CN1230023C - 估计移动单元移动速度的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种估计移动单元移动速度的方法及系统。首先，本发明将接收到移动单元发出的信号经处理后再乘上一具有一预定载波频率的调制载波后，根据该调制信号的运算来估计该移动单元的移动速度，经由本发明可改善低速时的估计精准度以及更广的速度量测范围。

Description

估计移动单元移动速度的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种估计移动单元移动速度的方法及系统，特别是涉及一种利用调制载波、平移信号频谱以估计移动单元移动速度的方法及系统。

背景技术

在移动无线通讯系统架构中，通讯服务区域为多个基站所覆盖。各基站负责对在其无线电覆盖区内的移动单元服务，此覆盖区(radio coverage)又称为小区(cell)。当一个移动用户在通讯时，无线移动单元(如移动电话)经由无线电接口与一基站连结。如果移动用户移动到另一基站的覆盖区内，移动单元与旧基站的无线电连结就会中断。为了使移动单元可继续提供用户服务，就需要立即与新基站建立连结。这个转换基站的过程便称为切换(handover)。

而移动单元在小区间的切换过程会进而影响移动系统所提供的服务效率及品质。因此，对于移动无线通讯系统而言，提供一种方法供移动单元在小区间完成快速且可靠的切换是很重要的。

一般而言，评估一移动单元进行切换的考量因素之一为此移动单元在基站的服务范围内的移动速度。而目前已有许多技术发展用以估计移动单元的移动速度，测量移动单元载波的多普勒频率(Doppler frequency)即为一种估计移动单元移动速度的方法。如图1所示，此方法首先撷取移动单元的载波(步骤101)。计算此载波的包络值(power envelope)并且将该包络值取平方(步骤103)。接着经计算后得到一相关系数(correlation coefficient)(步骤105)，并依据此相关系数的相对关系得到一对应的多普勒频率(步骤107)，最后便以此多普勒频率估计此移动单元的移动速度(步骤109)。

然而，以此方法估计移动单元移动速度的范围有所限制，如果移动单元以低速移动，则此方法便无法精确量测此移动单元的移动速度。请参考图2，图2示出了移动单元载波相关系数的平均值对移动单元移动速度的曲线图。图中显示三条不同的曲线A，B，C，三条曲线A，B，C分别代表三种不同载波功率的移动单元在不同的移动速度时，所对应的载波相关系数平均值。可明显地看出，当三种不同载波功率的移动单元的移动速度在低于某一速度后，如图2所示，速度约在18(公里/小时)时，其对应的载波相关系数平均值会突然下降。这表示当移动单元的移动速度低于一速度时，其同一相关系数会对应两组速度，对系统而言，系统便无法判断此移动单元的移动速度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种在移动无线通讯系统中估计移动单元移动速度的方法及系统。本发明的目的是提供一种可增加测量速度的范围以及改善低速测量准度的方法。当移动单元以低速进行移动时，移动无线通讯系统仍可藉由本发明精确测量此移动单元的移动速度。

首先，基站接收器接收移动单元送出的信号，该信号经处理后为第一信号。利用此第一信号的包络值经一处理，例如将该包络值平方后得到第二信号。将第二信号乘上一调制载波，得到第三信号，此调制载波具有一预定的载波频率。最后，计算该第三信号的自相关系数，参照自相关系数与多普勒频率的相对关系，可以得到对应自相关系数的多普勒频率，以及根据多普勒频率，来估计移动单元的移动速度。

本发明提供估计移动单元移动速度的系统包含接收单元、计算单元、调制单元及估计单元。接收单元负责接收相关于移动单元送出讯号的第一信号。计算单元将第一信号取包络值，并将此包络值取平方，得到第二信号。调制单元将此第二信号乘上一调制载波，得到第三信号。此调制载波具有一调制频率f_D，此调制频率约介于6至80赫兹(Hz)之间。估计单元依据第三信号，估计移动单元的移动速度。

估计单元包含第一单元、第二单元及第三单元。第一单元计算第四信号的自相关系数。第二单元参照自相关系数与多普勒频率的相对关系，得到对应此自相关系数的多普勒频率。而第三单元则根据此多普勒频率，估计此移动单元的移动速度。

附图说明

图1为已知技术量测移动单元移动速度的方法。

图2为已知技术量测移动单元移动速度时，得到的移动单元载波自相关系数平均值对移动单元移动速度的曲线图。

图3为移动无线通讯系统的架构。

图4为本发明量测移动单元移动速度的方法。

图5为本发明实施例的方块图。

图6(a)、6(b)为第一信号的频谱及信号乘上一载波后的频谱。

图7示出了本发明的一实施例量测移动单元移动速度时，得到的移动单元载波自相关系数平均值对移动单元移动速度的曲线图。

图8示出了本发明量测移动单元移动速度的系统。

具体实施方式

图3是说明移动通讯系统的架构。此架构包含一移动单元301，此移动单元301发送信号至接收端300。此接收端300包含一前置处理器303、估计移动单元移动速度的系统305及处理器307。移动单元301发送信号至接收端300时，信号先经前置处理器303处理，此前置处理器303包含天线、放大器及分频器等处理单元。接着，经前置处理器303处理后的信号再经估计移动单元移动速度的系统305，量测估算移动单元301的移动速度。之后，再由处理器307进行后续处理。处理器307可评估此移动单元301在基站的服务范围内的移动速度，因而进行切换操作。

图4示出了本发明在移动无线通讯系统中估计移动单元移动速度的方法。本发明首先接收估算的第一信号R(t)(步骤401)。接着，计算第一信号R(t)的包络值(步骤403)，并且将该包络值取平方得到第二信号X(t)(步骤405)。此时，将第二信号X(t)乘上一调制载波(步骤407)，如cos(2πf_Dt)，得到第三信号Y(t)：

Y(t)＝X(t)cos(2πf_Dt)

此调制载波cos(2πf_Dt)具有载波频率f_D，此载波频率的实施例介于8-60赫兹之间。

得到第三信号Y(t)后，计算此第三信号Y(t)的一自相关系数(步骤409)，并参照自相关系数与多普勒频率的相对关系，如查自相关系数与多普勒频率的对照表，得到对应自相关系数的多普勒频率(步骤411)，再根据对应的多普勒频率，估计移动单元的移动速度(步骤413)。

图5是说明本发明量测移动单元移动速度的一实施例的方块图。本发明首先接收相关于该移动单元传送信号R(t)(步骤501)。接着，取第一信号R(t)包络值的平方，得到第二信号X(t)(步骤503)。此时，将第二信号X(t)乘上一调制载波(步骤505)，如cos(2πf_Dt)，得到第三信号Y(t)。计算此第三信号Y(t)的一自相关系数(步骤507)，此自相关系数为ρ：

$\mathrm{\ρ}=\frac{E\left\{Y\left(t\right)Y(t-\mathrm{\π})\right\}-{\left|E\right\{Y\left(t\right)\left\}\right|}^2}{E\left\{{\left|Y\left(t\right)\right|}^2\right\}-{\left|E\right\{Y\left(t\right)\left\}\right|}^2}$

得到自相关系数ρ后，再参照自相关系数与多普勒频率的对照表，得到对应自相关系数的多普勒频率(步骤509)，再根据对应的多普勒频率，估计移动单元的移动速度(步骤511)。

图6(a)及(b)说明为了使移动无线通讯系统可精准量测此移动单元的移动速度，本发明将此信号乘上一调制载波，使频谱平移。图6(a)为一信号R₁(t)的频谱，而图6(b)即为将R₁(t)乘上一载波后的频谱，如cos(27πf_Dt)，此载波的载波频率为f_D。

请参考图7，图7示出了两条曲线71，73。曲线73表示未乘上调制载波作平移频谱时，移动单元信号载波自相关系数平均值相对移动单元移动速度的曲线。而曲线71表示乘上一调制载波后的信号后，移动单元信号载波载波自相关系数平均值对移动单元移动速度的曲线。可明显看出曲线71在低速时，曲线向下弯折的情形较曲线73改善许多，亦即代表移动无线通讯系统可在移动单元在低速移动的情况下，可测量到较精确的移动单元移动速度。而在此实施例中，此调制载波的最佳载波频率为15赫兹。

另外，本发明还提供一种估计移动单元移动速度的系统。如图8所示，此系统800包含接收单元801、计算单元803、调制单元805及估计单元807。接收单元801负责接收相对于移动单元送出信号的待估算的第一信号。计算单元803负责将由接受单元801接受的信号取包络值，并将此包络值取平方，得到第二信号。调制单元805则负责将此第二信号乘上一调制载波，如cos(2πf_Dt)，得到第三信号。此调制载波具有一调制频率f_D，此调制频率约介于6至80赫兹之间。估计单元807则负责依据第三信号，估计移动单元的移动速度。

而估计单元807还包含第一单元8071、第二单元8073及第三单元8075。第一单元8071负责计算第三信号的自相关系数。第二单元8073负责参照一自相关系数与多普勒频率的相对关系，如参照一自相关系数与多普勒频率的对照表，得到对应此自相关系数的多普勒频率。而第三单元8075则负责根据此多普勒频率，估计此移动单元的移动速度。

藉由以上详细说明的较佳具体实施例，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而上述所描述的较佳具体实施例并非对本发明的范畴的限制。相反地，上述的说明以及各种改变及均等性的安排均为本发明所欲受到保护的范畴。因此，本发明的权利要求的范围应该根据上述的说明作最宽广的解释，并覆盖所有可能均等的改变以及其均等性的安排。

Claims (6)

1.一种在一移动无线通讯系统中估计一移动单元移动速度的方法，包含：

接收相关于移动单元传送信号的一第一信号；

计算该第一信号的包络值，并且将该包络值取平方得到一第二信号；

将该第二信号乘上一调制载波，得到一第三信号，该调制载波具有一预定的载波频率；以及

计算第三信号的一自相关系数，参照该自相关系数与多普勒频率的相对关系，得到对应该自相关系数的一多普勒频率，根据该多普勒频率，估计该移动单元的移动速度。

2.如权利要求1所述的方法，其中该预定的载波频率介于8至60赫兹之间。

3.如权利要求1所述的方法，其中参照该自相关系数与多普勒频率的相对关系为参照自相关系数与多普勒频率的对照表。

4.一种估计一移动单元移动速度的系统，包含：

一接收单元，该接收单元接收相关于移动单元传送信号的第一信号；

一计算单元，该计算单元计算该第一信号的一包络值，并且将该包络值取平方得到一第二信号；

一调制单元，该调制单元供将该第二信号乘上一调制载波，得到一第三信号，该调制载波具有一载波频率；以及

一估计单元，该估计单元计算该第三信号的自相关系数，参照自相关系数与多普勒频率的相对关系，得到对应该自相关系数的一多普勒频率，并且根据该多普勒频率估计该移动单元的移动速度。

5.如权利要求4所述的系统，其中该载波频率介于8至60赫兹之间。

6.如权利要求5所述的系统，其中参照该自相关系数与多普勒频率的相对关系为参照自相关系数与多普勒频率的对照表。

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