JP2001501796A - ターミナルの速度を決定する方法及び受信器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、無線システムにおいてターミナル(112，114)の速度を決定する方法と、無線システムの受信器とに係る。受信器は、所与の間隔で受信信号からサンプルを取り出す手段(406)と、各サンプルの信号強度を測定することにより信号の瞬時強度を決定する手段(416)と、所与のタイムウインドウ内でサンプルされた信号の平均強度を計算する手段(412，416)とを備えている。ターミナルの速度を好ましく決定するために、本発明の受信器は、瞬時強度値を計算された平均強度と比較し、そして所与のタイムウインドウ内に瞬時強度がどれほど頻繁に平均値より上下に移行するかを計算する手段(412)と、その移行の数に基づいて装置の速度を決定する手段(412)とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 ターミナルの速度を決定する方法及び受信器発明の分野 本発明は、無線システムにおけるターミナルの速度を決定する方法であって、 所与の間隔で受信信号からサンプリングを行い、受信信号に基づいてチャンネル インパルス応答を計算し、チャンネルインパルス応答のエネルギーを決定し、そ して所与のタイムウインドウ内のサンプル信号に対して平均強度を計算する方法 に係る。先行技術の説明 本発明は、特にベースステーションと通信するターミナルがセルの範囲を横切 って移動するようなセルラー無線システム及び他のデジタル無線システムに適用 できる。ターミナルの移動速度に関する情報は、ハンドオーバーの予想及び電力 制御の最適化といった無線システムリソースの管理を実質的に容易にする。 例えば、小さなマイクロセルを使用しそしてそれと共に大きな重畳するいわゆ るアンブレラセルを使用するシステムにおいては、高速移動ターミナルがアンブ レラセルと通信し、そして低速移動又は固定ターミナルが小さなマイクロセルと 通信するのが好ましい。このようにして、必要なハンドオーバーの回数及びネッ トワークの信号負荷を決定的に減少することができる。 典型的なセルラー無線環境においては、ベースステーションと加入者ターミナ ルとの間の信号は、送信器と受信器との間の多数のルートを経て伝播する。この 多経路伝播は、主として、周囲の表面からの信号反射によって生じる。異なるル ートを進行する信号は、伝播遅延が異なるために異なる時間に受信器に到達する 。これは、両送信方向について言えることである。信号の多経路伝播は、受信器 において、受信信号のインパルス応答を測定することにより監視でき、異なる時 間に到達する信号は、それらの信号強度に比例したピークとして見ることができ る。 移動ターミナルの速度を決定する既知の解決策は、搬送波周波数のドップラー シフトを監視することである。しかしながら、この方法は、非常に高価な安定し た周波数基準ソースを必要とするので、実用的でない。 別の既知の方法は、ドウミＴガーディナーＪＧ著の文献「ベースステーション ダイバーシティを使用した移動速度の推定(Use of base station diversity for mobile speed estimation)」、エレクトロニックレターズ、第３０巻、第２２号 、第１８３５−１８３６ページに述べられている。この出版物の方法にはベース ステーションアンテナダイバーシティが使用される。最も強い信号レベルを与え るアンテナが常にダイバーシティにおいて選択される。アンテナデュープレック ス周波数は、ドップラーシフトに比例し、これに基づいて装置の速度を決定する ことができる。 アンテナダイバーシティを使用したときに装置速度を測定する方法が米国特許 第５，３９６，６４５号に開示されている。この特許の方法では、受信信号強度 の変動がアンテナダイバーシティに関連して測定される。発明の要旨 本発明の目的は、比較的簡単で且つ効果的な装置を使用して、アンテナダイバ ーシティを伴わずに、ターミナル速度を測定できるようにすることである。 これは、冒頭で述べた形式の方法において、多数の次々に計算されたチャンネ ルインパルス応答の平均エネルギーを決定し、瞬時インパルス応答の強度値を計 算された平均強度と比較し、所与のタイムウインドウ内に瞬時強度がどれほど頻 繁に平均値より上下に移行するかを計算し、そしてその移行の数に基づいて装置 の速度を決定することを特徴とする方法により達成される。 又、本発明は、無線システムにおけるターミナルの速度を決定する方法であっ て、信号受信にアンテナダイバーシティを使用し、所与の間隔で受信信号からサ ンプリングを行い、各サンプルの信号強度を測定することにより信号瞬時強度を 決定し、そして各ダイバーシティ岐路において所与のタイムウインドウ内のサン プル信号に対して平均強度を計算する方法にも係る。本発明の方法は、各ダイバ ーシティ岐路において瞬時強度値を計算された平均強度と比較し、所与のタイム ウインドウ内に瞬時強度がどれほど頻繁に平均値より上下に移行するかを計算し 、その移行の数に基づいて各ダイバーシティ岐路において装置の速度を決定し、 そして最良の信号クオリティを示すダイバーシティ岐路により与えられる速度値 を速度値として選択することを特徴とする。 更に、本発明は、少なくとも２つのダイバーシティアンテナでターミナル信号 を受信する手段と、受信信号を所与の間隔でサンプリングする手段と、各サンプ ルの信号強度を測定することによって信号の瞬時強度を決定する手段と、所与の タイムウインドウ内でサンプルされた信号の平均強度を計算する手段と、各アン テナにより受信された信号のクオリティを決定する手段とを備えた無線システム の受信器にも係る。本発明の受信器は、瞬時強度値を計算された平均強度と比較 し、そして所与のタイムウインドウ内に瞬時強度がどれほど頻繁に平均値より上 下に移行するかを計算する手段と、各ダイバーシティ岐路において装置の速度を 決定する手段と、各ダイバーシティ岐路においてその移行の数に基づいて装置の 速度を決定する手段と、そして最良の信号クオリティを示すダイバーシティ岐路 により与えられる速度値を、使用すべき速度値として選択する手段とを備えたこ とを特徴とする。 本発明の解決策は、多数の効果を有する。本発明の方法は、ハンドオーバーに 関する限り移動ステーションの速度を充分迅速に推定することができる。アンテ ナダイバーシティの使用は、本発明を利用するのに必要でないが、本発明は、ダ イバーシティに関しても機能する。 信号ノイズによって生じる測定エラーを回避するために、瞬時強度を平均値と 比較するときに、瞬時値がある所定のスレッシュホールド値だけ平均値を横切っ て移行するまで移行を考慮に入れないように、平均信号強度に関連してスレッシ ュホールド値を使用することができる。図面の簡単な説明 以下、添付図面を参照して、本発明を詳細に説明する。 図１は、本発明の方法を実施できるセルラー無線システムを例示する図である 。 図２は、フェージングがいかに速く異なる速度で機能するかを示す図である。 図３ａ及び３ｂは、本発明の方法を例示する図である。 図４及び５は、本発明の受信器の構造を示す図である。好ましい実施形態の詳細な説明 図１は、本発明の方法を実施することのできるセルラー無線システムの一部分 を示す図である。多数の小さな、いわゆるマイクロセル１００−１０２と、大き な重畳するアンブレラセル１０４が図示されている。各セルは、通常、それ自身 のベースステーション装置１０６−１１０によりサービスされる。マイクロセル は、歩行ユーザのための低速移動又は固定ターミナル１１２に対して意図されて いる。アンブレラセルは、例えば、乗物に取り付けられる高速移動ターミナル１ １４にサービスする。セルの移動速度の決定は、ターミナルを正しい形式のセル に保持するために重要である。本発明の方法は、当然、重畳するマイクロセル及 びアンブレラセルがまだ使用されていない無線システムにも適用できることに注 意されたい。 ベースステーションと通信するターミナルが移動するときには、ターミナルか らベースステーションにより受信される信号強度が高速フェージングのために変 化する。２つの異なるターミナル速度に対する高速フェージングの影響を例示し た図２について説明する。横軸２００は時間であり、そして縦軸２０２は包絡線 の強度である。ターミナルが５ｋｍ／ｈ及び５０ｋｍ／ｓで移動するときの受信 信号のレイリー・フェード包絡線が各々２０４及び２０６で示されている。フェ ードの数は、高速移動ターミナルの方が低速移動ターミナルよりも多い。 本発明の方法においては、所与の間隔で受信信号から公知技術に基づいてサン プルが得られる。各サンプルに対して信号強度が決定され、そして例えば、所与 のタイムウインドウ内でサンプルの信号強度を平均化することにより、受信信号 に対して平均強度が更に計算される。平均化のウインドウは、例えば、０．５秒 である。本発明をＴＤＭＡシステムに適用するときには、平均信号強度を指示す るサンプルを各タイムスロットから取り出し、そしてそれを多数のタイムスロッ トの計算された平均値と比較することができる。ＴＤＭＡシステムにおいては、 例えば、多数のサンプル（例えば４つ）を各受信ビットから取り出すようにサン プリングを行うことができ、そしてタイムスロットの中間点から、例えば、その タイムスロットの瞬時信号強度に等しい３２ビットを用いて平均が計算される。 信号の瞬時強度値で形成された包絡線の変動（その典型的な形状が図２に一例 として示されている）が、計算された平均強度と比較される。包絡線は、平均値 の上下に変化する。本発明の解決策では、予め与えられたタイムウインドウ内で 瞬時強度がどれほど頻繁に平均値より上下に移行するかが計算される。このよう な移行の数は、ターミナルの速度に直接比例する。 本発明の方法が図３ａに示されている。図中、横軸３００は時間であり、そし て縦軸３０２は包絡線強度である。レイリー・フェード受信信号包絡線３０４が 図示されており、ここからサンプルが規則的な間隔で取り出され、サンプルは、 図中、黒丸で示されている。所与のタイムスロットにおいて計算された信号平均 強度３１４も図示されている。包絡線３０４は、平均値３１４の上下に変化する 。サンプル３０６、３０８、３１０及び３１２において、移行が生じることが観 察される。信号を送信した装置の速度は、単位時間当たりの移行の数から導出す ることができる。 信号送信の際には、量的に変化するランダムノイズが常に存在する。信号のノ イズが増加するときには移行を確実に決定することが困難になる。本発明の解決 策では、ノイズにより生じるエラーは、信号の平均値の周りにスレッシュホール ド値を用いて減少することができる。従って、瞬時強度を平均値と比較するとき には、瞬時値がある所定のスレッシュホールド値だけ平均値を横切って移行する まで移行が考慮されない。これが図３ｂに示されている。上述したように、図中 、横軸３００は時間であり、そして縦軸３０２は包絡線強度である。レイリー・ フェード受信信号包絡線３０４が図示されており、ここからサンプルが規則的な 間隔で取り出され、サンプルは、黒丸で示されている。所与のタイムスロットに おいて計算された信号平均強度３１４も図示されている。移行を計算するときに は、スレッシュホールド値３１６、３１８が考慮され、移行を考慮するには、信 号がこの量だけ信号を越えねばならない。 本発明の方法は、アンテナダイバーシティを使用するときに適用できる。アン テナダイバーシティに関しては、受信器は、２つ以上のアンテナを使用して信号 を受信し、そして所望の方法を用いて異なるダイバーシティ岐路の信号を合成す ることができる。ダイバーシティに関連してターミナルの速度を測定するために 本発明の多数の形態がある。好ましい実施形態は、各ダイバーシティ岐路におい て装置の速度を決定し、そして最良の信号クオリティを示すダイバーシティ岐路 により与えられる速度値を、使用すべき速度値として選択することである。別の 形態は、ダイバーシティ岐路の信号クオリティに基づいて測定結果から合成され た速度値を、使用すべき速度値として選択することである。 又、本発明の方法は、ターミナル速度を決定するときにチャンネルインパルス 応答エネルギーが使用されるように適用することもできる。チャンネルインパル ス応答は、一般に、受信信号に基づいて計算され、これは、チャンネルの送信エ ラーを排除するために使用される。多経路伝播信号成分のエネルギーが遅延の関 数としてインパルス応答に示されている。インパルス応答は、当業者に知られた 方法を用いて決定することができる。全てのインパルス応答タップのエネルギー が加えられる場合には、受信バーストの電力に直接比例する値が得られる。従っ て、チャンネルインパルス応答のエネルギー決定され、そして所与のタイムウイ ンドウ内におけるサンプル信号の平均強度が本発明の解決策において計算される 。更に、多数の連続的に計算されたチャンネルインパルス応答の平均エネルギー が決定される。 瞬時インパルス応答の強度値が、計算された平均強度と比較され、そして所与 のタイムウインドウ内で瞬時強度がどれほど頻繁に平均値より上下に移行するか を計算する。ターミナルの速度は、移行の回数に基づいて決定される。この別の 形態においてもアンテナダイバーシティを使用することができる。 次いで、本発明の受信器の構造について説明する。本発明の受信器の一例が図 ４のブロック図に当該部分で示されている。この受信器は、アンテナ４００を備 え、これを用いて受信信号が高周波部分４０２へ送られ、ここで信号が中間周波 に変換される。変換された信号４０４は、サンプリング手段４０６に送られ、所 望の間隔で信号からサンプルが取り出される。以上の部分は、当業者に知られた やり方で実施することができる。サンプリングされた信号４０８は、更に、信号 のクオリティを示す一致フィルタ４１０へ送られ、そして信号強度を決定する計 算手段４１６へ送られる。信号４１４、４１８は、更に、両ブロックから受信器 の他の部分へ送られる。又、受信器は、受信器の異なる部分の機能を制御すると 共に必要な計算を実行する制御ブロック４１２も備えている。 従って、本発明の受信器は、信号サンプルの信号強度を測定することにより信 号の瞬時強度を決定する手段４１６と、所与のタイムウインドウ内に信号の平均 強度を計算する手段４１２、４１６とを備えている。ＴＤＭＡ受信器に関する限 り、各タイムスロットにおいてサンプルを取り出すことができ、そして多数のタ イムスロットから平均値を計算することができる。更に、受信器は、瞬時強度値 を計算された平均強度と比較し、そして所与のタイムウインドウ内に瞬時強度が いかに頻繁に平均値より上下に移行するかを計算するための手段４１２と、移行 の回数に基づいて装置の速度を決定するための手段４１２とを備えている。制御 及び計算手段４１２及び４１６は、信号又は汎用プロセッサを用いて実施するこ ともできるし、或いは個別の要素を用いて実施することもできる。通常、本発明 の方法は、例えば、ソフトウェアを使用してセルラー無線システムのベースステ ーション受信器において実施することができる。 図５は、本発明の受信器の別の例を示している。この受信器は、２つのダイバ ーシティアンテナを用いてターミナル信号を受信する手段５００、５０２と、異 なるアンテナで受信した信号を好ましくは合成する手段５０４とを備えている。 ２つのダイバーシティ岐路が図示されているが、その数は当然変更し得る。本発 明の受信器は、各ダイバーシティ岐路において装置の速度を決定するための手段 ５００、５０２と、各アンテナにより受信された信号のクオリティを決定するた めの手段４１２、５００、５０２と、最良の信号クオリティを示すダイバーシテ ィ岐路により与えられる速度値を、使用すべき速度値として選択するための手段 ４１２とを備えている。各ダイバーシティ岐路の内部構造は、上述した単一岐路 受信器の構造と同様である。従って、例えば、信号クオリティ情報は手段４１０ から得られる。本発明の受信器は、当業者に知られたように、フィルタのような 他の公知要素を含むが、本発明の非関連部品は、ここでは説明しない。 添付図面の例を参照して本発明を以上に説明したが、本発明は、これに限定さ れるものではなく、請求の範囲に記載した本発明の範囲内で種々の変更がなされ 得ることを理解されたい。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．無線システムにおけるターミナル(112,114)の速度を決定する方法であって 、所与の間隔で受信信号からサンプリングを行い、受信信号に基づいてチャン ネルインパルス応答を計算し、チャンネルインパルス応答のエネルギーを決定 し、そして所与のタイムウインドウ内のサンプル信号に対して平均強度を計算 する段階を含む方法において、 多数の次々に計算されたチャンネルインパルス応答の平均エネルギーを決定 し、 瞬時インパルス応答の強度値を計算された平均強度と比較しそして所与のタ イムウインドウ内に瞬時強度がどれほど頻繁に平均値より上下に移行するかを 計算し、そして その移行の数に基づいて装置(112,114)の速度を決定する、 という段階を含むことを特徴とする方法。 ２．無線システムにおけるターミナル(112,114)の速度を決定する方法であって 、信号受信にアンテナダイバーシティを使用し、所与の間隔で受信信号からサ ンプリングを行い、各サンプルの信号強度を測定することにより信号瞬時強度 を決定し、そして各ダイバーシティ岐路において所与のタイムウインドウ内で サンプル信号に対して平均強度を計算する段階を含む方法において、 各ダイバーシティ岐路において瞬時強度値を計算された平均強度と比較しそ して所与のタイムウインドウ内に瞬時強度がどれほど頻繁に平均値より上下に 移行するかを計算し、そして その移行の数に基づいて各ダイバーシティ岐路において装置(112,114)の速 度を決定しそして最良の信号クオリティを示すダイバーシティ岐路により与え られる速度値を速度値として選択する、 という段階を含むことを特徴とする方法。 ３．無線システムにＴＤＭＡ方法を使用し、そして各タイムスロットに対する信 号瞬時強度を別々に決定しそして各タイムスロットの瞬時値を、多数のタイム スロットで計算された平均信号強度と比較する請求項２に記載の方法。 ４．瞬時強度が平均値と比較されるときには、瞬時値がある所定のスレッシュホ ールド値だけ平均値を横切って移行するまでは移行が生じなかったと確保する 請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。 ５．信号受信にアンテナダイバーシティを使用し、各ダイバーシティ岐路におけ る装置速度を決定し、そして最良の信号クオリティを示すダイバーシティ岐路 により与えられた速度値を、使用すべき速度値として選択する請求項１に記載 の方法。 ６．各ダイバーシティ岐路における装置速度を決定し、そしてダイバーシティ岐 路の信号クオリティに基づいて測定結果から合成された速度値を、使用すべき 速度値として選択する請求項２及び５に記載の方法。 ７．少なくとも２つのダイバーシティアンテナでターミナルの信号を受信する手 段(500,502)と、受信信号を所与の間隔でサンプリングする手段(406)と、各サ ンプルの信号強度を測定することにより信号の瞬時強度を決定する手段(416) と、所与のタイムウインドウ内でサンプルされた信号の平均強度を計算する手 段(412，416)と、各アンテナにより受信された信号のクオリティを決定する手 段(410)とを備えた無線システムの受信器において、瞬時強度値を計算された 平均強度と比較し、そして所与のタイムウインドウ内に瞬時強度がどれほど頻 繁に平均値より上下に移行するかを計算する手段(412)と、各ダイバーシテイ 岐路において装置の速度を決定する手段(500，502)と、各ダイバーシティ岐路 においてその移行の数に基づいて装置の速度を決定する手段(412)と、そして 最良の信号クオリティを示すダイバーシティ岐路により与えられる速度値を、 使用すべき速度値として選択する手段とを備えたことを特徴とする受信器。