专利名称：速度测量方法
技术领域：
本发明是有关于正交分频多任务通讯系统，尤其是有关于速度测量方法，在一发射器传送符元信号至一接收器时，通过信道特性来检测相对速度。
背景技术：
根据正交分频多任务(OFDM)标准，数据是通过多个子载波分别传送，搭配保护区间机制可有效的解决多信道干扰问题。在移动通讯系统中，如无线电话网络，在行进中的发射器(或接收器)与移动站联系，而另一端接收器(或发射器)则与基地台联系。移动中的传输信道，会产生具有时变性的多信道干扰效应。信道响应的时变率又可称为同调时间(coherence time)Tc。该同调时间Tc与发射器与接收器之间测量到的一多普勒偏移频率fd为反比关系。传统上，方程式表示为Tc=0.423fd---(1)]]>越高的多普勒偏移频率，就得到越短的同调时间。而该多普勒偏移频率与发射器接收器之间的相对速度有关联，并与传输信号的频率成正比。方程式可以表示为fd=fc·vc---(2)]]>其中c代表光速，而fc为传输信号的频率。因fc和c为已知的值，而fd是可测量的值，所以借第(2)式可以推算相对速度v。
在IEEE Tr.消费电子第49集2001年11月第4版中有一篇论文J.Cai，W.Song，和Z.Li的“Doppler Spread Estimation for Mobile OFDM Systemsin Rayleigh Fading Channels”提到，如果一发射器持续发出一特定内容的信号，而传输信道又随着时间而改变，则接收器端可以利用零阶Bessel函式将接收到的符元信号进行自我关联运算，而产生一关联值φ(Δt)＝J0(2πfdΔt) (3)其中φ(Δt)为对应延迟时间Δt的关联值。该延迟时间为符元时间Ts的倍数Δt＝mTs(4)因此，第(3)式中的关联值φ(Δt)也可以表示为φ(m)＝J0(2πfdmTs) (5)其中Ts代表一个符元周期的时间，而m是一个正整数。传统上，速度的测量需要复杂的算法和硬件，很难兼顾效能与成本。因此，一个更有效率的测量方法是有待开发的。
发明内容
本发明提供一种速度测量方法，用以检测一发射器和一接收器之间在传送正交分频多任务符元信号时的一相对速度。首先建立一第一关联表，用以根据多普勒偏移原理，表示相对速度和信道特性的对应关系。接着测量相对移动时产生的信道变化特征。最后查询该第一关联表，根据该信道变化特征推算该相对速度。
该信道变化特征为一关联值，由接收器所接收到的符元信号根据延迟时间进行自我关联运算而得。该第一关联表是根据一第一延迟时间而建立，纪录了该关联值与一第一群假定偏移频率在该第一延迟时间下的对应关系。该第一群假定偏移频率的范围是从零到第一极值，而该相对速度与该第一群假定偏移频率有正比关系。
该第一关联表的建立包含下列步骤。首先以该第一群假定频率和延迟时间为变量代入一Bessel函数，产生多个关联曲线，各对应一假定偏移频率。接着将该第一延迟时间代入所述关联曲线，得到多个关联值，各对应一假定偏移频率；其中该第一延迟时间的值是选自一范围，该范围内所述关联值与对应的假定偏移频率为单调变化关系。最后纪录所述关联值和对应的假定偏移频率，产生该第一关联表。
该相对速度的推算，首先将该接收器接收到的符元信号以该第一延迟时间进行自我关联运算，产生一第一关联值。接着查询该第一关联表，得到对照该第一关联值的一第一偏移频率。最后根据该第一偏移频率推得该相对速度。该第一群假定偏移频率是从零到该第一极值之间，每隔一第一特定间隔选取一值而得。如果该第一关联值对应到其中两个假定偏移频率之间，则以内插法计算该第一偏移频率。
如果该第一关联值对应到的频率在零和第一个非零的假定偏移频率之间，则使用一第二延迟时间建立一第二关联表，其中该第二延迟时间高于该第一延迟时间。该第二关联表纪录了该关联值与一第二群假定偏移频率在该第二延迟时间下的对应关系；其中该第二群假定偏移频率是从零到一第二极值之间，每隔一第二特定间隔选取一值而得，而该第二极值即为该第一群假定偏移频率中最小的非零的假定偏移频率。接着以该第二延迟时间再次计算该相对速度，借此推算出的相对速度比使用该第一延迟时间具有更高的精确度。
图1a为大范围的偏移频率关联曲线；图1b为从图1a产生的第一关联表100；图2a为中范围的偏移频率关联曲线；图2b为从图2a产生的第二关联表200；图3a为小范围的偏移频率关联曲线；图3b为从图3a产生的第三关联表300；以及图4为本发明速度测量方法的流程图。
符号说明
100～第一关联表；200～第二关联表；300～第三关联表。
具体实施例方式
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下图1a为大范围的偏移频率关联曲线。在本实施例中预先建立了多个关联表，因此相对速度可以很轻易的根据信道变化特征通过查表的方式而推得。在图1a及图1b中有七条关联曲线，其所属的偏移频率fd为0Hz到240Hz，间隔40Hz。在DVB-T系统的定义中，子载波数量，符元时间Ts和保护区间GI的大小随着传输率而异。而符元时间Ts可以从保护区间GI和数据时间Tu推得Ts＝TU(1+GI) (6)举例来说，如果保护区间GI选定为8K模式中的1/8，则从第(5)式可描绘出一条关联曲线，其中横轴代表延迟时间m，纵轴代表关联值Φ(m)。这些关联曲线各属于一假定偏移频率，用以表示相对速度和符元信号的自我关联值的关系。在图1a中，选定一特定的延迟时间m，画一条垂直线，则可和所述关联曲线相交而产生多个交点，各对应一关联值。本实施例刻意选择一个延迟时间m，使得所对应出来的关联值与偏移频率之间的关系是单调变化。以图1a为例，偏移频率为200Hz和240Hz的关联曲线，第一个交点之前的关联值与偏移频率的关系都是单调变化。以延迟时间m＝2的垂直线为例，在0Hz的关联曲线上得到关联值为1，而随着偏移频率增加，关联值也越低。最后到200Hz时关联值已经低于零。换言之，只要能选择适当的延迟时间m，就能够在偏移频率和关联值之间找出一个单调变化的关系。
图1b为从图1a产生的第一关联表100。在这种情况下，延迟时间选定为2后，求得对应的交点P0到P240，每一交点对应的偏移频率与关联值则被记录在该第一关联表100中。当一发射器以一相对速度移动，并发出一特定内容的信号时，该接收器便从接收到的符元信号进行自我关联运算，求出关联值。自我关联运算可以通过一乘法器和一延迟线实现。首先该延迟线将接收到的符元信号延迟m时间，接着以该乘法器将符元信号与延迟符元信号相乘。因偏移频率和关联值在选定的延迟时间m下具有线性关系，所以偏移频率fd可以轻易的通过内插法从交点P0到P240中求出，而速度v也可以借由第(2)式从该偏移频率fd求出。
图2a为中范围的偏移频率关联曲线。第二关联表200可用来更进一步分析偏移频率0Hz到40Hz之间的关联值，求出精确度更高的相对速度值。当求出的偏移频率小于40Hz，就使用该第二关联表200来取代第一关联表100。在此，第二关联表200是使用另一个可形成调单变化的延迟时间m值所建立。举例来说，当延迟时间m等于15时，交点之间的距离拉得较开，所得到的分辨率比延迟时间m等于10来得好。相对的，如果延迟时间m选定为20时，则关联值与偏移频率失去了单调变化的关系，所以无法提供有效的对照关系。选定延迟时间m的方法可以有很多种。举例来说，可以观察图表中偏移频率最大的关联曲线(图2a中为40Hz)，并选定该关联曲线上关联值为零所对应的延迟时间m值，来画一纵线求出所有交点，建立该第二关联表200。另一方法是找出该40Hz关联曲线上的转折点，斜率为零之处所对应的延迟时间m值，来求所有交点。延迟时间m必须是个整数，所以要从上述选定的值中找最接近的整数来使用。以图2a为例，最后延迟时间m的值决定为15，交点P0到P40就从中求得，形成图2b的第二关联表200。
图3a为小范围的偏移频率关联曲线，包含六条关联曲线，从0Hz到10Hz，间隔2Hz。当偏移频率小于10Hz时，可以更进一步的建立如图3b所示的第三关联表300，以获得比第一关联表100和第二关联表200更佳的精确度。在图3a中，延迟时间m选定为60，对应产生六个交点P0到P10。延迟时间m＝2的自我关联值表示如下φ(2)=E{r[n]·r[n-2]}E{r[n]·r[n]}---(7)]]>其中r[n]代表所接收到的符元信号，而r[n-2]代表延迟了两个符元周期的延迟符元信号。第(7)式的分母表示两者相乘并取期望值，而分子则表示除以符元信号的能量，将期望值规格化(normalize)。然而r[n]可能被噪声污染，而产生错误的关联值。在实际上，所接收到的符元信号可能表示为r[n]＝s[n]+i[n](8)其中s[n]是原始传送的信号，而i[n]是噪声。如果i[n]为一白高斯噪声(AWGN)，则第(7)式的关联值可以表示为φ(2)=E{r[n]·r[n-2]}E{s[n]·s[n]}+E{i[n]·i[n]}---(9)]]>为了消除第(9)中错误的项次，另一种关联值可以定义成 因此，通过这种另类的定义，可以直接消除错误的影响，产生另一种关联曲线(未图标)表示为下列方程式 同样的，这种关联曲线也可以借由代入不同的延迟时间m找出偏移频率和关联值的线性关系，建立关联表以供查询。
图4为本发明速度测量方法的流程图。在步骤402，建立至少一个关联表，表示关联值和偏移频率的对应关系。偏移频率的范围选定是根据实际应用的需要而定。不同的范围，使用不同的延迟时间m。以图1b，图2b和图3b为例，三个关联表各对应不同的范围。在步骤404中，在接收到符元信号后，以延迟时间m＝2求出一第一关联值，并根据第一关联表100查出对应的偏移频率。介于两个偏移频率之间的值可以用内插法求出。在步骤406中，检查偏移频率的范围。如果偏移频率低于40Hz，则进行步骤408。否则，进行步骤414，直接以查表结果计算出相对速度。在步骤408中，以延迟时间m＝15从接收到的符元信号产生一第二关联值，并查询第二关联表200求出对应的偏移频率。在步骤410中，检查该偏移频率的范围是否低于10Hz。如果是，则进行步骤412。否则进行步骤414求出相对速度。在步骤412，更进一步以延迟时间m＝60从该符元信号产生一第三关联值，并查询该第三关联表300以求出偏移频率。最后，进行步骤414求出相对速度。
对每一关联表而言，关联曲线的数量和频率间隔并不限定于本实施例所述。选取延迟时间m的方法也可以有很多种。而关联表的数量随着精确度的要求而定，范围也随应用的需要而异。产生关联曲线的算法也不限于Bessel函式，也可以是其它算法。本发明的速度测量方法可以应用在使用正交分频多任务的通讯系统，例如DVB-T，GSM或IEEE 802.11a/b/g标准。
权利要求
1.一种速度测量方法，用以检测一发射器和一接收器之间在传送正交分频多任务符元信号时的一相对速度，包含建立一第一关联表，用以根据多普勒偏移原理，表示相对速度和信道特性的对应关系；测量相对移动时产生的信道变化特征；以及查询该第一关联表，根据该信道变化特征推算该相对速度。
2.如权利要求1所述的速度测量方法，其中该信道变化特征为一关联值，由接收器所接收到的符元信号根据延迟时间进行自我关联运算而得；该第一关联表是根据一第一延迟时间而建立，纪录了该关联值与一第一群假定偏移频率在该第一延迟时间下的对应关系；该第一群假定偏移频率的范围是从零到第一极值；以及该相对速度与该第一群假定偏移频率有正比关系。
3.如权利要求2所述的速度测量方法，其中该第一关联表的建立包含下列步骤以该第一群假定频率和延迟时间为变量代入一Bessel函数，产生多个关联曲线，各对应一假定偏移频率；将该第一延迟时间代入所述关联曲线，得到多个关联值，各对应一假定偏移频率；其中该第一延迟时间的值选自一范围，该范围内所述关联值与对应的假定偏移频率为单调变化关系；以及纪录所述关联值和对应的假定偏移频率，产生该第一关联表。
4.如权利要求3所述的速度测量方法，其中该相对速度的推算包含将该接收器接收到的符元信号以该第一延迟时间进行自我关联运算，产生一第一关联值；查询该第一关联表，得到对照该第一关联值的一第一偏移频率；以及根据该第一偏移频率推得该相对速度。
5.如权利要求3所述的速度测量方法，其中该第一群假定偏移频率是从零到该第一极值之间，每隔一第一特定间隔选取一值而得；以及如果该第一关联值对应到其中两个假定偏移频率之间，则以内插法计算该第一偏移频率。
6.如权利要求5所述的速度测量方法，其中如果该第一关联值对应到的频率在零和第一个非零的假定偏移频率之间，则使用一第二延迟时间建立一第二关联表，其中该第二延迟时间高于该第一延迟时间；该第二关联表纪录了该关联值与一第二群假定偏移频率在该第二延迟时间下的对应关系；其中该第二群假定偏移频率是从零到一第二极值之间，每隔一第二特定间隔选取一值而得，而该第二极值即为该第一群假定偏移频率中最小的非零的假定偏移频率；以该第二延迟时间再次计算该相对速度，借此推算出的相对速度比使用该第一延迟时间具有更高的精确度。
7.如权利要求3所述的速度测量方法，其中自我关联运算包含下列步骤将该接收器接收到的一符元信号延迟该第一延迟时间，产生一延迟符元信号；求出该符元信号乘以该延迟符元信号后的一期望值；以及将该期望值除以该符元信号的能量值，产生该符元信号的关联值。
8.如权利要求7所述的速度测量方法，其中所述关联曲线的计算步骤包含提供一零阶Bessel函数φ(m)＝J0(2πfdmTs)其中J0代表零阶Bessel函数，fd为偏移频率，m代表延迟时间，Ts为一符元周期，而φ(m)则为对应该延迟时间m的关联值；以及以延迟时间m为横轴，关联值φ(m)为纵轴，描绘所述关联曲线。
9.如权利要求2所述的速度测量方法，其中自我关联运算包含下列步骤将该接收器接收到的一第一符元信号延迟一符元周期，产生一第一延迟符元信号；求出该第一符元信号乘以该第一延迟符元信号后的一第一期望值；将该接收器接收到的一第一符元信号延迟该第一延迟时间，产生一第二延迟符元信号；求出该第一符元信号乘以该第二延迟符元信号后的一第二期望值；将该第二期望值除以该第一期望值，即产生该关联值。
10.如权利要求9所述的速度测量方法，其中所述关联曲线的计算步骤包含提供一零阶Bessel函数φ(m)＝J0(2πfdmTs)其中J0代表零阶Bessel函数，fd为偏移频率，m代表延迟时间，Ts为一符元周期，而φ(m)则为对应该延迟时间m的关联值；以及以延迟时间m为横轴，关联值φ(m)/φ(1)为纵轴，描绘所述关联曲线。
全文摘要
本发明提供一种速度测量方法，用以检测一发射器和一接收器之间在传送正交分频多任务符元信号时的一相对速度。首先建立一第一关联表，用以根据多普勒偏移原理，表示相对速度和信道特性的对应关系。接着测量相对移动时产生的信道变化特征。最后查询该第一关联表，根据该信道变化特征推算该相对速度。
文档编号H04B7/02GK101056138SQ20061015991
公开日2007年10月17日 申请日期2006年9月27日 优先权日2006年4月13日
发明者熊大为, 杨顺安 申请人:联发科技股份有限公司