專利名稱：移動(dòng)無線通信設(shè)備中的多普勒展寬/速度估計(jì)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及移動(dòng)無線通信設(shè)備，具體地說涉及在移動(dòng)無線通信設(shè)備中估計(jì)多普勒展寬(Doppler spread)/速度。
背景技術(shù)：
許多蜂窩通信系統(tǒng)的性能取決于通過移動(dòng)無線通信站或設(shè)備對(duì)未知參數(shù)(例如第三代蜂窩通信系統(tǒng)中的衰落信道系數(shù))的估計(jì)的準(zhǔn)確性。
參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)確性的一個(gè)重要來源就是移動(dòng)站在運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)歷的多普勒現(xiàn)象。例如，在某些蜂窩通信系統(tǒng)中的信道估計(jì)要求對(duì)在移動(dòng)站上接收到的導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行濾波。濾波器的優(yōu)化帶寬取決于多普勒展寬。
速度與頻率成比例，并因此與多普勒展寬成比例。移動(dòng)通信設(shè)備中的精確多普勒展寬的知識(shí)，對(duì)于給較慢的移動(dòng)站分配微小區(qū)(micro-cell)，給較快的移動(dòng)站分配宏小區(qū)，以及做出相對(duì)精確的功率控制測(cè)量來說，是十分有用的。
已經(jīng)知道怎樣基于在移動(dòng)站上接收到的信號(hào)的幅度平方的自協(xié)方差來估計(jì)多普勒展寬。但是，此方法的一個(gè)問題是估計(jì)器的退化，其原因在于與在延遲0處的幅度平方的自協(xié)方差估計(jì)相關(guān)的糟糕的抗噪性。這種現(xiàn)有技術(shù)方法的另一個(gè)問題在于，它是基于對(duì)接收到的信號(hào)的幅度平方的一階矩和二階矩的估計(jì)，該估計(jì)主要是該信號(hào)的二階矩和四階矩。通常，接收到的信號(hào)的高階矩比其低階矩更難以估計(jì)，因此，基于對(duì)所接收信號(hào)的幅度平方的一階矩和二階矩估計(jì)的現(xiàn)有技術(shù)多普勒展寬估計(jì)很容易不精確，這將導(dǎo)致糟糕的系統(tǒng)性能。
對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，通過考慮下面對(duì)本發(fā)明和附圖的詳細(xì)描述，將會(huì)使本發(fā)明的各種方面、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)變得更加完全地顯而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)包括移動(dòng)無線通信設(shè)備的通信系統(tǒng)，多普勒展寬就是為此而估計(jì)的。
圖2是用于確定多普勒展寬的示意性流程圖。
圖3是對(duì)應(yīng)本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的幾個(gè)實(shí)施例的信噪比(SNR)性能的相對(duì)偏差的圖示。
圖4是對(duì)應(yīng)于本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的幾個(gè)實(shí)施例的SNR性能的相對(duì)均方差(RMSE)的平方根的圖示。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明中，在移動(dòng)無線通信設(shè)備，例如蜂窩電話手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、無線使能計(jì)算機(jī)等中估計(jì)多普勒展寬。
在一個(gè)實(shí)施例中，多普勒展寬估計(jì)基于在其上傳輸信號(hào)的信道的脈沖響應(yīng)的估計(jì)的自相關(guān)函數(shù)的實(shí)部。在此，對(duì)于估計(jì)的自相關(guān)函數(shù)的進(jìn)一步的引用指的是其實(shí)部。在另一實(shí)施例中，多普勒展寬估計(jì)基于在其上傳輸信號(hào)的信道的脈沖響應(yīng)的幅度平方的估計(jì)的自協(xié)方差函數(shù)。本發(fā)明的多普勒展寬估計(jì)除了具有現(xiàn)有技術(shù)的其它優(yōu)點(diǎn)之外，還具有改進(jìn)的抗噪性。
圖2中，在框200，估計(jì)自協(xié)方差或者自相關(guān)函數(shù)。通常，對(duì)自相關(guān)或自協(xié)方差函數(shù)的估計(jì)是公知的。例如，在窄帶通信系統(tǒng)中，自協(xié)方差或自相關(guān)函數(shù)可以基于在移動(dòng)無線通信設(shè)備上接收的信號(hào)。
在TDMA系統(tǒng)中，估計(jì)的自協(xié)方差或自相關(guān)函數(shù)基于無線移動(dòng)通信設(shè)備的自適應(yīng)均衡器或其它電路部分的輸出。
在一個(gè)實(shí)施例中，如在圖1的示例CDMA或WCDMA接收器100中所示，估計(jì)的自相關(guān)函數(shù)基于與瑞克接收器(rake receiver)110的特定路徑相關(guān)的多個(gè)瑞克指(rake finger)A-N中的一個(gè)或多個(gè)的I和/或Q信號(hào)分量。在另一實(shí)施例中，估計(jì)的自協(xié)方差函數(shù)基于rake接收器110的一個(gè)或多個(gè)rake指的I和Q信號(hào)分量。此外，估計(jì)的自協(xié)方差函數(shù)也可以基于rake接收器110的輸出Rout。
圖1的示例設(shè)備100通常包括放大器120和其它部件，包括在本地處理器150(例如可編程DSP或類似ASIC的專用硬件電路，或者本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的其它處理器或組合)的控制之下的基帶處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、顯示和輸入，其中一些部件并沒有示出，但都是本領(lǐng)域公知的。
在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)信號(hào)的同相或正交分量來估計(jì)自相關(guān)函數(shù)，在另一實(shí)施例中，根據(jù)信號(hào)的同相和正交分量來估計(jì)自相關(guān)函數(shù)。在又一實(shí)施例中，根據(jù)信號(hào)的幅度平方來估計(jì)自協(xié)方差函數(shù)。
圖2中，在框210，為第一延遲n估計(jì)自協(xié)方差或自相關(guān)函數(shù)的第一值。在估計(jì)的函數(shù)為自協(xié)方差函數(shù)的本發(fā)明的實(shí)施例中，第一延遲為任意正或負(fù)的非零值，在估計(jì)的函數(shù)為自相關(guān)函數(shù)的實(shí)施例中，第一延遲n可以為包括零在內(nèi)的任意值。
在框220，在第二延遲m處估計(jì)出估計(jì)的自相關(guān)或自協(xié)方差函數(shù)的第二值，其中第二延遲m的幅度大于第一延遲n的幅度。
圖2中，在第一差別和第二差別之間計(jì)算出第一比率。第一差別是第一延遲n處的估計(jì)值與第二延遲m處的估計(jì)值之間的差別。在差分框230示意性地示出了第一差別的計(jì)算。第二差別是第一乘積與第二乘積之間的差別。第一乘積是第二延遲平方m2與第一延遲n處的估計(jì)值的乘積。第二乘積是第一延遲平方n2與第二延遲m處的估計(jì)值的乘積。在差分框240示意性地示出了第二差別的計(jì)算。
在除法器框示意性地算出了第一和第二差別的第一比率，定量地表述如下公式(1) x＝[(n)-(m)]/[m2(n)-n2(m)]式中，(n)是具有第一延遲n的估計(jì)的自相關(guān)或自協(xié)方差的估計(jì)值，(m)是具有第二延遲m的相同估計(jì)函數(shù)的估計(jì)值。
圖2中，在框255，如果第一比率x小于0，則計(jì)算出第一比率的幅度。因此框255的輸出就是第一比率的幅度?？商鎿Q地，在框255，如果第一比率小于0，就將框255的輸出置為0。如果第一比率大于0，則第一比率即為框255的輸出。
在框260，計(jì)算出框255輸出的平方根。如果第一比率大于0，多普勒展寬與第一比率的平方根成比例。如果第一比率小于0，則多普勒展寬與第一比率的幅度的平方根成比例。可替換地，如果第一比率小于0，多普勒展寬就為0。
圖2中，在框270，第一比率的平方根以第二比率來縮放，其中，估計(jì)的多普勒展寬或速度與第一比率平方根和第二比率的乘積成比例。第二比率是π和T的乘積的倒數(shù)，其中T為處理速率的倒數(shù)。例如，處理速率可以是符號(hào)率或者碼片率(chip rate)或一些本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的其它速率。
通常，第二比率可定量地表述如下
公式(2)1/(πT)在估計(jì)的函數(shù)是自相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用中，多普勒展寬與第一和第二比率的乘積成比例。在估計(jì)的函數(shù)是自協(xié)方差函數(shù)的應(yīng)用中，多普勒展寬與第一和第二比率的乘積乘以2的平方根除以2的相乘因子成比例。因此，對(duì)于自協(xié)方差函數(shù)來說，公式(2)可通過下式縮放公式(3)2/2]]>圖3是對(duì)應(yīng)與現(xiàn)有技術(shù)相比較的本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例的信噪比(SNR)性能的相對(duì)偏差的圖示。該圖示出了通常的相對(duì)常量估計(jì)多普勒展寬偏差，其中本發(fā)明的估計(jì)的自相關(guān)函數(shù)基于信號(hào)的同相和/或正交分量，或者自協(xié)方差函數(shù)基于信號(hào)的幅度平方。相反，現(xiàn)有技術(shù)的多普勒展寬估計(jì)偏差在較低信號(hào)強(qiáng)度處明顯差得多。在圖3中，基于由信號(hào)幅度的平方估計(jì)的自協(xié)方差函數(shù)的多普勒展寬估計(jì)或基于由信號(hào)的同相和正交分量估計(jì)的自相關(guān)函數(shù)的多普勒展寬估計(jì)，比僅僅基于信號(hào)的同相或正交分量之一估計(jì)的多普勒展寬具有更小的偏差。
圖4是對(duì)應(yīng)與現(xiàn)有技術(shù)相比較的本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例的SNR性能相對(duì)于均方差(RMSE)的平方根的圖示。對(duì)于本發(fā)明的估計(jì)的自相關(guān)函數(shù)基于信號(hào)的同相和/或正交分量的實(shí)施例或者估計(jì)的自協(xié)方差函數(shù)基于信號(hào)的幅度平方的實(shí)施例，該圖示出了通常的估計(jì)多普勒展寬的相對(duì)恒定的RMSE。相反，現(xiàn)有技術(shù)的多普勒展寬估計(jì)在較低信號(hào)強(qiáng)度處明顯具有相當(dāng)大的RMSE。在圖4中，基于由信號(hào)幅度的平方估計(jì)的自協(xié)方差函數(shù)或基于信號(hào)的同相和正交分量的自相關(guān)函數(shù)的RMSE，比現(xiàn)有技術(shù)更小，尤其是在較低的信號(hào)強(qiáng)度處。
盡管通過建立發(fā)明者的擁有權(quán)以及使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠做出和使用本發(fā)明的方式，描述了本發(fā)明以及這里所考慮的其當(dāng)前的最佳實(shí)施方式，應(yīng)該理解并認(rèn)識(shí)到，這里所公開的示范實(shí)施例有許多的等價(jià)物，并且再不背離本發(fā)明的范圍和精神的前提下可以做出多種修改和變化，其中本發(fā)明的范圍和精神不是由示范實(shí)施例限定的，而是由所附權(quán)利要求限定的。
權(quán)利要求
1.一種在移動(dòng)無線通信設(shè)備中估計(jì)多普勒展寬的方法，其包括估計(jì)第一和第二延遲的信道的脈沖響應(yīng)的自相關(guān)估計(jì)的值，所述第二延遲的幅度比所述第一延遲的幅度大；確定第一差別和第二差別之間的第一比率，所述第一差別是第一延遲處的估計(jì)值與第二延遲處的估計(jì)值之間的差別，所述第二差別是第一乘積和第二乘積之間的差別，所述第一乘積是第二延遲平方與第一延遲處所述估計(jì)值的乘積，所述第二乘積是第一延遲平方與第二延遲處所述估計(jì)值的乘積；如果所述第一比率大于0，就確定第一比率的平方根；確定與所述第一比率的平方根成比例的多普勒展寬。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，如果所述第一比率小于0，確定所述第一比率的絕對(duì)值的平方根。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，如果所述第一比率小于0，將所述第一比率的值設(shè)為0。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，通過將所述第一比率的平方根與第二比率相乘來確定所述多普勒展寬，所述第二比率是π與T乘積的倒數(shù)，其中T為處理速率的倒數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，由信號(hào)的同相和正交分量來估計(jì)自相關(guān)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，由信號(hào)的同相和正交分量之一來估計(jì)自相關(guān)。
7.一種在移動(dòng)無線通信設(shè)備中估計(jì)多普勒展寬的方法，其包括估計(jì)第一非零延遲和第二延遲的信道的脈沖響應(yīng)的幅度平方的自協(xié)方差估計(jì)的值，所述第二延遲的幅度比所述第一延遲的幅度大；確定第一差別和第二差別之間的第一比率，所述第一差別是第一延遲處的估計(jì)值與第二延遲處的估計(jì)值之間的差別，所述第二差別是第一乘積和第二乘積之間的差別，所述第一乘積是第二延遲平方與第一延遲處所述估計(jì)值的乘積，所述第二乘積是第一延遲平方與第二延遲處所述估計(jì)值的乘積；如果所述第一比率大于0，確定所述第一比率的平方根；確定與所述第一比率的平方根成比例的多普勒展寬。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，如果所述第一比率小于0，確定所述第一比率的絕對(duì)值的平方根。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，如果所述第一比率小于0，將所述第一比率的值設(shè)為0。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，通過將所述第一比率的平方根與第二比率相乘來確定所述多普勒展寬，所述第二比率是2的平方根除以2π與T乘積的比率，其中T為處理速率的倒數(shù)。
11.一種移動(dòng)無線通信設(shè)備，其包括用于確定大于0的第一比率的平方根的裝置，所述第一比率定義為[(n)-(m)]/[m2(n)-n2(m)]，式中，(n)是第一延遲n處信道的脈沖響應(yīng)的估計(jì)的自相關(guān)的估計(jì)值，(m)是第二延遲m處的估計(jì)的自相關(guān)的估計(jì)值，所述第二延遲m的幅度比第一延遲n的幅度大；如果所述第一比率大于0，確定與所述第一比率的平方根成比例的多普勒展寬的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，還包括如果所述第一比率小于0就確定所述第一比率的絕對(duì)值的平方根的裝置。
13.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，還包括如果所述第一比率小于0就將所述第一比率的值設(shè)為0的裝置。
14.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，還包括將所述第一比率的平方根縮放一個(gè)π與T乘積的倒數(shù)的相乘因子，其中T為處理速率的倒數(shù)。
15.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，還包括具有多個(gè)rake指的瑞克接收器，包括用于從所述多個(gè)rake指中的一個(gè)或多個(gè)的輸出來估計(jì)所述自相關(guān)的裝置。
16.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，還包括用于從接收信號(hào)的同相和正交分量來估計(jì)所述自相關(guān)的裝置。
17.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，還包括用于從接收信號(hào)的同相或正交分量之一來估計(jì)所述自相關(guān)的裝置。
18.一種移動(dòng)無線通信設(shè)備，其包括用于確定大于0的第一比率的平方根的裝置，所述第一比率定義為[(n)-(m)]/[m2(n)-n2(m)]，式中，(n)是來自第一非零延遲n處信道的脈沖響應(yīng)的幅度平方的估計(jì)的自協(xié)方差的估計(jì)值，(m)是第二延遲m處的估計(jì)的自協(xié)方差的估計(jì)值，所述第二延遲m的幅度比第一延遲n的幅度大；如果所述第一比率大于0就確定與所述第一比率的平方根成比例的多普勒展寬的裝置。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，還包括將所述第一比率的平方根縮放一個(gè)2的平方根除以2π與T乘積的相乘因子，其中T為處理速率的倒數(shù)。
20.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，還包括rake接收器，包括用于從所述rake接收器的輸出來估計(jì)所述自協(xié)方差的裝置。
21.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，還包括具有多個(gè)rake指的rake接收器，包括用于從所述多個(gè)rake指的一個(gè)或多個(gè)的輸出來估計(jì)所述自協(xié)方差的裝置。
22.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，還包括用于從接收信號(hào)的同相和正交分量來估計(jì)所述自協(xié)方差的裝置。
23.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，還包括如果所述第一比率小于0就確定第一比率的絕對(duì)值的平方根的裝置。
24.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，還包括如果所述第一比率小于0就將所述第一比率的值設(shè)為0的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于在例如CDMA或W－CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的移動(dòng)無線通信設(shè)備中估計(jì)多普勒展寬的方法，其具有改進(jìn)的抗噪性。多普勒展寬估計(jì)基于在第一延遲(210)和在第二延遲(220)的自相關(guān)或自協(xié)方差的估計(jì)值，第二延遲的幅度大于第一延遲。在第一差別(230)與第二差別(240)之間確定第一比率。估計(jì)的多普勒展寬通常與第一比率的平方根(260)成比例，并且縮放一個(gè)相乘因子，該縮放因子取決于估計(jì)函數(shù)是自相關(guān)還是自協(xié)方差函數(shù)。
文檔編號(hào)H04L27/06GK1529970SQ02810944
公開日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2002年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月31日
發(fā)明者亞歷山大·馬萊特, 亞歷山大 馬萊特, 保羅 奧利弗, 約翰·保羅·奧利弗 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司