应用于GSM系统的时隙同步和时隙功率检测方法及系统转让专利
申请号 : CN201110073594.5
文献号 : CN102123431A
文献日 : 2011-07-13
发明人 : 刘勇 , 黄小锋 , 张占胜
申请人 : 京信通信系统(广州)有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种应用于GSM系统的时隙同步方法,其特征在于,包括步骤: 步骤一、采用软件无线电技术,锁定BCH信道,对BCH信道的基带数据I和Q进行采样率变换,设定相对GSM码元速率整数倍的过采样率值;
步骤二、从所述基带数据I和Q中提取FCCH信道的基带数据IF和QF,从基带数据IF和QF 中捕获所述FCCH信道的FB突发,根据所述FB突发输出一个时隙粗同步脉冲信号;
步骤三、根据所述时隙粗同步脉冲信号对所述基带数据I和Q延时一个GSM基本帧得到SCH信道的SB突发的时间范围,从所述基带数据I和Q中提取所述SCH信道中的基带数据IS和QS ,根据所述时间范围从所述基带数据IS和QS 中捕获所述SB突发,输出一个时隙精确同步脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的应用于GSM系统的时隙同步方法,其特征在于,所述步骤二具体包括步骤:a、锁定FCCH信道,提取基带数据I和Q中所述FCCH信道的基带数据IF 和QF ,获取基带数据IF 和QF的正弦波序列,对所述正弦波序列进行包络信号提取,获取所述FCCH信道的信号包络线;
b、对所述信号包络线进行一次差分运算、差分平方,然后用滑动窗口函数截取差分平方值求得差分平方和;
c、根 据 所 述 基 带 数 据 I 和 Q 的 功 率 等 级 预 设 门 限 阈 值 判决所述差分平方和,捕获所述FCCH信道的FB突发,输出所述时隙粗同步脉冲信号。
3.根据权利要求2所述的应用于GSM系统的时隙同步方法,其特征在于,采用查找表技术,根据所述基带数据I和Q的功率等级实时调整预设门限阈值 。
4.根据权利要求1所述的应用于GSM系统的时隙同步方法,其特征在于,所述步骤三具体包括步骤:d、根据所述时隙粗同步脉冲信号对所述基带数据I和Q延时一个GSM基本帧获取SCH信道的SB突发时间范围;
e、锁定所述SCH信道,提取所述基带数据I和Q中所述SCH信道的基带数据IS和QS与两组预先设置储存的基带数据IL和QL进行复数相关运算;
f、根据所述基带数据I和Q的功率等级预设门限阈值 判决所述复相关运算的结果,捕获所述SB突发中的训练序列,根据所述训练序列在所述SB突发中的位置对所述基带数据I和Q进行延时,输出一个时隙精确同步脉冲信号。
5.根据权利要求4所述的应用于GSM系统的时隙同步方法,其特征在于,采用查找表技术,根据所述基带数据I和Q的功率等级实时调整预设门限阈值 。
6.一种应用于GSM系统的时隙功率检测方法,其特征在于,包括步骤:如权利要求1至5任一项所述的应用于GSM系统的时隙同步方法的步骤;
以及,在获得所述时隙精确同步脉冲信号之后,根据所述时隙精确同步脉冲信号计算GSM信号各个时隙的功率。
7.一种应用于GSM系统的时隙同步系统,其特征在于,包括采样率变换模块,时隙粗同步模块,时隙精确同步模块;
所述采样率变换模块,用于采用软件无线电技术,锁定BCH信道,对BCH信道的基带数据I和Q进行采样率变换,设定相对GSM码元速率整数倍的过采样率值;
所述时隙粗同步模块,用于从所述基带数据I和Q中提取FCCH信道的基带数据IF和QF,从基带数据IF和QF 中捕获所述FCCH信道的FB突发,并根据所述FB突发输出一个时隙粗同步脉冲信号;
所述时隙精确同步模块,用于根据所述时隙粗同步脉冲信号对所述基带数据I和Q延时一个GSM基本帧得到SCH信道的SB突发时间范围,从所述基带数据I和Q中提取所述SCH信道中的基带数据IS和QS ,根据所述时间范围从所述基带数据IS和QS 中捕获所述SB突发,输出一个时隙精确同步脉冲信号。
8.根据权利要求7所述的应用于GSM系统的时隙同步系统,其特征在于,所述时隙粗同步模块包括:信号提取单元,包络提取单元,差分运算单元,查找表单元,判决单元;
所述信号提取单元,用于提取所述基带数据I和Q中FCCH信道的基带数据IF和QF ;
所述包络提取单元,用于提取所述基带数据IF和QF的正弦波序列的信号包络线;
所述差分运算单元,用于执行所述信号包络线的一次差分、差分平方运算,利用滑动窗口函数截取所述差分平方运算的结果求差分平方和;
所述查找表单元,用于根据所述基带数据I和Q的功率等级查找并输出预设门限阈值;
所述判决单元,用于判决预设门限阈值 与差分平方和的大小,输出时隙粗同步脉冲信号。
9.根据权利要求7所述的应用于GSM系统的时隙同步系统,其特征在于,所述时隙精确同步模块包括:延时单元(1),存储单元,复数相关器,查找表单元,判决单元,延时单元(2);
所述延时单元(1),用于根据时隙粗同步脉冲信号对所述基带数据I和Q进行延时;
所述存储单元,用于存储预先设置的基带数据IL和QL;
所述复数相关器,用于执行所述基带数据IS和QS与所述基带数据IL和QL的复数相关运算;
所述查找表单元,用于根据所述基带数据I和Q的功率等级查找并输出预设门限阈值;
所述判决单元,用于判决预设门限阈值 与相关运算结果大小;
所述延时单元(2),用于根据训练序列在SB突发中的位置对所述基带数据I和Q进行延时,输出时隙精确同步脉冲信号。
10.一种应用于GSM系统的时隙功率检测系统,其特征在于,包括:权利要求7至9任一项所述的实现时隙同步系统,以及时隙功率计算模块;
所述时隙功率计算模块,用于根据所述时隙精确同步脉冲信号计算GSM信号各个时隙的功率。
说明书 :
应用于GSM系统的时隙同步和时隙功率检测方法及系统
技术领域
背景技术
发明内容
步骤二、从所述基带数据I和Q中提取FCCH信道的基带数据IF和QF,从基带数据IF和QF 中捕获所述FCCH信道的FB突发(频率校正突发脉冲序列),根据所述FB突发输出一个时隙粗同步脉冲信号;
步骤三、根据所述时隙粗同步脉冲信号对所述基带数据I和Q延时一个GSM基本帧得到SCH信道的SB突发(同步突发脉冲序列)的时间范围,从所述基带数据I和Q中提取所述SCH信道中的基带数据IS和QS ,根据所述时间范围从所述基带数据IS和QS 中捕获所述SB突发,输出一个时隙精确同步脉冲信号。
所述时隙粗同步模块,用于从所述基带数据I和Q中提取FCCH信道的基带数据IF和QF,从基带数据IF和QF 中捕获所述FCCH信道的FB突发,并根据所述FB突发输出一个时隙粗同步脉冲信号;
所述时隙精确同步模块,用于根据所述时隙粗同步脉冲信号对所述基带数据I和Q延时一个GSM基本帧得到SCH信道的SB突发时间范围,从所述基带数据I和Q中提取所述SCH信道中的基带数据IS和QS ,根据所述时间范围从所述基带数据IS和QS 中捕获所述SB突发,输出一个时隙精确同步脉冲信号。
附图说明
图3是本发明应用于GSM系统的时隙同步系统的结构示意图;
图4是本发明实施例中的时隙粗同步模块的结构示意图;
图5是本发明实施例中的时隙精确同步模块的结构示意图。
具体实施方式
S102、对基带数据I和Q中FCCH信道的基带数据IF和QF进行特征提取,然后从基带数据IF和QF 中捕获FCCH信道的FB突发,根据FB突发输出一个时隙粗同步脉冲信号,为后续捕获SB提供时间范围参考;
S103、由于FB突发与SB突发的相对位置固定且刚好相隔一个GSM基本帧,根据上述时隙粗同步脉冲信号对基带数据I和Q进行延时一个GSM基本帧,就可以初步得到SCH信道的SB突发的时间范围,然后对基带数据I和Q中SCH信道中的基带数据IS和QS 进行特征提取,根据SB突发时间范围,从基带数据IS和QS 中捕获SB突发,根据SB突发输出一个时隙精确同步脉冲信号,为后续的功率检测提供同步参考。
(等式1)
公式表示正弦波序列,其中, 为幅度, 为1625/24kHz, 为采样频率, 为初始相位。如果采样率 =8*270.833kHz,即过采样率OSR=8,那么可知32个采样点就构成一个正弦波周期,而一个正弦波周期中最大值可以认为是信号的峰值,求出峰值得到一条FCCH信道的信号包络线:
(等式2)
对于FB突发,若OSR=8,会有37个正弦波序列,如果取每一个正弦波序列的最大值的点, 构成了一个37个点的矩形窗。基于此信号特征,对 进行一次差分运算得到:
(等式3)
用一个宽为37点的滑动窗口函数对 进行截取求平方求和,每次移动一个一次差分点,得到平方和 :
(等式4)
根据上述分析可知,如果是FB突发,即正弦波序列, 理论上应该为0,但是信号在无线通信信道上进行传播时受到各种干扰,实际值不为0,但根据基带数据IF和QF 的功率等级,可以确定 在一定的范围之内,设置门限判断其差分平方求和值,即可判断FB突发,在本实施例中为了提高检测的正确性,去掉差分平方和中最大的点,再求 ,根据输入的基带数据IF和QF的功率等级预设门限阈值 对其进行判决,其判决关系如下:
通过上述判决来捕获FB突发,得到FCCH信道所在公共信道的时隙位置,即可实现GSM信号的时隙粗同步。
根据GSM系统的帧格式,SCH信道中的SB突发包含64个比特的训练序列,训练序列经过软件无线电技术ADC采样及采样率变换后变成64*OSR个基带离散序列。在 中如果含有SB突发,就会有64*OSR个训练比特的离散序列。训练序列具有极强的相关性,为了捕获训练序列,此时可以预先设置存储64*OSR个基带成型的离散序列 , 的表达式为:
(等式6)
然后把复数序列 与复数序列 输入复数相关器进行复数序列相关运算,复相关运算也采用滑窗技术,用窗口函数截取相关运算结果,窗口宽度为64*OSR个采样点,每次滑动一个采样点,OSR=8时,对应的算法如下:
(等式7)
对其进行变换,将等式5、等式6代入等式7得到:
(等式8)
其中运算符“ ”为相关运算符,等式7为复数相关运算,在数字芯片内部容易直接实现。
9)
等式9中的“ ”为卷积运算符,把等式9代入等式8,等式8中基带数据IL和QL都是常数,而卷积就是输入序列和滤波器系数进行乘积累加运算,这里的滤波器系数就是基带数据IL和QL,根据等式9,在本地数据中对基带数据IL和QL进行翻转后作滤波器系数。通过这些变换后,相关器的设计就变得非常简单,尤其适合数字芯片实现。把等式7中的4路相关器的输出进行平方后求和,根据基带数据I和Q的功率等级预设门限阈值 对其进行判决,其关系式如下:
请参阅图2,图2为复数相关运算结果示意图,从图中可以看出,在进行复相关预算时,相关值在SB突发到来时会产生了急剧的尖峰,通过判决就能准确捕获SB突发。通过此次复数相关能检测到SCH信道中的SB突发的训练序列,再根据训练序列在SB突发的位置对基带数据IS和QS进行延时,输出一个时隙精确同步脉冲信号,实现GSM信号的时隙精确同步。
其工作原理是:采样率变换模块201对BCH信道的基带数据I和Q进行采样率变换;时隙粗同步模块202对基带数据I和Q中FCCH信道的基带数据IF和QF进行提取,然后从基带数据IF和QF 中捕获FCCH信道的FB突发,输出一个时隙粗同步脉冲信号;时隙精确同步模块203根据时隙粗同步脉冲信号对基带数据I和Q进行延时一个GSM基本帧得到SCH信道的SB突发的时间范围,然后对基带数据I和Q中SCH信道中的基带数据IS和QS 进行特征提取,从基带数据IS和QS 中捕获SB突发,输出一个时隙精确同步脉冲信号。