移动通信系统中用于估算移动终端 的速度的装置和方法 【技术领域】
本发明涉及一种用于估算移动终端的速度的装置和方法。本发明尤其涉及一种移动通信系统中用于估算移动终端的速度的装置和方法。
背景技术
开发移动通信系统以向移动终端(也称为移动台(MS))提供移动性。移动通信系统在基站(BS)和MS之间形成信道来保证MS的移动性，以便它在所述信道上进行语音和数据通信。MS提供移动性，这样从MS产生的无线信号不总是在固定的位置发送输出信号。具体地，MS可以在不同的位置持续发送无线信号，这样无线信道的环境和路径不断地改变。MS随其用户一起移动，这样它可在静止状态发送无线信号，或者可在低速或高速运动时发送无线信号。
如前面所述，由于MS的位置改变，移动通信系统中的信道环境改变，并且无线信号的传输路径也改变，这样移动通信系统必须考虑到改变的信道环境、改变的MS位置和MS的速度等来接收数据。具体地，移动通信系统估算MS地传输信道，并根据估算结果提取数据。因此，如果没有正确地执行MS的信道估算，则移动通信系统不能提取正确的数据。具体地，如果移动通信系统不能估算正确的信道，则不能提取数据。
此后将描述移动通信系统的信道估算方法。移动通信系统在前向链路上从BS向MS发送数据。在此情况下，BS发送业务信道信号和导频信号，以便允许MS执行信道估算。MS在发送到BS的反向链路上向BS发送数据。在此情况下，MS发送反向导频信号以容许BS估算反向信道。一旦从MS收到反向导频信号，BS就使用收到的反向导频信道来执行信道估算。BS基于信道估算值解码从相应的MS接收的业务信号。以此方式，如果执行业务信号解码，则可以提高数据接收性能。
然而，根据MS的速度在反向导频信道和反向业务信道中会发生多普勒频移。由于多普勒频移，实际信道估算性能会恶化。具体地，实际信道估算性能与接收信号的频移程度成比例地变化。而且，根据MS的速度多普勒频移效应导致不同值。因此，BS必须消除MS的各个速度的多普勒频移以全部消除多普勒频移效应，并且必须在MS的各个速度执行信道估算，这样，BS需要MS的每个速度上的信道估算器，以便消除多普勒频移效应并执行信道估算。
此后将描述一种用于在移动通信系统中估算这样的MS速度的方法。该移动通信系统已经将MS的速度分成几个速度区(velocity band)，并且具有预先设计的最佳信道估算器，用于在每个速度区提供最佳信道估算性能。在此情况下，根据MS的不同速度而使用多个信道估算器，这样必须首先确定将要使用的信道估算器的类别。为了选择信道估算器的类别，需要一个速度估算器基于接收的信号来估算MS的速度。有两种方法来实现所述速度估算器，即，在时域中改编接收信号的自相关函数的第一种方法，和在频域中改编离散傅立叶变换(DFT)的第二种方法。
如上所述，在频域中使用DFT的速度估算器需要用Mdft-点DFT来估算多普勒频谱的过程。然而，如果计算所有的Mdft-点DFT以估算多普勒频谱的形状，则会浪费不必要的资源。另外，MS的速度越高，多普勒频谱带宽越宽。因此，依据展宽的多普勒带宽，使用的信道估算系数的数量增加，并且将被计算以估算多普勒频谱的频率指数(frequency index)的数目也增加。
【发明内容】
因此，考虑到上面的问题而做出本发明，并且本发明的一个目的是，提供一种在移动通信系统中通过与移动台(MS)的速度无关地执行正确的信道估算，来有效地执行数据解调/解码的装置和方法。
本发明的另一个目的是，提供一种用于实现适于测量高速移动的MS的速度的速度测量设备，使所述速度测量设备对最小数目的频率指数执行离散傅立叶变换(DFT)，从而效地管理资源的装置和方法。
根据本发明的一个方面，可以通过提供用于在移动通信系统中估算移动台(MS)的速度的基站(BS)装置，来实现上述和其它目的。该装置包括：信道估算器，用于根据速度区执行信道估算，从MS接收无线信道信号，并使用对各个速度区最优化的信道估算系数来执行信道估算；和速度估算器，用于将速度区划分成多个子-多普勒频带，从划分的子-多普勒频带中检测包括具有最大频率响应的频率指数的子-多普勒频带，并将检测到的子多普勒频带的信息发送到信道估算器，以便发送对应于该信息的信道估算系数。
根据本发明的另一方面，提供一种在移动通信系统的基站(BS)设备中估算移动台(MS)的速度的方法。该方法包括步骤：根据速度区有选择地确定信道估算处理，从MS接收无线信道信号，并使用对各个速度区最佳的信道估算系数来进行信道估算；以及将所述速度区划分成多个子-多普勒频带，并在预定周期期间，从划分的子-多普勒频带中包括具有最大频率响应的频率指数的子-多普勒频带，检测相应于估算系数的子-多普勒频带信息，并根据MS的速度改变包括所述具有最大频率响应的频率指数的子-多普勒频带的检测位置，以便执行速度估算步骤。
【附图说明】
从下列结合附图的详细描述中将更加清楚地了解本发明的上面和其它的目的、功能和其它的优点，其中：
图1是举例说明根据本发明的实施例的用于基站(BS)的速度估算器的框图；
图2是根据本发明实施例的选择信道估算系数的例子；
图3A-3C是根据本发明的实施例，当移动台(MS)的速度减小时，检测多普勒频带之后改变频率指数以测量多普勒频谱的例子；
图4A-4C是根据本发明的实施例，当移动台(MS)的速度增加时，检测多普勒频带之后改变频率指数以测量多普勒频谱的例子；
图5是根据本发明的实施例，根据速度区不同地确定用于测量多普勒功率谱的频率指数的例子；
图6A-6C是根据本发明的实施例，在初始速度检测处理的过程中设置频率指数以测量多普勒频谱的例子；以及
图7A-7B是举例说明根据本发明的实施例的速度估算器的操作的流程图。
【具体实施方式】
现在将参考附图详细描述本发明的实施例。在附图中，相同或相似的单元由相同的标号指代，即使它们示出在不同的图中。在下面的描述中，为了简明将省略对合并于此的公知功能和结构的详述。
图1是举例说明根据本发明实施例的用于基站(BS)的速度估算器的框图。
参考图1，所述速度估算器包括信道估算器110和速度估算器120。速度估算器120估算移动台(MS)的速度以控制信道估算器110。
根据各个速度区而不同地使用信道估算器110，并使用各个速度区的最优估算系数来执行信道估算。在对应于Mvel速度区的Mvel多普勒频带中最优化所述信道估算系数，并且还可使用离线方法来设计。使用离散傅立叶变换(DFT)方法来检测在其中使用各个信道估算系数的各个多普勒频带。用于检测多普勒频带的DFT收集Mdft输入信号抽样，并被应用于能够分类Mvel多普勒频带的最小数目(q)的频率指数ni(其中i＝0～q-1)。在此情况下，建立在其执行DFT的频率指数ni以分类Mvel多普勒频带，并且各个频率指数被下列公式1中所示的Mvel检测集合(Si，i＝Mvel-1)界定，这样它能执行最后的检测。
公式1
Sn＝{n0，...，nj}
S1＝{ni+1，...，nj}
：
：
SMvel-1={nk,...,nq-1}]]>
参考公式1，按照次序0＜i＜j＜k＜q-1设置各个变量。
用于检测多普勒频带的速度估算器110使用DFT来估算与所有频率指数(ni)相关联的功率谱P(ni)，并检测在其观察到最大功率谱幅度的频率指数nmax。所述最大功率谱幅度可由下列公式2表示：
公式2
nmax=maxni{P(ni),i=0~q-1}]]>
包括检测到的最大频率指数nmax的集合可由Smax(Smax∈{S0,S1,...,SMvel-1})]]>表示。因此，速度估算器110控制设计用于相应于Smax的多普勒频带的信道估算系数COEFmax(COEFmax∈{COEF0,COEF1,...,COEFMvel-1}),]]>以便信道估算器120能使用信道估算系数。此后将参考附图描述控制操作。
图2为根据本发明实施例选择信道估算系数的例子。
在图2中，X-轴指示频率指数n0，...，ni，ni+1，...，nj，nk，...，nq-1，Y-轴指示功率谱。根据频率指数整个多普勒频带被划分成子多普勒频带(频带0～Mvel-1)。包含在每个子多普勒频带中的一组频率指数由S0，S1，...Svel-1表示，并且对应于每组频率指数的信道估算系数由COEF0，COEF1，...，COEFMvel-1表示。
如果MS的速度增加，那么将被检测的多普勒频带的带宽与MS的速度成比例增加。具体地，为了检测高的速度，必须增加信道估算系数的数目Mvel。因此，用于检测多普勒频带的频率指数ni的数目(q)也会增加。如果频率指数的数目(q)增加，则实现速度估算器所需的资源量也会增加。因此，必须仅使用估算多普勒频带的功率谱所需的最小数目(q)的频率指数来检测高速度，而不增加必需资源的量。
如图2所示，速度估算器110将整个多普勒频带细分为子-多普勒频带，该多普勒频带将被检测以保持最小数目(q)的频率指数，并估算子-多普勒频带当中的部分多普勒频带的功率谱。正如可从图2的曲线图中看出的，可以识别出在其观察到最大功率谱幅度的频率指数nmax等于频带(频带1)的频率指数nj+2。频率指数的位置根据检测结果而动态地改变，这样具有被测量的功率谱的子多普勒频带也改变。具体地，如果对于命令Smax的检测结果确定为Vindex，则可不同地建立用于测量功率谱的频率指数。此后将参考附图描述用于改变部分多普勒频带的示例操作。
图3A-3C是根据本发明的实施例，当MS的速度降低时，检测多普勒频带之后测量多普勒频谱的例子。
在图3A-3B中，检测多普勒频带所需的频率指数的数目(q)被确定为“6”，并且所有Sj分量(其中i＝0～Mvel-1)的数目被确定为“2”。换言之，只检测一个多普勒频带所需的频率指数的数目等于“2”。
参见图3A，在时间(t)测量的功率谱的最大值是在点n2，v处测量的。在此情况下，vindx被确定为“v”，这里，ni，j是在vindx＝j(j＝0～Mvel-1)的情况下的频率指数i(i＝0-5)。用于在vindx＝v的情况下测量功率谱的频率指数ni，j被建立以检测相应于vindx＝v、低频带(vindx＝v-1)和高频带(vindx＝v+1)的多普勒频带。在此情况下，低频带(vindx＝v-1)和高频带(vindx＝v+1)最接近相应于vindx＝v的多普勒频带。用于指示子多普勒频带的取向的检测集合由(SCENTER)t＝{n2，v，n3，v}，(SLOW)t＝{n0，v，n1，v}和(SHIGH)t＝{n4，v，n5，v}表示。
如图3B所示，如果在包含在多普勒频带vindx＝v-1((SLOW)t)的时间n1，v观察到时间t+Δt的最大多普勒频谱值，则速度估算器110检测新的速度vindx＝v-1，并且同时将用于估算多普勒频谱的频率指数ni，v改变为另一频率指数ni，v-1。因此，如图3C所示，以与ni，v中相同的方式建立vindx＝v-1处的频率指数ni，v-1以检测相应于vindx＝v-2和vindx＝v的多普勒频带。在此情况下，用于指示时间t+Δt处的取向的检测集合被确定为(SCENTER)t+Δt＝{n2，v-1，n3，v-1}，(SLOW)t+Δt＝{n0，v-1，n1，v-1}和(SHIGH)t＝{n4，v-1，n5，v-1}。
同时，此后将参考图4A-4C来描述当MS的速度增加时用于估算多普勒频谱的频率指数改变操作。
图4A-4C是根据本发明实施例，当移动台(MS)的速度增加时在检测多普勒频带之后改变频率指数以测量多普勒频谱的例子。
参考图4A，在时间(t)测得的最大功率谱是在时间n2，v测得的，并且其检测结果由vindx＝v来表示。如果MS的速度降低，即，如果在包含在多普勒频带vindx＝v-1((SHIGH)t)中的时间n4，v观察到在时间t+Δt的最大多普勒频谱值，速度估算器110检测到一个新的速度vindx＝v+1，并且同时将用于估算多普勒频谱的频率指数ni，v改变成另一个频率指数ni，v+1。因此，如图4C所示，以与在niv和ni，v+1中相同的方式，建立vindx＝v+1处的频率指数ni，v+1以检测相应于vindx＝v和vindx＝v+2的多普勒频带。
以此方式，速度估算器110将要检测的整个多普勒频带细分成多个多普勒频带，并动态地改变估算功率谱所需的必要频率指数，如此它检测具有宽的带宽的多普勒频谱，即，它检测甚至在高速度区范围内的MS速度。
由于前述频率指数的变化，根据速度区不同地确定在速度估算器110中用于测量多普勒功率谱的频率指数，然后归纳所确定的频率指数，如此它们可由下列公式3来表示：
公式3
(ni,j)=n0,0n1,0......nq-2,0nq-1,0n0,1n1,1......nq-2,1nq-1,1..................n0,Mvel-2n1,Mvel-2......nq-2,Mvel-2nq-1,Mvel-2n0,Mvel-1n1,Mvel-1......nq-2,Mvel-1nq-1,Mvel-1]]>
图5是根据本发明的实施例，确定用于根据速度区而不同地测量多普勒功率谱的频率指数的举例。图5示出了基于示于公式3的频率指数的频率轴的相对位置设计举例。在此情况下，如果检测的多普勒频带被确定为vindx＝0或vindx＝Mvel-1，那么可以识别出相应于受控使用的信道估算系数的多普勒频带由于限制每个频率的正数和要被检测的最大目标多普勒带宽的条件而不位于中央(即，SCENTER)。
图6A-6C是根据本发明的实施例，在初始速度检测处理过程中建立频率指数以测量多普勒频谱的举例。
在检测初始速度的情况下，仅将一个频率指数应用到每个多普勒频带，以建立频率指数的方式来测量多普勒频谱。在q＝Mvel的情况下，如图6A所示，各个频率指数由Mvel检测集合来界定，如下列公式4所示：
公式4
S0＝{n0，INIT}
S1＝{n1，INIT}
：
：
SMvel-1={nq-1,INIT}]]>
在q＝Mvel-1的情况下，如图6B所示，各个频率指数由下列公式5中所示的Mvel检测集合来界定：
公式5
S0＝{n0，INIT}
S1＝{n1，INIT}
：
：
SMvel-2={nq-1,INIT}]]>
不能够被公式5检测的速度区vindx＝Mvel-1(SMvel-1)在初始速度检测处理过程中检测vindx＝Mvel-2，并最后在示于公式3和图4A-4C的检测操作过程中检测vindx＝Mvel-1。
在q＜Mvel-1的情况下，如图6B所示，通过时分检测方法建立各个频率指数。通常，MS速度的变化(即，加速程度)与速度估算器的速度检测周期相比是非常慢的。如果速度估算器的操作周期被确定为Tavg，则速度估算器在初始速度检测处理过程中，测量根据时间(t)的下列公式6的多普勒频谱。
公式6
{P(ni，INIT)(0)}＝{P(ni，INIT|t＝0)，i＝0～q-1}
{P(ni，INIT)(1)}＝{P(ni，INIT|t＝1)，i＝0～q-1}
：
{P(ni,INIT)(k)}={P(ni,INIT|t=kTavg),i=0~q-1}]]>
：
{P(ni,INIT)(c-1)}={P(ni,INIT|t=(c-1)Tavg),i=0~q-1}]]>
参考公式6，P(a)(b)表示在速度估算器的操作周期“b”期间在频率指数“a”处测得的多普勒功率谱，“c”表示“Mvel/q”，并且“·”表示整数自乘运算符。公式6的检测集合可由下列公式7表示：
公式7
S0＝{n0，INIT|t＝0}
S1＝{n1，INIT|t＝0}
：
Sq-1＝{nq-1，INIT|t＝0}
Sq＝{n0，INIT|t＝1}
：
S2q-1＝{nq-1，INIT|t＝1}
S2q＝{n0，INIT|t＝2}
：
SMvel-1={nq-1,INIT|t=(c-1)Tavg}]]>
可以使用由下列公式8计算的所有多普勒功率谱的幅度当中的比较，来执行基于公式7的最后速度区检测：
公式8
nmax=maxni{P(ni,INTT)(k),i=0~q-1,k=0~c-1}]]>
如上所述的，用来在初始检测处理期间检测各个带宽的频率指数的数目，即，各个检测集合的数目(S)小于在常规运算处理期间公式1的集合S的单元数目。因此，在初始检测处理期间测量的多普勒功率谱与正常操作处理的多普勒功率谱相比，更多地受到噪声的影响，从而错误单元的数目不期望地增加。为了解决上述问题，优选地将初始检测处理过程中的速度估算器运算周期Tavg确定为比正常运算处理的周期要长，以便能够稳定地检测多普勒频带。
优选地，由于不存在预先给定的信道信息或速度估算器检测信息，将在速度估算器检测初始速度之前在信道估算器中使用的信道估算系数适应为具有最宽带宽的“COEFMvel-1”，这样能够防止初始速度检测时的性能恶化。此后将描述具有前述初始速度检测功能的速度估算器的全部操作。
图7A-7B是示出根据本发明实施例的速度估算器的操作的流程图。
参考图7A-7B，在步骤701，速度估算器确定初始速度估算周期Tavg(＝INT_N_OF_AVG＞N_OF_AVG：正常操作期间的速度估算周期)，并确定多个值vindx、ni和INIT以选择初始频率指数。在此情况下，速度估算器在初始检测时间之前建立初始值vindx＝Mvel-1(SMvel-1)。
在建立了初始值之后，在步骤720，速度估算器选择相应于给定值vindx的频率指数ni和vindx作为检测结果。在步骤703，速度估算器测量Tavg周期内相应于频率指数ni和vindx的多普勒功率谱P(ni，vindx)，并在步骤704检测在其上观察到最大功率谱的频率指数nmax。
在步骤705，速度估算器确定当前状态为初始检测状态还是正常检测状态。如果确定当前状态等于初始检测状态，则在步骤710，速度估算器建立正常操作状态下的速度估算周期(N_OF_AVG)，从而它可以从下一操作周期检测正常速度。速度估算器将检测的频率指数nmax应用于公式4、5和7所示的检测集合，这样它在步骤711检测多普勒频带vindx。此后，为了区分在其中建立如图5所示的频率指数的vindx＝0和vindx＝Mvel-1的情况，在步骤712，速度估算器确定vindx的值是否等于“0”。如果确定vindx的值不等于“0”，在步骤713速度估算器将Slow设置为Smax，并进行到步骤730。否则，如果确定vindx的值等于“0”，在步骤714，速度估算器确定vindx的值是否等于Mvel-1。如果确定vindx的值等于Mvel-1，在步骤715，速度估算器将SHIGH设置为Smax，并进行到步骤730。否则，如果确定vindx的值不等于Mvel-1，在步骤716，速度估算器将SCENTER设置为Smax，并进行到步骤730。
同时，如果在步骤705确定当前状态表示正常检测状态，那么在步骤720，速度估算器确定Smax为相应于在其中检测到最大频率指数nmax的多普勒频带的集合。具体地，如果在高于检测的vindx的频带的频带中检测到测得的多普勒功率谱，速度估算器确定SHIGH。如果在低于检测的vindx的频带的频率带中检测到测量的多普勒功率谱，则速度估算器确定SLOW。如果在测量的多普勒功率谱和检测的vindx之间不存在差别，则速度估算器确定SCENTER。然而，在vindx和vindx＝Mvel-1的例外情况下，速度估算器分别确定SLOW和SHIGH。以此方式，如果速度估算器执行前述的操作状态分类和频带检测分类，那么在步骤730，速度估算器根据MS的速度估算器而执行检测位置改变操作，在步骤740，检测改变的子多普勒频带的vindx，将检测的vindx发送到信道估算器，并且终止所有操作。下面将参考图7B描述在上面步骤730的检测位置改变操作。
参考图7B，在步骤800，速度估算器确定子多普勒频带的检测位置是否改变。如果确定子多普勒频带的检测位置没有改变，则速度估算器终止所有操作。否则，如果确定子多普勒频带的检测位置有改变，则在步骤810，速度估算器确定Smax是否等于SLOW。如果确定Smax等于SLOW，则速度估算器需要将当前检测位置降至更低的子多普勒频带，以便可以在中间位置检测到在其中测得当前多普勒频谱的子多普勒频带。在此情况下，在步骤811，速度估算器确定vindx是否等于“0”。如果确定vindx不等于“0”，则速度估算器终止所有操作。否则，如果确定vindx等于“0”，在步骤812，速度估算器减小vindx(即，检测位置)的值。此后，在步骤813，速度估算器初始化测量的多普勒功率谱。
同时，如果确定Smax不等于SLOW，则在步骤820，速度估算器确定Smax是否等于SHIGH，如果确定Smax等于SHIGH，则速度估算器需要将当前检测位置升到更高的子多普勒频带。在步骤821，速度估算器确定vindx是否等于Mvel-1。如果在步骤821确定vindx不等于Mvel-1，则速度估算器终止所有操作。否则，如果在步骤821确定vindx等于Mvel-1，则在步骤822，速度估算器增加vindx的值以升高检测位置，并在步骤823初始化测量的多普勒频谱。
如果在步骤820确定Smax不等于SHIGH，则在步骤830，速度估算器确定Smax为SCENTER。因此，在步骤831，速度估算器确定vindx的值是否等于“0”。如果确定vindx等于“0”，则在步骤832，速度估算器将检测位置升到相应于vindx＝1的子多普勒频带，并终止所有操作。否则，如果确定vindx不等于“0”，则在步骤833，速度估算器确定vindx是否等于Mvel-1。如果在步骤833确定vindx等于Mvel-1，则在步骤834，速度估算器将检测位置降至相应于vindx＝Mvel-2的多普勒频带，并终止所有操作。否则，如果在步骤833确定vindx不等于Mvel-1，即，如果确定vindx为“0～Mvel-2”，这表示子多普勒频带的检测位置是固定的，即MS的速度没有改变，这样速度估算器终止所有操作而不更新检测位置。速度估算器使用上述的检测位置改变操作，将最终检测和更新的速度区信息(即，vindx信息)发送到信道估算器，并控制信道估算器使用相应的信道估算系数COEFvindx。
从上面的描述中明显地可以看出，本发明的实施例将整个多普勒频带细分成子多普勒频带，并根据移动台的速度改变子多普勒频带的检测位置，这样保持最小数量的资源、动态并稳定地检测当前正高速移动的MS的速度，从而改进了接收信号的解码性能。
虽然为了举例说明的目的公开了本发明的实施例，但是本领域的普通技术人员能理解到各种修改，增加或删减都是可能的，而并不脱离本发明在附加的权利要求书中公开的范围和精神。