專利名稱：用來在移動通信中估計速度的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來在移動通信系統(tǒng)中估計對方站的移動速度的裝置和方法。
對于移動通信系統(tǒng)中的信道多路轉(zhuǎn)換法，常規(guī)上曾經(jīng)過使用時分多址(TDMA)系統(tǒng)、頻分多址(FDMA)系統(tǒng)等。然而，希望開發(fā)一種更高效地使用頻率的方法，特別是直接序碼分多址(DS-CDMA)系統(tǒng)是一個有前途的候選者，因為用此一系統(tǒng)有很大的通信容量可資利用。
DS-CDMA系統(tǒng)是一種擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。在此一系統(tǒng)中，在發(fā)送側(cè)通過針對一組信道使用同一頻率并針對每個信道在寬帶情況下把數(shù)據(jù)信號乘以獨(dú)立的擴(kuò)展碼，以擴(kuò)展頻譜來發(fā)送數(shù)據(jù)信號，而在接收側(cè)通過把所接收的信號乘以同一擴(kuò)展碼來恢復(fù)針對每個信道的數(shù)據(jù)信號。在接收側(cè)擴(kuò)展碼的相乘稱為解擴(kuò)展。當(dāng)此一DS-CDMA系統(tǒng)用于移動通信時，搜索器功能、傳輸功率控制功能、絕對相干探測功能等是必不可少的。
搜索器功能意味著用來探測傳輸通路和解擴(kuò)展碼定時，即用來進(jìn)行解擴(kuò)展的定時，的功能。傳輸功率控制功能意味著用來針對由于移動站與總站之間的距離上的差異引起的遠(yuǎn)近問題，和由于多通路引起的瞬時波動(衰落)，修改傳輸功率的功能。相干探測功能意味著用來把導(dǎo)引信號加到數(shù)據(jù)信號上，以便當(dāng)發(fā)送時在較小的傳輸功率下得到所需的比特差錯率(BER)，以及進(jìn)行相干探測的功能。
在移動通信中，在如此眾多的動態(tài)地變化著的環(huán)境中，即移動站可能從靜止?fàn)顟B(tài)到高速狀態(tài)移動，以及移動站可能從市區(qū)環(huán)境到郊區(qū)環(huán)境移動等，需要穩(wěn)定的通信。特別是，在伴隨著穿過一組傳輸線路的反射波和延遲波的多通路環(huán)境中，對抗措施是必不可少的，因為干擾產(chǎn)生衰落(瞬時值波動)。結(jié)合每種上述功能，有效的衰落對抗措施在DS-CDMA系統(tǒng)中也是希望的。
然而，在使用DS-CDMA系統(tǒng)的移動通信中，存在著以下問題。
一般來說，雖然針對通信裝置的每個單元的參數(shù)存在著防備在通信期間產(chǎn)生的衰落的最佳值，但是每個參數(shù)不是始終設(shè)定于最佳值，因為衰落的波動速度與移動站的移動速度(或衰落距)有關(guān)地變化。因而，當(dāng)參數(shù)不是最佳時，在接受特性方面產(chǎn)生降低，因此信道容量減小。為了優(yōu)化每個參數(shù)，必須在總站處估計移動站的移動速度。
然而，在DS-CDMA系統(tǒng)中，由于一組信道在同一頻率上多路復(fù)用，與作為其他多路復(fù)用方法而公知的TDMA或FDMA系統(tǒng)不一樣，難以根據(jù)接收場強(qiáng)的測量來估計移動速度。
本發(fā)明的一個目的在于，提供用來在使用諸如CDMA系統(tǒng)之類的擴(kuò)頻系統(tǒng)的移動通信中，估計移動站的移動速度的裝置和方法。
本發(fā)明的用來估計移動速度的裝置包括一個輸入單元、一個接器單元、一個功率復(fù)合器單元以及一個速度估計單元。
在本發(fā)明的第1方案中，用來估計速度的裝置被用于移動通信中以便控制發(fā)送站與接收站之間的傳輸功率。輸入單元輸入從接收站向發(fā)送站發(fā)送的傳輸功率控制指令。速度估計單元用該傳輸功率控制指令來估計接收站的移動速度，并輸出一個與所估計的移動速度相對應(yīng)的控制信號。
每個發(fā)送站和接收站分別相當(dāng)于移動通信中的總站或移動站。例如，DS-CDMA系統(tǒng)這樣控制，以致傳輸功率可以最佳地設(shè)定以防備由于在總站與移動站之間和多通路傳輸線路在距離上的差異而產(chǎn)生的衰落。
在此一控制中，在接收側(cè)產(chǎn)生一個傳輸功率控制指令，該指令被發(fā)送到發(fā)送側(cè)。在發(fā)送側(cè)根據(jù)所接收的傳輸功率控制指令來修改傳輸功率。由于傳輸功率控制指令的值根據(jù)瞬時波動，例如伴隨移動站漫游的衰落，而變化，所以如果探測到該變化，則能估計移動速度。速度估計單元根據(jù)傳輸功率控制指令的變化或累計值來估計接收站的移動速度。
在本發(fā)明的第2方案中，用來估計速度的裝置被用于發(fā)送站與接收站之間的移動通信中。接收器單元從所接收的信號中提取希望信號，而功率復(fù)合器單元從該希望信號產(chǎn)生希望信號功率。然后，速度估計單元用該希望信號功率來估計發(fā)送站的移動速度，并輸出一個與所估計的移動速度相對應(yīng)的控制信號。
例如，在DS-CDMA系統(tǒng)中，所接收的信號處于這樣一種狀態(tài)，其中頻譜被擴(kuò)展，而一組信道被多路復(fù)用。因此，經(jīng)受來自發(fā)送站的衰落的信號在解擴(kuò)展之前無法被觀察。然而，通過對信號解擴(kuò)展，能提取希望信號，能觀察衰落的影響，借此能估計移動速度。
接收器單元對所接收的信號解擴(kuò)展并提取希望信號。功率復(fù)合器單元從所提取的信號產(chǎn)生希望信號功率。然后，速度估計單元根據(jù)希望信號功率的采樣值來估計發(fā)送站的移動速度。
其實，由于總站和移動站既具有發(fā)送站的功能又具有接收站的功能，所以總站和移動站能既用傳輸功率控制指令又用希望信號功率來估計對方站的移動速度。通過使用從速度估計單元輸出的控制信號，通信裝置的參數(shù)也能設(shè)定成最佳值以防備衰落。


圖1表示本發(fā)明的速度估計裝置的原理。
圖2表示發(fā)送機(jī)的原理。
圖3表示接收機(jī)的原理。
圖4表示接收機(jī)的傳輸功率控制單元的配置。
圖5表示用TPC指令估計速度。
圖6表示TPC指令的第1計數(shù)結(jié)果。
圖7表示TPC指令的第2計數(shù)結(jié)果。
圖8表示TPC指令的第3計數(shù)結(jié)果。
圖9表示TPC指令的第4計數(shù)結(jié)果。
圖10表示衰落距估計單元的第1配置示例。
圖11表示衰落距估計單元的第2配置示例。
圖12表示用來從計數(shù)值產(chǎn)生衰落距的電路。
圖13表示用TPC指令的累計值估計速度。
圖14表示累計值的采樣。
圖15表示衰落距估計單元的第3配置示例。
圖16表示TPC指令的累計值的基準(zhǔn)值。
圖17表示衰落距估計單元的第4配置示例。
圖18表示用希望信號功率估計速度。
圖19表示接收相關(guān)值的采樣。
圖20表示采樣電路。
圖21表示第1功率復(fù)合。
圖22表示第2功率復(fù)合。
圖23表示第3功率復(fù)合。
圖24表示功率復(fù)合器單元的第1配置示例。
圖25表示功率復(fù)合器單元的第2配置示例。
圖26表示希望信號功率的基準(zhǔn)值。
圖27表示兩種估計方法之間的關(guān)系。
圖28表示所估計的速度的5個范圍。
參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的最佳實施例。
圖1表示本發(fā)明的速度估計裝置的原理。圖1中所示的速度估計裝置包括一個輸入單元1、一個接收器單元2、一個功率復(fù)合器單元3以及一個速度估計單元4。
根據(jù)本發(fā)明的第1個原理，速度估計裝置被用于移動通信中，以便控制發(fā)送站與接收站之間的傳輸功率。輸入單元1輸入從接收站向發(fā)送站發(fā)送的傳輸功率控制指令。速度估計單元4用該傳輸功率控制指令來估計接收站的移動速度，并輸出一個與所估計的移動速度相對應(yīng)的控制信號。
每個發(fā)送站和接收站分別相當(dāng)于移動通信中的總站或移動站。例如，DS-CDMA系統(tǒng)這樣控制，以致傳輸功率可以最佳地設(shè)定以防備由于在總站與移動站之間和多通路傳輸線路在距離上的差異而產(chǎn)生的衰落。
在此一控制中，在接收側(cè)，產(chǎn)生一個傳輸功率控制指令，而該指令被發(fā)送到發(fā)送側(cè)。在發(fā)送側(cè)根據(jù)所接收的傳輸功率控制指令來修改傳輸功率。由于傳輸功率控制指令的值根據(jù)瞬時波動，例如伴隨移動站漫游的衰落，而變化，所以如果探測到該變化，則能估計移動速度。速度估計單元根據(jù)傳輸功率控制指令的變化或累計值來估計接收站的移動速度。
根據(jù)本發(fā)明的第2原理，速度估計裝置被用于發(fā)送站與接收站之間的移動通信中。接收器單元2從所接收的信號中提取希望信號，而功率復(fù)合器單元3從該希望信號產(chǎn)生希望信號功率。然后，速度估計單元4用該希望信號功率來估計發(fā)送站的移動速度，并輸出一個與所估計的移動速度相對應(yīng)的控制信號。
例如，在DS-CDMA系統(tǒng)中，所接收的信號處于這樣一種狀態(tài)，其中頻譜被擴(kuò)展，而一組信道被多路復(fù)用。因此，受來自發(fā)送站的衰落影響的信號在解擴(kuò)展之前無法被觀察。然而，通過對信號解擴(kuò)展，能提取希望信號，能觀察衰落的影響，借此能估計移動速度。
接收器單元2對所接收的信號解擴(kuò)展并提取希望信號。功率復(fù)合器單元3從所提取的信號產(chǎn)生希望信號功率。然后，速度估計單元4根據(jù)希望信號功率的采樣值來估計發(fā)送站的移動速度。
其實，由于總站和移動站既具有發(fā)送站的功能又具有接收站的功能，所以總站和移動站能既用傳輸功率控制指令又用希望信號功率來估計對方站的移動速度。通過使用從速度估計單元4輸出的控制信號，通信裝置的參數(shù)也能設(shè)定成最佳值以防備衰落。
例如，圖1中所示的輸入單元1相當(dāng)于圖13中所示的TPC指令累加單元261，圖1中所示的接收器單元2相當(dāng)于圖4中所示的接收器單元192和解調(diào)器單元193，圖1中所示的功率復(fù)合器單元3相當(dāng)于圖18中所示的功率復(fù)合器單元291，以及圖1中所示的速度估計單元4相當(dāng)于圖5中所示的衰落距估計單元231、圖13中所示的衰落距估計單元262和圖18中所示的衰落距估計單元292。
在此一實施例中，利用在DS-CDMA系統(tǒng)的傳輸功率控制(TPC)中所用的TPC指令和所接收的波的接收相關(guān)值，來估計移動速度。如果得到移動速度，則用于搜索器、傳輸功率控制單元、以及相位估計單元的參數(shù)值，在相干探測時能最佳地設(shè)定，以防備所產(chǎn)生的衰落。
首先，下面描述DS-CDMA系統(tǒng)的通信裝置。圖2和圖3分別表示DS-CDMA系統(tǒng)的發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的原理。
在圖2中將要發(fā)送的數(shù)據(jù)被加于載波并被用乘法器12乘以來自編碼發(fā)生器11的擴(kuò)展碼，穿過放大器13，并從天線14被發(fā)送。對于乘法器12的邏輯而言，能使用諸如異或(EXOR)之類的任何邏輯。
在圖3中從天線21穿過放大器22輸入的所接收信號被轉(zhuǎn)換器單元23轉(zhuǎn)換成基帶信號(數(shù)字信號)，并被解調(diào)器單元24恢復(fù)成原始數(shù)據(jù)。
解調(diào)器單元24包括一組由編碼發(fā)生器31、乘法器32和探測器33組成的裝置。每個編碼發(fā)生器31產(chǎn)生具有不同定時的解擴(kuò)展碼。對于該解擴(kuò)展碼而言，通常采用與用于發(fā)送的擴(kuò)展碼相同的編碼。乘法器32把輸入信號乘以該解擴(kuò)展碼，并把頻譜恢復(fù)成原始頻帶。探測器單元33探測該解擴(kuò)展信號。加法器34復(fù)合并輸出諸探測器單元33的輸出。
為了使在發(fā)送側(cè)的擴(kuò)展與在接收側(cè)的解擴(kuò)展相匹配，設(shè)置搜索器25。搜索器25探測多通路環(huán)境中的每個通路對轉(zhuǎn)換器單元23的輸出信號的信號延遲，并這樣控制每個編碼發(fā)生器31的定時，以便以與每個通路一致的定時進(jìn)行解擴(kuò)展。這樣一來，從解調(diào)器單元24輸出由穿過一組通路的信號復(fù)合的數(shù)據(jù)。
接著，下面描述用來估計移動速度的配置。雖然這里進(jìn)行的描述主要假定在總站處估計移動站的移動速度，但是移動站也能設(shè)置類似的配置。在該場合，能估計總站對移動站的相對移動速度。
有兩種移動速度估計方法。就是說，一種是用來自移動站的TPC指令的方法，而另一種是用希望信號功率的方法。首先，下面描述用TPC指令的估計方法。例如，在DS-CDMA系統(tǒng)中，如圖4中所示的傳輸功率控制是在接收側(cè)的傳輸功率控制單元中，針對由于總站與移動站之間，和多通路傳輸線路在距離上的差異而產(chǎn)生的衰落來進(jìn)行的。
在圖4中，天線191相當(dāng)于圖3中所示的天線21，接收器單元192相當(dāng)于圖3中所示的放大器22和轉(zhuǎn)換器單元23，而解調(diào)器單元193相當(dāng)于圖3中所示的解調(diào)器單元24。解調(diào)器單元193進(jìn)行來自接收器單元192的基帶信號的解擴(kuò)展和搜索合成，并輸出一個接收相關(guān)值。接收相關(guān)值意味著一個解擴(kuò)展后的信號。
傳輸功率控制單元194包括一個SIR估計單元195和一個比較器單元196。SIR估計單元195從接收相關(guān)值來估計信號干擾比(SIR)，而比較器單元196把所估計的SIR值與目標(biāo)SIR值相比較。如果所估計的SIR值大于目標(biāo)SIR值，則比較器單元196產(chǎn)生一個減小傳輸功率的TPC指令。如果所估計的SIR值小于目標(biāo)SIR值，則比較器單元196產(chǎn)生一個加大傳輸功率的TPC指令。然后，傳輸功率控制單元194向發(fā)送側(cè)發(fā)送該TPC指令，并控制傳輸功率。
當(dāng)設(shè)置在發(fā)送側(cè)的傳輸功率控制單元(圖4中未畫出)接收一個來自接收側(cè)的TPC指令時，該傳輸功率控制單元根據(jù)該TPC指令來加大或減小傳輸功率值。于是，發(fā)送側(cè)的傳輸功率能被控制成使得接收側(cè)的SIR值可以被優(yōu)化。
由于TPC指令與諸如衰落之類的瞬時波動有關(guān)地變化，所以只有當(dāng)探測到TPC指令的變化率時才能估計移動速度。然而，當(dāng)移動速度超過一定值時，由于在極高速衰落的場合TPC指令跟不上它，所以變化率被飽和并變成常數(shù)。一個TPC指令被飽和并變成常數(shù)的點(diǎn)，與該TPC指令的可變寬度和可變時間寬度兩者有關(guān)。
圖5表示用在上述系統(tǒng)中產(chǎn)生的控制傳輸功率的TPC指令來估計移動速度的配置。在圖5中，在發(fā)送側(cè)設(shè)置一個衰落距估計單元231，并且通過探測所輸入的TPC指令的變化來估計接收側(cè)的移動速度。
例如，如果分別用“+1”和“-1”表示加大傳輸功率的TPC指令和減小傳輸功率的TPC指令，則衰落距估計單元231比較相繼的兩個TPC指令，計數(shù)帶有同一碼的數(shù)據(jù)連續(xù)出現(xiàn)兩次的事件的頻度，并根據(jù)該計數(shù)值來估計移動速度。一般來說，當(dāng)移動速度低時，TPC指令的碼不經(jīng)常變化。當(dāng)移動速度高時，該碼經(jīng)常翻轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)移動速度變低時，帶有同一碼的數(shù)據(jù)連續(xù)出現(xiàn)的事件的頻度傾向于提高。當(dāng)移動速度變高時，此一頻度傾向于降低。
例如，在圖6和圖7中所示的TPC指令串中，該計數(shù)值(SUM)分別為7和4。因此，可以估計在圖7中所示狀態(tài)下的移動速度高于在圖6中所示狀態(tài)下的移動速度。通過劃分計數(shù)值的范圍，可以按多級來估計移動速度。也可以把移動速度表達(dá)為計數(shù)值的適當(dāng)函數(shù)。
圖8和圖9分別表示圖6和圖7中所示的TPC指令串的另一種計數(shù)方法。即使采用此一計數(shù)方法，也能以與上述相同的方式來估計移動速度。
圖10表示進(jìn)行圖6和圖7中所示的計數(shù)操作的衰落距估計單元231的配置示例。圖10中所示的配置包括一個延遲電路241、一個EX-NOR門242、一個移動平均濾波器243以及一個速度換算存儲器245。
延遲電路241把所輸入的TPC指令延遲一個采樣時間，并輸出該TPC指令。EX-NOR門242對所輸入的TPC指令和延遲電路241的輸出進(jìn)行異或非操作。于是，輸出該所輸入的TPC指令和一次采樣前的TPC指令的異或非信號。因此，如果兩個相繼的TPC指令的值相同，則輸出一個邏輯“1”。否則，輸出一個邏輯“0”。
移動平均濾波器243包括一組延遲電路241和一個加法器244。移動平均濾波器243把一段時間內(nèi)的EX-NOR門242的諸輸出相加，并作為計數(shù)值輸出相加的結(jié)果。速度換算存儲器245儲存著一個換算表，用以把從移動平均濾波器243輸出的計數(shù)值換算成衰落距，并輸出用該換算表所估計的衰落距值。
圖11中所示配置包括一個由加法器246和鎖存電路247組成的積分器，代替圖10中所示的移動平均濾波器243。加法器246把用來把XR-NOR門242的輸出與儲存于鎖存電路247中的計數(shù)值相加的操作重復(fù)一定次數(shù)，而鎖存電路247向速度換算存儲器245輸出該計數(shù)值。于是，衰落距的估計值從速度平均換算存儲器245輸出。
也可以通過采用圖12中所示的這樣一種電路代替速度換算存儲器245把該計數(shù)值換算成衰落距。圖12中所示的電路包括4個比較器251和一個解碼器252。
每個比較器251把一個所輸入的計數(shù)值A(chǔ)與給定的閾值B(S1、S2、S3和S4)相比較。如果A＞B，則比較器251輸出一個邏輯“1”，否則，比較器251輸出一個邏輯“0”。假定閾值S1、S2、S3和S4由計數(shù)值與衰落距之間的關(guān)系事先確定，并假定S1＜S2＜S3＜S4。
解碼器252從每個比較器251的輸出產(chǎn)生一個與衰落距相對應(yīng)的信號。例如，解碼器252的輸出為3比特。當(dāng)計數(shù)值≤S1，S1＜計數(shù)值≤S2，S2＜計數(shù)值≤S3,S3＜計數(shù)值≤S4以及S4＜計數(shù)值時，輸出分別變成“100”、“011”、“010”、“001”和“000”。因此，計數(shù)值變成越大的，則解碼器252的輸出變成越小的。
在這樣的速度估計方法中，當(dāng)TPC指令的傳輸頻率由于系統(tǒng)中的差異而有所不同時，帶有同一碼的數(shù)據(jù)連續(xù)出現(xiàn)兩次的事件的頻度對于速度估計而言不一定是最佳的。因此，此一方法被歸納為，計數(shù)帶有同一碼的數(shù)據(jù)連續(xù)出現(xiàn)N次的事件的頻度，而把一個對于系統(tǒng)而言最佳的計數(shù)值用于估計。最好是，TPC指令的傳輸頻率越高，就使n值越大。
接下來，圖13表示用TPC指令的累計值來估計移動速度的配置。圖13中所示的TPC指令累加器單元261設(shè)置在發(fā)送側(cè)的傳輸功率控制單元中。相繼輸入的TPC指令值被依次相加，從相加的結(jié)果得到累計值。在發(fā)送側(cè)，根據(jù)此一累計值修改傳輸功率值。衰落距估計單元262從TPC指令累加器單元261接收該累計值，并估計移動速度。
如圖14中所示，衰落距估計單元262以一定的采樣間隔對TPC指令的累計值采樣，把一段時間內(nèi)的兩個相繼的采樣值(A、B、C、D、E、F、G、H、I、J和K)之差的絕對值相加，并從總和估計移動速度。
移動速度越高，則此一相加值變成越大的，因為移動速度越高，則累計值加大或減小得越迅速。移動速度越低，則此一相加值變成越小的，因為移動速度越低，則累計值加大或減小得越緩慢。因此，通過劃分采樣值之差的總和的范圍，可以按多級來估計移動速度。也可以把移動速度表達(dá)為總和的適當(dāng)函數(shù)。
圖15表示用來進(jìn)行這樣的操作的衰落距估計單元262的配置示例。圖15中所示的配置包括一個延遲電路271、一個比較器272、一個轉(zhuǎn)換器電路273、一個減法器274、一個加法器275、一個鎖存電路276以及一個速度換算存儲器277。
延遲電路271把所輸入的累計值延遲一個采樣時間，并輸出該累計值。比較器272把所輸入的累計值B與延遲電路271的輸出A相比較。如果A＞B，則比較器272輸出一個邏輯“1”，否則，比較器272輸出一個邏輯“0”。
轉(zhuǎn)換器電路273由比較器272的輸出來控制。如果比較器272的輸出為邏輯“1”，則轉(zhuǎn)換器電路273分別從輸出端X和Y輸出諸輸入A和B。如果比較器272的輸出為邏輯“0”，則轉(zhuǎn)換器電路273的輸出端Y和X分別輸出諸輸入A和B。因此，如果所輸入的累計值B大于一次采樣前的累計值A(chǔ)，則X=B和Y=A，而如果所輸入的累計值B小于一次采樣前的累計值A(chǔ)，則X=A和Y=B。
減法器274從轉(zhuǎn)換器電路273的輸出X中減去輸出Y，并輸出該差值。由于轉(zhuǎn)換器電路273的輸出始終是X≥Y，所以減法器274的輸出始終為0或正。此一輸出相當(dāng)于所輸入的累計值與一次采樣前的累計值之差的絕對值。
加法器275把用來把減法器274的輸出與由鎖存電路276存儲的總和相加的操作重復(fù)一定次數(shù)，而鎖存電路276向速度換算存儲器277輸出該總和。于是，衰落距的估計值從速度換算存儲器277輸出。代替速度換算存儲器277，該總和也能用圖12中所示的這樣一種電路換算成估計值。
要不然，當(dāng)把一段時間內(nèi)的采樣值之差相加時，能測量這些值的移動平均，從該平均值能估計移動速度。通過準(zhǔn)確地測量移動平均，能估計移動速度的較精確的波動。
如圖16中所示，通過使衰落距估計單元262計數(shù)TPC指令的累計值穿越某個基準(zhǔn)值的事件的頻度，也能從該計數(shù)值(SUM)估計移動速度。累計值穿越基準(zhǔn)值意味著，累計值變成大于基準(zhǔn)值，或累計值變成小于基準(zhǔn)值。移動速度越高，則計數(shù)值變成越大的。移動速度越低，則計數(shù)值變成越小的。因此，通過用此一計數(shù)值，能以與把采樣值之差相加者相同的方式估計移動速度。
圖17表示用來進(jìn)行這樣的操作的衰落距估計單元262的配置示例。圖17中所示的配置包括一個基準(zhǔn)值計算器單元281、一個比較器282、一個上升沿探測器單元283、一個乘法器284、一個加法器285、一個鎖存電路286以及一個速度換算存儲器277。
基準(zhǔn)值計算器單元281還包括(n-1)個延遲電路271、一個加法器287、一個乘法器288和一個加法器289，并從n個累計值的平均來計算一個基準(zhǔn)值。加法器287把一個所輸入的累計值與(n-1)個延遲電路271的諸輸出相加，而乘法器288把該相加的結(jié)果乘以1/n。加法器289把某個值α加到該相乘的結(jié)果上，并產(chǎn)生基準(zhǔn)值。
比較器282把來自基準(zhǔn)值計算器單元281的基準(zhǔn)值A(chǔ)與所輸入的累計值B相比較。如果A＜B，則比較器282輸出一個邏輯“1”，否則，比較器282輸出一個邏輯“0”。當(dāng)比較器的輸出從邏輯“0”變成邏輯“1”時，上升沿探測器單元283輸出一個邏輯“1”，而乘法器284把上升沿探測器單元283的該輸出乘以2。
加法器285把用來把乘法器284的輸出加到由鎖存電路286儲存的計數(shù)值上的操作重復(fù)一定次數(shù)，而鎖存電路286向速度換算存儲器277輸出該計數(shù)值。于是，在一定次數(shù)內(nèi)累計值超過基準(zhǔn)值的事件的頻度的兩倍作為計數(shù)值被輸出，而此一計數(shù)值相當(dāng)于累計值穿越基準(zhǔn)值的事件的頻度。
速度換算存儲器277輸出與所輸入的計數(shù)值相對應(yīng)的衰落距的估計值。采用圖12中所示的這樣一種電路代替速度換算存儲器277，也能把該計數(shù)值換算成一個估計值。
當(dāng)計數(shù)穿越頻度時通過測量一段時間內(nèi)計數(shù)值的移動平均，也能從該平均來估計移動速度。通過準(zhǔn)確地測量移動平均，能估計移動速度的較精確的波動。
雖然以上所述的所有方法都是用TPC指令來估計移動速度的方法，但是還有用從接收相關(guān)值得到的希望信號功率的另一種方法。在DS-CDMA系統(tǒng)中，所接收的信號在被解擴(kuò)展之前處于頻譜被擴(kuò)展，而一組信道被多路復(fù)用的狀態(tài)。因此，受來自目標(biāo)移動站的衰落的影響的信號在被解擴(kuò)展之前無法觀察。然而，通過對信號解擴(kuò)展能提取一個目標(biāo)希望信號，借此能估計移動速度。
圖18表示用希望信號功率來估計移動速度的配置。一個功率復(fù)合器單元291用與圖3中所示的解調(diào)器24的輸出相對應(yīng)的接收相關(guān)值合成一個希望信號功率。一個衰落距估計單元292根據(jù)所合成的希望信號功率來估計移動速度。
如圖19中所示，衰落距估計單元292測量接收相關(guān)值，并以一定的時間段對希望信號功率采樣。從N個相繼的接收相關(guān)值(1、2、…、n)產(chǎn)生希望信號功率的每個采樣值(SP1、SP2、…、SPi、SPj)。
圖20表示用來進(jìn)行這樣的采樣操作的電路的配置。圖20中所示的采樣電路包括加法器301和鎖存電路302和303，并產(chǎn)生希望信號功率的采樣值。
加法器301和鎖存電路302對n個相繼的接收相關(guān)值進(jìn)行積分，而鎖存電路302在每一次采樣時間被采樣信號清零。鎖存電路303在每一次采樣時間根據(jù)采樣信號鎖存鎖存電路302的輸出，并輸出一個采樣值。根據(jù)像這樣的電路，在一次采樣時間內(nèi)所輸入的n個相繼的接收相關(guān)值的總和作為采樣值被輸出。
當(dāng)進(jìn)行信號的相干探測時，相位估計在圖3中所示的探測器單元33中是必須的。當(dāng)采用插入式同步探測器電路時，用一個作為插入數(shù)據(jù)信號之間的已知信號的導(dǎo)引信號來估計相位。對于用來從一個信號，其中包括導(dǎo)引信號，的接收相關(guān)值產(chǎn)生希望信號功率的方法而言，可以考慮圖21、圖22和圖23中所示的3種方法。
在圖21中，一個搜索合成器單元304輸出與一個具體信道相對應(yīng)的希望信號的接收相關(guān)值，而一個導(dǎo)引提取器單元305提取作為已知信號的導(dǎo)引信號的接收相關(guān)值。一個功率復(fù)合器單元291進(jìn)行所提取的接收相關(guān)值的功率復(fù)合，并產(chǎn)生希望信號功率的采樣值。這里采樣值是通過把n個接收相關(guān)值平方而得到的n個值的總和。
在圖22中，功率復(fù)合器單元291進(jìn)行所提取的接收相關(guān)值的振幅復(fù)合，并產(chǎn)生希望信號功率的采樣值。這里采樣值是通過把n個接收相關(guān)值的平均值平方而得到的。
在圖23中，不進(jìn)行導(dǎo)引信號的提取。功率復(fù)合器單元291進(jìn)行從搜索合成器單元304輸出的一個導(dǎo)引信號和一些數(shù)據(jù)信號的接收相關(guān)值的功率復(fù)合，并產(chǎn)生希望信號功率的采樣值。這里采樣值是通過把n個接收相關(guān)值平方而得到的n個值的總和。圖23中所示的方法能用于任何信號而不論是否有導(dǎo)引信號。
圖24表示圖23中所示的功率復(fù)合器單元291的配置示例。圖24的配置包括一個平方發(fā)生器311、一個加法器312和一個鎖存電路313。平方發(fā)生器311把所輸入的接收相關(guān)值平方。加法器312和鎖存電路313對來自平方發(fā)生器311的n個相繼的輸出進(jìn)行積分，并作為采樣值輸出該積分的結(jié)果。鎖存電路313在每一次采樣時間被采樣信號清零。圖23中所示的功率復(fù)合器單元291包括與圖24中所示者相同的電路。
圖25表示圖22中所示的功率復(fù)合器單元291的配置示例。圖25的配置包括一個加法器321、一個鎖存電路322和323、一個乘法器324以及一個平方發(fā)生器325。
加法器321和鎖存電路322對n個相繼的接收相關(guān)值進(jìn)行積分，而鎖存電路322在每一次采樣時間被采樣信號清零。鎖存電路323在每一次采樣時間根據(jù)采樣信號鎖存鎖存電路322的輸出，而乘法器324把鎖存電路323的輸出乘以1/n。平方發(fā)生器325把乘法器324的輸出平方，并作為采樣值輸出該計算的結(jié)果。
圖18中所示的衰落距估計單元292把一段時間內(nèi)的兩個相繼的值之差的絕對值相加，并以與圖14中所示者相同的方式根據(jù)產(chǎn)生的希望信號功率的采樣值從該相加值來估計移動速度。在此一場合，衰落距估計單元292包括例如與圖15中所示者相同的電路。
移動速度越高，則此一相加值變成越大的，因為移動速度越高，則希望信號功率加大或減小得越迅速。移動速度越低，則此一相加值變成越小的，因為移動速度越低，則希望信號功率加大或減小得越緩慢。因此，通過劃分采樣值之差的總和的范圍，可以按多級來估計移動速度。也可以把移動速度表達(dá)為總和的適當(dāng)函數(shù)。
要不然，當(dāng)把一段時間內(nèi)的采樣值之差相加時，能測量這些值的移動平均，從該平均值能估計移動速度。通過準(zhǔn)確地測量移動平均，能估計移動速度的較精確的波動。
如圖26中所示，通過使衰落距估計單元292計數(shù)希望信號功率的采樣值穿越某個基準(zhǔn)值的事件的頻度，也能從該計數(shù)值(SUM)估計移動速度。移動速度越高，則計數(shù)值變成越大的。移動速度越低，則計數(shù)值變成越小的。因此，用此一計數(shù)值，能以與上述把采樣值之差相加者相同的方式估計移動速度。在此一場合，衰落距估計單元292包括例如與圖17中所示者相同的電路。
當(dāng)計數(shù)穿越頻度時通過測量一段時間內(nèi)計數(shù)值的移動平均，也能從該平均來估計移動速度。通過準(zhǔn)確地測量移動平均，能估計移動速度的較精確的波動。
雖然以上描述了用TPC指令和希望信號功率的兩種估計方法，但是在這兩種方法的結(jié)果之間存在著某種關(guān)系。一般來說，由于傳輸功率不能被TPC指令所控制，所以如果移動速度超過一定值，則在接收側(cè)產(chǎn)生的TPC指令的變化率變成常數(shù)。
因此，在用TPC指令的方法中，如圖27中所示，在超過一定值的高速區(qū)里根據(jù)此一變化率得到的估計速度指示一個恒定值。圖27表示所產(chǎn)生的衰落的衰落距(fdT)與估計速度之間的關(guān)系。在衰落距與實際移動速度之間存在著密切的關(guān)系。衰落距變成越大的，則移動速度變成越高的。
另一方面，在用希望信號功率的方法中，與用TPC指令的方法相反，在低于一定值的低速區(qū)里估計速度指示一個恒定值。這是因為，當(dāng)移動速度低時，由于TPC指令的有效的傳輸功率控制，希望信號功率的值變成常數(shù)。如果移動速度變高到某種程度，則傳輸功率控制變成無效的，而希望信號功率波動。因此，用該波動能估計移動速度。
因而，最好是同時采用這些估計方法來估計移動速度。例如，在用TPC指令得到的估計值飽和的區(qū)域里可以采納用希望信號功率得到的估計值，而在用希望信號功率得到的估計值飽和的區(qū)域里可以采納用TPC指令得到的估計值。通過同時采這用兩種方法，能克服兩種方法的缺點(diǎn)，借此能擴(kuò)展移動速度的估計范圍。
例如，如圖28中所示，用上述衰落距估計單元231、262和292，能按一組速度范圍估計移動站的移動速度，而每個衰落距估計單元能輸出一個與各自的速度范圍相對應(yīng)的控制信號。在圖28中，估計速度被劃分為A(靜止?fàn)顟B(tài))、B(0至40km/h)、C(40至80km/h)、D(80至120km/h)以及E(120km/h以上)5個速度范圍，而根據(jù)估計速度所屬的速度范圍輸出不同的控制信號。
估計此一控制信號，搜索器、傳輸功率控制單元、以及在相干探測場合的相位估計單元等的各自的參數(shù)值，能被優(yōu)化以防備產(chǎn)生的衰落。
在上述實施例中，任何硬件或固件，例如數(shù)字信號處理器(DSP)之類，可以用于用來估計移動速度的電路和用來設(shè)定通信裝置的各種參數(shù)的電路。所控制的目標(biāo)參數(shù)不限于搜索器功能、傳輸功率控制功能和相干探測功能，而是能包括任何其他功能。
此外，本發(fā)明不限于在DS-CDMA系統(tǒng)中的通信，而是也能廣泛地運(yùn)用于相移鍵控(PSK)系統(tǒng)、個人數(shù)字蜂窩(PDC)系統(tǒng)等的通信。
根據(jù)本發(fā)明，在CDMA系統(tǒng)等的移動通信中，通過利用傳輸功率控制功能和解擴(kuò)展功能，能估計移動站的移動速度。還能根據(jù)所估計的速度動態(tài)地控制通信裝置的各種參數(shù)，借此能改善接收特性和信道容量。
權(quán)利要求
1．一種用來在移動通信中估計速度的裝置，用以在發(fā)送站與接收站之間控制傳輸功率，該裝置包括輸入裝置(1、231和262)，用以輸入從所述接收站向所述發(fā)送站發(fā)送的傳輸功率控制指令；以及速度估計裝置(4、231和261)，用以用所述傳輸功率控制指令來估計所述接收站的移動速度，并輸出一個與所估計的速度相對應(yīng)的控制信號。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的用來估計速度的裝置，其中，所述速度估計裝置估計所述接收站對所述發(fā)送站的相對移動速度。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的用來估計速度的裝置，其中，所述速度估計裝置探測相繼輸入的所述傳輸功率控制指令的值的變化，并根據(jù)該值的變化來估計所述移動速度。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的用來估計速度的裝置，其中，所述速度估計裝置探測所述傳輸功率控制指令的同一值連續(xù)出現(xiàn)預(yù)定次數(shù)的事件數(shù)，并根據(jù)該事件數(shù)來估計所述移動速度。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的用來估計速度的裝置，其中，所述速度估計裝置根據(jù)所述傳輸功率控制指令的傳輸頻率來設(shè)定所述預(yù)定次數(shù)。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的用來估計速度的裝置，其中，所述速度估計裝置以預(yù)定間隔采樣所述傳輸功率控制指令的累計值，把一段時間內(nèi)的兩個相繼的采樣值之差相加，并根據(jù)所得到的值來估計所述移動速度。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的用來估計速度的裝置，其中，所述速度估計裝置計算所述采樣值之差的移動平均，并從該移動平均來估計所述移動速度。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的用來估計速度的裝置，其中，所述速度估計裝置在預(yù)定的時間內(nèi)計數(shù)所述傳輸功率控制指令的累計值穿越一個基準(zhǔn)值的事件數(shù)，并根據(jù)一個計數(shù)值來估計所述移動速度。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的用來估計速度的裝置，其中，所述速度估計裝置采用一種移動平均方法來計算所述計數(shù)值。
10．一種用來在移動通信中在發(fā)送站與接收站之間估計速度的裝置，該裝置包括接收裝置(2、24和193)，用以從所接收的信號中提取一個希望信號；功率復(fù)合裝置(3和291)，用以從所述希望信號產(chǎn)生一個希望信號功率；以及速度估計裝置(4和292)，用以用所述希望信號功率來估計所述發(fā)送站的移動速度，并輸出一個與所估計的移動速度相對應(yīng)的控制信號。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的用來估計速度的裝置，其中，所述速度估計裝置估計所述發(fā)送站對所述接收站的相對移動速度。
12．根據(jù)權(quán)利要求10的用來估計速度的裝置，其中，所述接收裝置包括通過對所述所接收的信號的解擴(kuò)展來提取所述希望信號的解調(diào)裝置。
13．根據(jù)權(quán)利要求10的用來估計速度的裝置，其中，所述速度估計裝置以預(yù)定間隔采樣所述希望信號功率，把一段時間內(nèi)的兩個相繼的采樣值之差相加，并根據(jù)所得到的值來估計所述移動速度。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的用來估計速度的裝置，其中，所述速度估計裝置計算所述采樣值之差的移動平均，并從該移動平均來估計所述移動速度。
15．根據(jù)權(quán)利要求10的用來估計速度的裝置，其中，所述速度估計裝置以預(yù)定間隔采樣所述希望信號功率，在預(yù)定時間內(nèi)計數(shù)采樣值穿越一個基準(zhǔn)值的事件數(shù)，并根據(jù)一個計數(shù)值來估計所述移動速度。
16．根據(jù)權(quán)利要求15的用來估計速度的裝置，其中，所述速度估計裝置采用一種移動平均方法來計算所述計數(shù)值。
17．一種用來在移動通信中估計速度的裝置，用以控制傳輸功率，該裝置包括第1速度估計裝置(4、231和262)，用以用從對方站發(fā)送的傳輸功率控制指令來估計該對方站的移動速度，并輸出一個與所估計的速度相對應(yīng)的第1控制信號；接收裝置(2、24和193)，用以從所接收的信號中提取一個希望信號；功率復(fù)合裝置(3和291)，用以從所述希望信號產(chǎn)生一個希望信號功率；以及第2速度估計裝置(4和292)，用以用所述希望信號功率來估計所述對方站的移動速度，并輸出一個與所估計的速度相對應(yīng)的第2控制信號。
18．一種發(fā)送機(jī)，包括輸入裝置(1、231和261)，用以在移動通信中輸入一個從接收站向發(fā)送站發(fā)送的傳輸功率控制指令；以及速度估計裝置(4、231和262)，用以用所述傳輸功率控制指令來估計所述接收站的移動速度，并輸出一個與所估計的移動速度相對應(yīng)的控制信號。
19．一種接收機(jī)，包括接收裝置(2、24和193)，用以在移動通信中從所接收的信號中提取一個希望信號；功率復(fù)合裝置(3和291)，用以從所述希望信號產(chǎn)生一個希望信號功率；以及速度估計裝置(4和292)，用以用所述希望信號功率來估計發(fā)送站的移動速度，并輸出一個與所估計的移動速度相對應(yīng)的控制信號。
20．一種用來估計速度的方法，包括以下步驟在發(fā)送站與接收站之間進(jìn)行移動通信；以及用一個從所述接收站向所述發(fā)送站發(fā)送的傳輸功率控制指令來估計所述接收站的移動速度。
21．一種用來估計速度的方法，包括以下步驟在發(fā)送站與接收站之間進(jìn)行移動通信；在所述接收站處從所接收的信號產(chǎn)生一個希望信號功率；以及用所述希望信號功率來估計所述發(fā)送站的移動速度。
全文摘要
本發(fā)明為一種速度估計裝置,用于在擴(kuò)頻系統(tǒng)的移動通信中探測從接收站發(fā)送的傳輸功率控制指令的變化,并估計該接收站的移動速度。該速度估計裝置還通過從所接收的信號中提取希望信號來產(chǎn)生一個希望信號功率,并用該希望信號功率來估計相應(yīng)的發(fā)送站的移動速度。
文檔編號H04B7/005GK1224845SQ98120850
公開日1999年8月4日 申請日期1998年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月28日
發(fā)明者久保德郎, 箕輪守彥 申請人:富士通株式會社