JP2003507927A - チャンネル自己相関関数仮説を用いるドップラ拡散推定 - Google Patents

チャンネル自己相関関数仮説を用いるドップラ拡散推定

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  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 通信チャンネルのドップラ拡散は、通信チャンネルの推定値を与え、通信チャンネルの推定値の自己相関関数を生成することにより測定される。複数の自己相関関数仮説の１つを選択して通信チャンネルの推定値の自己相関関数を近似し、各自己相関関数仮説はそれぞれのドップラ拡散推定値仮説に対応する。選択された自己相関関数仮説に対応するドップラ拡散推定値仮説の１つを通信チャンネルのドップラ拡散の推定値として選択する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は通信の分野に関するもので、より詳しくは無線通信の受信に関する。
【０００２】 （発明の背景） セルラ無線電話通信システム内の移動体端末用の無線チャンネルは操作が困難
なことがある。詳しく述べると、送信された信号はしばしば周囲の環境により反
射され、散乱され、回折され、遅延され、減衰される。また移動体端末用の無線
チャンネルは、移動体端末が動きまた移動体端末の近くの物体が動くために、静
止しないことが多い。自動車内で用いられる移動体端末は高速で動き、移動体端
末の近くの他の車両も動く。
【０００３】 また無線チャンネルの特性も、地形／建物や気候および／またはその他の要因
が異なるために、地域毎に変わることがある。したがって、無線チャンネルによ
る無線信号の伝播は、マルチパス・フェージングや、シャドウイングや、パス損
失を受けることがある。これらの要因のうち、マルチパス・フェージングが最も
重要であり、マルチパス・フェージングは包絡線フェージングと、ドップラ拡散
と、時間遅れ拡散により特徴づけられる。
【０００４】 ドップラ・シフトは、移動体端末が動いているときに無線信号に生じる周波数
シフトであり、ドップラ拡散は移動体無線チャンネルの変化の時間的速度により
生じるスペクトル拡大の測度である。ドップラ拡散により周波数分散が起こり、
周波数領域でのドップラ拡散は観測された信号内の変化の速度に密接に関係する
。したがって受信信号内の変動を正確に追跡するには、適応受信機内で用いられ
るアルゴリズムの適応時間がチャンネルの変化の速度より速くなければならない
。
【０００５】 例えばＤＡＭＰＳセルラ無線電話通信システム内の移動体端末では、車両速度
や搬送波周波数やその他の要因に従って、０Ｈｚから２５０Ｈｚの範囲のドップ
ラ拡散が起こる。無線チャンネルの変化の速度が分かれば、これを用いて受信機
の性能を改善し、および／または受信機の複雑さを少なくすることができる。ま
た、適応受信機の適応パラメータはドップラ拡散の関数として変えることができ
る。追跡および内挿パラメータを例えば起こりうる最悪のドップラ拡散に対して
の固定するのではなく、ドップラ情報の関数としてパラメータを適応的に変える
ことにより性能を改善することができる。同様に、ドップラ拡散情報を用いて、
移動体が移動する種々の速度に対して受信機を適応的に制御することができる。
言い換えると、移動体端末が移動する速度に従って、異なる受信機アルゴリズム
を用いることができる。
【０００６】 ドップラ拡散の推定値をこのように用いれば受信機の性能を高めることができ
る。受信機適応アルゴリズムのパラメータをドップラ拡散の関数として変えるこ
とにより、例えば受信機内のコヒーレントな検出器を適応的に最適化することが
できる。また、ドップラ拡散の推定値が利用可能な場合はセルラ移動電話無線シ
ステム内のハンドオフ・プロセスを増強することができる。これにより、高速で
移動中の移動体端末をマイクロセルにハンドオフするのを避けることができる。
【０００７】 ドップラ拡散推定については、例えば、Koch の米国特許番号第４，７２３，
３０３号、「無線送信システムの無線送信チャンネルの質を測定するための方法
と回路構成 (METHOD OF AND CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MEASURING THE QUALITY
OF RADIO-TRANSMISSION CHANNELS OF A RADIO-TRANSMISSION SYSTEM)」と、Rait
h の米国特許番号第５，０１６，０１７号、「コヒーレントな無線受信機の周波
数を制御する方法とこの方法を行う装置 (METHOD OF CONTOLLING THE FREQUENCY
OF A COHERENT RADIO RECEIVER AND APPARATUS FOR CARRYING OUT THE METHOD)
」に説明されている。これらの特許の開示をここで援用する。
【０００８】 一連のチャンネル推定値からドップラ拡散を推定する方法は、例えば、Lars L
indbom の論文、「フェージング移動体無線チャンネルの適応等化 (Adaptive Eq
ualization For Fading Mobile Radio Channels)」（Techn.Lic.Thesis No.UPTE
C 92124R, November 1992,Department of Technology, Uppsala University, Up
psala, Sweden)に述べられており、この開示をここで援用する。Lindbom の論文
では、２つの時点の間の値の差から成るチャンネル推定値の微分を用いてドップ
ラ拡散を推定する。しかし、かかる微分は雑音が多いので平均する必要がある。
したがって、平均することによりドップラ拡散の推定値が偏ることがある。
【０００９】 ドップラ拡散を推定する別の方法は、Karim Jamal 他の文献「Ｄ−ＡＭＰＳ１
９００チャンネルでの適応的ＭＳＬＥ性能 (Adaptive MSLE Performance On The
D-AMPS 1900 Channel)」（IEEE Trans. Vehic. Technol., vol.46, Aug. 1997)
と、Morelli 他の文献「フラット・フェージング・チャンネルによる送信の搬送
波周波数推定に関するその後の結果 (Further Results in Carrier Frequency E
stimation For Transmissions Over Flat Fading Channels)」（IEEE Commun. L
etters, vol.2, pp.327-330, Dec. 1998)に述べられている。これらの開示もこ
こで援用する。 上に説明したように種々の方法があるが、改善されたドップラ拡散推定方法に
対するニーズがこの技術で依然として存在する。
【００１０】 （発明の概要） したがって、本発明の目的は通信チャンネルのドップラ拡散を推定する改善さ
れた方法とこれに関係するシステムおよび受信機を提供することである。 本発明の別の目的は、ドップラ拡散を推定するための複雑さの少ない方法とこ
れに関係するシステムおよび受信機を提供することである。
【００１１】 本発明ではかかる目的を、通信チャンネルの推定値を与え、且つ通信チャンネ
ルの推定値の自己相関関数を生成することにより達成する。それぞれのドップラ
拡散推定値仮説に対応し且つ通信チャンネルの推定値の自己相関関数に近似する
複数の自己相関関数仮説の１つを選択する。次に、選択された自己相関関数仮説
に対応するドップラ拡散推定値仮説を通信チャンネルのドップラ拡散の推定値と
して選択する。
【００１２】 本発明では自己相関関数仮説をドップラ拡散推定器のメモリ内に保存し、通信
チャンネルの推定値の自己相関関数と比較し、最も近い自己相関関数仮説を通信
チャンネルの実際の自己相関関数の推定値として採用する。次に、最も近い自己
相関関数に対応するドップラ拡散仮説を用いて通信チャンネルの実際のドップラ
拡散の推定値とする。これにより、ドップラ拡散を推定するのに用いられる計算
の複雑さを減らし、同時に、ドップラ拡散の比較的正確な推定値を得ることがで
きる。更に、用いる自己相関関数仮説の数を増やせば一層正確な推定値が得られ
るし、逆に減らせば用いる計算の数とメモリの量を減らすことができる。
【００１３】 より詳細に述べると、自己相関関数仮説の１つを選択することは通信チャンネ
ルの推定値の自己相関関数と複数の各自己相関関数仮説とを比較することを含む
。更に、自己相関関数仮説の１つを選択することは通信チャンネルの推定値の自
己相関関数に最も良く近似する複数の自己相関関数仮説の１つを選択することを
含む。
【００１４】 更に、自己相関関数仮説の１つを選択することは、複数の自己相関関数仮説に
それぞれ対応し且つそれぞれの自己相関関数仮説と通信チャンネルの推定値の自
己相関関数との差を表す複数の誤差信号を生成することと、誤差信号を比較して
通信チャンネルの推定値の自己相関関数に近似する自己相関仮説を選択すること
を含む。詳しく述べると、誤差信号を比較して、対応する自己相関関数仮説と通
信チャンネルの推定値の自己相関関数との最小の差を表す誤差信号を選ぶ。更に
、誤差信号を比較する前に、各誤差信号を平均して平均誤差信号を与えてもよい
。ここで、誤差信号を比較することは平均誤差信号を比較することを含む。 このように、本発明に係る方法とシステムと受信機を用いて、通信チャンネル
のドップラ拡散の推定値を複雑さの少ない方法で与えることができる。
【００１５】 （詳細な説明） 本発明について、本発明の好ましい実施の形態を示す添付の図面を参照して以
下に詳細に説明する。しかし本発明は多くの異なる形で実現可能であって、ここ
に述べる実施の形態に制限されるものではない。これらの実施の形態は、この開
示を十分且つ完全に行うためと本発明の範囲を当業者に完全に伝えるために与え
るものである。同じ番号は全体を通して同じ要素を指す。
【００１６】 図１は本発明に係る送信機Ｔと受信機Ｒを示す。送信機Ｔはデータｄを無線チ
ャンネルｃにより送信する。受信信号ｒは送信データｄと無線チャンネルｃとノ
イズｎの関数である。フラット・フェージング・チャンネルでは ｒ＝ｈ・ｄ＋ｎ （式１） である。上に述べたように、ドップラ拡散を推定し、推定されたドップラ拡散を
用いて受信機の機能を適応させることにより受信機の性能を改善することができ
る。より詳しく述べると、推定されたドップラ拡散を用いれば無線チャンネルｈ
をより正確に推定することができる。受信機内にドップラ拡散推定器を用いるこ
とは、同時継続出願であるLeonid Krasny 他の米国特許出願番号第＿＿＿＿＿＿
号、「ドップラ拡散推定システム(DOPPLER SPREAD ESTIMATION SYSTEM)」、１９
９９年３月２２日出願（文書番号第Ｐ１０３６７−ＲＣＵＲ号および第１２８０
．００１０５号）に述べられている。Krasny 他の出願は本発明の被譲渡人に譲
渡され、Krasny 他の出願の発明者は本出願と共通である。また、Krasny 他の出
願をここで援用する。
【００１７】 本発明に係るドップラ拡散推定器を含む種々の受信機Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃを図２
−４に示す。詳しく述べると、図２の受信機Ｒａは既知のパイロット・シンボル
と共に用いられる。この受信機は、信号ｒを受信するアンテナ２１、無線受信機
および変換器２３ａ、チャンネル推定器２５ａ、ドップラ拡散推定器２７ａ、既
知シンボル・ブロック２９ａ、信号処理プロセッサ３１ａを含む。アンテナ２１
ａは無線信号ｒを受信し、無線受信機および変換器２３ａは受信した無線信号ｒ
を濾波し、増幅し、処理のためにディジタル・サンプルに変換する。より詳しく
述べると、受信した無線信号を処理に適した複素数サンプル値などの形に変換す
る。チャンネル推定器は変換された無線信号を受け、また既知のシンボルを既知
シンボル・ブロック２９ａから受ける。
【００１８】 詳しく述べると、既知シンボル・ブロック２９ａは、チャンネル推定値を計算
するのに用いられる受信信号ｒ内のパイロット・シンボルまたは他の既知の参照
シンボル（同期シンボルなど）を与える。更に、既知シンボル・ブロック２９ａ
は、既知のシンボルを記憶するメモリ、または既知のシンボルを生成する符号発
生器を含む。チャンネル推定値２５ａは受信したディジタル・サンプルと既知の
シンボルとを相関させて、ドップラ拡散推定器２７ａが用いるチャンネルｃの推
定値を与える。ドップラ拡散推定器はチャンネル推定値を用いてドップラ拡散を
推定し、推定されたドップラ拡散を信号処理プロセッサ３１ａに送る。ドップラ
拡散推定器の動作は後で詳細に説明する。信号処理プロセッサ３１ａはサンプリ
ングされた信号を処理して情報を取り出す。また信号処理プロセッサ３１ａはチ
ャンネル推定器２５ａにフィードバックを与えるので、ドップラ拡散推定の後で
チャンネル推定値を改善することができる。
【００１９】 図３の受信機Ｒｂは既知のパイロット・シンボルなしで用いられる。この受信
機は、信号ｒを受信するアンテナ２１ｂ、無線受信機および変換器２３ｂ、チャ
ンネル推定器２５ｂ、ドップラ拡散推定器２７ｂ、シンボル推定器２９ｂ、信号
処理プロセッサ３１ｂを含む。受信機Ｒｂは図２の受信機Ｒａと同様であるが、
異なる点は、図２の受信機で用いられた既知シンボル・ブロック２９ａの代わり
にシンボル推定器２９ｂを用いることである。シンボル推定器２９ｂはシンボル
が分からないアプリケーションで用いることができる。シンボル推定器２９ｂは
、例えば誤差検出および訂正法を用いて、受信シンボルを高い精度で推定するこ
とができる。次に、チャンネル推定器２５ｂはこれらの推定シンボルを用いてチ
ャンネルｈを推定する。後で詳細に説明するように、ドップラ拡散推定器２７ｂ
はチャンネル推定値を用いてドップラ拡散を推定する。
【００２０】 符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）セルラ・システム（例えばＩＳ９５システム）
では、送信機はパイロット符号と呼ぶ既知のシンボルのストリームを送信する。
パイロット符号は、異なる拡散符号を用いる他の情報搬送シンボルと同じチャン
ネルで同時に送信される。図４の受信機ＲｃはかかるＣＤＭＡシステム内でドッ
プラ拡散推定を行う。図４の受信機Ｒｃは既知のパイロット・シンボルと共に用
いられる。この受信機は、信号ｒを受信するアンテナ２１ｃ、無線受信機および
変換器２３ｃ、チャンネル推定器２５ｃ、ドップラ拡散推定器２７ｃ、信号処理
プロセッサ３１ｃを含む。このＣＤＭＡ受信機では、図１の既知シンボル・ブロ
ック２９ａまたは図２のシンボル推定器２９ｂを用いずにチャンネル推定器２５
ｃでチャンネルを直接推定することが可能であり、チャンネル推定値はドップラ
拡散推定に用いられる。
【００２１】 チャンネル推定器２５ｃは加法重畳した既知のパイロット符号と他の符号を含
む受信信号ｒを相関させ、得られる複素相関を濾波してチャンネル推定値を得る
。受信信号は復号すべき他の情報搬送符号と相関させてもよい。情報搬送符号と
の相関の結果に同じ遅れのパイロット符号相関の共役を掛け、その結果を加算し
てマルチパス信号をコヒーレントに結合する。広帯域ＣＤＭＡ（ＷＢＣＤＭＡ）
システムでは変調シンボル間隔が非常に短いので、多重伝播経路を非常に細かな
時間分解度で分解することができる。
【００２２】 図２−４の受信機は、本発明に係るドップラ拡散推定器を含む種々の受信機を
示す。各受信機において、チャンネル推定値はドップラ拡散推定値の計算のため
にドップラ拡散推定器に与えられる。本発明に係るドップラ拡散推定器を含む受
信機は上に述べたチャンネル推定器に限定されるものではなく、当業者が理解す
るようにチャンネル推定値を得るのに任意のチャンネル推定方式を用いてよい。
【００２３】 詳しく述べると、チャンネル推定値はＴＤＭＡタイムスロットにわたるチャン
ネル推定値を、タイムスロット中に受けたデータ・サンプルを表すシンボルを用
いて生成することができる。例えば、図３の受信機Ｒｂはシンボルを推定するシ
ンボル推定器２９６を含む。ドップラ拡散推定器は現在のタイムスロットのチャ
ンネル推定値を用いて現在のタイムスロットのドップラ拡散推定値を計算し、ま
た信号処理プロセッサはこのドップラ拡散推定値を次のタイムスロットの計算（
例えば次のタイムスロットのチャンネル推定値の計算）に用いる。言い換えると
、現在のタイムスロットのドップラ拡散推定値を用いて、その後の計算に用いら
れる信号処理プロセッサ内の長期ドップラ推定値を更新することができる。後で
詳細に説明するように、この長期ドップラ推定値は例えば平均法を用いて更新す
ることができる。
【００２４】 図３を参照して説明したようにシンボル推定器を用いるとき、タイムスロット
のドップラ拡散推定値を計算するのに用いられる推定シンボルに循環冗長チェッ
ク（ＣＲＣ）を行うとよい。循環冗長チェックに合格した場合はチャンネル推定
値は比較的正確なので、得られたドップラ拡散推定値を用いて長期ドップラ推定
値を更新することができる。しかし循環冗長チェックに不合格の場合はチャンネ
ル推定値は信頼できないので、信頼できない可能性のあるチャンネル推定値に基
づくドップラ拡散推定値を用いて長期ドップラ推定値を更新することは望ましく
ない。
【００２５】 次に、図５のドップラ拡散推定器を参照してドップラ拡散推定について詳細に
説明する。ドップラ拡散推定器は、例えば、ＤＡＭＰＳ標準またはＤＡＭＰＳ＋
標準に従って動作する無線電話通信システムの受信機で用いることができる。Ｄ
ＡＭＰＳ＋では、既知のパイロット・シンボルが与えられる。ＤＡＭＰＳにおけ
るマルチパス復調では、循環冗長チェック（ＣＲＣ）に合格した場合は最初のパ
スで復調されたクラス１ビットをパイロット・シンボルとして用いることができ
る。好ましくは、結果の信頼性を高めるためパイロット・スロット間の位相の不
明確さを小さくする。位相の不明確さを解決する方法は、例えばT.Fulghum の「
第２パス復調でのチャンネル内挿 (Channel Interpolation On Second Pass Dem
odulation)」（Tech. Rep. Tr/X 98:1230, Ericsson, RTP, NC, Feb. 22, 1999)
に述べられており、この開示をここで援用する。
【００２６】 パイロット・シンボルが利用可能であり、且つパイロット・シンボル間の位相
の不明確さが許容できるレベルまで小さくなった場合は、自己相関計算機５１は
パイロット・シンボルから得られたチャンネル推定値を用いて自己相関関数 のサンプルを見つけることができる。次に仮説比較器５３を用いて、自己相関関
数のサンプルと、種々のドップラ拡散値の真の自己相関関数の種々の仮説（Ｈ1
，Ｈ2，Ｈ3，．．．，Ｈk）とを比較して、各仮説に対する自己相関関数サンプ
ルの誤差計算値（ｅ1(m)，ｅ2(m)，ｅ3(m)，．．．．，ｅk(m)）を得る。次に平
均器５５を用いて各誤差計算値を複数のスロットにわたって平均して、それぞれ
の複数の平均誤差値（ｅav,1，ｅav,2，ｅav,3，．．．，ｅav,k）を得る。次に
、最小誤差選択器５７により最も低い平均誤差値が得られた仮説に対応するドッ
プラ拡散を選択して、推定ドップラ拡散 を得る。
【００２７】 より詳細に述べると、チャンネル推定値は現在または将来において利用可能な
方法を用いて決定することが可能であり、また種々のドップラ拡散値に対応する
種々の自己相関関数の仮説（Ｈ1，Ｈ2，Ｈ3，．．．，Ｈk）は計算してメモリに
記憶することができる。詳しく述べると、実際の無線チャンネルとこれに対応す
るドップラ拡散値は、基地局に対する種々の移動体端末速度で決定することがで
きるし、また得られる自己相関関数は各速度毎に計算することができる。種々の
速度で測定された無線チャンネルに対応しまた種々のドップラ拡散値に対応する
、種々の自己相関関数の仮説（相関とτとの関係)を図示した例を図６に示す。
【００２８】 それぞれの仮説Ｈkを表す各自己相関関数のサンプルを仮説比較器５３のメモ
リに記憶して、図５に示す仮説Ｈ1，Ｈ2，Ｈ3，．．．，Ｈkを与えることができ
る。例えば、τの種々の値に対応する図６のグラフの各自己相関関数のサンプル
を、図７に示すようにメモリに記憶することができる。図６のグラフには５つの
異なる仮説を示しているが、任意の数を用いることができる。より多くの数（k
）の仮説を用いればドップラ拡散値の推定の精度を高めることができるし、より
少ない数（k)の仮説を用いれば比較的少ない計算と比較的少ないメモリで比較的
複雑でない操作を行うことができる。更に、ドップラ拡散推定の精度の望ましい
レベルに従って、仮説毎に保存するサンプル数zを変えてよい。
【００２９】 周波数誤差を含むチャンネルの自己相関関数の推定は、自己相関推定器５１を
用い、既知のフィールドにわたるチャンネル推定値を用いることにより次のよう
に計算することができる。 この式で、 は周波数誤差を含む推定自己相関関数、 は既知のフィールド（またはパイロット・シンボル）にわたるチャンネル推定値
である。注意すべきであるが、受信信号に周波数誤差があると周波数誤差の量だ
け回転するチャンネル推定値に直接影響を与え、したがって自己相関推定値に影
響を与えることがある。周波数誤差をfeとすると、チャンネル推定値の回転を次
のように計算することができる。 ただし、 は周波数誤差がないときのチャンネル推定値を表す。したがって、周波数誤差を
含む自己相関関数を次のように書き直すことができる。 すなわち、 ただし、 は周波数誤差のない自己相関推定値である。
【００３０】 周波数誤差feは、例えばMorelli 他の文献「フラット・フェージング・チャン
ネルによる送信のための搬送波周波数推定のその後の結果(Further Results In
Carrier Frequency Estimation For Transmissions Over Flat Fading Channels
)」（IEEE Commun. Letters, vol. 2, pp.327-330, Dec. 1998)に述べられてい
る既知の方法を用いて計算することができる。この開示をここで援用する。これ
により周波数誤差の影響をチャンネル推定値の相関から次のように取り除くこと
ができる。 これにより、周波数誤差のない相関推定値と、仮説比較器５３の種々の仮説（Ｈ 1 ，Ｈ2，Ｈ3，．．．，Ｈk）とを比較することができる。
【００３１】 仮説（Ｈ1，Ｈ2，Ｈ3，．．．，Ｈk）は、図６と７に関して上に説明したよう
に決定してメモリに記憶することができる。各仮説に対する自己相関推定値 の誤差ｅk(m)は次式を用いて計算する。 この式で、ｅk(m)は推定自己相関関数と、 （ただしｆdoppler,kはｋ番目のドップラ拡散仮設）で与えられる基準化された
真の自己相関関数ＲH,k(n)のｋ番目の仮説の種々のサンプルとの間のｍ番目のス
ロットに対応する誤差である。誤差項ｅkは平均器５５（フィルタ）で複数のス
ロットにわたって次の式 （ただし、ｅav,kはｋ番目の仮説に対応する平均誤差、Ｍは平均窓の長さ）を用
いて平均される。この例では、誤差を平均するのにブロック平均を用いる。また
は、移動平均またはスライディングウインドウ(sliding window)平均などの他の
平均法を用いてもよい。このように平均することにより、統計的誤差は減少する
。
【００３２】 最小誤差選択器５７は最小の平均誤差ｅav,kを決定して、受信チャンネルの自
己相関関数を最も良く近似する自己相関関数仮説Ｈkを選択する。ドップラ拡散
仮説選択器は選択された自己相関関数仮説に対応するドップラ拡散仮説をドップ
ラ拡散 の推定値として選択する。言い換えると、最小の平均誤差ｅav,1-ｅav,kを用い
て、平均誤差が最小になる自己相関関数仮説を選択し（最小誤差選択器５７で）
、選択された自己相関関数仮説に対応するドップラ拡散仮説を次式に従ってドッ
プラ拡散の推定値として選択する（ドップラ拡散仮説選択器５９で）。
【００３３】 または、周波数誤差を含む自己相関関数を、Morelli 他の文献に説明されてい
るようにして計算してもよい。周波数誤差を見つけて推定自己相関関数から除く
のではなく、ここでは推定自己相関の絶対値を取って次式により包絡線自己相関
関数を得る。 次に、この自己相関関数推定値（周波数誤差なし）の絶対値と、種々のドップラ
拡散値に対応する真の包絡線自己相関関数の種々の仮説とを次式で比較する。 ただし、 前と同様に誤差項を用いて、ドップラ拡散値の推定で最小誤差を与える仮説を決
定する。
【００３４】 ＤＡＭＰＳシステムでは、既知の方法を用いてタイムスロット内の位相の不明
確さを実質的に除くことができる。しかしタイムスロット全体では位相の不明確
さはやはり存在する。本発明では、スロット内の相関を推定して種々の仮説と比
較する。しかしスロット全体の誤差は平均される。
【００３５】 前に説明したように、望ましい精度とドップラ拡散推定器および受信機の複雑
さに従って仮説の数を変えてよい。仮説の数が多いほど精度は高くなるが、より
多くのメモリと計算が必要である。仮説の数が少ないほど用いるメモリと計算は
少なくなるが、ドップラ拡散推定の精度が下がる。
【００３６】 本発明に係るドップラ拡散推定法はこのように比較的高い計算効率で実現され
、結果が優れている。詳しく述べると、包絡線相関関数を用いることにより、周
波数誤差の推定を必要とせずに性能のレベルを他の方法のレベルに近づけること
ができる。
【００３７】 本発明に係るドップラ推定は、例えば次のダウンリンク・スロットと送信書式
（すなわち、ルート・レイズド(root raised)・コサイン・パルス形成を行うπ
／４−ＤＱＰＳＫ、２０ｍｓのＴＤＭＡ、３ユーザのＴＤＭＡフレームの共用）
を用いるＤＡＭＰＳセルラ無線電話システムの文脈で行うことができる。更に、
各ユーザは６．６６７ｍｓのスロット継続時間を持つフレーム中に２度送信する
ことができる。送信媒体はレイリー・フェージング・チャンネルでよく、チャン
ネルはJakeのフェージング・モデルを用いてシミュレートすることができる。単
一アンテナ受信機と１９００ＭＨｚの搬送周波数を用いてよい。
【００３８】 ダウンリンク・ジョイント復調では、望ましい信号と干渉する信号の両方に対
して１つのドップラ拡散を推定するだけでよい。なぜなら、望ましい基地局も干
渉する基地局も固定であり、移動体端末は動いているからである。直接パスはな
いと考えるのでこの仮定は正しい。ドップラ拡散は、多くの場合に望ましいユー
ザである一層強いユーザに対応する情報を用いて推定することができる。
【００３９】 受信機では、理想的な同期位置は既知であると仮定してよく、また受信サンプ
ルを用いてユーザの情報シーケンスをコヒーレントに復調することができる。２
次の自己回帰モデル（ＡＲ−２）を用いるカルマン・ベースのチャンネル推定を
チャンネル追跡に用いてよい。上に説明したように、チャンネル追跡はドップラ
情報に依存する。最初はドップラ情報が分からないので、最初の追跡パラメータ
は１００Ｈｚという比較的高いドップラ拡散に設定してよい。ドップラ拡散推定
値が実際のドップラ拡散に収束するに従って、適応受信機内の追跡パラメータも
変えなければならない。
【００４０】 本発明は方法または装置として実現してよい。更に、本発明は完全にハードウ
エアの形でも、完全にソフトウエアの形でも、またはハードウエアとソフトウエ
アを結合した形でもよい。本発明について、図１−５のブロック図に関して部分
的に説明した。理解されるように、例示の各ブロックとブロックの組み合わせを
コンピュータ・プログラム命令で実現してよい。ステップを表すこれらのプログ
ラム命令をプロセッサに与えて機械を作ってよい。
【００４１】 したがって、ブロック図の各ブロックは、特定の機能を実行する手段と特定の
機能を実行するステップの組み合わせを支援する。理解されるように、例示の各
ブロックとブロックの組み合わせは、特定の機能またはステップを実行する専用
のハードウエア・ベースの装置で、または専用ハードウエアとコンピュータ命令
の組み合わせで実現してよい。
【００４２】 図面と明細書を用いて本発明の一般的な好ましい実施の形態を開示した。特定
の用語を用いたが、それは総称的および記述的な意味で用いたものであって、制
限する目的で用いたものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲に規定されて
いる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る受信機を含む通信システムのブロック図である。
【図２】 本発明に係る受信機のブロック図である。
【図３】 本発明に係る受信機のブロック図である。
【図４】 本発明に係る受信機のブロック図である。
【図５】 本発明に係るドップラ拡散推定器のブロック図である。
【図６】 基地局に対する受信機の種々の速度での無線チャンネルの自己相関関数を示す
グラフである。
【図７】 図６の自己相関関数のサンプルの記憶を示すテーブルである。
───────────────────────────────────────────────────── 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)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 アースラン、フセイン アメリカ合衆国 ノースカロライナ、ダー ラム、 アーロン サークル 600、ナン バー612 Ｆターム(参考） 5K042 AA06 CA02 DA01 DA23 DA24 EA13 5K046 AA05 EE56 5K067 AA02 EE02 GG11 HH21 JJ35 JJ39 LL11

Claims (57)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 通信チャンネルのドップラ拡散を推定する方法であって、 前記通信チャンネルの推定値を与え、 前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数を生成し、 それぞれのドップラ拡散推定値仮説に対応し且つ前記通信チャンネルの推定値
    の自己相関関数に近似する複数の自己相関関数仮説の１つを選択し、 前記選択された自己相関関数仮説に対応する前記ドップラ拡散推定値仮説の１
    つを前記通信チャンネルのドップラ拡散の推定値として選択する、 ことを含む、ドップラ拡散を推定する方法。
  2. 【請求項２】 前記自己相関関数仮説の１つを選択することは前記通信チャ
    ンネルの推定値の自己相関関数と前記複数の各自己相関関数仮説とを比較するこ
    とを含む、請求項１記載のドップラ拡散を推定する方法。
  3. 【請求項３】 前記自己相関関数仮説の１つを選択することは前記通信チャ
    ンネルの推定値の自己相関関数に最も良く近似する前記複数の自己相関関数仮説
    の１つを選択することを含む、請求項１記載のドップラ拡散を推定する方法。
  4. 【請求項４】 前記自己相関関数仮説の１つを選択することは、 複数の自己相関関数仮説にそれぞれ対応し且つ前記それぞれの自己相関関数仮
    説と前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数との差を表す複数の誤差信号を
    生成し、 前記誤差信号を比較して前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数に近似す
    る自己相関関数仮説を選択する、 ことを含む、請求項１記載のドップラ拡散を推定する方法。
  5. 【請求項５】 前記誤差信号を比較することは前記対応する自己相関関数仮
    説と前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数との最小の差を表す誤差信号を
    選ぶことを含む、請求項４記載のドップラ拡散を推定する方法。
  6. 【請求項６】 前記誤差信号を選ぶことは前記誤差信号の最小のものを選ぶ
    ことを含む、請求項５記載のドップラ拡散を推定する方法。
  7. 【請求項７】 前記誤差信号を比較する前に、 前記各誤差信号を平均して平均誤差信号を与え、前記誤差信号を比較すること
    は前記平均誤差信号を比較することを含む、 請求項４記載のドップラ拡散を推定する方法。
  8. 【請求項８】 前記各誤差信号を平均することはブロック平均と移動平均と
    スライディングウインドウ平均のどれかを含む、請求項７記載のドップラ拡散を
    推定する方法。
  9. 【請求項９】 前記複数の各自己相関関数仮説は複数のサンプルを含み、ま
    た前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数は複数のサンプルを含む、請求項
    １記載のドップラ拡散を推定する方法。
  10. 【請求項１０】 前記通信チャンネルは無線チャンネルを含む、請求項１記
    載のドップラ拡散を推定する方法。
  11. 【請求項１１】 前記自己相関関数は複数のサンプルを含み、また前記自己
    相関関数を生成することは前記複数のサンプルの周波数誤差を減らすことを含む
    、請求項１記載のドップラ拡散を推定する方法。
  12. 【請求項１２】 前記通信チャンネルのドップラ拡散の推定値を用いて前記
    通信チャンネルの第２の推定値を与えることを更に含む、請求項１記載のドップ
    ラ拡散を推定する方法。
  13. 【請求項１３】 前記通信チャンネルの推定値を与えることは前記チャンネ
    ル推定値を生成するのに用いられるデータの複数のサンプルを前記通信チャンネ
    ルにより受信することを含み、前記方法は、 前記チャンネル推定値を生成するのに用いられるデータのサンプルに循環冗長
    チェックを行い、 前記データのサンプルが前記循環冗長チェックに合格したとき前記ドップラ拡
    散の推定値で長期ドップラ推定値を更新する、 ことを更に含む、請求項１記載のドップラ拡散を推定する方法。
  14. 【請求項１４】 前記通信チャンネルの推定値を与えることは、 前記通信チャンネルにより複数のパイロット・シンボルを受信し、 前記パイロット・シンボルの間の位相の不明確さを小さくし、 前記不明確さを小さくしたパイロット・シンボルを用いて前記通信チャンネル
    の推定値を与える、 ことを含む、請求項１記載のドップラ拡散を推定する方法。
  15. 【請求項１５】 通信チャンネルのドップラ拡散を推定するドップラ拡散推
    定器であって、 それぞれの複数のドップラ拡散推定値仮説に対応する複数の自己相関関数仮説
    と、 前記通信チャンネルを推定するチャンネル推定器と、 前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数を生成する自己相関発生器と、 前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数に近似する前記自己相関関数の１
    つを選択する自己相関関数仮説テスタと、 前記選択された自己相関関数仮説に対応する前記ドップラ拡散推定値仮説の１
    つを前記通信チャンネルのドップラ拡散の推定値として選択するドップラ拡散仮
    説選択器と、 を含む、ドップラ拡散推定器。
  16. 【請求項１６】 前記仮説テスタは前記通信チャンネルの推定値の自己相関
    関数と前記複数の各自己相関関数仮説とを比較する、請求項１５記載のドップラ
    拡散推定器。
  17. 【請求項１７】 前記仮説テスタは前記通信チャンネルの推定値の自己相関
    関数に最も良く近似する前記複数の自己相関関数の１つを選択する、請求項１５
    記載のドップラ拡散推定器。
  18. 【請求項１８】 前記仮説テスタは前記複数の自己相関関数仮説にそれぞれ
    対応し且つ前記それぞれの自己相関関数仮説と前記通信チャンネルの推定値の自
    己相関関数との差を表す複数の誤差信号を生成し、また前記仮説テスタは前記誤
    差信号を比較して前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数に近似する自己相
    関仮説を選択する、請求項１５記載のドップラ拡散推定器。
  19. 【請求項１９】 前記仮説テスタは前記対応する自己相関関数仮説と前記通
    信チャンネルの推定値の自己相関関数との最小の差を表す誤差信号を選ぶ、請求
    項１８記載のドップラ拡散推定器。
  20. 【請求項２０】 前記仮説テスタは前記誤差信号の最小のものを選ぶ、請求
    項１９記載のドップラ拡散推定器。
  21. 【請求項２１】 前記仮説テスタは前記各誤差信号を平均して平均誤差信号
    を与え、前記仮説テスタは前記平均誤差信号を比較する、請求項１８記載のドッ
    プラ拡散推定器。
  22. 【請求項２２】 前記仮説テスタはブロック平均と移動平均とスライディン
    グウインドウ平均のどれかを用いて前記各誤差信号を平均する、請求項２１記載
    のドップラ拡散推定器。
  23. 【請求項２３】 前記複数の各自己相関関数仮説は複数のサンプルを含み、
    また前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数は複数のサンプルを含む、請求
    項１５記載のドップラ拡散推定器。
  24. 【請求項２４】 前記通信チャンネルは無線チャンネルを含む、請求項１５
    記載のドップラ拡散推定器。
  25. 【請求項２５】 前記自己相関関数は複数のサンプルを含み、また前記自己
    相関関数発生器は前記複数のサンプルの周波数誤差を減らす、請求項１５記載の
    ドップラ拡散推定器。
  26. 【請求項２６】 前記チャンネル推定器は前記通信チャンネルのドップラ拡
    散の推定値を用いて前記通信チャンネルの第２の推定値を与える、請求項１５記
    載のドップラ拡散推定器。
  27. 【請求項２７】 前記通信チャンネル推定器は前記チャンネルを推定するの
    に用いられるデータの複数のサンプルを前記通信チャンネルにより受信し、前記
    チャンネル推定器は用いるデータのサンプルに循環冗長チェックを行って前記チ
    ャンネル推定値を生成し、前記ドップラ拡散推定器は、 長期ドップラ推定器を更に含み、前記データのサンプルが循環冗長チェックに
    合格したとき前記ドップラ拡散の推定値で前記長期ドップラ推定器を更新する、
    請求項１５記載のドップラ拡散推定器。
  28. 【請求項２８】 前記通信チャンネル推定器は前記通信チャンネルにより複
    数のパイロット・シンボルを受信し、前記パイロット・シンボルの間の位相の不
    明確さを小さくし、前記不明確さを小さくしたパイロット・シンボルを用いて前
    記通信チャンネルの推定値を与える、請求項１５記載のドップラ拡散推定器。
  29. 【請求項２９】 通信を受信する方法であって、 遠隔の送信機からのデータを表す信号を通信チャンネルにより受信し、 前記信号を受信するのに用いられる通信チャンネルの推定値を生成し、 前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数を生成し、 複数のそれぞれのドップラ拡散推定値仮説に対応し且つ前記通信チャンネルの
    推定値の自己相関関数に近似する複数の自己相関関数仮説の１つを選択し、 前記選択された自己相関関数仮説に対応する前記ドップラ拡散推定値仮説の１
    つを前記通信チャンネルのドップラ拡散の推定値として選択し、 前記遠隔の送信機が送信したデータの推定値を再生する、 ことを含む、通信を受信する方法。
  30. 【請求項３０】 前記自己相関関数仮説の１つを選択することは前記通信チ
    ャンネルの推定値の自己相関関数と前記複数の各自己相関関数仮説とを比較する
    ことを含む、請求項２９記載の通信を受信する方法。
  31. 【請求項３１】 前記自己相関関数仮説の１つを選択することは前記通信チ
    ャンネルの推定値の自己相関関数に最も良く近似する前記複数の自己相関関数仮
    説の１つを選択することを含む、請求項２９記載の通信を受信する方法。
  32. 【請求項３２】 前記自己相関関数仮説の１つを選択することは、 前記複数の自己相関関数仮説にそれぞれ対応し且つ前記それぞれの自己相関関
    数仮説と前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数との差を表す複数の誤差信
    号を生成し、 前記誤差信号を比較して前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数に近似す
    る自己相関関数仮説を選択する、 ことを含む、請求項２９記載の通信を受信する方法。
  33. 【請求項３３】 前記誤差信号を比較することは前記対応する自己相関関数
    仮説と前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数との最小の差を表す誤差信号
    を選ぶことを含む、請求項３２記載の通信を受信する方法。
  34. 【請求項３４】 前記誤差信号を選ぶことは前記誤差信号の最小のものを選
    ぶことを含む、請求項３３記載の通信を受信する方法。
  35. 【請求項３５】 前記誤差信号を比較する前に、 前記各誤差信号を平均して平均誤差信号を与え、前記誤差信号を比較すること
    は前記平均誤差信号を比較することを含む、 請求項３２記載の信号を受信する方法。
  36. 【請求項３６】 前記各誤差信号を平均することはブロック平均と移動平均
    とスライディングウインドウ平均のどれかを含む、請求項３５記載の信号を受信
    する方法。
  37. 【請求項３７】 前記複数の各自己相関関数仮説は複数のサンプルを含み、
    また前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数は複数のサンプルを含む、請求
    項２９記載の信号を受信する方法。
  38. 【請求項３８】 前記通信チャンネルは無線チャンネルを含む、請求項２９
    記載の信号を受信する方法。
  39. 【請求項３９】 前記自己相関関数は複数のサンプルを含み、また前記自己
    相関関数を生成することは前記複数のサンプルの周波数誤差を減らすことを含む
    、請求項２９記載の信号を受信する方法。
  40. 【請求項４０】 前記通信チャンネルのドップラ拡散の推定値を用いて前記
    通信チャンネルの第２の推定値を与えることを更に含む、請求項２９記載の信号
    を受信する方法。
  41. 【請求項４１】 前記通信チャンネルの推定値を与えることは前記チャンネ
    ル推定値を生成するのに用いられるデータの複数のサンプルを前記通信チャンネ
    ルにより受信することを含み、前記方法は、 前記チャンネル推定値を生成するのに用いられるデータのサンプルに循環冗長
    チェックを行い、 前記データのサンプルが前記循環冗長チェックに合格したとき前記ドップラ拡
    散の推定値で長期ドップラ推定値を更新する、 ことを更に含む、請求項２９記載の信号を受信する方法。
  42. 【請求項４２】 前記遠隔の送信機から受信したデータはパイロット・シン
    ボルを含み、前記通信チャンネルの推定値を生成することは、 前記パイロット・シンボルの間の位相の不明確さを小さくし、 前記不明確さを小さくしたパイロット・シンボルを用いて前記通信チャンネル
    の推定値を与える、 ことを含む、請求項２９記載の信号を受信する方法。
  43. 【請求項４３】 受信機であって、 通信チャンネルにより信号を受信する無線受信機および変換器と、 前記通信チャンネルにより受信した信号に応じて前記通信チャンネルを推定す
    るチャンネル推定器と、 複数のそれぞれのドップラ拡散推定値仮説に対応する複数の自己相関関数仮説
    と、 前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数を生成する自己相関発生器と、 前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数に近似する前記自己相関関数仮説
    の１つを選択する自己相関関数仮説テスタと、 前記選択された自己相関関数仮説に対応する前記ドップラ拡散推定値仮説の１
    つを前記通信チャンネルのドップラ拡散の推定値として選択するドップラ拡散仮
    説推定器と、 を備える受信機。
  44. 【請求項４４】 前記仮説テスタは前記通信チャンネルの推定値の自己相関
    関数と前記複数の各自己相関関数仮説とを比較する、請求項４３記載の受信機。
  45. 【請求項４５】 前記仮説テスタは前記通信チャンネルの推定値の自己相関
    関数に最も良く近似する前記複数の自己相関関数の１つを選択する、請求項４３
    記載の受信機。
  46. 【請求項４６】 前記仮説テスタは前記複数の自己相関関数仮説にそれぞれ
    対応し且つ前記それぞれの自己相関関数仮説と前記通信チャンネルの推定値の自
    己相関関数との差を表す複数の誤差信号を生成し、また前記仮説テスタは前記誤
    差信号を比較して前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数に近似する自己相
    関仮説を選択する、請求項４３記載の受信機。
  47. 【請求項４７】 前記仮説テスタは前記対応する自己相関関数仮説と前記通
    信チャンネルの推定値の自己相関関数との最小の差を表す誤差信号を選ぶ、請求
    項４６記載の受信機。
  48. 【請求項４８】 前記仮説テスタは前記誤差信号の最小のものを選ぶ、請求
    項４７記載の受信機。
  49. 【請求項４９】 前記仮説テスタは前記各誤差信号を平均して平均誤差信号
    を与え、前記仮説テスタは前記平均誤差信号を比較する、請求項４６記載の受信
    機。
  50. 【請求項５０】 前記仮説テスタはブロック平均と移動平均とスライディン
    グウインドウ平均のどれかを用いて前記各誤差信号を平均する、請求項４９記載
    の受信機。
  51. 【請求項５１】 前記複数の各自己相関関数仮説は複数のサンプルを含み、
    また前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数は複数のサンプルを含む、請求
    項４３記載の受信機。
  52. 【請求項５２】 前記ドップラ拡散推定器と前記チャンネル推定器の間を結
    合し且つ前記通信チャンネルのドップラ拡散の推定値に応じて前記チャンネル推
    定器の動作を変更する信号処理プロセッサを更に含む、請求項４３記載の受信機
    。
  53. 【請求項５３】 前記通信チャンネルは無線チャンネルを含む、請求項４３
    記載の受信機。
  54. 【請求項５４】 前記通信チャンネルの推定値の自己相関関数は複数のサン
    プルを含み、また前記自己相関関数発生器は前記複数のサンプルの周波数誤差を
    減らす、請求項４３記載の受信機。
  55. 【請求項５５】 前記チャンネル推定器は前記通信チャンネルのドップラ拡
    散の推定値を用いて前記通信チャンネルの第２の推定値を与える、請求項４３記
    載の受信機。
  56. 【請求項５６】 前記通信チャンネルにより受信した信号は前記チャンネル
    推定器が前記通信チャンネルを推定するのに用いるデータの複数のサンプルを含
    み、また前記チャンネル推定器は用いるデータのサンプルに循環冗長チェックを
    行って前記チャンネル推定値を生成し、前記受信機は、 長期ドップラ推定器を更に含み、前記データのサンプルが循環冗長チェックに
    合格したとき前記ドップラ拡散の推定値で前記長期ドップラ推定器を更新する、
    請求項４３記載の受信機。
  57. 【請求項５７】 前記通信チャンネルにより受信した信号は複数のパイロッ
    ト・シンボルを含み、前記チャンネル推定器は前記パイロット・シンボルの間の
    位相の不明確さを小さくし、また前記チャンネル推定器は前記不明確さを小さく
    したパイロット・シンボルを用いて前記通信チャンネルの推定値を与える、請求
    項４３記載の受信機。
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