JP2009510914A - 無線通信のための受信機技術 - Google Patents

Abstract

無線通信システム（２０）に使用するための受信機デバイスがレイク受信機（３２）とイコライザ受信機（３４）とを含む。コントローラ（３６）が受信信号を処理するために、レイク受信機（３２）またはイコライザ受信機（３４）のうちの一方を選択する。いくつかの状況ではレイク受信機（３２）がよりよい性能を実現することになる。他の状況ではイコライザ受信機（３４）がよりよい性能を実現することになる。一実施形態では複数のイコライザ（３４Ａ、３４Ｂ）を含む。イコライザのうちの１つが受信信号からのデータ・パケットを処理する一方で、イコライザのうちの別の１つが次にスケジュールされたユーザからの信号を処理するためにトレーニングを受ける。別の例示的な実施形態は、遅延幅または別の選択されたチャネルのメトリックに基づいてイコライザ長を制御するステップを含む。

Description

本発明は一般に遠距離通信に関する。より詳細には、本発明は無線通信システムに関する。

無線通信システムは、選択された区域または地域全体に無線通信カバレッジを提供するよう効果的に配置される複数の基地局を一般的に含む。各基地局は通常、複数のセクタを含むセルに対処する。

基地局と、携帯電話などの移動局との間にはダウンリンク方向の通信が存在し、この方向は基地局から移動局への信号伝送に相当する。通信は、移動局から基地局への伝送を含むアップリンク方向にも行われる。

低レイテンシを実現するインターネット型のデータ通信は、特別に設計されたパケット・データ・チャネルを必要とする。データ通信を考慮したシステムは、さまざまなユーザの間で共有されるスケジュールされたアップリンク・チャネルを含むことが多い。異なるユーザが移動局の場所、移動局の速度および他の知られた要因に応じて、異なるチャネル条件を有することになる。したがって、異なるユーザがスケジュールされたアップリンク上で異なるバースト・レートを有することになる。

アップリンク上で伝送され、基地局にて受信されるデータ信号を処理するための典型的な配置は、レイク受信機の使用を含む。知られているように、レイク受信機はいくつかの信号マルチパス構成要素を個別に処理するための、いくつかのベースバンド相関器を使用する技術を含む。これらの相関器の出力が組み合わされて、改善された通信、信頼性および性能を実現する。レイク受信機は有用であることが実証されているが、いくつかの限界を有している。たとえば、アップリンク上で非常に有利なパスロス条件を有するユーザが、高いバースト・レートを実現できない可能性がある。そうしたユーザについては、別のタイプの受信機の方が、レイク受信機に比べよりよい性能を実現するであろう。

こうしたいくつかの状況においては、イコライザ受信機がよりよい性能を実現することがある。イコライザ受信機はすべての状況においてレイク受信機よりも性能が勝るわけではないので、一部ではレイク受信機の代わりとしては実装されていない。たとえば、移動局が高速で移動しているとき、イコライザ受信機の性能は低下することがあり、レイク受信機の方がよりよい結果をもたらす。

データ通信における等化の必要性は、ここしばらくの間認識されてきている。等化によって、無線チャネル内で実質的な遅延分散（たとえば、シンボル周期と同様、またはそれ以上の遅延幅）を有するリンクに関し、ビット・エラー・レートが改善するという利点が得られる。たとえばＵＭＴＳ標準、すなわち高速データ用の拡張専用チャネル（ｅｎｈａｎｃｅｄ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ； Ｅ−ＤＣＨ）においては、最大バースト・レートが４または２チップに相当する。これは非常に短い間隔であり、典型的な都市型チャネルがこれと同等かまたはこれを超える幅を有する。このようなチャネルは等化から恩恵を得ることができる。当技術分野ではさまざまな等化技術が知られている。

改善された性能を可能な限り高い頻度で実現するような方式で受信信号の処理を可能にする、改善された受信機デバイスおよび受信信号を処理する手法が必要である。

本発明は無線通信システムにおいて、受信信号を処理する際の改善された性能の必要性に対処する。例示的な実施形態は、レイク受信機およびイコライザ受信機のうち特定のユーザに対してどちらがよりよい性能を実現するかに応じて選択的に使用されるレイク受信機およびイコライザ受信機の組合せ、複数のイコライザのうちの１つが後続の受信信号に適応するためにトレーニングを受けている一方で複数のイコライザのうちの別の１つが受信信号を処理しているような複数のイコライザ、または決定されたチャネル特性に応答して選択的に調節される調節可能なイコライザ長を有するイコライザ、のうち少なくとも１つを含む。

例示的な通信方法は、受信信号を処理するためにレイク受信機技術またはイコライザ受信機技術のうちの一方を選択するステップを含む。
別の例示的な方法は、複数のイコライザを使用するステップを含む。このイコライザのうちの１つが受信信号を処理する一方で、別の１つが予期される信号を処理するためにトレーニングされる。

別の例示的な方法は、遅延拡散または移動局速度などの選択された特性に基づいて、イコライザの長さを選択的に制御するステップを含む。一例では、フィルタ長をチャネル分散のレベルに対応させることができる。

本発明のさまざまな特徴および利点は、当業者には以下の詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明に添付される図面については、後述のとおり簡潔に説明することができる。

図１は無線通信システム２０の選択された部分を概略的に示している。移動局２２は、一般的に知られた方式で基地局２４と通信する。例示の基地局２４はアンテナ２６と基地局トランシーバ（ＢＴＳ）２８とを含む。ＢＴＳ２８の特徴の１つが、アップリンク上で移動局２２から受信される信号を処理するための受信機デバイスである。例示の受信機デバイスは適切なアップリンク・チャネル上で通信される高速パケット・データ信号を処理することが可能である。

図２は一例である受信機デバイスを概略的に示している。この例ではＲＦユニット３０が、たとえば移動局によって伝送された基地局２４で受信される信号を知られた方式で抽出し、ダウンコンバートするために動作する。図示された例はレイク受信機３２とイコライザ受信機３４とを含む。例示の各受信機は知られた方式で動作する。コントローラ３６は、受信信号を処理するためにレイク受信機３２かイコライザ受信機３４かを選択する。コントローラ３６は、受信信号を処理する受信機３２または３４のうちの１つを選択するために、受信信号または受信信号を伝送するユーザのうちの少なくとも１つの特性を使用する。図示された例は、受信信号を処理するためにどちらの受信機が使用されるのかを指示するようにコントローラ３６が制御するスイッチ３８を含む。

本明細書では、たとえば基地局において受信される信号を総称的に説明するために「受信信号」を用いる。本明細書内には、「受信信号」がいまだ受信されていないとしても、そのような場合にはそれが受信信号として称されるいくつかの事例がある。

一例では、コントローラ３６が受信信号を処理するために２つの受信機のうちのどちらを選択するかを決定するための受信信号に関連するパイロット・チャネルを検討する。一例では、パイロット・チャネルは受信信号が実際に受信される前に分析される。コントローラは、たとえば高速パケット・データ・チャネル・スケジューリング・アルゴリズムに基づく着信信号に関する情報を有し、適切なパイロット信号を特定するためにそのような情報を使用する。

一例では、コントローラ３６はレイク受信機３２を使用して受信パイロット・チャネルを処理し、関連する誤差エネルギーを決定する。一例では、レイク受信機３２の出力から既知のパイロット・シンボルが減算される。次いでその差を２乗して誤差エネルギーを示す。コントローラ３６はイコライザ受信機３４を使用して同じ処理を行う。一例では、２つの受信機のうち、結果としてより低い誤差エネルギーを有するどちらかが、受信信号（たとえばアップリンク上の高速パケット・データ信号）を処理するために選択される。

この例は、ユーザに対して拡張された性能を実現するのであればイコライザ受信機３４を利用するという利点を示す。一例では、レイク受信機３２よりもイコライザ受信機３４を選ぶステップと、可能な限り常にイコライザ受信機３４を使用するステップとを含む。たとえば移動局が高速で移動していることにより、イコライザ受信機の性能が低下する状況がある。こうした状況では、レイク受信機３２が信頼できる性能を実現する。したがって、開示された例は、任意の特定のタイプの受信機に関連する欠点を断念することなく、ユーザに対して性能を向上させるという利点を有する。各受信機技術のこの利点は開示された例によって活用することができる。

一例は適応イコライザ受信機３４を含む。１つの例示的なイコライザ受信機は適応等化を実現する等化技術を使用する。一例では、チャネル条件に対してイコライザをトレーニングするために参照信号を使用する最小二乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムを含む。他の例はＲＬＳ、高速ＲＬＳ、または平方根ＲＬＳなどの知られたアルゴリズムを含む。イコライザ受信機の適応的な側面が機能するように、受信信号に関連する制御信号に関するなんらかの情報が使用されて、イコライザ受信機を適切な信号に適応させる。

図３は、複数のイコライザを含む配置を概略的に示している。こうした配置はたとえばパケット交換トラヒックを説明する。いくつかの状況では、イコライザのトレーニングに要する時間はパケット継続時間と比較してかなり長いことがある。

一実施形態は、受信データ・パケットを処理するために別のイコライザを使用している間に、トレーニングするための１つのイコライザを使用するステップを含む。トレーニング中のイコライザは、受信データ・パケットを処理するために使用される他のイコライザと情報を共有する。図３の例を検討してみると、第１のイコライザ受信機３４Ａが、スケジュールされたユーザからのパイロット・チャネル信号を処理する適応アルゴリズムを含む。一例では、第１のイコライザ受信機３４Ａは、スケジューラ４０がアップリンク伝送に関する特定のユーザをスケジュールした後で、かつそのユーザによってデータ・パケットが伝送される前の期間に、パイロット信号を検出する。第１のイコライザ受信機３４Ａは、同受信機の適応アルゴリズムに従ってイコライザをトレーニングするために、同ユーザからのパイロット信号を利用する。一例では、イコライザ受信機３４Ａがあるユーザに関してトレーニングを受ける間に、第２のイコライザ受信機３４Ｂは、以前にスケジュールされたユーザからのデータ・パケットを含んだ受信信号を処理する。

スケジュールされたユーザからの実際の受信信号の伝送に相当する時間に、第１のイコライザ受信機３４Ａからの情報が、第２のイコライザ受信機３４Ｂに与えられ、第２のイコライザ受信機３４Ｂは、次いで実際の受信信号を処理する。一例では、交換された情報は計算されたタップ重みを含み、このタップ重みは（複数の）イコライザ受信機内の適応アルゴリズムの一部として使用される。こうした配置は、イコライザ受信機が受信信号に対して適切に適応されるために要する必要なトレーニング時間を考慮している。

一例では、第２のイコライザ受信機３４Ｂは、第１のイコライザ受信機３４Ａによって情報が与えられる度に再プログラムされるプログラム可能な固定の（すなわち非適応の）受信機である。別の例では、第２のイコライザ受信機３４Ｂは、受信信号の伝送の間に受信機性能をさらにカスタマイズするように適応可能である。一例では、第２のイコライザ受信機３４Ｂは、受信機３４Ａによって使用されるパイロット信号、継続的に利用できる別の利用可能な制御信号、または受信信号のパケット・データ・バーストを伴う特殊な制御信号に基づいて、受信信号を受信する間にその性能に適応する。図示された例は、受信機における効果的な信号処理を干渉しない方式で、適応イコライザ受信機をトレーニングすることを考慮している。

別の例では、イコライザは情報を共有せず、各イコライザが他のイコライザ（１つまたは複数）と独立にトレーニングを受け、スケジュールされたユーザの信号を受信するために準備する。再度図３を検討してみると、イコライザ３４Ａは受信信号からのデータ・パケットを等化し、処理している。同時にイコライザ３４Ｂは、たとえば次にスケジュールされたユーザからのパイロット信号を使用して、次にスケジュールされたユーザの信号に対してトレーニングを受けている。次のパケット間隔の間、イコライザ３４Ｂは、同ユーザのデータ・パケットを等化し、処理する。このときイコライザ３４Ａが、やはりたとえばパイロット信号を使用して、次にスケジュールされたユーザのパケットに対してトレーニングを開始する。

これらの例は、少なくとも１つの他のイコライザが、スケジュールされているがまだ受信されていないパケットを処理（すなわち等化）するためにトレーニングを受ける間に、少なくとも１つのイコライザが等化することによって、どのように複数のイコライザが使用できるかを示している。

図３の例では２つのイコライザを含んでいるが、いくつかの実施形態ではより多くのイコライザを含む。たとえば、いくつかの例では１つのイコライザがユーザの信号に対してトレーニングを受けるのに１つのパケット間隔よりも長く時間がかかる。一例では、１つのパケットに対してトレーニングするのにＫ個のパケット間隔を必要とする。この例では、処理遅延をもたらさずに十分なトレーニング時間を可能にするようにＫ＋１個のイコライザが提供される。

こうした一例では、スケジュールされたユーザの伝送に対するトレーニングが、スケジュールされた伝送の前にＫ個のパケット間隔において開始される。一例ではスケジューラ４０が、後のＫ個の間隔の伝送のために、現行のパケット間隔の間にユーザをスケジュールし、イコライザのうちの選択された１つのトレーニングが現行の間隔において開始される。

１つのパケット間隔の中にＮ個のスケジュールされたユーザがある場合の例では、イコライザの数はＮ倍される。たとえば、Ｋ＋１個のイコライザが使用される場合、１つのパケット間隔の中にスケジュールされたＮ個のユーザがあるときには、Ｎ（Ｋ＋１）個のイコライザが使用される。

このような配置に対する１つの有意な利点は、Ｎ（Ｋ＋１）がセル中でアクティブなユーザの数よりも著しく少ないとき、必要となるハードウエアおよび処理の量が大幅に削減されることである。例示的な複数のイコライザ配置は、システムにおけるそれぞれの、および全ユーザに対して基地局イコライザを有する必要性を排除する。これは大幅な材料節減および電力消費削減をもたらす。たとえば３ＧＰＰにおけるＥ−ＤＣＨについて考えると、移動性の組合せ、パケット継続時間、および一般的なイコライザの設計は、本発明によって設計されるシステムがＫ＝１かつＮ＝１または２を有することを通常考慮している。現在Ｅ−ＤＣＨモードの動作を使用する数個を超える移動局がある場合、開示された例は、通常必要とされるイコライザの数を相当に削減することから、大幅な節約をもたらす。

いくつかの状況では、ある１つの長さを有するイコライザのフィルタを必要とし、他の状況では異なるイコライザのフィルタ長を必要とする。図４に示される例は、必要に応じて異なるイコライザのフィルタ長を使用する機能を示している。チャネル推定器部４２は知られた検索技術を使用して、チャネル・インパルス応答を認識する。一例では、チャネル・インパルス応答は、遅延幅、ＲＭＳ遅延拡散、または移動局の移動速度に関係するチャネル可干渉時間などの別のメトリックを決定するのに使用される。図示された例は、チャネル・インパルス応答に関する情報を使用して遅延幅または遅延分散を決定する遅延幅推定器部４４を含む。一例では、決定された遅延幅が推定された遅延幅である。ルックアップ・テーブル４６は、決定されたまたは推定された異なる遅延幅、あるいは別の選択されたメトリックに対応する所定の複数のイコライザのフィルタ長を含む。一例では、ルックアップ・テーブル４６に関する適切な演繹的フィルタ値を決定するシミュレーションを行うステップを含む。チャネル遅延幅が決定されると、ルックアップ・テーブルから適切なフィルタ長が選択され、受信信号を処理するためのイコライザ受信機のために使用される。

図４の例に対する１つの利点は、イコライザフィルタの長さをカスタマイズすることを考慮していることである。チャネル遅延分散の長さが増加するに従って、より長いフィルタ長が必要になることが知られている。しかしながら、より長いフィルタは、電力消費の増加および計算の複雑さなどの欠点をもたらすことがある。さらに、より長いフィルタは、高速で移動する移動局を追跡する際に障害をもたらす傾向にある。図４の適応的な手法では、所与のチャネル条件に対して、可能な限り短いフィルタを使用することを考慮している。

前述の説明は実際に限定ではなく、例示的なものである。必ずしも本発明の真髄から逸脱しない本開示例に対する改変例および変更例が当業者には明らかとなるであろう。本発明に与えられた法的保護の範囲は、添付の特許請求の範囲を検討することによってのみ判断することができる。

本発明の一実施形態を含む無線通信システムの選択された部分を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に従って設計された受信機デバイスの選択された部分を概略的に示す図である。 例示的な一実施形態の選択された特徴を概略的に示す図である。 例示的な一実施形態の別の特徴を概略的に示す図である。

Claims (10)

1. イコライザ受信機およびレイク受信機を有する基地局を使用する通信方法であって、
   受信信号を処理するために、前記イコライザ受信機または前記レイク受信機のうちの一方を選択するステップを含む方法。
2. 所与の受信信号に対し、前記イコライザ受信機または前記レイク受信機のどちらがよりよい性能を実現することになるかを決定するステップと、前記イコライザ受信機または前記レイク受信機のうち、よりよい性能を実現することになる前記一方を選択するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記イコライザ受信機および前記レイク受信機それぞれを使用して、前記受信信号の処理に関連する性能メトリックを決定するステップと、前記決定された関連する性能メトリックに基づいて前記イコライザ受信機または前記レイク受信機のうちの前記一方を選択するステップとを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記イコライザ受信機および前記レイク受信機それぞれに関連する誤差エネルギーを求めるステップと、前記イコライザ受信機または前記レイク受信機のうち、関連する誤差エネルギーのより低い前記一方を選択するステップとを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記受信信号のソースからパイロット信号を受信するステップと、
   前記受信されたパイロット信号と対応する予期されるパイロット信号との差を決定するステップと、
   前記決定された差を２乗して、それにより前記誤差エネルギーを決定するステップとを含む、請求項４に記載の方法。
6. 複数のイコライザを使用するステップと、
   予期される信号に対応するようイコライザ技術を適応させるために、現行のパケット間隔の間に前記複数のイコライザのうちの少なくとも第１のイコライザをトレーニングするステップと、
   前記現行のパケット間隔の間に前記複数のイコライザのうちの第２のイコライザを使用して受信信号を処理するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
7. 次に予期される信号に対応するようイコライザ技術を適応させるために、次のパケット間隔の間に前記複数のイコライザのうちの前記第２のイコライザをトレーニングするステップと、
   前記次のパケット間隔の間に前記予期される信号を受信するステップと、
   前記次のパケット間隔の間に前記複数のイコライザのうちの前記トレーニングされた第１のイコライザを使用して、前記受信された予期される信号を処理するステップとを含む、請求項６に記載の方法。
8. Ｋ≧１であり、Ｋ＋１個のイコライザがある場合に、Ｋ個のパケット間隔の間に前記トレーニングを実行するステップと、
   前記現行のパケット間隔の間に前記複数のイコライザのうちのＫ個のイコライザをトレーニングするステップとを含む、請求項６に記載の方法。
9. あるイコライザ長を有するイコライザを使用するステップと、
   前記イコライザに対して少なくとも１つの信号を通信するために使用されるチャネルの選択された特性を決定するステップと、
   前記決定された特性に対応する前記イコライザ長に関して所望の値を決定するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記選択された特性として前記チャネルの遅延幅を決定するステップを含む、請求項９に記載の方法。

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