JP2000510666A - 接続の質を推定する方法、ダイバーシティ合成方法、及び受信器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、接続の質を推定する方法；信号がバースト形態で送信され、バーストがトレーニングシーケンスを含むデジタル無線システムにおけるダイバーシティ合成方法；及び受信信号に整合されたフィルタ(212,212a)を含む受信器とに係る。接続の質を簡単に推定するために、受信器は、せいぜいトレーニングシーケンスの長さの結果ベクトルを整合フィルタの出力信号の記号及びトレーニングシーケンスの対応する記号から形成するための手段(214,214a)と、結果ベクトルの記号に対して平均値及び変量を計算する手段(214,214a)と、信号の質に比例する量を、結果ベクトルの二乗平均値と結果ベクトルの変量との商として形成する手段(214,214a)とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 接続の質を推定する方法、ダイバーシティ 合成方法、及び受信器発明の分野 本発明は、記号より成りそして既知のトレーニングシーケンスを含むバースト で送信信号が構成されるデジタル無線システムの接続の質を推定する方法であっ て、受信信号を整合フィルタで処理するような方法に係る。先行技術の説明 セルラー無線システムにおいては、ベースステーションと加入者ターミナルと の間の接続の質が連続的に変化する。この変化は、無線経路の干渉及び無線波の 減衰によりフェージングチャンネルの距離及び時間の関数として生じる。接続の 質は、例えば、受信電力を監視することにより測定できる。接続の質の変化は、 電力調整により部分的に補償することができる。 デジタルセルラー無線システムでは、接続の質を推定するために電力測定より 正確な方法が必要とされる。従来知られている質のパラメータは、例えば、ビッ トエラー率ＢＥＲ及び信号対雑音比である。 受信信号の信号対雑音比の推定にビタビ検出判断を使用することが従来知られ ている。ベースステーション又は加入者ターミナルは、受信器として機能するこ とができる。従来知られている解決策では、信号対雑音比を定める前に受信バー スト全体にビタビ検出が実行される。しかしながら、ビタビアルゴリズムは、受 信器に許された処理時間内にデジタル信号処理プログラムの動作の実行を非常に 頻繁に要求するので、個別のビタビハードウェアを使用しなければならない。こ れは、参考としてここに取り上げる１９８９年１１月のＩＥＥＥ ＧＬＯＢＥＣ ＯＭ １９８９、テキサス州、ダラス、Ｊ．ハジェニューア及びＰ．ホーハ著の 「ソフト判断出力を伴うビタビアルゴリズム及びその応用(AViterbi Algorithmw ith Soft-decision Outputs and its Applications)」に詳細に説明されている 。 セルラー無線システムにおいては、変化する条件のもとでベースステーション と加入者ターミナルとの間の接続の質を改善するために、種々のダイバーシティ 方法が一般的に使用されている。ダイバーシティ方法では、互いに相関しない複 数の受信信号に含まれた情報が合成されるのが好ましい。多経路受信では、最も 一般的なダイバーシティ受信器は、検出の前又は後に信号を合成し、それらは、 例えば、選択的な合成、最大比の合成及び等しい利得の合成を含む。多経路信号 は、通常、ビタビ検出によって検出され、従って、それらは検出の後に合成され る。ダイバーシティ受信器及び上記方法は、例えば、参考としてここに取り上げ るウイリアムＣ．Ｙ．リー著のモービル・コミュミケーションズ・エンジニアリ ング、第１０章、「合成技術(Combining technology)」、第２９１−３３６ペー ジ、マグローヒル、米国、１９８２年に詳細に説明されている。 好ましいダイバーシティ合成方法は、高い信号利得が得られるために検出の前 に行われる最大比の合成である。最大比の合成においては、受信信号が合成の前 に重み付けされそして同相にされる。問題は、正しい重み付け係数を見出すこと にある。発明の要旨 本発明の目的は、ビタビ検出を使用せずに受信信号から信号対雑音比に直接的 に比例する量で接続の質を推定することのできる方法を提供することである。別 の目的は、重み付け係数を計算する方法を提供し、従って、ダイバーシティ受信 器が使用されるときに検出の前に信号合成を行えるようにすることである。 上記目的は、冒頭で述べた方法において、せいぜいトレーニングシーケンスの 長さの結果ベクトルが整合フィルタの出力信号の記号及び既知のトレーニングシ ーケンスの対応する記号から形成され、結果ベクトルの記号に対して平均値及び 変量が計算され、そして信号の質に比例する量が、結果ベクトルの二乗平均値と 結果ベクトルの変量との商として形成されることを特徴とする方法により達成さ れる。 又、本発明は、請求項２に記載のダイバーシティ合成方法及び請求項５に記載 の受信器にも係る。 本発明により与えられる解決策により多数の効果が達成される。本発明の方法 によれば、信号の質は、ビタビ検出を行わずに受信信号から直接推定することが でき、或いはバーストに含まれた既知のトレーニングシーケンスを用いて、ビタ ビ検出の前に本発明の方法を実施することにより推定できる。本発明は、整合フ ィルタ及びトレーニングシーケンスによって結果ベクトルを形成し、そして結果 ベクトルにより信号の質に比例する量を形成するという２つの主たる段階を備え ている。信号の質に比例する量は、信号対雑音比を意味する。 ビタビアルゴリズムの使用が回避されるときには、メモリの容量がセーブされ そして計算に必要とされる時間が短くなる。信号の質に比例する量は、チャンネ ルの状態の推定、不良フレームを推定する方法、及び特に、多経路信号が検出の 前に合成されるときにはダイバーシティ合成における重み付け係数の計算に使用 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、本発明の方法を適用できるセルラー無線システムを示す図である。 図２は、本発明による受信器の例示的構造を示す主要部分を示す図である。 図３は、ＧＳＭシステムの通常のバーストの構造を示す図である。 図４は、本発明によるダイバーシティ受信器の例示的構造を示す図である。好ましい実施形態の詳細な説明 本発明による方法及び受信器は、記号より成りそして既知のトレーニングシー ケンスを含むバーストで送信信号が構成されるいかなるデジタル無線システムに も適用できる。典型的なセルラー無線システムの構造体の本質的な部分が図１に 例示されている。このシステムは、ベースステーション１００、及び該ベースス テーション１００との両方向接続１０８−１１２を含む複数の通常の移動加入者 ターミナル１０２−１０６を備えている。ベースステーション１００は、加入者 ターミナル１０２−１０６の接続をベースステーションコントローラ１１４へ通 し、ベースステーションコントローラは、それらをシステムの他の部分及び固定 ネットワークに送る。ベースステーションコントローラ１１４は、１つ以上のベ ースステーション１００のオペレーションを制御する。 以下、本発明による無線システムの受信器の構造を詳細に説明する。この構造 体の本質的な部分は、図２のブロック図に示されている。本発明において、ベー スステーション及び加入者ターミナルの両方は、受信器として機能することがで きる。受信器は、信号を受信するアンテナ２００を含み、この信号は、高周波経 路２０２に供給され、そこで、中間周波数に変換される。高周波部分から、信号 は、コンバータ手段２０４に送られ、アナログからデジタル形態に変換される。 デジタル信号は、前処理手段２０６へ伝播し、ここで、例えば、信号をフィルタ することができ、信号からＤＣオフセットを除去することができ、デジタル信号 の自動利得を制御することができ、そして信号を復調することができる。前処理 手段２０６から、信号は手段２０８へ供給され、ここで、チャンネルのインパル ス応答及びそのエネルギーが推定される。又、前処理手段２０６から、信号は、 チャンネルに整合されたフィルタ２１２にも送られ、そしてこのフィルタには、 手段２０８で推定されたインパルス応答も供給される。整合フィルタ２１２は、 チャンネルで歪んだ信号を元のデータ流に復帰させ、記号エラー確率は、例えば 隣接受信ビットにより生じる干渉に依存する。インパルス応答データから、例え ば、手段２１０を用いて、チャンネルの推定インパルス応答の自動相関タップが 形成される。上記の機能は、例えば、汎用プロセッサ又は信号プロセッサ、或い は個別のロジックにより実施することができる。 デジタルシステムにおいては、信号バーストに所定の記号シーケンスを配する ことができ、そしてこのシーケンスに基づいて、例えば、インパルス応答を計算 することができる。図３は、デジタルＧＳＭセルラー無線システムのバーストを 例示する。ＧＳＭシステムの通常のバーストは、全部で１４８個の記号を含む。 これらの記号は、ビット又はビットの組合せを含む。バーストの記号は、３つの 開始記号２８０と、５８のデータ記号２８２と、２６のトレーニング記号２８４ と、５８のデータ記号２８６と、３つの終了記号２８８とを含むシーケンスであ る。従って、ＧＳＭの通常のバーストにおけるトレーニングシーケンスの長さは ２６個の記号であり、これは、−１又は１の値を有することができる。 本発明による受信器では、信号の質に比例する量（信号対雑音比と称すること ができる）は、整合フィルタ２１２の出力信号及び信号に含まれたトレーニング シーケンスに基づいて形成される。本発明の解決策において、トレーニングシー ケンスの長さの結果ベクトルが、先ず、計算手段２１４において整合フィルタの 出力信号の記号及びトレーニングシーケンスの対応する記号から形成され、計算 手段は、例えば、汎用又は信号プロセッサ或いは個別のロジックにより実施でき るのが好ましい。 本発明の第１の好ましい実施形態では、整合フィルタの出力信号の記号にトレ ーニングシーケンスの対応する記号を乗算することにより結果ベクトルが形成さ れる。この方法は、次の式で表すことができる。 ＲＥＦ(i)＝ＭＦ(i+offset)＊Tr(i) 但し、ＭＦは、整合フィルタの出力信号を意味し、ｉは、０から好ましくはトレ ーニングシーケンスの長さまでの、即ちＧＳＭでは２６までのインデックスであ り、ｏｆｆｓｅｔは、トレーニングシーケンスの第１ビットを指すことのできる 偏りインデックスであり、そしてＴｒは、トレーニングシーケンスのビットであ る。又、インデックスｉの最大値は、トレーニングシーケンスの長さより短くす ることができる。しかしながら、結果は悪くなる。 結果ベクトルＲＥＦの各項は、同じ符号を有する。平均値ＲＥＦ_mean及び変量 ＲＥＦ_varが、次いで、例えば次の式により、計算手段において結果ベクトルに 対して計算される。 但し、Ｌは、結果ベクトルの長さで、即ちせいぜいトレーニングシーケンスの長 さであり、即ちＧＳＭの場合にはＬ＝２６である。 信号の質に比例する量は、手段２１４において、結果ベクトルの二乗平均値と 結果ベクトルの変量との商として形成され、即ち次の通りである。 但し、Ｋは、各アプリケーションに特有に選択することのできる一定の係数であ る。信号の質を表す結果の量２１８は、自動相関タップ係数２１６と共に、受信 器の他の部分に送られる。 本発明の第２の好ましい実施形態では、隣接受信ビットの作用即ち記号間干渉 ＩＳＩが結果ベクトルの計算に考慮される。これを達成するために、手段２１０ で計算されたインパルス応答の自動相関タップ係数が結果ベクトルの計算に考慮 される。 デジタルシステムでは、チャンネルのインパルス応答がＮ記号指数により一般 に記述される。例えば、ＧＳＭシステムでは、チャンネルのインパルス応答は、 ５個の記号を含み、即ちＮが５である。従って、ＧＳＭシステムのインパルス応 答の自動相関タップの数Ｎは５である。 本発明の第２の好ましい実施形態では、結果ベクトルは、既知のトレーニング シーケンスの対応記号に先行するＮ−１個の記号及び後続するＮ−１個の記号を 整合フィルタの出力信号の各記号から減算することにより形成され、これら記号 は、自動相関関数の対応するタップ係数で乗算される。従って、隣接ビットの作 用を排除することができる。この方法は、ＧＳＭシステムでは、次の式で表され る。 ＲＥＦ(4+i)＝ＭＦ(4+i+offset)＊Tr(i+3) −Tr(i+3)＊c(1) −Tr(i+2)＊c(2) −Tr(i+1)＊c(3) −Tr(i) ＊c(4) −Tr(i+5)＊c(1) −Tr(i+6)＊c(2) −Tr(i+7)＊c(3) −Tr(i+8)＊c(4) 但し、ｃ(j)は、インパルス応答の自動相関タップを意味し（ｊ＝〔０、・・・ ４〕）、ｃ(0)は、ビットのエネルギーを意味し、そして他のインデックスは、 隣接ビットの作用を意味する。換言すれば、ＧＳＭシステムのように、インパル ス応答の長さが５ビットである場合には、４つの先行サンプル及び４つの後続サ ンプルが、それに対応する自動相関タップに基づき、整合フィルタの各出力ビッ トに作用する。この方法により、干渉を排除することができる。 信号の質を表す計算された量は、特にダイバーシティ受信器において、種々の ダイバーシティブランチからの信号が合成されるときに使用することができる。 上記のように、最大比の合成が使用されるときは、合成されるべき信号が、合成 の前に、重み付け係数で乗算される。好ましくは、本発明により計算された信号 の質を表す量は、重み付け係数として使用することができ、これにより、良好な 合成結果が達成される。 以下、本発明によるダイバーシティ受信器の構造について説明する。この構造 体の本質的な部分が図４のブロック図に示されている。受信器は、例えば、２つ のダイバーシティブランチ３００、３０２を含む。実際の受信器におけるブラン チの数は、当然異なる。各ダイバーシティブランチの構造は、上記した受信器の 構造と同様であり、即ちブランチは、アンテナ２００、２００ａと、高周波手段 ２０２、２０２ａと、アナログ／デジタルコンバータ２０４、２０４ａと、上記 のように動作する前処理手段２０６、２０６ａと、整合フィルタ２１２、２１２ ａと、インパルス応答を推定するための推定手段２０８、２０８ａと、インパル ス応答の自動相関関数のタップ係数を計算するための計算手段２１０、２１０ａ と、信号の質を表す量を計算するための本発明による手段２１４、２１４ａとを 備えている。更に、受信器は、好ましくは、例えばビタビ技術により実施できる 検出手段３１２も含む。 更に、受信器は、検出の前に異なるダイバーシティブランチの計算された自動 相関タップを合成するための加算手段３１０と、検出の前にダイバーシティブラ ンチの整合フィルタ２１２、２１２ａの出力信号を合成するための手段３０８と を備えている。 本発明の受信器においては、合成されるべき信号が、各ブランチにおいて、合 成の前に、本発明の方法で計算された信号の質を表す量３１４、３１４ａにより 重み付けされる。自動相関関数のタップ係数は、加算器３０４、３０４ａにおい て重み付けされ、そして整合フィルタの出力信号は、加算器３０６、３０６ａに おいて重み付けされる。 以上、添付図面を参照して本発明を一例として説明したが、本発明は、これに 限定されるものではなく、請求の範囲に記載する本発明の範囲内で種々の変更が なされ得ることが明らかであろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成９年１１月２４日（１９９７．１１．２４） 【補正内容】請求の範囲 １．記号より成りそして既知のトレーニングシーケンスを含むバーストで送信 信号が構成されるデジタル無線システムの接続の質を推定する方法であって、受 信信号を整合フィルタで処理し、そしてインパルス応答、及びインパルス応答の 自動相関関数のＮ個のタップ係数を受信信号に対して計算し、Ｎは、インパルス 応答におけるビット数であるような方法において、 せいぜいトレーニングシーケンスの長さの結果ベクトルを整合フィルタの出力 信号の記号及び既知のトレーニングシーケンスの対応する記号から形成し、そし て得られた結果ベクトルを上記自動相関タップ係数を用いて変更し、 結果ベクトルの記号に対して平均値及び変量を計算し、そして 信号の質に比例する量を、結果ベクトルの二乗平均値と結果ベクトルの変量と の商として形成することを特徴とする方法。 ２．記号より成りそして既知のトレーニングシーケンスを含むバーストで送信 信号が構成されるデジタル無線システムにおいてダイバーシティ信号を合成する 方法であって、受信信号を整合フィルタで処理し、インパルス応答、及びインパ ルス応答の自動相関関数のＮ個のタップ係数を受信信号に対して計算し、Ｎは、 インパルス応答におけるビット数であり、そして受信したダイバーシティ信号を 検出の前に最大比の合成により合成し、これら信号を、合成の前に、その信号の 質に比例する係数で重み付けするような方法において、 せいぜいトレーニングシーケンスの長さの結果ベクトルを整合フィルタの出力 信号の記号及び既知のトレーニングシーケンスの対応する記号から形成し、そし て得られた結果ベクトルを上記自動相関タップ係数を用いて変更し、 結果ベクトルの記号に対して平均値及び変量を計算し、そして 信号の質に比例する量を、結果ベクトルの二乗平均値と結果ベクトルの変量と の商として形成することを特徴とする方法。 ３．結果ベクトルは、整合フィルタの出力信号の記号を既知のトレーニングシ ーケンスの対応する記号で乗算することにより形成される請求項１又は２に記載 の方法。 ４．インパルス応答、及びインパルス応答の自動相関関数のＮ個のタップ係数 が受信信号に対して計算され、Ｎは、インパルス応答におけるビット数であり、 そして結果ベクトルが形成されるときに、整合フィルタの出力信号の各記号にト レーニングシーケンスの対応する記号を乗算したものから、既知のトレーニング シーケンスの対応する記号に先行するＮ−１個の記号及び後続するＮ−１個の記 号を減算し、上記記号は、自動相関関数の対応するタップ係数が乗算される請求 項３に記載の方法。 ５．記号より成りそして既知のトレーニングシーケンスを含むバーストで送信 信号が構成されるデジタル無線システムの受信器であって、受信信号に整合され たフィルタ(212,212a)と、受信信号のインパルス応答を計算する手段(208,208a) と、インパルス応答の自動相関関数のＮ個のタップ係数を計算する手段(210,210 a)とを含み、Ｎは、インパルス応答におけるビット数である受信器において、 せいぜいトレーニングシーケンスの長さの結果ベクトルを整合フィルタ(212,2 12a)の出力信号の記号及び既知のトレーニングシーケンスの対応する記号から形 成するための手段(214,214a)と、 自動相関タップ係数を用いて結果ベクトルを変更する手段(214,214a)と、 結果ベクトルの記号に対して平均値及び変量を計算する手段(214,214a)と、 信号の質に比例する量を、結果ベクトルの二乗平均値と結果ベクトルの変量と の商として形成する手段(214,214a)と、 を備えたことを特徴とする受信器。 ６．上記受信器は、整合フィルタ(212,212a)の出力信号の記号を既知のトレー ニングシーケンスの対応する記号で乗算することにより結果ベクトルを形成する ための手段(214,214a)を含む請求項５に記載の受信器。 ７．上記受信器は、受信信号に対してインパルス応答を計算する手段(208,208 a)と、インパルス応答の自動相関関数のＮ個のタップ係数を計算する手段(210,2 10a)とを備え、Ｎは、インパルス応答におけるビット数であり、更に、整合フィ ルタ(212,212a)の出力信号の各記号にトレーニングシーケンスの対応する記号を 乗算したものから、トレーニングシーケンスの対応する記号に先行するＮ−１個 の記号及び後続するＮ−１個の記号を減算することにより、結果ベクトルを形成 する手段(214,214a)を備え、上記記号は、自動相関関数の対応するタップ係数が 乗算される請求項６に記載の受信器。 ８．上記受信器は、少なくとも２つのダイバーシティブランチ(300,302)と、 検出手段(312)と、ダイバーシティブランチを合成するための手段(308,310)であ って、検出手段(312)の前に配置されて、時間に対して互いに対応する異なるブ ランチの記号を合成する手段とを備え、そして上記受信器は、各ブランチの整合 フィルタ(212,212a)の出力及びインパルス応答の自動相関タップを、信号の質に 比例する各ブランチ特有の量で重み付けするための手段(304,304a,308,308a)を 含む請求項６又は７に記載の受信器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．記号より成りそして既知のトレーニングシーケンスを含むバーストで送信 信号が構成されるデジタル無線システムの接続の質を推定する方法であって、受 信信号を整合フィルタで処理するような方法において、 せいぜいトレーニングシーケンスの長さの結果ベクトルを整合フィルタの出力 信号の記号及び既知のトレーニングシーケンスの対応する記号から形成し、 結果ベクトルの記号に対して平均値及び変量を計算し、そして 信号の質に比例する量を、結果ベクトルの二乗平均値と結果ベクトルの変量と の商として形成することを特徴とする方法。 ２．記号より成りそして既知のトレーニングシーケンスを含むバーストで送信 信号が構成されるデジタル無線システムにおいてダイバーシティ信号を合成する 方法であって、受信信号を整合フィルタで処理し、そして受信したダイバーシテ ィ信号を検出の前に最大比の合成により合成し、これら信号を、合成の前に、そ の信号の質に比例する係数で重み付けするような方法において、 せいぜいトレーニングシーケンスの長さの結果ベクトルを整合フィルタの出力 信号の記号及び既知のトレーニングシーケンスの対応する記号から形成し、 結果ベクトルの記号に対して平均値及び変量を計算し、そして 信号の質に比例する量を、結果ベクトルの二乗平均値と結果ベクトルの変量と の商として形成することを特徴とする方法。 ３．結果ベクトルは、整合フィルタの出力信号の記号を既知のトレーニングシ ーケンスの対応する記号で乗算することにより形成される請求項１又は２に記載 の方法。 ４．インパルス応答、及びインパルス応答の自動相関関数のＮ個のタップ係数 が受信信号に対して計算され、Ｎは、インパルス応答におけるビット数であり、 そして結果ベクトルが形成されるときに、整合フィルタの出力信号の各記号にト レーニングシーケンスの対応する記号を乗算したものから、既知のトレーニング シーケンスの対応する記号に先行するＮ−１個の記号及び後続するＮ−１個の記 号を減算し、上記記号は、自動相関関数の対応するタップ係数が乗算される請求 項３に記載の方法。 ５．記号より成りそして既知のトレーニングシーケンスを含むバーストで送信 信号が構成されるデジタル無線システムの受信器であって、受信信号に整合され たフィルタ(212,212a)を含む受信器において、 せいぜいトレーニングシーケンスの長さの結果ベクトルを整合フィルタ(212,2 12a)の出力信号の記号及び既知のトレーニングシーケンスの対応する記号から形 成するための手段(214,214a)と、 結果ベクトルの記号に対して平均値及び変量を計算する手段(214,214a)と、 信号の質に比例する量を、結果ベクトルの二乗平均値と結果ベクトルの変量と の商として形成する手段(214,214a)と、 を備えたことを特徴とする受信器。 ６．上記受信器は、整合フィルタ(212,212a)の出力信号の記号を既知のトレー ニングシーケンスの対応する記号で乗算することにより結果ベクトルを形成する ための手段(214,214a)を含む請求項５に記載の受信器。 ７．上記受信器は、受信信号に対してインパルス応答を計算する手段(208,208 a)と、インパルス応答の自動相関関数のＮ個のタップ係数を計算する手段(210,2 10a)とを備え、Ｎは、インパルス応答におけるビット数であり、更に、整合フィ ルタ(212,212a)の出力信号の各記号にトレーニングシーケンスの対応する記号を 乗算したものから、トレーニングシーケンスの対応する記号に先行するＮ−１個 の記号及び後続するＮ−１個の記号を減算することにより、結果ベクトルを形成 する手段(214,214a)を備え、上記記号は、自動相関関数の対応するタップ係数が 乗算される請求項６に記載の受信器。 ８．上記受信器は、少なくとも２つのダイバーシティブランチ(300,302)と、 検出手段(312)と、ダイバーシティブランチを合成するための手段(308,310)であ って、検出手段(312)の前に配置されて、時間に対して互いに対応する異なるブ ランチの記号を合成する手段とを備え、そして上記受信器は、各ブランチの整合 フィルタ(212,212a)の出力及びインパルス応答の自動相関タップを、信号の質に 比例する各ブランチ特有の量で重み付けするための手段(304,304a,308,308a)を 含む請求項６又は７に記載の受信器。