时分双工无线通信系统中上行同步跟踪的预测方法

摘要

本发明时分双工无线通信系统中上行同步跟踪的预测方法，包括(1)基站对终端与每根天线之间的所有上行信道进行估计；(2)对该上行信道估计结果进行多倍插值后，计算所有天线的平均功率，并得到每一终端当前子帧的峰值位置；(3)对步骤(2)中终端当前子帧的峰值位置进行递归平均；(4)当当前子帧号与延迟子帧数之和被调整频率整除时，对包括该当前子帧在内的前调整频率个子帧的SS重新赋值；(5)计算出该终端当前子帧信道估计所得的峰值位置与预测所得该子帧峰值位置间的误差，并对该误差进行递归平均；(6)将步骤(5)中误差的递归平均结果与预测所得的该子帧峰值位置相加得到该子帧的预测峰值位置。本发明有效提高同步控制精度，增强基站上行解调性能。

说明书

技术领域

本发明涉及时分双工(TDD，Time Division Duplex)移动通信技术领域，具体地说涉及TDD移动通信系统中同步跟踪的预测方法。

背景技术

TDD无线通信系统是一个同步系统，对上行和下行同步有比较严格的要求，上行同步与系统性能的高低密切相关，所谓上行同步就是上行链路各移动终端的信号在基站调解器完全同步，在TDD无线通信系统中利用软件和帧结构设计来实现严格的上行同步，但由于移动终端的移动状态是随机的，也就是上行同步的状态不断发生变化，所以要求系统必须有极强的保持上行同步的能力。

在CDMA的TDD系统中，由于一个时隙中可以有多个移动终端同时通信，为了减少移动终端之间的相互干扰，需要每个移动终端的信道包络不能超出信道估计窗，而且同一个时隙的所有移动终端发出的上行信号需同时到达基站。由于移动终端在通话过程中所处的位置在不停地变化，因此每个移动终端到达基站的路径会随着移动终端位置的变化而变化，从而信道包络也在变化，同时各个移动终端到达基站的时间也随着移动终端的位置变化而变化。为了保持移动终端通话的连续性，必须使移动终端在通话过程中的信道包络保持在信道估计窗之内；为了减少移动终端之间的相互干扰，必须使各个移动终端发出的上行信号同时到达基站，因此对每个移动终端的上行信道进行同步跟踪在TDD系统中是必不可少的。

现在的TDD系统中，移动终端通过发送上行导频码(SYNC_UL)和基站初始同步后，利用同步跟踪来完成对移动终端信道变化的跟踪和对移动终端发出的上行信号到达基站时间的调整。同步跟踪是由基站和移动终端共同来完成的，首先，基站根据接收到的移动终端的上行信号来估计信道的变化并且产生同步偏移控制符(SS，Synchronization Shift)，并在相应的下行时隙发给移动终端，移动终端根据接收到的同步偏移控制符来提前或延迟发送上行信号的时间。为了增加同步偏移控制符的冗余度，提高同步跟踪预测算法的可靠性，移动终端会根据网络侧发送的调整周期来进行调整，即移动终端把一个调整周期里接收到的所有同步偏移控制符结合起来，判断出上行信号发送时间的提前或延迟。

但由于基站硬件处理能力有限，不能把当前子帧上行时隙产生的同步偏移控制符及时地在当前子帧下行时隙发给移动终端，因此需要预测下发子帧时所产生的同步偏移控制符，现有的上行同步跟踪预测算法中由于没有考虑到调整频率对预测带来的影响，从而使预测不准确，导致产生错误的同步偏移控制符，影响无线链路的保持和基站的接收性能。

发明内容

本发明的目的是解决现有上行同步跟踪预测算法中未考虑到调整频率对预测同步偏移控制符产生的影响，造成预测值不准确所存在的问题和不足，提供一种预测精度高的时分双工无线通信系统中上行同步跟踪的预测方法。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案，该时分双工无线通信系统中上行同步跟踪的预测方法包括如下步骤：

(1)基站对同一时隙内移动终端与每根天线之间的所有上行信道进行估计；

(2)对所述上行信道估计结果进行多倍插值后，计算出所有天线的平均功率，由此得到每一移动终端当前子帧的峰值位置；

(3)对步骤(2)中移动终端当前子帧的峰值位置进行递归平均运算；

(4)当当前子帧号与延迟子帧数之和被调整频率整除时，对包括该当前子帧在内的前调整频率个子帧的同步偏移控制符重新进行赋值；

(5)计算出所述移动终端当前子帧信道估计所得的峰值位置与预测所得该子帧峰值位置间的误差，并对该误差进行递归平均运算；

(6)将步骤(5)中误差的递归平均运算结果与预测所得的该子帧峰值位置相加得到该子帧的预测峰值位置，由此获取该子帧的同步偏移控制符，从而对移动终端信号发射时延进行调整。

根据上述本发明的技术方案，由于在上行同步跟踪预测算法中考虑到了同步调整频率对预测带来的影响，可更准确地估计出下发子帧的峰值位置，从而能够产生较准确的同步偏移控制符，使移动终端根据接收到的同步偏移控制符准确地判断出提前或延迟发送上行信号的时间，由此提高同步控制精度，增强基站的上行解调性能。

附图说明

图1是本发明时分双工无线通信系统中上行同步跟踪的预测方法中预测下发子帧峰值位置的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步说明本发明的技术特征和功能特色，目的是能够更好地说明本发明，但不是用来限制本发明的保护范围。

参见图1，本发明时分双工无线通信系统中上行同步跟踪的预测方法在多天线情况下的具体实现步骤如下：

步骤210，基站利用训练序列对同一时隙内移动终端与每根天线之间的所有上行信道进行估计；

在无线通信系统中，经常利用训练序列进行信道估计，因此利用每个移动终端已知的训练序列，对来自天线的射频收信机的采样输出数据进行信道估计，可得到所有移动终端的信道估计。

信道估计的具体处理过程如下：已知每个移动终端发送的训练序列以及第i根天线在一个突发中接收到的训练序列的数值为e_i，则有

e_i＝Mh_i    i＝1，...，N                        (1)

其中，M表示所有移动终端发送的训练序列所组成的矩阵，h_i表示第i根天线上所有移动终端的信道估计组成的向量，即 $>{}_{}$>求解公式(1)可以得到信道估计：

h_i＝(M^HM)^-1M^He_i                               (2)

对于CDMA的TDD系统，由于训练序列的循环特性，所有移动终端发送的训练序列所组成的矩阵M可以写成循环矩阵，因此可以采用快速傅立叶变换(FFT)以及快速傅立叶反变换(IFFT)求解公式(1)，得到信道估计：

h_i＝ifft(fft(e_i)/fft(M(：，1)))                    (3)

其中，M(：，1)表示矩阵M中第1列的所有元素；

步骤202，对每根天线信道冲激响应进行多倍插值，然后把经过插值后的N根天线的信道估计求平均功率，最终可以得到每个移动终端第n个子帧的峰值位置p_peak(k，n)，其中k表示第k个移动终端；

步骤203，为了减少噪声对峰值位置估计值的影响，需要对第k个移动终端第n个子帧的峰值位置p_peak(k，n)与该移动终端的第n-1个子帧的峰值位置进行递归平均运算：

p_peak(k，n)＝(1-σ)p_peak(k，n-1)+σ·p_peak(k，n)    (4)

其中，σ表示均值遗忘因子，其取值范围为集合(0，1)；

步骤204，当当前子帧号与延迟子帧数之和被调整频率整除时，对包括该当前子帧在内的前调整频率个子帧的同步偏移控制符重新进行赋值；

基站在接收到每一个子帧都会产生一个同步偏移控制符，而且会通过下行信道发给相应的移动终端，移动终端根据网络侧发送的调整频率M来综合M个子帧接收到的同步偏移控制符，由此判断出提前或延迟发送上行信号的时间；为了能够预测得到更准确的下发子帧的峰值位置，需要考虑调整频率对预测公式，

带来的影响，其中A表示延迟子帧数，即在第n个子帧产生的同步偏移控制符在延迟了A个子帧起作用，参数step表示调整步长，其取值范围为集合[1，8]。其中，发送时间提前时(SS(n)＝11)^(n)等于1；发送时间与前一帧保持不变时(SS(n)＝01)^(n)等于0；发送时间延迟时(SS(n)＝00)^(n)等于-1。由于终端在子帧号能被调整频率整除时才做相应的同步调整，因此在基站利用公式(5)预测下发子帧的峰值位置时需要对公式(5)中的参数值进行修改，即当当前子帧号与延迟子帧数之和被调整频率整除时，把包括当前子帧在内的前调整频率个子帧综合起来考虑第n子帧的同步偏移控制符，具体重新赋值准则为，在前M个子帧的SS＝11、01或00，SS(n)设置为个数最多的同步偏移控制符，并将其余前M个子帧的SS(n-1)，SS(n-2)，K，SS(n-M+1)全部设为01，如果包括该当前子帧在内的前调整频率个子帧的各种同步偏移控制符的个数相等时，则将该M个子帧的同步偏移控制符SS(n)，SS(n-1)，SS(n-2)，K，SS(n-M+1)全部设为01。参见表1，在键控移位调制(QPSK)下同步偏移控制符与定时提前量的调整关系。

表1

  SS编码  SS命令  含义  01  减小  将发送时间延迟  11  增加  将发送时间提前  其它  保持  定时提前量与上一调整周期相同

步骤205，利用第k个移动终端第n个子帧的信道估计所得到的峰值位置p_peak(k，n)与预测所得该子帧峰值位置可得到误差：

θ_peak(k，n)＝p_peak(k，n)-p_预测            (6)

步骤206，对第k个移动终端第n个子帧信道估计所得的峰值位置与预测所得该子帧峰值位置间的误差进行递归平均运算：

θ_peak(k，n)＝(1-λ)·θ_peak(k，n-1)+λ·θ_peak(k，n)        (7)

其中，λ表示方差遗忘因子，其取值范围为集合(0，1)；

步骤207，将所述步骤206中误差的递归平均运算结果与预测所得的第k个移动终端第n-1+A个子帧峰值位置相加得到在第n个子帧最终预测的第n-1+A个子帧的峰值位置：

采用本发明可以准确地预测下发子帧的峰值位置，由此获取该子帧的同步偏移控制符，从而使移动终端对信号发射时延进行调整，提高了同步控制精度，并增强了基站的上行解调性能。

上述具体实施方式以较佳实施例对本发明进行了说明，但这只是为了便于理解而举的一个形象化的实例，不应被视为是对本发明范围的限制。同样，根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，可以做出各种可能的等同改变或替换，而所有这些改变或替换都应属于本发明权利要求的保护范围。