JP2005510940A - 送信チャネル間のゲインオフセットを決定する方法 - Google Patents

Abstract

複数のチャネル間でゲインオフセットを推定するための方法および装置。それぞれ送信電力が異なる２つのチャネル上の送信信号からゲインオフセットが導出される。推定されたゲインオフセットは、推定の複素チャネルの組を決定するために使用される。

Description

本発明は、受信機におけるチャネル推定に係り、とりわけ、一つのチャネルがパイロット信号である少なくとも２つの信号に基づいたチャネル推定に関する。

デジタル通信システムにおいて、情報を表すデジタルシンボルは、情報を交換するために複数の異なるノード（例：基地局、移動電話機など）間で送信される。

しばしばＯＳＩ（オープンシステム相互接続）モデルと呼ばれる多層化モデルが、通信システムを説明する際に使用される。このモデルで最も下位のレイヤーは、物理チャネルと呼ばれることがあるが、これは、複数のビットからなる情報ストリームを送信するものである。物理チャネルは、構成に依存して、所定の品質を有するサービスを提供する。簡潔に説明すると、物理チャネルには、所定のフォーマットへと複数のビットをフォーマット化する処理が含まれており、これらには、符号化、インタリーブ、搬送波の変調、媒体上での送信、ダウンコンバート、復調、デインタリーブ、および前方誤り訂正などがある。さらに、適切に運用するためには、時間同期、周波数同期やチャネル推定など多数の機能が必要となる。パイロットシンボルらは、しばしば物理チャネル上の情報シンボルとともに送信される。これらのパイロットシンボルらは、受信機において同期を獲得するのとチャネルを推定するために使用される。チャネル推定は、チャネル（変調、ＴＸフロントエンド、ＲＸフロントエンド、および復調器を含む。）によって送信シンボルがどのように影響を受けているかを把握し、そして受信機において信号を再構築するために使用される。

物理チャネルは、概ね２つに分けることができ、ひとつは専用物理チャネルであり、もう一つは報知チャネルである。専用物理チャネルは一つの受信機に対して送信されるものであるが、報知物理チャネルは多数の受信機に向けて送信されるものである。

媒体は、複数の異なるノードのアンテナ間で電磁気的な信号または光学的な信号を搬送するものである。無線通信システムにおいて、媒体には、自由空間（全く自由というわけではない）が含まれ、信号は、この媒体を伝搬していく電磁波である。建物などの障害物によって反射が起こるため、フェージングや分散が発生する。分散は、物理チャネル上のシンボルや、分散の深刻度に依存して、マルチパスを発生させる。

基地局は、通常、多重化された物理チャネルを送信する。ＴＤＭＡシステムでは、同一の基地局からの物理チャネルは時間を利用して（複数の搬送波が使用される場合は周波数も利用して）分離される。ＦＤＭＡシステムでは、周波数だけが使用されて複数の異なる物理チャネルが分離される。スペクトル拡散ＣＤＭＡシステムでは、符号を使用して（複数の搬送波が使用される場合は周波数も使用して）複数のユーザを分離している。

ＷＣＤＭＡシステムでは、共通物理パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ）と、専用物理チャネルにおいて送信される複数のパイロットが同一の基地局から送信され、これらは基地局において同一のフロントエンドと同一のアンテナを使用して送信されることもある。これらの２つのチャネルは、同一の媒体による影響を受けるので、ＣＰＩＣＨとＤＰＣＨとに基づいたチャネル推定は、チャネル係数を精度良く推定するのに有効である。なお、ＣＰＩＣＨとＤＰＣＨとが異なるアンテナからそれぞれ送信されるときはこの限りではない。

使用されているチャネルの如何にかかわらず、送信媒体を通過する際の種々の影響によって、受信信号は送信された信号から変化してしまう。媒体における、無線周波数信号上でのそのような影響には、主に、マルチパスフェージング、当該媒体を通過する他の信号からの干渉、および熱雑音が含まれる。フェージングは、自己の信号による反射波やエコーなどの信号の相互作用によって発生し、信号の振幅や位相に対して局所的に大きな影響をもたらす。いわゆるレイリーフェージングである。無線環境において、干渉は、希望しない他の信号が存在することによってしばしば引き起こされる。これらの他の信号は、希望波信号と同一のチャネルを使用していたり（この場合を同一チャネル干渉と呼ぶことがある。）、隣接したチャネルを使用していたりする（この場合を隣接チャネル干渉と呼ぶことがある）。熱雑音は、すべての通信チャネルに存在するものであり、送信信号に対してさらなる歪をもたらすものである。受信機において受信される信号は、希望波の成分と、障害となる非希望成分とからなる合成信号と考えることができる。障害成分は、干渉や雑音など、媒体を通過した影響を表すものである。

受信機において、受信された信号は、デジタルサンプル（ここでは「受信サンプル」とか「受信サンプルストリーム」と呼ぶことにする。）のシーケンスやストリームを取得するために処理される。これらのサンプルは、複素数として表現できる。たとえば、受信信号がフィルタリングされ、増幅され、同相の局部発振器と直交位相の局部発振器とによってベースバンドへと周波数変換され、そしてアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）と同期処理が実行されると、複素受信サンプルのストリームｒ（ｎ）が得られる。この複素サンプルのストリームｒ（ｎ）のそれぞれは、実数成分と虚数成分との和として表現することができる。すなわち、ｒ（ｎ）＝Ｉ（ｎ）＋ｊＱ（ｎ）となる。ここで、Ｉ（ｎ）はサンプルの同相成分であり、Ｑ（ｎ）はサンプルの直交成分であり、ｎは標本時刻のインッデクスを表している。

複素受信サンプルのそれぞれを希望成分と障害成分との和として表現することもできる。すなわち、ｒ（ｎ）＝ｓ（ｎ）＋ｚ（ｎ）となる。ここで、ｓ（ｎ）は希望信号成分のストリームを表し、ｚ（ｎ）は障害成分のストリームまたは雑音を表している。上述したように、この障害成分のサンプルｚ（ｎ）には、同一チャネル干渉や隣接チャネル干渉などの他のチャネルからの干渉と、マルチパル伝搬による自己の干渉と、熱または環境雑音が含まれうる。いくつかの干渉信号がある場合、その中のひとつが他のものに比較し電力が最大となる。

典型的に、受信機は、受信サンプルストリームｒ（ｎ）に対してある形式のベースバンド信号処理を適用し、情報信号を再構築（または検波）する。そのようなベースバンド信号処理は、送信媒体のモデルをベースとしていてもよい。たとえば、送信媒体を、複素チャネルタップ係数Ｋを有するフィルタとしてモデル化することができる。フィルタへの入力は、送信されたデジタル信号であり、フィルタからの出力は希望信号成分である。仮にｂ（ｎ）が送信されたデジタル信号を表すものとすれば、希望信号成分のサンプルはｓ（ｎ）は、次式から得られる。

ｓ（ｎ）＝ｈ（０）ｂ（ｎ）＋ｈ（１）ｂ（ｎ−１）＋…＋ｈ（Ｋ−１）ｂ（ｎ−Ｋ＋１）
ここで、ｈ（ｋ）は、チャネルタップ係数であり、これは実部と虚部を含む複素数である。チャネルタップ係数は極座標表現を用いると次のように表すことができる。

ｈ（ｋ）＝ａ（ｋ）^jθ(k)
ここで、ｈ（ｋ）の振幅はａ（ｋ）であり、これはｈ（ｋ）の絶対値である。ｈ（ｋ）の位相は、θ（ｋ）と表現できる。

チャネルタップ係数の推定値らは、種々のチャネルタップ係数推定技術を用いて決定することができる。チャネルタップ推定技術やチャネル追従技術は、当該技術分野においてよく知られている。たとえば、Ｊ．Ｐｒｏａｋｉｓ，Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２ｄ ｅｄ．， ｐｐ．６２４−６２７ ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ Ｂｏｏｋ Ｃｏ．（１９８９）において説明されている。公知の技術による同期信号の相関値または最小二乗推定から、初期のチャネルタップ推定値を得ることができる。

チャネルタップ係数の推定値ｈ_est（ｋ）は、検出されたデジタルシンボルシーケンスｂ_def（ｎ）を演算する際に使用される。たとえば、仮にｈ_est（０）だけが０でなく（すなわち、たった一つだけのタップを有するフィルタによって媒体がモデル化され）、かつ、ｂ（ｎ）が２値であれば、ｂ_def（ｎ）は次式により表すことができる。

ｂ_def（ｎ）＝ｓｇｎ［ｈ_est（０）^*ｒ（ｎ）］
ここで、ｓｇｎ［ｘ］は、ｘの正弦（サイン）をとったものであり、上付き文字「*」は、複素共役であることを示している。この例で、ｂ（ｎ）は２値なので、ｂ_def（ｎ）のとりうる値も２値であり、たとえば、＋１か−１である。よって、送信デジタル信号ｂ（ｎ）を正確に検出するには、チャネルタップ係数の推定値を精度良く行なうことに依存する。

このことは図１を参照することにより良く理解できると思われる。この図は、典型的なデジタル通信システム１０を示しており、これには送信機１２と受信機１４とが含まれている。送信機１２には、デジタルシンボル発生器１０２とデジタル送信機１０３が含まれている。シンボル発生器１０２は、情報１０１を搬送する信号を受信し、対応するデジタルシンボルシーケンスｂ（ｎ）を発生する。デジタルシンボルシーケンスｂ（ｎ）は、デジタル送信機１０３へと伝達され、そこで当該シーケンスはデジタル／アナログ変換（Ｄ／Ａ変換）され、変調され、パルスシェーピングされ、そして増幅され、最終的にアナログ信号Ｙとなって送信される。受信機１４は、複数の受信無線ユニット１８ａ−１８ｎを含んであり、これらはそれぞれ対応するアンテナ１６ａ−１６ｎと、無線処理回路１０５ａ−１０５ｎと、Ａ／Ｄ変換器１０６ａ−１０６ｎとを含んでいる。各アンテナ１６ａ−１６ｎは、送信された信号Ｙに対応するアナログの受信信号を受信し、受信した信号を無線処理回路１０５ａ−１０５ｎに伝達する。アンテナ１６ａ−１６ｎは、相互に空間的に離れていてもよいが、この場合、各無線ユニット１８ａ−１８ｎは、異なる受信チャネルからの受信信号を受信することになる。すなわち、空間ダイバーシチである。

図１の例によると、複数のチャネルは無線送信チャネルであるが、当業者であれば、複数のチャネルが電話送信チャネル、ローカルエリアネットワークのチャネルその他であることを理解できよう。複数のチャネルらは、フェーズドアレイアンテナの素子またはビーム形成器からのビームに関係付けられた無線チャネルであってもよい。加えて、セパレートアンテナ１６と無線ユニット１８はレイク受信機の「フィンガ」として理解されてもよい。レイク受信機は、最近のデジタルセルラー電話システムにおける、移動電話機などの無線端末における典型的な構成要素である。この構成によってマルチパスダイバーシチが提供される。

無線処理回路１０５ａ−１０５ｎは、典型的には、受信信号をフィルタリングし、増幅し、およびベースバンドへとダウンコンバートする。ベースバンドの受信信号は、Ａ／Ｄ変換器１０６ａ−１０６ｎによって複素デジタル受信サンプルのストリームｒ_ｘ（ｎ）へと変換される。ここで、下付き文字ｘは上述のサンプルストリームに対応する受信チャネルを示している。たとえば、無線ユニット１８ａは、アンテナ１６ａからアナログ信号を受信し、対応するデジタル受信サンプルストリームｒ_ａ（ｎ）を生成することができる。生成されたデジタル信号ｒ_ｘ（ｎ）は、同相成分（Ｉ）と直交位相成分（Ｑ）とを有する複素サンプルのシーケンスである。なお、当業者であれば、サンプルが複素数である必要がないことを理解できよう。複素サンプルｒ_ｘ（ｎ）はベースバンド処理回路２０に供給され、そこで推定されたチャネルタップ係数ｈ_est（ｋ）を使用して値を操作することで情報シンボルを検出する。結果として、受信サンプルストリームｒ_ｘ（ｎ）からｂ_def（ｎ）が生成される。

マルチパス伝搬は、自己の（干渉）信号を時間的に分散させ、相互に干渉を引き起こさせ、干渉フェージングを発生させるため、一般には不利益をもたらすことが多い。しかしながら、マルチパス伝搬が利益をもたらすこともある。反射波の信号は主信号と同一の情報を搬送している。フェージングは、主信号自体の減衰をもたらすが、時間分散されたレイを建設的に足し合わせることで主信号を「再構築」または増幅することが可能である。すなわち、信号がダイバーシチ増幅される。

ベースバンド処理回路２０は、レイク受信機を含んでいる。レイク受信機は、時間的に分散した複数の信号の特徴を効果的に利用する無線受信機である。レイク受信機には複数の独立した受信機（これらはレイクブランチと呼ばれる。）が備えられており、これらの各受信機はそれぞれのレイ（信号波）を受信および追従、またはサーチして位置決めする。また、レイク受信機は、受信した複数の信号を合成する手段と、これらの信号を合成するのに先立って位相合わせを行なうためにこれらの信号を遅延させる手段を含んでいる。

一以上のチャネルタップ係数が０でなければ、チャネルタップ係数の推定値を使用して、ある種の等化処理が実行されてもよい。等化処理の一つは、最尤シーケンス推定（ＭＬＳＥ）による等化処理であり、先に引用したＪ．Ｐｒｏａｋｉｓ氏による本の第６章において説明されている。それゆえ、ベースバンド処理回路２０は、コヒーレント検出器が含まれていてもよい。これは、Ｂａｃｋｓｔｒｏｍ氏他らに付与された米国特許第５，１９１，５９８号に開示されているマルチアンテナMLＳＥ等化器によって実現できる。当該特許文献を参照により本願明細書のここに取り入れる。検出されたシンボルは受信機によってさらに処理される。たとえば、検出された信号に対して前方誤り訂正（ＦＥＣ）による復号処理が実行される。このシンボルらは合成されて軟判定情報値にされてもよい。

チャネルを通じた送信の影響によって、アンテナ１６に到着する信号らには、上述の熱雑音と干渉信号とを含む障害（非希望）信号が含まれている。図１において信号Ｘとして示されている干渉信号は、干渉源１０６によって生成されたものである。障害信号らが存在するため、受信機が受信サンプルストリームから情報シンボルを完全に再構築することは困難になる。

障害成分が干渉を含んでいる場合には、信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善するための種々の干渉除去技術を適用できる。これによって、チャネルタップ係数の推定値の精度を改善することができる。アレイ処理を使用する干渉除去手法によれば、デジタル送信システムに多大な性能利得をもたらす。しかし、この種の干渉除去には、分離されたそれぞれのチャネルに係るチャネルタップ係数の推定を合理的かつ精度良く実行することが要求される。干渉除去技術の例としては、Ｊ．Ｈ．Ｗｉｎｔｅｒｓ「Ｓｉｇａｎａｌ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｒａｃｋｉｎｇ ｗｉｔｈ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｒｒａｙｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉｏ Ｓｙｓｔｅｍ ＩＳ−５４ ｗｉｔｈ Ｆｌａｔ Ｆａｄｉｎｇ」， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｖｅｈ． Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ｖｏｌ．４２， ｐｐ．３７７−３８４（Ｎｏｖ． １９９３）がある。このような技術によって、大きな干渉が存在する場合であっても、よい検波性能を発揮することが可能になる。

伝統的な通信システムでは、各物理チャネルが個別に追従されるが、これは各物理チャネルのチャネルタップ係数が別々に推定されることを意味する。すなわち、各物理チャネルの受信サンプルストリームだけを使用し、他の物理チャネルの受信サンプルストリームを参照しないのである。チャネルタップ係数を推定するための多くの既知の手法は、物理チャネルを介して受信された信号のみの関数として、チャネルタップ係数を考慮するものである。干渉のため、各物理チャネルのチャネルタップ係数を精度良く推定するのは困難であるにもかかわらず、このようにして推定されたチャネルタップ係数を検波器が使用して送信信号を検波するため、エラーが生じることを潜在的に避けにくい。

ＷＣＤＭＡシステムにおける各基地局は、いくつかの物理チャネルを送信する。いくつかの理由で、多数の物理チャネルは、チャネルの特徴を推定するために使用できるパイロットを含んでいる。パイロット信号は、典型的に、予め定められた複数のシンボルを含んでおり、これらは、自己のチャネル上かまたは他のチャネルに搭載されて送信可能であり、管理、制御、等化、継続性、同期もしくはリファレンスの目的で利用できる。

図１を参照すると、送信機１２において生成されるデータには、たとえば、チャネル符号化データ、送信電力制御（ＴＰＣ）コマンド、オプションのトランスポート・フォーマット・コンビネーション・インディケータ（ＴＦＣＩ）などが含まれている。このような通信システムのひとつが、第３世代共同プロジェクト（３ＧＰＰ）によって標準規格化された第３世代セルラー電話システムである。３ＧＰＰの通信システムにおけるダウンリンク（基地局からリモート局への通信回線）のデータは、時空間ブロック符号化され、レートマッチングされ、およびインタリーブ化などが施されてもよい。一以上のパイロット信号は、符号化されたデータとともに多重化され、多重化されたストリームがチャネル分離符号およびスクランブル符号などと合成されうる。チャネル分離され、スクランブル化された信号らは、一以上のアンテナから受信機１４へと送信される。

図２は、図１に示した通信システムにおける送信チャネルによって搬送される情報の例示的なフォーマットを示している。多くのデジタルシステムにおいて、チャネルによって搬送される情報が複数のスロット２１０内において組織化される。これらは連続したフレーム２２０内においてグループ化されている。各フレームは、複数のスロット２１０を含んでいる。図２に示すように、フレーム２２０は、連続したスーパーフレーム２３０内においてグループ化されている。各スロット２１０には、他の情報と共にＴＦＣＩ２１１、第１のデータ（ペイロード）グループ２１２、ＴＰＣコマンド２１３、第２のデータグループ２１４およびパイロット信号２１５が含まれている。ある例示的な通信システムでは、スロットは、０．６２５ミリ秒（ｍｓ）の時間幅を有している。なお、スロットのタイプにも依存するが、ビット数は可変であり、フレームは１６スロットからなる。スーパーフレームは、７２のフレームからなる。どの基地局も、拡散率が２５６のパイロットシンボルらを含むＣＰＩＣＨを送信する。このＣＰＩＣＨは相対的に高い電力でもってセルの境界に届くように送信される。

ここまでは様々なチャネル推定手法について説明してきた。たとえば、Ｇ．Ｂｏｔｔｏｍｌｅｙ氏に付与された米国特許第５，８２２，３８０号「Ａｐｐａｒａｔｕｓ」 ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｊｏｉｎｔ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ」には、チャネルタップ係数の推定対象となるチャネルからの受信サンプルストリームの関数と、他のチャネルからの少なくとも一つの他の受信サンプルストリームの関数として、チャネルタップ係数を推定する装置が記載されている。本文献をここに参照により取り込むものとする。２０００年５月１９日にＪ．Ｎｉｌｓｓｏｎによって出願された米国出願第０９／５７３，１５７号「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ」には、送信ダイバーシチを行なう環境において、パイロット信号を使用してチャネルを推定する手法が説明されている。本件出願もここに参照により取り込むものとする。

Ｅ．Ａｂｅｔａ氏他らによる欧州特許出願公開公報第０ ９５５ ７４１号「Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ， ａｎｄ ＣＤＭＡ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ ａｎｄ ＣＤＭＡ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ Ｅａｃｈ Ｈａｖｉｎｇ ｔｈｅ Ａｐｐａｒａｔｕｓ」には、データシンボルシーケンスと並行したパイロットシンボルシーケンスに基づいて、データシンボルのチャネル推定値を取得することが説明されている。Ｋ．Ｒｏｈａｎｉ氏他らに付与された米国特許第５，５８３，８８６号「Ｍｒｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ａ Ｐｌｕｒａｌｉｔｙ ｏｆ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ａｎｄ Ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ ａ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｔｈｅｒｅｗｉｔｈ」には、複数の送信機のそれぞれから送信された既知の信号に基づいて複数のチャネル推定値を決定する周波数ホッピングタイプのスペクトル拡散通信システムが説明されている。

図３には、米国特許第５，８２２，３８０号に説明されている複数の受信したチャネルを処理するベースバンド処理回路２８が示されている。図３に示されているように、ベースバンド処理回路２８には、コヒーレント検波器２５と、ジョイントチャネル推定器３０と、障害相関推定器３２とが含まれている。

ジョイントチャネル推定器３０は、複素サンプルストリームｒ_ａ（ｎ）とｒ_ｂ（ｎ）および障害相関マトリクスＲ_zzを受信し、双方のサンプルストリームに基づき、各受信したチャネルについてのチャネルタップ係数ｈ（ｋ）の集合を推定する。障害相関マトリクスを使用し、かつ複数の複素サンプルストリームの関数としてチャネルタップ係数を算出することによって、チャネルタップ係数の推定値に対する干渉の影響が低減される。ジョイントチャネル推定器３０は、また、ｂ_def（ｎ）についての既知または暫定的な検出値を入力として受け入れる。ジョイントチャネル推定器３０は、この値を使用して、チャネルタップ係数の推定値を生成する。

受信サンプルストリームｒ_ｘ（ｎ）とチャネルタップ係数ｃ（ｋ）は、障害相関推定器３２へと供給され、そこで、受信アンテナらについての障害相関マトリクスＲ_zzを生成する。障害相関推定器３２は、様々な実現形態が存在し、たとえば、Ｇｒｅｇｏｒｙ Ｅ．Ｂｏｔｔｏｍｌｅｙに付与された米国特許第５，６８０，４１９号「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｉｎ Ｍｕｌｔｉ−Ａｎｔｅｎｎａ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ」があり、当該文献をここに参照により明示的に取り込むものとする。障害相関マトリクスＲ_zzはジョイントチャネル推定器３０とコヒーレント検波器２４へとライン４１を経由して供給される。

スイッチ３１は、既知のシンボル値または暫定的な検出情報シンボル値ｂ_def（ｎ）のどちらかを、ライン３９を介してジョイントチャネル推定器３０および障害相関検出器３２へと供給する。受信機によって既知のシンボルパターンが受信されて処理され、同期処理またはパイロット信号の処理が行なわれている間は、既知のシンボル値が供給されるようにしてもよい。以下で説明するような処理では、スイッチは、検波した情報シンボル値ｂ_def（ｎ）をジョイントチャネル推定器３０と障害相関推定器３２へと供給する。

コヒーレント検波器２５は、複数の受信チャネルについての複素サンプル、推定されたチャネルタップ係数、および障害相関情報とを受信し、これらを使用して、送信された情報シンボルを検波する。図３に示すように、障害相関推定器３２によって供給された障害相関マトリクスＲ_zzを使用して複素サンプルから、干渉をキャンセルまたは除去する干渉キャンセラとして動作するように、コヒーレント検波器２５が適合していてもよい。好適な検波器の一例が、上述の米国特許第５，６８０，４１９号に記載されている。このような検波器の他の例が、上述のＪ．Ｈ．Ｗｉｎｔｅｒｓ氏の公報に記載されている。
米国特許第５，１９１，５９８号 米国特許第５，８２２，３８０号 米国特許第５，５８３，８８６号 米国特許第５，６８０，４１９号

チャネルタップ係数を推定するために複数の受信信号を使用することは、これら複数の受信信号の特性が非常に異なっている場合には、複雑になってしまう。たとえば、異なる送信電力を使用して送信された複数のチャネルから複数の信号が導出されたときには、エラーが発生してしまう。これは最近の多くの通信システムにおける共通の問題である。３ＧＰＰシステムにおいては、専用チャネルと共通チャネルが異なる信号を使用して送信される。これらは一般に物理チャネルと呼ばれている。物理チャネルらはチャネル分離符号または時分割多重の少なくとも一方によって分離されている。基地局の構成に依存して、これらの信号が同一の媒体を通して送信されることがあり、同一のマルチパスを伝搬することになる。ＤＰＣＨとＣＰＩＣＨは、リモート端末によって同時に受信可能である。たとえば、レイク受信機の異なる複数のフィンガによって受信される。ＣＰＩＣＨは各セル内において特別のチャネル分離符号を使用して放送されるが、電力制御が行なわれることはない。ＣＰＩＣＨの電力は、セル境界の外側に存在する移動局ですら受信可能となるような値に選択される。よって、多くのケースで、ＣＰＩＣＨの電力はＤＰＣＨの電力よりもずっと大きいことになる。さらに、たいていの場合、ＤＰＣＨは電力制御が使用されて送信されることになる。すなわち、各移動局が各ＤＰＣＨを受信することができるように、各ＤＰＣＨに使用される電力を制限することになる。よって、各ＤＰＣＨとＣＰＩＣＨにおける送信電力は、たいていの場合、異なっており、その量は移動局にとって未知である。この違いを我々はゲインオフセットと呼ぶことにする。また、ゲインオフセットは電力制御によって時間ごとに変化しうる。

したがって、複数の受信信号についてチャネルタップ係数の推定値を精度良く供給することが必要とされており、さらに、異なる送信電力レベルを有する複数の受信チャネルからのチャネル推定値を好適な方法によって合成することが必要とされている。

これらの要求または他の要求が本発明によって満たされる。すなわち、第１の観点によれば、通信システムにおける複数の送信チャネル間のゲインオフセットを決定する方法が提供される。複数あるチャネル推定値の第１の集合が、第１のチャネルを通して受信されたシンボルらから導出され、複数あるチャネル推定値の第２の集合が、第２のチャネルを通して受信されたシンボルらから導出される。ゲインオフセットは、受信機において、第１のチャネル推定値の集合と第２のチャネル推定値の集合とに基づいて２次の方程式を使用して導出される。

本発明の他の観点によれば、通信システムおける送信チャネルについて複素チャネ推定値の集合を決定する方法が提供される。第１のチャネル推定値の集合は、送信チャネルを通じて受信されるシンボルらから導出され、第２のチャネル推定値の集合は、通信システムにおける第２のチャネルを通じて受信されたシンボルらから導出される。ゲインオフセットは、第１のチャネル推定値の集合および第２のチャネル推定値の集合に基づいて決定される。チャネル推定値ゲインの集合は、ゲインオフセットと、第１のチャネル推定値の集合および第２のチャネル推定値の集合とに基づいて決定される。

本発明のさらに他の観点によれば、通信システムにおける送信チャネルについてのチャネル推定値ゲインの集合を決定する方法が提供される。第１のチャネル推定値の集合は、送信チャネルと通して受信されるシンボルらから導出され、第２のチャネル推定値の集合は、通信システムにおける第２のチャネルを通して受信されたシンボルらから導出される。ゲインオフセットは、第１のチャネル推定値の集合および第２のチャネル推定値の集合に基づいて決定される。チャネル推定値ゲインの集合は、ゲインオフセットと、第１のチャネル推定値の集合および第２のチャネル推定値の集合とに基づいて決定される。チャネル推定値ゲインの集合は、第１のチャネル推定値の集合および第２のチャネル推定値の集合のうち、一方のチャネル推定値位相らに関連している。

「含む／含まれている」との用語は、本明細書において、記載の特徴、数値、ステップまたはコンポーネントが存在していることを明確にするために使用されており、他の一以上の特徴、数値、ステップ、コンポーネントまたはこれらのグループが存在することを除外する意図ではないことが理解されなければならない。

上述したようないくつかの最新のデジタル通信システムはレイク受信機を使用するものである。レイク受信機は、それぞれ異なるパスを伝搬して異なる時刻に受信側のアンテナへと到着する、送信信号の反射波やエコーを処理するものである。レイク受信機は複数の「フィンガ」を有するものと考えることができ、各フィンガは、それぞれの信号パスについての個別の受信機と考えることができよう。レイクフィンガからの出力を、最大比合成処理等を用いて合成することで受信性能が改善する。チャネル推定値の精度が改善すればするほど、最大比合成などの精度が向上し、さらには結果として検出されるシンボルの精度が向上する。

典型的に、チャネル推定値は、送信信号に含まれているパイロットシンボルから導出されるのだが、データシンボルや他の既知のシンボルを使用して導出することも可能である。３ＧＰＰの標準規格によれば、ＤＰＣＨとＣＰＩＣＨといった専用チャネルを受信した際にチャネルを推定できるようにするために、これら２つのチャネルには好適なシンボルが含まれている。これらのチャネルは「Ｐｈｓｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｃｈａｎｎｅｌｓ ｏｎｔｏ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌｓ（ＦＤＤ）」，３Ｇ ＴＳ ２５．２１１ ｖｅｒ．３．３．０（２０００年６月）において説明されている。しかしながら、これら２つのチャネルは異なる特性を有している。その一つは、異なる送信電力で送信されることである。電力オフセットは、ＤＰＣＨ上で実行されている電力制御によって、時々刻々と変化しうる。受信機の後段に配置されるデコーダにとって正確な軟判定情報を得るためには、この電力オフセットを正確に把握することが必要なのだが、受信機は、一般にゲインオフセットについての正確な情報を把握してはいない。通信システムが、受信機に対してゲインオフセットを特定するためのメッセージを送信することも可能かもしれないが、このようにするのは好ましくない。なぜなら、このようなメッセージによって貴重なチャネルキャパしてティが浪費されるからである。そもそも正確無比な値を受信することは必ずしも必須というわけではない。

チャネル間のゲインオフセットを正確に把握することなく、ＤＰＣＨとＣＰＩＣＨからのチャネル推定値を合成することも、もちろん可能であろう。たとえば、ＤＰＣＨのチャネル推定値として、ＣＰＩＣＨから導出されたチャネル推定値を使用する方法では、上述した理由からＤＰＣＨについて不正確な軟判定情報をもたらすことになろう。他の方法としては、ＤＰＣＨのチャネル推定値からのゲイン情報と、ＣＰＩＣＨのチャネル推定値からの位相情報とを使用して、「ハイブリッド」のチャネル推定値を生成する方法もあろう。（チャネル推定値は複素量であることを思い出して欲しい。）原理的には、正確な動作を与えるものであるが、ＤＰＣＨとＣＰＩＣＨとの各電力が異なっていることから、通常、ＤＰＣＨから導出されるチャネル推定値は、ＣＰＩＣＨから導出されるチャネル推定値よりも雑音が多く、それゆえ、この方法により得られる精度の改善には限界があるだろう。したがって、上述したようなチャネル間のゲインオフセットを特定するための追加のメッセージを必要としないものが、ＤＰＣＨとＣＰＩＣＨのような２つチャネルからのチャネル推定値を合成する手法として好適となる。以下では、図４Ａのフローチャートと図４Ｂのブロック図とにより示すように、２つのチャネル間のゲインオフセットを決定する方法と、改善されたチャネル推定方法とに関する数学的な導出方法を説明する。

レイクフィンガｉ∈［１，ｎ］に対応するチャネル推定値ｈ^_iは次式により算出される（ステップ４０２、４０４）。

ＤＰＣＨとＣＰＩＣＨとについて、それぞれｈ^_iは雑音がない場合のチャネル推定値を示しており、ｅ_iとｖ_iは雑音を示しており、ｇは２つのチャネル間のゲインオフセットを示しており、各チャネルをそれぞれ上付き文字のＤとＣで表している。さらに、雑音は、それぞれ無相関、零平均、かつ分散がσ_ｅｉ ^２、σ_ｖｉ ^２となる複素ガウス分布であるものとする。
チャネル推定についての最尤推定の解は、θ＝｛ｈ_１，．．．，ｈ_ｎ，ｇ｝といった集合となり、以下の条件付確率を満たすものとする。

ここで、観測集合Yはすべてのフィンガについてのチャネル推定値らによって与えられる。

条件付確率の関数ｐ（Y｜θ）は次式により算出される。

そして、対応する対数確率関数ｌｏｇ ｐ（Y｜θ）は次式により得られる。

条件付き確率関数を最大にするためには、関数の派生式が０となるように設定すればよい。チャネルｈについての対数確率関数の部分的な派生式と、ゲインオフセットｇについての対数確率関数の部分的な派生式は次のように表すことができる。

ここで、ｈ⁻ _iは、ｈ_iの複素共役である。
（７）式と（８）式における派生式が０となるように設定すると、最尤（ＭＬ）推定値｛ｈ_i ^ML，ｇ^ML｝は以下のようになる。

ここで、ゲインオフセットｇ^MLは次式の解である。

一般的な場合、（１０）式は、（４ｎ−２）次の多項式となることを理解できよう。ｎが１より大きいと、このような式をとくことは困難となる。これは、通信システムが送信チャネルについてのインパルス応答を正確に推定することを要求する場合にもあてはまる。
出願人らは、式を簡略化することが可能であり、一般的な場合の（１０）式は多数のフィンガやその均等物を有するレイク受信機について簡単に解くことができることに気が付いた。

（１０）式を解くことを容易にするための一つの仮定は、２つのチャネルへの雑音電力（干渉）が関連している、とすることである。

ここでαはスケールファクタである。スペクトル拡散技術を使用している通信システムでは、観測雑音がは、各異なるチャネルに使用されている拡散量（処理利得）に関連している。３ＧＰＰにおける通信システムの各チャネルの拡散量を異なるようにすることができることは、「Ａｐｒｅａｄｉｎｇ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＦＤＤ）」，３Ｇ ＴＳ ２５．２１３ ｖｅｒ。３．０．０（１９９９年１０月）に記載されている。ゆえに、スケールファクタα＝（ｓｆ／２５６）（ｎ_D／ｎ_C）となる。ここで、ｓｆはＤＰＣＨのシンボルに対して使用されている拡散率である。２５６はＣＰＩＣＨのシンボルに対して使用されている拡散率である。ｎ_Dとｎ_CはそれぞれＤＰＣＨのチャネル推定値ｉ^^Dと、ＣＰＩＣＨのチャネル推定値ｉ^^Cを得るためにコヒーレントに加算されるシンボルの数である。雑音の分散は、受信機によって推定されるパラメータである。とりわけ、３ＧＰＰ通信システムの受信機は、定期的に関連するパラメータを報告するように要求されている。拡散率は異なるチャネル上で送信されるメッセージを通じて受信機によって把握されるものである。
（５）式の確率関数についていえば、２つのチャネルが、それぞれ独立したチャネル推定誤りｖ_i、ｅ_iを有しているものと仮定できることを理解できよう。これらは、ＤＰＣＨとＣＰＩＣＨについて異なる（直交）拡散シーケンスが使用されている３ＧＰＰシステムだけでなく、多くのシステムで成り立つ仮定である。この仮定によって、（１０）式は次のように書き換えることができる。

ゲインオフセットｇ^MLについては、２次式であるので、次式が成り立つ。

ここで、αは上述したものであり、βは（ブロック４５０）において算出されるもので、次のようになる。

２次式（１３）は、簡潔な置換によって次のように解くことができ（ブロック４６０）。

ここで、正符号のルートが選択されたのは、ゲインオフセットが便宜的に０より大きくなるようにするためである。負符号のルートも、適宜に調整することで利用できることは理解されなければならない。ゆえに、一般に受信機にとって未知である２つのチャネル間のゲインオフセットは、各チャネルから独立に導出されたチャネル推定値から（ステップ４０２，４０４）、受信機によって決定できるようになる（ステップ４０６）。
さらに、上述の仮定を用いて（９）式は次のように変形できる。

これにより、当該受信機またはレイク合成器（図１参照）において使用されるにふさわしい、好適なチャネル推定値が算出される（ステップ４０８）。ゆえに、チャネル推定値の線形合成（４７０）が、ゲインオフセットに基づいて決定され、複素チャネル推定値が求められる。
ゲインオフセットｇを伴う複素チャネル推定値ｈ^MLには、必要となるすべての振幅と位相の情報が含まれている。ゲインの推定値と位相の推定値とを分離するための他の解法も存在する。これらの位相は、他の手段によって取得できる。関連する位相らは、たとえば、複数のチャネルの一つから予め導出されているチャネル推定値の位相を用いることができる。相対的に低い電力のチャネルから導出されたチャネル推定値を使用するよりも、相対的に高い電力のチャネルから導出されたチャネル推定値を使用したほうが好ましいと、現時点では信じられている。３ＧＰＰの通信システムにおいては、上述したようにＣＰＩＣＨがＤＰＣＨよりも通常は高い電力にて送信されているので、当該ＣＰＩＣＨの位相を使用するほうが望ましいといえる。チャネル推定値らの合成を使用することも可能であろう。

図４に示した方法に含まれる各ステップは、受信機に含まれる適宜の処理回路や図３に示したベースバンド処理回路２８により実行されるソフトウエアによって実現されてもよいし、あるいは当該受信機やベースバンド処理回路に搭載されるＡＳＩＣ（特定用途向けＩＣ）などのハードウエアによって実現されてもよい。当該受信機やベースバンド処理回路は、たとえば、通信システムにおける移動電話機や他の携帯型無線装置内において使用可能である。

本発明の範囲は、特定のデジタル通信システムや標準規格に限定されるものではない。本発明に係るいつかの有利な点をよりよく理解できるようにするために、３ＧＰＰのＷＣＤＭＡデジタル通信システムにおいて本発明がどのように使用されるかの一例を、以下で、図５および図６を用いて説明する。

ＣＰＩＣＨとＤＰＣＨはともに同一の物理媒体を介して送信されるので、これらは同一のマルチパスを経験し、またゲインオフセットによって異なっている。ゆえに、図５を参照すると、レイク受信機の各フィンガ１〜ｎ（５０１，５０２，．．．，５０ｎ）は、同一のゲインオフセットでもってＣＰＩＣＨとＤＰＣＨとを受信する。本発明は、すべてのフィンガ（５０１，５０２，．．．，５０ｎ）から得られた情報を使用して、正確にゲインオフセットを推定する。この機能は、処理ユニット５１０において実行され、各フィンガから情報を取得することで、フィンガを通して受信された信号を合成する最良の方法について合成器５２０に指示する。このようにして、ゲインオフセットの推定値は、たった一つのフィンガだけを使用して推定する場合に比して、改善されることになる。

レイク受信機５００において、ＣＰＩＣＨとＤＰＣＨの両方とも、受信機の複数のフィンガ（５０１，５０２，．．．，５０ｎ）が使用され、それぞれのマルチパス成分が逆拡散される。ＤＰＣＨからの逆拡散後の情報シンボルは、処理ユニット５１０の制御下で、合成器５２０内でデローテートされる。その際には、対応する既知のパイロットシンボルを用いて、ｉ＝１．．．Ｎについて、チャネル推定値ｈ^_i ^Dとｈ^_i ^Cが得られる。逆拡散され、デローテートされたいくつかのシンボルらは、これらのチャネル推定値らの分散を低減するために平均化されてもよい。

処理ユニット５１０は、チャネル推定値ｈ^_i ^Dとｈ^_i ^Cのすべてまたは部分集合を使用して、チャネル推定値の第２の集合ｈ_iをｉ＝１．．．Ｎを導出する。

処理ユニット５１０は、プログラム可能なデジタル信号処理回路（ＤＳＰ）や、いずれかのプロセッサもしくはＡＳＩＣを用いて実現可能である。合成器５２０と関連して動作する処理ユニット５１０の機能は、図６Ａに示されている。まず、処理ユニット５１０は、すべてのフィンガ（６０１，６０２，．．．，６０ｎ）について専用チャネルと共通チャネルとに係る逆拡散後のパイロットシンボルを受信する。パイロットシンボルらは、デローテートされ（６１０）、フィルタ処理される（６２０）。これらの信号らが処理され、線形に合成され、図４Ｂに示すように、複素チャネル推定値が算出される（６９０）。

図６Ｂには、ゲインと位相の推定値を分離するための他の解法が示されている。パイロットシンボルがデローテートされ（６１０）、フィルタ処理され（６２０）、そして直交座標値から局座標値に変換される（６３０）。信号ｈ^_i ^Dとｈ^_i ^Cの、ｉ＝１．．．Ｎについての振幅チャネル推定値ａ^_i ^Dとａ^_i ^Cがさらに処理される。（１４）式を用いてパラメータβが算出され（６４０）、（１５）式を用いてｇが算出され（６５０）、（１６）式を用いてｉ＝１．．．Ｎのすべてについてａ_iが算出される（６６０）。各チャネル推定値の位相は、６７０で合成されるか、またはｈ^_i ^Cから直接的に導出される。チャネル推定値は次のようにして得られる。

本発明に係る方法では、２以上のフィンガからの情報を合成することで、チャネル推定値の第１の集合を確立するものである。これらは、より精度の高いチャネル推定値の第２の集合を導出するために使用され、これによってシステムの性能が改善される。
本発明に関する様々な実施形態を説明してきたが、これらの実施形態は説明目的で提示されたものであり、他の種々の実施形態を採用可能であることは、当業者であれば理解できよう。本発明の技術的範囲は、添付の請求の範囲によって確定されるのであって、上記の詳細な説明によって限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する種々の変形例が包含されうることが-意図されている。

本発明の目的、特徴および有利な効果については、各部に引用番号の付された添付図面を考慮しつつ詳細な説明を読むことで理解できよう。
図１は、典型的なデジタル通信システムについてのブロック図である。 図２は、送信チャネルのフォーマットを示し図である。 図３は、ベースバンド処理回路のブロック図である。 図４Ａは、本発明の方法に関するフローチャートである。 図４Ｂは、本発明の方法に関するブロック図である。 図５は、本発明の処理ユニットとレイク受信機に関するブロック図である。 図６Ａは、本発明の実施形態について図５に示した処理ユニットの機能に関するブロック図である。 図６Ｂは、本発明の実施形態について図５に示した処理ユニットの機能に関するブロック図である。

Claims (11)

1. 通信システムにおける送信チャネル間のゲインオフセットを決定する方法であって、
   第１のチャネルを通して受信されたシンボルらから第１のチャネル推定値の集合を導出するステップと、
   第２のチャネルを通して受信されたシンボルらから第２のチャネル推定値の集合を導出するステップと、
   前記第１のチャネル推定値の集合と前記第２のチャネル推定値の集合とに基づいて前記ゲインオフセットを決定するステップと
   を含む、方法。
2. 前記第１のチャネルと前記第２のチャネルはそれぞれパイロットチャネルである、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のチャネルと前記第２のチャネルはそれぞれＤＰＣＨとＣＰＩＣＨである、請求項１に記載の方法。
4. 通信システムにおける送信チャネルについて複素チャネル推定値の集合を決定する方法であって、
   前記送信チャネルを通して受信されたシンボルらから第１のチャネル推定値の集合を導出するステップと、
   前記通信システムにおける第２のチャネルを通して受信されたシンボルらから第２のチャネル推定値の集合を導出するステップと、
   前記第１のチャネル推定値の集合と前記第２のチャネル推定値の集合とに基づいてゲインオフセットを決定するステップと、
   前記ゲインオフセット、前記第１のチャネル推定値の集合および前記第２のチャネル推定値の集合とに基づいて前記複素チャネル推定値を決定するステップと
   を含む、方法。
5. 前記ゲインオフセットは、２次の方程式を用いて決定される、請求項４に記載の方法。
6. 前記ゲインオフセットｇ^MLは、次式により算出され、
   

   

   
   ここで、
   

   

   であり、αはスケールファクタであり、α＝（ｓｆ／２５６）（ｎ_D／ｎ_C）となり、ｓｆは前記送信チャネルに対して使用されている拡散率であり、２５６は前記第２のチャネルのシンボルに対して使用されている拡散率であり、ｎ_Dとｎ_Cはそれぞれ前記第１のチャネル推定値の集合ｈ^_i ^Dと、前記第２のチャネル推定値の集合ｈ^_i ^Cを得るためにコヒーレントに加算されるシンボルの数であり、σ_ei ²は、推定された雑音の分散パラメータである、請求項４に記載の方法。
7. 前記複素チャネル推定値ｈ_i ^MLは次式により算出され、
   

   

   ここで、αはスケールファクタであり、α＝（ｓｆ／２５６）（ｎ_D／ｎ_C）となり、ｓｆは前記送信チャネルに対して使用されている拡散率であり、２５６は前記第２のチャネルのシンボルに対して使用されている拡散率であり、ｎ_Dとｎ_Cはそれぞれ前記第１のチャネル推定値の集合ｈ^_i ^Dと、前記第２のチャネル推定値の集合ｈ^_i ^Cを得るためにコヒーレントに加算されるシンボルの数である、請求項６に記載の方法。
8. 前記複素チャネル推定値は、前記ゲインオフセットに基づき、チャネル推定値に係る前記第１の集合と前記第２の集合との線形合成を実行することで決定される、請求項６に記載の方法。
9. 通信システムにおける送信チャネルについてのチャネル推定値ゲインの集合を決定する方法であって、
   前記送信チャネルを通して受信されたシンボルらから第１のチャネル推定値の集合を導出するステップと、
   前記通信システムにおける第２のチャネルを通して受信されたシンボルらから第２のチャネル推定値の集合を導出するステップと、
   前記第１のチャネル推定値の集合と前記第２のチャネル推定値の集合とに基づいてゲインオフセットを決定するステップと、
   前記ゲインオフセット、前記第１のチャネル推定値の集合および前記第２のチャネル推定値の集合とに基づいて前記チャネル推定値ゲインの集合を決定するステップと、
   前記チャネル推定値ゲインの集合を、前記第１のチャネル推定値の集合および前記第２のチャネル推定値の集合の一方に係るチャネル推定位相と関連付けるステップと
   を含む、方法。
10. 関連付けられた前記チャネル推定位相は、前記第１のチャネル推定値の集合および前記第２のチャネル推定値の集合のうち高電力チャネルから求められたほうである、請求項９に記載の方法。
11. 関連付けられた前記チャネル推定位相は、前記第１のチャネル推定値の集合および前記第２のチャネル推定値の集合のうちＤＰＣＨチャネルから求められたほうである、請求項９に記載の方法。

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