CN101252764B

CN101252764B - 无线终端速度估计的方法及装置

Info

Publication number: CN101252764B
Application number: CN2008100905709A
Authority: CN
Inventors: 王伟平
Original assignee: Via Technologies Inc
Current assignee: Via Technologies Inc
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2028-04-03
Also published as: US20090252211A1; CN101252764A

Abstract

本发明提供了一种无线终端速度估计的方法及装置。一种用于正交频分复用系统中的速度估值装置，该速度估值装置用于接收正交频分复用码元的多个信道响应信息，并根据采样间隔获得速度估值结果，该装置包括：相关器，用于对时域间隔为该采样间隔的子载波对应的该多个信道响应信息做相关运算，得到多个相关结果信息；统计模块，连接于该相关器，用于对该多个相关结果信息做统计运算，得到相关结果统计信息；以及比较器，连接于该统计模块，该比较器根据第一门限值，对该相关结果统计信息与该门限值进行比较，得到该速度估值结果。本发明所使用的速度估值装置以及方法，可以极大地减少估值过程中对于存储器空间的需求，并大幅提高运算速度。

Description

无线终端速度估计的方法及装置

技术领域

本发明涉及正交多载波传输系统，具体而言涉及在正交多载波通信系统中进行无线终端速度估计的装置及方法。

背景技术

在用于传输语音以及视频等信息的数字通信无线系统中，已经广泛使用正交频分复用技术(OFDM，orthogonal frequency division multiplex)，例如数字音频广播(digital audio broadcasting，DAB)系统，陆地/手持数字视频广播系统(DVB-T/H，Digital Video Broadcast-Hand-held/Terrestrial)等，以用于频率选择性衰落的无线信道。

在这些无线通信系统中，核心技术之一是无线终端在移动尤其是高速移动的情况下的数据接收，由于车速或者终端移动速度的变化会受到多普勒效应频率变化的影响。因此接收端相对于发送端的运动会产生多普勒频移。最大多普勒频移与相对运动的速度成正比f_max＝υf_c/c，其中f_max为最大多普勒频移，υ为无线终端移动速度，f_c为移动终端的载波速度。最大多普勒频移确定了在接收终端所能调整的信号最大改变量，对接收信号的性能有较大影响。

而不同的接收端移动速度会产生不同的最大多普勒频移，如果能够准确的估计接收端的移动速度，则可以区分快速模式和慢速模式，并可以对相应的信道估计采用不同的方案，提高接收效率。

然而，现有的数字无线通信系统中，没有给出快速有效的估计无线终端移动速度的方法，或者以牺牲存储器的空间或者使用高复杂度的运算实现。例如，其中一种方法为对所有导频的一定长度的采样点信道估计值做相关，从而得到对无线终端移动速度的估计值，这种方法运算速度低，同时需要较多的存储器来存储这些导频值。

因此，为解决上述问题，迫切需要一种性能优异的无线终端移动速度估计及补偿方法，同时为了降低成本并提高运算速度，所需要的无线终端移动速度估计及补偿方法应具有运算快，节省存储器空间等优点。

发明内容

本发明提出了一种准确、快速获得无线终端速度估值的方案，从而获得较好的信道估计效果。

本发明提供了一种用于正交频分复用系统中的速度估值装置，该装置用于接收正交频分复用码元的多个信道响应信息，并根据采样间隔获得速度估值结果，该装置包括相关器，用于对时域间隔为该采样间隔的子载波对应的多个信道响应信息做相关运算，得到多个相关结果信息；统计模块，连接于该相关器，用于对多个相关结果信息做统计运算，得到相关结果统计信息；以及比较器，连接于该统计模块，该比较器根据第一门限值，对该相关结果统计信息与该门限值进行比较，得到该速度估值结果。

本发明还提出了一种用于正交频分复用系统中的速度估值方法，该方法接收多个信道响应信息，并根据采样间隔获得速度估值结果，该方法包括选择时域间隔为该采样间隔的子载波，对所述子载波对应的该多个信道响应信息做相关运算，得到多个相关结果信息；根据多个相关结果信息进行统计运算，得到相关结果统计信息；以及将该相关结果统计信息与第一门限值进行比较，产生速度估值结果。

本发明还提出了一种正交频分复用接收器，该接收器包括信号接收装置，用于接收多个正交频分复用码元，该信号接收装置对接收的多个正交频分复用码元进行频率补偿，输出多个信道响应信息；速度估值装置，用于接收该信号接收装置输出的多个信道响应信息，对时域间隔为采样间隔的子载波对应的该多个信道响应信息做相关运算，得到多个相关结果信息，对该多个相关结果信息做统计运算，得到相关结果统计信息，对该相关结果统计信息与第一门限值进行比较，得到速度估值结果；以及信道估计装置，连接于该速度估值装置，该信道估计装置用于接收该速度估值结果，完成信道估计。

本发明所使用的速度估值装置以及方法，可以极大地减少估值过程中对于存储器空间的需求，并大幅提高运算速度，克服了现有正交频分复用系统估值技术的缺陷。

附图说明

本发明方法和装置可以结合以下附图参考及描述得到，其中：

图1为一个方框图，其根据本发明的一个实施例，阐述了一个正交频分复用系统的接收器示例；

图2A为一个方框图，其根据本发明的一个实施例，阐述了该速度估值装置的示例；

图2B为一个方框图，其根据本发明的一个实施例，阐述了该速度估值装置的示例；

图2C为一个方框图，其根据本发明的一个实施例，阐述了该速度估值装置的示例；

图2D为一个方框图，其根据本发明的一个实施例，阐述了该速度估值装置中的滤波器电路示例；

图3为一个示意图，其根据本发明的一个实施例，阐述了该速度估值装置对信道响应信息的相关运算示例；

图4A为一个流程图，其根据本发明的一个实施例，阐述了该速度估值方法示例；

图4B为一个流程图，其根据本发明的一个实施例，阐述了该速度估值方法示例；

图4C为一个流程图，其根据本发明的一个实施例，阐述了该速度估值方法示例；

图5为一个示意图，其根据本发明的一个实施例，阐述了陆地数字电视广播系统2k模式中时间相关函数统计值的变化；以及

图6为一个方框图，其根据本发明的一个实施例，阐述了一个正交频分复用系统的接收器示例。

具体实施方式

为使得本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明确理解，以下特举出较佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如下：

图1为包含速度估值装置的正交频分复用系统接收器示意图。该正交频分复用接收器100包括信号接收装置102、速度估值装置104以及信道估计装置106。其中信号接收装置102接收无线信号后，将接收的无线射频模拟信号转换成数字信号，并进行滤波，以减少噪声以及干扰信号。在一个实施例中，信号接收装置102可以对转换后的数字信号进行自动频率控制，同时通过傅立叶变换、信号捕获、环路滤波、偏移补偿等装置，对接收信号进行进一步的频率调整，使系统的工作频率保持稳定降低偏差，以提高抗干扰能力。该信号接收装置102输出多个信道响应信息H_m，信道响应信息H_m可以与接收的正交频分复用系统中子载波以及导频信息相关。速度估值装置104连接于信号接收装置102接收信道响应信息，通过对多个信道响应信息的进行相关运算以及统计运算，得到一个速度估值结果。速度估值结果可以包括快速模式(fast mode)以及慢速模式(slow mode)。信道估计装置106接收速度估值装置104产生的速度估值结果，并根据不同的速度模式采用相应的信道估计方案，以得到最优的信道估计结果。

本发明所述的正交频分复用接收器也可按照图6所示的实施方式实现。在图6中，正交频分复用接收器100包括傅立叶变换器602、信道响应估计器604、速度估值装置606以及信号后端处理器608。傅立叶变换器602完成对接收的正交多载波信号的傅立叶变换，对接收信号进行傅立叶变换属于本领域的公知常识，在此不做赘述。傅立叶变换器602产生的经过变换后的信号发送至信道响应估计器604以及速度估值装置606。信道响应估计器604接收速度估值装置606输出的速度估值结果，速度估值结果包括快速模式(fast mode)以及慢速模式(slow mode)。信道响应估计器604根据移动终端的不同移动速度选择适合的信道估计方案。在信号后端处理器中，根据信道估计的结果对接收信号进行均衡，译码等操作。

图2A为用于正交频分复用系统中的速度估值装置。该速度估值装置200包括采样间隔产生器202、信道响应信息相关器204、信道响应相关结果统计模块206、锁频单元208以及比较器210。

在本实施例中，该速度估值装置用于陆地/手持数字电视广播系统，采样间隔产生器202根据陆地/手持数字电视广播系统的2k、4k和8k的工作模式下无线终端支持的移动速度，载波速度以及第一类零阶贝塞尔函数确定采样间隔。该计算公式为Θ_Δt(l)＝J₀(2πf_maxlT_s)，T_s为正交频分复用码元长度，并对时间相关函数Θ_Δt(l)设定门限值。当出现采样间隔l使得时间相关函数Θ_Δt(l)第一次小于该门限值时，认为满足此条件的l为最佳采样间隔。在本实施例中，采样间隔l为无线终端接收到的同一子载波不同时间接收信号的时域差值，根据J₀(2πf_maxlT_s)的第一次过零点来计算该采样间隔l，也可以设定其他的门限值作为时间相关函数Θ_Δt(l)的初步估计值来计算该采样间隔l，再根据该采样间隔l进行精细调整。例如，在陆地/手持数字电视广播系统中，设定该门限值为0.5。如果快速模式和慢速模式的速度门限υ_c为130kmph，发送器的载波频率f_c为474MHz，在2k模式下，l则为16，在4k模式下，l为8，在8k模式下，l为4。本发明的以下估值过程均以此设定为例，但并不限于该设定。其中，陆地/手持数字电视广播系统的2k、4k以及8k表示在数字电视广播系统中的子载波个数，以上三种运行模式具有不同的码元周期和保护间隔。

可以理解到，该采样间隔产生器202为一个计算器，也可以为一个存储器，即该存储器储存根据以上规则计算的参数，并将该参数提供给信道响应信息相关器204。

该信道响应信息相关器204用于接收信道响应信息H_m以及采样间隔产生器202输出的采样间隔l，对第k_pi个子载波的两个正交频分复用码元进行相关得到相关值。不同的子载波受到的速度影响是相同的，因此对前M个连续子载波的相同位置以及相同间隔的采样码元做同样的相关运算。其中M为信道响应信息相关器204中所能存储的连续子载波的相关值个数。

信道响应相关结果统计模块206对该信道响应信息相关器204的输出结果根据

进行统计运算，得到时间相关函数统计值，其中为信道响应信息相关器204的输出结果。该结果由两个码元经过运算得出，幅度变化较大，因此需要进行统计运算。可以理解到，信道响应相关结果统计模块206可以使用算术均值的方法得到统计值。

锁频单元208连接到信道响应相关结果统计模块206，根据该时间相关函数统计值进行锁频，得到调整后的时间相关函数统计值。在本实施例中，锁频单元208为一个二阶数字环路滤波器，图2D为一个环路滤波器的示意图。该滤波器的设计不属于本发明的范畴，因此不做过多描述，然而本领域技术人员可以理解到，任何实现相同功能的滤波器，例如一阶数字环路滤波器均可以构成该锁频单元208，同时上述抽头系数也可做相应调整。

比较器210接收锁频单元208产生的调整后的时间相关函数统计值后将其与门限值进行比较，当该调整后的时间相关函数统计值大于该门限值时则认为是慢速模式，小于该门限值时则认为是快速模式。在本实施例中该门限值设为0.5。

图2B是依据本发明一实施例所提供的在正交频分复用系统中的速度估值装置200的方块图。该速度估值装置200包括：信道响应估计电路220、相关器230A、追踪回路240以及比较器250A。

信道响应估计电路220用以接收多个正交频分复用码元，且根据第i个正交频分复用码元的多个第一导频信息产生多个第一信道响应信息，以及根据第k个正交频分复用码元中的多个第二导频信息产生多个第二信道响应信息。

相关器230A耦接于信道响应估计电路220，用以接收这些第一信道响应信息与第二信道响应信息，使得这些第一信道响应信息与第二信道响应信息经过相关运算之后，产生相关值

追踪回路240耦接于相关器230A，用以使相关值

经过统计运算之后，产生统计相关值

图2D所示为滤波器电路280，该滤波器电路可以为追踪回路240的一种实施方式，但并非用以限定本发明。

滤波器电路280包括：第一乘法器281、加法器282、第一延迟器283、第二乘法器284、第二延迟器285以及第三乘法器286。第一乘法器281耦接于滤波器电路280的输入端，用以将第i个相关值

与第一乘法系数G1相乘，产生第i个第一乘法相关值。加法器282耦接于第一乘法器281，用以接收第i个第一乘法相关值。

第一延迟器283耦接于加法器282，用以延迟一个第一乘法相关值的传送时间。第二乘法器284耦接于第一延迟器283，用以将延迟一个传送时间的第i个第一乘法相关值与第二乘法系数(2-G2)相乘，产生第i个第二乘法相关值。

第二延迟器285耦接于加法器282，用以延迟两个第一乘法相关值的传送时间。第三乘法器286耦接于第二延迟器285，用以将延迟两个传送时间的第i个第一乘法相关值与第三乘法系数(G2-G1-1)相乘，产生第i个第三乘法相关值。

而第二乘法器284与第三乘法器286再耦接至加法器282。意即当第(i+2)个第一乘法相关值被加法器接收时，会将第(i+1)个第二乘法相关值以及第i个第三乘法相关值与第(i+2)个第一乘法相关值相加，产生统计相关值

再将此统计相关值

传送至滤波器电路280的输出端。

当应用在地面数字电视广播或手持数字电视广播时，滤波器电路280中所示的G1与G2可以分别为0.00005与0.5。另外，追踪回路240也可以为平均电路或其它的多阶滤波器电路，简言之，追踪电路240的实施方式并非用以限定本发明。

比较器250A耦接于追踪回路240，用以设定相关值门限Θ_TH。将相关值门限ΘTH与统计相关值

比较，得知相关值门限Θ_TH与统计相关值的差异。再由所得知的差异，决定信道状态是属于快速模式或慢速模式。

另外，如图2C所示，图2B中的相关器230A可以是标准化相关器230B，即将这些第一信道响应信息与第二信道响应信息代入整理后进行标准化相关操作，以产生标准化相关值

其中标准化相关操作的公式如下：

{\hat{Θ}}_{m - nor} (L) = \frac{Re {Σ_{i = 1}^{M} [{\hat{H}}_{m} (k_{pi}) \cdot {\hat{H}}_{m + L} (k_{pi})]}}{\sqrt{Σ_{i = 1}^{M} [{\hat{H}}_{m} (k_{pi}) \cdot {\hat{H}}_{m}^{*} (k_{pi})] \cdot} \sqrt{Σ_{i = 1}^{M} [{\hat{H}}_{m + L} (k_{pi}) \cdot {\hat{H}}_{m + L}^{*} (k_{pi})]}}

追踪回路240接收此标准化相关值

使得此标准化相关值经过统计运算之后，产生标准化统计相关值

同样地，图2B中的比较器250A可以是图2C中的标准化比较器250B，标准化比较器250B则改成设定标准化相关值门限Θ_TH-nor，将标准化统计相关值

与标准化相关值门限Θ_TH-nor比较，而得知标准化统计相关值

与标准化相关值门限Θ_TH-nor的差异，以决定信道信息状态是属于快速模式或慢速模式。

图3为图2A中的相关器对信道响应信息进行运算的示意图。其中H_m+l-1(k_pi)对应正交频分复用系统中第k_pi个子载波的信道响应信息，使用采样间隔为l的一对子载波的信道响应信息，例如H_m+l-1(k_p1)与H_m(k_p1)进行相关运算，得到一个相关结果，之后选取M个相关结果进行下一步的统计运算。

图4A为在正交频分复用系统中进行速度估值的方法流程图。在步骤401中，采样间隔产生器202产生采样间隔l，该采样间隔l满足Θ_Δt(l)＝J₀(2πf_maxlT_s)，T_s为正交频分复用码元长度。对时间相关函数Θ_Δt(l)设定门限值，当出现l使得时间相关函数Θ_Δt(l)第一次小于该门限值时，认为此时的l为最佳采样间隔。该门限值的设定原则为对速度估计结果提供最佳的估计范围。在本实施例中，该门限值设为0.5，快速模式和慢速模式的速度门限υ_c为130kmph，发送器的载波频率f_c为474MHz，在2k模式下，l则为16，在4k模式下，l为8，在8k模式下，l为4。并且在步骤401中将上述l的值发送给相关器204。

在步骤403中，接收图1中信号接收装置102输出的信道响应信息H_m。在步骤401确定采样间隔l后进行步骤403信道响应信息H_m的接收为本发明的一种实施方式，在其他实施例中亦可先进行步骤403接收信道响应信息H_m 后进行步骤401确定采样间隔或者同时进行上述两个步骤。

在步骤405中，信道响应信息相关器204接收信道响应信息H_m以及采样间隔l，对第k_pi个子载波的两个正交频分复用码元进行相关得到相关值。认为不同的子载波收到的速度影响是相同的，因此对前M个连续子载波的相同位置以及相同间隔的采样码元做同样的相关运算。其中M为该相关器中所能存储的连续子载波的相关值个数。

在步骤407中，对步骤405得到的相关值根据

进行统计运算，以求得较为贴近的时间相关函数值。在步骤409中，锁频单元208根据时间相关函数统计运算结果进行锁频，得到调整后的时间相关函数统计值。在步骤407中也可采用算术平均的方法得到以上统计运算结果。

在步骤410中，比较器210对该调整后的事件相关函数统计值与门限值进行比较。当该调整后的时间相关函数统计值大于该门限值时则认为是慢速模式，小于该门限值时则认为是快速模式。在本实施例中该门限值设为0.5。在其他实施例中，也可根据系统特性调整该门限值的设置。

图4B所示为依据本发明实施例所提供的正交频分复用系统中速度模式估计方法的步骤流程图。步骤(S11)：接收多个正交频分复用码元。步骤(S12)：根据和这些正交频分复用码元对应的第i个正交频分复用码元的多个第一导频信息产生多个第一信道响应信息，以及根据和这些正交频分复用码元对应的第j个正交频分复用码元的多个第二导频信息产生多个第二信道响应信息。

步骤(S13A)：上述的这些多个第一、第二信道响应信息经过相关运算之后，产生相关值

由于上述计算出的相关值大小变化较大，所以可经由步骤(S14)：将上述的相关值

经过统计运算之后，得到一个统计相关值

其中该统计运算为平均运算，或是二阶滤波运算。步骤(S15A)设定相关值门限Θ_TH，将上述的统计相关值

与此相关值门限Θ_TH比较，而得知统计相关值与相关值门限的差异。步骤(S16)通过步骤(S15)所得的差异，决定信道状态是属于快速模式或慢速模式。

另外，如图4C所示，可以将步骤(S12)所得的多个第一信道响应信息与多个第二信道响应信息经过标准化运算之后，再将标准化运算后的这些第一信道响应信息与第二信道响应信息经过相关运算，产生标准化相关值

其中将标准化运算后的这些第一信道响应信息与第二信道响应信息经过相关运算可整理成标准化相关运算，即步骤(S13B)，而标准化相关的数学式如图2C中所述。

再将标准化相关值

经过步骤(S14)得到一个标准化统计相关值

步骤(S15B)则改成设定标准化相关值门限Θ_TH-nor，将上述的标准化统计相关值Θ_TH-nor与此标准化相关值门限Θ_TH-nor比较，而得知标准化统计相关值ΘTH-nor与标准化相关值门限ΘTH-nor的差异。依序地，步骤(S16)通过步骤(S15)所得的差异，决定信道状态信息是属于快速模式或慢速模式。

图5描述了陆地数字电视广播系统2k模式下时间相关函数统计值的变化示意图，其无线终端速度变化范围是50kmph变化到250kmph，门限值为0.5，跟踪时间为0.2s，采用正交移相键控调制方式。从该图中可以看到统计值

的变化范围。

以上为对本发明的特定实施例的描述，可以理解到对于实施例的描述仅为一种示例。相应的，本发明不限于以上所述实施例。当然，这里所述的本发明的范围仅限于与上述说明以及结合附图的描述相关的权利要求书所述的范围。

Claims

1.一种用于正交频分复用系统中的速度估值装置，该速度估值装置用于接收正交频分复用码元的多个信道响应信息，并根据采样间隔获得速度估值结果，该装置包括：

相关器，用于对时域间隔为该采样间隔的子载波对应的该多个信道响应信息做相关运算，得到多个相关结果信息；

统计模块，连接于该相关器，用于对该多个相关结果信息做统计运算，得到相关结果统计信息；以及

比较器，连接于该统计模块，该比较器根据第一门限值，对该相关结果统计信息与该第一门限值进行比较，得到该速度估值结果。

2.根据权利要求1所述的速度估值装置，该速度估值结果包括，当该相关结果统计信息大于该第一门限值，则判定该速度估值结果为第一速度模式，当该相关结果统计信息小于该第一门限值，则判定该速度估值结果为第二速度模式。

3.根据权利要求1所述的速度估值装置，其中该采样间隔与该正交频分复用码元的长度T_s以及第二门限值对应的最大多普勒频移成反比，该采样间隔使时间相关函数小于该第二门限值。

4.根据权利要求3所述的速度估值装置，其中该时间相关函数满足J₀(2πf_maxlT_s)，其中l为该采样间隔的长度，f_max为该第一速度模式的最大多普勒频移，T_s为该正交频分复用码元的长度，J₀为零阶贝塞尔函数。

5.根据权利要求1所述的速度估值装置，其中该统计模块包含平均器，用于对该相关结果信息进行平均操作，该相关结果统计信息为均值。

6.根据权利要求1所述的速度估值装置，其中所述的相关运算为共变异数运算，得到的多个相关结果信息为多个共变异数结果信息。

7.一种用于正交频分复用系统中的速度估值方法，该方法接收多个信道响应信息，并根据采样间隔获得速度估值结果，该方法包括：

选择时域间隔为该采样间隔的子载波，对所述子载波对应的该多个信道响应信息做相关运算，得到多个相关结果信息；

根据该多个相关结果信息进行统计运算，得到相关结果统计信息；以及

将该相关结果统计信息与第一门限值进行比较，产生该速度估值结果。

8.根据权利要求7所述的方法，其中产生该速度估值结果还包括，当该相关结果统计信息大于该第一门限值，则判定为第一速度模式，当该相关结果统计信息小于该第一门限值，则判定为第二速度模式。

9.根据权利要求7所述的方法，还包括该采样间隔与该正交频分复用码元的长度T_s以及第二门限值对应的最大多普勒频移成反比，该采样间隔使时间相关函数小于该第二门限值。

10.根据权利要求9所述的方法，其中该时间相关函数满足J₀(2πf_maxlT_s)，其中l为该采样间隔的长度，f_max为该第一速度模式的最大多普勒频移，T_s为该正交频分复用系统码元的长度，J₀为零阶贝塞尔函数。

11.根据权利要求9所述的方法，其中该统计运算为平均运算，对该相关结果信息进行平均操作，产生的该相关结果统计信息为均值。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述的相关运算为共变异数运算，得到的该多个相关结果信息为多个共变异数结果信息。

13.一种正交频分复用接收器，该接收器包括：

信号接收装置，用于接收多个正交频分复用码元，该信号接收装置对接收的多个正交频分复用码元进行频率补偿，输出多个信道响应信息；

速度估值装置，用于接收该信号接收装置输出的多个信道响应信息，对时域间隔为采样间隔的子载波对应的该多个信道响应信息做相关运算，得到多个相关结果信息，对该多个相关结果信息做统计运算，得到相关结果统计信息，对该相关结果统计信息与第一门限值进行比较，得到速度估值结果；以及

信道估计装置，连接到该速度估值装置，该信道估计装置用于接收该速度估值结果，完成信道估计。