JP2003504944A - 遠隔通信受信機におけるｓｎ比の推定方法と、送信機の制御に対するこの方法の適用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、無線通信受信機が受信する特にデジタルタイプの信号のＳＮ比推定方法に関する。この方法は、信号およびノイズを別個に推定し、信号Ｅ_ｂおよびノイズＮ_０を別個にフィルタリングしてから（３６、４４）、ノイズにより信号を除する（４０）ことを特徴とする。ノイズのフィルタリングは、たとえば統計的なタイプであり、一方で信号のフィルタリングは、ローパスフィルタリングタイプである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、無線通信受信機が受信する信号のＳＮ比の推定方法に関する。本発
明はまた、この方法を実施可能な受信機ならびに、送信機のパワー制御方法の適
用に関する。

【０００２】 遠隔通信システムは、一般に、異なる多数の通信の同時伝送を可能にする。

【０００３】 ここでは、例として、複数の端末が、特に衛星に搭載される再送手段を介して
、制御または接続局と通信する遠隔通信システムを考慮する。端末間の通信は、
制御局を介して行われる。かくして、制御局は、端末の集合と同時に通信する。

【０００４】 こうした遠隔通信システムでは、同時送信可能な通信の数が、衛星に搭載され
る利用可能な再送パワーに依存する。このパワーは、システムの容量を最大にす
るように、すなわち同時送信可能な通信数を最大にするためには、パワーは必然
的に制限されるので、各送信機に割り当てられるパワーを最小限にしなければな
らない。だが、この制約は、十分な送信パワーを要する通信品質の最適化要求と
なかなか相容れない。一般に、通信はデジタルタイプであるので、伝送品質は、
許容可能な最大エラーレイトにより測定される。エラーレイトは、受信したＳＮ
比が所定の閾値を超える場合に保証される。

【０００５】 そのため、送信機のパワーは一般に、結合される受信機で測定されたＳＮ比に
よって決定され、ＳＮ比の測定は、特に衛星による送信システムでは、一般に常
時行われている。何故なら、伝播条件が、殊に天候条件の変動のために変わるこ
とがあるからである。たとえば、雨は、晴天時の伝送に比べて受信信号を著しく
減衰する。伝播条件はまた、シンチレーションのために劣化することがあり、シ
ンチレーションは、加算的および減算的の結合を引き起こす信号のマルチパスに
よる。こうした条件はまた、アンテナが移動源（ここでは衛星）を追っていて、
障害物が伝送信号のパスに介在する場合、マスキングが起きることから劣化しう
る。

【０００６】 受信信号のＳＮ比の測定は、一般に、それ自体が推定ノイズにより損なわれる
ので、この推定ノイズを低減するために、通常は、測定後、ローパスフィルタリ
ング等の平滑化を実施する。

【０００７】 ＳＮ比の測定精度によって、遠隔通信システムの容量が決定される。実際、測
定が正確であれば、各送信機にちょうど必要なパワーを割り当てられるので、通
信リソースを最大化可能であるが、測定精度が低いと、各送信機に過度のパワー
が割り当てられ、通信容量の最大化には好ましくない。

【０００８】 本発明は、ＳＮ比の推定精度を高めることができ、従って、結合される送信機
に、この送信機の送信パワーを最小化する目標信号を供給可能である。

【０００９】 このため、本発明は、信号およびノイズを別個に推定し、信号をノイズで除す
る前に、信号およびノイズを別個にフィルタリングするように構成する。実際、
除算に先立つ各成分についてのフィルタリングにより、推定ノイズを低減するこ
とができた。

【００１０】 実施形態では、さらに、信号およびノイズに施されるフィルタリングが異なる
タイプであって、好適には信号およびノイズにそれぞれ適合される。事実、異な
る種類の変数を構成する信号およびノイズは、特に物理的な発生源が異なるため
に、変数の一方に適合される処理が、必ずしも他方の処理に当てはまるとは限ら
ない。これは、たとえば振幅および周波数帯域の相違が、大抵の場合、大きすぎ
るからである。

【００１１】 しかも、トラヒックが散発性であるとき、信号パワーの推定は情報信号の出現
時に行われるだけであり、一方でノイズは常時測定できる。

【００１２】 除算を行う前に有効信号をフィルタリングするために、好適にはローパスフィ
ルタを選択する。ローパスフィルタは、この信号の推定ノイズを著しく低減する
とともに、調整ループの反応時間を十分に短縮できる。このため、有限インパル
ス応答フィルタ、たとえば平均フィルタ、または、無限インパルス応答フィルタ
たとえば一次フィルタを使用可能である。散発性のトラヒックの場合は、このよ
うな一次の無限インパルス応答フィルタが好ましい。というのは、このフィルタ
は、古い情報よりも新しい情報を重視するからである。

【００１３】 ノイズを推定するフィルタリングまたは平滑化の場合、好適には、ノイズのラ
ンダムな性質を考慮する統計的なタイプの平滑化を使用する。このため、多数の
（統計的に代表する）測定を収集するように十分に大きい値に選択した所定の期
間について、ノイズパワー測定の統計的な分布を監視するが、この監視期間は、
しかしながら、ノイズがこの期間中、定常的なふるまいを維持するように選択す
る。その場合、平均レベルよりも高いノイズレベルを選択し、監視期間中、推定
ノイズパワーがこの限度を超える確率が、小さい閾値ε未満になる限度値を構成
するようにする。

【００１４】 換言すれば、ノイズの推定の場合は平均値の計算をするのではなく、ノイズレ
ベルのヒストグラムを考慮して、ノイズレベルのばらつきを決定する。

【００１５】 最も簡単な例では、たとえば秒単位の十分に長い監視期間について最も高いノ
イズレベルを選択する。

【００１６】 このノイズの既知のパラメータに応じて、ノイズレベルを推定することもでき
る。たとえばノイズがガウス型であることが分かっている場合、分布の平均値μ
および分散量σ^２を計算すると、平滑化値はμ＋ｎσである。このとき、σは標
準偏差であり、ｎは、ノイズパワーがこの値μ＋ｎσを越えない確率が、小さい
閾値ε未満であるような整数である。

【００１７】 一般には、平均値および分散量、すなわち分布のモーメントによって、ノイズ
パワーを推定することができる。

【００１８】 推定の統計的なタイプの平滑化は、障害の場合に特に有効である。

【００１９】 たとえばサーマルノイズに関わる場合、有限または無限インパルス応答性のロ
ーパスタイプのノイズフィルタリングを用いることもできる。

【００２０】 本発明は、有効信号、すなわち厳密な意味でのデータ信号のＳＮ比の推定に主
に適用される。

【００２１】 本発明は、無線通信受信機が受信する特にデジタルタイプの有効信号のＳＮ比
の推定方法を提案する。この方法は、信号およびノイズを別個に推定し、ＳＮ比
の推定ノイズを最小限にするために、信号およびノイズを別個にフィルタリング
してから、ノイズにより信号を除することを特徴とする。

【００２２】 実施形態によれば、有効信号のフィルタリングが、ノイズ信号のフィルタリン
グとは異なる。

【００２３】 実施形態によれば、ノイズ信号をフィルタリングするために、所定の期間に対
してノイズパワー測定値の統計的な分布を監視し、この期間中に測定サンプルを
統計的に示す数を収集し、しかしながら、この期間は、ノイズが実際に定常に留
まるように十分に短い。

【００２４】 別の実施形態によれば、考慮されたノイズレベルの値は、ノイズレベルがこの
値を超える確率が、監視期間中、所定の閾値未満になるようにする。

【００２５】 実施形態によれば、考慮されたノイズレベルが、所定の期間に最大値である。

【００２６】 実施形態によれば、分布のモーメントを決定する。

【００２７】 実施形態によれば、分布の平均値および分散量を決定し、σが標準偏差、ｎが
所定の閾値に応じて決定される数であるとき、考慮されたノイズ値がμ＋ｎσで
ある。

【００２８】 実施形態によれば、ノイズ信号をフィルタリングするために、有限または無限
のインパルス応答タイプのローパスフィルタリングを用いる。

【００２９】 実施形態によれば、有効信号をフィルタリングするために、有限インパルス応
答フィルタを用いる。

【００３０】 実施形態によれば、有限インパルス応答フィルタは、平均値タイプのフィルタ
である。

【００３１】 実施形態によれば、送信機は、所定のレベルで一定の周期を持つ基準信号を送
り、ＳＮ比の推定が、この基準信号に基づいて行われる。

【００３２】 実施形態によれば、有効信号の推定をフィルタリングするために、無限インパ
ルス応答フィルタを使用する。

【００３３】 実施形態によれば、

【数４】 （以下Ｘ〜_ｉと表す） が瞬間ｉにおける有効信号の瞬間推定値、

【数５】 （以下Ｘ＾_ｉと表す） が瞬間ｉにおける有効信号の平滑化値、ａが積分係数を示すとき、次の式

【数６】 の自己回帰一次フィルタリングを使用する。

【００３４】 実施形態によれば、フィルタリングが、受信した各パケットまたはセルに行わ
れ、パケットまたはセルが、散発的に受信される。

【００３５】 本発明はさらに、対応する送信機のパワー制御情報を送信する遠隔通信受信機
でＳＮ比を推定し、こうした推定への本発明による方法の適用を提供する。

【００３６】 本発明の他の特徴および長所は、添付図面に関して行われる幾つかの実施形態
の説明により明らかになるであろう。

【００３７】 図１は、送信機１０および受信機１２を示し、送信機１０のパワーＰ_ｅは、受
信機１２が供給する目標信号δＰ_ｅにより決定される。

【００３８】 例では、送信機および受信機が遠隔通信システムの一部をなしており、通信は
、例では約１４５０ｋｍの低軌道または中間軌道で移動する衛星１４（図２）を
介して伝送される。地球は、複数のゾーン１６に分割されており、各ゾーンは、
たとえば直径７００ｋｍであて、各ゾーン１６の内部には、たとえば中心位置の
制御または接続局１８と、複数の端末２０_１、２０_２等とが設けられている。接
続局１８は、たとえば地上型の一つまたは複数のネットワーク２２に接続されて
いる。

【００３９】 ２個の端末２０_１、２０_２の間の通信は、衛星１４および接続局１８を介して
行われる。正確には、端末２０_１が端末２０_２と通信する場合、端末２０_１から
送られる信号は、衛星１４を介して接続局１８に送信され、接続局１８は、同じ
く衛星１４を介して端末２０_２に信号を再送する。「衛星」とは、もちろん、衛
星に搭載される再送手段を意味する。

【００４０】 同様に、端末２０_１とネットワーク２２の加入者との間の通信は、接続局１８
を介して行われる。言い換えれば、ネットワーク２２のある加入者が加入者２０ _１ を呼び出すと、信号は接続局１８に送られ、接続局１８が衛星１４を介して端
末２０にこの信号を送る。

【００４１】 各端末が、一度に送信機および受信機の役割を果たし、接続局１８がまた送信
機および受信機となる。かくして、図１の場合、送信機１０は、端末または接続
局１８に配置され、同様に受信機１２も接続局１８または端末２０_ｉに配置され
る。

【００４２】 送信機１０から送られる信号は、チャンネル２８を構成する空間に伝播される
（図１）。このチャンネルは、信号を弱め、ノイズを導入する。

【００４３】 受信機１２は、一般に、受信装置３０、信号パワーＥ_ｂの推定装置３２、およ
びノイズパワーＮ_０の推定装置３４を含む。

【００４４】 本発明によれば、信号の推定装置３２は、この信号のフィルタリング装置３６
に接続され、フィルタリング装置３６は、除算器４０の前段に配置されている。
換言すれば、フィルタリング装置３６の出力が、除算器４０のデジタル入力４２
に接続されている。

【００４５】 さらに、ノイズパワーＮ_０の推定装置３４は、除算器４０の前段にあるフィル
タ４４に接続され、フィルタ４４の出力は、除算器４０の分母の入力４６に接続
されている。

【００４６】 除算器４０はＳＮ比の推定を供給し、このＳＮ比は決定装置５０に送られ、決
定装置の入力５２に基準信号γ_ｒｅｆが送られる。除算器４０が供給する信号と
、入力５２に刳られた基準信号との比較により、目標信号δＰ_ｅを生成して、送
信機１０のパワーを調整できる。

【００４７】 変形実施形態では（図示せず）、決定装置が送信機内にあり、受信機が、送信
機の制御入力にＳＮ比の推定信号（除算器４０の出力）を送る。

【００４８】 まず第一に、送信機１０が接続局１８にあり、受信機１２が端末２０_ｉにある
場合を考慮する。この場合、ＳＮ比の測定は、接続局１８から端末２０_ｉに周期
的に基準信号が送信されるので容易であり、この信号は、既知の周期を持つ所定
のレベルの同期信号である。かくして、この場合、受信機１２は、散発性の有効
信号を用いる代わりに、こうした同期信号を利用してＳＮ比を測定することがで
きる。

【００４９】 この場合、有効信号のフィルタリング装置３６は、以下の演算を実施する簡単
な平均化装置とすることができる。

【数７】 ここで、Ｘ〜_ｉは、瞬間ｉにおける有効信号Ｅ_ｂの瞬間推定値、Ｘ＾_ｉは、瞬間
ｉにおける有効信号Ｅ_ｂの平滑化値、Ｌは積分長さである。

【００５０】 この例において、フィルタ４４は、１．５ｍｓの周期で、数秒間にわたってノ
イズ信号Ｎ_０をサンプリングし、この期間に監視された最大値を考慮する。

【００５１】 変形実施形態では、十分な数の測定を収集できるように十分に長く、しかしな
がら、定常的なノイズのふるまいを保証できるように十分に短く選択した所定の
期間Ｔについて、ノイズサンプルの分布またはヒストグラムに関するパラメータ
を計算し、そこからノイズレベルμ_Ｎ０＋Δ_Ｎ０を推定し、ノイズの瞬間値がこ
のレベルを越える確率が閾値ε未満になるようにする。すなわち次のようになる
。

【数８】 この式において、

【数９】 は、瞬間ｔ_ｉにおける分布のノイズサンプル値、Ｔは監視期間、μ_Ｎ０は、ノイ
ズ信号の平均値を示す。

【００５２】 上記の式は、図３のグラフに表されており、このグラフでは横座標にノイズの
瞬間レベル

【数１０】 （以下Ｎ〜_０と表す） を、縦座標にこれらのレベルが出現する確率ｐ（Ｎ〜_０）を示した。

【００５３】 考慮されたμ_Ｎ０＋Δ_Ｎ０は、分布のモーメントを用いて、特に平均値μおよ
び分散量σ^２から計算することができる。この場合、平滑化値は、σが標準偏差
、ｎが考慮された閾値εに応じて決定される数であるとき、たとえばμ＋ｎσに
なる。

【００５４】 次に、送信機１０が端末内にあり、受信機が接続局１８内にある場合を考慮す
る。この仮定では、端末は、接続局に周期的な基準信号を送らないが、セルまた
はパケットとして散発的に情報信号を送るので、受信機では各パケットまたはセ
ルに対して信号のパワーＥ_ｂの推定を行い、一方でノイズの推定は、上記の場合
と同様に一定の周期に従って実施可能である。

【００５５】 かくして、この場合、ノイズのフィルタリング４４は、上記の仮定と同様に行
われる。反対に、信号の平滑化またはフィルタリング３６に対しては、伝送の散
発性を考慮することが好ましい。たとえば、一次自己回帰フィルタを使用して、
次の演算を実施することができる。

【数１１】 ここで、Ｘ〜_ｉは、瞬間ｉにおける有効信号Ｅ_ｂの瞬間推定値、Ｘ＾_ｉは、瞬間
ｉにおける有効信号Ｅ_ｂの平滑化値、ａは積分係数である。

【００５６】 このようなフィルタは、実際には平均値よりも散発性に適合するが、これは上
記の式で示したように、古い情報よりも最新情報を重視するからである。

【００５７】 本発明による方法は、送信機に目標を付与できる受信信号のＳＮ比の推定を提
供する。従って、規定の閾値を超えないビットエラーレイトを遵守しながら、送
信パワーを最小化することができる。

【００５８】 使用されるノイズの統計処理は、図２に示した遠隔通信システムで２個の隣接
ゾーン１６が同じ搬送周波数を使用している場合、特に有用かつ有効である。実
際、この場合には、２個のゾーンの隣接部分または非隣接部分で障害の危険性が
あり、従って、これらの部分で予測不能なノイズがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による方法を実施する送信機および受信機を示す図である。

【図２】 本発明による方法を適用する遠隔通信システムを示す図である。

【図３】 図１の受信機で用いられるフィルタリングの幾つかの特徴を示すグラフである
。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＵ ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＩＤ，ＩＮ，ＪＰ，ＫＲ，ＭＸ， ＮＯ，ＳＧ，ＵＳ，ＶＮ Ｆターム(参考） 5K042 CA02 CA11 CA12 DA13 EA13 EA15 5K060 CC04 CC11 DD08 LL01 5K067 AA03 AA05 BB21 EE02 EE07 EE10 GG08 HH21 HH22

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無線通信受信機が受信する、特にデジタルタイプの有効信号
   のＳＮ比の推定方法であって、ＳＮ比の推定ノイズを最小限にするために、有効
   信号およびノイズを別個に推定し、有効信号（Ｅ_ｂ）およびノイズ（Ｎ_０）を別
   個にフィルタリングしてから（３６、４４）、ノイズにより信号を除する（４０
   ）ことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 有効信号（Ｅ_ｂ）のフィルタリング（３６）が、ノイズ信号
   （Ｎ_０）のフィルタリング（４４）とは異なることを特徴とする請求項１に記載
   の方法。
3. 【請求項３】 ノイズ信号をフィルタリングするために、所定の期間（Ｔ）
   に対してノイズパワー測定の統計的な分布を監視し、この期間中に測定サンプル
   を統計的に示す数を収集し、しかしながら、この期間は、ノイズが実際に定常に
   留まるように十分に短いことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 【請求項４】 考慮されたノイズレベルの値（μ_Ｎ０＋Δ_Ｎ０）は、ノイズ
   レベルがこの値を超える確率（Ｐ）が、監視期間中（Ｔ）、所定の閾値（ε）未
   満になるようにすることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】 考慮されたノイズレベルが、所定の期間（Ｔ）に最大値であ
   ることを特徴とする請求項３または４に記載の方法。
6. 【請求項６】 分布のモーメントを決定することを特徴とする請求項３また
   は４に記載の方法。
7. 【請求項７】 分布の平均値（μ）および分散量（σ^２）を決定し、σが標
   準偏差、ｎが所定の閾値に応じて決定される数であるとき、考慮されたノイズ値
   がμ＋ｎσであることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 【請求項８】 ノイズ信号をフィルタリングするために、有限または無限の
   インパルス応答タイプのローパスフィルタリングを用いることを特徴とする請求
   項１または２に記載の方法。
9. 【請求項９】 有効信号（Ｅ_ｂ）をフィルタリングするために、有限インパ
   ルス応答フィルタを用いることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記
   載の方法。
10. 【請求項１０】 有限インパルス応答フィルタは、平均化タイプのフィルタ
    であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 【請求項１１】 送信機は、所定のレベルで一定の周期を持つ基準信号を送
    り、ＳＮ比の推定が、この基準信号に基づいて行われることを特徴とする請求項
    ９または１０に記載の方法。
12. 【請求項１２】 有効信号の推定をフィルタリングするために、無限インパ
    ルス応答フィルタを使用することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に
    記載の方法。
13. 【請求項１３】 たとえば、 【数１】 が瞬間ｉにおける有効信号の瞬間推定値、 【数２】 が瞬間ｉにおける有効信号の平滑化値、ａが積分係数を示すとき、次の式 【数３】 の自己回帰一次フィルタリングを使用することを特徴とする請求項１２に記載の
    方法。
14. 【請求項１４】 フィルタリングが、受信した各パケットまたはセルに行わ
    れ、パケットまたはセルが、散発的に受信されることを特徴とする請求項１２ま
    たは１３に記載の方法。
15. 【請求項１５】 対応する送信機のパワー制御情報を送信する遠隔通信受信
    機でＳＮ比を推定し、この推定に対する請求項１から１４のいずれか一項に記載
    の方法の適用。