專利名稱：速度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于正交分頻多任務(wù)通訊系統(tǒng)，尤其是有關(guān)于速度測量方法，在一發(fā)射器傳送符元信號至一接收器時，通過信道特性來檢測相對速度。
背景技術(shù)：
根據(jù)正交分頻多任務(wù)(OFDM)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)是通過多個子載波分別傳送，搭配保護(hù)區(qū)間機(jī)制可有效的解決多信道干擾問題。在移動通訊系統(tǒng)中，如無線電話網(wǎng)絡(luò)，在行進(jìn)中的發(fā)射器(或接收器)與移動站聯(lián)系，而另一端接收器(或發(fā)射器)則與基地臺聯(lián)系。移動中的傳輸信道，會產(chǎn)生具有時變性的多信道干擾效應(yīng)。信道響應(yīng)的時變率又可稱為同調(diào)時間(coherence time)Tc。該同調(diào)時間Tc與發(fā)射器與接收器之間測量到的一多普勒偏移頻率fd為反比關(guān)系。傳統(tǒng)上，方程式表示為Tc=0.423fd---(1)]]>越高的多普勒偏移頻率，就得到越短的同調(diào)時間。而該多普勒偏移頻率與發(fā)射器接收器之間的相對速度有關(guān)聯(lián)，并與傳輸信號的頻率成正比。方程式可以表示為fd=fc·vc---(2)]]>其中c代表光速，而fc為傳輸信號的頻率。因fc和c為已知的值，而fd是可測量的值，所以借第(2)式可以推算相對速度v。
在IEEE Tr.消費(fèi)電子第49集2001年11月第4版中有一篇論文J.Cai，W.Song，和Z.Li的“Doppler Spread Estimation for Mobile OFDM Systemsin Rayleigh Fading Channels”提到，如果一發(fā)射器持續(xù)發(fā)出一特定內(nèi)容的信號，而傳輸信道又隨著時間而改變，則接收器端可以利用零階Bessel函式將接收到的符元信號進(jìn)行自我關(guān)聯(lián)運(yùn)算，而產(chǎn)生一關(guān)聯(lián)值φ(Δt)＝J0(2πfdΔt) (3)其中φ(Δt)為對應(yīng)延遲時間Δt的關(guān)聯(lián)值。該延遲時間為符元時間Ts的倍數(shù)Δt＝mTs(4)因此，第(3)式中的關(guān)聯(lián)值φ(Δt)也可以表示為φ(m)＝J0(2πfdmTs) (5)其中Ts代表一個符元周期的時間，而m是一個正整數(shù)。傳統(tǒng)上，速度的測量需要復(fù)雜的算法和硬件，很難兼顧效能與成本。因此，一個更有效率的測量方法是有待開發(fā)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種速度測量方法，用以檢測一發(fā)射器和一接收器之間在傳送正交分頻多任務(wù)符元信號時的一相對速度。首先建立一第一關(guān)聯(lián)表，用以根據(jù)多普勒偏移原理，表示相對速度和信道特性的對應(yīng)關(guān)系。接著測量相對移動時產(chǎn)生的信道變化特征。最后查詢該第一關(guān)聯(lián)表，根據(jù)該信道變化特征推算該相對速度。
該信道變化特征為一關(guān)聯(lián)值，由接收器所接收到的符元信號根據(jù)延遲時間進(jìn)行自我關(guān)聯(lián)運(yùn)算而得。該第一關(guān)聯(lián)表是根據(jù)一第一延遲時間而建立，紀(jì)錄了該關(guān)聯(lián)值與一第一群假定偏移頻率在該第一延遲時間下的對應(yīng)關(guān)系。該第一群假定偏移頻率的范圍是從零到第一極值，而該相對速度與該第一群假定偏移頻率有正比關(guān)系。
該第一關(guān)聯(lián)表的建立包含下列步驟。首先以該第一群假定頻率和延遲時間為變量代入一Bessel函數(shù)，產(chǎn)生多個關(guān)聯(lián)曲線，各對應(yīng)一假定偏移頻率。接著將該第一延遲時間代入所述關(guān)聯(lián)曲線，得到多個關(guān)聯(lián)值，各對應(yīng)一假定偏移頻率；其中該第一延遲時間的值是選自一范圍，該范圍內(nèi)所述關(guān)聯(lián)值與對應(yīng)的假定偏移頻率為單調(diào)變化關(guān)系。最后紀(jì)錄所述關(guān)聯(lián)值和對應(yīng)的假定偏移頻率，產(chǎn)生該第一關(guān)聯(lián)表。
該相對速度的推算，首先將該接收器接收到的符元信號以該第一延遲時間進(jìn)行自我關(guān)聯(lián)運(yùn)算，產(chǎn)生一第一關(guān)聯(lián)值。接著查詢該第一關(guān)聯(lián)表，得到對照該第一關(guān)聯(lián)值的一第一偏移頻率。最后根據(jù)該第一偏移頻率推得該相對速度。該第一群假定偏移頻率是從零到該第一極值之間，每隔一第一特定間隔選取一值而得。如果該第一關(guān)聯(lián)值對應(yīng)到其中兩個假定偏移頻率之間，則以內(nèi)插法計算該第一偏移頻率。
如果該第一關(guān)聯(lián)值對應(yīng)到的頻率在零和第一個非零的假定偏移頻率之間，則使用一第二延遲時間建立一第二關(guān)聯(lián)表，其中該第二延遲時間高于該第一延遲時間。該第二關(guān)聯(lián)表紀(jì)錄了該關(guān)聯(lián)值與一第二群假定偏移頻率在該第二延遲時間下的對應(yīng)關(guān)系；其中該第二群假定偏移頻率是從零到一第二極值之間，每隔一第二特定間隔選取一值而得，而該第二極值即為該第一群假定偏移頻率中最小的非零的假定偏移頻率。接著以該第二延遲時間再次計算該相對速度，借此推算出的相對速度比使用該第一延遲時間具有更高的精確度。


圖1a為大范圍的偏移頻率關(guān)聯(lián)曲線；圖1b為從圖1a產(chǎn)生的第一關(guān)聯(lián)表100；圖2a為中范圍的偏移頻率關(guān)聯(lián)曲線；圖2b為從圖2a產(chǎn)生的第二關(guān)聯(lián)表200；圖3a為小范圍的偏移頻率關(guān)聯(lián)曲線；圖3b為從圖3a產(chǎn)生的第三關(guān)聯(lián)表300；以及圖4為本發(fā)明速度測量方法的流程圖。
符號說明
100～第一關(guān)聯(lián)表；200～第二關(guān)聯(lián)表；300～第三關(guān)聯(lián)表。
具體實(shí)施例方式
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下圖1a為大范圍的偏移頻率關(guān)聯(lián)曲線。在本實(shí)施例中預(yù)先建立了多個關(guān)聯(lián)表，因此相對速度可以很輕易的根據(jù)信道變化特征通過查表的方式而推得。在圖1a及圖1b中有七條關(guān)聯(lián)曲線，其所屬的偏移頻率fd為0Hz到240Hz，間隔40Hz。在DVB-T系統(tǒng)的定義中，子載波數(shù)量，符元時間Ts和保護(hù)區(qū)間GI的大小隨著傳輸率而異。而符元時間Ts可以從保護(hù)區(qū)間GI和數(shù)據(jù)時間Tu推得Ts＝TU(1+GI) (6)舉例來說，如果保護(hù)區(qū)間GI選定為8K模式中的1/8，則從第(5)式可描繪出一條關(guān)聯(lián)曲線，其中橫軸代表延遲時間m，縱軸代表關(guān)聯(lián)值Φ(m)。這些關(guān)聯(lián)曲線各屬于一假定偏移頻率，用以表示相對速度和符元信號的自我關(guān)聯(lián)值的關(guān)系。在圖1a中，選定一特定的延遲時間m，畫一條垂直線，則可和所述關(guān)聯(lián)曲線相交而產(chǎn)生多個交點(diǎn)，各對應(yīng)一關(guān)聯(lián)值。本實(shí)施例刻意選擇一個延遲時間m，使得所對應(yīng)出來的關(guān)聯(lián)值與偏移頻率之間的關(guān)系是單調(diào)變化。以圖1a為例，偏移頻率為200Hz和240Hz的關(guān)聯(lián)曲線，第一個交點(diǎn)之前的關(guān)聯(lián)值與偏移頻率的關(guān)系都是單調(diào)變化。以延遲時間m＝2的垂直線為例，在0Hz的關(guān)聯(lián)曲線上得到關(guān)聯(lián)值為1，而隨著偏移頻率增加，關(guān)聯(lián)值也越低。最后到200Hz時關(guān)聯(lián)值已經(jīng)低于零。換言之，只要能選擇適當(dāng)?shù)难舆t時間m，就能夠在偏移頻率和關(guān)聯(lián)值之間找出一個單調(diào)變化的關(guān)系。
圖1b為從圖1a產(chǎn)生的第一關(guān)聯(lián)表100。在這種情況下，延遲時間選定為2后，求得對應(yīng)的交點(diǎn)P0到P240，每一交點(diǎn)對應(yīng)的偏移頻率與關(guān)聯(lián)值則被記錄在該第一關(guān)聯(lián)表100中。當(dāng)一發(fā)射器以一相對速度移動，并發(fā)出一特定內(nèi)容的信號時，該接收器便從接收到的符元信號進(jìn)行自我關(guān)聯(lián)運(yùn)算，求出關(guān)聯(lián)值。自我關(guān)聯(lián)運(yùn)算可以通過一乘法器和一延遲線實(shí)現(xiàn)。首先該延遲線將接收到的符元信號延遲m時間，接著以該乘法器將符元信號與延遲符元信號相乘。因偏移頻率和關(guān)聯(lián)值在選定的延遲時間m下具有線性關(guān)系，所以偏移頻率fd可以輕易的通過內(nèi)插法從交點(diǎn)P0到P240中求出，而速度v也可以借由第(2)式從該偏移頻率fd求出。
圖2a為中范圍的偏移頻率關(guān)聯(lián)曲線。第二關(guān)聯(lián)表200可用來更進(jìn)一步分析偏移頻率0Hz到40Hz之間的關(guān)聯(lián)值，求出精確度更高的相對速度值。當(dāng)求出的偏移頻率小于40Hz，就使用該第二關(guān)聯(lián)表200來取代第一關(guān)聯(lián)表100。在此，第二關(guān)聯(lián)表200是使用另一個可形成調(diào)單變化的延遲時間m值所建立。舉例來說，當(dāng)延遲時間m等于15時，交點(diǎn)之間的距離拉得較開，所得到的分辨率比延遲時間m等于10來得好。相對的，如果延遲時間m選定為20時，則關(guān)聯(lián)值與偏移頻率失去了單調(diào)變化的關(guān)系，所以無法提供有效的對照關(guān)系。選定延遲時間m的方法可以有很多種。舉例來說，可以觀察圖表中偏移頻率最大的關(guān)聯(lián)曲線(圖2a中為40Hz)，并選定該關(guān)聯(lián)曲線上關(guān)聯(lián)值為零所對應(yīng)的延遲時間m值，來畫一縱線求出所有交點(diǎn)，建立該第二關(guān)聯(lián)表200。另一方法是找出該40Hz關(guān)聯(lián)曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，斜率為零之處所對應(yīng)的延遲時間m值，來求所有交點(diǎn)。延遲時間m必須是個整數(shù)，所以要從上述選定的值中找最接近的整數(shù)來使用。以圖2a為例，最后延遲時間m的值決定為15，交點(diǎn)P0到P40就從中求得，形成圖2b的第二關(guān)聯(lián)表200。
圖3a為小范圍的偏移頻率關(guān)聯(lián)曲線，包含六條關(guān)聯(lián)曲線，從0Hz到10Hz，間隔2Hz。當(dāng)偏移頻率小于10Hz時，可以更進(jìn)一步的建立如圖3b所示的第三關(guān)聯(lián)表300，以獲得比第一關(guān)聯(lián)表100和第二關(guān)聯(lián)表200更佳的精確度。在圖3a中，延遲時間m選定為60，對應(yīng)產(chǎn)生六個交點(diǎn)P0到P10。延遲時間m＝2的自我關(guān)聯(lián)值表示如下φ(2)=E{r[n]·r[n-2]}E{r[n]·r[n]}---(7)]]>其中r[n]代表所接收到的符元信號，而r[n-2]代表延遲了兩個符元周期的延遲符元信號。第(7)式的分母表示兩者相乘并取期望值，而分子則表示除以符元信號的能量，將期望值規(guī)格化(normalize)。然而r[n]可能被噪聲污染，而產(chǎn)生錯誤的關(guān)聯(lián)值。在實(shí)際上，所接收到的符元信號可能表示為r[n]＝s[n]+i[n](8)其中s[n]是原始傳送的信號，而i[n]是噪聲。如果i[n]為一白高斯噪聲(AWGN)，則第(7)式的關(guān)聯(lián)值可以表示為φ(2)=E{r[n]·r[n-2]}E{s[n]·s[n]}+E{i[n]·i[n]}---(9)]]>為了消除第(9)中錯誤的項(xiàng)次，另一種關(guān)聯(lián)值可以定義成 因此，通過這種另類的定義，可以直接消除錯誤的影響，產(chǎn)生另一種關(guān)聯(lián)曲線(未圖標(biāo))表示為下列方程式 同樣的，這種關(guān)聯(lián)曲線也可以借由代入不同的延遲時間m找出偏移頻率和關(guān)聯(lián)值的線性關(guān)系，建立關(guān)聯(lián)表以供查詢。
圖4為本發(fā)明速度測量方法的流程圖。在步驟402，建立至少一個關(guān)聯(lián)表，表示關(guān)聯(lián)值和偏移頻率的對應(yīng)關(guān)系。偏移頻率的范圍選定是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要而定。不同的范圍，使用不同的延遲時間m。以圖1b，圖2b和圖3b為例，三個關(guān)聯(lián)表各對應(yīng)不同的范圍。在步驟404中，在接收到符元信號后，以延遲時間m＝2求出一第一關(guān)聯(lián)值，并根據(jù)第一關(guān)聯(lián)表100查出對應(yīng)的偏移頻率。介于兩個偏移頻率之間的值可以用內(nèi)插法求出。在步驟406中，檢查偏移頻率的范圍。如果偏移頻率低于40Hz，則進(jìn)行步驟408。否則，進(jìn)行步驟414，直接以查表結(jié)果計算出相對速度。在步驟408中，以延遲時間m＝15從接收到的符元信號產(chǎn)生一第二關(guān)聯(lián)值，并查詢第二關(guān)聯(lián)表200求出對應(yīng)的偏移頻率。在步驟410中，檢查該偏移頻率的范圍是否低于10Hz。如果是，則進(jìn)行步驟412。否則進(jìn)行步驟414求出相對速度。在步驟412，更進(jìn)一步以延遲時間m＝60從該符元信號產(chǎn)生一第三關(guān)聯(lián)值，并查詢該第三關(guān)聯(lián)表300以求出偏移頻率。最后，進(jìn)行步驟414求出相對速度。
對每一關(guān)聯(lián)表而言，關(guān)聯(lián)曲線的數(shù)量和頻率間隔并不限定于本實(shí)施例所述。選取延遲時間m的方法也可以有很多種。而關(guān)聯(lián)表的數(shù)量隨著精確度的要求而定，范圍也隨應(yīng)用的需要而異。產(chǎn)生關(guān)聯(lián)曲線的算法也不限于Bessel函式，也可以是其它算法。本發(fā)明的速度測量方法可以應(yīng)用在使用正交分頻多任務(wù)的通訊系統(tǒng)，例如DVB-T，GSM或IEEE 802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種速度測量方法，用以檢測一發(fā)射器和一接收器之間在傳送正交分頻多任務(wù)符元信號時的一相對速度，包含建立一第一關(guān)聯(lián)表，用以根據(jù)多普勒偏移原理，表示相對速度和信道特性的對應(yīng)關(guān)系；測量相對移動時產(chǎn)生的信道變化特征；以及查詢該第一關(guān)聯(lián)表，根據(jù)該信道變化特征推算該相對速度。
2.如權(quán)利要求1所述的速度測量方法，其中該信道變化特征為一關(guān)聯(lián)值，由接收器所接收到的符元信號根據(jù)延遲時間進(jìn)行自我關(guān)聯(lián)運(yùn)算而得；該第一關(guān)聯(lián)表是根據(jù)一第一延遲時間而建立，紀(jì)錄了該關(guān)聯(lián)值與一第一群假定偏移頻率在該第一延遲時間下的對應(yīng)關(guān)系；該第一群假定偏移頻率的范圍是從零到第一極值；以及該相對速度與該第一群假定偏移頻率有正比關(guān)系。
3.如權(quán)利要求2所述的速度測量方法，其中該第一關(guān)聯(lián)表的建立包含下列步驟以該第一群假定頻率和延遲時間為變量代入一Bessel函數(shù)，產(chǎn)生多個關(guān)聯(lián)曲線，各對應(yīng)一假定偏移頻率；將該第一延遲時間代入所述關(guān)聯(lián)曲線，得到多個關(guān)聯(lián)值，各對應(yīng)一假定偏移頻率；其中該第一延遲時間的值選自一范圍，該范圍內(nèi)所述關(guān)聯(lián)值與對應(yīng)的假定偏移頻率為單調(diào)變化關(guān)系；以及紀(jì)錄所述關(guān)聯(lián)值和對應(yīng)的假定偏移頻率，產(chǎn)生該第一關(guān)聯(lián)表。
4.如權(quán)利要求3所述的速度測量方法，其中該相對速度的推算包含將該接收器接收到的符元信號以該第一延遲時間進(jìn)行自我關(guān)聯(lián)運(yùn)算，產(chǎn)生一第一關(guān)聯(lián)值；查詢該第一關(guān)聯(lián)表，得到對照該第一關(guān)聯(lián)值的一第一偏移頻率；以及根據(jù)該第一偏移頻率推得該相對速度。
5.如權(quán)利要求3所述的速度測量方法，其中該第一群假定偏移頻率是從零到該第一極值之間，每隔一第一特定間隔選取一值而得；以及如果該第一關(guān)聯(lián)值對應(yīng)到其中兩個假定偏移頻率之間，則以內(nèi)插法計算該第一偏移頻率。
6.如權(quán)利要求5所述的速度測量方法，其中如果該第一關(guān)聯(lián)值對應(yīng)到的頻率在零和第一個非零的假定偏移頻率之間，則使用一第二延遲時間建立一第二關(guān)聯(lián)表，其中該第二延遲時間高于該第一延遲時間；該第二關(guān)聯(lián)表紀(jì)錄了該關(guān)聯(lián)值與一第二群假定偏移頻率在該第二延遲時間下的對應(yīng)關(guān)系；其中該第二群假定偏移頻率是從零到一第二極值之間，每隔一第二特定間隔選取一值而得，而該第二極值即為該第一群假定偏移頻率中最小的非零的假定偏移頻率；以該第二延遲時間再次計算該相對速度，借此推算出的相對速度比使用該第一延遲時間具有更高的精確度。
7.如權(quán)利要求3所述的速度測量方法，其中自我關(guān)聯(lián)運(yùn)算包含下列步驟將該接收器接收到的一符元信號延遲該第一延遲時間，產(chǎn)生一延遲符元信號；求出該符元信號乘以該延遲符元信號后的一期望值；以及將該期望值除以該符元信號的能量值，產(chǎn)生該符元信號的關(guān)聯(lián)值。
8.如權(quán)利要求7所述的速度測量方法，其中所述關(guān)聯(lián)曲線的計算步驟包含提供一零階Bessel函數(shù)φ(m)＝J0(2πfdmTs)其中J0代表零階Bessel函數(shù)，fd為偏移頻率，m代表延遲時間，Ts為一符元周期，而φ(m)則為對應(yīng)該延遲時間m的關(guān)聯(lián)值；以及以延遲時間m為橫軸，關(guān)聯(lián)值φ(m)為縱軸，描繪所述關(guān)聯(lián)曲線。
9.如權(quán)利要求2所述的速度測量方法，其中自我關(guān)聯(lián)運(yùn)算包含下列步驟將該接收器接收到的一第一符元信號延遲一符元周期，產(chǎn)生一第一延遲符元信號；求出該第一符元信號乘以該第一延遲符元信號后的一第一期望值；將該接收器接收到的一第一符元信號延遲該第一延遲時間，產(chǎn)生一第二延遲符元信號；求出該第一符元信號乘以該第二延遲符元信號后的一第二期望值；將該第二期望值除以該第一期望值，即產(chǎn)生該關(guān)聯(lián)值。
10.如權(quán)利要求9所述的速度測量方法，其中所述關(guān)聯(lián)曲線的計算步驟包含提供一零階Bessel函數(shù)φ(m)＝J0(2πfdmTs)其中J0代表零階Bessel函數(shù)，fd為偏移頻率，m代表延遲時間，Ts為一符元周期，而φ(m)則為對應(yīng)該延遲時間m的關(guān)聯(lián)值；以及以延遲時間m為橫軸，關(guān)聯(lián)值φ(m)/φ(1)為縱軸，描繪所述關(guān)聯(lián)曲線。
全文摘要
本發(fā)明提供一種速度測量方法，用以檢測一發(fā)射器和一接收器之間在傳送正交分頻多任務(wù)符元信號時的一相對速度。首先建立一第一關(guān)聯(lián)表，用以根據(jù)多普勒偏移原理，表示相對速度和信道特性的對應(yīng)關(guān)系。接著測量相對移動時產(chǎn)生的信道變化特征。最后查詢該第一關(guān)聯(lián)表，根據(jù)該信道變化特征推算該相對速度。
文檔編號H04B7/02GK101056138SQ20061015991
公開日2007年10月17日 申請日期2006年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者熊大為, 楊順安 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司