JP2006509429A - マルチキャリア通信システムのための過剰遅延拡散検出方法 - Google Patents

Abstract

受信信号（Ｓ４２）内の過剰遅延拡散の存在を検出するための方法が提供される。まず、受信信号の２つのセグメントの類似性の定量推定（Ｓ４４）が実行される。その後、定量推定に基づいて、受信信号内の過剰遅延拡散の存在が判定される。過剰遅延拡散の存在を判定する際（Ｓ４６）、定量推定を検出閾値と比較することが可能である。

Description

本発明は、一般に、通信システムの分野に関する。より詳細には、本発明は、通信システムの過剰遅延拡散の存在を検出するための方法に関する。

直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）システムは、一般に、それぞれの送信されたＯＦＤＭ記号による巡回拡大（またはガード・インターバル）を含む。巡回拡大は、遅延拡散チャネルの記号間および搬送波間の干渉を解消することを目的とする。しかし、チャネル・インパルス応答が巡回拡大より長い場合、延長外のインパルス応答の部分が自己干渉の原因となる。

遅延拡散検出回路は、無線周波数信号での遅延拡散を推定するために当該技術分野に存在する。既存の遅延拡散センサーの大部分は、単一搬送波システム用に設計されている。例えば、特許文献１に開示されている従来技術の遅延拡散推定器は、整合フィルタ動作の実施によりチャネルを推定した後に、過剰遅延拡散の存在を検出するものである。特許文献２に開示されている別の従来技術の遅延拡散推定器は、整合フィルタ動作を実施し、チャネルを推定し、そのチャネルのインパルス応答を抽出するものである。しかし、マルチキャリア・システムの場合、当該技術分野で提案されるチャネル推定の工程は、チャネル・インパルス応答を抽出するために高速フーリエ変換（「ＦＦＴ」）と、その後の逆高速フーリエ変換（「ＩＦＦＴ」）を必要とするので、計算集約的である。
米国特許第５，６０２，４８４号 米国特許第６，０２８，９０１号

本発明は、通信システムの過剰遅延拡散の存在を検出するための方法および受信機の貢献により、当該技術分野を進歩させる。

本発明は、受信信号内の過剰遅延拡散の存在を検出する際に、受信機を操作する方法である。受信信号は、類似した複数の隣接セグメントを有する信号を、時折または定期的に送信する送信機から発信されたものである。

この方法の第１の態様では、受信信号の２つのセグメントの類似性の定量推定が計算され、引き続き、定量推定に基づいて、受信信号の過剰遅延拡散の存在または不在が判定される。

この方法の第２の態様では、定量推定が実行され、引き続き、定量推定と検出閾値の比較に基づいて、受信信号の過剰遅延拡散の存在または不在が判定される。
本発明の上記の態様並びに他の態様、特徴および利点は、現在の好ましい実施形態の以下での詳細な説明を添付の図面と共に読めば、さらに明らかになろう。詳細な説明および図面は、特許請求の範囲およびその等価物によって定義される本発明の範囲を限定するのではなく、本発明を説明するためのものに過ぎない。

本発明の好ましい実施形態は、例えば、直交周波数分割多重化（「ＯＦＤＭ」）およびＯＦＤＭの変形体（例えば、拡散ＯＦＤＭ）のようなマルチキャリア通信システムに関し
、また巡回接頭辞または巡回接尾辞の少なくとも一方を使用する他の種類の変調方法と共に使用することも可能である。巡回接頭辞および接尾辞付きの例示のＯＦＤＭ記号１０を図１に示す。さらに、図３に例示するように、従来技術のＯＦＤＭ同期記号形式は、送信機が、２つの同一セグメントを有する１つの信号を送信するために使用することが可能である。

図２は、当該技術分野で知られているように同期記号を定期的に生成するための、ＯＦＤＭ送信機の構成要素の一例を、ＩＦＦＴ ２０およびパラレル・シリアル・コンバータ（「ＰＳＣ」）２１の形式で示す。同期記号は、一連の、偶数ＯＦＤＭサブキャリアで送信される、周知または未知のデータ記号ＤＳ_１〜ＤＳ_ｘと、未使用の奇数ＯＦＤＭサブキャリアで送信されるヌル記号ＮＳ_１〜ＮＳ_ｘとからなる。当業者には、実際の実施の問題を単純化するよう周波数の保護周波数帯を提供するために、チャネル帯域幅の端部付近で、追加ヌル記号をサブキャリアに含め得ることが理解されよう。帯域幅の端部付近のこれらの追加ヌル記号は、本明細書で後述するように類似性の性質には影響を与えない。

ヌル記号ＮＳ_１〜ＮＳ_ｘを組み合わせたデータ記号ＤＳ_１〜ＤＳ_ｘは、送信されたボー波形ＢＷを生じる。過剰遅延拡散がない場合、ＯＦＤＭ受信機３０によって受信されるこのボー波形ＢＷは、受信機３０に通信媒体を介して伝搬した後で（ノイズは無視して）保存される類似性を有する２つの同一セグメント（例えば、図３に示すセグメントＦＨ１およびセグメントＳＨ１）を含む。しかし、過剰遅延拡散が存在する場合、受信機３０によって受信されるボー波形ＢＷは、２つの異なるセグメント（例えば、図４に例示する第１のセグメントＦＨ２および第２のセグメントＳＨ２）を含む。具体的には、記号の存続期間をＬとし、ＦＦＴサイズをＮとした場合、ガード・インターバルは（Ｌ−Ｎ）である。このガード・インターバルは、巡回接頭辞、巡回接尾辞、または巡回接頭辞と巡回接尾辞の両方からなる分割巡回拡大であってよい、巡回拡大としても知られている。本発明の理解を助けるために、本明細書で記載する様々な実施形態は、図１、図３および図４に示すような分割巡回拡大に基づいている。また、説明は、Ｍであるチャネル・インパルス応答（別名、遅延拡散）および０からＭ−１までの離散ンプルと因果的なあるチャネル・インパルス応答の長さに基づいている。説明から、当業者には、他の巡回拡大タイプ、また連続時間波形およびチャネルに対する本発明の適用が理解されよう。ＭがＬ−Ｎサンプルのガード・インターバル（受信信号に対する最大の歪みのない遅延拡散）よりも短い場合、ボー波形ＢＷの２つの類似部分は「（Ｌ−Ｎ＋１）から（Ｌ−Ｎ／２）」および「（Ｌ−Ｎ／２＋１）からＬ」である。本発明では、Ｍサンプルより多い遅延拡散は、それらの部分の同期記号の類似性の性質を乱すものと判断する。Ｍサンプルを超えた遅延拡散の存在に関して決定するために、ＯＦＤＭ受信機３０は、本発明による過剰遅延拡散検出方法を実施する。

図５は、本発明の過剰遅延拡散検出方法を表す流れ図４０を示す。流れ図４０の段階Ｓ４２で、図２に示す変形および変換が引き続き行われる、データ記号ＤＳ_１〜ＤＳ_ｘとヌル記号ＮＳ_１〜ＮＳ_ｘからなる１つの信号は、長さＭのチャネル・インパルス応答で通信チャネルを通過後にＯＦＤＭ受信機３０によって受信される。流れ図４０の段階Ｓ４４で、受信信号の２つのセグメントの類似性の１つまたは複数の定量推定が、ＯＦＤＭ受信機３０によって実行される。一実施形態では、本発明による定量推定方法は、段階Ｓ４４で実施される。

図６は、本発明の定量推定方法を表す流れ図５０を示す。流れ図５０の段階Ｓ５２で、適切な変数の値が特定されるか、またはその値が既に特定されている場合はそれが取り出されるか、の少なくとも一方が行われる。典型的な実施形態では、記号間隔Ｌ、ＦＦＴサイズＮ、およびＮの小部分ｍの値はシステム・パラメータに基づいて予め設定されており、値Ｓ（１）、Ｓ（２）、．．．Ｓ（Ｌ）は受信した同期記号の信号サンプルである。

流れ図５０の段階Ｓ５４で、定量推定ＱＥ_１、定量推定ＱＥ_２、または定量推定ＱＥ_３が計算される。定量推定ＱＥ_１の計算は、次に示す方程式［１］により実行される。

好ましい実施形態では、Ｐ＝１だが、限定はしないがＰ＝２またはＰ＝４を含む他の値を使用することも可能である。定量推定ＱＥ_１は、遅延拡散がない場合は類似しており、過剰遅延拡散がある場合は異なる、受信信号の２つの部分またはセグメントの数の比較である。方程式［１］の分子は、信号の開始（Ｌ−Ｎ）サンプル（ガード・インターバル）を超えた、長さｍのサンプルの差分ベクトルの平均量を表す。この量は、過剰遅延拡散がない場合は受信信号のノイズの標準偏差に類似しているはずだが、過剰遅延拡散がある場合は遥かに大きくなる。分母は、類似のままである信号の部分の最後のｍサンプルのノイズの平均量を表す。これは、信号の類似部分の最初のｍサンプルにおける差分ベクトルの平均量推定のための正規化因数として使用される。遅延拡散が（Ｌ−（Ｎ／２）−ｍ）より小さく、類似部分の最後のｍサンプルが損なわれていないものと仮定する。過剰遅延拡散がない場合、ノイズは信号の分子セグメントと分母セグメントの予想される類似性を等しく損ない、定量推定ＱＥ_１は０ｄＢに近づくことになる。過剰遅延拡散がある場合、分子セグメントの類似性は、ノイズによってのみ損なわれる分母セグメントよりも大幅に過剰遅延拡散およびノイズにより損なわれ、定量推定は０ｄＢよりも大きくなると予想される。

定量推定ＱＥ_２は、受信信号の同期化が早期である場合に生じる非因果的チャネル・インパルス応答の０番目のサンプルの前に、過剰遅延拡散を検出するように作成される。後期の過剰遅延拡散がないと仮定した場合に早期過剰遅延拡散を検出するために、定量推定ＱＥ_２の計算が次に示す公式［２］により実行される。

方程式［２］では、類似部分の最後のｍサンプルが早期の過剰遅延拡散によって損なわれて以来、方程式［１］の分子と分母の役割は逆転するが、後期の過剰遅延拡散は存在せず、したがって、最初のｍサンプルが損なわれていないと想定される。

定量推定ＱＥ_３は、早期または後期の過剰遅延拡散を検出するように作成される。定量推定ＱＥ_３の計算は、次に示す方程式［２］によって実行される。

上式で、後期の過剰遅延拡散がある場合は、予想された類似部分の始まりがその後期過剰遅延拡散によって損なわれ、早期の過剰遅延拡散がある場合は、予想された類似部分の終わりがその早期過剰遅延拡散によって損なわれ、予想された類似部分の中心は、過剰遅延拡散によってではなくノイズによってのみ損なわれるものと仮定される。

上記の定量推定ＱＥ_１〜ＱＥ_３は、送信機が２つの同一セグメントを有する１つの信号を送信したという仮定に基づいて作成されていることに留意されたい。本発明は、複素定数が受信機３０で知られている限り、送信された信号のその２つのセグメントがその複素定数以内で同一である場合も取り扱うことが可能である。例えば、周波数領域データ記号ＤＳ_１〜ＤＳ_ｘが、偶数でなく奇数のサブキャリアでヌル記号ＮＳ_１〜ＮＳ_ｘにより交互配置される場合、過剰遅延拡散およびノイズがないならば、受信信号の第２セグメントは第１セグメントの負数に等しい。本発明は、定量推定ＱＥ_１〜ＱＥ_３の１つの計算の前に周知の定数を補うか、またはその定数を考慮するよう方程式［１］〜［３］を修正することが可能である。

再び図５を参照すると、流れ図４０の段階Ｓ４６で、受信信号内での過剰遅延拡散の存在または不在が、定量推定に基づいて判定される。一実施形態では、本発明の過剰遅延拡散判定は、段階Ｓ４６で実施される。

図７は、本発明の過剰遅延拡散検出を表す流れ図６０を示す。流れ図６０の段階Ｓ６２で、段階Ｓ５４（図６）で計算された定量推定が、対応する検出閾値と比較される。一実施形態では、定量推定ＱＥ_１が段階Ｓ５４で計算された場合は、定量推定ＱＥ_１が検出閾値ＴＨＲ_１と比較され、定量推定ＱＥ_２が段階Ｓ５４で計算された場合は、定量推定ＱＥ_１が検出閾値ＴＨＲ_２と比較され、かつ／または定量推定ＱＥ_３が段階Ｓ５４で計算された場合は、定量推定ＱＥ_３が検出閾値ＴＨＲ_３と比較される。

検出閾値ＴＨＲ_１〜ＴＨＲ_３は、システム使用中に予想される各種チャネルおよび信号対（雑音および干渉）比について、高確率の検出と低確率の誤認警報を達成するために選択されることが好ましい。検出の確率は、チャネルが過剰遅延拡散を有するとするならば過剰遅延拡散の存在を検出する確率であり、誤認警報の確率は、チャネルが過剰遅延拡散を有しないとするならば過剰遅延拡散の存在を誤って検出する確率である。検出閾値ＴＨＲ_１〜ＴＨＲ_３の数の範囲には制限がない。さらに、検出閾値ＴＨＲ_１〜ＴＨＲ_３のすべてが同一（例えば、７ｄＢ）であっても、検出閾値ＴＨＲ_１〜ＴＨＲ_３の１つまたは３つすべてが異なっていてもよい。

流れ図６０の段階Ｓ６４で、段階Ｓ６２の比較が、計算された定量推定が対応する検出閾値と同じかそれよりも大きいと判定した場合（すなわち、ＱＥ_１≧ＴＨＲ_１、ＱＥ_２≧ＴＨＲ_２、かつ／またはＱＥ_３≧ＴＨＲ_３）、過剰遅延拡散の存在が想定される。

再び図５を参照すると、流れ図４０は段階Ｓ４６の完了で終了する。その後受信機３０に信号が伝搬されるごとに、流れ図４０が実施される。ここで、定量推定ＱＥ_１、定量推
定ＱＥ_２、または定量推定ＱＥ_３は、それぞれ所望の過剰拡散遅延の早期、後期または早期／後期検出に鑑みて、段階Ｓ５４（図６）の実施態様中に計算される。

図８は、通信ユニット７０および通信ユニット８０を示す。通信ユニット７０は、受信機７１および送信機７２を含み、通信ユニット８０は、受信機８１および受信機８２を含む。本発明は、通信ユニット７０と通信ユニット８０の間の通信チャネル９０での過剰遅延拡散の存在を特定するために、通信ユニット７０または通信ユニット８０の少なくとも一方において利用される。一実施形態では、受信機７１は、通信チャネル９０を通過する、送信機８２によって送信される信号Ｓを受信する。信号Ｓは受信機７１によって受信された際に、図３に例示するように通信チャネル９０に過剰遅延拡散がない場合の類似の性質を呈するセグメントか、図４に例示するように通信チャネル９０に過剰遅延拡散がある場合の異なる性質を呈するセグメントを有する。信号Ｓを受信した際、受信機７１は、受信信号の２つのセグメントの類似性の定量推定に基づいて、通信チャネル９０に過剰遅延拡散が存在するか否かを判定するために、図５に示す流れ図４０によって表される本発明の過剰拡散検出方法を実施する。一実施形態では、通信チャネル９０の過剰遅延拡散の存在が受信機７１によって検出された場合、送信機７２は、通信チャネル９０の過剰遅延拡散の存在の検出を示すメッセージＭ１を受信機８１に送信する。受信機７１が通信チャネル９０の過剰遅延拡散の不在を検出した場合、送信機７２は、任意で、通信チャネル９０の過剰遅延拡散の不在の検出を示すメッセージＭ２を受信機８１に送信することが可能である。

図９は、本発明による通信システム適応方法を表す流れ図１００を示す。本発明の通信適応方法の理解を助けるために、流れ図１００を、受信機７１（図８）および送信機７２（図８）による流れ図１００の実施態様に基づいて説明する。

流れ図１００の段階Ｓ１０２で、受信機７１は、受信信号の２つのセグメントの類似性の定量推定に基づいて、受信信号に過剰遅延拡散が存在するか不在かを判定するために、図５に示す流れ図４０によって表された本発明の過剰拡散検出方法を実施する。

流れ図１００の段階Ｓ１０４で、受信機７１（図８）および／または受信機８１（図８）は、受信信号Ｓの過剰遅延拡散の検出された存在に基づいて適応される。一実施形態では、受信機７１および／または受信機８１の適応は、ＯＦＤＭ信号のサブキャリアに関する複合チャネル利得推定を補間するか、円滑化するか、またはその両方を行うために使用される、フィルタの係数の特定を包含する。このフィルタは、チャネル推定フィルタである。ＯＦＤＭ信号が特定のサブキャリアに周知記号かパイロット記号を含んでいる場合、受信機７１および／または受信機８１は、パイロット記号を含むサブキャリアに関する複合チャネル利得を測定するために、受信したパイロット記号を周知の送信されたパイロット記号値と比較する。この工程は、一組の測定値を得るために、パイロット記号を有するサブキャリアごとに繰り返される。しかし、これらの測定値は、直接使用するには雑音が多すぎる場合があるので、パイロット記号を含んだサブキャリア間の複合チャネル利得のノイズを低減し（円滑化）および補間値を低減するためにフィルタリングを使用することが可能である。過剰遅延拡散が存在する場合、複合チャネル利得のサブキャリア間での相関関係が減少するため、チャネル推定フィルタは、増加したチャネル変化量の追跡を改善するために、円滑化を減らすべきである。したがって、過剰遅延拡散が存在する場合、チャネル推定フィルタ帯域幅を広げることが可能である（フィルタの帯域幅は、フィルタ係数のフーリエ変換に関係する）。

第２の実施形態では、帯域幅の異なる２つのチャネル推定フィルタが受信機７１および／または受信機８１に記憶され、フィルタの係数の特定は、過剰遅延拡散の存在に基づいてそれらフィルタのうちの１つのフィルタの係数の選択を含む。

当業者には、受信機７１および／または受信機８１の適応が過剰遅延拡散の存在に基づいており、受信機の他の部分、方法およびアルゴリズムにも有利に適用し得ることが理解されよう。

流れ図１００の段階Ｓ１０６で、送信機７２（図８）および／または送信機８２（図８）は、受信信号Ｓの過剰遅延拡散の検出された存在に基づいて適応される。一実施形態では、送信機７２および／または送信機８２によって使用される巡回接頭辞の長さは、受信信号の過剰遅延拡散の検出された存在に基づいて適応される。

流れ図１００の別の実施形態では、段階Ｓ１０４または段階Ｓ１０６を省略することが可能である。
再び図８を参照すると、受信機７１によって過剰遅延拡散の存在が検出された場合、受信機７１は、通信ユニット７０がメッセージＭ１またはメッセージＭ２を送信機７２から送信する必要なく、適応することが可能である。それでもなお、送信機７２を適応する場合は、通信ユニット７０は通信ユニット８０にメッセージＭ１を送信することが好ましい。その場合、メッセージＭ１は、通信ユニット８０に送信信号の特性に対する変更を知らせることになる、送信機７２の適応に関する追加情報を含むことが好ましい。通信ユニット８０に関して、受信機８１または送信機８２が受信機７１による過剰遅延拡散の検出された存在に基づいて適応される場合、過剰遅延拡散の検出された存在を通信ユニット８０に報告するために、メッセージＭ１の送信が要求される。これにより、受信機８１および／または送信機８２を適応することが可能である。

受信機３０（図２）、受信機７１（図８）、送信機７２（図８）、受信機８１（図８）および送信機８２（図８）は、本発明の１つまたは複数の方法の様々な段階を実施するために、ハードウェア（アナログまたはデジタル）、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアのいかなる組み合わせでも利用することができる。

本発明は、その趣旨または本質的特性から逸脱せずに、他の特定の形式で実施することができる。例えば、線形性および重畳の数学的原理は、上記実施形態の特定ステップの再順番付けを可能にすることができ、または本質的に同じ機能を有する追加の特定の実施形態を可能にすることができるが、そのような変形形態は本発明の範囲に含まれる。別の実施例では、過剰遅延拡散の存在を判定する際に、過剰遅延拡散の長さを特定するために、本明細書で開示した量を様々なウィンドウ・サイズおよび／または開始位置について特定することが可能である。上記の実施形態は、すべての点で、限定ではなく例示としてのみ検討されるべきである。本発明の範囲は、したがって、上記の説明によってではなく、特許請求の範囲によって示されるものである。特許請求の範囲の等価物の趣旨および範囲に含まれるすべての変更は、特許請求の範囲に含まれるものとする。

本発明は、マルチキャリア通信システムに限定されるものではない。例えば、類似のセグメントを有する波形は、従来の単一キャリア・システムでも定期的に送信することが可能である。その場合、本発明で提示された方法は、変数を適切に再定義することにより、過剰遅延拡散の存在を検出するよう適用することが可能である。

巡回接頭辞および巡回接尾辞を含む、周知のＯＦＤＭ記号期間の時系列を示す図。 本発明の様々な方法を実施するための送信機および受信機のブロック図。 当該技術分野で周知の類似の性質を呈する受信信号の例図。 過剰遅延拡散から生じた、異なる性質を呈する受信信号の例図。 本発明による過剰遅延拡散検出方法を表す流れ図。 本発明による定量推定方法の一実施形態を表す流れ図。 本発明による過剰遅延拡散検出方法の一実施形態を表す流れ図。 本発明の様々な方法を利用する１対の通信ユニットの相互作用を示す図。 本発明による通信システム適応方法の一実施形態を表す流れ図。

Claims (10)

1. 受信信号内の過剰遅延拡散の存在を検出する際に、受信機を操作する方法であって、
   前記受信信号の２つのセグメントの類似性の定量推定ＱＥを計算する工程と、
   前記定量推定に基づいて前記受信信号の過剰遅延拡散の存在または不在を判定する工程と、
   からなる方法。
2. 前記定量推定ＱＥの計算が次式
   

   

   によって行われる請求項１に記載の方法。
3. 前記定量推定ＱＥの計算が次式
   

   

   によって行われる請求項１に記載の方法。
4. 前記定量推定ＱＥの計算が次式
   

   

   によって行われる請求項１に記載の方法。
5. 受信機であって、
   受信信号の２つのセグメントの類似性の定量推定ＱＥを計算するための手段と、
   前記定量推定に基づいて、前記受信信号の過剰遅延拡散の存在または不在を判定するための手段と、
   からなる受信機。
6. 第１の通信ユニットと第２の通信ユニットの間の通信チャネルでの過剰遅延拡散の存在を検出する際に、第１の通信ユニットを操作する方法であって、
   第２の通信ユニットから通信チャネルを介して、第１のセグメントと第２のセグメントを有する信号を受信する工程と、
   第１のセグメントと第２のセグメントの類似性の定量推定に基づいて、受信信号の過剰遅延拡散の存在または不在を判定する工程と
   からなる方法。
7. 前記受信信号に過剰遅延拡散が存在することを判定した際に、前記通信チャネルの過剰遅延拡散の存在を示すメッセージを前記第２の通信ユニットに送信する工程をさらに含む請求項６に記載の方法。
8. 前記受信信号に過剰遅延拡散が存在するという判定に鑑みて、前記第１の通信ユニットの動作を適応する工程をさらに含む請求項６に記載の方法。
9. 通信ユニットの受信機を適応する方法であって、
   第１のセグメントと第２のセグメントを伴って送信された信号を受信する工程と、
   第１のセグメントと第２のセグメントの類似性の定量推定に基づいて、前記受信信号の過剰遅延拡散の存在または不在を判定する工程と、
   前記受信信号に過剰遅延拡散が存在するという判定に応じて、前記受信信号の過剰遅延拡散の検出された存在に基づいて受信機を適応する工程と、
   からなる方法。
10. 前記受信機を適応する動作が、受信機のチャネル推定フィルタの１つまたは複数の係数を特定する工程を含む請求項９に記載の方法。
    

Images