JP2003530769A - チャネルイコライザーの最適化法 - Google Patents

チャネルイコライザーの最適化法

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JP2003530769A JP2001575074A JP2001575074A JP2003530769A JP 2003530769 A JP2003530769 A JP 2003530769A JP 2001575074 A JP2001575074 A JP 2001575074A JP 2001575074 A JP2001575074 A JP 2001575074A JP 2003530769 A JP2003530769 A JP 2003530769A
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Abstract

(57)【要約】 無線受信機でチャネル等化を実行する方法であって、該方法では、インパルス応答が推定され、ノイズパワーはプリフィルタリング前に受信信号に含まれるノイズの共分散行列を推定することによって判定され、イコライザーとプリフィルタのタップ係数が計算される。この方法は、ノイズ共分散を推定することによってプリフィルタリング後のノイズパワーを判定すること、及び、その後にチャネルイコライザーの入力信号（４１６、４１８）がノイズ共分散の推定によって得られた重み付け係数によって重み付けされることを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、チャネルイコライザーパラメータを決定するために無線受信機にお
けるノイズパワー（雑音電力）を推定することに関する。
【０００２】 （背景技術） 無線受信機は、無線チャネルで信号が受ける線形及び非線形歪みによって生じ
る符号間干渉（ＩＳＩ）を除去するために、複数の異なるチャネルイコライザー
を用いる。符号間干渉は、使用されるパルス形状が隣接する複数のパルス間隔に
広がるときに、帯域制限されたチャネルで生じる。この問題は、データ転送の利
用時における高伝送速度で特に深刻である。ＤＦＥ（決定フィードバックイコラ
イザー）、ＭＬ（最尤度）イコライザー、及びＭＬＳＥ（最尤度シーケンス推定
イコライザー）のような異なるタイプのイコライザーが存在し、後者２つのイコ
ライザーは、ビタビアルゴリズムに基づく。
【０００３】 デコーディングの際になされるソフト決定のためのビタビアルゴリズムに基づ
いてイコライザーから受け取った情報は、性能が最適化され得るように、ノイズ
若しくは干渉パワーを考慮して重み付けされなければならない。問題はその後、
どのようにして信頼のおける方法でノイズパワーを推定するかである。
【０００４】 米国特許公報第５、１９９、０４７号は、ＴＤＭＡ（時分割多元アクセス）シ
ステムで受信品質を推定できるようにする方法を開示する。この方法では、チャ
ネルイコライザーは、メモリに予め記憶されたトレーニングシーケンスを受信し
たトレーニングシーケンスと比較することによって調整される。トレーニングシ
ーケンスは、各データ伝送との関係で伝送される。公報は、広く知られた受信機
の構造を開示するものであり、ここでは、受信したトレーニングシーケンスＸ’
の、メモリに記憶されたシーケンスＸとのクロス相関を計算することにより、チ
ャネルのインパルス応答Ｈ（Ｏ）が決定される。このインパルス応答は、ビタビ
イコライザーを制御する。この公報は、受信信号の推定Ｓ
【数１】 を計算することによって受信品質を推定できるようにする方法を開示する。ここ
で、yiは、干渉無しで伝送された信号（トレーニングシーケンスを含む）につい
て計算された推定であり、ｘi’は、受信したサンプルである。
【０００５】 推定Ｓが低くなるにつれて、推定したトレーニングシーケンスの、受信した信
号サンプルとの相関はより高くなる。故に、推定Ｓが低くなるにつれて、伝送さ
れたデータビットが、使用されるチャネルイコライザーによって検出され得る尤
度（likelihood）はより高くなる。
【０００６】 公報はまた、受信信号のパワーを考慮した相対推定、つまり、品質係数Ｑ、
【数２】 を開示するものであり、ここでは、トレーニングシーケンスXi’、若しくは、個
々のサンプル値ｘi’の２次（自乗）の値は、受信信号のエネルギーを決定する
ために合計される。
【０００７】 受信機は通常、例えば、ＥＤＧＥ（ＧＳＭ進展のための拡張型（エンハンスド
）データサービス）と呼ばれるＧＳＭ（汎欧州デジタル移動電話方式）システム
の変更では、チャネルイコライザーの前にプリフィルタ（前フィルタ）を備える
。米国特許公報第５、１９９、０４７号は、この事実をチャネルイコライザーの
最適化にあたってどのように利用できるのかは開示していない。
【０００８】 （発明の概要） 本発明の目的は従って、２段階でノイズパワーを推定することによってチャネ
ルイコライザーを最適化する方法と、この方法を実施する装置を提供することで
ある。これは、無線受信機でチャネル等化を実行する方法によって達成されるも
のであり、この方法では、インパルス応答が推定され、ノイズパワーはプリフィ
ルタリング前に受信信号に含まれるノイズの共分散行列を推定することによって
決定され、イコライザーとプリフィルタのタップ係数が計算される。この方法は
、ノイズ分散を推定することによってプリフィルタリング後のノイズパワーを決
定すること、及び、ノイズ分散を推定することによって得られた重み付け係数に
よりチャネルイコライザーの入力信号（４１６、４１８）を重み付けすることを
備える。
【０００９】 本発明はまた、インパルス応答を推定する手段（４００）と、受信信号のノイ
ズパワーを、プリフィルタリング前に前記受信信号に含まれるノイズの共分散行
列を推定することによって決定する手段（４０２）と、チャネルイコライザーと
プリフィルタのタップ係数を計算する手段（４０４）とを備える無線受信機に関
する。この無線受信機は、ノイズ分散を推定することによってプリフィルタリン
グ後のノイズパワーを決定する手段（４０６）を備え、またこの無線受信機は、
チャネルイコライザーの入力信号（４１６、４１８）を、前記ノイズ分散推定か
ら得られた重み付け係数によって重み付けする手段（４１０）を備える。
【００１０】 本発明の好ましい実施形態は、従属クレームに開示されている。 本発明は、受信信号のノイズパワー、つまり、ノイズ分散を、プリフィルタリ
ング前のみならずプリフィルタリング後も推定することに基づく。この推定から
得られる重み付け係数は、チャネルイコライザーの入力信号を重み付けするため
に使用される。
【００１１】 本発明の方法は、幾つかの利点を提供する。チャネルイコライザーの入力信号
を重み付けすることにより、チャネルデコーディングの性能を改善することがで
きる。ＥＤＧＥと呼ばれるＧＳＭ変更におけるもののように、システムの変更方
法によってチャネルデコーディングの性能が非常に重要となる場合に、これは特
に有用である。更に、プリフィルタリング後に再びノイズを推定することによっ
て、そのプリフィルタリングで生じたエラーを考慮することができる。
【００１２】 （発明の実施の形態） 本発明は、ベーストランシーバステーションのようなネットワーク部分におけ
る、また、同様に異なる加入者ターミナルにおける、全てのワイヤレス通信シス
テム受信機に適用することができる。
【００１３】 図１は、本発明の解決策が適用され得るデジタルデータ転送システムを簡易な
方法で示すものである。このシステムは、セルラー無線システムの一部であって
、該セルラー無線システムは、固定して位置付けたりあちらこちらに動き回る車
両や携帯端末に配置することができるような加入者ターミナル１００、１０２に
対する無線接続１０８、１１０を有したベーストランシーバステーション１０４
を備える。ベーストランシーバステーションのトランシーバは、加入者ターミナ
ルに対する二重無線接続を実施するために使用されるアンテナユニットに接続さ
れる。ベーストランシーバステーションは更に、ネットワークの他の部分に対し
て加入者ターミナル接続を行うようなベースステーションコントローラ１０６に
も接続されている。集中型手法（centralized manner）では、ベースステーショ
ンコントローラは、自身に接続された幾つかのベーストランシーバステーション
を制御する。
【００１４】 セルラー無線システムは、公衆電話交換網にも接続され得る。この場合、トラ
ンスコーダ（transcoder）は、公衆交換網とセルラー無線ネットワークとの間で
使用される異なるデジタルスピーチエンコーディングモードを、互換性があるも
のに、例えば、固定型ネットワークの６４ｋビット／秒モードからセルラー無線
ネットワークの他のモード（例えば、１３ｋビット／秒）モードに、及びその逆
に変換する。
【００１５】 図２は、ノイズ分散を２段階で推定し、また、ノイズ分散の推定から得られた
重み付け係数によってチャネルイコライザーの入力信号を重み付けする方法のス
テップを示す流れ図である。この流れ図の個々の方法ステップは、受信機構造に
関する記述に関連してより詳細に説明する。このプロセスはブロック２００で始
まる。
【００１６】 ブロック２０２でインパルス応答が計算される。図３は、測定されたインパル
ス応答を一例として示したものである。典型的なセルラー無線環境では、ベース
トランシーバステーションと加入者ターミナルの間の信号は、送信機と受信機の
間の幾つかの異なるルートを用いて伝播する。この多重通路伝播は主に、周辺の
表面から反射されてくる信号によって生じる。異なるルートを介して伝播した信
号は、異なる伝播遅延によって異なる時間に受信機に到達する。伝送信号のこの
多重通路伝播は、受信信号のインパルス応答を測定することにより受信機で監視
され得る。そこでは、異なる到達時間を有する信号は、それらの信号強度に比例
する複数のピークとして示される。図３は、測定されたインパルス応答を一例と
して示したものである。水平軸３００は時間を示し、垂直軸３０２は受信信号の
強度を示す。曲線のピークポイント３０４、３０６、３０８は、受信信号の最も
強い成分を示す。
【００１７】 次いで、ブロック２０４で信号の共分散行列が推定され、その対角線は公式７
によってノイズ分散をベクトル形態で与える。ブロック２０６で、チャネルイコ
ライザーとプリフィルタのタップ係数が既知の方法を用いて計算される。ブロッ
ク２０８で、ノイズ分散が公式１０に従って再び推定される。最後に、ブロック
２１０で、チャネルイコライザーに付与される信号は、ノイズ推定によって得ら
れた重み付け係数によって重み付けされる。矢印２１２は、使用されているシス
テム標準の必要条件、例えば、特にタイムスロットに従って、方法の再現性を記
述する。ブロック２１４で、この推定で可能なバイアシング（biasing）（バイ
アス実行）のレベルが、公式１１に従ってパラメータを決定するため評価される
。このステップは必要ではないが、ノイズエネルギー推定に対してバイアシング
を生じさせるようなイコライザーアルゴリズムを用いてプリフィルタのタップ係
数が決定される場合には性能を改善する。このプロセスはブロック２１６で終了
する。
【００１８】 次に、各方法のステップを、チャネルイコライザーパラメータを決定するため
に必要な簡易な受信機構造（この構造は図４に示されている）によって、より詳
細に述べる。説明の都合上、この図は本発明の記述に関連する受信機構造の部分
だけを示している。
【００１９】 推定ブロック４００は、サンプリングされた信号を入力として受信し、各分岐
のインパルス応答は、受信したサンプルを既知のシーケンスとクロス相関するこ
とによって従来技術に従って推定される。例えばＧＳＭシステムに適用される既
知のシステムに適用可能なインパルス応答の推定方法は、バーストに添えられた
既知のトレーニングシーケンスを利用する。２６ビット長のトレーニングシーケ
ンスの中の１６ビットはその後、各インパルス応答タップを推定するために使用
される。この構造は通常、チャネルで歪んだ信号を符号間干渉ＩＳＩのような干
渉ファクタに依存するシンボル（記号）エラー尤度で元のデータストリームに再
構築するために、整合フィルタを備える。推定されたインパルス応答の自動相関
タップは、この整合フィルタで計算される。上述した機能（facilities）は、多
くの方法で、例えば、プロセッサで実行されるソフトウェアによって、若しくは
、別々の構成要素若しくはＡＳＩＣ（特定用途向けＩＣ）を用いて構築されるロ
ジックのようなハードウェア形態によって、実施され得る。
【００２０】 インパルス応答を推定した後に、ノイズ共分散行列がブロック４０２で計算さ
れる。従来技術によれば、この共分散行列は例えば以下のように推定され得る。
【００２１】 線形の場合、サンプリングされた信号ベクトルは、 の形態（太字の変数はベクトル若しくは行列である）である。
【００２２】 ]T（ここで、n はサンプルの数であり、Ｔは転置である）の形態のサンプルベク
トルであり、 Ｎ×（Ｎ ＋ ｈl − １）であり（ここで、ｈl はインパルス応答の長さであり
、ｈ（）はインパルス応答観測値である）、それは、
【数３】 の形態をしている。
【００２３】
【数４】
【数５】 の形態である。
【００２４】 式（５）、（６）で、ｐは確率密度関数を示し、*は複素共役を示す。 共分散は、行列形態では以下の方法で表すことができる。
【数６】 ここで、Ｈは、行列
【数７】 の複素共役転置を示し、Ｔは、行列の転置を示す。
【００２５】 くのサンプルベクトルが存在してもよい。共分散行列の対角線の成分は、信号ノ
イズ分散をベクトル形態で形成する。
【００２６】 上述した機能は、多くの方法で、例えば、プロセッサで実行されるソフトウェ
アによって、若しくは、別々の構成要素若しくはＡＳＩＣを用いて構築されるロ
ジックのようなハードウェア形態によって、実施され得る。
【００２７】 ブロック４０４で、チャネルイコライザー４１２とプリフィルタのタップ係数
ｆ1、ｆ2等のｆnが計算される。ブロック４００、４０２の出力信号は、ブロッ
クの入力信号として働く。推定されたインパルス応答値とノイズ共分散行列は、
プリフィルタのタップ係数を決定するために使用され得る。これらのプリフィル
タは、ＦＩＲ（有限インパルス応答）タイプ、若しくは、ＩＩＲ（無限インパル
ス応答）タイプのいずれであってもよいが、しかしながら、整合フィルタであっ
てはならない。ＩＩＲフィルタは、一様に平坦な拒絶帯を有するＦＩＲフィルタ
よりも少ないパラメータと少ないメモリ及び計算能力しか必要としないが、ＩＩ
Ｒフィルタは位相歪みを生じさせる。本発明の適用に関する限り、どの設計のフ
ィルタ若しくは方法が選択されるのかは重要ではなく、従って、これらについて
本明細書でこれ以上は説明しない。フィルタの異なる設計方法もこの分野では広
く知られている。重み付け手段４１０に付与されるブロック４０４の出力信号４
１６は、変調されたインパルス応答である。
【００２８】 異なるタイプの幾つかのチャネルイコライザーがこの分野で一般に知られてい
る。実際のところ、最も一般的なものとしては、線形イコライザー、非線形のＤ
ＥＦ（決定フィードバックイコライザー）、及び、ＭＬ（最尤度）受信機に基づ
くビタビアルゴリズムが含まれる。ビタビアルゴリズムに関連して、イコライザ
ー最適化基準は、シーケンスエラー尤度である。従来、イコライザーはＦＩＲタ
イプの線形フィルタによって実施されていた。このようなイコライザーは、異な
る基準を適用することによって最適化され得る。エラー尤度はイコライザー係数
に非線形的に依存することから、実際のところ、最も一般的な最適化基準は、Ｍ
ＳＥ（平均２乗エラー）、つまり、エラーパワー
【数８】 である。ここで、Ｊminは最小エラーパワーであり、 Ｉkは基準信号であり、 は基準信号推定であり、 Ｅは期待値である。
【００２９】 本発明の適用に関する限り、どのイコライザー若しくは最適化法が選択される
かは重要ではなく、従って、これらについて本明細書でこれ以上は説明しない。
イコライザーの異なる最適化法もこの分野では広く知られている。従来技術に従
って、ノイズ分散は例えば以下のように推定され得る。
【００３０】 ブロック４０６で、信号ノイズ分散がプリフィルタリング後に再び計算される
。従来技術に従って、ノイズ分散は例えば以下のように推定され得る。
【００３１】 プリフィルタリング後は、信号ベクトルは、 の形態で表現され得る。
【００３２】 ）であり（ここで、ｈC（）はインパルス応答観測値であり、ｈl（）はインパル
ス応答の長さである）、それは、
【数９】 の形態をしている。
【００３３】
【数１０】 を用いることによって推定することができる。ここで、ｃはユーザによって選択
される定数であり（これは、必要ではないが、例えばシステムダイナミックスを
スケーリングするために、もし必要ならば使用され得るものである）、 ｌｅｎｇｔｈは、ベクトルの長さであり、 ｔはベクトルの転置であり、 *は、複素共役であり、 ／は割り算である。
【００３４】 上述した機能（functionalities）は、多くの方法で、例えば、プロセッサで
実行されるソフトウェアによって、若しくは、別々の構成要素若しくはＡＳＩＣ
（特定用途向けＩＣ）を用いて構築されるロジックのようなハードウェア形態に
よって、実施され得る。
【００３５】 プリフィルタのタップ係数が、ＭＭＳＥ−ＤＥＦ（最小平均２乗イコライザー
−決定フィードバックイコライザー）イコライザーアルゴリズムのようなノイズ
エネルギー推定に対してバイアシングを生じさせるイコライザーアルゴリズムを
用いることによって決定された場合、この推定は、チャネルエンコーディング性
能を改善するためにアンバイアス（不偏化、バイアス解除）される。ブロック４
０８で、アンバイアシング（unbiasing）（アンバイアス実行）のための重み付
け係数が、ノイズエネルギー推定から以下のように計算される。
【数１１】 は、プリフィルタリング後の信号エネルギーの期待値である。 これは図４による解法である。
【００３６】
【数１２】 中、定数ｃは、公式１１を用いて決定することができ、これは、重み付け係数を
計算する際にノイズエネルギー推定のアンバイアシングを既に考慮している。ノ
イズエネルギーを推定し潜在的な（ポテンシャル）バイアシングの影響を評価し
た後に、出力信号つまりブロック４０４の変更されたインパルス応答４１６と、
加算器４１４で形成されたプリフィルタされたサンプル信号の合計信号４１８に
、得られた重み付け係数が、実際のチャネルイコライザーブロック４１２の前に
重み付け手段４１０を用いて掛け算される。これは、チャネルデコーディングの
ためのより信頼のおけるシンボルエラーレート（記号誤り率）値を与える。
【００３７】 上述した機能は、多くの方法で、例えば、プロセッサで実行されるソフトウェ
アによって、若しくは、別々の構成要素若しくはＡＳＩＣ（特定用途向けＩＣ）
を用いて構築されるロジックのようなハードウェア形態によって実施され得る。
【００３８】 本発明を添付図面の例を参照して上に記述してきたが、本発明はこれに限らず
、添付クレームに開示された本発明の概念の範囲内で多くの方法で変更すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 電気通信システムの一例を示す図である。
【図２】 ノイズ分散を２回推定し、推定を潜在的にアンバイアスするための方法ステッ
プを示す流れ図である。
【図３】 受信信号のインパルス応答を示す図である。
【図４】 受信機におけるチャネルイコライザーパラメータを計算するための解法を示す
図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，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，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 無線受信機でチャネル等化を実行する方法であって、該方法
    では、インパルス応答が推定され、ノイズパワーはプリフィルタリング前に受信
    信号に含まれるノイズの共分散行列を推定することによって決定され、イコライ
    ザーとプリフィルタのタップ係数が計算される、前記方法において、 ノイズ分散を推定することによってプリフィルタリング後のノイズパワーを決
    定し、 ノイズ分散を推定することによって得られた重み付け係数によりチャネルイコ
    ライザーの入力信号（４１６、４１８）を重み付けすること、を特徴とする方法
    。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、重み付けされる信号は、ノイ
    ズ共分散行列推定とプリフィルタされた受信信号によって訂正されるインパルス
    応答である方法。
  3. 【請求項３】 請求項１または２記載の方法において、チャネルイコライザ
    ーに付与される信号（４１６、４１８）を、ノイズパワー推定におけるバイアシ
    ングを考慮して決定された重み付け係数によって重み付けする方法。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の方法において、ビタビア
    ルゴリズムに基づくチャネルイコライザーを用いてチャネル等化を実行する方法
    。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載の方法において、決定フィ
    ードバックチャネルイコライザーを用いてチャネル等化を実行する方法。
  6. 【請求項６】 インパルス応答を推定する手段（４００）と、受信信号のノ
    イズパワーを、プリフィルタリング前に前記受信信号に含まれるノイズの共分散
    行列を推定することによって決定する手段（４０２）と、チャネルイコライザー
    とプリフィルタのタップ係数を計算する手段（４０４）とを備える無線受信機に
    おいて、 該無線受信機は、ノイズ分散を推定することによってプリフィルタリング後の
    ノイズパワーを決定する手段（４０６）を備え、 また、前記無線受信機は、チャネルイコライザーの入力信号（４１６、４１８
    ）を、前記ノイズ分散推定から得られた重み付け係数によって重み付けする手段
    （４１０）を備える、 ことを特徴とする無線受信機。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の無線受信機において、重み付けされる信号は
    、ノイズ共分散行列推定とプリフィルタされた受信信号によって訂正されるイン
    パルス応答である無線受信機。
  8. 【請求項８】 請求項６または７記載の無線受信機において、該無線受信機
    は、チャネルイコライザーに付与される信号（４１６、４１８）を、ノイズパワ
    ー推定におけるバイアシングを考慮して決定された重み付け係数によって重み付
    けする手段（４１０）を備える無線受信機。
  9. 【請求項９】 請求項６乃至８のいずれかに記載の無線受信機において、ビ
    タビアルゴリズムに基づくチャネルイコライザーによってチャネル等化を実行す
    る手段（４１２）を備える無線受信機。
  10. 【請求項１０】 請求項６乃至９のいずれかに記載の無線受信機において、
    決定フィードバックチャネルイコライザーを用いてチャネル等化を実行する手段
    （４１２）を備える無線受信機。
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