專利名稱：移動通信系統中多普勒漂移的補償的制作方法
技術領域：
本發明涉及移動通信系統中多普勒漂移的補償。
在移動通信系統中，相對于基站正在移動的移動臺發出的信號會受到眾所周知的多普勒效應的影響，這導致了在基站處所接收到的頻率相對于移動臺所發送的頻率的頻移。這一頻移在此被稱為多普勒漂移。多普勒漂移取決于移動臺相對于基站的移動速度和方向。因此，根據移動臺相對于基站的移動方向，多普勒效應會造成頻率的增大或減小。多普勒漂移的幅度取決于移動臺相對于基站的移動速度。
現有的移動通信設備提供了一種多普勒補償，其中，基站中的在特定信道上選擇特定信號的頻率檢測電路可考慮到信號的一定量的多普勒漂移。
實現多普勒補償的一種技術如我們以前的申請PCT/EP97/00489中所述。
這種技術按以下步驟實現確定接收信號的信道的信道脈沖響應；利用該信道脈沖響應來估算接收信號的選定部分的數據比特；利用該信道脈沖響應和所估算的比特來產生一個參考矢量；利用該參考矢量和接收信號的選定部分來確定多普勒特性；和利用該多普勒特性來為該接收信號提供多普勒漂移補償。
在檢測快速移動的移動臺所發送的信號時，多普勒漂移會帶來特別的難題。如果能校正多普勒漂移，就能更精確地檢測接收信號。
本發明涉及上述參考技術的一種改進方案，該改進方案旨在提供一種多普勒校正方法，不管移動臺的速度多快，這種方法都能很好地運用。在低移動速率時，多普勒漂移小，因此校正會降低性能。而在高速率時，需要校正來改進信號檢測。本發明人找到了一種折衷辦法，使得，對于高移動速率，接收機性能可得到改善，反之在低移動速率時，性能下降最小。
根據本發明的一個方面，它提供了一種方法，用于補償移動通信系統中移動臺與基站之間所發送的信號的多普勒漂移，這種方法包括確定接收信號的兩個選定部分的多普勒特性，對于每個選定部分，多普勒特性都呈相位偏移形式；和將較大的相位偏移作為多普勒特性，來為接收信號提供多普勒漂移補償。
根據本發明的另一個方面，它提供了一種系統，用于補償移動通信系統中移動臺與基站之間所發送的信號的多普勒漂移，這種系統包括用于確定接收信號的兩個選定部分的多普勒特性的電路，對于每個部分，多普勒特性都呈相位偏移形式；和用于根據作為接收信號的多普勒特性的較大的相位偏移來實現多普勒漂移補償的電路。
意想不到的是，總是取較大的相位偏移，接收信號的信號估算才會有改善。接收信號的選定部分可以是分開的也可以是重疊的。在所述實施方式中，一個選定部分靠近接收信號的中部，而另一選定部分遠離中部，當然選定部分的位置可以有很多其他可能性。
再者，也可以取兩個以上的選定部分，并將三個或三個以上選定部分上的較大的偏移作為多普勒特性，用以實現多普勒漂移補償。
多普勒特性可用一種參考矢量來確定，這種參考矢量是利用為接收該信號的信道所確定的信道脈沖響應和通過該信道脈沖響應所估算的估算數據比特來產生的。這可以參見我們以前的申請PCT/EP97/00489中所述的技術。
為了更好地理解本發明并說明本發明如何實施，可參照附圖中所舉的例子，其中
圖1是移動通信系統中的信號脈沖串的示意圖；圖2是用于實現改進型多普勒漂移補償的電路的框圖；和圖3是信號脈沖串的另一示意圖，圖中示出了一個以上的選定部分。
圖1示出了根據GSM標準的移動通信系統中的常規脈沖串。該圖表示基站處接收到的脈沖串。對于根據GSM標準的TDMA系統，移動臺發送這些脈沖串，作為基站控制器所分配的頻率信道上的調制信號。一個頻率信道可以支持多達8個脈沖串，每個脈沖串與各自的呼叫有關，其中每個呼叫被分配了一個發送該脈沖串的時隙。根據GSM標準的TDMA系統的進一步的細節在此不再描述，因為對熟練技術人員而言是已知的。
該常規脈沖串包括兩個58比特的分組(DATA)，這兩個分組位于26比特的訓練序列(TRS)的兩側。加在該常規脈沖串的每一端的是3比特的尾比特(TS)。訓練序列(TRS)是一個預定的比特序列，它由移動臺(MS)所發送并為基站控制器(BSC)所知。在基站處，可利用它來估算發送該脈沖串的信道的脈沖響應。所發送的實際信息置于脈沖串的數據比特(DATA)中。
正如前面所述，信號從移動臺到基站所通過的環境可能有很大的變化，這尤其取決于移動臺與基站之間的距離以及小區中的房屋和其他建筑物所造成的干擾。因此，基站處所接收到的信號的信號強度和信號質量變化很大。再者，對于移動的移動臺，基站所接收到的信號還受多普勒漂移的影響，這種多普勒漂移應當校正。
這里所述的電路提供了一種多普勒漂移校正技術，采用這種技術可不受移動臺的速度的影響。
圖2示出了適合于在GSM系統中實現多普勒補償的一種電路1。應當理解，圖2中的各個塊，盡管被示為各個互連的實體，但并非表示各個物理實體，而旨在圖解說明所執行的各個步驟。這些塊可以用一些電路來實現，或者適當編程的處理器可以實現分別分配給這些塊的每一功能。
天線20接收來自移動臺的信號11。天線20通過互連21連接到RF電路22。這一電路22對接收到的脈沖串進行處理，將頻率下變頻到基帶頻率，并對該脈沖串進行抽樣以將模擬信號轉換為數字抽樣值。RF電路22的輸出是以傳輸信號的所需比特率所抽樣的(數字形式的)抽樣脈沖串r。圖1示出了這種脈沖串。電路22的輸出沿線路24輸入到信道脈沖響應(C.I.R.)塊10，輸入到方差計算器16使得能估算通信信道的質量(如后面所述)，輸入到濾波和均衡電路12，輸入到相位差計算器36和輸入到變換電路40使得能估算和應用對脈沖串r的多普勒漂移校正。
圖2的上面部分示出了實現系統的自適應部分所需的電路，以產生一個多普勒校正修正因子Sc。存儲器32保存訓練序列TRSref，該序列是預定比特序列，該預定比特序列作為訓練序列由移動臺MS發送，并作為TRS_received在基站處被接收。該參考訓練序列TRSref輸入到參考發生器14還輸入到信道脈沖響應(C.I.R.)塊10。參考發生器14還接收來自信道脈沖響應塊10的估算信道脈沖響應h。
C.I.R.塊10接收含有接收訓練序列TRS_received的脈沖串r，并通過計算接收訓練序列TRS_received與已知訓練序列TRSref之間的互相關來計算估算信道脈沖響應h。因此h＝xcorr(TRS_received，TRSref) (公式1)應當注意，在進行互相關之前，以數字形式存儲的已知的訓練序列TRSref以類似于這樣的方式被調制，在這種方式中，根據GSM標準，為進行傳輸，訓練序列已在MS處被調制。這種互相關以一種已知的方式來實現，從而得到有5個分量值(h(i)i＝0-4)的信道脈沖響應。
正如所知的那樣，估算脈沖響應h用來計算所需的接收脈沖串中數據的估算，就好象該數據受到了同一平均噪聲的影響。
C.I.R.塊還產生定時超前信息τ，該信息用來確定接收脈沖串r位于所分配的時隙中何處。
對于每個脈沖串，脈沖串的估算信道脈沖響應h由CIR塊10計算后被輸入到濾波/均衡電路，該電路可使該脈沖串中的數據DATA(r)被恢復。正如所知的那樣，濾波/均衡電路12接收所接收脈沖串的信道脈沖響應h和定時信息τ，以使該信號被解調、濾波和解碼，從而以已知方式來恢復數據。
參考發生器14產生一個參考矢量reffi，該矢量是利用脈沖響應與已知訓練序列的卷積計算出來的。因此，參考發生器14完成了以下計算reffi＝h*TRSref (公式2)具體地說是(其中reffik表示信號reffi的第k個抽樣)reffik=Σi=0N-1hi·(1-2.TRSk-i)]]>(公式3)其中，N表示估算脈沖響應h中的分量值的個數(在所述實施方式中，N＝5)，而k是從N-1到25。
矢量reffi從參考發生器輸入到方差計算器16。如上所述，方差計算器還接收含有接收訓練序列的脈沖串r。方差計算器根據下式計算方差var(σ2var=(Σk=425(|rk-reffik|^2))reffi_length]]>(公式4)
項reffi_length是一個常數，它表示參考信號reffi的長度。這可用抽樣數(22)乘以比特間距計算出。
在公式4中，rk的值是脈沖串r的接收訓練序列的抽樣值。
應當注意，每個實際接收抽樣rk都具有與從信道脈沖響應中得到的和參考抽樣reffik所反映出的平均估算噪聲電平不同的噪聲電平。因此，方差指示了實際接收到的噪聲能量的強度，從而指示了信號質量。
方差計算器16的輸出σ2輸入到多普勒校正修正因子電路18。多普勒校正修正因子電路18應用一種可由用戶確定的功能，利用計算出的方差σ2來產生修正因子Sc。在圖2所示的實施方式中，多普勒校正修正因子電路產生作為方差σ2的函數(例如線性函數或諸如階躍函數的非線性函數)的修正Sc。
在另一種實施方式中，Sc的值可根據信道的信噪比(SNR)來計算。
圖2的下面部分電路以框圖形式示出了實現多普勒漂移校正的系統。
均衡電路30，例如維特比均衡器，接收經濾波和均衡電路12所濾波、解調和均衡的信號DATA(r)。均衡電路30對脈沖串的數據序列DATA的兩個選定部分(這些部分在圖3中用ESTIM.BLK1和ESTIM-BLK2表示)進行處理，從而根據移動臺MS所發送的數據來估算比特。這一數據在此用estim_bits來表示，并且它們的運算是從BLK1中的k＝j到k＝j+n。這一過程將結合BLK1來描述，應當注意，對于BLK2可采用類似的過程。均衡電路30正如在已知移動通信系統中那樣可進行比特判決處理，因而在此不再描述。
估算比特判決estim_bits輸入到參考電路34。參考電路34利用估算比特判決與估算脈沖響應h的卷積，按照下式產生一個參考矢量refref＝estim_bits*h(公式5)
因此，參考矢量ref包括一組抽樣refk，k＝j→j+n，每個抽樣都有實部和虛部值。參考矢量ref輸入到相位差計算器36。如前面所述，相位差計算器36還接收所接收的脈沖串r。正如該技術中所知，該接收脈沖串包括抽樣rk，每個抽樣都有實部和虛部值。
相位差計算器利用了一個表示零相位偏移時刻h_time與估算塊blk1的中間時刻之間的時間的值t_diff，如圖3中所示。該零相位偏移時刻h_time是所計算脈沖響應是正確的訓練序列中的零相位偏移時刻。實際上，這通常是訓練序列的中間時刻。t_diff和h_time的值可在系統設計階段被確定，其后當作一個常數。當然，在系統使用期間，如果需要，可以將它們重新改編。
另外，在均衡電路30中，還確定和編制估算塊estim blk1和2的起始位置(j)和它們的長度(n)。在所述實施方式中，這些估算塊分別選為靠近和遠離訓練序列。
相位差計算器36根據參考信號ref和實際接收信號r，按照以下公式之一來計算多普勒效應所導致的每比特持續時間的相位變化(ph_diff)(多普勒特性)ph_diff=1t_difftan-1{Σkimag(rk·ref*k)Σkreal(rk·ref*k)}]]>(公式6)ph_diff=1t_diffΣk·tan-1{imag(rk·ref*k)real(rk·ref*k)}/length(k)]]>(公式7)其中k是從j到j+n，而其中length(k)表示求和中不同k值的總量，即n。
對于每個估算塊，都要進行這一計算，并由比較器來確定較大的ph_diff值。
然后，多普勒校正電路38根據接收抽樣來校正估算多普勒漂移。多普勒校正電路38接收零相位偏移時刻h_time和多普勒校正修正因子Sc。再者，它還接收來自相位差計算器36的兩個估算塊的兩個所計算的相位差中的較大值ph_diff max。由于已知時刻h_time具有零相位偏移，因此對于每一比特，可按下式來計算實際多普勒相移φφkφk＝sc·ph_diff max·(k-h_time) (公式8)其中k是接收抽樣r的比特指數。當指數k＜h_time時，相移的符號與k＞h_time時相移的符號相反。
然后，變換電路40用來實現整個接收脈沖串r的多普勒漂移校正，從而產生一個校正信號。變換電路接收估算多普勒漂移矢量φ(包含φk值)和接收脈沖串r的抽樣值。它執行CORDIC運算，以便根據下列運算來對每個抽樣的多普勒漂移進行校正N_real_sample(k)N_imag_sample(k)=cosφk-sinφksinφkcosφkresl(rk)imag(rk)]]>(公式9)從變換電路40輸出的多普勒漂移校正矢量DCV輸入到濾波/均衡電路12，從而，利用多普勒校正信號，從信號中恢復數據。
作為上述多普勒校正技術的一部分，估算塊的比特判決已完成。這些比特構成了數據的一部分。因此，不必再對這些相同的比特進行估算，盡管能進行估算。代之以，可在估算塊的終點終止均衡電路30的工作，并保持當前狀態。然后對其余比特進行多普勒校正，再執行維特比均衡直到多普勒校正比特的時隙的終點。在第二部分，可進行多普勒校正直到第一部分時隙，然后可對第一部分時隙中的數據進行維特比估算。這種方法減小了接收機中所需的計算量。
可對相位差ph_diff的值進行限定，使得，如果相位差小于某一閾值就不進行校正。
一種能采用多普勒校正的典型環境是快速列車或快車道。在這種情況下，從基站到移動臺很可能會有一條視在路徑，因此，如果移動臺的速率相同，那么不同時隙之間的多普勒校正將是一個常量值。這樣，可根據若干個不同的時隙來計算最大相位差的平均值，并可將這一平均值作為校正值。
對于一個具有多個不同支路的分集式接收機而言，可利用與接收抽樣相同的估算來計算所有支路的相位差，當然，每個支路要使用各自的脈沖響應。
上述技術的主要思想在于，如果只在脈沖串的某一位置進行估算，那么這有利于快速或慢速移動的活動體。在這種新方法中，一個估算在靠近訓練序列處進行，而另一個估算在脈沖串的終點處進行，從而可得到最優估算，而與移動速率無關。
權利要求
1.一種用于補償移動通信系統中移動臺與基站之間所發送的信號的多普勒漂移的方法，這種方法包括確定接收信號的兩個選定部分的多普勒特性，對于每個選定部分，多普勒特性都呈相位偏移形式；和將較大的相位偏移作為多普勒特性，來為接收信號提供多普勒漂移補償。
2.如權利要求1所述的方法，其中，在時分通信系統中，接收信號包括一系列脈沖串之一。
3.如權利要求2所述的方法，其中，每個脈沖串都包括一個位于該脈沖串中部的訓練序列，而其中兩個選定部分位于脈沖串中訓練序列的同一側。
4.如權利要求3所述的方法，其中，兩個選定部分分別靠近和遠離訓練序列。
5.如權利要求3所述的方法，其中，兩個選定部分重疊。
6.如上述任何權利要求所述的方法，其中，多普勒特性用一種參考矢量來確定，這種參考矢量是根據為接收該信號的信道所確定的信道脈沖響應和通過該信道脈沖響應所估算的選定部分的估算數據比特而產生的。
7.一種用于補償移動通信系統中移動臺與基站之間所發送的信號的多普勒漂移的系統，這種系統包括用于確定接收信號的兩個選定部分的多普勒特性的電路，對于每個部分，多普勒特性都呈相位偏移形式；和用于根據作為接收信號的多普勒特性的較大的相位偏移來實現多普勒漂移補償的電路。
8.如權利要求7所述的系統，該系統包括用于在通信系統中選定所述部分的裝置，在該通信系統中，接收信號包括一系列脈沖串之一，每個脈沖串都包括一個位于該脈沖串中部的訓練序列，其中兩個選定部分位于訓練序列的同一側。
9.如權利要求8所述的系統，其中，所述用于選定所述部分的裝置將所述部分分別選為靠近和遠離所述訓練序列。
10.如權利要求8所述的系統，其中，所述用于選定所述部分的裝置選定重疊的部分。
全文摘要
本發明涉及一種用于補償移動通信系統中移動臺與基站之間所發送的信號的多普勒漂移的方法和系統。在這種方法中,確定接收信號的兩個選定部分的多普勒特性,對于每個選定部分,多普勒特性都呈相位偏移形式。然后,將較大的相位偏移作為多普勒特性,來為接收信號提供多普勒漂移補償。
文檔編號H04B7/26GK1274488SQ99801145
公開日2000年11月22日 申請日期1999年7月8日 優先權日1998年7月17日
發明者朱利葉·皮卡瑞恩 申請人:諾基亞網絡有限公司