Оценка доплеровского разброса/скорости в мобильных устройствах беспроводной связи и способы этой оценки
Изобретение относится к области мобильной связи. Технический результат заключается в более точном определении разброса по доплеровской частоте. Сущность изобретения заключается в том, что оценка доплеровского разброса основана на оцениваемой величине автокорреляции или автоковариации при первой задержке и при второй задержке, величина которой больше, чем первая задержка. Первое отношение определяется между первой разностью и второй разностью. Оцениваемый доплеровский разброс по существу пропорционален квадратному корню из первого отношения и масштабируется мультипликативным множителем, который зависит от того, является ли оцениваемая функция функцией автокорреляции или автоковариации. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится, в общем, к мобильным устройствам беспроводной связи и, более конкретно, к оценке доплеровского разброса/скорости в мобильных устройствах беспроводной связи.
УРОВЕНЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Работа многих систем сотовой связи зависит от точности оценки неизвестных параметров, например коэффициентов канала с замираниями в системах сотовой связи третьего поколения, мобильной станцией или устройством беспроводной связи.
Одним значительным источником неточности оценки параметров является эффект Доплера, имеющий место при перемещении мобильной станции. Канальная оценка в некоторых системах сотовой связи, например, требует фильтрации пилот-сигналов, принимаемых в мобильной станции. Оптимальный диапазон рабочих частот фильтра зависит от доплеровского разброса.
Скорость пропорциональна частоте и, следовательно, доплеровскому разбросу. Знание точного доплеровского разброса в мобильных устройствах беспроводной связи полезно для назначения более медленных мобильных станций микроячейкам и для назначения более быстрых мобильных станций макроячейкам, и для осуществления относительно более точных контрольных измерений мощности.
Известно, как оценить доплеровский разброс на основе автоковариации квадрата величины сигнала, принятого в мобильной станции. Проблемой такого подхода, однако, является ухудшение параметров устройства оценки, которое вызывается плохой помехоустойчивостью, связанной с оценкой автоковариации возведенной в квадрат величины при задержке 0. Другой проблемой такого подхода известного уровня техники является то, что он основан на оценках значений 1-го и 2-го порядка возведенной в квадрат величины принимаемого сигнала, которые, по существу, являются значениями 2-го и 4-го порядка сигнала. Значения более высокого порядка принимаемого сигнала, по существу, более сложно оценить, чем его значения более низкого порядка, и таким образом, оценки доплеровского разброса известного уровня техники, основанные на оценках значений 1-го и 2-го порядка возведенной в квадрат величины принимаемого сигнала, являются чувствительными к неточностям, которые могут привести к плохой работе системы.
Различные аспекты, признаки и преимущества данного изобретения станут более явными для специалистов обычной квалификации в данной области техники при тщательном рассмотрении следующего подробного описания изобретения и сопутствующих чертежей, описанных ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 является системой связи, включающей в себя мобильное устройство беспроводной связи, для которого оценивается доплеровский разброс согласно вариантам осуществления данного изобретения.
Фиг.2 является блок-схемой процесса для определения доплеровского разброса.
Фиг.3 является графической иллюстрацией характеристики относительного смещения в зависимости от отношения сигнал-шум (ОСШ, SNR) для нескольких вариантов осуществления данного изобретения и известного уровня техники.
Фиг.4 является графической иллюстрацией характеристики квадратного корня из относительной среднеквадратической ошибки (ОСКО, RMSE) в зависимости от ОСШ для нескольких вариантов осуществления данного изобретения и известного уровня техники.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В данном изобретении доплеровский разброс оценивается в мобильных устройствах беспроводной связи, например в микротелефонных трубках сотовых телефонных аппаратов, электронных секретарях, беспроводных компьютерах и т.д.
В одном варианте осуществления оценка доплеровского разброса основана на вещественной части оцениваемой функции автокорреляции импульсной характеристики канала, по которому передается сигнал. Дальнейшие ссылки здесь на оцениваемую функцию автокорреляции относятся к ее вещественной части. И в другом варианте осуществления оценка доплеровского разброса основана на оцениваемой функции автоковариации величины возведенной в квадрат импульсной характеристики канала, по которому передается сигнал. Оценки доплеровского разброса данного изобретения имеют, среди других преимуществ по сравнению с известным уровнем техники, улучшенную помехоустойчивость.
На фиг.2, в блоке 200, оценивается автоковариация функции автокорреляции. Оценка функций автокорреляции или автоковариации, в основном, известна. В узкополосных системах связи, например, функция автоковариации или автокорреляции может быть основана на сигнале, принимаемом в мобильном устройстве беспроводной связи.
В системах множественного доступа с временным разделением каналов (МДВР TDMA) оцениваемая функция автоковариации или автокорреляции может быть основана на выходном сигнале адаптивного корректора или на некоторой другой части схемы мобильного устройства беспроводной связи.
В одном варианте осуществления, показанном в примерном приемнике 100 множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР, CDMA) или широкополосного МДКР (WCDMA) фиг.1, оцениваемая функция автокорреляции основана на составляющих I и/или Q сигнала одного или нескольких из нескольких отводов A - N, связанных с конкретным маршрутом сигнала многоотводного приемника 110 (рейк приемника). В другом варианте осуществления оцениваемая функция автоковариации основана на составляющих I и Q сигнала одного или нескольких отводов многоотводного приемника 110. Альтернативно, оцениваемая функция автоковариации может быть также основана на выходном сигнале Rout многоотводного приемника 110.
Примерное устройство 100 фиг.1 включает в себя, в основном, усилитель 120 и другие компоненты, включая процессор группового сигнала, процессор цифровых сигналов, дисплей и входы, некоторые из которых не показаны, но хорошо известны в данной области техники, под управлением локального процессора 150, например программируемого процессора цифровых сигналов (ПЦС, DSP) или специализированной схемы аппаратного обеспечения, такой как специализированная интегральная схема или схема прикладной ориентации (ASIC) или другой процессор или комбинации, известные специалистам с обычной квалификацией в данной области техники.
В одном варианте осуществления изобретения функция автокорреляции оценивается или из синфазной или квадратурной составляющих сигнала, а в другом варианте осуществления функция автокорреляции оценивается как из синфазной, так и из квадратурной составляющих сигнала. В еще одном варианте осуществления функция автоковариации оценивается из возведенной в квадрат величины сигнала.
На фиг.2, в блоке 210, первое значение функции автоковариации или автокорреляции оценивается для первой задержки, n. В вариантах осуществления изобретения, в которых оцениваемой функцией является функция автоковариации, первой задержкой является любое положительное или отрицательное ненулевое значение, а в вариантах, в которых оцениваемой функцией является функция автокорреляции, первой задержкой, n, может быть любое значение, включая нуль.
В блоке 220 второе значение оцениваемой функции автокорреляции или автоковариации оценивается при второй задержке, m, имеющей величину, которая больше, чем величина первой задержки, n.
На фиг.2 первое отношение вычисляется между первой разностью и второй разностью. Первая разность является разностью между оцениваемой величиной при первой задержке, n, и оцениваемой величиной при второй задержке, m. Схематически показано, что первая разность вычисляется в блоке 230 разности. Второй разностью является разность между первым произведением и вторым произведением. Первым произведением является произведение второй задержки, возведенной в квадрат, m2, и оцениваемой величины с первой задержкой, n. Вторым произведением является произведение первой задержки, возведенной в квадрат, n2, и оцениваемой величины со второй задержкой, m. Вторая разность показана вычисляемой схематически в блоке разности 240.
Первое отношение первой и второй разностей вычисляется схематически в блоке 250 делителя и количественно выражается как
х= [ϕ(n)- ϕ(m)]/[m2ϕ(n)-n2ϕ(n)], (1)
где ϕ(n) - оцениваемое значение либо оцениваемой автокорреляции, либо автоковариации, имеющее первую задержку, n, и ϕ(m) - оцениваемая величина той же самой оцениваемой функции, имеющей вторую задержку, m.
На фиг.2, в блоке 255, величина первого отношения вычисляется, если первое отношение, х, меньше, чем нуль. Таким образом, выходным сигналом блока 255 является величина первого отношения. Альтернативно, в блоке 255, если первое отношение меньше, чем нуль, выходной сигнал блока 255 устанавливается на нуль. Если первое отношение больше, чем нуль, то первое отношение является выходным сигналом блока 255.
В блоке 260 вычисляется квадратный корень из выходного сигнала блока 255. Если первое отношение больше, чем нуль, то доплеровский разброс пропорционален квадратному корню из первого отношения. Если первое отношение меньше, чем нуль, то доплеровский разброс пропорционален квадратному корню из величины первого отношения. Альтернативно, если первое отношение меньше, чем нуль, то доплеровский разброс равен нулю.
На фиг.2, в блоке 270, квадратный корень из первого отношения масштабируется вторым отношением, причем оцениваемый доплеровский разброс или скорость пропорциональна произведению второго отношения и квадратного корня из первого отношения. Второе отношение является обратной величиной произведению π и Т, где Т является обратной величиной скорости обработки. Скорость обработки может быть, например, скоростью передачи символов или скоростью передачи элементов сигнала, или некоторой другой скоростью, известной специалистам с обычной квалификацией в данной области.
Второе отношение, в общем, качественно выражается как
В применениях, в которых оцениваемой функцией является функция автокорреляции, доплеровский разброс пропорционален произведению первого и второго отношений. В применениях, в которых оцениваемой функцией является функция автоковариации, доплеровский разброс пропорционален произведению первого и второго отношений, масштабированному множителем квадратного корня из двух, деленного на 2. Таким образом, для функции автоковариации (2) масштабируется следующим образом:
Фиг.3 является графической иллюстрацией характеристики относительного смещения в зависимости от отношения сигнал-шум (ОСШ) для нескольких вариантов осуществления данного изобретения по сравнению с известным уровнем техники. График иллюстрирует, в общем, относительно постоянное оцениваемое смещение доплеровского разброса, где оцениваемая функция автокорреляции данного изобретения основана как на синфазной, так и на квадратурной составляющих сигнала или где функция автоковариации основана на величине возведенного в квадрат сигнала. В отличие от этого, оцениваемое смещение доплеровского разброса в известном уровне техники заметно хуже при более низких уровнях сигнала. На фиг.3 оценка доплеровского разброса, основанная на оцениваемой функции автоковариации, оцениваемой из величины сигнала, возведенной в квадрат, или оценка доплеровского разброса, основанная как на его синфазной, так и на его квадратурной составляющих, имеет сравнительно меньшее смещение, чем оцениваемый доплеровский разброс, основанный только на одной синфазной или квадратурной составляющей сигнала.
Фиг.4 является графической иллюстрацией характеристики квадратного корня из относительной среднеквадратической ошибки (ОСКО, RMSE) в зависимости от ОСШ для нескольких вариантов осуществления данного изобретения по сравнению с известным уровнем техники. График иллюстрирует, в основном, относительно постоянную ОСКО для оцениваемого доплеровского разброса для вариантов, в которых оцениваемая функция автокорреляции данного изобретения основана на синфазной и/или квадратурной составляющих сигнала или в которых оцениваемая функция автоковариации основана на величине сигнала, возведенного в квадрат. В отличие от этого, оценка доплеровского разброса в известном уровне техники имеет заметно большую ОСКО при низких уровнях сигнала. На фиг.4 ОСКО, основанная на оцениваемой функции автоковариации, оцениваемой из величины сигнала, возведенной в квадрат, или функции автокорреляции, основанной как на синфазной, так и на квадратурной составляющих сигнала, является сравнительно меньшей, чем в известном уровне техники, особенно при низких уровнях сигнала.
Хотя данное изобретение и то, что рассматривается сейчас в качестве его наилучших режимов работы, были описаны способом, который позволяет специалистам с обычной квалификацией в данной области техники реализовать и использовать изобретение, будет понятно и ясно, что имеется множество эквивалентов примерных вариантов осуществления, раскрытых здесь, и что бесчисленное количество модификаций и вариаций может быть создано к нему, не выходя за рамки объема и сущности изобретения, которые должны быть ограничены не примерными вариантами, а прилагаемой формулой изобретения.
1. Способ оценки разброса по доплеровской частоте в мобильном устройстве беспроводной связи, заключающийся в том, что оценивают величину оцениваемой автокорреляции импульсной характеристики канала для первой и второй задержки, причем вторая задержка имеет величину, большую, чем величина первой задержки, определяют первое отношение между первой разностью и второй разностью, причем первая разность является разностью между оцениваемой величиной при первой задержке и оцениваемой величиной при второй задержке, второй разностью является разность между первым произведением и вторым произведением, причем первым произведением является произведение второй задержки, возведенной в квадрат, и оцениваемой величины при первой задержке, а вторым произведением является произведение первой задержки, возведенной в квадрат, и оцениваемой величины при второй задержке, определяют квадратный корень из первого отношения, если первое отношение больше, чем нуль, определяют разброс по доплеровской частоте, пропорциональный квадратному корню из первого отношения.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют квадратный корень из абсолютной величины первого отношения, если первое отношение меньше, чем нуль.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что устанавливают величину первого отношения на нуль, если первое отношение меньше, чем нуль.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют разброс по доплеровской частоте путем умножения квадратного корня из первого отношения на второе отношение, причем второе отношение является обратной величиной произведения π и Т, где Т является обратной величиной скорости обработки.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что оценивают автокорреляцию как из синфазной, так и из квадратурной составляющих сигнала.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что оценивают автокорреляцию из одной синфазной или квадратурной составляющей сигнала.
7. Способ оценки разброса по доплеровской частоте в мобильном устройстве беспроводной связи, заключающийся в том, что оценивают величину оцениваемой автоковариации возведенной в квадрат величины импульсной характеристики канала для первой ненулевой задержки и для второй задержки, причем вторая задержка имеет величину большую, чем величина первой задержки, определяют первое отношение между первой разностью и второй разностью, причем первая разность является разностью между оцениваемой величиной при первой задержке и оцениваемой величиной при второй задержке, второй разностью является разность между первым произведением и вторым произведением, причем первым произведением является произведение второй задержки, возведенной в квадрат, и оцениваемой величины при первой задержке, а вторым произведением является произведение первой задержки, возведенной в квадрат, и оцениваемой величины при второй задержке, определяют квадратный корень из первого отношения, если первое отношение больше, чем нуль, определяют разброс по доплеровской частоте, пропорциональный квадратному корню из первого отношения.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что определяют квадратный корень из абсолютной величины первого отношения, если первое отношение меньше, чем нуль.
9. Способ по п.7, отличающийся тем, что устанавливают величину первого отношения на нуль, если первое отношение меньше, чем нуль.
10. Способ по п.7, отличающийся тем, что определяют разброс по доплеровской частоте умножением квадратного корня из первого отношения на второе отношение, причем вторым отношением является отношение квадратного корня из 2, деленного на произведение 2π и Т, где Т является обратной величиной скорости обработки.
11. Мобильное устройство беспроводной связи, содержащее средство для определения квадратного корня из первого отношения, большего, чем нуль, причем первое отношение определено как [ϕ(n)-ϕ(m)]/[m2ϕ(n)-n2ϕ(m)], где ϕ(n) - оцениваемая величина оцениваемой автокорреляции импульсной характеристики канала при первой задержке n, ϕ(m) - оцениваемая величина оцениваемой автокорреляции при второй задержке m, величина второй задержки m больше, чем величина первой задержки n, средство для определения разброса по доплеровской частоте, пропорционального квадратному корню из первого отношения, если первое отношение больше, чем нуль.
12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что содержит средство для определения квадратного корня из абсолютной величины первого отношения, если первое отношение меньше, чем нуль.
13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что содержит средство для установки величины первого отношения на нуль, если первое отношение меньше, чем нуль.
14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что содержит средство для масштабирования квадратного корня из первого отношения мультипликативным множителем обратной величины произведениями π и Т, где Т - обратная величина скорости обработки.
15. Устройство по п.11, отличающееся тем, что содержит многоотводный приемник, имеющий множество отводов, средство для оценки автокорреляции на выходе одного или нескольких из множества отводов.
16. Устройство по п.11, отличающееся тем, что содержит средство для оценки автокорреляции как из синфазной, так и из квадратурной составляющих принимаемого сигнала.
17. Устройство по п.11, отличающееся тем, что содержит средство для оценки автокорреляции из одной синфазной или квадратурной составляющей принимаемого сигнала.
18. Мобильное устройство беспроводной связи, содержащее средство для определения квадратного корня из первого отношения, большего, чем нуль, причем первое отношение определено как [ϕ(n)-ϕ(m)]/[m2ϕ(n)-n2ϕ(m)], где ϕ(n) - оцениваемое значение оцениваемой автоковариации из возведенной в квадрат величины импульсной характеристики канала при первой ненулевой задержке n, ϕ(m) - оцениваемая величина оцениваемой автоковариации при второй задержке m, величина второй задержки m больше, чем величина первой задержки n, средство для определения разброса по доплеровской частоте, пропорционального квадратному корню из первого отношения, если первое отношение больше, чем нуль.
19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что содержит средство для масштабирования квадратного корня из первого отношения мультипликативным множителем квадратного корня из 2, деленным на произведение 2πТ, где Т - обратная величина скорости обработки.
20. Устройство по п.18, отличающееся тем, что содержит многоотводный приемник, средство для оценки автоковариации на выходе многоотводного приемника.
21. Устройство по п.18, отличающееся тем, что содержит многоотводный приемник, имеющий множество отводов, средство для оценки автоковариации на выходе одного или нескольких из множества отводов.
22. Устройство по п.18, отличающееся тем, что содержит средство для оценки автоковариации как из синфазной, так и из квадратурной составляющих принимаемого сигнала.
23. Устройство по п.18, отличающееся тем, что содержит средство для определения квадратного корня из абсолютного значения первого отношения, если первое отношение меньше, чем нуль.
24. Устройство по п.18, отличающееся тем, что содержит средство для установки величины первого отношения на нуль, если первое отношение меньше, чем нуль.
