JP3969544B2 - バンド適応型復調のための方法と装置 - Google Patents
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Description
本発明は通信システムにおける信号処理に関するものである。本発明は通信システムにおいて特に、被変調波の送信に使用された周波数帯の関数としてベースバンド信号を適応復調するための方法に関するものである。
無線通信サービスに対する要求は著しい速さで広がっている。この要求を満たすために、無線通信に利用可能な無線スペクトルは拡大している。例えば、携帯電話システムなどの無線通信システムは現在、セルラとPCSの周波数帯の混在したものを使用している。したがって、使用者が国中を移動し、異なるセルラプロバイダからサービスを受けるために、シームレスの電話サービスを保証するデュアルバンド動作が可能な移動電話がますます必要になる。
さらに、無線サービスに対する高度な要求をさらに満足させるため、様々な変調方法と多重アクセスの技術が使われている。周波数分割多重接続すなわちFDMAはもちろん従来から使用されている方法である。この方法では、周波数スペクトルは多くの無線チャンネルに分割され、各チャンネルが異なるキャリア周波数に対応する。別の方法として、時分割多重接続すなわちTDMAでは、FDMAシステムの各キャリア周波数あるいは周波数チャンネルが更にタイムスロットに分割され、それぞれのタイムスロットが異なるユーザに割当てられる。したがって、それぞれの周波数チャンネルを複数のユーザが使用することができる。当業者には周知のとおり、TDMAおよびFDMAはD−AMPS、PDC、GSMのデジタルセルラシステムで使用される。無線チャンネルが十分広ければ、スペクトル拡散技術と符号分割多元接続すなわちCDMAによって複数のユーザが同一チャンネルを使用することができる。CDMA規格の例としてIS−95およびJ−STD−008が挙げられる。
デジタル通信システムでは、セルラ通話、電子メール、インターネットデータなどの情報は一連のバイナリ情報シンボルによって表される。これらのバイナリ情報シンボルは、有線や無線、磁気テープ等の伝送媒体を介して送信ユニットからの受信ユニットへ伝送するためにコード化され、変調される。例えば、デジタル携帯電話システムでは、セルラ通話を表すビットは変調され、基地局からセルラ移動電話ユニットへ伝送される。セルラ使用者が通話を聞くためには、波形の受信、復調を可能にするとともに、最終的にバイナリ情報シンボルのシーケンスを復元して通話を再生する受信機を移動電話に設ける必要がある。
これを達成するために、デジタル受信機は特に無線信号プロセッサを備える。無線信号プロセッサは送信信号の周波数帯およびキャリア周波数に同調される。これによって受信機は送信信号を捕捉することができる。次に無線信号プロセッサは、増幅、混合、フィルタ処理によってベースバンドを得る。一般にベースバンドはゼロ中間周波数を意味するが、ここでは固定基準中間周波数の意味で使用される。
しかしながら、伝送媒体は送信された信号を歪ませる干渉や、その他の現象を引き起こすことがある。例えば、伝送媒体は符号間干渉、マルチパス効果あるいは同一チャンネル干渉の発生原因になることがある。さらに、受信機の周波数誤差がベースバンド波形の回転の原因になって、受信信号の同相(I)成分と直交(Q)成分に影響を与えることがある。これらの影響は通常、無線信号プロセッサが送信した信号から除去されない。したがって、所望のバイナリ情報シンボルをベースバンド信号から復元するために、受信機はベースバンドプロセッサを使用するのが一般的である。
信号の干渉および歪みを処理する際に、ベースバンドプロセッサにイコライザを使用することがある。イコライザは波形が、例えば伝送媒体によって歪む範囲の様々なチャンネル特性のトラッキングを行う特別のフィルタである。一般に、イコライザは定期的にチャンネルタップを取得することによってチャンネル特性のトラッキングを行う。これは、予測受信値を(例えば、既知または検出されたシンボルを使用して)発生させることによって実行される。予測受信値は実際の受信値と比較され、実際の受信値と予測受信値の差がトラッキングされるチャンネルの特性を反映する。そして、伝送媒体に由来する干渉や歪みを補正するためにイコライザはこの情報を使用してチャンネルタップ推定値を調整する。
適応速度すなわち、イコライザがチャンネルタップを取得する速度は、しばしばチャンネルトラッキング・ステップサイズと呼ばれる。チャンネルトラッキング・ステップサイズはチャンネルが変化する速さに依存する。これは送信された信号に対応する周波数帯やキャリア周波数に特に依存する。例えば、周波数帯かキャリア周波数が高くなるにしたがって、チャンネル特性の変化は速くなる傾向がある。しかし、無線信号プロセッサはキャリア周波数を除去するが、この情報はベースバンドプロセッサによる適切な適応速度設定法を決定するために有用ではない。したがって、ベースバンドプロセッサは、予測し得る最悪の条件(例えば、最高周波数帯や最高キャリア周波数)に基づいて適応速度を設定するように従来から設計されている。
実際に最悪条件が存在しない場合、最悪のシナリオに基づいて適応速度を設定する従来方法は結果的に、ベースバンド信号処理の乱用あるいはトラッキング性能の劣ったものとなる。ベースバンド処理を使いすぎると、非常に長時間が必要になり、バイナリ情報シンボルの検出精度が低下し、受信ユニットの電源(例えば、バッテリー)の消耗が著しく早くなる。
他の解決策が提案されている。例えば、米国特許第5,230,007号(Baumほか)では、チャンネルトラッカ自体の性能に応じてチャンネルトラッキング・ステップサイズを適合させることを提案している。このアプローチは、異なるトラッキングステップサイズの性能推定と最適性能トラッカの決定に複雑さが増す。完全な性能推定ができないので、最良のトラッキングステップサイズが常に利用できるとは限らない。もうひとつの米国特許第5,268,930号(Sendykほか)では、チャンネルトラッキング・ステップサイズを決定するために移動電話の速度推定を提案している。電話の搬送手段の速度推定を行う必要があるため、この場合も複雑さが増す。また、搬送手段の速度推定が不正確になると、性能が劣化する。
したがって、デュアルバンド携帯電話システムなど、比較的広範なダイナミック周波数範囲を使うデジタル通信システムでは、受信機効率を改良する必要がある。特に、ユニットの電源消費を適度に維持しながら、伝送媒体に起因する干渉および歪みを一層効率的に補償できるように受信機のベースバンドプロセッサのベースバンド処理機能を改良し、バイナリ情報シンボルの復元精度を高め、高い通話品質を再現する必要がある。
概要
本発明の目的は、より効率的かつ効率的なベースバンド信号処理能力を備えた受信機を提供することである。
もう一つの目的は、ベースバンド処理を乱用することなくベースバンド信号の適応処理を行い、通信情報を正確に検出し、電源の消耗を加速しないベースバンドプロセッサを備えた多重あるいはデュアルバンドの受信機を提供することである。
本発明によれば、上記および他の目的は、受信無線周波数信号からベースバンド信号を無線信号処理手段によって生成し、無線周波数信号の周波数帯に基づいて1組の処理パラメータをベースバンドプロセッサ制御手段によって選択し、選択された処理パラメータの組を使用してベースバンド信号の適応処理をベースバンドプロセッサ手段によって行うベースバンド信号処理システムあるいはその方法によって達成される。
本発明によればまた、上記および他の目的は、受信無線周波数信号からベースバンド信号を生成する無線信号受信手段と、受信無線周波数信号の周波数帯の関数として制御信号を生成する周波数インディケータ手段とを含む無線受信機あるいは無線受信方法によって達成される。また、この受信機あるいは受信方法は、ベースバンド信号を受信し、処理するためのベースバンドプロセッサと、制御信号の関数としてベースバンドプロセッサを適応制御するためのベースバンドプロセッサ制御装置とを含む。
本発明によれば更に、上記および他の目的は、通信信号を受信し、それをベースバンド信号に変換する無線プロセッサと、通信信号に対応する周波数帯情報を生成する受信制御ユニットと、ベースバンド信号からデジタル情報を抽出するベースバンドプロセッサと、周波数帯情報の関数としてベースバンドプロセッサを適応制御するベースバンドプロセッサ制御ユニットとを含むデジタル通信システムあるいはその方法によって達成される。
【図面の簡単な説明】
以下に、付図を用いて発明の目的と利点を詳細に説明する。
図1は従来技術によるデジタル通信システムの図。
図2は本発明によるデジタル通信システムの図。
図3は代表的なバンド適応型のベースバンドコントローラの図。
図4はチャンネルトラッカおよびコヒーレント検波器を含むベースバンドプロセッサの図。
図5は本発明による代表的な方法を示すフローチャート。
詳細な説明
付図を参照しながら発明の様々な特徴を以下に説明する。なお、図において同一部材は同一の参照符号が付けられている。
図1は典型的なデジタル通信システム100を示している。この種のシステムでは、デジタルシンボルは送信機102に入力される。送信機102はデジタルシンボルを変調し、伝送媒体104(例えば、空気)に適する形式にマッピングし、伝送媒体104を介して受信機105へ被変調信号を送信する。
受信機105は無線プロセッサ106、制御装置108、ベースバンド信号プロセッサ110を備えている。制御装置108は送信信号に対応して、信号バンド(すなわち、周波数帯情報)に関する情報と、場合によってはキャリア周波数情報とを無線プロセッサ106に供給する。次に無線プロセッサ106は、受信信号のフィルタ処理、増幅、混合によってベースバンドあるいは中間周波数(IF)バンドを生成する。ベースバンドプロセッサ110は、無線プロセッサ106からベースバンドまたはIF信号を受信し、1組以上のパラメータにしたがってベースバンドまたはIF信号を処理し、デジタルシンボル値の推定値を生成する。また、当業者には明らかなように、信頼性情報に加えてデジタルシンボル値のソフト推定値(soft estimates)をベースバンドプロセッサ110から生成することも可能である。推定されたデジタルシンボル値は例えば、通話音声、テキストまたはイメージに変換される。
上述のように、ベースバンドプロセッサ110は1組の信号処理パラメータにしたがってベースバンドまたはIF信号を処理する。例えば、ベースバンドプロセッサ110の中のチャンネルトラッカ(tracker)がチャンネルタップを得る速度をパラメータの組で定義することができる。そしてチャンネルタップ(channel taps)から得られる情報は、伝送媒体104に起因する干渉および歪みを補償するためにベースバンド信号を調整する目的で使用される。しかし、1組のパラメータ値に対して別の組のパラメータ値を選択するか否かは、チャンネル特性の変化の速度によって決まる。そして、これは送信信号の周波数帯あるいはキャリア周波数を含むいくつかの要素に依存する。ベースバンドプロセッサ110には送信信号の周波数帯またはキャリア周波数に関連する情報がないので、ベースバンドプロセッサ110は適切なパラメータ値の組を選択することができない。代わりに、ベースバンドプロセッサ110は最悪条件(すなわち、あり得る最高の周波数帯またはキャリア周波数)を想定した固定した1組のパラメータ値で設計される。上述のように、実際に最悪条件が存在しない場合、最悪条件を想定することによって、ベースバンド処理の効率が悪くなり、不正確なベースバンド処理になりかねない。
一方、図2は本発明の好ましい実施例によるデジタル通信システム200が示されており、図1の部材が対応して図示されている。受信機105と同様の受信機205は無線プロセッサ106を備えている。受信機205は更に、制御装置208、バンド適応型ベースバンドコントローラ209、制御ベースバンド信号プロセッサ210を備えている。
受信機105の場合とは異なり、バンド適応型ベースバンドコントローラ209は送信信号に対応する周波数帯関連情報と、場合によってはキャリア周波数関連情報とを制御装置208から受信する。一般に、周波数帯は無線チャンネルの集合または単一の無線チャンネルを表す。バンド適応型ベースバンドコントローラ209は制御ベースバンドプロセッサ210によって実行されるベースバンド処理機能を制御するために、この周波数帯情報を利用する。例えば、制御装置208によって周波数帯情報またはキャリア周波数情報が供給されると、多くのベースバンド信号処理方法(または、ベースバンド処理パラメータの複数セット)の中から、最良、最適な信号処理方法をバンド適応型ベースバンドコントローラ209によって選択することが可能である。
図3はバンド適応型ベースバンドコントローラ209の代表的な実施例を示している。この代表的な実施例によれば、バンド適応型のベースバンドコントローラ209はスイッチ302と、少なくとも2組のベースバンド信号処理パラメータ304、306を備えている。当業者には明らかなとおり、スイッチ302はハードウェアあるいはソフトウェア的に実施可能であって、周波数帯インディケータ信号303に動作状態で接続される。用途に携帯電話通信システムが含まれるならば、その周波数帯が低周波数セルラバンドであるか、高周波数PCSバンドであるかを判別するために周波数帯インディケータ信号308を利用することができる。次に、スイッチ302は最適なベースバンド信号処理パラメータの組304または306を制御ベースバンドプロセッサ210に供給し、そして制御ベースバンドプロセッサはその最適パラメータの組を受信して、ベースバンド信号を処理するために利用する。例えば、少なくとも2つの各ベースバンド信号処理パラメータの組304、306には、異なるチャンネルトラッキング・ステップサイズを設定するためのパラメータを含めることができる。代替的に、少なくとも2つの各ベースバンド信号処理パラメータの組304、306に、自動周波数補正(AFC)ユニットのための異なるループフィルタ係数を含めることも可能である。
図4は制御ベースバンドプロセッサ210の代表的な実施例を示している。図4で示されるように、制御ベースバンドプロセッサ210はチャンネルトラッカ407およびコヒーレント検波器408を備えている。バンド適応型ベースバンドコントローラ209によって周波数帯またはキャリア周波数情報が供給されると、最適なパラメータの組に関連するパラメータ値はチャンネルトラッカ407で利用可能になる。上述のように、専用にチャンネルトラッキング・ステップサイズを制御するためのパラメータをパラメータの組に含めることができる。チャンネルトラッカ407はバンド適応型コントローラ209からのパラメータ値、無線プロセッサ106からのベースバンド信号、コヒーレント検波器408からの検出デジタルシンボル値を利用してチャンネルをトラッキングする。ベースバンド信号の処理と同時に、最適なパラメータの組にしたがってコヒーレント検波器408によって更に正確にデジタルシンボルを検出することができる。また、当業者には明らかなように、上述の機能を備えたイコライザをコヒーレント検波器408に設けることができる。具体的に云えば、TDMAシステムでは、コヒーレント検波器408を最尤シーケンス推定(MLSE)イコライザとすることができる。CDMAシステムでは、コヒーレント検波器をRAKE受信機とすることができる。いずれの場合も、チャンネル(例えば、パイロットチャンネルまたはパイロットシンボル)の検出に既知のシンボル値が使用されるならば、コヒーレント検波器403の出力はチャンネルトラッカ407に供給する必要はない。
上記実施例はチャンネルトラッキングの用途に焦点を合わせたものであるが、本発明はチャンネルトラッキングにかかわる基礎的な(baseline)処理に制限されない。さらに別の代表的な実施例では、バンド適応型ベースバンドコントローラ209から得られた選択されたパラメータの組は、ベースバンド信号復調の複雑さの程度を決定するために使用することができる。例えば、ある周波数帯では生き残りごとの処理(per−survivor−processing)を必要とし、別の周波数帯ではその必要がないことがあるが、当分野で周知のとおり、生き残りごとの処理では予測可能な種々のシンボルシーケンスにそれぞれ対応する複数のチャンネル推定値が使用される。さらに別の代表的な実施例では、選択されたパラメータの組は、例えばトランスバーサルフィルタまたは判定帰還形イコライザにおけるイコライザフィルタ係数のトラッキング速度を決定するのに使用可能である。一般に、選択されたパラメータには、様々なベースバンド処理機能を選択するための制御信号を含めることができる。
さらに別の代表的な実施例では、バンド適応型ベースバンドコントローラ209から得られる選択されたパラメータの組は、特定のチャンネル特性の推定値に対する更新処理をベースバンドプロセッサ210によって制御するために使用することができる。例えば、特定のチャンネル特性Xの推定値は以下の関係式にしたがって更新することができる。
Xpresent=Xprevious+λXupdate (1)
ただし、λは重み付け関数を表す。前述のように、PCSバンドはセルラバンドより高い周波数帯である。また、周波数が高くなるにしたがってチャンネル特性の変化が早くなる傾向があることも、前に述べたとおりである。したがって、上記関係式では、対応周波数帯がPCSバンドであれば、Xpresentに適用する重み付け係数λは大きい方が適切であろう。対照的に、対応周波数帯がセルラバンドであるならばXpreviousに適用するλ重み付け係数は小さい方が適切であろう。本発明のこの代表的な実施例によれば、バンド適応型ベースバンドコントローラ209によって重み付け係数λの特定の値を与えられた周波数帯の関数として選択して、ベースバンド信号の処理に使用するためにその値を制御ベースバンドコントローラ210に供給することができる。
図5は上述の実施例のいずれかを実施するための一般的な手法を示す。変調された波形を送信機から受信したとき(ステップ505)、手順が開始される。次に、送信信号に関連する周波数帯と、場合によってはキャリア周波数とを表す信号が発生する(ステップ510)。送信信号はフィルタ処理、増幅、混合を経てベースバンドあるいはIFバンドまで下げられる(ステップ515)。上記インディケータ信号から得られるバンド情報にしたがって、対応する周波数帯を決定するための判定が行われる。対応する周波数帯が高い場合、例えば、決定ブロック520からの分岐“HIGH”によってPCSバンドが表されている場合、第1セットのベースバンド信号処理パラメータが選択される(ステップ525)。一方、対応する周波数帯が低い場合、例えば、決定ブロック520からの分岐“LOW”によってセルラバンドが表されている場合、第2セットのベースバンド信号処理パラメータが選択される(ステップ530)。そして、選択されたパーラメータセットにしたがってデジタルシンボル情報を抽出するためにベースバンド信号またはIF信号が処理される(ステップ535)。
いくつかの代表的な実施例を用いて本発明を記述してきた。しかし、当業者には明らかなように、上述の好ましい実施例以外にも特定の形態で発明を実施することが可能である。発明の趣旨から逸脱することなく実現可能である。上記好ましい実施例は単なる説明手段であって、何ら制限を加えるものではない。例えば、上記発明の記述は、変調された信号が空気中を伝送される無線通信システムを想定した文脈で記述されている。しかし、本発明はそのようなシステムに限定するものではない。有線通信システムや磁気記憶装置システムにも、本発明は適応可能である。
Claims (30)
- 受信無線周波数信号からベースバンド通信信号を生成する無線信号処理手段と、
無線周波数信号に対応する周波数バンドに基づいて1組の処理パラメータを選択するベースバンドプロセッサ制御手段と、
選択された処理パラメータの組を用いてベースバンド通信信号を適応処理するベースバンドプロセッサ手段とを有するベースバンド信号プロセッサ。 - 請求項1に記載のベースバンド信号プロセッサであって、選択された処理パラメータの組に、チャネルトラッキングパラメータが含まれる前記ベースバンド信号プロセッサ。
- 請求項2に記載のベースバンド信号プロセッサであって、前記チャンネルトラッキングパラメータに、チャンネルトラッキング・ステップサイズを定義するパラメータ値が含まれる前記ベースバンド信号プロセッサ。
- 請求項1に記載のベースバンド信号プロセッサであって、選択された処理パラメータの組に、自動周波数制御パラメータが含まれる前記ベースバンド信号プロセッサ。
- 請求項4に記載のベースバンド信号プロセッサであって、自動周波数制御パラメータに、ループフィルタ係数を定義するパラメータ値が含まれる前記ベースバンド信号プロセッサ。
- 受信無線周波数信号からベースバンド信号を生成する無線信号受信手段と、
受信無線周波数信号に対応する周波数バンドの関数として制御信号を生成する周波数インディケータ手段と、
ベースバンド信号の受信および処理を行うベースバンドプロセッサと、
制御信号の関数としてベースバンドプロセッサを適応制御するベースバンドプロセッサ制御ユニットとを有する無線受信機。 - 請求項6に記載の受信機であって、ベースバンドプロセッサ制御ユニットが制御信号の関数として1組のベースバンド処理パラメータを選択するスイッチを含む前記受信機。
- 請求項7に記載の受信機であって、選択されたベースバンド処理パラメータの組に従ってベースバンドプロセッサによってベースバンド信号を処理する前記受信機。
- 請求項8に記載の受信機であって、選択されたベースバンド処理パラメータの組に、チャンネルトラッキングパラメータが含まれる前記受信機。
- 請求項8に記載の受信機であって、選択されたベースバンド処理パラメータの組に、自動周波数制御パラメータが含まれる前記受信機。
- 通信信号を受信し、それをベースバンド信号に変換する無線プロセッサと、
通信信号に対応する周波数バンド情報を生成する受信機制御ユニットと、
ベースバンド信号からデジタル情報を抽出するベースバンドプロセッサと、
周波数バンド情報の関数としてベースバンドプロセッサを適応制御するベースバンドプロセッサ制御ユニットとを有するデジタル通信システム。 - 請求項11に記載のシステムであって、前記ベースバンドプロセッサ制御ユニットが
周波数バンド情報の関数として1組のベースバンド処理パラメータを選択するスイッチを含むシステム。 - 請求項12に記載のシステムであって、前記ベースバンドプロセッサが
選択されたベースバンド処理パラメータの組をベースバンドプロセッサ制御ユニットから受信する手段を備え、ベースバンドプロセッサが受信したベースバンド処理パラメータの組を利用してベースバンド信号からデジタル情報を抽出する前記システム。 - 請求項13に記載のシステムであって、選択されたベースバンド処理パラメータの組に、チャンネルトラッキングパラメータが含まれる前記システム。
- 請求項13に記載のシステムであって、選択されたベースバンド処理パラメータの組に、自動周波数制御パラメータが含まれる前記システム。
- 無線周波数信号からベースバンド信号を生成するステップと、
無線周波数信号に対応する周波数バンドに基づいて1組の処理パラメータを選択するステップと、
選択された処理パラメータの組に基づいてベースバンド信号を適応処理するステップとを含む通信信号処理方法。 - 請求項16に記載の方法であって、選択された処理パラメータの組に、チャンネルトラッキングパラメータが含まれる前記方法。
- 請求項17に記載の方法であって、チャンネルトラッキングパラメータに、チャンネルトラッキング・ステップサイズが含まれる前記方法。
- 請求項16に記載の方法であって、選択された処理パラメータの組に、自動周波数制御パラメータが含まれる前記方法。
- 請求項19に記載の方法であって、前記自動周波数制御パラメータの組に、ループフィルタ係数が含まれる前記方法。
- 無線通信信号を受信し、対応するベースバンド信号を処理する方法であって、
無線通信信号を受信するステップと、
無線通信信号を対応のベースバンド信号に変換するステップと、
無線通信信号に対応する周波数バンドに基づいて制御信号を生成するステップと、
制御信号の関数としてベースバンド信号を適応処理するステップとを含む前記方法。 - 請求項21に記載の方法であって、ベースバンド信号を適応処理する前記ステップが
制御信号に基づいて1組のベースバンド処理パラメータを選択するステップを含む前記方法。 - 請求項22に記載の方法であって、ベースバンド信号を適応処理する前記ステップが更に、
選択されたベースバンド処理パラメータの組に従ってベースバンド信号を処理するステップを含む前記方法。 - 請求項23に記載の方法であって、選択されたベースバンド処理パラメータの組に、チャンネルトラッキングパラメータが含まれる前記方法。
- 請求項23に記載の方法であって、選択されたベースバンド処理パラメータの組に、自動周波数制御パラメータが含まれる前記方法。
- ベースバンド信号からデジタル信号を適応生成する方法であって、
変調された通信信号を送信するステップと、
変調された通信信号を受信して、その通信信号をベースバンド信号に変換するステップと、
変調された通信信号に対応する周波数バンドに基づいて制御信号を生成するステップと、
制御信号の関数としてベースバンド信号からデジタル信号を生成するステップとを含む前記方法。 - 請求項26に記載の方法であって更に、
制御信号に基づいて1組のベースバンド処理パラメータを選択するステップを含む前記方法。 - 請求項27に記載の方法であって、デジタル信号を生成する前記ステップが
選択されたベースバンド処理パラメータの組を利用してデジタル信号を生成するステップを含む前記方法。 - 請求項28に記載の方法であって、選択されたベースバンド処理パラメータの組に、チャンネルトラッキングパラメータが含まれる前記方法。
- 請求項28に記載の方法であって、選択されたベースバンド処理パラメータの組に、自動周波数制御パラメータが含まれる前記方法。
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