專利名稱：移動通信系統(tǒng)中基于統(tǒng)計量集合的多普勒頻移估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于移動通信領(lǐng)域，尤其涉及移動通信系統(tǒng)中的多普勒頻移估計。
背景技術(shù)：
在移動通信系統(tǒng)中，當(dāng)移動臺在運(yùn)動中通信時，基站接收信號的頻率會發(fā)生變化，稱為多普勒效應(yīng)，這是任何波動過程都具有的特性，多普勒效應(yīng)所引起的附加多普勒頻移在移動臺高速移動時效果明顯，對通訊造成的嚴(yán)重的影響。在考慮多普勒頻移的多徑衰落信道下，要進(jìn)行多徑合并必須動態(tài)估計出多普勒頻移以選擇合適的濾波器?；驹诮邮找苿优_信號時，進(jìn)行多普勒頻移估算，利用計算結(jié)果對移動終端信號的多普勒頻移作出相應(yīng)補(bǔ)償，可以避免由多普勒頻移造成的錯誤，提高系統(tǒng)在終端高速移動時的穩(wěn)定度?，F(xiàn)有多普勒頻移估計技術(shù)利用接收端信號的變化的信息，對多普勒頻移加以估計，本發(fā)明中提出用于估計多普勒頻移的統(tǒng)計量集合由于充分利用了第三代移動通信中基站pilot信道上的固定信息，從而可以得到更好的多普勒頻移估算。同時本發(fā)明提出的反饋對消的多普勒頻移估計方法與以往的估計方法相比較，減少了估算過程中隨機(jī)因素的干擾，比較容易獲得較好的估計結(jié)果。
本發(fā)明的目的是為移動通信系統(tǒng)中多普勒頻移的估計提供適用于多種多普勒頻移分布、用于估計多普勒頻移的統(tǒng)計量集合，并提供一種基于反饋對消的多普勒頻移估計新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的統(tǒng)計量集合對發(fā)明提供的多譜頻移估計的新方法具有非常重要的作用，該統(tǒng)計量集合是對系統(tǒng)Pilot信道上的固定信息進(jìn)行匹配濾波得到基本統(tǒng)計量，然后再利用遞推公式遞推得到的。在得到的統(tǒng)計量集合中基本統(tǒng)計量的階數(shù)為1，每使用一次遞推公式得到的統(tǒng)計量階數(shù)加1。各階統(tǒng)計量均包括兩類，具有數(shù)學(xué)上對稱的形式。統(tǒng)計量集合中各個統(tǒng)計量都包含著有關(guān)多普勒頻移的信息，針對不同的多普勒頻移分布及系統(tǒng)的其他參數(shù)，可以從本發(fā)明提供的統(tǒng)計量集合中選擇適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計量，用于多普勒頻移的估計。
本發(fā)明中基于反饋對消的多普勒頻移估計的方法就是利用對本發(fā)明中提出的統(tǒng)計量集合中統(tǒng)計量的處理而實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明提出的多普勒頻移估計方法的基本過程如下1)首先選定一個初始的多普勒頻移，它在方法第一次運(yùn)作時作為參數(shù)送給以多普勒頻移估計值為參數(shù)的對消濾波器。
2)對消濾波器對Pilot信道上的信息進(jìn)行處理，處理后的信息中多普勒頻移的影響變?yōu)閷?shí)際值和估值的差值。
3)處理后的Pilot信息被送往多普勒頻移估計器，該多普勒頻移估計器利用送來的信息獲得統(tǒng)計量集合，并根據(jù)獲得的統(tǒng)計量估算出多普勒頻移并輸出。
4)輸出的多普勒頻移估計值反饋到對消濾波器，該濾波器更新參數(shù)后繼續(xù)對Pilot信道上的信息進(jìn)行處理。
5)重復(fù)上述步驟，不斷進(jìn)行對fd的估計。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。首先詳細(xì)介紹用于多普勒頻移的統(tǒng)計量集合的構(gòu)成。
考慮到多普勒頻移，基站接收到的處于運(yùn)動中移動臺的信號可以表示為S(t)=a(t)2SIcos(ωct+2πfDt+φ)+a(t)2SQsin(ωct+2πfDt+φ)+n(t)]]>這里通信雙方采用QPSK調(diào)制，在上式中S是接收信號的功率，為討論方便可以考慮歸一化的情況，即假設(shè) 。fD是多普勒頻移，a(t)表示瑞利衰落對信號的影響，_是電波到達(dá)的相位 l為傳播路徑長度，λ為載波波長，可以認(rèn)為_服從(0，2π)之間的均勻分布。n(t)是噪聲項(xiàng)，通常很小，而且采用如擴(kuò)頻技術(shù)的通信系統(tǒng)對于這種白噪聲具有很強(qiáng)的抑制能力。為討論方便忽略n(t)的影響。S(t)經(jīng)過QPSK解調(diào)后，考慮其I路輸出得到I′＝a(t)Icos(2πfDt＋_)。
上式中I為發(fā)方傳送的信息項(xiàng)，因?yàn)橄到y(tǒng)中Pilot信道上的Pilot symbol圖案是已知的，即上式中的I項(xiàng)在接收方是已知的，對Pilot信道處理時可以利用已知的圖案消去上式中的信息項(xiàng)I，得到I′＝a(t)cos(2πfDt＋_)?？梢钥吹绞街邪嘘P(guān)多普勒頻移fd信息，同時還包含有瑞利衰落a(t)的影響和電波到達(dá)相位_的影響。對I進(jìn)一步處理，就可以得到本發(fā)明中用于多普勒頻移分析的統(tǒng)計量集合中的基本統(tǒng)計量若Pilot信道上一個Pilot symbol的長度為Tdchips，一幀中共有K個Pilotsymbol，在一幀中對I′做Td長度的積分可以得到K個第一種基本統(tǒng)計量re(m)=∫τmτma(t)cos(2πfdt+φm)dt]]>其中m＝1K K表示一幀中第一種基本統(tǒng)計量可以得到K個積分值，τm是移動臺到基站之間的傳輸時延，考慮到移動臺在小區(qū)中的分布情況，可以認(rèn)為它服從(0，τmax)的均勻分布，τmax是移動臺到基站之間的最大傳輸時延。
同理對Q路輸出作同樣處理，可以得到第二種基本統(tǒng)計量im(m)=∫τm+mTdτm+(m+1)Tda(t)sin(2πfdt+φm)dt]]>可以看到在兩種基本統(tǒng)計量中都含有fd的信息，被積函數(shù)分別是正弦和余弦函數(shù)，形式上具有對稱性，可以用作對fd的估計。這樣就得到了用于多普勒頻移估計的統(tǒng)計量集合中的基本統(tǒng)計量re(m)和im(m)。但是在實(shí)際運(yùn)用時fd的分布有很多種，只用基本統(tǒng)計量不能滿足各種分布的不同需要，進(jìn)一步考慮可以采用如下的遞推公式構(gòu)造用于估計fd的統(tǒng)計量集合I0(m)＝re1(m)Q0(m)＝im1(m)In+1Qn+1=In2-Qn22InQn]]>這樣就得到了統(tǒng)計量集合 。在得到的統(tǒng)計量集合中基本統(tǒng)計量的階數(shù)為1，每使用一次遞推公式得到的統(tǒng)計量階數(shù)加1。各階統(tǒng)計量均包括兩類In和Qn，具有數(shù)學(xué)上對稱的形式。統(tǒng)計量集合中各個統(tǒng)計量都包含著有關(guān)多普勒頻移的信息，針對不同的多普勒頻移分布及系統(tǒng)的其他參數(shù)，可以從本發(fā)明提供的統(tǒng)計量集合中選擇適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計量，用于多普勒頻移的估計。
例如fd是
均勻分布，τ1服從的均勻分布時，我們可以根據(jù)fd的分布，從 中選取I3(m)為最佳估計量用于fd的估計。
本發(fā)明有益效果1.本發(fā)明提出的用于多普勒頻移的統(tǒng)計量集合簡單的遞推關(guān)系，可以根據(jù)待估計的多普勒頻移的不同分布選擇相應(yīng)的統(tǒng)計量，適用于各種分布的多普勒頻移。
2.統(tǒng)計量集合中各階統(tǒng)計量的兩種形式對稱，遞推公式簡單，各階統(tǒng)計量的計算方便。
3.本方法提出的基于反饋對消的多普勒頻移估計方法對固定的多普勒頻移逐次逼近，對變化的多普勒頻移動態(tài)地調(diào)整，具有很強(qiáng)的抗干擾能力和較高的準(zhǔn)確性。
4.本方法提出的基于反饋對消的多普勒頻移估計方法在多普勒頻移的同時，部分輸出信號可以直接被移動通信系統(tǒng)利用，與僅僅估計多普勒頻移的方法相比具有一定的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的多普勒頻移估計方法的示意圖。其中1為初始多普勒估計值 2為Pilot信息，
3為以多普勒頻移估計值為參數(shù)的濾波器filter( )，4為經(jīng)過處理后的Pilot信息Pilol′，5為多普勒頻移估計器，用它估計出 6為估計出的多普勒頻移。
(五)具體實(shí)施方法圖1中1為初始多普勒估計值 ，2為Pilot信息，3為以多普勒頻移估計值為參數(shù)的對消濾波器filter( )，4為經(jīng)過處理后的Pilot信息Pilot′，5為多普勒頻移估計器，用它估計出 6為估計出的多普勒頻移。
本發(fā)明按以下步驟操作1)首先選定一個初始的多普勒頻移 ，如圖中1所示，它在方法第一次運(yùn)作時作為參數(shù)送給以多普勒頻移估計值為參數(shù)的對消濾波器filter( )。它是方法中多普勒頻移估計值的起始，在估計出新的多普勒頻移的估計值后，新的估值將用作filter( )的參數(shù)，也就是說該初始值只在第一次運(yùn)作時使用一次。此初始估計值的選取可以根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)或以往經(jīng)驗(yàn)，選得的初始估計值離實(shí)際多普勒頻移值越近，方法收斂的速度也越快。
2)初始的多普勒頻移 作為參數(shù)送到以 為參數(shù)的對消濾波器filter( )，該濾波器如附圖中3所示。此對消濾波器的作用是對附圖中2所示的Pilot信道上的信息進(jìn)行處理后得到Pilot′，Pilot′在附圖中標(biāo)記為4，是經(jīng)過濾波器filter( )處理后的Pilot信息。對消濾波器利用得到的參數(shù) 對消掉Pilot信道中的fd影響，實(shí)際情況是對消后Pilot信道中的多普勒頻移影響變?yōu)?3)Pilot′被送往多普勒頻移估計器，在附圖中標(biāo)記為5。該多普勒頻移估計器的作用是利用送來的Pilot′獲得前面所述的統(tǒng)計量集合，并根據(jù)獲得的統(tǒng)計量估算出 ，最后將估計出的 和當(dāng)前的 相加作為估計出的多普勒頻移輸出。在此多普勒頻移估計器中，首先將Pilot′進(jìn)行處理，獲得用于多普勒頻移估計的統(tǒng)計量集合中的統(tǒng)計量In和QnIn和Qn的階數(shù)選擇隨具體的多普勒分布情況有所不同，例如fd是
均勻分布，可以選取I3(m)為最佳估計量用于fd的估計。接下來利用In和Qn對 進(jìn)行估計，最后將估計出的 和當(dāng)前的 相加作為估計出的多普勒頻移輸出。
4)輸出的多普勒頻移估計值反饋到對消濾波器，如附圖中6所示該濾波器更新參數(shù)后繼續(xù)對Pilot信道上的信息進(jìn)行處理。同時，輸出的多普勒頻移估值也可以直接被系統(tǒng)利用，用作系統(tǒng)穩(wěn)定工作的參數(shù)。
5)重復(fù)上述步驟，不斷進(jìn)行對fd的估計。
綜上所述，這種估計方法是建立在反饋對消的基礎(chǔ)上的，在方法中是利用多普勒頻移當(dāng)前估值 對消實(shí)際的fd，使多普勒頻移的影響減小到 然后對差值 進(jìn)行估計，估計出的 和 相加得到新的估計值進(jìn)一步對消實(shí)際的多普勒頻移fd。這樣整個基于反饋對消的估計方法以初始多普勒頻移值為起點(diǎn)，多次修正，不斷重復(fù)，逼近實(shí)際的多普勒頻移fd，同時對于動態(tài)變化的多普勒頻移還具有自適應(yīng)調(diào)整的能力。這種反饋對消的多普勒頻移估計方法與以往的估計方法相比較，減少了估算過程中隨機(jī)因素的干擾，比較容易獲得較好的估計結(jié)果。同時在處理過程中不斷對Pilot修正得到Pilot，也可以將Pilot′直接輸出用于系統(tǒng)同步，這樣，這種估算多普勒頻移的方法在估算多普勒的同時，可以直接被系統(tǒng)利用，這也是本發(fā)明多普勒頻移估計方法的一個特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.移動通信系統(tǒng)中基于統(tǒng)計量集合的多普勒頻移估計方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行1)首先選定一個初始的多普勒頻移，它在方法第一次運(yùn)作時作為參數(shù)送給以多普勒頻移估計值為參數(shù)的對消濾波器。2)對消濾波器對Pilot信道上的信息進(jìn)行處理，處理后的信息中多普勒頻移的影響變?yōu)閷?shí)際值和估值的差值。3)處理后的Pilot信息被送往多普勒頻移估計器，該多普勒頻移估計器利用送來的信息獲得統(tǒng)計量集合，并根據(jù)獲得的統(tǒng)計量估算出多普勒頻移并輸出。4)輸出的多普勒頻移估計值反饋到對消濾波器，該濾波器更新參數(shù)后繼續(xù)對Pilot信道上的信息進(jìn)行處理。5)重復(fù)上述步驟，不斷進(jìn)行對fd的估計。
2.如權(quán)利要求1所述的移動通信系統(tǒng)中基于統(tǒng)計量集合的多普勒頻移估計方法，其特征在于利用PILOT信道上的固定信息獲得統(tǒng)計量集合中的基本統(tǒng)計量，其特征還在于運(yùn)用遞推公式可以從基本統(tǒng)計量出發(fā)得到統(tǒng)計量集合中的其他各階統(tǒng)計量，在進(jìn)行估算時可以根據(jù)多普勒頻移的不同分布以及系統(tǒng)的不同參數(shù)選擇適當(dāng)階數(shù)的統(tǒng)計量用于估計。
3.如權(quán)利要求1所述的移動通信系統(tǒng)中基于統(tǒng)計量集合的多普勒頻移估計方法，其特征在于用當(dāng)前估計值對消實(shí)際值，得到實(shí)際值與估計值之間的差值，估計是對差值進(jìn)行的。
4.如權(quán)利要求1所述的移動通信系統(tǒng)中基于統(tǒng)計量集合的多普勒頻移估計方法，其特征在于用估計出的差值與當(dāng)前估計值相加得到新的估計值，進(jìn)一步用新的估計值對消實(shí)際值。
5.如權(quán)利要求1所述的移動通信系統(tǒng)中基于統(tǒng)計量集合的多普勒頻移估計方法，其特征在于不斷用估計出的值對消實(shí)際值，并產(chǎn)生新的估計值，這個過程重復(fù)不斷。
6.如權(quán)利要求2所述的移動通信系統(tǒng)中基于統(tǒng)計量集合的多普勒頻移估計方法，其特征在于利用基本統(tǒng)計量和遞推公式，重復(fù)迭代，獲得統(tǒng)計量集合。
全文摘要
在移動通信系統(tǒng)中,當(dāng)移動臺在運(yùn)動中通信時,基站接收信號的頻率會發(fā)生變化,稱為多普勒效應(yīng)。本發(fā)明的目的是提供在移動通信系統(tǒng)中適用于多種多普勒頻移分布、用于估計多普勒頻移的統(tǒng)計量集合和一種基于反饋對消的多普勒頻移估計方法。本發(fā)明中提出用于估計多普勒頻移的統(tǒng)計量集合,它充分利用了第三代移動通信中基站pilot信道上的固定信息,獲得統(tǒng)計量集合中的基本統(tǒng)計量,并利用簡單的遞推公式獲得統(tǒng)計量集合中的其他各階統(tǒng)計量,從而在進(jìn)行多普勒頻移估算時可以根據(jù)多普勒頻移的不同分布以及系統(tǒng)的不同參數(shù)選擇適當(dāng)階數(shù)的統(tǒng)計量用于估計。同時本發(fā)明提出的基于反饋對消的多普勒頻移估計方法用估值對消實(shí)際值,再對差值進(jìn)行估計,得到新的估值進(jìn)一步對消實(shí)際值,這個過程不斷重復(fù),從而能夠?qū)潭ǖ亩嗥绽疹l移逐次逼近,對變化的多普勒頻移動態(tài)地調(diào)整,具有很強(qiáng)的抗干擾能力和較高的準(zhǔn)確性。本方法提出的基于反饋對消的多普勒頻移估計方法在多普勒頻移的同時,部分輸出信號可以直接被移動通信系統(tǒng)利用,也是本方法的一個特色。
文檔編號H04B1/707GK1332583SQ0113062
公開日2002年1月23日 申請日期2001年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月15日
發(fā)明者邱玲, 孔慶峰, 朱近康 申請人:信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所, 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)