考信号是所述第一信号抽样的频率偏移的复制，其移位是一组频率偏移中的一个。
42．如权利要求40所述的方法，其中的最初的所述频率偏移组的偏移被一个频率间隔分开，而其中所述的选择步骤包括a)确定使所述价值函数最小化的加权矢量和频率偏移，所述的加权矢量是加权矢量的最小值，所述频率偏移是频率偏移的最小值。b)如果没有获得期望的精确度，使用一组新的频率偏移，重复步骤a)至少一次，该组新的频率偏移以前一最新的频率偏移的最小值为中心，该组新的频率偏移用小于前一最新的频率间隔的一个新的间隔分开，所述的重复直到获得期望的精确度为止；c)选择最后一次获得的频率偏移的最小值作为频率偏移估算的估算值。
43．如权利要求42所述的方法，其中所述的第二组包括加权矢量，其中所述的选择步骤包括选择最后一次获得的加权矢量的最小值作为加权矢量的估算值。
44．如权利要求1所述的方法，其中的第一组是空的而第二组包括该系统的时间对准。
45．如权利要求1所述的方法，其中的第一组是空的，而第二组包括该系统的时间对准，所述第一信号用有限字母表特性的调制方案调制，而已知特性包括该调制方案。
46．如权利要求45所述的方法，其中的有限字母表的码元在相位上全不相同。
47．如权利要求46所述的方法，其中的调制方案是DPSK,DPSK可以由在复平面上的一组差分坐标点表示。
48．如权利要求47所述的方法，其中所述的接收信号和所述的复制信号可用复数值表示，该价值函数是时间移位差分信号和最接近于所述时间移位差分信号的理想差分信号之间的误差的单调函数，该差分信号定义为在连续抽样之间具有的一个相位差值，等于在复制信号的连续抽样之间的相位差值，所述抽样被波特周期分开，所述在时间上任一点的误差，是在复平面上差分信号和所述解调方案的最接近的差分坐标点之间的距离，所述时间按预定量移位，所述最小化确定使所述价值函数最小化的时间移位，时间对准的估算值是使所述价值函数最小化的时间移位。
49．如权利要求48所述的方法，其中所述价值函数是误差平方之和。
50．在一种通信系统中包括至少一个远程终端和一个基站，该基站具有多个天线振子，在其中成功地在基站和远程终端之间的通信要求建立公用信道定时和频率，一种通过从第一组估算参数估算第二组参数建立公用信道定时和频率的方法，该方法包括a)发送一个具有已知有限字母表特性的调制信号，所述调制信号使用DPSK调制方案调制。b)在多个天线振子上接收被发送的信号，并生成一个下变频复数将每个接收信号表示成接收信号向量；c)用一个初始空间加权矢量使用信号复制操作估算被发送的信号；d)创建时间抽样表示，
的b0(n)；e)形成一个差分通量，d0(n)=b0(n)/b0(n-L)∠d0(n)=∠b0(n)-∠b0(n-L)其中L是波特间隔而∠(.)表示相关幅角的相位角度；f)计算时间对准均方误差eA2=|d0(n)-dOideal(n)|2即eA2=(|xRe(n)-1√2|)2+(|jxIm(n)|/1/√2)2，其中dOideal(n)是最接近d0(n)的理想值(±∠π/4或±∠3π/4)，而[b0(n)b*0(n-L)]=xRe(n)+jxIm(n)；g)使关于偏移标号x的价值函数最小化，其中Jx=Σk=1N/LeA2(x+kL),x=0,1,···,(L-1),]]>N是在d0(n)中抽样的总数，选择该估算的时间偏移参数作为使Jx最小的x的值。
51．如权利要求50所述的方法，还包括用于估算频率偏移参数的步骤，该步骤包括a)将估算出的偏移参数应用于对d0(n)和d0ideal(n)的校正，并分别生成相应的时间对准信号d’0(n)和d’0ideal(n)和相应的相位误差eP(n)=∠d’0(n)-∠d’0ideal(n)；b)通过旋转∠d’0(n)使关于∠d’0(n)的相位误差价值函数JP最小化，其中JP是在所有抽样上的eP(n)的平均值，以获得使JP最小化的相位偏移∠d’0min(n)；c)通过相位角度∠d’0min(n)除相应于时间标号n增量的时间增量计算频率偏移。
52．一种用于确定一个通信系统的一个或多个参数的估算值的设备，该系统包括至少一个远程终端和至少一个基站，该基站具有一个由m个天线振子组成的天线阵列和m个相应的接收机，该通信系统有一组一个或多个参数，所述的组包括第一组已经估算出的参数和第二组将要估算的参数，该设备包括a)用于发送已知特性的第一信号的装置，所述第一信号在基站被接收作为在m个相应天线振子和接收机上的第一组m多个接收信号；b)用于确定价值函数的装置，该价值函数和所述第二组中至少一个或多个参数相关，所述的确定装置包括ⅰ)信号复制装置连接到所述的接收机，用于使用复制加权矢量从第一组多个接收信号的信号抽样确定一个复制信号，ⅱ)用于存储第一组参数的装置，ⅲ)用于存储第一信号的已知特性的装置，c)计算装置连接到价值函数确定装置，用于把使价值函数最小化的第二组中一个或多个参数的值选作第二组中一个或多个参数的估算值。
全文摘要
一种用于估算无线通信系统参数的方法和设备,该系统包括至少一个基站和至少一个远程终端,每个基站具有m个天线振子(101),参数是时间对准、频率偏移和用于空间处理的加权矢量中的一个或多个。在任一阶段,有些参数可能已经被估算。已知特性的信号作为m个接收信号(103)在天线振子(101)上被发射和接收。和第二组至少一个或多个参数相关的价值函数使用从接收信号(103)抽样确定的复制信号。一个或多个参数的估算值,如果可提供,还有发送的第一信号的己知特性来确定,通过使价值函数最小化获得将要确定的参数的估算值。
文档编号H04B7/10GK1233374SQ97198740
公开日1999年10月27日 申请日期1997年10月10日 优先权日1996年10月11日
发明者戴维M·帕里什, 阿兰M·基奥蒂尼, 克雷格H·巴勒特, 卡马拉杰·卡鲁皮亚 申请人:埃瑞康姆公司