通过无线接口进行时钟同步的方法

文档序号:7946328阅读:384来源:国知局
专利名称:通过无线接口进行时钟同步的方法
技术领域
本发明属于无线移动通讯领域,尤其涉及时钟同步技术。
背景技术
移动台或手机与网络侧基站BTS之间的信号交互传输是通过无线的方式进行的,在时分多址系统中,网络侧基站的基准时钟是系统运行的心脏,为了使移动台或手机(以下皆称为手机)正确接收网络侧基站从无线接口发下来的信号,手机需要做到的时钟的同步。
由于GSM是一个时分多址系统,在一个载频上定义一帧为8个时隙,通常一个手机占用其中的一个时隙,所以必须做到帧时钟的同步,由此进而可以做到时隙钟的同步。另外,GSM的编码都是根据帧号FN(Frame Number)来进行的,所以必须得到正确的帧号,此部分建议参考GSM协议05.02,05.04和05.10。
GSM系统每个小区都有一个BCCH(Broadcast Control Channel)载频位于0时隙,并在这个时隙上周期性地发射频率校正突发FB(Freqency Correct Burst)和同步突发SB(Synchronazition Burst),利用这两个突发,就可以实现帧号和帧时钟的同步。简单的讲,就是利用FB初步确定时隙0的大约位置,然后利用SB精确确定时隙0的位置,并对SCH(Synchronazition Channel)做信道解码就可以得到帧号。
以上的功能实现是倚赖于基准参考时钟的同步。前面的算法可以实现和网络帧时钟同步,但是并不能保证手机的基准时钟与网络侧的基准时钟是同步的,甚至可能会存在一个较大的时钟偏差,导致帧时钟同步的不准确,所以基准时钟的同步问题,也就是如何利用FCCH(Freqency Correct Channel)来计算基准时钟的频差,成为手机与网络间通讯的关键技术目前,在GSM协议05.10中,已经提出一种方法,根据GMSK调制的原理,分析FB中的142个全0比特的IQ相位,并进行翻转,将一个突发的IQ翻转数据相加,FB由于所有点的相位比较接近,相加时将出项一个极大值,而其它数据由于相位随机分布,相加时互相抵消,不会出现一个极大值,由此,可以检测到FB的位置,从而可以确定帧时钟的大体位置;美国专利05933465《Control signal detection method with calibration error and subscriberunittherewith》提出根据FB中的142个全0比特的IQ相位,是满足相位差为90度的特点,对其多点IQ数据直接进行翻转相加,计算其累计和,并以此来判断基准时钟的频差。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有同步技术中,只能在较小频差时,进行同步基准时钟的缺点,提高同步的频差门限,同时也提高了同步的精度。
本发明提出了一种通过无线接口进行时钟同步的方法,其处理步骤如下第一步接收来自模数转换器ADC的基带IQ信号序列,并储存;第二步对接收到的连续两个时隙的IQ数据合并,得到相位翻转数据;第三步对所述第二步得到的两个时隙的相位翻转数据,计算相邻两点的相位差,如果相邻的两点相位差的绝对值大于等于90度,那么记录此两点的相位关系值为“前一个相位关系值×-1”,如果相邻的两点相位差的绝对值小于90度,那么记录此两点的相位关系值为“前一个相位关系值×1”;第四步对所得到的相位关系值的数组进行相关运算,当运算结果的绝对值等于相关窗口宽度时,就认为找到了FB,转入第六步第五步如果没有发现FB,滑动窗口,继续计算相关值,直到滑动到数据的尾部,然后报告在这两个时隙里没有发现FB,结束处理流程。
第六步利用最小二乘法对得到的比特计算基准时钟的频差,并调整晶振,同时在下一帧计算SB,直到解调出SB,得到帧号,进行同步,完成处理流程。
所述第二步中对接收到的连续两个时隙的IQ数据合并是根据公式(k)=0+2*π*k*T*Δf+n(k)其中T为比特脉冲宽度Δf为射频本振的偏差;n(k)为随机干扰;对每一个比特计算其相位大小,然后进行相位翻转计算。
所述第四步中,相位关系值的数组有156×2组,对其进行相关运算,相关的窗口宽度为142,当运算结果的绝对值等于相关的窗口宽度142时,就认为找到了频率校正突发,进入第六步。
采用本发明所述方法,与现有技术——GSM规范中的同步技术,以及美国专利05933465同步技术相比,由于这两种现有技术没有利用多点IQ数据之间的相位关系,所以只能应付基准时钟频差较小时的情况,而本发明通过对多点IQ数据的统计,计算相邻点间的具体相位关系的方法,可以解决较大频差时的同步问题,提高了系统同步基准时钟的能力,降低了系统对晶振部分指标的要求。


图1是FB的IQ数据,FB信号等价于没有调制的正弦波,相位以90度连续递增或递减变化。
图2是FB的IQ翻转数据的幅度,将FB调制信号的相位限制在第—象限内,由于存在相位噪声,分布的不集中。
图3是FB的数据的幅度,由于存在基准时钟的频差,导致信号频率随着时间变化。
图4是FB的IQ数据翻转后的相位,由于存在基准时钟的频差(低于网络侧的时钟频率),导致相位随着时间的变化,存在下降的趋势。
图5是计算FB数据的IQ相位,并对相位叠加,做不归零校正。
图6是本发明进行时钟同步的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述FCCH逻辑信道只包括—个突发,即FB,该突发对应的所有调制符号均为0,则GMSK调制(GSM系统所采用的调制方式)产生的信号相位对时间线性变化, 这是一个频率为f1=f0+14T]]>的下弦波,其中f0为调制的中心频率,T为比特宽度。
在接收端,对接收的数据进行解调,每个T时间间隔内输出一对IQ数据,IQ数据组成的复数的相位即对应于调制时的的信号相位。如果接收端的射频本振时钟和发送端的相同,且不考虑干扰的影响,则FB接收的IQ信号的相位为 即在复平面上依次顺时针旋转90度,每四个采样点重复。对接收到的IQ数据依次逆时针循环90、180、270、360、450度 即对接收的IQ数据进行翻转,得到的所有采样点具有相同的相位。
以上假设时钟同步,且没有干扰存在,然而实际系统中这两种假设都是不成立的。
首先,传输中存在多径、衰落、干扰等,这导致了接收IQ数据出现了相位和幅度的抖动,对于FB的IQ翻转数据,其各个采样点的相位引入了一个随机的干扰,接收的FB的IQ翻转数据的相位可以表示如下(k)=0+n(k)其中,n(k)为随机干扰。
另外,接收端的射频本振时钟和发送端的射频本振时钟总是存在一个频差,这个频差的存在导致FB的IQ翻转数据的相位是变化的。所以,接收的FB的IQ翻转数据的相位可以表示如下(k)=0+2*π*k*T*Δf+n(k)(k)=(k-1)+2*π*T*Δf+n′(k)其中,Af为射频本振的偏差,T为比特脉冲宽度。应当注意的是,上式中的偏差Δf应该为射频本振的频差,当转换为基准13M或26M时钟的频差时,随频点的不同需要除以不同的倍频数。
对于其它的突发,可以假设其调制符号为随机的,则接收的IQ数据的相位为随机的,翻转后的IQ数据的相位也为随机的。
图1至图4为一个FB的接收IQ数据,由图可见,接收的IQ数据的相位和幅度都是随机的,但是其相位是集中在一个范围之内的,一个FB的IQ数据翻转后的相位存在一个趋势项,即2*π*k*T*Δf,它是由接收端与发送端的射频本振时钟的频差引起的。
由前面的分析可知,对于接收到的IQ翻转数据,其相位有如下公式(k)=0+2*π*k*T*Δf+n(k)(k)=(k-1)+2*π*T*Δf+n′(k)当频偏比较小时,一个FB的IQ翻转数据的相位集中在一个小的范围之内,而其它突发的数据的相位是完全随机的。这样,将一个突发的IQ翻转数据相加,FB由于所有点的相位比较接近,相加时将出项一个极大值,而其它数据由于相位随机分布,相加时互相抵消,不会出现一个极大值,由此,可以检测到FB的位置,从而可以确定帧时钟的大体位置。
当频偏比较大时,一个FB的IQ翻转数据的相位的分布将很大。例如,取FB的150个点进行分析,对于1800M,13M频偏13HZ,对于900M,13M频偏26HZ,这150个点翻转数据的相位将均匀分布在整个2*π区间上,从而所有点的和将为零,此时无法检测FB。
在整个FB的范围内,相位变化比较大,但是相邻点的相位变化仍然比较小,例如,对于1800M,13M频偏150HZ,(k)=(k-1)+0.16π+n′(k)。由此可见,通过计算相邻两个点的相位差,可以判断这这两个点对应的信息比特是否相同,这可称作FB的解调。从而,可以判断N个点对应的信息比特是否相同,以确定一个FB。
检测到FB后,就得到了一个FB的IQ翻转数据,其相位有如下的公式(k)=0+2*π*k*T*Δf+n(k)根据接收数据就可以计算出频差。注意,这里相位需要保持连续,即相位递增时不会返回到0,递减时也不会返回到2*π。但是,计算的相位值是在区间0-2*π上,所以,需要对相位进行校正。附图5为一个相位校正的示例。
检测到FB后,就确定了FB的粗略位置。由于SCH总是位于FB之后的第8个突发处,由此可以确定SB的大体位置,SB具有很长的训练序列,因此可以在较长的范围内对SB成功地进行解调,解调的同时可以确定SB的准确位置,并对SCH做信道解码就可以得到帧号。由此,可以实现帧时钟的精确同步,并得到帧号信息。
当频偏比较小时,一个FB的IQ翻转数据的相位集中在一个小的范围之内,而其它突发的数据的相位是完全随机的。这样,将一个突发的IQ翻转数据相加,FB由于所有点的相位比较接近,相加时将出项一个极大值,而其它数据由于相位随机分布,相加时互相抵消,不会出现一个极大值,由此,可以检测到FB的位置,从而可以确定帧时钟的大体位置。
但是,当频偏比较大时,一个FB的IQ翻转数据的相位的分布将很大。例如,取FB的150个点进行分析,对于1800M,13M频偏13HZ,对于900M,13M频偏26HZ,这150个点翻转数据的相位将均匀分布在整个2*π区间上,从而所有点的和将为零,此时无法检测FB。
如上所述,在整个FB的范围内,相位变化比较大,但是相邻点的相位变化仍然比较小,例如,对于1800M,13M频偏150HZ,(k)=(k-1)+0.16π+n′(k)。由此可见,通过计算相邻两个点的相位差,可以判断这这两个点对应的信息比特是否相同,这可称作FB的解调。从而,可以判断N个点对应的信息比特是否相同,以确定一个FB。
检测到FB后,就得到了一个FB的IQ翻转数据,其相位有如下的公式(k)=0+2*π*k*T*Δf+n(k)根据接收数据就可以计算出频差。需要注意的是这里相位需要保持连续,即相位递增时不会返回到0,递减时也不会返回到2*π。但是,计算的相位值是在区间0-2*π上,所以,需要对相位进行校正。
图5所示,是一个相位校正的示例。
检测到FB后,就确定了FB的粗略位置。由于SCH总是位于FB之后的第8个突发处,由此可以确定SB的大体位置,SB具有很长的训练序列,因此可以在较长的范围内对SB成功地进行解调,解调的同时可以确定SB的准确位置,并对SCH做信道解码就可以得到帧号。由此,可以实现帧时钟的精确同步,并得到帧号信息。
从实施例可以看出,本发明是通过对多点IQ数据的统计,计算相邻点间具体相位关系的方法,解决了较大频差时的同步问题,提高了系统同步基准时钟的能力,降低了系统对晶振部分指标的要求。
权利要求
1一种通过无线接口进行时钟同步的方法,其特征是处理步骤如下第一步接收来自模数转换器ADC的基带IQ信号序列,并储存;第二步对接收到的连续两个时隙的IQ数据合并,得到相位翻转数据;第三步对所述第二步得到的两个时隙的相位翻转数据,计算相邻两点的相位差,如果相邻的两点相位差的绝对值大于等于90度,那么记录此两点的相位关系值为“前一个相位关系值×-1”,如果相邻的两点相位差的绝对值小于90度,那么记录此两点的相位关系值为“前一个相位关系值×1”;第四步对所得到的相位关系值的数组进行相关运算,当运算结果的绝对值等于相关窗口宽度时,就认为找到了频率校正突发,转入第六步;第五步如果没有发现频率校正突发,滑动窗口,继续计算相关值,直到滑动到数据的尾部,然后报告在这两个时隙里没有发现频率校正突发,结束处理流程;第六步利用最小二乘法对得到的比特计算基准时钟的频差,并调整晶振,同时在下一帧计算同步突发,直到解调出同步突发,得到帧号,进行同步,完成处理流程。
2如权利要求1所述的通过无线接口进行时钟同步的方法,其特征在于所述第二步中对接收到的连续两个时隙的IQ数据合并是根据公式(k)=0+2*π*k*T*Δf+n(k)其中T为比特脉冲宽度Δf为射频本振的偏差;n(k)为随机干扰;对每一个比特计算其相位大小,然后进行相位翻转计算。
3如权利要求1所述的通过无线接口进行时钟同步的方法,其特征在于所述第四步中,相位关系值的数组有156×2组,对其进行相关运算,相关的窗口宽度为142,当运算结果的绝对值等于相关的窗口宽度142时,就认为找到了频率校正突发,进入第六步。
全文摘要
本发明公开了一种通过无线接口进行时钟同步的方法,属于无线移动通讯领域,通过对多点IQ数据的统计,并计算相邻点间具体相位关系的方法,解决了较大频差时的同步问题,提高了系统同步基准时钟的能力,降低了系统对晶振部分指标的要求,可用于移动通讯系统。
文档编号H04W56/00GK1510933SQ02157789
公开日2004年7月7日 申请日期2002年12月21日 优先权日2002年12月21日
发明者王伟, 崔亦军, 马俊峰, 伟 王 申请人:深圳市中兴通讯股份有限公司
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