CN1233379A - 确定终端速度的方法和接收机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定无线系统中终端(112、114)速度的方法,还涉及无线系统中的一种接收机,该接收机包括,用于以给定间隔对接收信号进行抽样的装置(406),用于通过测量每一抽样的信号强度来确定信号瞬时强度的装置(416),和用于计算给定时间窗内抽样信号平均强度的装置(412、416)。为了更好地确定终端速度,本发明的接收机包括,用于将瞬时强度值与所计算出的平均强度进行比较和用于计算给定时间窗内瞬时强度多久越到平均值上面或下面一次的装置(412),和用于根据跃变的次数来确定装置速度的装置(412)。

Description

确定终端速度的方法和接收机

本发明涉及一种用于确定无线系统中终端速度的方法，本方法包括，以给定间隔对接收信号进行抽样，根据所接收信号计算信道脉冲响应并确定信道脉冲响应能量，和计算给定时间窗内抽样信号的平均强度。

本发明尤其适用于蜂窝无线系统，也适用于其它数字无线系统，在这些系统中，与基站通信的终端可跨跃小区界限。与终端移动速度有关的信息实际上有助于无线系统的资源管理，例如越区切换的预知和功率控制的优化。

例如在一种采用一些小的微小区以及一些较大的与这些微小区交叠在一起的所谓伞形小区的系统中，最好是快移动终端与伞形小区通信，而慢移动或静止终端与微小区通信。这样，可大大减少所需的越区切换的数量并减小网络的信令负载。

在一般的蜂窝无线环境中，基站与用户终端之间的信号在发射机和接收机之间以多路径传播。这种多径传播主要是由于周围环境表面的信号反射所造成的。由于不同的传播延时，以不同路径传播的信号会在不同的时刻到达接收机。这对两种传输方向均适用。在接收机中，可通过测量所接收信号的脉冲响应来监测信号的多径传播，显然，以不同时刻到达的信号其峰值正比于其信号强度。

一种用于确定移动终端速度的已知解决方案是监测载波频率的多普勒漂移。然而，这种方法不太切合实际，因为它需要一种造价很高的稳定频率参考源。

另一种已知的方法如Doumi,T.、Gardinet,J.G.所著的论文“‘Use of base station divetsity for mobile speed estimation’,Electronic Letters,Vol.30,no.22,pp.1835-1836”中所述。在这种公布的方法中，采用了基站天线分集。提供最强信号电平的天线总是以分集方式选定。天线双工频率与多普勒漂移成正比，据此可确定装置速度。

一种当采用天线分集时用于测量装置速度的方法在专利公开US5396645中所述。在这一公开的方法中，结合天线分集来测量所接收信号强度的起伏。

本发明的目的是，利用一种相对简单和便利的设备而不采用天线分集，即能测量终端速度。

这可用序言中所陈述的那种方法来实现，该方法其特征在于，确定若干连续计算出的信道脉冲响应的平均能量，将瞬时脉冲响应强度值与所计算出的平均强度进行比较，并计算出给定时间窗内瞬时强度多久越到平均值的上面或下面一次，以及在于，根据跃变的次数，确定装置速度。

本发明还涉及一种用于确定无线系统中终端速度的方法，该方法包括，在信号接收中采用天线分集，以给定间隔对接收信号进行抽样，通过测量每一抽样的信号强度来确定信号瞬时强度，和计算每一分集支路中给定时间窗内抽样信号的平均强度。本发明的这种方法，其特征在于，将瞬时强度值与所计算出的每一分集支路中的平均强度进行比较，和在于，计算在给定时间窗内瞬时强度多久越到平均值的上面或下面一次，还在于，根据跃变的次数在每一分集支路中确定装置速度，和在于，将提供最佳信号质量的分集支路所给出的速度值选定为速度值。

本发明还涉及无线系统中的一种接收机，该接收机包括，用于利用至少两个分集天线来接收终端信号的装置，用于以给定间隔对接收信号进行抽样的装置，用于通过测量每一抽样的信号强度来确定信号瞬时强度的装置和用于计算给定时间窗内抽样信号平均强度的装置，以及用于确定每一天线所接收信号质量的装置。本发明的接收机其特征在于，该接收机包括，用于将瞬时强度值与所计算出的平均强度进行比较和用于计算给定时间窗内瞬时强度多久越到平均值上面或下面一次的装置，用于在每一分集支路中确定装置速度的装置，和用于根据每一分集支路中跃变的次数来确定装置速度的装置以及用于将提供最佳信号质量的分集支路所给出的速度值选定为要用的速度值的装置。

本发明的这种解决方案具有多个优点。本发明的方法就越区切换而言使得能足够快地估算移动台的速度。利用本发明时未必采用天线分集，尽管本发明对于天线分集也起作用。

为了避免因信号噪声而造成错误的测量，可用这样的方法来利用一种与平均强度值有关的阈值：当将瞬时强度与平均值进行比较时，在瞬时值已越出平均值某一预定阈值后，才来考虑跃变。

下面，参照附图中的例子来详述本发明，其中：

图1示出了可实施本发明的方法的蜂窝无线系统的一个例子，

图2示出了不同速度情况下快衰落如何起作用，

图3a和3b示出了本发明的方法的一个例子，和

图4和5示出了本发明的接收机的结构的例子。

图1示出了可实施本发明的方法的蜂窝无线系统的一个局部的例子。图中示出了若干个小的所谓微小区100-102和一个大的交叠的伞形小区104。各小区一般由各自的基站设备106-110来服务。这些微小区适合于慢移动或静止终端112，比如步行用户的终端。而伞形小区又为例如处在交通工具上的快移动终端114服务。为使终端保持在适当类型的小区中，有必要确定小区移动速度。应当注意，本发明的方法当然也可应用于那些还未使用交叠的微小区和伞形小区的无线系统。

当与基站通信的终端移动时，那么基站从终端接收到的信号强度因快衰落而变化。考查图2，该图用两种不同的终端速度举例说明了快衰落的影响。图中的横轴200是时间，而纵轴202是包络强度。该图示出了当终端以5km/h(204)和50km/h(206)的速度移动时所接收信号的瑞利衰落的包络。快移动终端处的衰落数大于慢移动终端处的衰落数。

在本发明的方法中，按现有技术以给定间隔得到所接收信号的抽样。为每一抽样确定信号强度，再例如通过对给定时间窗内的抽样信号强度求平均，计算出所接收信号的平均强度。该求平均的窗可以是例如0.5秒。当本发明应用于TDMA系统时，可从每一时隙得到表示平均信号强度的抽样，并可将它与所计算出的若干时隙的平均值进行比较。在这种TDMA系统中，可以例如用这样一种方法来实现抽样：从每一所接收比特得到若干个抽样(如四个)，再从该时隙的中点，例如利用等于所述时隙中的瞬时信号强度的32比特计算出平均值。

将信号的瞬时强度值所形成的其一般形状如图2中所举例说明的包络的起伏与所计算出的平均强度进行比较。该包络在平均值的上面和下面变化。在本发明的解决方案中，可以计算出，在前面所给定的时间窗内，瞬时强度多久越到平均值的上面或下面一次。这种跃变的次数正好与终端速度成正比。

这种方法如图3a所示。图中，横轴300是时间，而纵轴302是包络强度。图中示出了瑞利衰落的接收信号包络304，以规则的间隔得到了该包络的抽样，这些抽样用图中的实心圆来表示。图中还示出了在给定时隙上所计算出的信号平均强度314。包络304在平均值314的上面和下面变化。可以看到，在抽样306、308、310和312处，出现了跃变。根据每时间单位跃变的次数，可以得出发送了信号的装置的速度。

随着信号传输，总有不断变化的随机噪声存在。当信号中的噪声增大时，会更加难以可靠地确定跃变。在本发明的解决方案中，利用信号平均值附近的阈值，可以减少噪声所造成的差错。因此，当将瞬时强度与平均值进行比较时，在瞬时值已越出平均值某一预定阈值后，才来考虑跃变。如图3b所示。同前面一样，图中，横轴300是时间，而纵轴302是包络强度。图中示出了瑞利衰落的接收信号包络304，以规则的间隔得到了该包络的一些抽样，这些抽样用实心圆来表示。图中还示出了在给定时隙上所计算出的信号平均强度314。在计算跃变时，要考虑到阈值316、318，只有当信号越出平均值的量达到这些阈值后，才来考虑跃变。

本发明的这种方法可应用于当采用天线分集时的情况。关于天线分集的情况，接收机利用两个或多个天线接收信号，并且采用一种预期的方法可将不同分集支路的信号进行合成。本发明有多种可选择的方式用来测量与分集有关的终端速度。一种优选的可选实施方式可用来在每一分集支路中确定装置速度，并可将提供最佳信号质量的分集支路所给出的速度值选定为要用的速度值。另一种可选方式是，将根据分集支路的信号质量从测量结果合成出的速度值选定为要用的速度值。

还可用这样的方法来用本发明的这种方法：在确定终端速度时，利用信道脉冲响应能量。信道脉冲响应通常根据所接收信号来计算，并且这可以用来消除信道中的传输差错。在脉冲响应中，可以看到多径传播的信号分量的能量与延时有关。该脉冲响应可利用熟练技术人员已知的方法来确定。如果将所有脉冲响应分量的能量合计，则可得到一个与所接收脉冲串的功率正好成正比的值。因此，确定该信道脉冲响应的能量，并用本发明的解决方案计算出给定时间窗内抽样信号的平均强度。再者，确定若干连续计算出的信道脉冲响应的平均能量。

将瞬时脉冲响应强度值与所计算出的平均强度进行比较，并执行关于在给定时间窗内瞬时强度多久越到平均值的上面或下面一次的计算。根据跃变的次数，确定终端速度。在这一可选方式中，也可采用天线分集。

下面将考查本发明的接收机的结构。图4是一个框图，图中用有关部件来说明本发明的接收机的一个例子。接收机包括一个天线400，利用该天线将接收信号传送到射频部件402，在此将信号变换为中频。变频后的信号404传送到抽样装置406，在此以预期间隔得到该信号的抽样。所述部件可用熟练技术人员已知的方法来实现。抽样信号408再传送到指示信号质量的匹配滤波器410，还传送到确定信号强度的计算装置416。信号414、418再从这两个块传送到接收机的其他部件。该接收机还包括一个控制决412，它控制接收机各部件的功能，并完成必要的计算。

因此，本发明的接收机包括，用于通过测量信号抽样的信号强度来确定信号瞬时强度的装置416，和用于计算给定时间窗内信号平均强度的装置412、416。当涉及TDMA接收机时，可在每一时隙得到抽样，并可从若干时隙中计算出平均值。该接收机还包括，用于将瞬时强度值与所计算出的平均强度进行比较和用于计算给定时间窗内瞬时强度多久越到平均值上面或下面一次的装置412，和用于根据跃变的次数来确定装置速度的装置412。该控制和计算装置412和416可用一种信号处理器或通用处理器来实现，或者也可用分离元件来实现。一般来说，本发明的这种方法可以例如在蜂窝无线系统的基站接收机处利用软件来实现。

图5示出了本发明的接收机的另一例子。它涉及一种分集接收机，该接收机包括，用于利用两个分集天线来接收终端信号的装置500、502，和用于最好将不同天线所接收信号进行合成的装置504。图中示出了两个分集支路，当然支路数可以变化。本发明的接收机包括，用于在每一分集支路中确定装置速度的装置500、502，和用于确定每一天线所接收信号质量的装置412、500、502，以及用于将提供最佳信号质量的分集支路所给出的速度值选定为要用的速度值的装置412。每一分集支路的内部结构类似于上述单个支路接收机的结构。因此，例如，信号质量信息可从装置410中获得。尽管本发明的接收机也包括其他现有技术的器件比如熟练技术人员熟知的滤波器，但这里未对那些与本发明无关的部件进行说明。

尽管以上参照附图的例子阐述了本发明，显然本发明并不局限于此，而可在附属权利要求书中所阐述的本发明思想的范围内以多种方式进行修改。

Claims (7)

1．一种用于确定无线系统中终端(112、114)速度的方法，该方法包括，以给定间隔对接收信号进行抽样，根据所接收信号计算信道脉冲响应并确定信道脉冲响应能量，和计算给定时间窗内抽样信号的平均强度，该方法其特征在于，

确定若干连续计算出的信道脉冲响应的平均能量，

将瞬时脉冲响应强度值与所计算出的平均强度进行比较，并计算出给定时间窗内瞬时强度多久越到平均值的上面或下面一次，以及在于，

根据跃变的次数，确定装置(112、114)速度。

2．用于确定无线系统中终端(112、114)速度的方法，该方法包括，在信号接收中采用天线分集，以给定间隔对接收信号进行抽样，通过测量每一抽样的信号强度来确定信号瞬时强度，和计算每一分集支路中给定时间窗内抽样信号的平均强度，其特征在于，

将瞬时强度值与所计算出的每一分集支路中的平均强度进行比较，和在于，计算在给定时间窗内瞬时强度多久越到平均值的上面或下面一次，还在于，

根据跃变的次数在每一分集支路中确定装置(112、114)速度，和在于，将提供最佳信号质量的分集支路所给出的速度值选定为速度值。

3．如权利要求2所述的方法，其特征在于，在无线系统中采用TDMA方法，还在于，分别为每一时隙确定信号瞬时强度，和在于，将每一时隙的瞬时值与若干时隙的所计算出的平均信号强度进行比较。

4．如以上权利要求任一所述的方法，其特征在于，当将瞬时强度与平均值进行比较时，在瞬时值已越出平均值某一预定阈值后，才确定产生跃变。

5．如权利要求1所述的方法，其特征在于，在信号接收中采用天线分集，还在于，在每一分集支路中确定装置速度，和在于，将提供最佳信号质量的分集支路所给出的速度值选定为要用的速度值。

6．如权利要求2和5所述的方法，其特征在于，在每一分集支路中确定装置速度，和在于，将根据分集支路的信号质量从测量结果合成出的速度值选定为要用的速度值。

7．无线系统中的一种接收机，该接收机包括，用于利用至少两个分集天线来接收终端信号的装置(500、502)，用于以给定间隔对接收信号进行抽样的装置(406)，用于通过测量每一抽样的信号强度来确定信号瞬时强度的装置(416)和用于计算给定时间窗内抽样信号平均强度的装置(412、416)，以及用于确定每一天线所接收信号质量的装置(410)，其特征在于，该接收机包括，用于将瞬时强度值与所计算出的平均强度进行比较和用于计算给定时间窗内瞬时强度多久越到平均值上面或下面一次的装置(412)，用于在每一分集支路中确定装置速度的装置(500、502)，和用于根据每一分集支路中跃变的次数来确定装置速度的装置(412)以及用于将提供最佳信号质量的分集支路所给出的速度值选定为要用的速度值的装置。

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