CN1281077C - 用户终端移动速度的估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对移动用户终端(UE)的移动速度进行估计的方法。包括：利用UE上报的上行信号的时间提前量(TA)计算UE至基站间的径向距离d，并利用该d计算UE的径向移动速度_V；利用UE上报的对智能天线的方向到达角度计算UE的移动角速度，再利用及d计算UE的切向移动速度_H；最后利用矢量合成法将计算出的UE的径向移动速度_V和切向移动速度_H，合成为UE的移动速度。本发明对UE径向移动速度、切向移动速度的估计方法，及利用该两种移动速度合成移动速度的方法，可用于具有定位定向技术的移动通信系统中。在TD-SCDMA系统中，利用智能天线和上行同步等技术对UE的移动速度进行估计，可使系统更加有效、精确地估计UE的移动速度，使小区无线资源管理更有效、更灵活。

Description

用户终端移动速度的估计方法

技术领域

本发明涉及一种无线移动通信技术，更确切地说是涉及一种用户终端移动速度的估计方法，特别是在时分-同步码分多址(TD-SCDMA)移动通信系统中，用于更有效、更精确地估计移动用户终端的移动速度。

背景技术

在传统的移动通信网络中，由于支持的业务单一，无线资源管理算法也比较简单，通常无需对用户终端的移动速度进行估计。在需要对用户终端移动速度进行估计的时候，也只是作粗略的估计。一种粗略的估计方法是利用单位时间内用户终端在分层小区中切换的次数进行估计，即在单位时间内用户终端切换小区的次数越多则表明其移动速度快，因此传统的用户终端移动速度估计方法一般只能对用户终端的位置做出粗略的判断，比如仅能定位用户终端所在的小区。显然这种估计方法不仅误差很大，且不能反映出移动终端的移动速度，当然不利于高效和可靠的无线资源管理。

另一方面，在无线移动通信系统中，信道环境、用户终端与基站间的距离以及用户终端与基站的同步等问题，都与用户终端的移动速度密切相关。如果可以准确地估计用户终端的移动速度，无线资源管理中的切换控制与功率控制等算法将会更加有效。

还可以采用一种多普勒频移估计法来估计用户终端的移动速度，这种方法的工作原理是根据多普勒效应进行的。当用户终端的运动方向是朝着远离基站的方向时，用户终端测得的基站发射频率会小于基站的固定发射频率；当用户终端的运动方向是朝着接近基站的方向时，用户终端测得的基站发射频率会大于基站的固定发射频率。由于频率的差值与用户径向移动速度有线性对应关系，从而可以根据实测的基站发射频率与基站固定发射频率间的差值求出用户终端的移动速度。这种估计方法的主要缺陷是只能对用户终端的径向移动速度进行估计，而用户的径向移动速度与用户最终的移动速度间有较大的偏差，而且对于用户终端的移动速度的估计精度还取决于用户终端对于频率偏差的测量精度。因此多普勒频移估计法不仅复杂，而且估计结果不精确。

在无线移动通信系统中，用户不同的移动速度可反映不同的信道环境，如对于功率控制而言，如果可以准确地估计用户终端的移动速度，就可以更加准确有效地根据环境的变化动态地改变功率控制的参数，包括功率控制的步长、周期、目标值等。又如对于切换控制而言，如果可以准确地估计用户终端的移动速度，在测量、搜索相邻小区时就可以缩小测量、搜索的范围，同时也可以缩短切换的执行时间。

当然，可以在用户终端上增加如GPS(全球定位系统)一类技术成熟的定位装置，在基站上相应设备的配合下准确地对移动终端进行定位，但与此同时也增加了用户终端设备的复杂性和成本，不利于推广使用。

发明内容

本发明的目的是设计一种用户终端移动速度的估计方法，用于有效、准确地估计用户终端的移动位置、移动速度。

本发明的用于用户终端移动速度的估计方法，通过简单有效地估计用户终端的径向移动速度和切向移动速度，最终估计用户终端的移动位置或者说移动速度。

实现本发明目的的技术方案是这样的：一种移动用户终端移动速度的估计方法，其特征在于包括：

A.系统根据移动用户终端周期性地向基站上报的上行信号的时间提前量，计算移动用户终端至基站间的径向距离d，并利用该径向距离d计算移动用户终端的径向移动速度

B.系统根据移动用户终端的方向到达角度DOA及移动角速度

计算移动用户终端的切向移动速度

C.系统利用矢量合成法将计算出的移动用户终端的径向移动速度 和切向移动速度 合成为移动用户终端的移动速度

实现本发明目的的技术方案还是这样的：一种移动用户终端径向移动速度的估计方法，其特征在于包括：

A1.系统按公式d＝C×TA计算移动用户终端至基站间的径向距离d，式中C为光速度，TA是移动用户终端周期性地向基站上报的上行信号的时间提前量；

B1.系统按公式 $V_V=\left[\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{d_{i+1}-d_i}{\mathrm{\ΔT}}\right]/N$ 计算移动用户终端的径向移动速度 的数值，式中d_i、d_i+1是步骤A1中相邻两次计算的移动用户终端至基站间的径向距离，ΔT是步骤A1中相邻两次计算之间的时间间隔，N为计算次数。

实现本发明目的的技术方案还是这样的：一种移动用户终端切向移动速度的估计方法，其特征在于包括：

A2.系统按公式d＝C×TA计算移动用户终端至基站间的径向距离d，式中C为光速度，TA是移动用户终端周期性地向基站上报的上行信号的时间提前量；

B2.系统按公式 $\mathrm{\ω}=\left[\underset{i=1}{\overset{W}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{DoA}}_{i+1}-{\mathrm{DoA}}_i}{T_i}\right]/\stackrel{\·}{W}$ 计算出移动用户终端角速度

的数值，式中DOA_i、DOA_i+1是相邻两次测量估计的移动用户终端的方向到达角度，Ti是相邻两次测量估计方向到达角度的时间间隔，W为测量估计的次数；

C2.系统按公式v_H＝ω×d计算移动用户终端切向移动速度 的数值。

本发明的用户终端的移动速度估计方法，与传统的利用多谱勒频移估计速度的方法相比，由于多普勒移动速度估计方法只能对用户终端的径向移动速度进行估计，而用户的径向移动速度与用户最终移动速度间又有较大的偏差；此外，多普勒频移的速度估计方法需要移动终端对基站的发射频率进行测量。而发明的方法，包括径向移动速度估计方法、切向移动速度估计方法及利用两者求移动速度，且移动终端无需测量基站的发射频率，因此，必然在计算简单性、估计结果的准确性方面都优于多普勒频移的速度估计方法。

通过本发明的用户终端的移动速度估计方法，对于用户终端移动速度的准确估计可以使无线移动通信系统中的小区切换控制和功率控制等无线资源管理方法更加有效、更加准确，具有更大的灵活性，从而明显提高了无线移动通信系统的性能。

附图说明

图1是TD-SCDMA中用户终端(UE)移动速度估计方法的原理示意图。

具体实施方式

本发明的方法从原理上说可应用于所有具有定位定向能力的移动通信系统中。下面以TD-SCDMA系统为例说明本发明的实施示例，是一种应用在TD-SCDMA系统中的对用户终端移动速度的有效估计方法。

由于TD-SCDMA移动通信系统，采用了智能天线和上行同步等技术，更有利于用户终端移动速度的有效估计。具体方案描述如下：

参见图1，图中10表示基站(Node B)，11表示一移动用户终端(UE)。首先，利用移动通信系统(TD-SCDMA)中的上行同步技术，可得到由用户终端11周期性上报给基站10的上行信号的时间提前量(TA：Timing Advance)，从而能精确计算用户终端11至基站10间的径向距离d以及径向移动速度 (矢量)；然后，再利用移动通信系统(TD-SCDMA)中的智能天线技术以及其它的用户终端定向或定位手段计算出用户终端移动的角速度

(矢量)，从而可以计算出用户终端的切向移动速度 最后，利用径向移动速度

与切向移动速度

的合成算法计算出用户终端11的移动速度

用户终端11与基站10之间的径向距离d的计算，主要是利用用户终端11周期性地向基站上报的上行信号的时间提前量TA及报告周期进行计算的，用计算公式(1)表示：

                  d＝C×TA                    (1)

式中C为光速度，该径向距离d可进行多次运算，如运算N次(运算次数或者说统计次数N由报告周期决定，因为运算一次的时间是固定的，设置的报告周期越长，则运算次数N越小，估计精度也越低；反之，设置的报告周期越短，则运算次数N越大，估计精度也越高)，运算的间隔时间为ΔT，可得到N个运算结果。

在N次计算用户终端的径向距离d之后，就可以通过求平均值计算得到用户终端的径向移动速度

径向移动速度

采用公式(2)进行计算：

$V_v=\left[\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{d_{i+1}-d_i}{\mathrm{\ΔT}}\right]/N---\left(2\right)$

其中，d_i是系统N次测量计算(即为统计次数)用户终端至基站间径向距离d中的任意一次的计算结果，d_i+1是与其相邻的后一次的计算结果，ΔT为两次测量计算之间的时间间隔，N为测量运算次数(统计次数)。径向移动速度

等于多次计算的用户终端与基站间的径向距离平均值除以该距离的统计时间。基于智能天线技术估计角速度

的方法是：系统根据对用户终端上行信号的信道估计结果，可以得到用户终端的方向到达角度DOA(计算用户终端相对于基站智能天线的方向到达角度DOA是成熟技术，且不属于本发明研究内容)，角速度 依据用户终端周期性上报的相对于基站智能天线的方向到达角度和报告周期确定。如果移动通信系统中没有采用智能天线技术，则可以采用其它的方法估计用户终端与基站间的方位角及其变化，仍可以使用本发明的采用径向移动速度与切向移动速度相结合的估计移动终端移动速度的方法。

根据用户终端(UE)的多次方向到达角度DOA以及相应的时间间隔Ti可计算出用户终端的移动角速度

角速度的数值计算可用公式(3)进行，是一个平均数值(也即等于多次计算平均的智能天线方向到达角度相对差值除以智能天线方向到达角度(DOA))：

$\mathrm{\ω}=\left[\underset{i=1}{\overset{w}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{DoA}}_{i+1}-{\mathrm{DoA}}_i}{T_i}\right]/W---\left(3\right)$

其中，DOA_i、DOA_i+1为获得的W次用户终端的方向到达角度(DOA)中任意且相邻两次的结果，Ti是相邻两次测量估计方向到达角度DOA的时间间隔，W为测量运算次数或者说统计次数(W由报告周期决定，因为运算一次的时间是固定的，设定的报告周期越长，则运算次数W越小，估计精度也越低；反之，设定的报告周期越短，则运算次数W越大，估计精度也越高)。

在得到用户终端移动的角速度 之后，可利用公式(4)计算用户终端的切向速度 的数值的计算统计周期)：

         v_H＝ω×d                                   (4)

最后，利用矢量的合成法，将用户终端的切向移动速度

和用户终端的径向移动速度

合成，得到用户终端的移动速度

用公式(5)计算移动速度

的数值，用户终端的移动速度也即等于对所计算的径向移动速度和切向移动速度的矢量求和：

$V=\sqrt{{V_H}^2+{V_V}^2}---\left(5\right)$

本发明的用户终端(UE)移动速度估计方法，在移动通信系统中利用定位定向技术，尤其是在TD-SCDMA系统中，利用智能天线和上行同步等技术，对UE的移动速度进行估计。可以使系统对于UE的移动速度做出更加有效和精确的估计，且实现过程简单有效。

本发明在TD-SCDMA系统中使用，可以准确有效地估计用户终端的移动速度。如果改变某些参数，本发明的方法还可应用在其它具有定位定向能力的移动通信系统中，对移动目标进行移动速度的准确估计。

Claims (9)

1.一种移动用户终端移动速度的估计方法，其特征在于包括：

A.系统根据移动用户终端周期性地向基站上报的上行信号的时间提前量，计算移动用户终端至基站间的径向距离d，并利用该径向距离d计算移动用户终端的径向移动速度

B.系统根据移动用户终端的方向到达角度DOA及移动角速度

计算移动用户终端的切向移动速度

C.系统利用矢量合成法将计算出的移动用户终端的径向移动速度

和切向移动速度

合成为移动用户终端的移动速度

2.根据权利要求1所述的一种移动用户终端移动速度的估计方法，其特征在于：所述步骤A中，移动用户终端至基站间的径向距离d是按公式d＝C×TA进行计算的，式中C为光速度，TA是移动用户终端周期性地向基站上报的上行信号的时间提前量；移动用户终端的径向移动速度 的数值是按公式 $V_V=\left[\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{d_{i+1}-d_i}{\mathrm{\ΔT}}\right]/N$ 进行计算的，式中d_i、d_i+1是相邻两次计算的移动用户终端至基站间的径向距离，ΔT为相邻两次计算之间的时间间隔，N为计算次数。

3.根据权利要求2所述的一种移动用户终端移动速度的估计方法，其特征在于：所述的N是由用户终端周期性上报时间提前量的报告周期确定的。

4.根据权利要求1所述的一种移动用户终端移动速度的估计方法，其特征在于：所述步骤B中，移动用户终端移动角速度 的数值是按公式 $\mathrm{\ω}=\left[\underset{i=1}{\overset{W}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{DoA}}_{i+1}-{\mathrm{DoA}}_i}{T_i}\right]/W$ 计算的，式中DOA_i、DOA_i+1是相邻两次测量估计的移动用户终端的方向到达角度，Ti是相邻两次测量估计方向到达角度的时间间隔，W为计算次数；所述移动用户终端切向移动速度

的数值是按公式v_H＝ω×d计算的。

5.根据权利要求4所述的一种移动用户终端移动速度的估计方法，其特征在于：所述的测量估计的用户终端的方向到达角度，是由移动用户终端向基站周期性上报的相对于基站的方向到达角度。

6.根据权利要求4所述的一种移动用户终端移动速度的估计方法，其特征在于：所述的W是由用户终端周期性上报方向到达角度的报告周期确定的。

7.根据权利要求1所述的一种移动用户终端移动速度的估计方法，其特征在于所述步骤C中，合成移动用户终端移动速度

的数值是按公式 $V=\sqrt{{V_H}^2+{V_V}^2}$ 计算的。

8.一种移动用户终端径向移动速度的估计方法，其特征在于包括：

A1.系统按公式d＝C×TA计算移动用户终端至基站间的径向距离d，式中C为光速度，TA是移动用户终端周期性地向基站上报的上行信号的时间提前量；

B1.系统按公式 $V_V=\left[\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{d_{i+1}-d_i}{\mathrm{\ΔT}}\right]/N$ 计算移动用户终端的径向移动速度 的数值，式中d_i、d_i+1是步骤A1中相邻两次计算的移动用户终端至基站间的径向距离，ΔT是步骤A1中相邻两次计算之间的时间间隔，N为计算次数。

9.一种移动用户终端切向移动速度的估计方法，其特征在于包括：

A2.系统按公式d＝C×TA计算移动用户终端至基站间的径向距离d，式中C为光速度，TA是移动用户终端周期性地向基站上报的上行信号的时间提前量；

B2.系统按公式 $\mathrm{\ω}=\left[\underset{i=1}{\overset{W}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{DoA}}_{i+1}-{\mathrm{DoA}}_i}{T_i}\right]/W$ 计算出移动用户终端角速度

的数值，式中DOA_i、DOA_i+1是相邻两次测量估计的移动用户终端的方向到达角度，Ti是相邻两次测量估计方向到达角度的时间间隔，W为测量估计的次数；

C2.系统按公式v_H＝ω×d计算移动用户终端切向移动速度

的数值。