JP2002522771A

JP2002522771A - 移動体の速度の無線推定方法

Info

Publication number: JP2002522771A
Application number: JP2000564063A
Authority: JP
Inventors: ボンオム、コリン; ドーンステッター、ジャン−ルイ; ベンラチャッド、ニドハム
Original assignee: ノーテル・ネットワークス・ソシエテ・アノニム
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2002-07-23
Also published as: EP1105746B1; CN1359472A; DE69903957D1; US7142850B1; WO2000008482A1; CA2340018A1; DE69903957T2; EP1105746A1; FR2782227A1; FR2782227B1; BR9913355A

Abstract

(57)【要約】本発明は、無線伝送チャネルによって遠隔局に結ばれた移動局の速度（ｖ）推定方法に関し、この方法は、以下の段階の連続を含んでいる。伝送チャネルの時間的変動を反映する測定信号を得るために、伝送チャネルを利用した伝送信号（ｓ）の受信およびフィルタリングと、移動局の速度（ｖ）によってパラメータ化された測定信号の相関関数（Ｒ（τ））の決定と、発信地のこの相関関数の第二次導関数の値（Ｒ”（０））を求めることと、測定信号の第一次導関数（α₀）の推定およびこの推定の分散（Ｃ）の計算と、前記二つの段階（Ｒ”（０）＝Ｃ）の時に得られた結果の識別。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、遠隔局に対する移動局の速度を、これら二局を結ぶ伝送チャネルを
利用する無線伝送信号によって、推定する方法に関する。

【０００２】従って、本発明の分野は、持ち運び可能なまたは携帯用の端末と、大部分の時
間は幾つもの端末に通じている中央装置との間に無線連絡を構築することを可能
にする移動無線通信の分野である。この中央装置は、多くの場合ネットワークの
ようなインフラストラクチャの一部をなし、かつ一般的に固定されおり、遠隔局
として参照されよう。これに反して、端末は、機能している途中で移動させられ
得るので、これを移動局と名付けよう。

【０００３】遠隔局に対する移動局に関する移動は、様々な理由で重要な情報となる、速度
を特徴とする。最初に、移動局の機能パラメータおよび移動局が配置された車両
が問題である。他方、セル無線電話ネットワークのより特別な分野に言及しよう
。

【０００４】これらのネットワークでは、移動局のサービスエリアは、各々がいわゆるセル
で識別される地理的区域に割り当てられた複数の遠隔局によって確保される。移
動局が幾つものセルの境界にあるとき、どの遠隔局に接続するか知るという問題
が生じる。移動局の速度が、適切な遠隔局の選択において根本的な要素であるこ
とは、よく理解される。

【０００５】実際、この速度がほぼゼロならば、移動局が登録されたセルを離れることは、
ほぼないであろうが、この速度が増せば、この局が新しいセルにたどり着きつつ
ある可能性がはるかに高い。

【０００６】補足として、各地点がマイクロセルおよび複数の隣接するマイクロセルに重な
る傘形セルによって同時にカバーされるマイクロセルネットワークを引用しよう
。ここで、ゼロか低い速度で動かされる移動局は、好ましくはマイクロセルに繋
がれるが、これに対して速く移動する移動局は、マイクロセルの多過ぎ、かつ頻
繁過ぎる変更を避けるために傘形セルに接続されるべきことを予測する。

【０００７】このように、移動局の速度は、「ハンドオーバ」という英語名称で知られる手
続きである、移動局を繋ぐ固定局を選択することが問題である時、非常に有用な
パラメータであることがわかる。

【０００８】本発明は、このように無線伝送信号を運ぶ伝送チャネルによって遠隔局に結ば
れる移動局の速度を推定する方法を対象とする。

【０００９】本発明によれば、この方法は、次の段階の連続を含む。・伝送チャネルの時間的変動を反映する測定信号を得るために、伝送チャネルを
利用した伝送信号の受信およびフィルタリングと、・移動局の速度によってパラメータ化されたこの測定信号の相関関数の決定と、・発信地のこの相関関数の第二次導関数の値を求めることと、・測定信号の第一次導関数の推定およびこの推定の分散の計算と、・前記二つの段階の時に得られた結果の識別。

【００１０】好都合には、伝送信号のフィルタリングは、伝送チャネルの付加ノイズを取り
除くことからなる。

【００１１】本発明の追加の特色によれば、測定信号は、伝送チャネルのインパルス動応答
である。

【００１２】この場合、方法は、好ましくは伝送チャネルの静応答ｒを生成する段階を含む
。伝送チャネルは、一定の時間的ばらつきを有し、伝送信号ｓは、訓練シーケン
スであり、測定マトリクスＭは、時間的ばらつきを考慮して、訓練シーケンスか
ら構築され、チャネルの静応答ｒを生成するためのこの段階は、式ｓ＝Ｍ．ｒ＋ｎ（式中、ｎはチャネルの付加ノイズを示す）によって行われる。

【００１３】その上、この静応答ｒの共分散の最大固有値に結合した固有ベクトルｒ₀を求
めるために追加の段階が予想される。測定信号の第一次導関数は、伝送信号ｓが
式ｓ＝Ｍ．ｒ＋α₀ＴＭ．ｒ₀＋ｎ（式中、Ｔは時間を表すマトリクスである）によってその時、定義されるように
決定された係数α₀に等しい。

【００１４】本発明は、実施例の主要な段階を象徴的な形で表している唯一の添付図面を参
照して、説明として示した実施例の以下に続く記載の範囲で、より多くの細部を
以って今度は現れてくるであろう。

【００１５】時間の複素関数をＸ（ｔ）として、以下の記号表記を採用する。

【００１６】

【数１】

【００１７】Ｘ（ｔ）の時間的相関関数Ｒ（τ）は、以下のように書き表されることに留意
する。Ｒ（τ）＝Ｅ［Ｘ（ｔ）Ｘ^*（ｔ−τ）］

【００１８】この式をτに対して微分して、Ｒ’（τ）＝−Ｅ［Ｘ（ｔ）Ｘ^*’（ｔ−τ）］を得る。

【００１９】変数ｔ’＝ｔ−τの変換を行うと、前記式は、Ｒ’（τ）＝Ｅ［Ｘ（ｔ’＋τ）Ｘ^*’（ｔ’）］になる。

【００２０】この式をτに対して新たに微分を行い、次のようになる。Ｒ”（τ）＝−Ｅ［Ｘ’（ｔ’＋τ）Ｘ^*’（ｔ’）］

【００２１】値τ＝０に対して、上記式は、従って以下の値をとる。

【００２２】

【数２】

【００２３】このようにして、発信地の相関関数の第二次導関数Ｒ”（０）は、関数Ｘ（ｔ
）の第一次導関数の分散と同一の値を有する。

【００２４】本発明は、この結果から移動局の速度の推定を実施することを提案する。

【００２５】ここで、移動局は、伝送チャネルによって遠隔局が発する伝送信号を受信する
と仮定する。しかしながらこの問題は完全に対称的であり、移動局が発する信号
を受信するのが、遠隔局だとしても、解答が同一になることに注意せねばならな
い。

【００２６】最初の操作は、受信した信号の相関モデルを選択することからなる。遠隔局に
対する移動局の速度をパラメータとするこのようなモデルは、経験に基づいて決
定しても良い。理論モデルに対応させても良く、かつ本実施態様の範囲で、状況
に非常に適した、「ジェークス（Ｊａｋｅｓ）モデル」と言われるモデルを取り
上げる。このモデルによれば、正規化エネルギー信号に対して、零次ベッセル関
数をＪ₀として、相関関数は、次のように書き表される。

【００２７】

【数３】

【００２８】・ｖは、速度であり、・λは、信号の波長である。

【００２９】この相関関数の第一次導関数は、そこで次のように書き表される。

【００３０】

【数４】

【００３１】第二次導関数に関しては、次のように書き表される。

【００３２】

【数５】

【００３３】しかるに発信地の零次ベッセル関数の第二次導関数は、−１／２に値する。Ｊ”₀（０）＝−１／２

【００３４】次のようになる。

【００３５】

【数６】

【００３６】ここで、相関関数の発信地の第二次導関数と速度の間の相関関係を明示する関
係（２）を得る。ジェークスモデルの場合、この関係は特に単純であるが、取り
上げられるモデルが何であれ、この二つの大きさの間には、１対１の関係が存在
する。

【００３７】次に、伝送チャネルの時間的変動を反映する測定信号Ｘ（ｔ）を定義すべきで
ある。

【００３８】当然、この測定信号は、伝送信号自体であっても良い。

【００３９】この場合、伝送チャネルの付加ノイズを除去するようにフィルタリング操作を
行うことが好ましい。

【００４０】伝送信号がインパルス放出によって得られる場合、この信号はこの時、前述の
フィルタリングの後、伝送チャネルのインパルス応答に対応することに気が付く
。

【００４１】このようにして、本発明の好都合な特色によれば、測定信号は、チャネルのイ
ンパルス応答である。実際、この応答は、一般的に他の目的で、特に伝送信号等
化ために用いられているので、すでに自由に使用できる。

【００４２】例として、伝送チャネルの時間的変動を考慮に入れなければ、推定されたイン
パルス静応答と反対に時間に従属する、このインパルス動応答を推定する手段を
今度は示す。

【００４３】ＧＳＭ無線通信デジタルセルシステムを、今度は参照する。というのもこのシ
ステムは、当業者に良く知られているという長所があるからである。この紹介は
、明瞭さの点で心配をしながら採用したのであるが、いかなる場合にも、本発明
をこの唯一のシステムに限定することをそこに認めるべきではない。

【００４４】このシステムは、＋１または−１の値をとるａ₀からａ₂₅とする２６の符号か
ら形成される訓練シーケンスＴＳに頼っている。送信機が発したこれらの符号は
、受信機が認識しており、従って、「訓練シーケンス」という用語で、どのよう
な手段によってであれ、この受信機の先験的に知られているあらゆるビットシー
ケンスを総括する。

【００４５】図面を参照して、伝送信号は、従って受信機によって受信された符号のシーケ
ンスｓである。送信機によって送信された訓練シーケンスＴＳに対応する、この
シーケンスｓもまた、２６の符号から形成される。

【００４６】戻し（ｒａｐｐｅｌ）に関して、推定技術は、長さｎの訓練シーケンスＴＳか
ら構成される測定マトリクスＭに頼っている。このマトリクスは、（ｎ−ｄ）行
および（ｄ＋１）列を含み、ｄは、チャネルの時間的ばらつきを表す。ｉ番目の
行でｊ番目の列に現れる要素は、訓練シーケンス

【００４７】

【数７】

【００４８】の（ｄ＋ｉ−ｊ）番目の符号である。

【００４９】訓練シーケンスは、演算子．^tが交差を表す所でマトリクスＭ^tＭが可逆的であ
るように選択されている。

【００５０】従来、チャネルの時間的ばらつきｄは、ＧＳＭの場合に４の値を有し、インパ
ルス静応答の推定は、５つの成分を有するベクトルの形をとる。最小二乗技術を
取り上げるならば、このベクトルｒは、（Ｍ^tＭ）^-1Ｍ^t．ｓに値する。

【００５１】今度は、連続して送信された訓練シーケンスに対して得られた異なる応答ｒを
平滑化することによる平滑化マトリクスＬを構成し、このことは、この静応答に
結合した共分散の推定を得るためである。ここで平滑化は、非常に一般的な意味
で理解される。すなわち、平滑化または静応答を仲介し得るあらゆる操作である
。

【００５２】平滑化の最初の例は、訓練シーケンスをｍ含むと仮定される期間に対してマト
リクスｒｒ^hを平均することからなり、演算子．^hは、エルミート変換

【００５３】

【数８】

【００５４】を表す。

【００５５】平滑化の第二の例は、受信したｉ番目の訓練シーケンスで、乗法係数λによっ
て（ｉ−１）番目の訓練シーケンスで得られた平滑化マトリクスを実現すること
からなり、このファクタは、一般的に平滑化のオミッションファクタ（ｆａｃｔ
ｅｕｒｄ’ｏｕｂｌｉ）という名称で知られており、０から１である。Ｌ_i（ｒｒ^h）＝λｒ_iｒ_i ^h；（１−λ）Ｌ_i-1（ｒｒ^h）

【００５６】初期設定は、あらゆる手段によって、特に得られた第１推定ｒまたは、訓練シ
ーケンスの数が少ない場合は上記のように得られた平均によってなし得る。

【００５７】この時、このマトリクスＬ（ｒｒ^h）の最大固有値に結合した固有ベクトルｒ₀ を求める。

【００５８】ｕ₀＝Ｍ．ｒ₀とし、受信した信号が以下の形式ｓ＝Ｍ．ｒ＋α₀Ｔ．ｕ₀＋ｎ（３）（式中、ｎは伝送チャネルの付加ノイズを表し、かつＴは異なる符号を受信する
時間を表すマトリクスであり、この時間は、符号時間

【００５９】

【数９】

【００６０】で表されている）で示されると仮定する。

【００６１】事実、Ｔは、ｉ番目の行およびｉ番目の列に現れる要素が、訓練シーケンスの
（ｄ＋ｉ）番目の符号、すなわちａ_(d+i-1)に対応する時間を表すディメンショ
ン２２の対角マトリクスであり、時間の発信地は、任意に１５番目と１６番目の
符号の間に固定される。

【００６２】インパルス動応答の時間的導関数が、係数α₀を値とすることは明らかである
。

【００６３】恒等マトリクスをＩとし、変換演算子Ａを導入する。Ａ＝Ｉ−Ｍ（Ｍ^tＭ）^-1Ｍ^t

【００６４】方程式（３）は、この時下記の式で表現される。Ａ．ｓ＝α₀ＡＴ．ｕ₀＋Ａ．ｎ

【００６５】ｕ’₀＝Ｔ．ｕ₀とし、最小二乗の方向におけるこの方程式の解決は、係数α₀
の推定値

【００６６】

【数１０】

【００６７】を示す。

【００６８】

【数１１】

【００６９】下記の操作は、インパルス動応答の導関数の分散Ｃを計算することからなる。

【００７０】

【数１２】

【００７１】方程式（１）および（２）を繰り返し、

【００７２】

【数１３】

【００７３】他方、方程式（３）を繰り返し、

【００７４】

【数１４】

【００７５】ｒ₀が正規化される時、

【００７６】

【数１５】

【００７７】次のようになる。

【００７８】

【数１６】

【００７９】このようにして、移動局の速度を得る。

【００８０】

【数１７】

【００８１】このようにして、伝送チャネルによって受信された信号の相関関数モデルを認
識して、この信号を送信し、かつ受信する局に関する速度の推定を行い得ること
は、明らかである。

【００８２】本発明は、記載した実施態様に限定されない。特に、どの手段も、価値の等し
い手段によって置き替えられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ベンラチャッド、ニドハムフランス国エフ−75017 パリ、リュバロン、32 Ｆターム(参考） 5K067 AA21 BB04 EE02 EE10 FF02 GG11 HH21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無線伝送チャネルによって遠隔局に結ばれた移動局の速度（
ｖ）推定方法であって、・前記伝送チャネルの時間的変動を反映する測定信号を得るために、前記伝送チ
ャネルを利用した伝送信号（ｓ）の受信およびフィルタリングと、・移動局の速度（ｖ）によってパラメータ化された前記測定信号の相関関数（Ｒ
（τ））の決定と、・発信地のこの相関関数の第二次導関数の値（Ｒ”（０））を求めることと、・前記測定信号の第一次導関数（α₀）の推定およびこの推定の分散（Ｃ）の計
算と、・前記二つの段階（Ｒ”（０）＝Ｃ）の時に得られた結果の識別との段階の連続
を含む方法。
【請求項２】前記伝送信号（ｓ）のフィルタリングは、前記伝送チャネル
の付加ノイズを取り除くことからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記測定信号は、前記伝送チャネルのインパルス動応答であ
ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】前記伝送チャネルは、一定の時間的ばらつきを有し、前記伝
送信号（ｓ）は、訓練シーケンス（ＴＳ）であり、測定マトリクス（Ｍ）は、前
記時間的ばらつきを考慮して、前記訓練シーケンス（ＴＳ）から構築され、式ｓ＝Ｍ．ｒ＋ｎ（式中、ｎはチャネルの付加ノイズを示す）によって前記伝送チャネルの静応答
（ｒ）を生成するための段階を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】前記静応答（ｒ）の共分散（Ｌ）の最大固有値に結合した固
有ベクトル（ｒ₀）を求めるための段階を含み、前記測定信号の第一次導関数は
、前記伝送信号（ｓ）が式ｓ＝Ｍ．ｒ＋α₀ＴＭ．ｒ₀＋ｎ（式中、Ｔは時間を表すマトリクスである）によってその時、定義されるように
決定された係数α₀に等しいことを特徴とする請求項４に記載の方法。