專利名稱：用電平交叉率估計速度的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及無線通信技術(shù)，特別是對運動物體，比如移動終端進行速度估計的裝置和方法。
背景技術(shù)：
第四代(4G)移動通信系統(tǒng)的目標是支持雙模式功能，即國際移動電信2000(IMT2000，International Mobile Telecommunications 2000)的移動服務(wù)與無線位置接入網(wǎng)絡(luò)(WLAN，Wireless Locaion Access Network)的固定服務(wù)相統(tǒng)一。第四代系統(tǒng)自適應(yīng)地給用戶分配移動服務(wù)和固定服務(wù)，方法是當用戶操作環(huán)境極好時支持在固定模式中的高容量服務(wù)，當用戶操作環(huán)境很差時支持在移動模式中的服務(wù)。
服務(wù)模式的有效管理必須不僅在初始接入期間持續(xù)進行，也要在通信期間進行。為此，需要可以有效地進行移動服務(wù)與固定服務(wù)初始模式的選擇、切換以及鏈路自適應(yīng)的算法。特別地，作為鏈路自適應(yīng)典型技術(shù)之一的自適應(yīng)調(diào)制和譯碼方案(AMCS，adaptive modulation and coding scheme)是通過確定能夠指示用戶操作環(huán)境并估計數(shù)值的參數(shù)來選擇調(diào)制/譯碼方案。指示用戶操作環(huán)境的參數(shù)是作為在自適應(yīng)調(diào)制/譯碼方案中不同模式和資源分配之間進行切換的信息使用。在資源的動態(tài)分配中，對用戶操作環(huán)境的準確估計是必要的。
在無線通信系統(tǒng)中，移動終端的速度信息對于指示用戶操作環(huán)境來講是很重要的參數(shù)，當其實際應(yīng)用時可以改善系統(tǒng)性能。應(yīng)用于自適應(yīng)發(fā)送/接收技術(shù)時，移動終端的速度信息使接收器進行更有效的信道估計，使發(fā)送器根據(jù)信道條件來調(diào)節(jié)調(diào)制/譯碼或交織方案。此外，基于移動終端的速度信息，系統(tǒng)可以準確地確定是否進行切換，切換的時間，并可以有效地管理系統(tǒng)資源。
這種用于不同應(yīng)用領(lǐng)域的速度估計方案可以分為電平交叉率(LCR，levelcrossing rate)估計方案和協(xié)方差(COV，covariance)估計方案。電平交叉率估計方案是看接收到的信號的包絡(luò)(即功率)與預(yù)定參考電平在預(yù)定的時間周期內(nèi)交叉多少次(即電平交叉點的數(shù)量)來估計速度。協(xié)方差估計方案是使用有著預(yù)定時間差的接收到的樣本之間的協(xié)方差值來估計移動終端的速度。
速度估計方案中的協(xié)方差估計方案根據(jù)信道環(huán)境參數(shù)的不同，如Rician因數(shù)及視軸(Line of Sight，LOS)入射角，有著靈敏的性能差異。在微蜂窩環(huán)境下，考慮到Rician衰減，很難穩(wěn)定地使用協(xié)方差估計方案。與協(xié)方差估計方案相比，電平交叉率估計方案使用作為包絡(luò)衰減第二統(tǒng)計特性的電平交叉率，對于二維等向散射，移動端的速度可以不考慮Rician衰減特性而進行計算。
然而，既然傳統(tǒng)電平交叉率估計方案只使用了不考慮噪聲影響的信道特性，在信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)降低了的噪聲環(huán)境下，速度估計的準確性不如愿地下降了。于是，就需要有種當電平交叉率，其在低信噪比環(huán)境下應(yīng)用時能改善速度估計準確性的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供速度估計裝置和方法，以改善基于電平交叉率的速度估計的準確性。
本發(fā)明的又一個目的是提供速度估計裝置和方法，以使噪聲對依據(jù)電平交叉率來估計移動端速度的影響最小化。
根據(jù)本方面的一個方面，此處提供了一種使用電平交叉率的速度估計器包括功率計算器，用于計算從移動終端接收到的信號的功率值；平均功率計算器，用于根據(jù)預(yù)定的下降采樣因數(shù)M來計算M功率值的平均功率值；內(nèi)插器，用于根據(jù)預(yù)定的內(nèi)插率L對平均功率值進行內(nèi)插；均方根計算器，用于使用內(nèi)插器的輸出來計算均方根值；電平交叉計數(shù)器，用于對表示內(nèi)插器的輸出與根據(jù)均方根值所確定的電平交叉門限在預(yù)定的時間周期內(nèi)相交叉多少次的電平交叉頻率進行計數(shù)；以及速度計算器，用于使用速度交叉頻率對移動終端的速度估計值進行計算。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，此處提供了一種使用電平交叉率的速度估計方法，包括以下步驟用從移動終端接收到的信號來計算經(jīng)下降采樣的信號的功率值；根據(jù)預(yù)定的內(nèi)插率對功率值進行內(nèi)插；用內(nèi)插值來計算均方根值，其中均方根值成為電平交叉門限；對表示內(nèi)插值與電平交叉門限在預(yù)定的時間周期內(nèi)相交叉多少次的電平交叉頻率進行計數(shù)；以及用速度交叉頻率來計算移動終端的速度估計值。


通過相結(jié)合的附圖，本發(fā)明的上述及其它方面特點、優(yōu)勢將會在下文的細節(jié)描述中更加明顯。
圖1說明了一個應(yīng)用本發(fā)明的典型無線通信系統(tǒng)的簡化配置；圖2是一個對使用著操作環(huán)境估計信息的不同模式之間進行切換和自適應(yīng)調(diào)制/譯碼方案進行描述的框圖；圖3說明了使用電平交叉率的一個典型速度估計器；圖4說明了通過圖3中的速度估計器來對噪聲環(huán)境下的多徑信號進行電平交叉頻率計數(shù)的操作；圖5是一個說明根據(jù)本發(fā)明實施例的速度估計器的結(jié)構(gòu)的框圖；圖6A和圖6B是闡明根據(jù)本發(fā)明由下降采樣來進行噪聲去除的頻譜波形圖；圖7根據(jù)本發(fā)明的實施例說明由圖5的速度估計器來進行速度估計的過程的流程圖；圖8A和圖8B是闡明根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)插結(jié)果的圖示；圖9和圖10是對比根據(jù)本發(fā)明的和傳統(tǒng)技術(shù)的平均速度估計性能的圖示；圖11是說明當速度隨時間變化時，根據(jù)本發(fā)明的平均速度跟蹤性能的圖示。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行細節(jié)描述。在以下描述中，為了簡明扼要，對已知的功能及此處相合并的配置的細節(jié)描述進行了省略。此處使用的術(shù)語是考慮到它們在發(fā)明中的功能而定義的，它們可以根據(jù)用戶、操作者的意愿及實際情況進行更改。因此，應(yīng)該基于本說明的整體內(nèi)容來進行定義。
此處，將參照使用碼分多址(CDMA，code division multiple access)信號處理技術(shù)以獲取有效的、魯棒的(或是無噪聲的)通信服務(wù)的蜂窩無線通信系統(tǒng)來對本發(fā)明進行細致描述。然而，作為本發(fā)明主要方面的、有效速度估計技術(shù)還可以應(yīng)用在有著類似技術(shù)背景和輕微修改的信道類型的其他技術(shù)領(lǐng)域中，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，其對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。
圖1說明了一個應(yīng)用本發(fā)明的典型無線通信系統(tǒng)的簡化配置。參照圖1，無線通信系統(tǒng)包括多個移動終端10a，10b及10c，多個基站收發(fā)器子系統(tǒng)(BTSs，base transceiver subsystems)12a，12b及12c，基站控制器(BSC，basestation controller)14，包數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(PDSN，packet data serving node)16，移動交換中心(MSC，mobile switching center)18，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP，internet protocol)網(wǎng)絡(luò)20，以及公共交換電話網(wǎng)(PSTN，public switched telephone network)22。
移動終端10a到10c最好是以能夠處理一個或多個支持包數(shù)據(jù)服務(wù)的無線包數(shù)據(jù)協(xié)議來構(gòu)造。在一個實施例中，移動終端10a到10c可以創(chuàng)建IP包，該IP包被傳送到IP網(wǎng)絡(luò)20，并且使用點對點協(xié)議(PPP，point-to-point protocol)的幀來封裝IP包。IP網(wǎng)絡(luò)20與包數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點16相連接，包數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點16與基站控制器14相連?；究刂破?4與基站收發(fā)器子系統(tǒng)12a到12b相連，以構(gòu)造成可以通過無線信道使用移動終端10a到10c和已知的各種協(xié)議來傳送話音和/或數(shù)據(jù)包。此外，基站控制器14通過移動交換中心18與公共交換電話網(wǎng)22相連，通過基站收發(fā)器子系統(tǒng)12a到12c對移動終端10a到10c提供典型的電話呼叫服務(wù)。
在典型的電話呼叫情況下，基站控制器14將接收到的數(shù)據(jù)路由到移動交換中心18，該中心接口提供額外的路由服務(wù)，用于與公共交換電話網(wǎng)22的接口。在基于包傳送數(shù)據(jù)呼叫的情況下，基站控制器14將數(shù)據(jù)包路由到包數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點16，以使數(shù)據(jù)包到達IP網(wǎng)絡(luò)20。
在典型操作中，基站收發(fā)器子系統(tǒng)12a到12c對從正在進行電話呼叫、網(wǎng)站瀏覽或其它數(shù)據(jù)通信的移動終端10a到10c所接收的反向鏈路信號進行解調(diào)。各個反向鏈路信號都由基站收發(fā)器子系統(tǒng)12a到12c進行處理?；臼瞻l(fā)器12a到12c中的每個都與多個移動終端10a到10c相通信，方式是通過對正向鏈路信號進行解調(diào)和將解調(diào)后的信號傳送到移動終端10a到10c。例如，第一基站收發(fā)器子系統(tǒng)12a與第一和第二移動終端10a和10b同時通信，第二和第三基站收發(fā)器子系統(tǒng)12b和12c由于軟切換而同時與第三移動終端10c通信。對于特定的移動終端(移動終端10a到10c中的任意一個)，基站控制器14控制從一個基站收發(fā)器子系統(tǒng)到另一個基站收發(fā)器子系統(tǒng)的切換。
基站收發(fā)器12a到12c中的每個都為移動終端10a到10c存儲著增益dB和導(dǎo)頻信道功率電平表，用以給移動終端10a到10c指定業(yè)務(wù)信道功率電平。表包括基于比特每秒(bps，bits per second)的數(shù)據(jù)率，目標誤幀率(FER，frameerror rate)，一種正向糾錯碼，如卷積碼或迭代碼(turbo code)，每個幀長組合的增益，如5ms，20ms，40ms和80ms，以及不同的導(dǎo)頻電平組合。增益dB是導(dǎo)頻信道功率電平與業(yè)務(wù)信道功率電平的比值。導(dǎo)頻電平的不同組合對應(yīng)著移動終端(移動終端10a到10c的任意一個)給定的速度范圍。使用電平交叉率的方法來估計移動終端的速度，電平交叉率將在后面介紹。使用上述提及的多個增益的原因是給定目標誤幀率的導(dǎo)頻與業(yè)務(wù)的比率(或增益)是根據(jù)移動終端的速度而改變的。例如，三個不同的組合可以對應(yīng)三個速度范圍來使用，即停止(0公里/小時)、低速(如30公里/小時或更低)和高速(如30公里/小時或更高)。
特別地，在支持移動服務(wù)模式與固定服務(wù)模式相統(tǒng)一的雙模式的第四代移動通信系統(tǒng)中，經(jīng)常根據(jù)移動終端的速度來進行移動服務(wù)模式與固定服務(wù)模式之間的模式變換，模型選擇以及自適應(yīng)調(diào)制/譯碼方案。
圖2是對通過使用操作環(huán)境估計信息，在不同模式之間進行切換和自適應(yīng)調(diào)制/譯碼方案的方法進行描述的簡化框圖。移動終端30是設(shè)計為能夠在移動服務(wù)模式和固定服務(wù)模式之間進行模式選擇和變換的雙模式終端，并可以通過無線信道與移動服務(wù)模式網(wǎng)絡(luò)32或固定服務(wù)模式網(wǎng)絡(luò)34通信。操作環(huán)境估計系統(tǒng)36包括一個塊38，用于估計操作環(huán)境參數(shù)，如移動終端30的速度，塊40，用于在初始網(wǎng)絡(luò)接入期間選擇服務(wù)模式和在切換期間進行服務(wù)模式的變換，AMCS控制塊42，用于自適應(yīng)地選擇調(diào)制和譯碼方案。
為了便于闡述，參照著移動服務(wù)模式網(wǎng)絡(luò)32與固定服務(wù)模式網(wǎng)絡(luò)34相分離的實施例來描述操作環(huán)境估計系統(tǒng)36。然而，在可選的實施例中，塊38、40和42可以構(gòu)造成能包含于模式網(wǎng)絡(luò)32和34中任何一者或兩者中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很容易地對這些進行理解。
移動終端的速度是許多重要操作環(huán)境參數(shù)中的一個。可以使用給定時間周期內(nèi)在單一無線路徑上測量到的功率來對速度進行估計。移動終端的速度可以由給定時間周期內(nèi)功率電平與指定電平在正方向(或負方向)上交叉多少次來估計，以下參見“電平交叉頻率”或“電平交叉率”。
在實現(xiàn)這樣的速度估計器時，準確測量多徑功率是困難的。既然速度估計的電平交叉率算法要求多徑接收功率的知識，多徑功率必須從總接收功率中隔離出來。盡管多徑功率必須從總接收功率中隔離出來，但自動增益控制的影響產(chǎn)生了另一個問題。既然自動增益控制完全地保持接收到的信號的包絡(luò)，它就會阻止移動終端獲取必要的信息來估計接收功率。如果對接收信號的準確功率估計失敗了，就不可能準確地使用電平交叉率來進行速度估計。
圖3中是一個用來解決這種問題的典型的速度估計器的例子。速度估計器100包含于操作在蜂窩移動通信系統(tǒng)的移動終端(例如，蜂窩電話、便攜數(shù)字設(shè)備，與蜂窩電話相連接的便攜計算機等)中。將接收到的同相信號I(n)和接收到的正交相位信號Q(n)提交給功率計算器110。此處，n為離散時間指標。這些提交來的信號是通過對伴隨信號采樣、偽隨機噪聲(Pseudo-random Noise，PN)解擴展該采樣信號、并在預(yù)定的時間周期內(nèi)對偽隨機噪聲解擴展后的信號進行累加而獲得的信號樣本。功率計算器110由對信號的平方和取平方根來計算信號能量的平方根，即功率值 由功率計算器110計算的功率值定期提交給均方根(Root Mean Square，RMS)計算器150。
均方根計算器150使用預(yù)定數(shù)量(如K)的連續(xù)功率值來計算連續(xù)均方根。門限計算塊160使用預(yù)定的滯后值M和N以計算高、低電平交叉門限。
計算出的功率值存儲在先進先出(FIFO，F(xiàn)irst In First Out)緩沖器120中。先進先出緩沖器120的大小是根據(jù)均方根計算所用的符號數(shù)量來確定的。電平交叉計數(shù)器130計數(shù)頻率，該頻率指示從先進先出緩沖器120中輸出的符號與計算出的高、低門限連續(xù)相交的頻率。在電平交叉計數(shù)器130中，頻率成為電平交叉頻率。查詢表140在預(yù)定的時間周期內(nèi)將速度估計值與電平交叉頻率相對應(yīng)。速度估計值由查詢表140直接輸出。
圖4說明了通過圖3中的速度估計器100來對噪聲環(huán)境下的多徑信號進行電平交叉頻率計數(shù)的操作。此處，高門限標記為TH，而低門限標記為TL。盡管沒有說明，但高、低門限是分別設(shè)置為比標準電平交叉門限高MdB及低MdB。根據(jù)已說明的信號功率的變化，在點1、2、3及4上對電平交叉頻率進行計數(shù)。
圖3中的速度估計器100通過使用滯后值在部分程度上去除了噪聲的影響。然而，在低信噪比環(huán)境下，速度估計器100仍舊不能獲得滿意程度的準確性。由此，本發(fā)明通過對接收到的信號樣本進行下降采樣，使信號功率的多普勒功率譜密度最大化地提高到不出現(xiàn)混疊的電平，即滿足采樣定理，并用經(jīng)下降采樣的信號樣本對電平交叉頻率進行計數(shù)，從而最大化地去除了接收到的信號中噪聲的影響。
圖5是一個說明根據(jù)本發(fā)明實施例的速度估計器的結(jié)構(gòu)的框圖。參見圖5，將輸入到速度估計器200的復(fù)數(shù)接收信號中的同相信號分量I(n)和正交相位信號分量Q(n)提交給功率計算器210，用以檢測收到信號的包絡(luò)，即功率。功率計算器210通過對接收到的信號分量的平方和取平方根來計算功率值E(n)。
平均功率計算器220根據(jù)由下降因數(shù)計算器270計算出的下降采樣因數(shù)M來計算M功率值的平均功率值D(n)。計算平均功率值等同于對接收到的信號進行下降采樣，并計算經(jīng)下降采樣的信號的功率值。由此，在可選的實施例中，功率計算器110和平均功率計算器220可以被替換為根據(jù)下降采樣因數(shù)M來對接收到的信號進行下降采樣的下降采樣器，以及用下降采樣器的輸出來計算功率值的功率計算器。對計算下降采樣因數(shù)M的詳細描述會在后文給出。
內(nèi)插器230根據(jù)預(yù)定的內(nèi)插因數(shù)L對平均功率計算器220計算出的平均功率值進行內(nèi)插。均方根計算器240使用在預(yù)定窗口期間內(nèi)插后的平均功率值來計算連續(xù)均方根。應(yīng)用計算出的均方根來確定用于電平交叉計數(shù)器250的電平交叉門限。在本實施例中，計算出的均方根直接成為電平交叉門限。在可選的實施例中，可以在均方根計算器240和電平交叉計數(shù)器250之間增加門限計算器，以不同的方式計算電平交叉門限。例如，電平交叉門限可以確定為均方根的二分之一。
電平交叉計數(shù)器250計數(shù)電平交叉頻率，該電平交叉頻率指示著由內(nèi)插器230輸出的平均功率值與確定為計算出的均方根的電平交叉門限在預(yù)定的時間周期內(nèi)(例如0.5秒或1秒)交叉多少次?？紤]到均方根計算器240的處理延遲，用于確定均方根計算器240中電平交叉門限的信號超前用于與電平交叉計數(shù)器250中電平交叉門限相比較的信號。
速度計算器260用計數(shù)過的電平交叉頻率來計算速度。在本實施例中，速度計算器260是用于以電平交叉頻率來計算移動終端的速度。然而在可選的實施例中，可以使用將速度估計值與電平交叉頻率相對應(yīng)的查詢表。在此種情況下，查詢表對應(yīng)計數(shù)過的電平交叉頻率直接輸出速度估計值。
最終由速度計算器260輸出的速度估計值被提交給下降采樣因數(shù)計算器270以使下降采樣因數(shù)計算器270確定下一時間周期的下降采樣因數(shù)M。下降采樣因數(shù)計算器270使用前一個速度估計值來確定下降采樣因數(shù)M，以使功率的多普勒頻譜間隔在不出現(xiàn)混疊時盡可能地短。
圖6A和圖6B是闡明根據(jù)本發(fā)明由下降采樣來進行噪聲去除的頻譜波形圖。圖6A說明了接收到的信號平均功率譜密度，如說明所述，在有著采樣頻率fs和多普勒頻率fD的被采樣功率譜間出現(xiàn)了加性高斯白噪聲(AWGN，additive white Gaussian noise)。圖6B說明了經(jīng)下降采樣的信號的功率譜密度，如說明所述，可以注意到有著下降采樣頻率fS/M和多普勒頻率fD的下降采樣功率譜是彼此相鄰的，即有助于減少加性高斯白噪聲的影響。
參見圖6A和圖6B，根據(jù)本發(fā)明，下降采樣因數(shù)M可以由公式(1)計算出M=[fS2fD]---(1)]]>此處，[.]是向下取整標記，fS是采樣頻率，fD是多普勒頻率的最高值。對于二維等向散射，Rician衰減的電平交叉頻率LR可以由公式(2)確定LR=2π(K+1)fDρe-K-(K+1)ρ2I0(2ρK(K+1))]]>ρ=RRrms......(2)]]>此處，K代表指示Rician衰減特性的Rician因數(shù)，fD代表多普勒頻率，R代表電平交叉門限，Rrms代表功率電平的均方根值，I0表示修改了的零次冪貝賽爾(Bessel)函數(shù)(zero-order Bessel fuction)，e為自然對數(shù)。如果電平交叉門限R設(shè)置為等于Rrms(R＝Rrms)，那么ρ＝1。作為結(jié)果，由Rician因數(shù)K的變化而導(dǎo)致的影響變得可以忽略。
如果公式(1)用速度公式v＝fDλC來簡化，其中v為移動終端的速度，fD為多普勒頻率，λC為載波波長，移動終端的速度VLCR由公式(3)計算出vLCR=λCLRe2π......(3)]]>圖7是說明根據(jù)本發(fā)明的實施例由圖5的速度估計器來進行速度估計的過程的流程圖?，F(xiàn)在參照圖5和圖7對本發(fā)明進行詳細描述。
在步驟300中，功率計算器210(圖5)檢測到從移動終端接收到的在導(dǎo)頻信道或其它信道上信號的包絡(luò)，即功率。此處，在其它信道上的信號為恒定包絡(luò)調(diào)制信號，例如相移鍵控(PSK，phase shift keying)調(diào)制信號。在步驟310中，平均功率計算器220(圖5)根據(jù)下降采樣因數(shù)M計算M功率值的平均值，而計算下降采樣因數(shù)是用于根據(jù)前一個接收信號所估計的速度值。通過該計算，就能夠獲得有著降低了的采樣率的新平均值。
步驟310中的計算是用于消除噪聲的影響，但由于連續(xù)信號和離散信號之間的差異，會有偏置(bias)出現(xiàn)。為了消除這一現(xiàn)象，在步驟320中，內(nèi)插器230對下降采樣功率值進行內(nèi)插，從而再次提高采樣率。
圖8A和圖8B是闡明根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)插結(jié)果的圖示。圖8A說明連續(xù)信號(由“理論”圖例表示)和離散信號(由“仿真”圖例表示)的包絡(luò)斜率特性，兩者均對以采樣周期TS為標準的多普勒頻率fD進行響應(yīng)。圖8B說明連續(xù)信號和離散信號的平均速度估計值。可見，典型的fDTS約為0.125，以使連續(xù)信號和離散信號的速度估計值大致相等。然而，如果fDTS由于下降采樣而提高，連續(xù)信號和離散信號之間速度估計值的差異也會提高。
本發(fā)明中使用了離散信號，通過內(nèi)插把fDTS的操作點由B降低到A，這降低了速度估計值的誤差。此處，內(nèi)插率L最好至少為4，以使連續(xù)信號和離散信號之間速度估計值的誤差可以忽略。然而，為了簡化結(jié)構(gòu)，內(nèi)插率L設(shè)置為2，即使在這種情況下，誤差也可以在一定程度上降低。
參見前面的圖5和圖7，在步驟330中，為了確定電平交叉計數(shù)的門限值，RMS計算器240(圖5)以在前一個循環(huán)采用下降采樣和內(nèi)插的功率值來計算均方根值，例如，為了消除Rician衰減的影響，電平交叉門限設(shè)置為與均方根值相等。
在步驟340中，電平交叉計數(shù)器250(圖5)計數(shù)電平交叉頻率，該電平交叉頻率指示著由內(nèi)插器230(圖5)的輸出與確定的電平交叉門限相交叉多少次。該頻率稱為電平交叉頻率。假定發(fā)生電平交叉的時間周期之間的間隔稱為“電平交叉持續(xù)期D”。在通常情況下，有著低數(shù)值(即D分之一的分布)的倒數(shù)分布主要出現(xiàn)在電平交叉持續(xù)期，而在噪聲情況下，有著高數(shù)值的倒數(shù)分布也正好出現(xiàn)在電平交叉持續(xù)期。就是說，在噪聲環(huán)境下，既然信號功率的變化是高的，電平交叉持續(xù)期會頻繁地出現(xiàn)。因此，電平交叉計數(shù)器250(圖5)從每次出現(xiàn)電平交叉時的前一個電平交叉時間中，進行計算時間，即電平交叉持續(xù)期，如果電平交叉持續(xù)期小于預(yù)定值則忽略掉出現(xiàn)的電平交叉。就是說，電平交叉計數(shù)器250(圖5)不對電平交叉頻率進行計數(shù)。在理想情況下，由于下降采樣和內(nèi)插，電平交叉持續(xù)期的倒數(shù)分布是與速度無關(guān)而同等出現(xiàn)的。
在步驟350中，速度計算器260(圖5)通過替換在步驟340中計算出的電平交叉頻率，用公式(3)來計算移動終端的速度。在步驟360中，下降采樣因數(shù)計算器270(圖5)使用計算出的速度來計算要在下一循環(huán)應(yīng)用的下降采樣因數(shù)M。下降采樣因數(shù)是確定的值，以使接收信號功率的多普勒頻譜分布最大地密集在沒有混疊出現(xiàn)的區(qū)域。
圖9到圖11說明了根據(jù)本發(fā)明的仿真結(jié)果，其中使用了正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用5GHz頻率帶寬、8KHz采樣頻率、一條衰減路徑、256個子載波，在包絡(luò)檢測上使用了導(dǎo)頻音。
圖9和圖10是分別在20Km每小時和100Km每小時的實際速度下，對比根據(jù)本發(fā)明以及圖3所示傳統(tǒng)技術(shù)的平均速度估計性能的圖示?？梢?，本發(fā)明展示出無論在相對低的20Km每小時的速度和相對高的100Km每小時的速度下，在低信噪比時與傳統(tǒng)技術(shù)相比較都提高準確性。
圖11是說明當速度隨時間變化時，根據(jù)本發(fā)明的平均速度跟蹤性能的圖示。此處，速度估計是每秒進行的，如說明所示，本發(fā)明準確地跟蹤了10dB信噪比環(huán)境下的速度變化。
根據(jù)本發(fā)明的速度估計器和速度估計方法通過進行準確的速度估計來檢測移動終端操作環(huán)境的信息，并將檢測到的速度信息提供給移動通信系統(tǒng)。移動通信系統(tǒng)基于速度信息來確定移動終端是否會接入到移動服務(wù)或保證高速數(shù)據(jù)服務(wù)的固定服務(wù)中。固定服務(wù)通過對使用信道時間固定的條件下的自適應(yīng)調(diào)制方案的最佳利用來提供高速的多媒體服務(wù)，而移動服務(wù)只使用簡化結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)調(diào)制方案，其能夠保證滿足用戶需求的最小數(shù)據(jù)率。
在資源分配上，移動通信系統(tǒng)考慮了移動終端速度較低時微蜂窩的系統(tǒng)環(huán)境和移動終端速度較高時宏蜂窩的系統(tǒng)環(huán)境，使信道容量最大化。此外，通過速度估計，能夠有效地根據(jù)用戶的速度來進行切換。
本發(fā)明有著以下優(yōu)勢。即本發(fā)明依靠穩(wěn)定地操作在不同信道環(huán)境下的電平交叉率估計器來計算速度參數(shù)，因此有助于在不增加復(fù)雜性的同時，將作為現(xiàn)有速度估計算法中主要障礙的噪聲影響顯著減少。就是說，能夠在沒有高復(fù)雜性的負擔(dān)下減少任何無線電信道環(huán)境中噪聲的影響，有助于準確的速度計算。
盡管只是展示和描述了本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明附加的權(quán)利要求書所規(guī)定的精神和原則的情況下，可以對本發(fā)明進行形式和細節(jié)上的修改。
權(quán)利要求
1.一種使用電平交叉率的速度估計器包括功率計算器，用于計算從移動終端接收到的信號的功率值；平均功率計算器，用于根據(jù)預(yù)定的下降采樣因數(shù)M來計算M功率值的平均功率值；內(nèi)插器，用于根據(jù)預(yù)定的內(nèi)插率L對平均功率值進行內(nèi)插；均方根計算器，用于使用內(nèi)插器的輸出來計算均方根值；電平交叉計數(shù)器，用于對表示內(nèi)插器的輸出與根據(jù)均方根值所確定的電平交叉門限在預(yù)定的時間周期內(nèi)相交叉多少次的電平交叉頻率進行計數(shù)；以及速度計算器，用于使用速度交叉頻率對移動終端的速度估計值進行計算。
2.如權(quán)利要求1所述的速度估計器，進一步包括下降采樣因數(shù)計算器，用于以速度估計值來確定下一時間周期的下降采樣因數(shù)M，以最小化不出現(xiàn)混疊時接收信號的多普勒頻譜之間的間隔，并將確定了的下降采樣因數(shù)M提供給平均功率計算器。
3.如權(quán)利要求2所述的速度估計器，其中下降采樣因數(shù)M由下式算出M=[fS2fD]]]>其中fs為采樣頻率，fD為多普勒頻率的最高值。
4.如權(quán)利要求1所述的速度估計器，其中內(nèi)插率L至少為4。
5.如權(quán)利要求1所述的速度估計器，其中電平交叉計數(shù)器在電平交叉出現(xiàn)時確定表示當前電平交叉時間和前一個電平交叉時間之間的時間間隔的電平交叉持續(xù)期是否比預(yù)定值短，如果電平交叉持續(xù)期短于預(yù)定值則忽略掉出現(xiàn)的電平交叉，從而不對電平交叉頻率進行計數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的速度估計器，其中電平交叉門限設(shè)置成與所述均方根值相等。
7.如權(quán)利要求1所述的速度估計器，其中速度估計值由下式算出vLCR=λcLRe2π]]>此處vLCR為速度估計值，λc為載波波長，LR為電平交叉頻率，并且e為自然對數(shù)。
8.一種使用電平交叉率的速度估計器，包括下降采樣器，用于根據(jù)預(yù)定的下降采樣因數(shù)M來對從移動終端接收到的信號進行下降采樣；功率計算器，用于計算經(jīng)下降采樣的信號的功率值；內(nèi)插器，用于根據(jù)預(yù)定的內(nèi)插率L對功率值進行內(nèi)插；均方根計算器，用于以內(nèi)插器的輸出來計算均方根值，其中均方根值成為電平交叉門限；電平交叉計數(shù)器，用于對表示內(nèi)插器的輸出與根據(jù)均方根值所確定的電平交叉門限在預(yù)定的時間周期內(nèi)相交叉多少次的電平交叉頻率進行計數(shù)；以及速度計算器，用于以速度交叉頻率來計算移動終端的速度估計值。
9.如權(quán)利要求8所述的速度估計器，進一步包括下降采樣因數(shù)計算器，用于以速度估計值來確定下一時間周期的下降采樣因數(shù)M，以最小化不出現(xiàn)混疊時接收信號的多普勒頻譜之間的間隔，并將確定了的下降采樣因數(shù)M提供給平均功率計算器。
10.如權(quán)利要求9所述的速度估計器，其中下降采樣因數(shù)M由下式算出M=[fS2fD]]]>其中fs為采樣頻率，fD為多普勒頻率的最高值。
11.如權(quán)利要求8所述的速度估計器，其中內(nèi)插率L至少為4。
12.如權(quán)利要求8所述的速度估計器，其中電平交叉計數(shù)器在電平交叉出現(xiàn)時確定表示當前電平交叉時間和前一個電平交叉時間之間的時間間隔的電平交叉持續(xù)期是否比預(yù)定值短，如果電平交叉持續(xù)期短于預(yù)定值則忽略掉出現(xiàn)的電平交叉，從而不對電平交叉頻率進行計數(shù)。
13.如權(quán)利要求8所述的速度估計器，其中電平交叉門限設(shè)置成與所述均方根值相等。
14.如權(quán)利要求8所述的速度估計器，其中速度估計值由下式算出vLCR=λcLRe2π]]>此處vLCR為速度估計值，λc為載波波長，LR為電平交叉頻率，并且e為自然對數(shù)。
15.一種使用電平交叉率的速度估計方法，包括以下步驟用從移動終端接收到的信號來計算經(jīng)下降采樣的信號的功率值；根據(jù)預(yù)定的內(nèi)插率對功率值進行內(nèi)插；用內(nèi)插值來計算均方根值，其中均方根值成為電平交叉門限；對表示內(nèi)插值與電平交叉門限在預(yù)定的時間周期內(nèi)相交叉多少次的電平交叉頻率進行計數(shù)；以及用速度交叉頻率來計算移動終端的速度估計值。
16.如權(quán)利要求15所述的速度估計方法，其中計算經(jīng)下降采樣的信號功率值的步驟包括計算從移動終端接收到的信號的功率值，再根據(jù)預(yù)定的下降采樣因數(shù)M來計算M功率值的平均功率值，其中平均功率值成為經(jīng)下降采樣的信號的功率值。
17.如權(quán)利要求15所述的速度估計方法，其中計算經(jīng)下降采樣的信號功率值的步驟包括根據(jù)預(yù)定的下降采樣因數(shù)M對從移動終端接收到的信號進行下降采樣，以及計算經(jīng)下降采樣的信號的功率值的步驟。
18.如權(quán)利要求15所述的速度估計方法，進一步包括以速度估計值來確定下一時間周期的下降采樣因數(shù)M，以最小化不出現(xiàn)混疊時接收信號的多普勒頻譜之間的間隔。
19.如權(quán)利要求15所述的速度估計方法，其中下降采樣因數(shù)M由下式計算M=[fS2fD]]]>其中fs為采樣頻率，fD為多普勒頻率的最高值。
20.如權(quán)利要求15所述的速度估計方法，其中內(nèi)插率L至少為4。
21.如權(quán)利要求15所述的速度估計方法，其中技術(shù)步驟包括在電平交叉出現(xiàn)時確定表示當前電平交叉時間和前一個電平交叉時間之間的時間間隔的電平交叉持續(xù)期是否比預(yù)定值短，如果電平交叉持續(xù)期短于預(yù)定值則忽略掉出現(xiàn)的電平交叉，從而不對電平交叉頻率進行計數(shù)。
22.如權(quán)利要求15所述的速度估計方法，其中電平交叉門限設(shè)置成與所述均方根值相等。
23.如權(quán)利要求15所述的速度估計方法，其中速度估計值由下式算出vLCR=λcLRe2π]]>此處vLCR為速度估計值，λc為載波波長，LR為電平交叉頻率，并且e為自然對數(shù)。
全文摘要
公開了一種使用電平交叉率的速度估計器包括功率計算器，用于計算從移動終端接收到的信號的功率值；平均功率計算器，用于根據(jù)預(yù)定的下降采樣因數(shù)M來計算M功率值的平均功率值；內(nèi)插器，用于根據(jù)預(yù)定的內(nèi)插率L對平均功率值進行內(nèi)插；均方根計算器，用于使用內(nèi)插器的輸出來計算均方根值；電平交叉計數(shù)器，用于對表示內(nèi)插器的輸出與根據(jù)均方根值所確定的電平交叉門限在預(yù)定的時間周期內(nèi)相交叉多少次的電平交叉頻率進行計數(shù)；以及速度計算器，用于使用速度交叉頻率對移動終端的速度估計值進行計算。
文檔編號H04W64/00GK1585511SQ20041004591
公開日2005年2月23日 申請日期2004年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月23日
發(fā)明者趙冕均, 洪大植 申請人:三星電子株式會社, 延世大學(xué)校