JP2001510958A - チャネル衝撃応答の長さの決定 - Google Patents
チャネル衝撃応答の長さの決定Info
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Abstract
Description
な情報を伝達するようになった。デジタル通信を用いると、情報は通信のために
デジタル或いはバイナリ形式、即ち、ビットに変換される。送信機はこのビット
ストリームを変調されたシンボルストリームにマップする。このシンボルストリ
ームはデジタル受信機で検出されて逆マップされてビットと情報に戻される。
す。例えば、受信機に到達する前に無線信号が通過する多くの信号経路が原因と
なるものがある。複数の信号経路の長さが非常に異なるときに、1つの障害が発
生する。この場合、時間分散が発生し、多数の信号の像が異なる時刻に受信機に
到達し、信号エコーを生じさせる。これは、シンボル間干渉(ISI)の原因と
なり、この場合、1つのシンボルのエコーがこれに続くシンボルと干渉する。
化は線形等化器、判定帰還等化器、最尤系列推定(MLSE)等化器によって提
供される。線形等化器は受信信号をフィルタリングすることによってチャネル効
果を元に戻すように試みる。判定帰還等化器は以前のシンボル検出を活用して、
これら以前のシンボルのエコーからシンボル間干渉をキャンセルする。最後に、
MLSE等化器は種々の送信シンボルシーケンスを仮定し、そして、分散チャネ
ルのモデルを用いてどの仮定が受信データに最も良く合致しているかを決定する
。これらの等化技術は当業者には公知であり、1989年、ニューヨーク、マッ
クグロウ−ヒル(McGraw-Hill)社出版、J.G.Proakis著、デジタル通信(Digita
l Communication)第2版のような標準的な教科書に見出すことができる。等化 器はD−AMPSやGSMのようなTDMAシステムでは一般的に用いられてい
る。
い。MLSE等化器では、可能性のある全ての送信シンボルシーケンスが考慮さ
れる。仮定系列各々に関し、受信信号サンプルがマルチパスチャネルのモデルを
用いて予測される。予測受信信号サンプルと実際の受信信号サンプルとの差は予
測誤りとして言及されるが、この差によって特定の仮定がどれほど良いものであ
るかを示すことができる。予測誤りの二乗は、特定の仮定を評価するのに指標と
して用いられる。この指標は異なる仮定について累積され、どの仮定がより良い
ものであるのかを決定するのに用いられる。この処理はビタビアルゴリズムを用
いて効率的に実現される。このアルゴリズムは動的プログラミングの形式をして
いる。
重大なレベルになっていないことがある。ISIが重大な問題になっていなかっ
たり、或いは、ISIがないとき、特にチャネルが高速に変化するとき、等化器
は実際には検出統計から雑音を取り除くより雑音を加えてしまう。これらの条件
では、他の検出器、例えば、時間分散のない条件下ではより良い動作をする差分
検出器に有利なように等化器の動作をオフにすることが望ましい。さらにその上
、等化器は差分検出器と比較して計算実行上で相対的に複雑である。従って、差
分検出器に有利なように定期的に等化器のスイッチを切ることでMIPSを削減
し、その結果、バッテリの消費を削減している。
一般的に用いられている。しかしながら、もし、あまりにも多くのRAKEタッ
プが用いられると、性能は低下する。
切な数のチャネルタップを用いる検出器を備えることが望ましい。
めの適切な検出方針を決定するために測定される。例えば、無線チャネルが非発
散性であることが判定されたなら、差分検出器がシンボル検出器として運用のた
めに選択される。或いは、時間分散チャネルが検出されたなら、等化器が受信機
で受信される情報シンボルを検出するために用いられる。同様に、CDMAにつ
いて言えば、無線チャネルが非発散性であれば、相関検出器が選択される。或い
は、時間分散チャネルが検出されたなら、レイク(RAKE)受信機が用いられ
る。
号について適切な検出方式を選択する。例えば、雑音パラメータに対する受信信
号の比が評価されて閾値と比較される。その比較結果に基づいて、適切な検出方
式が組込まれる。例えば、単純な場合では、その比較によってチャネルが時間発
散性のものであるか、或いは、非時間発散性ののであるかが示唆される。他の代
表的な実施形態に従えば、特定の無線チャネルを正確にモデリングする具体的な
数のチャネルタップが識別され適切な検出方式を決定するために用いられる。
ルギー総計に対する主輻射エネルギーの比を計算してチャネルが発散性のもので
あるか或いは非発散性のものであるかを決定しても良い。フェーディングによる
ばらつきを避けるために、閾値と比較される前に、そのエネルギーは重み付けさ
れたり、平滑化されても良い。
様の部分は同じ参照記号によって識別される。次の説明は非拡散システムの環境
としてなされているが、当業者であれば本発明は同様に拡散システム(例えば、
CDMA)にも等しく適用可能であることが認識できる。
では“セルラネットワーク”として言及される)における10個のセル(C1−
C10)の間の関係を描写した図である。一般に、セルラネットワークは10よ
りはるかに多いセルを有しているが、説明の目的のためであれば、10個で十分
であろう。
位置した基地局を示しているが、基地局はセル内のどこに位置しても良い。セル
中心に位置した基地局は通常、無指向性のアンテナを採用するが、セル境界に位
置する基地局は通常、指向性アンテナを採用する。
C)を有している。ケーブル、無線リンク、或いは、その両方(図1では不図示
)によって、MSCは各基地局に接続されている。MSCはまた固定電話交換ユ
ニット(図1には不図示)にも接続されている。移動局M1−M10は移動電話
ユニットを表している。もちろん、移動局は1つのセル内を移動することができ
、或いは、1つのセルから別のセルへと移動することができる。通常は、10個
をはるかに越える移動局がある。しかし、説明の目的からすれば、10個の移動
局を示すだけで十分である。
として送信される信号を受信する受信機(図1では不図示)を含んでいる。受信
機は受信信号シンボルを、例えば、復調検出技術を用いて処理し、受信信号に含
まれる情報シンボルを抽出する。
でおり、これを用いて受信信号ストリームの情報シンボルを認識する。例えば、
ある所定の、固定数のチャネルタップを有した等化器のような受信機に内蔵され
る特定の検出機器の選択が、通常、受信機が動作するように意図された無線環境
に基づいてなされる。しかしながら、本発明では別のアプローチがなされる。
、受信信号ストリームが移動局のアンテナ20で受信される。それから、この信
号ストリームが処理、例えば、公知技術に従って、無線受信機22において増幅
され、フィルタされ、ダウンコンバートされ、複雑な、ベースバンド信号サンプ
ルのストリームを生成する。この結果得られるストリームは検出器コントローラ
24と検出器26の両方にフィードされる。検出器コントローラ24は、受信信
号ストリームを処理し、後で詳細に説明するように、そのストリームにおける情
報シンボルの検出を実行するためにの最適な技術を決定する。この処理の結果に
従って、検出器コントローラ24は適切なコマンドを検出器26に送信し、検出
器26が選択された検出技術を組み込んで実行するようにする。検出器26の出
力は、さらに下流側へと処理されてユーザ情報(例えば、音声やデータ)を出力
したり、或いは、オーバヘッド制御情報(例えば、呼び出しメッセージ)に応答
する情報シンボルストリームである。検出器コントローラ24が動作して特定の
検出技術を選択する方法について説明する。
タを用いて検出器コントローラ出力信号を形成する。例えば、同期信号は最小二
乗チャネル推定や同期シンボルと受信データとの間の相関を用いたチャネル推定
を実行するために用いられる。チャネル推定情報はJチャネルタップを含むよう
に無線チャネルをモデリングするために用いられる。例えば、信号電力Sestは 、チャネルタップの二乗を総計することにより推定される。
の知られたシンボルは受信データ推定を形成するのに用いられる。その推定は以
下の通りである。
、受信syncデータに関してr(k)−rest(k)の二乗を平均することによ
って雑音電力推定Nest(J)を形成するために用いられる。従って、Sest(J )とNest(J)の両方は、J(例えば、J=1....Jmax)についての種々の候
補となる値に関して決定される。システム性能は通常、これらの量に関係してい
るのであるから、比較を行う機器がいくつのチャネルタップが望まれる程度のシ
ステム性能を備えるためにモデリングされる必要があるのかを決定するために用
いられる。なお、公知のシンボルがない場合、その代わりに、仮のシンボルが用
いられる。また、用いられるタップの数は時間(例えば、TDMAタイムスロッ
トの中で)によって変化しうる。従って、検出器コントローラは受信中に動的に
用いられるタップの数を変更できる。本発明に従う代表的な受信機構造について
の概観を提供したので、所望の検出方式を決定するための種々の技術や構造を次
に説明する。
れは分散が存在するかどうかを(即ち、J>1であるかJ=1であるかどうか)
決定するために設計されている。この情報は適切な検出機構を選択するために用
いられる。例えば、DQPSK変調を用いたチャネルに関し、J=1であれば差
分検出器が選択され、J>1であれば等化器が選択される。
0ではチャネルが非発散性であることを仮定して(即ち、“1”からSYNCブ
ロック30に伸びた矢によって示されているようにJ=1を仮定して)、復調の
ために同期動作を実行する。同期がとられたデータは、チャネル推定ユニット3
2において非発散性チャネルに関連した単一チャネル係数c(0)の推定値を、
例えば、上述した公知の技術のいずれかを用いて、決定するために用いられる。
チャネル推定と同期データとは雑音電力推定器34によって同期フィールドに関
して、Nest(1)と印がつけられている雑音電力の推定値を生成するために用 いられる。これは、送信同期シンボルs(k)が公知であるために、同期フィー
ルドに関して|r(k)-c(0)s(k)|2を平均化することによって達成される。このチ
ャネル推定はまた、信号電力推定器36にわたされ、そこでチャネル係数の二乗
|c(0)|2を形成することによってSest(1)を出力する。Nest(1)とSest
(1)とは比較器38にわたされ、そこで信号−雑音比が所定の閾値T(この閾
値は適当な通信性能に関して受容可能な最小SNRによって決定され、次に、当
業者によって認識されるような経験的なテストによって決定される)を越えてい
るかどうか、即ち、Sest(1)/Nest(1)>T?を判断する。
算の代わりに、Sest(1)>Nest(1)T?という比較を行うことによってな
される。
号を制御される検出器24に送信して、非発散性信号検出の形式、例えば、差分
検出やシングルタップコヒーレント検出を用いることができることを示唆する。
さもなければ、その制御信号は発散性信号検出の形式、例えば、マルチタップ等
化が必要であることを示唆する。従って、検出器コントローラ24の代表的な実
施形態では、チャネルが発散性であるか(J>1)或いはそうではないか(J=
1)を決定する。
この実施形態では、コントローラ24はどの程度発散が存在しているのか(即ち
、Jの値、チャネルタップの数)を判断する。同期ユニット40とチャネル推定
ユニット42とは共に、チャネルタップのある最大値(Jmax)、例えば、5タ ップが存在するという仮定の下に動作する。チャネルタップとデータとは複数の
雑音電力推定器に備えられており、その推定器の1つ1つがJの有り得べき値各
々に対応している。図面を簡略化するために、そのような雑音電力推定器の2つ
だけ、即ち、44と46とが図示されており、44はタップ1に46はタップJ
maxに対応している。例えば、J個のタップを仮定した各推定器を用いると、雑 音電力は、r(k)とc(0)S(k)+……+c(j-1)s(k-j+1)との間の差分を用いて推定さ
れる。これらの推定値は閾値Tを用いて比較器48で互いに比較される。それか
らJの値はNest(J+1)>TNest(J)であるように決定される。ここで、
Tは経験的に決定される0と1との間の値をとる設計パラメータであり、通常は
1よりわずかに小さい、例えば、0.9のような値である。これによって、検出
器26によってモデリングされるチャネルタップの数が与えられる。なお、この
代表的な実施形態は変形されて、Jの有り得べき値各々に関して付加的にSest (J)(例えば、図3に関して説明されているように)を形成し、比較器におい
てNest(J)とSest(J)の両方を用いるようにもできる。即ち、 TSest(J+1)/Nest(J+1)<Sest(J)/Nest(J) であり、これは以下の比較動作、即ち、 Sest(J)Nest(J+1)>TSest(J+1)Nest(J) と同等である。
されない付加的な分岐を示すために図4で見られた省略符号を用いて、J=1と
J=Jmaxとに関連したブロックのみが示されてこの図を簡略化している。当業 者であれば、類似の分岐がJ=2,3,4,……等に関連しても備えられている
ことを認識できる。この実施形態では、異なる同期基準が考慮され、その基準各
々はチャネルタップ係数の数Jに関して異なるが有り得べき値に対応している。
例えば、syncユニット50と52が実行されて、第1及び最後(Jmax)の チャネル係数夫々におけるエネルギーが最大化されるように同期を見出す。各分
岐における(即ち、ブロック54と56とで実行される)これに続くチャネル推
定もまた、雑音電力推定器、例えば、ブロック58と60がそうであるように、
J個のタップを仮定する。それから、図4のように、その推定値は図4について
説明したのと類似な方法で比較される。再び、信号電力推定もまた図4について
説明したのと類似な方法で性能を改善するために用いられる。
ーに対するシンボル間干渉(ISI)に関連したエネルギーの比は、受信信号の
遅延拡散量を推定するために用いられる。例えば、Lタップチャネルモデルを仮
定すると、 C(z)=C0+C1z-1+……+CL-1z(L-1) であり、遅延は次の比を数値計算することにより推定される。
るために重みづけがされたり、平滑化がなされるべきである。この平滑化は以前
の推定から累積された情報を用いて実行される。例えば、
るか或いは非発散性であるかを判断する。前の実施形態のように、この情報は適
切な検出技術を選択するために用いられる。代表的な実行例が図6に図示されて
いる。
ルを仮定して同期がとられる。Lタップを仮定してチャネル推定がチャネル推定
ユニット66によって実行されてチャネル係数を決定する。第1の或いは最強の
輻射に関連したチャネル係数が二乗機能ブロック68に受け渡される。残りの係
数は他の二乗機能ブロック、例えば、ブロック70と72に受け渡され、それら
の出力は加算器74で和がとられる。C0とISIエネルギーとは夫々平滑化機 能76と78とによって上述したように平滑化される。平滑化されたエネルギー
の比は比較器80において閾値Tと比較され、比較器の出力がそのチャネルを発
散性或いは非発散性もののとして特徴づける。
器を表すのに用いられている。そこでは、ISIエネルギーの和をとることが、
図6における二乗機能68のすぐあとではなく、むしろ、平滑化機能90の下流
側の比較器92で実行される。これによって、どのくらいの発散がJの異なる値
に関してλJを形成することによってイコライズされることが必要であるのかを 決定することが可能になる。
定されない。その代わりに、反復法がとられ、そこでは最初の1つのチャネルタ
ップが仮定され、図6或いは図7で図示された処理が実行される。仮定された数
のチャネルタップに基づいて、結果として得られるチャネル統計が受け入れ可能
なものであれば、その処理は終了するが、そうでなければ、別の反復処理が異な
る数のチャネルタップを仮定して実行される。この技術は、図8のフローチャー
トによって図示されている。
して“1”にセットされる。次に、ステップ102では、1つのチャネルタップ
を仮定して受信信号への同期に基づき、平滑化されたエネルギー比(即ち、図8
における“チャネル”統計として言及されている)が決定される。もし、そのチ
ャネル統計が、ISI比に対して適切な信号を備えるように経験的に決定された
閾値Tより大きければ、Nはこのチャネルをモデリングするのに正確な数のタッ
プであり、処理はステップ106に進み、適切な検出方式が検出器26に対して
選択される。例えば、一回目の反復動作の後、チャネル統計が閾値Tを越えてい
るならば、そのチャネルは非発散性であり、差分検出方式が用いられる。
ップ108に進む。そこでは、チャネルタップ変数Nがインクリメントされ、処
理は、同期のために以前の反復動作より1つ付加的なチャネルタップをもつモデ
ルを仮定して、繰り返される。しかしながら、チャネル推定は、最大数のタップ
に基づいて実行される。
明を上述した好適な実施形態とは別の具体的な形で実施することができることが
明白であろう。このことは、本発明の精神から逸脱することなくなされる。好適
な実施形態は単に説明のためだけのものであり、これによって本発明がどのよう
にも限定されるものであるとは考えるべきではない。本発明の範囲は、前述の説
明ではなくむしろ、添付された請求の範囲によって与えられており、請求の範囲
内にある全ての変形例や同等物はそこに含まれるものであることが意図されてい
る。
むことにより理解できるが、その図面は次の通りである。
たブロック図である。
る。
る。
る。
る。
る。
図示したフローチャートである。
い。MLSE等化器では、可能性のある全ての送信シンボルシーケンスが考慮さ
れる。仮定系列各々に関し、受信信号サンプルがマルチパスチャネルのモデルを
用いて予測される。予測受信信号サンプルと実際の受信信号サンプルとの差は予
測誤りとして言及されるが、この差によって特定の仮定がどれほど良いものであ
るかを示すことができる。予測誤りの二乗は、特定の仮定を評価するのに指標と
して用いられる。この指標は異なる仮定について累積され、どの仮定がより良い
ものであるのかを決定するのに用いられる。この処理はビタビアルゴリズムを用
いて効率的に実現される。このアルゴリズムは動的プログラミングの形式をして
いる。そのようなシステムの一例は国際特許出願公開公報WO97/24849
に見ることができる。
明を上述した好適な実施形態とは別の具体的な形で実施することができることが
明白であろう。好適な実施形態は単に説明のためだけのものであり、これによっ
て本発明がどのようにも限定されるものであるとは考えるべきではない。本発明
の範囲は、前述の説明ではなくむしろ、添付された請求の範囲によって与えられ
ており、請求の範囲内にある全ての変形例や同等物はそこに含まれるものである
ことが意図されている。
Claims (17)
- 【請求項1】 無線信号を受信し、該信号から信号サンプルを生成する処理回
路と、 前記信号サンプルを評価して、検出のために必要とされるチャネルタップの数
を出力する検出器コントローラと、 前記検出器コントローラの出力に応答して、前記出力されたチャネルタップの
数を用いてシンボルを検出する検出器とを有することを特徴とする受信機。 - 【請求項2】 前記検出器は、前記出力されたチャネルタップの数が1である
ときには差分検出方式を用い、前記出力されたチャネルタップの数が2以上であ
るときにはマルチタップ等化方式を用いることを特徴とする請求項1に記載の受
信機。 - 【請求項3】 前記検出器は、前記出力されたチャネルタップの数が1である
ときにはシングルタップコヒーレント方式を用い、前記出力されたチャネルタッ
プの数が2以上であるときにはレイク(RAKE)受信機検出方式を用いること
を特徴とする請求項1に記載の受信機。 - 【請求項4】 前記受信信号に関連した信号電力を推定する信号電力推定器と
、 前記受信信号に関連した雑音電力を推定する雑音電力推定器とをさらに有する
ことを特徴とする請求項1に記載の受信機。 - 【請求項5】 前記検出器コントローラは、前記推定された信号電力と前記推
定された雑音電力との比較に基づいて、前記タップの数を決定することを特徴と
する請求項4に記載の受信機。 - 【請求項6】 前記検出器コントローラは、前記受信信号に同期して、前記チ
ャネルが非発散的であるとの仮定に基づいて、前記受信信号に関連したチャネル
を推定することを特徴とする請求項5に記載の受信機。 - 【請求項7】 前記検出器コントローラは、あるレベルの時間拡散が認識され
る複数の雑音電力の推定の比較に基づいて、前記タップの数を決定し、 前記複数の雑音電力の推定夫々は異なる数のチャネルタップを仮定して計算さ
れることを特徴とする請求項1に記載の受信機。 - 【請求項8】 前記検出器コントローラは前記受信信号に同期して、最大数の
チャネルタップを仮定して前記受信信号に関連したチャネルを推定し、前記チャ
ネルの推定は前記雑音電力の推定を計算するために用いられることを特徴とする
請求項7に記載の受信機。 - 【請求項9】 前記受信信号に関連した信号電力を推定する、前記異なる数の
チャネルタップ各々に関連した信号電力推定器をさらに有し、 前記検出器コントローラは前記異なる数のチャネルタップ夫々についての前記
雑音電力の推定値に対する前記信号電力の推定値の比を閾値と比較することを特
徴とする請求項7に記載の受信機。 - 【請求項10】 複数の分岐をさらに有し、 前記複数の分岐各々は、 所定の数のチャネルタップを仮定して前記受信信号に同期する同期ユニット
と、 前記所定の数のチャネルタップを仮定して前記受信信号に関連したチャネル
係数を推定するチャネル推定ユニットと、 前記所定の数のチャネルタップを仮定して前記受信信号に関連した雑音電力
を推定する雑音電力推定ユニットと、 前記分岐各々の出力を受信し、該出力を比較してタップの数を決定する比較
器とを含み、 前記所定の数のチャネルタップは、前記複数の分岐各々に関して異なっている
ことを特徴とする請求項1に記載の受信機。 - 【請求項11】 1つの分岐からの出力は他の分岐からの出力が乗算された閾
値と比較されて、前記タップの数を決定することを特徴とする請求項10に記載
の受信機。 - 【請求項12】 前記受信信号に関連した信号電力を評価する、夫々が前記複
数の分岐に関連した複数の信号電力推定器をさらに有し、 前記比較器は、前記複数の分岐の1つについての前記雑音電力の推定値に対す
る前記信号電力の推定値の比を、前記複数の分岐の別の1つについての前記雑音
電力の推定値を閾値によって乗算されたものに対する前記信号電力の推定値の比
と比較することを特徴とする請求項10に記載の受信機。 - 【請求項13】 前記検出器コントローラは、シンボル間の干渉に関連したエ
ネルギーと前記受信信号の主要輻射線に関連したエネルギーとの比較に基づいて
、前記タップの数を出力することを特徴とする請求項1に記載の受信機。 - 【請求項14】 前記エネルギーは前記比較に先だって平滑化されることを特
徴とする請求項13に記載の受信機。 - 【請求項15】 無線信号を受信して受信信号を生成する手段と、 前記受信信号を処理して複雑なサンプルを生成する手段と、 前記複雑なサンプルを処理して信号電力の推定と雑音電力の推定とを行う手段
と、 前記信号電力の推定と前記雑音電力の推定とを比較して検出制御信号を生成す
る手段と、 前記複雑なサンプルと前記制御信号とを用いて、前記受信信号内におけるデジ
タルシンボルを検出する手段とを有することを特徴とする受信機。 - 【請求項16】 受信機における検出方式のためにチャネルタップの数を選択
する方法であって、 (a) チャネルタップの可変数Nを1に初期化する工程と、 (b) 前記チャネルタップの可変数Nを用いてチャネルの統計情報を評価す
る工程と、 (c) 前記チャネルの統計情報を閾値と比較する工程と、 (d) 前記比較する工程の結果に基づいて、検出方式において用いられるチ
ャネルタップの数としてNを選択的に選択する工程と、 (e) そうでなければ、前記チャネルタップの可変数Nを増分して、(b)
から(e)の工程をもう一度繰り返して実行する工程とを有することを特徴とす
る方法。 - 【請求項17】 前記検出器コントローラは、シンボル間の干渉に関連したエ
ネルギーと前記受信信号の等化輻射線に関連したエネルギーとの比較に基づいて
、前記タップの数を出力することを特徴とする請求項1に記載の受信機。
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