JP2004040782A - 複数のアンテナを備えた受信機のための反復結合技術 - Google Patents
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Abstract
【課題】移動通信において無線信号受信を改善する方法およびシステムを提供すること。
【解決手段】複数のアンテナを介して無線受信機において受信する無線信号を処理する方法であって、各々が使用中にアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナと、各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーエレメントと、各々が複数のアンテナエレメントを有し、かつ各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーとのうちの少なくとも１つを有し、前記アンテナ信号が、結合された信号を送出するために結合され、各アンテナ信号に対して、前記アンテナ信号の結合処理を制御するために反復チャンネル評価が行われる。本発明の長所は、アンテナ利得が結合損失を低減することによって増大することにより複数アンテナ無線受信機のエラーレート性能の改善にある。
【選択図】 図１
【解決手段】複数のアンテナを介して無線受信機において受信する無線信号を処理する方法であって、各々が使用中にアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナと、各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーエレメントと、各々が複数のアンテナエレメントを有し、かつ各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーとのうちの少なくとも１つを有し、前記アンテナ信号が、結合された信号を送出するために結合され、各アンテナ信号に対して、前記アンテナ信号の結合処理を制御するために反復チャンネル評価が行われる。本発明の長所は、アンテナ利得が結合損失を低減することによって増大することにより複数アンテナ無線受信機のエラーレート性能の改善にある。
【選択図】 図１
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、参照して本明細書に組み込まれる優先権主張の基礎となる欧州特許出願第 ０２ ３６０ １８６．７号に基づく。
【０００２】
本発明は、複数のアンテナを介して無線受信機において受信される無線信号を処理する方法であって、無線受信機が、少なくとも２つのアンテナ、または、少なくとも２つのアンテナアレーエレメントを有し、アンテナ信号が、空間的または空間時間的結合器によって結合される、方法に関する。本発明は、また複数のアンテナを備えた受信機およびそのような受信機を含む移動通信システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
リンクの品質を改善するため、すなわち、特定の伝送パワーが与えられた場合の、エラーレートの低減のため、また、あるいは、特定の目標エラーレートが与えられた場合の伝送パワーの低減のために、無線通信システムにおいて複数の受信アンテナがしばしば使用される。複数の受信アンテナは、例えば、線形または円形アレーなどのアンテナアレーを含み、このアンテナアレーでは、隣接するアンテナエレメントが、通常無線半波長分離されているか、または、アンテナが、例えば無線１０波長以上、さらに間隔を空けられるダイバーシティ配置になっている。代案となるアンテナ配置は、例えば、ダイバーシティ構成で使用されるいくつかのサブアレーを使用して上記を組み合わせる。我々は、線形有極化されたアンテナに焦点を合わせるが、直交有極化された複数のアンテナ構成も可能である。
【０００４】
Ｍ個のアンテナ（Ｍ＞１）を使用する受信機において、Ｍ個の受信信号を単一の信号を得るために適切な技術、しばしば、デジタル信号処理技術によって結合しなければならない。適切な結合技術は、個々の伝送フォーマット（例えば、ＴＤＭＡ（時間分割多重アクセス）またはＣＤＭＡ（コード分割多重アクセス）および個々のアンテナ構成に適合しなければならない。以下に説明するように、一般に結合段は空間的結合段または空間時間的結合段と呼ぶことができる。この空間的または空間時間的結合ユニットの目的は、エラーレート性能を最適化するために受信信号の成分を（位相において）コヒーレントに加算することである。
【０００５】
時間分散は無線伝播チャンネルの典型的な特性である。これは、ＴＤＭＡシステム（例えば、移動通信用グローバルシステム（ＧＳＭ）または一般のパケット無線サービス（ＧＰＲＳ））において典型的にシンボル間干渉をもたらす帯域制限フィルタによって発生されることがある。移動無線通信において通常遭遇する他の分散効果はマルチパス伝播である。これは、縦軸に受信パワーおよび横軸にパス遅延を示す図４に示すような受信パワー遅延プロファイルをもたらす。マルチパス伝播チャンネルのインパルス応答は、
【数式１】
と書くことができ、ここで、Ｌはマルチパス成分の数を示し、δ（ｔ）はディラックインパルスを示す。各信号パスは、複素値振幅α１およびパス遅延τ１を特徴とする。Ｗ−ＣＤＭＡ（広帯域ＣＤＭＡ）の特性は、受信機がマルチパスプロファイルに対する分解能を持ち、受信した各パスに対してチャンネル評価を行うことである。この場合、しばしば、以下の（１）に従ってフィンガ（すなわち、マルチパスの成分）の時間的結合を行うレーキ受信機が適用される。
【数式２】
ここで、ｒ（ｔ）は受信信号（Ｍ＝１の単一アンテナ１Ｒｘ受信機を仮定）を示し、重み係数は共役複素チャンネルの評価によって与えられる。チャンネル評価α１が各フィンガに対して計算されることに注意が必要である。チャンネル評価は、しばしば専用のパイロットまたはトレーニングシンボルの支援によって実行される。パイロットシンボルは、コヒーレントな検出を可能にするための位相参照を供給する。しばしば、単純な直交相関技術がスロットごとを基本として、または、複数のスロットにわたる平均を取ることによって使用される。本明細書において、他に断りのない限り、用語「チャンネル評価」は常にパイロットシンボル支援チャンネル評価を示すことに注意が必要である。
【０００６】
空間的結合とは、例えばＷｍによって示す、Ｍ個の複素値重み係数を使用してＭ個の受信信号の重み付け加算によって、空間領域において実行される結合操作を指す。ｒｍ（ｔ）が受信信号を、ｒ（ｔ）が結合ブロックの出力信号を示すことにする。空間的結合は以下のように書くことができる。
【数式３】
【０００７】
空間的結合の場合、得られる信号ｒ（ｔ）は、１Ｒｘ受信機（すなわち、単一の受信アンテナを有する受信機）と同じ方法で処理することができる。空間的結合の応用は、例えばＧＳＭおよびその拡張システムなどのＴＤＭＡシステムを含む。
【０００８】
空間時間的結合とは、空間および時間の領域の双方において実行される結合操作を指す。空間時間的結合の応用は、例えばＵＴＲＡ／ＦＤＤ（すなわち、汎用地上無線アクセス（ＵＴＲＡ）システムの周波数分割二重（ＦＤＤ）改変版）などのＷ−ＣＤＭＡシステムを含む。この場合、空間時間的結合は以下のように書くことができる。
【数式４】
【０００９】
ｗｍ、ｌによって示す、ＭＬ個の重み係数のセットを使用する。出力信号ｒ（ｔ）は、その後、（本明細書において、インターリーブ解除またはレートマッチング解除などの多重分離機能を可能性として含むことを意味する）エラー訂正復号化器に供給される。
【００１０】
しばしば、空間的または空間時間的結合のために使用される重み係数はチャンネル評価に基づく。空間的結合の場合、チャンネル評価は各アンテナに対して計算される。Ｗ−ＣＤＭＡのための空間時間的結合の場合、チャンネル評価は各アンテナおよび各フィンガに対して計算される。重み係数をどのように計算するかによって、いくつかの異なる結合技術を区別することができる。
【００１１】
・最大比率結合（ＭＲＣ）はＡＷＧＮ（付加的ホワイトガウスノイズ）の存在下で最適（ダイバーシティ）の結合技術である。これは、重み係数として共役複素チャンネル評価を使用する。ＭＲＣがチャンネル評価の振幅および位相情報の双方を使用することに注意が必要である。これは、通常受信信号の振幅がアンテナ間で異なるアンテナのダイバーシティ構成に使用される。
【００１２】
・等利得結合は、アンテナ結合のための全ての重み係数が同じ振幅を有することを仮定しており、そのため、位相情報のみが結合に使用される。位相情報は、ＭＲＣと同じ方法でチャンネル評価から得ることができる。この技術は、物理的構造が受信信号の等しい振幅を保証するアンテナアレーにしばしば使用される。
【００１３】
・上記の技術は、付加的なチャンネル障害としてのＡＷＧＮ、ダイバーシティ構成を備えたＭＲＣ、および、アンテナアレーとの等利得結合の存在下で最適である。しばしば、受信信号は、ＴＤＭＡおよびＣＤＭＡの双方における共チャンネル干渉の被害を受ける。干渉抑制のためのアンテナ結合技術は最適結合（Ｏｐｔｉｍｕｍ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）またはＭＭＳＥ（最小平均二乗エラー）結合を含む。このような技術は、上記技術の場合と同じチャンネル評価に基づく係数を使用することによって実施される。加えて、これらの係数は、測定された他のパラメータと掛け合わせられる。しかし、重要なことは重み係数の計算がチャンネル評価によって支援されることである。
【００１４】
従来技術による複数アンテナ受信機の全体的なブロック図を図５に示す。各アンテナのためにチャンネル評価ユニットがある。チャンネル評価は空間的または空間時間的結合ユニットに供給される。結合ユニットはこのチャンネル評価による支援か、または、少なくともチャンネル評価から得られる位相情報による支援によって受信信号の重み付け加算を実行する。結合ユニットの出力はエラー訂正復号化器に供給される。特に、図５は以下の機能ブロックを示す。アンテナ信号を保存するための保存ユニット３−１〜３−Ｍ（Ｓ１〜ＳＭ）。保存ユニットの出力は、この結合器が要件に従って空間的（「ＳＰ」）結合器または空間時間的（「ＳＰ−Ｔ」）結合器であるということを意味する「ＳＰ／ＳＰ−Ｔ ＣＯＭＢ」として示される結合器５の入力に結合される。（空間時間的結合のための典型的な応用を、上記に例示した。）複数の信号を結合することの他に、結合器の機能は、例えばＴＤＭＡにおいて典型的である等化またはＣＤＭＡにおいて典型的であるレーキ結合などの復調機能も含む（詳細な説明については以下を参照）。結合器５の出力信号は復号器（ＤＥＣ）９によって復号される。復号器はインターリーブ解除またはレートマッチング解除などの多重分離機能も可能性として含む（詳細な説明については以下を参照）。結合器５への入力信号を、通常はアンテナ信号内の、既知の信号の存在に基づいてチャンネル評価を送出する、個々のチャンネル評価器７−１〜７−Ｍ（ＣＥ−１〜ＣＥ−Ｍ）にもそれぞれ供給する。チャンネル評価器は、結合器５の個々の入力に制御信号をそれぞれ送出する。本明細書においては、アナログ信号ではなくデジタル信号が処理されることを仮定する。したがって、（おそらく周波数シフトおよび復調の前または後の）アナログアンテナ信号はデジタル化されることを考慮するべきである。これは当業者によく知られているので、図面に示さず、説明もしない。
【００１５】
図５に使用される構成ブロックは、個々の伝送フォーマットに適合しなければならず、以下に簡単に例示する。
【００１６】
・ＴＤＭＡ：かなりの量のシンボル間干渉（ＩＳＩ）が、例えば、ＧＳＭおよびその拡張などのＴＤＭＡシステムにおいてしばしば特徴的である。しばしば、復号の前にＩＳＩを排除するために等化器が使用される。全体的な形態の、この等化器は図５の結合ユニットに一体化される。さらに、時間インターリービングがしばしば適用される。全体的な形態の、インターリーブ解除機能は図５の復号化器ユニットに一体化される。
【００１７】
・Ｗ−ＣＤＭＡ：例えばＵＴＲＡ／ＦＤＤなどのＷ−ＣＤＭＡにおいて、結合ユニットは、しばしば、数式（３）に定義されるように空間時間的レーキ受信機の手段によって実現される。ＵＴＲＡ／ＦＤＤはレートマッチングおよび時間インターリービングをさらに使用する。全体的な形態において、レートマッチング解除およびインターリービング解除のための、個々の受信機構成ブロックは図５の復号ユニットに一体化される。
【００１８】
これらの例から、我々は結合ユニットの出力を、エラー訂正復号化に適する、すなわち、ＩＳＩおよび他の無線伝播効果のないソフトシンボルのシーケンスと定義する。言い換えれば、結合ユニットは全ての復調機能を含む。インターリービング解除またはレートマッチング解除などの多重分離機能は復号化器ユニット内で取り扱われる。
【００１９】
正確なチャンネル評価はコヒーレントな結合ユニットの性能を最適化するための重要な要件である。ＡＷＧＮの存在下において、Ｍ個のエレメントを備えたアンテナアレーの使用は、未符号化ビットエラーレート性能の１０ｌｏｇＭｄＢの改善を理論的にもたらす。この利得をアンテナ利得と呼ぶ。実際に観察される利得は、しばしば、理論的アンテナ利得よりかなり小さい。我々は、結合損失を理論的な１０ｌｏｇＭｄＢアンテナ利得から実際に達成された利得を差し引いた差と定義する。ＵＴＲＡ／ＦＤＤの上りリンクにおけるＡＷＧＮおよびＭＲＣのコンピュータシミュレーション［１］において、我々は４つのエレメントの、線形アレーの場合に１．５〜２．０ｄＢのオーダーの結合損失を観察した。絶対値ｄＢの項において、結合損失は、受信アンテナ数の増加および信号対雑音比の低下とともに増加する傾向がある。我々のコンピュータシミュレーションにおいて、我々は、チャンネル評価が（スロットごとを基本とした）専用パイロットシンボルを使用する従来の（非反復の）方法で行われると仮定した。
【００２０】
【文献１】
Ｋ．Ｋｏｐｓａ、Ｒ．Ｗｅｉｎｍａｎｎ、Ｖ．ＢｒａｕｎおよびＭ．Ｔａｎｇｅｍａｎｎ、「Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ Ｕｐｌｉｎｋ ｏｆ ＵＴＲＡ／ＦＤＤ：ＵＴＲＡ／ＦＤＤの上りリンクにおける空間―時間結合」、２０００ＩＥＥＥ、Ｇｌｏｂａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｇｌｏｂｅｃｏｍ’００、第３巻、１８４４−１８４８ページ、２０００年１２月
【文献２】
Ｎ．ＮｅｆｅｄｏｖおよびＭ．Ｐｕｋｋｉｌａ、「Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＧＰＲＳ：ＧＰＲＳのための反復チャンネル評価」、Ｐｒｏｃ．ＰＩＭＲ２０００、２０００年９月。
【文献１】
米国特許出願公開第０００４３９０号明細書
【考案の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の目的は、移動通信システムにおいて無線信号の受信を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この目的は、複数のアンテナを介して無線受信機において受信する無線信号を処理する方法であって、各々が使用中にアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナと、各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーエレメントと、各々が複数のアンテナエレメントを有し、かつ各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーとのうちの少なくとも１つを有し、アンテナ信号が、結合された信号を送出するために結合され、各アンテナ信号に対して、アンテナ信号の結合処理を制御するために反復チャンネルの評価が行われる方法を使用して達成される。この目的は、無線受信機であって、各々が使用中にアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナ、および／または、各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーエレメント、および／または、各々が複数のアンテナエレメントを有し、かつ各々がアンテナ信号を送出する、する少なくとも２つのアンテナアレーとのうちの少なくとも１つを有し、前記アンテナ信号を結合し、結合信号を送出する、少なくとも１つの信号結合モジュールをさらに有し、また各アンテナ信号に対して、アンテナ信号の結合処理を制御するための反復チャンネルの評価を行う、少なくとも１つのチャンネル評価モジュールを有する無線受信機を使用してさらに達成される。
【００２３】
この目的は、無線受信機を含む無線基地局であって、無線受信機が、各々が使用中にアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナ、および／または、各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーエレメント、および／または、各々が複数のアンテナエレメントを有し、かつ各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーとのうちの少なくとも１つを有し、アンテナ信号を結合し、結合信号を送出する、少なくとも１つの信号結合モジュールをさらに有し、また各アンテナ信号に対して、アンテナ信号の結合処理を制御するための反復チャンネルの評価を行う、少なくとも１つのチャンネル評価モジュールを有する無線受信機を含む無線基地局を使用してさらに達成される。
【００２４】
この目的は、無線受信機を備えた基地局を含む移動通信システムであって、無線受信機が、各々が使用中にアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナ、および／または、各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーエレメント、および／または、各々が複数のアンテナエレメントを有し、かつ各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーとのうちの少なくとも１つを有し、アンテナ信号を結合し、結合信号を送出する、少なくとも１つの信号結合モジュールをさらに有し、また各アンテナ信号に対して、アンテナ信号の結合処理を制御するための反復チャンネルの評価を行う、少なくとも１つのチャンネル評価モジュールを有する無線受信機を備えた基地局を含む移動通信システムを使用してさらに達成される。
【００２５】
反復チャンネルの評価［２］は、チャンネル評価の正確さを改善するための先端技術である。公開されている文献では、単一の受信アンテナを使用する応用について説明されている。反復チャンネルの評価の基本考え方は、従来の復号化操作を２回実行することであり、その場合、中間のエラー訂正済み出力は、拡張トレーニングシーケンスを得るために再復号化される。チャンネル評価を更新するために使用する拡大されたデータベースのために、現在、チャンネル評価はより良好な正確さを有し、したがって、より良好なエラーレート性能を間接的にもたらす。単一の受信アンテナで観測される、得られる利得はかなりのものになることがあり、例えば、ＧＰＲＳ［２］において約１〜１．５ｄＢになることがある。
【００２６】
我々は、以前に更新されたチャンネル評価を使用してアンテナ信号の結合が（少なくとも２回）繰り返して行われるように、反復チャンネルの評価技術を複数のアンテナ受信と組み合わせることを提案する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の長所は、複数アンテナ無線受信機のエラーレート性能の改善である。なぜなら、結合損失を低減することによりアンテナ利得が増強できるからである。
【００２８】
本発明の実施形態によれば、結合器の直後の点から（「短い」ループ）、または、復号化器ユニットの背後の点からのフィードバック情報を、チャンネル評価ユニットにおいて処理するためにループバックする。１つの長所は、より長いトレーニングシーケンスによって増強されたチャンネル評価である。（ループバックが復号化器の背後で開始される）長いループと比較して低減されたエラーレート性能が予想されるが、（結合器の直後でループバックが開始される）「短い」ループはより簡略な方法で実行することができ、有利とすることができる。本発明の他の実施形態に対して、また、本発明による受信機およびシステムに対しても、同様の長所を適用することができる。
【００２９】
本発明のさらなる特徴および長所は、本発明のために不可欠な特徴を示す図面に関連し、特許請求の範囲に関連する本発明の好ましい変形および実施形態の以下の説明から明らかになる。個々の特徴は、本発明の実施形態において個別に、または、いかなる組み合わせにおいても実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
反復結合技術を使用する複数アンテナ受信機の全体的なブロック図を図１に示す。
【００３１】
図５に示す構成要素と同じ構成要素を、同じ用語で示す。チャンネル評価器１７−１〜１７−Ｍは、結合器１５の背後の点からフィードバックされるフィードバック信号を受信および評価するように構成される。１つの場合において、フィードバック信号は復号化器９の背後の点からフィードバックされ、この場合、復号化処理はユニット１０（ＥＮＣ）における再符号化によって逆転されなければならない。このフィードバックパスは、参照番号１１で示す。他の場合において、フィードバックパス１２は結合器の出力から即座に開始され、再符号化は必要ない。２つの場合において、フィードバックされる信号は、所望であれば、例えば量子化されるなどの適切な方法で処理される。フィードバック信号は、全てのチャンネル評価器の制御入力に入力され、評価器が、フィードバック信号のない場合より良好な品質のチャンネル評価を送出するように評価器を制御する。また、図１は、同時に２つの異なる実施形態を示し、１つは空間的結合器（ＳＰ ＣＯＭＢ）を、および、他は空間時間的結合器（ＳＰ−Ｔ ＣＯＭＢ）を有する。
【００３２】
上記と同様に、各アンテナに対してチャンネル評価ユニットが存在する。チャンネル評価は空間的または空間時間的結合ユニットに供給される。結合ユニットはチャンネル評価の支援か、または、少なくともチャンネル評価から得られる位相情報の支援により、受信信号の重み付け加算を実行する。結合器ユニットの出力はエラー訂正復号化器（ＤＥＣ）９に供給される。「第１の反復」（ｎ＝１）（さらに正確には：第１のステップ；何も繰り返し実行されず、フィードバック信号もこのステップでは使用されない）はこの時点で完了し、「第２の反復」（ｎ＝２）（または、フィードバック信号が実際に初めて使用される第２のステップ）が続く。エラー訂正済み出力は「延長されたトレーニングシーケンス」（パス１１）を得るために再符号化される。この延長されたトレーニングシーケンスは従来のトレーニングシーケンスまたはパイロットシーケンスより大きなデータベースを提供し、したがって、より正確なチャンネル評価を提供することができる。延長されたトレーニングシーケンスを使用してチャンネル評価を更新するために、初期チャンネル評価を計算するためのアルゴリズムとは異なるアルゴリズムを使用することができることに注意が必要である。さらに、再符号化ユニットは、伝送フォーマットによってはレートマッチングまたはインターリービングのための機能を可能性として含むことができることに注意が必要である。拡張されたトレーニングシーケンスを使用して、チャンネル評価が更新されるが、その際、初期値のためのものとは異なるチャンネル評価アルゴリズムをおそらく使用する。空間的または空間時間的結合が繰り返されるが、今度は、チャンネル評価の更新によって支援され、最後に、結合ユニットの出力が復号化される。実行された反復の数は少なくともｎ＝２でなければならないが、これより大きくてもよい。２より大きい場合、図１のフィードバックパスは２回以上行われる。
【００３３】
反復結合方式の複雑さが低減された実施形態では、拡張されたトレーニングシーケンスは結合ユニットの出力から直接に得ることができ（図１に点線で示すパス１２）、したがって、第１の反復における復号化および再符号化の操作を回避する。大きな複雑さを持つ上述の解決策の場合と比較して、この技術はエラーレート性能に関して有利ではないであろう。しかし、アンテナゲインが拡張されたトレーニングシーケンスを得るために利用されるため、性能の劣化は大きな複雑さを持つ解決策に対して適度なものにすることができる。
【００３４】
一般に、我々は、反復結合技術が、我々のコンピュータシミュレーションにおいて観察された結合損失の大きな部分を補償することを予想している。加えて、単一アンテナ受信機によって与えられる絶対参照性能も改善する。したがって、ＵＴＲＡ／ＦＤＤ上りリンクにおいて、４エレメントのアンテナアレーを使用する時に、我々は約１．５〜２．５ｄＢの総合利得を予想することができる（この場合、我々は参照性能の、約０．５〜１ｄＢの改善および結合損失の約１〜１．５ｄＢの低減を想定している）。
【００３５】
一般に、反復結合技術は、いかなる無線伝送フォーマット、例えばＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ，ＴＤＭＡ−ＣＤＭＡの組み合わせ（ＴＤ−ＣＤＭＡ（時間分割ＣＤＭＡ）または同期ＴＤ−ＣＤＭＡ（ＴＤ−ＳＣＤＭＡ）など）、または、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）で使用することができる。反復結合技術は、いかなる複数アンテナの構成、例えば、（アンテナエレメントが通常数メータ離れて間隔を空けられる）ダイバーシティ構成、または、アンテナアレー（例えば、線形または円形アレー）に適用することができる。さらに、（例えば、ＴＤＭＡにおける）純粋な空間的結合技術または（例えば、ＣＤＭＡにおける空間時間的レーキ受信機を使用する）空間時間的結合に、および、（アンテナアレーにしばしば使用されるような）等利得結合、（アンテナのダイバーシティ構成にしばしば使用される）最大比率結合、または、（アンテナアレーまたはダイバーシティ構成のいずれかによる干渉抑制のための）最適結合などの様々な結合アルゴリズムに使用することができる。
【００３６】
本発明の特徴として、本結合技術は、チャンネル評価から導出される情報、少なくとも位相情報をコヒーレントな結合を可能にするために利用しなければならない。加えて、結合は、例えば、最大比率結合または最適結合を実施するために、チャンネル評価の振幅情報を利用することができる。
【００３７】
ＵＴＲＡ／ＦＤＤ上りリンクのための完成された例として、図２はＵＴＲＡ／ＦＤＤ上りリンクに適用された時の反復結合技術に基づく複数アンテナ受信機のブロック図を示す。
【００３８】
図２において、結合器２５は、本例においては個々のアンテナの信号であるが、本発明の他の実施形態においては複数のアンテナアレーの信号であってもよい、全てのアンテナ信号の全ての「フィンガ」（＝異なる時間に到着する信号）１〜Ｌにわたる結合を行う空間時間的結合器である。図２における各チャンネル評価器の参照番号２７−１〜２７−Ｍは、複数の評価器（チャンネル評価器２７−１に対してチャンネル見積もり器ＣＥ１は１からＬまで）として理解され、Ｌはフィンガの数である。したがって、実在のデバイスまたは計算処理における実施するもののいずれかとして、Ｌ×Ｍ個のチャンネル評価器が存在する。結合器２５は全てのチャンネル評価器の出力信号を制御信号として受信する。
【００３９】
図２において、我々は、結合器ユニットが（３）に定義した空間時間的レーキ受信機を実施するものと仮定し、ここで、ｍ番目のアンテナの、ｌ番目のフィンガに対する重み係数をｗｍ、ｌで示す。ＭＲＣについては、重みがｗｍ、ｌ＝α＊ ｍ、ｌによって与えられ、ここで、α＊ ｍ、ｌは、ｍ番目のアンテナの、ｌ番目のフィンガに対するチャンネル評価を示す。
【００４０】
ＵＴＲＡ／ＦＤＤ上方リンクにおいて、我々は、この技術をマルチユーザ検出（ＭＵＤ）に対する代案または追加技術として考える。
【００４１】
いくつかの実施態様を説明する。一般に、実施態様はエラーレート性能においてかなりの損失をもたらすことなく計算の複雑さを低減することを目的とする。
【００４２】
・上記に説明したように、結合ユニットは等化またはレーキ結合などの全ての復調機能を含む。結合ユニットに含めることができる他の復調技術は、例えば、（例えば、Ｗ−ＣＤＭＡまたはＴＤ−ＳＣＤＭＡにおける）マルチユーザ受信機構造がある。結合ユニットの計算の複雑さを低減するために、復調動作は、特に第１の反復において、低減した複雑さで実施することができる。例として、第１の反復において複雑さの低い等化器（または、マルチユーザ検出）アルゴリズムを使用し、第２の反復においてさらに複雑なアルゴリズムを使用する。
【００４３】
・エラー訂正符号化は、例えば、ブロック符号、たたみこみ符号、または、ターボ符号などの連結符号の手段によって実現することができる。反復結合方式の計算の複雑さを低減するために、第１の反復における復号化は低減した複雑さで実現することができる。例として、第１の反復におけるターボ復号化は１回または２回の反復に限られるが、通常は約８回の反復が事実上の最適性能を達成するために要求される。
【００４４】
他の実施態様は、従来の反復チャンネル評価技術［２］から知られているものと同様である。例として、速く動く送信局（または、複数アンテナ受信機局）のための受信性能を改善するため、または、いくつかのユーザによるタイムスロットの共有を可能にするために、拡張トレーニングシーケンスはいくつかの部分に分割することができる［２］。
【００４５】
提案した技術のいくつかの他の応用例について簡単に述べる。
【００４６】
・現在まで、我々は、複数の受信アンテナが単一のセルまたはセルセクタ内で使用されることを仮定した。マクロダイバーシティ技術は複数の受信アンテナを使用し、各アンテナが異なるセルまたはセルセクタに位置する。これらのセルは同じ基地局または異なる基地局に所属することができる。ＵＴＲＡの用語においては、前者はよりソフトなハンドオーバと呼び、後者をソフトなハンドオーバと呼ぶ。受信信号が共通の受信機ユニットにおいて利用可能であることを条件に、一般に、提案した技術はいずれの場合にも適用できる。ＵＴＲＡにおいては、これは、受信信号がノードＢのサイトで利用可能である、よりソフトなハンドオーバとともに応用することができる。
【００４７】
・上りリンクでは、空間ダイバーシティ利得がアンテナ利得に加えて得られるため、ダイバーシティ構成におけるアンテナサブアレーの使用（例えば、ダイバーシティ構成で２つのサブアレーを使用する４アンテナ構成で、各サブアレーが半波長の間隔を持つ２つのエレメントで構成されるもの）は有用である。基本的に、上りリンクにおいてアンテナ結合を行うために２つの可能性がある。
【００４８】
・計算は、全てのアンテナについて同じ方法、例えば、チャンネル評価に基づく結合を使用して実行される。この場合、提案した反復結合技術は、上記に説明したように適用することができる。図１を参照。
【００４９】
・アンテナ結合は２つの段階で実現できる。第１の段階においては、同じサブアレーの受信信号が結合される。第２の段階においては、サブアレーの出力信号が結合される。段階１および段階２においては、異なる結合アルゴリズム、例えば、段階１において到着方向（ＤＯＡ）に基づく結合が、および、段階２においてチャンネル評価に基づく結合が使用される。もし段階の１つがチャンネル評価に基づく結合を行うなら、提案した反復結合技術が適用できる。通常、チャンネル評価に基づく結合は、ダイバーシティ利得を達成するために（少なくとも）段階２において実行される。したがって、反復結合技術は図３に示す構造を有する。図１との比較は、Ｎ個のサブアレーが等価なアンテナとして考えられることを示し、ここでＭ＝ＮＭｓと仮定し、Ｍｓはサブアレー当りのエレメントの数を示す。
【００５０】
図３はＮ個のアンテナサブアレーに関連する反復結合の応用例を示す。
【００５１】
図３は、単一アンテナエレメントの代わりに複数のアンテナアレーＳＡ１〜ＳＡＮが存在する点で、図１とは区別される。この図のチャンネル評価器は参照番号３７−１〜３７−Ｎを有する。各アンテナアレーは１つの出力信号を送出し、これは、１つの実施形態では、受信信号の到着方向（ＤＯＡ）から導出される位相情報を使用して得られる。当業者には、例えば、バットラ（Ｂｕｔｌｅｒ）マトリクスが、方向依存性の出力信号を準備するために使用できることが知られている。これは、アレーのアンテナエレメントによって受信される信号に対する結合処理の第１の段階として考えることができる。
【００５２】
受信信号の結合は２つの段階において実行され、上記に詳細に説明したように、第２の段階における結合は反復チャンネルの評価に基づく。
【００５３】
第１の段階における結合は、例えば、ＤＯＡに基づく代わりにブラインドチャンネル評価を使用して、および、例えば直前に述べたバトラ（Ｂｕｔｌｅｒ）マトリクスを使用して実施することができる。
【００５４】
まとめ
反復結合と呼ぶ複数アンテナ受信機の構造を提示した。提案した技術は、反復チャンネル評価を複数アンテナの結合と組み合わせ、アンテナ信号の結合が（少なくとも２回）繰り返して実行され、その際前に更新されたチャンネル評価を使用する。この基本的な受信機構造は、例えばＴＤＭＡまたはＣＤＭＡなどのいかなる伝送フォーマットにも、および、例えばアンテナアレーまたはダイバーシティアンテナなどのいかなる受信アンテナ構成にも適用することができる。従来の受信機と比較して、復調および復号化のために必要な計算の複雑さは約２倍になる。一般的な実施態様を説明し、専用システムの実施例を提示した。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】反復結合に基づく複数アンテナ受信機の全体的なブロック図である。
【図２】ＵＴＲＡ／ＦＤＤ上りリンクに適合された反復結合に基づく複数アンテナ受信機を示す図である。
【図３】Ｎ個のアンテナサブアレーを伴う反復結合の応用例を示す図である。
【図４】マルチパスチャンネルの出力で観測される典型的な出力プロファイルを示す図である。
【図５】従来の複数アンテナ受信機の全体的なブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
５、１５、２５、３５ 結合器
７、１７、２７、３７ チャンネル評価器
９ 復号化器
１０ 再符号化器
１１、１２ フィードバックパス
【０００１】
本発明は、参照して本明細書に組み込まれる優先権主張の基礎となる欧州特許出願第 ０２ ３６０ １８６．７号に基づく。
【０００２】
本発明は、複数のアンテナを介して無線受信機において受信される無線信号を処理する方法であって、無線受信機が、少なくとも２つのアンテナ、または、少なくとも２つのアンテナアレーエレメントを有し、アンテナ信号が、空間的または空間時間的結合器によって結合される、方法に関する。本発明は、また複数のアンテナを備えた受信機およびそのような受信機を含む移動通信システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
リンクの品質を改善するため、すなわち、特定の伝送パワーが与えられた場合の、エラーレートの低減のため、また、あるいは、特定の目標エラーレートが与えられた場合の伝送パワーの低減のために、無線通信システムにおいて複数の受信アンテナがしばしば使用される。複数の受信アンテナは、例えば、線形または円形アレーなどのアンテナアレーを含み、このアンテナアレーでは、隣接するアンテナエレメントが、通常無線半波長分離されているか、または、アンテナが、例えば無線１０波長以上、さらに間隔を空けられるダイバーシティ配置になっている。代案となるアンテナ配置は、例えば、ダイバーシティ構成で使用されるいくつかのサブアレーを使用して上記を組み合わせる。我々は、線形有極化されたアンテナに焦点を合わせるが、直交有極化された複数のアンテナ構成も可能である。
【０００４】
Ｍ個のアンテナ（Ｍ＞１）を使用する受信機において、Ｍ個の受信信号を単一の信号を得るために適切な技術、しばしば、デジタル信号処理技術によって結合しなければならない。適切な結合技術は、個々の伝送フォーマット（例えば、ＴＤＭＡ（時間分割多重アクセス）またはＣＤＭＡ（コード分割多重アクセス）および個々のアンテナ構成に適合しなければならない。以下に説明するように、一般に結合段は空間的結合段または空間時間的結合段と呼ぶことができる。この空間的または空間時間的結合ユニットの目的は、エラーレート性能を最適化するために受信信号の成分を（位相において）コヒーレントに加算することである。
【０００５】
時間分散は無線伝播チャンネルの典型的な特性である。これは、ＴＤＭＡシステム（例えば、移動通信用グローバルシステム（ＧＳＭ）または一般のパケット無線サービス（ＧＰＲＳ））において典型的にシンボル間干渉をもたらす帯域制限フィルタによって発生されることがある。移動無線通信において通常遭遇する他の分散効果はマルチパス伝播である。これは、縦軸に受信パワーおよび横軸にパス遅延を示す図４に示すような受信パワー遅延プロファイルをもたらす。マルチパス伝播チャンネルのインパルス応答は、
【数式１】
【数式２】
【０００６】
空間的結合とは、例えばＷｍによって示す、Ｍ個の複素値重み係数を使用してＭ個の受信信号の重み付け加算によって、空間領域において実行される結合操作を指す。ｒｍ（ｔ）が受信信号を、ｒ（ｔ）が結合ブロックの出力信号を示すことにする。空間的結合は以下のように書くことができる。
【数式３】
空間的結合の場合、得られる信号ｒ（ｔ）は、１Ｒｘ受信機（すなわち、単一の受信アンテナを有する受信機）と同じ方法で処理することができる。空間的結合の応用は、例えばＧＳＭおよびその拡張システムなどのＴＤＭＡシステムを含む。
【０００８】
空間時間的結合とは、空間および時間の領域の双方において実行される結合操作を指す。空間時間的結合の応用は、例えばＵＴＲＡ／ＦＤＤ（すなわち、汎用地上無線アクセス（ＵＴＲＡ）システムの周波数分割二重（ＦＤＤ）改変版）などのＷ−ＣＤＭＡシステムを含む。この場合、空間時間的結合は以下のように書くことができる。
【数式４】
ｗｍ、ｌによって示す、ＭＬ個の重み係数のセットを使用する。出力信号ｒ（ｔ）は、その後、（本明細書において、インターリーブ解除またはレートマッチング解除などの多重分離機能を可能性として含むことを意味する）エラー訂正復号化器に供給される。
【００１０】
しばしば、空間的または空間時間的結合のために使用される重み係数はチャンネル評価に基づく。空間的結合の場合、チャンネル評価は各アンテナに対して計算される。Ｗ−ＣＤＭＡのための空間時間的結合の場合、チャンネル評価は各アンテナおよび各フィンガに対して計算される。重み係数をどのように計算するかによって、いくつかの異なる結合技術を区別することができる。
【００１１】
・最大比率結合（ＭＲＣ）はＡＷＧＮ（付加的ホワイトガウスノイズ）の存在下で最適（ダイバーシティ）の結合技術である。これは、重み係数として共役複素チャンネル評価を使用する。ＭＲＣがチャンネル評価の振幅および位相情報の双方を使用することに注意が必要である。これは、通常受信信号の振幅がアンテナ間で異なるアンテナのダイバーシティ構成に使用される。
【００１２】
・等利得結合は、アンテナ結合のための全ての重み係数が同じ振幅を有することを仮定しており、そのため、位相情報のみが結合に使用される。位相情報は、ＭＲＣと同じ方法でチャンネル評価から得ることができる。この技術は、物理的構造が受信信号の等しい振幅を保証するアンテナアレーにしばしば使用される。
【００１３】
・上記の技術は、付加的なチャンネル障害としてのＡＷＧＮ、ダイバーシティ構成を備えたＭＲＣ、および、アンテナアレーとの等利得結合の存在下で最適である。しばしば、受信信号は、ＴＤＭＡおよびＣＤＭＡの双方における共チャンネル干渉の被害を受ける。干渉抑制のためのアンテナ結合技術は最適結合（Ｏｐｔｉｍｕｍ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）またはＭＭＳＥ（最小平均二乗エラー）結合を含む。このような技術は、上記技術の場合と同じチャンネル評価に基づく係数を使用することによって実施される。加えて、これらの係数は、測定された他のパラメータと掛け合わせられる。しかし、重要なことは重み係数の計算がチャンネル評価によって支援されることである。
【００１４】
従来技術による複数アンテナ受信機の全体的なブロック図を図５に示す。各アンテナのためにチャンネル評価ユニットがある。チャンネル評価は空間的または空間時間的結合ユニットに供給される。結合ユニットはこのチャンネル評価による支援か、または、少なくともチャンネル評価から得られる位相情報による支援によって受信信号の重み付け加算を実行する。結合ユニットの出力はエラー訂正復号化器に供給される。特に、図５は以下の機能ブロックを示す。アンテナ信号を保存するための保存ユニット３−１〜３−Ｍ（Ｓ１〜ＳＭ）。保存ユニットの出力は、この結合器が要件に従って空間的（「ＳＰ」）結合器または空間時間的（「ＳＰ−Ｔ」）結合器であるということを意味する「ＳＰ／ＳＰ−Ｔ ＣＯＭＢ」として示される結合器５の入力に結合される。（空間時間的結合のための典型的な応用を、上記に例示した。）複数の信号を結合することの他に、結合器の機能は、例えばＴＤＭＡにおいて典型的である等化またはＣＤＭＡにおいて典型的であるレーキ結合などの復調機能も含む（詳細な説明については以下を参照）。結合器５の出力信号は復号器（ＤＥＣ）９によって復号される。復号器はインターリーブ解除またはレートマッチング解除などの多重分離機能も可能性として含む（詳細な説明については以下を参照）。結合器５への入力信号を、通常はアンテナ信号内の、既知の信号の存在に基づいてチャンネル評価を送出する、個々のチャンネル評価器７−１〜７−Ｍ（ＣＥ−１〜ＣＥ−Ｍ）にもそれぞれ供給する。チャンネル評価器は、結合器５の個々の入力に制御信号をそれぞれ送出する。本明細書においては、アナログ信号ではなくデジタル信号が処理されることを仮定する。したがって、（おそらく周波数シフトおよび復調の前または後の）アナログアンテナ信号はデジタル化されることを考慮するべきである。これは当業者によく知られているので、図面に示さず、説明もしない。
【００１５】
図５に使用される構成ブロックは、個々の伝送フォーマットに適合しなければならず、以下に簡単に例示する。
【００１６】
・ＴＤＭＡ：かなりの量のシンボル間干渉（ＩＳＩ）が、例えば、ＧＳＭおよびその拡張などのＴＤＭＡシステムにおいてしばしば特徴的である。しばしば、復号の前にＩＳＩを排除するために等化器が使用される。全体的な形態の、この等化器は図５の結合ユニットに一体化される。さらに、時間インターリービングがしばしば適用される。全体的な形態の、インターリーブ解除機能は図５の復号化器ユニットに一体化される。
【００１７】
・Ｗ−ＣＤＭＡ：例えばＵＴＲＡ／ＦＤＤなどのＷ−ＣＤＭＡにおいて、結合ユニットは、しばしば、数式（３）に定義されるように空間時間的レーキ受信機の手段によって実現される。ＵＴＲＡ／ＦＤＤはレートマッチングおよび時間インターリービングをさらに使用する。全体的な形態において、レートマッチング解除およびインターリービング解除のための、個々の受信機構成ブロックは図５の復号ユニットに一体化される。
【００１８】
これらの例から、我々は結合ユニットの出力を、エラー訂正復号化に適する、すなわち、ＩＳＩおよび他の無線伝播効果のないソフトシンボルのシーケンスと定義する。言い換えれば、結合ユニットは全ての復調機能を含む。インターリービング解除またはレートマッチング解除などの多重分離機能は復号化器ユニット内で取り扱われる。
【００１９】
正確なチャンネル評価はコヒーレントな結合ユニットの性能を最適化するための重要な要件である。ＡＷＧＮの存在下において、Ｍ個のエレメントを備えたアンテナアレーの使用は、未符号化ビットエラーレート性能の１０ｌｏｇＭｄＢの改善を理論的にもたらす。この利得をアンテナ利得と呼ぶ。実際に観察される利得は、しばしば、理論的アンテナ利得よりかなり小さい。我々は、結合損失を理論的な１０ｌｏｇＭｄＢアンテナ利得から実際に達成された利得を差し引いた差と定義する。ＵＴＲＡ／ＦＤＤの上りリンクにおけるＡＷＧＮおよびＭＲＣのコンピュータシミュレーション［１］において、我々は４つのエレメントの、線形アレーの場合に１．５〜２．０ｄＢのオーダーの結合損失を観察した。絶対値ｄＢの項において、結合損失は、受信アンテナ数の増加および信号対雑音比の低下とともに増加する傾向がある。我々のコンピュータシミュレーションにおいて、我々は、チャンネル評価が（スロットごとを基本とした）専用パイロットシンボルを使用する従来の（非反復の）方法で行われると仮定した。
【００２０】
【文献１】
Ｋ．Ｋｏｐｓａ、Ｒ．Ｗｅｉｎｍａｎｎ、Ｖ．ＢｒａｕｎおよびＭ．Ｔａｎｇｅｍａｎｎ、「Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ Ｕｐｌｉｎｋ ｏｆ ＵＴＲＡ／ＦＤＤ：ＵＴＲＡ／ＦＤＤの上りリンクにおける空間―時間結合」、２０００ＩＥＥＥ、Ｇｌｏｂａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｇｌｏｂｅｃｏｍ’００、第３巻、１８４４−１８４８ページ、２０００年１２月
【文献２】
Ｎ．ＮｅｆｅｄｏｖおよびＭ．Ｐｕｋｋｉｌａ、「Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＧＰＲＳ：ＧＰＲＳのための反復チャンネル評価」、Ｐｒｏｃ．ＰＩＭＲ２０００、２０００年９月。
【文献１】
米国特許出願公開第０００４３９０号明細書
【考案の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の目的は、移動通信システムにおいて無線信号の受信を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この目的は、複数のアンテナを介して無線受信機において受信する無線信号を処理する方法であって、各々が使用中にアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナと、各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーエレメントと、各々が複数のアンテナエレメントを有し、かつ各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーとのうちの少なくとも１つを有し、アンテナ信号が、結合された信号を送出するために結合され、各アンテナ信号に対して、アンテナ信号の結合処理を制御するために反復チャンネルの評価が行われる方法を使用して達成される。この目的は、無線受信機であって、各々が使用中にアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナ、および／または、各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーエレメント、および／または、各々が複数のアンテナエレメントを有し、かつ各々がアンテナ信号を送出する、する少なくとも２つのアンテナアレーとのうちの少なくとも１つを有し、前記アンテナ信号を結合し、結合信号を送出する、少なくとも１つの信号結合モジュールをさらに有し、また各アンテナ信号に対して、アンテナ信号の結合処理を制御するための反復チャンネルの評価を行う、少なくとも１つのチャンネル評価モジュールを有する無線受信機を使用してさらに達成される。
【００２３】
この目的は、無線受信機を含む無線基地局であって、無線受信機が、各々が使用中にアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナ、および／または、各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーエレメント、および／または、各々が複数のアンテナエレメントを有し、かつ各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーとのうちの少なくとも１つを有し、アンテナ信号を結合し、結合信号を送出する、少なくとも１つの信号結合モジュールをさらに有し、また各アンテナ信号に対して、アンテナ信号の結合処理を制御するための反復チャンネルの評価を行う、少なくとも１つのチャンネル評価モジュールを有する無線受信機を含む無線基地局を使用してさらに達成される。
【００２４】
この目的は、無線受信機を備えた基地局を含む移動通信システムであって、無線受信機が、各々が使用中にアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナ、および／または、各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーエレメント、および／または、各々が複数のアンテナエレメントを有し、かつ各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーとのうちの少なくとも１つを有し、アンテナ信号を結合し、結合信号を送出する、少なくとも１つの信号結合モジュールをさらに有し、また各アンテナ信号に対して、アンテナ信号の結合処理を制御するための反復チャンネルの評価を行う、少なくとも１つのチャンネル評価モジュールを有する無線受信機を備えた基地局を含む移動通信システムを使用してさらに達成される。
【００２５】
反復チャンネルの評価［２］は、チャンネル評価の正確さを改善するための先端技術である。公開されている文献では、単一の受信アンテナを使用する応用について説明されている。反復チャンネルの評価の基本考え方は、従来の復号化操作を２回実行することであり、その場合、中間のエラー訂正済み出力は、拡張トレーニングシーケンスを得るために再復号化される。チャンネル評価を更新するために使用する拡大されたデータベースのために、現在、チャンネル評価はより良好な正確さを有し、したがって、より良好なエラーレート性能を間接的にもたらす。単一の受信アンテナで観測される、得られる利得はかなりのものになることがあり、例えば、ＧＰＲＳ［２］において約１〜１．５ｄＢになることがある。
【００２６】
我々は、以前に更新されたチャンネル評価を使用してアンテナ信号の結合が（少なくとも２回）繰り返して行われるように、反復チャンネルの評価技術を複数のアンテナ受信と組み合わせることを提案する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の長所は、複数アンテナ無線受信機のエラーレート性能の改善である。なぜなら、結合損失を低減することによりアンテナ利得が増強できるからである。
【００２８】
本発明の実施形態によれば、結合器の直後の点から（「短い」ループ）、または、復号化器ユニットの背後の点からのフィードバック情報を、チャンネル評価ユニットにおいて処理するためにループバックする。１つの長所は、より長いトレーニングシーケンスによって増強されたチャンネル評価である。（ループバックが復号化器の背後で開始される）長いループと比較して低減されたエラーレート性能が予想されるが、（結合器の直後でループバックが開始される）「短い」ループはより簡略な方法で実行することができ、有利とすることができる。本発明の他の実施形態に対して、また、本発明による受信機およびシステムに対しても、同様の長所を適用することができる。
【００２９】
本発明のさらなる特徴および長所は、本発明のために不可欠な特徴を示す図面に関連し、特許請求の範囲に関連する本発明の好ましい変形および実施形態の以下の説明から明らかになる。個々の特徴は、本発明の実施形態において個別に、または、いかなる組み合わせにおいても実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
反復結合技術を使用する複数アンテナ受信機の全体的なブロック図を図１に示す。
【００３１】
図５に示す構成要素と同じ構成要素を、同じ用語で示す。チャンネル評価器１７−１〜１７−Ｍは、結合器１５の背後の点からフィードバックされるフィードバック信号を受信および評価するように構成される。１つの場合において、フィードバック信号は復号化器９の背後の点からフィードバックされ、この場合、復号化処理はユニット１０（ＥＮＣ）における再符号化によって逆転されなければならない。このフィードバックパスは、参照番号１１で示す。他の場合において、フィードバックパス１２は結合器の出力から即座に開始され、再符号化は必要ない。２つの場合において、フィードバックされる信号は、所望であれば、例えば量子化されるなどの適切な方法で処理される。フィードバック信号は、全てのチャンネル評価器の制御入力に入力され、評価器が、フィードバック信号のない場合より良好な品質のチャンネル評価を送出するように評価器を制御する。また、図１は、同時に２つの異なる実施形態を示し、１つは空間的結合器（ＳＰ ＣＯＭＢ）を、および、他は空間時間的結合器（ＳＰ−Ｔ ＣＯＭＢ）を有する。
【００３２】
上記と同様に、各アンテナに対してチャンネル評価ユニットが存在する。チャンネル評価は空間的または空間時間的結合ユニットに供給される。結合ユニットはチャンネル評価の支援か、または、少なくともチャンネル評価から得られる位相情報の支援により、受信信号の重み付け加算を実行する。結合器ユニットの出力はエラー訂正復号化器（ＤＥＣ）９に供給される。「第１の反復」（ｎ＝１）（さらに正確には：第１のステップ；何も繰り返し実行されず、フィードバック信号もこのステップでは使用されない）はこの時点で完了し、「第２の反復」（ｎ＝２）（または、フィードバック信号が実際に初めて使用される第２のステップ）が続く。エラー訂正済み出力は「延長されたトレーニングシーケンス」（パス１１）を得るために再符号化される。この延長されたトレーニングシーケンスは従来のトレーニングシーケンスまたはパイロットシーケンスより大きなデータベースを提供し、したがって、より正確なチャンネル評価を提供することができる。延長されたトレーニングシーケンスを使用してチャンネル評価を更新するために、初期チャンネル評価を計算するためのアルゴリズムとは異なるアルゴリズムを使用することができることに注意が必要である。さらに、再符号化ユニットは、伝送フォーマットによってはレートマッチングまたはインターリービングのための機能を可能性として含むことができることに注意が必要である。拡張されたトレーニングシーケンスを使用して、チャンネル評価が更新されるが、その際、初期値のためのものとは異なるチャンネル評価アルゴリズムをおそらく使用する。空間的または空間時間的結合が繰り返されるが、今度は、チャンネル評価の更新によって支援され、最後に、結合ユニットの出力が復号化される。実行された反復の数は少なくともｎ＝２でなければならないが、これより大きくてもよい。２より大きい場合、図１のフィードバックパスは２回以上行われる。
【００３３】
反復結合方式の複雑さが低減された実施形態では、拡張されたトレーニングシーケンスは結合ユニットの出力から直接に得ることができ（図１に点線で示すパス１２）、したがって、第１の反復における復号化および再符号化の操作を回避する。大きな複雑さを持つ上述の解決策の場合と比較して、この技術はエラーレート性能に関して有利ではないであろう。しかし、アンテナゲインが拡張されたトレーニングシーケンスを得るために利用されるため、性能の劣化は大きな複雑さを持つ解決策に対して適度なものにすることができる。
【００３４】
一般に、我々は、反復結合技術が、我々のコンピュータシミュレーションにおいて観察された結合損失の大きな部分を補償することを予想している。加えて、単一アンテナ受信機によって与えられる絶対参照性能も改善する。したがって、ＵＴＲＡ／ＦＤＤ上りリンクにおいて、４エレメントのアンテナアレーを使用する時に、我々は約１．５〜２．５ｄＢの総合利得を予想することができる（この場合、我々は参照性能の、約０．５〜１ｄＢの改善および結合損失の約１〜１．５ｄＢの低減を想定している）。
【００３５】
一般に、反復結合技術は、いかなる無線伝送フォーマット、例えばＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ，ＴＤＭＡ−ＣＤＭＡの組み合わせ（ＴＤ−ＣＤＭＡ（時間分割ＣＤＭＡ）または同期ＴＤ−ＣＤＭＡ（ＴＤ−ＳＣＤＭＡ）など）、または、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）で使用することができる。反復結合技術は、いかなる複数アンテナの構成、例えば、（アンテナエレメントが通常数メータ離れて間隔を空けられる）ダイバーシティ構成、または、アンテナアレー（例えば、線形または円形アレー）に適用することができる。さらに、（例えば、ＴＤＭＡにおける）純粋な空間的結合技術または（例えば、ＣＤＭＡにおける空間時間的レーキ受信機を使用する）空間時間的結合に、および、（アンテナアレーにしばしば使用されるような）等利得結合、（アンテナのダイバーシティ構成にしばしば使用される）最大比率結合、または、（アンテナアレーまたはダイバーシティ構成のいずれかによる干渉抑制のための）最適結合などの様々な結合アルゴリズムに使用することができる。
【００３６】
本発明の特徴として、本結合技術は、チャンネル評価から導出される情報、少なくとも位相情報をコヒーレントな結合を可能にするために利用しなければならない。加えて、結合は、例えば、最大比率結合または最適結合を実施するために、チャンネル評価の振幅情報を利用することができる。
【００３７】
ＵＴＲＡ／ＦＤＤ上りリンクのための完成された例として、図２はＵＴＲＡ／ＦＤＤ上りリンクに適用された時の反復結合技術に基づく複数アンテナ受信機のブロック図を示す。
【００３８】
図２において、結合器２５は、本例においては個々のアンテナの信号であるが、本発明の他の実施形態においては複数のアンテナアレーの信号であってもよい、全てのアンテナ信号の全ての「フィンガ」（＝異なる時間に到着する信号）１〜Ｌにわたる結合を行う空間時間的結合器である。図２における各チャンネル評価器の参照番号２７−１〜２７−Ｍは、複数の評価器（チャンネル評価器２７−１に対してチャンネル見積もり器ＣＥ１は１からＬまで）として理解され、Ｌはフィンガの数である。したがって、実在のデバイスまたは計算処理における実施するもののいずれかとして、Ｌ×Ｍ個のチャンネル評価器が存在する。結合器２５は全てのチャンネル評価器の出力信号を制御信号として受信する。
【００３９】
図２において、我々は、結合器ユニットが（３）に定義した空間時間的レーキ受信機を実施するものと仮定し、ここで、ｍ番目のアンテナの、ｌ番目のフィンガに対する重み係数をｗｍ、ｌで示す。ＭＲＣについては、重みがｗｍ、ｌ＝α＊ ｍ、ｌによって与えられ、ここで、α＊ ｍ、ｌは、ｍ番目のアンテナの、ｌ番目のフィンガに対するチャンネル評価を示す。
【００４０】
ＵＴＲＡ／ＦＤＤ上方リンクにおいて、我々は、この技術をマルチユーザ検出（ＭＵＤ）に対する代案または追加技術として考える。
【００４１】
いくつかの実施態様を説明する。一般に、実施態様はエラーレート性能においてかなりの損失をもたらすことなく計算の複雑さを低減することを目的とする。
【００４２】
・上記に説明したように、結合ユニットは等化またはレーキ結合などの全ての復調機能を含む。結合ユニットに含めることができる他の復調技術は、例えば、（例えば、Ｗ−ＣＤＭＡまたはＴＤ−ＳＣＤＭＡにおける）マルチユーザ受信機構造がある。結合ユニットの計算の複雑さを低減するために、復調動作は、特に第１の反復において、低減した複雑さで実施することができる。例として、第１の反復において複雑さの低い等化器（または、マルチユーザ検出）アルゴリズムを使用し、第２の反復においてさらに複雑なアルゴリズムを使用する。
【００４３】
・エラー訂正符号化は、例えば、ブロック符号、たたみこみ符号、または、ターボ符号などの連結符号の手段によって実現することができる。反復結合方式の計算の複雑さを低減するために、第１の反復における復号化は低減した複雑さで実現することができる。例として、第１の反復におけるターボ復号化は１回または２回の反復に限られるが、通常は約８回の反復が事実上の最適性能を達成するために要求される。
【００４４】
他の実施態様は、従来の反復チャンネル評価技術［２］から知られているものと同様である。例として、速く動く送信局（または、複数アンテナ受信機局）のための受信性能を改善するため、または、いくつかのユーザによるタイムスロットの共有を可能にするために、拡張トレーニングシーケンスはいくつかの部分に分割することができる［２］。
【００４５】
提案した技術のいくつかの他の応用例について簡単に述べる。
【００４６】
・現在まで、我々は、複数の受信アンテナが単一のセルまたはセルセクタ内で使用されることを仮定した。マクロダイバーシティ技術は複数の受信アンテナを使用し、各アンテナが異なるセルまたはセルセクタに位置する。これらのセルは同じ基地局または異なる基地局に所属することができる。ＵＴＲＡの用語においては、前者はよりソフトなハンドオーバと呼び、後者をソフトなハンドオーバと呼ぶ。受信信号が共通の受信機ユニットにおいて利用可能であることを条件に、一般に、提案した技術はいずれの場合にも適用できる。ＵＴＲＡにおいては、これは、受信信号がノードＢのサイトで利用可能である、よりソフトなハンドオーバとともに応用することができる。
【００４７】
・上りリンクでは、空間ダイバーシティ利得がアンテナ利得に加えて得られるため、ダイバーシティ構成におけるアンテナサブアレーの使用（例えば、ダイバーシティ構成で２つのサブアレーを使用する４アンテナ構成で、各サブアレーが半波長の間隔を持つ２つのエレメントで構成されるもの）は有用である。基本的に、上りリンクにおいてアンテナ結合を行うために２つの可能性がある。
【００４８】
・計算は、全てのアンテナについて同じ方法、例えば、チャンネル評価に基づく結合を使用して実行される。この場合、提案した反復結合技術は、上記に説明したように適用することができる。図１を参照。
【００４９】
・アンテナ結合は２つの段階で実現できる。第１の段階においては、同じサブアレーの受信信号が結合される。第２の段階においては、サブアレーの出力信号が結合される。段階１および段階２においては、異なる結合アルゴリズム、例えば、段階１において到着方向（ＤＯＡ）に基づく結合が、および、段階２においてチャンネル評価に基づく結合が使用される。もし段階の１つがチャンネル評価に基づく結合を行うなら、提案した反復結合技術が適用できる。通常、チャンネル評価に基づく結合は、ダイバーシティ利得を達成するために（少なくとも）段階２において実行される。したがって、反復結合技術は図３に示す構造を有する。図１との比較は、Ｎ個のサブアレーが等価なアンテナとして考えられることを示し、ここでＭ＝ＮＭｓと仮定し、Ｍｓはサブアレー当りのエレメントの数を示す。
【００５０】
図３はＮ個のアンテナサブアレーに関連する反復結合の応用例を示す。
【００５１】
図３は、単一アンテナエレメントの代わりに複数のアンテナアレーＳＡ１〜ＳＡＮが存在する点で、図１とは区別される。この図のチャンネル評価器は参照番号３７−１〜３７−Ｎを有する。各アンテナアレーは１つの出力信号を送出し、これは、１つの実施形態では、受信信号の到着方向（ＤＯＡ）から導出される位相情報を使用して得られる。当業者には、例えば、バットラ（Ｂｕｔｌｅｒ）マトリクスが、方向依存性の出力信号を準備するために使用できることが知られている。これは、アレーのアンテナエレメントによって受信される信号に対する結合処理の第１の段階として考えることができる。
【００５２】
受信信号の結合は２つの段階において実行され、上記に詳細に説明したように、第２の段階における結合は反復チャンネルの評価に基づく。
【００５３】
第１の段階における結合は、例えば、ＤＯＡに基づく代わりにブラインドチャンネル評価を使用して、および、例えば直前に述べたバトラ（Ｂｕｔｌｅｒ）マトリクスを使用して実施することができる。
【００５４】
まとめ
反復結合と呼ぶ複数アンテナ受信機の構造を提示した。提案した技術は、反復チャンネル評価を複数アンテナの結合と組み合わせ、アンテナ信号の結合が（少なくとも２回）繰り返して実行され、その際前に更新されたチャンネル評価を使用する。この基本的な受信機構造は、例えばＴＤＭＡまたはＣＤＭＡなどのいかなる伝送フォーマットにも、および、例えばアンテナアレーまたはダイバーシティアンテナなどのいかなる受信アンテナ構成にも適用することができる。従来の受信機と比較して、復調および復号化のために必要な計算の複雑さは約２倍になる。一般的な実施態様を説明し、専用システムの実施例を提示した。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】反復結合に基づく複数アンテナ受信機の全体的なブロック図である。
【図２】ＵＴＲＡ／ＦＤＤ上りリンクに適合された反復結合に基づく複数アンテナ受信機を示す図である。
【図３】Ｎ個のアンテナサブアレーを伴う反復結合の応用例を示す図である。
【図４】マルチパスチャンネルの出力で観測される典型的な出力プロファイルを示す図である。
【図５】従来の複数アンテナ受信機の全体的なブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
５、１５、２５、３５ 結合器
７、１７、２７、３７ チャンネル評価器
９ 復号化器
１０ 再符号化器
１１、１２ フィードバックパス
Claims (9)
- 複数のアンテナを介して無線受信機において受信する無線信号を処理する方法であって、無線受信機が、各々が使用中にアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナと、各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーエレメントと、各々が複数のアンテナエレメントを有し、かつ各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーとのうちの少なくとも１つを有し、前記アンテナ信号が、結合された信号を送出するために結合され、
各アンテナ信号に対して、前記アンテナ信号の結合処理を制御するために反復チャンネルの評価が行われる方法。 - 結合器の背後に位置する点からフィードバック情報を、前記反復チャンネル評価において処理するためにループバックする請求項１に記載の方法。
- アンテナエレメントを備えたアンテナアレーが設けられ、
前記アンテナエレメントがサブアレーにまとめられ、前記サブアレーからの受信信号が結合され、
各サブアレーに対して、反復チャンネル評価が行われる請求項１に記載の方法。 - アンテナエレメントを備えたアンテナアレーが設けられ、
前記アンテナエレメントがサブアレーにまとめられ、前記サブアレーからの受信信号が結合され、
各受信信号に対して、反復チャンネル評価が行われる請求項１に記載の方法。 - 無線受信機であって、各々が使用中にアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナ、および／または、各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーエレメント、および／または、各々が複数のアンテナエレメントを有し、かつ各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーとのうちの少なくとも１つを有し、前記アンテナ信号を結合し、結合信号を送出する、少なくとも１つの信号結合モジュールをさらに有し、また各アンテナ信号に対して、前記アンテナ信号の結合処理を制御するための反復チャンネルの評価を行う、少なくとも１つのチャンネル評価モジュールを有する無線受信機。
- アンテナエレメントを備えたアンテナアレーを有し、前記アンテナエレメントがサブグループにまとめられる請求項５に記載の無線受信機。
- 各アンテナから複数の「フィンガ」を含む信号を受信し、各アンテナ信号に対して、複数のチャンネル評価器および前記信号を結合するための空間時間的結合器を含み、前記結合器が、全てのチャンネル評価器の出力信号で制御される請求項５に記載の無線受信機。
- 無線受信機を含む無線基地局であって、無線受信機が、各々が使用中にアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナ、および／または、各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーエレメント、および／または、各々が複数のアンテナエレメントを有し、かつ各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーとのうちの少なくとも１つを有し、前記アンテナ信号を結合し、結合信号を送出する、少なくとも１つの信号結合モジュールをさらに有し、また各アンテナ信号に対して、前記アンテナ信号の結合処理を制御するための反復チャンネルの評価を行う、少なくとも１つのチャンネル評価モジュールを有する無線基地局。
- 無線受信機を備えた基地局を含む移動通信システムであって、無線受信機が、各々が使用中にアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナ、および／または、各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーエレメント、および／または、各々が複数のアンテナエレメントを有し、かつ各々がアンテナ信号を送出する、少なくとも２つのアンテナアレーとのうちの少なくとも１つを有し、前記アンテナ信号を結合し、結合信号を送出する、少なくとも１つの信号結合モジュールをさらに有し、また各アンテナ信号に対して、前記アンテナ信号の結合処理を制御するための反復チャンネルの評価を行う、少なくとも１つのチャンネル評価モジュールを有する移動通信システム。
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