JP2003522440A - マルチキャリア信号の改良されたデコーディング用の自動利得制御 - Google Patents

マルチキャリア信号の改良されたデコーディング用の自動利得制御

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JP2003522440A
JP2003522440A JP2001504107A JP2001504107A JP2003522440A JP 2003522440 A JP2003522440 A JP 2003522440A JP 2001504107 A JP2001504107 A JP 2001504107A JP 2001504107 A JP2001504107 A JP 2001504107A JP 2003522440 A JP2003522440 A JP 2003522440A
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    • H04J1/04Frequency-transposition arrangements
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    • HELECTRICITY
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    • H03G3/20Automatic control
    • H03G3/30Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
    • H03G3/3052Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in bandpass amplifiers (H.F. or I.F.) or in frequency-changers used in a (super)heterodyne receiver
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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    • H04L5/02Channels characterised by the type of signal
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  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
  • Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 回路が入力信号を有し、この入力信号は所要信号の帯域幅よりも大きい帯域幅を有する第1のフィルタでフィルタされる。フィルタされた信号はサンプリングされて離散時間サンプルが生成され、これは離散時間整合フィルタでフィルタされる。フィルタされたサンプルはスケーリング係数でスケーリングされ、量子化される。量子化サンプルの振幅に関係する数が計測され、スケーリング係数が測定量にしたがって調整される。量子化サンプルをさらに処理して、デコーダに提供することができる。所要の信号は直角位相変調信号とすることができる。スケーリング係数の調整は自動利得制御(AGC)ループにより実行することができ、AGCループは量子化サンプルの測定信号電力を予め定められた値と比較して、エラー値を発生させる。AGCループはエラー値をフィルタしてスケーリング係数を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は通信に関係し、特にマルチキャリア信号の改良されたデコーディング
性能を提供する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
デジタル通信は、デジタルビデオ、セルラ電話、その他のものを含む多くの応
用に対して広く使用されている。セルラ電話中で使用するためのデジタル通信シ
ステムの例には、時分割多元接続(TDMA)、周波数分割多元接続(FDMA
)、およびコード分割多元接続(CDMA)の通信システムが含まれる。これら
の多元接続システムは複数チャネルの同時送信をサポートし、複数のチャネルは
要求があり次第、そして利用可能であればユーザに割り当てられる。
【0003】 CDMAはスペクトル拡散技術を利用し、これは他の多元接続通信システムに
より使用される他の変調技術に対して顕著な利点を提供する。CDMAシステム
では、各通信チャネルに対する(すなわち特定のユーザに割り当てられた)デー
タはコード化されて、全周波数帯域にわたって拡散される。CDMA信号の固有
なワイドバンド性質は周波数ダイバーシティを提供するので、選択性フェーディ
ングCDMA信号帯域幅の一部にのみ影響を与える。空間またはパスダイバーシ
ティは2つ以上の基地局から移動ユニットへの同時性送信を通して複数の信号パ
スを提供することにより達成される。さらに、パスダイバーシティはスペクトル
拡散処理を通してマルチパス環境を活用することにより得ることができ、この場
合異なる伝搬遅延で到着する信号が個々に受信されて処理され、その後に結合さ
れる。
【0004】 CDMAシステムは一般的に、以後IS−95−A標準規格として言及される
“TIA/EIA/IS−95−A デュアルモードワイドバンドスペクトル拡
散セルラシステム用の移動局−基地局互換性標準規格”に準拠するように設計さ
れている。この標準規格は各CDMA信号に利用可能なチャネル数およびCDM
A信号帯域幅を規定している。例えば、IS−95−A標準規格に準拠するCD
MA信号(すなわち“標準”CDMA信号)は64までの直交ウォルシュチャネ
ルを含み、1.2288MHzの帯域幅を持つ。
【0005】 より大きなデータ送信能力を達成するために、ワイドバンドCDMA信号また
は複数の標準CDMA信号を使用することができる。このような信号の1つはマ
ルチキャリア(MC)信号であり、これは“CDMA2000スペクトル拡散シ
ステム用のTR−45物理層標準規格”により規定されており、この標準規格は
IS−95−C標準規格として言及され、参照によりここに組み込まれている。
マルチキャリア信号には3つの標準CDMA信号が含まれ、標準CDMA信号の
データ送信能力の3倍までの能力を提供する。
【0006】 CDMA信号はノイズのある送信環境で送信するためにエンコードされ変調さ
れる。IS−95−A標準規格にしたがうと、変調にはそのチャネルに対応する
特有なウォルシュコードで各通信チャネルを“カバー”すること、カバーされた
チャネルを特定の送信基地局に特有な疑似雑音(PN)シーケンスで“拡散”す
ることが含まれている。ウォルシュカバーリングはチャネル間に直交性を提供し
、PN拡散はカバーされたチャネルを全CDMA信号帯域幅に拡散する。したが
って、各CDMA信号は多くの個々にカバーされて拡散されたチャネルの組み合
わせ(例えば、IS−95−Aシステムに対して64まで)である。
【0007】 CDMA信号は受信機により受信され処理される。多くの受信機設計では、受
信RF信号はアナログ回路により調整およびフィルタされ、アナログデジタルコ
ンバータ(ADC)によりサンプリングおよび量子化される。受信RF信号には
所要信号(例えば1つ以上のCDMA信号)とともに不要信号が含まれている。
一般的に、フィルタ処理の1つ以上のステージが提供されて不要信号が除去され
る。フィルタステージの1つは一般的に復調されている信号の帯域幅(例えば1
つのIS−95−A準拠CDMA信号に対して約1.26MHz)に整合する帯
域幅を持つアナログフィルタである。
【0008】 整合フィルタ処理は、ADCによりサンプリングおよび量子化される前に、受
信信号から最適(あるいは最適に近い)量の雑音を除去するように一般的に実行
される。典型的に、ADC入力に提供される信号(すなわち所要信号プラス雑音
)の振幅は、ADCが飽和プラス量子化雑音の最小(あるいは最小に近い)量を
導入するように維持される。過度の帯域幅を持つフィルタによるフィルタ処理は
最適よりもさらに多い雑音を含むことになる。付加的な雑音は、同じ飽和プラス
量子化雑音に到達するためにさらに大きなダイナミックレンジを必要とする。逆
に、狭い帯域幅を持つフィルタによるフィルタ処理は最適よりも所要信号をさら
に多く除去することになる。
【0009】 ADCによるサンプリング前に整合フィルタ処理を実行することが実用的でな
かった理由がいくつかある。例えば、入力信号には多数の変調信号が含まれ、(
費用および回路の複雑さを減少させるために)最小数のADCを使用してすべて
の変調信号をサンプリングすることが望ましい。他の例として、入力信号は(す
なわち可変データレートシステムに対して)可変帯域幅を持っているかもしれず
、最大の帯域幅に整合した帯域幅を持つフィルタを利用することがさらに効率的
である。これらの例のそれぞれに対して、対象とする各信号帯域幅に対して、複
数のアナログ整合フィルタを使用することができる。しかしながら、この“力ず
く”のアプローチは回路の複雑さおよび費用を増加させる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
IS−95−A標準規格にしたがうと、畳み込みエンコーディングが使用され
て受信データビットのエラー訂正能力が提供される。受信機において、整合フィ
ルタによるフィルタ処理、ADCによるサンプリングおよび量子化、ならびに復
調器による復調後に、復調データサンプルがデコーディング回路に提供される。
一般的に、デコーダを使用して畳み込みエンコードデータの最尤デコーディング
が実行される。最適性能に対して、デコーダは、入力信号(あるいは軟判定サン
プル)がある条件に当てはまることを要求する。特に、デコーダに対する入力信
号が信号帯域の総雑音によりスケーリングされるときに、最適あるいはほぼ最適
でデコーダが動作することを示すことができる。しかしながら、ADC前のフィ
ルタが信号帯域幅に整合されないとき、デコーダに提供される信号は最適に至ら
ず、デコーディング性能は低下する。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明はマルチキャリア信号の改良されたデコーディング性能のために使用す
ることができる技術を提供する。本発明にしたがうと、マルチキャリア信号は復
調されデコーディングされている信号の帯域幅と等しいまたはより広い帯域幅を
持つアナログフィルタにより最初フィルタされる。したがってアナログフィルタ
は整合フィルタのものよりも広い。(すなわちADCにより)フィルタ信号はそ
の後サンプリングされる。処理されている各信号に対して、サンプルは離散時間
整合フィルタでフィルタされ、スケーリングされ、量子化され、デコーダに提供
される。AGCループを使用して量子化器への適切な信号レベルが維持される。
したがって、整合フィルタ処理および利得制御は最初のサンプリングステージ後
に実行される。
【0012】 本発明の実施形態は(すなわちデコーダによる)デコーディングのために所要
信号を処理する方法を提供する。この方法にしたがうと、所要信号と付加的な信
号を含む入力信号が、所要信号の帯域幅よりも大きい帯域幅を持つ第1のフィル
タで受信されフィルタされる。フィルタ信号がその後サンプリングされて離散時
間サンプルが発生される。離散時間サンプルは離散時間整合フィルタでさらにフ
ィルタされてフィルタサンプルが発生される。フィルタサンプルはスケーリング
係数でスケーリングされて、量子化される。量子化サンプル(すなわち電力)の
振幅に関係する量が測定され、スケーリング係数が測定量にしたがって調整され
る。量子化サンプルはさらに処理(すなわち復調)してデコーダに提供すること
ができる。所要信号は直角位相変調信号とすることができ、このケースでは、整
合フィルタ処理、スケーリング、量子化が所要信号の同位相成分および直角位相
成分において実行される。
【0013】 スケーリング係数の調整は自動利得制御(AGC)ループにより実行すること
ができ、このAGCループは測定量(例えば量子化サンプルの信号電力)を予め
定められた値と比較して、エラー値を発生させる。AGCループはエラー値をフ
ィルタして、スケーリング係数を発生させる。ある実施形態では、ループフィル
タ処理はアキュムレータを使用して実行することができる。
【0014】 本発明の他の実施形態はデコーディングのためにマルチキャリア信号を処理す
る方法を提供する。マルチキャリア信号には2つ以上のスペクトル拡散信号が含
まれている。この方法にしたがうと、マルチキャリア信号はスペクトル拡散信号
の任意の1つの帯域幅よりも大きい帯域幅を持つ第1のフィルタでフィルタされ
る。フィルタ信号はサンプリングされ、離散時間サンプルが発生される。第1の
フィルタを通して受信された1つ以上のスペクトル拡散信号がその後処理される
。各スペクトル拡散信号の処理には離散時間フィルタで離散時間サンプルをフィ
ルタしてフィルタサンプルを提供することが含まれている。離散時間フィルタは
処理されている特定のスペクトル拡散信号の帯域幅と整合する帯域幅を持つ。フ
ィルタサンプルはスケーリング係数でスケーリングされ、スケーリングサンプル
は量子化される。量子化サンプル(すなわち電力)の振幅に関係する量が測定さ
れ、スケーリング係数が測定量にしたがって調整される。スケーリング係数はA
GCループにより調整することができ、このAGCループは測定量をAGC設定
値と比較して、エラー値を発生させ、エラー値をフィルタしてスケーリング係数
を発生させる。再度説明すると、直角位相処理はスペクトル拡散信号が直角位相
変調信号である場合に実行することができる。
【0015】 本発明のさらに別の実施形態はデコーディングの準備のために所要信号を処理
する受信機を提供する。受信機にはアナログフィルタ、サンプラー、整合フィル
タ、スケーラ、量子化器、および利得制御回路が含まれている。アナログフィル
タは所要信号と付加的な信号を含む入力信号を受信する。アナログフィルタは所
要信号の帯域幅よりも大きい帯域幅を持ち、アンチエイリアシングのために使用
される。サンプラーはアナログフィルタに結合し、フィルタ信号をサンプリング
して離散時間サンプルを提供するように構成されている。整合フィルタはサンプ
ラーに結合し、離散時間サンプルの整合フィルタ処理を提供するように構成され
ている。スケーラは整合フィルタに結合し、スケーリング係数でフィルタサンプ
ルをスケーリングして、スケーリングサンプルを提供するように構成されている
。量子化器はスケーラに結合し、スケーリングサンプルを量子化して予め定めら
れたビット数の分解能を持つ量子化サンプルを提供するように構成されている。
利得制御回路はスケーラと量子化器に結合し、量子化器から量子化サンプルを受
信し、スケーラのためにスケーリング係数を発生させるように構成されている。
【0016】 利得制御回路は検出器とループフィルタで構成することができる。検出器は量
子化器に結合し、量子化サンプルの振幅に関係する量を検出して、検出量を示す
データを発生させるように構成されている。ループフィルタは検出器に結合し、
データを受信し、データにしたがってスケーリング係数を調整するように構成さ
れている。
【0017】 本発明の性質および利点をさらに理解するために、添付した図面を考慮に入れ
て後続する詳細な説明に対して参照を行うべきである。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1はマルチキャリア(MC)信号のパイロットを示しており、これにはそれ
ぞれf1、f2、f3の周波数を中心とし、BW1、BW2、BW3の予め定められた
帯域幅を占有する3つの変調信号が含まれている。この3つの変調信号はBWRX の総帯域幅を占有する。各変調信号はその自己のキャリア信号で発生され、した
がって変調信号はマルチキャリア信号の“サブキャリア”としても呼ばれる。3
つの変調信号中のデータは複数の送信源から、あるいは単一の送信源からのもの
とすることができる。3つの変調信号を使用して、例えば通信システムのデータ
送信容量を増加させてもよい。
【0019】 実施形態では、マルチキャリア信号はIS−95−C標準規格により規定され
るマルチキャリアモード中の送信信号に対応する。この実施形態では、各変調信
号は約1.26MHzの帯域幅を有するCDMAスペクトル拡散信号に対応する
。構成の容易のため、CDMA信号は周波数で等しく間隔を空けることができる
(すなわち、Δf=f3−f2=f2−f1)。利用可能な信号スペクトルの効率的
な利用のために、CDMA信号はほぼ信号帯域幅、すなわちΔf≒BWだけ間隔
を空けることができる。ここでBWは1つのCDMA信号の帯域幅である。
【0020】 図2は図1に示されているマルチキャリア信号を処理する受信機200の実施
形態の簡単化されたブロック図を示している。送信信号はアンテナ212により
受信され、デュプレクサ214を通してルーティングされ、フロントエンドユニ
ット216に提供される。フロントエンドユニット216は受信信号を調整し、
フィルタし、ダウンコンバートして、(すなわち適切にダウンコンバートされた
周波数における)処理された信号を整合フィルタユニット220a、220bお
よび220cに提供する。各整合フィルタユニット220には可変利得増幅器(
VGA)224と直列に結合された整合フィルタ222が含まれている。フィル
タ222は1つの変調信号に対して整合フィルタ処理を行い、フィルタが作用す
る特定の信号の帯域幅に整合する帯域幅を持っている。VGA224はフィルタ
された信号の調整可能な利得を提供し、AGC回路240からの利得制御信号に
より制御される。各VGA224からの増幅された信号は各ADC230に提供
され、このADC230は信号を量子化して、量子化データサンプルを発生させ
る。(図2に示されていないが)量子化データサンプルはさらに復調されて、デ
コードされる。量子化データサンプルはAGC回路240にも提供される。
【0021】 図2に示されている受信機アーキテクチャにはいくつかの欠点が含まれている
。第1に、この受信機アーキテクチャは3つのアナログ整合フィルタと3つの利
得制御ループを使用する。典型的に、アナログフィルタは、離散時間フィルタよ
りも、構成するのにさらに高価であり、付加的なボードエリアを必要とし、回路
の複雑さを増加させ、回路の信頼性を減少させる。固定帯域幅アナログフィルタ
も柔軟性に欠け、変化する帯域幅の信号に対する整合フィルタとして使用するこ
とができない。第2に、この受信機アーキテクチャは3つのADC(すなわちデ
ジタル直角位相復調用の3対のADC)を使用し、これは単一サブキャリア設計
に対するADC数の3倍である。
【0022】 図3は図1に示されているマルチキャリア信号を処理する他の受信機300の
実施形態の簡単化されたブロック図を示している。送信信号はアンテナ312に
より受信され、デュプレクサ314を通してルーティングされ、フロントエンド
ユニット320に提供される。フロントエンドユニット320には、ミキサ32
2,フィルタ324、および可変利得増幅器(VGA)326が含まれている。
ミキサ322は受信信号を無線周波数(RF)から中間周波数(IF)あるいは
ベースバンドにダウンコンバートする。フィルタ324はダウンコンバート信号
をフィルタし、VGA326はフィルタ信号を増幅する。
【0023】 図3では、ミキサ322はアンテナからアナログデジタルコンバータ(ADC
)への受信信号パスにおけるすべての周波数変換ステージを表し、フィルタ32
4は受信信号パスにおける全体的なフィルタ処理を表し、VGA326は受信信
号パスにおける全体的な(そして可変の)利得を表している。ほとんどの受信機
設計では、周波数ダウンコンバート、フィルタ処理、および増幅の複数のステー
ジが典型的に提供される。フィルタ処理および低雑音増幅が周波数ダウンコンバ
ート前に通常実行される。フィルタ324は復調されている信号の帯域幅に関係
する帯域幅を持つ。特定の実施形態では、図1に示されるマルチキャリア信号に
対して、フィルタ324はマルチキャリア信号の帯域幅すなわちBWRXに整合す
る帯域幅を持つ。しかしながら、より広い帯域幅を持つフィルタも使用すること
ができる。
【0024】 フロントエンド320はさまざまな設計で実現することができる。周波数ダウ
ンコンバート、フィルタ処理および増幅は受信信号パス全体を通してさまざまな
方法で配置することができる。フィルタ324はベースバンドまたはIFを中心
とすることができる。フロントエンド320の特定の設計は1997年12月9
日に出願された、シグマデルタアナログデジタルコンバータを備えた受信機と題
する米国特許出願第08/987,306号、および1997年12月9日に出
願された、プログラマブル線形受信機と題する米国特許出願第08/987,3
05号に開示されており、これらすべて本発明の譲受人に譲渡され、参照により
ここに組み込まれている。
【0025】 フロントエンド320からの増幅された信号はADC330に提供され、この
ADC330は信号をサンプリングして離散時間データサンプルを発生させる。
離散時間データサンプルはAGC回路340、ミキサ352aおよび352b、
ならびにフィルタ354bに提供される。
【0026】 簡単にするために、1つのADC330のみが図3に示されている。QPSK
(直角位相シフトキーイング)、OQPSK(オフセット直角位相シフトキーイ
ング)、およびPSK(位相シフトキーイング)のような多くのデジタル変調フ
ォーマットに対して、直角位相復調が実行される。これらの変調フォーマットに
対して、受信信号が同位相成分および直角位相成分に復調される。多くの受信機
設計において、直角位相復調はアナログ回路を使用して実行され、アナログベー
スバンドのIおよびQ信号が発生され、これらは独立したIおよびQのADCで
量子化される。他の受信機設計では、受信信号がIFにおいて1つのバンドパス
ADCを使用して量子化され、直角位相復調はデジタル的に実行される。
【0027】 AGC回路340はVGA326の利得を調整して、ADC330に提供され
る信号を適切な信号レベルに維持する。この信号レベルはADCからの量子化プ
ラス飽和雑音の量を最小にするように選択される。例えば、信号レベルが小さい
場合には、(所要信号に対して)より多量の量子化雑音が発生される。逆に、信
号レベルが大きい場合には、(その典型的に有限なダイナミックレンジにより)
ADCによるクリッピングために、(所要信号に対して)より多量の飽和雑音が
発生される。最適な信号レベルは信号対総雑音比を最大にする。CDMA信号に
対して、4ビットADCを使用するときに、IおよびQのベースバンド信号の2
乗平均(RMS)信号レベルがそれぞれフルスケールの3/8すなわち±3LS
Bにそれぞれ設定された場合に、最適あるいは最適に近い性能を得ることができ
ることが示されている。大きな(あるいは無限の)ダイナミックレンジを有する
ADCに対して、AGC回路340は必要とされないかもしれない。
【0028】 AGC回路340内では、離散時間データサンプルが受信信号強度インジケー
タ(RSSI)342に提供され、このRSSI342はデータサンプルの電力
を検出する。直角位相変調信号に対して、受信電力レベル(IO)はADCから
のサンプルの電力に関係付けられ、これはIO∝IO,ADC=IADC 2+QADC 2として
計算することができる。ここでIADCはIのADCからのデータサンプルであり
、QADCはQのADCからのデータサンプルである。検出された電力は合計器3
44に提供され、これは検出された電力をADC設定レベルと比較して、エラー
信号を発生させる。ADC設定レベルはADC330に提供される信号レベルを
決定し、結果的にADC330からのサンプルの電力を決定する。特定の実施形
態では、ADC330は4ビット分解能を持ち、ADC設定レベルは単一のCD
MA信号、あるいは3つのCDMA信号を含むマルチキャリア信号のいずれかに
対して、IO,ADC=IADC 2+QADC 2に設定される。合計器344からのエラー信
号はループフィルタ346に提供され、これはエラー信号をフィルタしてVGA
326に対する制御信号を発生させる。ある実施形態では、ループフィルタ34
6はKA/sの伝達関数を有する積分器として構成することができる。ここでKA は積分器の利得である。KAは係数の1つであり、これはAGCループ帯域幅を
決定する。
【0029】 ある実施形態では、図1に示されているマルチキャリア信号に対して、f2
中心とする変調信号がベースバンドにダウンコンバートされるように、ミキサ3
22が受信信号をダウンコンバートする。ADC330からの離散時間データサ
ンプルは、(ベースバンドにダウンコンバートされた)f2を中心とする信号、
(−Δfにダウンコンバートされた)f1を中心とする変調信号、(+Δfにダ
ウンコンバートされた)f3を中心とする変調信号を含む。−Δfおよび+Δf
を中心とする変調信号は後続するデジタルダウンコンバートステップにおいてミ
キサ352aおよび352bによりさらにベースバンドにダウンコンバートされ
る。例えば、ミキサ352aおよび352bはそれぞれ−Δfおよび+Δfを中
心とするデータサンプルをデジタルデローテーションを使用してベースバンドに
ダウンコンバートすることができる。ミキサ352aおよび352bからのベー
スバンドデータサンプルはそれぞれフィルタ354aおよび354cに提供され
る。
【0030】 フィルタ354a、354bおよび354cはそれぞれの入力信号の帯域幅に
整合した帯域幅を有する整合フィルタである。例えば、フィルタ354aはf1
をもともと中心とする第1の変調信号に整合し、フィルタ354bはf2をもと
もと中心とする第2の変調信号に整合し、フィルタ354cはf3をもともと中
心とする第3の変調信号に整合する。フィルタ354は、有限インパルス応答フ
ィルタ(FIR)、無限インパルス応答フィルタ(IIR)、多相フィルタ、技
術的に知られている他のフィルタ態様として構成することができる。フィルタさ
れたデータサンプルはデシメートされて、サンプルレートを減少させる。直角位
相復調に対して、フィルタ354a、354bおよび354cのそれぞれはIデ
ータサンプルに対して1つのフィルタ、Qデータサンプルに対して別のフィルタ
を含んでいる。
【0031】 フィルタ354aないし354cからのフィルタされたサンプルはAGCユニ
ット356aないし356cにそれぞれ提供され、これらは改良されたデコーデ
ィング性能のためにデータサンプルを再スケーリングおよび量子化する。AGC
ユニット356aないし356cからの量子化データサンプルは復調器ユニット
358aないし358cにそれぞれ提供され、これらはデータサンプルを復調す
る。AGCユニット356および復調器ユニット358は以下でさらに詳細に説
明する。復調されたサンプルはマルチプレクサ(MUX)360を通してマルチ
プレクスされ、サンプルをデコードするデコーダ370に提供される。ある実施
形態では、デコーダ370にはデコーダが含まれている。
【0032】 図4は1つの信号パス(すなわち、処理されてデコードされるべき1つの変調
信号)に対する1つのAGCユニット356の実施形態の図を示している。フィ
ルタされたデータサンプルはスケーラ412に提供され、このスケーラ412は
ループフィルタ420から提供されるスケーリング係数でデータサンプルをスケ
ーリングする。スケーリングされたデータサンプルは量子化器414に提供され
、この量子化器414はデータサンプルを量子化して、量子化サンプルを丸め処
理する。特定の実施形態では、フィルタされたデータサンプルは11ビットの分
解能を持ち、量子化器414は各量子化サンプルを4ビットに丸め処理する。量
子化器414からの出力はAGCユニット356からの量子化データサンプルを
含む。
【0033】 図4に示されているように、AGCユニット356には1つのスケーラ412
と1つの量子化器414が含まれている。直角位相復調器に対して、1組のスケ
ーラおよび量子化器がIデータサンプルに対して提供され、他の組のスケーラお
よび量子化器がQデータサンプルに対して提供される。IおよびQのスケーラに
対するスケーリング係数は同一とすることができる。代わりに、スケーリング係
数は同じ平均振幅を有するが、(すなわち、フィルタされたデータサンプルのデ
ローテーションを可能にするために)直角位相関係にあってもよい。
【0034】 (すなわちIおよびQの量子化器の両方からの)量子化データサンプルはRS
SI416に提供され、このRSSI416はデータサンプルの電力を検出する
。直角位相復調に対して、復調されている信号に対する電力は量子化器からのサ
ンプルの電力に関係付けられている。量子化器からのサンプルの電力はIOQi
Qi 2+QQi 2として計算することができる。ここでIQiはi番目の信号パスにお
けるI量子化器からの量子化データサンプルであり、QQiはi番目の信号パスに
おけるQ量子化器からの量子化データサンプルである。量子化器からの検出され
た電力(IOQi)は合計器418に提供され、これは検出された電力を処理され
ている特定の信号に対するAGC設定レベルと比較する。AGC設定レベルはデ
コーダ370に提供される量子化データサンプルの電力(および信号レベル)を
決定する。特定の実施形態では、AGC設定レベルはCDMA信号に対してIOQ i =18に設定される。合計器418はエラー信号を発生させ、これはループフ
ィルタ420に提供される。ループフィルタ420はエラー信号をフィルタして
、スケーラ412のためにスケーリング係数を発生させる。ある実施形態では、
ループフィルタ420はKBi/sの伝達関数を有する積分器として実現される。
ここで、KBiはi番目の信号パスにおける積分器の利得である。この実施形態で
は、積分器はアキュムレータで構成することができる。
【0035】 図5はCDMA信号に対する復調器ユニット358の実施形態の図を示してい
る。各AGCユニット356からの量子化データサンプルは各復調器ユニット3
58に提供される。CDMA信号に対して、復調器ユニット358内では、量子
化データサンプルが乗算器512に提供される。この乗算器512は特定のCD
MA信号に対して送信機で使用されたPNシーケンスに一致するPNシーケンス
でサンプルを逆拡散する。逆拡散されたサンプルはデカバラー514に提供され
る。このデカバラー514は復調されているチャネルに対応するウォルシュコー
ドでサンプルをデカバーする。特に、デカバラー514内では、逆拡散サンプル
は乗算器516に提供される。この乗算器516は復調されているチャネルのウ
ォルシュコードに対応するウォルシュシンボルシーケンスでサンプルを乗算する
。乗算器516からの結果的な積はアキュムレータ(ACC)518に提供され
る。このアキュムレータ518はウォルシュシンボルシーケンスの長さ(例えば
CDMAに対して64シンボル)に対して積を合計する。デカバーされたサンプ
ルは内積回路520に提供される。この内積回路520はサンプルとデカバーさ
れたパイロット信号の内積を実行して、コヒーレントな復調を実行する。
【0036】 CDMA受信機は一般的にキャリア追跡ループを使用して、復調されているC
DMA信号に対するパイロット(またはキャリア)信号を追跡する。リカバーさ
れたパイロット信号には受信信号の信号強度の情報が含まれる。リカバーされた
パイロット信号にはコヒーレント検出のために(内積により)使用される位相情
報も含まれる。PN逆拡散処理、ウォルシュデカバー処理、およびコヒーレント
復調は1992年4月7日に発行された、“CDMAセルラ電話システムにおい
て信号波形を発生させるシステムおよび方法”と題する米国特許第5,103,
459号にさらに説明されており、この米国特許は参照によりここに組み込まれ
ている。
【0037】 図3を参照すると、ADC330からのデータサンプルの電力はAGC回路3
40により予め定められた電力レベルすなわちIO,ADC=βに設定される。図1
に示されているマルチキャリア信号に対して、3つの変調信号がIO1、IO2、I O3 の電力を有する。IOはフィルタ324の帯域幅内の総信号プラス雑音電力を
表している。同様に、IO1、IO2、IO3はそれぞれフィルタ354a、354b
、354cの帯域幅内の総信号プラス雑音電力を表している。一般的に以下の近
似を行うことができる。 IO=IO1+IO2+IO3
【0038】 デコーダは受信データサンプルの最尤デコーディングを実行する。最尤原理か
ら、エラーの確率を最小にする仮定が以下の式を解く。
【数1】
【0039】 ここで、mは送信されたエンコードビットの1つの仮定に対応するベクトルで
あり、xは受信された軟判定(すなわちデコーダに提供される4ビットデータサ
ンプル)である。時間nにおいて、xの予測値すなわちE[Xn]が‘0’が送
信された場合にμn(そして‘1’が送信された場合に−μn)であり、Xnにお
ける雑音がσnの標準偏差を有する付加的白色ガウス雑音(AWGN)であると
仮定されると、以下のことを示すことができる。
【数2】
【0040】 ここで、an,mは仮定mのn番目の要素であり、+1または−1のいずれかの
値を持つ。
【0041】 式(1)および(2)を組み合わせて以下のように最尤仮定に対する等価解を
解くことができる。
【数3】
【0042】 式(3)において、μnXnは所要信号の電力を表し、σn2は所要信号帯域内の
雑音の電力を表している。最尤原理および先の式の偏差は1990年に発刊され
た“情報のデジタル送信”と題する書籍のページ170−175においてR.B
lahut氏によりさらに詳細に説明されており、この書籍は参照によりここに
組み込まれている。
【0043】 図3に示されている受信機構成に対して、AGCユニット356がバイパスさ
れると、式(3)中の項は以下のように近似することができる。
【数4】
【0044】 ここでEnpは時間nにおけるパイロット信号の値であり、Endは時間nにおけ
るデータサンプルの値であり、IOはフィルタ324を通して受信される総電力
であり、Kp、KdおよびKσはハードウェア係数である。CDMAスペクトル拡
散信号に対して、受信信号にはすべてのウォルシュチャネルに対する信号が含ま
れている。
【0045】 CDMAシステムに対して、雑音(σn2)は総インバインド受信信号プラス雑
音の電力、すなわちIOとしてとして近似することができる。式(4)ないし(
6)における近似を式(3)に代入すると、デコーダは以下のものを使用して最
良仮定mを解く。
【数5】
【0046】 式(7)において、平方根下における予測パイロット信号(Enp)と予測デー
タサンプル(End)の乗算は復調器ユニット356内の内積520により実行さ
れる。平方根の前の符号は内積後の符号により決定される。IOによる除算はA
GC回路340により達成される。式(7)はAGCユニット356なしでデコ
ーダにより解かれた仮定を表している。
【0047】 式(7)において、平方根下の数は復調されている所要信号を示している。シ
ングルキャリアおよびマルチキャリアモードの両方に対して、平方根下の数を導
出する内積は所要の変調信号(すなわちサブキャリア)内から得られるエネルギ
を使用して形成される。しかしながら、式(7)で着目されるように、AGCユ
ニット356なしで、デコーダに提供される信号はADCから提供される総電力
(IO)によりスケーリングされる。マルチキャリア信号に対して、IOには3つ
すべての変調信号から信号プラス雑音の総電力が含まれている。
【0048】 式(3)において先に着目したように、改良されたデコーディング性能のため
に、デコーダに提供されるデータサンプルは所要信号帯域内の雑音電力(すなわ
ちIOi、ここでiはデコードされている特定の変調信号であり、i=1、2また
は3の値を持つ)だけによりスケーリングされるべきである。各変調信号に対す
る雑音電力(IO1、IO2、IO3)は総雑音(IO)のスケーリング係数(Kσ2
倍として近似することができる。Kσ2はデコーディングされている特定の信号
の帯域幅(BW1、BW2、BW3)、総マルチキャリア信号の帯域幅(BWRX
、スペクトルの特性に基づいて決定してもよい。図1に示されているマルチキャ
リア信号に対して、3つの変調信号は等しい帯域幅および同じ受信電力レベルを
持ち、各変調信号に対する雑音電力は総測定雑音電力の1/3、すなわちIOi
O/3として近似することができる。
【0049】 3だけ総雑音電力をスケーリングすることにより所要信号帯域中の雑音電力を
推定することは多くの環境において正確でない。例えば、3つの変調信号は異な
る電力レベルで送受信することができる(すなわちIO1≠IO2≠IO3)。さらに
、各変調信号は異なってロードしてもよい(すなわち、1つのCDMA信号中に
10の通話と他のCDMA信号中に1の通話)。さらに、マルチキャリア信号は
レイリーフェージングを経験するかもしれず、これは異なる周波数における信号
を異なる量だけ減衰させる。これらおよび他の理由のために、IOは3つすべて
の変調信号に対する総電力であるのに対し、ビットxnのエネルギは1つの変調
信号のみから導出されるので、ビットxnにおける雑音電力(σn2)はKσ2O
として正確に近似することができない。
【0050】 ビットxni上の雑音の標準偏差(σni)に対するより良い近似はビットxniが
抽出された変調信号中の総電力、すなわち以下の式である。
【数6】
【0051】 式(8)における近似は改良されたデコーディング性能を提供する。この近似
を行うために、AGCユニットを使用して、デコーディングされている特定の変
調信号に対する近似された雑音電力によりフィルタデータサンプルを適切にスケ
ーリングする。
【0052】 図3に戻って参照すると、AGC回路340はADC330に提供される信号
(すなわちマルチキャリア)のレベルを調整して、量子化および飽和雑音を最小
にする。ADC330からの電力レベルはマルチキャリア信号の総電力、すなわ
ちIOによりスケーリングされる。フィルタ354はADC330からのデータ
サンプルの整合フィルタ処理を実行して、所要信号帯域内の信号および雑音のみ
(あるいはほとんど)を提供する。他の変調信号からの帯域を外れた信号および
雑音はフィルタアウトされる。
【0053】 図4を参照すると、AGCユニット356はスケーリング係数でフィルタされ
たデータサンプルをスケーリングし、スケーリングされたデータサンプルを量子
化し、スケーリング係数を調整して、量子化データサンプルの電力が特定のAG
C設定レベルまたは設定点(例えばIOi=AGC設定点)に設定される。したが
って、AGCユニット356からの量子化データサンプルは(1/IOi)のスケ
ーリング係数により有効にスケーリングされる。
【0054】 図3の受信機アーキテクチャはサンプリング、離散時間整合フィルタ処理、離
散時間AGCを実行して、デコーダ用のデータサンプルを発生させる。サンプリ
ングはADC330により実行される。ADC330に提供される信号の信号レ
ベルが低く(過度の量子化雑音となる)あるいは高く(過度の飽和雑音となる)
設定され過ぎないことを確実にするために注意が払われる。適切な信号レベルは
システムシミュレーションにより、あるいは経験的な測定により決定することが
できる。
【0055】 離散時間整合フィルタ処理はフィルタ354により実行される。AGCユニッ
ト356による離散時間自動利得制御にはスケーリングおよび量子化して、適切
な信号レベルで必要なビット数を有するデータサンプルをデコーダに提供するこ
とが含まれる。図3に示されている受信機アーキテクチャでは、復調器ユニット
358は予め定められた信号利得を提供する。したがって、AGCユニット35
6のデータ利得は、復調器ユニットからの予め定められた利得で、データサンプ
ルが適切なレベルでデコーダに提供されるように設定される。
【0056】 さまざまな修正を図3に示されている特定の受信機アーキテクチャに行うこと
ができる。1つの設計では、ADC330は受信信号のバンドパスサンプリング
を実行するように構成することができる。この設計では、復調されている各信号
に対して、バンドパスデータサンプルが1対のIおよびQミキサに提供され、こ
れらのミキサはデジタル直角位相ダウンコンバートを実行する。この設計では、
整合フィルタはデジタルダウンコンバートの前または後に配置することができ、
デジタルダウンコンバート前に配置される場合にはバンドパスフィルタとして構
成することができ、デジタルダウンコンバート後に配置される場合にはローパス
フィルタとして構成することができる。整合フィルタがデジタルダウンコンバー
ト前に配置される場合には、ミキサはAGCユニット356内のスケーラと組み
合わせる(あるいはスケーラで実行する)ことができる。スケーラに提供される
スケーリング係数はデータサンプルのスケーリングおよびデローテーションの両
方を提供する。他の受信機設計および修正が可能であり、これも本発明の範囲内
のことである。
【0057】 本発明はデジタル変調フォーマット(例えばQPSK、FSK、PSKおよび
他のもの)、アナログ変調フォーマット(例えばAMおよびFM)、および他の
ものを含む任意の変調フォーマットに対して使用することができる。例えば、図
1の各変調信号はCDMAスペクトル拡散信号を含むことができる。しかしなが
ら、変調信号は異なる変調フォーマットを使用して変調することができる。明ら
かにするために、本発明はCDMA信号の文脈の中で説明した。
【0058】 本発明は改良されたデコーディング性能のために信号レベルを調整する文脈の
中で説明した。しかしながら、本発明を使用して、(マルチレベルの)復調、信
号検出などのような、特定の信号レベルを要求する任意の処理のために信号レベ
ルを調整することができる。したがって、本発明はデコーダとの使用にのみ限定
されない。
【0059】 先に説明した信号処理はさまざまな方法で実現することができる。例えば、処
理は特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、
制御装置、マイクロプロセッサ、あるいはここで説明した機能を実行するように
設計された他の回路により実行することができる。さらに、信号処理はプロセッ
サ上で実行されるソフトウェアコード、あるいはハードウェアおよびソフトウェ
アコードの組み合わせにより実行することができる。
【0060】 特定の実施形態の先の説明は当業者が本発明を作りおよび使用できるように提
供されている。さらに、これらの実施形態に対するさまざまな修正は当業者に容
易に明らかになり、ここに規定されている一般的な原理は発明能力を使用するこ
となく他の実施形態に適用してもよい。したがって、本発明はここに示されてい
る実施形態に制限されることを意図しているものではなく、ここに開示されてい
る原理および新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲にしたがうべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は3つの変調信号を含むマルチキャリア(MC)信号のパイロットを示し
ている。
【図2】 図2は図1に示されているマルチキャリア信号を処理する受信機の実施形態の
簡単化されたブロック図である。
【図3】 図3は図1に示されているマルチキャリア信号を処理する別の受信機の実施形
態の簡単化されたブロック図である。
【図4】 図4はAGCユニットの実施形態の図を示している。
【図5】 図5はCDMA信号用の復調ユニットの実施形態の図を示している。
【手続補正書】
【提出日】平成14年6月19日(2002.6.19)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── 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,CA,C H,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DZ ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM, HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,K G,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT ,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN,MW, MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,S D,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR ,TT,TZ,UA,UG,UZ,VN,YU,ZA, ZW (72)発明者 ウィルボーン、トーマス アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92124 サン・ディエゴ、エスコバー・ド ライブ 10765 Fターム(参考) 5J100 JA01 LA01 LA11 MA01 QA01 SA02 5K022 EE02 EE32 5K041 AA04 BB08 EE01 EE31 FF32 JJ11 JJ14 JJ18

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 デコーディングのために所要信号を処理する方法において、 所要の信号および付加的な信号を含む入力信号を受信し、 所要信号の帯域幅よりも大きい帯域幅を有する第1のフィルタで受信信号をフ
    ィルタし、 フィルタ信号をサンプリングして、離散時間サンプルを発生させ、 離散時間整合フィルタで離散時間サンプルをフィルタし、 スケーリング係数でフィルタサンプルをスケーリングし、 スケーリングサンプルを量子化し、 量子化サンプルの振幅に関係する量を測定し、 測定量にしたがってスケーリング係数を調整する方法。
  2. 【請求項2】 デコーダで量子化サンプルをデコーディングすることをさら
    に含む請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 量子化サンプルを復調し、 デコーダで復調サンプルをデコーディングすることをさらに含む請求項1記載
    の方法。
  4. 【請求項4】 測定量は量子化サンプルの電力を計算することにより決定さ
    れる請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】 調整することは、 測定量を予め定められた値に対して比較してエラー値を発生させ、 エラー値に基づいてスケーリング係数を発生させることを含む請求項1記載の
    方法。
  6. 【請求項6】 発生させることはエラー値をフィルタすることを含み、 スケーリング係数はフィルタエラー値に基づいて発生される請求項5記載の方
    法。
  7. 【請求項7】 エラー値をフィルタすることは積分器で実行される請求項6
    記載の方法。
  8. 【請求項8】 量子化サンプルは4ビットの分解能を持つ請求項1記載の方
    法。
  9. 【請求項9】 スケーリング係数は、量子化サンプルの平均電力が予め定め
    られたレベルに維持されるように調整される請求項1記載の方法。
  10. 【請求項10】 量子化サンプルの振幅は改良されたデコーディング性能の
    ために設定される請求項2記載の方法。
  11. 【請求項11】 所要信号はCDMA信号である請求項1記載の方法。
  12. 【請求項12】 所要信号は直角位相変調信号である請求項1記載の方法。
  13. 【請求項13】 離散時間サンプルをフィルタすることは1組の離散時間整
    合フィルタで実行され、1つの整合フィルタは所要信号の同位相成分用であり、
    他の整合フィルタは所要信号の直角位相成分用である請求項12記載の方法。
  14. 【請求項14】 スケーリングすることは1対のスケーリング係数で実行さ
    れ、1つのスケーリング係数は同位相成分用の整合フィルタからのフィルタサン
    プル用であり、他のスケーリング係数は直角位相成分用の整合フィルタからのフ
    ィルタサンプル用である請求項13記載の方法。
  15. 【請求項15】 1対のスケーリング係数のそれぞれはフィルタサンプルの
    デローテーションを許容するように直角位相であるスケーリング係数を含む請求
    項14記載の方法。
  16. 【請求項16】 スケーリング係数は、量子化サンプルの飽和および量子化
    雑音を減少させるように調整される請求項1記載の方法。
  17. 【請求項17】 デシメーション係数によりフィルタサンプルをデシメート
    することをさらに含む請求項1記載の方法。
  18. 【請求項18】 付加的な信号には所要信号のものに類似する帯域幅を持つ
    少なくとも1つの他の信号が含まれている請求項1記載の方法。
  19. 【請求項19】 2つ以上のスペクトル拡散信号を含んでいるマルチキャリ
    ア信号をデコーディングのために処理する方法において、 スペクトル拡散信号の任意の1つの帯域幅よりも大きい帯域幅を持つ第1のフ
    ィルでマルチキャリア信号をフィルタし、 フィルタ信号を量子化して離散時間サンプルを発生させ、 第1のフィルタを通して受信した1つ以上のスペクトル拡散信号を処理し、 各スペクトル拡散信号の処理には、 離散時間フィルタで離散時間サンプルをフィルタしてフィルタサンプルを提供
    し、 スケーリング係数でフィルタサンプルをスケーリングし、 スケーリングサンプルを量子化し、 量子化サンプルの振幅に関係する量を測定し、 測定量にしたがってスケーリング係数を調整することが含まれており、 離散時間フィルタは処理されている特定のスペクトル拡散信号の帯域幅に整合
    する帯域幅を持つ方法。
  20. 【請求項20】 調整は自動利得制御(AGC)ループにより実行され、A
    GCループは測定量をAGC設定値と比較してエラー値を発生させ、AGCルー
    プはエラー値をフィルタしてスケーリング係数を発生させる請求項19記載の方
    法。
  21. 【請求項21】 スペクトル拡散信号は直角位相変調信号であり、フィルタ
    すること、量子化、測定は、処理されている各スペクトル拡散信号の同位相成分
    および直角位相成分で実行される請求項19記載の方法。
  22. 【請求項22】 処理にはデコーダで量子化サンプルをデコーディングする
    ことがさらに含まれている請求項19記載の方法。
  23. 【請求項23】 所要信号を処理する受信機において、 所要信号と付加的な信号を含む入力信号を受信するように構成され、所要信号
    の帯域幅よりも大きい帯域幅を持つアナログフィルタと、 アナログフィルタに結合され、フィルタ信号をサンプリングして離散時間サン
    プルを提供するように構成されたサンプラーと、 サンプラーに結合され、離散時間サンプルをフィルタしてフィルタサンプルを
    提供するように構成された整合フィルタと、 整合フィルタに結合され、スケーリング係数でフィルタサンプルをスケーリン
    グしてスケーリングサンプルを提供するように構成されたスケーラと、 スケーラに結合され、スケーリングサンプルを量子化して、予め定められたビ
    ット数の分解能を持つ量子化サンプルを提供するように構成された量子化器と、 スケーラと量子化器に結合され、量子化器からの量子化サンプルを受信して、
    スケーラ用のスケーリング係数を発生させるように構成された利得制御回路とを
    具備する受信機。
  24. 【請求項24】 所要信号はCDMA信号である請求項23記載の受信機。
  25. 【請求項25】 量子化器に結合されたデコーダをさらに具備する請求項2
    3記載の受信機。
  26. 【請求項26】 量子化器に結合された復調器と、 復調器に結合されたデコーダとをさらに具備する請求項23記載の受信機。
  27. 【請求項27】 利得制御回路は、 量子化器に結合され、量子化サンプルの振幅に関係する量を検出し、検出量を
    示すデータを提供するように構成された検出器と、 検出器に結合され、データを受信してデータにしたがってスケーリング係数を
    調整するように構成されたループフィルタとを含む請求項23記載の受信機。
  28. 【請求項28】 ループフィルタは、 データと設定値を受信してエラー値を発生させるように構成された合計器と、 合計器に結合され、エラー値をフィルタしてスケーリング係数を発生させるよ
    うに構成されたフィルタとを含む請求項27記載の受信機。
  29. 【請求項29】 ループフィルタ内のフィルタはアキュムレータで構成され
    ている請求項28記載の受信機。
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