JP4876124B2

JP4876124B2 - 移動体端末の移動速度検出装置

Info

Publication number: JP4876124B2
Application number: JP2008509913A
Authority: JP
Inventors: 章範大橋; 和明石岡; 卓哉坂石; 晋介宇賀; 博雄大森
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2027-04-11
Also published as: WO2007117026A1; JPWO2007117026A1

Description

この発明は、基地局から送信された受信信号より、当該移動体端末の移動速度を検出する移動体端末の移動速度検出装置に関するものである。

従来の移動体端末の移動速度検出装置としては、受信信号よりパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出部と、抽出されたパイロット信号に応じて高速フーリエ変換を行う周波数解析部と、高速フーリエ変換後のサンプルデータに基づいて最大ドップラー周波数を推定する最大ドップラー周波数推定部と、推定された最大ドップラー周波数と搬送波周波数とから移動速度を算出する移動速度算出部とにより構成されるものがある。

また、その最大ドップラー周波数推定部は、パイロット信号に応じた高速フーリエ変換後のサンプルデータに基づいて、周波数軸上においてパイロット信号の電力値が極大となる周波数を検出し、最大ドップラー周波数を推定するものであるが、高速フーリエ変換後のサンプルデータに対して微分処理を行う微分回路と、その微分回路の出力より最小値を検出し、最大ドップラー周波数を推定する最小値検出部とを備えたものである（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−１４０２３２号公報

従来の移動体端末の移動速度検出装置は以上のように構成されているので、周波数解析部において、パイロット信号に応じて高速フーリエ変換を行う。これは、周波数解析を行う手段の一つではある。また、移動体端末の移動速度検出装置では、一般に消費電力や回路規模等の理由から、できる限り少ない演算量で実現することが望まれる。しかしながら、高速フーリエ変換を行うことにより、演算量が増加してしまうなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、少ない演算量で周波数解析し、移動速度を検出する移動体端末の移動速度検出装置を得ることを目的とする。

一実施例による移動体端末の移動速度検出装置は、
基地局から送信された受信信号よりパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出部と、
オクターブ分割フィルタバンクにより構成され、上記パイロット信号抽出部により抽出されたパイロット信号に応じた周波数帯域毎の電力値を算出する周波数解析部と、
上記周波数解析部により算出された周波数帯域毎の電力値に基づいて最大ドップラー周波数を推定する最大ドップラー周波数推定部と、
上記最大ドップラー周波数推定部により推定された最大ドップラー周波数と上記パイロット信号抽出部により抽出されたパイロット信号のキャリア周波数とから移動速度を算出する移動速度算出部と
を備え、上記最大ドップラー周波数推定部は、高周波数帯域を干渉成分とし、該干渉成分に応じて低周波数帯域の電力値を補正する、移動体端末の移動速度検出装置である。

この発明によれば、周波数解析部にオクターブ分割フィルタバンクを用いることにより、少ない演算量で周波数解析し、移動速度を検出することができる効果がある。

この発明の実施の形態１による移動体端末の移動速度検出装置を示す構成図である。周波数解析部において８つの帯域にオクターブ分割した時の例を示す説明図である。オクターブ分割に対応するフィルタバンクを示す構成図である。ＨＰＦとＬＰＦの具体例を示す構成図である。最大ドップラー周波数を算出のための周波数帯域の選択例を示すグラフ図である。最大ドップラー周波数推定部の処理を示すフローチャートである。この発明の実施の形態２による移動体端末の移動速度検出装置を示す構成図である。この発明の実施の形態３による移動体端末の移動速度検出装置を示す構成図である。この発明の実施の形態４による移動体端末の移動速度検出装置を示す構成図である。最大ドップラー周波数推定部の処理を示すフローチャートである。この発明の実施の形態６による移動体端末の移動速度検出装置を示す構成図である。クリップ付きフィルタの詳細を示す構成図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による移動体端末の移動速度検出装置を示す構成図であり、図において、パイロット信号抽出部１は、基地局から送信された受信信号よりパイロット信号を抽出するものである。周波数解析部２は、オクターブ分割フィルタバンクを用いることにより、抽出されたパイロット信号を所定の周波数帯域に分割し、周波数帯域毎の電力値を算出するものである。最大ドップラー周波数推定部３は、算出された周波数帯域毎の電力値より、最大ドップラー周波数を推定するものである。移動速度算出部４は、推定された最大ドップラー周波数と受信信号のキャリア周波数とにより、移動速度を算出するものである。

次に動作について説明する。
図１において、パイロット信号抽出部１は、基地局から送信された受信信号よりパイロット信号を抽出する。

周波数解析部２は、パイロット信号をオクターブ分割するフィルタバンクと、分割した周波数帯域毎の電力値を算出する電力算出部とから構成される。周波数解析部２では、パイロット信号をオクターブ分割し、各周波数帯域の電力値を算出する。

図２は周波数解析部において８つの帯域にオクターブ分割した時の例を示す説明図であり、図２に示した例では、オクターブ分割される周波数帯域は３．７５（ｋＨｚ）までである。また、この例では搬送波周波数ｆｃ＝２．１７４（ＧＨｚ）としているため、移動速度ｖ（ｍ／ｓ）がｖ＝ｃ×ｆｄ／ｆｃにより求められることから、最大移動速度１８６３（ｋｍ／ｈ）まで検出することが可能となる。但し、光速ｃ＝３．０×１０⁸（ｍ／ｓ）、最大ドップラー周波数ｆｄ（Ｈｚ）、搬送波周波数ｆｃ（Ｈｚ）である。

図３はオクターブ分割に対応するフィルタバンクを示す構成図であり、図において、周波数解析部２におけるオクターブ分割フィルタバンクは、次のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２１と、１次のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２により構成される。ＨＰＦ／ＬＰＦを、図３に示したようにツリー状に繋ぐことにより、オクターブ分割フィルタバンクを実現する。周波数解析部２では、オクターブ分割フィルタバンクにおいて、パイロット信号を所定の周波数帯域に分割し、電力算出部２３において周波数帯域毎の電力値を算出した後、正規化処理部２４において周波数帯域毎に帯域を合わせるための正規化処理を行う。図３に示した（１）〜（８）は、図２に示した（１）〜（８）の周波数帯域と対応しており、算出した周波数帯域毎の電力値は、最大ドップラー周波数推定部３へと出力される。

図４はＨＰＦとＬＰＦの具体例を示す構成図であり、図において、この例では処理量を削減するため、１次のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２１および１次のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２は、入力を分岐した一方の経路に設けられた蓄積要素２５と、両経路に設けられ、それぞれの経路のレート１／２にするダウンサンプラ２６と、両経路に設けられ、他方の経路の値から本経路の値を加減算する加算器２７とにより構成されている。

最大ドップラー周波数推定部３では、周波数解析部２で得られた周波数帯域毎の電力値から最大ドップラー周波数を推定する。
最大ドップラー周波数推定部３は、複数の周波数帯域を選択した後、候補となる最大ドップラー周波数を計算し、計算した周波数が条件に合うまで順次チェックを行うものである。また、複数の周波数帯域を選択する時、ライスフェージング環境における直接波の影響を抑圧するため、高い周波数帯域から順次選択することにより、より正確に最大ドップラー周波数を推定することが可能となる。

図５は最大ドップラー周波数を算出のための周波数帯域の選択例を示すグラフ図であり、図において、（１）〜（８）の周波数帯域にパイロット信号を周波数分割した場合において、（１）〜（８）の中から、（４）〜（６）の周波数帯域を選択した例である。複数の周波数帯域を選択後、各周波数帯域の電力値から候補となる最大ドップラー周波数を求める。候補となる最大ドップラー周波数を求める方法として、例えば、各周波数帯域の電力値を重みとした重心点を求め、この重心点を最大ドップラー周波数の候補とする方法が挙げられる。この時求めた周波数が選択した周波数帯域内に無ければ、異なる帯域を選択して再度計算する。

図６は最大ドップラー周波数推定部の処理を示すフローチャートであり、最大ドップラー周波数推定部３において、以下に示す（ＳＴ１）〜（ＳＴ３）の処理を行う。
（ＳＴ１）複数の周波数帯域を選択する。例えば、高い周波数の帯域から順に３つの帯域を選択する。
（ＳＴ２）候補となる最大ドップラー周波数を計算する。
（ＳＴ３）計算した周波数が選択帯域内であれば、最大ドップラー周波数とする。また、選択帯域内でなければ、（ＳＴ１）へ戻り、周波数の低い帯域を再選択する。

移動速度算出部４では、最大ドップラー周波数推定部３において推定した最大ドップラー周波数と、パイロット信号抽出部１において抽出されたパイロット信号の搬送波周波数を用いて、移動速度を算出する。移動速度算出部４は、移動速度ｖ（ｍ／ｓ）、光速ｃ＝３．０×１０⁸（ｍ／ｓ）、最大ドップラー周波数ｆｄ（Ｈｚ）、搬送波周波数ｆｃ（Ｈｚ）とした時、以下の式より移動速度を算出する。
ｖ＝ｃ×ｆｄ／ｆｃ

以上のように、この実施の形態１によれば、周波数解析部２にオクターブ分割フィルタバンクを用いることにより、少ない演算量で周波数解析し、移動速度を検出することができる。
また、最大ドップラー周波数推定部３において、高い周波数帯域の電力値から順次選択することにより、ライスフェージング環境における直接波の影響を抑圧し、より正確な最大ドップラー周波数を推定することができる。

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２による移動体端末の移動速度検出装置を示す構成図であり、図において、ＣＤＭＡ移動機端末において、マルチパス検出機能を用いることにより、パイロット信号抽出部１は、パス毎、あるいはアンテナ毎に受信信号よりパイロット信号を抽出し、周波数解析部２は、パス毎、あるいはアンテナ毎にパイロット信号抽出部１により抽出されたパイロット信号に応じた周波数帯域毎の電力値を算出し、電力合成部５は、それら算出された電力値を周波数帯域毎に合成するものである。図７に示した構成例では、フィンガ数８、アンテナ数２としたものであり、その他の構成については図１と同様である。

次に動作について説明する。
図１において、パイロット信号抽出部１は、パス毎、アンテナ毎に受信信号からパイロット信号を抽出し、周波数解析部２は、パス毎、アンテナ毎に抽出したパイロット信号に対して、それぞれオクターブ分割フィルタバンクを用いて周波数帯域を分割し、各周波数帯域の電力値を算出する。電力合成部５は、求めた電力値を周波数帯域毎に合成する。最大ドップラー周波数推定部３は、各周波数帯域の電力から最大ドップラー周波数を推定し、移動速度算出部４は、推定した最大ドップラー周波数と搬送波周波数とから移動速度を検出する。

以上のように、この実施の形態２によれば、ＣＤＭＡ移動体端末の場合、パイロット信号抽出部１において、パス毎、あるいはアンテナ毎に受信信号よりパイロット信号を抽出し、周波数解析部２において、パス毎、あるいはアンテナ毎にパイロット信号抽出部により抽出されたパイロット信号に応じた周波数帯域毎の電力値を算出し、電力合成部５において、周波数帯域毎に合成することにより、各周波数帯域の電力値をより正確に求めることができる。

実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３による移動体端末の移動速度検出装置を示す構成図であり、図の最大ドップラー周波数推定部３において、低周波数抑圧処理部３１は、前処理として高周波数帯域に対して低周波数抑圧処理を行うものであり、最大ドップラー周波数算出部３２は、上記実施の形態１における最大ドップラー周波数推定部３と同様の処理を行うものである。その他の構成については図１と同様である。

次に動作について説明する。
図８において、最大ドップラー周波数推定部３は、低周波数抑圧処理部３１と、最大ドップラー周波数算出部３２とにより構成される。低周波数抑圧処理部３１は、低い周波数帯域による高い周波数帯域への漏洩を抑圧するものである。この低い周波数帯域による高い周波数帯域への漏洩は、周波数解析部２においてＨＰＦ／ＬＰＦを用いることにより、周波数帯域を正確に分割できずに生じたものである。低周波数抑圧処理を行うことにより、周波数帯域毎の電力値を正確に求めることができ、最大ドップラー周波数を適切に推定することが可能となる。最大ドップラー周波数算出部３２は、上記実施の形態１における最大ドップラー周波数推定部３と同様の処理を行うものである。

以上のように、この実施の形態３によれば、最大ドップラー周波数推定部３において、前処理として高周波数帯域に対して低周波数抑圧処理を行うことにより、低周波数帯域による高周波数帯域への漏れ込みを抑圧し、パイロット信号に応じた各周波数帯域毎の電力値をより正確に求めることができる。

実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４による移動体端末の移動速度検出装置を示す構成図であり、図の最大ドップラー周波数推定部３において、電力値補正部３３は、高周波数帯域を干渉成分とし、その干渉成分に応じて低周波数帯域の電力値を補正するものであり、最大ドップラー周波数算出部３２は、上記実施の形態１における最大ドップラー周波数推定部３と同様の処理を行うものである。その他の構成については図１と同様である。

次に動作について説明する。
図９において、最大ドップラー周波数推定部３は、電力値補正部３３と、最大ドップラー周波数算出部３２とにより構成される。電力値補正部３３は、最も高い周波数成分を干渉電力と見なし、他の周波数帯域における電力値を補正するものである。最も高い周波数成分を干渉電力とする理由は、周波数解析部２において分割する周波数帯域が、予想されるドップラーシフトに比べて広帯域であることから、最も高い周波数帯域にドップラーシフトすることは殆どないと考えられるためである。図２におけるオクターブ分割する周波数帯域の例では、最も高い周波数帯域にドップラーシフトするためには、９３１．５〜１８６３（ｋｍ／ｈ）の範囲で移動する必要があり、移動機端末に速度検出装置を搭載する場合ではこのような移動速度は殆どないと考えられる。電力値補正処理を行うことにより、周波数帯域毎の電力値を正確に求めることができ、最大ドップラー周波数を適切に推定することが可能となる。最大ドップラー周波数算出部３２は、上記実施の形態１における最大ドップラー周波数推定部３と同様の処理を行うものである。

以上のように、この実施の形態４によれば、最大ドップラー周波数推定部３において、高周波数帯域を干渉成分とし、その干渉成分に応じて低周波数帯域の電力値を補正することにより、パイロット信号に応じた各周波数帯域の電力値をより正確に求めることができる。

実施の形態５．
この実施の形態５における最大ドップラー周波数推定部３では、複数の周波数帯域を選択した後に、それら選択した周波数帯域の品質情報を算出し、その品質情報に対して最大ドップラー周波数の算出可否の閾値判定するものである。その他の構成については図１と同様である。

次に動作について説明する。
図１０は最大ドップラー周波数推定部の処理を示すフローチャートであり、最大ドップラー周波数推定部３において、以下に示す（ＳＴ１）〜（ＳＴ５）の処理を行う。
（ＳＴ１）複数の周波数帯域を選択する。例えば、高い周波数の帯域から順に３つの帯域を選択する。
（ＳＴ４）選択した周波数帯域に応じた品質情報を計算する。例えば、品質情報として、選択した周波数帯域の信号電力対干渉電力比（ＳＩＲ）や、選択帯域電力対全電力比等を計算する。
（ＳＴ５）求められた品質情報と予め設定された閾値とを比較し、求められた品質情報が予め設定された閾値以上であれば（ＳＴ２）へ、求められた品質情報が予め設定された閾値未満であれば（ＳＴ１）へ戻り、異なる周波数帯域を再選択する。
（ＳＴ２）候補となる最大ドップラー周波数を計算する。
（ＳＴ３）計算した周波数が選択帯域内であれば、最大ドップラー周波数とする。また、選択帯域内でなければ、（ＳＴ１）へ戻り、周波数の低い帯域を再選択する。

以上のように、この実施の形態５によれば、最大ドップラー周波数推定部３において、選択した周波数帯域の品質情報を算出し、その品質情報に対して最大ドップラー周波数の算出可否の閾値判定をすることにより、より正確な最大ドップラー周波数を推定することができる。

実施の形態６．
図１１はこの発明の実施の形態６による移動体端末の移動速度検出装置を示す構成図であり、図において、クリップ付きフィルタ６は、移動速度算出部４により算出された移動速度に対して逐次的に適切な推定を行うものである。その他の構成については図１と同様である。

次に動作について説明する。
図１１において、クリップ付きフィルタ６は、検出速度の度数分布から予想される適切な推定値へ、逐次的に収束するように動作するものである。
図１２はクリップ付きフィルタの詳細を示す構成図であり、このような処理を簡易的、逐次的に行うクリップ付きフィルタ（非線形ＩＩＲフィルタ）の構成例である。
図１２に示したクリップ付きフィルタ６は、最大速度クリップ処理部６１と、加速度クリップ処理部６２と、蓄積素子６３と、加算器６４，６６と、乗算器６５とにより構成される。
最大速度クリップ処理部６１では、入力値である検出速度が所定の値以上である場合、所定の値でクリッピング処理を行うものである。加速度クリップ処理部６２では、加速度クリップ処理部６２への入力値ｘに対してフィルタ関数ｆ（ｘ）を適用することにより、加速度クリップ処理を行うものである。

ここで、フィルタ関数ｆ（ｘ）は、以下のように定義される。

Ｃ１：最大加速度（正の最大加速度）
Ｃ２：最小加速度（負の最大加速度）
蓄積素子６３では、逐次的にフィルタ出力を蓄積するものである。

以下に、フィルタリング処理の流れを示す。
１．最大速度クリップ処理
最大速度クリップ処理部６１では、フィルタ入力値である検出速度に対して、所定の最大速度以上の速度検出結果に対し、クリップ処理を行う。
２．加速度算出
加算器６４では、最大速度クリップ処理部６１による処理後の結果と、蓄積素子６３からの前回のフィルタ出力結果との差分を取り、加速度を算出する。
３．フィルタ係数演算
加算器６４により求められた加速度に対して、乗算器６５では、フィルタ係数Ｋを乗算する。
４．加速度クリップ処理
加速度クリップ処理部６２では、乗算器６５による計算結果が、所定の最大加速度もしくは最小加速度を超える場合は、それぞれの値でクリップ処理を行う。
５．フィルタ値の更新
加算器６６では、加速度クリップ処理部６２による処理後の加速度と、蓄積素子６３からの前回のフィルタ出力値とを加算し、その結果をフィルタ値として蓄積素子６３の値を更新すると同時に、フィルタ出力結果とする。

以上のように、この実施の形態６によれば、移動速度算出部４により算出された移動速度に対して逐次的に適切な推定を行うクリップ付きフィルタ６を備えたことにより、検出した移動速度の精度を向上することができる。

以上のように、この発明に係る移動速度検出装置は、周波数解析部にオクターブ分割フィルタバンクを用いることにより、少ない演算量で周波数解析することができるので、基地局から送信された受信信号より移動速度を検出するＣＤＭＡ移動体端末の移動速度検出装置などに用いるのに適している。

Claims

基地局から送信された受信信号よりパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出部と、
オクターブ分割フィルタバンクにより構成され、上記パイロット信号抽出部により抽出されたパイロット信号に応じた周波数帯域毎の電力値を算出する周波数解析部と、
上記周波数解析部により算出された周波数帯域毎の電力値に基づいて最大ドップラー周波数を推定する最大ドップラー周波数推定部と、
上記最大ドップラー周波数推定部により推定された最大ドップラー周波数と上記パイロット信号抽出部により抽出されたパイロット信号のキャリア周波数とから移動速度を算出する移動速度算出部と
を備え、上記最大ドップラー周波数推定部は、高周波数帯域を干渉成分とし、該干渉成分に応じて低周波数帯域の電力値を補正する、移動体端末の移動速度検出装置。
上記パイロット信号抽出部は、
パス毎、あるいはアンテナ毎に受信信号よりパイロット信号を抽出し、
上記周波数解析部は、
パス毎、あるいはアンテナ毎に上記パイロット信号抽出部により抽出されたパイロット信号に応じた周波数帯域毎の電力値を算出し、それら算出された電力値を周波数帯域毎に合成することを特徴とする請求項１記載の移動体端末の移動速度検出装置。
上記最大ドップラー周波数推定部は、
前処理として高周波数帯域に対して低周波数抑圧処理を行うことを特徴とする請求項１記載の移動体端末の移動速度検出装置。
上記最大ドップラー周波数推定部は、
上記周波数解析部により算出された周波数帯域毎の電力値のうち、高い周波数帯域の電力値から順次選択して、最大ドップラー周波数を推定することを特徴とする請求項１記載の移動体端末の移動速度検出装置。
上記最大ドップラー周波数推定部は、
上記周波数解析部により周波数帯域毎に電力値が算出された複数の周波数帯域の中から選択した周波数帯域の品質情報を算出し、該品質情報に対して最大ドップラー周波数の算出可否の閾値判定することを特徴とする請求項１記載の移動体端末の移動速度検出装置。
上記移動速度算出部により算出された移動速度に対して逐次的に適切な推定を行うクリップ付きフィルタを備えたことを特徴とする請求項１記載の移動体端末の移動速度検出装置。