JP2009524974A - 符号分割多元接続方式の高速パケットデータシステムにおける多重アンテナを具備した端末の結合方式に従う重みベクトルのダイナミックレンジ制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

多重経路別受信信号の結合信号を生成するための重み付け値の範囲を制御する本発明に従う装置は、多重経路別結合方式に従い各アンテナを介して受信経路のチャネル推定値及び／または受信されたパイロットシンボルから自己相関行列値を利用して該当する重みベクトルを計算する重みベクトル計算機と、上記結合方式に従ってチャネルデコーダの入力範囲に合せて修正された重みベクトルを出力する制御器と、デスクランブリングされた受信信号に上記修正された重みベクトルを乗算して上記結合信号を出力する結合器とを含む。したがって、本発明によると、端末でデータ受信時に多様な結合方式を利用してもチャネルデコーダの性能の劣化を最小化することができる。

Description

本発明は、符号分割多元接続方式の高速パケットデータシステムにおける端末の受信方法及び装置に関し、特に多様な結合方式を利用する端末において、チャネルデコーダの入力範囲に合うように結合方式別に重みベクトル(weight vectors)のダイナミックレンジを制御する装置及び方法に関する。

一般に、移動通信システムは、その通信方法に従って決まった周波数帯域を多数の周波数チャネルに区分して加入者毎に区分された周波数チャネルを割り当てる周波数分割多元接続方式（Frequency Division Multiple Access：ＦＤＭＡ）と、多数の加入者が１つの周波数チャネルを時間を分けて共有する時分割多元接続方式（Time Division Multiple Access：ＴＤＭＡ）と、多数の加入者が割り当てられた異なるコードを使用して同一の周波数帯域を同一の時間帯に共有する符号分割多元接続方式（Code Division Multiple Access：ＣＤＭＡ）などに分けられる。このような移動通信システムは、現在通信技術が急激に発展するにつれて、一般的な音声通話サービスは勿論、移動端末へ電子メールや静止画のみならず、動画のような大容量のディジタルデータ転送が可能な高速データサービスを提供する段階に至っている。

上記ＣＤＭＡ方式により高速データサービスを提供する移動通信システムの代表的な例としては、高速のデータ転送が可能なＥＶ−ＤＯ（Evolution Data Only）と、音声とパケットサービスが同時に支援できない上記ＥＶ−ＤＯの問題点を補完するために提案されたＥＶ−ＤＶ（Evolution of Data and Voice）などがある。

上記ＣＤＭＡ方式の高速パケットデータシステムでは、基地局（base station）が転送した無線信号（RF signal）が移動端末（mobile station）近くの各種構造物（scatter）に反射された後、移動端末に到着する時に発生する多重経路（multi path）による周波数選択的減衰（frequency selective fading）と、移動端末の移動に従って発生されるドップラー拡散（Doppler spread）による時間選択的減衰（time selective fading）、そして周波数再使用率（frequency reusability）が１に近い時、隣接基地局から影響を受ける同一チャネル干渉（co-channel interference）により良質の高速パケットデータサービスが困難になる問題点がある。

このような問題点を解決するための通信技術として、多重アンテナ技法の１つである多重入力多重出力（Multiple Input Multiple Output：以下、“ＭＩＭＯ”）技術が提案された。基地局で高速パケットデータを移動端末に転送する時、送信ダイバーシティーと関連した基地局のアンテナ個数が増加されるか、受信ダイバーシティーと関連した移動端末のアンテナ個数が増加されると、ダイバーシティー利得（diversity gain）が増加する。このような技法を利用して、前述した減衰と干渉を効果的に減らすことができ、移動端末の各々のアンテナに受信される経路の角度拡散（angle spread）を低減させることができ、仮に各経路の入射角度が異なると、多重アンテナを使用して多重経路による干渉を減らすことができるので、それによって、多重アンテナを使用する通信システムが開発されている。

しかしながら、移動端末のサイズは制限されているので、現実的に２つ以上のアンテナを装着することは困難である。移動端末が現在リンク（link）を維持している基地局から隣接基地局へ移動する時、現在のリンクを維持したまま、他の基地局とのリンクを連結することをソフトハンドオフ（soft handoff）という。同期式ＣＤＭＡシステムにおいて、各々の基地局は固有のショート擬似雑音(short Pseudo-Noise)（ＰＮ）コードを持っているので、周波数再使用率を１に維持しながら２つまたは３つの基地局と同時にリンクを維持することができる。

一方、ＴＤＭＡシステムでは移動端末が同一の時間スロット（time slot）で２つの基地局と同時に通信できず、ＦＤＭＡシステムでは移動端末が同一の周波数スロット（frequency slot）で２つの基地局と同時に通信できないので、ＴＤＭＡあるいはＦＤＭＡ方式により時間または周波数再使用率を１に近く維持しながらソフトハンドオフを具現することがＣＤＭＡ方式に比べて相対的に困難である。しかしながら、ＣＤＭＡ方式を利用すると、ソフトハンドオフを容易に具現できる反面、ソフトハンドオフせず、１つの基地局とリンクを維持する場合、隣接基地局から受信された信号が干渉として作用する短所がある。

ＣＤＭＡ方式において、移動端末毎に区分される直交性（orthogonality）を有するコードにウォルシュコード（Walsh code）を使用する。ウォルシュコードは、時間軸で同一の時点に整列されなければ直交性が満たさない反面、異なる時点に整列されたウォルシュコードは直交性がないので、多重経路環境で大きな干渉として作用する。非直交性による干渉を緩和させることがショートＰＮコードであるが、１チップ（chip）以上離れた２つのショートＰＮコードは、０に近い自己相関係数を有し、これはコードの長さに反比例するので、ウォルシュデコーダ（Walsh decoder）を通過した信号のうち、干渉として作用するようになる信号のエネルギーを低減させる。それにも拘わらず、干渉として作用する隣接基地局から受信された信号の強さが大きくなると、現在リンクを維持するサービング基地局から受信された信号の強さが相対的に減ることになるので、上記サービング基地局は適切にパワーを調節（power control）して電波を送出しなければならない。

この場合、パワー制御が必須的であり、同時に多数の移動端末に電波を送出する音声サービスとは異なり、ＥＶ−ＤＯ、ＥＶ−ＤＶシステムにおいて、基地局は同時に１つの移動端末にデータを送出する。したがって、ＥＶ−ＤＯ、ＥＶ−ＤＶシステムにおいて、順方向パケットデータチャネル（Forward Packet Data Channel）は、時分割方式の特性を示し、パワー制御でないレート制御（rate control）によりデータレート（data rate）を決定する。高速のデータサービスの場合、順方向パケットデータチャネルは、多数のウォルシュコードを使用し、ウォルシュコードを全て使用してソフトハンドオフを支援する場合、２つまたは３つの基地局で１つの端末のために時間軸で時間スロットを割り当てることが複雑になる。

したがって、標準化団体である３ＧＰＰ２（Third Generation Partnership Project 2）で提案されたＥＶ−ＤＯ、ＥＶ−ＤＶシステムは、順方向パケットデータチャネルでソフトハンドオフを使用しないように規定している。したがって、現在リンクを維持している基地局から特定移動端末が受信したパケットデータに対し、隣接基地局から他の移動端末へ転送されたパケットデータが同一のチャネル干渉信号として作用することになるので、干渉信号を低減させる技術が要求される。

このために、ＥＶ−ＤＯ、ＥＶ−ＤＶシステムにおいて、多重アンテナが備えられた移動端末の受信端はレイク受信機（RAKE receiver）を具備し、多重経路毎にフィンガー（finger）を割り当てて、ショートＰＮコード信号をデスクランブリング（descrambling）し、チャネル推定を遂行してデスクランブリングされた信号に適切な重みベクトル（weight vector）を乗算し、この乗算された信号を結合する。結合された信号はウォルシュ逆拡散器（Walsh decoder）を通じて逆拡散（despread）され、軟性値発生器（soft metric generator）とエラー訂正デコーダ（error correcting decoder）を通じて転送ビット（bit）が決定される。

上記デスクランブリングされた信号に重みベクトルを乗算して得られる結合信号はチャネルデコーダに入力され、上記重みベクトルを計算する結合方式は、多様な方式が存在する。各々の結合方式に従って上記結合信号の範囲(range)は変わるが、上記結合信号が入力されるチャネルデコーダの入力範囲は一般的に制限されている。したがって、多様な結合方式を使用し、かつチャネルデコーダの入力範囲に適するように上記重みベクトルのダイナミックレンジを制御する技術が要求される。

本発明は、少なくとも上記の問題及び／または短所を実質的に解決し、長所を提供することをその目的とする。
本発明の目的は、高速パケットデータシステムにおいて、多重アンテナを具備し、少なくとも１つの結合方式を選択的に利用する移動端末におけるチャネルデコーダの性能劣化を防止する装置及び方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ＭＩＭＯ技術を支援する高速パケットデータシステムの移動端末において、チャネルデコーダの入力範囲に合うように結合方式別に重みベクトルのダイナミックレンジを制御する装置及び方法を提供することにある。
また、本発明の更に他の目的は、符号分割多元接続方式の高速パケットデータシステムにおいて、多重アンテナを具備し、少なくとも１つの結合方式を利用する移動端末におけるチャネルデコーダの入力範囲に合うように結合方式別に重みベクトルのダイナミックレンジを制御する装置及び方法を提供することにある。

本発明に従う高速パケットデータシステムの移動端末における多重経路別受信信号の結合信号を生成するための重み付け値の範囲を制御する装置は、基地局から転送されるパイロットシンボルを受信してアンテナ別に経由して該当受信経路のチャネル推定値を計算するチャネル推定器と、上記受信されたパイロットシンボルから決まったチップ区間毎に自己相関行列値を計算する自己相関行列計算機と、多重経路別結合方式に従って上記チャネル推定値及び／または自己相関行列値を利用して該当する重みベクトルを計算する重みベクトル計算機と、上記結合方式に従ってチャネルデコーダの入力範囲に合せて修正された重みベクトルを出力する制御器と、デスクランブリングされた受信信号に上記修正された重みベクトルを乗算して上記結合信号を出力する結合器とを含む。

本発明に従う高速パケットデータシステムの移動端末における多重経路別受信信号の結合信号を生成するための重み付け値の範囲を制御する方法は、基地局から転送されるパイロットシンボルを受信してアンテナ別に該当受信経路のチャネル推定値を計算し、上記受信されたパイロットシンボルから決まったチップ区間毎に自己相関行列値を計算するステップと、多重経路別結合方式に従って上記チャネル推定値及び／または自己相関行列値を利用して上記重みベクトルを計算するステップと、上記結合方式に従ってチャネルデコーダの入力範囲に合せて修正された重みベクトルを計算するステップと、デスクランブリングされた受信信号に上記修正された重みベクトルを乗算して上記結合信号を出力するステップとを含む。

本発明によると、ＣＤＭＡ方式の高速パケットデータシステムの端末におけるデータ受信時、多様な結合方式を利用してもチャネルデコーダの性能劣化を最小化することができる。
また、本発明によると、多様な結合方式を利用する高速パケットデータシステムの移動端末において、ＰＮデスクランブリングされた信号に乗算される重みベクトルのダイナミックレンジを制御することができる。
また、本発明によると、多様な結合方式を利用する高速パケットデータシステムの移動端末において、結合器の後段のデータ経路の正確度（precision）を変化させなくても、チャネル環境に従って多様な結合方式を利用することができる。
一方、本発明の詳細な説明では、好ましい実施形態に関して説明するが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内で、種々の変形が可能であることは、当該分野で通常の知識を有する者にとって自明なことである。

以下、添付した図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。本発明を説明するにあたって、関連した公知機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を余計に曖昧にする可能性があると判断される場合、その詳細な説明は省略する。

まず、本発明の理解を助けるために、図１を参照して本発明が適用されるＣＤＭＡ方式の高速パケットデータシステムの無線環境を簡略に説明する。併せて、本発明が適用される高速パケットデータシステムは、ＥＶ−ＤＶ、ＥＶ−ＤＯシステムを例として説明されるが、本発明がＥＶ−ＤＶ、ＥＶ−ＤＯシステムに限定されないことに留意しなければならない。併せて、本実施形態において、移動端末の多重アンテナは、説明の便宜上、２つと仮定する。

図１の高速パケットデータシステムは、基地局１０２、１０４、基地局１０２、１０４と無線信号を送受信する移動端末１０６、及び上記無線信号が転送される多重経路環境を提供する構造物１０８を含む。図１の例において、最初の基地局１０２と２番目の基地局１０４の各々は１つの送出アンテナ（１１２，１１４）を具備し、移動端末１０６は多重アンテナ１１６、１１８を具備する。移動端末１０６が最初の基地局１０２とリンクを維持しており、隣接基地局１０４から干渉信号を受信すると仮定すると、移動端末１０６が最初の基地局１０２から転送された信号を復調するために必要とされる信号は４個の経路の信号（Ｘ_１、１、Ｘ_２、１、Ｘ_１、２、Ｘ_２、２）であり、干渉信号は２つの経路の信号（Ｙ_１、１、Ｙ_２、１）である。

多重経路で最初の経路による信号は（Ｘ_１、１、Ｘ_２、１）であり、２番目の経路による信号は（Ｘ_１、２、Ｘ_２、２）である。前述した各経路信号の最初の下添字は、移動端末１０６のアンテナ１１６、１１８を区分する数字であり、２番目の下添字は経路を区分する数字である。基地局１０２から転送された同一の転送情報を基準とした時、２番目経路の信号（Ｘ_１、２、Ｘ_２、２）は構造物１０８を通じて反射された信号であるので、最初の経路の信号（Ｘ_１、１、Ｘ_２、１）に比べて長い遅延（delay）が発生される。このような転送遅延は、ＣＤＭＡ方式で１つのチップより大きい時のみ区別が可能である。

また、多重経路チャネルは、２つ以上の転送経路を有し、移動端末１０６のアンテナ１１６、１１８の間の距離はほぼ転送電波波長の半分より短く、転送電波波長の長さよりＣＤＭＡ方式のチップ長さが長い。したがって、Ｘ_１、１とＸ_２、１との間の遅延、及びＸ_１、２とＸ_２、２との間の遅延は無視することができる。

図２は、本発明に従って高速パケットデータシステムにおける移動端末の結合器に適用される重みベクトルのダイナミックレンジ制御装置を示すブロック図である。

図２において、チャネル推定器（channel estimator）２０２は、基地局と端末が互いに知っているパイロットシンボル（pilot symbol）を利用してフィンガー（finger）（図示せず）を通じてアンテナ別に受信経路に割り当てられたチャネルを推定し、そのチャネル推定値（ｈ_１（ｋ）、・・・、ｈ_Ｌ（ｋ））を＜数式１＞に定義されたように出力する。

上記＜数式１＞で、変数ｋはチップインデックス（chip index）であり、

は最初のアンテナのｌ番目経路に割り当てられたフィンガーのチャネル推定値であり、

は２番目アンテナのｌ番目経路に割り当てられたフィンガーのチャネル推定値を意味する。
また、上記＜数式１＞で、Ｔは転置行列（transpose）を意味し、チャネル推定値

はパイロットシンボルから求めることができる。
ＥＶ−ＤＶシステムでは、２つのパイロットシンボル間の区間（６４チップ、または１２８チップ）毎に一回ずつチャネル推定器２０２のチャネル推定値が更新される。仮に、パイロットシンボルの長さが１２８チップであり、その区間でチャネル推定値が

であれば、その区間で

はチップインデックスｋに関係なく、同一の値を有する。
ＥＶ−ＤＯシステムでは、受信された２つ以上のパイロットシンボルから平滑化（smoothing）、または補間（interpolation）して、２つのパイロットシンボル間のデータ領域（data portion）（８００チップ）のチャネル値を推定する。ここで、チャネル推定値が

であれば、

はｋによって異なることができる。
ＥＶ−ＤＶ、ＥＶ−ＤＯシステムにおいて、チャネル推定器２０２の構造は、この分野の専門家に広く知られているので、その詳細な説明は省略する。

図２において、自己相関行列計算機（auto correlation matrix calculator）２０４は、基地局から受信されたパイロットシンボルから雑音変化（noise variance）と雑音共分散（noise covariance）を推定して自己相関行列（Ｒ_１（ｋ）、・・・、Ｒ_Ｌ（ｋ））を出力する。

例えば、ＥＶ−ＤＶシステムでは、２つのパイロットシンボル間の区間（６４チップ、または１２８チップ）毎に一回ずつ自己相関行列値が更新され、ＥＶ−ＤＯシステムでは半スロット（１０２４チップ）毎に一回ずつ自己相関行列値が更新される。
下記の＜数式２＞は、上記自己相関行列を示したものである。

上記＜数式２＞において、

は最初のアンテナのｌ番目経路に割り当てられたフィンガーで推定されたＰＮデスクランブリングされた信号の第１雑音分散（noise variance）であり、

は２番目アンテナのｌ番目経路に割り当てられたフィンガーで推定されたＰＮデスクランブリングされた信号の第２雑音分散（noise variance）であり、

は上記第１及び第２雑音変化に対する共分散（covariance）であり、＊は共役（conjugate）を意味する。上記自己相関行列

は多重経路の個数だけ存在する。
上記雑音変化と雑音共分散を推定する方法は、この分野の専門家に広く知られているので、その詳細な説明は省略する。

図２において、重みベクトル計算機（weight vector calculator）２０６は、＜数式１＞のチャネル推定値と、＜数式２＞の自己相関行列値、そして下記の３つの結合方式のうちから選択された結合方式を利用して、上記の選択された結合方式によって重みベクトルを計算する。したがって、上記重みベクトル計算機２０６は、選択された結合方式を遂行するためのアルゴリズムを具備する。

移動端末の受信機では、デスクランブリングされた受信信号に上記重みベクトルを乗算して結合信号を生成し、上記結合方式はよく知られたように、多様な方式が存在する。代表的な結合方式には、パイロット重み付け結合（Pilot Weighted Combining：ＰＷＣ）方式、最大比結合（Maximum ratio combining：ＭＲＣ）方式、そして最小平均２乗誤差結合（Minimum mean-square error combing：ＭＭＳＥＣ）方式などが知られている。

上記ＰＷＣ方式は、チャネル補償器（図示せず）の出力信号を重み付け値として定める方式であり、上記ＭＲＣ方式はデスクランブリングされた各フィンガーの出力信号が有する雑音の変化を考慮して重み付け値を定める方式である。２つのアンテナで同一の受信経路を検出する２つのフィンガーの出力信号は、互いに相関（correlation）関係にある。上記ＭＭＳＥＣ方式は、その相関値を考慮して重み付け値を定める方式である。上記の３つの結合方式により出力される結合信号の各々のダイナミックレンジは、如何なる結合方式を使用するかによって変わることになる。

以下、下記の＜数式３＞乃至＜数式５＞を参照して、ＰＷＣ、ＭＲＣ、及びＭＭＳＥＣ方式の各々に対する重みベクトル計算式と該当結合方式の長短所を説明する。上記の３つの結合方式は、代表的な結合方式を例示したものであり、その他の結合方式を本発明に適用することもできる。
まず、ＰＷＣ方式において、重みベクトルは、＜数式３＞のように計算される。

上記ＰＷＣ方式の性能は、他の結合方式に比べて劣るが、具現が容易であるという長所がある。
また、ＭＲＣ方式において、重みベクトルは、＜数式４＞のように計算される。

上記ＭＲＣ方式は、普遍的な性能を提供し、下記ＭＭＳＥＣ方式より具現が容易である。
また、ＭＭＳＥＣ方式において、重みベクトルは、＜数式５＞のように計算される。

上記ＭＭＳＥＣ方式は、上記ＰＷＣ方式、ＭＲＣ方式に比べて高い性能を保証するが、具現が難しいという短所がある。
図３Ａは、従来の高速パケットデータシステムの移動端末において、結合方式別にチャネルデコーダに入力される結合信号の分布が互いに異なる状態を示すグラフである。

図３Ａは、デスクランブリングされたフィンガーの出力信号ｙ_ｌ（ｋ）、・・・、ｙ_Ｌ（ｋ）に＜数式３＞乃至＜数式５＞により計算された重みベクトルｗ_１（ｋ）、・・・、ｗ_Ｌ（ｋ）を乗算する場合、結合器２１０から出力される結合信号の確率密度関数（Probability Density Function：ＰＤＦ）の分布をＰＷＣ、ＭＲＣ、及びＭＭＳＥＣの結合方式別に図示したものである。

仮に、図２の重みベクトル計算機２０６から出力される重みベクトル（ｗ_ｌ（ｋ）、・・・、ｗ_Ｌ（ｋ））をそのまま利用すると、結合器２１０から出力されてチャネルデコーダに入力される結合信号の範囲は、使われる各結合方式別に異なる分布を有することが分かる。

一般に、チャネルデコーダに備えられる軟性値発生器（soft metric generator）の入力範囲は、チャネルデコーダの複雑度を考慮して制限された範囲を有し、その入力範囲を決定するために基本的に使われる結合方式はＰＷＣ方式である。しかしながら、ＭＲＣ方式やＭＭＳＥＣ方式、または、他の結合方式から計算された重みベクトルをそのまま利用すれば、結合信号の入力ビット範囲が変わるので、制限された入力範囲を有するチャネルデコーダの性能は劣化する。

多様な結合方式を利用してもチャネルデコーダの性能劣化を最小化するためには、チャネルデコーダに入力される−結合器２１０から出力される−結合信号の範囲が調節できなければならない。このために、本発明では重みベクトル計算機２０６から出力される重みベクトルのダイナミックレンジを制御する。

即ち、図２において、上記重みベクトル計算機２０６は、上記ＰＷＣ方式、ＭＲＣ方式、またはＭＭＳＥＣ方式のうち、選択された方式により重みベクトル（ｗ_１（ｋ）、・・・、ｗ_Ｌ（ｋ））を計算して出力し、計算された重みベクトル（ｗ_１（ｋ）、・・・、ｗ_Ｌ（ｋ））は制御器２０８に入力される。そして、制御器２０８は、任意の結合方式が選択されてもチャネルデコーダの入力範囲に合うように、＜数式６＞乃至＜数式８＞を利用して重みベクトルのダイナミックレンジを制御して修正された重み付け値（ｖ_１（ｋ）、・・・、ｖ_Ｌ（ｋ））を出力する。図３Ｂは、本発明に従って重みベクトルのダイナミックレンジを制御した場合、結合方式別にチャネルデコーダに入力される結合信号の分布範囲が同一な状態を示す図である。

即ち、図２の制御器２０８は、ウォルシュ逆拡散器（図示せず）と軟性値発生器の入力値、即ち、チャネルデコーダに入力される結合信号を生成する重みベクトルのダイナミックレンジを制御する。
まず、本発明では重みベクトルのダイナミックレンジ制御のためのスケール係数（Scale factor）Ｚ（ｋ）を＜数式６＞のように定義する。

上記＜数式６＞において、Ｌは多重経路の個数、ｈ_ｌ（ｋ）、ｗ_ｌ（ｋ）で上添字Ｈはエルミート転置（Hermitian transpose）行列を意味する。例えば、ベクトルｘがx=[1+j, 2-3*j]^Tとした時、x^H=[1-j, 2+3*j]である。ここで、Ｔは転置行列、ｘはコラムベクトル（column vector）であり、ｘ^Ｈはローベクトル（row vector）を意味する。スケール係数Ｚ（ｋ）は虚数値でないＨによる実数値となる。
そして、制御器２０８から出力される修正された重みベクトルＶ_ｌ（ｋ）は、上記＜数式６＞のスケール係数Ｚ（ｋ）を＜数式７＞のように遅延させて利用する。

＜数式７＞において、変数Ｐは正数値を有し、上記スケール係数の遅延関数ｆは、例えば＜数式８＞のように定義できる。
スケール係数Ｚ（ｋ）は、重みベクトル（weight vector）により結合された結合信号がチャネルデコーダの入力データ範囲（data range）に適切に合うように調節するためのものであり、変数Ｐは幾つかのチップ間隔で遅延されたスケール係数を利用して修正された重みベクトルｖ_ｌ（ｋ）を求めるか否かを決定するためのものである。

＜数式８＞のＺ（ｋ−６４）で、“６４”はＥＶ−ＤＶシステムにおける２つのパイロットシンボル間の区間が６４チップである場合の例を挙げたものであって、＜数式８＞を他のシステムに適用したり、パイロットシンボル間の区間が異なる場合、該当チップ区間の値として設定される。
そして、最初のアンテナのｌ番目経路に割り当てられたフィンガーのＰＮデスクランブリングされた信号を

とし、２番目アンテナのｌ番目経路に割り当てられたフィンガーのＰＮデスクランブリングされた信号を

とする時、結合器２１０に入力されるデスクランブリングされた信号

は、＜数式９＞のように定義される。

そして、結合器２１０の出力信号をａ（ｋ）、本発明に従って修正された重みベクトルをＶ_ｌ（ｋ）とした時、上記ａ（ｋ）は＜数式１０＞のように定義される。

＜数式１０＞において、上添字Ｈはエルミート転置（Hermitian transpose）行列を意味し、上記エルミート転置行列は、順方向チャネルで生じる位相回転を相殺させるためのものである。

図４は、本発明に従う移動端末の結合器に適用される重みベクトルのダイナミックレンジ制御方法を説明するためのフローチャートである。

図４のステップ４０１で、基地局から転送された無線信号を受信した移動端末のチャネル推定器２０２は、基地局と端末が互いに知っているパイロットシンボルを利用してアンテナ別に受信経路に割り当てられたチャネルを＜数式１＞を計算することにより推定する。また、自己相関行列計算機２０４は、上記パイロットシンボルから雑音変化と雑音共分散を＜数式２＞のように計算することにより推定する。

ステップ４０３で、重みベクトル計算機２０６は、上記チャネル推定値及び／または自己相関行列値を＜数式３＞乃至＜数式５＞に適用してチャネル環境に従って選択された結合方式に該当する重みベクトルを計算する。ステップ４０５で、制御器２０８は結合方式としてＰＷＣ方式が選択されたかを確認して、ＰＷＣ方式が選択されている場合、＜数式３＞から計算された重みベクトルをそのまま出力する。

そして、ステップ４０７で、結合器２１０はＰＮデスクランブリングされた信号に＜数式３＞により計算された重みベクトルを乗算すると共に、ステップ４１５で、各フィンガーから出力される信号に適切な遅延を加算して結合信号を出力する。

一方、ステップ４０５で、制御器２０８は結合方式としてＰＷＣ方式が選択されたか否かを確認して、ＰＷＣ方式でない他の結合方式が選択された場合、ステップ４０９に進行して＜数式６＞に従ってチャネル推定値及び選択された結合方式の重みベクトルを利用してスケール係数を計算する。

以後、ステップ４１１で、制御器２０８は＜数式４＞のＭＲＣ方式（または、＜数式５＞のＭＭＳＥＣ方式）に従って計算された重みベクトルに＜数式７＞に従って遅延されたスケール係数を乗算して、チャネルデコーダの入力範囲に合せて修正された重みベクトルを出力する。ステップ４１３で、上記修正された重みベクトルの入力を受けた結合器２１０は、ＰＮデスクランブリングされた信号に上記修正された重み付け値を乗算し、ステップ４１５で、各フィンガーから出力される信号に適切な遅延を加算して結合信号を出力する。

本発明に従ってＣＤＭＡ方式の高速パケットデータシステムの無線環境を簡略に示す図である。 本発明に従って高速パケットデータシステムにおける移動端末の結合器に適用される重みベクトルのダイナミックレンジ制御装置を示すブロック図である。 従来の高速パケットデータシステムの移動端末における結合方式別にチャネルデコーダに入力される結合信号の分布した範囲が互いに異なる状態を示す図である。 本発明に従って重みベクトルのダイナミックレンジを制御した場合、結合方式別にチャネルデコーダに入力される結合信号の範囲が同一な状態を示す図である。 本発明に従って移動端末の結合器に適用される重みベクトルのダイナミックレンジ制御方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０２，１０４ 基地局
１０６ 移動端末
１０８ 構造物
２０２ チャネル推定器
２０４ 自己相関行列計算
２０６ 重みベクトル計算機
２０８ 制御器
２１０ 結合器

Claims (16)

1. 高速パケットデータシステムの移動端末における多重経路別受信信号の結合信号を生成するための重みベクトルのダイナミックレンジ制御装置であって、
   基地局から転送されるパイロットシンボルを受信し、アンテナ別に経由して該当受信経路のチャネル推定値を計算するチャネル推定器と、
   前記受信されたパイロットシンボルから決まったチップ区間毎に自己相関行列値を計算する自己相関行列計算機と、
   多重経路別結合方式に従って、前記チャネル推定値及び／または自己相関行列値を利用して該当する重みベクトルを計算する重みベクトル計算機と、
   前記結合方式に従ってチャネルデコーダの入力範囲に合せて修正された重みベクトルを出力する制御器と、
   デスクランブリングされた受信信号に前記修正された重みベクトルを乗算して前記結合信号を出力する結合器と、
   を含むことを特徴とする重みベクトルのダイナミックレンジ制御装置。
2. 前記結合方式は、パイロット重み付け結合（Pilot Weighted Combining：ＰＷＣ）方式、最大比結合（Maximum ratio combining：ＭＲＣ）方式、そして最小平均２乗誤差結合（Minimum mean-square error combing：ＭＭＳＥＣ）方式のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の重みベクトルのダイナミックレンジ制御装置。
3. 前記制御器は、チャネル環境に従って前記結合方式を選択するようにさらに構成されたことを特徴とする請求項１に記載の重みベクトルのダイナミックレンジ制御装置。
4. 前記制御器は、前記結合方式の種類によって前記重みベクトルを修正するか否かを決定するようにさらに構成されたことを特徴とする請求項１に記載の重みベクトルのダイナミックレンジ制御装置。
5. 前記制御器は、前記重みベクトルのダイナミックレンジを制御するスケール係数を利用して前記重みベクトルを修正することを特徴とする請求項１に記載の重みベクトルのダイナミックレンジ制御装置。
6. 前記スケール係数をＺ（ｋ）とした時、前記スケール係数は下記の数式のように定義され、
   

   

   前記ｗ（ｋ）は前記結合方式による重みベクトル、前記ｈ（ｋ）はチャネル推定値を意味し、前記Ｌは多重経路の個数、ｈ_ｌ（ｋ）、ｗ_ｌ（ｋ）で上添字Ｈはエルミート転置（Hermitian transpose）行列を意味することを特徴とする請求項５に記載の重みベクトルのダイナミックレンジ制御装置。
7. 前記修正された重みベクトルＶ_ｌ（ｋ）は、前記スケール係数Ｚ（ｋ）を下記の数式のように遅延させて利用し、
   

   

   前記Ｐは前記スケール係数を遅延させるチップ間隔を表す正数であり、前記ｆは前記スケール係数の遅延関数であることを特徴とする請求項６に記載の重みベクトルのダイナミックレンジ制御装置。
8. 前記移動端末が２つのアンテナを具備した場合、
   最初のアンテナのｌ番目経路のＰＮデスクランブリングされた受信信号を
   

   

   とし、２番目アンテナのｌ番目経路のＰＮデスクランブリングされた受信信号を
   

   

   とする時、前記結合器に入力される前記ｌ番目デスクランブリングされた受信信号
   

   

   は下記の数式のように定義され、
   

   

   前記結合信号をａ（ｋ）、前記修正された重みベクトルをＶ_ｌ（ｋ）とした時、前記結合信号は、下記の数式のように定義されることを特徴とする請求項７に記載の重みベクトルのダイナミックレンジ制御装置。
   

   
9. 高速パケットデータシステムの移動端末における多重経路別受信信号の結合信号を生成するための重みベクトルのダイナミックレンジ制御方法であって、
   基地局から転送されるパイロットシンボルを受信してアンテナ別に該当受信経路のチャネル推定値を計算し、前記受信されたパイロットシンボルから決まったチップ区間毎に自己相関行列値を計算するステップと、
   多重経路別結合方式に従って、前記チャネル推定値及び／または自己相関行列値を利用して前記重みベクトルを計算するステップと、
   前記結合方式に従ってチャネルデコーダの入力範囲に合せて修正された重みベクトルを計算するステップと、
   デスクランブリングされた受信信号に前記修正された重みベクトルを乗算して前記結合信号を出力するステップと、
   を含むことを特徴とする重みベクトルのダイナミックレンジ制御方法。
10. 前記結合方式は、パイロット重み付け結合（Pilot Weighted Combining：ＰＷＣ）方式、最大比結合（Maximum ratio combining：ＭＲＣ）方式、そして最小平均２乗誤差結合（Minimum mean-square error combing：ＭＭＳＥＣ）方式のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項９に記載の重みベクトルのダイナミックレンジ制御方法。
11. 前記重みベクトルを計算するステップは、チャネル環境に従って前記結合方式を選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の重みベクトルのダイナミックレンジ制御方法。
12. 前記修正された重みベクトルを計算するステップは、前記結合方式の種類によって前記重みベクトルを修正するか否かを決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の重みベクトルのダイナミックレンジ制御方法。
13. 前記修正された重みベクトルを計算するステップは、スケール係数を利用して前記重みベクトルのダイナミックレンジを修正するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の重みベクトルのダイナミックレンジ制御方法。
14. 前記スケール係数をＺ（ｋ）とした時、前記スケール係数は下記の数式のように定義され、
    

    

    前記ｗ（ｋ）は前記結合方式による重みベクトル、前記ｈ（ｋ）はチャネル推定値を意味し、前記Ｌは多重経路の個数、ｈ_ｌ（ｋ）、ｗ_ｌ（ｋ）で上添字Ｈはエルミート転置（Hermitian transpose）行列を意味することを特徴とする請求項１３に記載の重みベクトルのダイナミックレンジ制御方法。
15. 前記修正された重みベクトルＶ_ｌ（ｋ）は、前記スケール係数を下記の数式のように遅延させて利用し、
    

    

    前記Ｐは、前記スケール係数を遅延させるチップ間隔を表す正数であり、前記ｆは前記スケール係数の遅延関数であることを特徴とする請求項１４に記載の重みベクトルのダイナミックレンジ制御方法。
16. 前記移動端末が２つのアンテナを具備した場合、
    最初のアンテナのｌ番目経路のＰＮデスクランブリングされた受信信号を
    

    

    とし、２番目アンテナのｌ番目経路のＰＮデスクランブリングされた受信信号を
    

    

    とする時、前記ｌ番目デスクランブリングされた受信信号
    

    

    は下記の数式のように定義され、
    

    

    前記結合信号をａ（ｋ）とし、前記修正された重みベクトルをＶ_ｌ（ｋ）とした時、前記結合信号は、下記の数式のように定義されることを特徴とする請求項１５に記載の重みベクトルのダイナミックレンジ制御方法。
    

    

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