JP3582581B2

JP3582581B2 - チャネル推定方法

Info

Publication number: JP3582581B2
Application number: JP2000057074A
Authority: JP
Inventors: バートンマーク
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-03-06
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: CN1118153C; US6885693B1; CN1267142A; GB2347831B; GB2347831A; GB9905194D0; JP2000261357A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタルデータ伝送に関し、特にデジタルデータ復号器におけるチャネル推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術および技術的背景の説明については、ランタ（Ｒａｎｔａ）に対する米国特許５、８３８、６７２号およびマルカマキ（Ｍａｌｋａｍａｋｉ）らに対する米国特許５、４７９、４４４号ならびにレイモンドスチール（ＲａｙｍｏｎｄＳｔｅｅｌｅ）編著、ジョンワイリーアンドソンズ（ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ）発行による“ＭｏｂｉｌｅＲａｄｉｏＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”を参照することができる。
【０００３】
以下の説明は、本発明を有効に適用することができるＧＳＭセル式通信システムに基づいたものである。しかし、本発明が他のデジタルデータ伝送システムにも同様に適用可能であることは当業者にとっては自明のことである。
【０００４】
移動電話端末を用いてネットワークで通信を行う場合、最初にネットワークとの同期を確立しなければならない。この同期を確立する方法は、本質的に３段階の受動的な過程により構成されている。移動端末は時間内に基地局の伝送装置と、次に周波数と同期し、そして位置更新処理が行えるようにするための制御情報を読み取らなければならない。以下の説明では、報知制御チャネル（ＢＣＣＨ）を有するチャネルが選択されているものと仮定する。
【０００５】
従来技術の装置におけるチャネル推定方法を図４のフローチャートに示してある。最初に、所望のチャネルを走査することで、変調されていない搬送波である周波数補正バースト（ＦＣＢ）を探す（ステップ４０１）。ＦＣＢを受信したら、そのバーストを用いて、例えば狭帯域フィルタによって、大まかな時間および周波数の同期確立処理を行う（ステップ４０２）。その大まかな時間および周波数の同期タイミングは、同期処理における次の段階で使用される。
【０００６】
同期バーストを受信すると（ステップ４０３）、この同期バーストを処理および使用することにより（ステップ４０４）、時間および周波数の両方の同期確立を精密に行う（ステップ４０５）。同期バーストにはチャネル符号化情報が含まれていて、この符号化情報を用いることによって移動端末はネットワークにアクセスすることができる。同期バーストの復号が成功したことにより、移動端末はネットワークに完全に同期されて、通信を行うことができる。
【０００７】
同期バースト等化のための現行の装置では、周波数バーストから得られる推定周波数に含まれる残留周波数オフセットがノイズの影響を受け易いために、性能上の限界がある。そのために実用面では、周波数バースト処理により得られる周波数オフセットの推定値にノイズが多い場合、同期バーストの復号に成功する確率が大幅に低下する。このような条件下では、移動端末はネットワークと同期できない可能性が高い。
【０００８】
同期バースト復号のための従来の方法は、従来技術のチャネル推定、等化および畳込み復号に基づいたものである。使用されるチャネル推定は、同期バーストで受信した６４シンボルのトレーニングシーケンスと予想される６４シンボルのトレーニングシーケンスとの間の相互相関値を算出することにより行われる。この相互相関演算によって、伝搬チャネルが推定される。周波数誤差の無いチャネルでは、このような従来の方法で十分なチャネル推定が行われる。
【０００９】
しかし、受信しようとするチャネルがフェージングを受けているような実際の環境では、移動端末がネットワークとの間に初期同期を確立しようとしても十分なチャネル推定ができないことが一般的である。フェージングを受けているチャネルを受信しようとする場合、初期周波数バースト検出の際に生じた不完全な周波数推定のために、残留周波数誤差が存在することとなる。同期バーストの受信シンボルにおける残留周波数誤差は、時間の関数としての一定の累積位相オフセットとして現れる。
【００１０】
このことが、予想トレーニングシーケンスと受信同期バーストシンボルとの相互相関を行うことで得られるチャネル推定値に影響を及ぼし、等化処理の信頼性低下を招くこととなる。等化バーストのビット誤り率が、同期バーストに含まれている情報を保護するために用いられているチャネル符号化におけるマージンを超えると、同期確立が不可能となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のチャネル推定方法では、受信しようとするチャネルがフェージングの影響を受けている場合には、チャネル推定を確実に行うことができないという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、受信しようとしているチャネルがフェージングの影響を受けている場合でもチャネル推定を確実に行うことができるチャネル推定方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のチャネル推定方法は、デジタルデータ伝送システムにおけるチャネル推定方法であって、受信しようとするチャネルを走査することにより周波数補正バーストを検出し、前記周波数補正バーストを用いて、時間および周波数の同期確立処理を行ない、同期バーストの受信を行ない、前記同期バーストに含まれている受信トレーニングシーケンスと、予想トレーニングシーケンスの特定の一部分との間の相互相関演算を行うことによりチャネル推定値を算出し、前記チャネル推定値から周波数誤差推定値を算出し、前記周波数誤差推定値に基いて、前記周波数補正バーストの周波数誤差を補正し、受信された前記同期バーストの等化を行ない、補正された前記周波数補正バーストを用いて、時間および周波数の同期確立処理を再度行う。
【００１４】
本発明では、予想トレーニングシーケンスの特定の一部分との間の相互相関演算を行うことによりチャネル推定値を算出し、このチャネル推定値から周波数誤差推定値を算出し、得られた周波数推定値を用いて周波数補正バーストの補正を行うことにより、受信シンボルに存在する残留周波数誤差が改善される。そのため、再度行われる時間および周波数の同期確立処理では、精密な時間および周波数評価値が得られ、受信しようとしているチャネルがフェージングの影響を受けている場合でもチャネル推定を確実に行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
従来技術の方法に対して同期バースト復号処理における残留周波数誤差に対するマージンを改善した本実施形態のチャネル推定方法を、図１のフローチャートに示す。従来技術の方法に従って、通常の方法で、周波数バースト検出を行い（ステップ１０１）、大まかな時間・周波数の推定値が得られる（ステップ１０２）。
【００１７】
ＧＳＭトレーニングシーケンスが図２に示されていて、各シンボルには１〜６４の番号が付されている。ここで、説明を簡単にするために、トレーニングシーケンスは、Ａ、ＢおよびＣで識別される３つの部分により構成されているものとして示す。１〜６４のシンボルの全シーケンスは連続的に伝送されるものである。しかし、図２では周波数誤差推定値を得るために使用されるシンボル２４の一部分を部分Ｂとして図示している。シンボル１〜６４が、移動電話端末が受信すると予想されるトレーニングシーケンスと考えられる。
【００１８】
図１に戻ると、同期バーストが捕捉されると（ステップ１０３）、受信トレーニングシーケンスと、予想トレーニングシーケンスの部分Ｂとの間の相互相関値が求められる。この相互相関演算では、同期バーストのトレーニングシーケンスの部分Ｂの自己相関性を利用する。このシンボル２４個のシーケンスは完全に自己相関性を有しているものではないが、ほぼ自己相関性を有している。
【００１９】
従って、トレーニングシーケンスの２４のシンボルの一部分である部分Ｂを用いることにより、受信シンボルの相互相関演算が行われることになる。この相互相関演算によって、より時間的に局所的な受信シンボルのシーケンスから生じたチャネル推定値が得られる。従って、残留周波数オフセットに起因して位相誤差から生じる影響は低減し、トレーニングシーケンスの６４のシンボルを全て使用した場合に得られたと考えられるチャネル推定値よりも精度の高いチャネル推定値が得られる。
【００２０】
次のステップ１０４では、従来の６４のシンボルのトレーニングシーケンスと、２４個シンボルに基づくチャネル推定値を併用して、周波数誤差推定値を得る。これは、周波数および位相において参照（予想）トレーニングシーケンスシンボルにロックされた二次位相同期ループ（ＰＬＬ）などの標準的方法を用いることで行うことができる。好適なＰＬＬのブロック図を図３に示してある。
【００２１】
等化器における図３のドップラートラッキングＰＬＬは、２次型の判定器で構成される。これは、位相と周波数の両方で参照シンボルにロックされたＰＬＬを提供するものである。このＰＬＬは、等化される次の受信シンボルに対する位相補正を提供する。
【００２２】
このＰＬＬを説明するための特性方程式を下記に示す。
φ（ｎ−１）＝φ（ｎ−２）＋ｆ（ｎ−１）＋ｋ_１θ（ｎ−１）
ｆ（ｎ−１）＝ｆ（ｎ−２）＋ｋ_２θ（ｎ−１）
式中、ｋ_１は「位相」ループ利得であり、ｋ_２は「周波数」ループ利得である。開ループ伝達関数は下記の式によって与えられる。
【００２３】
【数１】

【００２４】
マットラブ（ＭＡＴＬＡＢ）モデルを用いて試行錯誤することによって、ループ利得ｋ_１およびｋ_２について、
ｋ_１＝０．０８
ｋ_２＝０．０８／２９．０
の値が得られた。その際、使用した主な基準は、通常バーストにおける使用可能なシンボル数内でのループの収束であった。
【００２５】
この例では、通常バースト等化において、等化時の位相補正のみにＰＬＬが使用されている。しかし、同期バーストにおいては、トレーニングシーケンスからの初期周波数推定の実行にもＰＬＬを使用する。次に、この初期周波数推定値を用いて、周波数補正を受信信号に対して行ってから、等化処理を行う。
【００２６】
特定の周波数推定アルゴリズムを行った後、得られた周波数推定値を用いて、受信バーストの全てのシンボルを補正する（ステップ１０５）。行われた補正によって、補正済み受信シンボルに存在する残留周波数誤差が改善されるように、周波数推定アルゴリズムの性能は、ＦＣＢ周波数推定アルゴリズムの性能を超えるものでなければならない。受信シンボルのバッファ全体に周波数補正を行った後、第２のチャネル推定値を計算する（ステップ１０６）。
【００２７】
受信トレーニングシーケンスの６４個の周波数補正シンボルと同期バーストの予想トレーニングシーケンスの６４個のシンボルの相互相関を行うことで、この第２のチャネル推定を行う。従って、このチャネル推定値は、以前に計算した２４シンボルチャネル推定値より優れており、従来技術で通常得られる６４シンボルチャネル推定値よりも優れているはずである。これは、残留周波数誤差が低減され、相互相関においてトレーニングシーケンスの全てのシンボルが使用されることによるものである。次に、周波数補正シンボルを用いて、通常の方法にて、受信同期バーストの等化を行う（ステップ１０６）。そして、周波数補正されたシンボルを用いて、精密な時間および周波数の同期確立処理を行う（ステップ１０７）。
【００２８】
例えば、米国特許５、４７９、４４４号、米国特許５、８３８、６７２号およびＷＯ９８０７２９１に記載されているように、トレーニングシーケンスの変更または適応についての提案が行われている。適応的なトレーニングシーケンスの特定の一部分を予想トレーニングシーケンスとの相互相関演算に用いて周波数誤差の初期推定値を得て、周波数誤差の初期推定値に従った受信バーストの周波数補正を行うことができる。
【００２９】
さらに、トレーニングシーケンスを適応的に変化させて、自己相関性の高いトレーニングシーケンスの一部分が得られるようにすることも可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、受信しようとしているチャネルがフェージングの影響を受けている場合でもチャネル推定を確実に行うことができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態のチャネル推定方法を示すフローチャートである。
【図２】ＧＳＭ同期バーストトレーニングシーケンスを示す図である。
【図３】ドップラートラッキング位相同期ループを示すブロック図である。
【図４】従来のチャネル推定方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０１〜１０７ステップ
２０１〜２０５ステップ

Claims

デジタルデータ伝送システムにおけるチャネル推定方法であって、
受信しようとするチャネルを走査することにより周波数補正バーストを検出し、
前記周波数補正バーストを用いて、時間および周波数の同期確立処理を行ない、
同期バーストの受信を行ない、
前記同期バーストに含まれている受信トレーニングシーケンスと、予想トレーニングシーケンスの特定の一部分との間の相互相関演算を行うことによりチャネル推定値を算出し、
前記チャネル推定値から周波数誤差推定値を算出し、
前記周波数誤差推定値に基いて、前記周波数補正バーストの周波数誤差を補正し、
受信された前記同期バーストの等化を行ない、
補正された前記周波数補正バーストを用いて、時間および周波数の同期確立処理を再度行うチャネル推定方法。
前記受信トレーニングシーケンスが、セル式電話ネットワークの基地局によって伝送される同期バースト内の信号の一部である請求項１記載のチャネル推定方法。
前記受信トレーニングシーケンスが、ＧＳＭシステムの６４ビットトレーニングシーケンスである請求項２記載のチャネル推定方法。
前記特定の一部分が、トレーニングシーケンスの２１番目から４４番目のシンボルである請求項３記載のチャネル推定方法。
前記トレーニングシーケンスが、適応的なトレーニングシーケンスである請求項１または２に記載のチャネル推定方法。
前記特定の一部分が、適応的に選択された一部分である請求項１、２または５のいずれか１項に記載のチャネル推定方法。
前記周波数誤差推定値を、ドップラートラッキング位相同期ループによって得る請求項１から６のいずれか１項に記載のチャネル推定方法。