專利名稱：測定終端設(shè)備速度的方法以及接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在一個(gè)無線電系統(tǒng)中測定一臺終端設(shè)備的速度的方法，該無線電系統(tǒng)使用一種時(shí)分多址方法，該方法包括在一個(gè)給定的時(shí)間窗口內(nèi)測量一組接收到的采樣信號的包絡(luò)的平均強(qiáng)度。
本發(fā)明特別適用于各種蜂窩無線電系統(tǒng)，也適用于其他數(shù)字無線電系統(tǒng)，在上述無線電系統(tǒng)中，與諸基站進(jìn)行通信的諸終端設(shè)備可以越出小區(qū)邊界。關(guān)于該終端設(shè)備的移動(dòng)速度的信息將在實(shí)質(zhì)上使得管理該無線電系統(tǒng)的資源更加簡便，例如越區(qū)切換預(yù)測以及功率控制優(yōu)化。
例如，在一個(gè)使用小的微小區(qū)以及較大的、與微小區(qū)重疊的所謂的傘形小區(qū)的系統(tǒng)中，如果將快速移動(dòng)的諸終端設(shè)備連接到傘形小區(qū)，并且將緩慢移動(dòng)或靜止的諸終端設(shè)備連接到較小的微小區(qū)，那將是有利的。在這種方式下，有可能顯著地減少所需的越區(qū)切換次數(shù)，并從而顯著地減少在該網(wǎng)絡(luò)中裝載的信令數(shù)目。
一種已知的測定一臺移動(dòng)終端設(shè)備的速度的解決方案就是監(jiān)測載頻的多普勒頻移。然而，由于這種方法需要一個(gè)昂貴的穩(wěn)定的頻率參考源，所以它是不實(shí)用的。
作者Doumi T.,Gardiner J.G.發(fā)表于《電子學(xué)快報(bào)》雜志第30卷第22期1835-1836頁的題為“用于移動(dòng)速度估算的基站分集的應(yīng)用”的文章中，已經(jīng)敘述了另一種已知的方法。該被引用的參考文獻(xiàn)的方法利用基站天線分集。通常選擇那些能提供最強(qiáng)的信號電平的天線供分集之用。該天線的頻移正比于多普勒頻移，基于多普勒頻移就能推斷該設(shè)備的速度。
美國專利US5,396,645描述了一種用于測定一臺設(shè)備的速度的方法。在該被引用的參考文獻(xiàn)的方法中，在一個(gè)預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)測量接收到的信號強(qiáng)度的變化量，并且基于這個(gè)變化量，推斷該設(shè)備的速度。
然而，在已知的諸方法中，還沒有一種適用于使用了跳頻的時(shí)分多址(TDMA)無線電系統(tǒng)，即該設(shè)備的使用者所使用的載頻，根據(jù)某些給定的變化曲線隨著時(shí)隙而改變。
本發(fā)明的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一種設(shè)備速度的測定方法，該設(shè)備適于在時(shí)分多址系統(tǒng)中使用，并且可以伴有跳頻或者不伴有跳頻。
通過采用在本文開頭所述的方法就能做到這一步，本方法的特征在于所給定的時(shí)間窗口在長度上最多為半個(gè)時(shí)隙，還在于在每一個(gè)時(shí)間窗口期間，形成一個(gè)正比于該信號包絡(luò)的平均強(qiáng)度的參數(shù)，還在于在每一個(gè)接收時(shí)隙，至少使用兩個(gè)時(shí)間窗口來測量該參數(shù)，還在于按諸時(shí)隙根據(jù)該參數(shù)來計(jì)算該包絡(luò)的變化量，還在于在若干時(shí)隙上求出該導(dǎo)出的變化數(shù)值的平均值，還在于將該平均的變化數(shù)值跟由計(jì)算得出的參考數(shù)值進(jìn)行比較，比較的結(jié)果表示該設(shè)備的速度。
本發(fā)明也涉及一部在使用時(shí)分多址方法的無線電系統(tǒng)中的接收機(jī)，該接收機(jī)包括對接收信號進(jìn)行采樣的裝置。本發(fā)明的接收機(jī)的特征在于該接收機(jī)含有用以在每一個(gè)接收時(shí)隙，通過使用至少兩個(gè)時(shí)間窗口來測量該參數(shù)從而在長度最多為半個(gè)時(shí)隙的時(shí)間窗口期間形成一個(gè)正比于該信號包絡(luò)的平均強(qiáng)度的參數(shù)的裝置，并包括用于按諸時(shí)隙根據(jù)該參數(shù)來計(jì)算該包絡(luò)的變化量并用于在若干時(shí)隙上求出該導(dǎo)出的變化數(shù)值的平均值的裝置，以及用于將該平均的變化數(shù)值跟計(jì)算所得的參考數(shù)值進(jìn)行比較并指示該設(shè)備的速度的裝置。
本發(fā)明的方法具有許多優(yōu)點(diǎn)。采用部分樣本隊(duì)列的本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例適用于在無線電信道中出現(xiàn)大量干擾那樣的傳播情況。本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例適用于一條干擾較小的信道，并且，與第一實(shí)施例相比，后者實(shí)現(xiàn)起來相應(yīng)地要簡單一些。
下面，借助于諸附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作更詳細(xì)的說明，其中

圖1表示本發(fā)明的系統(tǒng)能在其中實(shí)現(xiàn)的一個(gè)蜂窩無線電系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例，圖2表示本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的接收機(jī)結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例，圖3表示該部分樣本隊(duì)列的選擇的一個(gè)實(shí)例，圖4表示一份用于計(jì)算該部分樣本隊(duì)列的圖，
圖5表示本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的接收機(jī)結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例。
圖1表示本發(fā)明的系統(tǒng)能在其中實(shí)現(xiàn)的一個(gè)蜂窩無線電系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。該圖顯示一組小的所謂的微小區(qū)102至106，以及一個(gè)與之重疊的大的傘形小區(qū)100。典型地由一個(gè)特定的基站設(shè)備向每一個(gè)小區(qū)提供服務(wù)。諸微小區(qū)被安排用于緩慢移動(dòng)的或靜止的終端設(shè)備110，例如，用于步行者。一個(gè)傘形小區(qū)服務(wù)于例如被放置在車輛中的快速移動(dòng)的終端設(shè)備108。為了使諸終端設(shè)備能夠被保持于正確類型的小區(qū)之內(nèi)，重要的是測定它們的移動(dòng)速度。應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的方法可以自然地應(yīng)用于其他類型的無線電系統(tǒng)，例如GSM系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，已不使用互相重疊的微小區(qū)和傘形小區(qū)。
當(dāng)一臺連接于一個(gè)基站的終端設(shè)備移動(dòng)時(shí)，由于快速的衰落，使得該基站所接收到的來自該終端設(shè)備的信號強(qiáng)度發(fā)生變化。人們早已知道，該信號包絡(luò)的變化量正比于該終端設(shè)備的速度。
在一個(gè)蜂窩無線電環(huán)境中，一條無線電信道可以被描述為一條單傳播路徑的非分集信道，或者一條多徑傳播的分集信道，這取決于通過該信道的信號在時(shí)域上是如何被延遲和被傳播的。在后一種信道中，信號的多徑傳播以及巨大的延時(shí)偏差導(dǎo)致諸接收符號的干擾(ISI)。
當(dāng)一組信號通過一條分集的多徑信道傳播時(shí)，在該接收信號的包絡(luò)中能檢測到兩種主要的干擾類型，即白色高斯分布噪聲(AWGN)以及符號間干擾(ISI)。當(dāng)一組信號在一條非分集的單路徑信道中傳播時(shí)，主要的干擾是白色噪聲。
首先考察本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例。這個(gè)實(shí)施例適用于一組信號通過一條分集的多徑信道傳播的環(huán)境。本發(fā)明的優(yōu)越的特征在于基于該實(shí)施例，可以從該信號包絡(luò)中去除ISI和噪聲的影響，至于快速衰落對該包絡(luò)的影響，則沒有任何改變。
現(xiàn)在，借助于圖2所示的方框圖來考察本發(fā)明的解決方案。在本發(fā)明的解決方案中，根據(jù)包絡(luò)的變化來估算速度。為了能夠去除噪聲和ISI的影響，在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，使用了部分樣本隊(duì)列及其平均值。由于使用跳頻，需要在每一個(gè)時(shí)隙內(nèi)觀察該包絡(luò)的變化。
在一種使用現(xiàn)有技術(shù)的采樣裝置202中對接收信號200進(jìn)行采樣，并且按照下述方式形成部分樣本隊(duì)列204。采樣速度可以是，例如，每個(gè)符號一個(gè)樣本。通過使用一個(gè)在長度上最多為半個(gè)時(shí)隙的時(shí)間窗口來計(jì)算該信號包絡(luò)的平均強(qiáng)度。在每一個(gè)時(shí)隙中，通過使用至少兩個(gè)時(shí)間窗口，在一個(gè)處理器208中計(jì)算該包絡(luò)的平均強(qiáng)度，基于該時(shí)間窗口，計(jì)算出在該時(shí)隙內(nèi)該包絡(luò)的平均變化。進(jìn)一步地在若干時(shí)隙上對由此得到的平均包絡(luò)變化值求平均值。用D來表示該包絡(luò)的平均變化數(shù)值，以及用y(t,i)來表示該接收信號，其中i表示第i個(gè)時(shí)隙，可以用所附的一個(gè)時(shí)隙具有兩個(gè)時(shí)間窗口的示例公式來說明該計(jì)算過程D=1NΣI=0N-1[1MΣI=0M-1(y-quene1(t,j,i))-(y-quene2(t,j,i))]2]]>式中，N=時(shí)隙的數(shù)目，M=在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)樣本隊(duì)列的數(shù)目，j=第j個(gè)樣本隊(duì)列，yqueue1(t,j,i)=在第一個(gè)時(shí)間窗口中由該樣本隊(duì)列所構(gòu)成的平均值，以及yqueue2(t,j,i)=在第二個(gè)時(shí)間窗口中由該樣本隊(duì)列所構(gòu)成的平均值。
在一個(gè)處理器210中，預(yù)先將該平均變化數(shù)值D跟存儲在某些存儲元件212中的理論參考數(shù)值進(jìn)行比較，比較的結(jié)果是得出該終端設(shè)備的速度214。在一個(gè)實(shí)用的實(shí)施例中，諸處理器208和210可以是同一個(gè)處理器或者是一個(gè)不同的處理器，或者相應(yīng)的計(jì)算可以用專門的邏輯電路來實(shí)現(xiàn)，這對專業(yè)人士來說是顯而易見的。
下一步我們將考察在一組首先進(jìn)行相位調(diào)制的信號中的部分樣本隊(duì)列的形成。如同在GSM系統(tǒng)中那樣，由ISI所引起的干擾是具有不同相位的諸符號疊加在一起的結(jié)果。由于ISI僅影響一個(gè)有限數(shù)目的相鄰的諸符號，并且由于相位調(diào)制具有有限數(shù)目的相位(例如在MSK中有4種相位)，可以看出，某些包絡(luò)的采樣點(diǎn)已經(jīng)經(jīng)受了一種同等緩慢的衰落。具有同等的快速衰落的諸樣本被選擇作為該部分樣本隊(duì)列的點(diǎn)。在這種情況下，在該部分樣本隊(duì)列以內(nèi)，不存在由ISI引起的干擾。
圖3表示一個(gè)部分樣本隊(duì)列的形成。該圖表示在一個(gè)時(shí)隙中的某些樣本。諸樣本的指標(biāo)在水平軸300上，該包絡(luò)的強(qiáng)度在垂直軸302上，其中噪聲的影響已被去除。在該圖所示的實(shí)例中，一組采樣點(diǎn)304至310已經(jīng)經(jīng)受了一種類似的快速衰落，因此，可以從它們當(dāng)中形成一個(gè)部分樣本隊(duì)列312。類似地，也可以從其他點(diǎn)中形成部分樣本隊(duì)列312和316。不同的部分樣本隊(duì)列的樣本數(shù)目可以不相等。
由于噪聲(的作用)，諸部分樣本隊(duì)列不能從一組接收的采樣信號中直接地選出，但在該部分樣本隊(duì)列被選出之前，該信號必須進(jìn)行再生。圖4說明一組信號的再生過程。該圖更精細(xì)地顯示圖2中方框204的內(nèi)容。該采樣信號被傳送到一個(gè)檢測器400，后者作出一個(gè)硬判決以檢出該符號。硬判決202被傳送到一個(gè)脈沖串調(diào)節(jié)器204，從調(diào)節(jié)器中由諸符號形成的脈沖串被進(jìn)一步傳送到一個(gè)調(diào)制器406。由此得到的該信號被傳送到一個(gè)計(jì)算處理器412，在該處理器中，從該檢測器那里接收一個(gè)估算的信道函數(shù)410，作為一個(gè)第二輸入。該處理器在該已調(diào)制信號以及該信道函數(shù)之間進(jìn)行一次卷積運(yùn)算，由此導(dǎo)出一個(gè)再生信號414。這個(gè)信號被進(jìn)一步地送往一個(gè)計(jì)算處理器416，由后者搜索部分樣本隊(duì)列。
被找到的部分樣本隊(duì)列被映射到該接收信號的包絡(luò)之上。讓我們考察下面的例子。假設(shè)該接收信號為y(t,i)，再生信號為s(t,i)，在一個(gè)時(shí)隙中，二者各包含148個(gè)樣本〔y1,y2,......,y148〕以及〔s1,s2......,s148〕。假設(shè)已經(jīng)從該再生的樣本隊(duì)列中找到一個(gè)部分樣本隊(duì)列〔s5,s23,s89,s121〕。這就意味著s5=s23=s89=s121。根據(jù)上面所列的D的計(jì)算公式，則yqueue1(t,j,i)=(y5+y23)/2yqueue2(t,j,i)=(y89+y121)/2現(xiàn)在，我們考察本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例，該實(shí)施例適用于一組信號通過一條非分集的單徑信道進(jìn)行傳播的環(huán)境。本發(fā)明的優(yōu)越的特征在于跟上面的采用部分樣本隊(duì)列的解決方案相比，它的實(shí)現(xiàn)是比較簡單的。
讓我們借助于圖5來考察本發(fā)明的解決方案。在本發(fā)明的解決方案中，根據(jù)該包絡(luò)的變化量來估算該速度。在這個(gè)解決方案的模型中，不考慮ISI的影響，因?yàn)樵谝粭l非分集的信道上，它并不出現(xiàn)。如上所述，由于跳頻(的關(guān)系)，要在每一個(gè)時(shí)隙當(dāng)中觀察該包絡(luò)的變化。
樣本502取自該接收信號200。該采樣速度可以是，例如，每個(gè)符號一個(gè)樣本。通過使用一個(gè)在長度上最多為半個(gè)時(shí)隙的時(shí)間窗口來計(jì)算該信號包絡(luò)的平均強(qiáng)度。在每一個(gè)接收時(shí)隙中，通過使用至少兩個(gè)時(shí)間窗口來計(jì)算該包絡(luò)的平均強(qiáng)度。在處理器500中，基于上述平均強(qiáng)度計(jì)算在該時(shí)隙中該包絡(luò)的平均變化量。還要在若干個(gè)時(shí)隙上求出由此得到的平均包絡(luò)變化量平均值。用D來表示該包絡(luò)的平均變化數(shù)值，并且用y(t,i)來表示該接收信號，其中，i表示第i個(gè)時(shí)隙，通過所附的一個(gè)時(shí)隙具有兩個(gè)時(shí)間窗口的示例公式，可以說明該計(jì)算過程D=1NΣI=0N-1[y1-(t,j)-(y-2(t,j)]2]]>式中，N=時(shí)隙的數(shù)目，yqueue1(t,j,i)=在該第一時(shí)間窗口的平均值，以及yqueue2(t,j,i)=在該第二時(shí)間窗口的平均值。
在該處理器210中，預(yù)先將該平均變化數(shù)值D跟存儲在存儲元件212中的某些理論參考數(shù)值進(jìn)行比較，比較的結(jié)果是，找到該終端設(shè)備的速度214。在一個(gè)實(shí)用的實(shí)施例中，諸處理器500和210可以是同一個(gè)處理器或者一個(gè)不同的處理器，或者是由專門的邏輯電路實(shí)現(xiàn)的一種相應(yīng)的計(jì)算，這對專業(yè)人士來說是顯而易見的。
跟前一個(gè)實(shí)施例不同之處在于，在本實(shí)施方案中，借助于被放置在該時(shí)間窗口內(nèi)的所有樣本來計(jì)算該包絡(luò)的強(qiáng)度。而在第一實(shí)施例中，則形成部分樣本隊(duì)列。
示于圖2和圖5的諸結(jié)構(gòu)是本發(fā)明的接收機(jī)結(jié)構(gòu)的實(shí)例，圖中僅示出對本發(fā)明來說具有重要意義的各部分。除了圖中所示的以外，本發(fā)明的接收機(jī)明顯地包括其他諸部件，例如一組天線、諸射頻部件以及濾波器，這對專業(yè)人士來說也是顯而易見的。
雖然在上面參照于諸附圖的實(shí)例對本發(fā)明已經(jīng)作了說明，但很明顯，本發(fā)明并不局限于此，可以在所附權(quán)利要求書中所公開的創(chuàng)造性理念的范圍內(nèi)，以多種方式加以改變。
權(quán)利要求
1．一種用于在一個(gè)使用時(shí)分多址方法的無線電系統(tǒng)中測定終端設(shè)備速度的方法，該方法包括在一個(gè)給定的時(shí)間窗口內(nèi)測量一組接收到的采樣信號的包絡(luò)的平均強(qiáng)度，其特征在于該給定的時(shí)間窗口在長度上最多為半個(gè)時(shí)隙，在每一個(gè)時(shí)間窗口期間，形成一個(gè)正比于該信號包絡(luò)的平均強(qiáng)度的參數(shù)，在每一個(gè)接收時(shí)隙，通過使用至少兩個(gè)時(shí)間窗口來測量該參數(shù)，以及基于該參數(shù)，按照諸時(shí)隙來計(jì)算該包絡(luò)的變化，所導(dǎo)出的變化數(shù)值在若干個(gè)時(shí)隙上求平均值，將該平均變化數(shù)值跟由計(jì)算得出的參考數(shù)值進(jìn)行比較，比較的結(jié)果表示該設(shè)備的速度。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過形成該接收信號的諸樣本的一個(gè)或多個(gè)部分樣本隊(duì)列，來計(jì)算跟該信號包絡(luò)的平均強(qiáng)度成正比的該參數(shù)，對每一個(gè)部分隊(duì)列都計(jì)算其平均強(qiáng)度。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于由具有相等的快速衰落的該包絡(luò)的諸樣本，來形成每一個(gè)部分樣本隊(duì)列。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于由一個(gè)再生信號來形成該部分樣本隊(duì)列，在該再生信號中，已經(jīng)進(jìn)行了判別、調(diào)制以及跟信道脈沖響應(yīng)的乘法運(yùn)算。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過計(jì)算在該時(shí)隙中所有樣本的所測得的強(qiáng)度的平均值，來計(jì)算跟該信號包絡(luò)的平均強(qiáng)度成正比的該參數(shù)。
6．在一個(gè)使用時(shí)分多址方法的無線電系統(tǒng)中的接收機(jī)，該接收機(jī)包括用于對該接收信號進(jìn)行采樣的裝置(202,502)，其特征在于該接收機(jī)包括裝置(202,208,500)，用以在每一個(gè)接收時(shí)隙中，通過使用至少兩個(gè)時(shí)間窗口，從而在一個(gè)在長度上最多為半個(gè)時(shí)隙的時(shí)間窗口內(nèi)，形成一個(gè)跟該信號包絡(luò)的平均強(qiáng)度成正比的參數(shù)，以及裝置(208,500)，用于按照諸時(shí)隙，根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算該包絡(luò)的變化，并且在若干個(gè)時(shí)隙上，計(jì)算所導(dǎo)出的變化數(shù)值的平均值，以及裝置(210,212)，用于將該平均變化數(shù)值跟計(jì)算所得的參考數(shù)值進(jìn)行比較，并用于指示該設(shè)備的速度。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的接收機(jī)，其特征在于該接收機(jī)包括裝置(204)，用以形成該接收信號的一個(gè)或多個(gè)部分樣本隊(duì)列，還包括裝置(208)，用以針對每一個(gè)部分隊(duì)列計(jì)算該平均強(qiáng)度。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的接收機(jī)，其特征在于該接收機(jī)包括用于形成具有相等的快速衰落的接收信號的諸樣本的每一個(gè)部分隊(duì)列。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的接收機(jī)，其特征在于該裝置(204)包括用于檢出該接收信號的裝置(400)，用于將一組被檢出的符號(402)組成一個(gè)脈沖串的裝置(404)，用于調(diào)制所形成的諸脈沖串的裝置(406)，用于將該已調(diào)制信號乘以信道脈沖響應(yīng)(410)的裝置(412)，以及用于從該乘積信號(414)中尋找該部分樣本隊(duì)列的裝置(416)。
10．根據(jù)權(quán)利要求6所述的接收機(jī)，其特征在于該接收機(jī)包括裝置(202)，該裝置通過平均在該時(shí)隙中的所有樣本的已測得的強(qiáng)度，形成一個(gè)跟該信號包絡(luò)的平均強(qiáng)度成正比的參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測定一臺終端設(shè)備的速度的方法以及一部在一個(gè)使用時(shí)分多址方法的無線電系統(tǒng)中的接收機(jī),該接收機(jī)包括裝置(202,502),用于對該接收信號進(jìn)行采樣。為了有利地測定該終端設(shè)備的速度,該接收機(jī)包括裝置(202,208,500),用以在每一個(gè)接收時(shí)隙內(nèi),通過使用至少兩個(gè)時(shí)間窗口,從而在一個(gè)在長度上最多為半個(gè)時(shí)隙的時(shí)間窗口內(nèi)形成一個(gè)跟該信號包絡(luò)的平均強(qiáng)度成正比的參數(shù),并包括裝置(208,500),用以按照諸時(shí)隙,根據(jù)該參數(shù)來計(jì)算該包絡(luò)的變化,并且在若干個(gè)時(shí)隙上,計(jì)算該導(dǎo)出的變化數(shù)值的平均值,還包括裝置(210,212),用以將該平均變化數(shù)值跟計(jì)算所得的參考數(shù)值進(jìn)行比較,并指示該設(shè)備的速度。
文檔編號G01S11/06GK1212111SQ97192429
公開日1999年3月24日 申請日期1997年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月20日
發(fā)明者王鈴 申請人:諾基亞電信公司