DE19923690A1

DE19923690A1 - Method for estimating the relative speed of a transmitter compared to a receiver and receiving device for radio signals

Info

Publication number: DE19923690A1
Application number: DE1999123690
Authority: DE
Inventors: Frank Kowalewski
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-05-22
Filing date: 1999-05-22
Publication date: 2000-12-07
Also published as: WO2000072044A1

Abstract

The invention relates to a method for estimating the relative speed of a transmitter (1) in relation to a receiver (2), or a receiving device for radio signals. Said method/device assigns the temporal change in the transmission characteristics of the radio channel to the relative speed of a transmitter (1) in relation to a receiver (2). This assignment operation is performed according to a function between the temporal change in the transmission characteristics of the radio channel (4) and the relative speed between the transmitter (1) and the receiver (2) that is known to the receiver (2). The receiver (2) uses the estimated speed to optimise the radio transmission system.

Description

State of the art

Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Schätzung der relativen Geschwindigkeit eines Senders gegenüber einem Empfänger bzw. von einer Empfangsvorrichtung für Funksignale nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche aus.The invention relates to a method for estimating the relative speed of a transmitter compared to one Receiver or from a receiving device for radio signals according to the genre of independent claims.

Es ist bereits aus der Patentschrift von Hughes Aircraft Company "Doppler bandwidth dependent estimation of communications channel" US-Patent-Nr. 5,513,221, erteilt am 30. 4. 1996, bekannt, daß die Schätzung der relativen Geschwindigkeit eines Senders gegenüber einem Empfänger unter Ausnutzung des Doppler-Effekts vorgenommen wird.It is already from the Hughes Aircraft patent Company "Doppler bandwidth dependent estimation of communications channel "U.S. Patent No. 5,513,221, issued on April 30, 1996, known to estimate the relative Speed of a transmitter versus a receiver is made using the Doppler effect.

Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat demgegenüber den Vorteil, daß eine genaue Geschwindigkeitsschätzung ermöglicht wird. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung für einen großen Geschwindigkeitsbereich bis fünfhundert Stundenkilometer einsetzbar ist. Dadurch ergibt sich ein großes Anwendungsgebiet.The method according to the invention or the inventive method Receiving device with the features of the independent In contrast, claims has the advantage that an accurate Speed estimation is made possible. As another The advantage is that the method according to the invention or the receiving device according to the invention for one large speed range up to five hundred Kilometers per hour can be used. This results in a large area of application.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Verbesserungen des in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Verfahrens bzw. der Empfangsvorrichtung möglich.By those listed in the dependent claims Measures are advantageous improvements in the independent claims specified method or Receiving device possible.

Besonders vorteilhaft ist, daß im Empfänger bereits aus der Schätzung der Impulsantwort des Funkkanals ein Maß für die zeitliche Änderung der Übertragungseigenschaften gewonnen und daraus auf die relative Geschwindigkeit des Senders gegenüber dem Empfänger geschlossen wird. Hierzu wird eine einfache Formel zur Berechnung des Maßes verwendet. Ist im Empfänger eine Funkkanalschätzung schon implementiert, ist das Hinzufügen der Berechnung für das Maß für die zeitliche Änderung der Übertragungseigenschaften des Funkkanals eine mit geringem Aufwand verbundene Maßnahme.It is particularly advantageous that already in the receiver from the Estimate the impulse response of the radio channel a measure of that temporal change in the transmission properties obtained and from that on the relative speed of the transmitter closed to the recipient. For this, a simple formula used to calculate the measure. Is in the Receiver has already implemented a radio channel estimate adding the calculation for the measure of the temporal Change in the transmission properties of the radio channel measure associated with little effort.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung ist dadurch gegeben, daß im Empfänger schon aus einer Mehrzahl von Empfangssignalen identischer, nacheinander gesendeter Signale, ein Maß für die zeitliche Änderung der Übertragungseigenschaften des Funkkanals gewonnen und daraus auf die relative Geschwindigkeit des Senders gegenüber dem Empfänger geschlossen wird, ohne daß die genaue Form der Sendesignale im Empfänger bekannt ist. Hierzu wird eine einfache Formel zur Berechnung des Maßes verwendet. Die Hinzunahme dieser Berechnung für das Maß für die zeitliche Änderung der Übertragungseigenschaften des Funkkanals in den Empfänger ist mit einem sehr geringen Aufwand verbunden. Another advantageous development of the inventive method or the inventive Receiving device is given in that in the receiver already from a plurality of received signals of identical, successively transmitted signals, a measure of the temporal Change in the transmission properties of the radio channel won and based on the relative speed of the Transmitter is closed to the recipient without the exact form of the transmission signals in the receiver is known. This is done using a simple formula to calculate the dimension used. The addition of this calculation for the measure for the temporal change in the transmission properties of the Radio channel in the receiver is very low Associated effort.

Darüber hinaus ist es eine Eigenschaft der Erfindung, daß dem Empfänger die Funktion bekannt ist, mit der das Maß für die zeitliche Änderung der Übertragungseigenschaften des Funkkanals mit der relativen Geschwindigkeit des Senders gegenüber dem Empfänger verknüpft ist. Dadurch wird in einfacher Weise der Wert für das Maß in einen Wert für die Geschwindigkeit übersetzt.In addition, it is a property of the invention that the receiver knows the function with which the measure for the temporal change in the transmission properties of the Radio channel with the relative speed of the transmitter linked to the recipient. This will in simple way the value for the measure into a value for the Speed translates.

drawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention are in the drawing shown and in the following description explained. Show it

Fig. 1 den allgemeinen Aufbau eines Funkübertragungssystems, Fig. 1 shows the general structure of a radio transmission system,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Empfängers und Fig. 2 is a block diagram of a receiver and

Fig. 3 ein weiteres Blockschaltbild eines Empfängers. Fig. 3 shows a further block diagram of a receiver.

description

In Fig. 1 ist der allgemeine Aufbau eines Funkübertragungssystems dargestellt. Ein Sender 1, eine Mobilstation, strahlt über eine Antenne 3 ein Funksignal über einen Funkkanal 4 ab. Über diesen Funkkanal 4 empfängt ein Empfänger 2, eine Basisstation, mittels einer Antenne 10 das Funksignal.In Fig. 1, the general structure is shown a radio transmission system. A transmitter 1 , a mobile station, emits a radio signal via an antenna 3 via a radio channel 4 . Via this radio channel 4 , a receiver 2 , a base station, receives the radio signal by means of an antenna 10 .

Die vom Empfänger 2 empfangenen Funksignale entsprechen nicht den vom Sender 1 ausgesandten Funksignalen. Dies liegt in den Übertragungseigenschaften des Funkkanals 4 begründet, durch den die ausgesandten Funksignale verändert werden. Für die Übertragungseigenschaften sind eine Vielzahl von Gegebenheiten verantwortlich: Die Entfernung zwischen Sender und Empfänger, Mehrfachreflexionen von Funksignalen an Gebäuden, der Landschaft, Fahrzeugen usw. und die Frequenzverschiebung bei nicht verschwindender relativer Geschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger aufgrund des Dopplereffekts. Im Empfänger 2 oder auch im Sender 1 sind Mittel vorhanden, die in Kenntnis der Übertragungseigenschaften des Funkkanals 4 aus den so veränderten, empfangenen Funksignalen die ursprünglichen. Signale wieder rekonstruieren.The radio signals received by the receiver 2 do not correspond to the radio signals transmitted by the transmitter 1 . This is due to the transmission properties of radio channel 4 , by means of which the transmitted radio signals are changed. A variety of factors are responsible for the transmission properties: the distance between the transmitter and receiver, multiple reflections of radio signals on buildings, the landscape, vehicles, etc. and the frequency shift when the relative speed between transmitter and receiver does not disappear due to the Doppler effect. Means are present in the receiver 2 or also in the transmitter 1 which, knowing the transmission properties of the radio channel 4 , derive the original ones from the received radio signals so modified. Reconstruct signals.

Die Kenntnis der relativen Geschwindigkeit zwischen Sender 1 und Empfänger 2 wird dazu verwendet, die Zahl der Schätzungen der Übertragungseigenschaften des Funkkanals pro Zeiteinheit an die relative Geschwindigkeit anzupassen. Ist die Geschwindigkeit hoch, werden sich die Übertragungseigenschaften rasch ändern und daher müssen die Funkkanalübertragungseigenschaften häufiger geschätzt werden, um eine optimale Signalrekonstruktion im Empfänger zu gewährleisten.Knowledge of the relative speed between transmitter 1 and receiver 2 is used to adapt the number of estimates of the transmission properties of the radio channel per unit of time to the relative speed. If the speed is high, the transmission properties will change rapidly and therefore the radio channel transmission properties must be estimated more frequently in order to ensure optimal signal reconstruction in the receiver.

Darüber hinaus werden die geschätzten Geschwindigkeitswerte dazu verwendet, in einem Mobilfunksystem bei niedriger Geschwindigkeit eine Vorentzerrung der Sendesignale in der Basisstation vorzunehmen, bei hohen Geschwindigkeiten dagegen in den Mobilstationen. Eine Vorentzerrung in der Basisstation verringert den Rechenaufwand der Mobilstationen, da dann keine Nachentzerrung in den Mobilstationen mehr nötig ist. Andererseits arbeitet eine Vorentzerrung nur bei niedrigen Geschwindigkeiten ausreichend gut, da die zur Vorentzerrung nötigen Kanalschätzungen der Rückwärtsstrecke (Mobilstation- Basisstation) bei hohen Geschwindigkeiten die Vorwärtsstrecke (Basisstation-Mobilstation) inkorrekt beschreiben. Die Bestimmung der Geschwindigkeit erlaubt es, zwischen diesen beiden Betriebsarten, Entzerrung nur in der Basisstation und Nachentzerrung in den Mobilstationen, optimal umzuschalten.In addition, the estimated speed values used in a cellular system at low Speed a pre-equalization of the transmission signals in the Base station at high speeds on the other hand in the mobile stations. A pre-equalization in the Base station reduces the computing effort of the Mobile stations, since there is then no equalization in the Mobile stations is more needed. On the other hand, one works Pre-equalization only at low speeds sufficiently good, since those necessary for the pre-equalization Channel estimates of the reverse link (mobile station Base station) at high speeds Forward link (base station mobile station) incorrect describe. The determination of the speed allows between these two modes of operation, equalization only in the Base station and equalization in the mobile stations, switch optimally.

Weiterhin ist es in bestehenden Mobilfunksystemen von Interesse, die Funksignalleistung jeder Sendestation individuell zu regeln. Hierbei ist es vorteilhaft, die relative Geschwindigkeit zwischen Sender 1 und Empfänger 2 zu kennen, um beispielsweise die notwendige Schrittweite der Funksignalleistungsregelung zu bestimmen oder die Funksignalleistungsregelung bei hohen Geschwindigkeiten ganz auszuschalten.Furthermore, it is of interest in existing mobile radio systems to individually regulate the radio signal power of each transmitting station. It is advantageous to know the relative speed between transmitter 1 and receiver 2 , for example in order to determine the necessary step size of the radio signal power control or to switch the radio signal power control off completely at high speeds.

Additive Störungen wie zum Beispiel durch benachbarte Funksysteme stören die Bestimmung der Kanalübertragungseigenschaften. Es hat sich herausgestellt, daß die dadurch entstehenden Fluktuationen der Geschwindigkeitsschätzung durch mehrfache Geschwindigkeitsschätzungen herausgemittelt werden.Additive disturbances such as those caused by neighboring ones Radio systems interfere with the determination of the Channel transmission properties. It turned out that the resulting fluctuations in Multiple speed estimation Speed estimates are averaged out.

Zur Bestimmung der Änderung der Übertragungseigenschaften des Funkkanals 4 gibt es zwei Methoden:
There are two methods for determining the change in the transmission properties of radio channel 4 :

1. Repeated channel estimation
2. Direct evaluation of repeatedly transmitted signal sequences

Repeated channel estimation

Die Übertragungseigenschaften des Funkkanals 4 werden durch seine Impulsantwort beschrieben. Die Impulsantwort verknüpft rechnerisch das gesendete Funksignal mit dem empfangenen. Die Verknüpfung ist durch die Faltungsoperation gegeben, das heißt, das gesendete Funksignal gefaltet mit der Impulsantwort des Funkkanals 4 ergibt das empfangene Funksignal. Die Impulsantwort wird vollständig durch ihre Betragskomponenten und ihre Phasenkomponenten beschrieben. The transmission properties of the radio channel 4 are described by its impulse response. The impulse response mathematically links the transmitted radio signal with the received one. The linkage is given by the folding operation, that is to say the transmitted radio signal folded with the impulse response of radio channel 4 results in the received radio signal. The impulse response is completely described by its magnitude components and its phase components.

Diese Komponenten stammen von den unterschiedlichen Pfaden, über die das Funksignal vom Sender 1 zum Empfänger 2 gelangt. Diese unterschiedlichen Pfade werden durch die oben beschriebene Mehrwegeausbreitung verursacht.These components come from the different paths over which the radio signal passes from transmitter 1 to receiver 2 . These different paths are caused by the multipath propagation described above.

Die Impulsantwort ändert sich bei Bewegung des Senders 1 gegenüber dem Empfänger 2. Denn eine Änderung der Entfernung und der geometrischen Gegebenheiten zwischen Sender 1 und Empfänger 2 ändert die Impulsantwort. Die zeitliche Änderung der Impulsantwort enthält daher Informationen über die Geschwindigkeit des Senders 1 gegenüber dem Empfänger 2. Die Betragskomponenten der Impulsantwort des Funkkanals 4 ändern sich aufgrund der unterschiedlichen Dämpfung, die von einer sich ändernden Entfernung Sender/Empfänger und aufgrund veränderter Phasen gleich langer Ausbreitungspfade stammt. Die Phasenkomponenten ändern sich aufgrund des Dopplereffekts und der veränderten Pfadlängen aufgrund veränderter Mehrfachreflexionen.The impulse response changes when the transmitter 1 moves relative to the receiver 2 . Because a change in the distance and the geometric conditions between transmitter 1 and receiver 2 changes the impulse response. The temporal change in the impulse response therefore contains information about the speed of the transmitter 1 relative to the receiver 2 . The magnitude components of the impulse response of radio channel 4 change due to the different attenuation, which originates from a changing transmitter / receiver distance and due to changed phases of equally long propagation paths. The phase components change due to the Doppler effect and the changed path lengths due to changed multiple reflections.

Um die zeitliche Änderung der Impulsantwort zu ermitteln, ist die Bestimmung der Impulsantwort im Empfänger 2 notwendig. Dafür wird einer Schätzung des Funkkanals 4 eingesetzt. Eine Funkkanalschätzung wird so durchgeführt, daß das ursprünglich gesendete Funksignal dem Empfänger 2 bekannt ist, so daß der Empfänger das empfangene Funksignal mit dem ursprünglichen Funksignal entfaltet und auf diese Weise eine Schätzung für die Impulsantwort des Funkkanals 4 erhält. Voraussetzung für diese Methode ist, daß der Sender 1 in einem festen Zeitabstand dieses bekannte Funksignal aussendet. Hier beträgt dieser Zeitabstand eine Millisekunde. Um ein Maß für die zeitliche Veränderung der Impulsantwort zu ermitteln, ist es notwendig, mindestens zwei aufeinanderfolgende geschätzte Impulsantworten zu berücksichtigen. Um zuverlässige Änderungswerte zu erhalten, ist es von Vorteil, kurzzeitige Störungen der Schätzungen der Impulsantwort herauszumitteln. Hier werden einhundert geschätzte Impulsantworten berücksichtigt, das heißt, daß nach einhundert Millisekunden die erste Geschwindigkeitsschätzung erfolgt und jede weitere nach einer weiteren Millisekunde.In order to determine the temporal change in the impulse response, it is necessary to determine the impulse response in receiver 2 . An estimate of radio channel 4 is used for this. A radio channel estimate is carried out in such a way that the originally transmitted radio signal is known to the receiver 2 , so that the receiver develops the received radio signal with the original radio signal and in this way receives an estimate for the impulse response of the radio channel 4 . The prerequisite for this method is that the transmitter 1 transmits this known radio signal at a fixed time interval. Here this time interval is one millisecond. In order to determine a measure of the temporal change in the impulse response, it is necessary to take into account at least two consecutive estimated impulse responses. In order to obtain reliable change values, it is advantageous to average out short-term disturbances in the estimates of the impulse response. One hundred estimated impulse responses are taken into account here, which means that the first speed estimate is made after one hundred milliseconds and every further one after another millisecond.

Der Empfänger 2 nimmt nun eine Schätzung ⁽ⁿ⁾ der Impulsantwort vor, wobei n den Zeitpunkt t_n indiziert, zu dem die Impulsantwort geschätzt wurde. Er speichert die letzten N= einhundert Schätzungen der Impulsantwort ab. Gespeichert wird nach dem FIFO-(First-In-First-Out) Prinzip. Durch folgende Formel ist das Maß a für die zeitliche Änderung der Übertragungseigenschaften des Funkkanals gegeben:
The receiver 2 now makes an estimate ^{(n) of} the impulse response, where _n indicates the time t _n at which the impulse response was estimated. It stores the last N = one hundred estimates of the impulse response. The data is saved according to the FIFO (first-in, first-out) principle. The following formula gives measure a for the change in the transmission properties of the radio channel over time:

wobei k eine ganze Zahl ist, die die Funktion einer Laufvariablen hat. Im Zähler wird durch die Differenzbildung die zeitliche Änderung der Übertragungseigenschaften des Funkkanals 4 berücksichtigt, während der Nenner aus Gründen der Normierung eingeführt wurde. Der Empfänger 2 ordnet dem ermittelten Wert a einen Geschwindigkeitswert zu. Die Zuordnung ist erfahrungsgemäß linear. Mit dem Geschwindigkeitswert optimiert der Empfänger 2 die Funkverbindung.where k is an integer that has the function of a run variable. In the numerator, the difference in time takes into account the change in the transmission properties of radio channel 4 , while the denominator was introduced for reasons of standardization. The receiver 2 assigns the determined value a to a speed value. Experience has shown that the assignment is linear. The receiver 2 optimizes the radio connection with the speed value.

Direct evaluation of repeatedly transmitted signal sequences

Beobachtet man ein wiederholt ausgesendetes Funksignal im Falle, daß sich der Sender 1 gegenüber dem Empfänger 2 bewegt, so gibt bereits die Änderung dieses wiederholt empfangenen Funksignales Aufschluß über die Änderung der Übertragungseigenschaften des Funkkanals. Diese Änderung wird wieder in Betrag und Phase berücksichtigt, damit sowohl die unterschiedliche Entfernung zwischen Sender 1 und Empfänger 2, unterschiedliche Mehrfachreflexionen und ein unterschiedlicher Dopplereffekt berücksichtigt werden. Der Empfänger 2 muß in diesem Fall das ausgesendete Funksignal nicht kennen. Es muß nur vom Sender 1 in festen Zeitabständen in gleicher Form ausgesendet werden.If one observes a repeatedly transmitted radio signal in the event that the transmitter 1 moves relative to the receiver 2 , then the change in this repeatedly received radio signal provides information about the change in the transmission properties of the radio channel. This change is again taken into account in amount and phase so that both the different distance between transmitter 1 and receiver 2 , different multiple reflections and a different Doppler effect are taken into account. In this case, the receiver 2 does not have to know the transmitted radio signal. It only has to be transmitted in the same form by transmitter 1 at fixed time intervals.

Hat dann beispielsweise der Sender 1 gegenüber dem Empfänger 2 eine Relativgeschwindigkeit von null, so ist die Differenz zwischen dem empfangenen Funksignal zum Zeitpunkt t_n und zum Zeitpunkt t_n+1 auch null. Liegt eine Relativgeschwindigkeit von größer null vor, so werden sich die empfangenen Funksignale zu den Zeitpunkten t_n und t_n+1 unterscheiden. Damit gibt die Änderung des empfangenen Funksignals zu verschiedenen Zeitpunkten Auskunft über die zeitliche Änderung des Funkkanals 4 und damit über die relative Geschwindigkeit zwischen Sender 1 und Empfänger 2. Der Empfänger 2 empfängt die wiederholt gesendeten Funksignale r ⁽ⁿ⁾ _, wobei der Index n eine ganze Zahl ist und den Zeitpunkt t_n indiziert, zu dem das Funksignal empfangen wurde. Der Empfänger 2 speichert die letzten N= einhundert Funksignale ab. Abgespeichert wird wieder nach dem FIFO- Prinzip. Der Empfänger 2 berechnet nach der folgenden Formel das Maß a', das die zeitliche Änderung der Übertragungseigenschaften des Funkkanals charakterisiert:
If, for example, the transmitter 1 has a relative speed of zero in relation to the receiver 2 , the difference between the radio signal received at time t _n and at time t _{n + 1 is} also zero. If there is a relative speed greater than zero, the radio signals received will differ at times t _n and t _{n + 1} . The change in the received radio signal at different times thus provides information about the change in time of the radio channel 4 and thus about the relative speed between transmitter 1 and receiver 2 . The receiver 2 receives the repeatedly transmitted radio signals r ⁽ⁿ⁾ _, the index n being an integer and indicating the time t _n at which the radio signal was received. The receiver 2 stores the last N = one hundred radio signals. It is saved again according to the FIFO principle. The receiver 2 calculates the dimension a 'according to the following formula, which characterizes the temporal change in the transmission properties of the radio channel:

wobei k eine ganze Zahl ist, die die Funktion einer Laufvariablen hat. Der Zähler berücksichtigt durch Differenzbildung die zeitliche Änderung der Funkkanaleigenschaften, während der Nenner aus Gründen der Normierung eingeführt wurde. Dann folgt die Zuordnung einer Geschwindigkeit zu diesem Wert a'. Mit diesem Geschwindigkeitswert optimiert der Empfänger 2 die Funkverbindung zwischen Sender 1 und Empfänger 2. where k is an integer that has the function of a run variable. By forming the difference, the numerator takes into account the change in the radio channel properties over time, while the denominator was introduced for reasons of standardization. Then a speed is assigned to this value a '. With this speed value, receiver 2 optimizes the radio connection between transmitter 1 and receiver 2 .

Neben dem Funksignal, das die Funktion eines Testsignals inne hat, werden andere Funksignale, die Nutzdaten, wie digital codierte Sprachsignale beim Mobilfunksystem, beinhalten, vom Sender 1 zum Empfänger 2 über den Funkkanal 4 übertragen. Um die optimale Übertragung dieser Nutzdaten zu gewährleisten, wird letztlich diese Geschwindigkeitsschätzung durchgeführt.In addition to the radio signal, which has the function of a test signal, other radio signals, which contain useful data, such as digitally coded voice signals in the mobile radio system, are transmitted from transmitter 1 to receiver 2 via radio channel 4 . In order to ensure the optimal transmission of this user data, this speed estimate is ultimately carried out.

Als gesendetes Funk- und Testsignal wird die 26 Bit-lange Trainingssequenz des GSM (Global System for Mobile Communication Standards) für beide Lösungsstrategien, wiederholte Kanalschätzung und direkte Auswertung wiederholt gesendeter Signalfolgen, verwendet. Diese Trainingssequenz hat die Eigenschaft, daß sie im übrigen Datenstrom praktisch nicht vorkommt. Alternativ kann jedoch auch eine andere geeignete Sequenz, die entweder bekannt ist oder immer gleich wiederholt wird, verwendet werden.The transmitted radio and test signal is 26 bits long Training sequence of the GSM (Global System for Mobile Communication Standards) for both solution strategies, repeated channel estimation and direct evaluation repeated transmitted signal sequences used. This training sequence has the property that it is practical in the rest of the data stream does not occur. Alternatively, however, another one can also be used appropriate sequence that is either known or always is repeated immediately, can be used.

Die Trainingssequenz hat zum Beispiel wie im GSM eine Dauer von 95,94 µs. Die Periodendauer von einer Millisekunde als Abstand zwischen zwei Schätzungen der Impulsantwort und auch als Zeit zwischen zwei empfangenen Funksignalen kann in Abhängigkeit von der Genauigkeit der Geschwindigkeitsschätzung, der Übertragungsrate und der eingesetzten Hardware verändert werden. Es können mehr oder weniger als einhundert Speichereinträge zur Berechnung in Abhängigkeit von der Genauigkeit und der Speicherkapazität verwendet werden. Die Trainingssequenz kann auch als Teil eines Funksignals übertragen werden, in dem die Nutzdaten gesendet werden. Dies ist zum Beispiel die übliche Form bei dem GSM-Standard.The training sequence has a duration, for example, as in GSM of 95.94 µs. The period of one millisecond as Distance between two estimates of impulse response and also the time between two received radio signals can be in Depends on the accuracy of the Speed estimate, transmission rate and used hardware are changed. Can do more or less than a hundred memory entries to compute in Depends on the accuracy and storage capacity be used. The training sequence can also be part a radio signal are transmitted in which the user data be sent. This is the usual form for example the GSM standard.

Alternativ dazu, daß gewartet wird, bis einhundert Speichereinträge erreicht sind, um die erste Geschwindigkeitsschätzung vorzunehmen, kann der Speicher dynamisch verwaltet werden, so daß zunächst die vorhandenen Speichereinträge in die Geschwindigkeitsschätzung eingehen, bis einhundert erreicht sind und dann nach dem FIFO-Prinzip fortgefahren wird. Das heißt, dann wird jede Millisekunde mit einhundert Speichereinträgen gerechnet.Alternatively, wait until one hundred Memory entries are reached to the first The memory can make speed estimates are managed dynamically so that the existing ones first Include memory entries in the speed estimate up to one hundred and then according to the FIFO principle is continued. That is, then every millisecond with a hundred memory entries expected.

Andere Ausführungsbeispiele als Sender und Empfänger bei einem Mobilfunksystem für die Erfindung sind, daß der Sender 1 und Empfänger 2 jeweils an Flugkörper, Raumflugkörper, Landfahrzeuge oder Wasserfahrzeuge gebunden sein können. Dies demonstriert die uneingeschränkte Verwendbarkeit der Erfindung.Other exemplary embodiments as transmitters and receivers in a mobile radio system for the invention are that the transmitter 1 and receiver 2 can each be bound to missiles, spacecraft, land vehicles or water vehicles. This demonstrates the full applicability of the invention.

In Fig. 2 ist schematisch der innere Aufbau des Empfängers 2 dargestellt. Die Antenne 10 ist über eine Leitung mit einem Hochfrequenzeingang eines Hochfreguenzempfangsteils 5 verbunden. Das Hochfrequenzempfangsteil 5 ist über seinen Ausgang mit dem Eingang eines Analog-/Digitalwandlers 6 verbunden. Der Digitalausgang des Analog-/Digitalwandlers 6 ist über eine Datenleitung an einen Dateneingang eines Prozessors 7 angeschlossen. Über Datenleitungen sind Dateneingänge und Ausgänge des Prozessors 7 und eines Speichers 8 miteinander verknüpft. Datenausgänge des Prozessors 7 führen über Datenleitungen zu einem Entzerrerfilter 9. Die Datenleitung zwischen dem Prozessor 7 auf der einen Seite und dem Analog-/Digitalwandler 6, dem Speicher 8 und dem Entzerrerfilter 9, auf der anderen Seite sind in der Zeichnung zur Vereinfachung als eine Datenleitung dargestellt. In der tatsächlichen Schaltung sind jedoch zum Teil mehr als eine realisiert.In FIG. 2, the internal construction of the receiver 2 is shown schematically. The antenna 10 is connected to a high-frequency input of a high-frequency receiving part 5 via a line. The high-frequency receiving part 5 is connected via its output to the input of an analog / digital converter 6 . The digital output of the analog / digital converter 6 is connected to a data input of a processor 7 via a data line. Data inputs and outputs of the processor 7 and a memory 8 are linked to one another via data lines. Data outputs of the processor 7 lead to an equalizer filter 9 via data lines. The data line between the processor 7 on the one hand and the analog / digital converter 6 , the memory 8 and the equalizer filter 9 on the other hand are shown in the drawing as a data line for simplification. However, more than one is sometimes implemented in the actual circuit.

Die empfangenen Funksignale werden von der Antenne 10 empfangen und gelangen über eine Leitung in das Hochfrequenzempfangsteil 5. Dort werden die empfangenen Funksignale gefiltert, verstärkt und in eine Zwischenfrequenz umgesetzt. Über den Ausgang des Hochfrequenzempfangsteils 5 kommen die verstärkten und umgesetzten Signale über eine Leitung in den Analog- /Digitalwandler 6, durch den sie digitalisiert werden. Die digitalisierten Signale werden dann über den Digitalausgang des Analog-/Digitalwandlers 6 über eine Datenleitung an einen Dateneingang des Prozessors 7 übergeben. Der Prozessor 7 ist hier ein digitaler Signalprozessor. Er schätzt die Geschwindigkeit nach einem der oben genannten Verfahren und optimiert dann die Funkverbindung zwischen Sender und Empfänger. In der oben genannten Druckschrift wird ein Anwendungsbeispiel bezüglich eines Entzerrers dargestellt, wobei in die Kanalschätzung eine mit der Geschwindigkeit gewichtete Komponente eingeht. Da die Kanalschätzung die Entzerrerkoeffizienten bestimmt, werden dadurch auch die Entzerrerkoeffizienten angepaßt. Der ermittelte Geschwindigkeitswert wird nämlich von dem Prozessor 7 über einen seiner Datenausgänge über eine Datenleitung an den Entzerrerfilter 9 übergeben, der damit seine Koeffizienten für die Funksignalfilterung anpaßt. Die Funksignale selbst gelangen über andere Datenausgänge des Prozessors 7 über Datenleitungen an Dateneingänge des Entzerrerfilters 9. Der Entzerrerfilter 9 ist hier ein vom Prozessor eigenständiger digitaler Signalprozessor, durch den die vom Prozessor 7 kommenden Signale gefiltert werden.The received radio signals are received by the antenna 10 and reach the high-frequency receiving part 5 via a line. There the received radio signals are filtered, amplified and converted into an intermediate frequency. The amplified and converted signals come via a line into the analog / digital converter 6 , through which they are digitized, via the output of the high-frequency receiving part 5 . The digitized signals are then transferred via the digital output of the analog / digital converter 6 via a data line to a data input of the processor 7 . The processor 7 here is a digital signal processor. He estimates the speed according to one of the above methods and then optimizes the radio connection between the transmitter and receiver. In the above-mentioned publication, an application example is presented with regard to an equalizer, a component weighted with the speed being included in the channel estimation. Since the channel estimate determines the equalizer coefficients, the equalizer coefficients are also adapted. The determined speed value is namely transferred from the processor 7 via one of its data outputs via a data line to the equalizer filter 9 , which thus adjusts its coefficients for radio signal filtering. The radio signals themselves pass through other data outputs of the processor 7 via data lines to data inputs of the equalizer filter 9 . The equalizer filter 9 is here a digital signal processor independent of the processor, through which the signals coming from the processor 7 are filtered.

In Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines Empfängers 2 dargestellt, wobei hier ein Kanalschätzer 11, ein Puffer 12 und ein Geschwindigkeitsschätzer 13 anstatt des Prozessors 6 und des Speichers 8 aus Fig. 2 erscheinen. Eine Antenne 10 ist mit einem Hochfrequenzempfangsteil 5 verbunden. Das Hochfrequenzempfangsteil 5 ist an einen Analog-/Digital wandler 6 angeschlossen. Der Analog-/Digitalwandler 6 ist über seinen Digitalausgang an einen ersten Dateneingang eines Entzerrerfilters 9 und an den Kanalschätzer 11 angeschlossen. Vom Kanalschätzer 11 geht ein Datenausgang an den zweiten Dateneingang des Entzerrerfilters 9 und ein zweiter Datenausgang an den Puffer 12. Der Puffer 12 ist mit dem Geschwindigkeitsschätzer 13 verbunden. Der Geschwindigkeitsschätzer 13 hat einen offenen Ausgang. FIG. 3 shows a block diagram of a receiver 2 , a channel estimator 11 , a buffer 12 and a speed estimator 13 appearing here instead of the processor 6 and the memory 8 from FIG. 2. An antenna 10 is connected to a radio frequency receiving part 5 . The high-frequency receiving part 5 is connected to an analog / digital converter 6 . The analog / digital converter 6 is connected via its digital output to a first data input of an equalizer filter 9 and to the channel estimator 11 . A data output goes from the channel estimator 11 to the second data input of the equalizer filter 9 and a second data output goes to the buffer 12 . The buffer 12 is connected to the speed estimator 13 . The speed estimator 13 has an open exit.

Die Funksignale werden mit der Antenne 10 empfangen und gelangen dann in das Hochfrequenzempfangsteil 5. Dort werden die empfangenen Signale gefiltert, um unerwünscht empfangene Signale auf ungewollten Frequenzen zu eliminieren, verstärkt und in eine Zwischenfrequenz umgesetzt. Von dem Hochfrequenzempfangsteil 5 kommen die Signale in den Analog- /Digitalwandler 6, wo sie digitalisiert werden. Dieser Datenstrom geht dann von dem Digitalausgang des Analog- /Digitalwandlers 6 zum ersten Dateneingang des Entzerrerfilters 9 und zum Kanalschätzer 11. Im Entzerrerfilter 9 wird der Datenstrom zwischengespeichert, bis die Schätzung der Übertragungseigenschaften des Funkkanals von dem Kanalschätzer 11 an den zweiten Dateneingang des Entzerrerfilters 9 übermittelt wird. Mittels der Kanalschätzung entzerrt der Entzerrerfilter 9 die Nutzdatensignale im Datenstrom in der oben beschriebenen Weise.The radio signals are received by the antenna 10 and then reach the radio-frequency receiving part 5 . There, the received signals are filtered in order to eliminate unwanted received signals on unwanted frequencies, amplified and converted into an intermediate frequency. The signals come from the high-frequency receiving part 5 into the analog / digital converter 6 , where they are digitized. This data stream then goes from the digital output of the analog / digital converter 6 to the first data input of the equalizer filter 9 and to the channel estimator 11 . The data stream is temporarily stored in the equalizer filter 9 until the estimate of the transmission properties of the radio channel is transmitted from the channel estimator 11 to the second data input of the equalizer filter 9 . By means of the channel estimation, the equalizer filter 9 equalizes the useful data signals in the data stream in the manner described above.

Der Kanalschätzer 11 schätzt die Übertragungseigenschaften des Funkkanals mittels der oben beschriebenen Trainingssequenzen. Es liegen dann also Impulsantworten des Funkkanals vor. Diese Impulsantworten werden im Puffer 12 zwischengespeichert. Der Geschwindigkeitsschätzer 13 entnimmt die gespeicherten Impulsantworten dem Puffer 12 und schätzt die Geschwindigkeit des Empfängers 2 gegenüber dem Sender 1 mit den oben beschriebenen Methoden. Dieser geschätzte Geschwindigkeitswert liegt dann zur Weiterverarbeitung vor. The channel estimator 11 estimates the transmission properties of the radio channel by means of the training sequences described above. There are then impulse responses from the radio channel. These impulse responses are buffered in buffer 12 . The speed estimator 13 takes the stored impulse responses from the buffer 12 and estimates the speed of the receiver 2 relative to the transmitter 1 using the methods described above. This estimated speed value is then available for further processing.

Weiterhin kann die Geschwindigkeitsschätzung auch zur Anpassung der Schrittweite der Sendeleistungsregelung an die Geschwindigkeit und damit an die Veränderung der Übertragungseigenschaften des Funkkanals 4 verwendet werden. Eine hohe Geschwindigkeit erfordert eine schnelle Veränderung der Dämpfung und daher ist eine rasche Anpassung der Sendeleistung erforderlich.Furthermore, the speed estimation can also be used to adapt the step size of the transmission power control to the speed and thus to the change in the transmission properties of the radio channel 4 . A high speed requires a quick change in the damping and therefore a quick adjustment of the transmission power is required.

Claims

1. A method for estimating the relative speed of a transmitter ( 1 ) relative to a receiver ( 2 ), the transmitter ( 1 ) sending radio signals over a radio channel ( 4 ) to the receiver ( 2 ), characterized in that in the receiver ( 2 ) the number and received phase of a plurality of received radio signals determines the change in the transmission behavior of the radio channel ( 4 ) over time and an estimate of the relative speed between transmitter ( 1 ) and receiver ( 2 ) is made therefrom.

2. The method according to claim 1, characterized in that the transmitter ( 1 ) the receiver ( 2 ) sends a known radio signal over the radio channel ( 4 ) that the transmission behavior of the radio channel ( 4 ) by an estimate ^{(s) of} the impulse response of the radio channel ( 4 ) is obtained, where n is an integer and indicates the time t _n at which the receiver ( 2 ) estimates the impulse response of the radio channel from the comparison of the received radio signal with the known radio signal and that the measure a for the change over time the transmission behavior of the radio channel ( 4 ) at time t _{n is} given by
where k is an integer and has the function of a run variable and N determines how many impulse responses of the radio channel ( 4 ) are included in the calculation of the measure for the temporal change in the transmission behavior of the radio channel ( 4 ).

3. The method according to claim 1, characterized in that the transmitter ( 1 ) sends the receiver ( 2 ) a repeated radio signal that the transmission behavior of the radio channel ( 4 ) is characterized by the received radio signals r ⁽ⁿ⁾ , where n is an integer and indicates the time t _n at which the radio signal was received and that the measure a 'for the change in the transmission behavior of the radio channel ( 4 ) at time t _{n is} given by
where k is an integer and has the function of a run variable and N determines how many received radio signals r ^{(n) are included} in the calculation of the measure for the temporal change in the transmission behavior of the radio channel ( 4 ).

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the mapping of the measure for the temporal change in the transmission behavior of the radio channel ( 4 ) on the relative speed between transmitter ( 1 ) and receiver ( 2 ) by a known to the receiver ( 2 ) Function is made.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the determination of the impulse response of the radio channel through the speed estimation is improved.

6. The method according to claim 5, characterized in that by determining the impulse response of the radio channel Averaging of several estimates of the impulse response and that the last estimates of the Impulse response depending on the Speed averaging weighted become.

7. Receiving device for radio signals, the transmitter ( 1 ) and receiver ( 2 ) being connected via at least one radio channel ( 4 ), the transmitter ( 1 ) sending a radio signal to the receiver ( 2 ), characterized in that the receiver ( 2 ) the amount and phase of the change in the transmission behavior of the radio channel ( 4 ) is determined from a plurality of received radio signals, thus making an estimate of the relative speed between the transmitter ( 1 ) and the receiver ( 2 ).

8. Receiving device according to claim 7, characterized in that the receiver ( 2 ) from the transmitter ( 1 ) receives a known radio signal, that the receiver ( 2 ) the transmission behavior of the radio channel ( 4 ) by an estimate ^{(s) of} the impulse response of the radio channel ( 4 ), where n is an integer and indicates the time t _n at which the receiver estimates the impulse response, that the receiver ( 2 ) determines the impulse responses ⁽ⁿ⁾ estimated at successive times. stores in a memory ( 8 ) and that the receiver ( 2 ) measures a for the change in the transmission behavior of the radio channel ( 4 ) at time t _n
calculated, where k is an integer and has the function of a run variable and N determines how many stored impulse responses of the radio channel ( 4 ) are included in the calculation of the measure for the temporal change in the transmission behavior of the radio channel ( 4 ).

9. Receiving device according to claim 7, characterized in that the receiver ( 2 ) from the transmitter ( 1 ) repeatedly receives the same radio signal, and that the receiver ( 2 ) the transmission behavior of the radio channel ( 4 ) by the received radio signals r ⁽ⁿ⁾ determined, where n is an integer and indicates the time t _n at which the receiver ( 2 ) receives the radio signals, that the receiver 2 stores the radio signals r ⁽ⁿ⁾ received at successive times in a memory ( 8 ) and that Receiver ( 2 ) the measure a 'for the temporal change in the transmission behavior of the radio channel ( 4 ) at time t _n
calculated, where k is an integer and has the function of a run variable and N determines how many stored radio signals r ^{(n) are included} in the calculation of the measure for the temporal change in the transmission behavior of the radio channel ( 4 ).

10. Receiving device according to claims 7 to 9, characterized in that the receiver ( 2 ) mapping the measure for the temporal change in the transmission behavior of the radio channel ( 4 ) on the relative speed between the transmitter ( 1 ) and receiver ( 2 ) with one Receiver ( 2 ) performs known function.

11. Receiving device according to claims 7 to 10, characterized in that the receiver ( 2 ) sets the step size of the radio signal power control as a function of the estimated speed.