CN100355222C - 在移动通信系统中估算移动终端速度的设备和方法 - Google Patents

Abstract

提供在移动通信系统的基站(BS)设备中的设备和方法，所述移动通信系统包括用来估算移动台(MS)速度的速度估算器和用于根据速度估算器的控制信号使用多个信道估算系数来执行信道估算的信道估算器。该设备和方法包括估算信道估算器的各个信道估算系数的接收性能，并选择相应于具有最好接收性能信道估算系数的多个多普勒带的边界频率；测量与能够分类多个多普勒带的最小数目的频率指数相关的功率谱；并控制检测位置以便当加权值运用所测量的功率谱时测量的多普勒频率边界值接近于期望的多普勒频率边界值。

Description

在移动通信系统中估算移动终端速度的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于在移动通信系统中估算移动终端速度的设备和方法。本发明尤其涉及通过在移动通信系统中控制速度估算器的速度检测位置来估算移动终端速度的设备和方法。

背景技术

移动通信系统被开发出来以向移动终端(也叫作移动台/(MS))提供移动性。移动通信系统在基站(BS)和MS之间形成信道来提供MS的移动性(mobility)，以便它在信道上进行语音和数据通信。MS提供移动性，以至于从MS产生的无线信号不总是在固定的位置发射输出信号。具体地，MS可以在不同的位置持续发射无线信号，以至于无线信道的环境和路径不断地改变。MS和它的用户一起移动，从而它能在固定站点发射无线信号，或者能在低速或高速运动时发射无线信号。

如前所述的，由于MS的位置改变，移动通信系统中的信道环境改变，并且无线信号的传输路径也改变，因此移动通信系统必须考虑到改变的信道环境、改变的MS位置和MS的速度等等来接收数据。具体地，移动通信系统估算MS的传输信道，并根据估算结果来提取数据。因此，假设MS的信道估算没有正确地执行，移动通信系统就不能提取(extract)正确的数据。明确地说，如果移动通信系统不能估算正确的信道，则不能提取数据。

此后将描述移动通信系统的信道估算方法。移动通信系统在前向链路上从BS发射数据到MS。在此情况下，BS发射业务信道信号和导频信号，以便允许MS执行信道估算。MS在发射到BS的反向链路上向BS发射数据。在此情况下，MS发射反向导频信号以容许BS估算反向信道。一旦从MS接收来自MS的反向导频信号，BS就使用收到的反向导频信道执行信道估算。BS基于信道估算值解码从相应的MS接收的业务信号。在这种方式下，如果执行业务信号解码，则可以提高数据接收的性能。

然而，根据MS的速度在反向导频信道和反向业务信道会发生多谱勒频移。由于多谱勒频移，实际的信道估算性将能会恶化。具体地，实际的信道估算性能与接收信号的频移程度成比例地改变。同样，多谱勒频移影响根据MS的速度会产生不同的值。因此，BS应当在MS的各个速度上消除(remove)多谱勒频移以全部消除多谱勒频移的影响，并且也应当在MS的各个速度上执行信道估算，因此，BS需要在MS的各个速度上的信道估算器以便消除多谱勒频移的影响并执行信道估算。

此后将描述一种用于在移动通信系统中估算MS这样的速度的方法。该移动通信系统已经将MS的速度分成几个速度区，并且具有预先设计的最佳信道估算器来在各个速度区提供最佳的信道估算性能。在此情况下，根据MS的不同速度使用多个信道估算器，因此首先应当确定将要使用的信道估算器的类别。为了选择信道估算器的类别，需要一个速度估算器基于接收的信号来估算MS的速度。这里有两种方法来实现所述速度估算器，即，用于在时域中改写接收信号的自相关函数的第一种方法，和用于在频域中改写离散傅立叶变换(DFT)的第二种方法。

如上所述，由于在数字信号处理过程期间不可避免地会产生离散频谱估算，使用DFT离散地估算多普勒频谱的速度估算器以及速度估算器的速度检测位置依赖于DFT频率分辨率。因此，速度估算器的速度检测位置应当被控制以正确估算MS的速度。

发明内容

因此，考虑到上面的问题来做出本发明，并且本发明的一个目的在于提供用于控制速度估算器的速度检测位置以不考虑频率的分辨率来估算MS的移动速度的设备和方法。

根据本发明的一个方面，上面及其它的目的可以通过提供一种用于通过估算移动站(MS)的速度来调整速度估算器的速度检测位置的方法来实现，该速度估算器在移动通信系统的基站(BS)设备中，移动通信系统包括用来估算MS速度的速度估算器和用于根据速度估算器的控制信号使用多个信道估算系数来执行信道估算的信道估算器，该方法包括步骤：估算信道估算器的各个信道估算系数的接收性能，并选择相应于具有最好接收性能信道估算系数的多个多普勒带的边界频率；测量与能够分类多个多普勒带的最小数目的频率指数相关的功率谱；并控制检测位置以便当加权值运用到所测量的功率谱时测量的多普勒频率边界值接近于一个所期望的多普勒频率边界值。

根据本发明，这里提供了一种在移动通信系统的基站(BS)设备中的用来估算移动台(MS)速度的设备。该设备包括：根据速度带被分类的信道估算器，用于使用对各个速度带最佳化的信道估算系数来执行信道估算；和速度估算器，用于估算各个信道估算系数的接收性能，选择相应于具有最好接收性能的信道估算系数的多普勒带的边界频率，测量与能够分类多普勒带的最小数目的频率指数相关联的功率谱，运用加权值到测量的功率谱，控制检测位置接近于期望的多普勒频率边界值，该期望的多普勒频率边界值处于在加权值运用到测量的功率谱时测量的多普勒频率边界值中，并执行速度估算。

附图说明

从下列结合附图的详细描述中将更加清楚地了解本发明的上面和其它的目的，功能和其它的优点，其中：

图1为展示了根据本发明实施例用于基站(BS)的速度估算器的框图；

图2为一个曲线图，展示了根据本发明实施例的各个信道估算系数的接收性能；

图3展示了根据本发明实施例的用于测量与功率谱相关联的频率指数以将速度带分类为几个速度带操作的示意图；

图4展示了根据本发明实施例的用于在速度估算器中控制速度检测位置操作的示意图；

图5为一个流程图，展示了根据本发明实施例精细地控制速度检测位置的方法。

在全部附图中，应当注意相同或相似的单元由相同的标号指代。

具体实施方式

将参考附图详细描述本发明的实施例。在下列描述中，为了简明省略了对熟知的功能和结构的详述。

图1为一个框图，展示了根据本发明实施例的用于基站的速度估算器；

参考图1，所述速度估算器包括信道估算器110和速度估算器120。速度估算器120估算移动台(MS)的移动速度以控制信道估算器110。

信道估算器110根据各个(individual)速度带不同地被使用，并使用各个(individual)速度带的最佳估算系数执行信道估算。所述信道估算系数在相应于M_vel速度带的M_vel多普勒频带中是被循优的(optimized)，并且使用离线方法设计。在其中使用各个信道估算系数的各个多普勒频带通过一种使用离散傅立叶变换(DFT)的方法来检测。这种对应于各个信道估算系数的多普勒频带可以不同的方式确定，并且用于选择期望的多普勒频带的代表性例子将在此后参考附图描述。

图2为一个曲线图，展示了根据本发明实施例的各个信道估算系数的接收性能。在图2中，速度带(M_vel)被确定为四个多谱勒频带，横坐标轴表示多谱勒频率(Hz)，纵坐标轴表示信噪比(SNR)(E_o/N_o[dB])。

在以图2所示的被循优的速度的次序来配置多个信道估算系数的情况下，可获得如曲线210、220、230和240所示的各个信道估算系数的接收性能。相应于每个信道估算系数(COEF_Index)的多谱勒频带被改变到相应于具有最好性能的信道估算系数的另一个多谱勒频带。换言之，在0-97Hz第一频带，具有最低SNR的曲线210具有最好的接收性能，从而速度估算器120通过第一多谱勒频带0-250划分相应的多谱勒频带。在97-190Hz频带，具有最低SNR的曲线220具有最好的接收性能，从而速度估算器120通过第二多谱勒频带250-260划分全部多谱勒频带。在190-305Hz频带，具有最低SNR的曲线230具有最好的接收性能，从而速度估算器120通过第三多谱勒频带260-270划分全部多谱勒频带。在第三多谱勒频带边界270之后的多谱勒频带，曲线250具有最好的接收性能。这样，如果另一条曲线表现出了最好的接收性能，则执行多谱勒频率划分。

速度估算器120从多谱勒频带检测边界频率250、260和270，并将检测的速度信息发射到信道估算器110，以便它控制使用的信道估算系数。因此，如果信道估算系数由COEF₀，COEF₁，COEF₂和COEF₃以速度上升的顺序表示，那么信道估算器110就在第一多谱勒频带0-250使用信道估算系数COEF₀，在第二多谱勒频带250-260使用信道估算系数COEF₁，在第三多谱勒频带260-270使用信道估算系数COEF₂，在第四多谱勒频带270-280使用信道估算系数COEF₃。

用于检测多谱勒频带的DFT收集M_vel输入信号抽样，并且该DFT被运用到最小数量(q)的能够分类M_vel多谱勒频带的频率指数(n_i)(在此，I＝0-q-1)。在此情况下，在其上执行DFT的频率指数(n_i)被确定以M_vel多谱勒频带划分等级。

用于测量功率谱以在前述的移动通信BS系统中执行速度估算的方法将在此后描述。

图3为一个图，展示了根据本发明实施例用于测量与频率指数相关联的功率谱以将速度带分类为几个速度带的操作。在图3中，横坐标轴代表频率(Hz)，纵坐标轴表示功率谱密度。速度带(v_Indx)被分类成v_Indx＝v-1，和v_Indx＝v(0≤v_Indx≤M_vel-1)。每个速度带包括两个频率指数。具体地，“q”被确定为2M_vel。

速度估算器120测量功率谱，该功率谱与第二速度带(v)的频率指数n_x和n_y(0≤v，w，x，y≤q-1)相关联，第二速度带(v)的频率指数n_x和n_y与第一速度带(v-1)的频率指数n_v和n_w不同。在使用两个频率指数只检测一个速度带来测量功率谱的情况下，速度估算器120使用下列等式1检测速度：

等式1

$\mathrm{if}\left(\underset{n_i}{\max }\right\{P\left(n_i\right),n_i=0~q-1\}==n_0\mathrm{or}{n}_1),\mathrm{then}{v}_{\mathrm{Indx}}=0.$



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$\mathrm{elseif}\left(\underset{n_i}{\max }\right\{P\left(n_i\right),n_i=0~q-1\}==n_v\mathrm{or}{n}_w),\mathrm{then}{v}_{\mathrm{Indx}}=v-1.$

$\mathrm{elseif}\left(\underset{n_i}{\max }\right\{P\left(n_i\right),n_i=0~q-1\}==n_x\mathrm{or}{n}_y),\mathrm{then}{v}_{\mathrm{Indx}}=v.$

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$\mathrm{elseif}\left(\underset{n_i}{\max }\right\{P\left(n_i\right),n_i=0~q-1\}==n_{q-2}\mathrm{or}{n}_{q-1}),\mathrm{then}{v}_{\mathrm{Indx}}=M_{\mathrm{vel}}-1.$

所述速度估算器发射由等式1估算的速度带(v_Indx)到所述信道估算器，并控制信道估算器使用相应于估算的速度带的信道估算系数COFE_Indx。在此情况下，假设多谱勒功率谱的频率分辨率，比如输入信号抽样的时间间隔，被确定为“T”，那么相邻DFT抽样的频率间隔可使用下列等式2来计算：

等式2

频率分辨率根据DFT的大小可以被固定为一个预定的值。参考等式2，速度估算器120考虑在期望的频率边界值(f_desired)(比如频率检测位置)和检测的频率边界值(f_deteced)之间的相互关系，在所述边界处出现了检测变量v_Indx＝v-1以及v_Indx＝v，以便它能保证如图2的曲线250、260和270所示的最佳的信道估算性能。在此情况下，如果确定了输入抽样周期和DFT大小，f_desired就被确定在建立的频率指数的频率间隔之间以估算频谱。f_desired被确定在对应于频率分辨率的频率指数的频率间隔n_w/(T*M_dft)和n_x(T*M_dft)之间。f_desired代表频率边界值，该频率边界值依信道估算系数的性能而定，并可根据f_deteced值由下列等式3表示。

等式3

f_desired＝f_deteced与Δf

|Δf|＜(n_x-n_w)/(TxM_dft)

具体地，频率位置差发生在频率分辨率的倍数范围内。所述频率位置差在频率f_desired和f_deteced执行速度检测，导致接收性能恶化。为了防止接收性能恶化，应当考虑示于下列等式4中的检测逻辑。

等式4

$\mathrm{if}\left(\underset{n_i}{\max }\right\{{\mathrm{\β}}_{n_i}\·P\left(n_i\right),n_i=0~q-1\}==n_0\mathrm{or}{n}_1),\mathrm{then}{v}_{\mathrm{Indx}}=0.$

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$\mathrm{elseif}\left(\underset{n_i}{\max }\right\{{\mathrm{\β}}_{n_i}\·P\left(n_i\right),n_i=0~q-1\}==n_v\mathrm{or}{n}_w),\mathrm{then}{v}_{\mathrm{Indx}}=v-1.$

$\mathrm{elseif}\left(\underset{n_i}{\max }\right\{{\mathrm{\β}}_{n_i}\·P\left(n_i\right),n_i=0~q-1\}==n_x\mathrm{or}{n}_y),\mathrm{then}{v}_{\mathrm{Indx}}=v.$

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$\mathrm{elseif}\left(\underset{n_i}{\max }\right\{{\mathrm{\β}}_{n_i}\·P\left(n_i\right),n_i=0~q-1\}==n_{q-2}\mathrm{or}{n}_{q-1}),\mathrm{then}{v}_{\mathrm{Indx}}=M_{\mathrm{vel}}-1.$

所述速度估算器乘以在频率抽样位置n_i(i＝0～q-1)由加权值估算的功率谱P(n_i)，将原始功率谱的幅度和相乘后的功率谱结果的幅度相比较，检测频率边界值f_detecec，并控制f_deteced值以实际上接近f_desired值。

参考图3，在β_nw＞β_nx的情况下，f_deteced值移到右边，从而它变得较高。在β_nw＜β_nx的情况下，f_deteced值移到左边，从而它变得较低。功率谱的加权值可由下列配置成矩阵形式的等式5表示。

等式5

$\left({\mathrm{\β}}_{i,j}\right)=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{0,0}}& {\mathrm{\β}}_{\mathrm{1,0}}& ...& ...& {\mathrm{\β}}_{q-\mathrm{2,0}}& {\mathrm{\β}}_{q-1,0}\\ {\mathrm{\β}}_{\mathrm{0,1}}& {\mathrm{\β}}_{\mathrm{1,1}}& ...& ...& {\mathrm{\β}}_{q-\mathrm{2,1}}& {\mathrm{\β}}_{q-\mathrm{1,1}}\\ .& .& .& .& .& .\\ .& .& .& .& .& .\\ .& .& .& .& .& .\\ {\mathrm{\β}}_{0,M_{v01}-2}& {\mathrm{\β}}_{1,M_{\mathrm{vol}}-2}& ...& ...& {\mathrm{\β}}_{q-2,M_{\mathrm{vol}}-2}& {\mathrm{\β}}_{q-1,M_{\mathrm{vol}}-2}\\ {\mathrm{\β}}_{0,M_{\mathrm{vol}}-1}& {\mathrm{\β}}_{1,M_{\mathrm{vol}}-1}& ...& ...& {\mathrm{\β}}_{q-2,M_{\mathrm{vol}}-1}& {\mathrm{\β}}_{q-1,M_{\mathrm{vol}}-1}\end{array}\right]$

参考等式5，β_i，j表示如果速度带被确定为v_Index＝j与在频率抽样位置n_j测量的功率谱相乘的加权值。这样，在此后描述细微地或精确地控制f_deteced值的运算。

图4为展示了根据本发明实施例用于在速度估算器中控制速度检测位置的操作的图。在图4中，横坐标轴表示多普勒频率(Hz)，纵坐标轴表示测量的速度带，“T”被确定为256-码片，并且“M_dft“被确定为256-点。标号410表示在δ＝0.5的情况下的检测结果，标号420表示在δ＝1.0的情况下的检测结果，标号430表示在δ＝2.0的情况下的检测结果。

等式6

参考等式6，曲线420表示在没有乘上加权值的情况，并且也表示固定地由n_w和n_x的选择结果检测到的速度带。曲线410表示在加权值变低时检测的速度带v_Indx(即当加权值基于曲线420向左移动)。曲线430表示在加权值变高时检测的速度带v_Indx(即当加权值基于曲线410向右移动)。

速度估算器根据等式5的加权值的幅度细微地或精确地控制速度检测位置，从而速度检测位置被细微地或精确地控制在n_w和n_x的频率范围的范围之内。例如，如果根据δ检测的频率位置等于δ＝0.5，则f_deteced值表示为曲线420。如果检测的频率位置等于δ＝2，则f_deteced值表示为曲线430。一种用于控制速度估算器以细微地或精确地根据前述的运算调整速度检测位置的方法将在此后描述。

图5为流程图，展示了用于根据本发明的实施例细微地控制速度检测位置的方法。

参考图5，速度估算器在步骤1010使用等式2计算频率分辨率，并计算相邻DFT抽样的频率间隔。

速度估算器在步骤1020在频带v_Index＝v检测最大功率谱来选择频率指数范围，并选择相应于检测的最大功率谱的频率指数n_x和相应于在步骤1020在v_Index＝v检测的最大功率谱的另一个频率指数n_w。因此，在步骤1030速度估算器测量f_deteced的真实检测频率边界值，在该边界处发生了在选择的频率指示范围内的检测变化。

在步骤1040，在频率指数范围的范围之内，速度估算器控制f_deteced的值到接近期望的频率边界值f_desired。

从上面的描述明显的可以看出，本发明的实施例细微地或精确地控制速度估算器的多普勒带检测位置，以便最佳的的信道估算器的性能可得到保证并且可以改进接收信号的解码性能。

虽然为了举例说明的目的公开了本发明的某些实施例，本领域普通技术人员应该理解到各种修改，添加和置换都是可能的，并不脱离本发明的如所附的权利要求所公开的精神和范围。

Claims (8)

1、一种用于估算移动站MS的速度来调整速度估算器的速度检测位置的方法，所述速度估算器在移动通信系统的基站BS设备中，所述移动通信系统包括用来估算MS速度的所述速度估算器和用于根据所述速度估算器的控制信号使用多个信道估算系数来执行信道估算的信道估算器，该方法包括步骤：

估算信道估算器的各个信道估算系数的接收性能，并选择相应于具有最好接收性能的信道估算系数的多个多普勒带的边界频率；

测量与频率指数相关的功率谱，所述功率谱是能够分类多个多普勒带的最小数目的功率谱；和

控制检测位置以便当加权值运用到所测得的功率谱时测得的多普勒频率边界值接近于期望的多普勒频率边界值。

2、根据权利要求1的方法，其中边界频率的确定步骤包括步骤：

估算各个信道估算系数的接收性能，该估算系数对多个速度带中的每个速度带是最佳的；

确定一相应于每个信道估算系数的多普勒带为相应于具有最好性能的信道估算系数的多普勒带；

选择所确定的多普勒带的边界频率。

3、根据权利要求1的方法，其中检测位置的控制步骤包括步骤：

用加权值乘以测量的功率谱以在各个的幅值之间进行比较，将测量的功率谱的幅度和相乘结果的幅度进行比较，并将所述加权值运用到测量的功率谱中。

4、根据权利要求1的方法，其中信道估算系数对预定数目的多普勒带是最佳的，其中该预定的数目等于速度带的预定数目。

5、一种用于在移动通信系统的基站BS设备中估算移动台MS速度的设备，包括：

根据速度带分类的信道估算器，用于使用对各个速度带来说最佳的信道估算系数来执行信道估算；和

速度估算器，用于估算各个信道估算系数的接收性能，选择相应于具有最好接收性能的信道估算系数的多普勒带的边界频率，测量与频率指数相关联的功率谱，所述功率谱是能够分类多个多普勒带的最小数目的功率谱，运用加权值到所测量的功率谱，控制检测位置到接近于期望的多普勒频率边界值，该期望的多普勒频率边界值处于在加权值运用到测量的功率谱时测量的多普勒频率的边界值中，并执行速度估算。

6、根据权利要求5的设备，其中：

所述速度估算器估算各个信道估算系数的接收性能，该信道估算系数对于多个速度带中的每个速度带是最佳的，确定一相应于每个信道估算系数的多普勒带为相应于具有最好性能的信道估算系数的多普勒带，并选择确定的多普勒带的边界频率。

7、根据权利要求5的设备，其中：所述速度估算器的检测位置控制在测量的功率谱乘以加权值时被执行，测量的功率谱的幅度和相乘的结果相比，接着加权值被运用到所测量的功率谱。

8、根据权利要求5的设备，其中：所述信道估算系数对预定数目的多普勒带来说是最佳的，其中该预定的数目等于速度带的预定数目。

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