JP2002186050A - ダウンリンクチャネルを推定する方法及びダウンリンクチャネルを推定する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動端末による大量の情報の送信を必要とし
ない、基地局によるダウンリンクチャネルの推定の方法
を提供することである。 【解決手段】 移動体通信システムにおいて基地局と移
動端末との間のダウンリンクチャネルを推定する方法で
あって、それに従って、上記基地局は、上記移動端末と
上記基地局との間のアップリンクチャネルを推定し、ア
ップリンクチャネルの変化からダウンリンクチャネルの
変化を推論し、第２の瞬間において、第１の瞬間におけ
る初期推定から上記ダウンリンクチャネルと、その第１
の瞬間と第２の瞬間との間の上記ダウンリンクチャネル
の変化と、を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、概して、移動体通
信システムにおいてチャネルを推定する方法に関し、特
に、基地局によるダウンリンクチャネル推定の方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信システムにおいて、基地局
は、移動端末に信号を送信し、移動端末から信号を受信
する。基地局から移動端末への送信チャネルは、ダウン
リンクチャネルと呼ばれ、逆に、移動端末から基地局へ
の送信チャネルは、アップリンクチャネルと呼ばれる。
各送信チャネル、すなわちアップリンクまたはダウンリ
ンクは、送信機と受信機との間の種々の経路からなり、
各経路は、遅延、到着の方向、減衰および位相回転によ
って特徴付けられる。減衰および位相回転の影響は、経
路の複素乗算係数特性によって単純にモデル化すること
ができる。

【０００３】ビームを形成するためおよび／または１つ
または複数の方向の干渉を取消すために、アンテナのア
レイを使用することができる、ということが知られてい
る。アンテナ処理は、複素係数により異なるアンテナの
出力を重み付けすることと、それに続いて重み付けされ
た出力を追加することと、からなり、係数は、所望の等
価なアンテナダイアグラムを取得するように選択され
る。このため、干渉信号の到着方向にゼロを配置すると
共に、有用な信号の到着方向にビームを形成することが
可能である。ビーム形成（チャネル形成とも呼ばれる）
は、特に基地局から移動端末に受信ビームを向けるため
に（アップリンク）、移動電話に適用されてきた。その
ため、基地局には、移動端末によって送信される信号の
伝播の経路の到着の方向に向くことができる適応アンテ
ナ（「インテリジェントアンテナ」とも呼ばれる）が装
備される。

【０００４】移動体電話システムが符号分割多元接続
（code division multiple access（ＣＤＭＡ））モー
ドに従って機能する場合、異なる移動端末から来る信号
は、異なるユーザのシグネチャに適応されるフィルタリ
ングによって分離される。採用されるシグネチャは、適
当な相関特性、すなわち低相互相関（intercorrelatio
n）値と非常に明白な自己相関ピークとを有していなけ
ればならない。

【０００５】これら２つの特徴の第１の特徴により、異
なるユーザから来る信号を分離することが可能になる。
当然ながら、実際には、この分離は完全ではなく、異な
る送信チャネル間の直交性の要素に依存する。

【０００６】第２の特徴により、特に、適応フィルタリ
ングから出力される相関ピークを適当な時期に分離する
こと、従って異なる経路を伝播しているユーザの信号を
隔離することが可能になる。信号対雑音比を向上させる
ために、レーキ（ＲＡＫＥ）受信機においてこれら信号
を結合することにより、経路のダイバーシティを活用す
ることができる。受信機の異なるブランチにおいて使用
される複素係数は、関連する経路によってもたらされる
複素乗算係数の共役と等しくなるように選択される。こ
のために、受信機は、アップリンクチャネルの推定を行
う。実際には、それは、移動端末によって送信されるパ
イロットシンボルを用いて、チャネルを構成する経路に
沿った信号にもたらされる減衰の係数と位相回転とを決
定する。結果としてのフィルタリング動作は、チャネル
の等価なフィルタに適応されるフィルタリングである。

【０００７】アップリンクチャネル推定に加えて、基地
局においてダウンリンクチャネルの推定の用意ができて
いることが有利である場合がある。これは、それによっ
て基地局が、移動端末で再び位相が同じになるように位
相が事前補正される信号を、アップリンク経路の方向に
送信することができるためである。かかる事前補正は、
受信時の信号対雑音比を改良するという利点を有する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】基地局でダウンリンク
チャネルの推定値を有するために、移動端末でこれを推
定し、取得される推定値を基地局に送信することが考え
られる。しかしながら、チャネルがその伝達関数に急速
な変化を示す場合、例えば移動端末が高速に移動してい
る場合、推定値は非常に頻繁に送信されなければなら
ず、それは非常に多くの伝達資源を使用する。当然なが
ら、逆に、推定値がまれに送信される場合,基地局は、
ダウンリンクチャネルの変化に従うことができず、従っ
て位相の事前補正に正確に影響することができなくな
る。

【０００９】本発明の目的は、移動端末による大量の情
報の送信を必要としない、基地局によるダウンリンクチ
ャネルの推定の方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、移
動体通信システムにおいて基地局と移動端末とによりダ
ウンリンクチャネルを推定する方法によって定義され
る。それに従って、上記基地局は、上記移動端末と上記
基地局との間のアップリンクチャネルを推定し、アップ
リンクチャネルの変化とダウンリンクチャネルの変化と
を推論し、第２の瞬間において第１の瞬間における初期
推定から上記ダウンリンクチャネルと、その第１の瞬間
と第２の瞬間との間の上記ダウンリンクチャネルの変化
と、を推定する。

【００１１】ダウンリンクチャネルの初期推定は、例え
ば、移動端末から取得され、移動端末によって基地局に
送信される。

【００１２】第１の実施の形態によれば、アップリンク
チャネルの推定は、該チャネルの各伝播経路（ｉ）に対
し、該経路を伝播している第１の周波数（f_u）の信号に
もたらされる減衰および位相回転を表す第１の複素乗算
係数（ｃ^u _i）の推定を含み、ダウンリンクチャネルの推
定は、同じ経路の各々に対し、該経路を伝播している第
２の周波数（f_d）の信号にもたらされる減衰および位相
回転を表す第２の複素乗算係数（ｃ^d _i）の推定を含む。

【００１３】有利には、所定の経路（ｉ）および所定の
時間間隔（Δt）に対し、その時間間隔中の第２の複素
乗算係数の変化（Δｃ^d _i）は、Δｃ^d _i／ｃ^d _i＝f_d／f_u・
Δｃ ^u _i／ｃ^u _iに従って、その時間間隔中の第１の複素乗
算係数の変化（Δｃ^u _i）から計算される。

【００１４】異なる経路の第２の複素乗算係数（ｃ^d _i）
は、それらのある時間に亙るそれぞれの変化（Δｃ^d _i）
と前記移動端末によって送信される初期値（ｃ
^d _i（０））とを加算することによって取得することがで
きる。

【００１５】第２の実施の形態によれば、アップリンク
チャネルの推定は、上記基地局によってサービスされる
ゾーンを角度でサンプリングする複数の方向（Ｎ）に属
する各方向（θ_k）に対し、移動端末によって送信され
実質的に上記方向に上記基地局に到着する、第１の周波
数（f_u）の信号にもたらされる減衰および位相回転を表
す第１の複素乗算係数（ｃ^u _k）の推定を含み、ダウンリ
ンクチャネルの推定は、方向（θ_k）の各々に対し、上
記基地局によりこの方向に上記移動端末に対して送信さ
れる第２の周波数（f_d）の信号にもたらされる減衰およ
び位相回転を表す第２の複素乗算係数（ｃ^d _k）の推定を
含む。

【００１６】有利には、所定の方向（θ_k）および所定
の時間間隔（Δt）に対し、該時間間隔中の第２の複素
乗算係数の変化（Δｃ^d _k）は、Δｃ^d _k／ｃ^d _k＝f_d／f_u・
Δｃ^u _k／ｃ^u _kに従って、該時間間隔中の第１の複素乗算
係数の変化（Δｃ^d _i）から計算される。

【００１７】異なる方向の第２の複素乗算係数（ｃ^d _k）
は、それらのある時間に亙るそれぞれの変化（Δｃ^d _k）
と移動端末によって送信される初期値（ｃ^d _k（０））と
を加算することによって取得することができる。

【００１８】また、本発明は、移動体通信システムの基
地局に取付けられることが意図されたダウンリンクチャ
ネルを推定し、上述したような方法を実現する手段を備
える装置としても定義される。

【００１９】上述した本発明の特徴は、他の特徴と共
に、添付図面に関して以下の説明を読むことからより明
確に理解されるであろう。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の基礎にある概念は、アッ
プリンクチャネルの推定からダウンリンクチャネルを推
定し、可能性として移動端末によって送信される情報を
更新する方法を提案することである。

【００２１】図１は、基地局と移動端末との間の送信チ
ャネルを示す。チャネルは、複数の経路Ｔ₁、Ｔ₂、…、
Ｔ_Pからなり、各経路ｉは、複素乗算係数ｃ_i＝α_i・ｅ
ｘｐ（ｊｖ_i＋ｊψ_i）によってモデル化することができ
る、信号Ｓの減衰および位相回転をもたらす。ここで、
α_iは、経路ｉの係数であり、ｖ_i＝２πfＬ_i／ｃは、上
記経路における位相回転であり、Ｌ_iは、経路の長さで
あり、ｃは光の伝播の速度であり、fは使用される周波
数であり、ψ_iは、入射信号の極性である。

【００２２】以降、アップリンクチャネルの経路は、ダ
ウンリンクチャネルの経路とまったく同じであると仮定
する。そして、基地局によって受信される信号と移動端
末によって受信される信号は、それぞれ次のように表さ
れる。

【００２３】

【数１】

【００２４】ここで、Ｓ_uおよびＲ_uは、それぞれ、アッ
プリンクによって送信される信号と受信される信号であ
り、Ｓ_dおよびＲ_dは、それぞれ、ダウンリンクによって
送信される信号と受信される信号であり、Ｆ_dおよびf_u
は、ダウンリンクとアップリンクとでそれぞれ使用され
る周波数である。アップリンクチャネルおよびダウンリ
ンクチャネルの経路ｉに関連する複素乗算係数は、それ
ぞれｃ^u _i＝α_i・ｅｘｐ−ｊ（２πf_u・Ｌ_i／ｃ＋ψ_i）
およびｃ^d _i＝α_i・ｅｘｐ−ｊ（２πf_d・Ｌ_i／ｃ＋
ψ_i）と示される。

【００２５】図２は、本発明の第１の実施の形態による
基地局受信機を示す。本装置は、アンテナ（２０₁）、
…、（２０_L）、例えばリニアアレイまたはユニフォー
ムサーキュラアレイを備え、各アンテナ出力は、ユーザ
のシグネチャと異なる経路ｉ＝１、…、Ｐとに適応され
たフィルタ（２１₁）、…、（２１_P）のバッテリによっ
てフィルタリングされる。全く同一の経路ｉに対応する
フィルタの出力信号は、チャネルフォーマ（２２₁）、
…、（２２_P）において重み付けされ加算される。チャ
ネルフォーマ（２２_i）は、経路ｉ＝１、…、Ｐの到着
の方向にビームを形成する。こうするために、それら
は、推定器（２３₁）、…、（２３_P）から、異なる経路
の到着の方向の推定値θ_iを受信する。そして、チャネ
ルフォーマの出力は、レーキ（rake）フィルタ（２９）
の組合せ（ＭＲＣ）に与えられる。アップリンクチャネ
ルの異なる経路に関連する複素乗算係数ｃ^u _iの推定は、
チャネルフォーマ（２２₁）、…、（２２_P）から出力信
号を受信する経路推定器（２４₁）、…、（２４_P）によ
って行われる。乗算係数ｃ^u _iは、例えば、移動端末によ
って送信されるパイロットシンボルを用いて従来の方法
で決定することができる。有利には、乗算係数と到着の
方向との推定は、出願人の名義で２０００年８月２９日
に出願されたフランス特許出願第０，０１１，１６０号
に述べられているように、結合して行われる。係数ｃ^u _i
は、微分フィルタ（２５₁）、…、（２５_P）に送信さ
れ、それらの複素共役は、レーキフィルタ（２９）に送
信される。微分フィルタ（２５_i）は、それぞれ次のよ
うに計算する。

【００２６】

【数２】

【００２７】ここで、Δtは、２つの連続する推定値ｃ^u
_iの間の時間間隔であり、異なる経路の減衰の係数が時
間間隔Δtの間にほとんど変化しないと考えられる場
合、式は以下のように近似することができる。

【００２８】

【数３】

【００２９】これらの値は、（２６₁）、…、（２６_P）
により複素係数ｃ^u _iで除算され、その後（２６’₁）、
…、（２６’_P）によって係数f_d／f_uが乗算され、積分
器（２７₁）、…、（２７_P）に送信される。これら積分
器は、以下の計算を行う。

【００３０】

【数４】

【００３１】ここで、η_i（ｔ）は、乗算器（２６_i）の
出力であり、ｃ^d _i（０）は、移動端末によって送信され
るＰ個の初期値である。積分化によるいかなる差異も避
けるために、ｃ^d _i値の推定は、移動端末により規則的な
間隔で行われ送信され、積分器（２７_i）は、リフレッ
シュ毎に再初期化される。リフレッシュ周波数は、十分
であるがアップリンクにおいて過度に高い伝送速度をも
たらすほどではないように選択される。これにより、以
下のようになる。

【００３２】

【数５】

【００３３】値ｃ^d _iは、位相事前補正およびチャネル形
成モジュール（２８）に送信される。このモジュール
は、ダウンリンクチャネルにより送信される信号Ｓ_dか
ら、位相事前補正された信号ｃ^d* _i・Ｓ_dを計算する。そ
して、各事前補正された信号ｃ ^d* _i・Ｓ_dは、対応する入
射経路の方向θ_iに送信ビームを形成するように、アン
テナ係数によって重み付けされる。ダウンリンクチャネ
ルの経路がアップリンクチャネルの経路と同じであると
仮定した場合、事前補正された信号は、移動端末に同じ
位相で到着し、それにより受信時の信号対雑音比が向上
する。

【００３４】図３は、本発明の第２の実施の形態による
基地局受信機を示す。本装置は、アンテナ（３０₁）、
…、（３０_L）のアレイと、例えばリニアネットワーク
に対し、等分散（equidistributed）方向θ_k＝ｋ・π／
Ｎ、ｋ＝０、…、Ｎ−１に、基地局によってサービスさ
れるゾーンを角でサンプリングするＮ方向にビームを形
成するチャネルフォーマ（３２）と、を備える。アップ
リンクチャネルは、Ｎ成分（−）Ｃ^u＝（ｃ^u ₀、ｃ^u ₁、
…、ｃ^u _N-1）^Tのベクトルによってモデル化することが
できる。（なお、（−）Ｃ^uは、Ｃ^uのオーバーラインを
表す。）ここで、チャネルが方向θ_kに長さＬ_kの経路を
有する場合は、ｃ^u _k＝α_k・ｅｘｐ−ｊ（２πf_u・Ｌ_k／
ｃ＋ψ_k）であり、そうでない場合はｃ^u _k＝０である。
同様に、ダウンリンクチャネルは、ベクトル（−）Ｃ^d
＝（ｃ^d ₀、ｃ^d ₁、…、ｃ^d _N-1）^Tによってモデル化する
ことができる。ここで、同じきまりで、ｃ^d _k＝α_k・ｅ
ｘｐ−ｊ（２πf_d・Ｌ_k／ｃ＋ψ_k）およびｃ^d _k＝０であ
る。チャネルフォーマ（３２）のＮ個の出力は、ベクト
ル（−）Ｃ^uの成分を推定するチャネル推定モジュール
（３４）に供給される。そして、このベクトルの成分
は、２つの連続する推定を分離する時間間隔Δtの間に
ベクトル（−）Ｃ^uの変化を評価する微分フィルタ（３
５）に送信される。このベクトルの変化は、（−）ΔＣ
^u＝（Δｃ^u ₀、Δｃ^u ₁、…、Δｃ^u _N-1）^Tと書くことがで
きる。ここで、（３４）において行われたものと同じ仮
定で、Δｃ^u _k＝−ｊ・（２πf_uＬ_k／ｃ）・ｃ^u _k．（∂
Ｌ_k／∂t）Δtである。そして、ベクトル（−）Δｃ
^uは、マトリクスＭ＝Ｄｉａｇ（f_d／f_u・１／ｃ^u _k）に
より（３６）において乗算される。得られたベクトル
（−）Δｃ^dは、ｃ^d _k（ｔ＋Δｔ）＝ｃ^d _k（ｔ）（１＋
η_k（ｔ）・Δｔ）により、ベクトル（−）Ｃ^dの成分ｃ
^d _kの計算を実行する積分器（３７）に送信される。積分
器は、非ゼロ成分が、移動端末によって経路方向θ_kに
供給される推定値ｃ^d _kである、リフレッシュベクトル
（−）Ｃ^d（０）で定期的に再初期化される。そして、
共役成分ｃ^d* _kのベクトル（−）Ｃ^d*は、方向θ_kに位相
事前補正およびチャネル形成モジュールに送信される。
先の実施の形態と同様な方法で、このモジュールは、ダ
ウンリンクチャネルによって送信される信号Ｓ_dから、
位相事前補正された信号ｃ^d* _k・Ｓ_dを計算する。そし
て、各事前補正された信号ｃ^d* _k・Ｓ_dは、方向θ_kに送
信ビームを形成するように、アンテナ係数によって重み
付けされる。

【００３５】上述した装置は、簡単にするために機能モ
ジュールの形態で説明した。しかしながら、この目的で
プログラムされるプロセッサによるか、または複数の専
用プロセッサにより、種々の機能を実行することができ
る、ということは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 基地局と移動端末との間の送信チャネルを概
略的に示す。

【図２】 本発明の第１の実施の形態を概略的に示す。

【図３】 本発明の第２の実施の形態を概略的に示す。

【符号の説明】

２０₁、・・・、２０_L アンテナ、２１₁、・・・、２
１_P フィルタ、２２₁、・・・、２２_P チャネルフォ
ーマ、２３₁、・・・、２３_P 推定器、２４₁、・・
・、２４_P 経路推定器、２５₁、・・・、２５_P 微分
フィルタ、２６₁、・・・、２６_P 除算器、２６’₁、
・・・、２６’_P 乗算器、２７₁、・・・、２７_P 積
分器、２８ 位相事前補正およびチャネル形成モジュー
ル、２９ レーキフィルタ、３０₁、・・・、３０_L ア
ンテナ、３２ チャネルフォーマ、３４チャネル推定モ
ジュール、３５ 微分フィルタ、３６ 乗算器、３７
積分器。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体通信システムにおいて基地局と移
   動端末との間のダウンリンクチャネルを推定する方法で
   あって、 前記基地局は、前記移動端末と前記基地局との間のアッ
   プリンクチャネルを推定し、前記アップリンクチャネル
   の変化から、ダウンリンクチャネルの変化を推論し、第
   ２の瞬間において、第１の瞬間における初期推定から前
   記ダウンリンクチャネルと、前記第１の瞬間と第２の瞬
   間との間の前記ダウンリンクチャネルの変化と、を推定
   することを特徴とするダウンリンクチャネルを推定する
   方法。
2. 【請求項２】 前記ダウンリンクチャネルの前記初期推
   定を、前記移動端末から取得し、それにより前記基地局
   に送信することを特徴とする請求項１記載のダウンリン
   クチャネルを推定する方法。
3. 【請求項３】 前記アップリンクチャネルの前記推定
   は、前記チャネルの各伝播経路（ｉ）に対し、前記経路
   を伝播している第１の周波数（f_u）の信号にもたらされ
   る減衰および位相回転を表す第１の複素乗算係数
   （ｃ^u _i）の推定を含み、 前記ダウンリンクチャネルの前記推定は、前記同じ経路
   の各々に対し、前記経路を伝播している第２の周波数
   （f_d）の信号にもたらされる減衰および位相回転を表す
   第２の複素乗算係数（ｃ^d _i）の推定を含むことを特徴と
   する請求項１又は２記載のダウンリンクチャネルを推定
   する方法。
4. 【請求項４】 所定の経路（ｉ）および所定の時間間隔
   （Δt）に対し、前記時間間隔中の前記第２の複素乗算
   係数の変化（Δｃ^d _i）を、Δｃ^d _i／ｃ^d _i＝f_d／f_u・Δｃ
   ^u _i／ｃ^u _iに従って、前記時間間隔中の前記第１の複素乗
   算係数の変化（Δｃ^u _i）から計算することを特徴とする
   請求項３記載のダウンリンクチャネルを推定する方法。
5. 【請求項５】 異なる経路の前記第２の複素乗算係数
   （ｃ^d _i）を、それらのある時間に亙るそれぞれの変化
   （Δｃ^d _i）と前記移動端末によって送信される初期値
   （ｃ^d _i（０））とを加算することによって取得すること
   を特徴とする請求項４記載のダウンリンクチャネルを推
   定する方法。
6. 【請求項６】 前記アップリンクチャネルの前記推定
   は、前記基地局によってサービスされるゾーンを角度で
   サンプリングする複数の方向（Ｎ）に属する各方向（θ
   _k）に対し、前記移動端末によって送信され実質的に前
   記方向に前記基地局に到着する、第１の周波数（f_u）の
   信号にもたらされる減衰および位相回転を表す第１の複
   素乗算係数（ｃ^u _k）の推定を含み、 前記ダウンリンクチャネルの前記推定は、前記方向（θ
   _k）の各々に対し、前記基地局によりこの方向に前記移
   動端末に対して送信される第２の周波数（f_d）の信号に
   もたらされる減衰および位相回転を表す第２の複素乗算
   係数（ｃ^d _k）の推定を含むことを特徴とする請求項１又
   は２記載のダウンリンクチャネルを推定する方法。
7. 【請求項７】 所定の方向（θ_k）および所定の時間間
   隔（Δt）に対し、前記時間間隔中の前記第２の複素乗
   算係数の変化（Δｃ^d _k）を、Δｃ^d _k／ｃ^d _k＝f_d／f_u・Δ
   ｃ^u _k／ｃ^u _kに従って、前記時間間隔中の前記第１の複素
   乗算係数の変化（Δｃ^u _k）から計算することを特徴とす
   る請求項６記載のダウンリンクチャネルを推定する方
   法。
8. 【請求項８】 異なる方向の前記第２の複素乗算係数
   （ｃ^d _k）を、それらのある時間に亙るそれぞれの変化
   （Δｃ^d _k）と前記移動端末によって送信される初期値
   （ｃ^d _k（０））とを加算することによって取得すること
   を特徴とする請求項７記載のダウンリンクチャネルを推
   定する方法。
9. 【請求項９】 移動体通信システムの基地局に取付けら
   れることが意図されたダウンリンクチャネルを推定する
   装置であって、 請求項１乃至８のいずれか１項記載の方法を実現する手
   段を備えたことを特徴とするダウンリンクチャネルを推
   定する装置。