一种面向LTE的基于多普勒频移测量的移动终端测速方法与流程

本发明涉及移动终端测速领域，尤其涉及一种面向LTE的基于多普勒频移测量的移动终端测速方法。

背景技术：

测量移动终端移动速度的方法主要分为三类，一类通过终端外部的测控设备(如摄像头，测速雷达等)，监控终端的位置和移动速度；另一类为通过终端内部的传感器设备(如加速度计，陀螺仪等)对终端实时的移动状态数学建模，从而计算终端的移动速度；第三类方法主要利用移动通信系统中的定位方法，通过测量波束的到达角和时延信息的变化情况，解算终端的移动速度。

在LTE移动通信协议体系中，定义了三种移动终端的定位方法，分别为网络辅助方法(GNSS)、增强型小区识别方法(E-CID)、以及到达时间差方法(OTDOA)。其中OTDOA方法如图1所示。该方法通过在下行链路的广播信道中插入定位导频符号(导频符号的时频域位置和符号的内容是收发双方都已知的)，通过求取多个基站与终端间收发定位导频符号的时域互相关函数，计算链路的时延信息，从而实现对终端的定位。

由于基站的位置相对固定，因此当终端移动时，将产生多普勒效应，接收端收到的电磁波频率将发生一定的偏移，而这一频偏参数是与终端的移动速度相关的，设终端的移动速度为v，系统的载波频率为f_s

其中，c表示电磁波在空间中的传播速度，θ表示到达波束与终端移动速度方向形成的夹角，f为多普勒频移参数。

又定义最大多普勒频移f_d满足

由此建立了移动速度与最大多普勒频移f_d间的关系。

另一方面最大多普勒频移参数体现了信道的时域相关性，因此可以从接收到的定位导频符号中获取信道时域相关性，并从其中提取出最大多普勒频移参数，从而得到终端的移动速度。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种面向LTE的基于多普勒频移测量的移动终端测速方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种面向LTE的基于多普勒频移测量的移动终端测速方法，包括：

S1，当移动终端需要计算此时的移动速度时，终端需要向基站发起定位请求；

S2，终端在接收到下行链路物理帧后，提取各个导频子载波，求取某一子载波上的两个接收符号的时域自相关函数；

S3，通过多普勒频移的定义式，求得移动终端的移动速度v。

所述的面向LTE的基于多普勒频移测量的移动终端测速方法，优选的，所述S1包括：

S1-1，开始；

S1-2，需要测速的移动终端，向基站发起定位请求；

S1-3，基站向移动终端发送定位导频符号。

所述的面向LTE的基于多普勒频移测量的移动终端测速方法，优选的，所述S2包括：

S2-1，移动终端提取出包含有两个定位导频符号的子载波，构成集合β；

S2-2，从集合β中选取子载波k'，计算接收到的导频符号的时域自相关函数E[Y(i,k')Y^*(i+l,k')]，以及发送导频符号的时域自相关函数E[X(i,k')X^*(i+l,k')]。

所述的面向LTE的基于多普勒频移测量的移动终端测速方法，优选的，所述S3包括：

S3-1，根据系统的符号时间T，通过

求取此时的最大多普勒频移f_d；

S3-2，由f_d根据

计算终端的移动速度v。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

相较于通过终端外部的测控设备(如摄像头，测速雷达等)，监控终端的位置和移动速度的方法，本发明所提方法无需大量的监控设备，能够有效的缩减成本。

相较于通过终端内部的传感器设备(如加速度计，陀螺仪等)对终端实时的移动状态数学建模，从而计算终端的移动速度的方法，本发明所提方法无需调用终端内部的传感器设备，且计算量小。

相较于利用移动通信系统中的定位方法，通过测量波束的到达角和时延信息的变化情况，解算终端的移动速度的方法，本发明所提方法，需要观测的变量仅为接收到的定位导频符号，无需测量其他信道信息与电磁波参数，算法复杂度低。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1基于OTDOA的定位方法示意图；

图2 LTE下行链路定位导频图样；

图3面向LTE的基于多普勒频移测量的移动终端测速方法流程框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，提出一种面向LTE的基于多普勒频移测量的移动终端测速方法，该方法利用LTE下行链路定位导频符号获取信道的相关性信息，并从中提取最大多普勒频移参数，最后通过最大多普勒频移解算移动终端的移动速度。

本发明的技术方案：

设LTE系统中符号时间长度为T，采样周期为T_s，则有每个符号的采样点数N，满足

N＝T/T_S (3)

采用Jacks信道模型作为本发明的信道时延功率谱密度函数模型，可以得到信道的时域自相关函数如下：

其中，h(i,n)表示第i个符号上第n个采样点信道的冲激响应值，E[h(i₁,n₁)h^*(i₂,n₂)]表示第i₁个符号上第n₁个采样点与第i₂个符号第n₂个采样点上信道响应的自相关值，E[·]表示求均值操作；表示信道的平均增益，f_d表示最大多普勒频移，T[(i₁-i₂)+(n₁-n₂)/N]表示两个采样点的时间差，J₀(·)表示0阶贝塞尔函数。

信道的冲激响应h(i,n)与频域响应g(i,k)(其中k表示第k个子载波)满足如下关系

则移动终端的接收符号Y(i,k)满足

Y(i,k)＝g(i,k)X(i,k)+W(i,k) (6)

其中，X(i,k)表示第i个符号时间第k个子载波上基站发送的符号，Y(i,k)表示第i个符号时间第k个子载波上移动终端收到的符号，W(i,k)表示第i个符号时间第k个子载波上信道的加性高斯白噪声，其均值为0，方差为

当移动终端需要计算此时的移动速度时，首先终端需要向基站发起定位请求。基站收到请求后，在下行链路中向终端发送定位导频符号。LTE下行链路定位导频图样如图2所示。在一个子帧中，部分导频子载波上有两个定位导频符号，且两个定位导频符号间所间隔的符号时间均为l。令集合β由所有包含两个定位导频符号的导频子载波组成。

终端在接收到下行链路物理帧后，提取各个导频子载波，求取某一子载波上的两个接收符号的时域自相关函数有

R_YY(l,k')＝E[Y(i,k')Y^*(i+l,k')] (7)

其中，k'∈β。带入式N＝T/T_S和

有

使用二次函数逼近0阶贝塞尔函数J₀(x)有

J₀(x)≈f(x)＝1.0183-0.0994x-0.1546x²

又并令信道增益归一化，即化简后有

由于在实际应用时，N取值一般大于1000，故此处为方便化简，令N→∞，有

综上，得到

再由多普勒频移的定义式，可以求得移动终端的移动速度v满足

其中，c表示电磁波在空间中的传播速度，此处取自由空间中的光速，f_s为系统的载波频率。

至此计算得到了移动终端的移动速度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。