JP2008527883A - チャンネル推定のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

無線チャンネルを通じて送信される無線信号を受信するステップと、無線信号に対して割り当てられるタイムスロット内に挿入されるパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を計算するステップと、パイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数と、パイロットシンボルとタイムスロットにおけるトラフィックデータとの間の相関関係とを利用することにより、タイムスロットにおけるチップの所定のグループのそれぞれのチャンネルフェーディング係数を段階的に推定するステップであって、チップの前記グループのそれぞれが所定数のチップにより構成されるステップと、を含むチャンネル推定方法である。

Description

本発明は、概して、チャンネル推定のための方法及び装置に関し、特に、時間依存性が高いフェーディングチャンネルを推定するための方法及び装置に関する。

無線通信において、受信された無線信号のエネルギは、障害物の反射やマルチパス信号間の相互作用に起因するだけでなく、ユーザ端末の移動により引き起こされる瞬間受信領域強度の急速な変動にも起因して次第に消滅していく。従って、上記要因の影響下では、無線チャンネルは、例えば、静止していることもあり、経時的にゆっくりと変化することもあり、経時的に急に変化することもある。特に、ユーザ端末が高速で移動しながら高速データ送信を受信している場合、時間依存効果が更に顕著となり、その結果、無線チャンネルは、時間依存性が高いフェーディングチャンネルとなる。

無線チャンネルが経時的に変化すると、所望の信号をより正確に検出するためにチャンネル特性の動的なトラッキング及び推定が必要とされる。例えば、ＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムにおいては、図１に示されるように、送信された無線信号に対して割り当てられるトラフィックタイムスロットにおける二つのデータフィールド間にミッドアンブルがトレーニングシーケンスとして挿入される。従って、受信器はミッドアンブルを利用してチャンネル推定を行い、それにより、チャンネルフェーディング係数と称される受信信号の振幅及び基準位相が得られるとともに、係数検出方法及び相関検出方法に基づいて所望の信号がもたらされる。他の例は、ＷＣＤＭＡシステムにおけるものであり、相関検出を行う際にチャンネル推定をサポートするためにデータ物理制御チャンネル（ＤＰＣＣＨ）タイムスロットの前部にパイロットビットが挿入される。相関検出を行うためにデータペイロード内にパイロットチップ（例えばミッドアンブル又はパイロットビット）を周期的に挿入する方法は、パイロットシンボルアシスト変調（ＰＳＡＭ）として知られている。

従来の無線通信システムに関しては、ユーザ端末のデータ送信速度及び移動速度が比較的低く、そのため、ドップラーシフトが目立たない。簡単にするため、１タイムスロット（例えば、図１に示されるＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムにおける１タイムスロットは６７５μｓ即ち８６４チップである）のような比較的短い期間内のチャンネル特性の変化は無視することができる。即ち、１タイムスロットにおけるチャンネルフェーディング係数を一定とみなすことができる。この特徴に基づいて、従来の無線通信システムは、図２に示される従来のチャンネル推定方法を使用することにより１タイムスロットのチャンネルフェーディング係数を推定するためにＰＳＡＭを採用している。

以下、ＴＤ−ＳＣＤＭＡを一例として挙げることにより従来のチャンネル推定方法について説明する。最初に、無線チャンネルを通じて送信されるべきトレーニングシーケンスをＡｅ^ｊφ０として表すことができるとすると、送信後に、当該シーケンスが位相−φをもって回転し、そのため、受信器に到達するトレーニングシーケンスがＡｅ^{ｊφ０−φ}となる。次に、図２に示されるチャンネル推定ユニットにおいては、トレーニングシーケンスＡｅ^{ｊφ０−φ}で受信された信号が、最初に共役されて図２にＸ^＊として表され、その後、対応する既知のトレーニングシーケンスＡｅ^ｊφ０と掛け合わされ、それにより、当初の受信されたトレーニングシーケンスと同じ振幅を有する信号Ａｅ^ｊφがもたらされるが、相回転は受信信号が受けた相回転と反対である。Ａｅ^ｊφは、チャンネルフェーディング係数と称されている。ここで、Ａは受信信号の基準振幅であり、φは受信信号の基準位相である。最後に、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタのプロセス後、タイムスロット全体のチャンネルフェーディング係数として平均チャンネルフェーディング係数をもたらすことができる。

図２に示されるチャンネル推定方法を使用すると、１タイムスロットにおける一定のチャンネルフェーディング係数を推定することが容易となる。この推定方法は、一般に、チャンネル推定により重み因子と称されるＲＡＫＥ受信器の各フィンガのチャンネルフェーディング係数を得るために従来のＲＡＫＥ受信器において適用される。受信信号に対するマルチパス効果は重み付け結合によってキャンセルされ、また、その後の処理ユニットにおける判断・回収プロセスによって所望の信号が得られる。

しかしながら、無線技術の発達及び顧客要求の増大に伴って、高速移動中に高速データ送信を行うために次世代無線通信システムが求められている。例えば、３Ｇ（第三世代）無線システムのための第三世代提携プロジェクト（３ＧＰＰ）は、１２０ｋｍ／ｈのユーザ端末の速度で１．２Ｍ−５Ｍｂ／ｓのデータ伝送を必要としており、そのような環境下では、チャンネル特性が経時的に劇的に変化することが予期される。

図３は、ユーザ端末の移動速度が１２０ｋｍ／ｈである場合のＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムにおける受信信号のフェーディング特性を示している。図３において、縦軸は受信信号の正規化された大きさ（単位：ｄＢ）を示しており、横軸は時間を表している（単位は、１チップにおける時間）。図３のＴＤ−ＳＣＤＭＡにおける１タイムスロット（８６４チップ）内において、受信信号の大きさは非線形変化に伴っておおよそ１．６ｄＢ減少する。これはユーザ端末の高速データ送信及び高速移動に起因しており、それにより、ドップラーシフトが無視できなくなる。従って、１タイムスロットにおけるチャンネル特性は、絶えず一定ではなく、経時的に劇的に変化する。

図３に示される状況において、図２に示される従来のチャンネル推定方法を依然として使用し且つ１タイムスロットにおけるチャンネル特性を無視すると、チャンネル推定の誤りが許容限度を越えて受信信号のＢＥＲを増大させる。また、比較的高いＳＮＲを用いた場合でも、復調された信号が比較的低いＢＥＲに達することができず、それにより、システム性能が低下してしまう。

以上の分析に基づいて、従来のチャンネル推定方法は、時間依存性の高いフェーディング環境におけるチャンネル推定に適しておらず、従って、時間依存性が高いフェーディングチャンネルを正確に推定するためには、１タイムスロット内のチャンネル変化を検出できるチャンネル推定方法が必要とされる。

本発明の目的は、時間依存性が高いフェーディングチャンネルに適したチャンネル推定のための方法及び装置であって、一つのタイムスロットにおけるチャンネル特性の変化を検出してデータ回収を正確に容易に行うことができる方法及び装置を提供することである。

上記目的を実現するために、本発明は、無線チャンネルを通じて送信される無線信号を受信するステップと、無線信号に対して割り当てられるタイムスロット内に挿入されるパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を計算するステップと、パイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数と、パイロットシンボルとタイムスロットにおけるトラフィックデータとの間の相関関係とを利用することにより、タイムスロットにおけるチップの所定のグループのそれぞれのチャンネルフェーディング係数を段階的に推定するステップであって、チップの上記グループのそれぞれが所定数のチップを備えているステップと、を含むチャンネル推定方法を提供する。

上記目的を実現するために、本発明は、無線チャンネルを通じて送信される無線信号を受信するための受信ユニットと、無線信号に対して割り当てられるタイムスロット内に挿入されるパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を計算するための計算ユニットと、パイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数と、パイロットシンボルとタイムスロットにおけるトラフィックデータとの間の相関関係とを利用することにより、タイムスロットにおけるチップの所定のグループのそれぞれのチャンネルフェーディング係数を段階的に推定する推定ユニットであって、チップの上記グループのそれぞれが所定数のチップを備えている推定ユニットと、を備えるチャンネル推定モジュールを提供する。

上記目的を実現するために、本発明は、無線信号を受信するための複数のＲＡＫＥフィンガと、各ＲＡＫＥフィンガのチャンネル特性を推定するためのチャンネル推定モジュールと、を備え、上記チャンネル推定モジュールは、ＲＡＫＥフィンガから無線チャンネルを通じて送信される無線信号を受信するための受信ユニットと、無線信号に対して割り当てられるタイムスロット内に挿入されるパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を計算するための計算ユニットと、パイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数と、パイロットシンボルとタイムスロットにおけるトラフィックデータとの間の相関関係とを利用することにより、タイムスロットにおけるチップの所定のグループのそれぞれのチャンネルフェーディング係数を段階的に推定する推定ユニットであって、チップの上記グループのそれぞれが所定数のチップを備えている推定ユニットと、上記チャンネル推定モジュールにおいて得られるチャンネルフェーディング係数に従った重み付けにより上記複数のＲＡＫＥフィンガを結合するための重み付け結合ユニットと、上記重み付け結合ユニットから出力される信号から所望のユーザデータを回収するための回収ユニットと、を備える受信器を提供する。

上記目的を実現するために、本発明は、無線信号を送信するための送信器と、受信器と、を備え、上記受信器は、無線信号を受信するための複数のＲＡＫＥフィンガと、各ＲＡＫＥフィンガのチャンネル特性を推定するためのチャンネル推定モジュールと、を備え、上記チャンネル推定モジュールは、ＲＡＫＥフィンガから無線チャンネルを通じて送信される無線信号を受信するための受信ユニットと、無線信号に対して割り当てられるタイムスロット内に挿入されるパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を計算するための計算ユニットと、パイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数と、パイロットシンボルとタイムスロットにおけるトラフィックデータとの間の相関関係とを利用することにより、タイムスロットにおけるチップの所定のグループのそれぞれのチャンネルフェーディング係数を段階的に推定する推定ユニットであって、チップのグループのそれぞれが所定数のチップを備えている推定ユニットと、上記チャンネル推定モジュールにおいて得られるチャンネルフェーディング係数に従った重み付けにより上記複数のＲＡＫＥフィンガを結合するための重み付け結合ユニットと、上記重み付け結合ユニットから出力される信号から所望のユーザデータを回収するための回収ユニットと、を備えるモバイル端末を提供する。

本発明の十分な理解と共に他の目的及び効果は、添付図面と併せて解釈される以下の説明及び請求項を参照することにより明確に理解できるようになる。

以下、特定の実施の形態及び添付図面に関連して本発明を詳しく説明する。

図面の全体にわたって、同様の参照符号は、同様の部分及び構成要素を示している。

３ＧＰＰ仕様によれば、ユーザ端末は、高速移動中に高速データ送信をサポートする能力を有することが求められている。従って、ドップラーシフトに起因して、一つのタイムスロットにおけるチャンネルフェーディング係数を一定とみなすことができず、一つのタイムスロットにおけるチャンネル特性の変化が反映される必要がある。そのような目的のためには、チャンネルフェーディング係数の最小検出期間（最小検出周期）を一つのタイムスロットの継続時間よりも短くすべきであり、そうすれば、例えば、一つのタイムスロットの１チップ周期におけるチャンネルフェーディング係数をほぼ一定とみなすことができる。

前述した従来のチャンネル推定方法によれば、受信器は、図２に示される方法に基づいて共役乗算することにより、１タイムスロットにおけるパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を計算する。一般に、１タイムスロット中のパイロットシンボルの数は制限され、そのため、パイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数は、一つのタイムスロット全体のチャンネル特性変化を完全に反映するには十分ではない。しかしながら、予測理論によれば、信号間に相関関係が存在すれば、未知の信号を推定又は予測するために既知の信号を使用することができる。例えば、無線チャンネルがレイリーフェーディングチャンネルであり且つレイリー分布に従う場合には、レイリーフェーディングチャンネル特性に基づく予測によりチャンネルフェーディング係数を得ることができる。

先の検討に基づき、本発明において提案されるチャンネル推定方法は、当該チャンネル推定方法を使用することにより１タイムスロット内のチャンネル特性の変化が反映されるように、無線信号間の相関関係を予測し且つパイロットシンボルの計算されたチャンネルフェーディング係数を利用することにより１タイムスロットにおける各チップに対応するチャンネルフェーディング係数を推定するために使用される。

以下では、チャンネル推定方法を説明するための一つの例としてＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムが挙げられている。また、ＲＡＫＥ受信器における本発明において与えられるチャンネル推定方法の具体的な適用ケースも同様に与えられている。

ＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムにおいて、受信器は無線チャンネルを通じて送信された無線信号を受信し、また、受信された信号は、マッチドフィルタ・サンプリングによってフィルタリングされた後、本発明において与えられるチャンネル推定方法に従って構成されるチャンネル推定ユニットへ入力され、それによりチャンネルフェーディング係数が推定される。

本発明において提案されるチャンネル推定方法によれば、最初に、セル検索プロセス中に得られる既知のミッドアンブルを使用して、トラフィックタイムスロットにおけるミッドアンブルのチャンネルフェーディング係数が計算される。以下、詳細に説明する。

通常、適切な時間におけるマッチドフィルタ・サンプリングによる受信信号のフィルタリングは、以下の方程式により表される信号をもたらすことができる（本実施の形態では、サンプリング間隔が１チップ周期である）。
ｒ_ｋ＝Ｃ_ｋＳ_ｋ＋ｎ_ｋ （１）

ここで、Ｓ_ｋは当初のＭ次ＰＳＫ変調（ＱＰＳＫ又は８ＰＳＫ等）ベースバンド信号である。ベースバンド信号は、統計的平均値Ｅ［｜Ｓ_ｋ｜^２］＝１となるように正規化プロセスを受ける。ｎ_ｋは、変化Ｎ_０を伴う複素加算性ホワイトガウスノイズ（ＡＷＧＮ）シーケンスである。Ｃ_ｋは、複素ガウス相乗歪み、即ち、無線チャンネルを通じた送信後の最初に送信された信号の歪みである。即ち、Ｃ_ｋは、チャンネル推定によって計算され又は予測されるべきチャンネルフェーディング係数である。

Ｓ_ｋが既知のミッドアンブルであると仮定すると、ミッドアンブルの共役Ｓ_ｋ ^＊の乗算後、受信信号におけるミッドアンブルは以下のようになる。

本実施の形態におけるトレーニングシーケンスは１４４個のチップを含んでおり、付加ノイズの弱い影響を無視すると、方程式（２）に従ってチャンネルフェーディング係数｛ｃ_１，ｃ_２，…ｃ_Ｎ｝（Ｎ＝１４４）を計算することができる。

本発明のチャンネル推定方法において、ミッドアンブルのチャンネルフェーディング係数の計算後、次のステップは、予測により無線信号間の相関関係を利用してタイムスロット中の各チップのチャンネルフェーディング係数を推定することである。

ここで、予測の基本的な方法を簡単に紹介する。多くの種類の予測手法がある。一般に受け入れられている予測基準のうちの一つは、最小平均２乗誤差（ＭＭＳＥ）基準、即ち、推定値と正確な値との間の最小化されるべき２乗誤差を追い求めることである。ＭＭＳＥ基準では、異なる重みをもって既知の信号を加算することにより未知の信号の推定値を得るウィーナフィルタが最適な予測アルゴリズムである。ウィーナフィルタアルゴリズムにおいて、ＭＭＳＥ基準を満たす推定値は、信号間の相関関係を利用して適切な重み係数を選択することによって得られる。方程式（３）は、ＭＭＳＥ基準下でウィーナフィルタの最適な重みベクトルを与える。
ｗ_０＝Ｒ^−１ｐ （３）

この場合、既知の信号ベクトルが

によって示されるとともに、予測されるべき未知の信号ベクトルが

で示されるとすると、Ｒは

の自己相関行列であり、ｐは既知の信号ベクトル

と未知の信号ベクトル

との間の相互相関ベクトルである。信号間の相関関係によれば、無線チャンネルがレイリーフェーディングチャンネルである場合、零次ベッセル関数からＲ及びｐを予め得ることができる。所望の推定結果

は、方程式（４）に示されるようにウィーナフィルタの重みベクトルと既知の信号ベクトル

とを掛け合わせることにより計算することができる。

ここで、［．］^Ｈは行列の転置を示している。ウィーナフィルタの重みベクトル係数は、相関行列によって決定することができる。信号の相関が近ければ近いほど、ウィーナフィルタの推定値が更に正確になる。従って、既知の信号を使用して隣接する信号の値を推定すると、より正確な推定値が得られる。

本実施の形態では、前述したウィーナフィルタアルゴリズムに従って他のチップ（ミッドアンブルを除く残余のチップ）におけるチャンネルフェーディング係数推定が実現される。ＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムにおいて、ミッドアンブル（トレーニングシーケンス）は、各タイムスロットの中心にあって、ベンチマークのようになっており、従って、方程式（２）に従ってチャンネルフェーディング係数｛ｃ_１，ｃ_２，…ｃ_Ｎ｝が得られた後、ベンチマークに先行する又はベンチマーク以降の他のチップのチャンネルフェーディング係数を予測することが必要とされる。

より正確な推定値を得るため、本発明は、図４に示される基本的なプロセスを用いてチャンネル推定を実行するためのスライディングウィンドウの方法を提案する。

図４においては、最初に、ミッドアンブルに関してスライディングウィンドウが与えられ、また、斜線部分がウィンドウの位置を示している。本実施の形態では、スライディングウィンドウの長さがミッドアンブルの長さＮ、例えば１４４チップとして設定されるものとするが、スライディングウィンドウのサイズはこれに限定されず、他の実施の形態では、ミッドアンブルの長さよりも短い長さも可能である。その後、スライディングウィンドウにおけるミッドアンブルのチャンネルフェーディング係数を利用して、スライディングウィンドウに先行する又はスライディングウィンドウ以降のＭ個のチップのチャンネルフェーディング係数が推定される。この場合、Ｍは、Ｎよりも小さい任意の自然数として選択することができる。図４において、格子部分は、そのチャンネルフェーディング係数が予測されたＭ個のチップを示している。ここで、ミッドアンブル以降のチップのチャンネルフェーディング係数の予測を「順方向予測」と称し、それ以外の予測を「逆方向予測」と称する。以下、「順方向予測」及び「逆方向予測」に関して本発明に係るスライディングウィンドウを用いた無線チャンネル推定方法について詳しく説明する。

図４に示されるように、第１のステップでは、ミッドアンブルにおけるＮ個のチップがスライディングウィンドウ中に含まれるように選択される。最初に順方向予測を例として挙げると、ミッドアンブル以降のＭ個のチップのチャンネルフェーディング係数｛ｃ_{Ｋ＋Ｎ＋１}，ｃ_{Ｋ＋Ｎ＋２}，・・・，ｃ_{Ｋ＋Ｎ＋Ｍ}｝（（Ｎ＋１）番目のチップから（Ｎ＋Ｍ）番目のチップまで）は、先の計算によって得られたミッドアンブルのチャンネルフェーディング係数ベクトル

に基づいて予測することができ、未知のチャンネルフェーディング係数ベクトルは

として表すことができる。

以上の説明では、ウィーナフィルタアルゴリズムを利用して既知のチャンネルフェーディング係数に従って未知のチャンネルフェーディング係数を推定する手続きについて詳述している。具体的には、無線チャンネルがレイリーフェーディングチャンネルの場合には、零次ベッセル関数によって方程式（３）中の自己相関行列Ｒ及び相互相関行列ｐを計算することができ、その後、計算されたＲ，ｐ及びミッドアンブルのチャンネルフェーディング係数ベクトル

が方程式（４）に代入され、第１のステップの順方向予測におけるＭ個のチップのチャンネルフェーディング係数｛ｃ_Ｎ＋１，ｃ_Ｎ＋２，．．．ｃ_Ｎ＋Ｍ｝がもたらされる。

同様に、図４に示される第１のステップの逆方向予測のように、ウィーナフィルタアルゴリズムを利用して、ミッドアンブルに先行するＮ個のチップのチャンネルフェーディング係数を推定するために、ミッドアンブルにおけるＮ個のチップのチャンネルフェーディング係数を使用することもできる。

ミッドアンブル以降のＭ個のチップのチャンネルフェーディング係数｛ｃ_Ｎ＋１，ｃ_Ｎ＋２，．．．ｃ_Ｎ＋Ｍ｝を得た後、第２のステップにおいて、スライディングウィンドウは、ミッドアンブルの（Ｍ＋１）番目のチップからミッドアンブル以降のＭ番目のチップまでに位置させられるＭ個のチップ分だけ順方向にスライドされる。ウィンドウがＭ個のチップ分だけ順方向にスライドするため、スライディングウィンドウは、そのチャンネルフェーディング係数が第１のステップによって得られたばかりの（Ｎ−Ｍ）個のミッドアンブル及びＭ個のチップを含んでおり、これらは図４の第２のステップの順方向予測において斜線部分として示されている。

上記方法によれば、現在のスライディングウィンドウ内のＮ個のチップのチャンネルフェーディング係数、即ち、第１のステップにより得られた（Ｎ−Ｍ）個のミッドアンブルのチャンネルフェーディング係数｛ｃ_Ｍ＋１，ｃ_Ｍ＋２，．．．ｃ_Ｎ｝及びＭ個のチップのチャンネルフェーディング係数｛ｃ_Ｎ＋１，ｃ_Ｎ＋２，．．．ｃ_Ｎ＋Ｍ｝を使用して、スライディングウィンドウ以降のＭ個のチップ（Ｎ＋Ｍ＋１番目のチップからＮ＋２Ｍ番目のチップまで）のチャンネルフェーディング係数を予測することができる。その後、スライディングウィンドウが再びＭ個のチップ分だけ順方向にスライドされるとともに、スライディングウィンドウ内の各チップのチャンネルフェーディング係数に従ってスライディングウィンドウ以降のＭ個のチップのチャンネルフェーディング係数を予測することができる。スライディングウィンドウをＭ個のチップ分だけ順方向にスライドさせることにより、タイムスロット内のミッドアンブル以降の各チップのチャンネルフェーディング係数を段階的に予測することができる。

同様に、逆方向予測の第１のステップが完了した後、スライディングウィンドウをＭ個のチップ分だけ逆方向にスライドすることにより（スライディングウィンドウは、図４の第２のステップにおいて逆方向予測の斜線部分として示されており、また、Ｍ個のチップは、スライディングウィンドウに先行する格子部分として示されている）、スライディングウィンドウ内のＮ個のチップのチャンネルフェーディング係数、即ち、第１のステップにより得られたミッドアンブルのＮ−Ｍ個のフェーディング係数｛ｃ_１，ｃ_２，．．ｃ_Ｎ−Ｍ｝及びＭ個のチップのチャンネルフェーディング係数を使用して、スライディングウィンドウに先行するＭ個のチップを推定することができる。また、Ｍ個のチップを逆方向にスライドさせることにより、スライディングウィンドウは、タイムスロット内のミッドアンブルに先行する各チップのチャンネルフェーディング係数を段階的に予測することができる。

上記順方向予測及び逆方向予測により、タイムスロット全体における総てのチップのチャンネルフェーディング係数を得ることができる。チャンネルフェーディング係数がウィーナフィルタによって段階的に推定されるため、１タイムスロット内のチャンネル特性の変化を検出することができ、それにより、実際のチャンネルの特性をより正確に反映させることができる。

本発明に係る前述したチャンネル推定方法についてＴＤ−ＳＣＤＭＡを例に挙げて詳しく説明する。この方法は、ＲＡＫＥ受信器において使用することができる。ＲＡＫＥ受信器において、本発明に係るチャンネル推定方法は、各ＲＡＫＥフィンガの信号を結合ユニット内で適切な重みと組み合わせるための重み因子として使用される各ＲＡＫＥフィンガのチャンネルフェーディング係数をより正確に取得するために使用することができ、それにより、受信信号に対するマルチパス効果をキャンセルすることができる。以下、チャンネル推定方法がＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムのＲＡＫＥ受信器においてどのように適用されるのかについて詳しく説明する。

図５は、ＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムにおける本発明の実施の一形態に係るＲＡＫＥ受信器の構造を示している。

ユーザ端末のセル検索ユニット（図示せず）は、セルごとの検索において使用されるＳＹＮＣ ＤＬを取得し、このＳＹＮＣ ＤＬに基づいてセルにおいて使用されるミッドアンブルを更に確認する。その後、セル検索ユニットは、マルチパス時間遅延を検出してチャンネル推定を行うために、ＳＹＮＣ ＤＬ及びミッドアンブルを図５に示されるＲＡＫＥ受信器へ送信する。

図５に示されるＲＡＫＥ受信器において、アンテナから受信された信号は、サンプル値信号が形成される前にダウンリンク周波数変換及びアナログ／デジタル変換を受ける。ここで、本実施の形態では、サンプル値信号の間隔が１チップ周期である。その後、パス遅延検出ユニット１４０は、セル検索中に得られたＳＹＮＣ ＤＬを利用してサンプル値信号における各マルチパス時間遅延を検出し、この遅延情報に従って異なるパスが区別される。その後、ＲＡＫＥ受信器の各フィンガは、パス遅延検出ユニットからの遅延情報に従って、ＲＡＫＥフィンガに対応する信号をそれぞれバッファから読み出して、マッチドフィルタリングを行う。その後、チャンネル推定ユニット１５０は、前述したチャンネル推定方法を採用して、セル検索中に得られたミッドアンブルを利用することにより各フィンガごとにチャンネル推定を行い、それにより、各フィンガに関するチャンネル特性の重み因子が得られる。最終的に、ＲＡＫＥ結合ユニット１６０は、各フィンガ信号に関して重み付け結合を行って、その後のプロセスにおいてマルチパス効果を伴わない受信信号を得る。

図６は、本発明において提案されるチャンネル推定方法を使用するためにＲＡＫＥ受信器によって実行される動作のフローチャートを示しており、以下では、図６と関連して本発明において提案されるチャンネル推定方法の動作手順について説明する。尚、この動作手順においては、チャンネル推定方法を上記チャンネル推定ユニット１５０において適用することができる。

図６に示されるように、最初に、ＲＡＫＥ受信器においては、セル検索中に得られたＳＹＮＣコードにより検出される異なるパスの時間遅延を使用して、各パスごとにマルチパス信号を区別する（ステップＳ１１０）。マルチパス信号がマッチドフィルタによってフィルタリングされた後、チャンネル推定を行って重み因子を得るために、１タイムスロット長を有する総てのＲＡＫＥフィンガがチャンネル推定ユニット１５０へ送信される。

チャンネル推定中、各フィンガ信号を受信すると、最初に、ＲＡＫＥフィンガの数を計数するためのカウンタｉが起動されて１に初期化され、即ち、ｉ＝１となる（ステップＳ１２０）。これにより、チャンネル推定が最初のＲＡＫＥフィンガから開始される。次に、セル検索中に得られた既知のミッドアンブルを利用することにより、第ｉ番目のフィンガのミッドアンブルのチャンネルフェーディング係数が計算される（ステップＳ１３０）。

その後、最初のＲＡＫＥフィンガ（又は、例えば第ｉ番目のＲＡＫＥフィンガ）のミッドアンブルがＮの長さを有するスライディングウィンドウ内において選択される。また、本実施の形態において、Ｎはミッドアンブルの長さ、即ち、Ｎ＝１４４である。その後、スライディングウィンドウ内のミッドアンブルのチャンネルフェーディング係数を使用して、ウィーナフィルタアルゴリズムによりスライディングウィンドウ以降のＭ個のチップのチャンネルフェーディング係数が推定される（ステップＳ１５０）。これは、図４における第１のステップの順方向予測において示されている。その後、ミッドアンブル以降の総てのチップのチャンネルフェーディング係数の推定が処理されたかどうかが判断される（ステップＳ１６０）。ミッドアンブル以降のいくつかのチップのチャンネルフェーディング係数が依然として未知の場合、スライディングウィンドウは、Ｍ個のチップ分だけ順方向にスライドし、即ち、図４の第２のステップの順方向予測によって示される位置へとスライドし、それにより、スライディングウィンドウは、そのチャンネルフェーディング係数がステップＳ１５０において推定されたＭ個のチップ及び当初のスライディングウィンドウ中のＮ−Ｍ個のチップのチャンネルフェーディング係数をカバーし（ステップＳ１７０）、その後、ステップＳ１５０の実行へ続く。

ミッドアンブル以降の総てのチップのチャンネルフェーディング係数の推定が処理された場合には、スライディングウィンドウが第ｉ番目のフィンガのミッドアンブルにリセットされる（ステップＳ１８０）。その後、スライディングウィンドウ内のチップのチャンネルフェーディング係数を使用して、図４の第１のステップの逆方向予測に示されるように、ウィンドウに先行するＭ個のチップのチャンネルフェーディング係数が予測される（ステップＳ１９０）。予測が終了した後、ミッドアンブルに先行するチップの総てのチャンネルフェーディング係数が推定されたかどうかが判断される（ステップＳ２００）。順方向予測と同じ方法を使用して、ミッドアンブルに先行するチップのいくつかのチャンネルフェーディング係数が未知の場合、スライディングウィンドウは、Ｍ個のチップ分だけ逆方向にスライドし続け（ステップＳ２１０）、更なる予測のためにステップＳ１９０へ戻る。

ミッドアンブルに先行する総てのチャンネルフェーディング係数が得られた場合には、総てのＲＡＫＥフィンガのチャンネルフェーディング係数が推定されたかどうかが検出される（ステップＳ２２０）。計算されていないＲＡＫＥフィンガが存在する場合、カウンタｉは、１を加える（ステップＳ２３０）とともに、次のＲＡＫＥフィンガ推定を続けるためにステップＳ１３０に戻る。総てのＲＡＫＥフィンガの推定が行われた場合、各ＲＡＫＥフィンガのチャンネルフェーディング係数は、ＲＡＫＥ結合ユニット１６０内で組み合わせられる前にそれぞれの対応するＲＡＫＥフィンガの信号と掛け合わされる重み因子として使用され、それにより、最適な受信信号が得られる（ステップＳ２４０）。

この実施の形態では、チャンネルフェーディング係数の最小の検出可能期間が１チップ周期であり、即ち、チャンネルフェーディング係数が１タイムスロット内の各チップに対応していることに留意する必要がある。しかし、実用的な用途はこれに限定されない。例えば、チャンネル特性の変化の速度が低下する場合には、チャンネル推定のペースをスピードアップさせるために、チップの一つのグループ（複数のチップを備える）の時間間隔におけるチャンネルフェーディング係数を略一定とみなすことができ、即ち、チャンネルフェーディング係数は１タイムスロットにおけるチップの各グループに対応している。この場合、１グループ中に含まれるチップの数は、チャンネル推定を行う際に実際のチャンネル変化状況に従って設定することができる。

また、本実施の形態では、受信信号のためのサンプリング間隔が１チップ周期であると仮定されており、従って、スライディングウィンドウの長さＮがミッドアンブルにおけるサンプリング点の数に等しくなるように設定されると、Ｎ＝１４４となる。無論、スライディングウィンドウの長さはミッドアンブルの長さに限定されず、スライディングウィンドウがミッドアンブルの一部をカバーしてこの部分に従ってミッドアンブルのチャンネルフェーディング係数を推定することもできる。即ち、スライディングウィンドウの長さはＮ＜１４４となる。オーバーサンプリングがとられると、即ち、１チップ周期におけるサンプリング点が更に多くなると、スライディングウィンドウの長さＮが依然としてミッドアンブルの長さに等しい場合、Ｎ＞１４４となる。

また、上記実施の形態は、本発明において提案されているチャンネル推定方法の具体的な用途を説明するために、ＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムにおけるＲＡＫＥ受信器のみを一例として挙げているが、チャンネル推定方法はジョイント検出等の他の分野においても適用することができる。

一方、本発明に係るチャンネル推定方法は、ＷＣＤＭＡシステム等の他のシステムでも適用することができる。適用されたシステムにおける送信信号のフレーム構造においてパイロットシンボルがヘッド又は終端のようなタイムスロットの一端に挿入される場合には、本発明におけるスライディングウィンドウが順方向のみ又は逆方向のみに移動してもよい。

一つの例は、ＷＣＤＭＡシステムにおいて、パイロットビットが一つのタイムスロットのヘッドに挿入されるときに、スライディングウィンドウが順方向に移動して「順方向予測」のみを行うというものである。このとき、タイムスロットの後端部の信号から比較的離間していることにより、パイロットシンボルと後端部の信号との間の相関関係は比較的弱い。より正確なチャンネルフェーディング係数推定を行うため、チャンネル推定は、次のタイムスロットにおけるパイロットシンボルの援助の下で行うことができる。詳細な手続きは以下の通りである。即ち、最初に、次のタイムスロットのパイロットシンボルにおけるスライディングウィンドウを設定し、その後、スライディングウィンドウを逆方向にスライドさせることにより現在のタイムスロットの後端部信号に対応するチャンネルフェーディング係数を推定する。

本発明の利点
先の図面と併せて、本発明におけるチャンネル推定方法を説明するためにＴＤ−ＳＣＤＭＡが一例として挙げられている。本発明に係るチャンネル推定方法によって推定されるチャンネルフェーディング係数が各タイムスロットのそれぞれにおける各チップ（又はチップの各グループ）に対応していることは容易に理解されるであろう。従って、１タイムスロットにおけるチャンネルフェーディング係数は、もはや一定ではなく、１タイムスロット周期におけるチャンネル特性の変化を十分に反映する。特に、ユーザ端末が高速で移動する場合には、予測されたチャンネルフェーディング係数が高い時間依存性を十分に反映することができる。

一方、本発明は、チャンネルフェーディング係数を段階的に推定するためにスライディングウィンドウアルゴリズムを採用している。本発明によって提案されるチャンネル推定アルゴリズムは、信号間の相関関係を使用して推定及び予測を行うとともに、信号間の相関関係が比較的近いため、既知の信号を利用することにより隣接する限られた信号のチャンネルフェーディング係数を推定することによって、更に高い精度を得ることができるとともに、より正確な結果を得ることができる。

また、本発明に係るチャンネル推定方法は、ＭＭＳＥ基準下の最適なウィーナフィルタアルゴリズムを採用するとともに、ウィーナフィルタアルゴリズムの最適な重み因子を利用して未知のチャンネルフェーディング係数を推定するため、結果が実際のチャンネル特性にかなり近くなる。

当業者には理解されるように、この発明において開示されたチャンネル推定方法及び装置には、添付の請求項によって規定される本発明の思想及び範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことができる。

ＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムにおけるフレーム構造を示す概略図である。 従来のチャンネル推定の方法を示す概略図である。 ユーザ端末が１２０Ｋｍ／ｈの速度で移動するときの受信信号フェーディングの時間に伴う特徴的な曲線である。 スライディングウィンドウを使用して本発明の実施の一形態に係るチャンネル推定を行うプロセスを示す概略図である。 本発明の実施の一形態に係るＲＡＫＥ受信器の構造を示す概略図である。 スライディングウィンドウを使用して本発明の実施の一形態に係るＲＡＫＥ受信器により無線チャンネル推定を行うプロセスを示すフローチャートである。 スライディングウィンドウを使用して本発明の実施の一形態に係るＲＡＫＥ受信器により無線チャンネル推定を行うプロセスを示すフローチャートである。

Claims (23)

1. （ａ）無線チャンネルを通じて送信される無線信号を受信するステップと、
   （ｂ）無線信号に対して割り当てられるタイムスロット内に挿入されるパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を計算するステップと、
   （ｃ）パイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数と、パイロットシンボルとタイムスロットにおけるトラフィックデータとの間の相関関係とを利用することにより、タイムスロットにおけるチップの所定のグループのそれぞれのチャンネルフェーディング係数を段階的に推定するステップであって、チップの前記グループのそれぞれが所定数のチップを備えているステップと、
   を含むことを特徴とするチャンネル推定方法。
2. チップの前記グループは、少なくとも一つのチップを備えていることを特徴とする請求項１に記載のチャンネル推定方法。
3. 前記ステップ（ｃ）は、
   （ｃ１）所定数のパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を利用することにより、前記所定数のパイロットシンボルと関連するチップのグループのチャンネルフェーディング係数を推定し、
   （ｃ２）チップの前記グループのチャンネルフェーディング係数を利用することにより、チップの前記グループと関連するチップの他のグループのチャンネルフェーディング係数を推定し、それにより、タイムスロットにおけるチップの所定のグループのそれぞれのチャンネルフェーディング係数を段階的に予測する、
   ことを含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載のチャンネル推定方法。
4. チップの前記他のグループのチャンネルフェーディング係数は、チップの前記他のグループと関連するパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を利用することによって推定されることを特徴とする請求項３に記載のチャンネル推定方法。
5. パイロットシンボルと関連するチップの前記グループは、パイロットシンボルに先行するチップ又はパイロットシンボル以降のチップをタイムスロット内に備えていることを特徴とする請求項３に記載のチャンネル推定方法。
6. チップの前記グループのチャンネルフェーディング係数を推定するために、ウィーナフィルタアルゴリズムが使用されることを特徴とする請求項３に記載のチャンネル推定方法。
7. 前記ウィーナフィルタアルゴリズムにおいてチャンネルフェーディング係数を得るために、最小平均２乗誤差（ＭＭＳＥ）基準が使用されることを特徴とする請求項６に記載のチャンネル推定方法。
8. 前記所定数のパイロットシンボルが、総てのパイロットシンボルであることを特徴とする請求項３に記載のチャンネル推定方法。
9. 前記無線チャンネルが、レイリーフェーディングチャンネルであることを特徴とする請求項１に記載のチャンネル推定方法。
10. 無線チャンネルを通じて送信される無線信号を受信するための受信ユニットと、
    無線信号に対して割り当てられるタイムスロット内に挿入されるパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を計算するための計算ユニットと、
    パイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数と、パイロットシンボルとタイムスロットにおけるトラフィックデータとの間の相関関係とを利用することにより、タイムスロットにおけるチップの所定のグループのそれぞれのチャンネルフェーディング係数を段階的に推定する推定ユニットであって、チップの前記グループのそれぞれが所定数のチップを備えている推定ユニットと、
    を備えることを特徴とするチャンネル推定モジュール。
11. 前記推定ユニットは、所定数のパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を利用して、前記所定数のパイロットシンボルと関連するチップのグループのチャンネルフェーディング係数を推定するとともに、
    チップの前記グループのチャンネルフェーディング係数を利用することにより、チップの前記グループと関連するチップの他のグループのチャンネルフェーディング係数を推定し、それにより、タイムスロットにおけるチップの所定のグループのそれぞれのチャンネルフェーディング係数を段階的に予測する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のチャンネル推定モジュール。
12. 前記推定ユニットは、チップの前記他のグループと関連するパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を利用することにより、チップの前記他のグループのチャンネルフェーディング係数を推定することを特徴とする請求項１１に記載のチャンネル推定モジュール。
13. パイロットシンボルと関連するチップの前記グループは、パイロットシンボルに先行するチップ又はパイロットシンボル以降のチップをタイムスロット内に備えていることを特徴とする請求項１１に記載のチャンネル推定モジュール。
14. 前記推定ユニットは、ウィーナフィルタアルゴリズムを利用してチップの前記グループのチャンネルフェーディング係数を推定することを特徴とする請求項１３に記載のチャンネル推定モジュール。
15. 前記ウィーナフィルタアルゴリズムは、ＭＭＳＥ基準を使用してチャンネルフェーディング係数を得ることを特徴とする請求項１４に記載のチャンネル推定モジュール。
16. 無線信号を受信するための複数のＲＡＫＥフィンガと、
    各ＲＡＫＥフィンガのチャンネル特性を推定するためのチャンネル推定モジュールと、
    を備え、
    前記チャンネル推定モジュールは、
    ＲＡＫＥフィンガから無線チャンネルを通じて送信される無線信号を受信するための受信ユニットと、
    無線信号に対して割り当てられるタイムスロット内に挿入されるパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を計算するための計算ユニットと、
    パイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数と、パイロットシンボルとタイムスロットにおけるトラフィックデータとの間の相関関係とを利用することにより、タイムスロットにおけるチップの所定のグループのそれぞれのチャンネルフェーディング係数を段階的に推定する推定ユニットであって、チップの前記グループのそれぞれが所定数のチップを備えている推定ユニットと、
    前記チャンネル推定モジュールにおいて得られるチャンネルフェーディング係数に従った重み付けにより前記複数のＲＡＫＥフィンガを結合するための重み付け結合ユニットと、
    前記重み付け結合ユニットから出力される信号から所望のユーザデータを回収するための回収ユニットと、
    を備えることを特徴とする受信器。
17. 前記推定ユニットは、所定数のパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を利用して、前記所定数のパイロットシンボルと関連するチップのグループのチャンネルフェーディング係数を推定するとともに、
    チップの前記グループのチャンネルフェーディング係数を利用することにより、チップの前記グループと関連するチップの他のグループのチャンネルフェーディング係数を推定し、それにより、タイムスロットにおけるチップの所定のグループのそれぞれのチャンネルフェーディング係数を段階的に予測する、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の受信器。
18. 前記推定ユニットは、チップの前記他のグループと関連するパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を利用することにより、チップの前記他のグループのチャンネルフェーディング係数を推定することを特徴とする請求項１７に記載の受信器。
19. パイロットシンボルと関連するチップの前記グループは、パイロットシンボルに先行するチップ又はパイロットシンボル以降のチップをタイムスロット内に備えていることを特徴とする請求項１８に記載の受信器。
20. 前記推定ユニットは、ウィーナフィルタアルゴリズムを利用してチップの前記グループのチャンネルフェーディング係数を推定することを特徴とする請求項１９に記載の受信器。
21. 無線信号を送信するための送信器と、
    受信器と、
    を備え、
    前記受信器は、
    無線信号を受信するための複数のＲＡＫＥフィンガと、
    各ＲＡＫＥフィンガのチャンネル特性を推定するためのチャンネル推定モジュールと、
    を備え、
    前記チャンネル推定モジュールは、
    ＲＡＫＥフィンガから無線チャンネルを通じて送信される無線信号を受信するための受信ユニットと、
    無線信号に対して割り当てられるタイムスロット内に挿入されるパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を計算するための計算ユニットと、
    パイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数と、パイロットシンボルとタイムスロットにおけるトラフィックデータとの間の相関関係とを利用することにより、タイムスロットにおけるチップの所定のグループのそれぞれのチャンネルフェーディング係数を段階的に推定する推定ユニットであって、チップのグループのそれぞれが所定数のチップを備えている推定ユニットと、
    前記チャンネル推定モジュールにおいて得られるチャンネルフェーディング係数に従った重み付けにより前記複数のＲＡＫＥフィンガを結合するための重み付け結合ユニットと、
    前記重み付け結合ユニットから出力される信号から所望のユーザデータを回収するための回収ユニットと、
    を備えることを特徴とするモバイル端末。
22. 前記推定ユニットは、所定数のパイロットシンボルのチャンネルフェーディング係数を利用して、前記所定数のパイロットシンボルと関連するチップのグループのチャンネルフェーディング係数を推定するとともに、
    チップの前記グループのチャンネルフェーディング係数を利用することにより、チップの前記グループと関連するチップの他のグループのチャンネルフェーディング係数を推定し、それにより、タイムスロットにおけるチップの所定のグループのそれぞれのチャンネルフェーディング係数を段階的に予測する、
    ことを特徴とする請求項２１に記載のモバイル端末。
23. パイロットシンボルと関連するチップの前記グループは、パイロットシンボルに先行するチップ又はパイロットシンボル以降のチップをタイムスロット内に備えていることを特徴とする請求項２２に記載のモバイル端末。

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