JP4502233B2

JP4502233B2 - レイク受信機におけるｃｄｍａセルラ信号の合成方法

Info

Publication number: JP4502233B2
Application number: JP2000121293A
Authority: JP
Inventors: ダブリュージョーンズウィリアム; ジェイケニートーマス
Original assignee: Infineon Technologies North America Corp
Current assignee: Infineon Technologies North America Corp
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2020-04-21
Also published as: DE10019116B4; GB2351879B; JP2000332652A; KR20000077048A; CN1135744C; GB2351879A; DE10019116A1; GB0008777D0; GB2351879A8; CN1274205A; US6219344B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に無線電話システムに関しており、また殊にパイロットシンボルを使用するトラフィックチャネル推定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線電話通信の使用が広まるにつれて、トランシーバーの能力を強化して、使用する帯域幅の量を最小化しつつ、伝送された無線通信信号を検出する必要性がますます高まっている。
【０００３】
通例使用されるセルラ電話通信システムの１つは、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）と称されており、システム内のセルラ電話機はすべて、その信号を、同じ周波数範囲を有するトラフィックチャネルで、別の電話機が伝送している最中であることを考慮せずに伝送する。各セルラ電話機への伝送およびこれらからの伝送を区別するために、各々の電話機には一意的なＰＮ（ＰＮ：pseudo-noise）符号が割り当てられている。このＰＮ符号は、その特定の電話機への伝送またはこの電話機からの伝送に先行する。特定の電話機に対して割り当てられた信号を分離するため、受信信号はこの電話機の一意的なＰＮ符号と相関付けられる。各々のＰＮ符号は一般的に、使用中の他のすべての符号に直交しているため、所望のＰＮ符号を含まない信号は、バックグランドノイズとして受信機に現れる。
【０００４】
現実のセルラシステムでは、各セルラ電話機は、所望の信号の複数の変形を受信する。これは信号が基地局とセルラ電話機との間で伝送される時に、異なるパスを通るからである。このことによりマルチパス妨害として知られる条件が形成される。別の電話機に宛てられた信号およびマルチパス妨害から、所望の信号を抽出するために、ほとんどのＣＤＭＡセルラ電話機は、複数の信号パスを有するレイク受信機を含んでいる。各信号パスは、それぞれ遅延の異なる複数の受信信号のバージョンを、このセルラ電話機の一意的なＰＮ符号に相関させ、これにより特定の基地局から伝送された所望の信号を抽出する。その後各相関器の出力はさらに処理され、基地局とセルラ電話機との間のチャネルに形成された歪みの解除が試行される。
【０００５】
トラフィックチャネルに引き起こされた歪みのレベル決定に際してレイク受信機を支援するために、ＣＤＭＡ基地局は、トラフィックチャネルで伝送されるデータ信号に加えて既知のビット列のパイロット信号を、パイロットチャネルで伝送する。パイロット信号の分析に基づいて、レイク受信機はトラフィックチャネルの歪みを推定することができる。
【０００６】
セルラ方式トランシーバーが単一の基地局から信号だけを受信するのであれば、パイロット信号をトラフィックチャネル特性の推定のために使用することができる。しかし実際のセルラシステムでは、セルラ方式トランシーバーは１つ以上の基地局から信号を受信することがある。各基地局がその固有のパイロット信号を伝送しても、トラフィックチャネルの推定は簡単には行えない。なぜならばパイロット信号の特性は、各基地局に対するトラフィックチャネルについて一般的に同じではないからである。したがってセルラ信号を２つ以上の基地局から受信している場合に、トラフィックチャネル特性を正確に推定でき、これによりレイク受信機における信号の受信を最適化するための技術が必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、２つ以上の基地局からＣＤＭＡセルラ信号を受信する場合に、トラフィックチャネル特性を正確に推定し、これよりレイク受信機における信号の受信を最適化することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明により、１つ以上のチャネルを有するレイク受信機にてＣＤＭＡセルラ信号を合成する方法において、２つ以上の基地局からＣＤＭＡセルラ信号とパイロット信号を受信し、単一の基地局からのＣＤＭＡセルラ信号とパイロット信号を分離し、トラフィックチャネル振幅の推定値を形成し、ＣＤＭＡセルラ信号を前記推定値によって重み付けし、当該重み付けした信号を、レイク受信機の別のチャネルで形成された、別に重み付けしたＣＤＭＡセルラ信号に合成し、トラフィックチャネル振幅推測値と、単一基地局からのパイロットシンボルとの比較に基づいて、トラフィックチャネル振幅の推定値を更新することを特徴とするＣＤＭＡセルラ信号の合成方法を構成することによって解決される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
２つ以上の基地局から受信したＣＤＭＡセルラ信号を検出するレイク受信機の性能を改善するために、本発明ではレイク受信機の各々のチャネルに対してトラフィックチャネル振幅の推定値を、受信したパイロット信号との比較に基づいて形成する。このトラフィックチャネルの推定値によって、到来するセルラ信号を重み付けし、その後これこのレイク受信機の別のチャネル内の重み付けしたセルラ信号と合成する。
【００１０】
トラフィックチャネル振幅の推定値とパイロット信号との差分により、フィードバックループが駆動され、これによってトラフィックチャネル振幅の推定値が微調整される。
【００１１】
【実施例】
本発明は、ＣＤＭＡセルラシステムにおいてパイロットシンボルを１つ以上の基地局から受信する場合に、トラフィックチャネル特性を推定するためのシステムに関するものである。
【００１２】
ＣＤＭＡセルラ電話システムの簡略化された図が図１に示されている。このシステムでは第１セル２２内にある基地局２０が、セルラ電話機２４と双方向に信号を伝送する。ＣＤＭＡシステムでは特定のセルラ電話機２４との双方向の伝送に先立って一意的なＰＮ符号が伝送される。このＰＮ符号は、システム内の別のセルラ電話機によって伝送される、別のすべてのＰＮ符号と実質的に直交する。基地局２０とセルラ電話機２４との間の地形およびビルディングのために、基地局２０からの伝送はセルラ電話機に、異なる信号パスを経由して到着する。図１に示したように、２つの異なる信号パス２６と２８がある。各々の信号パスの長さは若干異なることもある。このため基地局２０から伝送された同一の信号はセルラ電話機２４に異なる時間に到着することがあり、これがマルチパス妨害を引き起こす。
【００１３】
セルラ電話機２４内には、異なるチャネルまたはフィンガを含むレイク受信機がある。各々のチャネルには相関器が含まれており、この相関器が受信した信号をその特定のセルラ電話機に指定されたＰＮ符号に相関させる。各々のフィンガの出力は重み付けられて合成され、これにより可能な限り良好な信号が形成される。各々のフィンガに関連する重み付けを決定するために、基地局２０とセルラ電話機２４との間に発生するトラフィックチャネル歪みに対して推定を行わなければならない。パイロットチャネルで伝送されるパイロット信号の振幅を測定することにより、トラフィックチャネル歪みの推定を行うことができ、レイク受信機の各々のフィンガによって形成される信号をスケーリングする重み付けを調整することができ、これによって合成信号を最適化することができる。
【００１４】
多くの場合にセルラ電話機は、１つ以上の基地局から伝送される信号を受信する。図２に示したように、セルラ電話機２４は第１セル２２内にある基地局２０と、第２セル３４内にある第２基地局３２とから信号を受信する。基地局３２から伝送されたパイロット信号は、基地局２０とセルラ電話機２４との間のトラフィックチャネル内の歪みを正しくモデル化していないことがある。同様に基地局２０から伝送されたパイロット信号は、基地局３２とセルラ電話機２４との間のトラフィックチャネル内の歪みを正確にモデル化していないことがある。したがってレイク受信機はパイロット信号それ自体を信頼することはできず、したがってトラフィックチャネル特性を正確に推定して、レイク受信機の各々のフィンガで形成される信号を最適化することはできない。
【００１５】
２つ以上の基地局から受信する場合、復号化されるセルラ信号の精度を向上するために、本発明はレイク受信機にて、パイロットシンボルの分析による基づく重み付けだけでなく、トラフィックチャネル振幅の推定値に基づいて重み付けした信号を合成する。
【００１６】
図３は、セルラＣＤＭＡ信号を正確に復号化するために、本発明がどのようにして受信データ信号とパイロット信号の両方を分析するかを示す制御ブロック図である。図３に示されたこの制御システムは、デジタルシグナルプロセッサ内に実現されると有利である。このデジタルシグナルプロセッサは、単一の基地局から受信され、妨害信号から分離された２つの信号つまりトラフィック信号であるｘ_t(n)およびパイロット信号であるｘ_p(n)と、相関を通じて別の基地局からの信号とを受信する。信号ｘ_tおよびｘ_pは両方ともインフェーズおよび直交ベースバンド成分とを有する複素数のベースバンド信号である。信号ｘ_tは乗算器５０に供給される。さらに信号ｘ_tの共役が第２乗算器５２に供給される。この乗算器５２の別の入力側にはパイロット信号ｘ_pが供給され、これによりこの乗算器の出力によってトラフィック信号のフェーズ成分が効果的に除去される。さらにパイロット信号ｘ_pは第３乗算器５４と第４乗算器５６の入力側に供給される。
【００１７】
乗算器５２の出力の実部の絶対値が計算され、これによりトラフィック信号のデータ変調成分が効果的に除去される。この結果は加算器５８のプラスの入力側に供給される。加算器５８のマイナスの入力側には乗算器５４の出力が供給される。加算器５８の出力側は、目下のパイロットおよびトラフィック信号と、制御規則で形成された信号モデルとの差分を表す誤差信号である。加算器５８で形成された誤差信号の共役が計算され、乗算器６０の入力側に供給される。乗算器６０の別の入力側にはファクタβが供給され、これは加算器５８の出力側で形成される誤差信号が０に達するために必要な時間が最適化されるように選択される。このファクタβは有利には、図３に示した制御システムのコンピュータシミュレーションにより選択され、システムの実地試験中に最適化される。
【００１８】
乗算器６０の出力は、乗算器５６の第２入力側に供給される。乗算器５６の出力は、加算器６２の入力側に供給される。加算器６２の出力は、１サンプル時間分遅延される。この遅延された出力は、加算器６２の入力側にフィードバックされて、乗算器５６の出力に加算される。さらに遅延された信号の共役が、上述の乗算ブロック５０および５４の入力側に供給される。
【００１９】
図３に示した本発明の実施形態は、ＣＤＭＡセルラシステムのための規格ＩＳ−９５に直接適用することができ、したがって目下は本発明の有利な実施形態である。パイロット信号はつぎのように正確にモデル化される。
【００２０】
Ｘ_p(ｎ)＝Ａ_p(ｎ)・ｅ^(i・ ^θ ⁽ⁿ⁾⁾＋妨害（１）
ここでＡ_p(ｎ)は、時間変動する、パイロット信号のフェージング包絡線であり、Π(ｎ)は、パイロット信号の、時間変動するフェーズプロセスである。Ｘ_tはインフェーズおよび直交成分からなる複素数信号であるが、さらにトラフィック情報、ベアリングデータ(bearing data)ｄ(ｎ)も含んでいる。したがってこのデータ信号は、つぎのようにモデル化される。
【００２１】
Ｘ_t(ｎ)＝Ａ_t(ｎ)・ｄ(ｎ)・ｅ^(i・ ^θ ⁽ⁿ⁾⁾＋妨害（２）
推定すべき平坦なフェージングチャネルは、複素数値Ａ_t(ｎ)・ｅ^(i・ ^Π ⁽ⁿ⁾⁾である。チャネル推定値は次式で与えられる。
【００２２】
Ｗ(ｎ)=Ｗ(ｎ−１)＋β・Ｘ_p(ｎ)・ｅ^*(ｎ) （３）
ここで誤差信号ｅ(ｎ)は、次式で与えられる。
【００２３】
ｅ(ｎ)＝Abs(Re{Ｘ_p(ｎ)・Ｘ^* _t(ｎ)})−Ｘ_p(ｎ)・Ｗ^*(ｎ−１) （４）
βの設定に基づいて収束すると、積
Ｘ_t(ｎ)・Ｗ^*(ｎ−１)＝Ａ² _t(ｎ)・ｄ(ｎ) （５）
この式の右辺が、トラフィックチャネルマルチパス成分を最大の比で合成するのに必要な所望の結果である。
【００２４】
上の説明からわかるように、図３に示された制御システムでは、重み付けＷ(ｎ−１)は、トラフィックチャネル振幅の推定値に等しい値に収束する。この重み付けはトラフィックチャネル信号を乗算器５０でスケーリングして、このトラフィック信号がレイク受信機の別のフィンガの出力と加算される。
【００２５】
ＣＤＭＡ規格の将来の世代では、トラフィックチャネルのデータ信号によりインタリーブされるパイロットシンボルが使用されることもある。本発明をこれらの埋め込み式パイロット信号に利用するために、図４に示した制御システムを使用する。この実施形態では合成信号ｘ_t(ｎ)は、埋め込まれたパイロットシンボルを備えるトラフィックチャネルである。この信号ｘ_tは、乗算器８０の第１入力側に供給される。この乗算器の出力側は、デマルチプレクサ８４の入力側である。データ信号が存在する場合、このデータ信号はトラフィックチャネル振幅の推定値によって重み付けられ、デマルチプレクサは、この重み付けしたデータを転送して、このレイク受信機の別のデータ信号と合成する。パイロットシンボルが存在する場合、フィードバックループが動作して、データ信号に適用される重み付け値またはトラフィックチャネル振幅の推定値を、以下に示すように更新する。
【００２６】
乗算器８０に供給されるのに加えて、信号ｘ_tはダウンサンプリングされる。すなわち周期的にのみサンプリングされて、データ信号ｘ_t(ｍ)が形成される。データ信号ｘ_t(ｍ)の振幅は２乗されて、データおよびフェーズ成分が取り除かれ、加算器８２の一方の入力側に供給される。加算器８２のマイナスの入力側には、デマルチプレクサ８４によって供給されるパイロットシンボルが供給される。このデマルチプレクサ８４はパイロット制御信号によって制御され、これによりインターリーブされたパイロットシンボルは、これらが到来するデータストリームにある場合、フィードバックループに転送される。
【００２７】
加算器８２の出力は、トラフィックチャネル振幅の推定値（周期的にサンプリングされる信号ｘ_t(ｍ)によって決定される）とインタリーブされたパイロットシンボルとの差分を表している。加算器８２の出力側で形成されるこの信号の共役は、加算器８５に供給される。ここでこの共役はファクタβによってスケーリングされる。このファクタβは加算器８２の出力側で形成される差分信号が０になる時間を制御するように選択される。先ほどと同様にファクタβは、図４に示した制御システムのコンピュータモデリングによって決定され、ＣＤＭＡシステムの実地試験中に微調整される。
【００２８】
乗算器８５の出力は乗算器８６の入力側に供給され、この乗算器８６の別の入力側には信号ｘ_t(ｍ)が供給される。乗算器８６の出力は加算器８８の入力側に供給される。加算器８８の別の入力側には、この加算器８８の遅延出力が供給される。加算器８８の遅延出力の共役が重み付け値Ｗ(ｍ−１)であり、この重み付け値によってデータ信号がスケーリングされ、したがってトラフィックチャネル振幅の推定値を表す。この重み付け値はサンプルアンドホールド回路９０に供給される。この回路は、トラフィックチャネルのデータ信号が受信される期間、重み付け値を保持する。このサンプルアンドホールド回路の出力は乗算器８０に供給され、この乗算器８０は入力信号ｘ_t(ｎ)で到来するデータを、デマルチプレクサ８４に供給する前に、重み付けによってスケーリングする。
【００２９】
パイロットシンボルが伝送されている時、パイロット制御は、デマルチプレクサ８４にこのパイロットシンボルを加算器８２の入力側に転送させ、これにより重み付け値Ｗ(ｍ−１)が上記のように更新される。重み付け値Ｗ(ｍ−１)を入力信号ｘ_tと乗算すると、パイロット信号だけを使用してトラフィックチャネルの歪みを推定するよりも正確にデータを抽出することができる。
【００３０】
図４に示したやり方では、パイロットシンボルをデータシンボルからデマルチプレクスするためにパイロット制御信号が使用される。、チャネルの補正されたデータシンボルはデータ検出に関連する後続の処理に送られ、その一方パイロットシンボルは上記のようにフィードバックループで処理される。このフィードバックループは大幅に低減された(decimated)レートで動作するから、サンプルアンドホールド回路９０は、データシンボルが処理されている間、チャネル推測値を保持する。式（３）の基本ループ式はなお有効ではあるが、大幅に低減された更新レートを考慮しなければならない。この大幅に低減されたレートの時間インデックスを「ｍ」と記すと、ループを更新する式はつぎのようになる。
【００３１】
Ｗ(ｍ)=Ｗ(ｍ−１)＋β・Ｘ_t(ｍ)・ｅ^*(ｍ) （６）
この場合、誤差信号は次式で与えられる。
【００３２】
ｅ(ｍ)＝Abs((Ｘ² _t(ｍ))−Ｘ_t(ｍ)・Ｗ^*(ｍ−１) （７）
上からわかるように本発明により、ＣＤＭＡ信号の検出するレイク受信機の性能を、２つ以上の基地局から受信する場合に向上することができる。これは受信したデータ信号を、パイロットシンボルだけに基づくのでなく、トラフィックチャネル振幅の関数として重み付けることによる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セルラ電話機が単一の基地局から複数の信号を受信する、ＣＤＭＡセルラシステムの概略図である。
【図２】セルラ電話機が２つ以上の基地局から複数の信号を受信する、ＣＤＭＡセルラシステムの概略図である。
【図３】本発明にしたがってパイロット信号からトラフィックチャネル特性を推定する方法を示す制御論理図である。
【図４】パイロットシンボルがトラフィックチャネル信号によってインタリーブされる場合に、トラフィックチャネル特性を本発明の別の実施形態にしたがって推定するシステムの制御論理図である。
【符号の説明】
２０，３２基地局
２２，３４セル
２４セルラ電話機
２６，２８信号パス
５０，５２，５４，５６，６０乗算器
５８，６２加算器
８０，８５，８６乗算器
８２，８８加算器

Claims

１つ以上のチャネルを有するレイク受信機におけるＣＤＭＡセルラ信号の合成方法において、
２つ以上の基地局からＣＤＭＡトラフィック信号（Ｘ _ｔ (ｎ)）とパイロット信号（Ｘ _ｐ (ｎ)）をセルラ電話機（２４）で受信し、
単一の基地局からのＣＤＭＡトラフィック信号（Ｘ _ｔ (ｎ)）とパイロット信号（Ｘ _ｐ (ｎ)）を分離し、
目下のパイロット信号（Ｘ _ｐ (ｎ)）およびトラフィック信号（Ｘ _ｔ (ｎ)）の共役複素数（Ｘ ^* _ｔ (ｎ)）の積（５２）と、目下のパイロット信号（Ｘ _ｐ (ｎ)）および先行するトラフィックチャネル振幅推定値（Ｗ(ｎ−１)）の共役複素数（Ｗ ^* (ｎ−１)）の積（５４）との差分（５８）により誤差信号（ｅ(ｎ)）を生成し、
先行するトラフィックチャネル振幅推定値（Ｗ(ｎ−１)）と、前記誤差信号（ｅ(ｎ)）の共役複素数（ｅ ^* (ｎ)）および目下のパイロット信号（Ｘ _ｐ (ｎ)）の積（５６）との比較（６２）に基づき、前記誤差信号（ｅ(ｎ)）が最小化されるようにトラフィックチャネル振幅推定値（Ｗ(ｎ)）を更新し、
前記ＣＤＭＡトラフィック信号を前記更新したトラフィックチャネル振幅推定値によって重み付けし、
当該重み付けした信号を、前記レイク受信機の別のチャネルで形成された、別に重み付けしたＣＤＭＡトラフィック信号と合成することを特徴とするＣＤＭＡセルラ信号の合成方法。
レイク受信機における、２つ以上のチャネルからの信号の合成方法において、
トラフィックチャネルで受信したデータ信号（Ｘ _ｔ (ｎ)）と、パイロットチャネルで受信したパイロット信号（Ｘ _ｐ (ｎ)）とをレイク受信機の各々のチャネルに供給し、
目下のパイロット信号（Ｘ _ｐ (ｎ)）およびトラフィック信号（Ｘ _ｔ (ｎ)）の共役複素数（Ｘ ^* _ｔ (ｎ)）の積（５２）と、目下のパイロット信号（Ｘ _ｐ (ｎ)）および先行するトラフィックチャネル振幅推定値（Ｗ(ｎ−１)）の共役複素数（Ｗ ^* (ｎ−１)）の積（５４）との差分（５８）により誤差信号（ｅ(ｎ)）を生成し、
先行するトラフィックチャネル振幅推定値（Ｗ(ｎ−１)）と、前記誤差信号（ｅ(ｎ)）の共役複素数（ｅ ^* (ｎ)）および目下のパイロット信号（Ｘ _ｐ (ｎ)）の積（５６）との比較（６２）に基づき、前記誤差信号（ｅ(ｎ)）が最小化されるようにトラフィックチャネル振幅推定値（Ｗ(ｎ)）を更新し、
トラフィックチャネルで受信したデータ信号を、前記更新したトラフィックチャネル振幅推定値でスケーリングし、
レイク受信機における各々のチャネルからの、当該スケーリングされたデータ信号（Ｘ _ｔ (ｎ)）を合成することを特徴とする２つ以上のチャネルからの信号を合成する方法。
パイロット信号を、
Ｘ_ｐ(ｎ)＝Ａ_ｐ(ｎ)・ｅ⁽ ^ｉ・θ ⁽ ^ｎ ⁾⁾＋妨害
によって定義し、
ここでＡ _ｐ (ｎ)はパイロット信号チャネルの振幅、
θ(ｎ)はパイロット信号の位相であり、
目下のサンプル時間の更新されたトラフィックチャネル振幅推定値Ｗ(ｎ)を
Ｗ(ｎ)＝Ｗ(ｎ−１)＋β・Ｘ_ｐ(ｎ)・ｅ^*(ｎ)
によって定義し、
ここでＷ(ｎ−１)は、１サンプル時間だけ先行するトラフィック振幅推定値、
Ｘ _ｐ (ｎ)はパイロット信号、
ｅ(ｎ)は誤差信号、
ｅ ^* (ｎ)は誤差信号ｅ(ｎ)の共役複素数であり、
前記誤差信号ｅ(ｎ)は、
ｅ(ｎ)＝Abs(Re{Ｘ_ｐ(ｎ)・Ｘ^* _ｔ(ｎ)})−Ｘ_ｐ(ｎ)・Ｗ^*(ｎ−１)
によって与えられ、
Ｘ_ｔ (ｎ)は、トラフィックチャネルで受信したＣＤＭＡセルラ信号、
Ｘ ^* _ｔ (ｎ)は、前記ＣＤＭＡセルラ信号の共役複素数であり、
βは誤差信号が最小化される期間を決める定数である請求項１または２に記載の方法。