一种无线通信系统中用户终端速度估计的方法和装置与流程

本发明涉及通信领域，具体涉及一种无线通信系统中用户终端速度估计的方法和装置。

背景技术：

无线通信系统中用户终端与基站之间的信号通过无线信道传播的，无线信道性质较为恶劣，存在多径，衰落等诸多干扰，而信道衰落的波动速度与用户终端的移动速度有着密切的关系，而且移动通信系统处于动态变化的环境中，用户终端可能由静止变为运动，也可能从低速运动状态变为高速运动状态。

在无线通信中，信道环境，用户终端与基站之间的距离以及用户终端与基站的同步等问题，都与用户终端的移动速度密切相关。另外，基站媒体接入控制层也会根据用户终端的速度大小区间进行相应的发射模式的选择和调度。以LTE制式通信方式为例，MAC(media access control，媒体接入控制层)根据用户终端的速度大小选择匹配的下行发射模式，比如对于低速用户(速度区间0～60km/h)可以用闭环空间复用的发射模式，针对高速用户(速度>120km/h)则用发射分集的方式传输。如果可以估计用户终端的移动速度，无线资源管理中的切换控制与功率控制等算法将会更加有效。在高速铁路网络中，部分铁路沿线的低速用户也会接入到高铁网络中，占用一定的频带资源，影响高铁上用户的频率和流量。基站如果知道用户终端的速度大小区间，则可针对性的将用户终端进行归类，使高速用户接入到高铁基站而低速用户接入到普通的基站中，从而保障高铁用户的频谱资源。

文献CN02156255的专利提出了一种无线通信系统中估计速度的装置及其方 法。该专利提出的方案是：提取无线通信系统的导频信道中的导频信号，并进行多径导频信号的功率谱处理，然后，根据功率谱处理结果，进行多径导频信号的最大多普勒频率计算，最后，根据最大多普勒频率计算结果进行无线通信系统中速度的估计。该方法的工作原理为多普勒效应，主要利用频率的差值与用户径向移动速度的线性对应关系，但由于该方法只能对用户终端的径向移动速度提高估计，而且其估计精度取决于用户终端对于频率偏差的测量精度，因此该方法估计复杂度高且估计结果误差较大。

技术实现要素：

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种无线通信系统中用户终端速度估计的方法和装置，解决现有无线通信系统中终端速度估计复杂度高且估计结果误差较大的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种无线通信系统中用户终端速度估计的方法，包括：

获取用户终端在一段时间内同一个运动周期的多个多普勒频率估计值；

根据多个多普勒频率估计值进行无线通信系统中用户终端速度的估计。

在本发明的一种实施例中，所述一段时间的大小包括：

根据经验值进行设置所述一段时间的大小；

或

根据所述用户终端对应的小区覆盖和所述用户终端的特性设置所述一段时间的大小。

在本发明的一种实施例中，所述获取用户终端在一段时间内同一个运动周期的多个多普勒频率估计值包括：

获取所述用户终端在一段时间内同一个运动周期的信道导频信号；

根据所述信道导频信号得到多个多普勒频率估计值。

在本发明的一种实施例中，所述根据多个多普勒频率估计值进行无线通信系统中用户终端速度的估计包括：

获取各速度区间阀值对应的各多普勒频率阀值；

统计满足各多普勒频率阀值的多普勒频率估计值的个数；

根据满足各多普勒频率阀值的多普勒频率估计值的个数进行无线通信系统中用户终端速度的估计。

在本发明的一种实施例中，所述速度区间阀值包括：低速区间阀值、中速区间阀值和高速区间阀值。

在本发明的一种实施例中，所述根据满足各多普勒频率阀值的多普勒频率估计值的个数进行无线通信系统中用户终端速度的估计包括：

判断满足各多普勒频率阀值的多普勒频率估计值的个数占所有多普勒频率估计值个数的概率是否满足各速度区间对应的速度区间概率门限值；

如果满足速度区间概率门限值，则估计所述用户终端为该速度区间概率门限值对应的速度区间的用户终端。

为解决上述问题，本发明还提供一种无线通信系统中用户终端速度估计的装置，包括获取模块和估计模块：

所述获取模块用于获取用户终端在一段时间内同一个运动周期的多个多普勒频率估计值；

所述估计模块用于根据多个多普勒频率估计值进行无线通信系统中用户终端速度的估计。

在本发明的一种实施例中，所述一段时间的大小包括：

根据经验值进行设置所述一段时间的大小；

或

根据所述用户终端对应的小区覆盖和所述用户终端的特性设置所述一段时间的大小。

在本发明的一种实施例中，所述获取模块还用于：

获取所述用户终端在一段时间内同一个运动周期的信道导频信号；

根据所述信道导频信号得到多个多普勒频率估计值。

在本发明的一种实施例中，所述估计模块包括获取子模块、统计子模块和估计子模块：

所述获取子模块用于获取各速度区间阀值对应的各多普勒频率阀值；

所述统计子模块用于统计满足各多普勒频率阀值的多普勒频率估计值的个数；

所述估计子模块用于根据满足各多普勒频率阀值的多普勒频率估计值的个数进行无线通信系统中用户终端速度的估计。

在本发明的一种实施例中，所述估计子模块还用于：

判断满足各多普勒频率阀值的多普勒频率估计值的个数占所有多普勒频率估计值个数的概率是否满足各速度区间对应的速度区间概率门限值；

如果满足速度区间概率门限值，则估计所述用户终端为该速度区间概率门限值对应的速度区间的用户终端。

本发明的有益效果是：

本发明提供的无线通信系统中用户终端速度估计的方法和装置，获取用户终端在一段时间内同一个运动周期的多个多普勒频率估计值；根据多个多普勒频率估计值进行无线通信系统中速度的估计。与现有技术相比，通过获取多个 多普勒频率估计值来进行用户终端速度的估计，提高了用户终端速度估计的准确性，并且不依靠用户终端对于频率偏差的测量精度，减低了用户终端速度的估计的复杂度，并且提高用户终端速度的估计的稳定性，进一步能够为用户终端提供良好的资源分配，保障用户终端的频谱资源合理分配。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的无线通信系统中用户终端速度估计的方法流程图；

图2为本发明实施例二提供的无线通信系统中用户终端速度估计的方法流程图；

图3为本发明实施例二提供的无线通信系统中用户终端速度估计的装置结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的无线通信系统中用户终端速度估计的装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

本实施例的无线通信系统中用户终端速度估计的方法，如图1所示，该方 法包括：

步骤S101：获取用户终端在一段时间内同一个运动周期的多个多普勒频率估计值；

在该步骤中，一段时间的大小应该包括该用户终端的一个运动周期，可以大于该运动周期，优选的，选择该一段时间为该运动周期的大小。具体的，该一段时间的大小可以根据经验值进行设置为固定大小，也可以根据用户终端对应的小区覆盖和用户终端的特性设置一段时间的大小，即根据用户终端的运动周期进行相应设置。

步骤S102：根据多个多普勒频率估计值进行无线通信系统中用户终端速度的估计。

在该步骤中，具体过程包括获取各速度区间阀值对应的各多普勒频率阀值；统计满足各多普勒频率阀值的多普勒频率估计值的个数；根据满足各多普勒频率阀值的多普勒频率估计值的个数进行无线通信系统中用户终端速度的估计。

具体的，速度区间阀值包括：低速区间阀值、中速区间阀值和高速区间阀值。当然，还可以进行其他的速度区间的划分，其对应会设置相应的速度区间阀值。这里的速度区间阀值是指速度区间速度值对应的多普勒阀值，例如设低度区间为小于60km/h，中速区间为大于等于60km/h小于等于120km/h，高速区间为大于120km/h，那么低度区间对应的低速区间阀值为144H_Z，即小于144H_Z的多普勒频率估计值都为低速区间，同理，高速区间对应的高速区间阀值为288H_Z，即大于288H_Z的多普勒频率估计值都为高速区间，当然中间为就为中速区域。当前，具体的区间阀值的大小可以根据具体的实际情况而定。

具体的，根据满足各多普勒频率阀值的多普勒频率估计值的个数进行无线通信系统中用户终端速度的估计包括：判断满足各多普勒频率阀值的多普勒频 率估计值的个数占所有多普勒频率估计值个数的概率是否满足各速度区间对应的速度区间概率门限值；如果满足速度区间概率门限值，则估计用户终端为该速度区间概率门限值对应的速度区间的用户终端。当然，其他利用多个多普勒频率估计值进行用户终端的速度估计的方法也可以，例如用户终端速度的区间满足一定个数的多普勒频率估计值就为该速度区间等。值得注意的是，这里的概率门限值需要根据具体的速度区间而定，也即根据具体速度区间阀值而定，例如如果为低速区间，其概率阀值为30％≤P_{th_high}≤70％，如果为高速区间，其概率阀值为50％≤P_{th_low}≤80％。

实施例二：

本实施例的无线通信系统中用户终端速度估计的方法，如图2所示，该方法包括：

步骤S201：获取一段时间内的用户终端的多普勒频率估计值；

在该步骤中，一段时间的选择可以根据小区覆盖以及小区内用户终端的特性来决定。一般需要包含用户终端的一个运动周期。因为基站多普勒频率只能体现用户终端的径向移动速度，因此统计一段时间需尽量包含用户终端从相对基站做切向运动到径向运动的一个运动周期。统计时间也不宜过长，过长的话用户终端在此时间内的速度可能发生变化。该时间段内用户终端的多普勒频率估计值的数量至少在1000以上，统计才比较准确可靠。所以统计周期建议秒级。

步骤S202：根据用户速度区间阀值转换对应的多普勒频率区间阀值即速度区间阀值；统计用户终端大于高速用户多普勒频率阀值的概率；

在该步骤中，由于速度和多普勒频率的对应关系如下：这里f_d表 示多普勒频率，v是用户终端的速度，f_c表示无线信号的载频，c表示光速。假设载频为2.6Ghz，则对应的低速和高速的多普勒频率分别为f_{d_low}＝144Hz，f_{d_high}＝288Hz。考虑到基站端双倍的多普勒频率，因此对应低速60km/h对应的多普勒阀值为f_{d_low}＝288Hz，高速120km/h对应的多普勒阀值为f_{d_high}＝576Hz。统计用户终端大于高速用户多普勒频率阀值的概率值即为大于f_{d_high}的多普勒频率个数除以总的多普勒频率的个数。

步骤S203：判断步骤S203得到的概率是否超过高速概率门限P_{th_high}，若是，则判断该用户终端为高速用户，流程结束，否则进入步骤S204；

在该步骤中，概率门限P_{th_high}可链路仿真确定，不同的信道模型结果略有差异。建议取值范围为30％≤P_{th_high}≤70％。

步骤S204：统计用户终端小于低速多普勒频率阀值的概率；

在该步骤中，统计用户终端小于低速用户多普勒频率阀值的概率值即为小于f_{d_low}的多普勒频率样本数除以总的多普勒频率的样本数。

步骤S205：判断步骤S204得到的概率是否超过低速概率门限P_{th_low}，若是，则判断该用户终端为低速用户，否则判断该用户为中速用户，流程结束。

在该步骤中，概率门限P_{th_low}可链路仿真确定，不同的信道模型结果略有差异。建议取值50％≤P_{th_low}≤80％。

本实例的方法，通过获取一段时间内的用户终端的多个多普勒频率估计值；根据用户终端速度阀值转换对应的多普勒频率阀值；统计用户终端大于(或小于)多普勒频率阀值的概率，若大于(或小于)该多普勒频率阀值的概率超过概率门限值则判为该速度区间，若未超过门限值则不在此速度区间内。通过统计一段时间内用户终端大于或小于多普勒频率阀值的概率值来判断用户的速度区间，利用了用户终端的速度和多普勒频率的线性对应关系，从根本上抓住了用 户终端的速度特性，判断速度区间准确且稳定。

实施例三：

本实施例的无线通信系统中用户终端速度估计的装置300，如图3所示，包括获取模块301和估计模块302：其中，获取模块301用于获取用户终端在一段时间内同一个运动周期的多个多普勒频率估计值；估计模块302用于根据多个多普勒频率估计值进行无线通信系统中用户终端速度的估计。

具体的，一段时间的大小包括：根据经验值进行设置一段时间的大小；或根据用户终端对应的小区覆盖和用户终端的特性设置一段时间的大小。

进一步，获取模块还用于：获取用户终端在一段时间内同一个运动周期的信道导频信号；根据信道导频信号得到多个多普勒频率估计值。

本实施例的无线通信系统中用户终端速度估计的装置300，如图4所示，，估计模块302包括获取子模块3021、统计子模块3022和估计子模块3023：其中，获取子模块3021用于获取各速度区间阀值对应的各多普勒频率阀值；统计子模块3022用于统计满足各多普勒频率阀值的多普勒频率估计值的个数；估计子模块3023用于根据满足各多普勒频率阀值的多普勒频率估计值的个数进行无线通信系统中用户终端速度的估计。

进一步，估计子模块3023还用于：判断满足各多普勒频率阀值的多普勒频率估计值的个数占所有多普勒频率估计值个数的概率是否满足各速度区间对应的速度区间概率门限值；如果满足速度区间概率门限值，则估计用户终端为该速度区间概率门限值对应的速度区间的用户终端。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，上述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储 器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。