JP2003298547A - チャネル推定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＭＣ−ＣＤＭＡ方式において、チャネル推定
を高精度に行う。 【解決手段】 対象となるパイロットシンボルを中心
に、周波数軸上に２Ｎ_f＋１個、時間軸上に２Ｎ_t＋１個
のパイロットシンボルを選択し、時間軸上の忘却係数を
λ_t、周波数軸上の忘却係数λ_fを用いて、前記対象とな
るパイロットシンボルとの距離に応じた重みを付加し
て、同相加算することにより、チャネル推定を行う。こ
こで、測定したドップラー周波数および遅延スプレッド
に応じて、前記忘却係数λ_tおよびλ_fの値を適応的に制
御する。また、対象となるパイロットシンボルを中心と
する十字状や菱形状のパイロットシンボルを同相加算の
対象とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＣ−ＣＤＭＡ方
式におけるチャネル推定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、第三世代移動通信方式（Ｗ−ＣＤ
ＭＡ方式）よりも更なる高速化、大容量化を目標とした
第四世代方式の検討が進められている。第四世代方式で
は、周波数利用率の一層の向上や伝搬遅延の克服により
通信品質の一層の向上が求められており、これを実現す
る伝送方式としてＯＦＤＭ技術に基づくＭＣ−ＣＤＭＡ
（multicarrier-CDMA）方式が有力視されている。ＭＣ
−ＣＤＭＡ方式には拡散を周波数軸方向に行なう場合
と、時間軸方向に行なう場合が考えられる。

【０００３】図８は、時間軸方向に拡散を行うＭＣ−Ｃ
ＤＭＡ通信方式における送信機の概略構成を示すブロッ
ク図である。ユーザｋの入力データは変調されて直並列
変換器（Ｓ／Ｐ）８１に入力される。直並列変換器８１
で並列化されたデータシンボル列は、それぞれ対応する
乗算器８２に供給されサブキャリア毎に拡散処理が行わ
れる。図で、ｋ番目のユーザのｎ番目のサブキャリアの
データシンボルは、拡散コードｃ_k,n(t)で拡散される。
その後、各サブキャリアに対応して設けられた多重器
（ＭＵＸ）８３において、他ユーザのデータシンボル、
パイロットシンボル等と多重され、逆フーリエ変換器
（ＩＦＦＴ）８４によりマルチキャリア信号として送出
される。図９は、該マルチキャリア信号のフレーム構成
を示す図である。この図に示すように、各サブキャリア
においてパイロットシンボルはデータシンボルと時間軸
上においてコード多重されている。

【０００４】図１０は、受信機構成を示すブロック図で
ある。受信機では、まず、フーリエ変換器（ＦＦＴ）９
１によって受信信号をサブキャリア毎の成分に分解し、
サブキャリア毎に設けられた逆拡散器９２により逆拡散
を行いデータシンボルを得る。また、チャネル推定部９
３において、パイロットシンボルについても同様に逆拡
散を行って、パイロットシンボルを復調し、伝搬路の推
定（チャネル推定）を行う。そして、各サブキャリア対
応に設けられた乗算器９４により、チャネル推定値に基
づいてデータシンボルの位相補償を行う。その後、並直
列変換器（Ｐ／Ｓ）９５を通して、当該ユーザのデータ
を得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＯＦＤＭや周波数軸方
向拡散を行うＭＣ−ＣＤＭＡ方式では、サブキャリア毎
にいくつかのパイロットシンボルが時間多重されてお
り、それらのパイロットシンボルから適当に選択したパ
イロットシンボルを同相加算してサブキャリア毎のチャ
ネル推定値を求めている。チャネル推定精度の向上を図
るためには、加算するパイロットの選択が重要となる。
ＯＦＤＭ方式では時間軸の相関が高いこと、またサブキ
ャリア間の相関も高いことから、隣接するパイロットシ
ンボル及び隣接するサブキャリアのパイロットシンボル
を同相加算の対象として選択している。一方、ＭＣ−Ｃ
ＤＭＡ方式ではコード拡散を行うので信号のシンボル長
が拡散長（ＰＧ倍）だけ伸長する。そのため、ＰＧ倍に
伸長した信号に対する時間相関、周波数相関はＯＦＤＭ
方式（ＰＧ＝１）に比べて小さくなる。従って、時間軸
又は周波数軸方向から固定長のパイロットシンボル数を
選択すると、走行に伴い伝搬環境が刻々と変化する移動
伝搬環境下では、場合によっては相関が小さくて本来加
算してはならないパイロットシンボルまでも選択するこ
とになり、逆にチャネル推定精度を低下させることがあ
る。このようなことを避けるため、非常に厳しい伝搬環
境条件（例えば最悪ケース）を想定し、選択するパイロ
ットシンボルの範囲を大きく制限することが一般に行わ
れている。しかしながら、このような厳しい制限を固定
的に行えば、比較的良好な伝搬環境下における特性が逆
に大きく劣化することとなる。

【０００６】そこで本発明は、パイロットシンボルを時
間軸方向に拡散するＭＣ−ＣＤＭＡ方式において、伝搬
環境に柔軟に耐え得るチャネル推定方法を提供すること
を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のチャネル推定方法は、各サブキャリアでパ
イロットシンボルが時間軸方向へ拡散されて送信される
ＭＣ−ＣＤＭＡ通信方式におけるチャネル推定方法であ
って、チャネル推定の対象となるパイロットシンボルに
対し時間軸方向および周波数軸方向において所定の範囲
内に位置するパイロットシンボルの受信信号を、各軸の
相関に応じて重み付けした上で同相加算することによ
り、チャネル推定を行うようにしたものである。また、
チャネル推定の対象となるパイロットシンボルに対する
時間軸上の距離と周波数軸上の距離が所定の値以下であ
るパイロットシンボルを前記同相加算の対象とするよう
にしたものである。あるいは、チャネル推定の対象とな
るパイロットシンボルと同一タイミングであるパイロッ
トシンボルと同一周波数であるパイロットシンボルを前
記同相加算の対象とするようにしたものである。あるい
はまた、チャネル推定の対象となるパイロットシンボル
に対する時間軸上の距離と周波数軸上の距離の和が所定
の値以下となる位置にあるパイロットシンボルを前記同
相加算の対象とするようにしたものである。さらに、到
着済みのパイロットシンボルのみを前記同相加算の対象
とするようにしたものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のチャネル推定方
法の最も基本的な実施の形態においてチャネル推定に用
いるパイロットシンボルを説明するための図である。こ
の図において、横軸は時間軸、縦軸は周波数軸であり、
図中太線で囲まれたシンボルがチャネル推定の対象とな
っているシンボルを示している。この図に示すように、
本発明のチャネル推定方法においては、時間軸、周波数
軸の双方の範囲からパイロットシンボルを選択して、面
的な範囲のパイロットシンボルを同相加算することを基
本としている。但し、同相加算するパイロットシンボル
の選択範囲を伝搬環境に応じて適応的に変化させる。こ
れによれば、面的に広がる多くのパイロットシンボルを
利用することができるので、チャネル推定精度の大幅な
向上が期待できる。具体的には、加算するパイロットシ
ンボルに対して重み付けを適応的に行うことにより等価
的に選択範囲の変更を行う。なお、重み付けを適応的に
行う方法は選択範囲が固定であり、選択範囲を適応的に
変える方法に比べて処理が簡単となる。また、パイロッ
トシンボルの選択法として、（ａ）過去と未来のパイロ
ットシンボルから選択する蓄積処理法と、（ｂ）過去の
パイロットシンボルから選択する実時間処理法がある。
蓄積処理法は過去、未来の両側のパイロットシンボルを
利用できることから過去の片側パイロットシンボルだけ
を利用する実時間処理法に比べて推定精度の向上が期待
できる。

【０００９】（１）第１の実施の形態（重み付け面的同
相加算法） （ａ）蓄積処理の場合 図１に示すように、時間軸上、周波数軸上で同相加算を
行う片側のパイロットシンボル数をここではそれぞれＮ
_t、Ｎ_fとおくと、実際に加算するパイロット数は時間軸
上に２Ｎ_t＋１、周波数軸上に２Ｎ_f＋１となり、全体で
は(２Ｎ_t＋１)(２Ｎ_f＋１)となる。但し、同相加算する
パイロットシンボルが復調する信号から離れるほど相関
が小さくなることから、加算するパイロットシンボルの
距離差に応じて重み付けを行い精度の向上を図るように
している。時間軸上、周波数軸上の重み係数（以下で
は、「忘却係数」とよぶ）をそれぞれλ_t、λ_fで与え
る。そして、対象となるパイロットシンボルをｒ_ti,fi
としたとき、パイロットシンボルｒ_t,fにλ_t ^|t-ti|・λ_f
^|f-fi|を重みとして乗算して同相加算する。図中には、
各パイロットシンボルに乗算される重み係数が記載され
ている。これにより、重み付け同相加算したｆ_i番目の
サブキャリアのｔ_i番目のシンボルのチャネル推定値ｅ
_ti,fiは次式で与えられる。

【数１】 ここで、ｒ_t,fはｆ番目のサブキャリアのｔ番目の受信
パイロットシンボルの複素振幅を表し、ｐは送信パイロ
ットシンボルの複素振幅を表す。

【００１０】（ｂ）実時間処理の場合 実時間処理を行なう場合には、図１中に示すように、時
間軸上で利用できるパイロットシンボルは過去の（到着
済みの）パイロットシンボルに限定される。従って、実
際に加算するパイロット数は、時間軸上にＮ_t＋１、周
波数軸上に２Ｎ_f＋１となり、全体では(Ｎ_t＋１)(２Ｎ_f
＋１)となる。重み付け同相加算したｆ_i番目のサブキャ
リアのｔ_i番目のシンボルのチャネル推定値は次式で表
わされる。

【数２】

【００１１】（２）第２の実施の形態（簡略アルゴリズ
ム） 上述した第１の実施の形態のように、面的な範囲（四角
形）からパイロットシンボルを選択する場合には加算す
るパイロットシンボル数が非常に多くなり、却って計算
処理負荷が大きくなることがある。そこで、相関の高い
パイロットシンボルを優先的に選択し、同相加算する本
発明の第２の実施の形態について、図２を参照して説明
する。図２に示すように、この実施の形態においては、
時間軸上に関しては時間相関が最も高くなるサブキャリ
ア上のパイロットシンボルに限定し、周波数軸上に関し
ては周波数相関が最も高くなる同じ時間タイミングのパ
イロットシンボルに限定して選択する。すなわち、この
実施の形態では、対象となるパイロットシンボルに対し
て十字状に広がるパイロットシンボルを同相加算の対象
とする。上述した第１の実施の形態（面的な選択）にお
いては、加算するパイロットシンボル数が(２Ｎ_t＋１)
(２Ｎ_f＋１)のオーダーになるのに対し、この実施の形
態では、(２Ｎ_t＋１)＋(２Ｎ_f＋１)のオーダーとなり、
大幅に加算するパイロットシンボルを削減することがで
きる。なお、この実施の形態においても、（ａ）過去と
未来のパイロットシンボルから選択する蓄積処理法と、
（ｂ）過去のパイロットシンボルから選択する実時間処
理法がある。

【００１２】（ａ）蓄積処理の場合 図２に示すように、時間軸上、周波数軸上で同相加算を
行う片側のパイロットシンボル数をそれぞれＮ_t、Ｎ_fと
おくと、実際に加算するパイロットシンボル数は時間軸
上に２Ｎ_t＋１、周波数軸上に２Ｎ_fとなり、全体では
(２Ｎ_t＋１)＋２Ｎ_fとなる。従って、重み付け同相加算
したｆ_i番目のサブキャリアのｔ_i番目のシンボルのチャ
ネル推定値ｅ_ti,fiは次式で表わすことができる。

【数３】

【００１３】（ｂ）実時間処理の場合 実時間処理を行う場合には、図２に示すように、時間軸
上で利用できるパイロットシンボルは過去のパイロット
シンボルに限定される。そのため実際に加算するパイロ
ット数は、時間軸上にＮ_t＋１、周波数軸上に２Ｎ_fとな
り、全体では(Ｎ_t＋１)＋２Ｎ_fとなる。従って、重み付
け同相加算したｆ_i番目のサブキャリアのｔ_i番目のシン
ボルのチャネル推定値ｅ_ti,fiは次式で表わすことがで
きる。

【数４】

【００１４】（３）第３の実施の形態 図３は、本発明のさらに他の実施の形態について示す図
である。図３に示すように、この実施の形態において
は、対象となるパイロットシンボルに対する時間軸上で
の距離と周波数軸上での距離の和が所定の値以下となる
パイロットシンボルを同相加算の対象とする。すなわ
ち、対象となるパイロットシンボルを中心に菱形に広が
るパイロットシンボルを同相加算の対象としている。ま
た、この実施の形態においても、上述の各実施の形態と
同様に、（ａ）蓄積処理および（ｂ）実時間処理の２つ
の方法がある。この実施の形態によれば、対象となるパ
イロットシンボルを中心に菱形に広がる最もチャネル特
性の近いパイロットシンボルを利用できるため、高精度
のチャネル推定が可能となる。

【００１５】次に、上述のような本発明のチャネル推定
方法を実行するための信号受信装置について説明する。
図４は、上述した本発明のチャネル推定方法が実行され
る信号受信装置の一構成例を示すブロック図である。こ
こで、送信側装置は前記図８に示した構成と同様のもの
が用いられ、図９に示したフレーム構成のマルチキャリ
ア信号が受信されることとなる。受信信号は、ＦＦＴ部
１１で各サブキャリアの信号に分割され、各サブキャリ
ア毎に、データシンボルは逆拡散部１２で逆拡散され、
パイロットシンボルはパイロットシンボル用の逆拡散部
１３で逆拡散される。逆拡散部１２の出力およびパイロ
ットシンボル用逆拡散部１３の出力は、それぞれ、メモ
リ１４および１５に逐次蓄積される。また、ドップラー
周波数および遅延スプレッド測定部１６は受信信号のド
ップラー周波数ｆ_Dと遅延スプレッドσ_sを逐次測定す
る。チャネル推定部１７は、重み係数メモリ１９に記憶
されている時間軸と周波数軸それぞれの重み係数（忘却
係数）λ_tおよびλ_fを用いて、前記各サブキャリア毎に
設けられたメモリ１５に蓄積されているパイロットシン
ボルの逆拡散出力に対し、前述した重み係数λ_t ^|t-ti|・
λ_f ^|f-fi|を乗算して同相加算し、チャネル推定値を求
める。また、チャネル推定部１７は、前記ドップラー周
波数および遅延スプレッド測定部１６からの測定値（あ
るいは推定値）に基づいて、対応表１８を参照し、上記
重み付けに用いる時間軸と周波数軸それぞれの忘却係数
λ_t、λ_fの値を決定する。そして、このようにして求め
たチャネル推定値に基づき、乗算器２０において、各サ
ブキャリアのデータシンボルの逆拡散出力の位相および
振幅の補償を行う。そして、並列／直列変換器（Ｐ／
Ｓ）２１において、各サブキャリアにおける位相及び振
幅が補償された受信信号を直列信号に戻し、復調器２２
で復調する。

【００１６】図５は、前記チャネル推定部１７に記憶さ
れている対応表１８の一構成例を示す図であり、（ａ）
はドップラー周波数の測定値ｆ_Dと時間軸の忘却係数λ_t
との対応表、（ｂ）は遅延スプレッドの測定値σ_sと周
波数軸の忘却係数λ_fとの対応表である。前記ドップラ
ー周波数ｆ_D、遅延スプレッドσ_sが小さいときは、伝搬
変動が小さいため、忘却係数λ_t、λ_fを大きくした方が
チャネル推定精度が高くなり、ドップラー周波数ｆ_D、
遅延スプレッドσ_sが大きいときは伝搬変動が激しくな
るため、忘却係数λ_t、λ_fをある程度小さくして相関の
小さなパイロットシンボルの影響を小さくする必要があ
る。そこで、図５の（ａ）、（ｂ）に示すように、ドッ
プラー周波数ｆ_Dが小さいときは時間軸の忘却係数λ_tが
大きな値とされ、ｆ_Dが大きくなるにしたがってλ_tが小
さな値とされたドップラー周波数ｆ_Dに対する時間軸の
忘却係数λ_tの対応表、および、遅延スプレッドσ_sが小
さな値のときは周波数軸の忘却係数λ_fが大きな値とさ
れ、大きくなるにつれてλ_fの値が小さくなるようにさ
れた遅延スプレッドσ_sに対する周波数軸の忘却係数λ_f
の対応表が記憶されている。

【００１７】図６は、前記チャネル推定部１７における
チャネル推定処理の流れを示すフローチャートである。
ここでは、前述したチャネル推定方法のうちのどの方法
で推定処理を行うかが、予め決定されているものとす
る。そこで、チャネル推定に必要なパイロットシンボル
の受信信号が前記メモリ１５中に蓄積されるまで待ち
（Ｓ１１）、必要な信号の準備ができたら、重み係数メ
モリ１９を参照して（Ｓ１２）、重み付けを行った上で
同期加算を行い、チャネル推定を行う（Ｓ１３）。これ
により、タイミングの進行に伴い、順次チャネル推定処
理が実行される。

【００１８】図７は、伝搬環境、すなわち、ドップラー
周波数や遅延スプレッドに応じて前記重み係数を適応的
に制御する処理を説明するフローチャートである。前述
のように、前記ドップラー周波数および遅延スプレッド
測定部１６により、逐次あるいは任意の時間間隔で測定
処理が行われており（Ｓ２１）、該測定結果が得られる
ごとに、前記対応表１８を参照して、現在チャネル推定
に用いている重み係数λ_t、λ_fを変更する必要があるか
否かの判定を行う（Ｓ２２）。その結果が、前記チャネ
ル推定に用いている重み係数を変更する必要があると判
定されたときは、前記重み係数メモリ１９の内容を新し
い内容に変更し（Ｓ２３）、前記測定処理（Ｓ２１）に
戻る。これにより、伝搬環境に応じて、チャネル推定に
用いるパイロットシンボルの重み係数を適応的に制御す
ることができる。

【００１９】なお、以上の説明においては、データシン
ボルおよびパイロットシンボルの両者を時間軸上に拡散
するＭＣ−ＣＤＭＡ通信方式を例にとって説明したが、
本発明のチャネル推定方法は、パイロットシンボルが時
間軸上に拡散されているものであれば、データシンボル
については時間軸上、周波数軸上いずれに拡散されてい
ても同様に適用することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のチャネル
推定方法および信号受信装置によれば、伝搬環境に応じ
て適応的に制御される重み係数を用いて、時間軸および
周波数軸上で近接する複数のパイロットシンボルを同相
加算するようにしているので、チャネル推定精度を高く
保つことができ、誤り率を低減することができる。ま
た、加算パイロットシンボル数を一定とし、重み係数を
適応的に制御するようにしているため、加算パイロット
シンボル数を適応的に制御する場合と比較して制御量を
抑えることが可能となる。さらに、対象となるパイロッ
トシンボルを中心に十字形に広がるパイロットシンボル
を同相加算する場合には、演算量を少なくすることがで
きる。さらにまた、対象となるパイロットシンボルを中
心に菱形に広がるパイロットシンボルを同相加算する場
合には、最もチャネル特性の近いパイロットシンボルを
利用できるため、高精度のチャネル推定が可能となる。
さらにまた、到着済みのパイロットシンボルのみを同相
加算の対象とすることにより、リアルタイム処理が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のチャネル推定方法の第１の実施の形
態について説明するための図である。

【図２】 本発明のチャネル推定方法の他の実施の形態
について説明するための図である。

【図３】 本発明のチャネル推定方法のさらに他の実施
の形態について説明するための図である。

【図４】 本発明のチャネル推定方法が実行される受信
装置の構成を示すブロック図である。

【図５】 ドップラー周波数と時間軸の忘却係数との対
応表、および、遅延スプレッドと周波数軸の忘却係数と
の対応表の一例につき説明するための図である。

【図６】 チャネル推定部の処理について説明するため
のフローチャートである。

【図７】 ドップラー周波数および遅延スプレッドに応
じて重み係数を制御する処理の流れを示すフローチャー
トである。

【図８】 ＭＣ−ＣＤＭＡ方式における送信機の構成を
示すブロック図である。

【図９】 ＭＣ−ＣＤＭＡ方式における送信信号のフレ
ーム構成を示す図である。

【図１０】 ＭＣ−ＣＤＭＡ方式における受信機の構成
を示すブロック図である。

【符号の説明】 １１ ＦＦＴ部、１２ 逆拡散部、１３ パイロットシ
ンボル用逆拡散部、１４、１５ メモリ、１６ ドップ
ラー周波数および遅延スプレッド測定部、１７チャネル
推定部、１８ 対応表、１９ 重み係数メモリ、２０
乗算器、２１並列／直列変換器、２２ 復調器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5K022 DD01 DD13 DD18 DD19 DD23 DD33 EE02 EE14 EE22 EE32 FF01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各サブキャリアでパイロットシンボルが
   時間軸方向へ拡散されて送信されるＭＣ−ＣＤＭＡ通信
   方式におけるチャネル推定方法であって、チャネル推定
   の対象となるパイロットシンボルに対し時間軸方向およ
   び周波数軸方向において所定の範囲内に位置するパイロ
   ットシンボルの受信信号を、各軸の相関に応じて重み付
   けした上で同相加算することにより、チャネル推定を行
   うことを特徴とするチャネル推定方法。
2. 【請求項２】 チャネル推定の対象となるパイロットシ
   ンボルに対する時間軸上の距離と周波数軸上の距離が所
   定の値以下であるパイロットシンボルを前記同相加算の
   対象とすることを特徴とする請求項１記載のチャネル推
   定方法。
3. 【請求項３】 チャネル推定の対象となるパイロットシ
   ンボルと同一タイミングであるパイロットシンボル及び
   同一周波数であるパイロットシンボルを前記同相加算の
   対象とすることを特徴とする請求項１記載のチャネル推
   定方法。
4. 【請求項４】 チャネル推定の対象となるパイロットシ
   ンボルに対する時間軸上の距離と周波数軸上の距離の和
   が所定の値以下となる位置にあるパイロットシンボルを
   前記同相加算の対象とすることを特徴とする請求項１記
   載のチャネル推定方法。
5. 【請求項５】 到着済みのパイロットシンボルのみを前
   記同相加算の対象とすることを特徴とする請求項１〜４
   のいずれかに記載のチャネル推定方法。