多載波gsm系統(tǒng)的時隙同步方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及到多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步方法和系統(tǒng)。該方法包括：對多載波的GSM基站信號進行載波搜索，獲取載波信息；根據(jù)所述載波信息，采用軟件無線電技術對每個載波進行基帶處理；將所述每個載波的基帶信號與本地序列進行互相關；根據(jù)所述互相關得到的相關峰值判斷廣播信道中的同步信道和同步突發(fā)脈沖序列，利用同步突發(fā)脈沖序列在GSM幀結構中的位置輸出時隙同步脈沖。本發(fā)明實現(xiàn)了多載波GSM時隙同步功能，提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性，能夠適應不同的基站場合，實現(xiàn)自適應的時隙同步，簡單實用。
【專利說明】多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步方法和系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及移動通信領域和信號處理，具體涉及到一種多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步方法，以及一種多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]基站是整個無線網(wǎng)絡中最耗電的設備，而基站中的功放單元耗電則是基站耗電的70%以上，因此改進功放技術，提高功放的效率是減少基站耗電的重要手段。而基站在工作過程中的負荷是動態(tài)變化的，忙時和閑時的業(yè)務量差別是非常大的，如GSM(Global Systemfor Mobile Communications全球移動通信系統(tǒng))移動通信系統(tǒng)。GSM移動通信系統(tǒng)采用的是時分復用技術(TDMA)，每一個基本幀包括8個時隙，多個基本幀組成一個復幀，用戶進行通話和相關的控制信號只占用其中的一個時隙(TimeSlot)，因此對某一個載波在某一個時間段內(nèi)并不是8個時隙都是有信號的，在話務量多的時候，8個時隙都有信號，而在話務量少的時候，只有其中的很少時隙有信號。如果在無業(yè)務數(shù)據(jù)的時隙中智能關斷功放單元，這樣就可以節(jié)省了功放的消耗，減少了發(fā)射單元的用電量。而目前的GSM直放站中，無論設備狀態(tài)是忙或者是閑，各時隙是否有用戶占用，設備中的功放單元都是常開的，而功放在設備中消耗的能源是最大的，這就造成了能源的浪費。但是要實現(xiàn)時隙關斷的前提是實現(xiàn)時隙同步。時隙同步上以后才能進行時隙功率檢測，從而判斷當前時隙是否有業(yè)務信號，如果同步不夠精確，就會造成掉話，從而影響通話質量。而在直放站等網(wǎng)絡優(yōu)化邊緣設備中，由于缺乏基帶數(shù)據(jù)的信令信息，不容易實現(xiàn)GSM時隙同步，從而實現(xiàn)準確的時隙功率檢測和時隙關斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足和缺陷，提供多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步方法和系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)多載波GSM基站信號的時隙精確同步，解決了基帶信號頻偏帶來的誤差問題、為時隙功率檢測提供了同步參考，更重要的是為基站功放單元的時隙關斷提供了同步信息。
[0004]本發(fā)明的技術方案如下:
[0005]一種多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步方法，包括如下步驟:
[0006]對多載波的GSM基站信號進行載波搜索,獲取載波信息；
[0007]根據(jù)所述載波信息，采用軟件無線電技術對每個載波進行基帶處理；
[0008]將所述每個載波的基帶信號與本地序列進行互相關；
[0009]根據(jù)所述互相關得到的相關峰值判斷廣播信道中的同步信道和同步突發(fā)脈沖序列，利用同步突發(fā)脈沖序列在GSM幀結構中的位置輸出時隙同步脈沖。
[0010]一種多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步系統(tǒng)，包括:載波搜索模塊、基帶處理模塊、互相關模塊、時隙同步模塊；
[0011]所述載波搜索模塊用于對多載波的GSM基站信號進行載波搜索,獲取載波信息；[0012]所述基帶處理模塊用于根據(jù)所述載波信息，采用軟件無線電技術對每個載波進行基帶處理；
[0013]所述互相關模塊用于將所述每個載波的基帶信號與本地序列進行互相關；
[0014]所述時隙同步模塊用于根據(jù)所述互相關得到的相關峰值判斷廣播信道中的同步信道和同步突發(fā)脈沖序列，利用同步突發(fā)脈沖序列在GSM幀結構中的位置輸出時隙同步脈沖。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0016]本發(fā)明在缺乏基站信令的前提下，通過載波跟蹤算法自動跟蹤GSM載波信息，根據(jù)載波信息鎖定廣播信道BCH (Broadcast Channel廣播信道),采用無線電技術,解決了由于RF下變頻和數(shù)字下變頻的頻偏帶來的問題，同時采用實數(shù)相關，降低了數(shù)字信號處理資源，支持不同的應用場合更重要的是實現(xiàn)了多載波GSM時隙同步功能，提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性，能夠適應不同的基站場合，實現(xiàn)自適應的時隙同步，比基于信令解析的時隙同步算法更簡單、方便和實用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步方法在一實施例中的流程示意圖。
[0018]圖2是圖1實施例中步驟Sll的流程示意圖。
[0019]圖3是圖1實施例中步驟S12的流程示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明在一實施例中SDR數(shù)字正交解調的相關結果。
[0021]圖5是圖1實施例中步驟S13的流程示意圖。
[0022]圖6是圖1實施例中步驟S14的流程示意圖。
[0023]圖7是本發(fā)明多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步系統(tǒng)在一實施例中的結構框圖。
[0024]圖8是圖7實施例中載波搜索模塊的結構示意圖。
[0025]圖9是圖7實施例中基帶處理模塊的結構示意圖。
[0026]圖10是圖7實施例中互相關模塊的結構示意圖。
[0027]圖11是圖7實施例中時隙同步模塊的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0029]實施例一:
[0030]如圖1所示，為本發(fā)明的本實施例中的多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步方法的流程示意圖，包括以下步驟:
[0031]SI 1、對多載波的GSM基站信號進行載波搜索，獲取載波信息；
[0032]S12、根據(jù)所述載波信息，采用軟件無線電技術對每個載波進行基帶處理；
[0033]S13、將所述每個載波的基帶信號與本地序列進行互相關；
[0034]S14、根據(jù)所述互相關得到的相關峰值判斷廣播信道中的同步信道和同步突發(fā)脈沖序列，利用同步突發(fā)脈沖序列在GSM幀結構中的位置輸出時隙同步脈沖。
[0035]本發(fā)明在缺乏基站信令的前提下，通過載波跟蹤算法自動跟蹤GSM載波信息，根據(jù)載波信息鎖定廣播信道BCH (Broadcast Channel廣播信道)。采用無線電技術,解決了由于RF下變頻和數(shù)字下變頻的頻偏帶來的問題，同時采用實數(shù)相關，降低了數(shù)字信號處理資源，支持不同的應用場合更重要的是實現(xiàn)了多載波GSM時隙同步功能，提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性，能夠適應不同的基站場合，實現(xiàn)自適應的時隙同步，比基于信令解析的時隙同步算法更簡單、方便和實用。
[0036]為了更清晰本發(fā)明的技術方案，下面闡述本發(fā)明多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步方法的技術方案的較佳實施例。
[0037]在一個優(yōu)選的實施例中，對于S11、如圖2所示，具體地，可包括如下步驟:
[0038]S111、對中頻信號進行中頻帶通采樣，得到數(shù)字中頻實信號；
[0039]S112、對所述數(shù)字中頻實信號進行零中頻處理，得到零中頻基帶同相分量Ib和正交分量Qb ；
[0040]S113、對所述零中頻基帶同相分量Ib和正交分量Qb進行載波搜索，獲取載波信
[0041]在本實施例中可采用奈奎斯特帶通采樣定理對中頻信號進行帶通采樣，得到數(shù)字中頻實信號Sb，同時對Sb信號進行零中頻處理，得到零中頻基帶同相分量Ib和正交分量Qb ;
[0042]其中，所述零中頻處理依次包括第一級數(shù)字NCO (Numerical ControlledOscillator數(shù)控振蕩器)處理和低通濾波處理；所述Sb信號依次進行第一級數(shù)字NCO處理和低通濾波處理；所述低通濾波處理可以為FIR (Finite Impulse Response有限脈沖響應)濾波、IIR (Infinite Impulse Response無限脈沖響應)濾波或其他形式的濾波處理；
[0043]根據(jù)已公知的GSM載波搜索算法對零中頻基帶同相分量Ib和正交分量Qb進行載波搜索，獲取載波信息，載波搜索具體可參考能提供GSM載波信息的相關方法，在此不予贅述。
[0044]對于S12、如圖3所示，具體地，可包括如下步驟:
[0045]S121、根據(jù)所述載波信息在當前信道號上對所述零中頻基帶同相分量Ib和正交分量Qb進行單通道的數(shù)字下變頻處理后，再進行采樣率變換得到基帶信號Itl和Qci ；
[0046]可根據(jù)所述載波搜索獲取的載波信息，在當前信道號上對零中頻基帶信號Ib和Qb進行單通道的數(shù)字下變頻(DDC, Digital Down Conversion)處理；
[0047]所述單通道的數(shù)字下變頻DDC處理包括第二級數(shù)字NCO處理、抽取濾波處理、整形濾波處理，對DDC處理后輸出的高速序列進行采樣率變換，根據(jù)實際情況設定相對與GSM碼元速率整數(shù)倍的OSR(Over Sampling Ratio過采樣率)值，得到速率較低的基帶信號I。和Qo。由于降低了處理速度，為可編程邏輯器件減輕了負擔，同時有利于可編程邏輯器件進行時分復用，大大節(jié)約了器件的硬件資源。本發(fā)明可應用如FPGA、CPLD、DSP等可編程邏輯器件，有利于數(shù)字芯片實現(xiàn)。
[0048]零中頻基帶信號Ib和Qb依次通過第二級數(shù)字NCO處理、抽取濾波處理、整形濾波處理；所述抽取濾波處理為CIC(Cascaded Integrator Comb積分梳妝)抽取、HB(HalfBand半帶)抽取、FIR抽取或其他形式的抽取濾波處理；所述整形濾波處理為FIR濾波、IIR濾波或其他形式的濾波處理。由于采用上述多速率的信號處理技術，相關參數(shù)可根據(jù)軟件進行重新設置，因此支持的載波數(shù)可根據(jù)應用場合而進行增減，支持的帶寬也可根據(jù)不同的應用場合進行設定，大大增加了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性，比基于信令解析的時隙同步算法更簡單、方便和實用。
[0049]S122、采用軟件無線電數(shù)字正交解調技術，對所述基帶信號Ic^PQtl進行復數(shù)解調，得到實數(shù)基帶信號；
[0050]對步驟S121得到的速率較低的基帶信號Itl和Qtl進行復數(shù)解調，得到實數(shù)基帶信號Stl ;所述復數(shù)解調采用SDR數(shù)字正交解調技術，其原理如下:
[0051]對于已調信號經(jīng)過中頻帶通ADC (Analog Digital Conversion模數(shù)轉換)采樣以后，其數(shù)學表達式可以表示為
[0052]s (n) = a (n) cos (ω cn+ Ψ (η))
[0053]= IBcos (ω cn) _QBsin (ω cn) (公式 I)
[0054]公式I中的s (η)為ADC采樣后的數(shù)字中頻信號，同向分量Ib，正交分量Qb為需要進行解析的基帶信號。
[0055]根據(jù)載波信息對信號Ib和Qb進行抽取和濾波處理得到基帶信號Itl和Qtl,而Itl和Q0就是當前信道號上的基帶信號。
[0056]根據(jù)復正交的信號Itl和Qtl能夠解析出調制信號，對GSM的廣播信道BCH而言采用的是高斯最小移頻GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying高斯最小移頻)調制,是對相位進行積分，為了獲取原始信息，需要進行微分，即對Ψ(η)進行微分，即
[0057]
【權利要求】
1.多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步方法，其特征在于，包括如下步驟:對多載波的GSM基站信號進行載波搜索，獲取載波信息；根據(jù)所述載波信息，采用軟件無線電技術對每個載波進行基帶處理；將所述每個載波的基帶信號與本地序列進行互相關；根據(jù)所述互相關得到的相關峰值判斷廣播信道中的同步信道和同步突發(fā)脈沖序列，利用所述同步突發(fā)脈沖序列在GSM幀結構中的位置輸出時隙同步脈沖。
2.根據(jù)權利要求1所述的多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步方法，其特征在于，所述多載波的GSM基站信號進行載波搜索，獲取載波信息的步驟具體包括:對中頻信號進行中頻帶通采樣，得到數(shù)字中頻實信號；對所述數(shù)字中頻實信號進行零中頻處理，得到零中頻基帶同相分量Ib和正交分量Qb ;對所述零中頻基帶同相分量Ib和正交分量Qb進行載波搜索，獲取載波信息。
3.根據(jù)權利要求2所述的多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步方法，其特征在于，所述根據(jù)所述載波信息，采用軟件無線 電技術對每個載波進行基帶處理的步驟具體包括:根據(jù)所述載波信息在當前信道號上對所述零中頻基帶同相分量Ib和正交分量Qb進行單通道的數(shù)字下變頻處理后，再進行采樣率變換得到基帶信號Itl和Qtl ；采用軟件無線電數(shù)字正交解調技術，對所述基帶信號Itl和Qci進行復數(shù)解調，得到實數(shù)基帶信號。
4.根據(jù)權利要求3所述的多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步方法，其特征在于，所述將所述每個載波的基帶信號與本地序列進行互相關的步驟具體包括:對GSM移動通信系統(tǒng)中GSM幀格式中同步突發(fā)脈沖序列的訓練序列進行內(nèi)插產(chǎn)生本地序列；將所述本地序列與所述實數(shù)基帶數(shù)據(jù)進行相關累加得出相關值，再對所述相關值進行取模。
5.根據(jù)權利要求4所述的多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步方法，其特征在于，所述根據(jù)所述互相關得到的相關峰值判斷廣播信道中的同步信道和同步突發(fā)脈沖序列，利用同步突發(fā)脈沖序列在GSM幀結構中的位置輸出時隙同步脈沖的步驟具體包括:根據(jù)所述基帶信號Itl和Qci計算當前信道號的信號功率，根據(jù)所述信號功率的大小自適應設定門限閾值；將所述相關值與所述門限閾值進行比較；如果所述相關值大于所述門限閾值，則判決當前信道是GSM廣播信道BCH，同時判決當前突發(fā)為同步突發(fā)脈沖序列；當判決此次突發(fā)為所述同步突發(fā)脈沖序列時，利用所述同步突發(fā)脈沖序列在GSM幀結構中的位置對所述基帶信號Itl和Qtl進行延時，輸出時隙同步脈沖。
6.多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步系統(tǒng)，其特征在于，包括:載波搜索模塊、基帶處理模塊、互相關模塊、時隙同步模塊；所述載波搜索模塊用于對多載波的GSM基站信號進行載波搜索，獲取載波信息；所述基帶處理模塊用于根據(jù)所述載波信息，采用軟件無線電技術對每個載波進行基帶處理；所述互相關模塊用于將所述每個載波的基帶信號與本地序列進行互相關；所述時隙同步模塊用于根據(jù)所述互相關得到的相關峰值判斷廣播信道中的同步信道和同步突發(fā)脈沖序列，利用同步突發(fā)脈沖序列在GSM幀結構中的位置輸出時隙同步脈沖。
7.根據(jù)權利要求6所述的多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步系統(tǒng)，其特征在于，所述載波搜索模塊包括采樣單元、零中頻處理單元、搜索單元；所述采樣單元用于對中頻信號進行中頻帶通采樣，得到數(shù)字中頻實信號；所述零中頻處理單元用于對所述數(shù)字中頻實信號進行零中頻處理，得到零中頻基帶同相分量Ib和正交分量Qb ；所述搜索單元用于對所述零中頻基帶同相分量Ib和正交分量Qb進行載波搜索，獲取載波信息。
8.根據(jù)權利要求7所述的多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步系統(tǒng)，其特征在于，所述基帶處理模塊包括:數(shù)字下變頻處理單元和解調單元；所述數(shù)字下變頻處理單元用于根據(jù)所述載波信息在當前信道號上對所述零中頻基帶同相分量Ib和正交分量Qb進行單通道的數(shù)字下變頻處理后，再進行采樣率變換得到基帶信號Ιο和Qq ；所述解調單元用于采用軟件無線電數(shù)字正交解調技術對所述基帶信號Itl和Qo進行復數(shù)解調，得到實數(shù)基帶信號。
9.根據(jù)權利要求8所述的多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步系統(tǒng)，其特征在于，所述互相關模塊包括內(nèi)插單元和相關累加單元；所述內(nèi)插單元用于對GSM移動通信系統(tǒng)中GSM幀格式中同步突發(fā)脈沖序列的訓練序列進行內(nèi)插產(chǎn)生本地序列；所述相關累加單元將所述本地序列與實數(shù)基帶數(shù)據(jù)進行相關累加得出相關值，再對所述相關值進行取模。
10.根據(jù)權利要求9所述的多載波GSM系統(tǒng)的時隙同步系統(tǒng)，其特征在于，所述時隙同步模塊包括設定單元、判決單元、輸出單元；所述設定單元用于根據(jù)所述基帶信號Itl和Qci計算當前信道號的信號功率，根據(jù)所述信號功率的大小自適應設定門限閾值；所述判決單元用于將所述門限閾值進行比較；如果所述相關值大于所述門限閾值，則判決當前信道是GSM廣播信道BCH，同時判決當前突發(fā)為同步突發(fā)脈沖序列；所述輸出單元用于當判決此次突發(fā)為所述同步突發(fā)脈沖序列時，利用所述同步突發(fā)脈沖序列在GSM幀結構中的位置對所述基帶信號Itl和Qtl進行延時，輸出時隙同步脈沖。
【文檔編號】H04J3/06GK103596260SQ201210293233
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年8月17日 優(yōu)先權日:2012年8月17日
【發(fā)明者】劉勇, 黃小鋒, 張占勝 申請人:京信通信系統(tǒng)（中國）有限公司