JP2003513542A - 二段階の直流オフセット修正、同期およびチャネル推定を有する無線受信機 - Google Patents
二段階の直流オフセット修正、同期およびチャネル推定を有する無線受信機Info
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Abstract
Description
タル時分割多元接続(TDMA)通信システムで使用する無線受信機に関する。
る波形にマッピングされる。受信機において、送信されたビット列が受信信号の
復調により回復される。
信機であり、受信キャリア信号はいかなる中間周波数も使用せずに直接ベースバ
ンドにダウン変換される。このアーキテクチュアはコスト、サイズおよび消費電
流に関して効率的とすることができる。
歪である。直流オフセットは送信機のベースバンドすなわち無線部、より一般的
には、受信機回路のベースバンドすなわち無線部において生じることがある。特
に、受信機における直流オフセットの主な原因は、信号パスにおけるトランジス
タ不整合、受信信号内にリークしかつミクサ内で直流へ自己ダウン変換(self-do
wn converting)する局部発振器信号、および局部発振器内にリークしかつ直流へ
自己ダウン変換する大きな近チャネル干渉波(interferer)である。
は数dB大きくなることがある。したがって、データを満足に回復できるように
する前に直流オフセットを除去しなければならないことは明らかである。
期の目的は受信信号バースト内のシンボルの位置を見つけることである。それは
バースト内で学習シーケンス(training sequence)として知られる特定のシンボ
ルパターンを送信することにより可能とされる。学習シーケンスは受信機には既
知である。次に、受信機は同期位置を見つけるために、受信信号と既知の学習シ
ーケンス間の相関を実施する。システム内で使用される学習シーケンスは、受信
バーストが送信シンボルのフィルタリングされたバージョン及び白色雑音である
時に同期性能が最適化されるように設計される。
換され、ローパスフィルタリングされ、サンプリングされる。良く知られている
ように、サンプリング信号y(t)は次のように記述することができ、 y(t)=h(0)u(t)+h(1)u(t-1)+...+h(L)u(t-L)+e(t) =HU(t)+e(t) ここに、H=[h(0),...,h(L)]は無線チャネルを表わす複素数値ベクトルであり
、U(t)=[u(t),...,u(t-L)]は時間t,t-1,...,t-Lにおける送信シンボルを表わす
複素数値である。信号e(t)は白色雑音と仮定される。
けるために、受信バーストを学習シーケンスと相関させる。見つけた同期位置に
基づいて、チャネル推定ユニットが無線チャネルを規定する係数Hを推定する。
次に、推定されたチャネルは受信データを復号する等化器へ供給される。
順はもはや最適ではなく、受信機により受信される信号内のビットエラーレート
は悪化することがある。
る同期手順に関する。
、推定値は受信シーケンスから除去される。次に、バースト内の同期位置を推定
するために粗同期が実施される。続いて、粗チャネル推定およびより精密な直流
推定が実施され、精密な直流推定値が除去される。最後に、精密な同期およびチ
ャネル推定が実施され、チャネルの精密な推定値が等化器に送られ、それは直流
成分の精密な推定値を除去した後で受信信号に作用する。
された無線信号は直接変換無線受信機フロントエンド回路4においてダウン変換
され、ローパスフィルタリングされかつサンプリングされる。
x(t)=y(t)+DC =h(0)u(t)+h(1)u(t-1)+...+h(L)u(t-L)+DC+e(t) =HU(t)+DC+e(t) ここに、H=[h(0),...,h(L)]は無線チャネルを表わす複素数値ベクトルであり
、U(t)=[u(t),...,u(t-L)]は時間t,t-1,...,t-Lにおける送信シンボルを表わす
複素数値である。信号e(t)は白色雑音と仮定される。DCは無線送信機または無線
受信機により発生される未知の直流成分を表わす。信号y(t)はメモリ6へ供給さ
れ、またバーストまたはその一部の平均をとって粗直流推定値を作る第1の直流
推定ユニット8へも送られる。 すなわち、 ここに、Nは平均値が計算される信号数である。次に、加算器10において、粗
直流推定値が信号y(t)から減じられて新しい信号を与える。
なわち、 を意味し、ここに、RDCは残留直流成分であることに注目されたい。RDCはシンボ
ルによって決まりバースト毎に変動する。理想的には有限数のバーストにわたっ
て、拡張された平均化を使用すれば直流成分のより良い推定値が与えられる。し
かしながら、直流成分はバースト毎に変動するため、これは不可能である。した
がって、信号 は次のように書き表すことができる。
せる第1の同期ユニット12に送られる。次に、計算された粗同期位置は無線チ
ャネルおよび残留直流オフセット、すなわち、係数HおよびRDCを同時に推定
する第1のチャネル推定ユニット14へ送られる。これは直流タップを含むよう
にチャネルモデルを拡張することにより、標準最小二乗推定技術を使用して達成
することができる。次に、推定された残留直流成分 がチャネル推定ユニットから出力され、第2の加算器16において、 から減じられ新しい信号 を与える。この信号は次式に従って書き表されると仮定することができる。
相関させる第2の同期ユニット18に送られる。次に、同期位置は第2のチャネ
ル推定ユニット20に送られ、それは、前記したのと同じ方法で、無線チャネル
すなわち係数Hを推定する。推定されたチャネル は信号 と一緒に等化器22に送られてさらに処理される。
に得られる。したがって、例えば、移動電話機においてより長いスタンバイおよ
び通話時間を与える電流節減のために、第2の同期およびチャネル推定を実施す
べきかどうかを判断することができる。図1の回路のそれと対応する図2の回路
の部品には同じ参照番号が与えられている。図2の回路において、第1の直流推
定、同期およびチャネル推定が前と同様に準備される。推定されたチャネルフィ
ルタタップは信号品質の基準、例えば、信号対ノイズ比 の推定値と一緒に第1のチャネル推定ユニット14から第2の同期およびチャネ
ル推定を実施すべきかどうかを判断する制御ユニット28に送られる。SNRが
閾値よりも上であれば、第2の同期およびチャネル推定が実施される。そうでな
ければ、実施されない。そうであれば、第2の同期およびチャネル推定は前記し
たように実施される。そうでなければ、信号 およびチャネル推定値 はデータを復号する等化器22に送られる。
相偏移が送信シンボル内に導入される。この位相オフセットは送信機アーキテク
チュアのインプリメンテーションを容易にするために導入される。例えば、新し
いセルラーシステムEDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution)は送信
シンボル間の67.5°の位相偏移(位相オフセット)を有する8-PSK変調を使
用する。受信機におけるこの位相偏移を補償するために、受信信号の回転を戻さ
なければならない。しかしながら、直流成分を有する信号の回転を戻す(デロー
テートする)と回転する直流成分を有する信号が生じる。
る図3の回路の部品には同じ参照番号が与えられている。図3の回路において、
第1の粗直流推定および直流減算は前記したように実施される。次に、デローテ
ータ(de-rotator)32により信号 の回転が戻され、オフセット(θ)に対応する位相偏移(-θ)が送信機内に導入さ
れる。次に、デローテータ32からの出力 が同期位置を推定する第1の同期ユニット12へ送られる。次に、この位置は直
流成分の回転動作を考慮してチャネルフィルタタップおよび残留直流成分を推定
するチャネル推定ユニット14へ送られる。これも標準最小二乗推定技術を使用
して行うことができる。残留直流オフセットの推定値は残留直流成分の適切な回
転を加える回転ユニット34に出力され、信号 から減じられて信号 を与える。信号 のそれ以上の処理は前記したように実施される。
定を実施すべきかどうかを判断する制御ユニットを付加することができる。
に直流-ステップが生じる。この直流−ステップは学習シーケンス内に配置され
る場合同期性能を劣化させることもさせないこともある。図1のそれに対応する
図4の回路の部品には同じ参照番号が与えられている。図4の回路によりこのよ
うな直流−ステップのインパクトを最小限に抑えることができる。
1の同期を行う時に直流ステップのインパクトを低減するために使用される。次
に、同期位置が未微分サンプル と一緒にチャネル推定ユニット44へ送られる。チャネル推定ユニットは、直流
-ステップも考慮しながら、チャネルフィルタタップおよび残留直流成分を推定
する。すなわち、推定すべきモデルは であり、ここに、aは未知のステップレベルでありステップ信号SDC(k)はk-1の連
続0およびM-kの連続1からなり、Mは学習シーケンス内のシンボル数である。直
流-ステップSDCの位置kが未知であるため、次の手段をとらなければならない。 1.直流-ステップは学習シーケンスの中央で生じるものと仮定する、 2.直流-ステップの位置でピークを生じる微分からの情報を使用する、ある
いは、 3.学習シーケンス内の可能な全ての位置kを評価する。モデルの推定におい
てこれらの異なる位置を使用してなされるエラーを最小限に抑える。すなわち、
学習シーケンス内の各位置kについて、モデル を推定する。受信シンボルにより差を計算し、 Power[Err(k)]を最小限に抑えるkを見つける。
留直流オフセットの推定値は推定した直流-ステップおよびその関連位置と一緒
に信号 から減じられて、信号 を与える。信号 のそれ以上の処理は前記したように実施される。
2に示すような制御ユニットを付加することができる。さらに、変調における位
相オフセットの場合には、図3について前記したのと同じ回転戻し技術をここで
も使用することができる。最後に、直流ステップを処理するために前記した方法
は微分ユニット無しで行うこともでき、第1の同期が通常の信号に対してなされ
ることを意味する。
無線受信機が記述されている。
Claims (16)
- 【請求項1】 受信信号をサンプリングして直流オフセットを含むサンプリ
ングされた受信信号を作り出すフロントエンド回路と、 サンプリングされた受信信号から直流オフセットの第1の推定値を作り出す第
1のオフセット推定回路と、 前記直流オフセットの第1の推定値をサンプリングされた受信信号から減じて
第1の推定されサンプリングされた信号を作り出す第1の減算器と、 前記第1の推定されサンプリングされた信号の同期位置を推定する第1の同期
検出回路と、 前記推定された同期位置に基づいて第1の直流推定値を作り出す第1のチャネ
ル推定器と、 前記同期位置の推定後に、前記第1の推定されサンプリングされた信号から直
流オフセットの第2の推定値を作り出す第2のオフセット推定回路と、 前記第1の推定されサンプリングされた信号および前記直流オフセットの第2
の推定値を使用して第2の推定されサンプリングされた信号を作り出す第2の減
算器と、 を含む、無線受信機。 - 【請求項2】 請求項1記載の無線受信機であって、前記第1の推定されサ
ンプリングされた信号は残留直流オフセットを含み、前記第2のオフセット推定
回路は残留直流オフセットの推定値を作り出し、前記第2の減算器は前記残留直
流オフセットの推定値を前記第1の推定されサンプリングされた信号から減じる
ことにより前記第2の推定されサンプリングされた信号を作り出す無線受信機。 - 【請求項3】 請求項1記載の無線受信機であって、さらに、 前記第2の推定されサンプリングされた信号の同期位置を推定する第2の同期
検出回路と、 前記第2の推定された同期位置に基づいて第2のチャネル推定値を作り出す第
2のチャネル推定器と、 前記第2のチャネル推定値に基づいて前記第2の推定されサンプリングされた
信号を処理する等化器と、 を含む、無線受信機。 - 【請求項4】 請求項3記載の無線受信機であって、さらに、 信号品質の推定値に基づいて前記第2の同期検出回路および前記第2のチャネ
ル推定器に信号を加えるべきかどうかを決定する制御ユニットを含む無線受信機
。 - 【請求項5】 請求項4記載の無線受信機であって、前記第1のチャネル推
定器は信号品質を推定し、前記制御ユニットは推定された信号品質が閾値を越え
る場合だけ前記第2の同期検出回路および前記第2のチャネル推定器に信号が加
えられることを決定する無線受信機。 - 【請求項6】 請求項4記載の無線受信機であって、前記制御ユニットが前
記第2の同期検出回路および前記第2のチャネル推定器に信号を加えないと決定
する場合には、前記等化器が前記第1のチャネル推定値を使用して前記第2の推
定されサンプリングされた信号を処理する無線受信機。 - 【請求項7】 請求項1記載の無線受信機であって、さらに、 前記第1の推定されサンプリングされた信号に負の回転を加えるデローテータ
(derotator)と、 直流オフセットの第2の推定値に回転を加えるローテータと、 を含む無線受信機。 - 【請求項8】 請求項1記載の無線受信機であって、さらに、 前記第1の推定されサンプリングされた信号の微分値を計算して第1の同期回
路に加える微分器と、 受信信号の直流ステップの大きさを推定するステップ推定器と、を含み、 前記第2の減算器は直流ステップの大きさの推定値を第1の推定されサンプリ
ングされた信号から減じる無線受信機。 - 【請求項9】 無線信号の処理方法であって、 受信信号をサンプリングして直流オフセットを含むサンプリングされた受信信
号を作り出すステップと、 サンプリングされた受信信号から直流オフセットの第1の推定値を作り出すス
テップと、 サンプリングされた受信信号から前記直流オフセットの第1の推定値を減じて
第1の推定されサンプリングされた信号を作り出すステップと、 前記第1の推定されサンプリングされた信号の同期位置を推定するステップと
、 前記推定された同期位置に基づいて第1のチャネル推定値を作り出すステップ
と、 同期位置の推定後に前記第1の推定されサンプリングされた信号から直流オフ
セットの第2の推定値を作り出すステップと、 前記第1の推定されサンプリングされた信号および前記直流オフセットの第2
の推定値を使用して第2の推定されサンプリングされた信号を作り出すステップ
と、 を含む方法。 - 【請求項10】 請求項9記載の方法であって、前記第1の推定されサンプ
リングされた信号は残留直流オフセットを含み、該残留直流オフセットの推定値
を作り出すステップと、該残留直流オフセットの推定値を前記第1の推定されサ
ンプリングされた信号から減じることにより前記第2の推定されサンプリングさ
れた信号を作り出すステップと、を含む方法。 - 【請求項11】 請求項9記載の方法であって、さらに、 前記第2の推定されサンプリングされた信号の同期位置を推定するステップと
、 前記第2の推定された同期位置に基づいて第2のチャネル推定値を作り出すス
テップと、 前記第2のチャネル推定値に基づいて等化器において前記第2の推定されサン
プリングされた信号を処理するステップと、 を含む、方法。 - 【請求項12】 請求項11記載の方法であって、さらに、 信号品質の推定値に基づいて、前記第2の推定されサンプリングされた信号の
同期位置を推定し前記第2のチャネル推定値を作り出すか否かを決定するステッ
プを含む方法。 - 【請求項13】 請求項12記載の方法であって、信号品質を推定するステ
ップと、該推定された信号品質が閾値を越える場合だけ前記第2の推定されサン
プリングされた信号の同期位置が推定され、前記第2のチャネル推定値が作り出
されることを決定するステップと、を含む方法。 - 【請求項14】 請求項12記載の方法であって、前記第2の推定されサン
プリングされた信号の同期位置を推定しないまたは前記第2のチャネル推定値を
作り出すことが決定される場合には、 前記第1のチャネル推定値に基づいて等化器において第2の推定されサンプリ
ングされた信号を処理するステップを含む方法。 - 【請求項15】 請求項9記載の方法であって、さらに、 前記第1の推定されサンプリングされた信号に負の回転を加えるステップと、 前記直流オフセットの第2の推定値に回転を加えるステップと、 を含む方法。
- 【請求項16】 請求項9記載の方法であって、さらに、 前記第1の推定されサンプリングされた信号の微分値を計算して第1の同期回
路に加えるステップと、 受信信号内の直流ステップの大きさを推定するステップと、 前記直流ステップの大きさの推定値を前記第1の推定されサンプリングされた
信号から減じるステップと、 を含む方法。
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