JP2005522101A - 多重チャンネル無線受信機 - Google Patents

Abstract

本発明は受信機で複数の情報信号を受信する方法およびシステムを提供する。対応する伝送チャンネルを通って情報信号それぞれが移動する。受信機は複数の受信機チャンネルを含み、そこでは各受信機チャンネルは対応する情報信号を受信する。各受信情報信号の信号エラーに対する目標レベルを維持する一方で、すべての受信情報信号の振幅ができるだけ大きくなるように、各受信機チャンネルに関連する各受信情報信号の振幅が調整される。受信情報信号の各々の信号エラーがほぼ等しくなるように、受信情報信号の振幅がさらに調整される。各受信機チャンネルは、受信情報のビット・ストリームの推定を支援するためにノイズ基準および歪み基準を測定することに較正される。受信情報信号は多重キャリア信号であり、また、各受信機チャンネルの較正は、受信多重キャリア信号の少なくとも１つの副搬送波が空白にされた多重キャリア信号を受信することにより達成され、さらに、各受信機チャンネルのノイズ基準および歪み基準は空白にされた副搬送波の受信の間に推定される。受信機は、空間的に多重化されまたはダイバーシティ送信による受信情報信号のために受信情報のビット・ストリームの推定を提供する空間の処理および復調を含めることができる。

Description

本発明は、一般に多重（マルチプル）受信機チャンネルの無線通信を具備する無線通信受信機に関する。さらに詳しくは、本発明は、受信信号の特性を最適化するために、各受信機のチャンネルに関連した多重受信情報信号の振幅を調整するシステムおよび方法に関する。

無線通信システムは、一般に送信源（例えば基地局送受信機）から地域または領域内にある１またはそれ以上の受信機（例えば加入者ユニット）へ無線で送信する情報搬送変調信号を含む。

無線通信の形式は、多重送信アンテナおよび／または多重受信機アンテナを含む。多重アンテナ通信システムは、通信ダイバーシティおよび空間多重化をサポートすることができる。

無線チャンネル
図１は、多くの異なった（多重）伝送経路に沿って、変調搬送波信号が送信機１１０から受信機１２０へ伝播する状態を示す。

マルチパス（多重経路）は、主要な信号に送信機と受信機との間の物体に反射した信号によって引き起こされた複製または反射された影像がプラスした構成を含む。受信機は送信機によって送られた主要な信号を受信するだけでなく、信号の経路にある物体から反射した副次的な信号を受信することがある。反射信号は、主要信号より受信機に遅く到着する。この誤整列により、マルチパス信号は、受信信号にシンボル間干渉または歪みを引き起こす。

実際の受信信号は、主要信号およびいくつかの反射信号の結合を含む。元の信号が伝播した距離は反射信号より短いので、信号は異なる時間に受信される。最初に受信した信号と最後に受信した信号との間の時間差は、遅延拡散と呼ばれ、数マイクロ秒の大きさになる。

変調搬送波信号が伝播したマルチパスによって、典型的にはその変調搬送波信号にフェージングを来たす。フェージングによって、マルチパスが減じる方向に結合する場合、変調搬送波信号の振幅が減衰する。

空間多重化
空間多重化(Spatial Multiplexing)は、基地局送受信機および加入者ユニットの双方における多重アンテナを活用する送信技術であり、付加的な電力または帯域幅の使用を伴わないで無線リンク中のビット速度を増加させる。ある条件の下では、空間多重化は、アンテナ数にともないスペクトラム効率の線形的な増加をもたらす。例えば、３本のアンテナが、送信機（基地局送受信機）および受信機（加入者ユニット）で使用される場合、符号（コード）化された情報シンボルのストリームは３つの独立したサブストリームへ分割される。これらのサブストリームは、多重接続プロトコルの同じチャンネルを占有する。可能な同じチャンネルの多重接続プロトコルは、時分割多重接続プロトコルにおける同じ時間スロットを、周波数分割多重接続プロトコルでは同じ周波数スロットを、符号分割多重接合プロトコルでは同じコード・シーケンスを、または空間分割多重接続プロトコルでは同じ空間ターゲット位置を含む。サブストリームは、送信アンテナに別々に適用され、また無線チャンネルを介して送信される。環境中の様々に散らばった物体の存在により、信号はそれぞれマルチパスに遭遇する。

送信によって生み出される複合信号は、任意の位相および振幅を伴って受信アンテナの配列によって最終的に捕らえられる。受信機アレイでは、各受信信号の空間シグネイチャー（spatial signature）が推定される。空間シグネイチャーに基づいて、信号処理技術が元のサブストリームを回復して、信号を分離するために適用される。

図２は、データ・シンボルを受信機アンテナ・アレイ２４０へ送信する３つの送信機アンテナ・アレイ２１０，２２０，２３０を示す。各送信機アンテナ・アレイおよび各受信機アンテナ・アレイは、空間分離アンテナを含む。受信機アンテナ・アレイ２４０に接続された受信機は、受信信号を分離する。

多重アンテナ・システムは、データ速度を改善するために空間多重化を使用する。このような方法では、データ速度の線形増加を得るために、多重送信信号は個々のアンテナに送られる。空間多重化法は、送信機でチャンネル情報を要求しないが、不良な伝送品質チャンネルにおいて性能劣化を受ける。不良な伝送品質チャンネルは、送信信号のいくつかの要素を空白にしたり減衰したりする特性を含む。結果として、受信機は、ひどく歪んだ送信信号のコピーを受信し、性能劣化を受ける。チャンネル情報を仮定し、不良な伝送品質チャンネルの性能劣化を緩和する付加的な送信処理方法が必要である。

通信ダイバーシティ
アンテナ・ダイバーシティは、多重アンテナに基づいた通信システムで使用される技術であり、マルチパス・フェージングの影響を弱める。アンテナ・ダイバーシティは、少なくとも送信機または受信機の一方に２本以上のアンテナを提供することにより得ることができる。送信と受信のアンテナ対のそれぞれは、伝送チャンネルを含む。伝送チャンネルは統計的に無関係に減衰する。したがって、１つの伝送チャンネルがマルチパス干渉の破壊的な影響により衰える場合、その伝送チャンネルとは別のチャンネルが同時に衰えることに恐らくまれである。これらの独立した伝送チャンネルによって提供される冗長性によって、受信機はしばしばフェージングによる有害な影響を低減することができる。

多重チャンネル受信機は、一般に空間多重化またはダイバーシティ信号に関連する。一般に、多重送信信号の各々は互いに異なる信号振幅を有して受信される。さらに、ノイズと受信信号の各々に関連した歪みは異なる。受信機によって受信された信号における情報信号のパワーが情報信号の干渉およびノイズに関して最適化されると、多重チャンネル受信機は最適に動作する。

多重情報信号を共通の受信機で受信する方法およびシステムを有することは望ましい。その方法およびシステムには、受信情報の信号エラーを最小限にする一方で、受信情報信号の信号電力を最適化する受信機を含むべきである。さらに、その方法とシステムはエラーを正確に特徴づける能力を含むべきである。

発明の概要

本発明は、ノイズと歪みの影響を最小限にするために多重チャンネル受信機の受信情報信号の振幅を調整する方法およびシステムを含む。本発明は、さらにノイズと歪みの影響を較正することを含む。

本発明の第１実施例は、受信機において複数の情報信号を受信する方法を含む。情報信号は、それぞれ対応する伝送チャンネルを通って伝播する。受信機は複数の受信機チャンネルを含み、受信機チャンネルは各伝送チャンネルに対応する。受信機チャンネルはそれぞれ対応する情報信号を受信する。各受信情報信号の信号エラーが目標レベルを依然として維持している間、各受信機チャンネルに関連した各受信情報信号の振幅はすべての受信情報信号の振幅ができるだけ大きくなるように調整される。各受信情報信号の信号エラーがほぼ等しくなるように、受信情報信号の振幅はさらに調整される。

第１実施例は調整された受信情報信号の振幅に対する信号処理を含み、受信情報のビット・ストリームの推定を可能にする。その信号処理は空間処理および復調を含み、受信情報のビット・ストリームの推定を空間的に多重化された受信情報信号に対し提供する。その信号処理は空間処理および復調を含み、受信情報のビット・ストリームの推定を送信ダイバーシティの受信情報信号に対して提供する。

第２実施例は、第１実施例に類似する。第２実施例は、受信情報のビット・ストリームの推定を支援するためにノイズ基準（noise reference）および歪み基準（distortion reference）を測定することによって各受信機チャンネルを較正することをさらに含む。信号エラーは、ノイズ基準および歪み基準の統計的な合計によって推定することができる。受信情報信号の振幅は、各受信情報信号の信号エラーがほぼ等しいように、さらに調整される。受信情報信号の振幅は、各受信情報信号の信号エラーが決定された目標エラーとほぼ等しいように、さらに調整される。目標エラーは信号エラーに動的に依存し得る。目標エラーは正規化エラー信号を最小化にすることにより決定され得る。

別の実施例は、受信情報信号の振幅を調整するために付加的に使用されるノイズ基準および歪み基準を含む。

別の実施例は、情報信号の伝送モードの選択を支援するために付加的に使用されるノイズ基準および歪み基準を含む。

第３実施例は第２実施例に類似する。第３実施例は、多重キャリア信号である受信情報信号をさらに含んでおり、各受信機チャンネルの較正が受信多重キャリア信号の少なくとも１つの副搬送波が空白にされた多重キャリア信号を受信することにより達成される。各受信機チャンネルのノイズ基準および歪み基準は、空白にされた副搬送波の受信中に推定することができる。ゼロ(空白)時間スロットを受信している間に各受信機チャンネルのノイズ基準および歪み基準を推定することにより、受信機が情報信号の送信機に位相同期する前に、各受信機チャンネルを較正することが遂行される。ゼロの副搬送波を受信している間に各受信機チャンネルのノイズ基準および歪み基準を推定することにより、受信機がその情報信号の送信機に位相同期した後、各受信機チャンネルの較正が行われる。

受信情報信号の振幅調整は、その受信情報信号がデジタル的にサンプリングされる前、およびその受信情報信号がデジタル的にサンプリングされた後に、行なうことができる。

第４実施例は、受信機で複数の情報信号を受信する方法を含む。その情報信号の各々は、対応する伝送チャンネルを経由して移動する。受信機は、複数の受信機チャンネルを含み、受信機チャンネルは各伝送チャンネルに対応する。各受信機チャンネルは、対応する情報信号を受信する。各受信機チャンネルに関連したそれぞれの受信情報信号の振幅が調整され、その結果すべての受信情報信号の振幅が最大の目標レベルにほぼ等しくなる。受信情報信号のそれぞれが較正され、その結果情報信号の各々に関連した信号エラーは受信情報信号の各々にほぼ等しくなる。各受信機チャンネルは、ノイズ基準および歪み基準を測定することにより較正され、受信情報のビット・ストリームの推定を支援することができる。

第５実施例は第４実施例に類似する。第５実施例は、ノイズ基準および歪み基準の合計により推定される信号エラーをさらに含む。受信情報信号の振幅がさらに調整され、その結果各受信情報信号の信号エラーがほぼ等しくなる。ノイズ基準および歪み基準は、さらに、受信情報信号の振幅を調整するために使用することができる。ノイズ基準および歪み基準は、情報信号の伝送モードの選択を支援するためにさらに使用することができる。

第６実施例は第４実施例に類似する。第６実施例は、多重キャリア信号である受信情報信号をさらに含み、また、各受信機チャンネルの較正は、受信多重キャリア信号の少なくとも１つの副搬送波が空白にされた多重キャリア信号を受信することにより行なわれる。各受信機チャンネルのノイズ基準および歪み基準は、空白にされた副搬送波の受信中に推定することができる。各受信機チャンネルの較正は、ゼロ時間スロットの受信中に各受信機チャンネルのノイズ基準および歪み基準を推定することにより、受信機が情報信号の送信機に位相同期する前に、行なうことができる。各受信機チャンネルの較正は、ゼロにされた副搬送波中に各受信機チャンネルのノイズ基準および歪み基準を推定することにより、受信機が情報信号の送信機に位相同期された後に、行なうことができる。

第７実施例は第４実施例に類似する。第７実施例は、ノイズ基準および歪み基準をモニタすることをさらに含む。受信情報信号は多重キャリア信号であり、また、ノイズ基準はその多重キャリア信号の奇数トーン(tone)をゼロにすることにより決定できる。歪み基準は、複数の多重キャリア信号をゼロにすることにより決定することができ、また、ノイズ基準は、多重キャリア信号をすべてゼロにすることにより決定される。歪み基準は、複数の時間間隔に亘って、ノイズおよび歪みの統計値として決定することができる。

最大の目標レベルは、決定target_signal値によって決定される。その決定target_signal値は、ノイズ基準および歪み基準の特性に依存してダイナミック（動的）に調整される。

各情報信号に関連した信号エラーは、決定target_signal値と実質的に等しくなるように調整される。その決定target_signal値は、ノイズ基準および歪み基準の特性に依存してダイナミックに調整される。

本発明の他の側面および利点は、添付図面と共に実施例によって本発明の本質を示すことにより、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

例示を目的とする図面に示されるように、本発明は、ノイズおよび歪みの影響を最小限にするために多重チャンネル受信機の受信情報信号の振幅を調整する方法およびシステムで具体化される。その発明はさらにノイズと歪みの影響を較正することを含む。

本発明の特定の実施例が、図面を参照して詳細に記述される。本発明の技術は、様々な異なるタイプの無線通信システムで実施される。セルラー無線通信システムに特に関連がある。基地局は、多くの加入者に無線チャンネルを介してダウンリンク信号を送信する。さらに、加入者は、基地局へその無線通信チャンネルを介してアップリンク信号を送信する。このように、ダウンリンク通信にとって、基地局は送信機であり、加入者は受信機であり、一方、アップリンク通信については、基地局は受信機であり、加入者は送信機である。加入者は移動してもよく、また固定していてもよい。典型的な加入者は、携帯電話、自動車電話、および固定位置における無線モデムのような静止受信機のような装置を含む。

基地局は、アンテナ・ダイバーシティ技術および／または空間多重化技術を許容する複数のアンテナを提供する。さらに、加入者はそれぞれ、さらに空間多重化および／またはアンテナ・ダイバーシティを許容する複数アンテナを装備する。単一入力複数出力（ＳＩＭＯ）または複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）構成は、両方とも可能である。これらの構成のどちらかでは、通信技術は単一キャリアまたはマルチ・キャリア通信技術を使用することができる。本発明の技術はポイントツーマルチポイント・システムに適用するけれども、このようなシステムに制限されることはなく、無線通信に少なくとも２つの装置を有するどのよう無線通信システムにも適用できる。従って、単純化するために、以下の記述は、単一の送信機・受信機のペアに適用される発明に焦点を当てるが、どのような数のペアを備えるシステムにも適用できることが理解されるであろう。

本発明のポイントツーマルチポイントのアプリケーションは、様々なタイプの多重アクセス方式を含めることができる。そのような方式は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、符号分割多元接合（ＣＤＭＡ）、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）およびウェーブレット分割多元接続を含むが、これらに限定されることはない。

その送信は、時分割複信（ＴＤＤ）である。すなわち、ダウンリンク送信は、アップリンク送信と同じチャンネル（同じ送信周波数）を占領するが、異なる時間に割り当てられる。あるいは、その送信は周波数分割複信（ＦＤＤ）であってもよい。すなわち、ダウンリンク送信は、アップリンク送信とは異なる周波数にある。ＦＤＤは、ダウンリンク送信およびアップリンク送信が同時に行われることを可能にする。

典型的には、無線通信チャンネルの変動によって、アップリンクおよびダウンリンクの信号は、減衰、干渉、マルチパス・フェージングおよび他の有害な影響を受ける。さらに、複数の信号経路（伝播環境におけるビルディングおよび他の障害物からの反射による）の存在は、周波数帯幅上のチャンネル応答の変動を引き起こし、これらの変動は時間とともに同様に変化する。その結果、データ容量、スペクトラム効率、スループットおよび信号品質パラメータ、例えば信号対干渉およびノイズ比（ＳＩＮＲ）および信号対ノイズ比（ＳＮＲ）のようなチャンネル通信パラメータの一時的な変化をもたらす。

情報は、様々な可能な伝送モードのうちの１つを使用して、無線チャンネルを介して送信される。現在のアプリケーションのために、伝送モードは特定の変調形式および速度、特定のコード形式および速度であると定義され、さらにアンテナ・ダイバーシティまたは空間多重化のような他の制御された側面を含んでもよい。特定の伝送モードを使用して、無線チャンネルでの通信のために意図されたデータは、符号化され、変調され、送信される。典型的な符号化モードの例は畳み込みおよびブロック・コードであり、さらに特定すると、ハミングコード、サイクリック符号およびリード・ソロモン符号のような技術で既知のコードである。典型的な変調モードの例は、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫおよび他のｍ−ａｒｙ ＰＳＫのような循環的な配座、４ＱＡＭ、１６ＱＡＭおよび他のｍ−ａｒｙ ＱＡＭのような二乗配座である。さらに、普及した変調技術はＧＭＳＫおよびｍ−ａｒｙ ＦＳＫを含む。通信システムでのこれらの様々な伝送モードの実行および使用は、当技術において周知である。

かなりの遅延拡散(delay-spread)を有するチャンネルについては、典型的な直交周波数分割多元（ＯＦＤＭ）変調システム（後述される）が使用される。複数の周波数トーンを含むＯＦＤＭシステムでは、遅延拡散は、異なるフェードを有する各周波数トーンに帰着する。

図３は、本発明の実施例を示す。この実施例は複数の受信機アンテナＲ１，Ｒ２．．．ＲＮを含む。受信機アンテナＲ１，Ｒ２．．．ＲＮは、それぞれ個別の受信機チェーン(連鎖)に対応する。

各受信機チェーンは、一般に調整可能な利得要素、周波数変換器およびアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）を含む。例えば、第１の受信機チェーンは、第１の調整可能な利得要素３１０、第１の周波数変換器３１２および第１のＡＤＣ３１４を含む。第１のデジタル調整可能な利得要素３１６は、第１のＡＤＣ３１４の後に利得調整可能な部分を示すために含まれる。第２の受信機チェーンは、第２の調整可能な利得要素３２０、第２の周波数変換器３２２および第２のＡＤＣ３２４を含む。第２のデジタル調整可能な利得要素３２６は、第２のＡＤＣ３２４の後に利得調整可能な部分を示すために含まれる。ｎ番目の受信機チェーンは、ｎ番目の調整可能な利得要素３３０，ｎ番目の周波数変換器３３２およびｎ番目のＡＤＣ３３４を含む。ｎ番目のデジタル調整可能な利得要素３３６はｎ番目のＡＤＣ３３４の後に利得調整可能な部分を示すために含まれる。

受信機制御機３４０は、調整可能な利得要素３１０，３２０，３３０、周波数変換器３１２，３２２，３３２、およびＡＤＣ３１４，３２４，３３４の駆動信号を生成する。調整可能な利得要素３１０，３２０，３３０は、受信機チェーンによって受信した情報信号を増加させまたは減少させる。調整可能な利得要素３１０，３２０，３３０の制御信号は、Ａ１，Ａ２．．．ＡＮと明示されている。

一般に、周波数変換器３１２，３２２，３３２は、受信機チェーンによって受信した情報信号の周波数をベースバンド周波数へダウン変換する。情報信号をダウン変換する周波数の駆動信号は、ＬＯ１，ＬＯ２．．．ＬＯＮと明示されている。一般に、駆動信号ＬＯ１，ＬＯ２．．．ＬＯＮは、すべて同じ周波数であり、周波数変換器３１２，３２２，３３２は情報信号の周波数を共通ベースバンド周波数へダウン変換する。

ＡＤＣ３１４，３２４，３３４は、アナログ・ベースバンド情報信号をサンプリングし、受信情報信号のデジタル表現を生成する。ＡＤＣ３１４，３２４，３３４のサンプリング周波数を決めるサンプリング信号は、受信機制御機３４０によって生成することができる。

前述したように、デジタル調整可能な利得要素３１６，３２６，３３６は、受信情報信号の振幅がデジタル（サンプリングされた）領域の中で調整され得ることを示すために含められている。受信情報信号の周波数ダウン変換は、またデジタル領域中で行なうこともできることを理解すべきである。

受信情報信号は、ｋ個の空間個別ストリームを含む送信機から送信され得る。一般に、そのような送信機は、送信されるデータを符号化するためにｋ個のストリームの各々に符号化モードを適用する。送信の前に、データはインターリーブされ、事前に符号化されることがある。インターリーブおよび事前の符号化は通信システムの技術において周知である。データの伝送速度またはスループットは、ｋ個のストリームの各々に使用される変調、符号化速度および送信方式（ダイバーシティまたは空間多重化）に依存して変化する。

復調および空間処理ブロック３５０は、ｋ個の符号化ストリームを回復するために受信処理を行なう。ｋ個のストリームはデータを回復するために検出され、復号され、逆多重化された信号である。アンテナ・ダイバーシティ処理の場合には、ｋが１に等しく、したがって、１つのストリームだけが回復されることが理解される。

本発明の実施例は、すべての受信情報信号の振幅ができるだけ大きいように、各受信機チャンネルに関連した各受信情報信号の振幅を調整する一方で、各受信情報信号の信号エラーの目標レベルを維持することを含む。受信情報信号の信号エラーは、一般にノイズと歪みの両方を含む。

図４は、ノイズ源と干渉を描く本発明の実施例を示す。受信情報信号は、受信機チェーンによって受信される前に既にそれらに関連するノイズと歪みのコンポーネントを有する。しかしながら、受信機チェーンは、さらに受信情報信号に信号エラー（ノイズと歪み）を与える。

受信機チェーンはそれぞれ絶対的なノイズ・フロアを有する。このノイズ・フロアは、受信情報信号に関連したノイズを与える。さらに、受信機チェーン中のコンポーネントの各々は、さらに受信情報信号の歪みに寄与する。

第１の受信機チェーンは、第１の信号歪み源ｄ１および第１のノイズ源ｎ１を含む。第１の受信機チェーン内に含まれたすべてのコンポーネントは、第１の信号歪み源ｄ１および第１のノイズ源ｎ１の寄与により発生する。より正確には、第１の信号歪み源ｄ１および第１のノイズ源ｎ１の寄与は、第１の調整可能な利得要素３１０、第１の周波数変換器３１２および第１のＡＤＣ３１４に起因する。対応する信号歪み源ｄ２，ｄＮおよびノイズ源ｎ２，ｎＮ‥‥他の受信機チェーンのために示される。

受信情報信号への各受信機チェーンの絶対的なノイズ・フロアの寄与を最小限にするために、調整可能な利得要素３１０，３２０，３３０の利得を最大限にすることが望ましい。受信情報信号の増幅により、受信機チェーンの絶対的なノイズ・フロアに関連のある受信情報信号の振幅およびノイズを増加させる。一般には、調整可能な利得要素３１０，３２０，３３０の利得を最大限にすることは望ましい。

各受信機チェーンによって与えられる信号歪みは、一般に各受信機チェーンのコンポーネントの各々の非線形性の影響による。例えば、調整可能な利得要素３１０，３２０，３３０の出力における受信情報信号の振幅が大きすぎれば、調整可能な利得要素３１０，３２０，３３０は飽和し、受信情報信号への相当な量の高調波歪みを加えるであろう。周波数変換器３１２，３２２，３３２およびＡＤＣ３１４，３２４，３３４は同様の歪みに寄与するであろう。したがって、調整可能な利得要素３１０，３２０，３３０を単に最大値へ調整すると、受信情報信号の全信号エラーに寄与することになる。

後述されるように、信号エラーは、調整可能な利得要素３１０，３２０，３３０を調整する間、モニタすることができる。モニタされた信号エラーを維持または予め定義した閾値未満にしながら調整可能な利得要素３１０，３２０，３３０の利得を最大限にするとき、最良の特性が典型的には生じる。予め定義した閾値は、無線伝送チャンネルのシミュレーションおよび／またはテストを介して決定することができる。

直交周波数分割多元（ＯＦＤＭ）変調
周波数分割多元システムは、利用可能な周波数帯域幅を複数のデータ・キャリアに分割することを含む。ＯＦＤＭシステムは複数のキャリア（あるいはトーン）を含み、それは送信されるデータを利用可能な周波数スペクトラム上に分割する。ＯＦＤＭシステムでは、各トーンは、隣接したトーンに直交（独立であるか無関係）であると考えられる。ＯＦＤＭシステムは、データのバーストを使用するが、各バーストの時間期間は遅延拡散によって引き起こされるＩＳＩの影響を最小限にするために遅延拡散よりはるかに大きい。データはバースト中で送信され、また、バーストはそれぞれ、データ・シンボルが後続する周期的なプレフィックス(prefix)および／または周期的なサフィクス(suffix)が後続するデータ・シンボルから成る。

図５は、ＯＦＤＭ副搬送波信号の周波数スペクトラム５１０，５２０，５３０，５４０，５５０，５６０を示す。各副搬送波５１０，５２０，５３０，５４０，５５０，５６０は、個別のシンボルによって調整される。

６ＭＨｚを占有するＯＦＤＭ信号の例が１０２４の個々の搬送波（あるいはトーン）から構成され、それぞれは１つのバースト当たりの単一のＱＡＭシンボルを伝送する。周期的なプレフィックスまたは周期的なサフィクスはマルチパス信号によって引き起こされた前のバーストの遷移を吸収するために使用される。さらに、周期的なプレフィックスまたは周期的なサフィクスはシンボルストリームが周期的になるように見せる。追加のシンボル（例えば１００）が周期的なプレフィックスまたは周期的なサフィクスのために送信される。各ＯＦＤＭシンボル期間のために、合計１１２４個のサンプルが、１バースト当たり１０２４個のユニークなＱＡＭシンボルだけによって送信される。一般に、周期的なプレフィックスが終了する時までに、マルチパス信号の結合によって作成された結果としての波形は前のバーストからのいずれのサンプルの関数ではない。したがって、ＩＳＩは生じない。周期的なプレフィックスは、マルチパス信号の遅延拡散より大きくなければならない。

信号エラーのキャリブレーション（較正）
図５のＯＦＤＭ副搬送波信号の周波数スペクトラムは、少なくとも１つの副搬送波、例えば空白にされた副搬送波５４０を含めることができる。ノイズと歪みの較正は、空白にされた副搬送波５４０の周波数および時間スロットで行なうことができる。副搬送波が空白にされた副搬送波の較正された時間および周波数スロットで送信されない場合、受信信号は、主として信号エラーから成る。

多重搬送波システムの副搬送波を空白(ゼロ)することによる信号エラーの較正は、単一の搬送波システムの単一の搬送波をゼロにすることにより得られる信号エラー推定または較正より実質的によい。単一の搬送波システムの搬送波をゼロにすることは、ゼロにされた搬送波によって占められた時間スロット中のすべての信号エネルギーを除去する。その結果、受信機チェーン内のコンポーネントはゼロにされた搬送波中に歪みを生じさせないであろう。したがって、ゼロにされた単一搬送波中の信号エラーの推定は、非ゼロの搬送波を受信するときの信号エラーの不正確な推定である。しかしながら、ゼロにされたトーンの送信中は、大多数の副搬送波は最高の出力にあるので、多重キャリア信号内のゼロにされた副搬送波を使用する信号エラーの推定は、信号エラーのはるかに正確な推定を提供する。したがって、受信機チェーン内のコンポーネントは、そのコンポーネントを通過する信号エネルギーにより歪みを含むことになる。かなりの数の搬送波がゼロにされる場合、ゼロにされないキャリアはゼロにされたキャリアを補うために電力レベルが押し上げられることになる。

図６は、多重受信信号に関連する信号、ノイズおよび歪みを特徴づける能力を有する本発明の別の実施例を示す。図６のみが単一の受信回路を示す。複数のチェーン（チャンネル）受信機の各受信機チェーンは、図６に示される受信機チェーンの特徴を含むと理解される。

前述の実施例で示されるように、受信機アンテナＲＮは、情報信号を受信する。アナログ調整可能な利得要素６１０は、受信情報信号の振幅を修正する。周波数変換器６２０は、受信情報信号の周波数を下方変換する。ＡＤＣ６３０は周波数下方変換器の情報信号をサンプリングする。デジタル調整可能な利得要素６３５は、サンプリングされた受信情報信号の振幅を修正する。ＦＦＴ（高速フーリエ変換）ブロック６４０は、ＡＤＣ６３０の出力で時間サンプルされた応答を周波数領域に変換する。ＦＦＴブロック６４０は、既に議論された空間処理ブロック３５０内に一般に含まれる。

統計コレクタ６５０は、受信機が情報信号を送信する送信機に周波数および時間ロックを具備するかどうかに依存して設定される。後述されるように、ノイズおよび歪み較正は、ゼロにされた信号時間スロット中に、あるいは前述されたように、多重キャリア信号の時間スロット中かつゼロ・トーンの周波数で、達成される。較正がゼロにされた信号時間スロット中に行なわれる場合、統計コレクタ６５０は、プリＦＦＴブロック６４０（デジタル調整可能な利得要素６３５の前後のどちらか）に接続される。較正がゼロ・トーンの時間かつ周波数に行なわれる場合、統計コレクタ６５０は、ポストＦＦＴブロック６４０の出力に接続される。ポストＦＦＴの出力に統計コレクタ６５０を接続することは、送信機にロックされることを受信機に要求する。

統計コレクタ６５０のいずれかの設定では、送信信号が存在しない場合に、サンプルが受信入力で作成される。これは、受信信号のノイズおよび歪みの表現を提供する。情報信号が存在することを認識するところで作成される。これら２つのサンプル（信号のないサンプルおよび信号を備えるサンプル）は、信号対信号エラー（ノイズと歪み）比を推定するために用いられる。後述するように、この比率は、調整可能な利得要素６１０，６３５の設定および送信信号の調整モードを設定するために使用することができる。

第２の信号セレクタ６８０は、信号を有するサンプルをtarget_signalと比較することにより、および／または、信号のないサンプルをtarget_errorと比較することにより、アナログ調整可能な利得要素６１０および／またはデジタル調整可能な利得要素６３５の調整ＡＮが遂行されるかどうかを決定する。

信号コンバイナ６５４は、他の受信機チェーンから信号入力Ｓ２，Ｓ３を受信する。信号コンバイナ６５４によって、他の受信機チェーンがtarget_signalに影響を与えることを可能にする。ノイズ・コンバイナ６５６は、他の受信機チェーンから信号エラー入力Ｅ１，Ｅ２を受信する。ノイズ・コンバイナ６５６によって、他の受信機チェーンがtarget_errorに影響を与えることを可能にする。信号コンバイナ６５４およびノイズ・コンバイナ６５６は、さらに他の回路からの信号入力Ｓ２，Ｓ３がtarget_errorに影響を及ぼし、また他のチェーンからの信号エラー入力がtarget_signalに影響を及ぼすために相互に結合される。

信号サンプルをtarget_signalと比較する場合、第１の比較器６７０は、信号サンプルとtarget_signalとの差を提供する。第１の低域フィルタ（ＬＰＦ）６７５は、いくつかの信号サンプルに亘って第１の比較器６７０の出力を濾波するか平均化する。第２の信号セレクタ６８０は、第１のＬＰＦ６７５の出力がアナログ調整可能な利得要素６１０および／またはデジタル調整可能な利得要素６３５の駆動を制御することを可能にするために設定される。調整可能な利得要素６１０，６３５の駆動制御は、信号サンプルがtarget_signalにほぼ等しい状態に集中するであろう。

信号を具備しないサンプルをtarget_errorと比較する場合、第２の比較器６６０は、信号を具備しないサンプルとtarget_errorとの差を提供する。第２の低域フィルタ（ＬＰＦ）６６５は、いくつかの信号サンプルに亘って第２の比較器６６０の出力を濾波するか平均化する。第２の信号セレクタ６８０は、第２のＬＰＦ６６５の出力が調整可能な利得要素６１０および／またはデジタル調整可能な利得要素６３５の駆動を制御することを可能にするために設定される。調整可能な利得要素６１０，６３５の駆動制御は、信号サンプルがtarget_errorとほぼ等しい状態に集中するであろう。

実施例は、受信機が送信機で周波数ロックを獲得したかどうかに依存して設定される統計コレクタ６５０を含む。すなわち、受信機が送信情報を適切に推定するために、受信機は送信機に対し周波数ロックかつ時間ロックされていなければならない。周波数および時間ロックは、通信システムの技術において周知であるように、使用パイロット副搬送波を通じて獲得することができる。受信機がまだ周波数ロックを獲得していなければ、ノイズ較正はゼロにされた信号の時間スロット中に行なうことができる。較正がゼロにされた信号の時間スロット中に行なわれる場合、統計コレクタ６５０は、プレＦＦＴブロック６４０（デジタル調整可能な利得要素６３５の前か後のいずれか）に接続される。送信機に周波数ロックが得られた後、較正はゼロ・トーンの時間および周波数で行なうことができる。較正がゼロ・トーンの時間および周波数で行なわれる場合、統計コレクタ６５０はポストＦＦＴブロック６４０の出力に接続される。

target_signalとtarget_errorの値は、伝送チャンネルの前回のシミュレーションおよび特性に基づく。

target_signalとtarget_errorの値は、また受信機チェーン内のコンポーネントの特性に基づくこともできる。
より明確には、コンポーネントの各々は、コンポーネントの動作がより線形（より少ない歪み）となる一連の信号振幅を有する。target_signalとtarget_errorは、受信機チェーン内のコンポーネントがそのコンポーネントにおける線形の入力パワー領域内で動作する可能性があることを確保するために選択され得る。

多重チャンネル受信機の多重受信機チェーンにおけるtarget_error値を同じ値に設定することは有利なことがある。さらに、多重チャンネル受信機の多重受信機チェーンにおけるtarget_signalな値を同じ値に設定することは有利なことがある。あるいは、各受信機チェーンは、完全に他の受信機チェーンと無関係に動作することもできる。

図７は、受信情報信号のノイズおよび歪みの関係および受信情報信号の電力を示す曲線である。第１の曲線７１０は、受信情報信号のノイズ成分対受信情報信号の電力レベルの関係を描く。ノイズ成分は、受信情報信号の電力によって正規化されたものである。ノイズ成分は、受信情報信号の平均白色ガウシアン・ノイズおよび受信情報信号の位相ノイズの両方を含む。第１の曲線７１０によって示されるように、受信情報信号の電力に関連するノイズ成分は、受信情報信号の電力が増加するにつれ減少する。

第２の曲線７２０は、受信情報信号の歪みコンポーネント対受信情報信号の電力レベルの関係を描く。歪みコンポーネントは、受信情報信号の電力によって正規化されたものである。第１の曲線７１０によって示されるように、受信情報信号の電力に関連する歪みコンポーネントは、受信情報信号の電力が増加するにつれ増加する。

第１の曲線７１０および第２の曲線７２０を観察すれば、受信情報信号の信号電力に対するノイズと歪み成分が最小となる中間レンジが信号電力にあることは明らかである。矢印７３０は、最適な信号電力のレンジを示す。

複数のチェーン受信機の各受信機チェーンは、ノイズおよび歪み曲線の唯一の設定を具備する。したがって、各受信機チェーンに対して最適な信号電力となるレンジは、典型的には異なる。

ノイズおよび歪み曲線は時間とともに変化する。温度、エージング、フェージング、同一チャンネル干渉、隣接チャンネル干渉および信号バーストのようなパラメータはすべて、ノイズおよび歪み曲線に影響を与える。したがって、前述した信号電力の最適レンジは、時間とともに変化する。前述したtarget_powerおよびtarget_errorの値は、時間可変の信号電力の最適レンジに適応させるために時間とともに変化させることができる。より明確には、target_powerとtarget_errorの値は、受信情報信号の平均白色ガウシアン・ノイズ、位相ノイズおよび非線形（歪み）の連続的な特性に基づくことができる。

平均白色ガウシアン・ノイズ、位相ノイズおよび非線形（歪み）を特徴づけるために様々な方法を用いることができる。本発明の実施例は、前述した多重キャリア信号の様々な副搬送波をゼロにすることを含む。例えば、平均白色ガウシアン・ノイズの特徴は、多重キャリア信号の搬送波をすべてゼロにすることにより作成することができる。平均白色ガウシアン・ノイズ、位相ノイズおよび非線形（歪み）の特徴は、多重キャリア信号のいくつかの搬送波をゼロにすることによって作成される。平均白色ガウシアン・ノイズおよび位相ノイズの特徴は、多重キャリア信号の奇数の副搬送波をゼロにすることによって作成される。これらの３つの特徴から、平均白色ガウシアン・ノイズ、位相ノイズおよび非線形（歪み）を各々推定することができる。

信号対信号エラー比の他の用途
信号エラーは、受信信号の復号プロセスの中で使用することができる。例えば、信号エラーは周波数に亘って変化する。その変分はゼロ・トーンで特徴付けられ、受信情報信号のソフト復号に使用することができる。

前述したように、信号エラーの較正は、受信信号の信号電力対信号エラー比の推測を提供することができる。その後、この比率は受信機へ送信される情報の最適の送信モードを決定するために使用することができる。すなわち、信号電力対信号エラー比は、特定の変調形式および速度、特定の符号形式および速度を決定するために使用することができ、アンテナ・ダイバーシティまたは空間多重化の使用のような送信に他の制御された側面をさらに含んでもよい。

図８は、本発明の実施例内に含まれるステップまたは動作のフローチャートを示す。この実施例は、受信機で複数の情報信号を受信する方法を含む。情報信号は、各々対応する伝送チャンネルを通って移動する。受信機は、複数の受信機チャンネルを含み、各受信機チャンネルは伝送チャンネルに対応する。

本方法の第１ステップ８１０は、各受信機チャンネルが対応する情報信号を受信する段階を含む。

第２ステップ８２０は、受信情報信号の各々の信号エラーの目標レベルを維持する一方で、すべての受信情報信号の振幅ができるだけ大きくなるように、各受信機チャンネルに関連する各受信情報信号の振幅を調整する段階を含む。

図９は、本発明の別の実施例におけるステップまたは動作のフローチャートを示す。

第１ステップ９１０は、各受信機チャンネルが対応する情報信号を受信する段階を含む。

第２ステップ９２０は、すべての受信情報信号の振幅が最大目標レベルとほぼ等しくなるように、各受信機チャンネルに関連する各受信情報信号の振幅を調整する段階を含む。

第３ステップ９３０は、情報信号の各々に関連する信号エラーが各受信情報信号にほぼ等しくなるように、各受信機チャンネルに関連する各受信情報信号の振幅をさらに調整する段階を含む。

本発明の特定の実施例が記述され図示されたが、本発明は記述しまた図示された特定の形式または部分における配列に制限されるものではない。本発明は請求項によってのみ限定される。

システム送信機からシステム受信機までのマルチパスを含む先行技術の無線通信システムを示す。 空間的に分離した送信機アンテナおよび空間に分離した受信機アンテナを含む先行技術の無線通信システムを示す。 本発明の実施例を示す。 ノイズ源と干渉を表わす本発明の別の実施例を示す。 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）の副搬送波信号の周波数スペクトラムを示す。 多重受信信号に関連したノイズおよび歪みに特性を与える能力を有する本発明の別の実施例を示す。 受信情報信号のノイズおよび歪みの関係および受信情報信号の電力を示す図である。 本発明の実施例に含まれるステップまたは動作のフローチャートを示す。 本発明の別の実施例に含まれるステップまたは動作のフローチャートを示す。

Claims (34)

1. 受信機で複数の情報信号を受信する方法において、前記情報信号それぞれは対応する伝送チャンネルを通って移動し、前記受信機は複数の受信機チャンネルを含み、受信機チャンネルは各伝送チャンネルに対応し、前記方法は、
   各受信機チャンネルが対応する情報信号を受信する段階と、
   前記受信情報信号の各々の信号エラーを目標レベルに維持する一方で、すべての前記受信情報信号の振幅ができるだけ大きくなるように、各受信機チャンネルに関連した各受信情報信号の振幅を調整する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記受信情報信号の前記振幅がさらに調整され、その結果各受信情報信号の前記信号エラーがほぼ等しくなることを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
3. 受信情報のビット・ストリームの推定を可能にするために振幅の調整された情報信号を信号処理する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
4. 前記信号処理は、前記受信情報のビット・ストリームの推定を空間的に多重化された受信情報信号のために提供する空間処理および復調を含むことを特徴とする請求項３記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
5. 前記信号処理は、前記受信情報のビット・ストリームの推定を受信情報信号のダイバーシティ送信のために提供する空間処理および復調を含むことを特徴とする請求項３記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
6. ノイズ基準および歪み基準を前記受信情報のビット・ストリームの前記推定を支援するために測定することにより、各受信機チャンネルを較正する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
7. 前記信号エラーは、前記ノイズ基準および前記歪み基準の統計的な合計によって推定されることを特徴とする請求項６記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
8. 前記受信情報信号の前記振幅がさらに調整され、その結果前記受信情報信号の各々の前記信号エラーがほぼ等しくなることを特徴とする請求項７記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
9. 前記受信情報信号の前記振幅がさらに調整され、その結果前記受信情報信号の各々の前記信号エラーが決定目標エラーにほぼ等しくなることを特徴とする請求項７記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
10. 前記目標エラーは、信号エラーに動的に依存することを特徴とする請求項９記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
11. 前記目標エラーは、正規化誤差信号を最小にすることにより決定されることを特徴とする請求項１０記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
12. 前記ノイズ基準および前記歪み基準は、前記受信情報信号の前記振幅を調整するためにさらに使用されることを特徴とする請求項６記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
13. 前記ノイズ基準および前記歪み基準は、前記情報信号の伝送モードの選択を支援するためにさらに使用されることを特徴とする請求項６記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
14. 前記受信情報信号は多重キャリア信号であり、各受信機チャンネルを較正する段階は、受信した前記多重キャリア信号の少なくとも１つの副搬送波が空白にされた多重キャリア信号を受信することにより達成され、さらに、各受信機チャンネルの前記ノイズ基準および前記歪み基準は、前記空白にされた副搬送波の受信中に推定されることを特徴とする請求項６記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
15. 前記受信情報信号は多重キャリア信号であり、各受信機チャンネルを較正する段階は、ゼロ時間スロットの受信中に各受信機チャンネルの前記ノイズ基準および歪み基準を推定することにより、前記受信機が前記情報信号の送信機に位相ロックされる前に、達成されることを特徴とする請求項６記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
16. 前記受信情報信号は多重キャリア信号であり、各受信機チャンネルを較正する段階は、ゼロ副搬送波の間に各受信機チャンネルの前記ノイズ基準および歪み基準を推定することにより、前記受信機が前記情報信号の送信機に位相ロックされる後に、達成されることを特徴とする請求項６記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
17. 前記受信情報信号の前記振幅調整は、前記受信情報信号がデジタルでサンプリングされる前、および前記受信情報信号がデジタルでサンプリングされた後に、達成されることを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
18. 受信機で複数の情報信号を受信する方法において、前記情報信号それぞれは対応する伝送チャンネルを通って移動し、前記受信機は複数の受信機チャンネルを含み、受信機チャンネルは各伝送チャンネルに対応し、前記方法は、
    各受信機チャンネルが対応する情報信号を受信する段階と、
    すべての前記受信情報信号の振幅が最大目標レベルにほぼ等しくなるように、各受信機チャンネルに関連した各受信情報信号の振幅を調整する段階と、
    前記情報信号の各々に関連した信号エラーが前記受信情報信号の各々にほぼ等しくなるように、前記受信情報信号の各々を較正する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
19. ノイズ基準および歪み基準を前記受信情報のビット・ストリームの前記推定を支援するために測定することにより、各受信機チャンネルを較正する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１８記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
20. 前記信号エラーは、前記ノイズ基準および前記歪み基準を合計することによって推定されることを特徴とする請求項１９記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
21. 前記受信情報信号の前記振幅がさらに調整され、その結果前記受信情報信号の各々の前記信号エラーがほぼ等しくなることを特徴とする請求項１９記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
22. 前記ノイズ基準および前記歪み基準は、前記受信情報信号の前記振幅を調整するためにさらに使用されることを特徴とする請求項１９記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
23. 前記ノイズ基準および前記歪み基準は、前記情報信号の伝送モードの選択を支援するためにさらに使用されることを特徴とする請求項１９記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
24. 前記受信情報信号は多重キャリア信号であり、各受信機チャンネルを較正する段階は、受信した前記多重キャリア信号の少なくとも１つの副搬送波が空白にされた多重キャリア信号を受信することにより達成され、さらに、各受信機チャンネルの前記ノイズ基準および前記歪み基準は、前記空白にされた副搬送波の受信中に推定されることを特徴とする請求項１９記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
25. 前記受信情報信号は多重キャリア信号であり、各受信機チャンネルを較正する段階は、ゼロ時間スロットの受信中に各受信機チャンネルの前記ノイズ基準および歪み基準を推定することにより、前記受信機が前記情報信号の送信機に位相ロックされる前に、達成されることを特徴とする請求項１９記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
26. 前記受信情報信号は多重キャリア信号であり、各受信機チャンネルを較正する段階は、ゼロ時間スロットの間に各受信機チャンネルの前記ノイズ基準および歪み基準を推定することにより、前記受信機が前記情報信号の送信機に位相ロックされた後に、達成されることを特徴とする請求項１９記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
27. ノイズ基準および歪み基準をモニタする段階をさらに含むことを特徴とする請求項１８記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
28. 前記最大目標レベルが決定target_signal値によって決定されることを特徴とする請求項１８記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
29. 前記決定target_signal値が前記ノイズ基準および前記歪み基準の特性に依存して動的に調整されることを特徴とする請求項２８記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
30. 前記情報信号の各々に関連した前記信号エラーが決定target_signal値と実質的に等しくなるように調整されることを特徴とする請求項１８記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
31. 前記target_signal値は、前記ノイズ基準および前記歪み基準の特性に依存して動的に調整されることを特徴とする請求項３０記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
32. 前記受信情報信号は多重キャリア信号であり、前記ノイズ基準は前記多重キャリア信号の奇数トーンをゼロにすることにより決定されることを特徴とする請求項１９記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
33. 前記歪み基準は複数の前記多重キャリア信号をゼロにすることにより決定され、および、前記ノイズ基準は前記多重キャリア信号をすべてゼロにすることにより決定されることを特徴とする請求項１９記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。
34. 前記ノイズ基準および前記歪み基準は、複数の時間間隔に亘ってノイズおよび歪みの統計値として決定されることを特徴とする請求項１９記載の受信機で複数の情報信号を受信する方法。

Images