KR100952159B1 - 통신 시스템, 수신기, 네트워크 요소 및 프로세서에서의속력 검출 방법 - Google Patents

통신 시스템, 수신기, 네트워크 요소 및 프로세서에서의속력 검출 방법 Download PDF

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Abstract

통신 시스템, 수신기, 네트워크 요소, 및 프로세서 내의 속력 검출 방법이 개시된다. 예를 들어, 프로세서는 소정 개수의 주파수 추정치를 결정하기 위한 수단, 평균 주파수 오프셋을 획득하기 위하여 상기 주파수 추정치들의 평균을 결정하기 위한 수단(300), 상기 평균 주파수 오프셋을 이용하여 수신 샘플들 및/또는 임펄스 응답치들을 역바이어싱하기 위한 수단(300), 역바이어싱된 수신 샘플 및/또는 임펄스 응답치들을 이용하여 도플러 주파수 추정치를 연산하기 위한 수단(302), 및 소정 주기 동안에 상기 도플러 주파수 추정치의 선택된 2차 통계량을 연산하기 위한 수단(304)을 포함한다.

Description

통신 시스템, 수신기, 네트워크 요소 및 프로세서에서의 속력 검출 방법{Speed detection method in communication system, receiver, network element and processor}
본 발명은 통신 시스템, 수신기, 네트워크 요소 및 프로세서 내에서의 속력 검출 방법에 관련된다.
통신 시스템 단말기, 이를테면 사용자 단말기의 속력을 추정하는 기술이 핸드오버 프로세서, 전력 제어 및/또는 채널 할당 성능을 향상시킴으로써 무선 시스템의 용량을 증가시키는데 있어서 필요하다. 예를 들면, 고속 사용자 단말기에 대하여는 마이크로-셀을 선택하는 대신에 매크로-셀을 선택함으로써 핸드오버 횟수를 줄이는 것이 유용하다. 더군다나, 사용자 단말기 속력에 관한 지식이 있으면, 전력 제어 동작이 최적화될 수 있는데, 이 과정에서 예를 들어 해당 속력에 따라 전력 제어 알고리즘의 평균화 주기(averaging period)를 선택함으로써 최적화될 수 있다. 간략하게 말하면, 무선 시스템에서 속력에 대한 신뢰성 있는 추정치, 또는 이와 등가로는 감지된 채널 도플러 확산(channel Doppler spread)에 대한 신뢰성 있는 추정치가 매우 중요하다.
속력을 추정하기 위한 종래 기술에 따른 방법은 평균 수신 전력 교차 율(crossing rate)에 기반한다. 이 알고리즘은 신호 레벨 값을 그들의 평균값들과 비교하는데 기반한다. 이 알고리즘은 고속 페이딩(fast fading)에 기인하여 신호 레벨이 평균 신호 레벨을 교차하는 비율을 연산한다. 교차율은 이동 속력에 비례한다.
종래 기술에 따른 방법으로부터 몇 가지 문제점들이 대두된다. 첫째로, 이 방법은 주파수 호핑과 함께 이용되기에 적당하지 않은데 그 이유는 상이한 주파수는 서로 상이한 페이딩 특성을 가지기 때문이다. 둘째로, 종래 기술에 따른 방법은 속력이 너무 빠를 경우에는 정확한 추정치를 제공하지 못한다. 이것은 전력 교차율(power crossing rate)을 이용하기 때문인데, 전력 교차율이 이용되는 샘플링률을 초과하면, 추정된 속력값은 더 이상 실제 속력을 따르지 않는다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 통신 시스템 내의 속력 검출 방법이 제공되며, 이 방법은 소정 개수의 주파수 추정치를 결정하는 단계; 평균 주파수 오프셋을 획득하기 위하여 상기 주파수 추정치들의 평균을 결정하는 단계; 상기 평균 주파수 오프셋을 이용하여 수신 샘플들 및/또는 임펄스 응답치들을 역바이어싱(unbiasing)하는 단계; 역바이어싱된 수신 샘플 및/또는 임펄스 응답치들을 이용하여 도플러 주파수 추정치(Doppler frequency estimates)를 연산하는 단계; 소정 주기 동안에 상기 도플러 주파수 추정치의 선택된 2차 통계량(second order statistics)을 연산하는 단계; 상기 선택된 2차 통계량에 기반하여 최대 도플러 주파수를 추정하는 단계; 상기 최대 도플러 주파수를 이용하여 통신 시스템 단말기의 속력을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 소정 개수의 주파수 추정치를 결정하기 위한 수단; 평균 주파수 오프셋을 획득하기 위하여 상기 주파수 추정치들의 평균을 결정하기 위한 수단; 상기 평균 주파수 오프셋을 이용하여 수신 샘플들 및/또는 임펄스 응답치들을 역바이어싱하기 위한 수단; 역바이어싱된 수신 샘플 및/또는 임펄스 응답치들을 이용하여 도플러 주파수 추정치를 연산하기 위한 수단; 소정 주기 동안에 상기 도플러 주파수 추정치의 선택된 2차 통계량을 연산하기 위한 수단; 상기 선택된 2차 통계량에 기반하여 최대 도플러 주파수를 추정하기 위한 수단; 상기 최대 도플러 주파수를 이용하여 통신 시스템 단말기의 속력을 연산하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 소정 개수의 주파수 추정치를 결정하기 위한 수단; 평균 주파수 오프셋을 획득하기 위하여 상기 주파수 추정치들의 평균을 결정하기 위한 수단; 상기 평균 주파수 오프셋을 이용하여 수신 샘플들 및/또는 임펄스 응답치들을 역바이어싱하기 위한 수단; 역바이어싱된 수신 샘플 및/또는 임펄스 응답치들을 이용하여 도플러 주파수 추정치를 연산하기 위한 수단; 소정 주기 동안에 상기 도플러 주파수 추정치의 선택된 2차 통계량을 연산하기 위한 수단; 상기 선택된 2차 통계량에 기반하여 최대 도플러 주파수를 추정하기 위한 수단; 상기 최대 도플러 주파수를 이용하여 통신 시스템 단말기의 속력을 연산하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 요소가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 소정 개수의 주파수 추정치를 결정하기 위한 수단; 평균 주파수 오프셋을 획득하기 위하여 상기 주파수 추정치들의 평균을 결정하기 위한 수단; 상기 평균 주파수 오프셋을 이용하여 수신 샘플들 및/또는 임펄스 응답치들을 역바이어싱하기 위한 수단; 역바이어싱된 수신 샘플 및/또는 임펄스 응답치들을 이용하여 도플러 주파수 추정치를 연산하기 위한 수단; 소정 주기 동안에 상기 도플러 주파수 추정치의 선택된 2차 통계량을 연산하기 위한 수단; 상기 선택된 2차 통계량에 기반하여 최대 도플러 주파수를 추정하기 위한 수단; 상기 최대 도플러 주파수를 이용하여 통신 시스템 단말기의 속력을 연산하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세서가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 소정 개수의 주파수 추정치를 결정하고; 평균 주파수 오프셋을 획득하기 위하여 상기 주파수 추정치들의 평균을 결정하며; 상기 평균 주파수 오프셋을 이용하여 수신 샘플들 및/또는 임펄스 응답치들을 역바이어싱하고; 역바이어싱된 수신 샘플 및/또는 임펄스 응답치들을 이용하여 도플러 주파수 추정치를 연산하며; 소정 주기 동안에 상기 도플러 주파수 추정치의 선택된 2차 통계량을 연산하고; 상기 선택된 2차 통계량에 기반하여 최대 도플러 주파수를 추정하며; 및 상기 최대 도플러 주파수를 이용하여 통신 시스템 단말기의 속력을 연산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수신기가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 소정 개수의 주파수 추정치를 결정하고; 평균 주파수 오프셋을 획득하기 위하여 상기 주파수 추정치들의 평균을 결정하며; 상기 평균 주파수 오프셋을 이용하여 수신 샘플들 및/또는 임펄스 응답치들을 역바이어싱하고; 역바이어싱된 수신 샘플 및/또는 임펄스 응답치들을 이용하여 도플러 주파수 추정치를 연산하며; 소정 주기 동안에 상기 도플러 주파수 추정치의 선택된 2차 통계량을 연산하고; 상기 선택된 2차 통계량에 기반하여 최대 도플러 주파수를 추정하며; 및 상기 최대 도플러 주파수를 이용하여 통신 시스템 단말기의 속력을 연산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 프로세서가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 소정 개수의 주파수 추정치를 결정하고; 평균 주파수 오프셋을 획득하기 위하여 상기 주파수 추정치들의 평균을 결정하며; 상기 평균 주파수 오프셋을 이용하여 수신 샘플들 및/또는 임펄스 응답치들을 역바이어싱하고; 역바이어싱된 수신 샘플 및/또는 임펄스 응답치들을 이용하여 도플러 주파수 추정치를 연산하며; 소정 주기 동안에 상기 도플러 주파수 추정치의 선택된 2차 통계량을 연산하고; 상기 선택된 2차 통계량에 기반하여 최대 도플러 주파수를 추정하며; 및 상기 최대 도플러 주파수를 이용하여 통신 시스템 단말기의 속력을 연산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 네트워크 요소가 제공된다.
본 발명은 여러 가지 장점을 제공한다. 본 발명의 실시예는 샘플링률에 의존하지 않고, 따라서 실시예들은 고속 동작에 적합하다. 또한, 본 발명의 실시예는 주파수 호핑 시스템에 매우 적합하다.
이하, 본 발명은 바람직한 실시예들 및 첨부된 도면들을 참조하여 매우 상세히 설명될 것이다.
도 1은 통신 시스템의 일 예를 도시한다.
도 2는 흐름도이다.
도 3은 수신기의 일부의 예를 도시한다. 그리고,
도 4는 네트워크 요소의 일부의 예를 도시한다.
도 1을 참조하여, 우리는 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 통신 시스템의 일 예를 살펴본다. 본 발명은 다양한 통신 시스템에 적용될 수 있다. 이러한 통신 시스템의 예에는 이동통신 글로벌 시스템(Global System for Mobile Communications, GSM) 또는 글로벌 진화를 위한 향상된 데이터율(enhanced data rates for global evolution, EDGE)이 포함된다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 예로서 주어지는 시스템에 한정되지 않으며, 당업자들은 본 발명의 솔루션을 필요한 속성들을 가지는 다른 시스템에 적용할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 방법이 상이한 변조 방법 또는 공중파 인터페이스 표준을 이용하는 시스템들에 적용될 수 있다는 점이 당업자에게는 명백하다.
도 1은 본 발명에 따르는 솔루션이 적용될 수 있는 디지털 데이터 송신 시스템의 간략화된 예시를 나타낸다. 이것은 기지국(100)을 포함하는 셀룰러 무선 시스템의 일부이며, 기지국(100)은 사용자 단말기(106 및 108)로의 양방향 무선 링크(102 및 104)를 포함한다. 사용자 단말기는 고정형이거나, 차량에 탑재되거나, 휴대용일 수 있다. 기지국은 예를 들어 송수신기를 포함한다. 기지국의 송수신기로부터 안테나 유닛으로의 연결이 존재하는데, 이것이 사용자 단말기로의 양방향 무선 링크를 구성한다. 기지국은 또한 기지국 제어기(BSC)(110)에 연결되는데, BSC(110)는 단말기의 커넥션들을 네트워크의 다른 부분으로 송신한다. 기지국 제 어기는 또한 코어 네트워크(CN, 미도시)에 연결된다. 시스템에 따라서, CN 측의 상대방(counterpart)은 이동식 서비스 교환 센터(mobile services switching centre, MSC), 미디어 게이트웨이(MGW), 또는 서빙 범용 패킷 무선 서비스(general packet radio service, GPRS)지원 노드(SGSN)일 수 있다.
또한, 셀룰러 무선 시스템은 또한 예를 들어 일반 전화 전화망 또는 인터넷과 같은 다른 네트워크와 통신할 수도 있다.
이하, 도플러 효과에 대하여 상세히 설명된다.
송신기 및 수신기 사이에 상대적 운동이 존재하면, 도플러 효과에 기인한 수신된 신호의 주파수의 피상적 천이(apparent shift)가 존재한다. 부가적으로, 송신기 또는 수신기가 움직이고 있으면, 모든 전파 경로(propagation path)의 전기적 길이 내의 상대적인 변화가 존재하는 소위 동적 다중-경로 상황(dynamic multi-path situation)이 존재하며, 따라서 이들 간의 상대적 위상 천이는 공간적 위치의 함수로서 변경된다. 신호의 수신 진폭(포락선)은 변동한다. 어느 지점에서는, 보강 간섭이 있을 수 있으나, 다른 지점에서는 완전히 소거될 수도 있다. 실무상, 위치에 따라서 상이한 방식으로 결합하는 수 개의 상이한 경로가 물론 존재한다.
시간 변화 또는 전파 경로 길이의 동적 변화는 직접적으로 수신기의 운동에 관련될 수 있고, 간접적으로는 발생하는 도플러 효과에 관련될 수 있다. 운동에 기인한 위상의 변화율은 각 전파 경로 내의 도플러 주파수 천이로서 목격된다(apparent).
그러므로, 위상 변화는 다음 수학식 1과 같이 표시된다.
Figure 112008008699037-pct00001
수학식 1에서, λ는 파장이고,
△l은 파형 dcosα의 경로 길이의 증분 변화(incremental change)이다.
주파수 내의 피상 변화(도플러 천이)는 다음 수학식 2와 같이 나타난다.
Figure 112008008699037-pct00002
수학식 2에서, △φ는 위상 변화이고,
△t는 시간의 증분 변화이며,
v는 속도 또는 속력이고,
λ는 파장이며,
α는 기지국에 대한 속도의 각도이고
f c 는 반송파 주파수이며,
c는 광속인 3*108m/s이다.
경로 길이의 변화는 파동 및 운동 방향 간의 공간적 각도에 의존한다는 것은 명백하다. 최대 도플러 천이는 다음수학식 3과 같이 표시될 수 있다.
Figure 112008008699037-pct00003
수학식 3에서, v는 사용자 단말기의 속력이고,
f c 는 반송파 주파수이며,
c는 광속인 3*108m/s이다.
이하, 속력 추정 방법의 일 실시예가 도 2를 이용하여 설명된다. 도시된 실시예는 통신 시스템의 이동식 장비와 같은 사용자 단말기의 속력이 매우 빠를 경우에 그 속력을 추정하기에 매우 적합하다. 이 실시예에서, 속력 추정 프로세스는 선택된 주기(period), 예를 들면 한 버스트(burst) 동안 실행된다. 이 방법은 사전에 결정된 신호 샘플, 임펄스 응답치 또는 필터 탭 값을 이용한다. 신호를 샘플링하여 임펄스 응답치 또는 필터 탭 값을 결정하기 위한 종래 기술이 몇 가지 존재한다. 그러므로, 이러한 방법들은 본 명세서에서 더 상세히 설명되지는 않는다.
도 2의 실시예는 블록 200에서 개시된다.
블록 202에서, 소정 개수의 주파수 추정치가 결정된다. GSM/EDGE 시스템(GSM은 이동 통신을 위한 글로벌 시스템이고, EDGE는 글로벌 진화를 위한 진보된 데이터율 또는 GSM 진화를 위한 진보된 데이터율이다) 내에서 주파수를 추정하기 위한 가능한 한 가지 방법은 수신된 기준값들을 이용하는 것이다. 이 방법은, 최소 자승 추정기에 의하여 추정된 26개의 트레이닝 심벌들 및 5개의 채널 임펄스 응 답치들로부터 획득된 수신된 값 및 기준 값들에 최소 자승 에러(Least Square Error, LSE) 기준을 적용한다. 최소 자승 추정기는 역바이어싱된(unbiased) 않은 주파수 추정치들을 제공한다(즉, 평균 성분을 도입하지 않는다).
주파수는 다음 수학식 4를 이용하여 추정된다.
Figure 112008008699037-pct00004
수학식 4에서, z n 은 수신된 샘플들이고,
r n ≡(n-N/2)는 상수들이며,
Im은 허수값을 나타내고,
Σ는 합산 연산을 나타내며,
n은 현재 수신된 심벌을 나타내고, 및
a n 은 다음 수학식 5에 의하여 획득되는 기준치들을 나타낸다.
Figure 112008008699037-pct00005
수학식 5에서, 여기서, h k 는 현재 채널 임펄스 응답치를 나타내고,
s n-k 는 송신된 트레이닝 심벌들을 나타내며,
Σ는 합산 연산을 나타내고, 및
L은 채널 임펄스 응답치들의 개수를 나타낸다.
블록 204에서, 주파수 추정치의 평균이 결정된다. 평균은 다음 수학식 6과 같이 변동하는 평균을 연산함으로써 결정될 수 있다.
Figure 112008008699037-pct00006
수학식 6에서,
Figure 112008008699037-pct00007
은 사전 주파수 추정치 평균을 나타내고(예를 들어, 사전 버스트(previous burst)에 대하여 연산된 평균),
ω k 는 선택된 주기 동안의 주파수 추정치를 나타내며(예를 들어, 버스트),
k는 주기 번호를 나타내고,
μ는 적응 상수(adaptive constant)를 나타낸다. 적응 상수 μ는 평활 평균(smooth average)을 획득하기 위하여 0.008 내지 0.04 사이에서 설정될 수 있지만, 이 상수는 고속 적응이 필요할 경우에는 더 높은 값으로 설정될 수도 있다.
평균을 연산하기 위한 다른 방법들도 존재한다.
블록 206에서, 미리 결정된 수신된 샘플 및/또는 임펄스 응답치들은 평균화된 주파수 오프셋(averaged frequency offset)을 이용하여 역바이어스된다.
역바이어싱 동작은 평균 주파수 성분을 제거하기 위하여 수행된다. 역바이 어싱 동작은 다음 수 7과 같이 수신된 샘플들에 대하여 수행될 수 있다.
Figure 112008008699037-pct00008
수학식 8에서, z n 은 역바이어싱 이전의 수신 샘플들을 나타내고,
M은 주기의 길이(예를 들어 버스트 길이)이며,
j는 복소수를 표시하고,
Figure 112008008699037-pct00009
는 수학식 6으로부터 획득된다(ω=2πf).
역바이어싱 동작은 다음 수학식 8을 이용하여 임펄스 응답치(또는 필터 탭)에 대하여 수행될 수 있다.
Figure 112008008699037-pct00010
수학식 10에서 h i 는 역바이어싱 이전의 필터 탭 또는 임펄스 응답치를 나타내고,
L은 필터 탭 또는 임펄스 응답치들의 개수를 나타내며,
j는 복소수를 표시하고, 및
Figure 112008008699037-pct00011
는 수학식 6으로부터 획득된다(ω=2πf).
블록 208에서, 역바이어싱된 수신 샘플 및/또는 임펄스 응답치들을 이용하여 도플러 주파수 추정치들이 연산된다. 도플러 주파수 추정치들은 다음 수학식 9와 같이 연산된다.
Figure 112008008699037-pct00012
수학식 9에서, z' n 은 수정된 수신 샘플들이고(평균(mean/average) 주파수 오프셋이 제거됨),
r n ≡(n-N/2)는 상수들이며,
σw 2은 추정된 잡음 분산(noise variance)이고,
σω 2은 주파수 오프셋의 분산이며,
Σ는 합산 연산을 나타내고,
Im은 허수부를 나타내며,
n은 현재 수신 심벌을 나타내고,
a n ' *은 평균 제거 동작 이후에 획득된 기준치의 켤레 복소수를 나타내고,
a n ' 은 평균 제거 동작 이후에 획득된 기준치로서 수학식 10을 이용하여 연산 될 수 있다.
Figure 112008008699037-pct00013
수학식 10에서, h k ' 는 평균 제거(역바이어싱) 이후의 채널 임펄스 응답치를 나타내고,
s n-k 는 송신된 트레이닝 심벌들을 나타내며,
Σ는 합산 연산을 나타내고,
L은 채널 임펄스 응답치들의 개수를 나타낸다.
블록 210에서, 도플러 주파수 추정치의 선택된 2차 통계량은 소정 주기 동안에 연산된다. 실제로는, 추정기의 비신뢰성 때문에, 최대 도플러 천이는 관측치(observations)로부터 가장 큰 값을 선택하여 획득될 수 없을 수도 있으며, 반면에 이러한 관측치들이 통계적으로 관리될 수 있다. 이용될 수 있는 2차 통계량이 몇 가지 존재한다. 이 실시예에서, 표준 편차가 이용된다. 표준 편차는 다음 수학식 11을 이용하여 연산될 수 있다.
Figure 112008008699037-pct00014
수학식 11에서, N은 주기의 개수이고,
f k 는 선택된 주기(예를 들어, 버스트) 동안의 주파수 추정치를 나타내며,
Figure 112008008699037-pct00015
는 주파수 추정치들의 평균을 나타내고 수학식(6)으로부터 획득되고,
Σ는 합산 연산을 나타내며,
Figure 112008008699037-pct00016
는 제곱근을 나타내고, 및
k는 주기 번호이다.
수학식 11은 다음 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008008699037-pct00017
수학식 12에서, f d (i)는 역바이어싱 이후의 도플러 천이 추정치를 나타내고,
N은 주기(또는 버스트)의 개수이며,
Figure 112008008699037-pct00018
는 제곱근을 나타내고, 및
Σ는 합산 연산을 나타낸다.
블록 212에서, 최대 도플러 주파수는 2차 통계량에 기초하여 추정된다. 최대 도플러 주파수는 다음 수학식 13으로부터 획득될 수 있다.
Figure 112008008699037-pct00019
수학식 13에서, f std 는 수학식 12로부터 획득되고,
Figure 112008008699037-pct00020
는 제곱근을 나타내며, 및
α는 주파수 분포(frequency distribution)로부터 최대 도플러 천이를 캡쳐하는 신뢰 구간 또는 최적 확률을 의미한다. 변수 α는 시뮬레이션을 이용하여 선택되는 것이 바람직하며, 그리고,
ln()은 자연 대수(Napierian logarithm)를 나타낸다.
블록 214에서, 통신 시스템 단말기의 속력은 최대 도플러 주파수 추정치를 사용하여 연산된다. 통신 시스템 단말기, 이를테면 이동 장치의 속력 추정치는 다음과 같은 최대 도플러 천이(수학식 3 참조)의 정의를 사용하는 것에 의해 획득될 수 있다.
Figure 112008008699037-pct00021
여기서, v는 사용자 단말기의 속력이고,
f c 는 반송파 주파수이며,
c는 광속인 3*108m/s이다.
따라서, 속력 추정치
Figure 112008008699037-pct00022
는 다음 수학식 14를 이용하여 획득될 수 있다.
Figure 112008008699037-pct00023
수학식 14에서,
f c 는 반송파 주파수이고,
c는 광속인 3*108m/s이며, 그리고,
Figure 112008008699037-pct00024
는 수학식 13으로부터 획득된다.
본 발명의 실시예는 블록 216에서 종료된다. 화살표(218)는 이 실시예를 한번 더 반복할 가능성을 나타낸다.
수신기의 일부는 전형적으로 기지국과 같은 네트워크 요소 내에 배치된다.
블록 300으로의 입력값들은 수신된 신호 샘플 및/또는 사전 결정된 임펄스 응답치 및/또는 필터 탭 값들이다. 신호를 샘플링하여 임펄스 응답치 또는 필터 탭 값들을 결정하기 위한 몇 가지 방법이 종래 기술에 존재한다. 그러므로, 이러한 방법은 본 명세서에서는 더 상세히 설명되지는 않는다.
첫 번째로, 주파수 추정치는 예를 들어 수학식 4를 이용하여 결정되고, 그러면 이들은 블록 300에서, 예를 들어 수학식 6을 이용하여 평균화된다. 주파수 추정치 또는 임펄스 응답치들은 결정된 평균을 이용하여 역바이어싱된다. 역바이어 싱 동작은 평균 주파수 성분을 제거하기 위하여 수행된다. 역바이어싱 동작은 수학식 7 및/또는 수학식 8을 이용하여 수행될 수 있다.
역바이어싱 이후에, 예를 들어 수학식 f k -
Figure 112008008699037-pct00025
를 이용하여 블록 302 내에서 도플러 천이 f d (i)가 수행되는데, 여기서, f k 는 선택된 주기(예를 들어 버스트) 동안의 주파수 추정치를 나타내고,
Figure 112008008699037-pct00026
는 주파수 추정치들의 평균을 나타내며 수학식 6으로부터 획득된다(ω=2πf).
블록 304에서, 도플러 주파수 추정치의 선택된 2차 통계량이 연산된다. 최대 도플러 주파수가 이러한 2차 통계량(예를 들어 분산 또는 표준 편차)을 이용하여 추정된다. 최대 도플러 주파수는 수학식 13을 이용하여 획득될 수 있다.
속력 추정 동작은, 예를 들어 수학식 14를 이용하여 블록 306에서 수행된다.
또한, 수신기는 도 3에 도시된 것 이외의 다른 구성 요소들도 포함할 수 있다.
도 4는 기지국의 일부분의 일 예를 도시한다. 기지국은 네트워크 요소의 일 예이다. 송수신기는 수신 및 송신을 위하여 동일한 안테나(408)를 이용하고, 따라서, 송신 및 수신을 분리하기 위하여 듀플렉스 필터(406)가 존재한다. 안테나는 안테나 어레이이거나 단일 안테나일 수 있다.
이 경우에, 수신기 RF부(410)는 무선 경로 상에서 감쇄된 수신 신호를 증폭하는 전력 증폭기도 포함한다. 전형적으로, RF부는 신호를 중간 주파수로 다운 변 환하고, 그 이후에 기저 대역 주파수로 변환하거나, 또는 직접적으로 수신 신호를 기저 대역 주파수로 변환한다. 아날로그-디지털 컨버터(412)는 샘플링 및 양자화를 이용하여 아날로그 신호를 디지털 형태로 변환한다.
수신기 및 송신기는 전형적으로 디지털 신호 처리 블록(400)을 공유한다. 이들 모두에 대하여 개별 DSP-블록이 존재할 수도 있다. DSP 블록의 전형적인 기능들의 예를 들면, 송신을 위한 인터리빙, 코딩, 및 암호화, 및 수신을 위한 상응하는 제거 기능으로서, 디인터리빙, 디코딩과 같은 것들이 포함된다. 디지털 신호 처리 기술은 당업계에 공지된다.
송신기에서, 블록(402)은 신호를 아날로그 형식으로 변환한다. 블록(404)의 RF부는 신호를 반송파 주파수(즉 무선 주파수)로 업-컨버팅하는데, 이 경우 중간 주파수를 통하거나 또는 반송파 주파수로 직접 변환한다. 이러한 예시에서, RF부도 역시 무선 경로를 위하여 신호를 증폭하는 전력 증폭기를 포함한다.
제어 블록(414)은 DSP 블록(400)을 제어한다. 제어 블록은 또한 DSP 블록 내에 포함될 수 있다.
또한, 송수신기는 도 4에 도시된 바와 다른 구성 요소들을 포함할 수 있다.
속력 검출 방법의 설명된 실시예들의 개시된 기능성들은 디지털 신호 처리기 내에 전형적으로 위치하는 소프트웨어를 이용하여 구현되는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어 이러한 실시예 솔루션은 주문자 생산 IC(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)의 형태도 가질 수 있다. 이러한 상이한 장치들을 통합하는 것 역시 가능하다. 또한, 속력 검출 방법은 예를 들어 네트워크 요소에 삽입 될 수 있는 모듈의 형태로서 구현될 수도 있다.
비록 본 발명이 첨부된 도면에 따른 일 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 이것은 첨부된 청구의 범위의 기술적 범위 내에서 여러 가지 방법으로 수정될 수 있음이 이해될 것이다.
본 발명은 통신 시스템, 수신기, 네트워크 요소 및 프로세서 내에서의 속력 검출 방법에 적용될 수 있다.

Claims (29)

  1. 통신 시스템 내의 속력 검출 방법에 있어서,
    소정 개수의 주파수 추정치를 결정하는 단계;
    평균 주파수 오프셋을 획득하기 위하여 상기 주파수 추정치들의 평균을 결정하는 단계;
    상기 평균 주파수 오프셋을 이용하여 수신 샘플들 또는 임펄스 응답치들을 역바이어싱(unbiasing)하는 단계;
    역바이어싱된 수신 샘플 또는 임펄스 응답치들을 이용하여 도플러 주파수 추정치(Doppler frequency estimates)를 연산하는 단계;
    소정 주기 동안에 상기 도플러 주파수 추정치의 선택된 2차 통계량(second order statistics)을 연산하는 단계;
    상기 선택된 2차 통계량에 기반하여 최대 도플러 주파수를 추정하는 단계; 및
    상기 최대 도플러 주파수를 이용하여 통신 시스템 단말기의 속력을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템 내의 속력 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통신 시스템 내의 속력 검출 방법은 선택된 주기 동안에 실행되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템 내의 속력 검출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 통신 시스템 내의 속력 검출 방법은 버스트 단위로(burst-wise) 실행되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템 내의 속력 검출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    방정식
    Figure 112009057320369-pct00027
    를 이용하여 상기 주파수 추정치를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    여기서, zn 은 수신 샘플들이고,
    rn ≡(n-N/2)는 상수들이며,
    n은 현재 수신 심벌을 나타내고,
    an 은
    Figure 112009057320369-pct00028
    에 의하여 획득되는 기준치들을 나타내며,
    여기서, hk 는 현재 채널 임펄스 응답치를 나타내고,
    sn-k 는 송신된 트레이닝 심벌들을 나타내며, 및
    L은 채널 임펄스 응답치들의 개수를 나타내는 것을 특징으로 하는 통신 시스템 내의 속력 검출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    방정식
    Figure 112009057320369-pct00029
    을 이용하여 상기 주파수 추정치들의 상기 평균을 결정하는 단계를 더 포함하고,
    여기서,
    Figure 112009057320369-pct00030
    은 사전 버스트(previous burst)에 대하여 연산된 사전 주파수 추정치 평균을 나타내고,
    ωk 는 버스트를 포함하는 선택된 주기 동안의 주파수 추정치를 나타내며,
    k는 주기 번호를 나타내고,
    μ는 적응 상수(adaptive constant)를 나타내며, 상기 적응 상수 μ는 평활 평균(smooth average)을 획득하기 위하여 0.008 내지 0.04 사이에서 설정되고, 고속 적응이 필요할 경우에는 더 높은 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템 내의 속력 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    방정식
    Figure 112009057320369-pct00031
    을 이용하여 소정 주파수 추정치를 역바이어싱하는 단계를 더 포함하고,
    여기서, zn 은 역바이어싱 이전의 수신 샘플들을 나타내고,
    M은 버스트 길이를 포함하는 주기의 길이이며,
    j는 복소수를 표시하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템 내의 속력 검출 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    방정식
    Figure 112009057320369-pct00032
    을 이용하여 임펄스 응답치를 역바이어싱하는 단계를 더 포함하고,
    여기서, hi 는 바이어싱(biasing) 이전의 필터 탭 또는 임펄스 응답치들을 나타내고,
    L은 필터 탭 또는 임펄스 응답치들의 개수를 나타내며,
    j는 복소수인 것을 특징으로 하는 통신 시스템 내의 속력 검출 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    방정식
    Figure 112009057320369-pct00033
    을 이용하여 도플러 주파수 추정치를 연산하는 단계를 더 포함하고,
    여기서, z'n 은 제거된 평균(mean/average) 주파수 오프셋을 포함하는 수정된 수신 샘플들이고,
    rn ≡(n-N/2)는 상수들이며,
    σw 2은 추정된 잡음 분산(noise variance)이고,
    σω 2은 주파수 오프셋의 분산이며,
    Σ는 합산 연산을 나타내고,
    Im은 허수부를 나타내며,
    n은 현재 수신 심벌을 나타내고,
    an ' *은 평균 제거 이후에 획득된 기준치의 켤레 복소수를 나타내고,
    an ' 은 평균 제거 이후에 획득된 기준치를 나타내며,
    Figure 112009057320369-pct00034
    의 관계가 만족되는데,
    여기서, hk ' 는 평균 제거 이후의 채널 임펄스 응답치를 나타내고,
    sn-k 는 송신된 트레이닝 심벌들을 나타내며, 및
    L은 채널 임펄스 응답치들의 개수를 나타내는 것을 특징으로 하는 통신 시스템 내의 속력 검출 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    방정식
    Figure 112009057320369-pct00035
    를 이용하여 선택된 2차 통계량을 연산하는 단계를 더 포함하며,
    여기서, N은 주기의 개수이고,
    ωk는 버스트를 포함하는 선택된 주기에서의 주파수 추정치를 나타내며,
    Figure 112009057320369-pct00036
    은 상기 주파수 추정치들의 상기 평균을 나타내고, 및
    k는 주기 번호를 나타내는 것을 특징으로 하는 통신 시스템 내의 속력 검출 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 선택된 2차 통계량은 표준 편차인 것을 특징으로 하는 통신 시스템 내의 속력 검출 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    방정식
    Figure 112009057320369-pct00037
    을 이용하여 최대 도플러 주파수를 추정하는 단계를 더 포함하고,
    여기서, α는 주파수 분포(frequency distribution)로부터의 최대 도플러 천이를 캡쳐하는 신뢰 구간 또는 최적 확률이고, α는 시뮬레이션을 이용하여 선택되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템 내의 속력 검출 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    방정식
    Figure 112009057320369-pct00038
    을 이용하여 통신 시스템 단말기의 속력을 연산하는 단계를 더 포함하고,
    여기서, fc 는 반송파 주파수이고,
    c는 광속인 3*108m/s인 것을 특징으로 하는 통신 시스템 내의 속력 검출 방법.
  13. 기지국에 있어서,
    소정 개수의 주파수 추정치를 결정하기 위한 수단;
    평균 주파수 오프셋을 획득하기 위하여 상기 주파수 추정치들의 평균을 결정하기 위한 수단;
    상기 평균 주파수 오프셋을 이용하여 수신 샘플들 또는 임펄스 응답치들을 역바이어싱하기 위한 수단;
    역바이어싱된 수신 샘플 또는 임펄스 응답치들을 이용하여 도플러 주파수 추정치를 연산하기 위한 수단;
    소정 주기 동안에 상기 도플러 주파수 추정치의 선택된 2차 통계량을 연산하기 위한 수단;
    상기 선택된 2차 통계량에 기반하여 최대 도플러 주파수를 추정하기 위한 수단; 및
    상기 최대 도플러 주파수를 이용하여 통신 시스템 단말기의 속력을 연산하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  14. 제13항에 있어서,
    선택된 주기 동안에 속력 연산 동작을 실행하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  15. 제13항에 있어서,
    버스트 단위로 속력 연산 동작을 실행하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  16. 제13항에 있어서,
    방정식
    Figure 112009057320369-pct00039
    를 이용하여 주파수 추정치를 결정하기 위한 수단을 더 포함하고,
    여기서, zn 은 수신 샘플들이고,
    rn ≡(n-N/2)는 상수들이며,
    n은 현재 수신 심벌을 나타내고,
    an 은
    Figure 112009057320369-pct00040
    에 의하여 획득되는 기준치들을 나타내며,
    여기서, hk 는 현재 채널 임펄스 응답치를 나타내고,
    sn-k 는 송신된 트레이닝 심벌들을 나타내며, 및
    L은 채널 임펄스 응답치들의 개수를 나타내는 것을 특징으로 하는 기지국.
  17. 제13항에 있어서,
    방정식
    Figure 112009057320369-pct00041
    을 이용하여 상기 주파수 추정치들의 상기 평균을 결정하기 위한 수단을 더 포함하고,
    여기서,
    Figure 112009057320369-pct00042
    은 사전 버스트에 대하여 연산된 사전 주파수 추정치 평균을 나타내고,
    ωk 는 버스트를 포함하는 선택된 주기 동안의 주파수 추정치를 나타내며,
    k는 주기 번호를 나타내고,
    μ는 적응 상수를 나타내며, 상기 적응 상수 μ는 평활 평균을 획득하기 위하여 0.008 내지 0.04 사이에서 설정되고, 고속 적응이 필요할 경우에는 더 높은 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 기지국.
  18. 제13항에 있어서,
    방정식
    Figure 112009057320369-pct00043
    을 이용하여 소정 주파수 추정치를 역바이어싱하기 위한 수단을 더 포함하고,
    여기서, zn 은 역바이어싱 이전의 수신 샘플들을 나타내고,
    M은 버스트 길이를 포함하는 주기의 길이이며,
    j는 복소수를 표시하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  19. 제13항에 있어서,
    방정식
    Figure 112009057320369-pct00044
    을 이용하여 임펄스 응답치를 역바이어싱하기 위한 수단을 더 포함하고,
    여기서, hi 는 바이어싱 이전의 필터 탭 또는 임펄스 응답치들을 나타내고,
    L은 필터 탭 또는 임펄스 응답치들의 개수를 나타내며,
    j는 복소수를 나타내는 것을 특징으로 하는 기지국.
  20. 제13항에 있어서,
    방정식
    Figure 112009057320369-pct00045
    을 이용하여 도플러 주파수 추정치를 연산하기 위한 수단을 더 포함하고,
    여기서, z'n 은 제거된 평균 주파수 오프셋을 포함하는 수정된 수신 샘플들이고,
    rn ≡(n-N/2)는 상수들이며,
    σw 2은 추정된 잡음 분산이고,
    σω 2은 주파수 오프셋의 분산이며,
    Σ는 합산 연산을 나타내고,
    Im은 허수값을 나타내며,
    n은 현재 수신 심벌을 나타내고,
    an ' *은 평균 제거 이후에 획득된 기준치의 켤레 복소수를 나타내고,
    an ' 은 평균 제거 이후에 획득된 기준치를 나타내며,
    Figure 112009057320369-pct00046
    의 관계가 만족되는데,
    여기서, hk ' 는 평균 제거 이후의 채널 임펄스 응답치를 나타내고,
    sn-k 는 송신된 트레이닝 심벌들을 나타내며, 및
    L은 채널 임펄스 응답치들의 개수를 나타내는 것을 특징으로 하는 기지국.
  21. 제17항에 있어서,
    방정식
    Figure 112009057320369-pct00047
    를 이용하여 선택된 2차 통계량을 연산하기 위한 수단을 더 포함하며,
    여기서, N은 주기의 개수이고,
    ωk는 버스트를 포함하는 선택된 주기에서의 주파수 추정치를 나타내며,
    Figure 112009057320369-pct00048
    은 상기 주파수 추정치들의 상기 평균을 나타내고, 및
    k는 주기 번호를 나타내는 것을 특징으로 하는 기지국.
  22. 제13항에 있어서,
    2차 통계량으로서 표준 편차를 연산하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  23. 제21항에 있어서,
    방정식
    Figure 112009057320369-pct00049
    을 이용하여 최대 도플러 주파수를 추정하기 위한 수단을 더 포함하고,
    여기서, α는 주파수 분포로부터의 최대 도플러 천이를 캡쳐하는 신뢰 구간 또는 최적 확률을 나타내고, α는 시뮬레이션을 이용하여 선택되는 것을 특징으로 하는 기지국.
  24. 제23항에 있어서,
    방정식
    Figure 112009057320369-pct00050
    을 이용하여 통신 시스템 단말기의 속력을 연산하기 위한 수단을 더 포함하고,
    여기서, fc 는 반송파 주파수이고,
    c는 광속인 3*108m/s인 것을 특징으로 하는 기지국.
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