JP2004165731A - 信号対干渉・雑音電力比予測装置および無線装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信号対干渉・雑音電力比予測の精度を向上させ、また無線装置において信号対干渉・雑音電力比予測のために必要なメモリ量の軽減を図る。
【解決手段】信号対干渉・雑音電力比予測装置は、複数のアンテナを用いて受信した要求信号の存在する受信信号に対して、各パスの受信信号にウエイト付けするアレー信号処理を行った後、干渉電力に受信信号自身の信号電力が混入しない演算処理をして信号対干渉・雑音電力比を算出する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は無線通信において送信局から受信局へ信号伝送を行う際の通信品質を予測し、または測定を行う信号対干渉・雑音電力比を算出する信号対干渉・雑音電力比予測装置およびその結果を利用する無線装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の移動通信に対する需要の増加に伴い、多くのユーザの利用に適応できる無線通信システムの構築が求められている。近年商用化されているＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ）方式では、複数の拡散符号を用いて多くのユーザ端末の信号を多重することにより、１つの基地局に対して多くのユーザ端末の通信を可能にする。しかし、無線周波数事情の逼迫に伴い、拡散符号を用いたユーザ端末からの信号の多重化のみならず、空間領域を利用した多重化も検討され始めている。空間領域を利用する具体的な技術としては、アダプティブアレー、指向性ビーム等が考えられており、１つの基地局内においてユーザ端末ごとに指向性ビームを用いることによって、希望信号を強いレベルで受信すると同時に干渉信号を低いレベルに抑えることが可能となる。
【０００３】
図１４に基地局における受信ビーム形成の基本信号処理回路の構成例を示す。図において、複数のアンテナ７１で受信された信号は、乗算器７２において周知のアレー信号処理方法でウエイト乗算された後、合成部７３で信号合成される。したがって、ウエイトを適切に決定することにより、良好な受信信号品質を得ることができる。
図１５に多くの端末がビーム形成を用いて通信を行う場合の無線通信システムの構成例を示す。図において、基地局６１は、通信中端末６２の信号を受信するために、各端末に対しそれぞれのビームパターン６３でビーム形成を行う。このようなビーム形成を用いた通信を行うためには、サービスエリア内で端末が通信を開始する前に、基地局は通信可能か否かを判断し、その結果を端末に通知するプロセスが必要とされる。そのような一連のプロセスをアクセス制御と呼んでいる。ＣＤＭＡ方式のアクセス制御に関しては、現在まで、指向性ビームを用いない場合が広く考えられている。そこでは、干渉信号レベル、収容ユーザ数をもとにアクセス制御を行っているが、指向性ビームを用いるＣＤＭＡでは、端末の存在方向によっても信号品質が異なるため、異なるアクセス制御法が必要になるものと考えられる。このようなビーム形成を行うＣＤＭＡ方式におけるアクセス制御の従来の技術としては下記のような技術がある（例えば、非特許文献１参照）。この文献では、基地局がＭ本のアンテナ素子を備える場合について述べている。
【０００４】
図１６はこの従来技術によるビーム形成の影響を考慮したアクセス制御のフローチャートである。
通信を希望する新規端末は送信したいパケットが発生すると、基地局へ発呼の要求信号を送信する。新規端末からの要求信号を受信すると、基地局では要求信号の拡散符号に対応した整合フィルタを用いてアンテナごとに要求信号の検出を行う（ステップＳＴ３１）。次に、受信信号データから新規端末のＩＤを特定した後（ステップＳＴ３２）、ビーム形成時の信号対干渉・雑音電力比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ−ｐｌｕｓ−Ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ ：以下、「ＳＩＮＲ」とする。）を予測（ステップＳＴ３３）する。また、この予測ＳＩＮＲに基づき、新規ユーザの通信開始の可否を決定することでアクセス制御を行う。一例としては、予測ＳＩＮＲが、予め定めた通信に必要なＳＩＮＲ値（以下、「必要ＳＩＮＲ」とする。）以上の場合に、新規端末に対して通信許可を与えること（ステップＳＴ３４〜３６）が考えられる。このようなアクセス制御により、通信の開始に先立ってビーム形成を考慮した通信品質を予測でき、その結果に基づいて通信の可否を決定できる。
【０００５】
次に、このアクセス制御において重要となるＳＩＮＲ予測法の詳細について示す。図１７は従来のＳＩＮＲ予測法を示すフローチャートである。
まず、基地局では要求信号到来以前の受信信号を一端メモリに格納し、この信号を読み出して、相関行列Φを計算する（ステップＳＴ４１）。具体的には、サンプルｐにおけるアンテナｍ（＝１，・・・．Ｍ）による受信信号をｘ_ｍ（ｐ）、受信信号ベクトルを、
ｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔ
とするとき、相関行列Φは、
Φ＝Ｅ［ｘ（ｐ）ｘ（ｐ）^Ｈ］
として計算される。ここで、ｘ（ｐ）は要求信号到来以前にメモリに格納された受信信号である。Ｅ［ ］は要求信号到来前の受信信号に関する平均を表し、Ｈは転置複素共役である。
【０００６】
次に、要求信号を受信する（ステップＳＴ４２）と、遅延パスに対応する応答ベクトルを計算する（ステップＳＴ４３）。
【数１】

【数２】

【０００７】
【数３】

【０００８】
以上は、従来技術としてＣＤＭＡ方式を例に説明したが、ＣＤＭＡ方式のみならずＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ）方式においても同様に要求信号からビーム形成時のＳＩＮＲを予測する方法がある（例えば、非特許文献２）。この場合も、基本的にＣＤＭＡ方式の場合と同様であり、要求信号到来前の受信信号を用いてＳＩＮＲ予測を行うことについて記載されている。
【０００９】
【非特許文献１】
Ｙｏｓｈｉｔａｋａ Ｈａｒａ， “Ｄａｔａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ＣＤＭＡ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａｓ，” ＩＥＩＣＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｖｏｌ．Ｅ８４−Ｂ， ＮＯ．７，ｐｐ．１８１６−１８２２， Ｊｕｌｙ ２００１．
【非特許文献２】
Ｙｏｓｈｉｔａｋａ Ｈａｒａ，“Ｔｉｍｅ Ｓｌｏｔ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｆｏｒ ＳＤＭＡ／ＴＤＭＡ Ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ＳＩＮＲ，”ＩＥＩＣＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｖｏｌ．Ｅ８４−Ｂ， ＮＯ．２， ｐｐ． ２２０−２２７， Ｆｅｂ． ２００１．
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＳＩＮＲ予測の方法は、以上のように構成されているので、ＳＩＮＲ予測に要求信号を用いているが、予測にあたって、受信信号については、予測の事前に、要求信号より前に到来する受信信号をメモリに一旦格納しておく必要があった。そのため、メモリの使用量が大きくなり、予測を行う受信機の負荷が増大するという問題があった。また、ＣＤＭＡ方式では通信時に遅延時間の異なるマルチパスが発生し、自己のマルチパスも相互に干渉要因となるという性質を持つ。しかし、従来技術では自己のマルチパスから発生する干渉成分をＳＩＮＲ予測に含めることができず、ＳＩＮＲの予測精度の劣化につながるという問題があった。そのため、式（１）を実行するよりもさらに予測精度を改善でき、メモリの使用量が少ない予測ＳＩＮＲ法が必要とされていた。また、従来技術では要求信号到来前の受信信号を用いるため、逐次伝搬路が変化する通信中におけるＳＩＮＲ測定を精度よく行うことは困難であった。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、信号対干渉・雑音電力比予測の精度を向上させ、また無線装置において信号対干渉・雑音電力比予測のために必要なメモリ量の軽減を可能にする信号対干渉・雑音電力比予測装置を得ることを目的とする。
また、この発明はビーム形成利用時に通信の途中でも精度の良い信号対干渉・雑音電力比を測定できる信号対干渉・雑音電力比予測装置を得ることを目的とする。
さらに、この発明は通信開始前に予測精度を向上させた信号対干渉・雑音電力比を算出してアクセス制御などを行うことができる無線装置の制御方法を得ることを目的とする。
さらにまた、通信の途中でも精度の良い信号対干渉・雑音電力比を算出して通信中において各種制御を行うことができる無線装置の制御方法を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る信号対干渉・雑音電力比予測装置は、複数のアンテナを用いて受信した要求信号の存在する受信信号に対して、各パスの受信信号にウエイト付けするアレー信号処理を行った後、干渉電力に受信信号自身の信号電力が混入しない演算処理をして信号対干渉・雑音電力比を算出するようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
この実施の形態１は、ＣＤＭＡ方式において、基地局でビーム形成を用いる場合のＳＩＮＲ予測に関するものである。図１はこの発明の実施の形態１によるＳＩＮＲ予測装置の概略構成を示すブロック図、図２はＳＩＮＲ予測装置の信号処理手順を示すフローチャートである。
図１において、ＳＩＮＲ予測装置は、複数の受信アンテナ１、各Ａ／Ｄ変換器２およびＳＩＮＲ予測・測定部３０から構成される。各受信アンテナ１で受信された要求信号の存在する受信信信号が、Ａ／Ｄ変換器２でそれぞれデジタル信号に変換され、ウエイト演算部３でウエイト付けされ、ＳＩＮＲ予測・測定部３０に与えられる。ウエイト付けによるアレー信号処理が行われた後、ＳＩＮＲ予測・測定部３０は、要求信号到来後の要求信号が存在する受信信号を用いて予測ＳＩＮＲの算出を行う。得られた予測結果に基づいてアクセス制御アルゴリズム部４はアクセス制御を行う。
【００１４】
ここでは、拡散率Ｇを有するＣＤＭＡ方式において、受信局でビーム形成を行う場合について、新規端末が要求信号を送信した際のＳＩＮＲ予測法について述べる。
新規端末は送信したいパケットが発生すると基地局へ要求信号を送信する。要求信号の符号
ｃ_１（ｐ）（Ｅ［｜ｃ_１（ｐ）｜^２］＝１）
とデータ
ｄ_１（ｐ）（Ｅ［｜ｄ_１（ｐ）｜^２］＝１）
は、それぞれチップ時間Ｔｃおよびシンボル時間ＧＴｃを有する。チップ時間Ｔｃごとにサンプリングを行うと、ｐ番目のサンプルにおける受信信号ベクトルｘ（ｐ）は次式で表される。
【数４】

また、
ｚ_ＩＮ（ｐ）＝［ｚ_１（ｐ），…，ｚ_Ｍ（ｐ）］^Ｔ
は通信中の他ユーザ端末、他セルからの干渉、受信機雑音を含む干渉雑音成分である。干渉雑音成分ｚ_ＩＮ（ｐ）は、次式の相関を有する。
Ｅ［ｚ_ＩＮ（ｐ）ｚ_ＩＮ（ｐ）^Ｈ］＝Ｒ_ＩＮ
ここで、Ｈは転置複素共役である。
【００１５】
逆拡散前のアレー信号処理を想定した場合のＳＩＮＲ予測では、逆拡散前のアレー出力におけるＳＩＮＲを予測し、逆拡散処理の影響を考慮してその結果をＧ倍することで最終的な予測ＳＩＮＲとする。ロング符号利用時には、逆拡散前のＳＩＮＲを単純にＧ倍することで逆拡散後のＳＩＮＲが得られる。
【００１６】
【数５】

とする。しかし、実環境では式（２）と（３）をそのまま実行することはできない。そこで、実環境では要求信号を受信し（ステップＳＴ１）、ウエイト演算部３で所定のウエイト付けによりアレー信号処理がなされる（ステップＳＴ２）。
【数６】

【００１７】
【数７】

したがって、このような変形を用いて演算を行うことも有効であり、式（４）の変形には様々な方法が考えられる。
【００１８】
以上のことからわかるように、要求信号到来後の受信信号のみを用いて演算を行っており、式（２）において、干渉電力と受信信号自身の信号電力が総合された受信電力の中から自己の信号に相当する電力を差し引くことにより、干渉電力の計算を算出しているので、演算上で干渉電力には受信信号の信号電力が混入せず、精度の高い予測ＳＩＮＲγ_ｌが得られる。また、他の信号からの干渉電力のみならず、自己の信号の遅延時間の異なるマルチパス成分から発生する干渉成分も干渉電力として計算することができる。
このようにしてＳＩＮＲ予測・測定部３０で得られた予測ＳＩＮＲγ_ｌは、アクセス制御アルゴリズム部４に与えられる。ここで予め設定されている希望ＳＩＮＲと比較し、その値よりも大きい場合に端末側に通信を受け付ける決定を行うアクセス制御を行う。また、要求ＳＩＮＲよりも小さい場合には、通信不可の通知を行う。
ここで得られた予測ＳＩＮＲγ_ｌは、多値変調方式の決定、送信電力の決定、伝送速度の決定等を行うのに用いてもよい。
【００１９】
以上のように、この実施の形態１によれば、要求信号到来後で要求信号の存在する受信信号を直接用い、各パスの受信信号にウエイト付けするアレー信号処理を行った後に、受信信号自身の信号電力および干渉電力と当該信号電力とが総合された全受信電力を算出し、この全受信電力の中から当該信号電力の相当分を分離して干渉電力を算出した後、予測ＳＩＮＲを算出するようにしたので、従来技術のように受信信号を予め蓄積するメモリを必要としなくなり、受信装置の負荷を軽減する効果が得られる。また、他の信号からの干渉電力のみならず、自己の信号の遅延時間の異なるマルチパス成分から発生する干渉成分も干渉電力として計算することができ、その結果、正確にＳＩＮＲ予測を行える効果が得られる。さらに、基地局では、得られた予測ＳＩＮＲを用いて予め設定された必要ＳＩＮＲと比較することで、通信開始の可否、多値変調方式の決定、送信電力の決定、伝送速度の決定等を精度よく行うことができる。特に、ＣＤＭＡ方式では拡散率を適応的に変更することにより伝送速度を決定する場合が多ので、予測ＳＩＮＲを拡散率の決定にも用いることもできる。
【００２０】
実施の形態２．
この実施の形態２は、ＣＤＭＡ方式において基地局でビーム形成を用いる場合のＳＩＮＲ予測であって、特に実施の形態１において特別の予測ウエイトを用いる場合に関するものである。図３はこの発明の実施の形態２によるＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ ：最小平均自乗誤差）合成ウエイトを用いる場合のＳＩＮＲ予測装置の構成を示すブロック図である。ＳＩＮＲ予測はアンテナ１での要求信号到来後の受信信号を用いてＳＩＮＲ予測・測定部３１で行われる。
実施の形態１における予測ＳＩＮＲの一例として、パスごとにＭＭＳＥ規範に基づくビーム形成を行う場合について述べる。
【数８】

【００２１】
図４はこの発明の実施の形態２による最大比合成ウエイトを用いる場合のＳＩＮＲ予測装置の構成を示すブロック図である。ＳＩＮＲ予測はアンテナ１での要求信号到来後の受信信号を用いてＳＩＮＲ予測・測定部３２で行われる。
【数９】

【００２２】
ビーム形成法で用いる合成法に応じて予測ＳＩＮＲを直接求めた場合、式（５）、（６）からわかるように、干渉電力には受信信号自身の信号電力が影響しないので、要求信号受信後の受信信号を予測に用いることが可能である。このような直接の演算により、信号処理の手順を簡易にすることができる。
なお、式（５）、（６）はこの発明として受け入れられる様々な演算形式に変更可能である。例えば、式（５）における逆行列演算Φ^−１は直接逆行列を行うよりも、逆行列の補助定理を用いるとΦ^−１を少ない演算量で計算することができる。これらの既存の様々な演算量低減方法を用いることもできる。また、式（６）では、
【数１０】

の変形を用いて右辺の演算を行うと、信号処理における乗算回数を低減できるが、このような方法を用いることも有効である。
【００２３】
以上のように、この実施の形態２によれば、各パスのウエイト付けが最小平均自乗誤差規範または最大比合成ウエイトに基づいて処理された受信信号に基づいて信号対干渉・雑音電力比を算出するようにしたので、要求信号の存在する受信信号を用いても干渉電力に受信信号自身が影響しないため、実施の形態１と同様な効果が得られ、また、演算処理を簡略化できる効果が得られる。
【００２４】
実施の形態３．
前述の実施の形態１では、受信信号ベクトルｘ（ｐ）に対して直接相関行列演算を行っていた。これに対して、ＣＤＭＡ方式では逆拡散後の信号を用いてＳＩＮＲ予測を行うこともできる。この実施の形態３は、ＣＤＭＡ方式において基地局でビーム形成を用いる場合のＳＩＮＲ予測法であり、特に逆拡散後の信号を用いてＳＩＮＲ予測を行う場合に関するものである。図５はこの発明の実施の形態３によるＳＩＮＲ予測装置の構成を示すブロック図である。このＳＩＮＲ予測はアンテナ１での要求信号到来後の受信信号を用いてＳＩＮＲ予測・測定部３３で行われるが、その受信信号は逆拡散部５で逆拡散処理されたものを使用する。
【００２５】
この実施の形態３では、各パスの逆拡散信号を用いてアレー出力におけるＳＩＮＲを予測する。
【数１１】

【００２６】
一例として、各パスの逆拡散出力に対してＭＭＳＥ規範に基づくビーム形成を行う場合には、次式でウエイトを予測する。
【数１２】

このように、様々なビーム形成法に対して予測ＳＩＮＲを計算することができるが、式（７）からわかるように、干渉電力に受信信号自身の信号電力が混入していないので、要求信号受信後の受信信号を用いてもＳＩＮＲ予測に影響を及ぼすことはない。
【００２７】
逆拡散後の信号では、干渉信号との符号相関の影響も考慮されている。したがって、符号相関の影響も考慮して通信チャネルの予測ＳＩＮＲを計算することが可能となる。なお、実施の形態１および実施の形態２では逆拡散前でのＳＩＮＲ予測を扱った。実際には、逆拡散前と後の予測ＳＩＮＲはそれぞれが特徴を有している。通常、逆拡散前のＳＩＮＲ予測では多くのサンプルを用いて相関行列Φを計算でき、よい精度でＳＩＮＲ予測を行える場合が多い。ただし、精度の関係は条件によって異なり、符号相関が問題となる環境では、逆拡散後の予測ＳＩＮＲの方が精度がよくなる場合もある。したがって、この実施の形態３の方法は特に干渉信号と希望信号の符号相関が重要となる環境ではよい精度のＳＩＮＲ予測が可能となる。
【００２８】
基地局では予測ＳＩＮＲを用いて、通信開始の可否、多値変調方式の決定、送信電力の決定、伝送速度の決定等の制御を行うことができる。特に、ＣＤＭＡ方式では拡散率を適応的に変更することにより伝送速度を決定する場合が多く、予測ＳＩＮＲは拡散率の決定にも用いることができる。
なお、式（７）はこの発明として受け入れられる様々な演算形式に変更可能である。例えば、
【数１３】

の変形を用いて右辺の演算を行うと、信号処理における乗算回数を低減でき有効であるが、このような方法を用いても構わない。
【００２９】
以上のように、この実施の形態３によれば、受信信号を逆拡散した後の信号に基づいて信号対干渉・雑音電力比を算出するようにしたので、干渉信号と希望信号の符号相関が重要となる環境では、よい精度のＳＩＮＲ予測を可能にする効果が得られる。
【００３０】
実施の形態４．
上述の実施の形態１乃至実施の形態３では通信開始前の予測ＳＩＮＲを求める方法について説明したが、実際にはこの予測ＳＩＮＲと通信時のＳＩＮＲとの間には予測誤差が生じる。この予測誤差は、主に推定伝搬ベクトルｖ_１，ｌに残余する干渉雑音成分と推定相関行列Φ，Ω_ｌの各サンプルにおける干渉雑音成分のランダム性が影響している。この実施の形態４では、ＣＤＭＡ方式において基地局でビーム形成を用いる場合のＳＩＮＲ予測法において、予測誤差を低減するために実施の形態１乃至実施の形態３で得た予測ＳＩＮＲの式に対して補正項を追加することにより、さらに高精度な予測ＳＩＮＲを得るようにする。
【００３１】
【数１４】

【００３２】
また、異なる補正方法として次の方法を適用してもよい。
アレー信号処理とＳＩＮＲ測定に同一のパイロット信号を用いる場合には、ＳＩＮＲ測定誤差が大きくなる場合がある。これは、パイロット信号と瞬時的に一致する干渉雑音成分が、アンテナおよびパス間で増幅され、ＳＩＮＲ測定においても希望信号と誤って観測されるためである。そこでまず、希望信号がＬ個のマルチパスに分かれて到来した時、その各パスがＰｓ／Ｌの電力を持つと仮定する。１つのアンテナで逆拡散後のＮシンボルの時間系列を観測すると、希望信号ｓ_０ および干渉雑音成分ｎは時間系列ベクトル
ｓ_０ ＝［ｓ^０ （１），…，ｓ^１ （Ｎ）］^Ｔ 、
ｎ＝［ｎ（１），…，ｎ（Ｎ）］^Ｔ
を有する。干渉雑音成分ｎのうち、ｓ_０ と同じ方向成分に属するベクトルｎ’は平均電力Ｐ_ＩＮ／Ｎを有する。ここで、Ｐ_ＩＮは逆拡散後のアンテナあたりの干渉雑音電力を表す。
【００３３】
アレー信号処理、ＲＡＫＥ合成、ＳＩＮＲ測定を行う場合に、ベクトルｎ’は干渉雑音ではなく、要求信号や希望信号として扱われる。アレー信号処理とＲＡＫＥ合成でそれぞれ約Ｍ倍、約Ｌ倍の信号電力の増幅を見込むと、ＳＩＮＲ測定値は次式で与えられる。
γ＝ＭＬ（Ｐ_Ｓ ／Ｌ＋Ｐ_ＩＮ／Ｎ）／｛（１−１／Ｎ）Ｐ_ＩＮ｝
これに対して、本来測定すべきＳＩＮＲは次式で表される。
ＳＩＮＲ＝｛（ＭＰ_Ｓ ／Ｐ_ＩＮ）（Ｎ−１）γ−αＭＬ｝／Ｎ
このようにγを求めた後、アンテナ数Ｍあるいはパス数Ｌに応じた補正を行うことで、ＳＩＮＲ測定の高精度化が可能となる。
【００３４】
以上のように、実施の形態４によれば、実施の形態１乃至実施の形態３で算出した予測ＳＩＮＲに対して、通信時の実際のＳＩＮＲとの間にある予測誤差を取り除くよう演算行程において補正を施すようにしたので、予測ＳＩＮＲの精度を高める効果が得られる。また、アンテナ数およびパス数に応じた補正を行うことにより高精度な補正が可能となる。
【００３５】
実施の形態５．
ＣＤＭＡ方式では、異なる遅延時間を有するパスを分離して受信し、その後にパスを合成するＲＡＫＥ受信がよく用いられる。通常、アレー信号処理とＲＡＫＥ受信の両方を用いる場合には、各パスに対してアレー信号処理と逆拡散を行った後、ＲＡＫＥ合成が行われる。この実施の形態５は、ＣＤＭＡ方式において基地局でビーム形成を用いる場合のＳＩＮＲ予測法であって、特にＲＡＫＥ受信の影響を考慮した予測ＳＩＮＲを算出する方法に関するものである。
【００３６】
ここでは、各パスのアレー出力を最大比合成に基づきＲＡＫＥ合成する場合のＳＩＮＲ予測について述べる。一般に最大比合成時のＳＩＮＲは各ブランチのＳＩＮＲの和として与えられる。そこで、ＲＡＫＥ合成後のＳＩＮＲを次式で予測する。
【数１５】

図６はこの発明の実施の形態５によるＲＡＫＥ合成出力におけるＳＩＮＲ予測法の構成を示すブロック図である。Ａ／Ｄ変換された受信信号の各パスは、逆拡散部５０でそれぞれ逆拡散され、ＳＩＮＲ予測・測定部３４に与えられる。ＳＩＮＲ予測・測定部３４は、内部にウエイト演算手段を含んでおり、まず各パスにウエイト付けを行い、パスごとのＳＩＮＲ予測γ_ｌを算出する。次に、ＲＡＫＥ合成後のＳＩＮＲ予測・測定部６でそれらの和をとることにより予測ＳＩＮＲγを得る。基地局では、アクセス制御アルゴリズム部４により、合成された予測ＳＩＮＲγを用いて、通信開始の可否の制御を行う。また、予測ＳＩＮＲγを用いて多値変調方式の決定、送信電力の決定、伝送速度の決定等の制御を行うことができる。特に、ＣＤＭＡ方式では拡散率を適応的に変更することにより伝送速度を決定する場合が多く、予測ＳＩＮＲγを拡散率の決定にも用いることができる。
【００３７】
以上のように、この実施の形態５によれば、アンテナで受信した要求信号の存在する受信信号に基づいて、パスごとの受信信号から予測ＳＩＮＲγ_ｌをそれぞれ算出し、算出した各ＳＩＮＲ予測γ_ｌをＲＡＫＥ合成することにより予測ＳＩＮＲγを得るようにしたので、実施の形態１乃至実施の形態３と同様な効果が得られる。
【００３８】
実施の形態６．
上述の実施の形態１乃至実施の形態５では、通信開始前の予測ＳＩＮＲを求める方法について説明したが、この実施の形態６では、これらの方法を、現在世界で標準化されているＷ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式の基地局への適用について述べる。
図７はこの発明の実施の形態６に係るＷ−ＣＤＭＡ方式の信号形態を示す説明図である。
Ｗ−ＣＤＭＡ方式では、通信を行う際に、まずランダムアクセスチャネルＲＡＣＨを用いて端末が基地局へ要求信号を送信する。基地局では、このランダムアクセスチャネルを受信すると、通信希望端末のアクセスを許可するか、許可しないかの決定を行う。この一連の制御をアクセス制御と呼んでいる。この実施の形態６では、基地局が、端末からのランダムアクセスチャネルを受信した際に、
実施の形態１乃至実施の形態５で説明した方法を用いて、ランダムアクセスチャネルに対してアレー信号処理を行った場合の出力ＳＩＮＲを計算する。その出力ＳＩＮＲ情報を基に、基地局はアクセス希望端末への許可または不許可を決定する。
【００３９】
図８は実施の形態６に係るアクセス制御の手順を示すフローチャートである。基地局は、ランダムアクセスチャネルＲＡＣＨで要求信号ＰＲＡＣＨを受信すると（ステップＳＴ６１）、アレー信号処理を考慮したＳＩＮＲ測定を実施の形態１乃至実施の形態５の方法で行う（ステップＳＴ６２）。さらに、要求信号ＰＲＡＣＨと通信開始時の信号ＤＰＣＨとの電力オフセット分ＳＩＮＲの補正を行う（ステップＳＴ６３）。次に、得られた予測ＳＩＮＲについて予め設定された要求ＳＩＮＲと比較し通信の許可を判定する（ステップＳＴ６４）。判定において、予測ＳＩＮＲが要求ＳＩＮＲ以上の値である場合、通信を許可し（ステップＳＴ６５）、他方、要求ＳＩＮＲ以下の場合には通信を不許可にする（ステップＳＴ６６）。
【００４０】
また、同様な方法を用いることにより、端末が通信中に伝送速度の変更を要求する場合にも適用できる。この伝送速度の変更要求は、Ｗ−ＣＤＭＡの標準化規格では、ＤＣＨチャネルを通して行われる。上述のランダムアクセスチャネルＲＡＣＨに対するものと同様に、ＤＣＨに対してアレー信号処理を考慮したＳＩＮＲ予測を行うことにより、基地局は伝送速度変更の可否の決定の評価対象とすることができる。
【００４１】
図９はＷ−ＣＤＭＡ方式の伝送速度変更要求時の信号形態を示す説明図で、図１０は伝送速度変更の手順を示すフローチャートである。
基地局は、要求信号ＤＣＨを受信すると（ステップＳＴ７１）、アレー信号処理出力に対するＳＩＮＲを測定する（ステップＳＴ７２）。次に、伝送速度の変更を実施した際に発生する受信電力の差分を換算して、ＳＩＮＲを予測する（ステップＳＴ７３）。予測ＳＩＮＲが算出されると、予め決められた要求ＳＩＮＲとの比較を行って、変更の可否を判定する（ステップＳＴ７４）。判定で、条件が満たされる場合には伝送速度の変更を許可する（ステップＳＴ７５）。また、条件が満たされない場合には、伝送速度の変更を不許可にする。
【００４２】
以上のように、この実施の形態６によれば、Ｗ−ＣＤＭＡ方式の通信システムにおいて、アレー信号処理後の予測ＳＩＮＲを算出し、この予測ＳＩＮＲを用いてアクセス許可および伝送速度の変更の許可を決定する処理を行うようにしたので、ＳＩＮＲの予測精度を向上させて円滑な制御を行うことができ、また無線装置においてＳＩＮＲ予測のために必要なメモリ量の軽減を図る効果が得られる。さらに、各端末が要求する受信信号の品質を満足しつつ、多くの端末を収容可能とするので、システム構築上有意義である。
【００４３】
実施の形態７．
上述の実施の形態１乃至実施の形態５ではＣＤＭＡ方式の場合の予測ＳＩＮＲ法について述べたが、これらはＴＤＭＡ方式の場合にも同様に適用できる。この実施の形態７は、ＴＤＭＡ方式において基地局で複数アンテナを用いてビーム形成を行う場合のＳＩＮＲ予測法について述べるが、この場合には、信号拡散は行われないため、拡散利得は必要とされない。
図１１はこの発明の実施の形態７によるＴＤＭＡ系通信でのＳＩＮＲ予測装置の構成を示すブロック図である。この場合のＳＩＮＲ予測は、ＳＩＮＲ予測・測定部３５で、以下のように行われる。
【００４４】
新規端末は送信したいパケットが発生すると基地局へ要求信号を送信する。この要求信号はデータ
ｄ_１（ｐ）（Ｅ［｜ｄ_１（ｐ）｜^２］＝１）
を有するものとする。このとき、ｐ番目のサンプルにおける受信信号ベクトルｘ（ｐ）は次式で表される。
ｘ（ｐ）＝ａ_１ｄ_１（ｐ）＋ｚ_ＩＮ（ｐ）
ここで、
ａ_１＝［ａ_１，１，…，ａ_１，Ｍ］
は新規端末からのパスｌの伝搬ベクトル、
ｚ_ＩＮ（ｐ）＝［ｚ_１（ｐ），…，ｚ_Ｍ（ｐ）］^Ｔ
は通信中の他ユーザ、他セルからの干渉、受信機雑音を含む干渉雑音成分である。干渉雑音成分ｚ_ＩＮ（ｐ）は相関
Ｅ［ｚ_ＩＮ（ｐ）ｚ_ＩＮ（ｐ）^Ｈ］＝Ｒ_ＩＮ
を有する。ここで、Ｈは転置複素共役である。
【００４５】
【数１６】

ここで、ｖ_１は新規端末の推定伝搬ベクトル、Φは推定相関行列、Ｎは演算に用いる要求信号のパイロット数である。また、ｗは予測ウエイトであり、ビーム形成法に応じて決定されるベクトルである。
予測ウエイトの演算方法としては様々な方法が考えられるが、通信時のウエイトを予測する方法であれば、いかなるウエイトであってもかまわない。式（１０）において様々な予測ウエイトを適用することにより、予測ＳＩＮＲを求めることができる。なお、式（１０）はこの発明として受け入れられる様々な演算形式に変更可能である。
【００４６】
以上のように、この実施の形態７によれば、要求信号到来後の要求信号が含まれる受信信号のみに基づいて相関行列Φを演算するようにしており、式（８）では受信信号自身に相当する電力を差し引くことにより、干渉電力の計算を行って予測ＳＩＮＲを算出するようにしたので、他の信号からの干渉電力のみならず、自己の信号の遅延時間の異なるマルチパス成分から発生する干渉成分も干渉電力として計算することができ、正確にＳＩＮＲ予測を行うことができる。また、要求信号到来後の受信信号を用いてＳＩＮＲ予測を行うため、受信信号を蓄積するメモリを必要とせず、その分受信機の負荷を軽減できる効果が得られる。また、基地局では、算出された予測ＳＩＮＲを用いて、通信開始の可否、多値変調方式の決定、送信電力の決定、伝送速度の決定等を制御することができる。
【００４７】
実施の形態８．
上述の実施の形態１乃至実施の形態７では、無線通信における基地局でのＳＩＮＲ予測法について述べたが、複数のアンテナを用いる無線通信であれば、基地局でなくても同様な方法を適用できる。この実施の形態８は、例えば無線ＬＡＮ等に見られる自律分散型の無線通信システムに適用する場合について説明する。図１２は自律分散型無線通信システムにおける端末間での制御信号のやり取りを示す説明図、図１３は自律分散型無線通信システムの受信局（端末）におけるアクセス制御の手順を示すフローチャートである。
【００４８】
自律分散型無線通信システムでは、基地局で全てのアクセス制御を管理する方式とは異なり、図１２に示すように通信を希望する端末間で個々にアクセスのセットアップを行うことになる。送信局を端末Ａ５１、受信局を端末Ｂ５２とすると、まず端末Ａから通信を行いたい端末Ｂに対し要求信号を送信すると、端末Ｂでこれを受信する（ステップＳＴ２１）。端末Ｂでは、受信した要求信号を用いてビーム形成時の予測ＳＩＮＲを計算し（ステップＳＴ２２）、算出された予測ＳＩＮＲに基づいて通信が可能か否かを判定する（ステップＳＴ２３）。通信開始の可否を判定した端末Ｂはその結果を端末Ａに通知し、算出した予測ＳＩＮＲが予め設定された要求ＳＩＮＲ以上であれば通信開始の許可を与える（ステップＳＴ２４）。通信許可を得た場合には端末Ａ５１は端末Ｂ５２に対してパケット送信を開始する。この場合のアクセス制御は、ＣＤＭＡ方式を用いる無線ＬＡＮでは実施の形態１乃至実施の形態５で述べた予測ＳＩＮＲを用い、また拡散符号を用いないＴＤＭＡ系通信に基づく無線ＬＡＮでは実施の形態６で述べた予測ＳＩＮＲを用いて行う。また、算出された予測ＳＩＮＲは、多値変調方式の決定、送信電力の決定、伝送速度の決定等の制御にも用いることができる。特に、ＣＤＭＡ方式では拡散率を適応的に変更することにより伝送速度を決定する場合が多く、予測ＳＩＮＲはその拡散率の決定にも用いることができる。
【００４９】
以上のように、この実施の形態８によれば、自律分散型無線通信システムにおいて各端末に適用され、ビーム形成の影響を考慮しながらＳＩＮＲ予測を行うようにしたので、精度の高い予測ＳＩＮＲを用いて各種の制御が行うことができる効果が得られる。
【００５０】
実施の形態９．
実施の形態１乃至実施の形態８で述べたＳＩＮＲ予測は、要求信号到来後の受信信号のみを用いて行っていることから、通信開始前だけでなく通信中においても算出できることが分る。そこで、この実施の形態９では、要求信号を用いたＳＩＮＲ予測のみならず、通信中の受信信号を用いて通信ビーム形成出力におけるＳＩＮＲを測定するようにする。
【００５１】
基地局では、通信中においてもその受信信号からＳＩＮＲを測定し、予測ＳＩＮＲを算出する。そして、得られた予測ＳＩＮＲを用いることにより、通信中における多値変調方式の変更、送信電力の変更、伝送速度の変更等を行うようにする。特に、拡散率を適応的に変更することにより伝送速度を決定する場合が多いＣＤＭＡ方式において、その拡散率の決定にも予測ＳＩＮＲを適用できる。この場合、これらの変更決定の情報は、基地局から端末へ通知されることにより変更される。
また、実施の形態８で示す無線ＬＡＮに見られる自律分散型無線通信システムの端末に適用して、通信中に測定した予測ＳＩＮＲを用いても、同様に、通信継続の可否、多値変調方式の変更、送信電力の変更、伝送速度の変更等を行うことができる。
【００５２】
以上のように、この実施の形態９によれば、無線ＬＡＮに見られる自律分散型無線通信システムの各端末に適用して、通信中において、複数のアンテナを用いて受信中の希望信号の存在する受信信号に対して、各パスの受信信号にウエイト付けするアレー信号処理を行った後、干渉電力に受信信号自身の信号電力が混入しない演算処理をして予測ＳＩＮＲを算出するようにしたので、従来技術のように受信信号を予め蓄積するメモリを必要としなくなり、受信装置の負荷を軽減する効果が得られる。また、他の信号からの干渉電力のみならず、自己の信号の遅延時間の異なるマルチパス成分から発生する干渉成分も干渉電力として計算することができ、その結果、正確にＳＩＮＲ予測を行える効果が得られる。さらに、得られた予測ＳＩＮＲを用いることにより、通信中における多値変調方式の変更、送信電力の変更、伝送速度の変更、ＣＤＭＡ方式における拡散率の決定等の各種制御を行うことができる。
【００５３】
実施の形態１０．
上述の実施の形態１乃至実施の形態８では、相関行列Φ，Ω_ｌの演算を要求信号受信後の受信信号を用いて行ったが、要求信号受信後と要求信号受信前の信号を同時に利用してＳＩＮＲ予測を行うことも可能である。一例としては、実施の形態１乃至実施の形態７で計算した予測ＳＩＮＲと従来技術で説明した予測ＳＩＮＲの平均を取る方法がある。この方法では、２つの予測ＳＩＮＲの平均を取ることにより、予測ＳＩＮＲの変動を抑え、予測誤差を小さくすることができる。
このように、要求信号受信前と受信後の信号を用いて予測ＳＩＮＲを算出すれば、その精度を向上させることが可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、複数のアンテナを用いて受信した要求信号の存在する受信信号に対して、各パスの受信信号にウエイト付けするアレー信号処理を行った後、干渉電力に受信信号自身の信号電力が混入しない演算処理をして信号対干渉・雑音電力比を算出するように構成したので、高精度な信号対干渉・雑音電力比予測を行うことを可能する効果がある。また、無線装置において信号対干渉・雑音電力比予測のために必要なメモリ量を軽減させることも可能にする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるＳＩＮＲ予測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施の形態１に係るＳＩＮＲ予測装置の信号処理手順を示すフローチャートである。
【図３】同実施の形態２によるＭＭＳＥ合成ウエイトを用いる場合のＳＩＮＲ予測装置の構成を示すブロック図である。
【図４】同実施の形態２による最大比合成ウエイトを用いる場合のＳＩＮＲ予測装置の構成を示すブロック図である。
【図５】同実施の形態３によるＳＩＮＲ予測装置の構成を示すブロック図である。
【図６】同実施の形態５によるＳＩＮＲ予測装置の構成を示すブロック図である。
【図７】同実施の形態６に係るＷ−ＣＤＭＡ方式の信号構成を示す説明図である。
【図８】同実施の形態６に係るアクセス制御の手順を示すフローチャートである。
【図９】同実施の形態６に係るＷ−ＣＤＭＡ方式の伝送速度変更要求時の信号構成を示す説明図である。
【図１０】同実施の形態６に係る伝送速度変更の手順を示すフローチャートである。
【図１１】同実施の形態７によるＴＤＭＡ系通信でのＳＩＮＲ予測装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】同実施の形態８に係る自律分散型無線通信システムについて示す説明図である。
【図１３】同実施の形態８に係る自律分散型無線通信システムにおけるアクセス制御手順を示すフローチャートである。
【図１４】基地局における受信ビーム形成の基本信号処理回路の構成例を示す回路図である。
【図１５】ビーム形成を用いる無線通信システムの全体像の例を示す構成図である。
【図１６】従来のビーム形成の影響を考慮したアクセス制御のフローチャートである。
【図１７】従来技術におけるビーム形成の影響を考慮したＳＩＮＲ予測法のフローチャートである。
【符号の説明】
１ 受信アンテナ、２ Ａ／Ｄ変換器、３ ウエイト演算部、４ アクセス制御アルゴリズム部、５，５０ 逆拡散部、６ ＲＡＫＥ合成後のＳＩＮＲ予測・測定部、３０〜３３，３５ ＳＩＮＲ予測・測定部、３４ パスごとのＳＩＮＲ予測・測定部、５１，５２ 端末、６１ 基地局、６２ 通信中端末、６３ ビームパターン、６４ 新規端末、７１ アンテナ、７２ 乗算器、７３ 信号合成部。

Claims (13)

1. 複数のアンテナを用いて受信した要求信号の存在する受信信号に対して、各パスの受信信号にウエイト付けするアレー信号処理を行った後、干渉電力に受信信号自身の信号電力が混入しない演算処理をして信号対干渉・雑音電力比を算出する信号対干渉・雑音電力比予測装置。
2. アレー信号処理後に、受信信号自身の信号電力および干渉電力と前記信号電力とが総合された全受信電力を算出し、この全受信電力の中から前記信号電力の相当分を分離して干渉電力を算出した後、信号対干渉・雑音電力比を算出することを特徴とする請求項１記載の信号対干渉・雑音電力比予測装置。
3. アレー信号処理で最小平均自乗誤差規範または最大比合成ウエイトに基づいて各パスのウエイト付けを行い、当該アレー信号処理後の受信信号から信号対干渉・雑音電力比を算出することを特徴とする請求項１記載の信号対干渉・雑音電力比予測装置。
4. ＣＤＭＡ方式またはＷ−ＣＤＭＡ方式の信号の受信装置に適用され、受信信号を逆拡散処理した後の信号に基づいて信号対干渉・雑音電力比を算出することを特徴とする請求項１または請求項３記載の信号対干渉・雑音電力比予測装置。
5. 通信中において、複数のアンテナを用いて受信中の希望信号の存在する受信信号に対して、各パスの受信信号にウエイト付けするアレー信号処理を行った後、干渉電力に受信信号自身の信号電力が混入しない演算処理をして信号対干渉・雑音電力比を算出する信号対干渉・雑音電力比予測装置。
6. Ｗ−ＣＤＭＡ方式の信号の受信装置に適用され、通信開始前の要求信号の存在する受信信号、あるいは通信中の希望信号の存在する受信信号に対して信号対干渉・雑音電力比を算出することを特徴とする請求項１から請求項３記載および請求項５のうちのいずれか１項記載の信号対干渉・雑音電力比予測装置。
7. 算出された信号対干渉・雑音電力比に対してパス数またはアンテナ数に応じた補正を行うことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の信号対干渉・雑音電力比予測装置。
8. 自律分散型無線通信の各端末に適用されたことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の信号対干渉・雑音電力比予測装置。
9. 複数のアンテナを用いて受信した要求信号の存在する受信信号に対して、各パスの受信信号にウエイト付けするアレー信号処理を行った後、干渉電力に受信信号自身の信号電力が混入しない演算処理をして信号対干渉・雑音電力比を算出し、算出された信号対干渉・雑音電力比を所定値と比較し、その比較結果に基づいて通信開始の可否、多値変調方式の決定、送信電力の決定または伝送速度の決定を行う無線装置の制御方法。
10. 通信中において、複数のアンテナを用いて受信中の希望信号の存在する受信信号に対して、各パスの受信信号にウエイト付けするアレー信号処理を行った後、干渉電力に受信信号自身の信号電力が混入しない演算処理をして信号対干渉・雑音電力比を算出し、算出された信号対干渉・雑音電力比を所定値と比較し、その比較結果に基づいて通信継続の可否、多値変調方式の変更、送信電力の変更または伝送速度の変更を行う無線装置の制御方法。
11. 算出された信号対干渉・雑音電力比に対してパス数またはアンテナ数に応じた補正を行い、補正された信号対干渉・雑音電力比を所定値と比較することを特徴とする請求項９または請求項１０記載の無線装置の制御方法。
12. 自律分散型無線通信の各端末に適用されたことを特徴とする請求項９から請求項１１のうちのいずれか１項記載の無線装置の制御方法。
13. Ｗ−ＣＤＭＡ方式の受信信号に対して適用されたことを特徴とする請求項９から請求項１１のうちのいずれか１項記載の無線装置の制御方法。

Images