JP3006679B2 - セルラー移動電話システム - Google Patents

セルラー移動電話システム

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セルラー移動電話
システムに関する。特に、本発明は、コード分割多重ア
クセス(CDMA)セルラー移動電話システムのための
電力制御方法に関する。更に、本発明は、同期検波デー
タ通信システムに使用できる方法に関する。
【0002】
【従来の技術】CDMAは、デジタルセルラー無線通信
システムにおける容量を改良するために使用されている
拡散スペクトラム通信に基づく変調および多重アクセス
技術のことである。直接的なシ−クエンスを使用するコ
ード分割多重アクセス(便宜上、ここではCDMAとす
る)は、多数のシステムユーザー間における通信を容易
にするいくつかの技術のうちの一つである。全てのユー
ザーがそれぞれの情報シークエンスを符号化および解読
するために、同じコードを使用しているCDMAシステ
ムでは、共通のスペクトラム内の送信信号は、それぞれ
の送信信号に異なった疑似ランダムパターン(コードと
も呼ばれる)を重ね合わせることによって互いに区別さ
れている。このように、対応する送信機によって使用さ
れている疑似ランダムパターン、即ち、キーを知ること
によって、特定の受信機は意図されている送信情報を再
生できる。
【0003】セルラー移動チャンネルは、基本的に2つ
の異なる現象、平均通路損失とフェーディングによって
特徴づけることができる。平均通路損失は、その平均が
通路距離の4乗の逆数に比例する対数正規分布によって
統計的に説明される。2番目の現象は、レイリーフェー
ジング特性を含んでいる。レイリーフェージングプロセ
スは物理的環境によってもたらされ、その結果、異なっ
た送信遅延を伴った多くの方向から同時に到着する信号
の複製を生じさせる。これによって、破壊的に加え合わ
されると、通路間に重大な位相差異が生じ、その結果、
深いフェージングが起こる。フェージングはチャンネル
を遮断し、その結果、不完全な通信となる。レイリーフ
ェージングは、前方向(即ち、正方向)(セル装置ー移
動装置)リンクおよび逆方向(移動装置ーセル装置)リ
ンクに対して、互いに独立に発生するが、対数正規陰影
効果に対しては、通常互いに相反性を示す。
【0004】急速なフェーディングはデジタル移動通信
における中心的な問題である。可干渉的検出(即ち同期
検波)手法は、電力効率についていえば、遅延検波手法
に比較して優れている。しかしながら、同期検波に必要
な搬送波再生は、チャンネルのフェージングによる時間
変化によって影響を受けることになる。デジタル通信シ
ステムにおける同期検波によって得られる電力効率は、
受信機に搬送波同期ユニットを備えている場合にのみ向
上させることができる。強い位相推定アルゴリズムがな
いことを考慮して、遅延検波あるいはその他の非可干渉
的技術がフェージングを受けたチャンネルに対して歴史
的に使用されている。
【0005】もし、同期復調に近いものが実現すれば、
性能を大きく改善できる。同期検波受信を使用できれば
多相シフトキーイング(M−PSK)あるいは多相直交
振幅変調(M−QAM)のような線形変調手法を使用で
きれば、基本的に好ましい通信手法が得られる
【0006】チャンネル間干渉を考慮した時、同期検波
は非同期検波よりも電力でも有利である。レイリーフェ
ージングによってチャンネルに悪影響が出て、その結果
チャンネル位相が急激に変化した場合、受信信号から搬
送波信号を効果的に抽出する搬送波同期ユニットが、継
続した有効な検波には必要である。搬送波同期を効果的
に行うことが、共通のパイロットチャンネルが与えられ
ていない逆方向リンクを有するCDMAシステムでは特
に重要である。
【0007】CDMAシステムに対する重要な要求の一
つとして電力制御がある。これは各ユーザーの電力を制
御することによってのみ、資源を等しくユーザー間で共
有し、容量を最大にできるからである。与えられたシス
テム帯域幅内における同時的に存在す呼の数でCDM
Aシステムの容量を最大にするために、送信信号が要求
された最小の信号対干渉(signal−to−int
erference)比で受信側において受信されるよ
うに、移動ユニットの送信電力が制御される。基地局に
対して地理的により近いユーザーに、遠い所のユーザー
よりも“過剰に電力を供給”する問題、即ち、“遠近問
題”を緩和するために、電力制御はいかなるCDMAシ
ステムにおいても必要不可欠である。さらに、フェージ
ングを受けたチャンネルでは、電力が変化するという性
質があるため、可能であれば補正されなければならな
い。受信電力を等化するために、開ループ及び閉ループ
の組み合わせが使用される。開ループの目的は受信電力
における変化に従って送信電力を調整することである。
逆方向リンクの開ループでは、移動局はセル送信局から
の受信電力レベルを測定し、間接的な調整方法で送信電
力を調整する。この場合、全ての移動局の送信信号が同
じ規定電力レベルでセル送信局に到着するように制御し
ている。開ループ制御は非常に遅いシャドウタイプのフ
ェージングに対応できる。
【0008】逆方向リンクの閉ループ電力制御では、基
地局が関連する受信電力レベルを測定するか、あるいは
各関連する移動局のEbIo(ビット当りの信号エネル
ギー(Eb)対干渉電力スペルラム密度(Io)比)を
より正確に測定しておき、それを調整可能な閾値比較
している。移動局に対して、パワーアップコマンドある
いはパワーダウンコマンドが送信されるように決定が行
われる。電力調整コマンドを受信すると、移動局はその
送信電力を所定の量だけ増加したり減少させたりする。
電力調整コマンド送信レイトは、低速のレイリーフェー
ジングに追随できる程度、即ち、1秒間に約1000コ
マンド程度に十分高くなくてはならない。電力調整コマ
ンドは、移動局を指定した方向のチャンネルを利用し
て、移動局に送信される。移動局は、受信された調整コ
マンドを開ループの評価値とを組み合わることにより、
送信電力の最終値を得る。
【0009】閉ループの目的は、最適な送信電力を維持
するために、開ループの評価値に迅速に修正することで
ある。この閉ループ修正によって、および逆方向リン
ク間の利得公差および不均等な伝達損失が適応に制御
される。通路損失およびシャドウイング効果の変化量
は、一般的に制御できる程度に十分低速である。インタ
ーリービングと誤り訂正符号化とを組み合わせた手法
は、高速レイリーフェージングに対しては有効である
が、低速レイリーフェージングによる受信電力の変動の
影響を減少させる際には効果的でないことが知られてい
る。一方、電力制御は 、低速フェージングに対してフェ
ージングによる受信電力の変動を補償できる。このよう
に、電力制御とインターリビング/符号化は、互いに補
完的なパラメータ領域において最も効果的であり、両者
を組み合わせることにより低速、および高速のいずれの
レイリーフェージングに対しても強度を有する。閉ルー
プ電力制御は、低速レイリーフェージングを減少させる
のに非常に重要な要素である。電力制御のその他の利点
は、各ユーザーは要求される量のエネルギーのみを送信
すればよいことであり、移動局における送信機のバッテ
リー寿命を長くできることである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】CDMAシステムにお
けるBER(ビットエラーレート)/FER(フレーム
エラーレート)の性能は、受信電力の変化による影響を
低減する際における閉ループ電力制御効果に直接関係し
ている。さらに、電力を制御することによって、不要な
システム干渉を最小限に留めることができ、全体システ
ムにおける容量を増加させることができる。閉ループ電
力制御のためにEbIoを正確に測定することは、CD
MAセルラーシステムの性能を向上させるために不可欠
であり、これによって、受信機においては有害なフェー
ジングをなくすことができ、要求される強度を与えるこ
とができる。信号対干渉が低い場合におけるEbIo測
定結果は、かなりの低下をもたらすと共に電力制御にお
ける誤りを招く。正確な電力制御を行うためには、正確
でかつ信頼性の高いEbIo測定が要求される。
【0011】逆方向リンクに対する同期検波データ通信
システムにおいて、公知のパイロットシンボルは、通常
データシンボル内に挿入されて、データシンボルと共に
周期的に送信される。受信機は、パイロットシンボルに
よって得られたチャンネル測定値を補間して、同期検波
のための基準位相及び振幅を与える。チャンネルの伝達
関数がパイロットシンボルを使用して推定され、推定さ
れた伝達関数に基づいて、データシンボルが検出され
る。しかしながら、線形補間、低速パスフィルター補
間、ガウシアン補間等の通常のシンボル補間は、冗長性
を有し、パイロットシンボルレートを増加させることな
く、フェージングの累積歪みを正確に推定できない。同
じパイロットシンボルがEbIo測定に使用される。パ
イロットシンボルの送信によって生じる損失を最小限に
止めるために、送信パイロット対送データシンボルの
比は、通常低く、EbIo測定のためのパイロットシン
ボルだけを使用することは、正確なEbIo測定に対す
る要求を必ずしも満たすことができるわけではない。
【0012】1スロットあたりのパイロットシンボルの
数が少ない時、閉ループ電力制御の際、パイロットシン
ボルのみを使用して信号電力(S)および干渉電力
(I)を正確に推定することは不可能である。電力測定
の際、通常の補間によって決定されたデータ及び搬送波
推定値を使用することは、パイロットシンボルのみを使
用した場合と比較して、かなりの改善が得られる。この
方法によれば、再変調された信号(補間された基準信
号)が決定されたデータおよび推定された搬送波を使用
して算出される。信号電力は、再変調信号を使用するこ
とによって計算される。干渉電力は、受信信号と再変調
信号との差を使用することによって計算される。しかし
ながら、通常のパイロット補間を使用した搬送波推定
は、信号電力対干渉電力の比(S/I)が低い場合に、
低下する。さらに搬送波信号がより正確に推定されるの
であれば、EbIo測定は改善される。
【0013】さらに、1スロット(フレーム)に対する
パイロットシンボルの数が少なく、S/I割合が低い
時、特に1通話路に対するS/I割合が低い時、多種多
様な要求に対しては、通常のパイロット補間における搬
送波推定誤りが大きくなり、搬送波推定における低下は
受信機のBER性能を低下させる。
【0014】それゆえ、本発明の目的は、セルラー移動
システムにおいて閉ループの送信機を電力制御するため
の新規、且つ、改善された方法を提供することである。
提案された方法は、同期検波手法を用いたシステムにお
いて逆方向リンクの閉ループ送信機を電力制御するのに
使用することが可能である。また、本発明の目的は搬送
波同期のための新規、且つ、改善された方法を提供する
ことである。
【0015】電力制御はCDMAシステムにって非常
に重要である。容量、高品質、その他の効果を得るため
に、CDMAシステムは精密な電力制御を使用する。電
力制御は、システム容量全体に影響する不必要なシステ
ム干渉を軽減する。
【0016】EbIo測定の信頼性および精度は閉ルー
プ電力制御にとって必要不可欠である。本発明はEbI
o測定のための新規、且つ、改善された方法を提案して
いる。提案されている方法では、正確な電力制御が得ら
れ、その結果、受信機におけるBER/FERの性能が
改善され、受信電力の偏差、即ち、電力制御誤りを減少
させることができる。これらの改善によって、システム
容量が増加する。
【0017】同期検波で要求される搬送波再生(搬送波
同期)はフェージングを受けたチャンネルにおける時間
変化特性によって影響を受ける。本発明の目的は、パイ
ロットシンボル補間手法における搬送波追従の性能を改
善し、要求されているパイロットシンボル数を減少させ
ることである。
【0018】
【課題を解決するための手段】EbIo測定および搬送
波推定は、データシンボル決定まで影響する。本発明で
は、データシンボルおよびパイロットシンボルはフレー
ムあるいはスロットに分割される。1スロット中のEb
Io測定値に基づいて、パワーアップあるいはパワーダ
ウンコマンドが移動局に送信される。搬送波信号は、補
間されたパイロットシンボルを使用して各受信通信路に
対して推定される。推定された搬送波は、レーキ構造の
受信機において、同期ダイバーシティの結合及び予備検
出に使用される。予備検出は次の予測のために行われる
ものであり、予備検出の結果は実際の検出結果とは一致
しない。予備検出によって決定されたデータシンボル
は、第2段階の測定/推定に対する条件を与えるため
に、受信信号の変調を除去するために使用される。第2
段階では搬送波および電力推定が行われる。1つのスロ
ットからのシンボル(サンプル)はグループに分けら
れ、1グループの期間中の信号が準静的なものと判断さ
れる。各グループのサンプルの累算および平均が、搬送
波およびS/Iを推定するために行われる。すべてのグ
ループからの累算値および平均値が搬送波推定値を得る
ために補間される。この推定された搬送波は、受信信号
(変調が除去された後の信号)の推定された値でもあ
る。このようにして推定された信号を使用して、信号電
力が計算される。干渉信号は受信信号と推定信号の差と
して推定される。第2段階における推定の結果は、実際
の検出の際、搬送波再生及びEbIo測定双方に使用さ
れる。
【0019】受信機が適切なシンボルエラー領域で動作
している時、EbIo推定値の精度および信頼性は決定
されたデータシンボルを使用することによって向上す
る。測定のために、データシンボルを含めることによっ
てサンプルの数が増加すると、EbIo測定エラーを軽
減させることができる。EbIo測定エラーは、さらに
第2段階の推定を行うことによってかなり減少する。デ
ータシンボルはEbIoおよび搬送波信号推定の両方の
対する推定において役立つ。搬送波推定およびEbIo
測定を共通処理することによって、計算量及び複雑化を
減少させることができる。
【0020】上記したように、推定において決定された
データシンボルを含ませ、提案されている第2段階推定
を行うことによって、結果的に、閉ループ電力制御性能
および搬送波追従能力を改善できる。ここで、第2段階
の推定では、シンボルがグループに分割され、各グルー
プ毎に累算および平均が搬送波信号を推定し、EbIo
を測定するために、行われている。受信信号電力の偏差
は、単一段階推定に基づく方法と比べて小さくなる。ま
た、低いS/Iおよび高次の多様性に対するEbIoの
過大推定は、この方法ではより小さくなるので、EbI
oは、この方法を使用した場合、より低い値に制御され
得る。更に、サンプルをグループに分割することによっ
て1グループ内の推定失敗はそのグループにのみ影響
し、全体のスロットに対する推定には影響しない。BE
R性能および受信機全体の性能は向上する。この方法を
使用すると、パイロットシンボルの数を削減できるか、
あるいは、パイロットシンボル間の間隔を広げることが
でき、このことは、システムの効率が向上することを意
味している。
【0021】
【作用】CDMAセルラー移動システムにおいて、各送
信信号が、許容データ再生性能を与える信号対干渉比の
最小値で受信できるように送信電力が制御され、容量を
最大にすることができる。もし、受信電力が余りに高い
場合、その移動局は許容範囲内で動作できる、チャンネ
ルを共有するその他の全ての移動局に対する干渉が増加
し、結果的に他のユーザーにとっては許容できない動作
となる。さらに、フェージングを受けたチャンネルは、
符号化/インターリービングがさほど有効でない場合、
特に、低速のレイリーフェージングについては、補償な
されなければならない電力変化を生じている。
【0022】本発明では、有害なフェージングを克服
し、システム容量全体に影響する不必要なシステム干渉
を減少させるために、地上のチャンネルの閉ループ送信
電力を制御する方法を提供することである。また、本発
明の目的は、推定の信頼性を向上させ、必要なパイロッ
トシンボルの数を削減するためにフェージングチャンネ
ルに累積する歪の推定の際、冗長性を低減できる同期検
波用の搬送波同期方法を明らかにしている。
【0023】
【発明の実施の形態】図1は、本発明による送信のため
に使用されるフレームフォーマットを示している。送信
機は、同期的に公知のシンボル、即ち、パイロットシン
ボルを挿入する。受信機はパイロットシンボルを使用し
て、当該パイロットシンボルに対応したサンプルを抽出
し、補間する。これによって、フェージングチャンネル
の伝達関数の推定値を得る。このことは、搬送波を推定
することと等価である。同じパイロットシンボルがEb
Io測定のための閉ループ電力制御処理において使用さ
れている。送信機は、まず、Mパイロットシンボル、続
いて、Nデータシンボル、次に新しいMパイロットシン
ボルように、送信を行う。N/M比は15より大きい
ことが望ましく、結果として、シンボル挿入による損失
は無視できる。フレーム(スロット)毎のパイロットシ
ンボルの数Mは、通常1から5である。数Mが1より大
きい時、一つのスロットからのパイロットシンボルに対
応するサンプルは累算され平均化される。サンプルを平
均化することによって、付随的なノイズの影響あるいは
干渉による影響を大きく低減することができる。補間の
ためにこれらの平均サンプルを使用することで、パイロ
ットシンボルを補間するシステムの性能が向上する。
【0024】本発明では、EbIoは1スロットの間隔
の間で測定されるものとし、且つ、電力制御コマンド
は、1スロット期間内に1つ送信電力を調整するため
に、移動ユニットに送信されるものと仮定されている。
ある場合には、搬送波の推定を向上させるために、スロ
ットの中間部分に付加的なパイロットシンボルを挿入す
るほうがよい。本発明はこのような場合にも適用でき
る。
【0025】閉ループ電力制御および搬送波推定のため
の本発明の方法を詳細に説明する前に、図2を参照し
て、チャンネル推定ユニットの位置および目的について
簡単に説明する。図2は、特に本発明に基づいて、電力
制御および搬送波推定を行うセル装置(基地局)におけ
る受信機/送信機のブロック図である。図2に示された
受信機/送信機は、特定の移動局との通信に使用され
る。図2に示されたCDMA受信機はダイバーシティ結
合、同期検波、インターリービング解除、およびソフト
デシジョンViterbi復号を行い、ここでは、主に
ベースバンドにおける処理を示している。RFおよびI
F周波数における処理、アップ/ダウン変換、タイミン
グ再生及びその他の処理は示されていない。図2では、
2つの分離したアンテナ及び2つの独立した受信システ
ムを使用して、ダイバーシティ受信が行われる。1およ
び2は受信フィルタである。それぞれの受信システム
は、異なる伝達遅延で到来する信号を個別に受信して結
合するレーキ受信機を使用しており、ここでは、レーキ
10及び20とを有している。各通信路の受信機(レー
キフィンガー11−12および21−22)は拡散除去
処理を行う。各通信路に対して、チャンネル推定ユニッ
ト40は、受信信号から位相及び振幅を抽出する。第1
段階において、チャンネル推定ユニットは、パイロット
シンボルによって与えられたチャンネル測定値を補間
し、予備検出のための基準搬送波を得る。第1段階で得
られた基準搬送波を用いて受信信号をハードデシジョン
することにより 予備検出データが得られる。この予備検
出データは第2段階搬送波推定および信号/干渉電力測
定によって決定される。ダイバーシティ結合器30は、
信号対干渉比を最大にするような方向に通信路信号を同
期的に結合する。ダイバーシティ結合器30の出力は、
インターリービング解除器50に対する入力として与え
られる。ソフトデシジョンViterbi復号60、
最大情報列を決定するために使用される。
【0026】チャンネル推定ユニット40は、また、特
定の移動局に対するEbIoをも測定する。測定された
EbIoレベルに応答して、回路40は、送信変調器7
0への入力として与えられる電力調整コマンドを発生す
る。前述のように、電力調整コマンド中のビットは、関
連する移動局において送信電力を調整するために当該移
動局において使用される。電力調整コマンドは、移動
に対して、約1.0dBの所定量(ステップサイズ)だ
け、名目上電力を増加あるいは減少させるように、指示
する。受信されたEbIo測定値がセル装置プロセッサ
(図示されていない)によって与えられたプリセットレ
ベルよりも小さい時、電力コマンドビットが生成され、
移動局送信電力の増加が必要であることを示す。同様
に、もし、受信された測定がプリセットレベルよりも大
きい場合、電力調整コマンドは移動局送信電力を減少さ
せるように指示する。送信変調器70は、特定の移動局
へ送信するためのユーザー宛ての情報信号を拡散スペク
トラム変調する。送信変調器70は、また、チャンネル
推定ユニット40から電力調整コマンドビットを受信
し、移動局へ送信するために、これらのビットを拡散ス
ペクトラム変調する。
【0027】Mサンプルの1パイロットシンボル期間中
に受信されたパイロットシンボルを使用して、信号電力
および干渉電力を測定し、累算および平均化する。同じ
パイロットシンボルが累算および平均化されるのは、搬
送波推定のためである。フェージングによる乗算性歪み
がM個のシンボルのパイロット期間に亙って一定であれ
ば、まず、受信サンプルをパイロットによる位相変調を
戻す方向に位相回転させることによって変調が除去され
る。受信サンプルの回転のために使用されるパイロット
シンボルの位相は予め決められている。全てのパイロッ
トシンボルに対 応した受信サンプルを位相回転すること
によって位相そろえた後、パイロットシンボルのベクト
ル(あるいは同相成分と直交成分を表す複素数値)は累
算および平均化される。このようにして求められた平均
値は推定された搬送波である。また、平均値の電力(同
相成分、直交成分の2乗和)は、信号電力の推定値であ
る。干渉電力は、位相回転された受信信号と算出された
平均値の差の電力を測定することによって得られる
【0028】パイロットサンプルの累算および平均化に
よるEbIo測定および搬送波推定について、以下では
更に説明する。線形に変調されたベースバンド受信信号
{r1,r2,...,rM}は複素数の形で以下のよ
うに表される。
【0029】 r1=c1a1+n1 r2=c2a1+n2 rM=cMaM+nM ここで {c1,c2,...,cM}は搬送波信号、 {n1,n2,...,nM}は干渉信号(ノイズを含
む) {a1,a2,...,aM}パイロットシンボル であり、Mはパイロットシンボルの数である。全ての信
号は同相および直交位相(I/Q)成分を有する複素数
で現されている。
【0030】パイロットシンボルの変調を戻すためにパ
イロットシンボルの複素共役数を掛けると、 r1 R=c1+n1a1 r2 R=c2+n2a2 rM R=cM+nMaM が得られる。ここで*は複素共役をあらわしており、a
1a1=a2a2=...=aMaM
1、すなわち、マルチ位相シフトキーイング(M−PS
K)変調であると仮定している。平均化することによっ
て平均値(mean)を算出すると、 Mean=C1=(1/M)(r1 R+r2 R+...+rM R )= =(1/M)(c1+c2+...+cM)+(1/M )(n1a1+n2a2+...+nMaM) となる。推定された信号電力Sは、次式で与えられる。
【0031】S=Mean・Mean そして、推定された干渉電力Iは次の式であらわされ
る。
【0032】I=(1/M){(r1 R−Mean)
(r1 R−Mean)+...+(rM R−Me
an)(rM R−Mean)} 算出された平均値(mean)はまた、上記C1で示さ
れているように搬送波信号の推定値である。もし、C1
が、現在のスロットのM個のパイロットシンボルを使用
して推定された搬送波であり、Coが前のスロットのM
個のパイロットシンボルを使用して推定された搬送波で
あれば、搬送波信号は通常の線形補間によって次のよう
に補間されることが可能である。
【0033】 pm=[1−(m/K)]Co+(m/K)C1 ここで、m=0,1,2,...,k−1、またK=N
+M、すなわち、Kは各スロットの全シンボル数。
【0034】上式は線形補間(第1次補間)を示してい
るが、高次補間が適用されてもよい。このように、既知
のパイロットシンボルを使用することにより、上記した
方法で位相変調信号の基準位相(搬送波の位相)を検出
できるので、絶対位相の同期検波が可能である。
【0035】パイロットシンボルの数が多いとき、Eb
Ioの測定エラーは小さくなり、搬送波推定エラーはパ
イロットシンボルの数Mの増加に伴って減少する。しか
しながら、パイロットシンボルの数はこれらを送信する
ことによる損失を最小にするために限定されている。推
定エラーを減少させるために、電力測定のためにデータ
シンボルを含ませることによってサンプルの数を増加さ
せることが必要となる。
【0036】ダイバーシティ結合は、フェージングを軽
減するための好ましい手法である。ダイバーシティ結合
におけるEbIo測定に使用される方法には2通りあっ
て、ダイバーシティ結合信号のEbIoを測定する方
法、あるいは、各通信路毎に別々にEbとIoを測定
し、加算/平均化することによって、全EbIoを推定
する方法である。第1の方法は、ダイバーシティ結合信
号を使用した測定は、EbIoが低く、通信路の数が動
的に変化するような実際の状況に対しては幾つか利点が
ある。結合信号のEbIoとBERの関係は、通信路状
況にあまり依存していない。しかしながら、第2の方法
は、それぞれの通信路に対するEbおよびIoを別々に
測定して、全EbIoを推定するために通信路電力を付
加/平均化する方法は、より正確に電力を測定できる。
電力は第2の方法でより低いEbIo値に制御される。
搬送波推定エラーの影響は、第2の方法のEbIo測定
に対して、より小さなものとなる。さらに、搬送波推定
手段は、通路電力測定のために共有して、使用されるこ
とができ、このことは第2の方法を実現した場合におけ
る複雑化を軽減する。これらの全ての理由により、本発
明において説明されているEbIo測定のためには、第
2の方法が使用されるが、測定の第1の方法を使用して
もよい。通信路信号を使用した測定の第2の方法はさら
に、考察されるであろう。
【0037】ダイバーシティ結合は以下のように拡張で
きる。同様の表記を使用し、2つの通信路(a,b)の
み考えると、 第1通信路(a) {r1a,r2a,...,rKa}は受信変調信号、 {p1a,p2a,...,pKa}は補間パイロット
シンボルから抽出された搬送波信号 第2通信路(b) {r1b,r2b,...,rKb}は受信変調信号 {p1b,p2b,...,pKb}は補間パイロット
シンボルから抽出された搬送波信号 ここで、Kは前述のようにスロット毎の全シンボルであ
り、搬送波信号は上述のように通常の線形補間によって
抽出される。
【0038】ダイバーシティ結合および最大比の結合に
対する加重後の受信信号{r1c,r2c,...,r
Kc}は、次式であらわされる。
【0039】 r1c = r1a p1a + r1b p1b r2c = r2a p2a + r2b p2b rKc = rKa pKa + rKb pKb 高次のダイバーシティに一般化することができる。
【0040】ハードデシジョンデータ{d1,d
2,...,dN}が{r1c,r2c,...,rK
c}を使って得られる。このハード決定データは、第2
段階搬送波推定のために得られ、これは、実際の検出デ
ータとは異なっている。決定されたデータの信頼性はダ
イバーシティ結合された信号の使用によって高められ
る。これらのハードデシジョンデータシンボルを既知の
パイロットシンボルと結合するので、第2段階推定のた
めのデータ/パイロットベクトル{d1,d
2,...,dK}が、形成される。一つの特定通信路
のための第2段階推定が以下に説明される。
【0041】通信路信号{r1,r2,...,rK}
のサンプルが変調を除去するために適当に回転させられ
る。回転のために、データ/パイロットベクトル{d
1,d2,...,dK}が使用される。回転によっ
て、連続したサンプルが更なる累算および平均化のため
に同じ方向に配置される。回転後、以下の信号{r1
R,r2 R,...,rK R}が得られる。
【0042】 r1 R = r1 d1 r2 R = r2 d2 RK R = rK dK 回転されたサンプル{r1 R,r2 R,...,r
R}をL個のシンボルづつ3つのグループ(a,
b,c)に分けることにする (K=3L)。ベクトル
{r1 R,r2 R,...,rK R}は以下のよ
うに記述できる。
【0043】 {r1 R,r2 R,...,rK R} = {{ra1 R,ra2 R,...,raL R},
{rb1 R,rb2 R,...,rbL R},
{rc1 R,rc2 R,...,rcL R}} フェージング積算歪みがL個のシンボルの時間に亙って
一定であると仮定すると、平均値(mean)が、累算
および平均化を使用して、各グループ毎に算出される。
【0044】 Mean a = C a = (1/L)(ra1
R,+ra2 R+...+raL R ) Mean b = C b = (1/L)(rb1
R,+rb2 R+...+rbL R ) Mean c = C c = (1/L)(rc1
R,+rc2 R+...+rcL R ) 第2段階における搬送波信号の推定値{z1,z
2,...,zK}が、累算および平均化した値C
a、C b、C cを補間することによって生成され
る。ここでは、2つの連続して計算された平均値間にお
ける線形補間が適用される。補間は、全体のスロットに
おける全てのサンプルをカバーするために、スロットの
境界まで拡張される。回転された受信信号(変調が除去
されている)の推定値{s1 R,s1 R,...,
sK R}は推定された搬送波信号と等価であり、次式
が成り立つ。
【0045】{s1 R,s2 R,...,sK
R} = {z1,z2,...,zK} 干渉信号{i1,i2,...,iK}は,回転された
信号{r1 R,r2 R,...,rK R}と推定
信号{s1 R,s2 R,...,sK R}との間の
差として推定されるので、次式であらわすことができ
る。
【0046】{i1,i2,...,iK} = {r
R,r2 R,...,rK R} − {s1
R,s2 R,...,sK R} 信号電力Sは、{s1 R,s2 R,...,sK
R}の電力によって推定され、干渉信号電力Iは、{i
1,i2,...,iK}の電力によって推定される。
【0047】グループを3以外の数にすることによって
一般化できる。各グループの信号は上記記述では準静的
なものであると推定されている。グループの適当な数
は、自動周波数制御(AFC)の不完全性によって生じ
るフェージング周波数および周波数ドリフトに依存して
いる。各グループ内のシンボルの数は、与えられた条件
のもとで出来るだけ多くなければならない。全ての通信
路からの推定電力および推定干渉電力は閉ループ電力制
御用の全EbIoを算出するために結合される。
【0048】図3は、チャンネル推定ユニットの処理を
説明するための図であり、この図は、図2におけるチャ
ンネル推定ユニット40を詳しく説明したものである。
図2を参照すると、チャンネル推定ユニットは、入力と
して、レーキ受信機内の各通信路の複素数であらわされ
たベースバンド信号(信号r1からr4)を使用してい
る。4つの通路の場合が示されているが、いかなる数の
フィンガーあるいは通信路に対しても容易に一般化でき
る。搬送波推定ユニットは同一の通信路信号r1〜r4
をダイバーシティ結合器30に転送する。推定搬送波信
号z1〜z4が、同期最大レート結合および実際の検出
の結果をあらわす出力として与えられる。チャンネル推
定ユニットは、また、説明されているように閉ループ電
力制御のための出力として、電力アップ/ダウンコマン
ドビットを与える。
【0049】図3を参照して説明する。チャンネル推定
ユニットは、第1段階搬送波推定手段と、予備検出手段
と、第2段階推定手段と、EbIo測定手段と、閉ルー
プ電力制御コマンド生成手段を有する。各通信路に対す
る入力ベクトルは、受変調された複素ベースバンド受信
信号(図では、4フィンガーの場合における信号r1〜
r4)である。
【0050】第1段階推定器102−105は、予備検
出のための基準位相および振幅を得るためにパイロット
シンボルによって与えられているチャンネル測定値を補
間する。推定搬送波信号p1−p4は、ダイバーシティ
結合器で106への入力として出力される。ダイバーシ
ティ結合器I(106)は通信路信号を同期的に結合す
る。結合器106では、まず、フェージング積算歪みが
補正され、通信路信号には、信号対干渉電力レートを最
大にするために適当な加重が与えられる。結合された信
号はデータシンボル予備検出器107へ与えられる。デ
ータシンボル予備検出器107はハードデシジョンを行
い、予備検出されたデータシンボルを出力する。マルチ
プレクサ108は、予備検出されたデータシンボルと既
知のパイロットシンボルとを結合し、第2段階推定のた
めのパイロット/データシンボルベクトルp dを形成
する。パイロット/データシンボルp dは第2段階推
定において変調を除去するために使用される。タイミン
グ同期が想定され、局部パイロットシンボル発生器が送
信パイロットシンボル系列およびスロットフォーマット
送信と同期される。
【0051】第2段階推定は、第2段階推定器112−
115を使用して、各通信路毎に実行される。各通信路
推定器は、第2段階搬送波推定器および信号/干渉電力
推定器を有する。第2段階搬送波推定器(121−12
4)は実際の検出のための搬送波信号z1〜z4を与え
る。信号/干渉電力推定器(125−128)は信号お
よび干渉電力を測定する。推定器で測定された全ての信
号/干渉電力は、信号/干渉電力レート計算機109に
与えられる。計算機109は測定された電力を結合する
と共に、全信号電力対全干渉電力の比を計算する。全信
号電力対干渉電力比はブロック110によってEbIo
に変換される。推定されたEbIoは電力制御コマンド
発生器111に与えられる。電力制御コマンド発生器1
11は、当該推定されたEbIoを所望のEbIoに対
して予め設定されたしきい値(EbIo TH)と比較
する。EbIo THは制御プロセッサ(図示されてい
ない)によって設定されている。電力制御コマンド発生
器111はこの比較に基づいて、電力制御ビットを生成
し、移動局に指示を与え、当該移動局の送信電力を低く
あるいは高くする。電力制御ビットは送信変調器中でデ
ータビットと結合され、既に説明されているように、移
動局へ送信される。
【0052】図3に示された第2段階推定器112−1
15における処理の詳細が、図4を用いて説明される。
パイロットシンボルおよび予備検出データシンボルを使
用して、サンプル回転器201は、一つのスロットにお
けるK個の全サンプルを回転させる。回転は、受信サン
プルr = {r1,r2,...,rK}を点別に複
素乗算することによって実行される。この場合、複素共
役データ/パイロットシンボルは共役形式p d =
{d1,d2,...,dK}であらわされる。データ
シンボルは予備検出過程で決定される。回転サンプルr
R = {r1 R,r2 R,...,rK R}
は、ブロック202によってJ個のグループに分割さ
れ、各グループはK/Jサンプルを有していることにな
る。各グループにおけるサンプルの累算及び平均はブロ
ック203−205によって実行される。補間器206
は、全てのアキュムレータ203−205からの累算、
平均化された値を補間し、z = {z1,z
2,...,zK}で示される搬送波推定値を形成す
る。搬送波推定値zは、同期検波のための出力として与
えられる。これらの搬送波推定値はまた、変調除去後の
受信回転信号の推定値、すなわち、s Rでもある。受
信回転信号s Rの推定値を使用することによって、信
号電力推定器207は信号電力Sを算出する。減産器2
08は、回転信号r Rと推定回転信号s R間の差を
計算する。計算された差は干渉信号の推定値である。こ
のような推定干渉信号iに基づいて、干渉電力推定器2
09は干渉電力Iを算出する。
【0053】
【発明の効果】本発明では、EbIo測定のための新
規、且つ改良された方法が提案され、これによって、E
bIo測定の精度が改善されている。提案されている方
法によって正確な電力制御が達成され、その結果、受信
機BER/FERの性能が改善され、受信電力の偏差の
減少、すなわち、電力制御エラーが減少される。
【0054】提案されている方法は、データシンボルを
含ませることによって、EbIo測定のサンプルの数を
増加させることができる。電力測定のために、1スロッ
トの全てのサンプルを使用することで、EbIo測定の
精度を改善し、閉ループ電力制御の性能を改善する。
【0055】EbIo測定エラーは、2段階の推定を使
用することによって著しく低減できる。搬送波推定エラ
ーも、提案されている2段階推定によって低減できる。
提案されている方法は、EbIo測定のための第1段階
における搬送波推定値を使用する方法を比較して、改善
されている。また、低いS/Iあるいは高次のダイバー
シティに対するEbIoの過剰推定がこの方法によって
小さくできるので、送信電力をEbIoの場合より低い
値に制御できる。
【0056】さらに、サンプルをグループに分割するこ
とで、1グループ内の推定失敗の影響が、スロット全体
の推定に影響をあたえることがなく、特定のグループ内
にとどまる。
【0057】さらに、本発明において、搬送波推定とE
bIo測定の処理を結合することによって、計算量を減
らすことができると共に、複雑さも軽減できる。
【0058】予備検出におけるハードデシジョンはダイ
バーシティ結合信号に基づいている。決定されたデータ
の信頼性は、前処理のためのダイバーシティ結合信号の
使用によって高められている。変調は、フェージング積
算歪みに似た信号に影響を与えるが、第1段階で通常の
シンボル補間を使用して変調は除去されるので、停止
(ハングアップ)現象のない搬送波同期が達成される。
【0059】さらに、本発明の搬送波同期方法は、受信
信号をベースバンド信号に混合する自走する発振器を用
いて開ループ構造における搬送波同期にも使用できる。
従って、PLLの性能が深いフェージング中に低下する
のを防止できる。
【0060】さらに、本発明においては、第2段階搬送
波推定を使用して搬送波推定エラーを減少させる同期検
波用の新しい搬送波同期方法を提供している。提案され
ている第2段階搬送波推定は、推定における信頼性およ
び精度を向上させ、受信機のBER性能を改善してい
る。
【0061】通常のパイロット補間を使用している搬送
波推定では、特にスロットあたりのパイロットシンボル
の数が少ない時、信号電力対干渉比が低いと、低下が生
じるという欠点がある。本発明のシステムを使用するこ
とによって、要求されている数のパイロットシンボルを
減少させるか、あるいは、パイロットシンボル間の時間
間隔を通常のパイロットシンボル補間方法と比較して、
増加させることが可能である。
【0062】さらに、本発明において、第2段階中、各
グループのサンプルを平均化することによって、付加的
なノイズの影響あるいは推定に対する干渉の影響を著し
く低減できる。
【0063】また、本発明のシステムは推定チャンネル
機能の精度を向上させ、非常に速いレートで変化するフ
ェージングに追従できる。
【0064】提案されている第2段階推定は、処理にお
いてわずかな遅延をもたらすだけで、推定は1スロット
からのサンプルに基づいているので、提案されている方
法は、より低いデータレート(サブレート)の場合にお
ける不連続送信にも使用することが可能である。
【0065】本発明に提案されているシステムは、デジ
タル装置に非常に適しており、いかなるデジタルシステ
ムの実現に対する要求も満足する。
【図面の簡単な説明】
【図1】送信システムのフレームフォーマットを示して
いる。
【図2】本発明の閉ループ電力制御及び搬送波同期に関
連して、セル装置内のCDMA受信機/送信機を示すブ
ロック図である。
【図3】本発明が適用されているチャンネル推定ユニッ
トを示している典型的なブロック図である。
【図4】第2段階搬送波推定および図3のチャンネル推
定ユニットで使用されている信号/混信電力測定のため
の処理を詳しく示している。
【符号の説明】
1:受信フィルタ 2:受信フィルタ 10:レーキ 20:レーキ 11−12:受信機 21−22:受信機 30:ダイバーシティ結合器 40:チャンネル推定ユニット 50:インターリービング解除器 60:Viterbi(ビタビ)復号機 70:送信変調器 101:パイロットシンボル発生器 102−105:第1段階搬送波推定器 106:ダイバーシティ結合器I 107:データシンボル予備検出器 108:マルチプレクサ 109:信号対干渉比計算機 110:EbIo計算機 111:電力制御コマンド発生器 112−115:第2段階推定器 201:サンプル回転器 202:グループ分割器 203−205:アキュムレータ 206:補間器 207:信号電力推定器 208:減算器 209:干渉電力推定器 210:第2段階搬送波推定器 220:信号対干渉電力推定器

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 相互間に情報信号を通信できるセルラー
    移動電話システムにおいて、各セル側送信受信機に接続
    されたチャンネル推定ユニットをなし、該チャンネル推
    定ユニットは、 第1段階の搬送波推定を行ない、既知のパイロットシン
    ボルを用いて搬送波推定値を出力する手段と、第1段階の搬送波推定値に基いて、 データシンボルを
    定的に判定する手段と、 第2段階の推定を行なう手段と、当該暫定的に判定されたデータシンボルを使用して、
    bIo(ビット当りの信号エネルギー対干渉電力スペク
    トラム強度比)を算出する手段と、前記算出された EbIoの所定のEbIoレベルからの
    偏差に対応した電力調整コマンドを発生する手段とを備
    えていることを特徴とするセルラー移動電話システム。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記セルラー移動電
    話システムは、移動局からのセル装置側への逆方向リン
    クに同期検波手段を備えていることを特徴とするセルラ
    ー移動電話システム。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、前記移動局
    は前に電力調整コマンドを受け、当該電力調整コマンド
    に対応して、送信信号電力を調整する手段を有している
    ことを特徴とするセルラー移動電話システム。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかにおいて、前記
    情報信号はコード分割多重アクセス(CDMA)拡散ス
    ペクトラム通信信号を使用して送受されることを特徴と
    するセルラー移動電話システム。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載されたチャンネル推定ユ
    ニットにおいて、前記第1段階の搬送波推定手段によっ
    て得られた搬送波推定値は、受信信号位相及び振幅を補
    償し、ダイバーシティ結合及び受信を行って、第2段階
    の推定のためにデータシンボルを決定する前記データシ
    ンボル予備検出手段に入力され、前記第2段階の推定手
    段は、実際の検出に使用される第2段階の推定値を計算
    すると共に、信号対干渉電力推定値を計算し、 当該信号対干渉電力推定値は、前記EbIo計算手段に
    入力され、前記EbIo計算手段は、EbIoを計算す
    ると共に、閉ループ電力制御のための制御ビットを生成
    するために、前記電力調整コマンド発生手段に出力され
    ることを特徴とするチャンネル推定ユニット。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載されたチャンネル推定ユ
    ニットにおいて、前記第1段階の搬送波推定手段は、補
    間手法を用いて、パイロットシンボルによって与えられ
    るチャンネル測定値を補間して、前記データシンボル予
    備検出過程における同期検波用の位相及び振幅基準を得
    ることを特徴とするチャンネル推定ユニット。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載されたチャンネル推定ユ
    ニットにおいて、前記出データシンボルの予備検出する
    手段は、ダイバーシティ結合を行う手段と、ハードデー
    タを決定する手段と、決定されたデータシンボルと既知
    のパイロットシンボルを多重化する手段とを備え、前記
    決定されたデータシンボルは第2の推定段階のために与
    えられると共に、受信機では時間同期が行われることを
    特徴とするチャンネル推定ユニット。
  8. 【請求項8】 請求項7において、前記ダイバーシティ
    結合手段は、前記第1段階の推定手段に動作的に結合さ
    れると共に、前記第1段階の推定手段によって与えられ
    た推定搬送波信号を使用して、各受信通信路に対する位
    相及び振幅歪みを補償するように動作する手段を備える
    と共に、信号対干渉比を最大にするように、通信路信号
    を同期ダイバーシティ結合する手段を備えていることを
    特徴とするチャンネル推定ユニット。
  9. 【請求項9】 請求項7において、ハードデータ決定の
    ための前記手段は、前記ダイバーシティ結合器に動作的
    に結合され、同期検波を使ってデータシンボルを予備的
    に検出する手段を備えていることを特徴とするチャンネ
    ル推定ユニット。
  10. 【請求項10】 請求項7において、時間的に多重化す
    る前記手段は、前記第2の推定段階のために、前記ハー
    ドデータ決定手段によって与えられた検出データシンボ
    ルを既知パイロットシンボルと結合することを特徴とす
    るチャンネル推定ユニット。
  11. 【請求項11】 請求項1において、前記第2段階の推
    定手段は、第2段階の搬送波推定を行う手段と、信号電
    力及び干渉電力を推定するための手段とを備え、前記第
    2段階の搬送波推定手段からの計算の中間結果は、信号
    電力及び干渉電力を推定するための前記手段に与えら
    れ、これによって、計算量及び複雑性を減少させること
    ができることを特徴とするチャンネル推定ユニット。
  12. 【請求項12】 請求項11において、前記第2段階の
    推定手段は、信号サンプルを回転させる手段と、サンプ
    ルをグループに区分する手段と、サンプルをグループ毎
    に、累算及び平均化する手段と、第2の補間を行う手段
    とを備えていることを特徴とするチャンネル推定ユニッ
    ト。
  13. 【請求項13】 請求項12において、前記信号サンプ
    ルを回転させる前記手段は、変調を除去するために、前
    記信号サンプルを共役値またはパイロットシンボルと乗
    算して、サンプル累算の条件を与えることを特徴とする
    チャンネル推定ユニット。
  14. 【請求項14】 請求項12において、サンプルをグル
    ープに区分する前記手段は、サンプルを回転させる前記
    手段から与えられる回転された信号サンプルを分割し、
    これによって、各グループの前記信号が各グループの期
    間中、疑似的に静的なものとして近似できることを特徴
    とするチャンネル推定ユニット。
  15. 【請求項15】 請求項12において、累算及び平均化
    するための前記手段は、サンプルの累算及び平均化を使
    用して、各グループの搬送波推定値を計算し、付加的な
    ノイズ及び干渉の影響を軽減し、推定性能を向上させる
    ことを特徴とするチャンネル推定ユニット。
  16. 【請求項16】 請求項12において、第2の補間のた
    めの手段は、累算及び平均化する前記手段によって与え
    られる搬送波推定値を補間し、これによって、フェージ
    ング歪み補償、ダイバーシティ結合、最大比結合のため
    の加重、及び、実際の同期検波のための搬送波信号の推
    定値を得ることを特徴とするチャンネル推定ユニット。
  17. 【請求項17】 請求項11において、信号電力及び干
    渉電力を推定する前記手段は、信号電力を推定するため
    の手段と、干渉信号を推定するための手段と、干渉電力
    を推定するための手段とを有していることを特徴とする
    チャンネル推定ユニット。
  18. 【請求項18】 請求項17において、信号電力推定の
    ための前記手段は、第2段階の搬送波推定のための前記
    手段によって与えられる前記搬送波信号の推定値に基づ
    いて、信号電力を計算することを特徴とするチャンネル
    推定ユニット。
  19. 【請求項19】 請求項17において、干渉信号推定の
    ための前記手段は、干渉信号の推定値を、前記回転され
    た信号サンプルと第2段階の搬送波推定手段によって計
    算された前記搬送波推定値との差として計算することを
    特徴とするチャンネル推定ユニット。
  20. 【請求項20】 請求項17において、干渉電力推定の
    ための前記手段は、前記推定された干渉信号の電力を計
    算することを特徴とするチャンネル推定ユニット。
  21. 【請求項21】 請求項1において、EbIoを計算す
    る前記手段は、全通信路からの信号電力推定値と干渉電
    力推定値を使って、全EbIoを計算することを特徴と
    するチャンネル推定ユニット。
  22. 【請求項22】 請求項1において、電力調整コマンド
    を生成する前記手段は、EbIoを計算する前記手段に
    動作的に結合され、前記電力調整コマンドを発生するコ
    マンド発生器によって構成されていることを特徴とする
    チャンネル推定ユニット。
  23. 【請求項23】 請求項22において、前記コマンド発
    生器は推定されたEbIoを所望のEbIoと比較し、
    この比較の結果に基づいて、移動局の送信電力を調整す
    るための電力制御ビットを発生することを特徴とするチ
    ャンネル推定ユニット。
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