CN100556020C - 增强数据速率gsm演进***中辨别信号调制类型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强数据速率的GSM演进***中辨别信号调制类型的方法，涉及多路复用通信领域。具体方案为：计算第一个突发包步骤：在该突发包的数据部分信号中依次找出能量最大和最小的N个信号，并分别计算其能量平均值，计算突发包的训练序列的能量平均值，计算最大最小能量平均值之差与训练序列部分信号能量平均值之比值；判断该比值与设定阈值大小的步骤：若该比值大于阈值则对突发包进行8PSK解调；否则进行GMSK解调；第一突发包的解调方式为数据块中的后三个突发包的解调方式。本发明用于包解调过程，降低了计算处理的复杂度，能快速辨别多种调制信号的调制方式，提高了解调效率。

Description

增强数据速率GSM演进***中辨别信号调制类型的方法

技术领域

本发明涉及一种多路复用通信***的增强数据速率的GSM演进(EnhancedData rates for GSM Evolution，EDGE)***中辨别信号调制类型的方法。

背景技术

GSM(Global System for Mobile communications，全球移动通信***)作为第二代移动蜂窝通信***，在全世界范围内已经得到了广泛的应用。但随着移动通信技术的发展和业务的多样化，人们对数据业务的需求不断增加。GSM***采用的是GMSK(高斯最小频移键控)的调制方式，与第三代移动通信***的384kbit/s数据速率的广域覆盖和大约2Mbit/s数据率的局域覆盖相去甚远。为满足3G***完善之前对数据业务的强烈需求，ETSI(European Telecommunications SdandardsInstitute，欧洲电信标准协会)决定发展增强数据速率的GSM演进方案——EDGE作为GSM未来的演进方向。

为了在现有蜂窝***中提供更高的数据通信速率，EDGE引入了多电平数字调制方式——8PSK(8进制移相键控)调制。由于8PSK调制是一种线性调制，3个连续比特映射到I(同相分量)/Q(正交分量)坐标的一个符号，从而能提供更高的比特率和频谱效率。GSM***中使用的GMSK的调制方式也是EDGE调制方式的一部分。两种调制方式的符号速率都是271kbit/s，每时隙的净比特率分别为22.8kbit/s(GMSK)和69.2kbit/s(8PSK)。EDGE***在不同的信道情况下，可以提供9种不同的调制编码方式——MCS(Modulation and Coding Scheme)，其中MCS1～4使用的仍然是GSM***中的GMSK调制方式，而MCS5～9使用的是8PSK调制方式。

而在移动通信中，无线信道的信道特性都是非常恶劣的，主要表现为多径衰落和多普勒衰落。多径衰落会使信号产生码间干扰，接收端必须采用均衡技术来消除信道的影响。在GSM***中，由于采用GMSK二进制调制，一般可以使用最优的Viterbi算法作解调均衡，而信道中的弥散长度在***中一般取6，这样信道的总状态数为2⁵＝32，运算复杂度并不是很高。而在EDGE***中，对于8PSK的解调来讲，信号的调制符号表的大小为8，如果延用在GMSK调制中实现的基于Viterbi的MLSE(maximum likelihood sequence estimation，最大似然序列估计)方法，那么8PSK的总状态数为8⁵＝32768，对于基带解调***来说，这是不可能采用软件无线电的方式实现的。在具体实现中一般采用缩减状态序列估计算法RSSE(Reduced-State Sequence Estimation)或延迟判决反馈序列估计法DDFSE(DelayedDecision-Feedback Sequence Estimation)来进行8PSK的解调均衡。8PSK均衡解调的运算复杂度一般是GMSK均衡解调的6～8倍。

EDGE***中，分组业务信道(PDTCH)在分组交换模式下承载用户数据。所有的分组信道都是基于由52个TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)帧构成的复帧结构的，该复帧中包含了12个数据块，每个数据块由4个连续的TDMA帧组成。基站对于终端设备所发送的分组业务数据块，并不知道该数据块所使用的调制方式，有可能是GMSK调制，也有可能是8PSK调制。常用的做法是采用两次解调的方法来进行该上行数据的解调，即首先采用GMSK方式进行解调，如果解调不成功，再进行8PSK的解调。该方法的好处在于能够确保每个上行的Burst(突发)解调的正确性。但其缺点是处理复杂度高。如果终端设备发送的是MCS5～9的数据块，那么对于基站来讲，需要做两次解调，明显比单独做8PSK解调复杂。

专利号为6385254的美国专利“Transmission method and radio system”中，提出了一种可发送多个调制方式信号、可接收多个调制方式信号的***。在接收端，首先利用训练序列并采用最大似然的方法来估计脉冲响应，然后通过对脉冲响应的估计值判断所发送信号的调制方式。这种方法的前提条件是不同调制方式下的训练序列需要尽可能的正交。而在EDGE***中，GMSK和8PSK信号的训练序列在符号上都是一致的，所以此方法不能用于EDGE***中。

申请号为02803159.8题为“确定调制类型的接收器”的中国专利提出了一种确定发送信号的调制的方法。对于所发送的信号，针对每种解调信号进行信道的估计，信道估计值包括m个抽头，选择各个信道估计抽头中的能量最大的n个，其中n＜m；根据n个抽头用最小二乘法估计各个解调信号的方差，通过比较方差来确定发送信号的调制方式。此技术方案主要应用于GMSK和8PSK信号的确定上。但是这种方法首先要对信号进行两次解调，然后再根据所计算出来的方差来判断调制信号的类型，复杂度相对较高。

发明内容

针对上述现有的上行分组业务数据块调制方法中所存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种计算复杂度较低、快捷、准确度高及可保证基带***性能的增强数据速率的GSM演进***中辨别信号调制类型的方法。

本发明是这样实现的：一种增强数据速率的GSM演进***中辨别信号调制类型的方法，包括以下步骤：

(1)接收机接收到上行分组业务数据块时，对该上行分组业务数据块中的第一个突发包进行如下处理：

a、在该突发包的信息部分信号中依次找出能量最大的N个信号和能量最小的N个信号，并分别计算该能量最大的N个信号和能量最小的N个信号的能量平均值，记为En_Max_Avg和En_Min_Avg；

b、计算该突发包的训练序列部分信号的能量平均值，记为En_TSC_Avg；

c、计算所述最大最小能量平均值之差与训练序列部分信号能量平均值的比值，即计算(En_Max_Avg-En_Min_Avg)/En_TSC_Avg的值，记为Ratio；

(2)将Ratio与设定的阈值进行比较，若Ratio大于该阈值，则对该突发包进行八进制移相键控(8PSK)解调；否则进行高斯最小频移键控(GMSK)解调；

(3)第一个突发包确定的解调方式即为所述分组业务数据块中的后三个突发包的解调方式。

优选地，所述步骤(2)和步骤(3)之间还包括步骤：

所述第一个突发包按八进制移相键控方式进行解调时，若解调成功，则最终确定该第一个突发包的解调方式为八进制移相键控；否则进行高斯最小频移键控解调，并将该第一个突发包的解调方式确定为高斯最小频移键控；

所述第一个突发包按高斯最小频移键控方式进行解调时，不论解调的结果怎样，都将该第一个突发包的解调方式确定为高斯最小频移键控。

优选地，所述步骤(3)之后还包括步骤：

按确定的解调方式对所述分组业务数据块中的后三个突发包进行解调，并将该分组业务数据块的四个突发包的解调结果输至下一流程进行相应处理。

所述N为小于或等于58的自然数；优选地，N的取值范围为4至8；所述阈值为1.6至2之间的任一实数。

本发明利用8PSK与GMSK调制的突发中信息部分信号的能量差异作为辨别它们的判断依据。首先判断上行分组业务数据块中第一个突发包的调制方式，来确定该上行分组业务数据块的调制方式。本发明降低了计算处理的复杂度，并能快速辨别该两种调制信号的调制方式，因而可准确地对上行分组业务数据块中各突发包进行解调，提高了解调效率。

附图说明

图1是移动通信***的信道模型示意图；

图2是EDGE***中的常规突发包的数据结构示意图；

图3是EDGE***中GMSK常规突发包的信号能量示意图；

图4是EDGE***中8PSK常规突发包的信号能量示意图；

图5是本发明的流程图。

具体实施方式

图1示出了移动通信***的信号调制和解调模型示意图。如图1所示，对上行信号进行解调时，基带接收机接收到经无线信道口传送来的数据，首先由解调模块对接收到的基带I，Q信号进行解调，解调后的结果经过解交织之后，再送至信道译码模块进行信道的译码。对于分组业务信道来说，一个数据块包含4个连续的Burst，需要将4个Burst的解调结果输出到解交织和解码器中。如图2所示，常规的突发包NB(Normal Burst)的信息部分分成两组各58个符号，其中57位为数据，1位为帧标志位，用来表示此数据是用户数据还是信令。在这两段信息部分之间***了26位的训练序列，用来估计信道参数和时间提前量。3位“0”的尾比特加于信息段的两侧。NB数据的最后有8.25位的时间，不发任何信号，作为相邻时隙的保护段。NB可以是GMSK或8PSK的调制信号。

如图3、图4所示，分别给出了GMSK、8PSK常规突发包的信号能量示意图。图中，纵轴表示突发信号功率(DB)，横轴表示突发时间(帧)。对于GMSK调制的突发信号来讲，是恒包络的调制方式，在有效信号的范围之内，其能量变化非常小。对于8PSK调制方式，其信号能量的波动比较大，信号的最大能量与最小能量之差可以达到20dB。而对于训练序列部分(图中中间部分)，能量变化也非常小，基本上可以认为是恒定的。本发明正是基于GMSK和8PSK信号能量变化而提出的。以下详细说明之。

本发明具体如下：

接收机接收到上行分组业务数据块时，对该上行分组业务数据块中的第一个突发包进行如下处理：

从数据部分即图2中所示的左右58个加密数据符号总共116个符号的信息部分寻找能量最大的N个信号。对其能量做平均，即计算 $\mathrm{En}\_\mathrm{Max}\_\mathrm{Avg}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Energy}\_\mathrm{Max}\left(i\right)$ 的值；同时此信息部分计算出能量最小的N个信号的能量平均值，即计算 $\mathrm{En}\_\mathrm{Min}\_\mathrm{Avg}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Energy}\_\mathrm{Min}\left(i\right)$ 的值；

然后计算出训练序列部分信号的能量平均值，设为En_TSC_Avg。再计算出前述最大最小能量平均值之差与训练序列部分信号能量平均值的比值，即计算：

$\mathrm{Ratio}=\frac{\mathrm{En}\_\mathrm{Max}\_\mathrm{Avg}-\mathrm{En}\_\mathrm{Min}\_\mathrm{Avg}}{\mathrm{En}\_\mathrm{TSC}\_\mathrm{Avg}};$

将Ratio与设定阈值进行比较，若Ratio大于该阈值，则可以认定该上行分组业务数据块中的第一个突发包为8PSK调制发式；否则认定为GMSK调制发式；

第一个突发包确定的解调方式即为该上行分组业务数据块中的后三个突发包的解调方式；按认定的解调方式对该上行分组业务数据块中的后三个突发包进行解调，并将解调后的四个突发包解交织后送至编码器。

很明显，N为小于或等于58的自然数；为同时满足计算的简易度和判断的准确性，N可取4、5、6、7、8。根据GMSK及8PSK突发包信号的能量特征，阈值可取1.6至2之间的任一实数。本领域技术人员可以理解，具体取值大小并不影响本发明的实质。

本发明通过计算第一个突发包信息部分的信号的能量差异来确定分组业务数据块的调制方式，然后对其按相应方式进行解调，可准确、快捷地判别分组业务数据块的调制类型，降低了计算处理的复杂度并提高解调的效率和准确程度。

当然，利用前述方法仍有判断不准确的时候，为使本发明更完美，还需增加其他处理步骤。以下详细说明之。

如图5所示，当接收机接收到上行分组业务数据突发包时，首先判断是否为数据块的第一个突发包，若否，则根据其解调方式类别对应进行解调；若是，则按前述方法进行解调方式的判断。确定了该第一个突发包的调制方式后，将该第一个突发包进行相应解调。若进行的是GMSK解调，无论该第一个突发包是否解调成功，均将该包所在的上行分组业务数据块中的其他3个突发包的解调方式标志GMSK，即突发包的Demod_Flag＝GMSK。若进行的是8PSK解调，若解调成功，则将其他3个突发包的解调方式标志为8PSK，即突发包的Demod_Flag＝8PSK；若解调失败，则将其他3个突发包的解调方式标志GMSK，即突发包的Demod_Flag＝GMSK。

根据此解调标志Demod_Flag对该3个Burst进行解调。最后将4个Burst解调的结果解交织后送至编码器。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1、一种增强数据速率GSM演进***中辨别信号调制类型的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)接收机接收到上行分组业务数据块时，对该上行分组业务数据块中的第一个突发包进行如下处理：

a、在该突发包的信息部分信号中依次找出能量最大的N个信号和能量最小的N个信号，并分别计算该能量最大的N个信号和能量最小的N个信号的能量平均值，记为En_Max_Avg和En_Min_Avg；

b、计算该突发包的训练序列部分信号的能量平均值，记为En_TSC_Avg；

c、计算所述最大最小能量平均值之差与训练序列部分信号能量平均值的比值，即计算(En_Max_Avg-En_Min_Avg)/En_TSC_Avg的值，记为Ratio；

(2)将Ratio与设定阈值进行比较，若Ratio大于该阈值，则对该突发包进行八进制移相键控解调；否则进行高斯最小频移键控解调；

(3)第一个突发包确定的解调方式即为所述分组业务数据块中的后三个突发包的解调方式。

2、根据权利要求1所述的增强数据速率GSM演进***中辨别信号调制类型的方法，其特征在于，所述步骤(2)和步骤(3)之间还包括步骤：

所述第一个突发包按八进制移相键控方式进行解调时，若解调成功，则最终确定该第一个突发包的解调方式为八进制移相键控；否则进行高斯最小频移键控解调，并将该第一个突发包的解调方式确定为高斯最小频移键控；

所述第一个突发包按高斯最小频移键控方式进行解调时，不论解调的结果怎样，都将该第一个突发包的解调方式确定为高斯最小频移键控。

3、根据权利要求1或2所述的增强数据速率GSM演进***中辨别信号调制类型的方法，其特征在于，所述步骤(3)之后还包括步骤：

按确定的解调方式对所述分组业务数据块中的后三个突发包进行解调，并将该分组业务数据块的四个突发包的解调结果输至下一流程进行相应处理。

4、根据权利要求1或2所述的增强数据速率GSM演进***中辨别信号调制类型的方法，其特征在于，所述N为小于或等于58的自然数。

5、根据权利要求1或2所述的增强数据速率GSM演进***中辨别信号调制类型的方法，其特征在于，所述N的取值范围为4至8。

6、根据权利要求1或2所述的增强数据速率GSM演进***中辨别信号调制类型的方法，其特征在于，所述阈值为1.6至2之间的任一实数。

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