JP2000511012A - インパルス応答を推定する方法及び受信器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、送信されるべき信号が既知のトレーニングシーケンス(208)を含むような無線システムにおいてインパルス応答を推定する方法及び受信器に係り、受信信号をサンプリングする手段(304)と、既知のトレーニングシーケンスによりインパルス応答に対する第１推定値を計算する手段(400)とを備えた受信器に係る。インパルス応答を正確に決定できるようにするために、受信器は、第１のインパルス応答推定値により受信サンプルの予めの判断を行う手段(406,408)と；この予めの判断により計算される推定サンプル及び受信サンプルのエラー値を計算する手段(410)と；このエラー値を最小にすることによりインパルス応答の第２の推定値を計算する手段(410)と；第１及び第２の推定値を互いに合成することによりインパルス応答に対して新たな推定値を計算する手段(410)とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 インパルス応答を推定する方法及び受信器発明の分野 本発明は、送信されるべき信号が、記号で形成されたバーストより成り、これ らバーストが既知のトレーニングシーケンスを含むようなデジタル無線システム においてインパルス応答を推定する方法であって、受信した信号をサンプリング し、そして既知のトレーニングシーケンスによりインパルス応答に対して第１の 推定値を計算するような方法に係る。先行技術の説明 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 ル装置との間の信号が送信器と受信器との間で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、周囲面からの信号反射によって生じる。異なるルー トを経て進行する信号は、伝播遅延が異なるために、受信器に異なる時間に到着 する。これは、送信の両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することが でき、異なる時間に到着する信号は、それらの信号強度に比例するピークとして 見ることができる。図１は、測定されたインパルス応答を一例として示す。横軸 １００は時間であり、そして縦軸１０２は受信信号の強度である。曲線のピーク １０４、１０６、１０８は、受信信号の最も強い多経路伝播成分を指示する。 公知の解決策では、バーストに追加される既知のトレーニングシーケンスによ りインパルス応答が推定される。図２は、ＧＳＭシステムの通常のバーストを例 示するもので、このバーストは、開始及び終了ビット２００、２０２と、２つの 部分の実際のデータ２０４、２０６と、バーストの中央に配置された既知のトレ ーニングシーケンス２０８とを含む。通常のバーストでは、トレーニングシーケ ンスの長さが２６ビットである。ＧＳＭシステムの場合のような既知の解決策で は、受信したサンプルを既知のトレーニングシーケンスにクロス相関することに よりインパルス応答が推定される。２６ビット長さのトレーニングシーケンスの うちの１６ビットは、各インパルス応答タップを推定するのに使用される。受信 信号の質が悪いときには、既知の方法で確実な推定結果を得るのが困難である。 これは、受信器の性能を損なうことになる。発明の要旨 本発明の目的は、インパルス応答を推定する現在の方法よりも精度の高い方法 を提供することである。 これは、冒頭で述べた方法において、第１のインパルス応答推定値により予め の判断を行い；この予めの判断により計算される推定サンプル及び受信サンプル のエラー値を計算し；このエラー値を最小にすることによりインパルス応答の第 ２の推定値を計算し；第１及び第２の推定値を互いに合成することによりインパ ルス応答に対して新たな推定値を計算し；そして受信シーケンスを再び推定する ときに、このように得た推定値を使用することを特徴とする方法によって達成さ れる。又、本発明は、送信されるべき信号が、記号で形成されたバーストより成 り、これらバーストが既知のトレーニングシーケンスを含むようなデジタル無線 システムの受信器であって、受信信号をサンプリングする手段と、既知のトレー ニングシーケンスによりインパルス応答に対する第１推定値を計算する手段とを 備えた受信器にも係る。本発明の受信器は、第１のインパルス応答推定値により 受信サンプルの予めの判断を行う手段と；この予めの判断により計算される推定 サンプル及び受信サンブルのエラー値を計算する手段と；このエラー値を最小に することによりインパルス応答の第２の推定値を計算する手段と；第１及び第２ の推定値を互いに合成することによりインパルス応答に対して新たな推定値を計 算する手段と；このように得た推定値を使用することにより受信シーケンスを再 び推定する手段とを備えている。 本発明の方法及び受信器は、公知の解決策に比して多数の効果を有する。イン パルス応答推定値の精度は、本発明の解決策の方が公知の方法よりも高い。又、 ターミナル装置の速度が高い場合には、バーストの中間のトレーニングシーケン スだけではインパルス応答の正しい映像を与えることができない。というのは、 インパルス応答はバースト中でも変化するからである。本発明の解決策では、バ ーストの開始部分とバーストの終了部分とに別々にインパルス応答を計算するこ 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、受信信号のインパルス応答を例示する図である。 図２は、ＧＳＭシステムの通常のバーストを示す図である。 図３は、本発明の受信器の構造を示すブロック図である。 図４は、インパルス応答推定の適用例を詳細に示す図である。好ましい実施形態の詳細な説明 本発明は、バーストがトレーニングシーケンスを含むようないかなるデジタル 無線システムにも適用できる。この種のシステムの一例は、ＧＳＭセルラー無線 システムであり、以下、これを一例として使用して本発明を説明するが、本発明 はこれに限定されるものではない。 本発明の解決策では、チャンネルのインパルス応答は、適応式に多相で推定さ れる。先ず、インパルス応答に対して第１の予めの推定値が計算され、これによ り、予めのビットの判断が行われる。その後、この予めの判断により計算される 推定サンプル及び受信サンプルのエラー値が計算され、そしてこのエラー値を最 小にすることによりインパルス応答の第２の推定値が計算される。本発明の好ま しい実施形態では、推定サンプルと受信サンプルとの間のエラー値は、予めの判 断と第１のインパルス応答推定値との間のコンボルーションを先ず形成しそして 受信サンプルと推定サンプルとの平方差を加算することにより計算される。 その後、第１及び第２のインパルス応答推定値が合成される。本発明の好まし い実施形態では、第１及び第２のインパルス応答推定値は、これら推定値をそれ ら長さに基づく係数で重み付けしそして受信推定タップ値を互いに加算すること により、互いに合成される。このようにして得たインパルス応答を使用すること により実際の検出が行われる。 以下、図３のブロック図に当該部分が示された本発明の受信器の構造について 説明する。ベースステーション及び加入者ターミナル装置は、両方とも、本発明 の受信器として動作することができる。この受信器は、アンテナ３００を備え、 これで受信された信号は、高周波部分３０２へ送られ、ここで、信号が中間周波 数に変換される。高周波部分から、信号はコンバータ手段３０４へ送られ、アナ ログ形態からサンプリングによりデジタル形態へ変換される。デジタル信号３０ ６は手段３０８へ伝播し、ここで、チャンネルのインパルス応答が推定されると 共に、例えば、ビタビ検出器を使用することにより検出が行われる。検出された 信号は、更にチャンネルデコーダ３１２へ送られ、そして受信器の他の部分へ送 られる（３１４）。当業者に明らかなように、本発明の受信器は、当然、上記し た以外の部品、例えばフィルタも含むが、それらは本発明には関わりのないもの であり、従って、明瞭化のため、ここでは説明しない。 図４のブロック図に当該部分が示された推定ブロック３０８の構造を一例とし て以下に詳細に説明する。受信したサンプル信号３０６は、推定ブロックに入力 として到着する。このサンプル信号は、第１の推定手段４００に送られ、ここで は、サンプルをトレーニングシーケンスとクロス相関することによりインパルス 応答の第１推定値が公知の方法で計算される。この第１推定ブロックは、当業者 に良く知られた方法で実現することができる。 インパルス応答の第１推定値４１６は、スイッチ４１２及び４１４により適応 されるフィルタ４０２及び手段４０４へ送られ、手段４０４では自動相関タップ が計算される。この段階では、スイッチ４１２及び４１４が位置１にある。受信 サンプル信号３０６は、適応された入力でもある。適応フィルタ４０２は、チャ ンネルにおいて歪んだ信号を、隣接する受信ビットによって生じる干渉のような 干渉ファクタに依存する記号エラー確率により元のデータ流に復帰させる。チャ ンネルの推定されたインパルス応答の自動相関タップは、手段４０４でインパル ス応答情報から形成される。上記の手順は、例えば、汎用及び信号プロセッサに より実現することもできるし、又は取り外し式のロジック回路により実現するこ ともできる。 適応フィルタ４０２及び計算手段４０４の出力は、公知のイコライザ４０６、 好ましくはビタビイコライザへ送られる。ビタビイコライザ４０６の出力３１０ は、判断手段４０８へ送られ、そこで、第１インパルス応答に基づいてハードビ ット判断が行われる。 判断手段４０８の出力は、第２推定手段４１０の入力に接続される。受信サン プル信号３０６及びインパルス応答の第１推定値４１６は、第２推定手段４１０ の入力でもある。第２の推定手段においては、ビット判断及び受信信号によって インパルス応答に対する第２の推定値が計算され、そして第１及び第２のインパ ルス応答推定値が互いに合成される。第２推定手段は、例えば、汎用及び信号プ ロセッサにより実現することもできるし、又は取り外し式のロジック回路により 実現することもできる。このようにして得た推定値４１８は、スイッチ４１２及 び４１４により適応されるフィルタ４０２及び手段４０４へ送られ、手段４０４ では、自動相関タップが計算される。この段階では、スイッチ４１２及び４１４ が位置２にある。より正確なインパルス応答情報に基づき、適応フィルタ４１２ 及び計算手段４１４は、新たな値を計算し、これはビタビイコライザ４０６へ送 られ、ここから信号が受信器の他の部分へ送られる。 本発明の第２のインパルス応答推定値の計算について詳細に説明する。本発明 の方法では、サンプルの平方エラーが、受信サンプル及び第１のインパルス応答 推定値によって最小にされる。推定サンプルは、ハードビット判断によってコン ボルーションとして計算される。５ビットのインパルス応答が使用されると仮定 し、この場合、受信ビットは、次の通りであり、 Ｘ_k=(x_k,x_k-1,x_k-2,x_k-3,x_k-4)^T;x∈{-1,1} そして推定インパルス応答は、次の通りである。 Ｗ=(h₀h₁h₂h₃h₄)^T それ故、ここで推定サンプルが得られる。 Ｙ=Ｗ^TＸ_k 次いで、推定サンプルのエラーが、受信サンプルと比較して決定される。この エラーは、計算における一度にＮ個のビットを考慮して、平方エラーとして計算 することができる。エラー関数は、次のような式となる。 但し、ｙ（ｋ）は、サンプルを受信しており、そしてｊは、検査されるビットシ ーケンスの開始である。従って、エラーの平方（ＭＳＥ、最小平方エラー）は、 上記ではエラー値として使用される。このように計算されたエラーが最小にされ る。この最小化は、ＬＭＳ、カルマン、直接マトリクス反転等の、当該文献に述 べられた種々の異なる方法で実行することができる。例えば、ＬＭＳ方法では、 上記の関数から勾配が得られ、そして勾配の方向から解が繰り返し探索される。 原理的に、差の平方は、実際の平方を計算せずに単なる差によって最小にするこ とができる。新たなインパルス応答推定値は、次の式により得られる。 e_k＝y(k)-Ｙ 但し、μは、（０、1）間の定数である。 値ｔ＝０では、対応するＷ₀が、以前に推定された第１のインパルス応答推定 値Ｗである。この反復式は、所望の回数だけ繰り返すことができ、そして各繰り 返しの後に、更新されたインパルス応答推定値を得ることができる。ここでは、 ｃ回の繰り返しがあると仮定し、従って、この場合は、第２のインパルス応答推 定値がＷ_cとなる。 その後、第１及び第２のインパルス応答推定値は、それら推定値をそれらの長 さに基づく係数で重み付けし、そして対応する推定タップ値を互いに加算するこ とにより合成される。加算は、次の式で表すことができる。 但し、ｍは、第１のインパルス応答推定値を計算するのに使用されるビットシー ケンスの長さ（即ち、トレーニングシーケンスの半分、ＧＳＭの場合は１６）で あり、そしてＮは、第２のインパルス応答推定値を計算するのに使用されるビッ トシーケンスの長さである。 このようにして得られたインパルス応答推定値Ｗ_totは、適応フィルタに使用 されると共に、自動相関タップの計算に使用され、そして最終的なビット判断が それにより計算される。 又、新たな推定サンプルを計算するときにインパルス応答推定値Ｗ_totを初期 値として使用し、そして平方差を再び最小にすることにより、インパルス応答推 定値を所望の回数だけ計算することもできる。 又、本発明の解決策では、バーストの開始部分及びバーストの終了部分に対し てインパルス応答を別々に計算することもできる。従って、特にターミナル装置 の速度が高い場合には、より正確な結果が得られる。第１のインパルス応答推定 値は、バーストの中間のトレーニングシーケンスにより計算され、そして他のイ ンパルス応答推定値は、バーストの開始部分及びバーストの終了部分に対し別々 に計算される。 以上、添付図面を参照して本発明を詳細に説明したが、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考え方において種々の方法 で変更できることが明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．送信されるべき信号が、記号で形成されたバーストより成り、これらバー ストが既知のトレーニングシーケンス(208)を含むようなデジタル無線システム においてインパルス応答を推定する方法であって、受信した信号をサンプリング し、そして既知のトレーニングシーケンスによりインパルス応答に対して第１の 推定値(416)を計算するような方法において、 上記第１のインパルス応答推定値により予めの判断を行い； 上記予めの判断により計算される推定サンプル及び受信サンプルのエラー値を 計算し； 上記エラー値を最小にすることによりインパルス応答の第２推定値を計算し； 上記第１及び第２の推定値を互いに合成することによりインパルス応答に対し て新たな推定値(418)を計算し；そして 受信シーケンスを再び推定するときに、このように得た推定値を使用する； という段階を備えたことを特徴とする方法。 ２．上記第２推定値は、予めの判断を形成した以前のときに得られた新たな推 定値を初期値として使用することにより所望の回数繰り返し計算される請求項１ に記載の方法。 ３．上記第１及び第２の推定値は、これら推定値をそれらの長さに基づく係数 で重み付けしそして推定されたタップ値を互いに加算することにより合成される 請求項１に記載の方法。 ４．エラー値は、先ず、予めの判断と第１のインパルス応答推定値との間のコ ンボルーションを計算することにより推定判断を形成し、そして受信サンプルと 推定サンプルとの平方の差を加算することによって計算される請求項１に記載の 方法。 ５．上記第２推定値は、バーストの開始点及びバーストの終了点に対して別々 の計算される請求項１に記載の方法。 ６．送信されるべき信号が、記号で形成されたバーストより成り、これらバー ストが既知のトレーニングシーケンス(208)を含むようなデジタル無線システム の受信器であって、受信信号をサンプリングする手段(304)と、既知のトレーニ ングシーケンスによりインパルス応答に対する第１推定値を計算する手段(400) とを備えた受信器において、 上記第１のインパルス応答推定値により受信サンプルの予めの判断を行う手段 （406,408）と； 上記予めの判断により計算される推定サンプル及び受信サンプルのエラー値を 計算する手段(410)と； 上記エラー値を最小にすることによりインパルス応答の第２の推定値を計算す る手段(410)と； 上記第１及び第２の推定値を互いに合成することによりインパルス応答に対し て新たな推定値を計算する手段(410)と； このようにして得た推定値を使用することにより受信シーケンスを再び推定す る手段(400)と； を備えたことを特徴とする受信器。 ７．上記受信器は、上記第１及び第２の推定値をそれらの長さに基づく係数で 重み付けしそしてそれに対応する推定されたタップ値を互いに加算することによ り上記第１及び第２の推定値を互いに合成するための手段(410)を備えた請求項 ６に記載の受信器。 ８．上記受信器は、予めの判断と第１のインパルス応答推定値とのコンボルー ションを計算し、そして受信サンプルと推定サンプルとの平方の差を加算するこ とにより推定判断を形成するための手段(408,410)を備えている請求項６に記載 の受信器。