JP3578938B2 - 反復チャンネル推定 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動無線通信におけるチャンネルおよびデータ推定方法および装置に関し、特に、ブロック毎を基本としてデータおよびチャンネル推定手順を反復することによりチャンネル歪みを補正するイコライザに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
デジタル移動無線通信において、送信チャンネルは、周波数選択性フェーディングに起因するひどい歪みを受けている。さらに、チャンネル特性は、通常、固定局と移動局の相対移動により時間と共に変化している。したがって、信頼できる送信を可能にするために、受信機は、チャンネル歪みをブロック毎を基本として推定し、補正することができなければならない。種々のチャンネル推定およびチャンネルイコライゼーション方法が、文献で提案されており、欧州無線デジタルセルラー規格“ＧＳＭ”を使用した移動セルラー通信システム等の実際のシステムに一般的に使用されている。たいていの場合、受信機は、チャンネルインパルス応答（ＣＩＲ）の情報に基づいて、Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ（ＭＬ）またはＭａｘｉｍｕｍ Ａ Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ（ＭＡＰ）確率データ推定を用いて受信信号のチャンネルイコライゼーションを行う。たいていの実際のシステムは、トレーニングシーケンスを使用して、イコライザの始動前にＣＩＲを推定できるようにしている。時間と共に早く変化するフェーディングチャンネルは、変化するチャンネル応答が、受信信号の持続期間の間受信機で追跡され、動的に調整されることを要する。ＣＩＲの追跡は、決定指示アルゴリズムで実行することができ、この場合、イコライザからの仮決定が、初期ＣＩＲ推定を更新するために使用される。チャンネル推定およびチャンネルイコライゼーションを実行する受信システムの例は、以下の記事に見出される。すなわち、“狭帯域ＴＤＭＡデジタル移動無線システム用適応型ビタビイコライザにおけるビット同期およびタイミング感度”，Ａ．Ｂａｉｅｒ，Ｇ．Ｈｅｉｎｒｉｃｈ ａｎｄＵ．Ｗｅｌｌｅｎｓ，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ Ｖｉｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｊｕｎｅ１９８８，ｐｐ３７７−３８４［引例１］、“ＴＤＭＡ移動無線用適応型ビタビイコライザにおける相関および反復チャンネル推定”，ＩＴＧ−Ｆａｃｈｂｅｒｉｃｈｔ Ｎｏ．１０７，ＶＤＥＶｅｒｌａｇ，Ａｐｒｉｌ １９８９，ＰＰ３６３−３６８［引例２］、“ＧＳＭ ＴＤＭＡ デジタル移動無線システム用ビタビイコライザのシミュレーションおよびハードウェア実行”，Ａ．Ｂａｉｅｒ，Ｇ．Ｈｅｉｎｒｉｃｈ，Ｐ．Ｓｈｏｅｆｆｅｌ ａｎｄ Ｗ．Ｓｔａｈｌ，Ｐｒｏｃ．３ｒｄ ＮｏｒｄｉｃＳｅｍｉｎａｒ ｏｎ Ｄｅｇｉｔａｌ Ｌａｎｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉｏ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９８８ ＰＰ１３．７．１．−１３．７．５，［引例３］。
【０００３】
チャンネル推定ストラテジーの有効性、したがって、全イコライゼーション性能は、初期ＣＩＲ推定の信頼性に大いに依存している。そこで、トレーニングシーケンスを用いてまたは用いずに機能し得る改善された推定ストラテジーの要求がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、通信システムにおいてあるチャンネルを介して送信される信号のチャンネルインパルス応答とデータとを推定する方法であって、前記チャンネルインパルス応答を推定するステップと、前記信号中のデータを推定するために、前記の推定したチャンネルインパルス応答を用いるステップと、出力を提供するステップと、前記出力を用いて、前記チャンネルインパルス応答推定ステップを少なくとも一度反復し、次いで、反復データ推定ステップで使用するために、改善されたチャンネルインパルス応答推定を提供するステップとからなり、前記チャンネルインパル応答推定ステップは、相関チャンネル測定（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｏｕｎｄｉｎｇ）を用いることを特徴とする方法が提供される。
【０００５】
本発明の第２の態様によれば、通信システムにおいてあるチャンネルを介して送信される信号のチャンネルインパルス応答とデータとを推定する装置であって、前記送信された信号を受信するための入力と、出力とを有し、初期チャンネルインパルス応答を提供するチャンネルインパルス応答推定部と、前記チャンネルインパルス応答推定を受信するための入力と、前記送信された信号を受信するための入力と、出力とを有し、前記送信された信号中のデータの初期推定を提供するデータ推定部とからなり、前記チャンネルインパルス応答推定部は、前記装置の出力からのフィードバック信号を受信するための第２の入力を有する装置において、前記チャンネル推定部は、相関チャンネル測定を使用することを特徴とする装置が提供される。
【０００６】
本発明は、マルチパス伝播環境の場合に受信信号のイコライゼーションのために必要とされる、ノイズの減少したＣＩＲ推定を提供し、したがって改善された受信機性能を提供する。
【０００７】
イコライザ性能は、ブロック毎を基本としてデータおよびチャンネル推定手順を反復することによりかなり改善される。特に、初期チャンネル推定が、知られているトレーニングシーケンスビットに頼ることによって得られる最初の通過後、前の反復時に得られたイコライザ出力からのデータシンボル決定を元のトレーニングシーケンスと共に使用して、１回以上の反復を実行し、新たなＣＩＲ推定を得ることができる。
【０００８】
情報ビットが変調前にエンコードされ（次いで、多分インターリーブされ）るシステムにおいて、上述のストラテジーは、ａ）チャンネルデコーダ出力を再エンコードする（次いで、多分再インターリーブする）か、またはｂ）ソフトイン／ソフトアウトチャンネルデコーダ（たとえば、Ｇ．ｂａｕｃｈ Ｈ．Ｋｈｏｒｒａｍ，ａｎｄ Ｊ．Ｈａｇｅｎａｕｅｒ．“移動通信システムにおける反復イコライゼーションとデコーディング”，Ｐｒｏｃ．ＥＰＭＣＣ‘９７，ＩＴＧ−Ｆａｃｈｂｅｒｉｃｈｔ Ｎｏ．１４５，ＶＤＥ Ｖｅｒｌａｇ，Ｏｃｔｏｂｅｒ１９７７，ｐｐ．３０７−３１２［引例４］）参照）より提供される符号化ビットに関するＡ Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ値の最上位ビットを単に採用することによって得られる、より信頼できる決定を使用することによりさらに改善することができる。ＧＳＭ ＴＣＨ／ＦＳ送信方式の特殊なケースに関して実行されるコンピュータシミュレーションは、従来のチャンネル推定方法（すなわち、トレーニングシーケンスによる相関チャンネル測定）と比較した場合、本発明は、ちょうど１回の反復でさえ相当な性能改善を提供することを示している。
【０００９】
また、本発明は、トレーニングシーケンスが使用できず、データ推定が、任意のチャンネル推定を用いてスタートすることによって実行されるこれらのケースにおいても使用することができる。
実際のデジタル無線受信機の詳細な説明は、例として、添付図面を参照しながら以下に説明される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
デジタル無線受信機の典型的な実行は、図１に示される。別々の時間に受信した信号は、次のように表すことができる。すなわち、
【数１】

ここで、ｂ（ｋ）∈｛−１，１｝は、送信されたデータシンボルまたは（知られている）トレーニングシーケンスシンボル、ｈ（ｌ），ｌ＝０，１，．．．，Ｌ−１は、チャンネルインパルス応答（ＣＩＲ）のサンプルを表し、ｎ（ｋ）はゼロ平均と平方偏差σ^２ による白色ガウス雑音を示す。
【００１１】
受信機は、データ推定処理を始める前に、まず、ＣＩＲ ｈ（ｌ）を推定しなければならない。あるケースでは、たとえばＧＳＭ規格受信機においては、初期ＣＩＲ推定は、通常、相関チャンネル測定によって実行される。相関チャンネル測定については、たとえば、上述の引例１および３を参照されたい。ＣＩＲ推定のサンプルは、受信信号ｒ（ｋ）を、図２に示されるトレーニングシーケンスの２６ビットの内からＮ＝１６ビットｂ（Ｋ）と相関させることによって得られ、その相関の結果は次式のように表される。数２のように表される。
【数２】

【外１】

【００１２】
ＭＬチャンネル推定の場合には、数３が得られる。
【数３】

ここで、
ｒ＝［ｒ（０），ｒ（１），．．．，ｒ（Ｎ−１）］^Ｔ
Ｂ＝［ｂ（０），ｂ（１），．．．，ｂ（Ｎ−１）］^Ｔ
ｂ（ｉ）＝［ｂ（ｉ），ｂ（ｉ−１），．．．，ｂ（ｉ−Ｌ＋１）］^Ｔ
である。
【００１３】
ＧＳＭトレーニングシーケンスの良好な自動相関特性（Ｂ^Ｔ Ｂは、ＮＩにほぼ等しいＮＩ）に依り、式２は、より一般的なＭＬチャンネル推定技術（式３）の特殊なケースであることが分かる。チャンネル推定が入手できると、データシンボルシーケンスの推定が実行される。チャンネルが、１バースト内でほぼ一定とみなすことができない場合は、初期チャンネル推定は、引例１に見られるイコライザ出力における仮決定を用いてそのバーストの間に更新される。
【００１４】
情報データがエンコードされ（次いでインターリーブされ）ている場合には、イコライザ出力シーケンスは、最終的に、（図１に示されるように、インターリーブ解除され、次いでデコードされる。
【００１５】
バースト毎を基本として実行される反復ジョイントデータおよびチャンネル推定手順は、Ｋ．Ｈ．Ｃｈａｎｇ ａｎｄ Ｃ．Ｎ．Ｇｅｏｒｇｈｉａｄｅｓ ｉｎ “Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｊｏｉｎ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ ａｎｄ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｆａｓｔ Ｔｉｍｅ−Ｖａｒｙｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｓｙｍｂｏｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ”，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥＣＣ‘９５，Ｓｅａｔｔｌｅ，Ｗ．Ａ．１９９５，ｐｐ３５７−３６１［引例５］に提案されている。この著述では、初期チャンネル推定が、知られているトレーニングシーケンスビットに頼ることによって得られる最初の通過後、１回以上の反復が実行され、ここで、前の反復時のイコライザ出力のデータシンボル決定が使用され、ＭＬ法（３）により新たな初期ＣＩＲ推定が得られる。しかしながら、上述のＭＬ法は、かなり複雑な実行を伴うマトリクス変換作業を要する。一方、イコライザ出力からフィードバックされるシンボル決定シーケンスは、一般に、経済的に有利なチャンネル測定法（２）で必要とされる自動相関特性を持っていない。さらに、知られているトレーニングシーケンスビットの使用と対照的に、シンボル決定フィードバックは、若干のエラーを伴うことがある。このため、相関チャンネル測定の使用は、知られているトレーニングシーケンスビットに頼らないチャンネル推定器について提案されていなかった。本発明の利点は、引例５で提案されている方式に対してあまり複雑ではない実行になっていることにある。さらに、決定フィードバックシーケンスは、一般に、チャンネル測定法で要する自動相関特性を持っておらず、かなり多くのエラーを伴うことがあるが、これらの欠点は、測定シーケンスの長さが拡大される場合、推定雑音が劇的に減少するという事実によってより良好に補正される。引例５と対照的に、本発明は、図４に示されるように、デコーダ出力からの決定フィードバックを使用している。
【００１６】
本発明による受信機の実行は、図３および図４に示される。本発明は、図１の従来の受信機で実行される、チャンネル推定、データ推定の処理の反復と、デコーディングを含む。
【００１７】
反復手順は、次のように要約することができる。
１） １）受信した各バーストについて、最初の通過が実行され、ここで、チャンネルおよびデータ推定が先行技術の従来方法で得られる。一例として、ＧＳＭの場合には、初期チャンネル推定は、相関チャンネル測定推定（２）を用いることにより実行され、決定指示アルゴリズムでバーストの間に多分更新される。図３では、スイッチ１は、入力信号２を選択する。初期チャンネル推定は、合成信号３で表される。
２） ２）次いで、１回以上の反復が実行され、ここで、図３に示されるようなイコライザ出力または図４に示されるようなデコーダ出力のどちらかからの決定のフィードバックが使用され、初期チャンネル推定で用いられているシーケンスと比較した場合、増大した長さの測定データシーケンスが与えられる。例として、ＧＳＭ ＴＣＨ／ＦＳバースト（ＥＴＳＩ ＧＳＭ ０５．０２：“Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ（Ｐｈａｓｅ２＋）；Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ａａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｒａｄｉｏ Ｐａｔｈ”，Ｖｅｒｓｉｏｎ５．２．０，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９９６）の場合には、１１４データビットに関する決定のフィードバックが、Ｎ＝１４２ビットの疑似トレーニングシーケンスを提供する。このシーケンスを使用して、新たなチャンネル推定が、反復の最初の通過に用いられるように、式２にしたがって実行される。図３では、最初の通過後の各々の反復について、スイッチ１は、疑似トレーニングシーケンス（信号４）を選択する。このシーケンスは、実際のバースト構造にデータビット（スライサ１６の出力）と元のトレーニングシーケンスビット（信号２）とをフォーマットすることによって得られる。図３に示されるようなイコライザ出力からの決定フィードバックの場合には、スライサ１６はブロック１１の出力における入力信号を選択してライン５に出力信号を提供する。
【００１８】
情報ビットが変調前にエンコードされ（次いで、多分インターリーブされ）ているシステムでは、図３の受信機の性能は、図４に示されるようにデコーダ出力から得られるより信頼できる決定のフィードバックを用いることによりさらに改善することができる。反復イコライゼーションおよびデコーディング方式を実行する受信機では、シンボル決定は、ソフトイン／ソフトアウトチャンネルデコーダ（たとえば、引例４参照）より提供されるコード化されたビットのＡ Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ値から得ることができる。
【００１９】
デコーダ出力からのフィードバックの場合には、スイッチ５はブロック１３の出力における信号を選択する。ブロック１４は、ａ）チャンネルデコーダハード出力の再エンコードされ（次いで、再インターリーブされ）た変形、または、ｂ）典型的には反復イコライゼーションおよびデコーディング方式（たとえば、引例４参照）で用いられるソフトイン／ソフトアウトデコーダより提供される符号化ビットの測定見込み比（ｌｏｇ−ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｒａｔｉｏｓ）（つまり、Ｌ値）の（再インターリーブされた）最上位ビットを表す信号を受信する。この違いは別として、チャンネル推定部は、上述のステップ（１）および（２）として説明した同じストラテジーにしたがって機能する。
【００２０】
シミュレーションの結果、ＧＳＭシステムの場合には、本発明は、ちょうど１回の反復後、受信感度に関して約０．８−１．２ｄＢの改善を提供することが分かる。この改善は、イコライザより提供されるデータ推定を使用すると約０．８ｄＢとなり、チャンネルデコーダの出力からのフィードバックを使用すると約１．２ｄＢとなる。これは、実行があまり複雑でないことに加えて、特にＭＬチャンネル推定器の使用と比較した場合、本発明を特にデジタル移動無線受信機に適するものにする。
【００２１】
また、チャンネルデコーダ出力からの決定フィードバックを用いる反復ストラテジーは、トレーニングシーケンスが利用できない場合やデータ推定が任意のチャンネル推定でスタートすることが実行される場合にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】典型的なＧＳＭデジタル無線受信機の概要を示す図である。
【図２】ＧＳＭ“通常”バーストフォーマットを示す図である。
【図３】本発明によるデジタル無線受信機を示す図である。
【図４】デコーダからのフィードバックの場合における、本発明によるデジタル無線受信機を示す図である。

Claims (7)

1. 通信システムにおいて、チャンネルを介して送信される信号の初期チャンネル・インパルス応答を推定する方法であって、
   該チャンネル・インパルス応答を推定するステップａ）であって、相関チャンネル測定を用いて該信号と該トレーニング・シーケンスとの相関をとる処理ｉ）を含むステップａ）と、
   該推定されたチャンネル・インパルス応答を用いて該信号中のデータを推定するステップｂ）と、
   該推定されたデータを出力するステップｃ）と、
   該トレーニング・シーケンスおよび該出力された推定データに基づいて、擬似トレーニング・シーケンスを発生するステップｄ）と、
   改善されたインパルス応答を推定するステップｅ）であって、相関チャンネル測定を用いて、該信号と該擬似トレーニング・シーケンスとの相関をとる処理ｉ）を含むステップｅ）と、
   該推定され改善されたチャンネル・インパルス応答を用いて、該信号中のデータを推定するステップｆ）と、
   該推定されたデータを出力するステップｇ）と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   該ステップｅ）ないしｇ）を少なくとも１回繰り返すようにする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、
   該信号がブロックにて送信されるものである方法。
4. 請求項３に記載の方法において、
   該チャンネル・インパルス応答が、各ブロック毎に推定される方法。
5. 請求項３又は４に記載の方法において、
   該ステップｅ）ないしｇ）が、ブロック毎に行なわれる方法。
6. 請求項５に記載の方法において、
   該チャンネル・インパルス応答を推定するステップが、１つのデータブロックと対応づけられる方法。
7. 通信システムにおいてチャンネルを介して送信される信号の初期チャンネル・インパルス応答を推定するための装置であって、
   該チャンネル・インパルス応答を推定するためのチャンネル・インパルス応答推定器であって、相関チャンネル測定を用いて、該信号とトレーニング・シーケンスとの相関をとる手段を含み、該送信された信号を受信する入力および出力を有するチャンネル・インパルス応答推定器と、
   該推定されたチャンネル・インパルス応答を用いて、送信された信号中のデータの推定値を提供するためのデータ推定器であって、該推定されたチャンネル・インパルス応答を受信する入力、該送信された信号を受信する入力および出力を有するデータ推定器と、
   該トレーニング・シーケンスおよび該データ推定器からの出力に基づいて擬似トレーニング・シーケンスを発生するための発生手段であって、該トレーニング・シーケンスを受信する入力、該データ推定器からの該出力を受信する入力、および該擬似トレーニング・シーケンスを出力する出力を有する発生手段と、を含み
   該チャンネル・インパルス応答推定器が、さらに該発生手段の出力からの該擬似トレーニング・シーケンスを受信する入力を含み、および該擬似トレーニング・シーケンスを用いて改善されたチャンネル・インパルス応答を推定するよう機能するようになっており、そして
   該データ推定器が、さらに該改善されたチャンネル・インパルス応答を受信する入力を含み、および該改善されたチャンネル・インパルス応答を用いて送信された信号中のデータの推定値を提供するよう機能するようになっている、ことを特徴とする装置。

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