JP2008042918A - 無線チャネル品質を測定する方法及び関連する装置 - Google Patents

無線チャネル品質を測定する方法及び関連する装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、無線通信システムで無線チャネル品質を測定する方法に関する。
【解決手段】この方法では、変調信号を通信チャネル上で受信する。変調信号は、変調パラメータを使用して変調されている。復調器は、変調信号を復調するとともに、復調データを生成する(305)。前記復調器は、復調データに依存する復号器パフォーマンスインジケーター(PS)を生成する。次いで、無線チャネル品質インジケーター(RCQI)を生成する。前記無線チャネル品質インジケーターは、本質的に前記変調パラメータに依存しない。
【選択図】図3

Description

本発明は、通信システムで無線チャネル品質を測定する方法に関する。本発明はまた、対応する集積回路と、復調器と、ソフトウェアプログラム製品とに関する。
デジタルビデオ放送(DVB)環境内のような、多くの通信システムアーキテクチャ内では、1つ又は複数の送信器から種々の無線チャネル上で同一内容が放送される。無線通信システムでは、もし受信品質インジケーター又はレベルが、特定のしきい値を下回ったならば、受信した信号を、他のチャネルに切り替えても良い。この手順はハンドオーバーとして公知である。
無線チャネルは、経時的に変化しうる。なぜなら、受信器は、通信ネットワーク内部で移動している、又は例えば受信器を横切る移動物体があるからである。従って、受信器は、異なる無線チャネルの品質を測定して、どのチャネルが十分なサービス品質を提供しているかを判定するとともに、当該チャネルへのハンドオーバーを実行する必要がありうる。
時分割多重化信号に対しては、現行の受信周波数上で送信信号がない場合には、受信器は、他の周波数の受信を試みても良い。
そのような受信機の電力消費は、重要な問題である。前記受信器は、携帯電話又は全ての型の移動通信機器のような、電池を電源とする機器であっても良い。従って、前記受信機は、現行の無線チャネル及びハンドオーバーを行いうるチャネルに対する受信品質インジケーターを、可能な限り高速に評価する必要がある。
ハンドオーバーの必要を指示する種々の受信品質インジケーターが存在する。そのようなインジケーターの1つは、受信無線周波数電力又は信号強度である。受信器は、異なるチャネルからの受信信号強度を評価した後に、ハンドオーバーを実行するか否かの判定を行う。前記評価は、固定しきい値又は異なるチャネルの比較をベースとしても良い。他の異なる受信品質インジケーターの例は、受信パイロット信号電力、相対受信パイロット信号電力、又は受信信号ノイズ比である。
これらのインジケーターを採用した場合の主な欠点は、マルチパスまたはフェーディングチャネル環境では、広帯域信号に対するハンドオーバー判定の信頼性がそれ程高くないことである。受信パイロット信号の絶対電力の意味を変更する、周波数選択性でありかつ経時的に変化するフェーディングを、これらのチャネルは経験する。異なる受信チャネル間の相対しきい値でも、受信器が対応する信号を復調可能であることを信頼性高く証明することはできない。
Richard W.Koralek他による、「Viterbi decoder synchronization and BER measurement using metric values」という発明の名称が付された公報では、ビタビ復号器のメトリック値の分布は、通信リンクのE/Nに依存することが示されている。同期およびエラーレートに関する目的のためのメトリック分布の特定の基準を解明している。
ヨーロッパ特許出願公開第0 865 176号は、特定の情報データ信号とその有効性識別データ信号とを、同一の周波数帯域上で送信する送信波受信器に関する。
本発明の一目的は、上記で特定された欠点を制限することである。より具体的には、無線チャネル品質を測定するより先進的な方法を発明する。
本発明の第1構成によると、
無線通信システムで無線チャネル品質を測定するための方法であって、次の段階、
無線チャネル上で変調信号を受信する段階と、
復号データを生成するために前記変調信号を復号する段階とを具備する方法において、
前期復号データに依存して復号器パフォーマンスインジケーターを生成する段階と、
変調パラメータに関連する決定された関数の組から、伝達関数を選択する段階と、
無線品質インジケーター(RCQI)を生成するために、前記選択した関数を使用して復号器パフォーマンスインジケーターを線形化する段階とを具備し、
前記変調信号は、変調パラメータにより変調されており、
前記パフォーマンスインジケーターは、エラー訂正符号の復号に関連する擬シンドローム値(pseudo−syndrome value)をベースとし、
前記無線チャネル品質インジケーターは本質的に前記変調パラメータに依存しないことを特徴とする方法が開示されている。
本発明の実施形態に従った本発明は、変調パラメータの影響を最小化するために、無線チャネル品質を信頼性高く評価可能であるという利点を具備する。前記無線品質インジケーターは、本質的には、受信データを復号する復号器の能力に依存する。前記無線チャネル品質インジケーターは、信頼性の高い値を与えるのに、数千のデータビットのみを必要とするので、非常に高速に受信された信号の品質に対する評価を与える。
本発明は、前記無線チャネル品質インジケーターをベースとして、無線信号受信を他の通信チャネルに切り替えることを具備する。
さらなる利点は、受信端末内の非常に微小な電力を使用して、無線信号受信の他の通信チャネルへの切り替えが、迅速にかつ効率的に行われ得ることである。
本発明は、それぞれ請求項8,9及び10に記載の、コンピュータプログラム、集積回路及び復調器にも関する。
本発明の他の構成は、本願に添付された特許請求の範囲で説明する。
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照する後続の非限定的な代表的実施形態の説明から明らかになる。
本発明は、トレリス変調を採用した全てのシステムに関して適用可能である。トレリス符号化変調としても公知であるトレリス変調は、帯域が制限されたチャネル上で、非常に効率的な情報送信を可能とする、変調スキームである。トレリス変調されたデータは、ビタビ復号器のような畳み込み復号化器を使用して復調可能である。変調器の端子に、対応する畳み込み符号化器が必要である。畳み込み復号化は、例えば遠隔通信やDVBシステムなどで広範に使用されている。
遠隔通信では、畳み込み符号は、符号化すべき各mビットの情報シンボルを、nビットのシンボルに変換するタイプのエラー訂正符号である。ここで、m/nは、符号化レートである(n>=m)。畳み込み符号化用の基本的なハードウェアユニットは、L+1段のタップされたシフトレジスタである。ここで、Lは、畳み込み符号化器のメモリ段階の個数を表す。
図1は、従来の簡単化された畳み込み符号化器101の実施例を図示している。前記符号化器は、入力データのための入力レジスタ102と、状態レジスタ103とを具備する。この簡単化された実施例では、符号化器は、6本の状態レジスタを具備している。符号化器101は、2本のモジュロ2型加算器104Aと104Bとをさらに具備している。この実施例では、もし入力ビットが同一の値を有していれば、出力としてゼロを与えるとともに、もし入力ビットが互いに異なれば、出力として1を与える。符号化されたビットxとyとをインターリーブするために、それぞれの加算器104Aと104Bとに対応する異なる出力枝xとyとの符号化されたビットを、符号化器の出力で結合する。
図1の符号化器101は、次のように動作する。先ず状態レジスタ103を、例えばゼロビットのような、特定のビットで初期化する。次いで、第1入力ビットを入力レジスタ102に供給するとともに、モジュロ2加算並びに2本の異なる加算出力枝からのビットx及びyをインターリーブした後に、符号化器の出力ビットを取得する。
さらに、全ての符号化されたビットを、復号のために受信器に送信しないよう、符号化器101の出力ビット列をバンクチュアすることが可能である。符号化後、符号化器101の異なる出力枝からの出力ビットx及びyを、符号化器101のそれぞれの出力枝から交互にビットを取得して、ビット列x,y,xj+1,yj+1,xj+2,yj+2,…を生成するようにインターリーブする。
ここで、符号化スキームに依存して、ビット列から特定のビットを除去して、復調器に送信されるパンクチュアされたビット列を生成することが可能である。もし、送信されたビット列内で、例えばビットxj+1,yj+1のように、同一の添え字によって特定されるビットが残っているならば、これらのビットは、パンクチュアされていないビットという。パンクチュアすることによって、より少ない数のビットを無線チャネル上で送信すれば足りるので、バンド幅を節約可能である。もし適度な数のビットに限ってパンクチュアすれば、復号器パフォーマンスはそれ程悪化しない。
畳み込み符号を復号するための3つの一般的な方法がある。一方の極端な例として、ビタビアルゴリズムは、最尤復号を実行するとともに、最適パフォーマンスを達成するが、高価なハードウェアストレージ及び計算を必要とする。他方の極端な例として、フィードバック復号は、簡単化されたハードウェアのためにパフォーマンスを犠牲にする。これらの極端な例の間で、シーケンシャル復号は、復号器の複雑度に依存する程度に最適なパフォーマンスを目指す。
後続の代表的な実施形態では、ビタビ復号器を採用している。最尤復号器は、全受信列を検査するとともに、次いで受信符号からの最小のハミング距離を有する有効パスを捜すよう試みる。2個のベクトル間のハミング距離は、前記ベクトル内の異なる要素の数に等しいものとして定義される。例えば、もしX=(0 1 0)であるとともにY=(0 0 1)であれば、第2及び第3要素が異なるので、ハミング距離は2となる。利用可能なパスの数は、度々大きくなるとともに、従ってビタビアルゴリズムでは、生存パスを限定するために最尤原理(maximum−likelihood principles)を適用する。
ビタビ復号は、いくつかの枝を具備する符号トレリスによって説明可能であるとともに、ビタビ復号器は、各生存パスの各枝に、受信符号の対応する枝からのそのハミング距離と等しいメトリックを割り当てる。枝メトリックを合計して、累積パスメトリックを生成するとともに、最後に最小パスメトリックを有する生存パスとして受信符号を復号する。
ビタビ復号器は、前後方復号器といっても良い。前方復号化アルゴリズムの間、前記符号化器の取りうる各出力に対して、累積パスメトリックを計算する。前方フェーズの終わりに、後方フェーズの開始点として、最小パスメトリックを選択する。後方フェーズの間、最小値を有するパスメトリックに対応するパスを、符号トレリス内で後方に辿って、それによって符号化器の入力を復号する。
ここで、図2を参照する。本発明の実施形態を適用可能な通信システムを表している。このシステム内では、デジタルテレビストリームのような、同一の内容を、送信器201と202とが、受信器203に対して送出している。データストリームは、環境と送信器とに依存した種々の無線チャネルを辿る。例えば、送信器201と202とが、異なる周波数を使用するとともに、各送信は、エコーを経験する。
前記受信器203は、この実施例では、汎用シリアルバス(USB)リンクで復調器204に接続したポータブルコンピュータ203である。通常、前記復調器は、種々の無線チャネルから信号を受信するとともに、チューナー206に接続されているアンテナ205を具備している。
前記チューナー206は、無線チャネルを選択するともに、対応するデータストリームを処理して、ビタビ復号器207に処理済データストリームを提供するように構成される。同様に、ビタビ復号器207は、コンピュータ203に、復号済みデータを供給する。
前記復調器204は、無線チャネルの品質を測定するとともに、以下に詳細に説明するように、対応する無線チャネル品質インジケーター(RCQI)をチューナー206に設けるように構成された測定モジュール208をさらに具備する。
前記復調器204の他の通常の構成要素を使用するが、本明細書では示さない。
ここで、図3を参照する。本発明の実施形態を、ここでより詳細に説明する。段階301で、復調器204は変調信号を受信する。前記変調信号は、特定の変調パラメータを使用して変調されている。変調パラメータの例は、例えば、変調スキーム及び符号化レートである。
段階302で、受信信号を等化する。送信器から受信器への信号伝達の間に受けた信号ひずみを、等化中に補償する。
次に、段階303で、不要な周波数をフィルタ除去するために等化済み信号をフィルタするとともに、次いで段階304で、復号により良く適合させるために、前記信号を増幅する。
段階301から304までは、チューナー206及び復調器204の他の通常の構成要素で、通常の方法により実行するとともに、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。
段階305で、この場合は、図1を参照して説明するように、復号器207で、前後方復号スキームを使用して、変調信号を復号する。
復号の前方フェーズの間、段階306で、復号効率を示す復号器パフォーマンスインジケーターを計算する。説明する実施例では、復号器パフォーマンスインジケーターは、いわゆる擬シンドローム(pseudo−syndrome,PS)値をベースとする。この擬シンドロームは、0及び1の間の値を取る、緩やかに変化する(soft)値であるとともに、復号器入力サンプルの畳み込み生成と互換性のあるシンボルとしての確実度の代表である。ここでいう畳み込み生成と互換性があることとは、受信ビットが、符号化器に続く状態と一致することである。
擬シンドロームは、いくつかの方法で計算可能である。擬シンドロームを計算する一方法は、“Pseudo−syndrome method for supervising Viterbi decorders at any coding rate”,C.Berrou and C.Douillard, IEEE Electronics Letters, 23rd June 1994, Vol 30, No.13に開示されている。
この実施例では、符号化データストリームの異なる出力枝から、同一のレジスタ状態に対応するパンクチュアされていないビットx及びyを取るとともに、復号トレリスの異なるパスでパンクチュアされていないビットが何回先頭にあるか、復号トレリスで計算することによって、擬シンドロームを計算する。
この数を、次いでパンクチュアされていないビットの総数と比較して、擬シンドローム値を配信する。この実施例では、この値が復号器パフォーマンスインジケーターである。
取得した復号器パフォーマンスインジケーターは、変調パラメータに依存するとともに、それ程良い実際の無線チャネル品質のインジケーターではない。さらには、復号器パフォーマンスインジケーターは、瞬間的な値を表し、そしてもし無線チャネルが時間とともに変化するならば、それはそれ程復号器パフォーマンスの信頼性の高い指標を与えない。
前記復号器パフォーマンスインジケーターは、受信された信号のビットエラーレート(BER)と関連させて表示しても良い。
図4は、BER値のような、受信信号品質を参照して前記復号器パフォーマンスインジケーターがどのように表されるかの一例を示す。
上述の実施形態では、復号器パフォーマンスインジケーターの生成は、デコーダー207によって直接実行する。
次に、前記復号器パフォーマンスインジケーターをベースとして、無線チャネル品質インジケーター(RCQI)を生成する。
前記生成段階は、段階307で決定済み伝達関数の組から伝達関数を選択する段階を具備する。これらの関数は、変調パラメータをベースとして決定する。特定の一関数は、変調パラメータの各組と関連付けられる。
前記生成段階は、段階308で、現行の変調パラメータに対応する伝達関数の使用によって、パフォーマンスインジケーターを線形化する段階を具備する。結果として、本質的に前記変調パラメータに依存しないとともに、無線チャネル品質のみを表す、瞬間的なRCQIが生成される。
この目的のために、例えば線形関数を使用しても良い。各変調パラメータに対し、パラメータの組(a,b)を定義しても良い。全ての取りうるパラメータ値を使用したシミュレーションを介してパラメータの組(a,b)を取得する。次いで、例えば次の式:RCQI=a×PS+bからRCQIを取得する。
次いで、瞬間的なRCQIを、段階309で再スケーリングして、例えばゼロ及び100の間のような、都合の良いスケール上に分散する。瞬間的な値を表している復号器パフォーマンスインジケーターをベースとしているので、当該段階で取得するRCQI値も、瞬間的な値を表している。
平均RCQI値を取得するために、平均化ウィンドウでいくつかの瞬間的なRCQIのサンプルを平均する。段階310で、平均化ウィンドウの長さを決定する。前記平均化ウィンドウの長さは、無線チャネル特性に依存するのが好ましい。例えば、受信器が急速に変化する無線チャネルを経験しているならば、前記平均化ウィンドウの長さを増やす。一方、無線チャネル品質が特定の期間では本質的に安定ならば、前記ウィンドウの長さはより短くても良い。
次いで、段階311で、瞬間的なチャネル品質を表すRCQIのサンプルを平均して、平均無線チャネル品質を示すRCQI値を生成する。このように、平均化の目的は、無線チャネル上の本質的でない変化に依存しないRCQI値を生成することである。例えば、通過中の車の検出無線チャネルの品質への影響は、瞬間的なRCQI値を平均化することで最小化される。
図5は、受信信号品質を参照したRCQIの一表示である。この場合、受信信号品質を表す単位は、マルチプロトコルカプセル化エラーレート(MFER)である。前記RCQIで使用する計算方法の結果、このインジケーターは、信号品質に線形に依存するとともに、図5で図示するように直線で表しうる。高RCQI値は、高チャネル品質に対応する。
本発明の実施形態に従うと、RCQIは、単に受信器が受信データを復号する能力に依存する。平均チャネル品質を表すRCQI値をベースとして、復号器が変調パラメータ及び受信欠陥タイプに依存せずに受信データを復号可能であるかどうか、信頼性高く判定可能である。
本発明に従うと、取得したRCQIは、無線チャネル品質の表示であるとともに、変調プロトコル、周波数及びそれに類するもののような変調パラメータに依存しない。RCQIは、それらの各々の変調パラメータに依存しないように表現されているので、異なる無線チャネルのRCQIを直接、即ち変換チャート及びそれに類するものを必要とすることなく、比較可能である。このように、取得したRCQIによって、変調パラメータに係らず、無線チャネルの品質を迅速かつ信頼性高く判定することを可能にする。
実施例では、RCQI値は、例えば受信無線信号を他のチャネルに切り替えるべきであるかどうかを判定するハンドオーバー手順で、チューナー206が使用する。この目的のために、受信器は、切り替え得る他のチャネルを走査するとともに、それらのRCQIを評価する。
段階312で、現行の通信チャネルの平均信号品質を表すRCQIを、固定しきい値tと比較する。もし、RCQIが前記しきい値tと等しい又はそれより大きいならば、現行のチャネルの品質は通信のために十分であるとともに、ハンドオーバーを実行する必要はないと結論付ける。次いで、無線チャネル品質評価手順を再開してRCQIの値を更新する。
一方、もしRCQIが前記しきい値tより小さければ、現行のチャネルの無線通信品質は、充分良いものでないと結論付ける。次いで、段階313で、現行のチャネルのRCQIを、他のチャネルのRCQI値と比較する。異なるチャネルのRCQIを比較することによって、どのチャネルが最良の無線チャネル品質を提供するのか、受信器は信頼性高く判定する。もし、他のチャネルのRCQI値のいずれかが、現行のチャネルのRCQI値よりも高ければ、段階314で、最大RCQI値を有するチャネルに対してハンドオーバーを実行するのが好ましい。この後、無線チャネル品質評価を再開する。
本発明の一実施形態を、以上で説明したが、他の実施形態もまた可能である。例えば、符号化器は、任意数の状態レジスタ103を具備しても良く、かつ本発明は、同様にモジュロ2加算器104の個数にも依存しない。
本発明のある実施形態では、次の1つ又は全ては不要である:等化、フィルタリング又は/及び増幅。さらには、上記の説明とは異なる順序でそれらを実行しても良い。
前記コンピュータ203のように、RCQI又はRCQIに依存する他の信号品質情報を、受信器のディスプレイ上で、前記受信器のユーザーに対して表示しても良い。
本発明はまた、システムのコンピュータ手段上でロードするとともに実行した場合に、本発明の実施形態に従った方法を実施可能な、対応するコンピュータプログラム製品に関する。
本発明は同様に、本発明の実施形態に従った方法の任意の段階を実行するように構成されている集積回路に関する。
さらには、本発明は、本発明の実施形態に従った方法の任意の段階を実行するように構成された、対応する復調器に関する。前記復調器は、例えば集積回路として実施可能である。
以上、DVB環境で実施形態を説明したが、本発明は他の通信システムにもまた、同様に適用可能である。
図1は、本発明の実施形態に適用可能な従来技術による畳み込み符号化器のブロック図である。 図2は、本発明の実施形態が適用可能な通信システムを図式的に表現したものである。 図3は、本発明の実施形態に従った方法を図説するフローチャートである。 図4は、復号器パフォーマンスインジケーターと受信された信号の品質との関係を、実施例で表した図である。 図5は、無線チャネル品質インジケーターと受信された信号の品質との関係を、実施例で表した図である。
符号の説明
201 送信器
202 送信器
203 コンピュータ
204 復調器
206 チューナー
207 ビタビ復号器
208 測定モジュール

Claims (10)

  1. 無線チャネル上で変調信号を受信する段階(301)と、
    復号データを生成するために前記変調信号を復号する段階(305)とを具備し、無線通信システムで無線チャネル品質を測定する方法において、
    前記復号データに依存して復号器パフォーマンスインジケーターを生成する段階(306)と、
    変調パラメータに関連する決定された関数の組から、伝達関数を選択する段階(307)と、
    無線品質インジケーター(RCQI)を生成するために、前記選択した関数を使用して復号器パフォーマンスインジケーターを線形化する段階(308)とを具備し、
    前記変調信号は、変調パラメータにより変調されており、
    前記復号器パフォーマンスインジケーターは、エラー訂正符号の復号に関連する擬シンドローム値をベースとし、
    前記無線チャネル品質インジケーターは本質的に前記変調パラメータに依存しないことを特徴とする方法。
  2. 前記復号段階(305)は、パンクチュアされたビット列の畳み込み復号を具備することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記復号器パフォーマンスインジケーターを生成する段階(306)は、復号トレリス内の異なるパスで、パンクチュアされていないビットが何回先頭にあるかを計算するとともに、それにより得られた個数を、パンクチュアされていないビットの総数と比較する段階を具備することを特徴とする請求項1〜2のいずれか1項に記載の方法。
  4. 前記無線チャネル品質インジケーターを生成する段階は、前記無線チャネル品質インジケーターを再スケーリング(309)する段階を具備することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記無線チャネル品質インジケーターを生成する段階は、無線チャネル特性をベースとして平均化ウィンドウの長さを決定する段階(310)と、前記平均化ウィンドウ内でいくつかの無線チャネル品質インジケーターを平均化する段階(311)とを具備することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 前記無線チャネル品質インジケーターをユーザー端末(203)のディスプレイ上に表示する段階をさらに具備することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記方法は、前記無線チャネル品質インジケーターをベースとして無線チャネル間で無線信号受信を切り替える段階(314)をさらに具備することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
  8. システム上のコンピュータ手段にロードするとともに実行した場合に、請求項1〜7による方法の任意の段階を実行する命令を具備するコンピュータプログラム製品。
  9. 無線チャネル上で変調信号を受信する手段と、
    復号データを生成するために前記変調信号を復号する手段とを具備し、無線通信システムで無線チャネル品質を測定するように構成された集積回路において、
    前記復号データに依存して復号器パフォーマンスインジケーター(PS)を生成する段階と、
    変調パラメータに関連する決定された関数の組から、伝達関数を選択する段階と、
    無線品質インジケーター(RCQI)を生成するために、前記選択した関数を使用して復号器パフォーマンスインジケーターを線形化する段階とを具備し、
    前記変調信号は、変調パラメータにより変調されており、
    前記復号器パフォーマンスインジケーターは、エラー訂正符号の復号に関連する擬シンドローム値をベースとし、
    前記無線チャネル品質インジケーターは本質的に前記変調パラメータに依存しないことを特徴とする集積回路。
  10. 無線通信システムで無線チャネル品質を測定するように構成された復調器(204)であって、
    無線チャネル上で変調信号を受信する手段と、
    復号データを生成するために前記変調信号を復号する手段とを具備する復調器において、
    前記復号データに依存して復号器パフォーマンスインジケーター(PS)を生成する手段と、
    変調パラメータに関連する決定された関数の組から、伝達関数を選択する段階と、
    無線品質インジケーター(RCQI)を生成するために、前記選択した関数を使用して復号器パフォーマンスインジケーターを線形化する手段とを具備し、
    前記変調信号は、変調パラメータにより変調されており、
    前記パフォーマンスインジケーターは、エラー訂正符号の復号に関連する擬シンドローム値をベースとし、
    前記無線チャネル品質インジケーターは本質的に前記変調パラメータに依存しないことを特徴とする復調器(204)。
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