JP4160979B2 - タイム・スロットｃｄｍａシステムにおける雑音空間相関特性の推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイム・スロット化されたＣＤＭＡシステムに係り、特に、移動体通信の分野に属する、複数のアンテナを備えるタイム・スロット化されたＣＤＭＡシステムにおける、雑音の空間相関特性を推定する方法に係る。

複数のアンテナを用いると、無線通信システムの性能を非常に向上できる。ローカルセル信号の空間特性ばかりでなく、他のセルの干渉信号の空間特性が、マルチ−アンテナ・システムの空間−時間処理において考慮されると、システム性能は、さらに向上される。この空間−時間処理は、雑音の空間相関特性が測定され推定された時、すなわち雑音(熱雑音及び干渉を含む）の空間相関行列が与えられた時にのみ実行可能である。Ｐ．ＪｕｎｇとＪ．Ｂｌａｎｚの「ＣＤＭＡ移動体無線システムにおいて雑音干渉性の受信機アンテナ多様性を用いるジョイント結合（Joint Detection with Coherent Receiver Antenna Diversity in CDMA Mobile Radio Systems）」（IEEE Trans.Veh.Tech, Vol. 44、Ｐ．７６〜８８、１９９５年２月）では、スマート・アンテナを備えるタイム・スロット化されたＣＤＭＡシステムにおける雑音相関行列の機能及び特性が説明されている。それにもかかわらず、本文献に記載された技術を実行し模倣（エミュレート）する時には、雑音は相互に相関しない、すなわち、雑音の相関特性を考慮しない、と仮定されている。雑音空間相関行列を推定するための方法は提供されていない。実際は、受信されるべき信号は、雑音と共に蓄積される。すなわち、ｅ＝ｓ＋ｎであり、ここでｅは合計の受信信号であり、ｓは信号成分であり、ｎは雑音成分である。雑音の相関特性の実際の測定及び推定において、雑音成分はガウス分布であり、信号成分とは無相関であり、したがって、次の式が存在する。
Ｅ[ｎ・ｎ^*T]＝Ｅ[ｅ・ｅ^*T]−Ｅ[ｓ・ｓ^*T]

分析及びエミュレート結果は、信号対雑音比が増加する時に、雑音空間相関行列の上記推定アルゴリズムがいくらか不安定であり、エラー・コード・レートを急速に悪化させることを示す。したがって、上記推定アルゴリズムは、信号対雑音比の実用的な範囲におけるシステム要求事項を満たさない。
Ｐ．Ｊｕｎｇ及びＪ．Ｂｌａｎｚ著「ＣＤＭＡ移動体無線システムにおいて雑音干渉性の受信機アンテナ多様性を用いるジョイント結合（Joint Detection with Coherent Receiver Antenna Diversity in CDMA Mobile Radio Systems）」（IEEE Trans.Veh.Tech, Vol. 44、Ｐ．７６〜８８、１９９５年２月）

本発明の目的は、タイム・スロット化されたＣＤＭＡシステムの雑音空間相関特性を推定する方法を提供することによって先行技術における問題を解決することであり、その結果、信号対雑音比が増加する時でさえ、システムのエラー・コード・レートが悪化せずに、雑音空間相関行列の推定アルゴリズムは安定したままであるようにすることである。これにより、システムの性能要求事項は、信号対雑音比の実用的範囲内で満足される。

本発明は、次の技術的なスキームに基づいて実行され、その方法は、主として次のステップを含む。
ａ．Ｐ個のタップの値を含むオリジナルのチャネル推定結果を得るために、アンテナ・アレイの各アンテナの受信信号についてチャネル推定をそれぞれ実行し、ここで前記Ｐはタップの数であってチャネル推定に使用される基本符号の期間に相当し、各々の前記タップはサンプリング時間ポイントであり、各々の前記タップの値は前記Ｐ個のサンプリング時間ポイントの１つでのサンプリングによって得たチャネル推定値である、ステップと、
ｂ．各アンテナのＰ個のタップの中、信号応答成分を含まない値を有するタップと信号応答成分を含む値を有するタップを分離し、前記オリジナルのチャネル推定結果から前記アンテナ・アレイの雑音応答行列を得る、ステップと、
ｃ．雑音空間相関行列を得るために、アンテナ・アレイの雑音応答行列によって相関演算を実行する、ステップ。

好ましくは、ステップｂが次のサブステップを含んでいることである。
ｂ０１．アンテナ・アレイのオリジナルのチャネル推定結果を使用して各タップの平均出力を計算し、各タップの平均出力がシステムによって設定されたしきい値以上であるかを判断し、肯定される場合は、タップの値を処理されたオリジナルの推定結果の値として保持し、さもなければ、タップの値を、処理されたオリジナルの推定結果の値として、０に設定するステップと、
ｂ０２．雑音応答成分及び０のみを含む、アンテナ・アレイの雑音応答行列を得るために、オリジナルのチャネル推定結果から、処理されたオリジナルの推定結果を減算するステップ。

好ましくは、ステップｂはさらに次のサブステップを含んでいる。
ｂ１１．Ｐ１個のタップの値を、より大きい出力を有する処理されたチャネル推定結果の値として保持し、他のタップの値を、処理されたチャネル推定結果の値として、０に設定し、ここでＰ１は０＜Ｐ１＜Ｐを充たす、ステップと、
ｂ１２．オリジナルのチャネル推定結果から、ステップｂ１１において得られた処理されたチャネル推定結果を減算し、雑音応答成分及び０のみを含む、アンテナ・アレイの雑音応答行列を得る、ステップ。

ステップｃは、次の式による相関演算を含み、

ここで、Ｒ_nsは雑音空間相関行列であり、
Ｎ’は雑音応答行列であり、
Ｈは共役転置操作を示し、
Ｌ₁＝Ｐ−Ｐ_lであり、
Ｐ₁はチャネル推定値が保持されるタップの数であり、
Ｄはチャネル推定アルゴリズムの雑音劣化因子である。

本発明は、タイム・スロット化されたＣＤＭＡシステムのチャネル推定の特徴を引き出すことによって、タイム・スロット化されたＣＤＭＡシステムの雑音空間相関特性を推定する方法を提供する。本方法は、良好な値の安定性によって単純かつ効果的であり、システムの信号対雑音比の実用的な範囲において、良好な推定の実行という特徴がある。

本発明を、図を参照して、より詳細に説明する。

信号と雑音とが相関していないと仮定して雑音特性推定を実行する時には、統計のための信号の量は十分でないから、信号と雑音との間には、ある程度の相関があり、すなわち、信号成分ｓは雑音特性推定に影響する。通常は、相関はわずかであり、信号対雑音比が小さい時には、信号成分から雑音測定への重大な影響はない。しかしながら、信号対雑音比がより大きくなる時には、影響はより重大になる。

本発明の方法によると、チャネル推定結果を使用することによって、雑音相関行列が得られる。オリジナルのチャネル推定結果を処理することによって、信号応答成分と雑音応答成分とが分離される。したがって、本発明の方法を使用する際には、相関は、雑音空間相関特性の推定にあまり影響しない。

図１に示すように、本発明の方法は、次のステップを含む。
ステップａ．オリジナルのチャネル推定結果を得るために、受信信号のチャネル推定を実行する。アンテナ・アレイのオリジナルのチャネル推定結果がｈ”であると仮定すると、
ｈ"＝（ｈ"⁽¹⁾，ｈ"⁽²⁾，…，ｈ"^(ka)，…，ｈ"^(Ka)）^T
ここで、ｈ"^(ka)は、ｋａ番目のアンテナにおける受信信号のチャネル推定値である。
ｈ"^(ka)＝（ｈ₁"^(ka)，ｈ₂"^(ka)，…，ｈ_p"^(ka)）^T
ここで、ｈ_i"^(ka)は、ｋａ番目のアンテナにおけるチャネル推定のｉ番目のタップ値
であり、Ｐはチャネル推定に使用された基本符号の周期である。
ステップｂ．アンテナ・アレイの雑音応答行列を得るために、オリジナルのチャネル推定結果を処理する。ここで、処理方法は、次の通りである。

最初に、オリジナルのチャネル推定結果を、信号対雑音比しきい値法又はエネルギー・ソーティング法によって処理する。

信号対雑音比しきい値法は、次の通りである。各タップの平均出力を、アンテナ・アレイのオリジナルのチャネル推定結果を使用して計算し、平均出力がしきい値未満であるタップ値を０に設定し、平均出力がしきい値以上であるタップ値を保持する。すなわち、平均出力がしきい値未満であるタップ値は雑音成分であり、平均出力がしきい値以上であるタップ値は信号成分である。値が保持されるタップの数は、Ｐ１によって表される。信号対雑音比しきい値法によって処理されたチャネル推定結果であるｈ’とオリジナルのチャネル推定結果であるｈ”とは、次の式で示される。

ここで、Γ² _CHE=εσ_n ²であり、これは出力しきい値であり、ε＞０はシステムによって設定された信号対雑音比のしきい値であり、σ_n ²は測定された雑音出力である。

エネルギー・ソーティング法は、次の通りである。チャネル応答においてより大きなエネルギーを有するタップのみを保持し、他のタップの値を０に設定する。システムはタップの数のしきい値をＰ１として設定して、０＜Ｐ１＜Ｐであり、すなわち、システムは、保持される必要があるチャネル推定タップの数をＰ１として決定し、これらのＰ１個のタップのエネルギーに基づいて、タップをソートし、位置数列｛ｉ₁，ｉ₂，…，ｉ_p1｝によって、より大きなエネルギーのＰ１個のタップを得る。すなわち、より大きなチャネル応答エネルギーを有するタップ値は信号成分であり、残りは雑音成分である。エネルギー・ソーティング法によって処理されたチャネル推定結果であるｈ’と、オリジナルのチャネル推定結果であるｈ”との関係は、次の式の通りである。

次に、信号対雑音比しきい値法又はエネルギー・ソーティング法によって処理されたチャネル推定がｈ’であり、保持されているチャネル推定タップの数がＰ１であると仮定し、オリジナルのチャネル推定結果ｈ”をチャネル推定結果ｈ’で減算し、雑音応答行例Ｎ’が得られる。
Ｎ’＝ｈ”−ｈ’

ステップｃ．Ｒ_nSによって表される、雑音の空間相関行列を得るために、アンテナ・アレイの雑音応答行列によって相関演算を実行させ、具体的には次のように計算される。

ここで、Ｈは共役転置操作を示し、
Ｌ₁＝Ｐ−Ｐ₁であり、
Ｄは、チャネル推定アルゴリズムの雑音劣化因子である。

本発明による方法のフローチャートを示す。

Claims (5)

1. タイム・スロット化されたＣＤＭＡシステムにおいて雑音の空間相関特性を推定する方法であって、
   ａ．Ｐ個のタップの値を含むオリジナルのチャネル推定結果を得るために、アンテナ・アレイの各アンテナの受信信号についてチャネル推定をそれぞれ実行し、ここで前記Ｐはタップの数であってチャネル推定に使用される基本符号の期間に相当し、各々の前記タップはサンプリング時間ポイントであり、各々の前記タップの値は前記Ｐ個のサンプリング時間ポイントの１つでのサンプリングによって得たチャネル推定値である、ステップと、
   ｂ．各アンテナのＰ個のタップの中、信号応答成分を含まない値を有するタップと信号応答成分を含む値を有するタップを分離し、前記オリジナルのチャネル推定結果から前記アンテナ・アレイの雑音応答行列を得る、ステップと、
   ｃ．雑音の空間相関行列を得るために、前記アンテナ・アレイの前記雑音応答行列によって相関演算を実行するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記ステップｂが、
   ｂ０１．前記アンテナ・アレイの前記オリジナルのチャネル推定結果を使用して各タップの平均出力を計算し、各タップの平均出力が予め設定されたしきい値以上であるかをそれぞれ判断し、肯定される場合は、前記タップの値を処理されたオリジナルの推定結果の値として保持し、さもなければ、前記タップ値を、処理されたオリジナルの推定結果の値として、０に設定するステップと、
   ｂ０２．雑音応答成分及び０のみを含む雑音応答行列を得るために、前記オリジナルのチャネル推定から前記処理されたオリジナルの推定結果を減算するステップと、
   を含む、
   請求項１の方法。
3. 前記しきい値が出力のしきい値であり、予め設定された信号対雑音比率しきい値と雑音出力との積である、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記ステップｂが、
   ｂ１１．より大きいエネルギーを有する前記処理されたオリジナルの推定結果の値として、Ｐ１個のタップの値を保持し、ここでＰ１は０＜Ｐ１＜Ｐを充たす、ステップと、
   ｂ１２．雑音応答成分及び０のみを含む前記アンテナ・アレイの雑音応答行列を得るために、前記オリジナルのチャネル推定結果から、ステップｂ１１において処理された、前記処理されたチャネルの推定結果を減算するステップと、
   を備える、
   請求項１に記載の方法。
5. 前記ステップｃが、次の式による相関演算を備え、
   

   

   ここで、Ｒ_nsは雑音の空間相関行列であり、
   Ｎ'は前記雑音応答行列であり、
   Ｈは共役転置操作であり、
   Ｌ₁＝Ｐ−Ｐ_lであり、
   Ｐ₁はチャネル推定値が保持されるタップの数であり、
   Ｄが前記チャネル推定アルゴリズムの雑音劣化因子である、
   請求項２又は４に記載の方法。

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