JP2006054900A - スペクトラム拡散受信機のチップ等化器、該チップ等化器で用いられる雑音指数演算方法及びフィルタ係数決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 雑音指数（スカラー量）推定の最適化に着目して、チップ等化器のフィルタ係数の最適化の改善を図る。
【解決手段】 提供されるスペクトラム拡散受信機のチップ等化器で用いられる雑音指数演算方法では、前記スペクトラム拡散受信機によって受信されたチップ信号から、マルチフェージングパスを構成する分離可能な個別フェージングパス毎のチャネル推定値及び雑音分散推定値を演算する処理４２と、前記チャネル推定値の電力総和を演算する処理５０と、前記チップ信号のチップエネルギを推定する処理５２と、前記チップエネルギ推定値、チャネル推定値、雑音分散推定値、前記チャネル推定値の電力総和、及びパイロット信号の拡散率に基づいて、前記雑音指数を算出する処理５４とを有してなる。
【選択図】図２

Description

この発明は、スペクトラム拡散通信システムで用いられる受信機（以下、スペクトラム拡散受信機という）のチップ等化器、該チップ等化器で用いられる雑音指数演算方法及びフィルタ係数決定方法に係り、詳しくは、個別パスに分離可能なマルチパスフェージング伝送路（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｒｅｓｏｌｖａｂｌｅ ｆａｄｉｎｇ ｐａｔｈｓ ｃｈａｎｎｅｌ）を通して受信されたスペクトラム拡散信号（チップ信号）に対する等化処理を最適化する方法に関し、特には、Ｗ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：広帯域符号分割多元接続）関連の伝送技術に適用して好適である。

スペクトラム拡散通信方式を応用したＷ−ＣＤＭＡ通信システムでは、送信機側から、符号間が互いに直交する多重化符号信号（ｍｕｌｔｉ ｃｏｄｅ ｓｉｇｎａｌｓ）が出力される。しかしながら、このような符号間の直交性は、多重化符号信号が、マルチパスフェージング伝送路（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｆａｄｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ）を伝播するにつれて、劣化するという問題がある。

そこで、Ｗ−ＣＤＭＡ受信機（スペクトラム拡散受信機）側で、劣化した多重化符号信号の直交性を回復する手段として、従来から、チップ等化器（ｃｈｉｐ ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）が用いられていて、これによって、受信性能の向上を図るようにしている。

この種のチップ等化器は、伝送路の逆システムを作り、これを伝送路に直列接続することで、マルチパス間干渉を補償し、送信信号（チップ信号）を正確に再現することを目指すもので、従来、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ：有限インパルス応答）型フィルタを用いて構築されるのが、一般的である。
チップ等化器のフィルタ係数の最適化を図る方法としては、従来から、直接逆マトリックス法（ｄｉｒｅｃｔ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ ｍｅｔｈｏｄ）が知られており、この直接逆マトリックス法では、Ｇ＝Ｈ^ＨＨ＋βＩの関係式を用いて、利得マトリックスＧの推定が行われる（ここで、Ｈ^ＨＨは、チャネル行列の相関行列、Ｉは恒等行列であり、βは、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける雑音指数である。）。

チャネル行列の相関行列がチャネル推定によって得られることは、良く知られていることであり、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムでは、パイロットシンボルを用いて、チャネル推定を行っている。このパイロットシンボルは、受信機側で予め送信データの変調位相が既知のシンボルであり、このパイロットシンボルの受信位相・振幅を参照位相・振幅として、各スロット毎にチャネル推定値を求める。

しかしながら、チップ等化器のフィルタ係数の最適化を図る上記従来の方法では、マルチパスフェージングの影響を受けて歪んで受信されたチップ信号を、満足できるレベルにまで補償して再現する手段としては、まだまだ不充分であり、改善されなければならない余地が残されていた。そこで、この出願に係る発明者は、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムでは、従来、あまり重要視されていなかった雑音指数（スカラー量）β推定の最適化に着目して、この出願に係る発明に想到することができたのである。

この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、雑音指数（スカラー量）推定の最適化に着目して、チップ等化器のフィルタ係数の最適化の改善を図ることができるスペクトラム拡散受信機のチップ等化器、該チップ等化器で用いられる雑音指数演算方法及びフィルタ係数決定方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、スペクトラム拡散受信機のチップ等化器で用いられる雑音指数演算方法に係り、前記スペクトラム拡散受信機によって受信されたチップ信号から、マルチフェージングパスを構成する分離可能な個別フェージングパス毎のチャネル推定値及び雑音分散推定値を演算する処理と、前記チャネル推定値の電力総和を演算する処理と、前記チップ信号のチップエネルギを推定する処理と、前記チップエネルギ推定値、チャネル推定値、雑音分散推定値、前記チャネル推定値の電力総和、及びパイロット信号の拡散率に基づいて、前記雑音指数を算出する処理とを有してなることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のチップ等化器で実行される雑音指数演算方法に係り、前記チャネル推定値及び雑音分散推定値を演算する処理は、前記マルチフェージングパスを構成する前記個別フェージングパスに対応する逆拡散パイロット信号を用いて実行されることを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１記載のチップ等化器で実行される雑音指数演算方法に係り、前記チャネル推定値の電力総和を演算する処理は、式（１）を用いて実行されることを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１記載のチップ等化器で実行される雑音指数演算方法に係り、前記雑音指数を算出する処理は、最大電力を持つ個別フェージングパスの前記チャネル推定値及び雑音分散推定を選択することによって実行されることを特徴としている。

また、請求項５記載の発明は、請求項１記載のチップ等化器で実行される雑音指数演算方法に係り、前記最大電力を持つ個別フェージングパスの前記チャネル推定値及び雑音分散推定を選択する処理は、式（２）を用いて実行されることを特徴としている。

ここで、ｍは、最大チャネル推定電力を持つ個別フェージングパスのインデックス；

また、請求項６記載の発明は、請求項５記載のチップ等化器で実行される雑音指数演算方法に係り、前記雑音指数を算出する処理は、式（３）を用いて実行されることを特徴としている。

個別フェージングパスの雑音分散推定値、ＳＦは前記スペクトラム拡散受信機によって受信された前記パイロット信号の拡散率である。

また、請求項７記載の発明は、スペクトラム拡散受信機を構成するチップ等化器ＦＩＲ型フィルタのフィルタ係数を決定するためのフィルタ係数決定方法に係り、請求項１乃至６の何れか一つに記載の雑音指数演算方法に従って、雑音指数βを算出する処理と、式（４）に従って、利得マトリックスＧを構築する処理と、得られた利得マトリックスＧから前記フィルタ係数を算出決定することを特徴としている。
Ｇ＝Ｈ^ＨＨ＋βＩ （４）
ここで、Ｈ^ＨＨは、チャネル行列の相関行列、Ｉは恒等行列であり、βは、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおけるスカラー雑音指数である。

また、請求項８記載の発明は、スペクトラム拡散受信機を構成するチップ等化器に係り、請求項１乃至６の何れか一つに記載の雑音指数演算方法を実現するための少なくとも１つの算出ブロックを備えてなることを特徴としている。

この発明の構成によれば、雑音指数推定の最適化にまで着目したので、チップ等化器のフィルタ係数の最適化を簡単な構成で著しく向上させることができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施例であるスペクトラム拡散受信機の電気的構成を概略示すブロック図である。この例のスペクトラム拡散受信機１０は、図１に示すように、スペクトラム拡散信号（チップ信号）を受信するためのアンテナ１２と、該アンテナ１２で受信されたスペクトラム拡散信号を復調するための復調器１４と、復調されたアナログのスペクトラム拡散信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１６と、逆拡散によって復調符号（狭帯域スペクトラム信号）を得る逆拡散器１８と、局部拡散符合を発生させる拡散符号発生器２０と、拡散符号発生器２０で発生した局部拡散符合を、受信拡散信号に同期させ、かつ、同期が完了した後は、局部拡散符号が受信拡散信号に追従するように制御するための拡散符号同期捕捉保持器２２と、データシンボルを復調すると共に、各種チャネルを複合化するデータ復調・チャネル復号化器２４とから概略構成されている。

上記構成において、上記スペクトラム拡散受信機１０は、コヒーレント復調方式（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いて、逆拡散器１８と協働して、拡散符号発生器２０から生成された局部拡散符号（ｌｏｃａｌ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｃｏｄｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を用いて、復調器１４にて復調され、Ａ／Ｄ変換器１６にてデジタル化された信号を逆拡散することで、雑音に埋もれた信号から、狭帯域の復調信号を得る。

拡散スペクトラム受信機１０において、逆拡散演算を遂行するために、拡散符号同期捕捉保持器２２が、送信側でチップ信号を所定のチップレートに拡散させたチャネライゼーション符号系列（ｃｈａｎｎｅｌｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｄｅ）を識別するのみならず、符号発生器２０にて発生される局部拡散符号を受信信号の拡散符号（送信拡散符号）の時系列に合致させ（同期捕捉）、同期捕捉が完了したら、時間の経過に従って同期が外れないように、同期を保持する。逆拡散処理後、同図に示すように、データ復調・チャネル復号化器２４にて、データシンボルが復調されると共に、各種チャネルが複合化され、かくして、情報データが得られる。

ＲＡＫＥ「熊手」型受信機では、逆拡散器１８は、伝送路の遅延分散により分散した、互いに異なるマルチパス信号を受信する多数の逆拡散ブロック４１から構成される。逆拡散器１８において、拡散符号と相関を持つ各フィンガーの受信信号は、図示せぬトランスバーサルフィルタに入力されることにより、到来時間の遅延が整合される。そして、マルチパスを構成する各個別パスに対応する各逆拡散信号は、対応するチャネル推定値の共役値に比例した重み付けをされた後、ＲＡＫＥ合成（コヒーレント集計）されて多重化されて、復調信号として出力される。

図２は、チップ等化器（ｃｈｉｐ ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）として機能する逆拡散器１８の電気的構成を概略示す機能ブロック図である。逆拡散器（チップ等化器）１８の主たる機能は、ＦＩＲ（有限インパルス応答）型フィルタ４０で使用されるフィルタ係数を算出推定することにある。この例の逆拡散器１８は、上記フィルタ係数算出機能を達成するために、図２に示すように、マルチパスチャネル推定ブロック４２と、雑音指数算出ブロック４４と、フィルタ係数算出ブロック４６とを備えている。ＦＩＲ型フィルタ４０は、算出されたフィルタ係数を用いて、入力信号をフィルタ処理し、多重化符号信号（ｍｕｌｔｉ ｃｏｄｅ ｓｉｇｎａｌｓ）の直交性を元の状態に回復させる構成となっている。ＦＩＲ型フィルタ４０の後段に接続される逆拡散ブロック４１では、一の逆拡散ブロック４１は、一の符号信号に対して逆拡散処理を実行する。それゆえ、拡散スペクトラム受信機１０が多重化符号信号を受信する場合には、ＦＩＲ型フィルタ４０からの出力は、多段の逆拡散ブロック４１に供給されて、そこで、逆拡散処理が実行されて、多重化符号の復調データが出力される。

上記マルチパスチャネル推定ブロック４２では、スペクトラム拡散受信機１０によって受信されたチップ信号から、マルチフェージングパスを構成する、互いに分離可能な個々のパス毎のチャネル推定値及び雑音分散推定値（例えば、個々のパス毎の送受信アンテナ間のチャネル推定値及び雑音分散推定値）が演算される。この例では、マルチパスチャネル推定ブロック４２は、第１番目のフェージングパスのチャネルを推定する際には、式（５）を用いて、当該第１番目のパスから受信され、逆拡散された多数のパイロットシンボルの平均値をとることによって、第１番目のフェージングパスについてのチャネルの推定値を求めるようにしている。

共役パイロットシンボルであり、｜ｐ（ｋ）｜＝１；Ｋは、推定のために使用されるパイロットシンボルの個数；ｙ_ｌ（ｋ）は、第１番目の個別フェージングパスについて逆拡散されたパイロットシンボルである。

マルチパスチャネル推定ブロック４２は、第１番目の逆拡散器４１の出力端でのバイアスなしの雑音分散を推定する際には、式（６）を用いて、第１番目の逆拡散器４１の出力端における雑音分散推定値を求めるようにしている。

上記雑音指数算出ブロック４４は、図２に示すように、最大電力チャネル推定ブロック４８と、チャネル電力算出ブロック５０と、チップエネルギ推定ブロック５２と、スカラー雑音指数算出ブロック５４とから概略なっている。

この実施例では、第１番目のパスの統計処理に基づいて、スカラー雑音指数βを推定するために、以下の数理手順が案出された。
まず、平均受信チップエネルギーＥ_ｃｈｉｐが、式（７）から与えられる。式（７）において、Ｍは、推定に用いられるチップ数であり、ｒ（ｍ）は、チップ信号の振幅である。

次に、チャネル推定値の電力総和は、式（８）によって与えられ、最大チャネル推定電力を持つフェージングパスのインデックスｍは、式（９）によって与えられる。

ここで、ｍは、最大チャネル推定電力を持つ個別フェージングパスのインデックス；

最後に、雑音指数推定値は、式（１０）によって与えられる。

個別フェージングパスの雑音分散推定値、ＳＦは前記スペクトラム拡散受信機によって受信された前記パイロット信号の拡散率である。

上記したように、この例のチップ等化器のマルチパスチャネル推定ブロック４２は、式（５）及び式（６）に従って、チャネル推定値と雑音指数推定値とを演算する。マルチフェージングパスを構成する個別パスごとに、チップ信号から得られたチャネル推定値と雑音指数推定値は、図２に示すように、チャネル電力算出ブロック５０に供給される。チャネル推定値の電力総和は、各フェージングパスのチャネル推定値を加算することで容易に得られる。このようにして得られたチャネル推定値の電力総和は、同図に示すように、スカラー雑音指数算出ブロック５４に供給される。チップエネルギ推定ブロック５２は、式（７）に従って、Ｉ（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ）軸とＱ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ）軸上にＩ／Ｑ多重されて入力されるＩ／Ｑチップサンプルからチップエネルギー推定値を導き出す。導き出されたチップエネルギー推定値は、スカラー雑音指数算出ブロック５４に供給される。

雑音指数は、チャネル推定値と雑音指数推定値を、最大電力を持つ個別フェージングパスから選択することによって、算出されるのが好ましい。この観点から、最大電力チャネル推定ブロック４８は、最大電力を持つ個別フェージングパスからチャネル推定値と雑音指数推定値を導き出す。導き出されたチャネル推定値と雑音指数推定値は、スカラー雑音指数算出ブロック５４に供給される。

スカラー雑音指数算出ブロック５４では、供給されたチップエネルギ推定値、チャネル推定値、雑音分散推定値、チャネル推定値の電力総和、及びパイロット信号の拡散率に基づいて、スカラー雑音指数を算出する。

フィルタ係数算出ブロック４６では、ＦＩＲ（有限インパルス応答）型フィルタ４０のフィルタ係数を算出するために、利得マトリックスＧ＝Ｈ^ＨＨ＋βＩが構築される。ここで、Ｈ^ＨＨは、チャネル行列の相関行列、Ｉは恒等行列であり、βは、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおけるスカラー雑音指数である。

以上、この発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、図１又は図２の構成各部の全部又は一部は、ソフトウェア構成であっても、ハードウェア構成であっても良い。デジタル信号処理技術を用いて実現できることは勿論である。

この発明の一実施例であるスペクトラム拡散受信機の電気的構成を概略示すブロック図である。 図１のスペクトラム拡散受信機において、チップ等化器として機能する逆拡散器１８の電気的構成を概略示す機能ブロック図である。

符号の説明

１０ スペクトラム拡散受信機
１４ の復調器
１８ 逆拡散器
２０ 拡散符号発生器
２２ 拡散符号同期捕捉保持器
４２ マルチパスチャネル推定ブロック
４４ 雑音指数算出ブロック
４６ フィルタ係数算出ブロック
４０ ＦＩＲ型フィルタ
４１ 逆拡散ブロック

Claims (8)

1. スペクトラム拡散受信機のチップ等化器で用いられる雑音指数演算方法であって、
   前記スペクトラム拡散受信機によって受信されたチップ信号から、マルチフェージングパスを構成する分離可能な個別フェージングパス毎のチャネル推定値及び雑音分散推定値を演算する処理と、
   前記チャネル推定値の電力総和を演算する処理と、
   前記チップ信号のチップエネルギを推定する処理と、
   前記チップエネルギ推定値、チャネル推定値、雑音分散推定値、前記チャネル推定値の電力総和、及びパイロット信号の拡散率に基づいて、前記雑音指数を算出する処理とを有してなることを特徴とするチップ等化器で実行される雑音指数演算方法。
2. 前記チャネル推定値及び雑音分散推定値を演算する処理は、前記マルチフェージングパスを構成する前記個別フェージングパスに対応する逆拡散パイロット信号を用いて実行されることを特徴とする請求項１記載のチップ等化器で実行される雑音指数演算方法。
3. 前記チャネル推定値の電力総和を演算する処理は、式（１）を用いて実行されることを特徴とする請求項１記載のチップ等化器で実行される雑音指数演算方法。
   

   
4. 前記雑音指数を算出する処理は、最大電力を持つ個別フェージングパスの前記チャネル推定値及び雑音分散推定を選択することによって実行されることを特徴とする請求項１記載のチップ等化器で実行される雑音指数演算方法。
5. 前記最大電力を持つ個別フェージングパスの前記チャネル推定値及び雑音分散推定を選択する処理は、式（２）を用いて実行されることを特徴とする請求項１記載のチップ等化器で実行される雑音指数演算方法。
   

   

   ここで、ｍは、最大チャネル推定電力を持つ個別フェージングパスのインデックス；
   

   
6. 前記雑音指数を算出する処理は、式（３）を用いて実行されることを特徴とする請求項５記載のチップ等化器で実行される雑音指数演算方法。
   

   

   個別フェージングパスの雑音分散推定値、ＳＦは前記スペクトラム拡散受信機によって受信された前記パイロット信号の拡散率である。
7. スペクトラム拡散受信機を構成するチップ等化器ＦＩＲ型フィルタのフィルタ係数を決定するためのフィルタ係数決定方法であって、
   請求項１乃至６の何れか一つに記載の雑音指数演算方法に従って、雑音指数βを算出する処理と、
   式（４）に従って、利得マトリックスＧを構築する処理と、
   得られた利得マトリックスＧから前記フィルタ係数を算出決定することを特徴とするフィルタ係数決定方法。
   Ｇ＝Ｈ^ＨＨ＋βＩ （４）
   ここで、Ｈ^ＨＨは、チャネル行列の相関行列、Ｉは恒等行列であり、βは、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおけるスカラー雑音指数である。
8. スペクトラム拡散受信機を構成するチップ等化器であって、
   請求項１乃至６の何れか一つに記載の雑音指数演算方法を実現するための少なくとも１つの算出ブロックを備えてなることを特徴とするチップ等化器。

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