JP2002532944A - レーキ受信機を形成する方法と装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ジタル変調信号などのスペクトラム拡散無線信号の受信に関するもので、特にレ
ーキ(RAKE)受信機の形成に関する。
チ・コンバイナに一組の経路を与える。サーチャはマッチド・フィルタ(または
同様の相関手段)を用いてN個の経路を選択する。ただし、Nはフィンガの数で
ある。次にダイバーシチ・コンバイナはN個のフィンガのそれぞれに異なる重み
を割り当てる。 一般に、移動局が環境の中を移動するに従って、新しい経路が生まれたり他の
経路が消滅したりする。2つ以上の経路が同時に消滅した場合は、受信機は十分
な信号電力を得るのが困難である。通常、相関のある経路が消滅するとサーチャ
(すなわちマッチド・フィルタ)を用いて新しい経路を見つける必要がある。場
合によっては、レーキ受信機はマッチド・フィルタを連続的に作動させなければ
ならない。マッチド・フィルタを用いるとコストが高くなり、また計算が複雑で
ある。このため、時間がかかるだけでなく携帯用装置の電池の寿命が短くなる。
ータを複数のユーザに送信する。従来のCDMAシステムでは、入力ユーザ・デ
ータ31の各シンボルに短コードすなわちチップ・シーケンス33を乗算する。
入力ユーザ毎に特有の短コードがある。次に入力ユーザ・データを長コードすな
わちチップ・シーケンス35で拡散する。短コードにより同じセル内のユーザ間
の多元接続干渉を打ち消し、長コードにより送信機間の多元接続干渉を打ち消す
。累算器36は拡散信号を加算して合成信号37を形成する。合成信号37を用
いて無線周波数搬送波38を変調し、送信アンテナ39により送信する。
送波信号58を用いて信号40を復調し、合成信号58を得る。合成信号57に
、同期の長コードすなわちチップ・シーケンス55を乗算する。長コード55は
、長コード35の局所生成の複素共役レプリカである。 次に逆拡散信号54に、同期の短コードすなわちチップ・シーケンスを乗算す
る。短コード53は、短コード33の局所生成の複素共役レプリカ(または送信
機30が用いる他のN個の短コードの1つ)である。短コード53を乗算すると
、他のユーザへの送信に起因する干渉が抑制される。ディジタル論理回路52(
例えば、加算ダンプ・ユニット(summation and dump unit))を用いれば入力ユ
ーザ・データ31の推定値を得ることができる。
データ31を再構築することはできない。すなわち、(1)長コード35を決定
し、長コード35の局所生成の複素共役レプリカを受信信号57に同期させ、(
2)短コード33を決定し、短コード33の局所生成の複素共役レプリカを逆拡
散信号54に同期させることである。多くのCDMA信号がパイロット信号また
は周期コード(同期コード)を含むのはこのためである。同期コードは、マッチ
ド・フィルタすなわち相関手段を用いることにより、また相関ピークを同定する
ことにより、見つけることできる。
ー歪みすなわち時間分散(マルチパス遅れ)を生成する。マルチパス遅れは、信
号が例えば大きな建物や近くの山から反射されるために起こる。障害物があると
、信号は1つの経路ではなく複数の経路を通って受信機に向かう。受信機は、異
なる経路(レイ(ray)と呼ぶ)を通って伝播した複数の送信信号の合成信号を受
信する。各レイの遅れと振幅は同じではなく、またランダムに変動する。 区別可能な各「レイ」は或る相対的な到着時間Tn秒を有する。受信機は各レ
イの相対的な到着時間を、マッチド・フィルタやシフトされた探索フィンガやそ
の他の相関手段を用いて決定することができる。マッチド・フィルタまたは相関
手段の出力を一般にマルチパス・プロフィール(または遅延プロフィール)と呼
ぶ。受信信号は同じ信号の複数のバージョンを含むので、遅延プロフィールは2
つ以上のスパイクを含む。
イは時刻T0に振幅A0および位相φ0で到着し、これより長い経路を通って伝播
するレイはそれぞれ時刻T1,T2,...,T30に振幅A1,A2,...,A30 および位相φ1,φ2,...,φ30で到着する。送信信号を最適に検出するには
、スパイクを適当な方法で結合しなければならない。通常、これはレーキ受信機
で行う。異なる経路をまとめてレーキする(かき集める)のでレーキ受信機と呼
ぶ。レーキ受信機は一種のダイバーシチ結合を用いて種々の受信信号経路(すな
わちレイ)からの信号のエネルギーを収集する。「ダイバーシチ」という語は、
レーキ受信機が冗長な通信チャンネルを用いるので、一部のチャンネルがフェー
ドしても、フェードしないチャンネルにより通信が可能になることを意味する。
CDMAレーキ受信機は、各経路の遅れを個別に識別して全てをコヒーレントに
加算することによりフェージングに対処する。
受信機110は受信信号を復調し、復調信号を量子化して入力信号112を生成
する。各フィンガは入力信号112を用いて異なる経路からの信号電力を回復す
る。受信機はサーチャを用いて一組の信号経路を見つける。 図2の例の場合、サーチャはT20のピークが最大振幅を有すると判定する。こ
の経路が最も強い経路なので、フィンガの1つ(例えばフィンガ320)はT20 の遅れを有する経路を受信する。受信機は、例えばディジタル・サンプル112
をT20だけ遅らせてもよいし、またはチップ・シーケンス321を同じ量だけシ
フトしてもよい。
323とフィンガ322で相関させ、T5に対応する位相を有するチップ・シー
ケンス331とフィンガ330で相関させ、T15に対応する位相を有するチップ
・シーケンスとフィンガ322で相関させてよい。フィンガ出力に個別の重み3
40、342、350、352を乗算して、受信信号対雑音および干渉比を最大
にする。次に重み付き出力を累算器362で加算する。累算器362の出力をし
きい値装置364に、すなわちソフト情報を出力する量子化器に与える。 大切なことは、レーキ受信機が経路の最良の集合(組)を用いることである。
しかしマッチド・フィルタを用いて新しい経路を探すとコストが高くなり、また
計算が複雑である。レーキ受信機の計算の複雑さを減らすダイバーシチ手段が必
要である。
経路の第2の集合を生成することにより解決することができる。第1段階で、入
力信号を用いて候補経路の第1の集合を見つける。第2段階で、入力信号と候補
経路の第1の集合を用いて候補経路の第2の集合を生成する。第3段階で、経路
の第2の集合を用いてレーキ受信機を形成する。 本発明の例示の実施の形態では、第1段階はマッチド・フィルタを含み、第2
段階は探索フィンガまたは相関器のバンク(bank)を備え、第3段階はダイバーシ
チ・コンバイナを備える。
第2段階でM個の候補経路を用いてN個の経路を選択し、これを用いてレーキ受
信機のN個のフィンガを形成する。 本発明の別の形態では、第1段階でM個の候補経路の第1の集合を見つけ、第
2段階でM個の候補経路を追跡してN個の経路を選択または生成し、これを用い
てレーキ受信機のN個のフィンガを形成する。 本発明の別の形態では、第1段階が活動状態または不活動状態のときに第2段
階でN個の経路の新しい集合を生成する。第3段階で品質信号またはカウンタを
用い、第1段階および/または第2段階に通知して経路の新しい集合を生成させ
る。 本発明の1つの利点はマッチド・フィルタを連続的に作動させる必要がないこ
とである。別の利点は、受信機がフィンガを再形成するのに新しい経路を探す必
要がないことである。別の利点は、受信機はフェージングに関係がなくまた影響
を受けにくい経路を用いることが可能なことである。
ことにより容易に理解することができる。 以下の説明において、本発明の理解を助けるために回路や回路構成要素や送信
方式の特定の名称などの特定の詳細について説明する。しかし当業者に明らかな
ように、本発明はこれらの特定の詳細とは異なる他の実施の形態で実現すること
が可能である。また、不必要に詳細に述べたために本発明の説明が不明確になる
ことを避けるために、既知の方法や回路については詳細な説明をしない。
マルチパス・プロフィールの一例であり、図3はN個のフィンガを持つレーキ受
信機の略図である。 図4は、レーキ受信機と、経路の第2の集合を選択または生成する第2段階の
略図である。第1段階100でディジタル・サンプル112を用いて候補経路の
第1の集合180を見つける。第1段階ではマッチド・フィルタとピーク検出器
を用いて経路の第1の集合180を見つける。しかし前に説明したサーチャとは
異なり、第1段階100ではM個の経路を見つける。ただし、Mはフィンガの数
Nより大きい数である。
0を用いて経路の第2の集合280を選択する。第3段階300で、経路の第2
の集合280を用いてレーキ受信機のN個のフィンガを形成する。単に候補経路
の第1の集合180を用いてN個のフィンガを形成することはできない。なぜな
ら、第1の集合180はN個より多い経路を含むからである。第3段階300で
は、ディジタル・サンプル112と、経路の第2の集合280と、ダイバーシチ
・コンバイナと、デコーダを用いて、送信信号の推定値を再生成する。
が移動すると(または受信機と送信機の間の物体が移動すると)、或る経路はフ
ェードし、或る経路は強くなる。第2段階ではM個の経路を監視して、必要に応
じてN個の最良の経路を選択する。言い換えると、第2段階200でN個の経路
の1つを(M−N)個の別の経路の1つに置き換えることによりレーキ受信機を
再形成する。M個の最良の経路の1つではあったがN個の最良の経路の1ではな
かった経路が、N個の最良の経路の1つになり得る。第2段階でN個の経路が相
関すると決定した場合は、第2段階200で相関する経路を相関しない経路に置
き換え、また必要であれば元に戻す。
0を生成する方法はいろいろある。1つの方法はM個の相関器のバンクを用いて
、各相関器をM個の経路の1つに割り当てることである。各相関器は異なる位相
(すなわちオフセット)を持つチップ・シーケンスを用いてよい。M個の相関器
は一組のM個の相関値を生成する。受信機または送信機が移動するに従って、受
信機はM個の相関器を用いてN個の最良の経路を決定することができる。第2段
階200で最良の経路の新しいグループがあると決定した場合は、これに従って
第2段階200で第3段階300を再形成することができる。第2段階200で
は経路の新しい集合280を迅速かつ容易に生成することができる。第2段階で
はM個の経路だけを探すので、第2段階200で経路の新しい部分集合を見つけ
るのは容易である。第2段階200ではディジタル・サンプル112とM個の経
路を監視して、必要に応じて経路の新しい集合を生成するので、第2段階200
を用いると受信機がマッチド・フィルタおよび/または他の高価な計算に依存す
る程度を減らすことができる。
最良の経路を選択する。本発明の別の形態では、第2段階200でM個の経路を
実際に追跡する。第2段階200でM個の推定値を生成し、M個の推定値からN
個の経路を選択する。第2段階200でkM個の相関器のバンクを用いてM個の
経路を追跡してよい。例えば、第2段階200で3*M個の相関器のバンクを用
いる場合は、第2段階200で3個の相関器をM個の経路にそれぞれ割り当て、
第1の相関器を現在の時間遅れに設定し、第2の相関器を現在の時間遅れより少
し早く設定し、第3の相関器を現在の時間遅れより少し遅く設定してよい。また
は同様にして、第2段階200で5*M個の相関器のバンクを用い、2個の相関
器を現在の時間遅れより早く設定し、2個の相関器を現在の時間遅れより遅く設
定してよい。または、第2段階200で2個の相関器を用いて2個の相関器の間
を内挿してよい。
が減少したが、必ずしも全くなくなるわけではない。緊急の場合に、信号の品質
が低下したと受信機が決定したときは、受信機は第2段階200に命じて、自分
が持っている経路の最良の集合を第3段階300に送らせると共に、第1段階1
00に命じて候補経路の新しい集合180を生成させる。または、受信機は信号
381を用いて、出力信号380の品質を保持するよう、第1段階100と第2
段階200を絶えず更新してよい。或るシステムでは、出力信号380に関係な
く候補経路の新しい集合を定期的に生成するとよい。かかるシステムでは、受信
機はカウンタを用いて、マッチド・フィルタが候補経路の集合を最後に生成した
後の経過時間を追跡する。この場合も、第2段階200で引き続き経路の集合を
生成し、第1段階100で候補経路の新しい集合180を生成してよい。
略図である。アンテナ108とRF受信機110はディジタル・サンプル112
をフィンガ320、322、330、332に与える。またアンテナ108とR
F受信機110はディジタル・サンプルをサーチャ101と、セレクタ201と
、制御プロセッサ600に与える。制御プロセッサ600はサーチャ101に命
じて、ディジタル・サンプル112を用いて候補経路の集合180を見つけさせ
る。 セレクタ201は候補経路の第1の集合180を用いて経路の小さな集合すな
わち部分集合280を選択する。例えば、レーキ受信機が4個のフィンガを有す
る場合は、経路の第2の集合280は4つの経路、すなわち280a、280b
、280c、280dを含む。第1の経路280aはフィンガ332を形成する
のに用いられ、第2の経路280bはフィンガ330を形成するのに用いられ、
第3の経路280cはフィンガ322を形成するのに用いられ、第4の経路28
0dはフィンガ320を形成するのに用いられる。セレクタ201はディジタル
・サンプル112と候補経路の第1の集合180を用いて新しい経路を選択する
。ダイバーシチ・コンバイナおよびデコーダ350は4個のフィンガの出力を用
いて送信信号の推定値を再生成する。制御プロセッサ600は推定値の品質を監
視し、この情報を用いてサーチャ101とセレクタ201を制御する。
710で、レーキ受信機は第1段階を開始する。ステップ712で、レーキ受信
機はマッチド・フィルタを用いて遅延プロフィールを生成する。ステップ714
で、レーキ受信機は遅延プロフィールを用いてM個の可能な経路を含む候補経路
の第1の集合を生成する。 ステップ720で、レーキ受信機は第2段階を開始する。ステップ722で、
レーキ受信機は候補経路の第1の集合を用いてN個の経路を含む経路の第2集合
を生成する。レーキ受信機はkM個の相関器を用いてN個の経路を見つける。 ステップ730で、レーキ受信機は第3段階を開始する。ステップ732で、
レーキ受信機は経路の第2の集合を用いてレーキ受信機のN個のフィンガを形成
する。
の品質が許容レベルより高い場合は、候補経路の新しい第1の集合を生成する必
要はない。しかし出力信号の品質が許容レベルより低い場合は、受信機は第1段
階を用いて候補経路の新しい第1の集合を生成する。ステップ742で受信機は
第3段階に命じて、第1段階で新しい経路の準備ができるまで第2段階からの経
路を用いさせる。或るシステムでは、新しい候補経路を定期的に探すのがよい。
ステップ744で、受信機はカウンタまたは別の装置をチェックして、新しい経
路を探す時限になったかどうか判断する。カウンタがプリセットの時限を超えた
場合は受信機は第1段階を開始する。超えていない場合は、受信機は第2段階で
選択または生成した経路を引き続き用いる。
と見なしてはならない。本発明のシステムは他の送信方式に変更可能なだけでな
く、他のセルラ・システム用にも変更可能である。したがって、本発明はここに
開示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に適合する最も
広い範囲に従うものである。
る。
である。
Claims (25)
- 【請求項1】 N個のフィンガを持つレーキ受信機を形成する装置であって
、 入力信号を用いてN個より多い経路の集合を見つける第1段階と、 前記N個より多い経路の第1の集合を用いてN個の経路の集合を生成する第2
段階と、 前記N個の経路の集合を用いて前記レーキ受信機のN個のフィンガを形成する
第3段階と、 を含むレーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項2】 前記第1段階で入力信号を用いてM個の経路の集合を見つけ
、M個の相関器を備える前記第2段階で前記M個の相関器の出力を用いて前記N
個の経路の集合を生成する、請求項1に記載のレーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項3】 前記第1段階で入力信号を用いてM個の経路の集合を見つけ
、3*M個の相関器を備える前記第2段階で前記3*M個の相関器を用いてM個の
推定値を生成する、請求項1に記載のレーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項4】 前記第2段階で前記M個の推定値を用いて経路の第2の集合
を生成する、請求項3に記載のレーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項5】 前記第2段階で前記入力信号を用いてN個の経路の新しい集
合を生成する、請求項1に記載のレーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項6】 前記第2段階で前記N個より多い経路の第1の集合から前記
N個の経路の新しい集合を選択する、請求項5に記載のレーキ受信機を形成する
装置。 - 【請求項7】 前記第2段階で前記N個より多い経路の第1の集合から前記
経路の新しいN個の集合を得る、請求項5に記載のレーキ受信機を形成する装置
。 - 【請求項8】 前記第1段階でマッチド・フィルタの出力を用いて前記N個
より多い経路の第1の集合を生成する、請求項1に記載のレーキ受信機を形成す
る装置。 - 【請求項9】 前記第1段階が不活動状態のとき前記第2段階でN個の経路
の新しい集合を生成する、請求項8に記載のレーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項10】 前記第1段階が活動状態であってN個より多い経路の新し
い集合を生成しているとき前記第2段階でN個の経路の新しい集合を生成する、
請求項8に記載のレーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項11】 前記装置は品質信号を更に含み、前記品質信号がしきい値
より低いとき前記第1段階で候補経路の新しい第1の集合を生成する、請求項1
に記載のレーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項12】 前記第1段階で前記N個より多い経路の新しい集合を生成
するまで前記第3段階で前記第2段階からの経路を用いる、請求項11に記載の
レーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項13】 前記装置はカウンタを更に備え、前記品質信号が所定の値
より大きいとき前記第1段階でN個より多い経路の新しい集合を生成する、請求
項1に記載のレーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項14】 レーキ受信機を形成する装置であって、 入力信号と、 前記入力信号を用いて候補経路の集合を見つけるサーチャと、 前記入力信号と前記候補経路の集合を用いて、前記レーキ受信機を形成するた
めの候補経路の部分集合を選択するセレクタと、 を備える、レーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項15】 前記サーチャは前記入力信号を用いてM個の候補経路の集
合を見つけ、M個の相関器を備える前記セレクタは前記M個の相関器の出力を用
いて前記候補経路の部分集合を生成する、請求項14に記載のレーキ受信機を形
成する装置。 - 【請求項16】 前記サーチャはマッチド・フィルタの出力を用いて前記候
補経路の集合を生成する、請求項14に記載のレーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項17】 前記セレクタは前記サーチャが非活動状態のとき経路の新
しい部分集合を生成する、請求項16に記載のレーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項18】 前記セレクタは前記サーチャが活動状態であって候補経路
の新しい集合を生成しているとき経路の新しい部分集合を生成する、請求項16
に記載のレーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項19】 レーキ受信機を形成する装置であって、 入力信号と、 前記入力信号を用いて候補経路の集合を見つけるサーチャと、 前記入力信号と前記候補経路の集合を用いて候補経路の一層小さな集合を選択
するセレクタと、 を備える、レーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項20】 前記候補経路の集合はM個の経路を含み、k*M個の相関
器を含む前記セレクタは前記k*M個の相関器を用いてM個の推定値を生成する
、請求項19に記載のレーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項21】 前記セレクタは前記M個の推定値を用いて候補経路の一層
小さな集合を生成する、請求項20に記載のレーキ受信機を形成する装置。 - 【請求項22】 レーキ受信機を形成する方法であって、 経路の第1の集合を見つけ、 前記経路の第1の集合を探して相関値の集合を生成し、 前記相関値に基づいて経路の第2の集合を選択する、 ステップを含む、レーキ受信機を形成する方法。
- 【請求項23】 前記経路の第1の集合を更新せずに前記経路の第2の集合
を更新するステップを更に含む、請求項22に記載のレーキ受信機を形成する方
法。 - 【請求項24】 前記経路の第1の集合の更新中に前記経路の第2の集合を
更新するステップを更に含む、請求項22に記載のレーキ受信機を形成する方法
。 - 【請求項25】 前記経路の第1の集合の更新中に前記経路の第2の集合を
更新するステップを更に含む、請求項23に記載のレーキ受信機を形成する方法
。
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