JP2003510863A - 通信システムのパフォーマンスを改善するために信号対干渉及び雑音比を正確に予測するシステムおよび方法。 - Google Patents
通信システムのパフォーマンスを改善するために信号対干渉及び雑音比を正確に予測するシステムおよび方法。Info
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- Y02D30/50—Reducing energy consumption in communication networks in wire-line communication networks, e.g. low power modes or reduced link rate
Abstract
Description
通信システムにおけるデータレート制御を確立するために、受信信号の、信号対
干渉及び雑音比(SINR)を予測するためのシステムに関する。
求の厳しい分野において使用されている。加えて、ワイヤレス通信システムは、
オフィス通信網やインターネット応用においてコンピュータデータを転送するの
に用いられる場合が多くなっている。そのような応用では、電気的な変化が激し
く雑音の多い環境において効率良く動作するとともに、高いデータ転送レートを
実現できる、効率の良い信頼性の高い通信システムが要求される。
の移動局(例えば、セルラ電話あるいはワイヤレス電話)によって特徴付けられ
る。基地局から移動局への通信リンクは、フォワードリンクである。移動局から
基地局への通信リンクはリバースリンクである。
局(MSC)へと中継される。ついでMSCはその信号を公衆交換電話網(PS
TN)あるいは他の移動局に送る。同様にして、信号はしばしば、基地局及び移
動交換局を介して公衆交換電話網から移動局へと送信される。各基地局はセル、
すなわち、移動局が基地局を介して通信する領域を統括する。
して送信された後、受信器により受信され、復調され、復号される。符号分割多
元接続(CDMA)セルラ通信網などの多くの現代の通信システムにおいて、情
報は、チャネル雑音、容量、データの安全性を考慮してデジタル的に符号化され
る。畳み込み符号器やターボ符号器はしばしば情報の符号化を行なう。
トを、入力シーケンスとそれ自身あるいは他の信号との畳み込みに基づいて、符
号語に変換する。符号レート及び生成多項式が畳み込み符号を規定するのに使用
される。ビタビ復号器と組み合わせたデータの畳み込み符号化は、データの誤り
訂正符号化及び復号を提供するための既知の技術である。ターボ符号器は、畳み
込み符号などの2つまたはそれ以上の組織符号のシリアルまたはパラレル連結で
ある、ターボ符号を使用する。
)が普通である。移動通信システムにおける送信器及び受信器間の通信リンクは
、フェージングチャネルである。フェージング通信システムの例として、航空機
に搭載された送信器と地上の自動車に搭載された受信器を有する移動衛星通信シ
ステム、セルラ電話システム、地上のマイクロ波システムがある。フェージング
チャネルは品質の低下が大きいチャネルである。品質の低下は、マルチパスフェ
ージングすなわち、地表及び大気中に存在する物体及び構造からの送信信号の反
射による多数のパスを介した受信に起因する極度の減衰を含む多くの原因による
ものである。フェージングのあるチャネルの損傷に寄与する他の原因は、送信器
に関して受信器が移動することによるドプラシフトと付加的な雑音を含む。
に変換される。情報信号の変換あるいは変調は、結果的に変調される搬送波のス
ペクトルがチャネル帯域内に入るように、情報信号を基礎として搬送波のパラメ
ータを変化させることを含む。ユーザ端末において、元のメッセージ信号は、チ
ャネルを介した伝播に続いて受信される変調搬送波のバージョンから複製される
。そのような複製は概して、送信元の送信器によって使用される変調方法の逆の
方法を使用することにより達成される。
対して同時に割り当てられる。各ユーザは、全体の周波数割り当てを占有する雑
音のような、広帯域信号を使用する。符号器は、全体の周波数割り当てをうまく
利用するために、各送信フレーム内で必要な余剰データの符号化を行なうととも
に、フレームごとに可変レートの送信を行なう。
ータを送信させることにより最大化される。これは、各ユーザの送信はCDMA
システムにおける増大する干渉に寄与するからである。当該ユーザに対するサー
ビスの品質を低下させないで、各ユーザの容量に関する負荷を低減する大変効果
的な手段は、可変レート送信である。可変レート通信チャネルを使用すれば、送
信するのに値する会話がない場合には不必要な送信を止めることによって相互の
干渉を低減することが可能となる。
ンクを各ユーザに保証するために、概してパワー制御がCDMAシステムにおい
て採用されている。ボコーダは、米国特許5414796号(5月9日発行、名
称:可変レートボコーダ)に記載された技術を使用して、音声データに対する可
変レートの送信元符号化を提供できる。ボコーダがあるレートで一連の情報ビッ
トをいったん生成したならば、パワー制御は、当該レートを信頼性をもって支持
するために可能な限り少ないパワーで送信するようにユーザを調整しようとする
。パワー制御は、全体の干渉に対する各ユーザの寄与を抑制することによって、
使用できるユーザの数を最大化するという意味において、CDMA音声システム
の最大容量を達成する。
、データパケットを送信するのに要する送信遅延と、システムの平均スループッ
ト率である。送信遅延はデータ通信システムの品質を測定するのに重要なものさ
しである。平均スループット率は、通信システムのデータ送信容量の効率の良さ
に関する測定値である。データ通信システムにおける上記のパラメータを最適化
するために、パワー制御の代わりに、レート制御が概して用いられる。音声及び
データ通信システム間の上記の相違は、以下に説明する、音声及びデータ通信間
の異なる特徴により、良く理解することができる。
を課することである。概して、音声フレームの一方向全体の遅延は、100ミリ
秒以内でなければならない。これとは対照的に、データ遅延は、データ通信シス
テムの効率の良さを最適化するのに用いられる可変パラメータになる。特に、音
声サービスにおいて許容される遅延よりもはるかに大きな遅延を要求するより効
率の良い誤り訂正符号化技術が使用されている。データに対する効率の良い符号
化方法の例は、米国特許出願NO.08/743688(名称:畳み込み符号化
された符号語を復号するためのソフト判定出力符号器、1996年11月6日出
願、本発明の譲り受け人に譲渡され、ここに参考文献として含まれている)に開
示されている。
対して固定の同じレベルのサービス(GOS)が要求されることである。概して
、音声サービスを提供するデジタルシステムでは、このことがすべてのユーザに
対する固定で均一な送信レートと、音声フレームのエラーレートに対して最大許
容値ということになる。これとは対照的に、データサービスでは、GOSはユー
ザにより異なっており、データ通信システムの全体の効率を増大するのに最適化
されたパラメータである。データ通信システムのGOSは、所定量のデータにお
いて引き起こされる全体遅延として概して定義されるものであり、以下ではデー
タパケットと呼ぶ。
A通信システムにおいて、ソフトハンドオフにより提供される信頼性のある通信
リンクが要求されることである。ソフトハンドオフは、信頼性を改善するために
2あるいはそれ以上の基地局からの余剰送信となる。しかしながら、この付加的
な信頼性は、エラー状態で受信されたデータパケットは再送されるので、データ
送信では不要である。データサービスの場合、ソフトハンドオフを支持するのに
用いられる送信パワーは、付加的なデータを送信するのにより効率良く使用され
る。デジタルデータのワイヤレス送信に最適化した方法及び装置は、米国特許出
願NO.08/963386号(名称:高レートのパケットデータ送信のための
方法及び装置、本発明の譲受人に譲渡されており、ここに参考文献として含まれ
ている)に記載されている。
設計されたデータ通信システムは、最善のサービスを提供する基地局から、ユー
ザが信頼性をもって支持できる高データレートRbで、各ユーザにサービスを提
供することを企てる。上記の結論は、米国特許出願NO.08/963386号
(名称:高レートのパケットデータ送信のための方法及び装置、本発明の譲受人
に譲渡されており、ここに参考文献として含まれている)に記載されている。上
記の結論の結果として、現代の高データレート(HDR)システムでは、基地局
は各タイムスロットで一人のユーザのみに常に最大のパワーで送信し、ユーザが
信頼性を持って受信できる最大のレートを調整するべくパワー制御を使用する。
データ通信の特徴として、スループットはリバースリンクよりもフォワードリン
クに対してより重要である。
プとを含む。内部ループは、次のパケットの平均SINRと、全てのデータレー
トのSINRしきい値との相違に基づいて、フォワードリンクデータレートを制
御する。外部ループは、フォワードリンクPERに基づいてデータレートのSI
NRしきい値を調整する。便宜のために、パケットの平均SINRとすべてのデ
ータレートのSINRしきい値とはそれぞれパケットSINR及びSINRしき
い値と呼ぶことにする。
ャネル統計によって決定される。SINRしきい値は比較的小さい変化でゆっく
りと変化することが期待され、PERを基礎とするトラッキングループは良好な
パフォーマンスを獲得する。外部ループがどのようにしてなされるかについての
さらなる詳細と解析はこの研究の範囲外である。
プアルゴリズムの設計に焦点をあてる。内部ループの内部の中心となる技術は、
チャネル予測である。
ータレートを支持し、各データレートは1,2,4,8,16スロットに関連し
た決定的パケット長に対応する。ある種のパケット長は多数のレートを支持する
。概して、より高いレートはより短いパケット長に関連する。
体は予測とSINRしきい値とを比較してより高いレートを要求する。便宜のた
めに、所定のパケット長に対する次のパケットSINRは単に予測と呼ぶことに
する。
スリンクレート制御(DRC)チャネルを介してBSに送られる。BSは公平か
つ効率的な優先度アルゴリズムに従って、フォワードリンクトラフィックパケッ
トを管理するスケジューラを含む。スケジューラがいったん移動体に対するサー
ビスを決定したのなら、当該移動体はDRCチャネルを介して要求したレートで
サービスを受ける(BSが十分な情報ビットをもたないのならば、実際のレート
はより低いものとなる)。
調整する。この調整は、前のパケットによりチャネルについて提供された情報に
応答して、次のパケットに対して実行される。基地局が不十分あるいは過剰なデ
ータレートで同時送信する場合は、チャネルスループットが減少するか、通信網
資源の使用を有効に活用していないことになる。
急激に変化する。以前に送信されたパケットに好適するデータレートは、続いて
送信されるパケットには適していないことがある。1つのパケットの送信と次の
パケットに対するデータレート供給メッセージの生成及び送信との間の遅延は、
特にチャネルが雑音あるいは他の干渉の急激な変動により特徴付けられる場合に
は、チャネルスループットを減少させてしまう。
するレート制御信号の適用との間に発生する変化するSINRに対処する通信シ
ステムスループットを最大化するための効率的なシステム及び方法に対するニー
ズが当業界において存在する。変化するSINRに従って送信信号のデータレー
トを調整するためのシステム及び方法に対するさらなるニーズが存在する。
システムにより満たされる。例示的な実施形態において、新規性のあるシステム
がワイヤレス通信システムにおいて使用され、外部送信器を介してチャネルを横
断して送信される信号を受信するための第1の機構を含む。第2の機構は、受信
した信号に基づいて、信号対干渉雑音比の一連の推定を生成する。第3の機構は
、一連の推定の要素間の関係を決定する。第4の機構は、次に受信する信号のた
めの信号対干渉雑音比の予測を提供する。
予測に基づいてデータレートメッセージを生成するための機構を含む。送信器は
外部送信器に対してデータレート要求メッセージを送信する。外部送信器は、デ
ータレート要求メッセージを受信し、それに対する応答において信号の送信レー
トを調整するためのレート制御回路を含む。
素の平均に基づいている。第3の機構は前記平均を算出するためのフィルタバン
クを含む。フィルタバンクにおける各フィルタに関連する伝達関数のインパルス
応答は、異なるフェージング環境に対して適合される。異なるフェージング環境
は、急激に移動するシステムに関連した1つの環境と、ゆっくりと移動するシス
テムに関連した第2の環境と、中間の速度で移動するシステムに関連した第3の
システムを含む。
けるフィルタのうちの1つのフィルタからの出力を選択する。選択された出力は
、現在のフェージング環境に最も適した伝達関数をもつフィルタに関連する。現
在の特定された環境において、最大の出力が、最も小さいエラーの標準偏差に基
づいてフィルタバンクの出力から選択される。結果的に得られる、信号対干渉雑
音比の正確な予測は、正確なレート要求の生成を確立する。
、本発明はそれらに限定されない。当業界で通常の知識をもち、かつここで提供
される教義をアクセスできる者は、さらなる変更、応用、実施形態を発明の範囲
内で認識でき、本発明が重要な利用価値を持つさらなる分野を認識できるであろ
う。
に送信するために、概して2つの方法のうちの1つを使用する。その方法は、パ
イロットあるいは基準シンボルに関連する方法と、パイロットチャネルに関連す
る方法を含む。パイロットシンボルに関連する方法では、既知のシンボルで構成
されるパイロット信号は擬似ノイズ(PN)シーケンスによって拡散され、1つ
あるいはそれ以上の移動局へ送信する準備するべく同じPNシーケンスによって
拡散されたデータシーケンスに挿入される。パイロットチャネルに関連した方法
では、パイロット信号とデータ信号とは2つの異なるPNシーケンスにより拡散
され、その後加算されて送信される。
信システム送信器10のブロック図である。システム10は、CDMA移動局を
表わしている。送信器システム10により受信された信号は、基地局(図示せず
)及びシステム10間のフォワード通信リンクを介して受信される。送信器シス
テム10により送信された信号は、送信器システム10から関連する基地局にリ
バース通信リンクを介して送信される。
生回路、マイクロホン、スピーカなどは省略されている。当業者は多くの実験を
することなしに付加的な回路を用意に実装できる。
接続されたアンテナ14を含む。デュプレクサ16は、(左から右に)受信増幅
器18、無線周波数(RF)/中間周波数(IF)変換ミキサ20、受信帯域フ
ィルタ22、受信自動ゲインコントロール回路26、IFからベースバンドへの
変換回路26を含む受信パスに接続されている。IF/ベースバンド変換回路2
6は、ベースバンドコンピュータ28内の逆拡散/再生回路64でベースバンド
コンピュータ28に接続されている。
信帯域フィルタ34、送信AGC36、ベースバンド/IF変換回路38を含む
送信パス66に接続されている。送信ベースバンド/IF変換回路38は符号器
40でベースバンドコンピュータ28に接続されている。
NR回路66とパス重み付け及び合成回路42に接続されている。SINR回路
64の出力は、SINR予測器12、LLR回路46、パス重み付け及び合成回
路42に接続されている。
る。log-likelihood ratio(LLR)回路46は、現在の特定された実施形態に
おけるターボ復号器である復号器48の入力に接続されている。LLR回路46
の入力はパス重み付け及び合成回路42の出力に接続されている。復号器48の
出力は制御器50の入力に接続されている。制御器50はレート要求生成回路4
4及び符号器40の入力に接続されている。
プレクサ16は、送信RF信号54からの受信RF信号52の分離を確立する。
れて受信増幅器18により増幅され、RF/IF変換ミキサ20を介して中間周
波数に混合され、帯域フィルタ22によりフィルタリングされ、受信AGC24
によりそのゲインが調整され、IF/ベースバンド回路26を介してデジタルベ
ースバンド信号56に変換される。デジタルベースバンド信号56は次にデジタ
ルベースバンドコンピュータ28に入力される。
SK)拡散及び逆拡散技術の使用に適しており、デジタルベースバンド信号56
は、同相(I)信号成分と直交(Q)信号成分を含む直交振幅変調(QAM)信
号である。I及びQベースバンド信号56は、基地局において使用される送信器
などのCDMA遠隔通信送信器から送信されるパイロット信号及びデータ信号を
表わす。
ベースバンド/IF変換回路38を介してアナログ信号に変換され、IF信号に
混合され、送信帯域フィルタ34によりフィルタリングされ、IF/RF変換ミ
キサ32によりRFまで混合され、送信増幅器30により増幅され、デュプレク
サ16及びアンテナ14を介して送信される。
タ28に接続されている。デジタルベースバンドコンピュータ28は受信したベ
ースバンド信号56を処理してデジタルベースバンドコンピュータ出力信号58
を出力する。ベースバンドコンピュータ28は信号/データ変換及び/あるいは
データ/信号変換などの機能を含む。
、ミキサ、加算器、フィルタ、シフタ、局部オシレータなどの(図示せぬ)種々
の構成要素を含む。ベースバンドコンピュータ出力信号58は、互いに90度位
相がずれた同相(I)及び直交(Q)信号成分を含む。出力信号58は、アナロ
グベースバンド/IF変換回路38内のデジタル/アナログ変換器(DAC)(
図示せず)に入力され、そこでアナログ信号に変換された後、混合の準備として
低域通過フィルタ(図示せず)によりフィルタリングされる。出力信号58の位
相は、ベースバンド/IF回路38内の90度シフタ(図示せず)、ベースバン
ド/IF変換ミキサ(図示せず)、加算器(図示せず)により、それぞれ調整さ
れ、混合され、加算される。
のゲインが、送信帯域フィルタ34によるフィルタリング、IF/送信変換ミキ
サ32を介してのRFまでの混合、送信増幅器20を介しての増幅、デュプレク
サ16及びアンテナ14を介しての無線送信の準備のために調整される。
デジタル変換器(DAC)、発振器、ミキサなどの回路(図示せず)を含む。受
信AGC回路24から出力されたゲイン調整信号は、IF/ベースバンド変換回
路26に送られた後、混合回路を介してベースバンドと混合され、その後、アナ
ログデジタル変換器(ADC)(図示せず)を介してデジタル信号に変換される
。
合機能を確立するために、第1の発振器61を介して提供された発振器信号を使
用する。受信RF/IF変換ミキサ20と送信IF/RF変換ミキサ32とは、
第2の発振器62から入力された発振器信号を使用する。第1及び第2の発振器
60及び62はそれぞれ、マスタ基準発振器信号(図示せず)から出力信号を引
き出す位相同期ループとして実装される。
脱しないで使用可能であることを認識するであろう。増幅器18及び30、ミキ
サ20及び32、フィルタ22及び34、AGC回路24及び36、そして周波
数変換回路26及び38は標準の構成要素であり、当業界で通常の知識をもち、
現在の教義にアクセス可能な者により容易に構成される。
再生回路64に入力され、そこで、パイロット信号を具備するパイロットチャネ
ルと、データ信号を具備するデータチャネルとが受信I及びQ信号56から抽出
される。パイロットチャネル及びデータチャネルは、逆拡散/再生回路64から
、SINR回路66及びパス重み付け及び合成回路42に供給される。
R信号をSINR予測器12及びLLR回路46に出力する。SINR回路66
はまた、干渉エネルギの逆数(1/Nt)をパス重み付け及び合成回路42に出
力する。
及び再生データチャネル信号は復号器48に供給されて復号され、制御器50に
送られる。制御器50において、復号された信号は、出力音声あるいはデータに
処理されるかあるいは、関連する基地局(図示せず)に転送するためにリバース
リンク信号を生成するために処理される。
信号のマルチパス成分に対して最適な比のパス合成重みを計算し、適当なパスを
重み付けし、マルチパスを合成し、加算かつ重み付けされたパスをメトリックと
してLLR回路46に供給する。
パス重み付け及び合成回路42からのメトリックと、SINR回路66により供
給されたSINR推定とを使用する。好ましい実施形態では、LLR回路46は
、共に係属中の米国特許出願NO.09/311793号(1999年5月13
日出願、名称:パイロット支持コヒーレント復調を介してターボ符号化信号の正
確な復調を実行するためのシステム及び方法、本発明の譲受人に譲渡され、ここ
に参考文献として含まれている)の教義に従って構成される。
8に供給される。制御器50は次に、スピーカあるいは他の装置(図示せず)を
介して音声あるいはデータを出力するために、復号されたデータチャネル信号を
処理する。制御器50はまた、送信の準備のために、入力装置(図示せず)から
符号器40への音声信号及びデータ信号の送信を制御する。
のパケットに対する予測SINR値に基づいて、レート制御メッセージを発生す
る。SINR予測器12は、レート要求発生回路44が正確なレート制御メッセ
ージを提供するのを可能にする、SINR予測を確立するために(以下により詳
細に議論する)フィルタバンクを使用する。
較する。レート要求発生回路44は、種々のしきい値に関して予測SINR信号
の相対大きさに基いて、レート制御要求メッセージを生成する。レート要求発生
回路44の詳細は特定用途に使用され、特定の応用へのニーズに合わせて当業者
によって容易に決定かつ実装される。
ジ、すなわちレート要求メッセ−ジを提供する。制御器50は、符号器40を介
して符号化し、送信パス66、デュプレクサ16及びアンテナ14によりデータ
要求チャネル(DRC)を介して最終的に関連する基地局(図示せず)に送信す
るべくレート要求メッセージを準備する。基地局がレート要求メッセージを受信
するとき、基地局はこれに相応して送信された信号のレートを調整する。
ルギNt推定は、レート要求発生回路44のパフォーマンスを改善し、復号器4
8のパフォーマンスを改善し、それによって、送信器システム10及び関連する
遠隔通信システムのスループット及び効率を改善する。
路66は、共に係属中の米国特許出願NO.09/310053号(1999年
5月11日出願、名称:ワイヤレス通信システムにおける使用のための受信信号
干渉の正確な推定を提供するためのシステム及び方法、本発明の譲受人に譲渡さ
れ、ここに参考文献として含まれている)の教義に従って構成される。
の場合、送信器10は、制御器50上で動作するソフトウェアに組み込まれたレ
ートおよびパワー調整機能を含む。適切なソフトウェアは、当業界で通常の知識
をもち、かつ本発明の教義にアクセスする者によって容易に構成される。
対してSINR予測を提供するが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することな
しに、SINR予測がパワー制御回路などの他のタイプの回路によって使用され
ることを認識するであろう。
予測器12は、入力として図1のSINR回路66からSINRサンプルを受信
するスライディングウインドウ平均化フィルタ70を含む。SINRはデシベル
コンバータをサンプルし、フィルタ70はまた、入力としてSINRサンプルを
受信する。
接続されている。デシベルコンバータ74の出力は、高速フェージングSINR
予測器76の入力、低速フェージングSINR予測器78の入力、ホールド予測
器80の入力に並列に接続されている。高速フェージングSINR予測器76及
び低速フェージングSINR予測器78及びホールド予測器80の出力は、予測
器セレクタ82に接続されている。高速フェージングSINR予測器76の他の
出力は、低速フェージングSINR予測器78の入力とホールド予測器80の入
力とに並列に接続されている。SINRサンプルデシベルコンバータ及びフィル
タ72の出力は、低速フェージングSINR予測器78の入力及びホールド予測
器80の入力に並列に接続されている。
ィルタ72は、図1のSINR回路66からSINRサンプルを受信する。平均
化フィルタ70は所定数のサンプルについて受信SINRサンプルの平均を計算
する。所定数のサンプルは特定用途向けであり、特定の応用へのニーズに合わせ
るべく、当業者により容易に決定される。
シベルコンバータ74を介してデシベルスケールに変換される。フィルタリング
されたデシベルスケールのSINRサンプルは次に、高速フェージングSINR
予測器76と、低速フェージングSINR予測器78と、ホールド予測器80と
に並列に供給される。
サンプルをフィルタリングして出力としてSINRサンプルのデシベル値を生成
する。このとき、デシベル値の平均はゼロに調整される。SINRサンプルデシ
ベルコンバータ及びフィルタ72は特定用途向けであり、当業者により容易に決
定される。変換されフィルタリングされたサンプルは低速フェージングSINR
予測器78とホールド予測器80に供給される。
ルド予測器80は、フィルタバンクを形成する。高速フェージング信号の環境に
おいて、高速フェージングSINR予測器76は、最も小さい標準偏差の予測誤
差を出力として生成するように設計される。同様にして、低速フェージング信号
の環境では、低速フェージングSINR78は、最も小さい標準偏差の予測誤差
を出力として生成する。そして中間フェージング信号の環境の間は、ホールド予
測器80は最も小さい標準変化の予測誤差を出力として生成する。
ージング信号の環境を最も良く表わす最も小さい標準偏差の予測誤差値を持つ信
号を選択する。選択された予測は、当業者により容易に実装される予測セレクタ
82から出力される。SINR予測器76,78,80の出力は、以下により詳
細に議論するように、SINR予測のオーバシュートを防止するべく所定の因数
によりバックオフ(back-off)される。
関数係数をもつ単一のフィルタが、本発明の範囲から逸脱することなしに、SI
NRフィルタ76、78、80を具備するフィルタバンクの代わりに用いられる
ことを認識するであろう。加えて、本発明の範囲から逸脱することなしに、異な
るフィルタ係数及び/または付加的なフィルタが使用されるであろう。
er)フィルタのふるまいを模倣するべく設計される。
含み、y(n)=x(n)+w(n)である。ここで、nはサンプル数である。
所望の信号は常にx(n)の線形関数であり、y(n)から予測可能である。本
実施形態では、x(n)はSINRサンプルを表わす。
の信号d(n+D)はy(n)に先立つDサンプルである。ここでDは所定の数
であり、本実施形態では5サンプルよりも大きいか或いはそれに等しい。
フィルタであることは公知である。
である。異なるパケット長は異なる所望の信号に対応する。図1の送信器10は
、5つの異なるパケットサイズ(1,2,4,8,16のスロットパケット)に
対して予測を行なう。各半スロットごとに更新されるパスが組み合わされたSI
NR推定を受信したときに、図1の送信器10(移動局に対応する)は、それぞ
れ、(1,2,4,8,16)スロットのパケットサイズに対応して予測器12
を5回動作させる。すなわち、予測器12は、予測遅延及びフィルタ係数のよう
な異なる値のパラメータをもつ5つの異なるパケット長に対して5回、図3に示
す処理を更新する。
INR予測のためのより詳細なブロック図である。SINRサンプルデシベルコ
ンバータ及びフィルタ72は、第1のデシベルコンバータ90を含み、それの入
力は図1のSINR回路66からSINRサンプルを受信し、それの出力は減算
器92の正の端子と、フィルタ(F1)96の入力とに接続されている。フィル
タ96の出力は第1の減算器92の負の端子に接続されている。
SINRサンプルをデシベルコンバータ90を介してデシベルスケールに変換し
、第1のフィルタ96を介してデシベル信号をフィルタリングする。フィルタリ
ングされたデシベルサンプルは、デシベルコンバータ90から出力されたデシベ
ルサンプルから減算される。SINRサンプルデシベルコンバータ及びフィルタ
72の出力は、以下の式により表現される。
出力サンプルを表わし、u(n)はデシベルコンバータ90から出力されるデシ
ベルスケールサンプルを表わし、mu(n)は、第1のフィルタ96から出力さ
れるデシベルスケールサンプルの平均を表わす。
、特定の応用へのニーズに適合するべく当業者によって容易に決定される。
ウインドウ平均化フィルタ70に入力される。平均化フィルタ70は、Lサンプ
ルに渡るSINRサンプルの平均を計算する。ここでLは所定のパケット長を表
わす。
法に従ってデシベルスケールに変換するフィルタ出力デシベルコンバータ74に
接続されている。所望の信号を表わすデシベル値は、高速フェージングSINR
予測器76、低速フェージングSINR予測器78、ホールド予測器80に入力
される。
コンバータ74の出力は、第2の減算器106の負の端子に接続されている。デ
シベルコンバータ74の出力は、フィルタ(F3 )100に接続されている。フ
ィルタ100の出力は、第1の遅延102、第1のバックオフ回路104、そし
てホールド予測器80及び低速フェージングSINR予測器78内の第1の加算
器120、第2の加算器150にそれぞれ接続されている。第1のバックオフ回
路104の出力は、予測セレクタ82の入力に接続されている。第2の減算器回
路106の第2の入力は、第1の遅延102の出力に接続されている。第2の減
算器回路106の出力は、第1のフィルタ(F4 )112の入力に接続された出
力を持つ第1の二乗回路108に接続されている。フィルタ112の出力は、第
1の平方根回路114の入力に接続されている。第1の平方根回路114の出力
は第1のバックオフ回路104の入力に接続されている。
び第2の減算器106の負の端子で、フィルタ出力デシベルコンバータ74から
のデシベルスケールサンプルを受信する。 フィルタ(F3)100は、デシベル
値の長期平均を計算し、以下の式により表現される。
長期平均であり、未来のDサンプルである、平均SINR予測d1 ^(n+D)
を表わす。ここで、Dは所定のパケット長に基づく所定の遅延、αはフィルタ1
00の伝達関数(F3 )の所定の係数、d(n)はデシベルコンバータ74から
の現在の出力であり、md (n−1)は1サンプル前の長期平均である。フィル
タ100の伝達関数F3 は、以下の式により表現される。
へのニーズに合わせるために当業者によって容易に決定される。
介してDサンプルだけ遅延されて、第2の減算器106の負の端子に供給される
。第2の減算器は、長期平均md (n)からフィルタ出力デシベルコンバータ7
4からのd(n)出力を減算し、それに応答して予測誤差信号e1 (n)を提供
する。エラー信号e1 (n)は二乗回路108及び第1のフィルタF4 112に
よりそれぞれ、二乗かつフィルタリングされる。第1のフィルタF4 112は、
以下の式により表現される伝達関数F4 (z)をもつ無限インパルス応答(II
R)フィルタである。
に入力されて、誤差信号e1 (n)の二乗平均平方根(rmse1 )が計算され
る。二乗平均平方根誤差rmse1 は第1のバックオフ回路104に供給され、
そこで、rmse1 は所定の定数K1 により乗算される。K1 に対する正確な値
は特定用途向けであり、定数あるいは、他の回路(図示せず)あるいはソフトウ
ェアルーチンにより、変化する信号の環境に従って動的に更新される。
se1(n−1)は、第1のフィルタF4 からの1サンプル前の出力を表わす。
予測d1 ^(n+D)をk1 *rmse1 だけ減らす。減らされた第1の予測は
d1 ^(n+D)と表わされ、以下の式により表現される。
ージングSINR予測器76の構成と類似している。しかしながら、低速フェー
ジングSINR予測器78は付加的なフィルタF2 116と第1の加算器150
を含む。ホールド予測器80は付加的なホールドフィルタ118と第2の加算器
120を含む。第1の加算器150及び第2の加算器120は高速フェージング
SINR予測器76のフィルタF3 からの長期平均md (n)出力を受信する。
の減算器122、第2の二乗回路124、第2のフィルタF4 128、第2の平
方根回路130、フィルタF2 116、第1の加算器150、第2の遅延132
、第2のバックオフ回路134を含む。
ィルタ72からの出力をフィルタリングする。第2のフィルタF2 116の伝達
関数F2 (z)は、以下の式により表現される。
+D)は、以下の式により表現される。
プルだけ遅延された出力d0 ^(n+D)である。μ0 (n)はSINRサンプ
ルデシベルコンバータ及びフィルタ72の出力である。
150の端子に入力されて、高速フェージングSINR予測器76から供給され
る長期平均md (n)の出力を加算する。結果として得られる和は、d2 ^(n
+D)として表現され、以下の式により表現される。
及び第2のバックオフ回路134に並列に入力される。遅延132は第1の加算
器150の出力をDだけ遅延するとともに、その結果を第3の減算器122の正
の端子に供給する。第3の減算器は、以下の式により記載される第2の誤差信号
をe2 (n)を獲得するべく、遅延結果からフィルタ出力デシベルコンバータ7
4の出力を減算する。
132の出力である。d(n)はフィルタ出力デシベルコンバータ74の出力で
ある。
2のフィルタF4128によりフィルタリングされる。第2のフィルタF4 12
8の伝達関数は式(5)により記載したとおりである。フィルタF4 128の出
力の平方根は第2の平方根回路130により計算され、次の出力を得る。
誤差mse2 (n−1)は、1つのサンプルにより遅延された第2のフィルタF 4 128の出力である。他の変数及び定数は上記した通りである。
、その結果は、以下の出力を得るべく第1の加算器150の出力から減算される
。
力d2’(+D)は予測セレクタ82に供給される。
k2 は、第1のバックオフ回路104及び第3のバックオフ回路148において
使用された因数k1 及びk3 に等しいものであり、本発明の範囲から逸脱するこ
と無しに動的に変更可能である。
6、第3の二乗回路138、第3のフィルタF4 142、第3の二乗平方根回路
144、第3の遅延回路146、ホールドフィルタ回路118、第2の加算器1
20、第3のバックオフ回路148を含む。
かあるいはそれに等しいときにのみ使用される。ホールド予測器80は、パケッ
ト長が2スロット以下かあるいはそれに等しいときを決定して、ホールド予測器
80の出力を選択的に能動にする回路(図示せず)によって選択的に駆動される
。
タ及びフィルタ72の出力をフィルタリングし、その結果を第2の加算器120
の端子に供給する。第2の加算器120は高速フェージングSINR予測器76
のフィルタ100の出力md (n)を加算する。加算器120の出力は次の式に
より表現される。
n)はSINRサンプルデシベルコンバータ及びフィルタ72の出力である。
って、d^3 (n)が得られる。フィルタ出力デシベルコンバータ74の出力は
次に遅延されたサンプルd^3 (n)から減算され、これによって次の式により
表現される第3の誤差信号e3 (n)が得られる。
路144は、以下の式により表現される誤差信号e3 (n)の二乗平均平方根誤
差信号rmse3 (n)を計算する。
フィルタF4 142の出力であり、他の定数及び変数は上記した通りである。第
3のフィルタF4 142の伝達関数は式(5)の通りである。
を介して所定の定数k3 により乗算される。その結果は、第2の加算器120の
出力d^3 (n+D)から減算され、これにより、以下の式が得られる。
測セレクタ回路82に供給される。
る最後の予測として選択する。1あるいは2のスロットパケットの場合は、予測
セレクタ82は、高速フェージング予測器76、定速フェージング予測器78、
ホールド予測器80から選択する。4,8,16のスロットパケットの場合には
、予測セレクタ82は、高速フィルタ76と定速フェージングフィルタ78から
選択する。
で、Dは所定のパケット長に対する予測LATENCである。予測器12は、各
1つのハーフスロットに一度SINR推定サンプルを受信するが、各2つのハー
フスロットに一度パケット平均SINR予測を生成する。さらに、フィルタF1
96は、各ハーフスロットに一度適用され、伝達関数F1 、F2 、F3 及びF4 を有するフィルタ100,112,116,128及び142は、2ハーフスロ
ットに一度適用される。伝達関数F1 、F2 、F3 及びF4の記載は、デシメー
ション処理(decimation processing)の影響を無視するものである。しかしな
がら、当業者は必要に応じて容易に伝達関数を調整可能である。
において実行できることを認識するであろう。この場合、フィルタ96、100
、112、128、142及び116は上記の規則に従って容易にONあるいは
OFFされる。
当業界に於いて通常の知識をもちかつ本発明の教義にアクセス可能な者であれば
、本発明の範囲内でさらなる変更、応用、実施形態を認識するであろう。
施形態の一部あるいはすべてを網羅することが意図されている。
使用する、ワイヤレス通信システム送信器のブロック図である。
Claims (27)
- 【請求項1】 信号対干渉雑音比の正確な予測を提供するシステムであって
、 送信器を介してチャネルを横断して送信された信号を受信する手段と、 前記受信信号に基いて、信号対干渉雑音比の一連の推定を生成する手段と、 前記一連の推定の推定間の関係を決定する手段と、 前記関係を使用して次に受信する信号に対する信号対干渉雑音比の予測を提供
する手段と、 を具備するシステム。 - 【請求項2】 前記信号対干渉雑音比の予測に基いて、データレート要求メ
ッセージを生成するための手段をさらに含む請求の範囲第1項のシステム。 - 【請求項3】 前記データレート要求メッセージを前記送信器に送信する手
段をさらに含む請求の範囲第2項に記載のシステム。 - 【請求項4】 前記関係は前記一連の推定の要素の平均に基づく請求の範囲
第1項に記載のシステム。 - 【請求項5】 前記決定手段は,前記平均を算出するためのフィルタバンク
を含む請求の範囲第4項に記載のシステム。 - 【請求項6】 前記フィルタバンクは有限インパルス応答フィルタを含む請
求の範囲第5項に記載のシステム。 - 【請求項7】 前記フィルタバンクにおける各フィルタに関連する伝達関数
の係数は異なるフェージング環境に適合する請求項範囲第5項に記載のシステム
。 - 【請求項8】 前記異なるフェージング環境は、異なるレーリーフェージン
グ環境を含み、第1の環境は高速で移動するシステムに関連し、第2の環境は低
速で移動するシステムに関連し、第3のシステムは中間速度で移動するシステム
に関連する請求の範囲第7項に記載のシステム。 - 【請求項9】 前記フィルタバンクにおける前記フィルタの一つからの出力
を選択するために前記フィルタバンクの各々に接続された選択回路を含み、前記
出力は現在のフェージング環境に最も適した伝達関数をもつフィルタに関連する
請求の範囲第7項に記載のシステム。 - 【請求項10】 チャネルの干渉特性に従って外部の送信器に正確な制御信
号を供給するための高効率の通信システム送信器であって、前記チャネルを介し
て前記通信システム送信器と前記外部の送信器とが通信を行なうものであり、 アンテナと、 前記アンテナと通信を行なうデュプレクサと、 前記チャネルを介して信号を受信し、それに応答してデジタル信号を供給する
べく前記デュプレクサと通信を行なう受信パスと、 前記デジタル信号を受信して処理するためのベースバンドコンピュータと、 信号対干渉及び雑音比の予測を次に受信したデジタル信号のために提供する信
号対干渉雑音比の予測器と、 前記信号対干渉雑音比の予測に応答して、レート制御メッセージを生成して前
記レート制御メッセージを前記外部の送信器に供給するレート要求手段と、 を具備する高効率の通信システム送信器。 - 【請求項11】 前記レート要求手段は、前記ベースバンドコンピュータ内
に実装される請求の範囲第10項に記載の送信器。 - 【請求項12】 前記レート要求手段は、前記デジタル信号を拡散し、前記
拡散されたデジタル信号に対する搬送波対干渉値を推定する手段を含む請求の範
囲第11項に記載の送信器。 - 【請求項13】 前記信号対干渉及び雑音比の予測器は、予測器フィルタバ
ンクを含む、前記予測器フィルタバンクにおける各フィルタは、前記チャネルの
所定のフェージング特性に従って、信号対干渉及び雑音比を予測するための信号
対干渉及び雑音比の予測器を有する請求の範囲代12項に記載の送信器。 - 【請求項14】 前記信号対干渉及び雑音比の予測器はさらに、前記信号対
干渉及び雑音比の予測器の各々から、前記チャネルの現在のフェージング特性に
最も適した信号対干渉雑音比を選択するための予測セレクタをさらに含む請求の
範囲第13項に記載の送信器。 - 【請求項15】 チャネルを介して受信した信号に対する信号対干渉及び雑
音比を正確に予測するためのシステムであって、 前記受信した信号から搬送波信号対雑音比値を供給する第1の手段と、 前記チャネルのフェージング特性に従って前記搬送波対雑音比値をフィルタリ
ングして、低速フェージング、中間フェージング、高速フェージングチャネルの
ために、それに応答して出力を供給する第2の手段と、 前記出力から、予測された信号対干渉及び雑音比を選択するための第3の手段
と、 を具備するシステム。 - 【請求項16】 前記第2の手段は、前記出力の各々を所定の因数だけ調整
するためのバックオフ回路を含む請求の範囲第15項に記載のシステム。 - 【請求項17】 前記第2の手段は、前記搬送波対雑音比値の平均を提供す
るための平均化フィルタを含む請求の範囲第15項に記載のシステム。 - 【請求項18】 前記平均化フィルタは、前記搬送波対雑音比値の平均をデ
シベルスケールに変換して、それに応答してデシベルスケール値を提供する請求
の範囲第17項に記載のシステム。 - 【請求項19】 前記第2の手段は、第1のフィルタを含むフィルタバンク
を含み、前記第1のフィルタは、前記デシベルスケール値を受信して、低速フェ
ージングチャネルに基づいて信号対干渉雑音比の予測を提供する請求の範囲第1
8項に記載のシステム。 - 【請求項20】 前記第1のフィルタは、前記デシベルスケール値をデシメ
ートし、それに応答してデシメートされた値を提供する請求の範囲第19項に記
載のシステム。 - 【請求項21】 前記第1のフィルタは、前記デシメートされた値を平均化
して前記平均化された値を遅延回路に供給し、前記遅延回路の出力は、前記デシ
ベルスケール値から遅延されたデシメートされた値を減算して、それに応答した
減算器出力を、付加的平均化フィルタ及び平方根回路と通信を行なう二乗回路に
供給し、前記平方根回路は出力を第1のバックオフ回路に供給し、第1のバック
オフ回路は前記平均化された値を入力として受信し、それに応答して前記低速フ
ェージングチャネルに基づいて、前記信号対干渉及び雑音比を提供する請求の範
囲第20項に記載のシステム。 - 【請求項22】 前記フィルタバンクは、それぞれ低速フェージングチャネ
ル及び中間フェージングチャネルに適した搬送波信号対干渉予測を提供する第2
のフィルタ及び第3のフィルタをさらに含む請求の範囲第21項に記載のシステ
ム。 - 【請求項23】 フィルタリングのための前記第2の手段は、前記低速フェ
ージング、中間フェージング及び高速フェージングチャネル特性のそれぞれに対
するフィルタをもつフィルタバンクを含む請求項第15項に記載のシステム。 - 【請求項24】 前記フィルタバンクはウィーナフィルタを近似するための
第1のフィルタを含み、前記第1のフィルタは低速フェージングチャネルのため
に信号対干渉雑音比の予測を提供する請求の範囲第23項に記載のシステム。 - 【請求項25】 前記フィルタバンクは、ウィーナフィルタを近似するため
の第2のフィルタを含み、前記第2のフィルタは、高速フェージングチャネルの
ための信号対干渉雑音比の予測を提供する請求の範囲第24項に記載のシステム
。 - 【請求項26】 前記フィルタバンクは、中間フェージングチャネルのため
の信号対干渉雑音比の予測を提供するための第3のフィルタを含み、前記第3の
フィルタはホールドフィルタとして実装される請求の範囲第25項に記載のシス
テム。 - 【請求項27】 チャネルを介して受信した信号のための信号対干渉雑音比
を正確に予測するためのシステムであって、 前記受信した信号に基づいて、信号対干渉雑音比の値を獲得するための第1の
手段と、 高速フェージングチャネルに従って前記信号対干渉雑音比値をフィルタリング
するための第2の手段と、 低速フェージングチャネルに従って前記搬送波対雑音比値をフィルタリングし
、それに応答して低速フェージング搬送波信号対雑音比の予測を提供する第3の
手段と、 中間フェージングチャネルに従って前記搬送波対雑音比値をフィルタリングし
、それに応答して中間フェージングの搬送波対雑音比の予測を提供する第4の手
段と、 前記高速フェージング、低速フェージング、そして中間フェージングの搬送波
信号対雑音比の予測から選択し、それに応答して予測された信号対干渉雑音比を
提供する第5の手段と、 を具備するシステム。
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