CN1212111A - 测定终端设备速度的方法以及接收机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测定一台终端设备的速度的方法以及一部在一个使用时分多址方法的无线电系统中的接收机,该接收机包括装置(202,502),用于对该接收信号进行采样。为了有利地测定该终端设备的速度,该接收机包括装置(202,208,500),用以在每一个接收时隙内,通过使用至少两个时间窗口,从而在一个在长度上最多为半个时隙的时间窗口内形成一个跟该信号包络的平均强度成正比的参数,并包括装置(208,500),用以按照诸时隙,根据该参数来计算该包络的变化,并且在若干个时隙上,计算该导出的变化数值的平均值,还包括装置(210,212),用以将该平均变化数值跟计算所得的参考数值进行比较,并指示该设备的速度。

Description

测定终端设备速度的方法以及接收机

本发明涉及在一个无线电系统中测定一台终端设备的速度的方法，该无线电系统使用一种时分多址方法，该方法包括在一个给定的时间窗口内测量一组接收到的采样信号的包络的平均强度。

本发明特别适用于各种蜂窝无线电系统，也适用于其他数字无线电系统，在上述无线电系统中，与诸基站进行通信的诸终端设备可以越出小区边界。关于该终端设备的移动速度的信息将在实质上使得管理该无线电系统的资源更加简便，例如越区切换预测以及功率控制优化。

例如，在一个使用小的微小区以及较大的、与微小区重叠的所谓的伞形小区的系统中，如果将快速移动的诸终端设备连接到伞形小区，并且将缓慢移动或静止的诸终端设备连接到较小的微小区，那将是有利的。在这种方式下，有可能显著地减少所需的越区切换次数，并从而显著地减少在该网络中装载的信令数目。

一种已知的测定一台移动终端设备的速度的解决方案就是监测载频的多普勒频移。然而，由于这种方法需要一个昂贵的稳定的频率参考源，所以它是不实用的。

作者Doumi T.,Gardiner J.G.发表于《电子学快报》杂志第30卷第22期1835-1836页的题为“用于移动速度估算的基站分集的应用”的文章中，已经叙述了另一种已知的方法。该被引用的参考文献的方法利用基站天线分集。通常选择那些能提供最强的信号电平的天线供分集之用。该天线的频移正比于多普勒频移，基于多普勒频移就能推断该设备的速度。

美国专利US5,396,645描述了一种用于测定一台设备的速度的方法。在该被引用的参考文献的方法中，在一个预定的时间间隔内测量接收到的信号强度的变化量，并且基于这个变化量，推断该设备的速度。

然而，在已知的诸方法中，还没有一种适用于使用了跳频的时分多址(TDMA)无线电系统，即：该设备的使用者所使用的载频，根据某些给定的变化曲线随着时隙而改变。

本发明的目标是实现一种设备速度的测定方法，该设备适于在时分多址系统中使用，并且可以伴有跳频或者不伴有跳频。

通过采用在本文开头所述的方法就能做到这一步，本方法的特征在于：所给定的时间窗口在长度上最多为半个时隙，还在于：在每一个时间窗口期间，形成一个正比于该信号包络的平均强度的参数，还在于：在每一个接收时隙，至少使用两个时间窗口来测量该参数，还在于：按诸时隙根据该参数来计算该包络的变化量，还在于：在若干时隙上求出该导出的变化数值的平均值，还在于：将该平均的变化数值跟由计算得出的参考数值进行比较，比较的结果表示该设备的速度。

本发明也涉及一部在使用时分多址方法的无线电系统中的接收机，该接收机包括对接收信号进行采样的装置。本发明的接收机的特征在于：该接收机含有用以在每一个接收时隙，通过使用至少两个时间窗口来测量该参数从而在长度最多为半个时隙的时间窗口期间形成一个正比于该信号包络的平均强度的参数的装置，并包括用于按诸时隙根据该参数来计算该包络的变化量并用于在若干时隙上求出该导出的变化数值的平均值的装置，以及用于将该平均的变化数值跟计算所得的参考数值进行比较并指示该设备的速度的装置。

本发明的方法具有许多优点。采用部分样本队列的本发明的第一优选实施例适用于在无线电信道中出现大量干扰那样的传播情况。本发明的第二优选实施例适用于一条干扰较小的信道，并且，与第一实施例相比，后者实现起来相应地要简单一些。

下面，借助于诸附图，对本发明的优选实施例作更详细的说明，其中

图1表示本发明的系统能在其中实现的一个蜂窝无线电系统的一个实例，

图2表示本发明的第一优选实施例的接收机结构的一个实例，

图3表示该部分样本队列的选择的一个实例，

图4表示一份用于计算该部分样本队列的图，

图5表示本发明的第二优选实施例的接收机结构的一个实例。

图1表示本发明的系统能在其中实现的一个蜂窝无线电系统的一个实例。该图显示一组小的所谓的微小区102至106，以及一个与之重叠的大的伞形小区100。典型地由一个特定的基站设备向每一个小区提供服务。诸微小区被安排用于缓慢移动的或静止的终端设备110，例如，用于步行者。一个伞形小区服务于例如被放置在车辆中的快速移动的终端设备108。为了使诸终端设备能够被保持于正确类型的小区之内，重要的是测定它们的移动速度。应当指出，本发明的方法可以自然地应用于其他类型的无线电系统，例如GSM系统，在该系统中，已不使用互相重叠的微小区和伞形小区。

当一台连接于一个基站的终端设备移动时，由于快速的衰落，使得该基站所接收到的来自该终端设备的信号强度发生变化。人们早已知道，该信号包络的变化量正比于该终端设备的速度。

在一个蜂窝无线电环境中，一条无线电信道可以被描述为一条单传播路径的非分集信道，或者一条多径传播的分集信道，这取决于通过该信道的信号在时域上是如何被延迟和被传播的。在后一种信道中，信号的多径传播以及巨大的延时偏差导致诸接收符号的干扰(ISI)。

当一组信号通过一条分集的多径信道传播时，在该接收信号的包络中能检测到两种主要的干扰类型，即：白色高斯分布噪声(AWGN)以及符号间干扰(ISI)。当一组信号在一条非分集的单路径信道中传播时，主要的干扰是白色噪声。

首先考察本发明的第一优选实施例。这个实施例适用于一组信号通过一条分集的多径信道传播的环境。本发明的优越的特征在于：基于该实施例，可以从该信号包络中去除ISI和噪声的影响，至于快速衰落对该包络的影响，则没有任何改变。

现在，借助于图2所示的方框图来考察本发明的解决方案。在本发明的解决方案中，根据包络的变化来估算速度。为了能够去除噪声和ISI的影响，在本发明的这个实施例中，使用了部分样本队列及其平均值。由于使用跳频，需要在每一个时隙内观察该包络的变化。

在一种使用现有技术的采样装置202中对接收信号200进行采样，并且按照下述方式形成部分样本队列204。采样速度可以是，例如，每个符号一个样本。通过使用一个在长度上最多为半个时隙的时间窗口来计算该信号包络的平均强度。在每一个时隙中，通过使用至少两个时间窗口，在一个处理器208中计算该包络的平均强度，基于该时间窗口，计算出在该时隙内该包络的平均变化。进一步地在若干时隙上对由此得到的平均包络变化值求平均值。用D来表示该包络的平均变化数值，以及用y(t,i)来表示该接收信号，其中i表示第i个时隙，可以用所附的一个时隙具有两个时间窗口的示例公式来说明该计算过程： $D=\frac{1}{N}\underset{I=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left[\frac{1}{M}\underset{I=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}\right({\stackrel{-}{y}}_{\mathrm{quene}1}(t,j,i))-({\stackrel{-}{y}}_{\mathrm{quene}2}(t,j,i)\left)\right]}^2$

式中，N=时隙的数目，

M=在一个时隙内样本队列的数目，

j=第j个样本队列，

y_queue1(t,j,i)=在第一个时间窗口中由该样本队列所构成的平均值，以及

y_queue2(t,j,i)=在第二个时间窗口中由该样本队列所构成的平均值。

在一个处理器210中，预先将该平均变化数值D跟存储在某些存储元件212中的理论参考数值进行比较，比较的结果是得出该终端设备的速度214。在一个实用的实施例中，诸处理器208和210可以是同一个处理器或者是一个不同的处理器，或者相应的计算可以用专门的逻辑电路来实现，这对专业人士来说是显而易见的。

下一步我们将考察在一组首先进行相位调制的信号中的部分样本队列的形成。如同在GSM系统中那样，由ISI所引起的干扰是具有不同相位的诸符号叠加在一起的结果。由于ISI仅影响一个有限数目的相邻的诸符号，并且由于相位调制具有有限数目的相位(例如在MSK中有4种相位)，可以看出，某些包络的采样点已经经受了一种同等缓慢的衰落。具有同等的快速衰落的诸样本被选择作为该部分样本队列的点。在这种情况下，在该部分样本队列以内，不存在由ISI引起的干扰。

图3表示一个部分样本队列的形成。该图表示在一个时隙中的某些样本。诸样本的指标在水平轴300上，该包络的强度在垂直轴302上，其中噪声的影响已被去除。在该图所示的实例中，一组采样点304至310已经经受了一种类似的快速衰落，因此，可以从它们当中形成一个部分样本队列312。类似地，也可以从其他点中形成部分样本队列312和316。不同的部分样本队列的样本数目可以不相等。

由于噪声(的作用)，诸部分样本队列不能从一组接收的采样信号中直接地选出，但在该部分样本队列被选出之前，该信号必须进行再生。图4说明一组信号的再生过程。该图更精细地显示图2中方框204的内容。该采样信号被传送到一个检测器400，后者作出一个硬判决以检出该符号。硬判决202被传送到一个脉冲串调节器204，从调节器中由诸符号形成的脉冲串被进一步传送到一个调制器406。由此得到的该信号被传送到一个计算处理器412，在该处理器中，从该检测器那里接收一个估算的信道函数410，作为一个第二输入。该处理器在该已调制信号以及该信道函数之间进行一次卷积运算，由此导出一个再生信号414。这个信号被进一步地送往一个计算处理器416，由后者搜索部分样本队列。

被找到的部分样本队列被映射到该接收信号的包络之上。让我们考察下面的例子。假设该接收信号为y(t,i)，再生信号为s(t,i)，在一个时隙中，二者各包含148个样本〔y₁,y₂,......,y₁₄₈〕以及〔s₁,s₂......,s₁₄₈〕。假设已经从该再生的样本队列中找到一个部分样本队列〔s₅,s₂₃,s₈₉,s₁₂₁〕。这就意味着s₅=s₂₃=s₈₉=s₁₂₁。根据上面所列的D的计算公式，则

     y_queue1(t,j,i)=(y₅+y₂₃)/2

     y_queue2(t,j,i)=(y₈₉+y₁₂₁)/2

现在，我们考察本发明的第二优选实施例，该实施例适用于一组信号通过一条非分集的单径信道进行传播的环境。本发明的优越的特征在于：跟上面的采用部分样本队列的解决方案相比，它的实现是比较简单的。

让我们借助于图5来考察本发明的解决方案。在本发明的解决方案中，根据该包络的变化量来估算该速度。在这个解决方案的模型中，不考虑ISI的影响，因为在一条非分集的信道上，它并不出现。如上所述，由于跳频(的关系)，要在每一个时隙当中观察该包络的变化。

样本502取自该接收信号200。该采样速度可以是，例如，每个符号一个样本。通过使用一个在长度上最多为半个时隙的时间窗口来计算该信号包络的平均强度。在每一个接收时隙中，通过使用至少两个时间窗口来计算该包络的平均强度。在处理器500中，基于上述平均强度计算在该时隙中该包络的平均变化量。还要在若干个时隙上求出由此得到的平均包络变化量平均值。用D来表示该包络的平均变化数值，并且用y(t,i)来表示该接收信号，其中，i表示第i个时隙，通过所附的一个时隙具有两个时间窗口的示例公式，可以说明该计算过程： $D=\frac{1}{N}\underset{I=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left[\stackrel{-}{y_1}\right(t,j)-({\stackrel{-}{y}}_2(t,j)]}^2$ 式中，N=时隙的数目，

     y_queue1(t,j,i)=在该第一时间窗口的平均值，以及

     y_queue2(t,j,i)=在该第二时间窗口的平均值。

在该处理器210中，预先将该平均变化数值D跟存储在存储元件212中的某些理论参考数值进行比较，比较的结果是，找到该终端设备的速度214。在一个实用的实施例中，诸处理器500和210可以是同一个处理器或者一个不同的处理器，或者是由专门的逻辑电路实现的一种相应的计算，这对专业人士来说是显而易见的。

跟前一个实施例不同之处在于，在本实施方案中，借助于被放置在该时间窗口内的所有样本来计算该包络的强度。而在第一实施例中，则形成部分样本队列。

示于图2和图5的诸结构是本发明的接收机结构的实例，图中仅示出对本发明来说具有重要意义的各部分。除了图中所示的以外，本发明的接收机明显地包括其他诸部件，例如一组天线、诸射频部件以及滤波器，这对专业人士来说也是显而易见的。

虽然在上面参照于诸附图的实例对本发明已经作了说明，但很明显，本发明并不局限于此，可以在所附权利要求书中所公开的创造性理念的范围内，以多种方式加以改变。

Claims (10)

1．一种用于在一个使用时分多址方法的无线电系统中测定终端设备速度的方法，该方法包括在一个给定的时间窗口内测量一组接收到的采样信号的包络的平均强度，其特征在于：

该给定的时间窗口在长度上最多为半个时隙，

在每一个时间窗口期间，形成一个正比于该信号包络的平均强度的参数，

在每一个接收时隙，通过使用至少两个时间窗口来测量该参数，以及基于该参数，按照诸时隙来计算该包络的变化，

所导出的变化数值在若干个时隙上求平均值，

将该平均变化数值跟由计算得出的参考数值进行比较，比较的结果表示该设备的速度。

2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过形成该接收信号的诸样本的一个或多个部分样本队列，来计算跟该信号包络的平均强度成正比的该参数，对每一个部分队列都计算其平均强度。

3．根据权利要求2所述的方法，其特征在于：由具有相等的快速衰落的该包络的诸样本，来形成每一个部分样本队列。

4．根据权利要求3所述的方法，其特征在于：由一个再生信号来形成该部分样本队列，在该再生信号中，已经进行了判别、调制以及跟信道脉冲响应的乘法运算。

5．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过计算在该时隙中所有样本的所测得的强度的平均值，来计算跟该信号包络的平均强度成正比的该参数。

6．在一个使用时分多址方法的无线电系统中的接收机，该接收机包括用于对该接收信号进行采样的装置(202,502)，其特征在于：该接收机包括装置(202,208,500)，用以在每一个接收时隙中，通过使用至少两个时间窗口，从而在一个在长度上最多为半个时隙的时间窗口内，形成一个跟该信号包络的平均强度成正比的参数，以及

装置(208,500)，用于按照诸时隙，根据上述参数计算该包络的变化，并且在若干个时隙上，计算所导出的变化数值的平均值，以及

装置(210,212)，用于将该平均变化数值跟计算所得的参考数值进行比较，并用于指示该设备的速度。

7．根据权利要求6所述的接收机，其特征在于：该接收机包括装置(204)，用以形成该接收信号的一个或多个部分样本队列，还包括装置(208)，用以针对每一个部分队列计算该平均强度。

8．根据权利要求7所述的接收机，其特征在于：该接收机包括用于形成具有相等的快速衰落的接收信号的诸样本的每一个部分队列。

9．根据权利要求8所述的接收机，其特征在于：该装置(204)包括用于检出该接收信号的装置(400)，用于将一组被检出的符号(402)组成一个脉冲串的装置(404)，用于调制所形成的诸脉冲串的装置(406)，用于将该已调制信号乘以信道脉冲响应(410)的装置(412)，以及用于从该乘积信号(414)中寻找该部分样本队列的装置(416)。

10．根据权利要求6所述的接收机，其特征在于：该接收机包括装置(202)，该装置通过平均在该时隙中的所有样本的已测得的强度，形成一个跟该信号包络的平均强度成正比的参数。

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