JP3857528B2

JP3857528B2 - 同期検出装置

Info

Publication number: JP3857528B2
Application number: JP2001005208A
Authority: JP
Inventors: 守彦箕輪; 大木村; 紀幸川口
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2021-01-12
Also published as: US7366228B2; JP2002217775A; US20020093988A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤＭＡ方式の受信器に備わる無線信号伝送路の同期検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤＭＡ方式は、パスダイバーシチであるＲＡＫＥ受信（＋スペースダイバーシチ受信（アンテナダイバーシチ受信））を使用して受信品質の向上を図っている。Ｗ−ＣＤＭＡ方式の信号フォーマットは、パイロット信号に同期検出用の同期信号（Sync Word：以下単にＳＷという）が多重されており、この受信器によりＳＷを復調して同期検出を行っている。ＲＡＫＥ受信器は、雑音を多く含まれる受信信号から、送信信号に含まれるパイロット信号を使用して伝搬路の状態の推定（チャネル推定）、同期検波を行い、各パスの合成を行うことによりデータの復調を行っている。
【０００３】
図１５は、従来の受信器の構成を示す図である。
図１５では、パイロット信号に多重しているＳＷ信号とデータ信号について同期検波処理を行っている。
【０００４】
アンテナ１０から入力された信号は、復調部１１においてベースバンド信号に変換され、Ａ／Ｄコンバータ１２−１、１２−２によりデジタル信号に変換され、逆拡散部１３に入力される。ここで、ＣＤＭＡの逆拡散処理を行い、データ復調用の同期検波回路１４−１と、ＳＷ復調用の同期検波回路１４−２に入力される。図１５では、同期検波回路１４−１、１４−２、チャネル推定回路１５−１、１５−２が２系統あり、ＣＤＭＡのＲＡＫＥ受信器として複数のフィンガが示されている。データ受信用の同期検波回路１４−２は、フィンガ出力を最大比合成部１６−１において、最大比合成した後に、誤り訂正部１７において誤り訂正処理をして、データを出力する。ＳＷ用の同期検波回路１４−１は、同様に、最大比合成部１６−２において最大比合成された後に、同期検出部１８において同期検出処理されて同期判定される。
【０００５】
また、実際のチャネル推定回路、同期検波回路の詳細は、処理すべき信号を複素ベースバンド信号として扱う構成としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１６は、ＣＤＭＡ方式のフレームフォーマットの一例を示す図である。
１フレームが１５スロットで構成されており、受信信号を復調する場合に使用するパイロット信号にＳＷが多重されている。このＳＷを使用して同期判定を行う。
【０００７】
一方、チャネル推定方式は、図１７のチャネル推定回路の構成例に示すように、パイロット信号のＳ／Ｎを改善するために、例えば、前後のスロットのパイロットシンボルを使用してチャネル推定を行う。スロット内については、パイロットパターンを取り除いた後に、複数のパイロット信号について同相合成を行う。更に、スロット間でも同相合成を行い、重み付け合成することにより復調するためのチャネル推定値を生成する。また、重み付け係数は、伝搬路の状態により可変させる構成となっている。
【０００８】
しかし、同期検波を行う際に基準となるチャネル推定結果を使用してＳＷの復調を行う場合に、チャネル推定結果にＳＷ自身が含まれているため、重み付け係数、パイロットシンボル数によっては、チャネル推定結果とＳＷの相関が強くなってしまうという問題があった。この結果、入力信号がない状態においてもＳＷが誤らない（例えば、９９％誤らない）という問題があった。これは、チャネル推定に使用するパイロット信号にＳＷが含まれているため、パイロット信号に含まれるＳＷのビット数が相対的に多くなると、事実上ほぼＳＷによってチャネル推定していることになり、ＳＷを基準に信号の位相回転などが行われることになる。すなわち、ＳＷは正しいものとして扱われてしまう。このように、パイロット信号を使って行うチャネル推定結果がＳＷのビットにどの程度影響を受けるかの度合いを示す場合、チャネル推定結果とＳＷの相関が強いあるいは弱いと言う。
【０００９】
したがって、携帯端末が電源を切った場合、基地局側では、携帯端末との同期が失われたことをもって、通信が終了したとして、携帯端末へ割り振っていたチャネルを開放するのであるが、入力信号がない、すなわち、携帯端末が電源を切ったような場合でも、ＳＷが誤らないとなると、基地局では、携帯端末が電源を切ったにもかかわらず、依然通信中であると判断してしまう。従って、携帯端末が通信を終了し、チャネルを開放しなくてはならないのに、いつまでたってもチャネルを開放するトリガが得られないという問題がある。
【００１０】
図１８は、通常の信号の誤り率特性を示すグラフである。
受信品質が悪くなると誤る確率と誤らない確率が等しくなり、誤り率０．５になる様子が確認できる。しかし、例えば、ＳＷの誤り率を見る場合、図１７に示すように、図１７の重み付け係数を（１、１、１、１、１）とした場合、ＳＷ信号を復調した場合に図１９に示すような誤り率になる。受信品質が悪い場合において、誤り率が０．１５になっているのが分かる。
【００１１】
更に、重み付け係数を０、０、１、０、０とした場合にＳＷ、信号を復調した場合の誤り率特性を図２０に示す。受信品質が悪い場合において誤り率が０．０５程度になっているのが分かる。
【００１２】
このように、受信品質が悪くても、ＳＷの誤り率が良いという現象が生じる。これを信じて処理を行うと、携帯端末から電波が送られてきておらず、ノイズのみがアンテナから入力されるような場合であっても（この場合、ノイズしか入力されないので、受信品質は最悪となっている筈である）、ＳＷが正しいと判断され、通信が行われていると勘違いしてしまうことが起きる。
【００１３】
本発明の課題は、チャネル推定結果に影響されない同期検出装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の同期検出装置は、パイロット信号に同期信号が多重された信号を使って、同期検出を行う同期検出装置において、該パイロット信号の少なくとも該同期信号を除いた部分を使ってチャネル推定を行うチャネル推定手段と、該チャネル推定の結果を用いて該同期信号を復調する同期信号復調手段とを備え、該復調された同期信号を使って同期検出を行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、パイロット信号を用いたチャネル推定結果と同期信号の相関が小さくなるので、非通信時などにおいて、ノイズが主に受信される際に、同期信号の有無を正確に検出することが出来る。
【００１６】
したがって、基地局は、携帯端末が通信を終了したことを確実に検出することが出来、必要のないチャネルをいつまでも保持しておくような無駄が生じない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下の説明においては、図１５の受信器と同じ構成については、説明を省略する。
【００１８】
本発明の実施形態では、チャネル推定結果と、復調するＳＷビットとの相関が強い場合にＳＷが正しく検出できないので、チャネル推定値をＳＷビットとの相関が強いと予想される場合は、チャネル推定値から、復調するＳＷビットとの相関を少なくするために、そのビットを取り除く。
【００１９】
以上の手段により、チャネル推定値とＳＷビットとの相関を取り除くことができ、ＳＷの正しい検出を行うことができる。
図１は、本発明の第１の実施形態を示す図である。
【００２０】
図１は、図１７に示すチャネル推定回路の例の１スロット部分を示している。図１に示すように復調するシンボルがＰ１の場合、Ｐ１シンボルを除いた、Ｐ２〜Ｐ８（ここでは、１スロット８ビットとしている）シンボルを使ったチャネル推定値によりＰ１シンボルを復調する。同様に、Ｐ２シンボルを復調する場合のチャネル推定値は、Ｐ２シンボルのみを除いたチャネル推定値により復調する。こうしてチャネル推定値とＳＷビット（上記の例ではＰ１あるいはＰ２シンボル）の復調時の相関をなくすことにより、信号入力が無い状態においては、誤り率を約０．５にすることができる。
【００２１】
図２は、本発明の第２の実施形態を示す図である。
図２に示すように、実際にパイロットシンボルに多重されたＳＷシンボルが４シンボルだった場合、チャネル推定値と４シンボルのＳＷとの相関をなくせばＳＷ検出は可能となるが、制御が煩雑となるため、ＳＷ以外のパイロットシンボルでチャネル推定値を生成し、同期検波を行う。
【００２２】
すなわち、図２の例ではＰ１〜Ｐ４シンボルがＳＷシンボルであり、チャネル推定値は、Ｐ５〜Ｐ８シンボルを使って算出する。つまり、Ｐ５〜Ｐ８のシンボルの振幅値だけが同相合成され、更に、図１７の回路構成に従って、重み付けされ、同相合成される。
【００２３】
図３は、本発明の第３の実施形態を示す図である。
図３に示すように、本実施形態では、前後のスロットのパイロットシンボルのみを使用し、ＳＷ復調するスロットのパイロット信号をチャネル推定に使用しないことにより相関をなくす。すなわち、復調すべきＳＷを含んでいるスロット３は、何もせず、スロット１、２、４、５のシンボルの振幅値を同相合成し、重み付けして、同相合成することによってチャネル推定信号を生成する。
【００２４】
図４は、本発明の第４の実施形態を示す図である。
図４に示すように、本実施形態では、２パイロットシンボル毎にグループ化して、そのグループ毎にＳＷを含むパイロット信号をチャネル推定に使用しないことによりチャネル推定値とＳＷの相関をなくす。
【００２５】
図５は、本発明の実施形態に従った受信器構成を示す図である。
図５に示すように、従来同期検波用とデータ復調用の２系統あったチャネル推定回路２０をデータ復調用のものと共用し、１系統にすることにより回路規模の削減を図るものである。従って、アンテナ２１で受信された信号は、復調部２２において、Ｉ信号とＱ信号の複素ベースバンド信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器を介してデジタル信号にされた後、各フィンガにおいて、逆拡散され、チャネル推定部においてチャネル推定される。そして、このチャネル推定の結果であるチャネル推定値を用いて、同期検波を行い、最大比合成部２３−１、２３−２において、データ信号と同期信号が最大比合成される。その後、データ信号は、誤り訂正され、データ出力となる。一方、同期信号は、同期検波され、同期出力となる。
【００２６】
図６は、チャネル推定部の回路構成例を示す図である。
パイロットパターンは予め決められており、シンボル数、スロット間で異なったものを使用する。同図において、Ｄｑ・ｃｏｓθ及びＤｑ・ｓｉｎθは、２つで、複素ベースバンド信号をなす。また、パイロットが０シンボルの場合を示している。この複素ベースバンド信号は、パイロットパターンキャンセル部３０において、予め決められたパイロットパターンと乗算され、パイロットパターンのキャンセルが行われる。この結果、パイロットパターンは、振幅の変化や位相の回転がない場合には、「１」が連続した状態となる。そして、これをパイロット平均部３１に入力し、Ｉ信号及びＱ信号それぞれを６シンボル分加算する。加算結果は、パイロットの重み付け部３２において、重み付けされ、出力される。この回路の後段には、最大比合成部が設けられる。
【００２７】
ここで、本発明の実施形態に従えば、復調すべきＳＷを含むビット（シンボル）あるいは、グループ、スロットは、この回路の前段で引き算され、同図のチャネル推定回路には入力されないようにする。これは、同図のチャネル推定回路の前段にセレクタや引き算器などを設けて、復調すべきＳＷを含むシンボル、グループあるいはスロットが入力されるタイミングで動作させることにより、容易に実現が可能である。
【００２８】
図７は、同期検波部の回路構成例を示す図である。
受信信号は、復調された後、Ｉ及びＱ信号からなる複素ベースバンド信号として、同期検波部に入力される。ここでは、チャネル推定値が複素乗算され、その結果が、実軸成分と虚軸成分として出力される。同図において、乗算器とそこに入力される信号が複雑になっているのは、複素ベースバンド信号に対し、チャネル推定値を複素乗算するためである。複素乗算とは、複素数の乗算と同じ算術演算を再現することであり、Ｉ信号を入力信号の実数成分、Ｑ信号を入力信号の虚数成分とし、チャネル推定値もそれぞれ実数成分と虚数成分からなるとして、複素数の乗算を再現するので、複雑な回路となるが、信号自体の扱いは２つの直交する成分を１つの複素信号として扱えるので、扱いやすくなる。
【００２９】
また、図１７に示す従来構成のチャネル推定回路の重み付け係数をデータ復調用の重み付け係数と独立にして、例えば、常に１、１、１、１、１等にしてＳＷシンボルのチャネル推定値の相関を減らすことも可能である。図１９と図２０のＳＷの誤り率を比較すると、重み付け係数をこのように設定することによって、ＳＷとしての誤り率推定の劣化が改善しているのかが分かる。
【００３０】
図８は、本発明の第５の実施形態を説明する図である。
図８に示すように、本実施形態の受信器は、受信品質推定回路４０を持ち、受信品質が悪いときにＳＷ検出用のチャネル推定重み付け係数を切り替えることによりＳＷビットとチャネル推定値の相関を減らす。
【００３１】
また、パケット伝送などの予め受信信号がバースト信号になることが分かっている場合のみ、上記実施形態に示すチャネル推定値とＳＷ相関を減らす処理を行うことも可能である。この方式を適用することにより、チャネル推定処理量の削減が期待できる。
【００３２】
図９は、本発明の第６の実施形態のフェージング周波数推定回路を備えるＣＤＭＡ受信器の実施形態を示す図である。
この場合、フェージング周波数によりチャネル推定の重み付け係数を制御する。特に高速フェージングの場合には、重み係数を例えば、０、０、１、０、０とし、フェージングが無い場合には、１、１、１、１、１等とすることにより受信特性の改善が可能である。しかし、高速フェージングの場合の重み係数は、チャネル推定値とＳＷの相関が著しく高くなり正しいＳＷ検出が困難になる。そこで、高速フェージング時には、上記実施形態のチャネル推定値とＳＷ相関を減らす処理を行う。
【００３３】
図１０〜図１２は、本発明の第７の実施形態の受信器の構成例を示す図である。
本実施形態においては、フェージング周波数推定回路と受信品質推定回路とが共に設けられており、フェージング周波数と受信品質の両方をパラメータとして重み付け係数の設定を可変する。
【００３４】
すなわち、図９の実施形態と同様であるが、フェージング周波数が変化するにつれて、重み係数を複数持っておき、これらをフェージング周波数に従って、切り替えて使用する。
【００３５】
また、図１２に示すように、受信品質が悪い時には、重み付け係数として予め用意したものを切り替えながら使用し、受信品質が良くなるに従い、重み付け係数を図１１のように、フェージング周波数に従って可変させる。
【００３６】
また、図１０に示すように、パイロットシンボル数、フェージング速度などによりチャネル推定パラメータが変化するが、そのパラメータに合わせて同期検出用のＳＷ誤り許容ビット数、前方保護段数、後方保護段数などのパラメータを複数個持ち、チャネル推定パラメータに応じて切り替えることも有効である。
【００３７】
あるいは、パイロットシンボル数、フェージング速度などによりチャネル推定パラメータが変化するが、そのパラメータに合わせて同期検出用のＳＷ誤り許容ビット数、前方保護段数、後方保護段数などのパラメータを、上位レイヤで管理し、必要に応じてパラメータを可変させるのも可能である。
【００３８】
図１０においては、フェージング周波数推定回路と受信品質推定回路が設けられるだけでなく、同期検出制御回路が、チャネル推定パラメータを入力として、ＳＷ誤り許容ビット数や、後方保護段数、前方保護段数などを決定し、同期検出部に入力し、これに従って、同期検出をさせる。
【００３９】
図１３は、重み付け係数選択回路のブロック構成である。
重み付け係数選択回路では、予め重み付け係数１〜ｎを用意しておき、受信品質情報を受け取ると、セレクタが適切な重み付け係数を選択してチャネル推定部のチャネル推定回路に出力するようにする。
【００４０】
図１４は、本発明の第７の実施形態の受信器の構成例を示す図である。
チャネル推定値とＳＷの相関が強い場合、受信信号がない場合においても、ＳＷが誤らなくなるが、ＲＡＫＥ受信時には更にダイバーシチゲインが見込める。その結果、誤り率が小さくなり、信号がないノイズだけの状態でも同期状態になりやすい。そこで、図１４に示すように信頼度検出回路を装備し、各フィンガの出力の信頼度を検出し、ＳＷ信号の復調については、信頼度の高いフィンガについてのみ最大比合成し、ＳＷ検出を行うことにより信号の無い状態においてダイバーシチゲインを減らす。ここで、各フィンガの信頼度とは、例えば、各フィンガから出力される相関値の強度であり、相関値の強度の大きいものほど信頼性の高い受信を行っていると判断し、相関値の強度の大きいフィンガを選んで、上記方法を適用する。
【００４１】
（付記１）パイロット信号に同期信号が多重された信号を使って、同期検出を行う同期検出装置において、
該パイロット信号の少なくとも該同期信号を除いた部分を使ってチャネル推定を行うチャネル推定手段と、
該チャネル推定の結果を用いて該同期信号を復調する同期信号復調手段と、
を備え、
該復調された同期信号を使って同期検出を行うことを特徴とする同期検出装置。
【００４２】
（付記２）前記チャネル推定手段は、前記同期信号を含むスロットを除いたスロットのパイロット信号を使用してチャネル推定を行うことを特徴とする付記１に記載の同期検出装置。
【００４３】
（付記３）前記チャネル推定手段は、チャネル推定に使用する信号ビットをグループ分けし、前記同期信号を含むグループを除いたグループの信号ビットを用いてチャネル推定することを特徴とする付記１に記載の同期検出装置。
【００４４】
（付記４）前記チャネル推定手段は、チャネル推定に使用する信号ビットの内、前記同期信号のビット部分を除いた信号ビットを用いてチャネル推定を行うことを特徴とする付記１に記載の同期検出装置。
【００４５】
（付記５）前記チャネル推定手段は、データ復調用のチャネル推定手段と兼用することを特徴とする付記１に記載の同期検出装置。
（付記６）前記チャネル推定手段は、チャネル推定を行う際に、各スロットの処理結果に適用する重み付け係数をデータ復調用のチャネル推定の際に使用する重み付け係数と異ならせることを特徴とする付記１に記載の同期検出装置。
【００４６】
（付記７）前記同期検出装置は、受信品質推定回路から得られる受信品質情報に従って、チャネル推定の際に各スロットに適用する重み付け係数を可変する事を特徴とする付記１に記載の同期検出装置。
【００４７】
（付記８）前記同期検出装置は、フェージング周波数推定回路から得られるフェージング速度に従って、チャネル推定の際に各スロットの適用する重み付け係数を可変することを特徴とする付記１に記載の同期検出装置。
【００４８】
（付記９）前記同期検出装置は、伝搬路の状態により同期検出のためのパラメータを可変して、同期検出することを特徴とする付記１に記載の同期検出装置。（付記１０）前記同期検出装置は、ＣＤＭＡ受信装置におけるＲＡＫＥ受信器の出力の内、最も大きな相関値を有するパスの出力を用いて同期検波することを特徴とする付記１に記載の同期検出装置。
【００４９】
（付記１１）パイロット信号に同期信号が多重された信号を使って、同期検出を行う同期検出方法において、
該パイロット信号の少なくとも該同期信号を除いた部分を使ってチャネル推定を行うチャネル推定ステップと、
該チャネル推定の結果を用いて該同期信号を復調する同期信号復調ステップと、
を備え、
該復調された同期信号を使って同期検出を行うことを特徴とする同期検出方法。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、チャネル推定とＳＷの相関を小さくし、正しくＳＷを検出することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に従った受信器構成を示す図である。
【図６】チャネル推定部の回路構成例を示す図である。
【図７】同期検波部の回路構成例を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施形態を説明する図である。
【図９】本発明の第６の実施形態のフェージング周波数推定回路を備えるＣＤＭＡ受信器の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態の受信器の構成例を示す図（その１）である。
【図１１】本発明の第７の実施形態の受信器の構成例を示す図（その２）である。
【図１２】本発明の第７の実施形態の受信器の構成例を示す図（その３）である。
【図１３】重み付け係数選択回路のブロック構成である。
【図１４】本発明の第７の実施形態の受信器の構成例を示す図である。
【図１５】従来の受信器の構成を示す図である。
【図１６】ＣＤＭＡ方式のフレームフォーマットの一例を示す図である。
【図１７】チャネル推定回路の構成例である。
【図１８】誤り率特性を示すグラフ（その１）である。
【図１９】誤り率特性を示すグラフ（その２）である。
【図２０】誤り率特性を示すグラフ（その３）である。
【符号の説明】
２０チャネル推定回路
２１アンテナ
２２復調部
２３−１、２３−２最大比合成部
３０パイロットパターンキャンセル部
３１パイロット平均部
３２パイロットの重み付け部
４０受信品質推定回路

Claims

１スロット内にパイロット信号に同期信号を含む信号を使って、複数の該スロットからなる信号の同期検出を行う同期検出装置において、
前記複数のスロットからなる信号のうち、復調しようとするスロットに含まれる同期信号を除いたパイロット信号と復調対象外のスロットの同期信号を含むパイロット信号を使ってチャネル推定を行うチャネル推定手段と、
該チャネル推定の結果を用いて同期信号を含む該復調しようとするスロットの信号を復調する同期信号復調手段と、
を備え、該復調された同期信号を使って同期検出を行うことを特徴とする同期検出装置。
前記チャネル推定手段は、チャネル推定に使用する信号ビットをグループ分けし、復調しようとするスロットに含まれる前記同期信号を含むグループを除いたグループの信号ビットを用いてチャネル推定することを特徴とする請求項１に記載の同期検出装置。
前記チャネル推定手段は、チャネル推定に使用する信号ビットの内、復調しようとするスロットに含まれる前記同期信号のビット部分を除いた信号ビットを用いてチャネル推定を行うことを特徴とする請求項１に記載の同期検出装置。
前記チャネル推定手段は、データ復調用のチャネル推定手段と兼用することを特徴とする請求項１に記載の同期検出装置。